JP2014105796A - クラッチ機構およびクラッチ機構用の永久磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不可逆減磁の発生を抑制しつつ、ネオジム磁石材料および重希土類元素材料の使用量の低減化が可能なクラッチ機構を提供する。
【解決手段】永久磁石５１によって形成される磁気回路に対して、永久磁石５１による磁束の流れ方向と同一方向または逆方向の磁束を与えるように、電磁コイル５４で磁束を発生させることにより、駆動側回転体３０と従動側回転体４０の連結と遮断の切り替えを行うクラッチ機構において、永久磁石５１は、重希土類元素を含有するネオジム磁石であり、永久磁石５１のうち、電磁コイル５４が逆方向の磁束を永久磁石に与えたときに、不可逆減磁を起こしやすい領域、例えば、リング外周側の２つの角部の周辺領域は、他の領域と比較して、重希土類元素が多く含まれる構成とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、永久磁石と電磁コイルを用いたクラッチ機構およびクラッチ機構用の永久磁石の製造方法に関するものである。

永久磁石と電磁コイルを用いた自己保持型のクラッチ機構が特許文献１、２等に開示されている。これは、永久磁石の磁力によって、駆動側回転体と従動側回転体との連結状態を維持するとともに、永久磁石によって形成される磁気回路に対して、永久磁石による磁束の流れ方向と同一方向または逆方向の磁束を与えるように、電磁コイルで磁束を発生させることにより、駆動側回転体と従動側回転体の連結と遮断の切り替えを行うものである。

これによれば、駆動側回転体と従動側回転体の連結と遮断の切り替え時以外には、電磁コイルの通電が不要であり、消費電力の低減が可能となる。

また、永久磁石としては、このネオジム磁石があり、このネオジム磁石にＤｙ等の重希土類元素を添加することで、永久磁石の保磁力を向上できることが一般的に知られている。この場合、通常、永久磁石全体に均一に重希土類元素が添加される。

特開２０１１−８０５７９３号公報 特公平２−２００７号公報

上記した構成のクラッチ機構の永久磁石として、重希土類元素が全体に均一に添加されたネオジム磁石を用いることができる。この場合、ネオジム磁石および重希土類元素は材料単価が高いため、永久磁石を構成する各材料の使用量が少ないことが好ましい。

しかし、重希土類元素が全体に均一に添加されたネオジム磁石を用いる場合では、下記の理由により、ネオジム磁石材料および重希土類元素材料の使用量の低減に限界がある。

すなわち、上記した構成のクラッチ機構では、連結と遮断の間の切り替えの際に、瞬間的とはいえ大きな逆磁界を永久磁石に与えるため、永久磁石の一部の領域が不可逆減磁を起こしやすくなることがわかった（後述する図８、９参照）。ここでいう不可逆減磁とは、永久磁石に与えられていた逆磁界を取り除いても、元の磁気特性に戻らない変化を意味する。

このため、その一部の領域で不可逆減磁がおきないように、ネオジム磁石材料および重希土類元素材料の使用量を設定する必要がある。換言すると、不可逆減磁を起こしやすい領域に合わせて、それ以外の領域においても重希土類元素の添加量を多くしたり、永久磁石全体のネオジム磁石材料の使用量を多くしたりしなければならない。

この結果、重希土類元素が全体に均一に添加されたネオジム磁石を用いる場合では、ネオジム磁石材料および重希土類元素材料の使用量の低減化ができず、上記した構成のクラッチ機構を安価に提供することが困難となっている。

本発明は上記点に鑑みて、不可逆減磁の発生を抑制しつつ、ネオジム磁石材料および重希土類元素材料の使用量の低減化が可能なクラッチ機構およびそれを実現できるクラッチ機構用の永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。

本願発明は、永久磁石に大きな逆磁界が与えられたとき、永久磁石の内部は磁束密度が均一ではなく、永久磁石の内部には、不可逆減磁が起きやすい領域と、その領域と比較して不可逆減磁が起き難い領域とが存在することを見出し、この知見に基づいて、創出されたものである。

すなわち、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、駆動側回転体と従動側回転体の連結と遮断の切り替えを行う際に、永久磁石によって形成される磁気回路に対して、永久磁石による磁束の流れ方向と同一方向または逆方向の磁束を与えるように、磁束を発生させる電磁コイル（５４）とを備えるクラッチ機構において、
永久磁石は、重希土類元素を含有するネオジム磁石であり、
永久磁石のうち、電磁コイルが逆方向の磁束を永久磁石に与えたときに、不可逆減磁を起こしやすい領域（５１ｃ、５１ｄ）は、他の領域と比較して、重希土類元素が多く含まれていることを特徴とするクラッチ機構。

本発明では、温度や電磁コイルから与えられる磁束の大きさ等の所定条件下で、不可逆減磁を起こしやすい領域での不可逆減磁の発生を抑制できるように、ネオジム磁石の大きさと、不可逆減磁を起こしやすい領域での重希土類元素の含有割合とが設定される。

このとき、本発明によれば、不可逆減磁を起こしやすい領域以外の他の領域での重希土類元素の含有量を少なくしているので、磁石全体に重希土類元素が均一に添加され、本発明と同じ所定条件下での不可逆減磁の発生を抑制できるように、重希土類元素の含有割合が設定されたネオジム磁石と比較して、重希土類元素の使用量を低減できる。

また、上記した磁石全体に重希土類元素が均一に添加されたネオジム磁石と比較して、重希土類元素の使用量を低減できる範囲内で、不可逆減磁を起こしやすい領域の重希土類元素の含有割合をより高く設定することで、不可逆減磁を起こしやすい領域での保磁力が向上して、不可逆減磁が起きにくくなるため、上記した磁石全体に重希土類元素が均一に添加されたネオジム磁石と比較して、永久磁石材料の使用量を減らすことが可能となる。

よって、本発明によれば、不可逆減磁の発生を抑制しつつ、ネオジム磁石材料および重希土類元素材料の使用量の低減化が可能なクラッチ機構を提供できる。

また、請求項４に記載の発明では、
永久磁石として、ネオジム磁石を用意する工程と、
永久磁石のうち不可逆減磁を起こしやすい領域の表面上に、重希土類元素の拡散源を配置した状態で加熱することにより、重希土類元素を永久磁石の結晶粒界に拡散させる加熱工程とを有することを特徴としている。

このようにして、請求項１に記載のクラッチ機構用の永久磁石を製造することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態におけるクラッチ機構の軸方向断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１中の永久磁石単独の斜視図である。 図３のＢ−Ｂ断面におけるＤｙの濃度分布を示す模式図である。 図３の永久磁石の製造工程の一部を示す斜視図である。 図３の永久磁石の微細構造を示す模式図である。 （ａ）は第１実施形態のアーマチュアとプーリが連結された状態を説明するための説明図であり、（ｂ）は連結された状態のアーマチュアとプーリとを切り離す際の説明図であり、（ｃ）はアーマチュアとプーリが切り離された状態を説明するための説明図であり、（ｄ）は切り離された状態のアーマチュアとプーリを連結させる際の説明図である。 比較例１のクラッチ機構に用いた永久磁石内部の磁場解析結果を示す図である。 比較例１のクラッチ機構に用いた永久磁石の１５０℃での減磁曲線を示す図である。 第２実施形態における永久磁石の製造工程の一部を示す図である。 第３実施形態における永久磁石の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
図１に示す本実施形態のクラッチ機構は、車両走行用駆動力を出力する駆動源としてのエンジン（図示せず）から回転駆動力を得て、圧縮機構を回転駆動させる圧縮機２のクラッチ機構に本発明を適用したものである。

圧縮機２は、冷媒を吸入して圧縮するものであり、圧縮機吐出冷媒を放熱させる放熱器、放熱器流出冷媒を減圧膨張させる膨張弁、および、膨張弁にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器とともに、車両用空調装置の冷凍サイクル装置を構成する。

クラッチ機構２０は、エンジンからの回転駆動力によって回転する駆動側回転体を構成するプーリ３０と、圧縮機２の回転軸２ａに連結された従動側回転体を構成するアーマチュア４０とを有し、このプーリ３０とアーマチュア４０とを連結あるいは切り離す（遮断する）ことで、エンジンから圧縮機２への回転駆動力の伝達を断続するものである。なお、図１は、プーリ３０とアーマチュア４０とを連結させた状態を示している。

つまり、クラッチ機構２０がプーリ３０とアーマチュア４０とを連結すると、エンジンの回転駆動力が圧縮機２に伝達されて、冷凍サイクル装置が作動する。一方、クラッチ機構２０がプーリ３０とアーマチュア４０とを切り離すと、エンジンの回転駆動力が圧縮機２に伝達されることはなく、冷凍サイクル装置も作動しない。なお、クラッチ機構２０は、冷凍サイクル装置の各種構成機器の作動を制御する空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

以下、クラッチ機構２０の具体的な構成について説明する。図１に示すように、クラッチ機構２０は、プーリ３０、アーマチュア４０、および、プーリ３０とアーマチュア４０とを連結させる吸引磁力を発生させる永久磁石５１等を有するステータ５０を備えている。

プーリ３０は、圧縮機２の回転軸２ａに対して同軸上に配置された円筒状の外側円筒部３１、この外側円筒部３１の内周側に配置されるとともに圧縮機２の回転軸２ａに対して同軸上に配置された円筒状の内側円筒部３２、並びに、外側円筒部３１および内側円筒部３２の回転軸方向一端側同士を結ぶように回転軸垂直方向に広がるとともに、中央部にその表裏を貫通する円形状の貫通穴が形成された端面部３３を有している。

つまり、プーリ３０は二重円筒構造で構成され、その軸方向断面形状は、図１に示すように、回転軸に対して線対称に位置付けられる２つのコの字形状となり、外側円筒部３１の内周面、内側円筒部３２の外周面および端面部３３の内側面によって、中空円柱状空間が形成される。また、図１のＡ−Ａ断面における軸方向垂直断面形状は、図２に示すように二重円形状になる。

外側円筒部３１は、非磁性材（例えば、ステンレス）で形成されている。内側円筒部３２および端面部３３は、磁性材（例えば、鉄）にて一体的に形成され、後述する吸引用磁気回路ＭＣａおよび非吸引用磁気回路ＭＣｂの一部を構成する。外側円筒部３１は、一体的に形成された内側円筒部３２および端面部３３に対して、接着、圧入等によって接合されている。外側円筒部３１の外周側には、図示しないＶベルトが掛けられるＶ溝（具体的には、ポリＶ溝）が形成されている。内側円筒部３２の内周側には、ボールベアリング３４の外側レースが固定されている。

ボールベアリング３４は、圧縮機２の外殻を形成するハウジングに対して、プーリ３０を回転自在に固定するものである。そのため、ボールベアリング３４の内側レースは、圧縮機２のハウジングに設けられたハウジングボス部２ｂに固定されている。

端面部３３には、軸方向から見たときに径方向に２列に並んだ円弧状の複数のスリット穴３３ａ、３３ｂが形成されている。このスリット穴３３ａ、３３ｂは、端面部３３の表裏を貫通している。また、端面部３３の外側面は、プーリ３０とアーマチュア４０が連結された際に、アーマチュア４０と接触する摩擦面を形成している。

そこで、本実施形態では、端面部３３の表面の一部に、端面部３３の摩擦係数を増加させるための摩擦部材３５を配置している。この摩擦部材３５は、非磁性材で形成されており、具体的には、アルミナを樹脂で固めたものや、金属粉末（例えば、アルミニウム粉末）の焼結材を採用できる。

次に、アーマチュア４０は、磁性材（例えば、鉄）にて形成され、吸引用磁気回路ＭＣａの一部を構成する。より具体的には、アーマチュア４０は、回転軸垂直方向に広がるとともに、中央部にその表裏を貫通する貫通穴が形成された円板状部材である。このアーマチュア４０の回転中心は、回転軸に対して同軸上に配置されている。

アーマチュア４０には、プーリ３０の端面部３３と同様に、軸方向から見たときに円弧状の複数のスリット穴４０ａが形成されている。このスリット穴４０ａは、端面部３３の径方向内側のスリット穴３３ａと端面部３３の径方向外側のスリット穴３３ｂとの間に位置付けられている。

また、アーマチュア４０の一端側の平面は、プーリ３０の端面部３３に対向しており、プーリ３０とアーマチュア４０が連結された際に、プーリ３０と接触する摩擦面を形成している。さらに、アーマチュア４０の他端側の平面には、リベット４１によって略円盤状のアウターハブ４２が連結されている。

アウターハブ４２は、後述するインナーハブ４３とともに、アーマチュア４０と圧縮機２の回転軸２ａとを連結する連結部材を構成している。アウターハブ４２とインナーハブ４３は、それぞれ回転軸方向に延びる円筒部４２ａ、４３ａを有しており、アウターハブ４２の円筒部４２ａの内周面およびインナーハブ４３の円筒部４３ａの外周面には、弾性部材である円筒状のゴム４５が加硫接着されている。

さらに、インナーハブ４３は、圧縮機２の回転軸２ａに設けられたネジ穴にボルト４４によって締め付けられることによって固定されている。

これにより、アーマチュア４０、アウターハブ４２、ゴム４５、インナーハブ４３、圧縮機２の回転軸２ａが連結され、プーリ３０とアーマチュア４０が連結されると、アーマチュア４０、アウターハブ４２、ゴム４５、インナーハブ４３、圧縮機２の回転軸２ａがプーリ３０とともに回転する。

また、ゴム４５は、アウターハブ４２に対してプーリ３０から離れる方向に弾性力を作用させている。この弾性力により、プーリ３０とアーマチュア４０が切り離された状態では、アウターハブ４２に連結されたアーマチュア４０の一端側の平面とプーリ３０の端面部３３の外側面との間に予め定めた所定間隔の隙間δ５（後述する図７参照）が形成される。

次に、ステータ５０は、吸引磁力を発生させる永久磁石５１、変位することによって永久磁石５１が吸引磁力を発生させる吸引用磁気回路ＭＣａの磁気抵抗を増減させる可動部材５２、可動部材５２を変位させる可動部材変位手段としての電磁コイル５４、および、永久磁石５１と電磁コイル５４の固定部材としてのステータプレート５６を有して構成される。

図２、３に示すように、永久磁石５１は、リング（円環）形状であり、圧縮機２の回転軸２ａに対して同軸上に配置されている。換言すると、永久磁石５１は、圧縮機２の回転軸２ａの周りにリング状に配置されている。また、図４に示すように、永久磁石５１は、リング周方向に垂直な断面が４つの角部を有する矩形形状である。永久磁石５１は、磁極が回転軸に垂直な方向に向いている内外単極の磁石であり、外側がＮ極、内側がＳ極である。

本実施形態の永久磁石５１は、重希土類元素であるＤｙを部分的に含有するネオジム磁石である。具体的には、図４に示すように、この永久磁石５１は、その断面におけるＤｙ濃度分布において、高濃度領域（Ｄｙが多く含まれる領域）と、０％領域（Ｄｙが存在しない領域）と、Ｄｙ濃度がそれらの領域の間である中濃度領域とを有している。Ｄｙ高濃度領域は、リング外周側の２つの角部５１ａ、５１ｂ周辺の領域（角部を含む）である２つの角部周辺領域５１ｃ、５１ｄであり、後述するように、不可逆減磁を起こしやすい領域である。

このクラッチ機構２０用の永久磁石５１は、Ｄｙを含まないリング形状のネオジム磁石を用意する工程と、そのネオジム磁石のうちリング外周側の２つの角部周辺領域（図５の斜線領域）の表面上に、Ｄｙの拡散源を配置した状態で加熱する工程とを行うことで得られる。

Ｄｙの拡散源の配置範囲は、Ｄｙの拡散を考慮して決定され、例えば、２つの角部周辺領域よりも狭い範囲にＤｙの拡散源が配置される。

Ｄｙの拡散源を配置する方法としては、ディップ法、シャワー法、ロールコート法等の金属粉末の一般的な塗布方法が挙げられる。ディップ法の場合、Ｄｙの酸化物またはフッ化物の粉末を溶剤で液状またはペースト状にしたものに永久磁石５１の一部を浸し、シャワー法の場合、上記粉末を含む液体を回転する磁石表面に垂らし、ロールコート法の場合、上記粉末を含む液体を浸したスポンジに永久磁石５１の角部５１ａ、５１ｂを押し付けながら、永久磁石５１を回転させれば良い。

また、加熱温度としては、Ｄｙを結晶粒子間の結晶粒界に拡散させることができる温度とする。ここで、図６に示すように、ネオジム磁石は、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂの結晶粒子５１１と、結晶粒子５１１の間の粒界５１２とが存在する微細構造を有している。粒界５１２（特に、結晶粒子５１１の周囲）には結晶粒子よりもＮｄ成分が多いＮｄリッチ相が存在しており、粒界５１２の溶融温度は結晶粒子５１１よりも低い。したがって、加熱温度を結晶粒子５１１の溶融温度よりも低く、粒界５１２の溶融温度よりも高くすることで、Ｄｙを結晶粒界５１２に拡散させることができる。

図１に示すように、電磁コイル５４は、２つのコイル部（第１コイル部５４ａ、第２コイル部５４ｂ）に分割されており、永久磁石５１の軸方向両側に、永久磁石５１を挟み込むように配置されている。なお、第１コイル部５４ａおよび第２コイル部５４ｂは、同一の巻き線を２つに分割したものなので、一方に通電することで、他方にも同時に通電することができる。

また、図１、２に示すように、円筒形状のヨーク部材５３が永久磁石５１の外周側に隣接して配置されている。ヨーク部材５３は磁性材（例えば、鉄）で形成されている。永久磁石５１の板厚（径方向の厚み）ｔ１は、電磁コイル５４の板厚よりも小さく、電磁コイル５４の板厚と永久磁石５１の板厚との差がヨーク部材５３の板厚となっている。

そして、第１コイル部５４ａ、永久磁石５１、ヨーク部材５３および第２コイル部５４ｂは、接着剤等で互いに一体的に固定されて、円筒状の構造体５５を形成している。

可動部材５２は、磁性材（例えば、鉄）にて形成され、圧縮機２の回転軸２ａに対して同軸上に延びる円筒状部材である。そして、可動部材５２は、構造体５５の外周側に、回転軸方向に同軸上に変位可能に配置されている。従って、可動部材５２の変位方向は、圧縮機２の回転軸２ａ方向に一致する。

本実施形態では、図１に示すように、永久磁石５１および電磁コイル５４からなる構造体５５は内側円筒部３２の外周側に配置され、可動部材５２は構造体５５よりも外周側に配置され、外側円筒部３１は可動部材５２の外周側に配置されている。

また、可動部材５２の回転軸方向（図１の左右方向）の全長は、構造体５５の回転軸方向の全長よりも短く形成されている。これにより、可動部材５２が、プーリ３０の端面部３３側に移動すると、永久磁石５１がプーリ３０の端面部３３の反対側に形成する磁気回路の磁気抵抗を増加させる空隙（エアギャップ）が形成される。逆に、可動部材５２が、プーリ３０の端面部３３の反対側に移動すると、永久磁石５１がプーリ３０の端面部３３側に形成する磁気回路の磁気抵抗を増加させる空隙（エアギャップ）が形成される。

ステータプレート５６は、構造体５５が接着等の接合手段によって固定される固定部材であるとともに、磁性材（例えば、鉄）にて形成され、非吸引用磁気回路ＭＣｂの一部を構成する。より具体的には、ステータプレート５６は、回転軸垂直方向に広がるとともに、中央部にその表裏を貫通する貫通穴が形成された円板状部材である。

さらに、ステータプレート５６は、圧縮機２のハウジングにスナップリング等の固定手段によって固定されている。また、ステータプレート５６を軸方向から見た際の外周形状は、プーリ３０の中空円柱状空間の開口側の外周形状と同等の外径を有する円形状になっている。

そして、このステータプレート５６が、プーリ３０の中空円柱状空間の開口側を閉塞するように配置されることによって、構造体５５および可動部材５２が、プーリ３０の中空円柱状空間の内部に位置付けられる。

この際、可動部材５２の最外周側とプーリ３０の外側円筒部３１の内周側との間には隙間δ１が設けられ、構造体５５の内周側と内側円筒部３２の外周側との間には隙間δ２が設けられ、構造体５５のうち、プーリ３０の端面部３３側の端部と端面部３３との間には隙間δ３が設けられている。これにより、プーリ３０が回転しても、可動部材５２および構造体５５に接触してしまうことを防止できる。

さらに、ステータプレート５６には、図１、２に示すように、複数（本実施形態では、３つ）の略円柱状のピン５７が圧入、かしめ等の固定手段によって固定されている。この複数のピン５７は、非磁性材（例えば、アルミニウム）で形成されている。複数のピン５７の頂部側（プーリ３０の端面部３３側）には、ステータプレート５６に固定される根本側よりも外径が拡大した拡径部５７ａが形成されている。

一方、可動部材５２のステータプレート５６側端部には、径外周側に広がる円板状の鍔部５２ｇが形成されており、この鍔部５２ｇに、ピン５７の拡径部５７ａよりも径の小さい複数の係止穴５２ｂが形成されている。これにより、可動部材５２がプーリ３０の端面部３３へ変位しても、拡径部５７ａと係止穴５２ｂが当接することによって、可動部材５２の可動範囲が規制される。

その結果、可動部材５２がプーリ３０の端面部３３へ変位しても、可動部材５２と端面部３３との間には隙間δ４が設けられ、プーリ３０が回転しても、可動部材５２に接触することを防止でき、可動部材５２が回転軸周りに回転してしまうことを防止できる。

次に、図７に基づいて、上記構成における本実施形態のクラッチ機構２０の作動を説明する。図７は、図１のＢ部の断面図を用いた説明図であり、図７では、図示の明確化のため、可動部材５２以外の断面ハッチングを省略している。

まず、図７（ａ）に示すように、プーリ３０とアーマチュア４０が連結された状態では、可動部材５２が、プーリ３０の端面部３３側に移動している。

このとき、永久磁石５１によって、図７（ａ）の太実線に示す磁気回路、すなわち、可動部材５２、端面部３３、アーマチュア４０、内側円筒部３２の順で磁束が通過する磁気回路が形成される。図７（ａ）の太実線に示す磁気回路によって生じる磁力は、プーリ３０とアーマチュア４０とを連結させる吸引磁力となっている。従って、図７（ａ）の太実線に示す磁気回路は、本実施形態における吸引用磁気回路ＭＣａである。

この際、本実施形態では、可動部材５２がプーリ３０の端面部３３のスリット穴３３ａ、３３ｂよりも外周側に配置されているので、吸引用磁気回路ＭＣａを通過する磁束を迂回させることができる。その結果、プーリ３０側からアーマチュア４０側へ通過する磁束およびアーマチュア４０側からプーリ３０側へ通過する磁束量を増加させて、吸引磁力を増加させることができる。

また、可動部材５２が、プーリ３０の端面部３３側に移動している際には、可動部材５２とステータプレート５６との間に空隙（エアギャップ）が形成される。この空隙は、図７（ａ）の細破線に示すような、永久磁石５１によって形成される可動部材５２、ステータプレート５６、内側円筒部３２の順に磁束が通過する磁気回路の磁気抵抗を増加させ、これらの磁気回路によって生じる磁力を減少させる。

なお、図７（ａ）の細破線に示す磁気回路によって生じる磁力は、プーリ３０とアーマチュア４０とを連結させる吸引力として機能しない。従って、図７（ａ）の細破線に示す磁気回路は、本実施形態における吸引用磁気回路ＭＣａとは異なる非吸引用磁気回路ＭＣｂである。

さらに、可動部材５２が、プーリ３０の端面部３３側に移動している際には、吸引用磁気回路ＭＣａの磁束量が増加しているので、可動部材５２の位置は、プーリ３０の端面部３３側に維持される。

また、本実施形態では、ゴム４５がプーリ３０とアーマチュア４０と離す方向に作用させる弾性力（反発力）が、可動部材５２がプーリ３０の端面部３３側に移動している際の吸引磁力よりも小さくなるように設定されている。従って、電磁コイル５４に電力を供給しなくても、プーリ３０とアーマチュア４０が連結された状態が維持される。すなわち、エンジンからの回転駆動力が圧縮機２へ伝達される。

次に、連結された状態のプーリ３０とアーマチュア４０とを切り離す際には、車両用空調装置の空調制御装置が、図７（ｂ）に示すように、電磁コイル５４に対して電力を供給する。より具体的には、電磁コイル５４が、吸引用磁気回路ＭＣａに対して永久磁石５１による磁束の流れ方向と逆方向の磁束を与えて、吸引用磁気回路ＭＣａを通過する磁束量を減少させるとともに、非吸引用磁気回路ＭＣｂに対して永久磁石５１による磁束の流れ方向と同一方向の磁束を与えて、非吸引用磁気回路ＭＣｂを通過する磁束量を増加させる電磁力を発生するように電力を供給する。

これにより、図７（ｂ）の細実線で示す吸引用磁気回路ＭＣａによって生じる吸引磁力よりも、図７（ｂ）の太破線で示す非吸引用磁気回路ＭＣｂによって生じる磁力が強くなり、可動部材５２が、ステータプレート５６側へ移動する。この移動に伴って、プーリ３０とアーマチュア４０が連結されているときよりも、非吸引用磁気回路ＭＣｂの磁気抵抗が減少して、非吸引用磁気回路ＭＣｂを通過する磁束量がさらに増加する。その結果、可動部材５２の位置は、ステータプレート５６側に維持される。

また、可動部材５２がステータプレート５６側に移動すると、可動部材５２とプーリ３０の端面部３３との間に空隙（エアギャップ）が形成される。この空隙によって、プーリ３０とアーマチュア４０が連結されているときよりも、吸引用磁気回路ＭＣａの磁気抵抗が増加するので、吸引磁力が減少する。その結果、ゴム４５による反発力が吸引磁力を上回り、プーリ３０とアーマチュア４０が切り離される。すなわち、エンジンからの回転駆動力が圧縮機２へ伝達されなくなる。

次に、図７（ｃ）に示すように、可動部材５２がステータプレート５６側に移動している際には、可動部材５２がプーリ３０の端面部３３側に移動しているときよりも非吸引用磁気回路ＭＣｂの磁束量が増加しているので、可動部材５２の位置は、ステータプレート５６側に維持される。

さらに、可動部材５２がステータプレート５６側に移動している際の吸引磁力は、ゴム４５による反発力よりも小さいので、電磁コイル５４に電力を供給しなくても、プーリ３０とアーマチュア４０が切り離された状態が維持される。すなわち、エンジンからの回転駆動力は圧縮機２へ伝達されない。

次に、切り離された状態のプーリ３０とアーマチュア４０とを連結する際には、空調制御装置が、図７（ｄ）に示すように、電磁コイル５４に対して電力を供給する。より具体的には、電磁コイル５４が、吸引用磁気回路ＭＣａに対して永久磁石５１による磁束の流れ方向と同一方向の磁束を与えて、吸引用磁気回路ＭＣａを通過する磁束量を増加させるとともに、非吸引用磁気回路ＭＣｂに対して永久磁石５１による磁束の流れ方向と逆方向の磁束を与えて、非吸引用磁気回路ＭＣｂを通過する磁束量を減少させる電磁力を発生するように通電する。

これにより、非吸引用磁気回路ＭＣｂによって生じる磁力よりも、吸引用磁気回路ＭＣａによって生じる吸引磁力が強くなり、可動部材５２が、プーリ３０の端面部３３側へ移動する。

この移動に伴って、プーリ３０とアーマチュア４０が切り離されているときよりも、吸引用磁気回路ＭＣａの磁気抵抗が減少して、吸引用磁気回路ＭＣａの磁束量がさらに増加する。その結果、吸引磁力がゴム４５による反発力を上回り、プーリ３０とアーマチュア４０が連結される。すなわち、エンジンからの回転駆動力が圧縮機２へ伝達される。

次に、本実施形態のクラッチ機構２０の効果を説明する。

まず、本実施形態と異なる永久磁石を用いた比較例１のクラッチ機構において、図７（ａ）〜（ｄ）の各作動状態での永久磁石内部の磁場解析を行った結果について説明する。

比較例１では、永久磁石として、Ｄｙが全体に均一に含まれるネオジム磁石を用いた。この永久磁石は、ネオジム磁石原料とＤｙが混合された粉末を成形し、焼成して得られたものであり、Ｄｙの含有割合（重量％）が全体の５％である。この永久磁石の形状は第１実施形態と同じである。なお、比較例１のクラッチ機構は、永久磁石以外の構成については本実施形態と同じものである。

図８（ａ）〜（ｄ）は、図１のＢ部内の永久磁石の断面を示しており、それぞれ、図７（ａ）〜（ｄ）の作動状態のときの永久磁石内部の磁束密度分布を示している。

図８（ａ）、（ｃ）に示すように、プーリ３０とアーマチュア４０の連結状態や切り離し状態では、磁石内部に、磁束密度が大きな領域と小さな領域とが存在しており、磁束密度分布が生じている。これは、連結状態や切り離し状態では、電磁コイル５４から永久磁石に逆磁界が与えられないが、磁石内部がＮ極からＳ極までの最短ルートであるため、磁石内部に逆磁界がかかっている状態となり、磁石自身が逆磁界を有するからである。

一方、図８（ｂ）、（ｄ）に示すように、連結された状態のプーリ３０とアーマチュア４０とを切り離す際や、切り離された状態のプーリ３０とアーマチュア４０とを連結させる際では、連結状態や切り離し状態のときと同様に、磁石内部に磁束密度分布が生じているが、電磁コイル５４から永久磁石に逆磁界が与えられるため、連結状態や切り離し状態のときと比較して、全体的に磁束密度が低下している。

より詳細には、図８（ｂ）のプーリ３０とアーマチュア４０とを切り離す際では、図中下左右、すなわち、磁石断面のうちリング外周側の２つの角部周辺領域の磁束密度が、磁石内部で最小の値を示しており、約０．６Ｔ（テスラ）であった。また、図８（ｄ）のプーリ３０とアーマチュア４０とを連結させる際では、同領域の磁束密度が、磁石内部で最小の値を示しており、約０．６５Ｔであった。このことから、永久磁石５１のうちリング外周側の２つの角部に最も大きな逆磁界が与えられることがわかる。

ここで、図９に示すＤｙを約５％含有するネオジム磁石の１５０℃における減磁曲線において、変曲点は０．６Ｔと０．６５Ｔの間に位置し、変曲点よりも左側が不可逆減磁領域であり、変曲点よりも右側が可逆減磁領域である。なお、１５０℃の減磁曲線を用いたのは、本実施形態のクラッチ機構２０の使用時における永久磁石５１の最高温度が１５０℃だからである。

このことから、永久磁石のリング外周側の２つの角部周辺領域は、永久磁石の温度が１５０℃であって、プーリ３０とアーマチュア４０とを切り離す際では、図８（ｂ）の２つの角部周辺領域が、図９の減磁曲線の不可逆減磁領域に属するため、不可逆減磁が起きてしまうことがわかった。

このため、上記した２つの角部周辺領域で不可逆減磁がおきないように、ネオジム磁石材料およびＤｙの使用量を設定する必要がある。

ちなみに、比較例１の永久磁石よりも磁石全体の板厚ｔ１を薄くすると、磁石自身が有する逆磁界が大きくなるため、上記した角部周辺領域の磁束密度が低下し、図９の減磁曲線のうち変曲点からさらに左側に離れたところに位置する状態となる。また、Ｄｙの含有量を減らすと、図９の減磁曲線の変曲点が図中右側にずれ、不可逆減磁を起こしやすくなる。

したがって、１５０℃において、上記した角部周辺領域で不可逆減磁がおきないようにするためには、比較例１の永久磁石と比較して、Ｄｙの含有量を増やしたり、磁石全体の板厚を大きくしたりしなければならない。このとき、Ｄｙが全体に均一に添加されたネオジム磁石を用いる場合では、上記した２つの角部周辺領域に合わせて、それ以外の領域においてもＤｙの添加量を多くしたり、永久磁石全体の板厚ｔ１を厚くしたりしなければならない。

この結果、比較例１のように、Ｄｙが全体に均一に添加されたネオジム磁石を用いる場合では、ネオジム磁石材料およびＤｙ元素材料の使用量の低減化ができず、本実施形態のクラッチ機構を安価に提供することが困難となる。

これに対して、本実施形態では、永久磁石５１のリング外周側の２つの角部５１ａ、５１ｂの周辺にのみＤｙを塗布し、所定時間、所定温度で加熱することにより、Ｄｙを２つの角部周辺領域５１ｃ、５１ｄに拡散させている。

このため、図４に示すように、２つの角部周辺領域５１ｃ、５１ｄはＤｙが十分に拡散し、残留磁化は小さくなるが保磁力は高い領域となる。それに対して、２つの角部周辺領域５１ｃ、５１ｄから遠い領域（濃度０％の領域）はＤｙが拡散せず、保磁力は低いが、残留磁化が高い領域となる。なお、ネオジム磁石はＤｙの含有量が多いほど磁石の強さである残留磁化の値が小さくなる。

このとき、本実施形態の永久磁石５１の２つの角部周辺領域５１ｃ、５１ｄにおけるＤｙ含有割合を、Ｄｙが全体に均一に添加されたネオジム磁石のＤｙ含有割合よりも高くすると、２つの角部周辺領域５１ｃ、５１ｄは、保磁力が向上して、不可逆減磁が起きにくくなるため、永久磁石５１の板厚ｔ１を薄くすることが可能となる。

すなわち、本実施形態の永久磁石５１の２つの角部周辺領域５１ｃ、５１ｄにおけるＤｙ含有割合を、比較例１の永久磁石のＤｙ含有割合（５％）よりも高くした場合、その場合のＤｙ含有割合での減磁曲線は、図９の減磁曲線と比較して、変曲点の位置が左側にシフトし、その変曲点に対応する磁化の大きさが小さくなる。このため、角部周辺領域５１ｃ、５１ｄのＤｙ含有割合を高くした分、永久磁石全体の板厚ｔ１を薄くできる。例えば、磁石全体の板厚ｔ１を薄くすると、磁石内部全体の磁束密度が小さくなり、角部周辺領域５１ｃ、５１ｄの磁束密度が０．６０よりも小さくなるが、減磁曲線の変曲点に対応する磁石内部の磁化の大きさが０．４Ｔまで下がった場合、プーリ３０とアーマチュア４０とを切り離す際に、２つの角部周辺領域５１ｃ、５１ｄでの磁化の大きさが０．４を超える範囲内で、磁石全体を薄くできる。

このとき、永久磁石５１の全体ではなく、一部の狭い領域（高濃度領域、中濃度領域）のみにＤｙを含有させ、他の領域（濃度０％の領域）にはＤｙを含有させないので、Ｄｙの使用量を低減できる。

また、本実施形態の永久磁石５１は、Ｄｙが存在しない領域（濃度０％の領域）があり、その領域では、Ｄｙの含有量を増やした場合のように残留磁化が低下することがなく、残留磁化が大きい。このことからも、Ｄｙが全体に均一に添加されたネオジム磁石を用いる場合と比較して、永久磁石の板厚ｔ１を薄くできる。

以上のことから、本実施形態によれば、不可逆減磁の発生を抑制しつつ、ネオジム磁石材料およびＤｙ元素材料の使用量の低減化が可能となり、本実施形態のクラッチ機構２０を安価に提供することが可能となる。

（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して永久磁石５１の製造方法を変更したものである。その他は第１実施形態と同じである。

第１実施形態では、ネオジム磁石５１表面のうちリング外周側の２つの角部５１ａ、５１ｂの周辺（角部５１ａ、５１ｂの両隣に位置する角部近傍）のみにＤｙ拡散源を配置したが（図５の斜線領域参照）、本実施形態では、図１０の斜線領域のように、ネオジム磁石５１表面のうちリング外周面の全域にＤｙ拡散源を配置する。

リング外周側の２つの角部５１ａ、５１ｂの近傍のみに、選択的に、Ｄｙ拡散源を配置（塗布）することが困難な場合は、このようにＤｙ拡散源を配置しても良い。このようにＤｙ拡散源を配置しても、リング外周面の両端に位置するリング外周側の２つの角部周辺領域５１ｃ、５１ｄにＤｙを拡散させることができる。

（第３実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して永久磁石５１の形状を変更したものであり、その他は第１実施形態と同じである。

第１実施形態では、リング形状の１つの永久磁石５１を用いていたが、本実施形態では、図１１に示すように、リングを周方向で複数に分割した形状の永久磁石５１を複数用いる。そして、第１実施形態の永久磁石５１と同様の機能を発揮するように、これらの永久磁石５１をリング状に配置する。このとき、複数の永久磁石５１同士は、接触していても離れていても良い。

本実施形態においても、１つの永久磁石５１は、リング周方向に垂直な断面が４つの角部を有する矩形形状であり、リング外周側の２つの角部５１ａ、５１ｂの周辺領域に、Ｄｙを他の領域よりも多く含ませることで、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

（１）上記した各実施形態では、永久磁石を１つのリング状に配置したが、２重等の複数のリング状に配置しても良い。また、上記した各実施形態では、１つのリング状の永久磁石の両隣に、電磁コイルを配置したが、両隣の一方に電磁コイルを配置しても良い。すなわち、永久磁石がなすリングの数や、電磁コイルの数や、永久磁石および電磁コイルの配置については、上記した各実施形態に限られず、上記した各実施形態と同様の作動が得られる範囲内で、種々の変更が可能である。

また、上記した各実施形態では、可動部材５２を用いていたが、特許文献２のように、可動部材を用いずに、永久磁石によって形成される磁気回路に対して、永久磁石による磁束の流れ方向と同一方向または逆方向の磁束を与えるように、電磁コイルで磁束を発生させることにより、駆動側回転体と従動側回転体の連結と遮断の切り替えを行う構成としても良い。すなわち、本発明のクラッチ機構は、連結と遮断の間の切り替えの際に、永久磁石によって形成される磁気回路（特に永久磁石）に対して逆磁界が与えられる構成のクラッチ機構に対して適用が可能である。

本発明では、永久磁石のうち、図８のように、クラッチ機構の各作動状態での永久磁石の磁場解析結果において、永久磁石のうち磁束密度が最も小さな領域が、不可逆減磁が起きやすい領域であるので、他の領域よりもＤｙが多く含まれるようにすれば良い。

このとき、クラッチ機構の使用時の最高温度における永久磁石の減磁曲線に基づいて、不可逆減磁を起こしやすい領域での不可逆減磁の発生を抑制できるように、ネオジム磁石の大きさと、不可逆減磁を起こしやすい領域でのＤｙの含有割合とが設定される。

ここで、図８の磁場解析結果は、図１の構成のクラッチ機構２０のものであり、図１の構成では、リング形状の永久磁石５１のうち、リング外周側の２つの角部５１ａ、５１ｂの周辺領域において、磁束密度が最小となったが、条件によっては、リング内周側の２つの角部の周辺領域において、磁束密度が最小となる場合もある。

なお、この条件としては、永久磁石と電磁コイルとの位置関係、永久磁石のＮ極とＳ極の向き、リング形状の永久磁石の内周面と外周面の面積の関係等が挙げられる。また、本発明者の経験によれば、クラッチ機構が図１以外の他の構成であっても、永久磁石の角部周辺での磁束密度が最小となり、永久磁石の角部周辺に最も大きな逆磁界がかかる傾向があることがわかっている。

したがって、永久磁石のうち、リング内周側の２つの角部の周辺領域もしくはリング外周側の２つの角部の周辺領域が、他の領域よりもＤｙが多く含まれるようにすれば良い。リング内周側の２つの角部の周辺領域にＤｙを多く含ませる場合では、加熱工程において、永久磁石のリング内周側の２つの角部の周辺領域にのみＤｙ拡散源を配置したり、リング内周面の全域にＤｙ拡散源を配置したりすれば良い。

（２）第１実施形態では、永久磁石のうち不可逆減磁を起こしやすい領域以外の他の領域（Ｄｙ濃度が０％の領域）は、Ｄｙが含まれていなかったが、Ｄｙが含まれていても良い。なお、永久磁石の残留磁化を大きくするという観点では、他の領域におけるＤｙ含有量が極めて低いか、他の領域にＤｙを存在させないことが望ましい。

（３）上記した各実施形態では、重希土類元素として、Ｄｙを用いたが、Ｄｙに限らず、Ｔｂ（テルビウム）等の他の元素を用いても良い。この場合、Ｔｂの拡散源として、Ｔｂの酸化物またはフッ化物を用いることができる。

（４）上記した各実施形態では、クラッチ機構２０をエンジン１０から圧縮機２への動力伝達の断続に適用した例を説明したが、本発明のクラッチ機構の適用はこれに限定されない。エンジンあるいは電動モータ等の駆動源と回転駆動力によって作動する発電機との動力伝達の断続等に幅広く適用可能である。

（５）上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

２０ クラッチ機構
３０ プーリ（駆動側回転体）
４０ アーマチュア（従動側回転体）
５１ 永久磁石
５４ 電磁コイル

Claims (6)

1. 駆動源からの回転駆動力によって回転する駆動側回転体（３０）と、
   前記駆動側回転体に連結されることによって前記回転駆動力が伝達される従動側回転体（４０）と、
   前記駆動側回転体と前記従動側回転体とを連結させるための吸引磁力を発生させる永久磁石（５１）と、
   前記駆動側回転体と前記従動側回転体の連結と遮断の切り替えを行う際に、前記永久磁石によって形成される磁気回路に対して、前記永久磁石による磁束の流れ方向と同一方向または逆方向の磁束を与えるように、磁束を発生させる電磁コイル（５４）とを備えるクラッチ機構において、
   前記永久磁石は、重希土類元素を含有するネオジム磁石であり、
   前記永久磁石のうち、前記電磁コイルが前記逆方向の磁束を前記永久磁石に与えたときに、不可逆減磁を起こしやすい領域（５１ｃ、５１ｄ）は、他の領域と比較して、前記重希土類元素が多く含まれていることを特徴とするクラッチ機構。
2. 前記他の領域は、重希土類元素が含まれないことを特徴とする請求項１に記載のクラッチ機構
3. 前記永久磁石は、リング形状もしくはリングを複数に分割した形状であり、リング周方向に垂直な断面が４つの角部を有する矩形形状であり、
   前記不可逆減磁を起こしやすい領域は、リング内周側の２つの角部の周辺領域もしくはリング外周側の２つの角部（５１ａ、５１ｂ）の周辺領域であることを特徴とする請求項１または２に記載のクラッチ機構。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載のクラッチ機構用の永久磁石の製造方法であって、
   前記永久磁石として、ネオジム磁石を用意する工程と、
   前記永久磁石のうち不可逆減磁を起こしやすい領域の表面上に、重希土類元素の拡散源を配置した状態で加熱することにより、前記重希土類元素を前記永久磁石の結晶粒界に拡散させる加熱工程とを有することを特徴とするクラッチ機構用の永久磁石の製造方法。
5. 前記ネオジム磁石を用意する工程では、リング形状もしくはリングを複数に分割した形状であって、断面が４つの角部を有する矩形形状の前記ネオジム磁石を用意し、
   前記加熱工程では、リング内周側の２つの角部の周辺領域もしくはリング外周側の２つの角部の周辺領域に、前記拡散源を配置することを特徴とする請求項４に記載のクラッチ機構用の永久磁石の製造方法。
6. 前記加熱工程では、リング内周面の全域もしくはリング外周面の全域に、前記拡散源を配置することを特徴とする請求項５に記載のクラッチ機構用の永久磁石の製造方法。
   
   

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