(57)【要約】【課題】大きい摩擦トルクを安定して得ることができる電磁クラッチを得る。【解決手段】アーマチュア１５０と、アーマチュア１５０と接触可能なロータ２２０と、アーマチュア１５０およびロータ２２０の円周方向に周回するスリットＳ１〜Ｓ３とを備え、アーマチュア１５０とロータ２２０とは、複数の円環部分において対向し、アーマチュア１５０とロータ２２０との接触状態において、複数の円環部分の半径方向における一番外側の円環部分は、他の円環部分に比較して面積を小さくし、高い磁束密度が働くようにする。また、一番外側の円環部分でアーマチュア１５０とロータ２２０とが接触する構造とする。【選択図】図１
2008248948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーマチュアと、
前記アーマチュアと接触可能なロータと、
前記アーマチュアおよび前記ロータの円周方向に周回するスリットと
を備え、
前記アーマチュアと前記ロータとは、複数の円環部分において対向し、
前記アーマチュアと前記ロータとの接触状態において、前記複数の円環部分の半径方向における一番外側の円環部分は、他の円環部分に比較して高い磁束密度を有し、且つ前記一番外側の円環部分で前記アーマチュアと前記ロータとが接触していることを特徴とする電磁クラッチ。
【請求項２】
アーマチュアと、
前記アーマチュアと接触可能なロータと、
前記アーマチュアおよび前記ロータの円周方向に周回するスリットと
を備え、
前記アーマチュアと前記ロータとは、複数の円環部分において対向し、
前記複数の円環部分の半径方向における一番外側の円環部分は、他の円環部分に比較して面積が最小であり、
前記アーマチュアと前記ロータとの接触状態において、前記一番外側の円環部分で前記アーマチュアと前記ロータとが接触していることを特徴とする電磁クラッチ。
【請求項３】
前記一番外側の円環部分のみで、前記アーマチュアと前記ロータとが接触することを特徴とする請求項１または２に記載の電磁クラッチ。
【請求項４】
前記スリットの半径方向における外側において、前記ロータの前記アーマチュアに対向する側の面には、円環形状の窪みが形成され、
前記円環形状の窪みの外側に前記一番外側の円環部分が位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一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、アーマチュアとロータとの接触を外周近くで行われるようにすることで、高く且つ安定な摩擦トルクを得ることができる電磁クラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、電磁クラッチの動作原理を簡単に説明する。電磁クラッチのトルクの発生源は、例えばモータであり、モータからのトルクはウォームギアを経由し、回転速度が落され、トルクが大きくされてから、クラッチのロータ（回転部材）に伝わる。クラッチのコイルに通電しない場合はロータだけが回転するが、コイルに通電すると、アーマチュア（吸引部材）がロータに吸引される。アーマチュアからはシャフトにトルクが伝達される構造とされているから、上記アーマチュアのロータへの吸引により、シャフトへのトルクの伝達が行われる。
【０００３】
この電磁クラッチにおいて、電磁クラッチの吸引力を適切に発生させるために、アーマチュアとロータとに円周方向に周回する（延長して存在する）スリット（磁気遮断長穴）を形成する構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この構造によれば、コイルで発生される磁束が、ロータとアーマチュアとの間を折り返すように往復する。こうすることで、ロータとアーマチュアとの間に働く磁気的な吸引力を効率良く発生させている。
【０００４】
また、スリットを設けることで、ロータとアーマチュアとの間の吸引面は、複数に分割されるが、これら分割された吸引面の面積を調整することで、ロータとアーマチュアとの間に働く吸引力が最大になるようにする工夫が特許文献２に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−３０４２２１号公報（要約書）
【特許文献２】特開２００２―３９２２０号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電磁クラッチは、ロータとアーマチュアとの間に働く摩擦力によって回転トルクを伝達する装置であるので、ロータとアーマチュアとの間に働く摩擦トルクを大きくすることが重要となる。上述した特許文献２に記載の技術は、吸引力を最大化する点が着目されているが、吸引面における回転中心までの平均距離を考えた場合、その距離は短くなるので、効果的に摩擦トルクを得ることができるとはいえない。すなわち、摩擦トルクは、摩擦力と、その摩擦力が発生している場所の回転中心からの距離との積を内周から外周に亘って積分したものであるから、吸引面の半径方向における幅が広い場合、その回転中心までの平均距離が短くなり、ロータとアーマチュアとの間の摩擦力を最適化しても、摩擦トルクはそれ程大きくならない。
【０００７】
また、加工公差および使用時に過酷な負荷が加わるので、ロータとアーマチュアとの吸引面の平坦性を確保および維持することは困難である。このため、広い吸引面を確保した場合に、その吸引面全体での均一な摩擦特性を長期にわたり得ることは困難となる。そこで本発明は、大きい摩擦トルクを安定して得ることができる電磁クラッチを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、アーマチュアと、前記アーマチュアと接触可能なロータと、前記アーマチュアおよび前記ロータの円周方向に周回するスリットとを備え、前記アーマチュアと前記ロータとは、複数の円環部分において対向し、前記アーマチュアと前記ロータとの接触状態において、前記複数の円環部分の半径方向における一番外側の円環部分は、他の円環部分に比較して高い磁束密度を有し、且つ前記一番外側の円環部分で前記アーマチュアと前記ロータとが接触していることを特徴とする電磁クラッチである。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、一番外側の円環部分において、アーマチュアとロータとの間の対向面に吸引力が優先的に働く。摩擦トルクは、面圧とその面圧が加わっている部分の回転中心からの距離に比例し、また当該部分の磁束密度の２乗に比例する。したがって、請求項１に記載の発明によれば、一番外側の円環形状の部分における摩擦トルクがアーマチュアとロータとの間に働く摩擦トルクの中で支配的となる。仮に、吸引力によりアーマチュアやロータが変形し、他の対向面も接触するようになっても、磁束密度が一番高い一番外側の円環面における面圧は一番高いことが保障できる。このため、大きな摩擦トルクを得ることができ、且つその値が変動し難い性能を得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、アーマチュアと、前記アーマチュアと接触可能なロータと、前記アーマチュアおよび前記ロータの円周方向に周回するスリットとを備え、前記アーマチュアと前記ロータとは、複数の円環部分において対向し、前記複数の円環部分の半径方向における一番外側の円環部分は、他の円環部分に比較して面積が最小であり、前記アーマチュアと前記ロータとの接触状態において、前記一番外側の円環部分で前記アーマチュアと前記ロータとが接触していることを特徴とする電磁クラッチである。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、一番外側の円環部分の面積を他の円環部分（内側の円環部分）より小さな面積とすることで、一番外側の円環部分を貫く磁束の密度を他の円環部分を貫く磁束の密度より高くすることができる。つまり、アーマチュアとロータとが対向する部分である複数の円環部分の一番外側の円環部分の面積を、他の円環部分の面積に比較して小さくすることで、そこに磁束を集中させ、その部分の磁束密度を他の円環部分に比べて高くすることができる。また、磁気回路のほかの部分の断面積は一番外側の円環面の面積より大きいので、磁気回路の総磁気抵抗が小さくなり、同じ起磁力の場合に磁気回路に流す磁束が多くなり、一番外側の円環面における磁束密度の絶対値が高くなる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、一番外側の円環部分のみで、アーマチュアとロータとが接触することを特徴とする。この態様によれば、アーマチュアとロータとの接触部分が限定されるので、アーマチュアおよびロータの吸引面における平坦性は、一番外側の円環部分において確保されていればよい。このため、製造コストを抑えることができる。  
【００１３】
また仮に、アーマチュアやロータを構成する部材に変形や摩耗等が発生し、それに起因して、当該円環部分以外の部分（つまりその内側の部分）でアーマチュアとロータとが接触することがあったとしても、一番外側の円環部分の磁束密度が相対的に高く設定されているので、その部分における面圧が支配的であり、接触部分が増えることによる摩擦トルクの変動を小さく抑えることができる。こうして、大きな摩擦トルクを安定して得ることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、スリットの半径方向における外側において、ロータのアーマチュアに対向する側の面には、円環形状の窪みが形成され、この円環形状の窪みの外側に一番外側の円環部分が位置することを特徴とする。この態様によれば、窪みの部分でアーマチュアとロータとの間の間隔が確保され、それによりアーマチュアとロータとの接触が行われる円環部分の面積を調整することができる。つまり、円周方向に周回する窪みの幅を調整することで、接触が行われる一番外側の円環部分を貫く磁束の密度を調整することができる。窪みは、プレス加工、鍛造加工、研削加工、あるいはこれらの加工方法の組み合わせによって形成することができる。また、ロータを複数の部材で構成し、その組み合わせる部材の形状により、上記の窪みを形成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ロータとアーマチュアとの間の摩擦面が、外周部分に集中するようにすることで、大きい摩擦トルクを安定して得ることができる電磁クラッチを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
１．第１の実施形態
（第１の実施形態の構成）
図１は、第１の実施形態に係る電磁クラッチの一例を示す断面図である。図２は、第１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）は、アーマチュアの上面図と断面図である。図３（Ｂ）は、ロータの上面図と断面図である。
【００１８】
図１および図２には、電磁クラッチ１が示されている。電磁クラッチ１は、第１動力伝達装置１００、第２動力伝達装置２００および磁束発生装置３００を備えている。第１動力伝達装置１００、第２動力伝達装置２００および磁束発生装置３００は、同心軸上に配置されており、第１動力伝達装置１００、第２動力伝達装置２００は、軸Ｏを中心に回転する。電磁クラッチ１は、磁束発生装置３００の作用により第１動力伝達装置１００を第２動力伝達装置２００に吸引させ、第２動力伝達装置２００を介して第１動力伝達装置１００に伝達したトルクをさらに出力側に伝達する。
【００１９】
第１動力伝達装置１００は、第２動力伝達装置２００の上方に配置され、シャフト１１０、Ｃリング１２０、固定部材１３０、板ばね１４０、アーマチュア１５０およびスペーサ１６０を備えている。第１動力伝達装置１００は、第２動力伝達装置２００に伝達したトルクを出力側に伝達する装置である。
【００２０】
シャフト１１０は、棒状の円柱部材である。シャフト１１０の略中央の係止部１１１は、固定部材１３０を軸Ｏ方向で係止して第２動力伝達装置２００との距離を保つ。一方、シャフト１１０の下端の溝にはＣリング１２０が嵌合している。Ｃリング１２０は、第２動力伝達装置２００と磁束発生装置３００を軸Ｏ方向で係止する。シャフト１１０は、第１動力伝達装置１００と第２動力伝達装置２００が回転する中心軸として機能する。
【００２１】
固定部材１３０は、半径方向の断面において略Ｌ字型の円筒部材であり、シャフト１１０の係止部１１１の上方に固定されている。固定部材１３０は、回転方向の相対変位ができないようにシャフト１１０に板ばね１４０とアーマチュア１５０を固定する。
【００２２】
板ばね１４０は、固定部材１３０に比して薄くて径が大きく、中央に開口部を形成した円板状の弾性部材である。板ばね１４０は、リベット１３１により固定部材１３０の下面に固定されている。板ばね１４０の下面には、アーマチュア１５０がリベット１５１により、シャフト１１０に対して軸方向の相対変位ができ、回転方向の相対変位ができないように固定されている。アーマチュア１５０は、中央に開口部を形成した円板状の鉄などの磁性材料で形成されている。また、後述する２つのベアリング２１０，３４０の外輪同士が相対回転できるように、ベアリング２１０，３４０の外輪同士の間の距離を保障するため、スペーサ１６０が設置されている。
【００２３】
磁束発生装置３００への非通電状態において、アーマチュア１５０が第２動力伝達装置２００から所定の間隔を有して離間した状態となるように、板ばね１４０によってアーマチュア１５０は保持されている。磁束発生装置３００に電流が供給されると、アーマチュア１５０に第２動力伝達装置２００への吸引力が働き、板ばね１４０が僅かに変形して、アーマチュア１５０が第２動力伝達装置２００に接触する。また、磁束発生装置３００への電流の供給を中止すると、板ばね１４０の弾性力により、アーマチュア１５０が第２動力伝達装置２００から離間される。
【００２４】
アーマチュア１５０は、円周方向に延在するスリットＳ３、複数の接続部１５４を備えている。アーマチュア１５０は、スリットＳ３によって、内側円筒体１５２および外側円筒体１５３に分割されている。接続部１５４は、アーマチュア１５０の内側円筒体１５２と外側円筒体１５３を接続する。内側円筒体１５２および外側円筒体１５３の下面は、第２動力伝達装置２００の上面に吸引される。
【００２５】
第２動力伝達装置２００は、第１動力伝達装置１００と磁束発生装置３００の間に配置され、ベアリング２１０、ロータ２２０およびウォームホイール２３０を備えている。第２動力伝達装置２００は、図示省略したモータなどのトルク発生源により軸Ｏを中心に回転する。
【００２６】
ベアリング２１０は、シャフト１１０の外側に設けられている。ベアリング２１０は、シャフト１１０およびロータ２２０の回転を滑らかにして、摩擦によるエネルギー損失、発熱を低減する。
【００２７】
ロータ２２０は、中央に開口部を形成した半径方向の断面において略逆Ｕ字型の円板状である。ロータ２２０は、アーマチュア１５０と同じ透磁率の磁性材料で形成され、ベアリング２１０の外側に設けられている。ロータ２２０は、ウォームホイール２３０の回転により軸Ｏを中心に回転する。
【００２８】
ロータ２２０は、スリットＳ１、スリットＳ２、複数の接続部２２４、複数の接続部２２５および窪み２２６を備えている。ロータ２２０は、スリットＳ１およびスリットＳ３によって、内側円筒体２２１、中側円筒体２２２および外側円筒体２２３に分割されている。接続部２２４は、ロータ２２０の内側円筒体２２１と中側円筒体２２２を接続し、接続部２２５は、ロータ２２０の中側円筒体２２２と外側円筒体２２３を接続する。内側円筒体２２１、中側円筒体２２２および外側円筒体２２３の上面は、アーマチュア１５０の内側円筒体１５２および外側円筒体１５３の下面を吸引する。
【００２９】
ロータ２２０のスリットＳ１およびスリットＳ２は、アーマチュア１５０のスリットＳ３がスリットＳ１およびスリットＳ２の間に位置するように配置されている。すなわち、アーマチュア１５０とロータ２２０との吸引面が４箇所形成される様にスリットＳ１〜スリットＳ３が形成されている。これらの吸引面は、アーマチュア１５０の内側円筒体１５２および外側円筒体１５３とロータ２２０の内側円筒体２２１、中側円筒体２２２および外側円筒体２２３との対向する部分で形成され、同心円状の円環部分を構成している。
【００３０】
これら円環形状の吸引面は、ロータ２２０の内側円筒体２２１に１箇所、中側円筒体２２２に２箇所および外側円筒体２２３に１箇所形成されている。ここで、ロータ２２０の外側円筒体２２３に形成された吸引面が、複数の円環部分の半径方向における一番外側の円環部分となる。また、中側円筒体２２２および内側円筒体２２１に形成された吸引面は、外側円筒体２２３に形成された吸引面よりも高さが低く形成されている。
【００３１】
すなわち、４箇所の吸引面のうち外側円筒体２２３に形成された吸引面は、アーマチュア１５０の下面に一番近く位置している。したがって、吸引状態において、外側円筒体２２３の吸引面がアーマチュア１５０に接触し、内側円筒体２２１および中側円筒体２２２の吸引面は、アーマチュア１５０に接触しない。つまり、ロータ２２０とアーマチュア１５０との接触は、外側円筒体２２３に形成された吸引面のみによって行われる。こうすることで、アーマチュア１５０およびロータ２２０の摩擦面側の工作精度をその全面において確保する必要がなく、製造コストの点で有利となる。また、アーマチュア１５０の変形や摩耗等による摩擦トルク特性の経時変化を小さくすることができる。
【００３２】
本実施形態において、この外側円筒体２２３に形成された吸引面は、以下のようにして形成されている。この例では、窪み２２６が、外側円筒体２２３の上面に形成されている。窪み２２６は、図３（Ｂ）に示すように外側円筒体２２３の上面から深さＧで、半径Ｒ６から半径Ｒ７まで外側円筒体２２３を切削して形成されている。すなわち、窪み２２６は、円環形状に形成されている。深さＧは、中側円筒体２２２および内側円筒体２２１に形成された吸引面よりも、窪み２０６の底の部分がアーマチュア１５０からさらに離れた位置関係（より大きな隙間）になるように、寸法が設定されている。こうすることで、窪み２２６の外側の円環部分（後述する図４の円環部分Ｅ）が磁路となり、この円環部分を吸引面として機能させることができる。また、窪み２２６を設けることで、上記円環部分Ｅの幅を狭めると共に、その平均半径を大きくすることができる。
【００３３】
上述のように、窪み２２６は、外側円筒体２２３の吸引面の面積を小さくさせている。すなわち、窪み２２６は、内側円筒体２２１にある吸引面の面積および中側円筒体２２２にある２箇所のそれぞれの吸引面の面積よりも、外側円筒体２２３の吸引面の面積を小さくさせている。
【００３４】
ウォームホイール２３０は、円筒状のギアであり、ロータ２２０の外周面に設けられている。ウォームホイール２３０は、その歯が図示省略したウォームと噛み合っている。ウォームの駆動軸は、図示省略したモータなどのトルク発生源に接続している。ウォームホイール２３０に、図示省略したウォームを介して前記モータの駆動力が伝わることで、ロータ２２０が回転する。
【００３５】
磁束発生装置３００は、第２動力伝達装置２００の下方に配置され、ハウジング３１０、ステータヨーク３２０、磁束発生部３３０およびベアリング３４０を備えている。磁束発生装置３００は、磁束発生部３３０が磁束を発生させることにより、第１動力伝達装置１００のアーマチュア１５０を第２動力伝達装置２００のロータ２２０に吸引させる装置である。
【００３６】
ハウジング３１０は、円板部材３１１および円筒部材３１２を備えており、アーマチュア１５０およびロータ２２０と同じ透磁率の磁性材料で形成されている。ハウジング３１０は、円板部材３１１の中央に開口部を形成し、その円板部材３１１の開口部に円筒部材３１２が圧着された状態で形成されている。すなわち、ハウジング３１０は、半径方向の断面において略Ｌ字型の円筒部材である。ハウジング３１０の円筒部分にシャフト１１０が相対回転可能に挿入されている。ハウジング３１０は、基台として電磁クラッチ１を支え、ステータヨーク３２０を収納する。
【００３７】
ステータヨーク３２０は、略円筒状でかつ半径方向の断面において略Ｕ字型に形成されている。ステータヨーク３２０は、円板部材３１１の上方でかつ円筒部材３１２の外側に設けられており、固定部材３１３により円板部材３１１に固定されている。また、ステータヨーク３２０は、アーマチュア１５０、ロータ２２０およびハウジング３１０と同じ透磁率の磁性材料で形成されている。ステータヨーク３２０は、ステータヨーク３２０内に磁束発生部３３０を収納する。
【００３８】
また、ステータヨーク３２０は、アーマチュア１５０、ロータ２２０、円板部材３１１およびハウジング３１０とともに、磁束発生部３３０が発生する磁束についての磁気回路の一部を構成する。すなわち、磁気回路は、アーマチュア１５０、ロータ２２０、ハウジング３１０およびステータヨーク３２０によって形成される。この磁気回路を構成する４個の部材は、同じ透磁率の磁性材料で形成されるが、この磁気回路を構成する部材を同じ透磁率の磁性材料で構成することにより、磁気抵抗を同じにすることができる。
【００３９】
磁束発生部３３０は、電磁コイル３３１、ボビン３３２およびコイルリード線３３３を備えている。電磁コイル３３１は、ボビン３３２に巻きつけられた状態でステータヨーク３２０内に固定され、略円筒状に配置されている。電磁コイル３３１は、コイルリード線３３３を介して通電し、磁束を発生させる。この磁束の発生によりロータ２２０がアーマチュア１５０を吸引する。
【００４０】
また、磁束発生部３３０は、電磁コイル３３１の通電により生じる磁束についての磁束の通り道（磁路）Ｘを形成させる。この磁路Ｘは、図１に示すようにアーマチュア１５０、ロータ２２０、ハウジング３１０、円板部材３１１およびステータヨーク３２０により形成される。特に、アーマチュア１５０およびロータ２２０において、磁路Ｘは、アーマチュア１５０とロータ２２０との間を折り返すように往復する。このように磁路Ｘが往復するのは、アーマチュア１５０のスリットＳ３、ロータ２２０のスリットＳ１およびスリットＳ２に磁束が遮られるからである。
【００４１】
すなわち、磁路Ｘは、図１に示すように、ロータ２２０の径方向でスリットＳ１およびスリットＳ２のある所では、スリットＳ１およびスリットＳ２を迂回してアーマチュア１５０の内側円筒体１５２および外側円筒体１５３を通る。また、磁路Ｘは、図１に示すように、アーマチュア１５０の径方向でスリットＳ３のある所では、スリットＳ３を迂回してロータ２２０の中側円筒体２２２を通る。
【００４２】
このように磁束がロータ２２０からアーマチュア１５０、アーマチュア１５０からロータ２２０というようにロータ２２０とアーマチュア１５０との間で流れるため、ロータ２２０とアーマチュア１５０との間で電磁力による吸引力が発生し、アーマチュア１５０とロータ２２０とが接触することによりロータ２２０に伝達されたトルクをアーマチュア１５０に伝達することができる。
【００４３】
ベアリング３４０は、円筒部材３１２の内側に設けられており、シャフト１１０の回転を滑らかにして、摩擦によるエネルギー損失、発熱を低減する。
【００４４】
（第１の実施形態の動作）
次に、上記のような構成を有する電磁クラッチ１の動力伝達動作の一例について説明する。
【００４５】
図示省略したモータなどのトルク発生源が発生したトルクは、図示省略したウォームを介してウォームホイール２３０に伝達される。このとき、回転速度が落とされ、トルクが大きくされる。そして、伝達されたトルクはウォームホイール２３０からロータ２２０に伝達され、電磁コイル３３１の通電の有無に関わらず、ロータ２２０は軸Ｏを中心として回転する。
【００４６】
このとき、電磁コイル３３１に通電していないので、アーマチュア１５０とロータ２２０との間に隙間があり、ロータ２２０に伝達されたトルクは、アーマチュア１５０に伝達されない。したがって、シャフト１１０も回転せず、トルク発生源が発生したトルクは出力側に伝達されることはない。
【００４７】
電磁コイル３３１に通電すると、磁路Ｘが形成される。このためロータ２２０とアーマチュア１５０との間で電磁力による吸引力が発生する。すると、磁力によってアーマチュア１５０がロータ２２０に吸引され、板ばね１４０が変形して、アーマチュア１５０がロータ２２０側に僅かに動く。これにより、アーマチュア１５０とロータ２２０との隙間が塞がり、アーマチュア１５０とロータ２２０とが接触する。そして、ロータ２２０が回転している状態で、アーマチュア１５０とロータ２２０とが摩擦結合し、ロータ２２０の回転がアーマチュア１５０に伝達され、アーマチュア１５０が回転する。したがって、アーマチュア１５０の回転によりシャフト１１０も回転し、出力側にトルクが伝達される。
【００４８】
このとき、半径方向における一番外側の円環部分、つまりロータ２２０の外側円筒体２２３の吸引面の面積が、他の円環部分、つまりロータ２２０の内側円筒体２２１および中側円筒体２２２の吸引面の面積よりも小さいため、この一番外側の吸引面（一番外側の円環部分）における磁束密度が他の吸引面（内側の円環部分）よりも相対的に高くなる。つまり、磁束発生部３３０が生成する磁束を効果的にロータ２２０の外周外側付近に集めることができる。
【００４９】
摩擦トルクは、面圧とその面圧が加わっている部分の回転中心からの距離に比例し、また当該部分の磁束密度の２乗に比例する。したがって、上記の構成によれば、磁束発生部３３０が生成する磁束を効果的に利用して、大きな摩擦トルクを発生することができる。こうして、外側円筒体２２３の吸引面の面圧を高めることで、アーマチュア１５０とロータ２２０とを効果的に摩擦結合させ、トルクを伝達することができる。
【００５０】
また、電磁コイル３３１に通電しているとき、電磁コイル３３１に流れる電流が少なくなり磁束が減少したとしても、ロータ２２０の外側円筒体２２３の吸引面とアーマチュア１５０との接触が優先的に作用し、また効果的に大きな摩擦トルクが得られることに変わりはない。したがって、電磁コイル３３１に流れる電流の減少に伴う摩擦トルクの減少を抑えることができる。
【００５１】
また、ロータ２２０やアーマチュア１５０の摩耗や変形等により、より内側（回転軸側）の吸引面における接触が発生したとしても、外側円筒体２２３とアーマチュア１５０との接触部分の磁束密度が最も高く、また回転中心からの距離が最も長いので、新たに発生した接触部分における摩擦トルクは、外側円筒体２２３とアーマチュア１５０との間で働く摩擦トルクに比較して小さい。このため、外側円筒体２２３とアーマチュア１５０との間で働く摩擦トルクが支配的となる状態が維持され、摩擦トルクの変動が抑えられる。こうして、摩擦トルクの変動が発生し難い電磁クラッチを得ることができる。
【００５２】
そして、電磁コイル３３１に通電した状態から電磁コイル３３１への電流の供給を中止すると、板ばね１４０の弾性力によりアーマチュア１５０はロータ２２０から離間する。このようにアーマチュア１５０が離間すると、アーマチュア１５０とロータ２２０との間には隙間ができ、ロータ２２０に伝達されたトルクは、アーマチュア１５０に伝達されない。このように、電磁クラッチ１は、トルク発生源が発生したトルクを出力側に伝達し、あるいは遮断する動力伝達切換動作を行う。
【００５３】
（電磁クラッチ１の特徴）
ここで、電磁クラッチ１の特徴となる構造について図４、図５および図６を用いて説明する。図４は、アーマチュアとロータとの接触部の拡大断面図である。図５は、後述する円柱面の面積を説明する斜視図である。図６は、後述する円環部分の面積を説明する上面図および断面図である。
【００５４】
図４に示す破線Ａは、スリットＳ１に対向するアーマチュア１５０側における磁束の通る円柱状断面（円柱面Ａ）を示している。ここで、円柱状断面というのは、円柱の円周方向で切った断面（切り出された円柱の外周面）の面積である。破線Ｂは、スリットＳ３に対向するロータ２２０側における磁束の通る円柱状断面（円柱面Ｂ）を示している。吸引面Ｃは、スリットＳ１とスリットＳ３の間におけるアーマチュア１５０とロータ２２０との間で形成される円環形状の吸引面（円環部分Ｃ）を示している。吸引面Ｄは、スリットＳ３とスリットＳ２との間におけるアーマチュア１５０とロータ２２０との間で形成される円環形状の吸引面（円環部分Ｄ）を示している。吸引面Ｅは、スリットＳ２の外側におけるアーマチュア１５０とロータ２２０との間で形成される円環形状の吸引面（円環部分Ｅ）を示している。破線Ｆは、ステータヨーク３２０の外側壁部における磁路の断面であり、ステータヨーク３２０の外側壁部を輪切りにすることで得られる円環形状の断面（円環部分Ｆ）を示している。ここで、円環部分Ｃ、円環部分Ｄおよび円環部分Ｅが吸引面として機能する。
【００５５】
電磁クラッチ１は、これら円柱面Ａ、円柱面Ｂ、円環部分Ｃ、円環部分Ｄ、円環部分Ｆにおける面積をそれぞれＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＦとすると、以下の数１の式を満足するように構成されている。
【００５６】
【数１】
2008248948.tif 000003
【００５７】
図５に示すように円柱面積Ｓは半径Ｒと高さＤから、以下の数２の式で表される。
【００５８】
【数２】
2008248948.tif 000004
【００５９】
したがって、円柱面Ａの面積ＳＡは、図６に示すように半径がＲ１、アーマチュアの厚さをＴ１とすると、以下の数３の式で表される。
【００６０】
【数３】
2008248948.tif 000005
【００６１】
同様に、円柱面Ｂの面積ＳＢは、図６に示すように半径がＲ３、ロータ２２０の厚さをＴ２とすると、以下の数４の式で表される。  
【００６２】
【数４】
2008248948.tif 000006
【００６３】
また、円環部分Ｃの面積ＳＣは、図６に示すように半径がＲ３の円の面積から半径がＲ２の円の面積を引いたものに等しいので、以下の数５の式で表される。
【００６４】
【数５】
2008248948.tif 000007
【００６５】
同様に、円環部分Ｄの面積ＳＤは、図６に示すように半径がＲ５の円の面積から半径がＲ４の面積を引いたものに等しいので、以下の数６の式で表される。
【００６６】
【数６】
2008248948.tif 000008
【００６７】
同様に、円環部分Ｆの面積ＳＦは、円環部分Ｅを除きスリットＳ２の外側における磁路の最小断面積であり、それはステータヨーク３２０の外側壁部の径方向で切り取られる円環状の断面の面積である。この面積ＳＦは、半径がＲ１０の円の面積から半径がＲ９の円の面積を引いたものに等しいので、以下の数７の式で表される。
【００６８】
【数７】
2008248948.tif 000009
【００６９】
このような円柱面Ａ、円柱面Ｂ、円環部分Ｃ、円環部分Ｄ、円環部分Ｆは、円環部分Ｅを除いて磁束の通り道における最小の断面積（磁束の最小通り面積）となっている。つまり、図６において半径Ｒ２未満の磁気回路における断面においては円柱面Ａが磁束の最小通り面積である。また、半径Ｒ２以上Ｒ３未満の磁気回路における断面においては円環部分Ｃが磁束の最小通り面積である。また、半径Ｒ３以上Ｒ４未満の磁気回路における断面においては円柱面Ｂが磁束の最小通り面積である。また、半径Ｒ４以上Ｒ５未満の磁気回路における断面においては円環部分Ｄが磁束の最小通り面積である。また、半径Ｒ５以上の磁気回路における断面においては円環部分Ｅを除き円環部分Ｆが磁束の最小通り面積である。
【００７０】
なお、数１に示すように、円環部分Ｅを除き、磁束の通り道において複数ある磁束の最小通り面積を略同一としている。これは、電磁コイル３３１に過電流が流れた際に、磁路の複数箇所で磁気飽和を同じタイミングで生じさせ、伝達トルクの飽和傾向が顕著に現れるようにし、それにより過剰なトルクの伝達が行われないようにするためである。
【００７１】
一方、円環部分Ｅの面積ＳＥは、磁気回路における断面の最小面積であり、半径がＲ８の円の面積から半径がＲ７の面積を引いたものに等しいので、以下の数８の式で表される。
【００７２】
【数８】
2008248948.tif 000010
【００７３】
また、上述のように、面積ＳＥは、磁気回路における磁路断面の最小面積とされているから、下記数９が成り立つ。
【００７４】
【数９】
2008248948.tif 000011
【００７５】
ここで、電磁気学によれば、電磁クラッチの吸引力Ｆは、吸引面における磁束Φの平方に比例し、吸引面の面積ＳＸの逆数に比例する。また、電磁クラッチの吸引力Ｆは、吸引面における磁束密度Ｂの平方と吸引面の面積ＳＸの積に比例する。すなわち、吸引力Ｆは以下の数１０の式で表される。
【００７６】
【数１０】
2008248948.tif 000012
【００７７】
磁束密度は主に励磁電流、磁気回路の材料特性および磁束が貫く部分の最小面積により決定される。ここで、電磁クラッチ１では、磁気回路を構成する部材に同じ材料を用い、かつ、円環部分Ｅを除き吸引面の面積だけでなく磁束の最小通り面積ＳＡ、ＳＢ、ＳＦも吸引面の面積と等しくしている。このため、これらの箇所の磁気抵抗は同じとなり、磁束密度も同じとなる。また、この構成によれば、数１０の式から明らかなように、円環部分Ｅを除く吸引面の吸引力を略同一とすることができる。
【００７８】
一方、円環部分Ｅの面積ＳＥは、他の吸引面の面積より小さくされているため、円環部分Ｅにおける磁束密度は他の吸引面の磁束密度より高くなる。したがって、数９の式より明らかなように、他の吸引面に比べて円環部分Ｅの吸引力が一番大きくなる。そのため、アーマチュア１５０とロータ２２０との間に働く面圧が円環部分Ｅに集中する。
【００７９】
つまり、円環部分Ｅに働く面圧を円環部分Ｃおよび円環部分Ｄで働く面圧よりも大きくすることができる。また、円環部分Ｅは、円環部分Ｃおよび円環部分Ｄよりも回転中心からの距離が長い。したがって、円環部分Ｅにおける磁束密度を高くし、円環部分Ｅでアーマチュア１５０とロータ２２０とを接触させることで、大きな摩擦トルクを効果的に発生させることができる。
【００８０】
面積ＳＥの値は、面積ＳＣおよびＳＤの値に比較して、７０％以下、好ましくは５０％以下、さらに好ましくは３０％以下程度とすればよい。また、ＳＣ≠ＳＤとすることもできるが、その場合は、面積ＳＥの値を小さい方の面積を基準として、その７０％以下、好ましくは５０％以下、さらに好ましくは３０％以下程度とすればよい。なお、面積ＳＥの下限値は、必要とされる摩擦特性が得られる範囲で決まる。面積ＳＥの具体的な下限値は、ロータやアーマチュアの材質、その直径、伝達するトルクの範囲等に影響を受けるので、実験的に求めることが望ましい。
【００８１】
（実測データの説明）
以下、最も外側の吸引面の面積ＳＥを互いに異ならせた場合の吸引力のデータについて説明する。
【００８２】
図７は、励磁電流とアーマチュア／ロータ間に発生する吸引力との関係を示すグラフである。図７において、横軸は、図１の電磁コイル３３１に流した励磁電流の値の相対値であり、縦軸は、アーマチュア１５０とロータ２２０との間に働く吸引力の値の相対値である。図７には、２つのデータが示されている。第１のデータは、窪み２２６の無い場合のデータ（◆印）である。第２のデータは、円柱面Ａ、円柱面Ｂ、円環部分Ｃ、円環部分Ｄ、円環部分Ｆの面積を第１のデータの場合と同じとし、窪み２２６を掘ることにより、円環部分Ｅの面積を第１のデータの場合の６０％に小さくした場合のデータ（■印）である。  
【００８３】
図７から分かるように、最も外側の吸引面である円環部分Ｅの面積を他の吸引面の面積の６０％と小さくすることで、同じ励磁電流に対して大きな吸引力を発生できる。このことから、アーマチュア／ロータ間に円環形状を有する吸引面が同心円状に複数設けられている構造において、最も外側の吸引面の面積を狭め、その部分に磁束が集中するようにすることで、アーマチュア／ロータ間に働く吸引力を大きくすることができることが確認できる。
【００８４】
（変形例）
窪み２２６は、円環形状に限られずロータ２２０の外側円筒体２２３の円環部分Ｅの平均半径を大きくし、円環部分Ｅの面積を小さくする形状であればよい。また、ロータ２２０の外側円筒体２２３を小さく形成し、円環部分Ｅの面積を小さくする構成としてもよい。また、アーマチュア１５０側に窪みを形成し、円環部分Ｅの面積が、他の吸引面の面積よりも小さくなるようにしてもよい。すなわち、外側円筒体２２３の円環部分Ｅの面積が、他の円環部分Ｃ、Ｄの面積より小さくなるのであれば、図示する構造以外の構造を採用することもできる。
【００８５】
一方、外側円筒体２２３を構成する材料を内側円筒体２２１および中側円筒体２２２と異なる材料とし、一番外側の円環部分における磁束密度を相対的に最も高くし、その部分における吸引力が他の円環部分より大きくなる構成としてもよい。また、部分的に熱処理を加える等して、材質を変質させることにより透磁率を変えて一番外側の円環部分における磁束密度を相対的に最も高くする構成としても同様な効果を得ることができる。
【００８６】
２．第２の実施形態  
図８は、第２の実施形態に係る電磁クラッチの一例を示す断面図である。なお、以下の実施形態では、第１の実施形態と特に異なる部分について説明し、その他の構成要素の説明は省略する。第２の実施形態の電磁クラッチ２は、ロータ５２０およびステータハウジング６１０を備えている。
【００８７】
第１の実施形態の電磁クラッチ１と同様に、ロータ５２０の外側円筒体５２３には、円筒形状の窪み５２６が形成されている。ロータ５２０は、ロータ５２０の内側円筒体５２１および外側円筒体５２３が第１の実施形態のロータ２２０の内側円筒体２２１および外側円筒体２２３に比べて下方に長く形成されている。そのため、ロータ５２０は、電磁コイル６３１を巻いたボビン６３２およびステータハウジング６１０をその外側から覆っている。
【００８８】
ステータハウジング６１０は、中央に開口部を形成した半径方向の断面において略Ｌ字型の円筒状である。ステータハウジング６１０は、第１の実施形態のハウジング３１０およびステータヨーク３２０の機能を兼ね備えた部材である。
【００８９】
このようなロータ５２０およびステータハウジング６１０を備えた電磁クラッチ２であっても、一番外側の外側円筒体５２３の吸引面に窪み５２６を設けて、外側円筒体５２３の円環形状の吸引面を他の吸引面の面積より小さくしているため、外側円筒体５２３の吸引面における磁束密度は他の吸引面の磁束密度より高くなる。したがって、他の吸引面に比べて外側円筒体５２３の吸引面の吸引力が一番大きくなる。そのため、アーマチュア４５０とロータ５２０との間に働く面圧が外側円筒体５２３の吸引面に集中し、アーマチュア４５０とロータ５２０との間に効果的に摩擦トルクを働かせることができる。
【００９０】
３．第３の実施形態  
図４に示す例示では、最も外側の部分（円環部分Ｅ）のみでアーマチュア１５０とロータ２２０とが接触する構造が示されている。しかしながら、円環部分Ｅより内側の部分でアーマチュア１５０とロータ２２０とが接触するようにすることもできる。この場合でも、摩擦トルクを支配するのは、最も磁束密度が高い最外周の円環部分Ｅにおける摩擦となる。そして、大きい摩擦トルクが得られるのは、第１の実施形態の場合と同じである。このため、摩擦面における変形や摩耗等が生じても、円環部分Ｅにおける面圧が支配的である状況が維持され、摩擦トルクの変化が抑えられる。つまり、大きい摩擦トルクを安定して得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、例えば、トルク発生源が発生したトルクを出力側に伝達し、遮断する動力伝達動作を行う電磁クラッチの改良技術として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】第１の実施形態に係る電磁クラッチの一例を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る電磁クラッチの一例を示す分解断面図である。
【図３】（Ａ）はアーマチュアの上面図と断面図、（Ｂ）はロータの上面図と断面図である。
【図４】アーマチュアとロータとの接触部の拡大断面図である。
【図５】円柱面の面積を説明する斜視図である。
【図６】円環部分の面積を説明する上面図および断面図である。
【図７】励磁電流とアーマチュア／ロータ間に発生する吸引力との関係を示すグラフである。
【図８】第２の実施形態に係る電磁クラッチの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１…電磁クラッチ、２…電磁クラッチ、１５０…アーマチュア、４５０…アーマチュア、２２０…ロータ、５２０…ロータ、窪み…２２６、窪み…５２６、Ｓ１…スリット、Ｓ２…スリット、Ｓ３…スリット。
【図１】
2008248948.tif 000013
【図２】
2008248948.tif 000014
【図３】
2008248948.tif 000015
【図４】
2008248948.tif 000016
【図５】
2008248948.tif 000017
【図６】
2008248948.tif 000018
【図７】
2008248948.tif 000019
【図８】
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