(57)【要約】      （修正有）【課題】簡素で小型且つ軽量で電磁クラッチの電磁力等の補助電力を不要とするカーエアコン用のクラッチ装置【解決手段】入力プーリ８が回ると連結されたプレート５でクラッチの外輪２が回転し、外輪２の連結ロッド６を介してねじプレート１８を軸方向に連動する。送りねじプレート１８が回転すると、軸方向変位発生ねじ１４によりロッド６を経て外輪２が軸方向に変位し外輪２はローラ３に当接したり離れたりしてコンプレッサ入力軸４の駆動がＯＮ／ＯＦＦされる。【選択図】            図２
2004183883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円すいころ軸受の構成でローラを軸心に対して３次元に傾斜してローラの接触下の圧力で生ずる閉じ込め油膜の粘性流体，塑性体、弾性体への転移で内輪から外輪に伝達されるトルクの量を増減する特許第２９０３３２５号の流体摩擦伝達力制限装置の内輪と外輪に軸方向相対変位をもたらす連結部材がプーリの支持部材を貫通して成るカーエアコンのクラッチ装置。
【請求項２】
前記流体摩擦伝達力制限装置（特許２９０３３２５号）の軸叉は外輪の何れかに回転方向の変位を軸方向変位に変換する装置を具備したクラッチ装置。
【請求項３】
前記流体摩擦伝達力制限装置（特許２９０３３２５号）の内外輪の軸方向の相対変位を摩擦力で保持する手段を具備したクラッチ装置。
【請求項４】
前記記載の流体摩擦伝達力制限装置（特許２９０３３２５号）において、過剰入力による軸方向変位で軸と外輪の軌道間距離が拡大する転動体カムを具備し過剰トルクを遮断するクラッチ装置。
【請求項５】
前記流体摩擦伝達力制限装置（特許２９０３３２５号）において、取り付け固定手段を具備した容器に内外軌道輪を潤滑油とともに密閉し、容器の外から内外輪を相対変位させてＯＮ／ＯＦＦするクラッチ装置
【請求項６】
前記  流体摩擦伝達力制限装置（特許２９０３３２５号）の外輪をプーリの前面に配置したことを特徴とするカーエアコン用クラッチプーリ装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転中の動力を衝撃無く断続する同期クラッチ装置
【従来の技術】
【０００２】回転体と静止体を衝撃を伴わずに強固に接続する装置は、摩擦円盤の圧着式、流体を媒体にした流体継ぎ手、粘性流体の粘性抵抗、電磁粉体の電磁吸着力のパウダクラッチなど古典的原理に依存してきた。新しい試みにローラの転送面に閉じ込められる油膜が高圧で粘性から固体に転移する弾性流体潤滑膜のレオロジで動力伝制御する特許２９０３３２５号の流体摩擦伝達力制限装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記の回転中の動力を衝撃なく滑らかに断続する装置を大別すると、軽トルクでは電磁力で摩擦盤を吸着し動力を伝達するもの、巨大トルク対応では摩擦板を空圧、若しくは油圧の補助力で圧着して伝達するもの、更には車両の駆動系に観られる圧接摩擦板をてこの原理で離すクラッチがある。何れも補助エネルギーを要し大型で複雑な構造を余儀なくされてきた。電磁クラッチは通電スイッチのみでＯＮ／ＯＦＦする利便性から多用され、現在我が国の電磁クラッチの出荷台数は月間３５０万セットに達する。しかし接続中も吸着に電力を要し、例えば車両のエアコンでは吸着に常時４０Ｗを消費する。一般家電を始めとし電磁クラッチが多用されその総消費電力は莫大である。しかも重量面で不利な磁性材料、通電コイルの使用でプーリ外径φ１２０ミリ程度のカーエアコン用では重量が３ｋｇにも達する。電磁依存でなければ軽合金、樹脂材化でき０．８ｋｇの１／４近くに軽くなる。
【０００４】そこで簡素で小型且つ軽量、安価でしかも巨大トルクに耐え、補助エネルギーが一切不要で省エネ、ＣＯ２ガス排出量を抑制し地球環境改善課題に寄与する新しいクラッチの実現が望まれる。これに応える技術に前記の特許２９０３３２５が極めて好適であるが、当該技術の根幹である転がり接触下の高圧閉じ込め油膜の圧力粘性特性、温度依存性、添加剤の作用機序などが学術的にも未踏で実施例がない理由から発明後１２年余を経るも採用に至っていない。１９９２以降に某社が前記特許２９０３３２５に類似の構成を一方クラッチとして市販したが閉じ込め油膜の滑りを伴い撤退を余儀なくされている。本発明は油膜の固化転移によるもので（１９７７）Ｄ．Ｄｏｗｓｏｎ＆Ｇ．Ｒ．Ｈｉｇｇｉｎｓｏｎ等によって弾性潤滑理論が提唱され以降トライボロジー研究分野で多くの固化油膜の観測結果が報告され周知となった。
【０００５】近時この固化油膜のせん断抵抗で動力を伝達するトラクションドライブ変速機、及びローラの接触半径を無段階に変化させる自動車用の無断変速機トロイダルＣＶＴが実用化に向け発展途上にある。前述のＣＶＴ変速機は圧力固化油膜のせん断抵抗を活用するが、これに対し前記特許２９０３３２５はローラの接触圧力の強弱で油膜が流体から粘性体、弾性固化膜に遷移する油膜の変態プロセスを手段としたトルクマネジメントの流体継ぎ手である。当提案の機序は、入力トルクを円すい面上を転がるスキュウしたローラのトラクションで、トルクを接触圧に変換させるとともに転がり接触下の閉じ込め油膜が圧力で粘性流体から弾性個化膜に転移する行程で入出力軸間の回転差を吸収しながら強固に直結に至らしめる原理である。当手段によればローラが接触する直前では流体潤滑が構成され伝達摩擦はゼロに等しくトルクは発生しない。油膜に粘性が生ずる接触力に至ると粘性でトルクが生じローラと軌道はスキュウ角で自動的にトラクションによる吸い付きを開始し油膜は弾性固化し強固な締結に至る。従って初期はローラを軌道面に軽く接触させれば足り電磁力などのエネルギーを要しない。しかし実用には用途毎の応用技術の開発が課題である。
【０００６】叉従来技術の別の問題点に、電磁クラッチをカーエアコンのＯＮ／ＯＦＦ装置に用いた場合、エンジン駆動のため圧縮機側の異常で過負荷になってもクラッチは切れず装置を破壊若しくは火災に至らしめる。仮に過剰トルクでスリップするトルクリミッタは長時間滑り続けると発熱し発火する。したがって機械装置に異常を生ずると即座に感知しトルクを遮断する安全装置が望まれる。以上の如く前記発明のクラッチの実施には現行の電磁クラッチ以上の利便性とコスト、重量軽減、省エネ効果、安全性を備える必要がある
【課題を解決するための手段】
【０００７】その手段を請求項ごとに以下に述べる。
請求項１では、現状のカーエアコン用電磁クラッチと互換性を得るように、入力プーリの前に装設したクラッチの外輪を軸方向に変位させてＯＮ，ＯＦＦさせるもので、外輪に連結の操作ロッドをプーリの支持板を貫通して従来の電磁コイルの代わりにその収納部位にＯＮ，ＯＦＦカムを装設することで解決する。
【０００８】請求項２では、軸と外輪にＯＮ／ＯＦＦのための軸方向の相対変位をもたらす手段で、操作方向を回動としこれを軸方向に変換するカム、叉はねじ手段を装設することで解決する。
【０００９】請求項３の発明では前記クラッチの軸と外輪が相対変位した位置で保持する手段に、摩擦抵抗力で自己保持力とすることで解決する。
【００１０】請求項４の発明は、従来の電磁クラッチは過剰入力されるとスリップし発熱して火災に発展するか叉はクラッチが強固に溶着し非駆動装置を破壊する、これを防ぐため当発明では負荷トルクが限度を越えるとクラッチの軸と外輪の相対変位量が増える。外輪側面に転動ボールを配置し限度を超えて外輪が変位するとこれに接触し接触摩擦でボールがプーリの回転方向に転がって相手側の静止しているカムリングの斜面にくさび状に乗り上げる、外輪は高速で回転しているので瞬時にボールで軸方向に押し返されクラッチは切れる。
【００１１】請求項５の発明では従来の電磁クラッチと同じ使用方法を得る、即ち入力軸と出力軸間をクラッチで繋ぐ構成で、レバー操作でクラッチをＯＮ／ＯＦＦさせ且つレバー自体のスナップ効果による摩擦でＯＮ／ＯＦＦ位置を保持することで電磁力等の操作補助エネルギーを要しない、つまりトルクを負荷するスキュウしたローラのトラクションで円錐面に自己吸い込みを生ずるのでトルク伝達中は附勢力を要しない、従って操作力は極めて軽微であるがトルク負荷中は逆に抜けない問題がある。そこでレバー等によるてこの原理で手動操作を容易にする。
【００１２】請求項６の発明ではクラッチの外輪をプーリの前部に配置すると、クラッチの内輪を小径化できるのでローラの転動直径が小さくなりローラの周速度を遅くし遠心力によるグリースの飛散を防ぐ、従来のプーリ内径の電磁コイル、フィールドコアが無い分空洞化するのでプーリを支える軸受の外径を大きくでき軸受定格荷重が増すので従来の複列玉軸受を単列にする。プーリと軸受のセンターを揃えれば軸受けにはモーメントが作用せず単列で十分機能する。
【００１３】
【実施の形態】
請求項１の実施形態を図２で説明する。符号８のプーリが回ると連結のプレート５でクラッチの外輪２が回転する、外輪２には連結ロッド６で玉軸受を介して送りねじプレート１８と軸方向に連動する。送りねじプレート１８の内径にはねじが刻まれ圧縮機のケーシング９に一体鋳造された雄ねじ１４と螺合する。送りねじプレート１８を回転するとねじでロッドを経て外輪が軸方向に変位し外輪はローラ３に当接したり離れたりしてコンプレッサ入力軸４の駆動がＯＮ／ＯＦＦされる。
【００１４】請求項２の実施形態は図２の表面波モータ７で送りねじプレート１８が回されると送りねじ１４によって回転が軸方向運動に変換され玉軸受を介してロッド６で外輪を軸方向に変位させる。
【００１５】請求項３の発明では、図２に示す摩擦で自己保持力を有するねじ部１４と自己保持力の大きい超音波モータ（表面波モータ）７で保持力を強化し、送りねじプレート１８を超音波モータで揺動回転してクラッチのＯＮ／ＯＦＦの位置を持続する構成である。図５の略視図では内外輪に相対変位を付与する操作レバー４２をプレート４４の溝内のＯＮ／ＯＦＦ位置にスナップ保持する構成である。
【００１６】請求項４の発明は、略視図２、及び補足説明の図３、４に示す外輪の側面に設けた軌道輪１９とコンプレッサのケース端部の軌道輪２１との間に転動体２０を適度の隙間を設けて装設してある。図４のカムリング２１の軌道２７は５度以下の斜面とし、過剰トルクを負荷するとローラのトラクションでクラッチの外輪に内輪が吸い込まれ外輪側面の軌道輪１９と２１が接近して図３に示す転動体２０に当接に至る。ボール１２は図４の２５の方向に高速で回転している１９とカムリング２１の斜面２７とに挟まれそのくさび作用で斜面を乗り上げ軸方向分力２８を生じクラッチ外輪を内輪から抜ける側に押し返しクラッチは瞬時に遮断される。
【００１７】請求項５の実施の形態は略視図５に示す、符号３７、３９で構成される容器にクラッチ内外輪３３、３４を油剤と共に収容し、容器３７は突起４３部のねじ穴でケース３７の外側の別部材にねじで締結する。容器のヒンジ４１を支点にしたレバー４２をプレート４４のスナップ４７による弾性穴に沿って動かすと内輪３３から延長の凸部３６に装設のベアリング４０を４８で押し内輪は皿ばね４５に対抗して外輪３４から抜ける側に変位してクラッチはＯＦＦになる。
【００１８】請求項６の実施の形態を略視図２及び図６に示す。プーリ８の内径は空洞となり軸受の外径を大きくできる、軸受定格荷重は制限されず従来の古くから慣例的に使用されている複列玉軸受を大きな単列軸受に代えて且つプーリと軸受のセンターを揃えれば軸受けへのモーメント負荷も回避でき問題を解消する。
【００１９】
【実施例】請求項１の実施例を略視図２に示す。プーリ８及びプーリ支持部材１６はアルミダイキャスト叉は帯鋼板材のプレス成型とし、これの前側にクラッチの外輪２と複数本のロッド６が同様複数枚の薄板５で連結されている。ロッドの片端は送りねじ１４に螺合のプレート１８に固定のベアリング外輪のケースに固定されている。プレート１８の外周にはスプラインが形成されこれに自己保持力を有するセラミック製の軽量の超音波モータ１７が好適である。１８はモータ１７の雌スプラインで噛合いモータを回転するとプレート１８が回転し請求項２の送りねじ１４でベアリングを介してロッド６が前後に動く、ロッド６に連結の外輪２は内輪１に対して相対変位しかくしてクラッチはＯＮ／ＯＦＦする。プーリと外輪は薄板でなるプレート５とリベットで連結されプレートの弾性でダイアフラムの如く軸方向に容易に変位する。内輪１は圧縮機の入力軸４に締結されており運転される。ロッドの形状は板材、丸棒を問わない。クラッチ及び送りねじ部にはグリースが封入され両側をシール（符号省略）で密封してある。ソレノイド、叉は通常のモータによる場合は、ねじ部の摩擦抵抗を増大し自己保持力を高める。反面ＯＮ／ＯＦＦ操作時摩擦抵抗に打ち勝つだけの力を要しモータ出力は大きくなる。摩擦による自己保持力の代わりに電磁ソレノイドが有効であるが運転中は吸引し続けねばならず省エネから遠ざかる。
【００２０】請求項２の実施例を図２及び図６に示す、クラッチをＯＮ／ＯＦＦするための軸方向相対変位を付与するとき、軸心に対して回転揺動するアクチュエータ図２、図６の７を使用すると変換機構にねじが好適である、その実施例を図２の符号１４，１８、及び図６の符号２９を示す。
【００２１】請求項３の実施例を図２、図５、図６に示す、図２の符号１４及び図６の２９の如くねじ部の摺接面は摩擦係数の大きな材質で摩擦自己保持力を確保し、且つ７の如くアクチュエータの駆動モータは圧着摩擦面の楕円振動波で一定の方向に駆動される超音波モータの自己保持能力を活用する。これ等の組み合わせでクラッチがＯＮ／ＯＦＦそれぞれの位置に摩擦抵抗で位置決めされて持続し、電磁力等の如く吸引エネルギーを供給し続ける必要はない。表面波モータの代わりにステッピングモータ、ソレノイド更にはワイヤによるリモコン方式でも達成でき、操作力が軽微故微弱な電磁コイルでもよく摩擦による自己保持力さえあれば省エネ効果がある。
【００２２】請求項４の実施例を図２の符号１２、１９、２０、図６の５１、５２、５３に装設位置関係を示す。詳細を構成説明図を図３と図４に示す。図３の符号１９は平坦なワッシャで外周に外側に広がる弾性突起２６がある。ワッシャ１９は回転するクラッチの外輪の側面に固定される。図４の符号２１のカムリングには回転面に対し５度以下の角度の斜面を成す軌道面２７を設けてある。駆動トルクが過剰になると外輪はローラのトラクションで吸い込まれてプーリ側に接近し１９がボール１２に接触する。ワッシャ１９は高速で回転しておりボールはくさび効果で軌道２７の斜面を転がり外輪を逆方向に押し返す。押し返す力はエンジン入力が斜面で拡大され巨大であるので外輪はプーリから最も遠い位置まで移動する。この時図２のストッパ１５と外輪とにギャップが出来ワッシャ１９の外周突起２６が弾性反力でそのギャップに嵌りバックストップキーとなって外輪をＯＦＦの位置にロックする。この時ボールは図４の２３のポケットに収納される。かくしてトルクは遮断されプーリは空転し続ける。カムリング２１は強度を要せずケースと一体成型のダイキャストで足り叉硬質樹脂製も可能である。外輪を薄肉化して過剰トルク負荷時の軸方向弾性変位量を増してボールカム２０との接触を容易にすると信頼性が増す。
【００２３】請求項５の実施例を図５に示す。図５のクラッチ３３、３４、をケース３７，３９で油剤とともに密封しケース３７を別部材にボルト等で締結し、ケースを支点にレバー４２の突起部４８でクラッチの内輪の側面に設けたレリーズベアリング４０を押し内輪を外輪軌道から抜ける側に移動させる。内輪は通常は皿ばね４５でクラッチがＯＮの状態になる様附勢されている。
【００２４】請求項６の発明の実施例を略視図２、図５に示す。図２の外輪は片端をフランジ状に外径に張り出しロッド６と連結プレート５共に連結を容易にし加工が容易な帯鋼板材からのプレス成型を可能にし軽量化とコスト低減する。
【００２５】
【発明の効果】電磁力に依らないので４０Ｗが不要、使用材料も鉄系磁性体、銅製コイル材などが要らず軽金属化でき重量が１／４に軽量化できる。叉電磁クラッチを接続する際の衝撃音も皆無になる。従来の摩擦によるトルク伝達は摩擦面の磨耗を伴うが本発明ではオイルのせん断抵抗のため磨耗がない。被駆動側に異常を生ずると瞬時にクラッチを遮断でき安全である。現行品との互換性で置き換えが容易。
【図面の簡単な説明】
【図１】は従来の電磁クラッチの実施例断面の略視図
【図２】は請求項１と請求項６の実施例断面略視図
【図３】は請求項４の実施例断面略視図
【図４】は請求項４の補足説明図
【図６】は請求項６の実施例断面略視図
【符号の説明】
１、３１・・・  クラッチ内輪  ２、３４・・・クラッチ外輪  ３、３５・・・ローラ  ４・・・コンプレッサ駆動軸  ５・・・連結プレート
６・・・ＯＮ／ＯＦＦロッド  ７・・・超音波モータ  ８・・・プーリ
９・・・コンプレッサハウジング  １１・・・シール  １２・・・過剰入力遮断カムボール  １３シールカバー  １４、２９・・・軸方向変位発生ねじ
１５、２６・・・トルク遮断逆止ストッパ  １６・・・プーリ支持部材
１７・・・貫通穴  １８・・・送りねじプレート  １９・・・トルク遮断入力ワッシャ  ２０、５２・・・カムボール  ２１・・・トルク遮断カムリング
２２・・・保持器  ２３・・・ポケット穴  ３２・・・入力軸
３７、３９・・・固定容器  ４０・・・レリーズベアリング  ４１・・・支点
４２・・・レバー  ４７・・・ばね
【図１】
2004183883.tif 000003
【図２】
2004183883.tif 000004
【図３】
2004183883.tif 000005
【図４】
2004183883.tif 000006
【図５】
2004183883.tif 000007
【図６】
2004183883.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月25日(2003.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】は従来の電磁クラッチ実施例の断面略視図
【図２】は請求項１、２、３、４、６の実施例の断面略視図
【図３】は請求項４の実施例の断面略視図
【図４】は請求項４の実施例の補足説明図
【図５】は請求項５の実施例の断面略視図
【図６】は請求項６の実施例の断面略視図
【符号の説明】
１、３１・・・クラッチ内輪  ２、３４・・・クラッチ外輪  ３、３５・・・ローラ  ４・・・コンプレッサ駆動軸  ５・・・連結プレート  ６・・・ｏｎ／ｏｆｆロッド  ７・・・超音波モータ  ８・・・プーリ  ９・・・コンプレッサハウジング  １１・・・シール  １２・・・過剰入力遮断カムボール  １３シールカバー  １４、２９・・・軸方向変位発生ねじ  １５、２６・・・トルク遮断逆止ストッパ  １６・・・プーリ支持部材  １７・・・貫通穴  １８・・・送りねじプレート  １９・・・トルク遮断入力ワッシャ  ２０、５２・・・カムボール２１・・・トルク遮断カムリング  ２２・・・保持器  ２３・・・ポケット穴３２・・・入力軸  ３７、３９・・・固定容器  ４０・・・レリーズベアリング  ４１・・・支点  ４２・・・レバー  ４７・・・ばね