JP6311189B2 - 電磁クラッチ及び気体圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電磁クラッチ、及び車両などに搭載された空調装置に設置される、駆動力伝達を断接する電磁クラッチを備えた気体圧縮機に関する。

例えば、自動車などの車両には、車室内の温度調整を行うための空調装置が設けられている。このような空調装置は、冷媒（冷却媒体）を循環させるようにしたループ状の冷媒サイクルを有しており、この冷媒サイクルは、蒸発器、気体圧縮機、凝縮器、膨張弁が順に設けられている。前記空調装置の気体圧縮機は、蒸発器で蒸発されたガス状の冷媒を圧縮して高圧の冷媒ガスとし、凝縮器へ送出するものである。

この気体圧縮機のうち外部から動力を受けて動作するものは、その動力の入力の受け入れと入力の停止とを切り替えるために、電磁クラッチを備えている（例えば、特許文献１参照）。

この電磁クラッチは、電磁石への電流印加によって発生した磁力によってアーマチュアの摩擦面を、板バネの付勢力に抗してクラッチロータに吸着させるように構成されている。アーマチュアの摩擦面がクラッチロータに吸着すると、クラッチロータの回転がアーマチュアを介して圧縮機本体の駆動軸へ伝達される。

クラッチロータの外周面には、ベルトを介してエンジンの回転駆動力が伝達されるプーリが一体的に設けられている。クラッチロータは、ベアリングを介して気体圧縮機のハウジンの外面側に回転可能に設けられている。また、気体圧縮機が非運転状態のときは、クラッチロータとアーマチュア間は所定のエアギャップが設けられて、離れている。

特開２００７−７８１０３号公報

ところで、上記したような電磁クラッチを備えた気体圧縮機は、車両のエンジンルーム内のエンジン付近に設置されている。このため、例えば、車両（自動車）が雨天走行中に車輪が水を跳ねたりすると、エンジンルーム内に設置されている気体圧縮機の電磁クラッチに水が付着することがある。

電磁クラッチに水が付着すると、例えば、クラッチロータとアーマチュア間のエアギャップを通して、クラッチロータの内側に設けられている前記ベアリングの端面部付近に水が浸入してこの付近に水が溜まることがある。このため、ベアリングのリップシール部からベアリング内部に水が浸入して、ベアリング内部が錆つくおそれがあった。ベアリング内部が錆つくと、クラッチロータがスムーズに回転できなくなり、気体圧縮機の運転効率が低下する。

そこで、本発明は、クラッチロータの内側に設けられているベアリングの端面部付近に水が浸入してもこの付近に水が溜まることなく逃がすことができる電磁クラッチ及び気体圧縮機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る電磁クラッチは、駆動源からの回転駆動力が伝達されて回転するとともに摩擦面を備えたクラッチロータと、前記クラッチロータの摩擦面に対して対向配置された摩擦面を有するアーマチュアと、前記アーマチュアを前記クラッチロータに対して電磁力で吸引し、前記クラッチロータと前記アーマチュアの摩擦面同士を連結して前記クラッチロータに伝達された回転駆動力を前記アーマチュアに伝達させる電磁石と、前記クラッチロータをハウジング側に回転可能に支持する円環状のベアリングとを備え、前記ベアリングの外周面が、前記クラッチロータの軸線方向に形成された内側開口部の内周壁面に圧入されている電磁クラッチにおいて、前記クラッチロータの内周壁面の、前記ベアリングが圧入された前記アーマチュア側の端面近傍から、前記クラッチロータの軸線方向に対して前記アーマチュアと反対側に有する空間に連通するようにして水逃がし通路が形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る気体圧縮機は、ハウジング内に収納され、供給された冷媒を圧縮して圧縮された高圧の冷媒を吐出する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の駆動軸に対して駆動源からの回転駆動力を断接する電磁クラッチとを備えた気体圧縮機において、前記電磁クラッチは、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電磁クラッチであることを特徴としている。

本発明に係る電磁クラッチ（気体圧縮機）によれば、クラッチロータの内周壁面の、ベアリングが圧入されたアーマチュア側の端面近傍に水が浸入した場合でも、この付近に溜まることなく、浸入した水を水逃がし通路を通して、ベアリングの軸線方向に対してアーマチュアと反対側に有する空間に逃がすことができるので、ベアリング内に水が浸入することを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る電磁クラッチを備えた気体圧縮機（ベーンロータリー型の気体圧縮機）の外観を示す概略断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 （ａ）は、クラッチロータの摩擦面側を示す図、（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。 図３（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図。 本実施形態の変形例におけるクラッチロータの概略断面図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電磁クラッチを備えた気体圧縮機の一例としてのベーンロータリー型の気体圧縮機（以下、「コンプレッサ」という）の概略断面図である。

（コンプレッサ１の全体構成）
図示のコンプレッサ１は、例えば、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう空気調和システム（以下、「空調システム」という）の一部として構成され、この空調システムの他の構成要素である凝縮器、膨張弁、蒸発器等（いずれも図示を省略する）とともに冷却媒体の循環経路上に設けられている。なお、このような空調システムとしては、例えば、車両（自動車など）の車室内の温度調整を行うための空調装置が挙げられる。

コンプレッサ１は、空調システムの蒸発器から取り入れた気体状の冷却媒体としての冷媒ガスを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスを空調システムの凝縮器に供給する。凝縮器は圧縮された冷媒ガスを液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。そして、高圧で液状の冷媒は、膨張弁で低圧化され、蒸発器に送出される。低圧の液状冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、この気化熱との熱交換により蒸発器周囲の空気を冷却する。

コンプレッサ１は、図１に示すように、一端側（図１の左側）が開口し他端側が塞がれた略円筒状の本体ケース２と、この本体ケース２の一端側の開口を塞ぐフロントヘッド３と、本体ケース２とフロントヘッド３とで構成されるハウジング４内に収納される圧縮機本体５と、駆動源である車両（自動車）のエンジン（不図示）からの駆動力を圧縮機本体５に伝達するための電磁クラッチ６を備えている。

フロントヘッド３は、開口端面側が本体ケース２の開口端部周囲にボルト締結で固定されている。フロントヘッド３には、空調システムの蒸発器（不図示）から低圧の冷媒ガスを吸入する吸入ポート７を有し、本体ケース２には、圧縮機本体５で圧縮された高圧の冷媒ガスを空調システムの凝縮器（不図示）に吐出する吐出ポート８を有している。

圧縮機本体５は、図２に示すように、駆動軸１０と一体的に回転する略円柱状のロータ１１と、このロータ１１をその外周面（以下、「ロータ外周面」という）１１ａの外方から取り囲む略楕円形状の内周面（以下、「シリンダ内周面」という）１２ａを有するシリンダ１２と、ロータ外周面１１ａからシリンダ内周面１２ａに向けて突出自在に設けられた複数枚（図では５枚）の板状のベーン１３と、ロータ１１及びシリンダ１２の両端面を塞ぐ２つのサイドブロック（フロントサイドブロック１４（図１参照）、リアサイドブロック１５）とを備えている。

圧縮機本体５は、フロントサイドブロック１４側がフロントヘッド３にボルト締結で固定され、リアサイドブロック１５側が本体ケース２の内周面に嵌合されるようにして保持される。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。なお、図２では、圧縮機本体５の外周面側の本体ケース２は省略している。

フロントヘッド３の内側凹部とフロントサイドブロック１４の間には吸入室１６が形成され、リアサイドブロック１５側の本体ケース２内には吐出室１７が形成されている。リアサイドブロック１５の外側端面には、油分離器１８が吐出室１７内に位置するようにして設置されている。

（圧縮機本体５の構成、動作）
図２に示したように、シリンダ内周面１２ａとロータ外周面１１ａと両サイドブロック１４，１５（図１参照）との間の空間には、等間隔で設置された５つのベーン１３によって仕切られた複数の圧縮室２０が形成される。

各ベーン１３は、ロータ１１内に形成されたベーン溝２１に摺動可能に設置されていて、ベーン溝２１の底部２１ａに供給される冷凍機油による背圧により、ロータ外周面１１ａから外方向に突出する。

シリンダ１２は、ロータ外周面１１ａの外方を取り囲む断面輪郭が略楕円形状のシリンダ内周面１２ａを有している。各圧縮室２０は、ロータ１１の回転にともなう冷媒ガスの吸入工程及び圧縮工程で、それぞれ容積の増大及び減少を繰り返す。なお、本実施形態のコンプレッサ１（圧縮機本体５）は、ロータ１１が１回転する間に２回の吸入工程と圧縮工程を有している。

シリンダ１２には、各圧縮室２０へ冷媒ガスＧ１を吸入するための各吸入孔（不図示）と、各圧縮室２０で圧縮された冷媒ガスＧ２を吐出するための各吐出孔２２ａ，２２ｂが設けられている。

具体的には、圧縮室２０の容積が増加する行程において、低圧の冷媒ガスをフロントサイドブロック１４とシリンダ１２に形成された吸入孔を通して圧縮室２０内に吸入し、容積が減少する行程において、圧縮室２０内に閉じこめられた冷媒ガスを圧縮し、これによって冷媒ガスは高温、高圧となる。そして、この高温、高圧の冷媒ガスＧ２は、各吐出孔２２ａ，２２ｂを通して、シリンダ１２、ハウジング２及び両サイドブロック１４，１５で囲まれて区画された空間である吐出チャンバ２３ａ，２３ｂに吐出される。

各吐出チャンバ２３ａ，２３ｂには、冷媒ガスの圧縮室２０側への逆流を阻止する吐出弁２４と、吐出弁２４の過大な変形（反り）を阻止する弁サポート２５が設けられている。吐出孔２２ａ，２２ｂから吐出チャンバ２３ａ，２３ｂに吐出された高温、高圧の冷媒ガスＧ２は、リアサイドブロック１５に形成された吐出口２６ａ，２６ｂを通して、吐出室１７内に設けた油分離器１８に導入される。

そして、図１のように、油分離器１８内で冷媒ガスから分離された冷凍機油Ｒは吐出室１７の底部に溜まり、冷凍機油が分離された後の高圧の冷媒ガスＧ２は、吐出室１７から吐出ポート８を通して凝縮器（不図示）に吐出される。

なお、吐出室１７の底部に溜まる冷凍機油Ｒは、吐出室１７に吐出された高圧の冷媒ガスによる高圧雰囲気により、両サイドブロック１４，１５に形成された油路、サライ溝２７（図２参照）等を通してベーン溝２１の底部２１ａに供給され、ベーン１３を外方に突出させる背圧となる。なお、図２では、リアサイドブロック１５側のサライ溝２７を示しているが、フロントサイドブロック１４側にも同様にサライ溝が形成されている。

（電磁クラッチ６の構成、動作）
電磁クラッチ６は、フロントヘッド３の外面側に設置されており、エンジンの回転駆動力をベルト（不図示）を介して入力する円環状のプーリ３０が外周面に一体的に形成されたクラッチロータ３１と、フロントヘッド３側に配置された電磁石３２と、クラッチロータ３１と所定のエアギャップを設けて配置されたアーマチュア３３と、連結プレート３４とアーマチュア３３間に連結された板バネ３５と、クラッチロータ３１をフロントヘッド３に対して回転可能に支持するベアリング３６などを備えている。

連結プレート３４は、駆動軸１０の先端側（図１の左側）に連結されている。なお、駆動軸１０は、フロントサイドブロック１４とリアサイドブロック１５の中心貫通孔に回転可能に軸支されている。

そして、コンプレッサ１（圧縮機本体５）の運転時に、クラッチロータ３１の内側に設けた電磁石３２の励磁によってアーマチュア３３の摩擦面３３ａが、板バネ３５の付勢力に抗してクラッチロータ３１の摩擦面３１ａに吸着（連結）されることにより、ベルト（不図示）を介してプーリ３０に伝達されているエンジンの回転駆動力が、アーマチュア３３、板バネ３５、連結プレート３４を介して駆動軸１０（ロータ１１）に伝達される。

また、通電を停止して電磁石３２の励磁を解除すると、アーマチュア３３の摩擦面３３ａがクラッチロータ３１の摩擦面３１ａから離れて吸着（連結）が解除される。

次に、本発明の特徴であるクラッチロータ３１の詳細ついて説明する。

図３（ａ）は、クラッチロータ３１の摩擦面３１ａ側を示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

両図に示すように、クラッチロータ３１の摩擦面３１ａの内側中央部には、軸線ａ方向に沿って貫通した開口部３１ｂが形成されており、開口部３１ｂの内周壁面に、円環状のベアリング３６の外周面側が圧入され固定されている。なお、図３（ａ）に示したクラッチロータ３１において、図の左側がアーマチュア３３側であり、図の右側がフロントヘッド３側である。

ベアリング３６の内周面側は、フロントヘッド３の先端側の外周面に圧入され固定されている。また、クラッチロータ３１のプーリ３０の内側には、円環状の電磁石３２が収納される凹状の電磁石収納空間３１ｃが形成されている。電磁石収納空間３１ｃのフロントヘッド３側（図３（ｂ）の右側）の端面は開口している。クラッチロータ３１の摩擦面３１ａと電磁石収納空間３１ｃとの間には、周方向に沿って複数の貫通溝３１ｄが形成されている。

図３（ｂ）、図４に示すように、ベアリング３６の外周面が接するクラッチロータ３１の開口部３１ｂの内周壁面には、軸線ａ方向に沿ってクラッチロータ３１の摩擦面３１ａ側（図３（ｂ）の左側）からフロントヘッド３側（図３（ｂ）の右側）の端面まで延びる複数の断面凹状の溝部３７が形成されている。

溝部３７は、周方向に沿って９０°間隔で４箇所に形成されている。図４は、図３（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、本実施形態では、ベアリング３６の外周面が接する開口部３１ｂの内周壁面に、溝部３７を４箇所形成したが、３箇所以内又は５箇所以上に溝部３７を形成してもよい。

また、クラッチロータ３１の内周壁面の、ベアリング３６の外周面が圧入されている摩擦面３１ａ側の端面には、前記溝部３７と連通するようにしてリング状溝部３８が形成されている。

溝部３７は、圧入されているベアリング３６の外周面によって塞がれているため、リング状溝部３８から溝部３７とベアリング３６の外周面との間に、軸線ａ方向に沿って孔状の水逃がし通路３９が形成される。この水逃がし通路３９は、ベアリング３６の外周面の軸線ａ方向に沿って、ベアリング３６の、アーマチュア３３側（図３（ｂ）の左側）の空間（以下、「ベアリング後方側空間」という）とフロントヘッド３側（図３（ｂ）の右側）の空間（以下、「ベアリング前方側空間」とい）との間を連通するようにして設けられる。

そして、例えば雨天の走行中などに、クラッチロータ３１とアーマチュア３３間のエアギャップ側や、連結プレート３４側から、クラッチロータ３１の内側に設けられているベアリング３６の端面部（ベアリング３６の後方側空間）付近に水が浸入した場合でも、この付近に溜まることなく、回転するクラッチロータ３１の遠心力や走行にともなう風圧などによって、浸入した水を水逃がし通路３９を通してベアリング前方側空間に逃がすことができる。

ベアリング前方側空間に排出された水は、クラッチロータ３１とフロントヘッド３間の隙間を通して外部に排出される。

このように、クラッチロータ３１の内側に設けられているベアリング３６の端面部（ベアリング３６の後方側空間）付近に水が浸入した場合でも、浸入した水を、水逃がし通路３９を通してベアリング前方側空間に逃がすことができるので、ベアリング３６のリップシール部からベアリング内部に水が浸入することを抑制することができる。

これにより、ベアリング３６内が水で錆つくのを防止することができ、更に、ベアリング３６内のベアリンググリースがクラッチロータ３１の摩擦面３１ａなどに漏れることもなくなる。

また、本実施形態の変形例として、図５に示すように、水逃がし通路３９（溝部３７）と電磁石収納空間３１ｃ間を連通するようにして、クラッチロータ３１の内周壁面に、電磁石収納空間３１ｃの開口側（図５の右側）に向けて傾斜した連通孔４０を形成してもよい。他の構成は前記実施形態と同様である。

このように、図５に示した本実施形態の変形例においては、クラッチロータ３１の内側に設けられているベアリング３６の端面部（ベアリング３６の後方側空間）付近に水が浸入した場合に、浸入した水を、水逃がし通路３９を通してベアリング前方側空間に逃がすことができ、更に、浸入した水のうちの一部の水を、水逃がし通路３９に連通する連通孔４０を通して電磁石収納空間３１ｃの開口側からも逃がすことができるので、ベアリング３６のリップシール部からベアリング内部に水が浸入することを抑制することができる。

なお、図５に示した本実施形態の変形例では、電磁石収納空間３１ｃ側への連通孔４０を、水逃がし通路３９（溝部３７）の中間部付近に設けたが、これ以外にも、例えば、水逃がし通路３９（溝部３７）の一端側のリング状溝部３８付近から、電磁石収納空間３１ｃ側へ連通する連通孔４０を設けてもよい。

また、前記実施形態では、水逃がし通路３９は、クラッチロータ３１の軸線方向に沿ってクラッチロータ３１の内周壁面に形成した凹状の溝部３７を、ベアリング３６の外周面で塞ぐことで形成されていたが、クラッチロータ３１の内周壁面の、ベアリング３６の外周面が圧入されている摩擦面３１ａ側の端面近傍から、この内周壁面内にクラッチロータ３１の軸線方向に対してアーマチュアと反対側に有する空間側に連通する連通孔を設けて、この連通孔で水逃がし通路を形成するようにしてもよい。

１ コンプレッサ（気体圧縮機）
２ 本体ケース
３ フロントヘッド
４ ハウジング
５ 圧縮機本体
６ 電磁クラッチ
１０ 駆動軸
１１ ロータ
１２ シリンダ
３０ プーリ
３１ クラッチロータ
３１ａ 摩擦面
３１ｃ 電磁石収納空間
３２ 電磁石
３３ アーマチュア
３５ 板バネ
３６ ベアリング
３７ 溝部
３８ リング状溝部
３９ 水逃がし通路
４０ 連通孔

Claims (6)

1. 駆動源からの回転駆動力が伝達されて回転するとともに摩擦面を備えたクラッチロータと、
   前記クラッチロータの摩擦面に対して対向配置された摩擦面を有するアーマチュアと、
   前記アーマチュアを前記クラッチロータに対して電磁力で吸引し、前記クラッチロータと前記アーマチュアの摩擦面同士を連結して前記クラッチロータに伝達された回転駆動力を前記アーマチュアに伝達させる電磁石と、
   前記クラッチロータをハウジング側に回転可能に支持する円環状のベアリングとを備え、
   前記ベアリングの外周面が、前記クラッチロータの軸線方向に形成された内側開口部の内周壁面に圧入されている電磁クラッチにおいて、
   前記クラッチロータの内周壁面の、前記ベアリングが圧入された前記アーマチュア側の端面近傍から、前記クラッチロータの軸線方向に対して前記アーマチュアと反対側に有する空間に連通するようにして水逃がし通路が形成されていることを特徴とする電磁クラッチ。
2. 前記水逃がし通路は、前記クラッチロータの周方向に沿って複数箇所に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
3. 前記水逃がし通路は、前記クラッチロータの軸線方向に形成されて、前記クラッチロータの内周壁面の前記ベアリングが圧入された両端側にそれぞれ面する空間との間を連通するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁クラッチ。
4. 前記水逃がし通路は、前記クラッチロータの軸線方向に沿って前記クラッチロータの内周壁面に形成した凹状の溝部を、前記ベアリングの外周面で塞ぐことで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁クラッチ。
5. 前記電磁石は、前記クラッチロータの内側に設けた電磁石収納空間内に配置されており、
   前記溝部は、該溝部の途中から連通孔を通して前記電磁石収納空間側にも連通していることを特徴とする請求項４に記載の電磁クラッチ。
6. ハウジング内に収納され、供給された冷媒を圧縮して圧縮された高圧の冷媒を吐出する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の駆動軸に対して駆動源からの回転駆動力を断接する電磁クラッチとを備えた気体圧縮機において、
   前記電磁クラッチは、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電磁クラッチであることを特徴とする気体圧縮機。