JP5928327B2 - 電磁クラッチおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、動力の伝達および遮断を行う電磁クラッチおよびその製造方法に関するものである。

従来の電磁クラッチは、駆動源から出力される回転駆動力によって回転するロータと、磁力によりロータ側に吸引されてロータに連結されることにより回転するアーマチャを備えている。

そして、電磁クラッチの磁気効率を向上させるために、ロータやアーマチャは、磁性材よりなる円板状の複数個のプレートを回転軸を中心に同心状に配置し、隣接するプレート間に非磁性材よりなる円環状のリングを配置している（例えば、特許文献１参照）。

より詳細には、プレートの内周面または外周面にリング挿入溝が形成されており、隣接するプレート間にリングを挿入した後に、金型でリングを加圧してリングを塑性流動させることにより、リングをリング挿入溝に流入させて、隣接するプレートとリングを連結している。

特開昭５４−１２６８５２号公報

しかしながら、上記した従来の電磁クラッチは、せん断、圧縮、曲げ等について一定の機械的強度を満足するために、塑性流動した非磁性のリングに所要の緊迫力が残留されている必要がある。そのため、リング挿入溝は複雑な形状にする必要があり、リング挿入溝の加工が容易ではなかった。

また、リングを塑性流動させるために、リングはプレートよりも変形抵抗が小さい材料が採用されている。すなわち、リングは変形しやすくなっている。したがって、ベルトを介してリングやプレートにかかる回転軸垂直方向の荷重により、リングが容易に変形してリングに亀裂が発生しやすいという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、リング挿入溝の加工を容易にし、且つ、非磁性材よりなるリングの亀裂発生を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、駆動源から出力される回転駆動力によって回転する駆動側回転体（３）と、電磁力により駆動側回転体側に吸引されて駆動側回転体に連結されることにより回転する従動側回転体（５）とを備え、従動側回転体および駆動側回転体のうち少なくとも一方は、磁性材よりなり同心状に配置された円板状の複数個のプレート（３３１〜３３３）と、プレートよりも変形抵抗が大きい非磁性材よりなり隣接するプレート間に配置された円環状のリング（３４、３５）とを備え、リングの断面形状は、楕円、多角形または丸であり、リングは、リングにおける外周側部位および内周側部位が、プレートにて回転軸垂直方向両側から挟持されているとともに回転軸方向両側から挟持され、リングに圧縮応力が残留させられた状態で隣接するプレートを連結していることを特徴とする。

これによると、リング挿入溝は複雑な形状にする必要がないため、リング挿入溝の加工が容易になる。また、リングはプレートよりも変形抵抗が大きく変形しにくいため、リングの亀裂発生を抑制することができる。

また、請求項４に記載の発明では、回転軸を中心に回転可能な２つの回転体（３、５）にそれぞれ形成された摩擦面（５１、３３１ａ〜３３３ａ）を電磁力により圧接させて動力を伝達する電磁クラッチの製造方法であって、磁性材よりなり回転体の一部を構成する回転体本体部（３Ａ）と、回転体本体部よりも変形抵抗が大きい非磁性材よりなり回転体の一部を構成する円環状のリング（３４、３５）とを用意し、回転体本体部に、回転軸を中心に同心状に配置されるとともに回転軸方向一端側のみが開口された円環状のリング挿入溝（３３４、３３５）を形成し、リング挿入溝にリングを挿入し、リングにおける外周側部位および内周側部位を、回転体本体部にて回転軸垂直方向両側から挟持するとともに回転軸方向両側から挟持して、リングに圧縮応力を残留させるように、回転体本体部におけるリング挿入溝の開口部周囲を塑性流動させ、回転体本体部における回転軸方向他端側の余肉をリングが露出する位置まで除去して摩擦面を形成することを特徴とする。

これによると、リング挿入溝は複雑な形状にする必要がないため、リング挿入溝の加工が容易になる。また、リングは回転体本体部よりも変形抵抗が大きく変形しにくいため、リングの亀裂発生を抑制することができる。

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ものである。

本発明の一実施形態に係る電磁クラッチの断面図である。 図１のリングの斜視図である。 図１のロータ３の加工前の形状を示す断面図である。 図１のロータ３の製造工程を示す要部の断面図である。 一実施形態におけるリングの第１変形例を示す斜視図である。 一実施形態におけるリングの第２変形例を示す断面図である。 一実施形態におけるリングの第３変形例を示す断面図である。 一実施形態におけるリングの第４変形例を示す断面図である。 一実施形態におけるリングの第５変形例を示す断面図である。

本発明の一実施形態について説明する。

本実施形態に係る電磁クラッチは、車両用空調装置において、車両走行用のエンジン（駆動源）から出力される回転駆動力を冷媒圧縮機へ断続的に伝達するために用いられる。

図１に示すように、電磁クラッチは、電磁石１、ロータ３、アーマチャ５、ハブ７等を有し、回転軸Ｊを中心に回転する。

電磁石１は、ステータ１１およびコイル１２等を有し、コイル１２に通電されることによって電磁力を発生させてロータ３とアーマチャ５とを連結させるようになっている。

ステータ１１は、磁性材（具体的には、鉄）よりなる。また、ステータ１１は、回転軸Ｊに対して同軸上に配置された円筒状のステータ外側円筒部１１１、このステータ外側円筒部１１１の内周側に配置されるとともに回転軸Ｊに対して同軸上に配置された円筒状のステータ内側円筒部１１２、並びに、ステータ外側円筒部１１１およびステータ内側円筒部１１２における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円板状のステータ端面部１１３を有している。

つまり、ステータ１１は二重円筒構造で構成され、その軸方向断面形状は、回転軸Ｊ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、ステータ外側円筒部１１１の内周面、ステータ内側円筒部１１２の外周面およびステータ端面部１１３の内側面によって、円筒状空間が形成される。そして、その円筒状空間にコイル１２が収容されている。

コイル１２は、絶縁性の樹脂材（具体的には、エポキシ）でモールディングされた状態でステータ１１に固定されており、ステータ１１に対して電気的に絶縁されている。

コイル１２の一端は車両側に電気的に接地されており、コイル１２の他端は空調装置の電子制御装置（ＥＣＵ）１００と接続されている。そして、コイル１２への通電、非通電の切り換え制御は、電子制御装置１００によって行われる。

ロータ３は、回転軸Ｊに対して同軸上に配置された円筒状のロータ外側円筒部３１、このロータ外側円筒部３１の内周側に配置されるとともに回転軸Ｊに対して同軸上に配置された円筒状のロータ内側円筒部３２、ロータ外側円筒部３１およびロータ内側円筒部３２における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円板状のロータ端面部３３、および円環状のリング３４、３５を有している。

つまり、ロータ３０は二重円筒構造で構成され、その軸方向断面形状は、回転軸Ｊ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、ロータ外側円筒部３１の内周面、ロータ内側円筒部３２の外周面、およびロータ端面部３３の内側面によって、円筒状空間が形成される。そして、その円筒状空間に電磁石１が収容されている。

ロータ外側円筒部３１、ロータ内側円筒部３２、およびロータ端面部３３は、磁性材（具体的には、低炭素鋼）よりなり、電磁石１が発生させる電磁力の磁気回路を構成する。

ロータ端面部３３は、回転軸Ｊを中心に同心状に配置された円板状の複数個のプレート３３１〜３３３にて構成されている。具体的には、ロータ端面部３３は、ロータ外側円筒部３１に連なるロータ外側プレート３３１、ロータ内側円筒部３２に連なるロータ内側プレート３３２、および、ロータ外側プレート３３１とロータ内側プレート３３２との間に配置されたロータ中間プレート３３３にて構成されている。

プレート３３１〜３３３におけるアーマチャ５側（すなわち、プレート３３１〜３３３における反電磁石側）には、ロータ３とアーマチャ５とが連結された際にアーマチャ５と接触するロータ摩擦面３３１ａ〜３３３ａが形成されている。

ロータ外側プレート３３１には、軸方向に沿って見たときに円弧状のロータスリット穴３３１ｂが、ロータ外側プレート３３１の周方向に沿って複数個形成されている。このロータスリット穴３３１ｂは、ロータ外側プレート３３１の表裏を貫通している。

ロータ外側プレート３３１とロータ中間プレート３３３との間に、円環状の外側リング挿入溝３３４が形成され、ロータ内側プレート３３２とロータ中間プレート３３３との間に、円環状の内側リング挿入溝３３５が形成され、外側リング挿入溝３３４に外側リング３４が配置され、内側リング挿入溝３３５に内側リング３５が配置されている。

これらのリング３４、３５は、プレート３３１〜３３３の材料よりも変形抵抗が大きい非磁性材（具体的には、ＳＵＳ３０４）よりなる。また、図２に示すように、リング３４、３５は、切断されることなく、周方向に連続した形状になっている。さらに、図４に示すように、リング３４、３５の断面形状は丸になっている。なお、ここでいう丸は、略真円であり、所定の公差範囲内の円を含む。

図１に示すように、ロータ外側円筒部３１の外周側には、Ｖベルト（図示せず）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。Ｖベルトは、エンジンから出力される回転駆動力をロータ３に伝達する。

ロータ内側円筒部３２の内周側には、ボールベアリング３６の外周側が固定され、ボールベアリング３６の内周側には、冷媒圧縮機（図示せず）の外殻を形成するハウジングから電磁クラッチ側へ突出した円筒状のボス部（図示せず）が固定される。これにより、ロータ３は、冷媒圧縮機のハウジングに対して回転自在に固定される。なお、ロータ３は、本発明の駆動側回転体或いは回転体に相当する。

アーマチャ５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円形状の貫通穴が形成された円板状の部材である。そして、アーマチャ５におけるロータ３側には、ロータ３とアーマチャ５とが連結された際にロータ摩擦面３３１ａ〜３３３ａと接触するアーマチャ摩擦面５１が形成されている。アーマチャ５は、磁性材（具体的には、低炭素鋼）にて形成されており、電磁石１が発生させる電磁力の磁気回路を構成する。なお、アーマチャ５は、本発明の従動側回転体或いは回転体に相当する。

アーマチャ５には、軸方向に沿って見たときに径方向に２列に並んだ円弧状のアーマチャスリット穴５２、５３が、アーマチャ５の周方向に沿って複数個形成されている。このアーマチャスリット穴５２、５３は、プーリ端面部３３の表裏を貫通している。

径方向外側の外側アーマチャスリット穴５２は、ロータスリット穴３３１ｂと外側リング挿入溝３３４との間に位置付けられている。すなわち、外側アーマチャスリット穴５２は、ロータスリット穴３３１ｂの内周側であって、かつ、外側リング挿入溝３３４の外周側に位置付けられている。

径方向内側の内側アーマチャスリット穴５３は、外側リング挿入溝３３４と内側リング挿入溝３３５との間に位置付けられている。すなわち、内側アーマチャスリット穴５３は、外側リング挿入溝３３４の内周側であって、かつ、内側リング挿入溝３３５の外周側に位置付けられている。

ハブ７は、アーマチャ５と冷媒圧縮機とを連結するもので、アウターハブ７１、インナーハブ７２、およびダンパ７３等を有している。

アーマチャ５における反ロータ側には平面部が形成されており、この平面部にアウターハブ７１がリベット等によって固定されている。インナーハブ７２は、冷媒圧縮機の軸に結合される。

アウターハブ７１とインナーハブ７２は、それぞれ回転軸方向に延びる円筒部７１１、７２１を有しており、アウターハブ７１の円筒部７１１およびインナーハブ７２の円筒部７２１には、ゴムよりなる円筒状のダンパ７３が加硫接着されている。

これにより、アーマチャ５、アウターハブ７１、ダンパ７３、インナーハブ７２、冷媒圧縮機の軸が連結され、ロータ３とアーマチャ５が連結されると、アーマチャ５、ハブ７、冷媒圧縮機の軸がロータ３とともに回転する。

また、ダンパ７３は、アウターハブ７１に対してロータ３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、コイル１２に通電されていないときには、ロータ摩擦面３３１ａ〜３３３ａとアーマチャ摩擦面５１との間に隙間が形成される。

次に、本実施形態の作動について説明する。電子制御装置１００が制御電圧を出力しておらず電磁石１が非通電状態になっている場合には、電磁石１が電磁力を発生しないので、ロータ３とアーマチャ５とがダンパ７３の弾性力によって切り離される。従って、エンジンの回転駆動力は冷媒圧縮機へ伝達されない。その結果、冷凍サイクル装置は作動しない。

電子制御装置１００が制御電圧を出力して電磁石１を通電状態にした場合には、電磁石１が発生する電磁力がダンパ７３の弾性力を上回り、電磁力によりアーマチャ５がロータ３側に吸引されてロータ摩擦面３３１ａ〜３３３ａとアーマチャ摩擦面５１が圧接され、ロータ３とアーマチャ５とが連結される。したがって、エンジンの回転駆動力は、ロータ３、アーマチャ５、およびハブ７を介して冷媒圧縮機へ伝達される。これにより、冷凍サイクル装置が作動する。

次に、ロータ３の製造方法について、図３、図４に基づいて説明する。

まず、リング３４、３５と、磁性材よりなる回転体本体部としてのロータ素材３Ａを用意する。図３に示すように、このロータ素材３Ａは、後述する加工工程を経てロータ外側円筒部３１が形成されるロータ素材外側円筒部３１Ａ、後述する加工工程を経てロータ内側円筒部３２が形成されるロータ素材内側円筒部３２Ａ、および、後述する加工工程を経てロータ端面部３３が形成されるロータ素材端面部３３Ａを備えている。

続いて、切削またはコイニング等により、ロータ素材端面部３３Ａに、ロータスリット穴３３１ｂ、外側リング挿入溝３３４、および内側リング挿入溝３３５を形成する。この時点では、ロータスリット穴３３１ｂおよびリング挿入溝３３４、３３５は、ロータ素材端面部３３Ａの表裏を貫通しておらず、回転軸方向一端側（具体的には、反ロータ摩擦面側）のみが開口した形状になっている。

図４（ａ）に示すように、この時点でのリング挿入溝３３４、３３５は、回転軸垂直方向（図４（ａ）の紙面左右方向）の溝幅が、開口部側から溝底部に向かって次第に狭くなった後、溝底部まで一定となっている。

また、リング挿入溝３３４、３３５における開口部側端部の開口端溝幅Ｗ１は、リング３４、３５の線形φＤよりも大きく設定されている。さらに、リング挿入溝３３４、３３５における溝底部側の底部側溝幅Ｗ２は、リング３４、３５の線形φＤよりも小さく設定されている。

続いて、図４（ｂ）に示すように、リング挿入溝３３４、３３５にリング３４、３５を圧入する。より詳細には、リング３４、３５は、リング挿入溝３３４、３３５における底部側溝幅Ｗ２が一定の部位まで挿入されるとともに、リング挿入溝３３４、３３５における溝底部に当接しない位置で止められている。

続いて、図４（ｃ）に示すように、リング挿入溝３３４、３３５における開口部の周囲をかしめて（すなわち、塑性流動させて）、リング３４、３５に圧縮応力を残留させる。

続いて、図４（ｄ）に示すように、ロータ素材端面部３３Ａにおける回転軸方向他端側（具体的には、ロータ摩擦面側）の余肉を、切削等によりリング３４、３５が露出する位置まで除去して、ロータ素材端面部３３Ａにおける回転軸方向他端側にロータ摩擦面３３１ａ〜３３３ａを形成する。また、ロータ素材３Ａにおける他の部位の切削加工等を行い、ロータ３を最終形状に仕上げる。なお、この状態では、リング３４、３５は圧縮応力が残留した状態でプレート３３１〜３３３間に挟持されて、ロータ３の形状が保持される。

その後、ロータ３のうち、少なくともリング３４、３５とプレート３３１〜３３３との接触部を含む部位に、電着塗装を行う。これにより、リング３４、３５とプレート３３１〜３３３との接触部の腐食を、防止ないしは抑制することができる。

以上述べたように、本実施形態によると、リング挿入溝３３４、３３５は複雑な形状にする必要がないため、リング挿入溝３３４、３３５の加工が容易になる。

また、リング３４、３５はプレート３３１〜３３３よりも変形抵抗が大きく変形しにくいため、リング３４、３５の亀裂発生を抑制することができる。

なお、上記実施形態のリング３４、３５は、以下述べる変形例のように変更することができる。

まず、図５に示す第１変形例のように、周方向の一箇所で切断されたリング３４、３５を採用することができる。これによると、リング３４、３５は、線材を曲げて形成することができるため、製作が容易である。

また、図６に示す第２変形例のように、軸方向Ｊに波打った形状のリング３４、３５を採用することができる。

ところで、ベルトを介してロータ外側円筒部３１にかかる回転軸垂直方向の荷重により、ロータ外側円筒部３１およびロータ外側プレート３３１に対して図１の矢印Ｍのようなモーメントが作用する。

そして、そのモーメントＭにより、リング３４、３５とプレート３３１〜３３３との間にずれが生じて、ロータ外側円筒部３１およびロータ外側プレート３３１がロータ中間プレート３３３に対して傾いたり、またロータ中間プレート３３３がロータ内側プレート３３２に対して傾く虞がある。

しかし、第２変形例によると、リング３４、３５とプレート３３１〜３３３との接触部の軸方向位置が周方向に沿って変化するため、モーメントＭによるリング３４、３５とプレート３３１〜３３３とのずれが発生しにくい。

また、図７に示す第３変形例のように、断面形状が楕円のリング３４、３５を採用することができる。これによると、断面形状が丸のリング３４、３５と比較して、リング３４、３５とプレート３３１〜３３３との接触部の軸方向長さを長くすることができるため、モーメントＭによるリング３４、３５とプレート３３１〜３３３とのずれが発生しにくい。

また、断面形状が多角形のリング３４、３５を採用することができる。具体的には、図８に示す第４変形例のように断面形状が四角形のリング３４、３５、または、図９に示す第５変形例のように断面形状が六角形のリング３４、３５を採用することができる。

これによると、断面形状が丸のリング３４、３５と比較して、リング３４、３５とプレート３３１〜３３３との接触部の軸方向長さを長くすることができるため、モーメントＭによるリング３４、３５とプレート３３１〜３３３とのずれが発生しにくい。

また、図示しないが、周方向に沿って複数個に分割されたリング３４、３５を採用することができる。そして、分割されたリング３４、３５のリング挿入溝３３４、３３５内での軸方向位置を異ならせることにより、モーメントＭによるリング３４、３５とプレート３３１〜３３３とのずれが発生しにくくなる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、ロータ３を、同心状に配置された複数個のプレート３３１〜３３３間にリング３４、３５を配置する構成にしたが、アーマチャ５を、同心状に配置された複数個のプレートに分割し、それらのプレート間にリングを配置する構成にしてもよい。

なお、同心状に配置された複数個のプレート間にリングを配置する構成を、ロータ３のみに採用してもよいし、或いは、アーマチャ５のみに採用してもよいし、さらには、ロータ３およびアーマチャ５にともに採用してもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、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。

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。

３ ロータ（駆動側回転体）
５ アーマチャ（従動側回転体）
３４ 外側リング
３５ 内側リング
３３１ ロータ外側プレート
３３２ ロータ内側プレート
３３３ ロータ中間プレート

Claims (5)

1. 駆動源から出力される回転駆動力によって回転する駆動側回転体（３）と、
   電磁力により前記駆動側回転体側に吸引されて前記駆動側回転体に連結されることにより回転する従動側回転体（５）とを備え、
   前記従動側回転体および前記駆動側回転体のうち少なくとも一方は、磁性材よりなり同心状に配置された円板状の複数個のプレート（３３１〜３３３）と、前記プレートよりも変形抵抗が大きい非磁性材よりなり隣接する前記プレート間に配置された円環状のリング（３４、３５）とを備え、
   前記リングの断面形状は、楕円、多角形または丸であり、
   前記リングは、当該リングにおける外周側部位および内周側部位が、前記プレートにて回転軸垂直方向両側から挟持されているとともに回転軸方向両側から挟持され、当該リングに圧縮応力が残留させられた状態で隣接する前記プレートを連結していることを特徴とする電磁クラッチ。
2. 前記リングは、軸方向に波打った形状であることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
3. 前記リングは、周方向に沿って複数個に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
4. 回転軸を中心に回転可能な２つの回転体（３、５）にそれぞれ形成された摩擦面（５１、３３１ａ〜３３３ａ）を電磁力により圧接させて動力を伝達する電磁クラッチの製造方法であって、
   磁性材よりなり前記回転体の一部を構成する回転体本体部（３Ａ）と、前記回転体本体部よりも変形抵抗が大きい非磁性材よりなり前記回転体の一部を構成する円環状のリング（３４、３５）とを用意し、
   前記回転体本体部に、回転軸を中心に同心状に配置されるとともに回転軸方向一端側のみが開口された円環状のリング挿入溝（３３４、３３５）を形成し、
   前記リング挿入溝に前記リングを挿入し、
   前記リングにおける外周側部位および内周側部位を、前記回転体本体部にて回転軸垂直方向両側から挟持するとともに回転軸方向両側から挟持して、前記リングに圧縮応力を残留させるように、前記回転体本体部における前記リング挿入溝の開口部周囲を塑性流動させ、
   前記回転体本体部における回転軸方向他端側の余肉を前記リングが露出する位置まで除去して前記摩擦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。
5. 前記リングを前記リング挿入溝に圧入す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。

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