(57)【要約】【課題】パイロットクラッチの電磁コイルにおけるクラッチ作動方向への磁力を強くする。【解決手段】電磁コイル２３の励磁力にて作動するリテーニングリング１０にてクラッチプレートを押圧するようにしたパイロットクラッチにてメインクラッチを作動するようにした電磁カップリングにおいて、パイロットクラッチの電磁コイル２３の磁力作用面を除く３方のうち、少なくとも外側と背面側とを強磁性体２４にて囲み、さらにその周りを非磁性体２２にて覆った。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁コイルの励磁力にて作動するリテーニングリングにてクラッチプレートを押圧するようにしたパイロットクラッチにてメインクラッチを作動するようにした電磁カップリングにおいて、
パイロットクラッチの電磁コイルの磁力作用面を除く３方のうち、少なくとも外側と背面側とを強磁性体にて囲み、さらにその周りを非磁性体にて覆った
ことを特徴とする電磁カップリング。
【請求項２】
パイロットクラッチのリテーニングリングとクラッチプレートの少なくとも一方を強磁性材料にて構成したことを特徴とする請求項１記載の電磁カップリング。
【請求項３】
強磁性体が、重量％で、Ｃ：２．７〜３．９、Ｓｉ：３．３〜４．８、Ｍｎ：０．３〜１．２、Ｐ≦０．１、Ｓ≦０．１、Ｍｇ：０．０１〜０．１、Ｃｅ及びＬａの少なくとも一方が０．０１〜０．１、残りＦｅからなり、炭素当量（Ｃ・Ｅ）≧４．３である球状黒鉛鋳鉄、あるいは重量％でＳｉ：２．８〜３．３、Ａｌ：１．０以下、Ｍｎ：０．１〜０．２、Ｃ：０．００２以下、残りＦｅからなるケイ素鋼板のいずれか一方であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁カップリング。
【請求項４】
球状黒鉛鋳鉄に重量％でＭｏ：０．１〜１．５を添加したことを特徴とする請求項３記載の電磁カップリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁力にて作動するパイロットクラッチにてメインクラッチをＯＮ、ＯＦＦ作動する電磁カップリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の電磁カップリングは、例えば図１に示すようになっている。図中１はエンジン側に連結されている入力軸、２は動力を後輪に伝える出力軸で、両軸はメインクラッチ３にてＯＮ、ＯＦＦ可能にして連結されている。メインクラッチ３は、内径側を入力軸１側にスプライン係合するインナープレート３ａと、外径側を出力軸２側に設けたケース２ａの内側にスプライン係合するアウタープレート３ｂを交互に配置し、これをケース２ａの先端側に固着した固定板４に向けて押圧装置５の押し板６にて押圧することにより両軸１，２の係合がＯＮとなり、押圧を解除することによりＯＦＦとなるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
押圧装置５は上記押し板６と、この押し板６の後側に配置される受け板７と、この受け板７に対して押し板６を押動作用させるためのスラスト力発生機構８とからなっている。
【０００４】
押し板６の内径側は入力軸１にスプライン係合されている。また受け板７は出力軸２のケース２ａに対してスラストベアリングにて回転自在に支持されていると共に、内径側は入力軸１側に摺動自在に嵌合されている。そしてこの受け板７は、この受け板７より外側に設けたパイロットクラッチ９を介して出力軸２のケース２ａに回転方向に係脱可能に連結されている。
【０００５】
パイロットクラッチ９は上記受け板７の外側とケース２ａの内側にてリング状の空間が構成され、この空間内にリテーニングリング１０がストップリングに当接する範囲において摺動可能に嵌合されている。このリテーニングリング１０とケース２ａとの間に、内径側が受け板７にスプライン係合する一方のクラッチプレートと外径側がケース２ａ側にスプライン係合する他方のクラッチプレートとが交互に配置されている。そしてケース２ａには励磁力にて上記リテーニングリング１０をケース２ａ側へ引きつけて上記クラッチプレートを押圧し、パイロットクラッチ９をＯＮにするためのリング状の電磁コイル１１が設けてある。
【０００６】
電磁コイル１１はケース２ａに設けたリング状の凹部１２内に上記パイロットクラッチ９側へ向けて配置されている。そしてこの電磁コイル１１は出力軸２に回転自在に嵌合され、フレーム側に結合されたカバー１３に支持されている。
【０００７】
ケース２ａの電磁コイル１１に対向するロータ部には、非磁性体であるステンレススチールの非磁性リング１４によって径方向に外側と内側に分断されており、またパイロットクラッチ９の各クラッチプレートには、非磁性リング１４と対応する径方向位置に、切欠きとこれらを連結するブリッジ部とが設けており、これら非磁性リング１４と切欠きによって、電磁コイル１１の磁気ループ１５での磁力の短絡が防止されている。
【０００８】
上記構成の電磁カップリングは以下のような作用がなされる。
【０００９】
電磁コイル１１への通電をＯＮにすると、磁気ループ１５が発生して、この電磁コイル１１の励磁力によりリテーニングリング１０が引きつけられてパイロットクラッチ９のクラッチプレートがケース２ａ側へ押圧されてこのパイロットクラッチ９がＯＮになり、これにより押圧装置５の受け板７がパイロットクラッチ９を介してケース２ａに、すなわち出力軸２側に係合される。４ＷＤカップリングにあってはこの状態が４ＷＤ状態である。
【００１０】
この状態で後輪のスリップ等により入力軸１と出力軸２との間に回転差が生じると、出力軸２側に係合しているこの受け板７と、入力軸１側に係合している押し板６との間に回転差が生じ、この回転差によりスラスト力発生機構８が作動して受け板７に対して押し板６が押されてメインクラッチ３がＯＮとなり、入力軸１と出力軸２が係合して両軸は一体回転される。
【００１１】
そして上記スラスト力発生機構８は図２（ａ）に示すようになっていて、押し板６と受け板７のそれぞれの対向面に設けられた凹状カム６ａ，７ａにボール８ａを介装する構成になっている。そして両板６，７に回転差が生じると図２（ｂ）に示すようにボール８ａが凹状カム６ａ，７ａを乗り上げることにより押し板６が受け板７に対して離間する方向に移動し、これにより押圧作動がなされるようになっている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２６６９０４号公報（第５〜６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記した従来の電磁カップリングにおいてのパイロットクラッチはメインクラッチの容量に応じて伝達トルクを大きくしなければならない。メインクラッチにて大きなトルクを伝達しようとしても、パイロットクラッチの容量が不足するとクラッチが滑るなどの不具合が生じる。また、従来は、磁力を強化するために、電磁コイルを収納するハウジングの内外径部の肉厚や形状を工夫するなど、多大な工数、時間を要していた。
【００１４】
一方、電磁コイルへの電流を増やせばこれの磁場が大きくなって電磁力が増大するが、磁性体には飽和特性があるため、電流増大による磁場の増大には限界がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは上記した問題点を解決すべく鋭意研究したところ、電磁コイルの周囲を強磁性体にて囲繞することにより、パイロットクラッチに対する吸引力を増大することをいくつかシュミレーションにてつきとめた。
【００１６】
そこで、本発明に係る電磁カップリングは、電磁コイルの励磁力にて作動するリテーニングリングにてクラッチプレートを押圧するようにしたパイロットクラッチにてメインクラッチを作動するようにした電磁カップリングにおいて、
パイロットクラッチの電磁コイルの磁力作用面を除く３方のうち、少なくとも外側と背面側とを強磁性体にて囲み、さらにその周りを非磁性体にて覆った構成になっている。
【００１７】
そしてこの電磁カップリングにおいて、パイロットクラッチのリテーニングリングとクラッチプレートの少なくとも一方を強磁性材料にて構成し、また、上記強磁性体が、重量％で、Ｃ：２．７〜３．９、Ｓｉ：３．３〜４．８、Ｍｎ：０．３〜１．２、Ｐ≦０．１、Ｓ≦０．１、Ｍｇ：０．０１〜０．１、Ｃｅ及びＬａの少なくとも一方が０．０１〜０．１、残りＦｅからなり、炭素当量（Ｃ・Ｅ）≧４．３である球状黒鉛鋳鉄、あるいは重量％でＳｉ：２．８〜３．３、Ａｌ：１．０以下、Ｍｎ：０．１〜０．２、Ｃ：０．００２以下、残りＦｅからなるケイ素鋼板のいずれか一方であり、さらに、上記球状黒鉛鋳鉄に重量％でＭｏ：０．１〜１．５を添加した。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、メインクラッチを作動するパイロットクラッチの電磁コイルにおけるクラッチ作動方向への磁力を強くすることができ、また、パイロットクラッチを構成するリテーニングリングやクラッチプレートの上記電磁コイルに対する吸着力を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の最良の実施の形態を図３以下に基づいて説明する。なおこの説明において、図１で示した従来の技術における構成部材と同一部材は同一符号を付して説明を省略する。
【００２０】
図３において、図中２１はメインクラッチ３及びパイロットクラッチ９のリテーニングリング１０を含む作用部を収納する出力軸２と一体になっているケースで、このケース２１の内側にメインクラッチ３のアウタープレート３ｂとパイロットクラッチ９の一方のクラッチ部材であるインナープレート３ａがスプライン係合されている。そしてこのケース２のロータ部にもステンレススティールの非磁性リング１４が設けてある。またリテーニングリング１０及びパイロットクラッチ９のクラッチプレートには本願の出願人が先に特開２００１−３３４７０号公報にて提案した電磁気特性に優れた強磁性体であるところの、構成材料の化学成分が重量％で、Ｃ：２．７〜３．９、Ｓｉ：３．３〜４．８、Ｍｎ：０．３〜１．２、Ｐ≦０．１、Ｓ≦０．１、Ｍｏ：０．１〜１．５、Ｍｇ：０．０１〜０．１、Ｃｅ及びＬａの少なくとも一方が０．０１〜０．１、残りＦｅからなり、炭素当量（Ｃ・Ｅ）≧４．３の高シリコン球状黒鉛鋳鉄が用いられている。そしてこの構成材料の球状黒鉛鋳鉄は残留磁力が低く、低磁気ヒステリス材料でもある。
【００２１】
２２は上記出力軸２に軸受を介して回転自在に嵌合され、かつ図示しないフレーム側に固定されたＡｌや合成樹脂の非磁性材料に構成されたカバー部材で、この実施の形態では樹脂、例えばナイロン（登録商標、以下同様）で構成されている。このカバー部材２２内に電磁コイル２３が、これの一部である磁力作用面がパイロットクラッチ９のローター部に対向させて配置されている。そしてこの電磁コイル２３の背面側と、内周側と、外周側の３方側には上記カバー部材２２内において、強磁性体２４にて囲まれている。そして電磁コイル２３は、これらの強磁性体２４ごと樹脂にて構成されるカバー部材２２内にモールディングにより配置される。なおこの電磁コイル２３には図示しないリード線が接続されている。
【００２２】
この電磁コイル２３を囲む強磁性体２４としては上記したリテーニングリング１０等を構成する材料と同じ高シリコン球状黒鉛鋳鉄が用いられる。
【００２３】
この構成において、電磁コイル２３に通電することにより、この電磁コイル２３の内外周にループ状の磁力が発生し、この磁力は非磁性体からなるカバー部材２２内にとじ込められると共に、背面側の磁性体より内・外周側の磁性体を通ってパイロットクラッチ９のローター部へ向けて放射される。
【００２４】
このとき、電磁コイル２３の３方側が強磁性体２４にて囲まれることにより、電磁コイルの磁力を効率よく用いることができ、所期の強さの磁力線を放射する電磁コイルを小型化でき、かつ小型の電磁コイルでもって大きな締結力を得ることができる。
【００２５】
図３に示した実施の形態では電磁コイル２３の３方向を強磁性体２４にて囲んだ例を示したが、これは図４に示すように、電磁コイル２３の外側と背面側の２方向を強磁性体２４にて囲み、内側をケース２１と一体構成の出力軸２の外周に対向させるようにしてもよい。この出力軸２は機械構造用炭素鋼（例えばＳ２５Ｃ）にて構成されている。
【００２６】
高シリコン球状黒鉛鋳鉄は上記したように強磁性体材料であると共に、低磁気ヒシステリシス材料であるが、これと従来用いられていた材料である機械構造用炭素鋼との磁気特性（ＢＨカーブ）と、飽和特性（Ｂｓ）と、透磁率（μ）と、ヒステリシス性のそれぞれの比較を図５から図８に示す。なお、この比較において、従来の材料にＳ２５Ｃを用いた。そして高シリコン球状黒鉛鋳鉄は、Ｃ：３．３３、Ｓｉ：４．２３、Ｍｎ：０．２５、Ｐ：０．０２１、Ｓ：０．００８、Ｍｇ：０．０３６、Ｃｅ：０．０１１、Ｆｅ：残の成分のものを用いた。
【００２７】
図５は磁気特性を示すもので、図中ａは従来材料、ｂは高シリコン球状黒鉛鋳鉄であり、この高シリコン球状黒鉛鋳鉄の方がＢＨカーブにおいて優れている。
【００２８】
図６は磁気の飽和特性（Ｂｓ）を示すもので、図中ｃは従来材料、ｄは高シリコン球状黒鉛鋳鉄であり、この高シリコン球状黒鉛鋳鉄の方が磁場が増大している。
【００２９】
図７は透磁率（μ）を示すもので、図中ｅは従来材料、ｆは高シリコン球状黒鉛鋳鉄であり、この高シリコン球状黒鉛鋳鉄の方がコイル電流の比較的小さいときに、少ない電流で大きな磁場が生じた。
【００３０】
図８はヒステリシス性を示すもので、図中ｇは従来材料、ｈは高シリコン球状黒鉛鋳鉄であり、この高シリコン球状黒鉛鋳鉄の方が保持力と残留磁場（Ｂｒ）が小さかった。
【００３１】
上記したパイロットクラッチ９のリテーニングリング１０とクラッチプレート、及び電磁コイル２３の構成材料は、高シリコン球状黒鉛鋳鉄に代えて以下に示すケイ素鋼板を用いてもよい。このケイ素鋼板は、Ｆｅ−Ｓｉ合金でＳｉが３ｗｔ％の透磁率の高い材料で、これの構成材料の化学成分は重量％で、Ｓｉ：２．８〜３．３、Ａｌ：１．０以下、Ｍｎ：０．１〜０．２、Ｃ：０．００２以下、残りＦｅのケイ素鋼板である。そしてこの材料の伸び率は２０％であり、プレス成形によく耐えることができる。この材料は、上記高シリコン球状黒鉛鋳鉄に対して、電磁特性が若干劣るものの、生産性が高く安価である。
【００３２】
また、上記高シリコン球状黒鉛鋳鉄において、これを常温で使用する部品ではＭｏの添加は必ずしも必要ではなく、電磁特性に影響もしない。しかし、周辺温度が３００℃付近まで、あるいはそれ以上に温度が上昇する場合には、脆性破壊を起こす恐れがあるのでＭｏを必ず０．１〜１．５ｗｔ％添加しなければならない。このＭｏの１．０ｗｔ％の添加で、高シリコン球状黒鉛鋳鉄の脆性傾向を防止できる。なお、上記実施の形態ではパイロットクラッチ９のリテーニングリング１０とクラッチプレートの双方を強磁性体にて構成した例を示したが、これらの一方を、例えばＳ２５Ｃの機械構造用炭素鋼にて構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来の電磁カップリングの一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）はスラスト力発生機構部の作用を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】磁気特性を示す線図である。
【図６】磁気の飽和特性を示す線図である。
【図７】透磁率を示す線図である。
【図８】磁気ヒステリシス性を示す線図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…入力軸、２…出力軸、２ａ…ケース、３…メインクラッチ、３ａ…インナープレート、３ｂ…アウタープレート、４…固定板、５…押圧装置、６…押し板、７…受け板、６ａ，７ａ…凹状カム、８…スラスト力発生機構、８ａ…ボール、９…パイロットクラッチ、１０…リテーニングリング、１１…電磁コイル、１２…凹部、１３…カバー、１４…非磁性リング、１５…磁気ループ、２１…ケース、２２…カバー部材、２３…電磁コイル、２４…強磁性体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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