(57)【要約】【課題】締結解除状態又は締結状態を保持する際の消費電力を低減した電磁クラッチ機構を提供する。【解決手段】第１の回転部材８０と第２の回転部材６０との間で動力を伝達するとともに、締結状態と締結解除状態とを切替可能な電磁クラッチ機構を、第１の回転部材を第２の回転部材に対して回転軸方向に相対移動するよう駆動して締結状態と締結解除状態とを切替える第１のコイル１００と、第１の回転部材とともに回転しかつ回転軸と直交方向に移動可能な可動嵌合部材１１０を、第１の回転部材に形成された被嵌合部８１に嵌合させる第２のコイル１２０とを備える構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回転部材と第２の回転部材との間で動力を伝達するとともに、締結状態と締結解除状態とを切替可能な電磁クラッチ機構であって、
前記第１の回転部材を前記第２の回転部材に対して回転軸方向に相対移動するよう駆動して前記締結状態と前記締結解除状態とを切替える第１のコイルと、
前記第１の回転部材とともに回転しかつ回転軸と直交方向に移動可能な可動嵌合部材を、前記第１の回転部材に形成された被嵌合部に嵌合させる第２のコイルとを備え、
前記可動嵌合部材の前記被嵌合部への嵌合時に前記第１のコイルへの通電を停止することを特徴とする電磁クラッチ機構。
【請求項２】
前記可動嵌合部材は前記第２のコイルとバネ要素を介して取り付けられること
を特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ機構。
【請求項３】
前記第１の回転部材は前記第１のコイルへの通電時に前記被嵌合部へ前記可動嵌合部材が嵌合可能な位置に移動すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁クラッチ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転動力の伝達及び切断を切替可能な電磁クラッチ機構に関し、特に締結解除状態又は締結状態を保持する際の消費電力を低減したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に搭載される水冷式のエンジンは、エンジンの出力で駆動されるウォーターポンプによって冷却水を循環させ、燃焼室まわりの冷却を行っている。従来、エンジンを冷間始動してから暖機運転が終了するまでの間は、熱交換器であるラジエータへの冷却水の流量をサーモスタットで制限することによって、冷却水が早期に昇温するようにしていた。
【０００３】
近年では、暖機運転中にウォーターポンプを停止することによって、エンジンの補器駆動損失を低減し、燃料消費の改善を図ることが提案されている。エンジンの運転中にウォーターポンプを停止するためには、例えば、エンジンによって駆動されるエアコンディショナのオンオフを切り替えるため従来から用いられていた電磁クラッチ機構を用いることが考えられる。
例えば、特許文献１には、回転軸に設けられたアーマチュアハブから外径側に突き出した板バネの外端側にアーマチュアを設け、プーリを挟んでアーマチュアと対向するコイルの通電状態によってアーマチュアとプーリとの圧着、離間を切り替える電磁クラッチ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２０６８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような電磁クラッチ機構をウォーターポンプに適用した場合、ウォーターポンプは暖機運転中を除いて常時駆動する必要があることから、コイル通電オフでクラッチが締結され、通電オンで締結解除される負作動形の構成とすることが考えられる。
しかし、このような構成とした場合、クラッチを締結解除している間はコイルへの通電を継続する必要があり、さらにクラッチ圧着力を発生する板バネに打ち勝つ推力が必要であることから、消費する電力量も大きくなる。このため、エンジンによって駆動される発電機であるオルタネータの仕事量が多くなって燃料消費が悪化することが懸念される。
また、コンプレッサ等の補器駆動に用いられ、コイルに通電している間のみ締結される正作動形の電磁クラッチ機構においても、締結状態を保持する際の消費電力を低減することが要望されている。
本発明の課題は、締結解除状態又は締結状態を保持する際の消費電力を低減した電磁クラッチ機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、第１の回転部材と第２の回転部材との間で動力を伝達するとともに、締結状態と締結解除状態とを切替可能な電磁クラッチ機構であって、前記第１の回転部材を前記第２の回転部材に対して回転軸方向に相対移動するよう駆動して前記締結状態と前記締結解除状態とを切替える第１のコイルと、前記第１の回転部材とともに回転しかつ回転軸と直交方向に移動可能な可動嵌合部材を、前記第１の回転部材に形成された被嵌合部に嵌合させる第２のコイルとを備え、前記可動嵌合部材の前記被嵌合部への嵌合時に前記第１のコイルへの通電を停止することを特徴とする電磁クラッチ機構である。
【０００７】
請求項２の発明は、前記可動嵌合部材は前記第２のコイルとバネ要素を介して取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ機構である。
請求項３の発明は、前記第１の回転部材は前記第１のコイルへの通電時に前記被嵌合部へ前記可動嵌合部材が嵌合可能な位置に移動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁クラッチ機構である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）第１のコイルにより第１の回転部材を駆動した後に、第２のコイルにより被嵌合部に可動嵌合部材を嵌合させることによって、その後第１のコイルの通電を停止しても第１の回転部材の位置を保持し、電磁クラッチ機構の締結解除状態又は締結状態を維持することができる。このとき、第２のコイルの通電量は第１のコイルのようにクラッチ動作を行わせるものに対して小さくできるため、電磁クラッチ機構全体としての消費電力を低減し、例えばエンジンのウォーターポンプ等の補機類に適用した場合に、燃料消費を改善することができる。
（２）可動嵌合部材と第２のコイルとをバネ要素を介して取り付けることによって、第２のコイルの通電を停止するとバネ要素によって可動嵌合部材が通電開始前の位置まで自動的に復帰する。このため、簡単な構成によって可動嵌合部材の嵌合、非嵌合を切替えることができる。
（３）第１の回転部材は第１のコイルへの通電時に被嵌合部へ可動嵌合部材が嵌合可能な位置に移動することによって、可動嵌合部材の嵌合後は第１のコイルへの通電を停止することができ、消費電力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用した電磁クラッチ機構の実施例及びこれが設けられるウォーターポンプの断面図であって、クラッチ締結状態を示す図である。
【図２】図１のII部拡大断面図である。
【図３】実施例１の電磁クラッチ機構のクラッチ締結解除状態を示す要部拡大断面図であって、図２に相当する断面を示すものである。
【図４】本発明の比較例である電磁クラッチ機構におけるクラッチ締結状態を示す断面図である。
【図５】図４の電磁クラッチ機構におけるクラッチ締結解除状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、締結解除状態又は締結状態を保持する際の消費電力を低減した電磁クラッチ機構を提供する課題を、第１コイルによってプレートをプーリから離間させた後に、第２コイルによってプレートの凹部に嵌合ピンを挿入し、その後第１コイルへの通電を停止することによって解決した。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明を適用した電磁クラッチ機構の実施例について説明する。
実施例の電磁クラッチ機構は、自動車用エンジンの冷却水を圧送するウォーターポンプの駆動、停止を切替える負作動形のものである。
図１に示すように、ウォーターポンプ１は、ハウジング１０、シャフト２０、軸受３０、インペラ４０、メカシール５０、プーリ６０、軸受７０等を有し、さらに、プレート８０、板バネ９０、第１コイル１００、嵌合ピン１１０、第２コイル１２０等からなる電磁クラッチ機構を備えている。
【００１２】
ハウジング１０は、例えばアルミニウム系合金の鋳造等によって形成されたウォーターポンプ１の筐体である。ハウジング１０の内部には、冷却水が循環する水路１１が形成されている。
また、ハウジング１０には、軸受３０及び軸受７０が取り付けられる軸受座１２、及び、第１コイル１００が取り付けられるコイル座１３等が一体に形成されている。
【００１３】
軸受座１２は、シャフト２０と同心の円筒状に形成され、ハウジング１０の水路１１が設けられる部分からプーリ６０側に突き出して配置されている。
軸受座１２の内周面部には、軸受３０の外輪３１が固定される。また、軸受座１２の外周面部には、軸受７０の内輪７１が固定される。
コイル座１３は、軸受座１２及び軸受７０の外径側に配置され、第１コイル１００をプーリ６０の外筒部６１と内筒部６２との間隔へ挿入した状態で保持する部分である。
【００１４】
シャフト２０は、軸受３０によって、ハウジング１０に対して回転可能に支持された回転軸である。シャフト２０の一方の端部は、ハウジング１０の水路１１側へ挿入され、インペラ４０が取り付けられている。シャフト２０の他方の端部は、軸受座１２から外部へ突き出して配置され、突端部には電磁クラッチ機構の板バネ９０が取り付けられている。
シャフト２０には、嵌合ピン１１０を保持する嵌合ピン座２１が形成されている。嵌合ピン座２１は、シャフト２０の外周面から外径側へ突き出したブロック状の部分である。
【００１５】
軸受３０は、シャフト２０をハウジング１０の軸受座１２に対して回転可能に支持するものである。
図２等に示すように、軸受３０は、軸受座１２の内径側に固定される外輪３１、及び、転動体である鋼球３２を有する複列の深溝玉軸受である。また、シャフト２０の外周面には、鋼球３２が案内される内側軌道面が形成され、内輪を兼ねた構成となっている。
【００１６】
インペラ４０は、シャフト２０の水路１１側の端部に取り付けられ、冷却水を圧送する羽根車である。
【００１７】
メカシール５０は、軸受３０とインペラ４０との間において、シャフト２０の外周面とハウジング１０の軸受座１２の内周面との間をシールし、シャフト２０を回転可能としつつ冷却水のリークを防止するものである。
【００１８】
プーリ６０は、図示しないエンジンからの駆動力がベルトを介して入力される、本発明にいう第２の回転部材である。
プーリ６０は、外筒部６１、内筒部６２、端面部６３を一体に形成したものである。
外筒部６１は、プーリ６０の外端部に設けられ、ベルトが巻き掛けられる円筒状の部分である。
内筒部６２は、外筒部６１の内径側に同心に配置され、軸受７０の外輪が圧入される円筒状の部分である。
端面部６３は、外筒部６１と内筒部６２とのプレート８０側の端部間を連結する平板状の部分であって、中央部に開口が設けられた円盤状に形成されている。
【００１９】
軸受７０は、プーリ６０をハウジング１０の軸受座１２に対して回転可能に支持するものである。
図２等に示すように、軸受７０は、軸受座１２の外径側に固定される内輪７１、プーリ６０の内筒部６２の内径側に固定される外輪７２、及び、転動体である鋼球７３を有する複列の深溝玉軸受である。
【００２０】
プレート８０は、プーリ６０の端面部６３と対向して配置された平板状の部材である。プレート８０は、本発明にいう第１の回転部材である。プレート８０は、電磁クラッチ機構の締結時には、プーリ６０の端面部６３と圧着して動力の伝達を行う。プレート８０は、中央部に円形開口が設けられた円盤状に形成され、シャフト２０と同心に配置されている。
プレート８０は、第１コイル１００を通電することによって、端面部６３から離間する方向へ駆動される磁性体である。
プレート８０の内径側端部には、嵌合ピン１１０が挿入され嵌合する被嵌合部である凹部８１が形成されている。
【００２１】
板バネ９０は、シャフト２０の外周面とプレート８０の内周縁部とを連結するとともに、その付勢力によって、電磁クラッチ機構の締結時にプレート８０をプーリ６０の端面部６３に圧着させるものである。
【００２２】
第１コイル１００は、ハウジング１０のコイル座１３に取り付けられ、プーリ６０の外筒部６１と内筒部６２との間隔に配置されている。第１コイル１００は、プーリ６０の端面部６３を挟んで、プレート８０と対向して配置されている。第１コイル１００は、コイル座１３のプレート８０側の側面部を凹ませて形成された凹部に嵌め込まれ固定されている。第１コイル１００に給電する配線は、凹部から反対側に貫通して形成された開口から引き出されている。
第１コイル１００は、電磁クラッチ機構の締結解除動作時に通電されることによって、プレート８０をプーリ６０から離間する方向に駆動する。
【００２３】
嵌合ピン１１０は、電磁クラッチ機構が締結解除状態にあるときに、プレート８０の凹部８１に挿入されることによって、第１コイル１００の通電を停止してもプレート８０の位置を保持する可動嵌合部材である。
嵌合ピン１１０は、シャフト２０の径方向に伸びた柱状に形成され、シャフト２０の嵌合ピン座２１に挿入されている。嵌合ピン１１０は、嵌合ピン座２１に対して、シャフト２０の軸方向に相対移動可能となっている。
嵌合ピン１１０の先端部は、図１、図２に示す電磁クラッチ機構の締結状態においては、シャフト２０の嵌合ピン座２１からわずかに突き出しかつプレート８０の内周縁部とは間隔を隔てて配置されている。
また、嵌合ピン１１０は、図３に示す電磁クラッチ機構の締結解除状態においては、先端部がプレート８０の凹部８１内に挿入され、シャフト２０とプレート８０とが軸方向に相対変位しないよう拘束する。
嵌合ピン１１０は、磁性体によって構成され、第２コイル１２０を通電することによって、嵌合ピン座２１から繰出される方向の推力を受ける。
【００２４】
第２コイル１２０は、通電時に嵌合ピン１１０をシャフト２０の嵌合ピン座２１から、シャフト２０の径方向外側に突き出すように駆動するものである。
第２コイル１２０は、嵌合ピン座２１の内部に設けられ、嵌合ピン１１０のシャフト２０中心側の端部と対向して配置されている。
第２コイル１２０に給電する配線は、嵌合ピン座２１に形成された開口を通じて、軸受３０側に引き出されている。
嵌合ピン座２１から引き出された配線は、配線端が軸受座１２内に設置された図示しない配線と、図示しないスリップリングを介して第２コイル１２０の回転に関わらず常時導通するようになっている。これによって、シャフト２０とともに回転する第２コイル１２０への給電が可能となる。
第２コイル１２０と嵌合ピン１１０とは、リターンスプリング１２１によって連結されている。このリターンスプリング１２１は、第２コイル１２０の通電停止時に、嵌合ピン１１０を図２に示す初期位置に引き戻すものである。
【００２５】
次に、上述した実施例のウォーターポンプ１の動作について説明する。
ウォーターポンプ１は、エンジンの運転中は冷間始動後の暖機運転中のみ停止され、それ以外の通常運転時はほぼ常時駆動される。
ウォーターポンプ１の駆動中においては、電磁クラッチ機構は、図１、図２に示す締結状態とされる。このとき、第１コイル１００及び第２コイル１２０はともに通電を停止された状態となっている。
このとき、プレート８０の凹部８１は、嵌合ピン１１０に対してシャフト２０の回転軸方向にずれた位置にあり、嵌合ピン１１０の挿入は不可能な状態となっている。
【００２６】
ウォーターポンプ１を停止する場合には、先ず第１コイル１００に通電することによって、図３に示すように、プレート８０をプーリ６０から離間する方向に駆動する。これによって、プレート８０の凹部８１は、シャフト２０の回転軸方向に沿った位置が嵌合ピン１１０とほぼ一致した位置となり、嵌合ピン１１０の挿入が可能となる。
次に、第２コイル１２０に通電することによって、嵌合ピン１１０がシャフト２０の嵌合ピン座２１から繰出され、嵌合ピン１１０の先端部がプレート８０の凹部８１に挿入される。
その後、第１コイル１００の通電は停止され、プレート８０は嵌合ピン１１０によって、プーリ６０から離間した状態（電磁クラッチ機構の締結解除状態）に保持される。このとき、第２コイル１２０への通電は継続される。
【００２７】
ウォーターポンプ１が停止した状態から駆動状態へ復帰させる（電磁クラッチ機構を締結解除状態から締結状態へ復帰させる）場合には、第２コイル１２０への通電を停止する。
このとき、嵌合ピン１１０はリターンスプリング１２１の引張力によってシャフト２０の嵌合ピン座２１内へ引き込まれ、嵌合ピン１１０とプレート８０の凹部８１との嵌合が解除される。
そして、プレート８０は、板バネ９０の付勢力によってプーリ６０側へ移動し、端面部６３に圧着し、電磁クラッチ機構が締結状態とされる。
【００２８】
次に、上述した実施例の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。なお、比較例の説明において、実施例と実質的に共通する部分については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図４、図５に示す比較例のウォーターポンプ２は、実施例における嵌合ピン１１０及び第２コイル１２０が設けられていない。また、これに伴い、シャフト２０の嵌合ピン座２１、プレート８０の凹部８１、リターンスプリング１２１等も設けられていない。
ウォーターポンプ２に設けられる電磁クラッチ機構は、締結解除時（切断時）にコイルに通電を継続するいわゆる負作動形のクラッチである。
【００２９】
比較例において、図４に示すウォーターポンプ２の駆動状態（電磁クラッチ機構の締結状態）では、第１コイル１００の通電は停止され、プレート８０は板バネ９０の付勢力によってプーリ６０の端面部６３に圧着されている。
また、図５に示すウォーターポンプ２の停止状態（電磁クラッチ機構の締結解除状態）では、第１コイル１００の通電が継続され、プレート８０は、第１コイル１００による推力によって、プーリ６０から離間した状態を維持する。
ここで、第１コイル１００が発生する推力は、板バネ９０の付勢力に打ち勝つ必要があるため、第１コイル１００にはある程度大きな電力を供給することが必要となる。
【００３０】
これに対し、本実施例によれば、電磁クラッチ機構の締結解除状態を維持する際、第２コイル１２０の通電は継続されるが、第１コイル１００への通電は停止することができる。ここで、第２コイル１２０が嵌合ピン１１０に作用させる推力は、リターンスプリング１２１の付勢力及び各部材間の摩擦に打ち勝てればよいので、第２コイル１２０の消費電力は第１コイル１００の消費電力よりも大幅に小さくなり、少ない消費電力により電磁クラッチ機構の締結解除状態を維持することができる。
また、嵌合ピン１１０は、第２コイル１２０への通電を停止すればリターンスプリング１２１によって嵌合ピン座２１内へ引き込まれるので、簡単な構成により嵌合ピンの突き出し、引き込みを行うことができる。
【００３１】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）電磁クラッチ機構を構成する各部材の形状、構造、材質等は、上述した実施例のものに限定されず適宜変更することができる。
（２）本発明の電磁クラッチ機構は、実施例のようなウォーターポンプに限らず、各種ポンプ、コンプレッサ、その他の自動車エンジン用補機類や、その他の用途にも適用することができる。
（３）実施例の電磁クラッチ機構は、締結解除時に可動嵌合部材と回転部材とを嵌合させる構成としているが、例えば締結解除状態よりも締結状態のほうが頻度が低い場合には、電磁クラッチ機構を正作動形とし、第１のコイルによって第１及び第２の回転部材を圧着させた後にこの状態で可動嵌合部材を嵌合させる構成としてもよい。この場合、各コイルの通電を停止すると、第１及び第２の回転部材は例えばバネ要素等によって離間した状態（締結解除状態）に維持される。
【符号の説明】
【００３２】
１    ウォーターポンプ（実施例）    ２    ウォーターポンプ（比較例）
１０    ハウジング                  １１    水路
１２    軸受座                      １３    コイル座
２０    シャフト                    ２１    嵌合ピン座
３０    軸受                        ３１    外輪
３２    鋼球                        ４０    インペラ
５０    メカシール                  ６０    プーリ
６１    外筒部                      ６２    内筒部
６３    端面部                      ７０    軸受
７１    内輪                        ７２    外輪
７３    転動体                      ８０    プレート
８１    凹部                        ９０    板バネ
１００    第１コイル                １１０    嵌合ピン
１２０    第２コイル                １２１    リターンスプリング
【図１】
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【図２】
2011174552.tif 000004
【図３】
2011174552.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011174552.tif 000007