JP5626595B2

JP5626595B2 - 電磁クラッチ

Info

Publication number: JP5626595B2
Application number: JP2011245823A
Authority: JP
Inventors: 敦俊池川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: CN103384775B; WO2012147509A1; JP2012237442A; EP2703677B1; US20130341151A1; EP2703677A4; US9140313B2; CN103384775A; EP2703677A1

Description

本発明は、電磁クラッチに関し、詳しくは、駆動プーリとシャフトとが同軸芯で備えられ、回転軸芯を中心とするコイル状のラップスプリングが備えられ、このラップスプリングの巻き径の変更により動力の断続を行う電磁クラッチに関する。

上記のように構成された電磁クラッチと類似するものとして特許文献１には、入力ハブと出力ハブとを回転軸芯と同軸芯で回転自在で回転軸芯に沿って隣接する位置関係で配置した構成が示されている。つまり、入力ハブの外周と出力ハブの外周とにラップスプリングを配置し、このラップスプリングの周りに制御カラーを配置し、ラップスプリングの一方の端部を入力ハブに支持し、他方の端部を制御カラーに支持した構成が示されている。

この特許文献１では、制御カラーに備えたアーマチュアに磁力を作用させない状態では戻しバネの付勢力によりアーマチュアが所定位置に保持されラップスプリングが入力ハブの外周と出力ハブの外周とから分離したクラッチ切り状態にある。そして、制御カラーに備えたアーマチュアに磁力を作用させることで、磁力の作用により戻しバネの付勢力に抗してアーマチュアを電磁ソレノイドの方向に引き寄せて制御カラーの回転力を出力ハブに伝える状態となる。これによりラップスプリングの巻き径を収縮させる状態に達し、入力ハブの外周と出力ハブの外周とに亘ってラップスプリングを圧着させ入力ハブの回転駆動力を出力ハブに伝えるクラッチ入り状態を作り出すように構成されている。

また、特許文献２では、駆動プーリ（文献では入力プーリ）と、シャフト（文献ではポンプ軸）と一体回転する出力ハブとの外周とに亘ってラップスプリングを配置し、このラップスプリングの一方の端部をアーマチュアに支持し、他方の端部を出力ハブに支持し、駆動プーリの内部にアーマチュアに吸引力を作用させる電磁ソレノイドを配置した構成が示されている。

この特許文献２では、電磁ソレノイドからアーマチュアに磁力を作用させない状態では、ラップスプリングが入力プーリと出力ハブとの外周から分離したクラッチ切り状態にあり、電磁ソレノイドからアーマチュアに磁力を作用させて吸引することで、ラップスプリングが入力プーリの外周と出力ハブの外周とに亘って密着して駆動プーリからの駆動力をシャフトに伝えるクラッチ入り状態を作り出すように構成されている。

特開平１１‐２０１１９１号公報特開２００１‐３１７５６５号公報

特許文献１や特許文献２に記載されるように、電磁ソレノイドに対する通電により伝動状態を作り出す電磁クラッチでは、動力を伝える場合には通電を継続する必要があり、例えば、エンジンのウォータポンプのように伝動状態（クラッチ入り状態）が長時間継続する部位に用いられる場合には電力を無駄に消費する不都合に繋がる。特に、通電により伝動状態を維持する電磁クラッチでは確実な伝動を継続して行うためには、温度上昇に伴う磁束の減少にも対応できるように電磁ソレノイドの大型化を招くことになり、コスト上昇に繋がるものであった。更に、故障により通電を行えない場合にはウォータポンプとして機能しないためエンジンのオーバーヒートに繋がるものであった。

また、特許文献１に記載される構成では、電磁ソレノイドとアーマチュアとの間に形成された磁気回路中の、出力ハブにつながり回転するロータと、固定された電磁ソレノイドとの間に、エアーギャップが形成されているため、強力な電磁ソレノイドを必要とする。更に、入力ハブと出力ハブとが隣接して配置されているため、電磁ソレノイドに通電しない状態でもラップスプリングの姿勢と、ラップスプリングと出力ハブとの接触状態によっては、入力ハブと出力ハブとが連れ廻りすることも考えられる。

これと同様に、特許文献２に記載される構成でも、クラッチ入り状態でも電磁ソレノイドとアーマチュアとの間の磁気回路中には、回転する入力プーリと固定された電磁ソレノイドとの間にエアーギャップが形成されているため、強力な電磁ソレノイドを必要とする。

ウォータポンプに用いる電磁クラッチを考えると小型化を必要とするだけではなく、例えば、異なる外形の駆動プーリを用いる仕様に変更された場合にも設計を大きく変更しないで済む構成であることが望まれている。

本発明の目的は、電磁ソレノイドが非駆動状態から駆動状態に切り換わることで遮断状態に達し、この遮断状態ではエネルギーの無駄な消費が抑制される電磁クラッチを小型で合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、駆動ベルトが巻回される円筒状のベルト巻回部を外周側に備えると共に、前記ベルト巻回部と一体回転しつつ静止系に支持される筒状部を内周側に備えた駆動プーリと、前記筒状部の外周面に対し、自然状態で圧着状態となるよう巻き回されたラップスプリングと、前記駆動プーリの回転軸芯と同軸芯状に前記静止系に回転支持され、前記駆動プーリからの動力を受けて回転駆動可能なシャフトと、前記シャフトに固定されると共に前記ラップスプリングの一端側が連結する駆動部材と、磁力を発生させるよう前記静止系に設けられた電磁ソレノイドと、前記磁力を受けて電磁ソレノイドに吸着固定される面に主孔部を有する磁性体で形成され、前記ラップスプリングの他端側が連結される状態で前記シャフトに対して同軸芯状態で相対回転可能であり、前記シャフトの延出方向に沿って移動可能な作動部材と、前記作動部材を基準にして前記電磁ソレノイドの反対側に配置され、前記シャフトと一体的に回転し前記回転軸芯に沿う方向に変位自在で、前記作動部材からの磁束が作用する面に副孔部を有する磁性体で形成される中間部材と、を備え、前記電磁ソレノイドに通電して前記作動部材を吸着固定した際に、前記駆動プーリとの摩擦力あるいは動慣性によって前記駆動部材の前記作動部材に対する相対回転を許し、この相対回転により前記筒状部に対する前記ラップスプリングの圧着を解消して前記駆動プーリから前記シャフトへの動力伝達を遮断する回転位相に達した時点で前記中間部材に作用する吸引力を増大させ、この吸引力により前記中間部材を前記作動部材に吸着して拘束するよう前記主孔部と前記副孔部との位置関係を設定してある拘束手段を、前記作動部材と前記中間部材とで構成してある点にある。

この構成によると、電磁ソレノイドに通電しない状態では、ラップスプリングが筒状部に圧着することにより、駆動プーリの回転力がラップスプリングの一端側に連結する駆動部材からシャフトに伝えられる伝動状態（クラッチ入り状態）が作り出される。また、電磁ソレノイドに通電した場合には、ラップスプリングの他端側が連結する作動部材が電磁ソレノイドに吸着されるため回転が阻止され、この回転の阻止の後に動慣性により駆動部材が作動部材に対して相対回転する。この相対回転によりラップスプリングが捩られ筒状部の外周に対する圧着状態が解消されることになり、駆動プーリからシャフトへの動力伝達を遮断し遮断状態（クラッチ切り状態）に達する。
また、駆動時に電磁ソレノイドからの磁束をエアーギャップを介して作動部材に作用させる構成と比較すると、エアーギャップが形成されないため大容量の電磁ソレノイドを必要としない。更に、ラップスプリングとして、駆動プーリの中心側位置の筒状部の外周に圧着可能な巻き径のものを用いるので、ラップスプリングの巻き径が小さい小型のものを用いることが可能となる。特に、仕様変更によりベルト巻回部の半径が異なる駆動プーリに電磁クラッチを備える場合にも、ベルト巻回部の外径が異なる駆動プーリでも同じ外径となる筒状部を形成しておくことにより、駆動プーリを変更した場合にも電磁クラッチの構成を変更せずに済む。
さらに、作動部材が電磁ソレノイドに吸着された場合に、この作動部材の主孔部から漏れ磁束を中間部材に作用させることが可能となる。また、中間部材には副孔部が形成されているので、この副孔部が形成された部位では磁気抵抗を増大させ吸着力が低下することになり、副孔部が形成されない部位では磁気抵抗が小さいので吸着力を増大させることが可能となる。これにより、電磁ソレノイドに通電し、この電磁ソレノイドに作動部材が吸着した後には、動慣性による駆動部材の回転の初期には作動部材から中間部材に作用する吸引力を抑制しておき、駆動プーリが遮断状態となる回転位相に達した時点で中間部材に作用する吸引力が増大させ、ラップスプリングを筒状部から離間させた状態で中間部材を作動部材に吸着して拘束し、連れ廻りを招くことのない遮断状態を作り出せる。
その結果、電磁ソレノイドが非駆動状態から駆動状態に切り換わることで遮断状態に達し、この遮断状態ではエネルギーの無駄な消費が抑制される電磁クラッチが小型で汎用性高く構成された。

本発明は、前記筒状部の前記回転軸芯に沿う方向での寸法が、前記ベルト巻回部の前記回転軸芯に沿う方向での寸法より短く設定されても良い。

これによると、駆動プーリのベルト巻回部の回転軸芯に沿う方向でプーリ幅内に、筒状部を収容する構成となるので、ラップスプリングもプーリ幅内に収容することが可能となり、電磁クラッチの全体の小型化が実現する。

本発明は、前記静止系としてのハウジングのボス状部の内部に内部軸受機構を介して前記シャフトが回転自在に支持され、前記ボス状部の外部に外部軸受機構を介して回転自在に前記筒状部が支持されると共に、前記内部軸受機構と前記外部軸受機構とが前記回転軸芯と直交する方向視で重複する位置に配置されても良い。

これによると、内部軸受機構と外部軸受機構とが回転軸芯と直交する方向視で重複する位置に配置されているので、外部軸受機構と内部軸受機構とが回転軸芯の方向で異なる位置に配置されるものと比較すると、シャフトの全長を短くすることが可能となり、例えば、ハウジングから突出する位置に電磁クラッチが配置される不都合を抑制する。

電磁クラッチを有するウォータポンプの断面図である。電磁クラッチの構成を示す正面図である。電磁クラッチの分解斜視図である。伝動状態の電磁クラッチの正面図及び断面図である。電磁ソレノイドに作動部材が吸着した状態の電磁クラッチの正面図及び断面図である。動慣性により駆動部材が回転する状態の電磁クラッチの正面図及び断面図である。作動部材に中間部材が吸着した状態の電磁クラッチの正面図及び断面図である。図１と同様の構成を示すウォータポンプの断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図１〜図３には本発明の電磁クラッチＣによって動力の伝動及び遮断が可能なウォータポンプが示されている。このウォータポンプは、静止系としてのポンプハウジング１に対しシャフト軸受２（内部軸受機構の一例）により回転軸芯Ｘを中心に回転自在にシャフト３を支持し、このシャフト３の内端にインペラ４を備え、このシャフト３とポンプハウジング１との間にシール５を備えている。ポンプハウジング１のボス状部１Ａに対しプーリ軸受６（外部軸受機構の一例）により回転軸芯Ｘを中心にして回転自在に駆動プーリ７を備えている。電磁クラッチＣは、駆動プーリ７の回転駆動力をシャフト３に伝える伝動状態（クラッチ入り状態）と、駆動プーリ７の回転駆動力を遮断する遮断状態（クラッチ切り状態）とに切換自在に構成されている。

駆動プーリ７は、外周側の円筒状のベルト巻回部７Ａと、このベルト巻回部７Ａで取り囲まれる空間（内周側）の中心側位置の筒状部７Ｂと、ベルト巻回部７Ａ及び筒状部７Ｂを連結するようにポンプハウジング側に配置される側壁部７Ｃとを一体形成した構造を有している。特に、筒状部７Ｂは、回転軸芯Ｘに沿う方向での筒長Ｗｂが、ベルト巻回部７Ａの回転軸芯Ｘに沿う方向での周幅Ｗａより短く設定され、ベルト巻回部７Ａの内部空間に収容される形態となる。そして、筒状部７Ｂをプーリ軸受６に外嵌する形態で駆動プーリ７がポンプハウジング１に回転自在に支持されている。これにより筒状部７Ｂとシャフト３とが回転軸芯Ｘを中心にして相対回転自在に支持される。

この駆動プーリ７は、平ベルトを用いる構成のものであるが、Ｖベルトを使用するため外周にＶ状の溝を形成した構成でも良く、タイミングベルトを使用するために外周面にギヤ状の凹凸を有した構成であっても良い。

エンジン（図示せず）の出力軸に備えた出力プーリ（図示せず）と、駆動プーリ７とに亘って無端ベルトを巻回するため駆動プーリ７が常時駆動される。電磁クラッチＣは、冷却水の水温を検出する温度センサ（図示せず）の検出結果を取得する制御装置（図示せず）によって制御される。この制御装置は、エンジンの始動直後のように冷却水の水温が低い（エンジンの暖機が充分でない）ことを判別した場合には電磁クラッチＣを遮断状態に維持して暖機を促進し、エンジンの温度が適度に高まったことを判別した場合には電磁クラッチＣを伝動状態に設定してインペラ４の駆動により冷却水を循環させる制御を実行する。

〔電磁クラッチ〕
電磁クラッチＣは、駆動プーリ７の内部に収容されるコイル状のラップスプリング１１と、駆動部材１２と、アーマチュアとして機能する作動部材１３と、中間部材１５と、作動部材１３に吸引力を作用させて吸着する電磁ソレノイドＳとを備えている。

ポンプハウジング１のボス状部１Ａに対して鉄材やニッケル合金材等により環状に形成される磁性体製のヨーク１７が固設され、このヨーク１７には回転軸芯Ｘと同軸芯でインペラ４と反対側に開放する環状となる凹部が形成されている。この凹部に対しボビン１８Ａに銅線を巻回したコイル１８を挿入して電磁ソレノイドＳが構成されている。この電磁ソレノイドＳは、コイル１８が挿入される凹部の内側と外側とにおいて回転軸芯Ｘを中心とするリング状の領域の吸着面が形成される。

ラップスプリング１１は、バネ鋼をスパイラルに成形したコイル状の形状を有すると共に、自然状態（外力が作用しない状態）において駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周に圧着する巻き径のものが使用されている。この圧着状態でラップスプリング１１のコイル状部の軸芯が回転軸芯Ｘと同軸芯上に配置されることになる。また、ラップスプリング１１のうち回転軸芯Ｘに沿う方向でポンプハウジング側となる一端側１１Ａ（一方の端部）を半径方向の外方に折り曲げており、外方となる他端側１１Ｂ（他方の端部）を回転軸芯Ｘに沿う姿勢で外方に向けて折り曲げている。

駆動部材１２は、シャフト３と一体回転するように回転軸芯Ｘと同軸芯で形成されたスリーブ部１２Ｓをシャフト３の前端部に嵌合連結する形態で固定されている。この駆動部材１２の外周部位から回転軸芯Ｘを平行となる姿勢に屈曲した３つの駆動アーム１２Ａがポンプハウジング１の方向に延出する形態で形成され、３つの駆動アーム１２Ａのうちの１つに形成された係合孔部１２Ｂに対してラップスプリング１１の一端側１１Ａ（一方の端部）を挿通する形態で、この一端側１１Ａが駆動部材１２に連結している。

作動部材１３は、回転軸芯Ｘを中心とする円板状で鉄材やニッケル合金材等を用いた磁性体で成るディスク状部１３Ａを有すると共に、このディスク状部１３Ａの外周に対して外方に突出する形態で係合凹部を有する３つの係合部１３Ｂが一体的に形成されている。また、この３つの係合部１３Ｂのうちの１つに形成された係合凹部に対してラップスプリング１１の他端側１１Ｂを挿通する形態で、この他端側１１Ｂが作動部材に係合連結している。ディスク状部１３Ａは電磁ソレノイドＳの吸着面の外周の半径と一致する半径で形成され、このディスク状部１３Ａの中心位置には貫通孔部が形成されている。

この作動部材１３がシャフト３に対して相対回転自在、かつ、回転軸芯Ｘに沿う方向に移動自在となるように貫通孔部にスリーブ部１２Ｓを挿通する形態で、スリーブ部１２Ｓに遊嵌状態で支持されている。スリーブ部１２Ｓにはコイルバネ１６が外嵌され、このコイルバネ１６の付勢力によって作動部材１３が電磁ソレノイドＳのヨーク１７から離間する方向に付勢されている。

中間部材１５は、回転軸芯Ｘを中心とする円板状で鉄材やニッケル合金材等を用いた磁性体で構成され、シャフト３に対して相対回転自在、かつ、回転軸芯Ｘに沿う方向に移動自在となるようにスリーブ部１２Ｓに遊嵌支持されている。この中間部材１５は、電磁ソレノイドＳの吸着面の外周の半径と一致する半径で形成され、作動部材１３と駆動部材１２とに挟み込まれる位置に配置されている。そして、駆動部材１２と一体回転するように板バネ１４を介して駆動部材１２に連結している。

この中間部材１５は、外力が作用しない状態で板バネ１４の付勢力によって作動部材１３に接触する位置に保持され、作動部材１３から磁力の吸引力が作用する場合には３つの板バネ１４が弾性変形することにより回転軸芯Ｘに沿って作動部材１３の方向に変位可能に構成されている。

駆動部材１２の３つの駆動アーム１２Ａは、回転バランスをとるために周方向で等間隔で形成されており、この３つの駆動アーム１２Ａがラップスプリング１１の外側に配置されるため、ラップスプリング１１が筒状部７Ｂの外周から離間した場合に、ラップスプリング１１を設定姿勢に維持する規制手段Ｒが、この駆動アーム１２Ａに形成されている。つまり、駆動アーム１２Ａがラップスプリング１１の外方（回転軸芯Ｘから離間する方向）への変位を規制する第１規制部Ｒ１として構成されている。また、３つの駆動アーム１２Ａのうち延出側の端部と、中間部とにはラップスプリング１１の方向（回転軸芯に向かう方向）に突出する突出片を形成し、この一対の突出片によりラップスプリング１１の回転軸芯Ｘの方向に沿う変位を規制する第２規制部Ｒ２が構成されている。

電磁ソレノイドＳの吸着面の最外周の外径と、前述した作動部材１３の外径と、中間部材１５の外径とが一致する寸法に設定されている。作動部材１３と中間部材１５との外径は、吸着面の外径と寸法的に一致する必要はなく、電磁ソレノイドＳの磁束が効率的に作用するサイズであれば多少大径であっても小径であっても良い。

この電磁クラッチＣは、ラップスプリング１１の一端側１１Ａと他端側１１Ｂ（他方の端部）とが図４（ａ）に示す相対姿勢を維持することで、ラップスプリング１１を駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外面に圧接させて伝動状態（クラッチ入り状態）となる。また、この伝動状態では、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと作動部材１３の係合部１３Ｂとが同図に示す相対姿勢に維持される。これとは逆に、ラップスプリング１１の一端側１１Ａと他端側１１Ｂとが図５（ａ）に示す相対姿勢から図６（ａ）に示す相対姿勢に変更することによりラップスプリング１１が巻き径を拡大する方向に捩り操作されるため、このラップスプリング１１を駆動プーリ７の筒状部７Ｂから離間させて遮断状態の図６（ａ）（クラッチ切り状態）となる。この遮断状態では、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと作動部材１３の係合部１３Ｂとが同図に示す相対姿勢に維持される。

特に、本発明の電磁クラッチＣは遮断状態においてラップスプリング１１を筒状部７Ｂの外面から完全に離間させる必要はなく（後述する拘束手段を備える必要はなく）、ラップスプリング１１から筒状部７Ｂの外面に作用する圧接力が低下することで駆動プーリ７とシャフト３との伝動を遮断するように構成されるものであっても良い。この場合、遮断状態においてラップスプリング１１は筒状部７Ｂの外面に軽く接触する状態となる。

この電磁クラッチＣでは、駆動部材１２と作動部材１３と電磁ソレノイドＳとで操作機構が構成され、電磁ソレノイドＳに電力を供給した場合には、拘束手段が、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の係合部１３Ｂとを図７（ａ）に示す相対姿勢に設定し、電磁ソレノイドＳに電力を供給し続けることで遮断状態が維持される。この拘束手段の作動形態を以下に説明する。

〔電磁クラッチ：拘束手段〕
作動部材１３と中間部材１５とによって拘束手段が構成されている。図１、図３、図４（ａ）に示すように、作動部材１３のディスク状部１３Ａには周方向に沿って複数の主孔部１３Ｈが形成され、中間部材１５には周方向に沿って複数の副孔部１５Ｈが形成されている。この主孔部１３Ｈと副孔部１５Ｈとは、電磁クラッチＣを遮断状態に操作する際に、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の係合部１３Ｂとが図７（ａ）に示す相対姿勢に設定するために機能する。この作動形態を以下に説明する。尚、主孔部１３Ｈと副孔部１５Ｈとを夫々３つ示しているが、これらの数は３つに限るものではなく、任意の数でも良い。

電磁ソレノイドＳに電力が供給されない非駆動状態にある場合には、図４（ｂ）に示す如く、コイルバネ１６の付勢力により、電磁ソレノイドＳのヨーク１７から作動部材１３が離間する位置にあり、夫々の間に間隙が形成される。この状態では、ラップスプリング１１は、その付勢力により駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周面に圧接し、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の係合部１３Ｂとが図４（ａ）に示す相対姿勢に維持される。この結果、ラップスプリング１１に接続する駆動部材１２からシャフト３に回転駆動力が伝えられ、電磁クラッチＣは伝動状態に維持される。

この伝動状態において、駆動アーム１２Ａと係合部１３Ｂとの相対角は伝動角θ１を維持し、同図に示す如く、回転軸芯Ｘに沿う方向視において主孔部１３Ｈの内部に副孔部１５Ｈが位置するように夫々の相対的な位置関係が設定されている。

次に、電磁ソレノイドＳのコイル１８に電力を供給する駆動状態に切り換えた場合には、図５（ｂ）に示すように、コイルバネ１６の付勢力に抗して電磁ソレノイドＳ（ヨーク１７の吸着面）に作動部材１３のディスク状部１３Ａが吸着され、これにより作動部材１３が拘束される。このように吸着されたタイミングでは、回転軸芯Ｘに沿う方向視で図５（ａ）に示す如く、主孔部１３Ｈの内部領域に副孔部１５Ｈが存在する。この位置関係では副孔部１５Ｈが磁気抵抗として作用するため、主孔部１３Ｈから中間部材１５に流れる磁束の磁束密度は副孔部１５Ｈにより制限される。

この電磁クラッチＣでは、電磁ソレノイドＳが駆動状態に切り換えられた直後において前述したように磁束密度が制限される状態では、作動部材１３から中間部材１５に作用する吸引力が、３つの板バネ１４から中間部材１５に作用する付勢力より小さい値に設定されているため、これにより中間部材１５は作動部材１３に吸着されない。

また、作動部材１３の回転が拘束された後にも駆動部材１２は動慣性により図５（ａ）において矢印で示す方向に回転を続け、この回転力によりラップスプリング１１を捩り操作して巻き径を拡大させ、図６（ａ）（ｂ）に示すようにラップスプリング１１を駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周面から離間させる。このように駆動部材１２が動慣性により回転する際には、回転軸芯Ｘに沿う方向視で主孔部１３Ｈの内部領域に副孔部１５Ｈが存在する状態が維持され、中間部材１５に作用する吸引力は増大せず、図６（ｂ）に示すように中間部材１５は作動部材１３に吸着されない。

この回転により、回転軸芯Ｘに沿う方向視で図６（ａ）、図７（ａ）に示すように、副孔部１５Ｈが主孔部１３Ｈの外部領域（孔が存在しない領域）まで移動し、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと作動部材１３の係合部１３Ｂとの相対角が遮断角θ２に達すると、図７（ｂ）に示すように中間部材１５が回転軸芯Ｘに沿って変位し作動部材１３に吸着される。つまり。この位置関係では、主孔部１３Ｈの外周位置から中間部材１５に亘る領域の磁気抵抗が大きく低下し、中間部材１５に流れる磁束の磁束密度が増大し中間部材１５に作用する吸引力が、３つの板バネ１４から中間部材１５を離間方向に作用する付勢力より大きくなるため中間部材１５が作動部材１３に吸着されるのである。この遮断角θ２に達する際に、作動部材１３の係合部１３Ｂに対して駆動アーム１２Ａの相対角は変化角αだけ変化する。

中間部材１５が作動部材１３に吸着されることにより、駆動部材１２の回転も阻止され、ラップスプリング１１の付勢力に抗して駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと作動部材１３の係合部１３Ｂとの相対姿勢が図７（ｂ）に示す関係に維持される。これにより、ラップスプリング１１を駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周から離間させ、完全な遮断状態の保持を現出する。この遮断状態では駆動プーリ７の回転駆動力はインペラ４には伝えられずウォータポンプによる給水も停止する。

このように電磁ソレノイドＳを駆動することで、ラップスプリング１１を捩り操作してラップスプリング１１が筒状部７Ｂの外周から離間する状態に達した場合には、駆動アーム１２Ａで構成される第１規制部Ｒ１がラップスプリング１１の回転軸芯Ｘから離間する方向への変位、又は、接近する方向への変位を規制する。これと同時に、第２規制部Ｒ２がラップスプリング１１の回転軸芯Ｘに沿う方向への変位を規制する。この規制により、ラップスプリング１１は、筒状部７Ｂの外方側の決まった位置に拘束され筒状部７Ｂに接触して摩耗することや、駆動エネルギーを無駄に消費する不都合が解消される。

この後に、電磁ソレノイドＳの駆動を停止することにより、中間部材１５が板バネ１４の付勢力により作動部材１３から離間し、この作動部材１３はコイルバネ１６の付勢力によりヨーク１７の吸着面から離間する。そして、ラップスプリング１１は自由状態となるため、付勢力によって巻き径が縮小して駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周に圧接して伝動状態に復帰する。

〔実施の形態の作用・効果〕
このように、本発明の電磁クラッチでは、駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周にラップスプリング１１を圧着させて伝動を行う構成であるため、例えば、仕様変更によりベルト巻回部７Ａの半径が異なる駆動プーリ７に電磁クラッチＣを備える場合にも、駆動プーリ７夫々に同じ外径となる筒状部７Ｂを形成しておくことにより、電磁クラッチＣの構成を変更せずに済む。

筒状部７Ｂが駆動プーリ７の内部空間に収容される寸法に形成されているため電磁クラッチ全体の小型化が実現する。回転軸芯Ｘと直交する方向視においてシャフト３をボス状部１Ａに支持するシャフト軸受２と、ボス状部１Ａに対して駆動プーリ７の筒状部７Ｂを支持するプーリ軸受６とが重なり合う位置に配置されているので、シャフト３の全長を短くし、この支持部位の強度も向上する。

また、作動部材１３がディスク状に形成されているので、例えば、外周にアームが形成されるものと比較すると、この作動部材１３の小型化が可能になるだけではなく、動慣性を小さくして、電磁クラッチを切り操作ために電磁ソレノイドＳに電力を供給した場合には、電磁ソレノイドＳの吸着面に対して迅速に吸着され、動慣性による回転も抑制することになり、切り状態に達するまでの時間の短縮が実現する。

遮断状態では、拘束手段によりラップスプリング１１を筒状部７Ｂから離間する位置において設定姿勢に維持できるため、ラップスプリング１１を筒状部７Ｂから離間させるため伝動を確実に遮断できる。更に、遮断状態では、第１規制部Ｒ１と第２規制部Ｒ２とによりラップスプリング１１が姿勢を乱さず筒状部７Ｂから離間する位置に拘束されるためラップスプリング１１や筒状部７Ｂを偏摩耗させることがなく摩耗を抑制できる。また、クラッチ遮断状態でのラップスプリング１１の駆動プーリ７の筒状部７Ｂへの接触がなく、クラッチ結合時のラップスプリング１１の駆動プーリ７の筒状部７Ｂへの均一な圧着を実現可能とするため、駆動エネルギーが無駄に消費される不都合が解消される。

図１と同様の構成を有するウォータポンプの断面図を図８に示す。
本実施形態は、ラップスプリング１１が駆動プーリ（入力プーリ）７の中心側に形成された筒状部７Ｂの外周に圧接するように電磁クラッチＣを構成する。当然のことながら、このラップスプリング１１は自然状態において筒状部７Ｂの外周に圧接するものが使用され、拘束手段が作動部材（アーマチュア）１３と中間部材（アーマチュア）１５とで構成されている。

この構成では、電磁ソレノイドＳに作動部材（アーマチュア）１３が吸着された場合には、主孔部１３Ｈの内部領域に副孔部１５Ｈが存在する領域では中間部材（アーマチュア）１５は作動部材（アーマチュア）１３に吸着されず、駆動部材１２が動慣性により回転を続ける。この後に、副孔部１５Ｈが主孔部１３Ｈの外部領域（孔が存在しない領域）まで移動した時点で、中間部材（アーマチュア）１５が作動部材（アーマチュア）１３に吸着され、ラップスプリング１１が入力プーリ７の筒状部７Ｂから離間する状態となり電磁クラッチＣは遮断状態となる。

本発明は、ウオータポンプ以外にラジエータファンや過給器等の伝動系にも利用することができる。

１静止系・ハウジング（ポンプハウジング）
１Ａボス状部
２内部軸受機構（シャフト軸受）
３シャフト
６外部軸受機構（プーリ軸受）
７駆動プーリ
７Ａベルト巻回部
７Ｂ筒状部
１１ラップスプリング
１１Ａ一端側
１１Ｂ他端側
１２駆動部材
１３作動部材
１３Ｈ主孔部
１５中間部材
１５Ｈ副孔部
Ｓ電磁ソレノイド
Ｗａ周幅
Ｗｂ筒長
Ｘ回転軸芯

Claims

駆動ベルトが巻回される円筒状のベルト巻回部を外周側に備えると共に、前記ベルト巻回部と一体回転しつつ静止系に支持される筒状部を内周側に備えた駆動プーリと、
前記筒状部の外周面に対し、自然状態で圧着状態となるよう巻き回されたラップスプリングと、
前記駆動プーリの回転軸芯と同軸芯状に前記静止系に回転支持され、前記駆動プーリからの動力を受けて回転駆動可能なシャフトと、
前記シャフトに固定されると共に前記ラップスプリングの一端側が連結する駆動部材と、
磁力を発生させるよう前記静止系に設けられた電磁ソレノイドと、
前記磁力を受けて電磁ソレノイドに吸着固定される面に主孔部を有する磁性体で形成され、前記ラップスプリングの他端側が連結される状態で前記シャフトに対して同軸芯状態で相対回転可能であり、前記シャフトの延出方向に沿って移動可能な作動部材と、
前記作動部材を基準にして前記電磁ソレノイドの反対側に配置され、前記シャフトと一体的に回転し前記回転軸芯に沿う方向に変位自在で、前記作動部材からの磁束が作用する面に副孔部を有する磁性体で形成される中間部材と、を備え、
前記電磁ソレノイドに通電して前記作動部材を吸着固定した際に、前記駆動プーリとの摩擦力あるいは動慣性によって前記駆動部材の前記作動部材に対する相対回転を許し、この相対回転により前記筒状部に対する前記ラップスプリングの圧着を解消して前記駆動プーリから前記シャフトへの動力伝達を遮断する回転位相に達した時点で前記中間部材に作用する吸引力を増大させ、この吸引力により前記中間部材を前記作動部材に吸着して拘束するよう前記主孔部と前記副孔部との位置関係を設定してある拘束手段を、前記作動部材と前記中間部材とで構成してある電磁クラッチ。
前記筒状部の前記回転軸芯に沿う方向での寸法が、前記ベルト巻回部の前記回転軸芯に沿う方向での寸法より短く設定されている請求項１記載の電磁クラッチ。
前記静止系としてのハウジングのボス状部の内部に内部軸受機構を介して前記シャフトが回転自在に支持され、前記ボス状部の外部に外部軸受機構を介して回転自在に前記筒状部が支持されると共に、前記内部軸受機構と前記外部軸受機構とが前記回転軸芯と直交する方向視で重複する位置に配置されている請求項１又は２記載の電磁クラッチ。