WO2014208001A1

WO2014208001A1 - 電磁クラッチ

Info

Publication number: WO2014208001A1
Application number: PCT/JP2014/002815
Authority: WO
Inventors: 邦洋角; 和典水鳥; 田渕　泰生
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2014-12-31
Also published as: KR20160013195A; US20160153507A1; CN105358857A; DE112014003016T5; JP2015010620A

Abstract

　電磁クラッチ１は、内周にベアリング４を保持する円筒形の内輪部５と、内輪部５から径方向に延在した摩擦面６を有する摩擦部７とを備える。電磁クラッチ１は、内輪部５の周囲に配置され、摩擦部７に接合された円筒形の外輪部８と、摩擦部７または外輪部８と一体に形成されたプーリ部３とを備える。外輪部８と摩擦部７との間には、外輪部８と摩擦部７とを接合する接合部９が設けられている。接合部９は、摩擦圧接によって形成されている。接合部９の外周側および内周側には、摩擦接合によって形成されたバリ２２が突出することがある。接合部９は、優れた磁気的な特性を提供する。

Description

電磁クラッチ

関連出願の相互参照

　この出願は、２０１３年６月２６日に出願された日本特許出願２０１３－１３４０２５号を基礎出願とするものであり、この基礎出願の開示内容は参照によってこの出願に組み込まれている。

　ここに開示される発明は、電磁コイルに通電することにより発生する電磁力にて摩擦部に吸着されるアーマチュアを有する電磁クラッチに関するものである。

　従来、特許文献１の電磁クラッチが知られている。この特許文献１の電磁クラッチは、後に比較例として説明する図１９に示す構造を有している。この電磁クラッチは、中心を打ち抜かれた円板状の磁性金属板を有する。磁性金属板は、その中心部から突出する円筒状の内輪部５を形成している。磁性金属板は、その表面にクラッチ部を成す摩擦部７を形成している。

　摩擦部７の一部には、複数の円弧状孔１６ａ、１６ｂが打ち抜かれている。磁性金属板の最外周には、転造により、多重Ｖ溝からなるプーリ部３が形成されている。内輪部５の外側から被さるように、円筒形の磁性環状部材から成る外輪部８が摩擦部７に結合している。この結合は、塑性結合法により提供されている。

　円筒状の外輪部８は、摩擦部７に形成されたリング状の段差部３０に対して圧入されて固定される。圧入前に、外輪部８の段差部３０に対向する圧入側端部近くに、Ｖ字状等の数条の溝３１が形成される。段差部３０の内周側に外輪部８の数条の溝３１が圧入される。このとき、段差部３０の外周側を、環状のダイにより段差部３０の径方向内側に加圧して塑性変形させている。これにより、段差部３０を上記数条の溝３１内に流動させ、外輪部８と、段差部３０を持つ摩擦部７とを塑性結合させている。

特開昭６３－２９７８２７号公報

　しかし、この塑性結合法を採用した電磁クラッチには、以下のような問題がある。圧入および塑性結合といった結合方法では、互いに結合される両部材が機械的に結合されるだけである。従って、比較的大きな磁気抵抗が両部材間に存在し、電磁クラッチとしての性能の低下に繋がる。

　電磁クラッチとしての性能向上のためには、円筒状の外輪部８と摩擦部７を持つ一体成形体の接触面積を増やす方法が考えられるが、これでは重量増加を伴う。また、外輪部８は圧入に耐えうる剛性が必要となるため、重量の増加が必要になる。さらに、外輪部８と摩擦部７を持つ一体成形体とに異なる材質の部材を用いた際、線膨張係数の差を考慮する必要があり、部材選定の自由度が制限される。すなわち、塑性結合された部分の線膨張に起因する強度の低下を考慮しなければならない。

　更に、電磁クラッチの製造方法に関しては、図１９の左右方向に延在する圧入代の確保による重量増加や、圧入代の管理が必要であり、製造上の負担が増すといった問題点があげられる。例えば、塑性結合に限っても、外輪部にＶ字状等の数条の溝３１を形成する工程、外輪部８をクラッチ部の段差部３０に圧入する工程、および摩擦部７を持つ一体成形体の一部を環状のダイにより加圧塑性変形させる工程の３工程が必要である。

　ここに開示される発明は、上記問題点に鑑み、磁気回路の磁気抵抗が少なく電磁クラッチとしての性能が向上し、かつ重量増加を抑制でき、線膨張係数の差を考慮することに伴う部材選定の自由度が制限されることが少ない電磁クラッチを提供することを目的とする。

　従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。

　ここに開示される発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。ここに開示される発明の一つでは、電磁力により一方側部材から他方側部材に回転力を伝達する電磁クラッチであって、内周にベアリング（４）を保持する円筒形の内輪部（５）と、内輪部（５）から径方向に延在した摩擦面（６）を有する摩擦部（７）とを備える。かつ、内輪部（５）の周囲に被せられて配置され、摩擦部（７）に接合された円筒形の外輪部（８）と、摩擦部（７）または外輪部（８）と一体に形成され一方側部材を成すプーリ部（３）とを備える。また、内輪部（５）の外周と外輪部（８）の内周との間に配置された電磁コイル（１２）を含む固定子（１１、１２、１５）と、電磁コイル（１２）が発生する電磁力により摩擦部（７）に吸着され他方側部材を成すアーマチュア（１３）とを備える。その上で、外輪部（８）が、摩擦部（７）に摩擦圧接で形成された接合部（９）により接合されている。

　この発明によれば、外輪部（８）が、摩擦部（７）に摩擦圧接で形成された接合部（９）により接合されていることにより、接合部（９）の全面で外輪部（８）と摩擦部（７）とが金属同士で強固に結合する。このため、外輪部（８）と摩擦部（７）とが一体成形された場合と同等の磁気特性が得られる。つまり、電磁コイル（１２）によって発生した磁束が外輪部（８）から摩擦部（７）に磁気抵抗の少ない状態で流れる。これにより、小型で結合力が強くなり、電磁クラッチの性能が向上する。かつ重量増加を抑制できる。また、接合部（９）が金属同士で強固に結合するため線膨張係数の差を考慮することに伴う部材選定の自由度が制限されることが少ない。

　なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。

発明の第１実施形態に係る電磁クラッチの縦断面図である。実施形態の電磁クラッチのロータを示す縦断面図である。図２に示したロータの矢印ＩＩＩ方向から見たロータの側面図である。実施形態における磁性金属板の転造前の形状を示す工程説明図である。実施形態における転造後の磁性金属板の断面形状を示す工程説明図である。実施形態におけるプーリ部を形成した状態を示す工程説明図である。実施形態における円筒形の外輪部を示す工程説明図である。実施形態における摩擦圧接後のロータを示す工程説明図である。実施形態における外輪部が摩擦部に圧接され相対的に回転差が発生した状態を図示している摩擦圧接説明図である。実施形態における突合せ面に摩擦熱が発生している状態を図示している摩擦圧接説明図である。実施形態における摩擦接合時の回転をとめた後、推力を印加してバリが発生した状態を図示した摩擦圧接説明図である。発明の第２実施形態に係るロータの一部縦断面図である。発明の第３実施形態に係るロータの一部縦断面図である。発明の第４実施形態に係る電磁クラッチに用いる外輪部を成す金属リングの斜視図である。第４実施形態の電磁クラッチのロータの側面図である。発明の第５実施形態に係る電磁クラッチの一部縦断面図である。発明の第６実施形態に係る電磁クラッチの一部縦断面図である。発明の第７実施形態に係るロータの一部縦断面図である。比較例のロータにおける縦断面図である。

　以下に、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部を説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。

　各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

　（第１実施形態）
　この第１実施形態は、ベアリング保持用の内輪部、アーマチュアとの摩擦面を有する摩擦部、およびベルトの掛かるプーリ部を一体成形体により提供している。この一体成形体は、転造で成型されている。この一体成形体に磁気回路構成用の外輪部が摩擦圧接されている。摩擦圧接することにより、接合部全面で金属同士が強固に結合するため、一体成形時と同等の磁気特性が得られる。以下、図面に基づき具体的に説明する。

　図１は発明の第１実施形態に係る電磁クラッチ１を示している。この電磁クラッチ１は、車両用空調装置の冷媒を圧縮する図示しない圧縮機を駆動するための装置である。具体的には、電磁クラッチ１をオンオフすることによりエンジンの動力が圧縮機に伝達されたり伝達されなかったりする。この電磁クラッチ１のロータ２は、電磁クラッチ１が搭載される車両の種類により、プーリ部３の外径や配置が異なる。

　電磁クラッチ１は、ベアリング４を保持するための内輪部５と摩擦面６を有する摩擦部７を有する。内輪部５と摩擦部７とベルトが掛かるプーリ部３とを一体成形体としている。以下の説明では、一体成形体は、符号５、７で示される。一体成形体５、７に、磁気回路構成用の外輪部８が摩擦圧接されている。この摩擦圧接により接合部９を介して外輪部８と摩擦部７とが結合される。また、摩擦圧接により形成されるバリ２２が電磁コイル１２に干渉しないようにバリ２２に隣接する電磁コイル１２の外側角の一部分に、バリ２２を収納するための軸方向に延在する隙間９ｇが形成されている。

　摩擦圧接自体は周知の技術であり、摩擦圧接用の加工装置が市販されている。摩擦圧接は、摩擦接合、摩擦撹拌接合、または摩擦溶接とも呼ばれる。この摩擦圧接は、金属同士を突き合わせ回転接触させることで発生する摩擦熱のエネルギーを有効に利用し、高い圧力を加え接合する工法である。

　接合部９を摩擦圧接にて形成することにより、接合部９全面で金属同士が強固に結合するため、材料を連続させて一体成形した場合と同等の磁気特性ならびに強度が得られる。

　図１に示す電磁クラッチ１は、エンジンが発生する回転動力を、プーリ部３で受けて、冷凍サイクルにおける冷媒を圧縮する圧縮機に繋がるアーマチュア１３および回転ハブ１４に伝達したり遮断したりするものである。図２は、図１の電磁クラッチのロータ２の構造を示している。

　図１および図２において、電磁クラッチ１は、二点鎖線で示した圧縮機のハウジング１０に固定されるステータ１１と、このステータ１１内に収容された電磁コイル１２とを有する。電磁クラッチ１は、リング状に巻回された電磁コイル１２が発生する磁力によって、摩擦部７の摩擦面６に吸引されるアーマチュア１３と、このアーマチュア１３の回転動力を圧縮機の入力軸に伝える回転ハブ１４とを有する。

　ステータ１１は、リング状の電磁コイル１２を収容する磁性体金属より成る環状体であり、円板状のステー１４ａを介して圧縮機のハウジング１０に固定される。電磁コイル１２は、絶縁皮膜を施したマグネットコイルを樹脂ボビン１５の周囲に巻いたもので、ステータ１１の中に搭載され、接着剤等によって、ステータ１１の中に固定されている。

　図２のように、ロータ２は、内輪部５と摩擦部７とプーリ部３と外輪部８とを有している。ロータ２は、磁性体金属製であり、例えば、カーボン量の少ない鋼鉄製である。ロータ２は、図１のステータ１１を収容するように、アーマチュア１３とは反対側に開放した断面Ｕ字形の環状体部分を有する。ロータ２は、内周に取り付けられたベアリング４を介して圧縮機のハウジング１０に回転自在に支持されている。なお、このベアリング４の内周は、二点鎖線で示した圧縮機のハウジング１０に支持されている。

　ロータ２は、軟鉄などの磁性体金属材料を転造して形成されている。電磁コイル１２の内周側に位置する内壁となる内輪部５、および電磁コイル１２の外周側に位置する外壁となる外輪部８を有する。ロータ２は、アーマチュア１３に摩擦係合する摩擦面６（摩擦壁とも言う）を有する摩擦部７を有している。

　内輪部５の内周は、ベアリング４が装着されるように切削加工されている。プーリ部３は、外周側から内周に向けてプレス加工されて、図示しない多段式のＶベルトがかけ渡される複数のベルト溝が形成されている。

　摩擦部７は、磁性体のリング状突出部を成している。摩擦部７は、その側面の表裏を貫通した円弧状孔またはスリットから成る磁気遮断部１６ａ、１６ｂ（総称して磁気遮断部１６という）を有する。磁気遮断部１６は、電磁コイル１２が発生した磁束の流れを調整する。

　磁気遮断部１６は、銅などの非磁性体金属材料より構成されることも知られているが、この実施形態においては、円弧状孔またはスリットで形成されている。磁気遮断部１６は、内輪部５からアーマチュア１３に流れた磁束φがそのままアーマチュア１３内をショートカットして外輪部８に流れる磁路が形成されるのを阻止するものである。磁気遮断部１６の作用で磁束φは図１の下部に破線で図示したように流れ、アーマチュア１３が摩擦面６に向けて吸着される。

　更に、摩擦部７の図１において左表面の摩擦面６には、アーマチュア１３との係合力を高める非磁性体の摩擦材６ａが嵌め込まれている。アーマチュア１３は、摩擦面６に間隙を隔てて対向配置されるものである。アーマチュア１３は、軸方向に移動可能に支持されており、摩擦面６に係合可能である。

　このアーマチュア１３は、鉄などの磁性体よりなるリング状を呈し、中間部に磁気遮断部として機能するスリット１７が形成されている。回転ハブ１４は、アーマチュア１３の回転を受けてアーマチュア１３と一体に回転して、圧縮機の入力軸を駆動するもので、アーマチュア１３に固定されている。

　図１の下部に破線で示す磁束φは、電磁コイル１２に励磁電流が流れたときにロータ２とアーマチュア１３との間にわたってＷ字状に発生する。電磁コイル１２が励磁されると、周知のように、上記磁束φの磁路長が短くなるように、アーマチュア１３が摩擦面６に押し付けられる。アーマチュア１３と摩擦面６とが摩擦係合し、アーマチュア１３がロータ２と一体に回転する。この結果、Ｖベルトを介してロータ２に伝達されたエンジンの回転動力が、アーマチュア１３、回転ハブ１４を介して圧縮機の入力軸に伝えられる。

　図３は、図２に示した矢印ＩＩＩ方向から見たロータの側面を示している。内輪部５と外輪部８とは、同心状に配置されている。内輪部５と外輪部８とは、外周側の磁気遮断部１６ａ相互間のブリッジ部１６ａ１および内周側の磁気遮断部１６ｂ相互間のブリッジ部１６ｂ１を介して連結されている。

　（製造方法）
　次に、電磁クラッチ１の特にロータ２の製造方法を説明する。図４ないし図８は第１実施形態におけるロータを製造する場合における工程説明図である。図４は、磁性金属板２０の転造前の断面形状を示す。まず、中心を打ち抜かれた円板状の磁性金属板２０を用意する。

　図５は、磁性金属板２０の転造後の断面形状を示す。内輪部５、摩擦部７およびプーリ部となる部分３ｐからなる断面Ｌ字形のリング状の一体成形体５、７が成形される。ここでは、金属素材に強い力を加えて金属材料を流動させることによって所望の形状を成形する塑性加工方法である転造にて一体成形体５、７が成形される。転造の加工手順は素材を転造ダイスにより挟み込み、素材を回転させながら、素材の中心方向へダイスに圧力をかける。素材の降伏点を越えた圧力をかけることにより、素材は塑性変形され永久的に変形する。

　図６は、プーリ部３を形成した状態を示す。図６のように、図５のプーリ部となる部分３ｐの外面に転造により多重Ｖ溝からなるプーリ部３を形成する。その後、打ち抜き加工により円弧状孔またはスリットからなる磁気遮断部１６ａ、１６ｂを打ち抜く。

　そして、図７に示すように円筒形の外輪部８を用意する。なお図７は、円筒形の外輪部８の上半分の断面を図示している。この図７に示す磁性環状部材を外輪部８として一体成形体５、７の摩擦部７に軸方向から加圧すると共に外輪部８を回転させる。外輪部８の回転は、外輪部８の外周を把持して摩擦圧接機により外輪部８の中心軸を中心に与えられる。

　この摩擦圧接により、外輪部８の左端と摩擦部７の壁とが金属同士で強固に結合され、図８の状態となる。摩擦圧接時は、ロータ２の一体成形体５、７と外輪部８となる磁性環状部材のヒートバランスを改善するため、摩擦部７の接合部形成部に１ｍｍ程度の高さのプレスで成型した突起２１（図６）を設けておくと、接合部９の品質がより安定する。

　なお、図２、図６、図８～図１１では、突起２１が判り易いように大きさを強調して図示している。摩擦接合された図１の完成状態では突起はほとんど目立たない。また、図８において、プーリ部３が存在する摩擦部７側を固定し、外輪部８を回転させ、摩擦部７と外輪部８との間に回転差を発生させ摩擦熱を発生させる。

　次に、図９～図１０を使用して摩擦圧接の過程を説明する。図９は、外輪部８が摩擦部７に圧接され相対的に回転差が発生した状態を図示している。摩擦部７の接合部と成る部分に１ｍｍ程度の高さのプレスで成型した突起２１が形成されている。摩擦部７と外輪部８とを所定位置にセットした後、摩擦部７は固定され、外輪部８を回転させながら矢印Ｙ９方向に前進させて接触させる。

　図１０は、摩擦接合される２部材を接触させた突合せ面に摩擦熱が発生している状態を図示している。突合せ面に摩擦熱が発生し、接合に適した温度に到達した時点で、図示しない摩擦接合機の主軸の回転を急停止させ、外輪部８の回転を止める。

　図１１は、回転をとめた後、アップセット推力を予め設定した時間印加してカール状のバリ２２が発生した状態を図示している。なお、接合部９となる部分にプレスで成型した突起２１を設けたが、この突起２１が実質的に消滅するようにしてもよいし、突起２１が残るようにしても良い。突起２１が残る場合は、カール状のバリ２２は摩擦部７側にも形成されることがある。

　この実施形態では、電磁コイル１２が発生する電磁力により磁性金属製の摩擦部７に向けてアーマチュア１３を吸着する電磁クラッチ１の製造方法が提供される。この製造方法は、電磁コイル１２が発生する磁束を通す磁路を提供するために電磁コイル１２に隣接して配置される磁性金属製の円筒状の外輪部８を形成する工程を含む。さらに、この製造方法は、外輪部８を摩擦部７に接触させ、これらを相互に押し付けながら相対的に運動させることにより外輪部８と摩擦部７とを摩擦圧接する工程とを有する。摩擦圧接する工程は、外輪部８を形成する材料と摩擦部７を形成する材料とが溶融し一体的な接合部９を形成するように実行される。

　摩擦圧接する工程は、外輪部８と摩擦部７との間に生じる溶融材料が外輪部８の径方向内側および／または径方向外側に延び出し、バリ２２を形成するように実行される。摩擦圧接する工程は、外輪部８と摩擦部７とを、外輪部８の軸方向に沿って相互に押し付けながら、外輪部８の軸の周りで外輪部８と摩擦部７とを相対的に回転させることによって実行される。摩擦圧接する工程において、外輪部８は、摩擦部７に予め設けられた環状の突起２１の上に押し付けられる。摩擦圧接する工程の後には、外輪部８と摩擦部７との間に生じた溶融材料を冷やし硬化させる工程が設けられる。

　摩擦圧接する工程は、バリ２２が電磁コイル１２を含む固定子１１、１２、１５に接触しない大きさになるように実行される。外輪部８と摩擦部７とは、摩擦圧接する工程において破壊される表面処理層を有する表面処理鋼板で形成されている。摩擦圧接する行程の前に、摩擦部７、外輪部８、または固定子に、バリ２２を収容するための隙間９ｇを形成するための環状の凹部を形成する行程を含むことができる。

　上記製造工程によれば次の作用効果が発揮される。
（１）摩擦圧接を用いているため、接合部９の接触面全体で接合に係る金属同士が強固に結合する。そのため、塑性結合等と異なり接合箇所の磁気抵抗を少なくすることができ、電磁クラッチの性能が向上する。
（２）外輪部８を成す磁性環状部材は剛性が不要で、必要磁気性能を満足する最小限の厚みで良いため、軽量化が可能である。
（３）外輪部８は単なる環状の形状（円筒）でよく、安価である。
（４）摩擦圧接により金属同士が強固に結合するため、一体成形時と同等程度の強度が得られる。
（５）外輪部８を成す磁性環状部材に磁気性能のよい材質を選定する際、接合される外輪部８と摩擦部７との間に線膨張係数の差があっても、金属同士が強固に結合しているため、強度への影響はほとんど無い。
（６）摩擦圧接は単純な突合せによる接合のため、接合に関する工程が少なく済み、また塑性結合等と比較して重量増加を抑制できる。
（７）接合面以外での発熱が無いようにできるため、寸法精度が高く、歩留まり向上が可能である。
（８）摩擦圧接の制御因子は設備側で機械的に設定されるため、接合品質のばらつきが抑制可能であり、磁気性能の安定化につながる。

　図１９に示した比較例においては、電磁コイルにより発生した磁束が、外輪部８内を図１９の左右方向である軸方向に進んで、数条の溝３１側から段差部３０に向かう径方向に流れる。このため、磁路長が長くなるとともに、数条の溝３１と段差部３０との間の塑性結合部の磁気抵抗が、摩擦接合による接合部よりも大きくなる。

　この点、第１実施形態においては、外輪部８内を軸方向に進んでそのまま軸方向に摩擦部７内に入る磁束経路が形成され、かつ接合部９の磁気抵抗が少ない。なお、上記第１実施形態において、少なくとも内輪部５と摩擦部７とを含む磁性部材、および、外輪部８を含む磁性環状部材を、共に表面処理鋼板で形成しても良い。

　少なくとも内輪部５と摩擦部７とを含む磁性部材、および、外輪部８を含む磁性環状部材は、耐食性が求められる。耐食性を得るための防錆処理の方法としては主に塗装があげられる。しかし、従来技術においては、塗膜が大きい磁気抵抗とならないよう、塑性結合等の工法により接合した後に、内輪部５および摩擦部７を含む磁性部材に塗装を実施する必要があった。一方、上述のように表面処理鋼板で形成すれば、摩擦圧接時に接合部９における表面処理層等の不純物が除去される。従って、この不純物が除去されることを利用し、表面処理鋼板を採用することが可能となる。表面処理鋼板の表面処理層は摩擦圧接時に除去されるため磁気抵抗を増大させない。また、表面処理鋼板は、部材そのものに防錆効果があるため、塗装等の防錆処理の工程が省略できる。

　（第１実施形態の作用効果）
　上記第１実施形態においては、電磁力により一方側部材から他方側部材に回転力を伝達する電磁クラッチ１であって、内周にベアリング４を保持する円筒形の内輪部５と、内輪部５から径方向に延在した摩擦面６を有する摩擦部７とを備える。かつ、内輪部５の周囲に被せられて配置され、摩擦部７に接合された円筒形の外輪部８と、摩擦部７または外輪部８と一体に形成され一方側部材を成すプーリ部３とを備える。また、内輪部５の外周と外輪部８の内周とに挟まれて配置された電磁コイル１２と、電磁コイル１２が発生する電磁力により摩擦部７に吸着され他方側部材を成すアーマチュア１３とを備える。その上で、外輪部８と摩擦部７との間に摩擦圧接により接合されている接合部９を有している。

　これによれば、外輪部８と摩擦部７との間に摩擦圧接により接合されている接合部９を有していることにより、接合部９の全面で外輪部８と摩擦部７とが金属同士で強固に結合する。このため、外輪部８と摩擦部７とが一体成形された場合と同等の磁気特性が得られる。つまり、電磁コイル１２によって発生した磁束が外輪部８から摩擦部７に磁気抵抗の少ない状態で流れる。これにより、小型で結合力が強くなり、電磁クラッチ１の性能が向上する。かつ重量増加を抑制でき、線膨張係数の差を考慮することに伴う部材選定の自由度が制限されることが少ない。また、その分、重量増加が抑制される。

　電磁クラッチ１は、接合部９の外周側および内周側に摩擦接合にて形成されたバリ２２を有する。従って、摩擦接合面の不純物がバリ２２等に含まれて接合部９から取り除かれ、接合部９を経由して流れる磁束の磁気抵抗を少なくすることができる。また、摩擦接合にて形成されたバリ２２は、強度が大きく製品として残しても差支えがない。

　電磁クラッチ１は、摩擦部７側にリング状の突起２１を形成しており、突起２１に外輪部８を当接させて摩擦圧接により接合部９を突起２１に沿ってリング状に形成している。従って、突起２１に外輪部８を当接させて摩擦圧接することにより、発生した摩擦熱を突起２１に集中させ容易に摩擦圧接することができる。

　電磁クラッチ１は、プーリ部３、内輪部５および摩擦部７が一体である。換言すれば、少なくとも内輪部５と、摩擦部７とは、共に磁性部材で一体に成形された一体成形体５、７よりなる。そして、少なくとも外輪部８を成す磁性環状部材が、一体成形体５、７に接合部９で固着されている。

　これによれば、少なくとも内輪部５と、摩擦部７とは、共に磁性部材で一体に成形された一体成形体５、７よりなり、少なくとも外輪部８は、磁性環状部材から成る。このため、一体成形体５、７と外輪部８との２部材間で相対的に回転差と圧接力と成る推力を作用させることができる。そして、２部材間に位置する接合部９に摩擦熱を発生させ、摩擦圧接による接合を容易に行うことができる。

　ステータ１１と、電磁コイル１２と、ボビン１５とは、電磁クラッチ１における固定子を提供する。アーマチュア１３は、電磁クラッチ１における可動子を提供する。固定子は、バリ２２と固定子との干渉を回避するように、バリ２２を受け入れ可能な隙間９ｇを区画形成する。隙間９ｇは、ステータ１１の角部に形成された面取り部によって提供されている。この面取り部は、摩擦部７と外輪部８との接合部９に隣接する角部に対向して形成されている。面取り部は、形状が一定しないバリ２２を収納可能とするようにステータ１１に設けられた他の面取りより大きく形成されている。

　（第２実施形態）
　次に、発明の第２実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。なお、第２実施形態以下については、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明が援用される。

　図１２は、発明の第２実施形態に係る電磁クラッチの一部となるロータ２を示す。この第２実施形態は、ベアリング保持用の内輪部５、アーマチュアとの摩擦面６を有する摩擦部７およびベルトの掛かるプーリ部３を一体成形体３、５、７（一体成形体５、７とも言う）として転造で成型している。

　そして、一体成形体５、７の一部が電磁コイルを覆う第１外輪部８ａとなる構成としたものである。つまり、外輪部８（８ａ、８ｂ）のうち第１外輪部８ａは、プーリ部３に向かう摩擦部７の軸方向延在部で構成される。また、第２外輪部８ｂは、リング状の短い円筒部８ｂで形成される。

　摩擦圧接による接合部９は、摩擦部７と同体の第１外輪部８ａと第２外輪部８ｂとの間でなされる。第２外輪部８ｂの摩擦接合時の推力を軸方向に延在する摩擦部７と同体の第１外輪部８ａで受けることが可能である。この場合、第１外輪部８ａ側が固定され、第２外輪部８ｂ側が回転して相対的な回転差を発生させることができる。

　（第２実施形態の作用効果）
　上記第２実施形態においては、第１実施形態と同様に、電磁力により一方側部材から他方側部材に回転力を伝達する電磁クラッチであって、内周にベアリング４を保持する円筒形の内輪部５と、内輪部５から径方向に延在した摩擦面６を有する摩擦部７とを備える。かつ、内輪部５の周囲に被せられて配置され、摩擦部７に接合された円筒形の外輪部８（第２外輪部８ｂが該当する）と、摩擦部７と一体に形成され一方側部材を成すプーリ部３とを備える。

　また、内輪部５の外周と外輪部８の内周とに挟まれて配置された電磁コイル１２（図１２では省略している）と、電磁コイル１２が発生する電磁力により摩擦部７に吸着され他方側部材を成すアーマチュア１３とを備える。

　その上で、外輪部８（第２外輪部８ｂ）と摩擦部７（摩擦部７と同体の第１外輪部８ａ）との間に摩擦圧接により接合されている接合部９を有している。特には、外輪部８を摩擦部７と同体の第１外輪部８ａと第２外輪部８ｂに分けて構成し、第２外輪部８ｂと摩擦部７と同体の第１外輪部８ａとの間に摩擦圧接により接合されている接合部９を有している。

　これによれば、外輪部８と摩擦部７との間に摩擦圧接により接合されている接合部９を有していることにより、接合部９の全面で外輪部８と摩擦部７とが金属同士で強固に結合する。このため、外輪部８と摩擦部７とが一体成形された場合と同等の磁気特性が得られる。つまり、電磁コイル１２によって発生した磁束が外輪部８から摩擦部７に磁気抵抗の少ない状態で流れる。これにより、小型で結合力が強くなり、電磁クラッチの性能が向上する。かつ重量増加を抑制でき、線膨張係数の差を考慮することに伴う部材選定の自由度が制限されることが少ない。また、その分、重量増加が抑制される。

　なお、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、第１外輪部８ａと同体の摩擦部７側にリング状の突起２１（図６と同様）を形成しても良い。突起２１に第２外輪部８ｂを当接させて摩擦圧接によりリング状の接合部９をリング状の突起２１に沿って形成してもよい。このように、突起２１に外輪部８を当接させて摩擦圧接することにより、発生した摩擦熱を突起２１に集中させ容易に摩擦圧接することができる。

　次に、上記第２実施形態においては、プーリ部３、内輪部５および摩擦部７が一体である。換言すれば、少なくとも内輪部５と、摩擦部７とは、共に磁性部材で一体に成形された一体成形体５、７よりなる。そして、少なくとも外輪部８を成す磁性環状部材（第２外輪部８ｂ）が、一体成形体５、７に接合部９で固着されている。

　これによれば、一体成形体５、７と第２外輪部８ｂとの２部材間で相対的に回転差と圧接力と成る推力を作用させることができる。そして、２部材間に位置する接合部９に摩擦熱を発生させ、摩擦圧接による接合を容易に行うことができる。

　（第３実施形態）
　次に、発明の第３実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる部分を説明する。図１３は、発明の第３実施形態に係る電磁クラッチの一部を示す。この第３実施形態は、図１３のように、摩擦圧接による接合面がテーパーとなっている構成である。摩擦圧接による接合面がテーパーとなっているため、接合部９の面積を広くすることができる。

　（第３実施形態の作用効果）
　上記第３実施形態においては、第１実施形態と同様に、電磁力により一方側部材から他方側部材に回転力を伝達する電磁クラッチであって、内周にベアリング４を保持する円筒形の内輪部５と、内輪部５から径方向に延在した摩擦面６を有する摩擦部７とを備える。かつ、内輪部５の周囲に被せられて配置され、摩擦部７に接合された円筒形の外輪部８と、摩擦部７と一体に形成され一方側部材を成すプーリ部３とを備える。

　また、内輪部５の外周と外輪部８の内周とに挟まれて配置された電磁コイル１２（図１３では省略されている）と、電磁コイル１２が発生する電磁力により摩擦部７に吸着され他方側部材を成すアーマチュア１３とを備える。その上で、外輪部８と摩擦部７との間に摩擦圧接により接合されている接合部９を有している。特には、外輪部８と摩擦部７の傾斜面との間に摩擦圧接により接合されている接合部９を有している。

　なお、第３実施形態においても第１実施形態と同様に、摩擦部７の傾斜面の一部にリング状の突起２１を形成しても良い。突起２１に外輪部８を当接させて摩擦圧接によりリング状の接合部９を傾斜したリング状の突起２１に沿って形成してもよい。このように、突起２１に外輪部８を当接させて摩擦圧接することにより、発生した摩擦熱を突起２１に集中させ容易に摩擦圧接することができる。

　次に、上記第３実施形態においては、プーリ部３、内輪部５および摩擦部７が一体である。換言すれば、少なくとも内輪部５と、摩擦部７とは、共に磁性部材で一体に成形された一体成形体５、７よりなる。そして、少なくとも外輪部８を成す磁性環状部材が、一体成形体５、７に接合部９で固着されている。

　これによれば、一体成形体５、７と外輪部８との２部材間で相対的に回転差と圧接力と成る推力を作用させることができる。そして、２部材間に位置する接合部９に摩擦熱を発生させ、摩擦圧接による接合を容易に行うことができる。

　（第４実施形態）
　次に、発明の第４実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる部分を説明する。図１４は、発明の第４実施形態に係る電磁クラッチに用いる外輪部８を成す金属リングを示している。図１５は図３と同様に第４実施形態の電磁クラッチのロータを図２の矢印ＩＩＩ方向から見て示している。

　図１４において、外輪部８は、連続した環状部材ではなく、帯状部材を断面Ｃ字形のリングに成形して接合した部材を用いて構成されている。帯状部材を丸めて接合しているため切れ目２３が存在する。この構成では、成形の際、部材同士が凹部２４と凸部２５とで、図１４のように噛み合う形状とすると、外輪部８の剛性が向上するため望ましい。

　連続した環状部材の場合は、パイプ材料を切断して形成する必要があるが、図１４の構成によれば、帯状材料を丸く加工して外輪部８を構成できる。帯状材料は、連続した環状部材より安価であり、成形コストを含めてもコストダウンとなる。

　図１５においても、帯状部材を断面Ｃ字形のリングに成形して接合した部材を用いて構成した外輪部８に、切れ目２３が一箇所存在する。磁束の流れは、図１５の紙面に垂直方向であるため、この切れ目が性能の低下に繋がることが少ない。

　（第４実施形態の作用効果）
　上記第４実施形態においては、外輪部８は、帯状部材を丸めて環状に接合した断面Ｃ字形成形体から成る。これによれば、パイプ部材を切断して外輪部を形成する場合に比し、任意の外径を有する外輪部８を容易に製造することができる。

　（第５実施形態）
　次に、発明の第５実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる部分を説明する。図１６は、発明の第５実施形態に係る電磁クラッチの一部を示す。この第５実施形態は、摩擦圧接時のバリ２２を、ステータ１１の配置に影響を与えない箇所に配置し、バリ２２を除去する工程を省略できるロータの構成としたものである。

　そのために、図１６のように、摩擦部７の板厚を内輪部５から外輪部８に至る段階で薄くし、その板厚差の中にバリ２２を収めるための軸方向に延在するスペースを確保する構成としている。これにより、摩擦圧接後のバリ２２を除去する工程が省略できる。

　（第５実施形態の作用効果）
　第５実施形態においては、バリ２２と固定子との干渉を回避するように、外輪部８のバリ２２に隣接する部分にバリ２２を収納する軸方向に延在する隙間９ｇを形成している。隙間９ｇは、摩擦部７と固定子との間の軸方向の距離を大きくするように摩擦部７を形成することによって提供されている。これによれば、バリ２２と電磁コイル１２との間に充分な隙間９ｇが形成され、バリ２２が電磁コイル１２に当接して電磁コイル１２が外輪部８と内輪部５との間の正しい位置に収納し難い等の不具合が回避できる。

　（第６実施形態）
　次に、発明の第６実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる部分を説明する。図１７は、発明の第６実施形態に係る電磁クラッチの一部縦断面図を示す。この第６実施形態は、外輪部８における接合部９側の径を一部大きく膨出させ、径方向にバリ２２を逃がす隙間９ｇを確保する構造としている。これにより、摩擦圧接後のバリ２２を除去する工程が省略できる。

　（第６実施形態の作用効果）
　上記第６実施形態においては、バリ２２と固定子との干渉を回避するように、外輪部８のバリ２２に隣接する部分が径方向に膨出している。隙間９ｇは、接合部９と固定子との間の径方向の距離を大きくするように外輪部８を形成することによって提供されている。これによれば、バリ２２と電磁コイル１２との間に充分な径方向の隙間９ｇが形成され、バリ２２が電磁コイル１２に当接して電磁コイル１２が外輪部８と内輪部５との間の正しい位置に収納し難い等の不具合が回避できる。

　（第７実施形態）
　次に、発明の第７実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる部分を説明する。図１８は、発明の第７実施形態に係る電磁クラッチの一部縦断面図を示す。この第７実施形態は、内輪部５および摩擦部７を磁性部材として一体に成形している。また、外輪部８およびプーリ部３を一体成形した磁性環状部材とし、両者を摩擦圧接にて接合部９にて結合したロータの構成としたものである。

　この第７実施形態においては、内輪部５側を固定し、プーリ部３と一体となった外輪部８を摩擦圧接機で回転させて、摩擦圧接を行う。勿論、逆に内輪部５側を回転させ、プーリ部３と一体となった外輪部８を固定して摩擦圧接を行うことも可能である。

　（第７実施形態の作用効果）
　上記第７実施形態においては、第１実施形態と同様に、電磁力により一方側部材から他方側部材に回転力を伝達する電磁クラッチであって、内周にベアリング４を保持する円筒形の内輪部５と、内輪部５から径方向に延在した摩擦面６を有する摩擦部７とを備える。かつ、内輪部５の周囲に被せられて配置され、摩擦部７に接合された円筒形の外輪部８と、摩擦部７または外輪部８と一体に形成され一方側部材を成すプーリ部３とを備える。

　また、内輪部５の外周と外輪部８の内周とに挟まれて配置された電磁コイル１２（図１と同様）と、電磁コイル１２が発生する電磁力により摩擦部７に吸着され他方側部材を成すアーマチュア１３とを備える。その上で、外輪部８と摩擦部７との間に摩擦圧接により接合されている接合部９を有している。特には、外輪部８をプーリ部３と同体に形成し、摩擦部７と内輪部５とを同体に構成し、摩擦部７と外輪部８との間に摩擦圧接により接合されている接合部９を有している。

　なお、第７実施形態においても第１実施形態と同様に、摩擦部７側にリング状の突起２１（図６と同様）を形成しても良い。突起２１に第２外輪部８ｂを当接させて摩擦圧接により接合部９を突起２１に沿って形成してもよい。このように、突起２１に外輪部８を当接させて摩擦圧接することにより、発生した摩擦熱を突起２１に集中させ容易に摩擦圧接することができる。

　次に、上記第７実施形態においては、プーリ部３と外輪部８とが一体であり、一方、内輪部５および摩擦部７が一体である。換言すれば、少なくとも内輪部５と、摩擦部７とは、共に磁性部材で一体に成形された一体成形体５、７よりなる。そして、少なくとも外輪部８を成す磁性環状部材が、一体成形体５、７に接合部９で固着されている。

　（他の実施形態）
　上述の実施形態では、発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものである。

　非磁性体の一例として円弧状孔またはスリット内の空気を示したが、銅、アルミニウムなど他の非磁性体金属や、用途に応じては非磁性体樹脂を充填して用いても良い。

　上記実施形態では、冷媒を圧縮する圧縮機に用いられる電磁クラッチを例に示したが、発明は、スーパーチャージャや自動変速機など、動力の伝達および遮断を行う全ての車両内に用いる電磁クラッチまたは汎用機械の電磁クラッチに適用可能なものである。

　更に、たとえば、図２において、内輪部５と摩擦部７とを含む一体成形体および外輪部８を含む磁性環状部材を、共に表面処理鋼板から構成しても良い。図２のごとき電磁クラッチ用のロータは耐食性が求められ、その防錆処理の方法としては主に塗装があげられる。

　しかし、従来技術においては、塗膜が大きい磁気抵抗とならないよう、一体成形体に外輪部を塑性結合等の工法により接合した後に、塗装を実施する必要があった。一方、表面処理鋼板を使用する上記構成においては、摩擦圧接時に接合部９の表面処理層等の不純物がバリ２２等として除去される。

　従って、これを利用し、ロータを構成する部材に表面処理鋼板を採用することが可能である。表面処理層は圧接時にバリ２２等として除去されるため磁気抵抗増加の要因にならない。これによる作用効果としては、表面処理鋼板は、部材そのものに防錆効果があるため、塗装等の防錆処理の工程が省略できることがあげられる。

　また、摩擦圧接の加熱およびその後の冷却時は、真空中あるいは不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気中で行っても良い。

　更に、摩擦接合される箇所に交番磁界を作用させ、低周波誘導加熱しながら摩擦接合しても良い。

　加えて、図６においては、プレスで円弧状孔１６ａ、１６ｂを打ち抜いてから摩擦接合したが、先に摩擦接合した後にプレスで円弧状孔１６ａ、１６ｂを打ち抜いても良い。この場合は、円弧状孔１６ａ、１６ｂが無い状態で摩擦接合されるため、摩擦接合時に発生する高熱が均一に放散され局部的な熱ひずみが生じ難い。

　なお、上記実施形態においては、摩擦接合によって発生するバリは、製品として残存させたが、切削等により削除しても良い。特に、電磁コイルと干渉する側のバリ部分を削除しても良い。

　更に、摩擦圧接するときに発生する摩擦熱の逃げる状態を考慮し、特定の部位が高温に成ることが無いように、摩擦接合中の熱バランスを考慮する必要がある。この熱バランスを調整するために、強度が許す限り、熱が伝わる部材の肉厚を調整したり溝や孔を形成したりしても良い。換言すれば、摩擦圧接中の熱の逃げ方を考慮して、各部の発熱状態を調整する必要がある。例えば、一方の材料が著しく高温に成って溶けることが無いようにしなければならない。

　上記実施形態においては、１ｍｍ程度のリング状の突起２１（図６）を設けたが、この突起２１は必須のものではない。逆に、リング状の凹部を形成して、この凹部の中で摩擦接合し、凹部の中にバリが収納されるようにして、バリと電磁コイルとの干渉を防止しても良い。

Claims

　電磁力により一方側部材から他方側部材に回転力を伝達する電磁クラッチであって、
　内周にベアリング（４）を保持する円筒形の内輪部（５）と、
　前記内輪部（５）から径方向に延在した摩擦面（６）を有する摩擦部（７）と、
　前記内輪部（５）の周囲に被せられて配置され、前記摩擦部（７）に接合された円筒形の外輪部（８）と、
　前記摩擦部（７）または前記外輪部（８）と一体に形成され前記一方側部材を成すプーリ部（３）と、
　前記内輪部（５）の外周と前記外輪部（８）の内周との間に配置された電磁コイル（１２）を含む固定子（１１、１２、１５）と、
　前記電磁コイル（１２）が発生する電磁力により前記摩擦部（７）に吸着され前記他方側部材を成すアーマチュア（１３）と、を有し、
　前記外輪部（８）が前記摩擦部（７）に摩擦圧接で形成された接合部（９）により接合されていることを特徴とする電磁クラッチ。
　少なくとも前記内輪部（５）と、前記摩擦部（７）とは、共に磁性部材で一体に成形された一体成形体（５、７）よりなり、
　少なくとも前記外輪部（８）を成す磁性環状部材が、前記一体成形体（５、７）に前記接合部（９）で接合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。
　前記摩擦部（７）にリング状の突起（２１）が形成されており、前記接合部（９）が、前記突起（２１）に前記外輪部（８）を当接させて前記摩擦圧接により形成され、前記突起（２１）に沿ってリング状に延在していることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁クラッチ。
　前記接合部（９）の外周側および内周側に前記摩擦圧接により形成されたバリ（２２）を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電磁クラッチ。
　前記バリ（２２）が前記固定子（１１、１２、１５）に干渉しないように、前記電磁コイル（１２）に隣接する部分に前記バリ（２２）を収納する軸方向または径方向に延在する隙間（９ｇ）を形成したことを特徴とする請求項４に記載の電磁クラッチ。
　前記外輪部（８）の前記バリ（２２）に隣接する部分が径方向に膨出し前記隙間（９ｇ）を形成していることを特徴とする請求項５に記載の電磁クラッチ。
　前記摩擦部（７）と前記固定子（１１、１２、１５）との間に前記隙間（９ｇ）を形成したことを特徴とする請求項５に記載の電磁クラッチ。
　少なくとも前記内輪部（５）と前記摩擦部（７）とを含む磁性部材、および、前記外輪部（８）を含む磁性環状部材を、共に表面処理鋼板で形成したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の電磁クラッチ。
　前記外輪部（８）は、帯状部材を丸めて環状に接合した断面Ｃ字形成形体から成ることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の電磁クラッチ。