JPS5810608B2 - 電磁クラツチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電磁クラッチの構造に係り、特に、プーリー
を備えカークーラーのコンプレッサとエンジンの連結に
用いられる電磁クラッチに関するものである。

従来形のカークーラー用電磁クラッチにおけるロータの
ディスク２４０を第１図に示す。

図に於いて、ディスクは一枚の鋼板からプレスで打抜か
れたものであり、放射状に設けられた連結部２４６．２
４７（幅Ｂ、Ｃ）とその間に形成されたリング状の溝２
４３，２４４を有している。

この従来形のロータのディスク２４０に於いては、磁束
は、連結部２４６、連結部２４７の無効な磁気通路にも
流れ込むため有効磁束が減少し、必然的に大形の電磁ク
ラッチとなっていた。

又、曲の方式では、漏洩磁性を少くする手法としてディ
スクを内輪と外輪とに分けて両者間に合成樹脂を充填さ
せるやり方があるが、高温下ならびに急激な温度変化に
対する信頼性の点で欠点を有している。

又、第２図に示すように前記同様ディスクを内輪と外輪
とに分けて、その両者間に非磁性材よりなる複数個の金
萬片を等間隔に配置し、ディスクプレート間に互いに構
成された溝の中に塑性変形して固着する方法がある。

すなわち第１のディスクプレート２２１と第２のディス
クプレート２２２は共に磁性材よりなる金属円板で、両
部材の結合部面表面間には各々、溝２２１ｂ、２２２ｂ
が設けられている。

一方、非磁性の金属からなる、３個の結合物体２２３が
前記したディスクプレート２２１，２２２の間に挿入さ
れ、その後に、プレスによって、結合物体２２３０両端
面（図の場合、上下面）を加圧し、塑性変形させて、前
記溝２２１ｂ、２２２ｂに固定させるものである。

しかし、この方法では、詳細後述する如く、充分な機械
強度が得られず、機械的に不安定である。

一方、電磁クラッチは一般に■プーリーを有し、ベルト
を介してエンジンに連結される。

この■プーリーは、一般には第３図に示すような構成と
なっている。

図において、２００が電磁クラッチで、カークーラー用
圧縮機本体２００Ａに取り付けられている。

圧縮機のシャフト２１０に固定されたボス２１１にばね
２１２を介して円板状のディスク２２０が装着されてい
る。

一方２３０はロータで軸受２０２を介して圧縮機２００
Ａに取り付けられている。

ロータ２３０はディスク２４０を有し、ディスク２２０
と共に、第１図に示すような構成となっている。

また、ロータ２３０は円筒部２３１Ａを有し、その外周
に一対の■プーリー片２３７が備装（溶接部Ｗ）されて
いる。

２０３は電磁コイル、２０３Ａは継鉄である。

このような構成では■プーリー片を溶接で一体化したり
、切削加工が必要となる等により生産性が低い。

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に不安定であったり、生産性が低か
ったり等の欠点がある。

本発明の目的は、漏洩磁束が少く、且つ、機械的に安定
し生産性の高い電磁クラッチを得るにある。

本発明の要点は、同心状に配置されたディスクプレート
の外側のディスクプレートとプーリー片を同一部材にて
一体成形せしめると共に、外側及び内側ディスクプレー
トの内、外周面をリング状間隙をもって対向させ内外周
面の各々に形成された溝の中に非磁性材よりなる略リン
グ状の結合物体を挿入し、前記ディスクプレートと金型
で包囲した状態で金型で加圧し、結合物体を塑性流動さ
せて、ディスクプレート間を機械的に固定する点にある
。

以下図に従って本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明を採用した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２００は、カークーラー用圧縮機本体２０
０Ａに取り付けられている。

軸受２０１で支持された圧縮機のシャフト２１０にはボ
ス２１１がナツト２１３で固定され、該ボスのつば部２
１１Ａの内壁面にばばね２１２を介して、円板状のディ
スク２２０が装着されている。

ディスク２２０は第５図に示すように磁性材（鋼材）よ
りなる同心状の円板ディスクプレート２２１、円板ディ
スクプレート２２２、非磁性材（銅、黄銅、高力アルミ
等）よりなる結合物体２２３で構成されている。

ロータ２３０は軸受２０２を介して、圧縮機本体２００
Ａに取り付けられている。

ロータ２３０は、磁性体（鋼材）よりなる同心状の３枚
の円板（ディスクプレート２３１、ディスクプレート２
３２、ディスクプレート２３５）、非磁性材（黄銅等）
よりなる結合物体２３３、結合物体２３４で構成されて
いる。

最も外側に位置するディスクプレート２３１は、磁気回
路を構成する円筒部２３１Ａと、その円筒部２３１Ａの
外周が■プーリの溝底になるように、プーリ片２３７を
設け、又、円筒部２３１Ａの軸方向長さを、プーリ片２
３７の端面とほぼ等しい長さにした構成である。

さらに、製造上より、ディスクプレート２３１、円筒部
２３１Ａ、及びブーり片２３７は一体に加工されている
。

さらにロータボス２３６、プーリ２３７がディスクプレ
ート２３５、ディスクプレート２３１に各々一体化され
ている。

プーリ２３７にはベルトが係合し、自動車エンジンによ
り、圧縮機２００Ａを駆動する。

電磁コイル２０３は継鉄とコイルより構成されており、
圧縮機本体２００Ａに直接固定されている。

電磁コイル２０３は、磁性材料よりなる継鉄２０３Ａに
組込まれ、前記ロータ２３０のディスクプンート２３１
０円筒部２３１Ａの内側と、ディスクプレート２３５の
ロータボス２３６の外側の空間部に配置され、かつ、継
鉄２０３Ａは略コ字形断面であり、外周部は円筒部２３
１Ａの内周部と、内周部はロータボス２３６の外周部と
ラジアル空隙を介して対向している。

次に動作を説明する。

電磁クラッチ２００に通電しないときは、プーリ２３７
を介してエンジンで駆動されるロータ２３０のみが回転
し、空隙を介して遊離しているディスク２２０、ボス２
１１、シャフト２１０は静止している。

電磁コイル２０３に通電すると、電磁コイルは付勢され
、点線のように磁束φが流れる。

すなわち、電磁コイル２０３の継鉄→プーリ２３７→デ
ィスクプレート２３１→空隙→ディスクプレート２２１
→空隙→ディスクプレート２３２→空隙→ディスクプン
ート２２２→空隙→ディスクプレート２３５→ロータボ
ス２３６となる。

この磁束φによって、ディスク２２０がロータ２３０に
吸引され電磁結合し、回転する。

従って、バネ２１２→ボス２１１を介してシャフト２１
０か同期して回転する。

ここで、結合部材２２３，２３３，２３４は俗名、回転
トルクに耐えうる充分な機械的強度が得られると同時に
、前記のように磁束を通さない非磁性材で構成されてい
るため、磁束漏洩を最少にすることができる。

次に、第８図以下において、ディスクプレートの結合部
構造の詳細について説明する。

（簡単のためディスク２２０について説明するが、ロー
タ２３０についても同様に適用されることは言う壕でも
ない。

）まず、第６図において、第１のディスクプレート２２
１と第２のディスクプレート２２２の結合部表面２２１
ａ、２２２ｂ間には幅Ｔ０、高さＨ８のリング状空隙部
２４０が介在する。

また、表面に直角な方向に各々溝２２１ｂ、２２２ｂが
設けられている。

なお、２２１ｃ、２２２ｃはディスク端面を示す。

一方、２２３は被結合部材であるディスクプレート２２
１，２２２より塑性変形しやすい、すなわち、変形抵抗
の小さい銅等からなる結合部材であり、リング状で断面
の幅Ｔ１はＴｏに略等しいか、ないしは若干小さく、高
さＨｌはＨｏと同等以下ないしは若干高い。

ＨｌがＨｏより高い場合でも、その差ＡＨ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
奸才しい。

その理由については追って説明する。

また結合部材の断面形状は図に示す矩形断面のほか丸、
楕円、多角形断面等、単純形状のものでよい。

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
はない。

結合工程においては、まず第７図に示すように、結合物
体２２３を、ディスクプレート２２１゜２２２の間のリ
ング状空隙部２４０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
、空隙部幅Ｔ。

より幅の小さい先端面３１を有する金型３０の加圧部３
２で結合部材２２３を加圧し、塑性変形により溝２２１
ｂ。

２２２ｂ内に結合物体２２３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物体部材２２３は、金型３０．
４０に対応する上端、下端部分を除き空隙部２４０（又
はディスクプレート）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物体の全体が空隙部と金型
で包囲されているといえる。

そのため、第８図に示す如く、加圧時、結合部材が空隙
部外へ逃げることはほとんどない。

第９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°程度か望ましい。

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が大きすぎると、金型の挿入方向と逆方向にす
なわち、空隙部外へ結合物体か流出しやすくなり、また
挿入深さを深くできず、結合物体に大きな内部応力を発
生させることができず、従って大きな結合力を得にくく
なる。

金型加圧部３２は、第９図に示すようにその先端面３１
と、ディスクプレートの溝２２１ｂ。

２２２ｂ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２２１ｂ。

２２２ｂ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、
溝部へ結合物体を充分に挿入できる。

ディスク２２０が、中央に孔２２５を有している場合に
は、第１０図に示すように、金型３０にガイド３３を設
けることにより、加圧時の位置決めを容易に行なわせる
ことができる。

又、加圧凹部２２３ｃの深さは溝２２１ｂ。

２２２ｂに、結合物体２２３が充分に充満され、なおか
つ、結合物体２２３の内部に所要の緊迫力が残留される
に充分な寸法である。

第１１図は結合の完了した状態を示す図である。

図に於いて、結合物体２２３の内部には緊迫力Ｐが作用
し、第１のディスクプレート２２１ならびに第２のディ
スクプレート２２２の溝２２１ｂ。

２２２ｂ、結合表面２２１ａ、２２２ａを強固に押拡げ
ている。

ここで、図のような構成を維持するためには、第１のデ
ィスクプレート２２１ならひに第２のディスクプレート
２２２の材料が、結合物体２２３の材料より硬いこと及
び剛性の大きいことが条件となる。

なぜならば、結合物体２２３が金型３０で加圧され、塑
性流動する間、第１のディスクプレート２２１と第２の
ディスクプレート２２２は、変形することなく（多少の
歪はあるが）、充分に堅固でなくてはならないからであ
る。

言葉を変えれは、結合物体１３０は第１のディスクプレ
ート２２１ならびに第２のディスクプレート２２２より
変形抵抗の小さい材料であることが条件となる。

例えば、第１、第２のディスクプレートが鋼材の場合、
結合物体は、アルミ、黄銅、銅などが使用される。

結合物体自体は剪断、圧縮、曲げ等について一定の機械
的強度を有していることが安来される。

その大きさは、クラッチの使用条件により異なることは
いうまでもない。

次に、結合物体２２３の高さＨ６とディスクプレートの
空隙部高さＨｌの関係についてのべる。

結合物体２２３をディスクプレート間の空隙部２４０に
充分に流入させるには、結合部材の体積が空隙部容積だ
けあれはよい。

しかし、第１２図に示すように、高さの差ΔＨが比較的
大きい結合部体２２３を用いて結合すると、第１３図に
示すように、結合物体の端部が変形してしまう。

従って、第１４図に示すように、たとえ結合物体の体積
が空隙部容積以上あっても、溝２２１ｂ。

２２２ｂの附近においてはδ１．δ２なる空隙部が残存
する。

これは次の理由による。

第１４図において、金型３０，４０によりリング状の結
合物体２２３を軸方向に圧縮すると、この結合物体中に
は、軸方向にσ１、円周方向にσ２、半径方向にσ３な
る内部応力を生ずる。

（第１５、第１６図）。一方この結合物体の変形抵抗を
Ｋｆとすると σ１＝（１〜１．５）Ｋｆ ・・・・・・・・・ （１
）ガる関係がある。

加圧時、結合物体２２３０両端附近は、半径方向におい
て拘束力が作用しないからσ１が最大のとき、σ２は最
小となる。

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、 σ３＝σ１−Ｋｆ ・・・・・・・・・ （２）′＝（
１〜１．５）Ｋｆ−Ｋｆ ＝（０〜０．５）Ｋｆ ・・・・・・・・・ （３）つ
まり、結合物体を半径方向、すなわち、被結合物体の溝
中へ塑性変形させるに足る応力は発生しない。

一方、第９図に示したような本発明の方法によれは、結
合物体２２３は加圧時、実質的にその全体が、ディスク
プレート２２１，２２２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以上の応力か発生する。

従って、結合物体は溝の中へ完全に流入する。

このように結合物体を加圧時拘束するためには、結合物
体の高さＨｌが空隙部の高さとほぼ同等以下であればよ
い。

しかし、結合物体の断面の高さがあまり低くなると、溝
中へ充分に流入させるだめに金型凸部の挿入ストローク
を大きくする必要がでてくるが、θをあまり小さくてき
ないのでストロークには限界かある。

従って、結合物体の体積を空隙部体績より若干少ない範
囲とし、空隙部幅Ｔ０、金型傾斜角θ等を考慮して高さ
Ｈｌを決定する心安がある。

なお、ディスクプレートの変形抵抗か、接合物体の変形
抵抗より大きくても、その肉厚がうすければ、接合時変
形してしまい、接合物体を効果的に空隙部に流入させる
ことができない。

従って、ディスクプレートは一定の剛性を有していなけ
ればならない。

しかし、ディスクを薄肉部材とする必要のある場合もあ
る。

このようなときは、剛性の不足する側に、第１７図に示
す如く、金型４０の一部に押え部４１を設け、剛性の不
足を補うこともできる。

ディスクプレートの双方が剛性不足の場合も同様である
。

第１８図は結合物体の斜視図を示しだものであり、リン
グ状で、しかも断面形状は矩形であり単純形状である。

この結合物体２２３は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１９図は、第１８図と同様、結合物体の斜視図を示し
たものであり円周上に隙間Ｓを有する略リング状で、し
かも断面形状は矩形であり単純形状である。

この結合物体２２３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Ｓは、被結合物体２２１，２２２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１°）のわずかな隙間である。

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。

すガわち、第２図において、結合物体２２３を上下方向
に圧縮すると、この結合物体中には上下方向にσ１、円
周方向にσ２、半径方向にσ３なる内部応力を生ずる。

一方、三軸応力下で材料は最小応力σ２の方向に流れる
。

従って、この結合物体の変形抵抗をＫｆとすると、前述
したとおりσ１＝（１〜１．５）Ｋｆ ・・・・・・・
・・ （１）なる関係があり、また加圧時、結合物体２
２３０円周方向には拘束力が作用しない。

従って、前述したトレス力の式において、 σ３＝（０〜０．５）Ｋｆ ・・・・・・・・・ （３
）となり、結合物体を半径方向、すなわち、溝中へ塑性
変形させるに足る応力が発生しないためである。

同、第１９図に示した、隙間Ｓのある結合物体の場合は
、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、結合物体は円周方向に伸び隙間Ｓ＝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、大きな緊迫力を保
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１８図とほぼ同等の廻りトルクを得ることが
できる。

本発明による非磁性材の結合物体を介した結合方法の採
用によれば、第４、第５図に示す如く、ロータ２４０は
第１図に示した従来構造による連結部２４６、連結部２
４７の如き無効な磁気通路がなくなる。

実験例によれはカークーラ用電磁クラッチにおいて吸引
面の有効磁束は２０〜３０％増加し、伝達トルクはおよ
そ６０％増加する。

換言すると同一トルクに於いては、２０〜３０％の磁気
回路の小形化が計れる。

従って、同一トルクで、同一プーリ径の仕様に於いては
、本実施例のように、軸方向に短い電磁クラッチが得ら
れる。

（供試機種のプーリ有効外径１３５ｍｍ、電磁クラッチ
磁気回路全長３７ｍｍ、重量２．２ｋｇ、溝幅Ｔ０２．
５ｍｍ、溝深さ０．３ｍｍ、ディスク厚さ４．５ｍｍ、
１２Ｖ印加時静トルク５．５ｋｇ・ｍ）。

またディスクプレート２３１の円筒部２３１Ａの軸方向
長さが、■プーリの端面とほぼ等しい長さで充分となる
。

このため、冷間鍛造などの手法により、■プーリ２３７
と円筒部２３１Ａ、ディスクプレートは一体に塑性加工
が可能となり、従来公知のように、■ブーリ片を溶接で
一体化したり、切削加工を加えることが不安となり、生
産性か高い。

さらに軸方向に短く、しかも、電磁コイルも小さく設計
出来るため、電磁コイルは、圧縮機本体から離して配置
されるようになり、圧縮機本体からの熱伝達を受けづら
くなるので、実用中の電磁コイルの温度上昇は従来形に
比べて１０係程度低くなり、伝達トルクの低下はおさえ
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知の電磁クラッチのディスクを示す斜視
図である。 第２図は同じ〈従来公知のクラッチディスク構造を示す
斜視図である。 第３図は従来公知の電磁クラッチの縦断面図である。 第４図は本発明の一実施例になる電磁クラッチの縦断面
図、第５図はそのクラッチディスクの斜視図である。 第６図以下は本発明の結合構造及び方法について具体的
に説明する図であり、第６図は、接合前の被接合部材及
び結合部材の外観装部を示す一部断面斜視図、第７図は
、結合部材を被結合部材の空隙部に挿入した状態を示す
斜視図、第８図は金型で結合部材を加圧している状態を
示す斜視図、第９図は加圧の条件を示すだめの要部断面
図、第１０図は金型の変形例を示す図である。 第１１図は、結合完了後の状態を示す斜視図である。 第１２〜第１４図は、結合部材に要求される条件を説明
するための図である。 第１５、第１６図は、加圧時の応力の状態を説明するだ
めの図である。 第１７図は、外側の被結合部材の剛性が不足する場合に
金型で補強する例を示す図である。 第１８図、第１９図は各々本発明における結合物体の形
状の例を示す図である。 ２２１・・・被結合部材、２２１ｂ・・・溝、２２２・
・・被結合部材、２２２ｂ・・・溝、２２３・・・結合
部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁性材料からなる部分を有し、駆動手段に連結する
   だめのブーりを備えた第１のディスクと、磁性材料から
   なる部分を有し、被駆動手段に連結する手段を備えた第
   ２のディスクと、上記第１、第２のディスクを含んで磁
   気回路を構成するための手段と、上記磁気回路を流れる
   磁束を発生させるだめの電磁コイルを備え、第１のディ
   スクが磁性材よりなり同心状に配置された複数個のディ
   スクプレートで構成された電磁クラッチにおいて、上記
   第１のディスクのディスクプレートのうち最も外側に位
   置するディスクプレート２３１は、磁気回路を構成する
   円筒部２３１Ａと、その円筒部２３１Ａの外周が■プー
   リの溝底になるようにしたプーリ２３７を有し、中間に
   位置するディスクプレート２３２は円板状であり、最も
   内周に位置するディスクプレート２３５は円筒状に伸び
   たロータボス２３６と一体に構成され、前記ディスクプ
   レート２３１，２３２，２３５のうち、外側のディスク
   プレートの内周面と内側のディスクプレート外周面との
   間にリング状間隙を有し、かつ上記内外周面の全周にわ
   たり各々溝を有し、上記リング状間隙、溝及び両ディス
   クプレートの端面の延長面とで仕切られた空間内に非磁
   性金嘱からなるリング状結合物体が挿入されており、該
   結合物体の剪断力と緊迫力にて内側、外側の両ディスク
   プレートの結合力を得ることを特徴とする電磁クラッチ
   。