JPS5839258B2 - 電磁クラツチ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２個の複結合部材の接合部間隙に、非磁性結
合部材を挿入し、被結合部材を冷間加圧し塑性流動させ
て結合する結合構造及び方法に係り、特に、カークーラ
ーのコンプレッサとエンジンの連結部に用いられる電磁
クラッチに用いるのに適した２個の金属部材の結合構造
及びその製法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
ディスクを第１図に示す。

図に於いて、ディスク２４０は一枚の鋼板からプレスで
打抜かれたものであり、ディスクプレート２４１、ディ
スクプレート２４２、ディスクプレート２４５と放射状
に幅Ｂで４ケ所ある連結部２４６、放射状に幅Ｃで４ケ
所ある連結部２４７、溝２４３゜２４４から形成されて
いる。

この従来形のロータのディスク２４０に於いては、磁束
φ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、他の方式では、漏洩磁束を少くする手法としてロー
タプレートの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゛、−Ｂ。

又、第２図に示すような、アルミニウム等の非磁性材よ
りなる複遂個の金属片を、ロータ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個の結合部材２２３が
前記したディスクプレー）２２１，２２２の間に挿入さ
れ、その後に、プレスによって、結合部材２２３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２２１ｂ、２２ｂに固定させるものである。

しかし、この方法では、加圧時給合部材が円周方向に変
形し、溝中には充分に流入せず、従って充分な機械強度
が得られず、機械的に不安定である。

また、アルミニウムは耐熱性が低く圧縮機のロックが生
じディスク部分が高温になった場合、結合力が著るしく
低下する欠点がある。

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に不安定で、信頼性に欠ける。

本発明の目的は、漏洩磁束が少く、且つ、機械的に安定
し耐熱性の高い電磁クラッチ等の結合方法を得るＫある
。

本発明の要点は、同心状に配置された内、外ディスクプ
レートの内、外周面をリング状間隙をもって対向させ、
この間隙内に、内、外周面の各々に溝が形成されディス
クプレートより変形抵抗の大きい非磁性材よりなる略リ
ング状の結合部材を挿入し、ディスクプレートの端部を
金型で加工して結合物体の溝内に塑性流動させて、内、
外ディスクプレート間を機械的に結合する点にある。

以下面に従って本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明を応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、ボ
ス２１１がナツト２１３で固定され、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４図に示すように磁性材（軟鋼材）
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と非磁性材（一般には、ＦｅにＮ
ｔ ｐ Ｏｒ ｓ Ｍｎ ＊ Ｃｕなどの元素を一定量
添加して同素変態を常温以下に降下させて、オーステナ
イト組織とした材料で、代表的例としてオーステナイト
系ステンレス鋼、マンガン鋼、Ｎｏｍａｇ等がある。

）よりなる結合部材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、磁性材（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）２３５）、非磁性材（オーステ
ナイト系ステンレス鋼、マンガン鋼等）よりなる結合部
材２３３、結合部材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、ブーり片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は一体に加エされている
。

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）２３１に各々一体化され
ている。

プーリ２３７にはパルトが係合し、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訃り、
圧縮機本体２００Ａ（Ｆ−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１れ、前記ロータ２３０のディスクプレート２３１
の円筒部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、磁束φは配線のように
流れる。

すなわち、電磁コイル２０３の継手→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→ディスクプレ
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が同期して回転する。

ここで、件合部材２２３，２３３，２３４は各各、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５図以下１／ｌ−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１でもな
い。

１ず第５図に釦いて、結合部材２２３は非磁性金属で、
幅Ｈ８、深さＤの溝２２３ｂを外周と内周に夫々設けで
ある。

溝２２３ｂの角度α１．α２はおよそ４５°（２５°〜
７０°の範囲）、深さＤは０．３ ｒｒａｎ （０，２
ｔｒａｎ〜１． ＯｇＢの範囲）程度である。

結合部材２２３の厚みＨｌおよび半径方向寸法Ｔ１は、
ディスブレート２２１，２２２の厚みＨ８、むよび空間
部の半径方向空間寸法Ｔ。

により決定される。

カークーラー用電磁クラッチの場合−例として各部寸法
は、厚みＨ８が５．５關、空間寸法Ｔｏが２．７閣に対
し、厚みＨｌは４．７陥、半径方向寸法Ｔ１は２．６５
解である。

第６図は、雇４０の上にディスクプレート２２１．２２
２を位置決めしてセットし、結合部材を雇３０で軽く押
込んで仮組立した状態を示す。

この実施例では、雇４０は、突部４１を有し、結合部材
２２３の底面をディスクプレー）２２１゜２２２の底面
より凹むように配置している。

これは、電磁クラッチに使用する場合、結合後に摺動面
を仕上加工（研磨などにより）するが、予め凹むように
しておけば結合部材を加工しなくてすむので生産性の面
で有利となる。

勿論、結合部材２２３の底面２２３ｄとディスクプレー
ト２２１゜２２２の底面（２２１ｂ、２２２ｄ）が同一
平面であっても良い。

第７図は、雇５０でディスクプレート２２１゜２２２を
加圧し、塑性加工を加えて、結合部材２２３の溝２２３
ｂに材料を塑性流動させたところの構造を示す。

雇５０は、半径方向の幅ｔで、傾斜角θをもった略円筒
状の突部５１を有し、該突部はその先端の平らな部分５
２と、側面５３とからなる。

一方、押込深さは、結合部材２２３の溝２２３ｂの入口
よシ、寸法Ｓの間隙１でとする。

具体的ＶＣＩ″ｉ、先に述べたカークーラー用電磁クラ
ッチの例で、ｔ＝０．６〜ｌ、０陥、θ＝３°〜１５１
Ｓ＝０．５程度である。

なト加圧時ディスクプレート２２１の外周、ディスクプ
レート２２２の内周には各々外型５４、内側５６が接し
、雇５０による加圧で溝２２３ｂ内に材料が充分流入す
るようにしている。

第８図は、塑性加工したものを、雇から取外した状態を
示す。

すなわち、結合部材２２肝の溝２２３ｂ周辺には、ディ
スクプレート２２１゜２２２の内部応力が作用し、緊迫
力が内在している。

当然、この結合体の剪断強さＱ、ｋｙは、Ｑ＝πｄ２Ｈ
８に１ ここにに、は材料（ディスクプレート）の剪断強さく
ｋｙ／ｍａ ）である。

このように、剪断強さは、ディスクプレートの材料特性
によって決定されるこの種の磁気遮断結合であれば、当
然、ディスクプレートは磁性の優れた低炭素鋼８１００
など用いるので、この材料の剪断特性によって決る
。

例えば３２に９／寵などの値であり、銅、アル□などの
値（１８ｋｙ／ｍ諸度）の約２倍の強度が保証される。

本発明は電磁クラッチを介してエンジンに連結されてい
る圧縮機がロックしたような場合、特に有効である。

すなわち、電磁コイル２０３に通電中、換言すると駆動
側のロータ２３０の動力が、被駆動側のディスク２２０
を電磁結合して、回転している時に、圧縮機２００Ａの
本体に故障が生じロック（回転不能）となった場合、デ
ィスク２２０は静止し、ロータ２３０の摺動面との間で
多大の摩擦熱を発生し、ディスク２２０、ロータ２３０
共に高温となる。

このようなロック状態では、前記のディスク２２０、ロ
ータ２３０は４００〜５００℃に達する。

このため、電磁クラッチの磁気遮断結合の耐熱性は５０
０℃をこえることが望ましい。

このような高温に耐える材料としては、鋼糸が考えられ
る。

銅、アルミは３００℃程度の耐熱性であり、このような
ロックが生じるような分野では実用に耐えない。

従って、結合部材、被結合部材を共に鋼糸の材料で構成
することが必要となる。

一般に鋼糸の非磁性材料には、オーステナイト系ステン
レス鋼、マンガン鋼などでＦｅ中にある量のＮｉ、Ｏｒ
。

Ｍｎ 、Ｃｕなどを添加したオーステナイト組織とした
材料があるが磁性材料に用いられる低炭素鋼（８１００
等）に比べて、材料の変形抵抗は大きい。

本発明では変形抵抗が小さく、塑性流動しやすい低炭素
鋼からなるクラッチディスクを変形させる構成としてい
るため冷間においても容易に塑性流動による結合を図る
ことができると共に耐熱性を８００℃程度１で向上させ
ることができる。

第９図は結合部材の斜視図を示したものであり、リング
状で、しかも断面形状は略矩形である。

この結合部材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内、
外周に溝２２３ｂが形成されている。

第１０図は、第９図と同様、結合部材の斜視図を示した
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内、外周に溝２２３ｂが形成されて
いる。

この結合部材２２３は非磁性金属からなシ、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、ディスクプレート２２１，２２２の間に
挿入され、加工された時点で、はぼ密着する程度の寸法
である。

具体的には外径５．４胴で０．５ｒＩｒＩｎ程度（角度
にして、およそ１° ）のわずかな隙間である。

第１１図は、シングル、フラックス形の応用例を示した
もので、駆動側のプレートは、磁性材からなるディスク
プレート２３１，２３５の２部品ならびに、非磁性金属
材料からなる略リング状の結合部材２３３０１部品から
なっており、被駆動側のプレートには、非磁性金属材料
の結合部材は存在せず、単純な磁性材からなるディスク
プレート２２０、一部品から構成されている。

ダブル、フラックス形と異る点は、被駆動側のディスク
プレートと駆動側のディスクプレート間の磁気係合個所
は２ケ所と１／２である点であり、係合力は多少低下す
るものの、構成部品点数が少く構造的に単純であり生産
性に有利である。

本発明による非磁性材の結合部材を介した結合方法の採
用によれば、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２４７の如き無効な磁気通路
がなくなる。

実験例によればカークーラー用電磁クラッチにおいて吸
引面の有効磁束は２０〜３０乃増加し、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条の磁気
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。

また、結合部材として耐熱性の高い材料を使用できるの
で、圧縮機のロック等の異常が発生した場合でも、内、
外ディスクプレート間の結合力は継持され、ディスク飛
出しによる不慮の事故発生というような恐れはない。

なお、非磁性材料としては、鋼基外にも、Ｎｉ系（モネ
ルメタル、インコネル等）やｃｏ系（ステライト等）が
あり、被結合側材料としては、軟鋼のほかに、低炭素１
３％クロム鋼等を使用してもよい。

以上本発明を電磁クラッチに応用した例について説明し
たが、この発明は二個の金属部材を磁気的に遮断しつつ
機械的に結合する分野で、特に耐熱性の要求される個所
に、広く応用できることは言う１でもない。

【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図は本発明の一実施例にきる電磁クラッチの縦断面
図、第４図はそのクラッチディスクの斜視図である。 第５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５図は、接合前のクラッチプレ
ート及び結合部材の外観要部を示す一部断面斜視図、第
６図は、結合部材をクラッチプレート間の空隙部に挿入
した状態を示す斜視図、第７図は金型でクラッチプレー
トを加圧している状態を示す斜視図、第８図は結合完了
後の状態を示す斜視図である。 第９図、第１０図は各各車発明における結合部板の形状
の例を示す図である。 第１１図は本発明の他の実施例を示す図である。 ２２１・・・クラッチディスク、２２２・・・クラッチ
ディスク、２２３・・・結合部材、２２３ｂ・・・溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁性材料からなる部分を有し、駆動手段に連結され
   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、第
   り第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ための電
   磁コイルを備え、第１、第２のディスクの少くとも一方
   が磁性材よシなシ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、上記複数
   個のディスクプレート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の外周面との間にリン
   グ状間隙を有し、上記リンク状間隙内に両ディスクプレ
   ートより変形抵抗が大きい非磁性金属からなるリング状
   結合部材が配置され該結合部材の内外周面に各々環状の
   溝を有し、該溝に両ディスクプレートの一部が挿入され
   、これによって内側、外側の両ディスクプレートを機械
   的に結合していることを特徴とする電磁クラッチ。 ２ リング状の結合部材がオーステナイト系ステンレス
   鋼からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の電磁クラッチ。 ３ 磁性材料からなる部分を有し、駆動手段に連結され
   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、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ための
   電磁コイルを備え、第１、第２のディスクの少くとも一
   方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のディスクを製作
   するものにおいて、上記ディスクプレートのうち外側の
   ディスクプレートの内周面と内側のディスクプレートの
   外周面との間にリング状間隙を形成し、一方、前記ディ
   スクプレートの材料より変形抵抗が大きく、かつ所定の
   機械的強度を有し非磁性金属材料からなり前記リング状
   間隙の高さ以下の高さを有しかつ、内外周に環状の構を
   有する結合部材を設け、次に該結合部材を前記リング状
   間隙に挿入し、結合部材の全体が実質的に前記両ディス
   クプレートと金型で包囲された状態とし、金型で内、外
   側ディスクプレートの端部を塑性流動させて前記溝内筐
   で流入させ、結合部材の剪断力と緊迫力にてディスクプ
   レートを結合することを特徴とする電磁クラッチの製造
   方法。