(57)【要約】【課題】より小さい電力で駆動力の伝達効率を向上させることができる電磁クラッチを提供する。【解決手段】電磁クラッチ１は、シャフト３と、内輪７と、外輪５と、ボール６と、コイル８３とを備える。内輪７は、シャフト３の軸方向に沿ってスライド可能にシャフト３によって支持される。外輪５は、内輪７の径方向の外方において、内輪７から離れて配置される。ボール６は、内輪７の外周面と外輪５の内周面との間に配置される。コイル８３は、電流が流れることによって電磁力を発生させる。内輪７は、電磁力が発生すると、第１位置から第２位置へ移動する。内輪７が第２位置へ移動すると、ボール６が外輪５の内周面及び内輪７の外周面に圧接されて、内輪７と外輪５とが連結する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
前記シャフトの軸方向に沿ってスライド可能に前記シャフトによって支持される内輪と、
前記内輪の径方向の外方において、前記内輪から離れて配置される外輪と、
前記内輪の外周面と前記外輪の内周面との間に配置されるボールと、
電流が流れることによって電磁力を発生させるコイルと
を備え、
前記内輪は、前記電磁力が発生すると、第１位置から第２位置へ移動し、
前記内輪が前記第２位置へ移動すると、前記ボールが前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面に圧接されて、前記内輪と前記外輪とが連結する、電磁クラッチ。
【請求項２】
前記外輪は、前記ボールの前記軸方向への移動を規制する第１溝部を前記内周面に有する、請求項１に記載の電磁クラッチ。
【請求項３】
前記第１溝部は、前記内周面に沿って連続して形成される、請求項２に記載の電磁クラッチ。
【請求項４】
前記内輪は、前記軸方向に延在する第２溝部を前記外周面に有し、
前記内輪が前記第１位置から前記第２位置へ移動すると、前記第２溝部の底面が前記第１溝部の底面に近づく、請求項２又は請求項３に記載の電磁クラッチ。
【請求項５】
前記第２溝部の深さは、前記第２位置側から前記第１位置側へ向かうにつれて浅くなる、請求項４に記載の電磁クラッチ。
【請求項６】
前記コイルは、前記第２位置側に配置される、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電磁クラッチ。
【請求項７】
前記内輪を挟んで前記コイルと対向する永久磁石を更に備え、
前記内輪は、前記コイルに流れる電流が遮断されると、前記永久磁石の磁力によって前記第２位置から前記第１位置へ移動する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電磁クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁クラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電磁クラッチが開示されている。詳しくは、特許文献１に開示の電磁クラッチは、シャフト、クラッチギアと一体の円筒部、板バネ、アーマチュア、ロータ及び電磁コイルを備える。円筒部は、シャフトに遊貫される。円筒部は、中空であって、クラッチギアと接続する側の端部に底壁を有する。板バネ及びアーマチュアは、円筒部の内部空間に設けられる。詳しくは、板バネは、円筒部の底壁に支持される。アーマチュアは、板バネを介して円筒部の底壁に対向して配置される。アーマチュアは、シャフトの軸方向に沿ってスライド可能である。ロータは、アーマチュアに対向するようにシャフトに固定される。電磁コイルは、ロータを介してアーマチュアに対向するようにシャフトに固定される。電磁コイルは、電流が流れると電磁力を発生する。電磁コイルが発生した電磁力によって、アーマチュアは、ロータにひきつけられる。これにより、アーマチュアとロータとが連結し、クラッチギア（円筒部）からの駆動力がアーマチュア及びロータを介してシャフトに伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９５４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の電磁クラッチでは、電磁コイルが発生する電磁力が小さいと、マーチュアとロータとの間に滑りが発生し、駆動力の伝達が確実に行われなくなる虞がある。したがって、特許文献１に開示の電磁クラッチのように、電磁コイルが発生する電磁力のみによってマーチュアとロータとを連結させる構成では、駆動力の伝達効率を上げるために電流コイルに流れる電流の電流値を大きくする必要がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、より小さい電力で駆動力の伝達効率を向上させることができる電磁クラッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電磁クラッチは、シャフトと、内輪と、外輪と、ボールと、コイルとを備える。前記内輪は、前記シャフトの軸方向に沿ってスライド可能に前記シャフトによって支持される。前記外輪は、前記内輪の径方向の外方において、前記内輪から離れて配置される。前記ボールは、前記内輪の外周面と前記外輪の内周面との間に配置される。前記コイルは、電流が流れることによって電磁力を発生させる。前記内輪は、前記電磁力が発生すると、第１位置から第２位置へ移動する。前記内輪が前記第２位置へ移動すると、前記ボールが前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面に圧接されて、前記内輪と前記外輪とが連結する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、より小さい電力でより駆動力の伝達効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る電磁クラッチを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電磁クラッチの分解断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係るケーシング、永久磁石、及び外輪の構成を示す図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係るシャフト、ボール、及び内輪の構成を示す図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施形態に係る第２溝部を内輪の径方向の外側から見た図であり、（ｂ）は、図５（ａ）に示すＶＢ−ＶＢ線に沿った断面を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る電磁石部及びストッパーの構成を示す図である。
【図７】図２に示す各部が組み立てられた電磁クラッチの構成を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係るコイルに電圧が印加された状態の電磁クラッチを示す図である。
【図９】本実施形態に係るコイルに電圧が印加された状態の電磁クラッチの断面を示す図である。
【図１０】図９に示す複数のボールのうちの１つのボールの近傍を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明に係る電磁クラッチの実施形態について説明する。なお、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００１０】
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る電磁クラッチ１について説明する。図１は、本実施形態に係る電磁クラッチ１を示す斜視図である。
【００１１】
図１に示すように、電磁クラッチ１は、ケーシング２を備える。ケーシング２は、複数のギア歯を有する円盤状のギア部２１と、第１円筒部２２とを有する。ギア部２１には、駆動力が入力される。ギア部２１と第１円筒部２２とは一体に構成される。したがって、ギア部２１に駆動力が入力されると、第１円筒部２２（ケーシング２）は回転する。
【００１２】
図２は、本実施形態に係る電磁クラッチ１の分解断面図である。図２に示すように、電磁クラッチ１は、ケーシング２に加え、中空のシャフト３、永久磁石４、外輪５、複数のボール６、内輪７、電磁石部８及びストッパー９を備える。本実施形態において、永久磁石４、外輪５、内輪７及び電磁石部８の各々は、略円盤形状を有する。また、永久磁石４、外輪５、内輪７、電磁石部８及びストッパー９の各々は、シャフト３が挿通される孔を中心部に有する。なお、本実施形態において、ボール６の材料には、耐久性の高い樹脂、あるいは金属が採用される。
【００１３】
ケーシング２は、シャフト３の軸方向の両端に開口を有する中空の部材である。シャフト３は、ギア部２１に入力された駆動力を出力する。永久磁石４は、内輪７を引き寄せる磁力を発生する。外輪５は、ギア部２１に入力された駆動力によって回転する。複数のボール６は、外輪５と内輪７とを連結させる。複数のボール６を介して外輪５と内輪７とが連結することによって、外輪５から内輪７に駆動力が伝達される。電磁石部８は、磁界を形成し、内輪７を引き寄せる磁力を発生する。ストッパー９は、シャフト３がケーシング２から抜け落ちることを抑制する。
【００１４】
本実施形態において、内輪７は、シャフト３に支持される。詳しくは、シャフト３は、第１軸方向Ｄ１及び第２軸方向Ｄ２に沿って内輪７がスライド可能となるように、内輪７を支持する。第１軸方向Ｄ１及び第２軸方向Ｄ２は、シャフト３の軸方向と平行である。内輪７が第１軸方向Ｄ１及び第２軸方向Ｄ２に沿ってスライドすることにより、シャフト３からの駆動力の出力の有無が切り替わる。
【００１５】
続いて、図３（ａ）〜図６（ｂ）を参照して、本実施形態に係る電磁クラッチ１の各部の構成について詳細に説明する。
【００１６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施形態に係るケーシング２、永久磁石４、及び外輪５の構成を示す図である。詳しくは、図３（ａ）は、本実施形態に係るケーシング２、永久磁石４、及び外輪５を示す分解断面図であり、図３（ｂ）は、本実施形態に係るケーシング２、永久磁石４、及び外輪５を示す断面斜視図である。
【００１７】
図３（ａ）に示すように、ケーシング２は、仕切り壁２３、及びシャフト支持部２４を更に有する。仕切り壁２３は、ケーシング２の内部空間を第１内部空間２０ａと第２内部空間２０ｂとに区分けする。
【００１８】
シャフト支持部２４は、仕切り壁２３の中心部分を貫通する。シャフト支持部２４は、第１内部空間２０ａと第２内部空間２０ｂとを連通させる。シャフト支持部２４には、図２を参照して説明したシャフト３が遊びを持った状態で貫入される。
【００１９】
図３（ｂ）に示すように、永久磁石４は、シャフト支持部２４の外周面に沿って配置される。外輪５は、第１内部空間２０ａに収容される。外輪５は、第１円筒部２２に固定される。これにより、外輪５は、第１円筒部２２の回転に応じて回転する。
【００２０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、外輪５は、第１溝部５１を内周面に有する。第１溝部５１は、第１底面５１ａを有する。本実施形態において、第１溝部５１は、外輪５の周方向に沿って連続して形成される。なお、第１溝部５１は、外輪５の内周面に離散的に設けられてもよい。
【００２１】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、本実施形態に係るシャフト３、ボール６、及び内輪７について説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本実施形態に係るシャフト３、ボール６、及び内輪７の構成を示す図である。詳しくは、図４（ａ）は、本実施形態に係るシャフト３、ボール６、及び内輪７を示す分解断面図であり、図４（ｂ）は、本実施形態に係るシャフト３、ボール６、及び内輪７を示す断面斜視図である。
【００２２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、シャフト３は、フランジ部３１、挿通部３２、及びストッパー係合部３４を有する。
【００２３】
フランジ部３１は、円盤形状である。フランジ部３１は、挿通部３２の基端と接続する。以下、フランジ部３１の挿通部３２側の端を「先端」と記載する。フランジ部３１の先端面は、第１当接面３１１を有する。第１当接面３１１は、挿通部３２の基端からフランジ部３１の径方向の外方に向けて突出している。
【００２４】
挿通部３２は、筒状形状を有する。挿通部３２は、第２円筒部３２１、Ｄ形状部３２２、及び被支持面３３を有する。
【００２５】
第２円筒部３２１の形状は、シャフト３の軸方向から見たとき、円形である。第２円筒部３２１は、挿通部３２の基端部に設けられる。
【００２６】
Ｄ形状部３２２の形状は、シャフト３の軸方向から見たとき、略Ｄ字形状である。Ｄ形状部３２２は、挿通部３２の中央部分及び先端部に設けられる。
【００２７】
被支持面３３は、挿通部３２の基端から先端に向けて（第１軸方向Ｄ１に沿って）、第１被支持面３３１、第２被支持面３３２、及び第３被支持面３３３をこの順で有する。第１被支持面３３１は、第２円筒部３２１の外周壁の一部によって構成される。換言すると、第１被支持面３３１の形状は、円弧形状である。第３被支持面３３３は、Ｄ形状部３２２の外周壁の一部によって構成される。第３被支持面３３３は、シャフト３の軸方向に長い平坦面である。第１被支持面３３１と第３被支持面３３３との間には段差が形成される。第２被支持面３３２は、第１被支持面３３１と第３被支持面３３３との間の段差によって形成される。
【００２８】
ストッパー係合部３４は、挿通部３２（Ｄ形状部３２２）の先端部に設けられる。ストッパー係合部３４は、図２を参照して説明したストッパー９と係合する。本実施形態において、ストッパー係合部３４は、挿通部３２（Ｄ形状部３２２）の外周面に形成される。
【００２９】
内輪７は、第１対向面７１、第２対向面７２、貫通孔７３、支持面７４、及び複数の第２溝部７５を有する。
【００３０】
第１対向面７１は、フランジ部３１の第１当接面３１１と対向する。第２対向面７２は、図２を参照して説明した電磁石部８と対向する。
【００３１】
貫通孔７３は、内輪７をシャフト３の軸方向に貫通する。貫通孔７３には、シャフト３の挿通部３２が挿通される。貫通孔７３の形状は、挿通部３２の形状に対応している。
【００３２】
支持面７４は、貫通孔７３を形成する壁面の一部によって構成される。支持面７４は、第２対向面７２側が一段上がった階段形状を有する。支持面７４の形状は、挿通部３２の被支持面３３の形状に対応している。支持面７４は、第２対向面７２側から第１対向面７１側に向けて（第２軸方向Ｄ２に沿って）、第１支持面７４１、第２支持面７４２及び第３支持面７４３をこの順で有する。内輪７が第１軸方向Ｄ１及び第２軸方向Ｄ２に沿ってスライドすることにより、第２支持面７４２は、被支持面３３の第２被支持面３３２と当接したり、被支持面３３の第２被支持面３３２から離れたりする。
【００３３】
複数の第２溝部７５の各々は、内輪７の外周面に形成される。詳しくは、各第２溝部７５は、シャフト３の軸方向と平行に第１対向面７１から第２対向面７２に向けて延在する。各第２溝部７５にはボール６が配置される。
【００３４】
続いて、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して、本実施形態に係る第２溝部７５の構成について説明する。図５（ａ）は、本実施形態に係る第２溝部７５を内輪７の径方向の外側から見た図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すＶＢ−ＶＢ線に沿った断面を示す図である。
【００３５】
図５（ａ）に示すように、第２溝部７５の上縁を内輪７の径方向の外側から見たときの形状は、略Ｕ字形状である。
【００３６】
図５（ｂ）に示すように、第２溝部７５は、第２底面７５ｂを有する。第２底面７５ｂの内輪７の径方向における位置（第２溝部７５の深さｄ）は、第１対向面７１側と第２対向面７２側とで異なる。詳しくは、第２溝部７５の深さｄは、第２対向面７２側よりも第１対向面７１側の方が浅い。より詳しくは、第２溝部７５の深さｄは、第２対向面７２から第１対向面７１にむかうにつれて徐々に浅くなる。
【００３７】
次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、本実施形態に係る電磁石部８及びストッパー９の構成について説明する。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本実施形態に係る電磁石部８及びストッパー９の構成を示す図である。詳しくは、図６（ａ）は、本実施形態に係る電磁石部８及びストッパー９を示す分解断面図であり、図６（ｂ）は、本実施形態に係る電磁石部８及びストッパー９の構成を示す断面斜視図である。
【００３８】
図６（ａ）に示すように、電磁石部８は、第１キャップ（第１ヨーク）８１、第２キャップ（第２ヨーク）８２、及びコイル８３によって構成される。
【００３９】
コイル８３には、電圧が印加される。電圧が印加されると、コイル８３に電流が流れる。コイル８３に電流が流れることによって磁界が形成される。この結果、電磁力が発生する。電磁力が発生すると、図２を参照して説明した内輪７が、第１軸方向Ｄ１へスライドする。
【００４０】
図６（ｂ）に示すように、第１キャップ８１及び第２キャップ８２は、コイル８３を覆う。
【００４１】
ストッパー９は、第２キャップ８２に固定される。ストッパー９をシャフト３の軸方向から見たときの形状は、略Ｄ字形状であって、シャフト３のＤ形状部３２２の形状と対応している。ストッパー９は、図４を参照して説明したシャフト３のストッパー係合部３４に係合する。これにより、シャフト３の第１軸方向Ｄ１及び第２軸方向Ｄ２への移動が規制される。この結果、シャフト３のケーシング２からの脱落を抑制することができる。
【００４２】
続いて、図７〜図９を参照して、電磁クラッチ１の構成について更に説明する。図７は、図２に示す各部が組立てられた電磁クラッチ１の構成を示す図である。詳しくは、図７は、コイル８３に電圧が印加されていない状態の電磁クラッチ１を示す。
【００４３】
図７に示すように、シャフト３の挿通部３２、永久磁石４、外輪５、複数のボール６、内輪７、及び電磁石部８は、第１内部空間２０ａに収容される。本実施形態において、内輪７の第１対向面７１は、永久磁石４と対向し、第２対向面７２は、電磁石部８と対向する。
【００４４】
外輪５は、内輪７の径方向の外方において、内輪７から離れて配置される。
【００４５】
各ボール６は、外輪５と内輪７との間に配置される。詳しくは、各ボール６は、外輪５の第１溝部５１と内輪７の第２溝部７５との間に配置される。第１溝部５１は、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して説明したように、外輪５の周方向に沿って形成されている。したがって、第１溝部５１は、ボール６がシャフト３の軸方向に移動することを規制する。
【００４６】
図７に示す状態（コイル８３に電圧が印加されていない状態）において、内輪７は、永久磁石４が発生した磁力によって永久磁石４側に引き寄せられる。以下、図７に示す状態における内輪７の第２対向面７２の位置を「第１位置Ｐ１」と記載する。また、内輪７の第２対向面７２の位置を、「内輪７の位置」と記載する場合がある。内輪７の第２対向面７２の位置は、コイル８３から電磁力が発生すると、シャフト３の軸方向に沿って変化する。
【００４７】
内輪７の位置が第１位置Ｐ１である場合において、ボール６と第１底面５１ａとの間又はボール６と第２底面７５ｂとの間には隙間が形成される。換言すると、外輪５と内輪７とは連結していない。したがって、外輪５から内輪７へ駆動力は伝達されない。よって、ギア部２１に入力された駆動力は、シャフト３へ伝達されず、シャフト３は、駆動力を出力しない。
【００４８】
続いて、図７〜図１０を参照して、本実施形態に係る電磁クラッチ１の動作について説明する。図８は、本実施形態に係るコイル８３に電圧が印加された状態の電磁クラッチ１を示す。図９は、本実施形態に係るコイル８３に電圧が印加された状態の電磁クラッチ１の断面を示す図である。詳しくは、図９は、第１円筒部２２を径方向に沿って切断し、フランジ部３１側からシャフト３の軸方向に沿って見た電磁クラッチ１の断面を示す。図１０は、図９に示す複数のボール６のうちの１つのボール６の近傍を示す拡大図である。
【００４９】
図７に示す状態において、コイル８３に電圧が印加されて磁界が形成されると、図８に示すように、内輪７は、永久磁石４が発生した磁力に抗して、電磁石部８側に引き寄せられる。詳しくは、内輪７は、第１軸方向Ｄ１に沿って移動する。以下、図８に示す状態における内輪７の位置を「第２位置Ｐ２」と記載する。
【００５０】
図５（ｂ）を参照して説明したように、第２対向面７２の深さｄは、第２対向面７２側から第１対向面７１側にむかうにつれて徐々に浅くなる。したがって、内輪７の位置が第２位置Ｐ２に到達すると、図９及び図１０に示すように、ボール６は、外輪５と内輪７とによって圧接される。詳しくは、図１０に示すように、第２溝部７５の第２底面７５ｂと第１溝部５１の第１底面５１ａとの間の距離は、ボール６の直径Φと一致する。あるいは、ボール６の直径Φよりもわずかに小さい。したがって、ボール６を介して、外輪５と内輪７とが連結する。詳しくは、ボール６の外周面と第１溝部５１の第１底面５１ａとの間に発生する摩擦力及びボール６の外周面と第２溝部７５の第２底面７５ｂとの間に発生する摩擦力を介して、外輪５から内輪７に駆動力（回転トルク）が伝達される。この結果、内輪７が外輪５と共に回転する。よって、内輪７からシャフト３に駆動力が伝達されて、シャフト３から駆動力が出力される。
【００５１】
内輪７は、コイル８３に流れる電流が遮断されると永久磁石４が発生する磁力によって永久磁石４側に引き寄せられる。詳しくは、内輪７は、第２軸方向Ｄ２へ沿って第１位置Ｐ１まで移動する。図７を参照して説明したように、内輪７の位置が第１位置Ｐ１である場合、ボール６と第２底面７５ｂとの間又はボール６と第１底面５１ａとの間には隙間が形成される。したがって、外輪５と内輪７との連結が解除される。よって、シャフト３から駆動力が出力されなくなる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について説明した。本実施形態によれば、ボール６が外輪５の内周面（第１溝部５１の第１底面５１ａ）と内輪７の外周面（第２溝部７５の第２底面７５ｂ）との間に圧接されることによって、外輪５と内輪７とが連結する。したがって、より小さい電力で駆動力の伝達効率を向上させることができる。
【００５３】
なお、本実施形態において、第２溝部７５の上縁を内輪７の径方向の外側から見た形状が略Ｕ字形状である構成を説明したが、第２溝部７５の上縁の形状は第２溝部７５に対するボール６の相対位置がシャフト３の軸方向に沿って変化し得る限り、特に限定されない。第２溝部７５の上縁の形状は、例えば、略Ｖ字形状であってもよい。
【００５４】
また、本実施形態において、内輪７は、複数の第２溝部７５を有する構成を例に説明したが、内輪７が有する第２溝部７５は１つであってもよい。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について、図面（図１〜図１０）を参照しながら説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。また、上記の実施形態で示す構成は、一例であって特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５６】
例えば、本発明の実施形態では、内輪７は、コイル８３に電流が流れていない場合、永久磁石４が発生する磁力によって第１位置Ｐ１まで移動した（外輪５と内輪７との連結が解除された）が、内輪７を第１位置Ｐ１まで移動させる部材は、永久磁石４に限定されない。内輪７を第１位置Ｐ１まで移動させる部材は、例えば、板バネであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、電磁クラッチに有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１        電磁クラッチ
３        シャフト
５        外輪
６        ボール
７        内輪
８３      コイル
【図１】
2019019943.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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