JP2013100862A

JP2013100862A - 電磁クラッチ及びその製造方法

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Publication number: JP2013100862A
Application number: JP2011244675A
Authority: JP
Inventors: Shigeyoshi Sakuraba; 茂圭櫻場; Yasuo Tabuchi; 泰生田渕; Yoichi Murakami; 洋一村上
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-23
Also published as: DE112012004654T5; WO2013069577A1; KR20140085564A; CN103946574A; US20140291105A1

Abstract

【課題】安価な方法で伝達トルクを向上させた電磁クラッチ、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】電磁コイル（１８）と、外部駆動源により回転駆動されるロータ（１６）と、電磁コイル（１８）の磁力によってロータ（１６）に吸着されるアーマチャ（１２）と、ハブ構造（１１）とを具備し、電磁コイル（１８）を励磁することによりアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）をロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）に吸着させることと、電磁コイル（１８）を消磁することによりアーマチャ（１２）をロータ（１６）から切り離すこととにより、動力伝達、遮断を行う電磁クラッチ（１０）において、ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）、及び／又はアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）に、表面粗さＲｚが１０μｍ以上、かつ硬度が４ＧＰａ以下である凹凸面が形成されたことを特徴とする電磁クラッチ。
【選択図】図７

Description

本発明は、回転動力の伝達及び遮断を行う電磁クラッチに関し、特に優れた伝達トルクを有する電磁クラッチに関する。

電磁クラッチは、電磁石への電力の断続をもって、動力の断続を行う機構であり、車両用空調機の圧縮機用電磁クラッチ等に用いられている。電磁クラッチを用いることにより、空調機の非運転時に、エンジンと圧縮機とを動力的に遮断することができるので、エンジン負荷を低減し燃費の改善を図る上で、また、圧縮機の寿命の面からも望ましい。

電磁クラッチは、エンジンからベルト等を介して回転駆動されるロータと、このロータに対して所定の微小間隔を隔てて対応配置されたアーマチャと、このアーマチャを圧縮機側の回転軸に結合するハブ構造とを備えている。

図１を参照して、さらに詳細に説明すると、一般的な電磁クラッチ（１０）は、ステータ（１７）内に収容された電磁コイル（１８）と、エンジン（図示せず）によって回転駆動されるロータ（１６）と、ハブ構造（１１）を備える。

ハブ構造（１１）は、インナーハブ（１５）と、インナーハブ（１５）に結合される板バネ（１３）を有し、この板バネ（１３）をアーマチャ（１２）に結合する構造となっている。

電磁クラッチ（１０）の断続は、電磁コイル（１８）を励磁することにより、アーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）をロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）に吸着させること、及び電磁コイル（１８）を消磁することにより、アーマチャ（１２）をロータ（１６）から切り離すことにより行われる。

従来から、電磁クラッチの伝達トルクを向上させる種々の方法が提案されている。

特許文献１には、クラッチの伝達トルクを向上させる手法として、ロータに摩擦材を接着する方法が開示されている。この方法によれば、摩擦面の径を大きくすることなく、すなわち限られた体格の中で伝達トルクを向上させることができる。

特許文献２には、クラッチの伝達トルクを向上させる手法として、摩擦面に樹脂を有するコーティング材を付着する方法が開示されている。

特開２００９−２９９７２０特開平８−１１４２４１

特許文献１に記載の方法は、部品数が増え、加工も増えるので、コストが高くなるという問題がある。特許文献２に記載の方法は、使用開始の直後は伝達トルクが向上するが、摩擦面が摩耗すると伝達トルクが低下するという問題がある。

本発明は、上記の問題にかんがみてなされたものであって、安価な方法で伝達トルクを向上させた電磁クラッチ、及びその製造方法の提供を課題とする。

本発明者らは、電磁クラッチの伝達トルクを、安価に向上させる方法について、鋭意検討した。

その結果、ロータのアーマチャとの摩擦面、及び／又はアーマチャのロータとの摩擦面に微細な凹凸構造を形成させることにより、安価に伝達トルクを向上させることができることを見出した。

本発明は、上記の知見に基づきなされたものであって、電磁コイル（１８）と、外部駆動源により回転駆動されるロータ（１６）と、電磁コイル（１８）の磁力によってロータ（１６）に吸着されるアーマチャ（１２）と、ハブ構造（１１）とを具備し、電磁コイル（１８）を励磁することによりアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）をロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）に吸着させることと、電磁コイル（１８）を消磁することによりアーマチャ（１２）をロータ（１６）から切り離すこととにより、動力伝達、遮断を行う電磁クラッチ（１０）において、ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）、及び／又はアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）に、表面粗さＲｚが１０μｍ以上、かつナノインデンターで測定した硬度が４ＧＰａ以下である凹凸面が形成されたことを特徴とする。

ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）、及び／又はアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）に、微細な凹凸面を設けることにより、クラッチがＯＮの時に、ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）とアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）との摩擦面積が増えるので、伝達トルクが向上する。

本発明の電磁クラッチ（１０）において、ロータ（１６）は、Ｃ含有量０．３％以下の低炭素鋼からなるものとすることができる。

ロータ（１６）は、アーマチャ（１２）と吸着したときに磁気回路（２１）を形成するので、Ｃ含有量が低い材料が好適であり、さらに、低炭素鋼は、材料の硬度が低いので、表面に上述したような凹凸面を、安価に形成することが可能となる。

電磁クラッチのロータ、及びアーマチャは、一般的に、複数のブリッジ部を介して、フランジ部を一体に設けて二重円筒形状に形成されることがある。このような場合、ロータ（１６）のブリッジ部には、上述した凹凸面を形成しないことが好ましい。ブリッジ部に凹凸面を形成すると、ブリッジ部の強度が低下することがあるからである。

本発明の電磁クラッチ（１０）は、ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）、及び／又はアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）を、投射材を用いて加工することにより得ることができる。

具体的には、投射材を、組み立て前のロータ部品の摩擦面（１６ａ）、及び／又はアーマチャ部品の摩擦面（１２ａ）に投射材を当て、摩擦面を荒らし、凹凸面を形成する。

本発明の電磁クラッチ（１０）の製造方法において、投射材を被加工面に投射する方法としては、圧縮空気により投射材を投射するエアーブラストが好適である。

本発明の電磁クラッチ（１０）の製造方法で用いる投射材は、硬度が、被加工面であるロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）、及び／又はアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）の硬度の２倍以上であることが好ましい。これにより、容易に、ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）、及び／又はアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）に凹凸面を形成することが可能となる。

本発明に用いることができる投射材としては、粒径０．５〜３ｍｍ程度の、鋼、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ等が挙げられる。

本発明によれば、電磁クラッチ（１０）のロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）とアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）の摩擦面積を大きくすることができるので、優れた伝達トルクを有する電磁クラッチ（１０）を得ることができる。

本発明に係る電磁クラッチの断面の一例を示す図であり、クラッチがＯＦＦの状態を示す。本発明に係る電磁クラッチの断面の一例を示す図であり、クラッチがＯＮの状態を示す。本発明に係る電磁クラッチの側面を示す図である。本発明に用いることができるエアーブラスト装置の概略を示す図である。本発明に用いることができる投射材の一例を示す図である。本発明によるエアーブラスト処理を施した後のロータの摩擦面の表面状態を示す図である。本発明に係る電磁クラッチの伝達トルクの評価結果を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。

図１は、クラッチがＯＦＦの状態の電磁クラッチ（１０）の断面を示す図である。クラッチがＯＦＦの状態では、アーマチャ（１２）と、ロータ（１６）は切り離された状態にある。

この状態では、エンジンからの回転動力はロータ（１６）に伝達されるだけで、アーマチャ（１２）を介してハブ構造（１１）には伝達されず、ロータ（１６）のみが空転状態となる。

図２は、クラッチがＯＮの状態の電磁クラッチ（１０）の断面を示す図である。このとき、アーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）が、電磁コイル（１８）の磁力により、ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）に吸着され、吸着した摩擦面を介してハブ構造（１１）にトルクが伝達される。また、アーマチャ（１２）とロータ（１６）は、磁気回路（２１）を形成する。

本発明の電磁クラッチ（１０）のロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）、及び／又はアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）には、表面粗さＲｚが１０μｍ以上、かつナノインデンターで測定した硬度が４ＧＰａ以下である凹凸面が形成されている。凹凸は規則的に配置されている必要はなく、ランダムな配置でよい。

このような凹凸面は、図５に示すような、鋭利多角形状の投射材を、ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）、及び／又はアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）に当てることで形成することができる。投射材を飛ばす力は、圧縮エアーで十分であり、ショットブラストのような高い圧力は不要なので、本発明の電磁クラッチの製造にでは、エアーブラストによる投射を用いるのが好適である。

図４に、エアーブラスト装置の一例を示す。図４の装置では、投射材を集塵機（４１）のエアーの力で吸い上げ、吸い上げた投射材を圧縮エアーの力によって、エアーガン（４２）によって、ワーク（４３）へ投射する。

エアーブラストは、従来から、球状の投射材を用いたばり取り等に用いられている。本発明の電磁クラッチ（１０）の製造方法においては、投射材を被加工材に当て、凹凸面を形成することが目的であるので、投射材としては、ばり取り等に用いられる球状のものではなく、鋭利多角形状のものを用いる。

これにより、被加工材であるロータ（１６）の摩擦面、及び／又はアーマチャ（１２）の摩擦面を掘り起こし、凹凸面を形成するのが、本発明の特徴である。球状の投射材を用いた場合、被加工材の掘り起こしは起こらず、本発明の特徴である凹凸面は形成されない。

また、投射材の硬度が被加工面の硬度の２倍以上であれば、被加工材を掘り起こし、凹凸面を形成するに好適である。ここで、硬度とは、ナノインデンターを用いて測定された、（最大荷重）／（圧子と試料の接触面積）で表される値のことをいうものとする。

本発明で使用できる具体的な投射材の材質としては、たとえば、鋼、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＳｉＣ等が挙げられる。これらの２種以上を混合して用いてもかまわない。もちろん、若干の不純物等を含んでいても問題ないことはいうまでもない。また、投射材の粒径は、０．５〜３ｍｍ程度が好ましい。

図６に、加工された摩擦面の表面状態を示す。表面に凹凸が形成され、深さ２０μｍ程度のスポンジ状の層が生成されていることが確認できる。これにより、ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）と、アーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）とが接触する際に、摩擦面積が大きくなるので、伝達トルクが向上する。

凹凸面の形成は、接触してトルクを伝達する、ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）とアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）のいずれか一方で行えばよいが、両方に行ってもよい。また、凹凸面の形成は、摩擦面の全周で行うのが好ましいが、一部に適用した場合であっても、本発明の効果は得ることができる。

また、ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）、及び／又はアーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）は、従来より、クラッチ断続時の面荒れを防止するため、極圧添加剤が塗布されていることがある。そのような面に対して本発明を適用すると、図６に示したような微細構造となることにより、添加剤の保持性がよくなり、面荒れがより防止できるという効果が得られる。

さらに、その他の表面処理が施されている場合であっても、その面に対し本発明を適用し微細構造とすることにより、表面処理材が鉄の素地に埋め込まれるので、耐食性の向上、伝達トルクの向上、凝着防止等の効果を得ることができる。

エアーブラスト装置（新東工業製、ＭＹ−３０Ｂ型）を用い、市販のスチール製投射材（新東工業製、ＳＢスチールグリットＧＨ−３）を、磁気クラッチのロータの摩擦面に投射した。

投射条件は、圧縮空気圧力０．３ＭＰａ、投射距離１５ｃｍ、投射時間１０秒とし、１回投射した。

投射前のロータの摩擦面の硬度は、ナノインデンターで測定した結果、４．３ＧＰａ、投射後は、１．２ＧＰａであった。

図７に、本発明の処理を施し、摩擦面に凹凸面が形成されたロータを用いた電磁クラッチと、通常の電磁クラッチとの、伝達トルクの比較を示す。本発明によれば、通常の電磁クラッチに比べ、伝達トルクが１０％向上することが確認できた。

なお、本発明の実施の形態を、具体的な実施例を挙げて説明したが、本発明は、上記の実施例に限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も、本発明に含まれることはいうまでもない。

１０電磁クラッチ
１１ハブ構造
１２アーマチャ
１２ａアーマチャの摩擦面
１３板バネ
１４ダンパ
１５インナーハブ
１６ロータ
１６ａロータの摩擦面
１７ステータ
１８電磁コイル
２１磁気回路
４１集塵機
４２エアーガン
４３ワーク

Claims

電磁コイル（１８）と、外部駆動源により回転駆動されるロータ（１６）と、上記電磁コイル（１８）の磁力によって上記ロータ（１６）に吸着されるアーマチャ（１２）と、ハブ構造（１１）とを具備し、上記電磁コイル（１８）を励磁することにより上記アーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）を上記ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）に吸着させることと、上記電磁コイル（１８）を消磁することにより上記アーマチャ（１２）を上記ロータ（１６）から切り離すこととにより、動力伝達、遮断を行う電磁クラッチ（１０）において、
上記ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）、及び／又は上記アーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）に、表面粗さＲｚが１０μｍ以上、かつ硬度が４ＧＰａ以下である凹凸面が形成されたことを特徴とする電磁クラッチ。
前記ロータ（１６）が、Ｃ含有量０．３％以下の低炭素鋼からなることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
前記ロータ（１６）及び／又は前記アーマチャ（１２）のブリッジ部には、前記凹凸面が形成されないことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁クラッチ。
電磁コイル（１８）と、外部駆動源により回転駆動されるロータ（１６）と、上記電磁コイルの磁力によって上記ロータ（１６）に吸着されるアーマチャ（１２）と、ハブ構造（１１）とを具備し、上記電磁コイル（１８）を励磁することにより上記アーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）を上記ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）に吸着させることと、上記電磁コイル（１８）を消磁することにより上記アーマチャ（１２）を上記ロータ（１６）から切り離すこととにより、動力伝達、遮断を行う電磁クラッチ（１０）の製造方法において、
上記ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）、及び／又は上記アーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）に、鋭利多角形状の投射材を用いて、表面粗さＲｚが１０μｍ以上、かつ硬度が４ＧＰａ以下である凹凸面を形成することを特徴とする電磁クラッチの製造方法。
前記加工は、エアーブラストにより、前記投射材を、前記ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）及び／又は前記アーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）に投射することにより施されることを特徴とする請求項４に記載の電磁クラッチの製造方法。
前記投射材の硬度が、被加工面である前記ロータ（１６）の摩擦面（１６ａ）及び／又は前記アーマチャ（１２）の摩擦面（１２ａ）の硬度の２倍以上であることを特徴とする請求項４又は５に記載の電磁クラッチの製造方法。
前記投射材が、鋼、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＳｉＣから選択される１種以上からなることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の電磁クラッチの製造方法。
前記加工を、前記ロータ（１６）及び／又は前記アーマチャ（１２）のブリッジ部には施さないことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の電磁クラッチの製造方法。