JPS6235533B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、電磁クラツチのデイスクに係り、特
に、カークーラーのコンプレツサとエンジンの連
結部に用いられる電磁クラツチに用いるのに適し
た電磁クラツチのデイスクに関するものである。 従来形のカークーラー用電磁クラツチは例えば
特開昭50−60654号公報で知られている。この種
ロータのデイスク２４０を第１図に示す。図に於
いて、デイスクは一の鋼板からプレス打抜かれた
ものであり、デイスクプレート２４１、デイスク
プレート２４２、デイスクプレート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２４３，２４
４から形成されている。 この従来形のロータのデイスク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ツチとなつていた。 又、他の方式では、漏洩磁束を少くする手段と
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いる。又、第
２図に示すような、非磁性材よりなる複数個の金
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のデイスクプレート２２１と第２
のデイスクプレート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
前記したデイスクプレート２２１，２２２の間に
挿入され、その後に、プレスによつて、結合物体
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，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。 さらに、これらの方法では、コンプレツサ本体
がロツクした場合に発生する異常高温（デイスク
２２０が静止状態にあり、ロータ２３０が回転状
態にあるが、この状態で電磁コイル２０３が通電
されている。従つて、定格トルクに近いトルク伝
態能力を保持しながらデイスク２２０とロータ２
３０がはげしくぶつかりあい、摺動面が800℃〜
900℃の異常高温となる。）に耐えることはできな
い。すなわち、合成樹脂を充填させるやり方で
は、樹脂が熱劣化し、他方、第２図のやり方で
は、高温時に回転トルクを保持するに充分な機械
的強度が不足しているため、いずれも破壊に至
る。 以上のように、従来技術では一方では漏洩磁束
が多く、他の方式では特に高温時の機械的に不安
定である。 本発明の目的は、漏洩磁束が少く、かつ、該溝
の底面に凸凹部を設け、回転トルクに対して、機
械的に保持できる構造とし、高温時においても、
充分に機械的に安定化する点にある。 本発明の要点は、同心状に配置されたデイスク
プレートの内、外周面をリング状間隙をもつて対
向させかつ、上記内外周面の全周にわたり各々溝
を有し、さらに該溝の底面に凸凹部を有し、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、前記デイスク
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、デイスクプレート間
を機械的に固定する点にある。 この結果、第１のデイスクプレート２２１と第
２のデイスクプレート２２２は、前記溝によつ
て、互換に機械的に一体化され、さらに、溝の底
面の凸凹部によつて、回転トルクに耐える構造と
なる。 以下図に従つて本発明の実施例を説明する。 第３図は本発明を採用した電磁クラツチの一部
半断面を示したものである。 電磁クラツチ２００は、カークーラー用圧縮機
本体２００Ａに取付けられている。以下に具体的
な構成を示す。軸受２０１で支持された圧縮機の
シヤフト２１０に、ボス２１１がナツト２１３で
固定され、バネ２１２を介して、円板状のデイス
ク２２０が形成されている。デイスク２２０は本
発明を採用したもので、第４図に示すように磁性
材（鋼材）よりなる同心状の円板デイスクプレー
ト２２１、円板デイスクプレート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２００Ａに取付けられている。ロータ２３０
は、本発明により、磁性体（鋼材）よりなる同心
状の３枚の円板、デイスクプレート２３１、デイ
スクプレート２３２、デイスクプレート２３５、
非磁性材（銅等）よりなる結合物体２３３、結合
物体２３４で構成されている。さらにロータボス
２３６、プーリ２３７がデイスクプレート２３
５、デイスクプレート２３１に各々一体化されて
いる。プーリー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。 次に動作を説明する。電磁クラツチ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イスク２２０、ボス２１
１、シヤフト２１０は静止している。電磁コイル
２０３に通電されると、磁束φは破線のように流
れる。すなわち、電磁コイル２０３の継鉄→プー
リ２３７→デイスクプレート２３１→空隙→デイ
スクプレート２２１→空隙→デイスクプレート２
３２→空隙→デイスクプレート２２２→空隙→デ
イスクプレート２３５→ロータボス２３６とな
る。この磁束φによつて、デイスク２２０がロー
タ２３０に吸引され電磁結合し、回転する。従つ
て、バネ２１２→ボス２１１→を介してシヤフト
２１０が同期して回転する。 ここで、結合部材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５Ａ図以下において、デイスクプレー
トの結合部構造の詳細について説明する。（簡単
のためデイスク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
までもない。） まず、第５Ａ図において、第１のデイスクプレ
ート２２１と第２のデイスクプレート２２２の結
合部表面２２１ａ，２２２ｂ間には幅To、高さ
Ho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
イスク端面を示す。 次に第５Ｂ図において溝深さＢは、実験結果、
およそ0.2〜1.0mmに、望ましくは0.2〜0.5mmに設
定する。かつ、該溝２２１ｂ，２２２ｂの底面に
凸凹部２２１ｄ，２２２ｄを設け、回転トルクに
対して、耐える構造となつている。この凸凹部２
２１ｄ，２２２ｄは、溝２２１ｂ，２２２ｂの底
面にほぼ全周に亘つて形成されており、一般に、
ローレツト加工などによつて製作される。又、こ
の凸凹部２２１ｄ，２２２ｄの平均高さｇは、
0.2〜1.0mm、望ましくは0.2〜0.5mm程度がよい。 再び第５Ａ図において２２３は被結合部材であ
りデイスクプレート２２１，２２２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
T₀に略等しいか、ないしは若干小さく、高さH₁
はH₀と同等以下ないしは若干高い。 H₁がH₀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。その理由については追つて説明す
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にと
らわれる必要はない。 又、溝角αは材料の塑性流動性を決定する要因
であり、実験によれば、α＝25゜〜70゜が望まし
い。 結合工程においては、まず第６図に示すよう
に、結合物体２２３を、デイスクプレート２２
１，２２２の間のリング状空隙部２４０に挿入す
る。 次に、第７図に示すように、全体を金型４０の
上に置き、空隙部幅T₀より幅の小さい先端面３
１を有する金型３０の加圧部３２で結合部材２２
３を加圧し、塑性変形により溝２２１ｂ，２２２
ｂ内に結合物体２２３を流入させる。第６図に示
す挿入工程も、金型３０で行なつてもよい。第６
図に示す状態で結合物体部材２２３は、金型３
０，４０に対応する上端、下端部分を除き空隙部
２４０（又はデイスクプレート）で包囲されてお
り、かつ高さの差ΔＨはごく小さい。従つて加圧
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７図に示す
如く、加圧時、結合部材が空隙部外へ逃げること
はほとんどなく溝２２１ｂ，２２２ｂおよび底面
の凸凹部２２１ｄ，２２２ｄに確実に充満され
る。 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、３゜〜15°程度が
望ましい。これはθが小さいと、結合後、金型３
０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が流出しやすくなり、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、従つて大きな結合力
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、デイスクプレートの溝２２１ｂ，２
２２ｂ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。 距離Ｓは、実験によれば、幅T₀との間に、次
のような関係にあるとき、信頼性の高い結合力が
得られる。 Ｏ≦Ｓ／T₀≦３／４ これにより、塑性流動に伴う摩擦損失が少くな
り、溝２２１ｂ，２２２ｂおよび、底面の凸凹部
２２１ｄ，２２２ｄに、結合物体を充分に挿入で
きる。 第９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のデイスクプレート２２１ならび
に第２のデイスクプレート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のデイスクプレート２２１なら
びに第２のデイスクプレート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２２
３が金型３０で加圧され、塑性流動する間、第１
のデイスクプレート２２１と第２のデイスクプレ
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。言葉を変えれば、結合物体２２３は第１の
デイスクプレート２２１ならびに第２のデイスク
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のデイス
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要求される。
その大きさは、クラツチの使用条件により異なる
ことはいうまでもない。 ここで、第３図の構成の電磁クラツチの場合、
結合物体２２３，２３３，２３４は各々、直径が
異り、（外径−内径＝リング幅：一定の場合が多
い）軸方向の高さも異る場合がある。いま、リン
グ幅（第５図のT₀に相当）が３ケ所とも同じ
で、軸方向の高さ（第５図のH₀）も３ケ所とも同
じと仮定し、説明を進めると、次のようなことが
いえる。まず、高さH₀は磁気回路の磁気断面積
から定まるものであり、同一性能の場合ほぼ定ま
つた値となる。次にリング幅T₀は、厚い程機械
は大形となり、重量が重く高価となる。他方、リ
ング幅T₀が薄くなる程、有効磁束量は減少す
る。これらの関係を第１０図に示す、この結果、
電磁クラツチの重量は、Ｔ_０／Ｈ_０が0.3〜0.6が望まし
い ことが明らかとなつた。 一般に、静トルクが３〜５Kg・ｍの小形の電磁
クラツチを例にとれば、H₀は4.5〜５mmであり、
従つて、T₀は1.35〜３mmとなる。ここで本発明の
加工法の場合、部品精度、生産性の点から2.5mm
程度にするのが好ましい。 上述のように、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３図、第
４図に示すように、ロータ２４０は第１図に示し
た従来構造による連結部２４６，２４７がなく、
無効な磁束がなくなり、同一重量、大きさでは
1.5〜1.6倍の高トルク機械となり、同一トルクで
は、25％の小形軽量化が計れ、特に車輛用では、
軽量化の面で、燃費低減に大きく貢献できる。 さらに、溝の底面に凸凹部を設ける構成は、回
転トルクに対し、画期的な効果を発揮する。この
比較を表１に示す。

【表】 すなわち、前記、コンプレツサ本体のロツク時
に発生する800℃〜900℃の異常高温下における、
コツクトルク（定格のトルクが加わる）に対し、
本発明の溝底に凸凹部を有するもの以外は、いず
れも耐えきれない。これは、高温で結合物体（銅
など）が鈍され、内部残留応力が解放され緊迫力
が０となるためである。これに対し、本発明で
は、機械的な剪断力で耐えるため、銅の場合で、
800℃２Kg／mm²の耐力を有する。従つて溝底全周
に凸凹を形成した本事例では、定格トルクの8.5
倍の耐力があることがわかる。 以上、第３図の電磁クラツチを基本に説明を行
つたが、結合物体が３ケ所以外の、例えば、ロー
タ側に１ケ所で、デイスク側にはないもの（シン
グルフラツクス形）、ロータ側に３ケ所、デイス
ク側に２ケ所のもの（トリプルフラツクス形）に
も応用できることは論をまたない。又、第１図に
示した従来公知の連結部を有する部分と、本発明
の混合構成も又、含まれることは当然である。例
えば、ロータ側が、従来公知の連結部を有し、デ
イクス側が本発明の場合とか、その逆構成などが
一例である。 又、溝の底面に凸凹部のない部分と、本発明の
混合構成も又、含まれる。例えば、デイスク側
は、凸凹のない部分とし、ロータ側は本発明とす
る構成などである。 次に、第１１図は、溝形状の異る他の実施例で
ある。すなわち、溝２２１ｂ，２２２ｂの中に、
高さｈの環状の山２２１ｅ，２２２ｅを有するも
ので、その高さｈは溝深さＢより低く、又、この
山２２１ｅ，２２２ｅの数は１〜３個が望まし
い。さらに第１２図に示すようにこの山２２１ｅ
にローレツト加工を施して凸凹部２２１ｄを形成
し、回転トルクにも耐えるように構成している。
なお図示されないが第１のデイスクプレート２２
１と対向する第２のデイスクプレート２２２の環
状の山２２２ｅにも同様に凸凹部２２２ｄが形成
されている。ここで、前記山２２１ｅ，２２２ｅ
を設けることにより山２２１ｅ，２２２ｅがない
場合に比べて結合部材２２３の結合密着面積が増
加し、回転トルク耐力でおよそ1.7倍〜２倍に強
度が向上する。すなわち、表１と同等の実験サン
プルによれば、凸凹部のないもので、75Kg・ｍ
（常温）の高トルクが得られる。 具体的には、前記突起２２１ｅ，２２２ｅの高
さｈと溝深さＢとの関係は、結合部材２２３の塑
性流動性より望ましい範囲は実験によれば、次の
関係で示される。 １／２Ｂ≦ｈ≦７／８Ｂ 第１３図は結合物体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１４図は、第１３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、ほぼ密着する程
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。 以上述べたように、本発明によれば、漏洩磁束
がなく、機械的にも安定した電磁クラツチが得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、従来公知の電磁クラツチの
デイスクの外観斜視図、第３図は本発明の一実施
例になる電磁クラツチの要部縦断面図、第４図は
第３図のデイスクプレートの外観斜視図、第５Ａ
図は本発明におけるデイスクプレートの結合部の
詳細を示す縦断面斜視図、第５Ｂ図は第５Ａ図に
おける溝形状の詳細を示す図である。第６図〜第
８図は本発明の結合方法の各工程を示す図、第９
図は結合終了後の状態を示す図である。第１０図
は本発明におけるT₀／H₀の範囲を示す図、第１
１図、第１２図は各々、本発明における溝形状の
他の実施例を示す図である。第１３図、第１４図
は各々結合物体の実施例を示す図である。 ２２１……デイスクプレート、２２２……デイ
スクプレート、２２３……結合物体、２２１ｄ…
…凸凹部。

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のデイスクと、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のデイスクと、第１、第２のデイスクを含んで
   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のデイスクの少なくとも一方が磁
   性材よりなり同心状に配置された複数個のデイス
   クプレートで構成された電磁クラツチにおいて、
   上記デイスクプレートのうち外側のデイスクプレ
   ートの内周面と内側のデイスクプレートの外周面
   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環状溝を有し、さらに該溝の
   底面に凸凹部を有し、上記リング状間隙、溝、該
   溝底の凸凹部及び両デイ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属からなる
   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、外側の両デイスクプ
   レートが結合されていることを特徴とする電磁ク
   ラツチ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、前記環
   状溝に、その高さｈが溝の深さＢより低い環状の
   突起を１〜３個有し、該突起に凸凹部を形成して
   なることを特徴とする電磁クラツチ。