JPS5810606B2 - 電磁クラッチの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電磁クラッチに係り、特に漏洩磁束の少ない
磁気回路を得るにある。

さらに本発明は、ディスク、プーリの外径の小さな場合
に従来公知のいずれの方式に於ても漏洩磁束の増大はさ
けられないがこれを少なくするに有効な磁気回路構成を
得ること、ならびに機械的に安定した製造方法を得るに
ある。

従来の電磁クラッチの駆動側、被駆動側のディスクは、
第１図に示すように、ディスク１１，１２相互間を空間
部５０で分離し、ディスクと同一な磁性材の母材の連結
部５１で一体化されているため、機械的には安定してい
るが、漏洩磁束は連結部５１を取除いた時に比し２０％
も増加し機器の大形化につながっていた。

又、取付の制約、車輛の小形軽量化などの制約によりプ
ーリの外径、ディスクの外径が小きくなると、外側のデ
ィスク１１と内側のディスク１２の間の空間部５０の半
径方向の寸法が著しく狭くカリ、空間部５０の磁気抵抗
が小さくなり（磁気パーミアンスが増大）、例えばディ
スク外径１２０ｍｍが１０５ｍｍに制約された場合、空
間部５０の半径方向の寸法は４〜４．５ｍｍがおよそ１
．５〜２ｍｍとなり、漏洩磁束はおよそ１０〜２０％増
大し、電磁クラッチの出力の低下が２０〜４０％となる
。

又、第２図に示すように、非磁性材よりなる複数個の金
属片５２ａ、５２ｂ、５２ｃをディスク１１．１２間の
空間部に挿入し塑性変形して固着する方法があるが、詳
細後述するごとく、充分な機械的強度が得られず、信頼
性の点で欠点を有する。

さらに、本方式ではプーリの外径、ディスクの外径が小
さく々る場合に生ずる、漏洩磁束の増加については、第
１図同様に欠点を有する。

以上のように、従来技術では、一方では漏洩磁束が多く
、他の方式では機械的強度の点で信頼性に欠けると同時
に、いずれの方式に於ても、プーリ外径、ディスク外径
の小さくなる場合の漏洩磁束の増加を防止する方策に欠
けている。

本発明の目的は、上記の欠点を解消する電磁クラッチを
得るにある。

本発明の要点は、外側のディスクの内側と、内側のディ
スクの外側に構成されるリング状の空間部を設け、この
リング状の空間部の半径方向の寸法を、磁気係合力が作
用する側の面で狭く、反対側の面で広く構成し、前記、
外側のディスクの内側に溝を設け、内側のディスクの外
側に溝を設け、さらに前記空間部に略リング状の非磁性
金属からなる結合部材を挿入し、前記溝と金型で包囲し
た状態で金型で加圧し、結合部材を塑性流動させて、デ
ィスク相互を機械的に固定する点にある。

第３図は本発明の電磁クラッチの一部半断面を示したも
のである。

電磁クラッチ１は圧縮機本体２に取付けられている。

以下に具体的な構成を示す。軸受３で支持された圧縮機
のシャフト４にボス５がナツト６で固定されており、一
方、固定子側は継鉄７に巻装された電磁コイル８からな
り、前記ボス５からバネ９を介して、被駆動ロータ１０
が形成されている。

被駆動ロータ１０は磁性材よりなる外側のディスク１１
と同心状に配され、内側に位置するディスク１２、さら
に外側のディスク１１の内側と内側のディスク１２の外
側に、第２、第３図に示す非磁性材（銅、黄銅等）より
なる略リング状の結合部材１３で構成され、詳細を第６
〜第８図に示す結合構造で一体化されている。

駆動側ロータ２０は被駆動側ロータ１０と軸方向の空隙
１６を介して配置され、軸受１９を介して圧縮機本体２
に取付けられている。

駆動側ロータ２０は、プーリ１５、ロータ継鉄１７、ロ
ータ継鉄１８を有し、さらに、３ケの同心状に配され、
磁性材よりなるディスク２１，２２．２３ならびに非磁
性材よりなる略リング状の結合部材２４゜２５で構成さ
れ、詳細は第６〜８図と等価な結合構造で一体化されて
いる。

次に動作を説明する。

電磁クラッチ１に通電しないときは、プーリ１５を介し
てエンジンで駆動される駆動側ロータ２０のみが回転し
、空隙を介して遊離している被駆動側ロータ１０、シャ
フト４は静止している。

電磁コイル８に通電すると、有効磁束φは破線のように
流れる。

すなわち、継鉄７→補助空隙１７Ｇ→ロータ継鉄１７→
プーリ１５→デイスク２１→空隙１６→デイスク１１→
空隙１６→デイスク２２→空隙１６→デイスク１２→空
隙１６→デイスク２３→ロータ継鉄１８→補助空隙１８
Ｇ→継鉄７ となる。

この磁束によって被駆動側ロータ１０が駆動側ロータ２
０に吸引され磁気結合し回転する。

従ってボス５を介してシャフト４が同期して回転する。

ここで、結合部材１３，２４．２５が挿入されるリング
状の空間部１４の形状は詳細第６〜第９図に示すように
工夫がこらされている。

又、取付上の制約により、プーリ外径ならびにディスク
外径が小さな場合について示している。

次に第４図は結合部材１３の斜視図を示したものであり
、リング状で、しかも断面形状は矩形に近い単純形状で
ある。

この結合部材１３は銅、黄銅等の非磁性金属からなりパ
イプ材の切削、塑性加工、又は焼結法などで加工したも
のである。

第５図は、第４図と同様、結合部材１３の斜視図を示し
たものであり円周上に隙間Ｃを有する略リング状である
。

この結合部材１３は非磁性金属からなり、線材を丸め、
一定寸法に加工したものである。

この隙間Ｃは、ディスク１１．１２の間に挿入され、加
圧された時点で、はぼ密着する程度の寸法である。

具体的には外径５４ｍｍで０．５ｍｍ程度（角度にして
、およそ１０）以下のわずかな隙間である。

まず連結部の機械的な構成、結合の基本原理を第６図〜
第８図で説明する。

第６図は被駆動側ロータの例によるディスクの連結部の
構成を示したものである。

図に於て、外側のディスク１１と内側のディスク１２は
共に磁性材より々る金属円板で、両ディスクの結合部端
面１１１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ａ。

１２１Ｂ端面に直角な方向の溝１１２，１２２の間に、
高さＨｏの略リング状の空間部１４が介在する。

この空間部１４は、磁気係合力が作用する側の面Ｍでは
、半径方向の寸法Ｔ０、反対側の面Ｐでは、半径方向の
寸法Ｔ０であり、Ｔｏ＜Ｔ１の関係にある。

また、溝１１２，１２２の深さく結合部端面１１１Ａ、
１１１Ｂからの深さ）は０．１ｗｒＬ〜１．０閣程度が
よい。

一方、１３はディスク１１．１２より塑性変形しやすい
、すなわち、変形抵抗の小さい非磁性の金属からなる略
リング状の結合部材であシ、幅ｔ０．ｔ１はＴ０．Ｔ１
に略等しいか、ないしは若干小さく、高さｈｌはＨｌと
同等以下ないしは若干高い。

ｈｏがＨｌより高い場合でも、その差ΔＨはできるだけ
小さく、例えば０．２〜０．３ｍｍ程度にとどめるのが
好ましい。

また結合部材１３の断面は第６図に示すような形状であ
ることが好ましいが、単純な憎口、矩形断面、多角形断
面でも良い。

これは、挿入後塑性変形させるため空隙部形状にとられ
れる必要がないためである。

結合工程においては、まず第７図に示すように結合部材
１３を、ディスク１１，１２の間の空間部１４に挿入す
る。

次に、第８図に示すように、全体を金型４０の上に置き
、空間部幅Ｔ０より幅の小さい寸法Ｂなる先端面３１を
有する金型３０の加圧部３２で結合部材１３を加圧し、
塑性変形により溝１１２゜１２２内に結合部材１３を流
入させる。

第７図に示す挿入工程も、金型３０で行なってもよい。

第７図に示す状態で結合部材１３は、金型３０，４０に
対応する上端、下端部分を除きディスク１１９１２で包
囲されており、かつ高さの差ΔＨはごく小さい。

従って加圧直前の状態は結合部材の全体がディスク１１
，１２と金型で包囲されているといえる。

そのため、第６図に示す如く、加圧時、結合部材が空間
部外へ逃げることはほとんどない。

第８図に示すように、金型３０の加圧突部側面３３は先
端面３１に垂直な方向（挿入方向）に対しθだけ傾斜し
ている。

θは、６°〜１５°程度が望ましい。

これはθが小さいと、結合後、金型３０が抜けにくくな
るためである。

また、θが太きすぎると、金型の挿入方向と逆方向にす
なわち、空間部外へ結合部材が流出しやすくなり、また
挿入深さを深くできず、結合部材に大きな内部応力を発
生させることができず、従って大き表結合力を得にくく
なる。

金型加圧部３２は、第８図に示すようにその先端面３１
と、ディスク１１，１２の溝１１２゜１２２の上端との
距離Ｓをできるだけ小さく、換言すれば、先端面３１が
できるだけ溝１１２゜１２２に近くなるよう深く挿入さ
れることが望ましい。

これにより、塑性流動に伴なう摩擦損失が少なくなり、
溝部へ結合部材を充分に挿入できる。

又、加圧凹部１３１の深さは溝１１２，１２２に、結合
部材１３が充分に充満され、尚かつ、結合部材１３の内
部に所要の緊迫力が残留されるに充分々寸法である。

溝１１２，１２２を含む空間部１４内に完全に結合部材
１３を充填することにより、結合部材１３がディスク１
１，１２を押し広げようとして生ずる緊迫力と、溝１１
２，１２２による軸方向力に対する剪断力を生じ、両者
により強固外結合が得られる。

次に本発明による漏洩磁束の低減方法について、第９図
で駆動側ロータ２０と被駆動側ロータ１０の磁気回路構
成で説明する。

有効磁束ψは、駆動側ロータ２０のディスク２１から軸
方向の空隙１６を介して、被駆動側ロータ１０のディス
ク１１に流れ込む。

この時、有効磁束ψは半径方向の寸法Ｓ１の範囲に分布
する。

この寸法Ｓ１は、ディスク１１の外径とディスク。

２１の内径の差の１／２である。

同様に有効磁束ψはディスク１１から軸方向の空隙１６
を介して、駆動側ロータ２０のディスク２２に流れ込む
。

この時、有効磁束ψは半径方向の寸法Ｓ２の範囲に分布
する。

この寸法Ｓ２は、ディスク２２の最大外径とディスク１
１の最小外径の差の１／２である。

同様に有効磁束ψはディスク２２から軸方向の空隙１６
を介して被駆動側ロータのディスク１２に、寸法Ｓ３の
範囲で流れ込み、次にディスク１２から軸方向の空隙１
６を介して、駆動側ロータ２０のディスク２３に、寸法
Ｓ４の範囲で流れ込む。

ここで、電磁クラッチの伝達トルクは軸方向の空隙１６
の磁束密度の２乗と空隙部所面積の積に比例するが、こ
のことは、有効磁束ψの値が大きいほど有効であること
を示している。

有効磁束ψを大きくするには、電磁コイル８の起磁力を
増加させること、磁気回路各部の断面を大きくするとと
などが有効であるが、一般に機器は大形となる。

機器を大形にせず有効磁束ψを増すには、漏洩磁束を減
少させることが必要である。

電磁クラッチの漏洩磁束は、例えば被駆動側ロータ１０
の場合を例にして説明すれば、ディスク１１の内側とデ
ィスク１２の外側に構成される略リング状の空間部１４
に分布するが、この値は空間部の半径方向の寸法Ｔ０．
Ｔ１により決定し、寸法が狭いほど漏洩磁束は増大する
。

ここで第１図に示す従来公知の被駆動側ロータ１０はデ
ィスク１１とディスク１２をディスクと同一母材の磁性
材の連結部５１で一体化しているため著しく漏洩磁束が
増大する。

ディスク１１の外径１２０ｍｍ、板厚５ｍｍ、空間部の
半径方向の寸法Ｔ０が４．５ｍで、連結部５１の幅Ｋが
約８ｍｍ（４ケ所）の場合、この連結部がない場合の有
効磁束を１００％として、８０〜８５％に低減してしま
う。

すなわち２０〜２５％の漏洩磁束の増加となる。

第２図では、連結部５１はなく、非磁性金属の結合部材
で固定されているので、第１図のように漏洩磁束は大き
くない。

しかしながら、第２図も第１図と同様、空間部５００半
径方向の寸法は共にほぼＴｏで一定している。

一方、自動車の燃料消費量低減等のニーズの中で取付の
制約、車輛の小形軽量化などの制約が厳しく、このため
プーリの外径、ディスクの外径が小さくせざるを得ない
状況下にあるが、このような場合、外側のディスク１１
と内側のディスク１２の間の空間部５００半径方向の寸
法Ｔ０は寸法制約上著しく狭くなり、空間部の磁気抵抗
が寸法に比例して小さくなり（漏洩パーミアンスは逆に
増大）、漏洩磁束は増加する。

例えばディスク１１の外径が１２０ｍｍが１０５瓢に制
約された場合、空間部５０の半径方向の寸法Ｔ０は４〜
４．５ｍｍがおよそ１．５〜２ｍｍとなり、漏洩磁束は
およそ１０〜２０％増大し、電磁クラッチの出力の低下
は２０〜４０％となる。

第９図は以上のような、プーリ外径、ディスク外径の制
約に対しても漏洩磁束の増大を防止出来るものである。

すなわち、有効磁束ψの通路となる半径方向の寸法領域
Ｓ１．Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４は磁気回路仕様上、はぼ決定さ
れる。

従って、ディスク１１の外径が小さくなると必然的に空
間部１４の半径方向の寸法Ｔ０は決定される。

同様に駆動側ロータ２０についても、空間部１４の半径
方向の寸法Ｔ０′が決定される。

しかるにこの寸法Ｔ０．Ｔ０′は狭い寸法となる。

従って、第１図、第２図の公知例のように空間部５０の
半径方向の寸法Ｔ０がほぼ均一な場合、漏洩磁束は増大
するが、本発明に於ては、各々のディスクの磁気係合力
が作用する側の面Ｍに於ては空間部１４の半径方向の寸
法をＴ。

とじ、他方、反対側の面Ｐに於て空間部１４の半径方向
の寸法をＴ１とし、Ｔ１をＴｏの２〜３倍に拡げている
。

さらに溝１１２，１２２が形成されるため、空間部１４
０半径方向の寸法は大きいところでＧ、Ｇ′のようにＴ
１．Ｔ１′より０．４〜０．６ｍｍさらに拡がっている
。

例えば先例にならって、ディスク１１の外径が１２０ｍ
ｍから１０５ｍｍになった場合、空間部の半径方向の寸
法Ｔ０は４．５ｍｍがおよそ１．５〜２ｍｍとなるが、
本発明に於てはＴ１は４．５〜５ｍｍ、Ｇは５〜５．５
ｍｍと異形の空間形状となる。

従って、略リング状の空間部１４の漏洩パーミアンスは
平均化され、半径方向の寸法Ｔ１４．５ｍｍに近似な値
となり、漏洩磁束の実質上の増加を防止することが出来
る。

従って、プーリ外径ならびにディスク外径の制限による
漏洩磁束の増加を防止出来、小形軽量な電磁クラッチが
得られる。

以上のように、本発明は漏洩磁束が少なく、機械的に安
定した構成であるが、従来公知の第２図と機械的強度を
比較しその効果を具体的に述べる。

第２図は第１図同様に略リング状の空間部１４の半径方
向の寸法Ｔ０がほぼ均一な従来公知の結合方法を示した
ものである。

外側のディスク１１と内側のディスク１２は共に磁性材
よりなる金属円板で、略リング状の空間部１４を介して
結合部端面間には各々、溝１１２，１２２が設けられて
いる。

一方、非磁性の金属からなる、複数個の結合部材５２ａ
、５２ｂ、５２ｃが（図の場合は３個）、前記したディ
スク１１，１２の間に挿入され、その後に、プレスによ
って、結合部材５２（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）の両端
面（図の場合、上下面）を加圧し、塑性変形させて、前
記溝１１２．１２２に固定させるものである。

この方法は第１０で詳細説明するように、本発明に比較
して著しく弱い。

この理由を以下に示す。第２図に於て、結合部材５２を
上下方向に圧縮するとこの結合部材中には上下方向にσ
１、円周方向にσ２、半径方向にσ３なる内部応力を生
ずる。

一方、第２図に於ては、加圧時に結合部材５２の円周方
向において拘束力が作用しないから、３軸応力下に於い
て、材料は最小応力σ２の方向に流れる。

この結合部材の変形抵抗をＫｆとすると σ１＝（１〜１．５）Ｋｆ ・・・（１）なる関係
になる。

従って、降伏の条件を与えるトレス力 （ＴＲＥＳＣＡ）の式により、次の関係が成立する。

Ｋｆ＝σ１−σ３ ・・・（２）（２）式
に（１）式を代入するとミ σ３＝σ１−Ｋｆ ・・・（２）′＝（１
〜１．５）Ｋｆ−Ｋｆ＝（０〜０．５）Ｋｆ・・・（３
）つまり、結合部材を半径方向、すなわち、ディスクの
溝中へ塑性変形させるに足る応力は発生しない。

一方、第６〜８図に示したような本発明の方法によれば
、結合部材１３は加圧時、円周方向にも拘束力が作用し
実質的にその全体が、ディスク１１．１２と金型凸部に
より拘束されているため、σ１＝（２〜４）Ｋｆ
・・・（４）となり、（２）′式に代入すると、 σ３＝（２〜４）Ｋｆ〜Ｋｆ ＝（１〜３）Ｋｆ となり、変形抵抗Ｋｆ以上の応力が発生する。

従って、結合部材は溝の中へ完全に流入する。

第１０図は、本発明の効果を具体的に示したものである
。

比較対象は第１１図に示す、第２図に示した公知のＡと
本発明の第６〜第８図に示したＢについてであり、結合
部材を黄銅とし、廻りトルクで比較したものである。

公知のＡでは、角度θを９０°、１８０°、２７０°。

３４０°と増加させても、著しい強度増大にはつながら
ず、本発明の廻りトルク３２〜３６ｋｇｍに比較して１
０〜２５係の値である。

これは、前述のように、公知のＡに於いては、円周方向
の拘束がなく、加えた力が、はとんど円周方向に逃げ、
半径方向の緊迫力として作用しないためである。

従って、角度θを大きくしても、著しい効果が表われな
い。

伺、第５図に示した、隙間Ｃのある結合部材１３の場合
は、加圧される前は円周方向の拘束がないが、加圧初期
に於いて、結合部材は円周方向に伸び隙間Ｃ＝０となり
、この時点で円周方向が拘束されるため、加圧がさらに
進むに従い、半径方向の荷重は増大し、犬き々緊迫力を
保持出来る。

従って、この点、公知のＡとは趣を異にし、完全なリン
グ形状の第４図とほぼ同等の廻りトルクを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は各々従来公知の電磁クラッチディスク
の外観斜視図である。 第３図は本発明の一実施例になる電磁クラッチの要部縦
断面図、第４、第５図は各々本発明における結合部材の
一例を示す外観斜視図である。 第６〜第８図は本発明における結合方法の詳細を示す図
で、第６図は結合部材を空間部に挿入する前の状態、第
７図は挿入後の状態、第８図はさらに金型による加圧状
態を示す図である。 第９図は本発明の一実施例における電磁クラッチの要部
詳細を示す縦断面図、第１０図は従来方式Ａと本発明方
式Ｂに関し、結合力の大きさを廻りトルクにより求めた
結果を示す図、第１１図は第１０図のテストの条件を説
明するだめの図である。 １１・・・ディスク、１２・・・ディスク、１３・・・
結合部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 駆動側のプーリに連結されて、互に同心的に配され
   る複数個の磁性金属からなるディスクと、被駆動側で互
   に同心的に配される複数個の磁性金属からなるディスク
   、ならびに固定側の継鉄に巻装されて々る電磁コイルを
   有し、前記駆動側のディスクと被駆動側のディスクが軸
   方向の空隙を介して、磁気係合力が作用するように配置
   されてなる電磁クラッチに於て、駆動側、被駆動側共に
   、外側に位置するディスクの内側に溝を設け、内側に位
   置するディスクの外側に溝を設け、なおかつ、外側に位
   置するディスクと内側に位置するディスクとの間に形成
   されるリング状の空間部の半径方向の寸法を、駆動側、
   被駆動側の少なくとも一方のディスクに関し、磁気係合
   力が作用する側の面で狭く、反対側の面で広く々るよう
   に構成し、前記リング状の空間部に、ディスクの材料よ
   り変形抵抗が小さく、かつ所定の機械的強度を有し略リ
   ング状の非磁性金属からなる結合部材を挿入し、結合部
   材の全体が実質的に前記内、外、両ディスクと金型で包
   囲された状態とし、さらに金型凸部を空間部に加圧挿入
   し、結合部材を塑性流動させて前記溝部に流入させ、結
   合部材の剪断力と緊迫力にてディスクを結合することを
   特徴とする、電磁クラッチの製造方法。