WO2016190275A1

WO2016190275A1 - クラッチ

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Publication number: WO2016190275A1
Application number: PCT/JP2016/065149
Authority: WO
Inventors: 洋介山上; 裕貴松本; 上田　元彦; 昌史鳥羽山; 聡川上
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: US20180058516A1; CN107614914A; DE112016002404T5; CN107614914B; JPWO2016190275A1; JP6477873B2

Abstract

　クラッチは、鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータと、鉄鋼材料を母材とし、磁力によってロータに吸着されることにより、回転駆動力が伝達されるアーマチャ（２０）とを備える。アーマチャは、アーマチャがロータに吸着された際に相手側と接触する接触面（２０ａ）を含む接触面側領域（４２）を有する。接触面側領域は、接触面にて開口する複数の孔（４２ａ）を有するとともに、母材の一部の窒化反応によって母材中の元素の窒化化合物が生成しており、母材における窒化反応の未反応部分（４５）よりも硬質である。

Description

クラッチ

関連出願への相互参照

　本出願は、２０１５年５月２８日に出願された日本特許出願番号２０１５－１０８８２７号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。

　本開示は、クラッチに関するものである。

　乾式の電磁クラッチにおいて、切削加工や研磨加工によって、アーマチャの摩擦面およびロータの摩擦面が形成されたばかりの初期状態の摩擦面は、摩擦係数が比較的小さいため、伝達トルクが小さい。しかし、トルクの伝達遮断を繰り返すと、両方の摩擦面が酸化されることで摩擦係数が増大し、伝達トルクが上昇することが一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。

　そこで、従来では、製品（すなわち、クラッチ）の出荷前に、実際にトルクの伝達遮断を繰り返し、摩擦面を酸化させて、電磁クラッチの伝達トルクを上昇させる慣らし運転を行っている。または、製品の出荷前に慣らし運転を行わず、製品の出荷後に市場で使用されている間に、慣らし運転の効果を得るようにしている。

特開２００３－３１４５８５号公報

　しかし、従来のクラッチでは、摩擦面が初期状態のときよりも伝達トルクが上昇して高い伝達トルクが安定して得られるまでには、時間が多大にかかる。

　このため、製品の出荷前に慣らし運転を行う場合では、クラッチの製造工程において、慣らし運転の時間が長くなり、クラッチの製造にかかる時間が長くなってしまう。また、慣らし運転を行わずに製品を出荷する場合では、製品の使用開始から伝達トルクが上昇して高い伝達トルクが安定して得られるまでの時間が長くなり、これが、クラッチの不具合発生の要因となってしまう。

　本開示は、短時間で、伝達トルクを上昇させて、安定した高い伝達トルクを得ることができるクラッチを提供することを目的とする。

　本開示の１つの観点によれば、クラッチは、
　鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータと、
　鉄鋼材料を母材とし、磁力によってロータに吸着されることにより、回転駆動力が伝達されるアーマチャとを備え、
　アーマチャは、アーマチャがロータに吸着された際に相手側と接触する接触面を含む接触面側領域を有し、
　接触面側領域は、接触面にて開口する複数の孔を有するとともに、母材の一部の窒化反応によって母材中の元素の窒化化合物が生成しており、母材における窒化反応の未反応部分よりも硬質である。

　本開示の別の観点によれば、クラッチは、
　鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータと、
　鉄鋼材料を母材とし、磁力によってロータに吸着されることにより、回転駆動力が伝達されるアーマチャとを備え、
　アーマチャは、アーマチャがロータに吸着された際に相手側と接触する接触面を含む接触面側領域を有し、
　接触面側領域は、接触面にて開口する複数の孔を有するとともに、母材中の元素の窒化化合物が生成しており、母材よりも硬質である。

　また、本開示のさらに別の観点によれば、クラッチは、
　鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータと、
　鉄鋼材料を母材とし、磁力によってロータに吸着されることにより、回転駆動力が伝達されるアーマチャとを備え、
　ロータは、アーマチャがロータに吸着された際に相手側と接触する接触面を含む接触面側領域を有し、
　接触面側領域は、接触面にて開口する複数の孔を有するとともに、母材の一部の窒化反応によって母材中の元素の窒化化合物が生成しており、母材における窒化反応の未反応部分よりも硬質である。

　本開示のさらに別の観点によれば、クラッチは、
　鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータと、
　鉄鋼材料を母材とし、磁力によってロータに吸着されることにより、回転駆動力が伝達されるアーマチャとを備え、
　ロータは、アーマチャがロータに吸着された際に相手側と接触する接触面を含む接触面側領域を有し、
　接触面側領域は、接触面にて開口する複数の孔を有するとともに、母材中の元素の窒化化合物が生成しており、母材よりも硬質である。

　本開示のクラッチでは、アーマチャとロータの脱着（すなわち、トルクの伝達と遮断）の繰り返しにより、接触面側領域が摩耗して硬質な摩耗粉が生成し、生成した摩耗粉が接触面側領域の孔の内部に保持される。このため、吸着時（すなわち、トルクの伝達時）のアーマチャとロータの真実接触面積が向上するとともに、硬質な摩耗粉がアーマチャの接触面とロータの接触面の間に介在することで、摩擦抵抗が向上する。よって、本開示のクラッチによれば、トルクの伝達と遮断の開始から短時間で、両接触面が初期状態のときの伝達トルクよりも、伝達トルクを上昇させて、安定した高い伝達トルクを得ることができる。

　また、本開示のクラッチにおける接触面側領域は、母材の一部が窒化反応することによって母材中の元素の窒化化合物が生成している領域であり、アーマチャまたはロータの一部分である。このため、本開示のクラッチと異なり、接触面側領域に相当する部材を接触面に接合する場合と比較して、部品点数を減らすことができる。

　本開示のさらに別の観点によれば、鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータと、鉄鋼材料を母材とし、磁力によってロータに吸着されることにより、回転駆動力が伝達されるアーマチャとを備えたクラッチの製造方法は、
　母材に対する機械加工によって、アーマチャがロータに吸着された際に相手側と接触する接触面を有するアーマチャを形成する加工工程と、
　加工工程後に、アーマチャの少なくとも接触面に対して軟窒化処理を施すことによって、接触面にて開口する複数の孔を有するとともに、母材よりも硬質である接触面側領域を形成する軟窒化工程と、
　軟窒化工程後に、アーマチャの表面のうち少なくとも接触面を除く領域に対して防錆処理を施して防錆膜を形成する防錆工程とを備える。

　ここで、軟窒化処理によって形成された接触面側領域は、母材中の元素の窒化化合物が生成しているとともに、母材における窒化反応の未反応部分よりも硬質な層である。したがって、このクラッチの製造方法によれば、本開示のクラッチを製造することができる。

　また、一般的に、軟窒化処理での加熱温度は５５０～６００℃である。一般的な防錆処理で形成される防錆膜は、この軟窒化処理の加熱温度で消失または劣化してしまう。このため、軟窒化工程を防錆工程の後に行うと、防錆膜が消失または劣化し、クラッチの高い耐食性を確保することができなくなってしまう。

　そこで、軟窒化工程を防錆工程の前に実施することで、軟窒化処理による防錆膜の消失または劣化を回避でき、クラッチの高い耐食性を確保できる。

　本開示のさらに別の観点によれば、
　加工工程は、アーマチャの形状にプレス成型された母材の表面を削ることによってアーマチャの接触面を形成する仕上げ工程を有する。

　軟窒化工程の後に、仕上げ工程を行うと、軟窒化工程で形成された多孔質の接触面側領域が削られて消失してしまう。そこで、仕上げ工程を有する加工工程の後に、軟窒化工程を実施することで、仕上げ工程によって多孔質の接触面側領域が消失することを回避できる。

　したがって、このクラッチの製造方法によれば、アーマチャの接触面に多孔質の接触面側領域が形成され、アーマチャの接触面を除く領域の表面に防錆膜が形成されたクラッチを製造することができる。

　本開示のさらに別の観点によれば、鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータと、鉄鋼材料を母材とし、磁力によってロータに吸着されることにより、回転駆動力が伝達されるアーマチャとを備えたクラッチの製造方法は、
　母材に対する機械加工によって、アーマチャがロータに吸着された際に相手側と接触する接触面を有するロータを形成する加工工程と、
　加工工程後に、ロータの少なくとも接触面に対して軟窒化処理を施すことによって、接触面にて開口する複数の孔を有するとともに、母材よりも硬質である接触面側領域を形成する軟窒化工程と、
　軟窒化工程後に、ロータの表面のうち少なくとも接触面を除く領域に対して防錆処理を施して防錆膜を形成する防錆工程とを備える。

　本開示のさらに別の観点によれば、
　加工工程は、ロータの形状にプレス成型された母材の表面を削ることによってロータの接触面を形成する仕上げ工程を有する。

　したがって、このクラッチの製造方法によれば、ロータの接触面に多孔質の接触面側領域が形成され、ロータの接触面を除く領域の表面に防錆膜が形成されたクラッチを製造することができる。

第１実施形態における電磁クラッチの断面構成を示す図である。図１中のアーマチャの領域IIの拡大断面図である。図２中の白層と化合物層の拡大図である。第１実施形態におけるアーマチャの製造工程を示す図である。クラッチ使用時におけるアーマチャの摩擦面の拡大断面図である。本実施形態の電磁クラッチと比較例１の電磁クラッチの伝達トルクの評価結果を示す図である。比較例１におけるアーマチャの製造工程を示す図である。他の実施形態におけるロータの拡大断面図である。図８中の白層と化合物層の拡大図である。他の実施形態におけるロータの製造工程を示す図である。クラッチ使用時におけるロータの摩擦面の拡大断面図である。

　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

　（第１実施形態）
　図１に示す第１実施形態の電磁クラッチ１は、車両走行用駆動力を出力する駆動源としてのエンジンから回転駆動力を得て、圧縮機構を回転駆動させる圧縮機２の駆動機構に使用されるものである。したがって、本実施形態では、エンジンが駆動源であり、圧縮機２が従動側機器である。

　圧縮機２は、冷媒を吸入して圧縮するものである。圧縮機２は、圧縮機２からの吐出冷媒を放熱させる放熱器、放熱器からの流出冷媒を減圧膨張させる膨張弁、および、膨張弁にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器とともに、車両用空調装置の冷凍サイクル装置を構成する。

　電磁クラッチ１は、エンジンからの回転駆動力を受けた際に回転中心線Ｏを中心に回転する駆動側回転体を構成するロータ１０と、圧縮機２の回転軸２ａに連結された従動側回転体を構成するアーマチャ２０とを有する。このロータ１０とアーマチャ２０とを連結したり、切り離したりすることで、エンジンから圧縮機２への回転駆動力（すなわち、トルク）の伝達を断続する。なお、図１は、ロータ１０とアーマチャ２０とを互いに切り離した状態を示している。

　つまり、電磁クラッチ１がロータ１０とアーマチャ２０とを連結すると、エンジンの回転駆動力が圧縮機２に伝達されて、冷凍サイクル装置が作動する。一方、電磁クラッチ１がロータ１０とアーマチャ２０とを切り離すと、エンジンの回転駆動力が圧縮機２に伝達されることはなく、冷凍サイクル装置も作動しない。なお、電磁クラッチ１は、冷凍サイクル装置の各種構成機器の作動を制御する空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　以下、電磁クラッチ１の具体的な構成について説明する。図１に示すように、電磁クラッチ１は、ロータ１０、アーマチャ２０およびステータ３０を備えている。

　ロータ１０は、アーマチャ２０から離れた側である反アーマチャ２０側が開口した断面Ｕ字形状の二重円筒構造である。すなわち、ロータ１０は、外側円筒部１１と、この外側円筒部１１の内周側に配置される内側円筒部１２と、外側円筒部１１および内側円筒部１２のアーマチャ２０側の端部同士を結ぶように回転中心線Ｏに直交する方向に広がる端面部１３とを有している。外側円筒部１１、内側円筒部１２および端面部１３は、炭素含有量が０．３％以下である低炭素鋼、例えば、Ｓ１２Ｃで構成されている。

　外側円筒部１１および内側円筒部１２は、圧縮機２の回転軸２ａに対して同軸上に配置されている。すなわち、図１に示す回転中心線Ｏは、外側円筒部１１および内側円筒部１２の回転中心線であるとともに、回転軸２ａの回転中心線でもある。外側円筒部１１の外周側には、プーリ部１４が接合されている。プーリ部１４は、Ｖベルトが掛けられるＶ溝１４ａが形成されている。内側円筒部１２の内周側には、ボールベアリング１５の外側レースが固定されている。

　ボールベアリング１５は、圧縮機２の外殻を形成するハウジングに対して、ロータ１０を回転自在に固定するものである。そのため、ボールベアリング１５の内側レースは、圧縮機２のハウジングに設けられたハウジングボス部２ｂに固定されている。

　端面部１３は、アーマチャ２０に対向する壁部である。端面部１３は、アーマチャ２０側の一面１３ａと反アーマチャ側の他面１３ｂとを有している。換言すると、端面部１３は、回転中心線Ｏの軸線方向における一側と他側にそれぞれ配置された一面１３ａと他面１３ｂを有する。一面１３ａおよび他面１３ｂは、軸線方向に直交する方向にそれぞれ延設されている。端面部１３の一面１３ａは、アーマチャ２０に対向しており、アーマチャ２０がロータ１０に連結された際に、相手側であるアーマチャ２０と接触する接触面１３ａとなる。なお、接触面１３ａは、アーマチャ２０と接触して摩擦が生じる摩擦面でもある。以下では、端面部１３の一面１３ａを摩擦面１３ａと呼ぶ。

　端面部１３の摩擦面１３ａには、磁束流れを遮断する断磁スリット１３ｃ、１３ｄが形成されている。本実施形態では、複数の円弧状の断磁スリット１３ｃ、１３ｄが径方向に並んで形成されている。断磁スリット１３ｃ、１３ｄは、断磁スリット形成部１３ｃ１、１３ｄ１によって構成されている。この断磁スリット１３ｃ、１３ｄは、摩擦面１３ａからその反対側の他面１３ｂまで軸線方向で端面部１３を貫通している。

　アーマチャ２０は、ロータ１０と同様に、低炭素鋼、例えば、Ｓ１２Ｃで構成されている。アーマチャ２０は、回転中心線Ｏに直交する方向に広がるとともに、中心部にその表裏を軸線方向に貫通する貫通穴が形成された円盤状部材である。このアーマチャ２０の回転中心は、圧縮機２の回転軸２ａに対して同軸上に配置されている。すなわち、アーマチャ２０の回転中心線は、回転中心線Ｏと一致している。

　アーマチャ２０は、ロータ１０側の一面２０ａと反ロータ１０側の他面２０ｂとを有している。換言すると、アーマチャ２０は、回転中心線Ｏの軸線方向における一側と他側にそれぞれ配置された一面２０ａと他面２０ｂを有する。一面２０ａおよび他面２０ｂは、軸線方向に直交する方向にそれぞれ延設されている。アーマチャ２０の一面２０ａは、ロータ１０に対向しており、アーマチャ２０の一面２０ａは、アーマチャ２０がロータ１０に連結された際に、相手側であるロータ１０と接触する接触面２０ａとなる。なお、接触面２０ａは、ロータ１０と接触して摩擦が生じる摩擦面でもある。以下では、アーマチャ２０の一面２０ａを摩擦面２０ａと呼ぶ。

　アーマチャ２０の摩擦面２０ａには、ロータ１０の端面部１３と同様に、断磁スリット２０ｃが形成されている。本実施形態では、断磁スリット２０ｃは、円弧状に複数形成されている。断磁スリット２０ｃは、断磁スリット形成部２０ｃ１によって構成されている。この断磁スリット２０ｃは、摩擦面２０ａからその反対側の他面２０ｂまで軸線方向でアーマチャ２０を貫通している。断磁スリット２０ｃは、端面部１３の径方向内側の断磁スリット１３ｃと端面部１３の径方向外側の断磁スリット１３ｄとの間に位置付けられている。

　さらに、アーマチャ２０の他面２０ｂには、略円盤状のアウターハブ２１が固定されている。アウターハブ２１は、後述するインナーハブ２２とともに、アーマチャ２０と圧縮機２の回転軸２ａとを連結する連結部材を構成している。アウターハブ２１とインナーハブ２２は、それぞれ回転中心線Ｏの軸線方向に延びる円筒部２１ａ、２２ａを有している。アウターハブ２１の円筒部２１ａの内周面およびインナーハブ２２の円筒部２２ａの外周面には、円筒状のゴム２３が加硫接着されている。ゴム２３は、弾性材料（すなわち、エラストマー）からなる弾性部材である。

　さらに、インナーハブ２２は、圧縮機２の回転軸２ａに設けられたネジ穴にボルト２４によって締め付けられることによって固定されている。すなわち、インナーハブ２２は圧縮機２の回転軸２ａに連結可能に構成されている。

　これにより、アーマチャ２０、アウターハブ２１、ゴム２３、インナーハブ２２、および圧縮機２の回転軸２ａが連結される。そして、ロータ１０とアーマチャ２０が連結されると、アーマチャ２０、アウターハブ２１、ゴム２３、インナーハブ２２、および圧縮機２の回転軸２ａがロータ１０とともに回転する。

　また、ゴム２３は、アウターハブ２１に対してロータ１０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、ロータ１０とアーマチャ２０が切り離された状態では、アウターハブ２１に連結されたアーマチャ２０の摩擦面２０ａとロータ１０の摩擦面１３ａとの間に予め定めた所定間隔の隙間が形成される。

　ステータ３０は、ロータ１０の外側円筒部１１、内側円筒部１２および端面部１３によって囲まれたロータ１０の内部空間に配置されている。このため、ステータ３０は、端面部１３の他面１３ｂに対向している。ステータ３０は、鉄等の磁性体で構成されており、内部に電磁コイル３５を収納している。

　ステータ３０は、端面部１３側に開口部３０ａを有する断面Ｕ字形状の二重円筒構造である。具体的には、ステータ３０は、外側円筒部３１と、この外側円筒部１１の内周側に配置される内側円筒部３２と、外側円筒部３１および内側円筒部３２のロータ１０の摩擦面１３ａから離れた側の端部同士を結ぶように回転中心線Ｏに直交する方向に広がる端面部３３とを有している。

　ステータ３０の内部空間には、円環状のコイルスプール３４が収容されている。コイルスプール３４はポリアミド樹脂等の樹脂材料から形成されている。コイルスプール３４上に、電磁コイル３５が巻回されている。

　さらに、ステータ３０の開口部３０ａ側に、電磁コイル３５を封止するポリアミド樹脂等の樹脂部材３６が設けられている。これにより、ステータ３０の開口部３０ａが樹脂部材３６によって塞がれている。

　また、ステータ３０の端面部３３の外側（図１の右側）には、ステータプレート３７が固定されている。このステータプレート３７を介して、ステータ３０は、圧縮機２のハウジングに固定されている。

　次に、上記構成の電磁クラッチ１の作動について説明する。電磁コイル３５の通電時では、図１中の一点鎖線で示すように、ステータ３０からロータ１０、アーマチャ２０を経てステータ３０に戻る磁気回路Ｘに磁束が流れる。これにより、ロータ１０とアーマチャ２０との間に磁力が発生する。したがって、電磁コイル３５の通電時では、電磁コイル３５が発生する磁力によって、アーマチャ２０がロータ１０の摩擦面１３ａに吸着され、ロータ１０とアーマチャ２０とが連結する。これにより、エンジンからの回転駆動力が圧縮機２へ伝達される。

　一方、電磁コイル３５の通電が遮断されると、すなわち、電磁コイル３５の非通電時では、上記した磁力が発生せず、ゴム２３の弾性力によって、アーマチャ２０がロータ１０の摩擦面１３ａから切り離される。これにより、エンジンからの回転駆動力は圧縮機２へ伝達されない。

　次に、アーマチャ２０の内部構造について説明する。

　アーマチャ２０は、低炭素鋼を母材とするものであり、この母材に対して軟窒化処理と塗装処理が順に施されている。このため、図２に示すように、アーマチャ２０は、外側から順に、塗膜４１、白層４２、化合物層４３、拡散層４４を有している。なお、図２は、摩擦面２０ａが初期状態であるアーマチャ２０の断面を示している。このため、図２では、摩擦面２０ａに塗膜４１が存在している。

　塗膜４１は、防錆を目的とした防錆膜である。塗膜４１は、合成樹脂、例えば、エポキシ樹脂系を主成分とした塗料によって形成されている。

　白層４２および化合物層４３は、どちらも、母材の一部が窒化反応することによって母材中の元素の窒化化合物が生成している層である。換言すると、白層４２および化合物層４３は、鉄と窒素と炭素を含有する組成の層であり、ε相（Fe_2-3N）およびFe₃Cが生成している層である。白層４２および化合物層４３は、白層４２の下地となる拡散層４４や母材４５よりも硬質の層、すなわち、硬度が高い層である。拡散層４４は、母材に窒素が拡散した層である。拡散層４４よりも内部が母材４５である。白層４２の厚さは数μｍ（例えば、２μｍ以上１０μｍ以下）である。化合物層４３の厚さは１０μｍ程度（例えば、８μｍ以上１５μｍ以下）である。拡散層４４の厚さは０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。

　図３に示すように、白層４２は、層の表面に多数の孔４２ａを有する多孔質層（すなわち、ポーラス層）である。化合物層４３は、多孔質ではない緻密な層である。したがって、本実施形態では、白層４２がアーマチャ２０の摩擦面２０ａを含む接触面側領域であって、摩擦面２０ａにて開口する複数の孔４２ａを有し、母材における窒化反応の未反応部分よりも硬質である接触面側領域である。また、複数の孔４２ａは、後述するように、ロータ１０とアーマチャ２０の脱着による、接触面側領域の摩耗によって生成される粉４２ｂを、孔４２ａの内部に保持することが可能な孔である。なお、図３は、摩擦面２０ａが塗膜４１を消失した状態であるアーマチャ２０の摩擦面２０ａ付近の断面図を示している。

　本実施形態では、白層４２は、鉄と窒素と炭素を含有する組成であって、具体的には、Fe_2-3NおよびFe₃Cが生成している層であったが、母材４５よりも硬質であって、多孔質であれば、他の組成であってもよい。例えば、白層４２が、炭素を含まず、鉄と窒素を含有する組成であってもよい。また、白層４２に、母材中のＦｅ以外の元素の窒化物が生成していてもよい。

　また、本実施形態では、図２に示すように、アーマチャ２０の表面全域に白層４２が形成されているが、アーマチャ２０の表面のうち少なくとも摩擦面２０ａに、白層４２が形成されていればよい。また、摩擦面２０ａの全域に白層４２が形成されていることが好ましいが、摩擦面２０ａの全域に限らず、摩擦面２０ａの一部の領域に白層４２が形成されていてもよい。

　次に、本実施形態の電磁クラッチ１の製造方法について説明する。電磁クラッチ１は、上記したロータ１０、アーマチャ２０等の電磁クラッチ１の各構成部品を組み付けることで製造される。本実施形態では、図４に示すように、プレス成型工程、摩擦面仕上げ工程、軟窒化工程、塗装工程を経ることで、アーマチャ２０を製造した後、組み付け工程を行う。

　プレス成型工程では、母材をプレス成型してアーマチャ２０の形状とする。摩擦面仕上げ工程では、切削や研磨等によって、アーマチャ２０の形状にプレス成型された母材の表面側部分を削って平滑化して、アーマチャ２０の摩擦面２０ａを形成する。このように、プレス成型工程および摩擦面仕上げ工程を含む機械加工工程によって、摩擦面２０ａを有するアーマチャ２０を形成する。

　軟窒化工程では、摩擦面仕上げ工程後のアーマチャ２０の摩擦面２０ａに対して、軟窒化処理を施す。本実施形態では、軟窒化処理として、塩浴軟窒化を行う。塩浴軟窒化処理としては、一般的な処理方法を採用することができる。この軟窒化処理の加熱温度は５５０～６００℃程度である。

　これにより、アーマチャ２０の摩擦面２０ａの表層に、図３に示す構造を有する白層４２、化合物層４３を形成する。このとき、アーマチャ２０の内部の母材に窒素が拡散するため、アーマチャ２０の内部の母材を拡散層という。本実施形態では、上述の通り、アーマチャ２０の表面全域に白層４２、化合物層４３を形成している。

　塗装工程では、アーマチャ２０の表面のうち少なくとも摩擦面２０ａを除く領域に対して、防錆処理として塗装処理を行う。これにより、アーマチャ２０の表面のうち摩擦面２０ａを除く領域において、アーマチャ２０の最表層に塗膜４１を形成する。本実施形態では、図２に示すように、上述の通り、アーマチャ２０の表面全域に、塗膜４１を形成している。

　組み付け工程では、塗装処理後のアーマチャ２０とハブ２１、２２等を組み付ける。さらに、アーマチャ２０およびロータ１０等を圧縮機２に組み付ける。

　その後、図示しない慣らし運転を行う。慣らし運転では、電磁コイル３５の通電と非通電、すなわち、電磁クラッチ１のオンとオフとが繰り返される。換言すると、アーマチャ２０とロータ１０の脱着が繰り返される。これにより、アーマチャ２０の摩擦面２０ａの塗膜４１が除去される。さらに、アーマチャ２０の摩擦面２０ａおよびロータ１０の摩擦面１３ａが酸化されて、伝達トルクが上昇する。このようにして、図１に示す構造の電磁クラッチ１が製造される。

　なお、本実施形態では、アーマチャ２０およびロータ１０等を圧縮機２に組み付けた後に慣らし運転を行ったが、アーマチャ２０およびロータ１０等を圧縮機２とは別の回転体に組み付けて慣らし運転を行ってもよい。この場合、慣らし運転後に、アーマチャ２０およびロータ１０等を圧縮機２に組み付ける。

　次に、本実施形態の効果について説明する。

　（１）本実施形態では、アーマチャ２０の摩擦面２０ａの表層（すなわち、表面側部分）に、多孔質の白層４２が形成されている。

　このため、慣らし運転を開始すると、アーマチャ２０とロータ１０の脱着の繰り返しにより、アーマチャ２０の摩擦面２０ａの白層４２が摩耗して硬質な摩耗粉が生成する。そして、図５に示すように、生成した硬質な摩耗粉４２ｂが、白層４２の孔４２ａの内部にトラップ（すなわち、保持）される。

　これにより、吸着時のアーマチャ２０とロータ１０の真実接触面積が向上するとともに、硬質な摩耗粉４２ｂがアーマチャ２０の摩擦面２０ａとロータ１０の摩擦面１３ａの間に介在することで、摩擦抵抗が向上する。この結果、慣らし運転の開始から短時間で、両摩擦面２０ａ、１０ａが初期状態のときよりも伝達トルクを上昇させて、安定した高い伝達トルクを得ることができる。よって、本実施形態によれば、慣らし運転にかかる時間を短縮でき、クラッチの製造にかかる時間を短縮できる。

　ここで、図６に、本実施形態の電磁クラッチ１と比較例１の電磁クラッチの伝達トルクの評価結果を示す。図６は、ロータ１０を回転させながらロータ１０とアーマチャ２０の断続（すなわち、接触と非接触）を繰り返したときの伝達トルクの測定結果である。比較例１の電磁クラッチは、アーマチャ２０が軟窒化処理されていない点が、本実施形態と異なるものであり、その他の構成は、本実施形態と同じである。また、比較例１の電磁クラッチは、後述する図７に示す手順で、アーマチャ２０を製造して組み付けたものであり、従来の電磁クラッチに相当する。

　図６の縦軸は伝達トルク比率を示し、横軸は断続回数（すなわち、接触回数）を示している。伝達トルク比率とは、比較例１の電磁クラッチの断続回数が０回の時点の伝達トルクの大きさを１としたときの伝達トルクの比率である。また、この評価試験では、伝達トルクの測定時の接触荷重を３０００Ｎとし、断続時のロータ回転数を１０００ｒｐｍ、接触荷重を４０００Ｎとした。

　図６において、伝達トルク比率が２となる断続回数を見ると、比較例１の電磁クラッチでは、断続回数が２０００回になっても、伝達トルク比率が２に到達していない。これに対して、本実施形態の電磁クラッチ１では、断続回数が約５００回で伝達トルク比率が２に到達している。この結果より、本実施形態の電磁クラッチ１によれば、慣らし運転の開始から短時間で、両摩擦面２０ａ、１０ａが初期状態のときよりも伝達トルクを上昇させて、安定した高い伝達トルクが得られることがわかる。

　なお、本実施形態では、電磁クラッチ１の製造工程中に慣らし運転を行っていたが、電磁クラッチ１の製造工程中に慣らし運転を行わなくてもよい。この場合、市場での電磁クラッチ１の初期の使用が、上記した慣らし運転に相当する。この場合においても、電磁クラッチ１の使用開始から短時間で、両摩擦面２０ａ、１３ａが初期状態のときよりも伝達トルクを上昇させて、安定した高い伝達トルクを得ることができる。

　（２）アーマチャ２０の白層４２は、アーマチャ２０を構成する母材が軟窒化処理されて形成された層である。すなわち、白層４２は、アーマチャ２０を構成する母材の一部が窒化反応して母材中の元素の窒化化合物が生成している層である。このため、本実施形態と異なり、白層４２に相当する部材を、アーマチャ２０の摩擦面２０ａに接合する場合と比較して、部品点数を減らすことができる。

　（３）本実施形態では、図４に示す手順で、アーマチャ２０を製造して他の構成部品とともに圧縮機２に組み付けている。これにより、下記の通り、高いトルク伝達性と高い耐食性の両方が得られる。

　ここで、従来の電磁クラッチは、一般的に、図７に示すように、プレス成型工程、塗装工程、組み付け工程、摩擦面仕上げ工程を順に経ることで製造されていた。なお、図７中の組み付け工程では、アーマチャ２０とハブ２１、２２等の組み付けを行う。

　このため、図７に示す従来の電磁クラッチの製造工程に対して、上記した軟窒化工程を追加しようとすると、摩擦面仕上げ工程の後に、軟窒化工程を追加することが考えられる。しかし、この場合、塗膜４１が形成されたアーマチャ２０に対して、軟窒化処理を施すことになるため、軟窒化処理での加熱によって塗膜４１が消失してしまう。このため、塗膜４１による電磁クラッチ１の高い耐食性が得られなくなってしまう。

　これに対して、本実施形態によれば、軟窒化工程を塗装工程の前に実施するので、軟窒化処理による塗膜の消失を回避でき、電磁クラッチ１の高い耐食性を確保できる。

　一方、図７に示す従来の電磁クラッチの製造工程に対して、上記した軟窒化工程を追加する場合、軟窒化処理での加熱によって塗膜４１が消失するのを避けるために、プレス成型工程と塗装工程の間に、軟窒化工程を追加することが考えられる。しかし、この場合、軟窒化処理後に、摩擦面仕上げ工程を実施することになるため、摩擦面仕上げ工程で、厚さが数μｍである白層４２が削り取られてしまう。このため、白層４２による高いトルク伝達性が得られなくなってしまう。

　これに対して、本実施形態によれば、軟窒化工程を摩擦面仕上げ工程の後に実施するので、白層４２が削り取られてしまうことを回避でき、白層４２による高いトルク伝達性を得ることができる。

　（他の実施形態）
　本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、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。

　（１）アーマチャ２０とロータ１０の脱着の繰り返しによる白層４２の摩耗を抑制するために、ロータ１０の摩擦面１３ａに摩擦材を設けることが好ましい。この摩擦材としては、伝達トルク向上のために用いられる一般的な摩擦材を使用できる。

　（２）第１実施形態では、軟窒化処理として、塩浴軟窒化を行ったが、ガス軟窒化を行ってもよい。この場合、加熱温度、ガス濃度を白層４２が形成される条件に設定する。例えば、加熱温度を一般的な温度よりも高く設定したり、ガス濃度を一般的な濃度よりも高く設定したりする。これにより、ガス軟窒化によっても白層４２を形成できる。

　（３）第１実施形態では、防錆処理として、塗装処理を行ったが、他の防錆処理を行ってもよい。他の防錆処理としては、例えば、亜鉛めっき、亜鉛－ニッケルめっき等のめっき処理が挙げられる。ただし、めっき層も、軟窒化処理の加熱温度で、消失または劣化してしまう。このため、めっき処理も、軟窒化処理の後に行うことが望ましい。

　（４）第１実施形態では、プレス成型工程、摩擦面仕上げ工程、軟窒化工程、塗装工程を順に行うことで、アーマチャ２０を製造したが、各工程の間に、他の工程を行ってもよい。この場合であっても、摩擦面仕上げ工程、軟窒化工程、塗装工程を順に行うことで、第１実施形態と同じ効果が得られる。

　また、プレス成型で摩擦面が形成される場合では、摩擦面仕上げ工程を行わなくてもよい。この場合も、プレス成型、すなわち、機械加工によって摩擦面を有するアーマチャを形成する加工工程の後に、軟窒化工程、塗装工程を順に行うことで、第１実施形態と同じ効果が得られる。

　（５）第１実施形態では、軟窒化工程を摩擦面仕上げ工程の後に実施したが、白層４２が削り取られてしまうことを回避できれば、軟窒化工程を摩擦面仕上げ工程の前に実施してもよい。

　（６）第１実施形態では、アーマチャ２０の摩擦面２０ａの表層に、白層４２を形成したが、アーマチャ２０の摩擦面２０ａではなく、図８、９に示すように、ロータ１０の摩擦面１３ａの表層に、多数の孔５２ａを有する白層５２を形成してもよい。

　図８に示すロータ１０は、図２に示すアーマチャと同様に、低炭素鋼の母材に対して軟窒化処理と塗装処理が順に施されたものであり、外側から順に、塗膜５１、白層５２、化合物層５３、拡散層５４、母材５５を有している。塗膜５１、白層５２、化合物層５３、拡散層５４、母材５５は、それぞれ、図２中の塗膜４１、白層４２、化合物層４３、拡散層４４、母材４５に対応するものである。したがって、この場合では、白層５２がロータ１０の摩擦面１３ａを含む接触面側領域であって、摩擦面１３ａにて開口する複数の孔５２ａを有し、母材における窒化反応の未反応部分５５よりも硬質である接触面側領域である。また、複数の孔５２ａは、後述するように、ロータ１０とアーマチャ２０の脱着による、接触面側領域の摩耗によって生成される粉５２ｂを、孔５２ａの内部に保持することが可能な孔である。なお、図８は、摩擦面１３ａが初期状態であるロータ１０の断面を示している。このため、図８では、摩擦面１３ａに塗膜５１が存在している。また、図８に示すロータ１０は、図１０に示すように、第１実施形態で説明したアーマチャの製造方法と同様の製造方法によって製造される。

　このように、ロータ１０の摩擦面１３ａの表層（すなわち、接触面側部分）に、多孔質の白層５２が形成されている。このため、慣らし運転を開始すると、アーマチャ２０とロータ１０の脱着の繰り返しにより、白層５２が摩耗して硬質な摩耗粉が生成する。そして、図１１に示すように、生成した硬質な摩耗粉５２ｂが、白層５２の孔５２ａの内部にトラップ（すなわち、保持）される。これにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。

　なお、アーマチャ２０の摩擦面２０ａの表層とロータ１０の摩擦面１３ａの表層の両方に白層を形成してもよい。

　（７）第１実施形態では、ロータ１０、アーマチャ２０の母材として低炭素鋼を用いたが、磁性体である他の鉄鋼材料を用いてもよい。他の鉄鋼材料としては、例えば、ＳＰＨＣ（熱延圧延鋼板）、ＳＰＣＣ（冷延圧延鋼板）等が挙げられる。

　（８）上記した各実施形態では、電磁コイルが発生する磁力によって、アーマチャ２０をロータ１０に吸着させる電磁クラッチに本開示のクラッチを適用したが、永久磁石を使用するクラッチに本開示のクラッチを適用することも可能である。永久磁石を使用するクラッチは、例えば、永久磁石の磁力によって、ロータとアーマチャとの連結状態を維持するとともに、永久磁石によって形成される磁気回路に対して、永久磁石による磁束の流れ方向と同一方向または逆方向の磁束を与えるように、電磁コイルで磁束を発生させる。これにより、ロータとアーマチャの連結と遮断の切り替えが行われる。

　（９）上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

　（１０）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、構成要素等の材質、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材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

Claims

　クラッチであって、
　鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータ（１０）と、
　鉄鋼材料を母材とし、磁力によって前記ロータに吸着されることにより、前記回転駆動力が伝達されるアーマチャ（２０）とを備え、
　前記アーマチャは、前記アーマチャが前記ロータに吸着された際に相手側と接触する接触面（２０ａ）を含む接触面側領域（４２）を有し、
　前記接触面側領域は、前記接触面にて開口する複数の孔（４２ａ）を有するとともに、前記母材の一部の窒化反応によって前記母材中の元素の窒化化合物が生成しており、前記母材における前記窒化反応の未反応部分（４５）よりも硬質であるクラッチ。
　クラッチであって、
　鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータ（１０）と、
　鉄鋼材料を母材とし、磁力によって前記ロータに吸着されることにより、前記回転駆動力が伝達されるアーマチャ（２０）とを備え、
　前記アーマチャは、前記アーマチャが前記ロータに吸着された際に相手側と接触する接触面（２０ａ）を含む接触面側領域（４２）を有し、
　前記接触面側領域は、前記接触面にて開口する複数の孔（４２ａ）を有するとともに、前記母材中の元素の窒化化合物が生成しており、前記母材よりも硬質であるクラッチ。
　クラッチであって、
　鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータ（１０）と、
　鉄鋼材料を母材とし、磁力によって前記ロータに吸着されることにより、前記回転駆動力が伝達されるアーマチャ（２０）とを備え、
　前記ロータは、前記アーマチャが前記ロータに吸着された際に相手側と接触する接触面（１３ａ）を含む接触面側領域（５２）を有し、
　前記接触面側領域は、前記接触面にて開口する複数の孔（５２ａ）を有するとともに、前記母材の一部の窒化反応によって前記母材中の元素の窒化化合物が生成しており、前記母材における前記窒化反応の未反応部分（５５）よりも硬質であるクラッチ。
　クラッチであって、
　鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータ（１０）と、
　鉄鋼材料を母材とし、磁力によって前記ロータに吸着されることにより、前記回転駆動力が伝達されるアーマチャ（２０）とを備え、
　前記ロータは、前記アーマチャが前記ロータに吸着された際に相手側と接触する接触面（１３ａ）を含む接触面側領域（５２）を有し、
　前記接触面側領域は、前記接触面にて開口する複数の孔（５２ａ）を有するとともに、前記母材中の元素の窒化化合物が生成しており、前記母材よりも硬質であるクラッチ。
　前記接触面側領域は、厚さが２μｍ以上１０μｍ以下である請求項１ないし４のいずれか１つに記載のクラッチ。
　前記複数の孔は、前記ロータと前記アーマチャの脱着による、前記接触面側領域の摩耗によって生成される粉を、内部に保持することが可能な孔である請求項１ないし５のいずれか１つに記載のクラッチ。
　鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータ（１０）と、
　鉄鋼材料を母材とし、磁力によって前記ロータに吸着されることにより、前記回転駆動力が伝達されるアーマチャ（２０）とを備えたクラッチの製造方法であって、
　前記母材に対する機械加工によって、前記アーマチャが前記ロータに吸着された際に相手側と接触する接触面（２０ａ）を有する前記アーマチャを形成する加工工程と、
　前記加工工程後に、前記アーマチャの少なくとも前記接触面に対して軟窒化処理を施すことによって、前記接触面にて開口する複数の孔（４２ａ）を有するとともに、前記母材（４５）よりも硬質である接触面側領域（４２）を形成する軟窒化工程と、
　前記軟窒化工程後に、前記アーマチャの表面のうち少なくとも前記接触面を除く領域に対して防錆処理を施して防錆膜（４１）を形成する防錆工程とを備えるクラッチの製造方法。
　前記加工工程は、前記アーマチャの形状にプレス成型された前記母材の表面を削ることによって前記アーマチャの前記接触面を形成する仕上げ工程を有する請求項７に記載のクラッチの製造方法。
　鉄鋼材料を母材とし、駆動源からの回転駆動力を受けて回転するロータ（１０）と、
　鉄鋼材料を母材とし、磁力によって前記ロータに吸着されることにより、前記回転駆動力が伝達されるアーマチャ（２０）とを備えたクラッチの製造方法であって、
　前記母材に対する機械加工によって、前記アーマチャが前記ロータに吸着された際に相手側と接触する接触面（１３ａ）を有する前記ロータを形成する加工工程と、
　前記加工工程後に、前記ロータの少なくとも前記接触面に対して軟窒化処理を施すことによって、前記接触面にて開口する複数の孔（５２ａ）を有するとともに、前記母材（５５）よりも硬質である接触面側領域（５２）を形成する軟窒化工程と、
　前記軟窒化工程後に、前記ロータの表面のうち少なくとも前記接触面を除く領域に対して防錆処理を施して防錆膜（５１）を形成する防錆工程とを備えるクラッチの製造方法。
　前記加工工程は、前記ロータの形状にプレス成型された前記母材の表面を削ることによって前記ロータの前記接触面を形成する仕上げ工程を有する請求項９に記載のクラッチの製造方法。
　前記複数の孔は、前記ロータと前記アーマチャの脱着による、前記接触面側領域の摩耗によって生成される粉を、内部に保持することが可能な孔である請求項７ないし１０のいずれか１つに記載のクラッチの製造方法。