(57)【要約】【課題】小さな力で動力の伝達状態を切り替えることができるクラッチを提供する。【解決手段】クラッチ１００は、駆動側回転体１１０と、駆動側回転体１１０に連結される連結位置と駆動側回転体１１０に対する連結が解除される解除位置との間を駆動側回転体１１０の軸方向に沿って移動可能であり、駆動側回転体１１０の軸を中心軸とする螺旋溝部４１０を含む溝４００が外周面に形成された従動側回転体１２０と、従動側回転体１２０を解除位置から連結位置に向けて付勢する付勢部材１４０と、溝４００に挿脱可能であるとともに軸方向への移動が規制されている係止部材１５１と、を備える。クラッチ１００は、従動側回転体１２０が解除位置に位置するときに係止部材１５１が位置する部分の溝４００の深さが、係止部材１５１が挿入される部分の溝４００の深さよりも浅い。【選択図】図６
2015025470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動側回転体と、
該駆動側回転体に連結される連結位置と前記駆動側回転体に対する連結が解除される解除位置との間を前記駆動側回転体の軸方向に沿って移動可能であり、前記駆動側回転体の軸を中心軸とする螺旋溝部を含む溝が外周面に形成された従動側回転体と、
該従動側回転体を前記解除位置から前記連結位置に向けて付勢する付勢部材と、
前記溝に挿脱可能であるとともに前記軸方向への移動が規制されている係止部材と、を備え、
前記溝に前記係止部材を挿入し、前記螺旋溝部の側壁に前記係止部材を係合させることによって前記従動側回転体を前記付勢部材の付勢力に抗して前記解除位置まで移動させて連結を解除するクラッチであり、
前記従動側回転体が前記解除位置に位置するときに前記係止部材が位置する部分の前記溝の深さが、前記係止部材が挿入される部分の前記溝の深さよりも浅いことを特徴とするクラッチ。
【請求項２】
前記溝の底面は、同溝の深さが、連結を解除した状態を維持しているときに前記係止部材が位置する部分に向かって次第に浅くなるように傾斜した傾斜面を有していることを特徴とする請求項１に記載のクラッチ。
【請求項３】
前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間の連結を仲介する球体を備え、
該球体は、前記従動側回転体が前記連結位置に移動したときに前記従動側回転体と前記駆動側回転体との間に回転不能に嵌合されて前記従動側回転体を前記駆動側回転体に対して連結する一方、前記従動側回転体が前記解除位置に移動したときに前記従動側回転体と前記駆動側回転体との間で回転して前記従動側回転体の前記駆動側回転体に対する連結を解除することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクラッチ。
【請求項４】
前記溝は、前記螺旋溝部を第１の螺旋溝部としたとき、同第１の螺旋溝部とは反対の方向に傾斜して延びる第２の螺旋溝部を有しており、
同溝における連結を解除した状態を維持しているときに前記係止部材が位置することになる部分が、前記第２の螺旋溝部にあることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のクラッチ。
【請求項５】
電磁石と、該電磁石への通電によって生じる磁力によって吸引される可動芯と、を有して、前記係止部材を前記溝に出し入れする電磁式のアクチュエータを備え、
前記係止部材は、基端が前記可動芯と回動可能に連結されるとともに先端が前記従動側回転体の溝に出し入れ可能な状態で、両端の間に位置する回動支点を中心に回動可能に支持されており、
前記アクチュエータは、前記電磁石への通電によって生じる磁力によって前記可動芯を吸引することにより、前記係止部材を前記溝から引き抜くことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のクラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動側回転体に対する従動側回転体の連結状態を切り替えることによって、従動側回転体への動力の伝達状態を切り替えるクラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却水を循環させるための機械式のポンプとクランク軸とをクラッチを介して連結してクランク軸の回転力によってポンプを駆動したり、クラッチによる連結を解除してポンプの駆動を停止したりすることのできるエンジンが知られている。クランク軸に対するポンプの連結状態を切り替えるためのクラッチとしては、クランク軸に連結された固定クラッチ板に対して、ポンプに連結された可動クラッチ板を、スプリングの付勢力によって押し当てるものがある。
【０００３】
こうしたクラッチにおいて連結状態を解除する場合には、例えば電磁力などの外力によって、可動クラッチ板をスプリングの付勢力に抗して移動させ、固定クラッチ板から離間させる必要がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９３４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようなクラッチにおいては、伝達しなければならないトルクが大きいほど、連結状態を維持するためのスプリングの付勢力を大きくする必要がある。そして、大きい付勢力に抗して可動クラッチ板を離間させるためには、コイルの巻き数を多くするなどして、電磁力を大きくする必要がある。
【０００６】
しかし、コイルの巻き数が多くなると装置が大型化したり、消費電力量が大きくなったりしてしまうため、大きなトルクを伝達できるようにしながらも、連結の解除に要する力をできるだけ小さくしたいという要請がある。
【０００７】
なお、こうした課題は、電磁力によって可動クラッチ板を移動させる電磁クラッチに限らず、油圧によって可動クラッチ板を移動させる油圧クラッチなど、アクチュエータによって駆動側回転体と従動側回転体とを相対移動させることにより動力の伝達状態を切り替えるクラッチにおいては、概ね共通したものとなっている。
【０００８】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小さな力で動力の伝達状態を切り替えることができるクラッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するためのクラッチは、駆動側回転体と、該駆動側回転体に連結される連結位置と前記駆動側回転体に対する連結が解除される解除位置との間を前記駆動側回転体の軸方向に沿って移動可能であり、前記駆動側回転体の軸を中心軸とする螺旋溝部を含む溝が外周面に形成された従動側回転体と、該従動側回転体を前記解除位置から前記連結位置に向けて付勢する付勢部材と、前記溝に挿脱可能であるとともに前記軸方向への移動が規制されている係止部材と、を備え、前記溝に前記係止部材を挿入し、前記螺旋溝部の側壁に前記係止部材を係合させることによって前記従動側回転体を前記付勢部材の付勢力に抗して前記解除位置まで移動させて連結を解除するクラッチであり、前記従動側回転体が前記解除位置に位置するときに前記係止部材が位置する部分の前記溝の深さが、前記係止部材が挿入される部分の前記溝の深さよりも浅いことをその要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、従動側回転体が付勢部材の付勢力によって連結位置に向けて付勢される。そして、従動側回転体が連結位置にあるときには、駆動側回転体と従動側回転体とが連結状態となる。
【００１１】
一方で、駆動側回転体とともに回転している従動側回転体の溝に、駆動側回転体の軸方向における移動が規制されている係止部材が挿入されると、螺旋溝部の側壁と係止部材とが係合した状態で従動側回転体が回転し、従動側回転体が付勢部材の付勢力に抗して連結位置から解除位置に移動する。その結果、駆動側回転体と従動側回転体との連結が解除される。すなわち、上記構成によれば、クラッチの連結を解除するために必要な力を従動側回転体の回転力から得ることができる。
【００１２】
なお、従動側回転体が解除位置まで移動すると駆動側回転体から従動側回転体へのトルクの伝達がなされなくなるため、従動側回転体の回転は停止する。上記構成では従動側回転体が付勢部材の付勢力によって連結位置に向けて付勢されているため、連結を解除した状態を維持するために、係止部材を溝に挿入した状態を維持することになる。そして、再び駆動側回転体と従動側回転体とを連結させるときには、溝に挿入されている係止部材を引き抜く。こうして係止部材を引き抜くと、付勢部材の付勢力によって連結位置に向けて付勢されている従動側回転体が連結位置に移動し、駆動側回転体と従動側回転体とが再び連結された状態になる。
【００１３】
上記構成では、従動側回転体が解除位置に位置するときに係止部材が位置する部分の溝の深さが、係止部材が挿入される部分の溝の深さよりも浅い。そのため、溝が浅くなっている分、連結を解除した状態を維持しているときの係止部材は、はじめに溝に挿入されたときと比較して溝から押し出されることになる。すなわち、上記構成によれば係止部材を溝から引き抜くために必要な力の一部も従動側回転体の回転力から得ることができる。したがって、小さな力で動力の伝達状態を切り替えることができる。
【００１４】
上記クラッチにおいて、前記溝の底面は、同溝の深さが、連結を解除した状態を維持しているときに前記係止部材が位置する部分に向かって次第に浅くなるように傾斜した傾斜面を有しているのが好ましい。
【００１５】
係止部材が溝の中で引っ掛かり従動側回転体の回転を妨げてしまったり、係止部材が溝の中で飛び跳ねて溝から飛び出してしまったりすることにより、従動側回転体を解除位置まで移動させることができない場合には連結を解除することができなくなってしまう。これに対して、上記構成によれば、溝に挿入された係止部材が傾斜面に案内されて次第に押し上げられるようになる。そのため、係止部材が溝の中で引っ掛かり従動側回転体の回転を妨げてしまったり、係止部材が溝の中で飛び跳ねて溝から飛び出してしまったりすることを抑制することができる。
【００１６】
上記クラッチは、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間の連結を仲介する球体を備え、該球体は、前記従動側回転体が前記連結位置に移動したときに前記従動側回転体と前記駆動側回転体との間に回転不能に嵌合されて前記従動側回転体を前記駆動側回転体に対して連結する一方、前記従動側回転体が前記解除位置に移動したときに前記従動側回転体と前記駆動側回転体との間で回転して前記従動側回転体の前記駆動側回転体に対する連結を解除するのが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、駆動側回転体と従動側回転体の間に球体が回転不能に嵌合されることにより、従動側回転体と駆動側回転体とが嵌合した球体を介して一体に回転するようになる。そのため、圧着式のクラッチのように圧着させた駆動側回転体と従動側回転体との間に生じる摩擦力を利用して駆動力を伝達するクラッチと比較して、大型化を抑制しつつ、より大きなトルクを伝達することが可能になる。
【００１８】
上記クラッチにおいて、前記溝は、前記螺旋溝部を第１の螺旋溝部としたとき、同第１の螺旋溝部とは反対の方向に傾斜して延びる第２の螺旋溝部を有しており、同溝における連結を解除した状態を維持しているときに前記係止部材が位置することになる部分が、前記第２の螺旋溝部にあるのが好ましい。
【００１９】
従動側回転体が付勢部材の付勢力に抗して解除位置に向かって移動するほど、付勢部材の変形量が多くなるため、付勢部材によって付勢される力は大きくなる。そして、付勢部材から大きな付勢力を受けているときほど、従動側回転体の溝の側面と溝に挿入されている係止部材との間に生じる摩擦力は大きくなるため、係止部材を溝から引き抜くために要する力は大きくなる。
【００２０】
これに対して、上記構成では、溝には付勢部材の付勢力に抗して従動側回転体を解除位置に向かって移動させる第１の螺旋溝部に加えて、第１の螺旋溝部とは反対の方向に傾斜している第２の螺旋溝部が設けられている。そして、連結を解除した状態を維持しているときに係止部材が位置することになる部分は第２の螺旋溝部にある。そのため、第１の螺旋溝部と係止部材との摺動によって付勢部材の付勢力に抗して解除位置まで移動させられた従動側回転体は、その後に第１の螺旋溝部とは反対方向に傾斜している第２の螺旋溝部と係止部材との摺動によって付勢部材の付勢力と同じ方向に移動する。なお、従動側回転体が解除位置まで移動すると駆動側回転体から従動側回転体へのトルクの伝達がなされなくなるが、従動側回転体が解除位置に移動した直後は、従動側回転体は慣性力によって回転を続ける。そして、従動側回転体は、その後、第２の螺旋溝部内に係止部材が挿入された状態で、連結を解除した状態を維持したまま停止することになる。したがって、駆動側回転体と従動側回転体とを連結する際には、付勢部材の変形量が最大になる第１の螺旋溝部の末端部ではなく、付勢部材の変形量がより小さくなる方向に傾斜した第２の螺旋溝部内にある係止部材を引き抜くことになるため、係止部材を溝から引き抜くために要する力が小さくてすむ。したがって、係止部材を溝から引き抜き、クラッチを連結状態に切り替えるために必要な力を小さくすることができる。
【００２１】
上記クラッチは、電磁石と、該電磁石への通電によって生じる磁力によって吸引される可動芯と、を有して、前記係止部材を前記溝に出し入れする電磁式のアクチュエータを備え、前記係止部材は、基端が前記可動芯と回動可能に連結されるとともに先端が前記従動側回転体の溝に出し入れ可能な状態で、両端の間に位置する回動支点を中心に回動可能に支持されており、前記アクチュエータは、前記電磁石への通電によって生じる磁力によって前記可動芯を吸引することにより、前記係止部材を前記溝から引き抜くのが好ましい。
【００２２】
上記構成によれば、可動芯が吸引されて係止部材が回動支点を中心に回動すると、溝に挿入されている係止部材の先端が溝から引き抜かれる。このとき、係止部材が溝に浅く挿入されているほど、アクチュエータ内部における可動芯と電磁石との距離は近くなる。ここで、同じ磁力を発生させた場合であっても可動芯に作用する吸引力は可動芯と電磁石との距離が近くなるほど大きくなる。したがって、可動芯と電磁石との距離が近づけば、より小さな磁力で可動芯を吸引することができる。これに対して上記構成によれば、従動側回転体が解除位置に位置するときに係止部材が位置する部分の溝の深さが、係止部材が挿入される部分の溝の深さよりも浅くなっているため、連結を解除した状態を維持しているときの係止部材は、溝が浅くなっている分、溝から押し出されていることになる。すなわち、小さな磁力で係止部材を引き抜くことができるようになるため、電磁石のコイルの巻き数を少なくしてアクチュエータを小型化したり、係止部材の引き抜くために要する消費電力を小さくしたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一実施形態のクラッチの断面図。
【図２】連結を解除した状態のクラッチを示す側面図。
【図３】連結状態のクラッチを示す側面図。
【図４】溝の展開図。
【図５】溝の深さの変化を示す模式図。
【図６】クラッチの溝と係止部材との関係並びに係止部材を溝に出し入れするアクチュエータの構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、上記課題を解決するクラッチの一実施形態について、図を参照して説明する。
この実施形態は、エンジンに設けられたクランク軸から、エンジンを冷却するための冷却水を循環させるウォーターポンプへの動力の伝達状態を切り替えるクラッチの一例である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態のクラッチ１００は、ハウジング３００に設けられた収容部３１０に収容されている。ハウジング３００には、略筒状をなす支持部材３２０が嵌め込まれている。クラッチ１００の出力軸２１０は、支持部材３２０の内周側に配置された第１ベアリング３３０を介して、支持部材３２０に回転自在に支持されている。
【００２６】
出力軸２１０の先端側（図１では右端側）には、ポンプ２００のインペラ２２０が一体回転可能に取り付けられている。一方、出力軸２１０の基端側（図１では左端側）には、駆動側回転体１１０が第２ベアリング３４０を介して回転自在に支持されている。そして、出力軸２１０における第１ベアリング３３０と第２ベアリング３４０との間に位置する部分の外周面には、ストレートスプライン２１２が形成されている。
【００２７】
図１に示すように、ハウジング３００と駆動側回転体１１０との間には、係合部１２１を介してこのストレートスプライン２１２に嵌合された従動側回転体１２０が配設されている。
【００２８】
従動側回転体１２０は内周面に設けられた係合部１２１が出力軸２１０のストレートスプライン２１２に嵌合しているため、従動側回転体１２０は出力軸２１０と一体となって回転し、かつ、出力軸２１０の軸方向に沿って移動可能となっている。なお、本実施形態では、出力軸２１０、駆動側回転体１１０及び従動側回転体１２０の回転軸は図１〜図３に一点鎖線で示すように一致しており、以下の説明ではこの回転軸の延伸方向を軸方向という。
【００２９】
従動側回転体１２０は、径の異なる２つの円柱を、中心軸を揃えて接合したような外形をなしており、駆動側回転体１１０側（図１では左側）に大径部１２２が、そしてポンプ２００側（図１では右側）に小径部１２３が位置するような向きで出力軸２１０に支持されている。
【００３０】
従動側回転体１２０の小径部１２３には、ポンプ２００側に向けて開口する凹部１２４が形成されている。凹部１２４の底部には、付勢部材１４０を収容するための収容凹部１２５が出力軸２１０を囲むように周方向に沿って複数形成されている。
【００３１】
付勢部材１４０は例えばコイル状のばねであり、従動側回転体１２０の収容凹部１２５に収容され、先端が出力軸２１０に設けられた係止突部２１１に係止されている。付勢部材１４０は、圧縮された状態で収容凹部１２５内に収容されており、従動側回転体１２０を駆動側回転体１１０に向かって（図１では左方向に）付勢する。
【００３２】
従動側回転体１２０の大径部１２２には、球体１３０を収容する球体収容溝１２７が周方向に複数形成されている。また、駆動側回転体１１０の内周面には、全周に亘って環状溝１１１が形成されている。この環状溝１１１は、図１に示すように断面形状が円弧状となっている。これら球体収容溝１２７と環状溝１１１とによって形成される空間に球体１３０が収容されている。
【００３３】
従動側回転体１２０が付勢部材１４０の付勢力によって駆動側回転体１１０に近づくように移動し、図１に示す位置にあるときには、この球体１３０を介して駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０とが連結される。
【００３４】
なお、以下の説明では出力軸２１０に沿って軸方向に移動する従動側回転体１２０の軸方向における位置のうち、図１に示すように駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０とが連結された状態になる位置を連結位置という。
【００３５】
駆動側回転体１１０には、ハウジング３００の収容部３１０に収容されたクラッチ１００を取り囲むようなカップ状の従動側プーリ２７０が取り付けられている。従動側プーリ２７０は、クランク軸２５０の端部に一体回転可能に取り付けられた駆動側プーリ２６０に、両プーリ２６０，２７０に巻き掛けられたベルト２８０を介して連結されている。
【００３６】
したがって、図１に示すように従動側回転体１２０が連結位置にあり、球体１３０を介して駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０とが連結されている場合には、クランク軸２５０の回転が駆動側プーリ２６０及びベルト２８０を介して従動側回転体１２０及び出力軸２１０に伝達される。そして、出力軸２１０と一体となって回転するインペラ２２０によって、ポンプ２００から冷却水が送出される。
【００３７】
図２及び図３に示すように、従動側回転体１２０の大径部１２２に形成された球体収容溝１２７は、大径部１２２の端面から軸方向に沿って延びるとともに、途中で屈曲し、駆動側回転体１１０の回転方向に沿って延びており、その終端が保持部１２８（図２参照）になっている。なお、駆動側回転体１１０の回転方向は図２及び図３に矢印で示す方向である。
【００３８】
球体収容溝１２７の深さは駆動側回転体１１０の回転方向に沿って浅くなっており、保持部１２８における深さが最も浅くなっている。
そのため、図２に示すように球体１３０が球体収容溝１２７の軸方向に延びている部分に収容されているときには、球体収容溝１２７と駆動側回転体１１０の環状溝１１１（図１参照）との間に、球体１３０の回転を許容する隙間が形成される。
【００３９】
一方、図３に示すように、球体１３０が球体収容溝１２７内を移動して保持部１２８内に位置するようになると、この部分における球体収容溝１２７と駆動側回転体１１０の環状溝１１１（図１参照）との間にできる隙間が小さいため、球体１３０は従動側回転体１２０と駆動側回転体１１０とに挟まれて回転不能になる。
【００４０】
こうして従動側回転体１２０が図３に示す連結位置に移動したときに球体１３０が回転不能になることで、従動側回転体１２０が駆動側回転体１１０と一緒に回転するようになる。すなわち、球体１３０は、従動側回転体１２０が連結位置に移動したときに従動側回転体１２０と駆動側回転体１１０との間に回転不能に嵌合されて、従動側回転体１２０を駆動側回転体１１０に対して連結する。
【００４１】
一方、従動側回転体１２０が図２に示す位置に移動したときには、球体１３０が保持部１２８から外れて球体収容溝１２７の軸方向に延びている部分に入る。これは、球体１３０は、そのほぼ半分が駆動側回転体１１０の環状溝１１１に収容されており、駆動側回転体１１０に対する軸方向の相対移動を規制されているためである。
【００４２】
こうして球体１３０が深さの浅くなっている保持部１２８から外れて、保持部１２８よりも深くなっている軸方向に延びている部分に入ると、従動側回転体１２０と駆動側回転体１１０との間で球体１３０が回転するようになる。その結果、駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０との相対回動が許容されるようになり、従動側回転体１２０の駆動側回転体１１０に対する連結が解除される。
【００４３】
なお、以下の説明では出力軸２１０に沿って軸方向に移動する従動側回転体１２０の軸方向における位置のうち、図２に示すように駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０との連結が解除された状態になる位置を解除位置という。
【００４４】
図２に示すように、従動側回転体１２０の小径部１２３の外周面には、駆動側回転体１１０の軸を中心軸として、軸方向に対して傾斜して延びる第１の螺旋溝部４１０を含む溝４００が形成されている。なお、第１の螺旋溝部４１０は駆動側回転体１１０の回転方向後方側ほど駆動側回転体１１０に近づくように傾斜している。
【００４５】
また、クラッチ１００は、溝４００に挿脱可能であるとともに軸方向への移動が規制されている係止部材１５１と、係止部材１５１を溝４００に出し入れするアクチュエータ１５０とを備えている。
【００４６】
係止部材１５１は、図３に示すように従動側回転体１２０が連結位置にあるときに、溝４００の始端４０１近傍にその先端が挿入できるように軸方向における位置が設定されている。
【００４７】
これにより、係止部材１５１は従動側回転体１２０が連結位置にあるときにアクチュエータ１５０によって従動側回転体１２０側に駆動されると、溝４００内の始端４０１近傍に挿入されることになる。溝４００に挿入された係止部材１５１は、溝４００の側壁４０４と係合することによって、付勢部材１４０の付勢力に抗して従動側回転体１２０を係止する。
【００４８】
駆動側回転体１１０と連結されている従動側回転体１２０が、係止部材１５１によって係止された状態で駆動側回転体１１０とともに回転すると、係止部材１５１が第１の螺旋溝部４１０内を摺動する間に、従動側回転体１２０が連結位置から解除位置に向かって軸方向に移動する。すなわち、クラッチ１００では、溝４００に係止部材１５１を挿入し、第１の螺旋溝部４１０の側壁４０４に係止部材１５１を係合させることによって従動側回転体１２０を付勢部材１４０の付勢力に抗して解除位置まで移動させる。
【００４９】
従動側回転体１２０が解除位置に移動すると、駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０とが相対回動可能になり、クラッチ１００の連結が解除された状態になる。そして、クラッチ１００は、係止部材１５１を溝４００に挿入した状態を維持することにより連結を解除した状態を維持する。
【００５０】
アクチュエータ１５０は、従動側回転体１２０が解除位置にあるときに、係止部材１５１を溝４００から引き抜く。すると、係止が解除された従動側回転体１２０は付勢部材１４０の付勢力によって解除位置から連結位置に移動して、クラッチ１００が再び連結状態になる。
【００５１】
図４に示すように、溝４００は、始端４０１側から図４に白抜き矢印で示す付勢部材１４０の付勢方向（図１〜図３では左方向）に傾斜して延びる第１の螺旋溝部４１０に加えて、第１の螺旋溝部４１０とは反対の方向に傾斜して延びる第２の螺旋溝部４２０を有している。なお、図４に示すように第１の螺旋溝部４１０と第２の螺旋溝部４２０とが接続されている部分を接続部４０５とする。
【００５２】
クラッチ１００における駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０との連結が解除されている状態を維持しているときには、係止部材１５１は第２の螺旋溝部４２０内に位置することになる。すなわち、係止部材１５１が第２の螺旋溝部４２０に挿入されているとき、従動側回転体１２０は駆動側回転体１１０と連結されない解除位置にある。
【００５３】
図５に示すように、溝４００の底面４０３は、溝４００の終端４０２近傍において終端４０２向かって次第に浅くなるように傾斜している。すなわち、溝４００は、終端４０２近傍が浅くなっている。これにより、溝４００は、図２及び図５に示すように従動側回転体１２０が解除位置に位置するときに係止部材１５１が位置する部分である終端４０２近傍の深さが、係止部材１５１が挿入される部分である始端４０１近傍の深さよりも浅くなっている。
【００５４】
なお、図５に示すように、本実施形態においては連結が解除されている状態を維持しているときに係止部材１５１が位置することになる終端４０２近傍と、連結を解除する際に係止部材１５１がはじめに挿入される始端４０１近傍との深さの差はｄ１である。
【００５５】
次に、アクチュエータ１５０の構成について詳述する。
図６に示すように、本実施形態のアクチュエータ１５０は、第１ケース１５２内に収容されたコイル１５３に通電することによって発生する磁界の作用を利用して駆動する電磁式のアクチュエータである。
【００５６】
有底筒状の第１ケース１５２の底部には、固定芯１５４が固定されている。図６に示すように第１ケース１５２の内部にはこの固定芯１５４を取り囲むようにコイル１５３が配設されている。すなわち、このアクチュエータ１５０では、固定芯１５４とコイル１５３とによって電磁石が構成されている。また、第１ケース１５２のコイル１５３内には、固定芯１５４と対向する位置に可動芯１５５が移動可能に収容されている。なお、本実施形態における固定芯１５４及び可動芯１５５は鉄芯であるが、固定芯１５４及び可動芯１５５として鉄以外の磁性体を用いることもできる。
【００５７】
第１ケース１５２の先端側（図６では左端側）には、筒状の第２ケース１５８が固定されている。第２ケース１５８の第１ケース１５２側端部には、可動芯１５５の周囲を囲むように永久磁石１５９が固定されている。可動芯１５５は、上述したように基端側（図６では右端側）が固定芯１５４と対向するように第１ケース１５２内に収容される一方、先端側（図６では左端側）が第２ケース１５８から外側に突出している。
【００５８】
可動芯１５５の第２ケース１５８内に収容されている部分にはリング部材１６０が取り付けられている。そして、第２ケース１５８内には、一端が第２ケース１５８に係止される一方で他端がリング部材１６０に係止されたコイルばね１６１が圧縮された状態で収容されている。
【００５９】
コイルばね１６１は、可動芯１５５を第２ケース１５８から突出させる方向（図６では左方向）に付勢している。そして、可動芯１５５の第２ケース１５８から突出した先端側は、ピン１６２を介して係止部材１５１と連結されている。
【００６０】
係止部材１５１は、基端が可動芯１５５と回動可能に連結されるとともに、回動軸１５６によって回動可能に支持されている。したがって、係止部材１５１は、可動芯１５５の移動に伴って、回動支点となる回動軸１５６を中心に回動する。そのため、図６に実線で示すように、コイルばね１６１の付勢力によって可動芯１５５が第２ケース１５８から最も突出した突出位置にあるとき、係止部材１５１の先端は従動側回転体１２０の溝４００内に挿入されることになる。
【００６１】
そして、この状態でコイル１５３に通電すると、通電によって発生する磁界によって固定芯１５４及び可動芯１５５が磁化され、可動芯１５５はコイルばね１６１の付勢力に抗して固定芯１５４側に吸引される。なお、このときにコイル１５３に発生する磁界の向きは、永久磁石１５９の磁界と向きと一致している。
【００６２】
吸引された可動芯１５５が固定芯１５４に近づく方向（図６では右方向）に移動すると、係止部材１５１は図６における反時計回りに回動して、係止部材１５１の先端が溝４００から引き抜かれる。すなわち、アクチュエータ１５０は、コイル１５３への通電によって生じる磁力を利用して可動芯１５５を吸引することにより、係止部材１５１を溝４００から引き抜く。
【００６３】
そして、吸引された可動芯１５５が固定芯１５４に当接する当接位置（図６に点線で示す位置）に移動すると、その後に通電を停止しても、永久磁石１５９の磁力によって、可動芯１５５が固定芯１５４に当接した状態が保持される。
【００６４】
一方、可動芯１５５が図６に点線で示す当接位置にあるときに、コイル１５３に可動芯１５５を吸引するときとは反対方向の電流を通電すると、永久磁石１５９の磁界の向きとは逆向きの磁界が発生する。これにより、永久磁石１５９の吸引力が弱められ、コイルばね１６１の付勢力によって可動芯１５５が固定芯１５４から離間して、図６に実線で示す突出位置に移動する。そして、可動芯１５５が当接位置から突出位置に移動するとき、係止部材１５１は図６における時計回りに回動して、係止部材１５１の先端が溝４００に挿入される。
【００６５】
可動芯１５５が固定芯１５４から離間した突出位置にあるときには、コイルばね１６１による付勢力の方が永久磁石１５９による吸引力よりも大きくなる。そのため、コイル１５３への通電によって可動芯１５５を固定芯１５４から離間させれば、その後に通電を停止しても、可動芯１５５は突出位置に保持される。
【００６６】
すなわち、本実施形態のアクチュエータ１５０は、異なる方向に直流電流を流して可動芯１５５を移動させることによってクラッチ１００の連結状態を切り変える一方で、連結させた状態または連結を解除した状態を維持するときには通電を要さない自己保持型のソレノイドである。
【００６７】
次に、本実施形態にかかるクラッチ１００の作用について説明する。
図６に点線で示すように、アクチュエータ１５０の可動芯１５５が当接位置にあるとき、係止部材１５１は溝４００の外に出ている。このとき、従動側回転体１２０は付勢部材１４０の付勢力によって連結位置に保持されているため、クラッチ１００は連結状態にある。すなわち、クラッチ１００は駆動側回転体１１０の回転を出力軸２１０に伝達している。
【００６８】
こうした状態において、アクチュエータ１５０のコイル１５３に永久磁石１５９の磁界の向きと逆向きの磁界を発生させるように通電すると、可動芯１５５がコイルばね１６１の付勢力によって当接位置から図６に実線で示す突出位置に移動する。すると、係止部材１５１が図６における時計回りに回動するのに伴って、係止部材１５１の先端が溝４００の始端４０１近傍に挿入されて、従動側回転体１２０を係止する。
【００６９】
係止部材１５１が従動側回転体１２０を係止した状態で従動側回転体１２０が駆動側回転体１１０とともに回転すると、係止部材１５１が第１の螺旋溝部４１０内を相対移動する間に、従動側回転体１２０は連結位置から解除位置に移動する。そして、従動側回転体１２０が解除位置に到達すると、駆動側回転体１１０の回転が従動側回転体１２０に伝達されなくなり、クラッチ１００の連結が解除された状態になる。
【００７０】
従動側回転体１２０と駆動側回転体１１０との連結が解除された直後は、従動側回転体１２０は係止部材１５１との間に生じる摩擦力の作用を受けつつ、慣性力によって回転を続ける。そして、従動側回転体１２０が慣性力によって回転することにより、係止部材１５１の先端は第２の螺旋溝部４２０に至る。
【００７１】
そして、係止部材１５１の先端が第２の螺旋溝部４２０の底面４０３に当接した状態で従動側回転体１２０が慣性力によって図６に矢印で示す方向に回転すると、底面４０３の傾斜に沿って係止部材１５１の先端が溝４００から押し出される。例えば、係止部材１５１が溝４００の終端４０２に向けて相対移動する間に、係止部材１５１が底面４０３の傾斜に沿って、図５に示す溝４００の深さの差ｄ１の分、溝４００から押し出される。
【００７２】
これにより、係止部材１５１はコイルばね１６１の付勢力に抗して図６に実線で示す位置から図６に二点鎖線で示す位置まで回動する。また、係止部材１５１の回動に伴って、突出位置にあった可動芯１５５が、突出位置よりも当接位置に近い途中位置（図６に二点鎖線で示す位置）に移動する。すなわち、従動側回転体１２０の回転力によって、可動芯１５５が突出位置から途中位置まで移動する。
【００７３】
また、従動側回転体１２０は、係止部材１５１から反力を受けることによって、慣性力に基づく回転が抑制され、係止部材１５１が終端４０２に近づくと回転を停止する。そして、図６に二点鎖線で示す位置において係止部材１５１が従動側回転体１２０を係止することによって、従動側回転体１２０と駆動側回転体１１０との連結が解除された状態が維持される。
【００７４】
すなわち、クラッチ１００は、係止部材１５１がはじめに挿入される部分の溝４００の深さよりも溝４００の深さが浅い部分に係止部材１５１が位置して連結を解除した状態を維持する。
【００７５】
一方、クラッチ１００を、連結を解除している状態から連結状態に切り替えるときには、アクチュエータ１５０のコイル１５３に永久磁石１５９の磁界の向きと同じ向きの磁界を発生させるように通電する。すると、可動芯１５５は通電によって生じる磁力によって固定芯１５４に近づくように吸引されて、図６に二点鎖線で示す途中位置から図６に点線で示す当接位置に移動する。これにより、係止部材１５１が図６における反時計回りに回動して、係止部材１５１が溝４００から完全に引き抜かれる。
【００７６】
そして、係止部材１５１による係止が解除された従動側回転体１２０は、付勢部材１４０の付勢力によって連結位置に移動し、従動側回転体１２０と駆動側回転体１１０とが連結され、クラッチ１００が連結状態に切り替わる。
【００７７】
ここで、コイル１５３に通電したときに可動芯１５５に作用する吸引力は、以下に示す（式１），（式２）によって表される関係を利用して推定することができる。
Ｆ＝｛１／（２×μ０）｝×Ｂｇ２×Ｓ・・・（式１）
Ｂｇ＝Ｋ×μ０×（ＮＩ／Ｇ）・・・（式２）
なお、上記（式１），（式２）において、Ｆは吸引力（Ｎ）、Ｂｇは吸引面の磁束密度（Ｔ）、Ｓは吸引面の面積（ｍ２）、μ０は真空中の透磁率、ＮＩは起磁力（Ａ）、Ｇは空隙（ｍ）、Ｋは鉄部分の損失を考慮した係数である。
【００７８】
式（１），（２）は、可動芯１５５と固定芯１５４との空隙が小さくなれば、吸引面の磁束密度が増して、吸引力が大きくなることを示している。例えば、空隙を半分にすれば吸引力は４倍になる。すなわち、可動芯１５５に作用する吸引力は、可動芯１５５の移動方向における固定芯１５４との間の距離が短くなるほど大きくなる。
【００７９】
そして、係止部材１５１が第１の螺旋溝部４１０の始端４０１付近にあるときよりも、係止部材１５１が第２の螺旋溝部４２０の終端４０２付近にあるときの方が、係止部材１５１が底面４０３に押し出される分、可動芯１５５と固定芯１５４との距離は短くなる。したがって、係止部材１５１を傾斜した底面４０３で押し出して可動芯１５５と固定芯１５４との距離を短くすれば、可動芯１５５に作用する吸引力が大きくなるので、可動芯１５５を溝４００から引き抜くために発生させる磁力は小さくてすむ。
【００８０】
また、本実施形態のクラッチ１００においては、係止部材１５１が溝４００の傾斜した底面４０３に押し出される分、係止部材１５１を引き抜く際に可動芯１５５を当接位置まで移動させる距離も短くなる。
【００８１】
さらに、上述したように第２の螺旋溝部４２０は第１の螺旋溝部４１０と反対の方向に傾斜して延びている。すなわち、図３にも示されるように第２の螺旋溝部４２０は駆動側回転体１１０の回転方向後方に向かって付勢部材１４０の付勢方向と反対方向に傾斜して延びている。そのため、係止部材１５１が第２の螺旋溝部４２０内を終端４０２に向かって相対移動するにつれて付勢部材１４０は伸長し、従動側回転体１２０が付勢部材１４０から受ける付勢力は小さくなる。
【００８２】
したがって、係止部材１５１を溝４００の接続部４０５付近から引き抜く場合よりも、係止部材１５１を溝４００の終端４０２付近から引き抜く場合の方が、付勢部材１４０の付勢力によって生じる溝４００の側壁４０４と係止部材１５１との摩擦力が小さくなる。このことも、係止部材１５１を溝４００から引き抜くために要する磁力を小さくすることに貢献している。
【００８３】
なお、コイル１５３には、係止部材１５１を溝４００に挿入する時にも、係止部材１５１を溝４００から引き抜く時にも通電がなされるが、係止部材１５１を引き抜く時には付勢部材１４０の付勢力によって溝４００の側壁４０４と係止部材１５１との間に生じる摩擦力に抗して係止部材１５１を引き抜くため、挿入時よりも大きな力を要する。
【００８４】
そのため、アクチュエータ１５０に要求される磁力の最大値は、係止部材１５１を引き抜くときに要する力の大きさを基準に設定される。したがって、上述したように小さな磁力で係止部材１５１を引き抜くことができれば、コイル１５３の巻き数を少なくしてアクチュエータ１５０を小型化したり、動力の伝達状態を切り替えるために要する消費電力を小さくしたりすることが可能になる。
【００８５】
以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）従動側回転体１２０が付勢部材１４０の付勢力によって連結位置に向けて付勢される。そして、従動側回転体１２０が連結位置にあるときには、駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０とが連結状態となる。
【００８６】
一方で、駆動側回転体１１０とともに回転している従動側回転体１２０の溝４００に、駆動側回転体１１０の軸方向における移動が規制されている係止部材１５１が挿入されると、第１の螺旋溝部４１０の側壁４０４と係止部材１５１とが係合した状態で従動側回転体１２０が回転する。すると、従動側回転体１２０が付勢部材１４０の付勢力に抗して連結位置から解除位置に移動して、駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０との連結が解除される。すなわち、このクラッチ１００では、クラッチ１００の連結を解除するために必要な力を従動側回転体１２０の回転力から得ることができる。したがって、小さな力で動力の伝達状態を切り替えることができる。
【００８７】
（２）上記実施形態では、従動側回転体１２０が解除位置に位置するときに係止部材１５１が位置する部分の溝４００の深さが、係止部材１５１が挿入される部分の溝の深さよりも浅くなっている。そのため、溝４００が浅くなっている分、連結を解除した状態を維持しているときの係止部材１５１は、はじめに溝４００に挿入されたときと比較して溝４００から押し出されることになる。すなわち、このクラッチ１００では、係止部材１５１を溝４００から引き抜くために必要な力の一部も従動側回転体１２０の回転力から得ることができる。したがって、小さな力で動力の伝達状態を切り替えることができる。
【００８８】
（３）係止部材１５１が溝４００の中で引っ掛かり従動側回転体１２０の回転を妨げてしまったり、係止部材１５１が溝４００の中で飛び跳ねて溝４００から飛び出してしまったりすることにより、従動側回転体１２０を解除位置まで移動させることができない場合には連結を解除することができなくなってしまう。これに対して、このクラッチ１００では、溝４００の底面４０３の一部が、終端４０２に向かって溝４００の深さが次第に浅くなるように傾斜した傾斜面になっているため、溝４００に挿入された係止部材１５１が底面４０３の傾斜面に案内されて次第に押し上げられるようになる。そのため、係止部材１５１が溝４００の中で引っ掛かり従動側回転体１２０の回転を妨げてしまったり、係止部材１５１が溝４００の中で飛び跳ねて溝４００から飛び出してしまったりすることを抑制することができる。
【００８９】
（４）このクラッチ１００では、駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０の間に球体１３０が回転不能に嵌合されることにより、従動側回転体１２０と駆動側回転体１１０とが嵌合した球体１３０を介して一体に回転するようになる。そのため、圧着式のクラッチのように圧着させた駆動側回転体と従動側回転体との間に生じる摩擦力を利用して駆動力を伝達するクラッチと比較して、大型化を抑制しつつ、より大きなトルクを伝達することが可能になる。
【００９０】
（５）従動側回転体１２０が付勢部材１４０の付勢力に抗して解除位置に向かって移動するほど、付勢部材１４０の変形量が多くなるため、付勢部材１４０によって付勢される力は大きくなる。そして、付勢部材１４０から大きな付勢力を受けているときほど、従動側回転体１２０の溝４００の側面である側壁４０４と溝４００に挿入されている係止部材１５１との間に生じる摩擦力は大きくなるため、係止部材１５１を溝４００から引き抜くために要する力は大きくなる。
【００９１】
これに対して、このクラッチ１００では、溝４００には付勢部材１４０の付勢力に抗して従動側回転体１２０を解除位置に向かって移動させる第１の螺旋溝部４１０に加えて、第１の螺旋溝部４１０とは反対の方向に傾斜している第２の螺旋溝部４２０が設けられている。そして、連結を解除した状態を維持しているときに係止部材１５１が位置することになる部分は第２の螺旋溝部４２０にある。
【００９２】
したがって、駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０とを連結する際には、付勢部材１４０の変形量が最大になる第１の螺旋溝部４１０と第２の螺旋溝部４２０との接続部４０５ではなく、付勢部材１４０の変形量がより小さくなる方向に傾斜した第２の螺旋溝部４２０内にある係止部材１５１を引き抜くことになる。これにより、係止部材１５１を溝４００から引き抜くために要する力が小さくてすむので、係止部材１５１を溝４００から引き抜き、クラッチ１００を連結状態に切り替えるために必要な力を小さくすることができる。
【００９３】
（６）可動芯１５５が吸引されて係止部材１５１が回動支点を中心に回動すると、溝４００に挿入されている係止部材１５１の先端が溝４００から引き抜かれる。このとき、係止部材１５１が溝４００に浅く挿入されているほど、アクチュエータ１５０内部における可動芯１５５と固定芯１５４との距離は近くなる。
【００９４】
ここで、同じ磁力を発生させた場合であっても可動芯１５５に作用する吸引力は可動芯１５５と固定芯１５４との距離が近くなるほど大きくなる。したがって、可動芯１５５と固定芯１５４との距離が近づけば、より小さな磁力で可動芯１５５を吸引することができる。
【００９５】
これに対してこのクラッチ１００では、従動側回転体１２０が解除位置に位置するときに係止部材１５１が位置する部分の溝４００の深さが、係止部材１５１が挿入される部分の溝４００の深さよりも浅くなっている。そのため、連結を解除した状態を維持しているときの係止部材１５１は、溝４００が浅くなっている分、溝４００から押し出されていることになる。
【００９６】
すなわち、小さな磁力で係止部材１５１を引き抜くことができるようになるため、コイル１５３の巻き数を少なくしてアクチュエータ１５０を小型化したり、係止部材１５１の引き抜くために要する消費電力を小さくしたりすることができる。
【００９７】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。また、上記実施形態及び下記変更例は、任意に組み合わせることができる。
・溝４００に第２の螺旋溝部４２０を設けず、溝４００を第１の螺旋溝部４１０のみによって構成するようにしてもよい。また、第２の螺旋溝部４２０に替えて、第１の螺旋溝部４１０の途中位置から終端４０２に向けて従動側回転体１２０の回転方向に沿って延びるストレート溝部を設けるようにしてもよい。この場合にも溝４００の底面４０３を上記実施形態と同様に終端４０２に向かって傾斜させれば、上記（２）及び（６）と同様の効果を得ることができる。
【００９８】
・溝４００の底面４０３の傾斜角度は一定でなくてもよい。例えば、底面４０３は終端４０２側に向けて傾斜角度が変化する湾曲面であってもよい。
・また、底面４０３の傾斜が始まる位置は適宜変更することができる。例えば、接続部４０５から第２の螺旋溝部４２０の途中までは底面４０３を傾斜させず、第２の螺旋溝部４２０の途中から終端４０２側のみを傾斜させるようにしてもよい。
【００９９】
・溝４００における連結を解除した状態を維持しているときに係止部材１５１が位置することになる部分の深さが、連結を解除する際に係止部材１５１がはじめに挿入される部分よりも浅くなっていれば、連結が解除されているときに係止部材１５１が押し出された状態になり、上記（２）や（６）の効果が得られるようになる。そのため、溝４００における連結を解除した状態を維持しているときに係止部材１５１が位置することになる部分の深さが、連結を解除する際に係止部材１５１がはじめに挿入される部分よりも浅くなっていれば溝４００の途中で深さが変化していてもよい。しかし、溝４００の途中で溝の深さが急変していると、係止部材１５１が溝４００の中で引っ掛かり従動側回転体１２０の回転を妨げてしまったり、係止部材１５１が溝４００の中で飛び跳ねて溝４００から飛び出してしまったりするおそれがある。この場合には、従動側回転体１２０を解除位置まで移動させることができず、連結を解除することができなくなってしまうおそれがあるため、こうした事態を避けるためには、上記実施形態のように底面４０３を溝４００の深さが終端４０２に向かって次第に浅くなるように一方向に向かって傾斜させた面にすることが望ましい。
【０１００】
・底面４０３の傾斜角度や、第１の螺旋溝部４１０、第２の螺旋溝部４２０の傾斜角度を調整すれば、係止部材１５１を介して従動側回転体１２０に作用する反力の大きさを調整することができるため、従動側回転体１２０の慣性力による回転を停止させるタイミングを調整することもできる。
【０１０１】
・付勢部材１４０の数は任意に変更することができる。例えば、従動側回転体１２０を１つの付勢部材１４０で付勢することも可能である。
・また、付勢部材１４０は従動側回転体１２０を解除位置に向かって付勢するものであればよく、上記のような圧縮コイルばねに限定されない。例えば、従動側回転体１２０を解除位置に向かって引っ張る引っ張りばねを付勢部材として適用する構成を採用することもできる。
【０１０２】
・アクチュエータ１５０は自己保持型のソレノイドに限らず、例えばコイル１５３に通電している間のみ、係止部材１５１が溝４００に挿入されるソレノイドにしてもよい。この構成によれば、コイル１５３に通電しているときにのみクラッチ１００の連結が解除されるため、コイル１５３に通電できない場合にはクラッチ１００が連結状態となる。したがって、アクチュエータ１５０が故障した場合にもポンプ２００を駆動させることができる。
【０１０３】
・アクチュエータ１５０はソレノイドに限らず、例えば油圧式のアクチュエータ等、ソレノイド以外のアクチュエータによって係止部材１５１の挿入及び引き抜きを行ってもよい。この場合にも、係止部材１５１が従動側回転体１２０の回転に伴って溝４００の底面４０３に押し戻される分、引き抜き時の係止部材１５１の移動距離が小さくなるので、アクチュエータを動作させるために要するエネルギーを小さくすることができる。
【０１０４】
・アクチュエータは、可動部を吸引したときに係止部材１５１を溝４００から引き抜く上記アクチュエータ１５０のようなプル型に限らず、可動部を突出させたときに係止部材１５１が溝４００から引き抜くプッシュ型のアクチュエータにすることもできる。この場合にも、係止部材１５１が従動側回転体１２０の回転に伴って溝４００の底面４０３に押し戻される分、引き抜き時の係止部材１５１の移動距離が小さくなるので、アクチュエータから可動部を押し出して係止部材１５１を引き抜くために要するエネルギーを小さくすることができる。
【０１０５】
・クラッチ１００の構成は球体１３０を介して駆動力を伝達するものに限られない。クラッチ１００を圧着式のクラッチにしてもよい。例えば、駆動側回転体１１０と従動側回転体１２０との対向する面同士を軸方向に対して傾斜した互いに平行なテーパ面にしてこれを圧接面とし、従動側回転体１２０を軸方向に移動させることによりこれら圧接面を押しつけることで従動側回転体１２０と駆動側回転体１１０とを連結させる構成を採用することもできる。
【０１０６】
・上記各実施形態では、クランク軸２５０からポンプ２００への動力の伝達状態を切り替えるクラッチ１００を例示したが、コンプレッサやオイルポンプ等、他の補機とクランク軸２５０の間に配設されるクラッチにこのクラッチ１００の構成を適用することもできる。また、クランク軸２５０からの動力の伝達状態を切り替えるものに限らず、他の動力源からの動力の伝達状態を切り替えるクラッチとしてこのクラッチ１００の構成を適用することもできる。
【符号の説明】
【０１０７】
１００…クラッチ、１１０…駆動側回転体、１２０…従動側回転体、１３０…球体、１４０…付勢部材、１５０…アクチュエータ、１５１…係止部材、１５５…可動芯、４００…溝、４０３…底面、４０４…側壁、４１０…第１の螺旋溝部、４２０…第２の螺旋溝部。
【図１】
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【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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