JP2003113861A - 改良した摩擦ディスクアセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディスク間の接触が均一となるように改良さ
れた摩擦ディスクアセンブリを提供する。 【解決手段】 比較的熱伝導性の高い金属コアプレート
の片面のみに摩擦材の環状リングが設けられ、その環状
リングが同一方向を向いていて、隣接するディスクの後
側の金属露出面と係合する、片面に摩擦材が設けられた
アセンブリ。また、アセンブリが摩擦係合するようにア
クチュエータが備えられている。さらに、ディスクの熱
変形を受容するべく、アセンブリの一方の端部、好まし
くは両方の端部に改良が施されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同一軸に沿って配
置された複数の摩擦ディスクおよびリアクションディス
クを含むドライブアセンブリに関する。これらのディス
クは、クラッチやブレーキを作動させるために係合した
り離間したりする。通常これらのアセンブリは、その一
端にリニアアクチュエータ、他端には軸方向に固定され
た壁或いは表面を有するハウジングに取り付けられる。
このようなアセンブリは一般に、固定された動力伝達装
置はもちろん、自動車、貨物自動車、およびその他の陸
上の車両に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】一般的な或る種の摩擦アセンブリは、中
心軸またはその他の部材にスライド可能に取り付けられ
た、中心に開口を有する複数の円形の摩擦ディスクと、
その摩擦ディスクと交互に配置された金属露出リアクシ
ョンディスクとを含む。交互に配置されたディスクはそ
れぞれ、軸および外側の部材と係合した内側スプライン
および外側スプラインを有する。各摩擦ディスクは、鋼
から形成された比較的硬質のコアプレートと、そのコア
プレートの両側に結合された比較的熱絶縁性の摩擦材の
環状リングとを含む。クラッチの場合、係合していない
時は交互に配置されたディスクが異なった回転速度で回
転し、係合している時は同じ回転速度で回転する。ブレ
ーキの場合、交互に配置されたディスクの１枚が、ブレ
ーキが配設されたハウジングに固定されている。その他
のディスクは、ブレーキが係合している時は回転し、ブ
レーキが係合していない時は回転しない。通常これらの
アセンブリは、冷却目的で液体潤滑油中で動作する。

【０００３】上記したタイプの従来型アセンブリの場
合、交互に配置されたディスクは、その両側にリング即
ち環状の摩擦材のバンドを有し、金属露出リアクション
ディスクが摩擦ディスクと摩擦ディスクとの間に配置さ
れており、そのリアクションディスクの両側の金属露出
面が摩擦ディスクの摩擦材リングと滑り係合する。

【０００４】別のタイプのアセンブリは片面型アセンブ
リとして知られており、同一の軸方向を向いた片面のみ
に摩擦材のリングが設けられている。係合時は、１枚の
ディスクの摩擦材リングが、熱を吸収するためのヒート
シンクとなる隣接するディスクの金属露出面に係合す
る。

【０００５】両面型の場合、摩擦ディスクの両面が熱伝
導性の低い材料で保護されているため、熱が摩擦ディス
クの鋼の中心まで到達しない。従って、摩擦ディスクの
コアプレートはヒートシンクとしての機能が低く、金属
露出リアクションディスクのみがヒートシンクとして機
能する。対照的に、片面型の場合、一群の各金属片が熱
に曝されるため、両面型より効率的であると言える。片
面型センブリの利点は、一群のディスクの全体の厚みを
減らすことがで、全体の厚みを両面型と同じにすれば性
能を向上させることができ、さらに熱を低減することも
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】クラッチおよびブレー
キ動作においては、交互に配置されたディスクの回転速
度が変わる時に始まる係合段階が最も重要である。この
時、アクチュエータの力がディスクアセンブリに加わ
り、摩擦トルクが生じて初めの速度差が減少する。この
時に、滑りトルクおよび摩擦トルクの両方が同時に発生
し、かなりの摩擦熱が生じる。ディスクが高い熱負荷に
曝されるため材料がかなり磨耗し、これらの部品の故障
の主な原因となる。

【０００７】両面型アセンブリは、片側型アセンブリよ
りも強力であると考えられる傾向にある。従って、片面
型アセンブリに関連する利点を鑑み片面型センブリの性
能を改善する必要性がある。部品が密集したトランスミ
ッションの全体の厚みを減少させることは、重要かつ価
値ある利点と考えられる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に従って改良を施
した片面に摩擦部材が設けられたディスクアセンブリを
提供する。このディスクアセンブリには、第１のディス
クと第２のディスクとの間の接触およびその他の一連の
ディスク間の各接触がより均一となるように、アセンブ
リの一端或いは両端に改良が施されている。このような
改良によって、比較的温度が上昇しない第１のディスク
の半径方向の中間位置に接触圧力が集中しないようにす
る。詳細は後述するが、この第１のディスクの金属露出
面はその他のディスクとは係合せず、アセンブリの第２
のディスクが第１のディスクと係合する。端部のディス
クは、ディスクの内周と外周との半期方向の中間位置の
ゾーンに実質的に支持されず、通常の熱変形を受容、す
なわち可能にするように支持される。

【０００９】好適な実施の形態では、第１のディスクに
係合するアクチュエータすなわち部品には、ディスクの
他方の面に設けられている摩擦材のリングより幅が狭い
環状の溝が設けられている。第１のディスクの後側すな
わち金属面に半径方向に離間した一対の支持リングを設
けても同様の効果を得ることができる。こうすることに
よって、第１のディスクが、第２のディスクが熱変形し
たときの形状をとることが可能となる。

【００１０】さらに、アセンブリの他方の端部、すなわ
ちリングの摩擦材に対向する端部に改良を施してもよ
い。この実施の形態の場合、軸方向に固定された壁部、
或いはアセンブリの軸方向に移動するリアクションプレ
ートに支持リングが設けられる。この支持リングの幅
は、各ディスクの環状の摩擦リングの幅より狭いため、
アセンブリ全体が支持に対して凸状の形状をとることが
可能となる。

【００１１】ここで用いる用語「幅」は、摩擦材リング
の外周と内周との間の半径方向の寸法を指し、幅の減少
は、外径の減少および／または内径の増大を意味する。
これらの変化は、一般に大きさの点では等しいが、特定
のアセンブリに対する補償という点ではやや異なってい
る。

【００１２】要するに、本発明は、交互に配置された金
属リアクションプレートが排除され、それぞれのディス
クに設けられた摩擦材の環状リングが隣接するディスク
の後側の金属面に係合する、片面に摩擦材が設けられた
摩擦ディスクアセンブリ全般に関するものである。軸方
向に移動可能なディスクが一対の支持物の間に配置され
ている。この支持物の一方は軸方向に固定され、他方は
軸方向に移動できるようになっていて、ディスクアセン
ブリを圧縮したり解放したりする。係合時には、少なく
とも幾つかのディスクが熱変形し、環状摩擦リングの内
径と外径との間の摩擦材における半径方向の中間位置で
凹状の形状をとる。支持端部から影響を受けずに熱変形
を可能とする手段が、支持部の一方の端部好ましくは両
端部に、またはその一方の端部の近傍好ましくは両端部
の近傍に設けられる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１および図２はそれぞれ、片面
摩擦アセンブリおよび摩擦ディスクの滑り接触時に生じ
る熱変形を示している図である。

【００１４】このアセンブリは、その全体が１０で示さ
れているピストンすなわちピストンヘッドなどの軸アク
チュエータを含む。しかしながら、アクチュエータをア
センブリの何れの端部に配置してもよい。アセンブリの
他方の端部には、軸方向に固定された端部壁１４に対し
て移動可能な金属露出リアクションディスク１２が設け
られている。ただし、リアクションディスクを設けず省
略してもよい。図示した実施の形態では、ピストンヘッ
ド１０が第１の摩擦ディスク１６に係合する。この第１
の摩擦ディスクは、装置の外側部分に対しては回転せ
ず、その外側部分に係合している外側スプライン１８を
有する。第２の摩擦ディスク２０は第１の摩擦ディスク
１６に対して回転し、シャフト２２などの中心部材の内
部に設けられたキー溝に係合している。ディスク２４デ
ィスクおよび２６などの残りのディスクは同様の方式で
交互している。図面にはアセンブリの上半分のみが示さ
れており、各摩擦ディスクはリング状即ち環状であっ
て、金属コアプレート２８と各プレートの一方の面に設
けられた摩擦材リング３０とを含み、プレートの各摩擦
材リングが同一の軸方向に向いている。図示した実施の
形態では、各摩擦材リングはアクチュエータの反対方向
を向いている。図面に示されているようにアクチュエー
タが左から右に移動すると、アセンブリ全体が収縮して
各ディスクの摩擦リングが隣接する各ディスクの金属露
出面にそれぞれ係合し、それによって滑り摩擦による熱
が発生する。

【００１５】係合時にアセンブリの各ディスクは平面或
いは同一の形状に維持され、それによって滑り圧力即ち
係合が均一となって熱が均一に発生するのが理想的であ
る。しかしこのような状態は実際には起こらない。図２
に示されているように、第１のディスク１６自体は摩擦
ディスクと係合しておらず、その他のディスク２２，２
４，および２６より温度が低い。片面係合すると、これ
らのディスク２２，２４，および２６は熱変形し、内周
と外周との間が第１のディスク１６に向かって凸状にな
る。このような変形は、ディスクの金属露出面が、一般
的に熱伝導性の低い摩擦材のリングを備えた反対側の面
より熱を伝導するために生じる。その結果、金属露出面
の温度が最も高くなり、その金属露出面の金属の層がコ
アプレートの残りの部分よりも熱膨張が激しく、コアプ
レートの熱分布がその中心の面に対して非対称になる。
従って、図に示されているように、ディスクの動作部分
が第１のディスクに対して凸状のカップ形状になり、第
１のディスクと第２のディスクとの接触が不均一とな
る。不均一の接触圧力により、バンド状のホットスポッ
トが生成されうる。同様の変形が続く一群のディスクに
生じる。

【００１６】図３は、改良された片面摩擦ディスクアセ
ンブリを示している図である。このアセンブリは、ピス
トンヘッド３０、第１の摩擦ディスク３２、および続く
一連の４枚のディスク３４，３６，３８，および４０な
どの軸方向に移動可能な部材と、一連のディスクの後の
軸方向に固定された端部壁４２とを含む。図示した実施
の形態では、第１のディスク３２、中間のディスク３
６、および最後のディスク４０は、ピストンおよび端部
壁４２に対して回転せず、その他のディスク３４および
ディスク３８がピストンおよび端部壁４２に対して回転
する。

【００１７】図示したこの実施の形態ではまた、アクチ
ュエータ３０が、第１のディスクの後側の金属露出面と
静的に係合する表面４４を有しており、この表面４４は
通常は平坦である。本発明に従えば、環状の溝４６が、
第１のディスクの後側すなわち金属露出面と対向する表
面４４に形成されている。図面から分かるように環状溝
４６の幅は、摩擦材のリングの幅および第１のディスク
の摩擦材を支持する金属ディスク部分の幅より小さい。
アクチュエータが第１のディスクと係合するとき、第１
のディスクの中間半径（内径と外径との中間）付近に力
すなわち圧力が掛からないため、アクチュエータに対し
て凸状の形状であって、かつ比較的高温のその他の一連
のディスクに一致する形状を取ることが可能である。こ
れらの一連のディスクは、図２に示されているように瞬
間的に熱変形している。溝すなわち凹部４６の深さ、内
径および外径は、その他のディスクの熱変形を受容する
のに十分な大きさであるため、隣接するディスク間の接
触がより均一になり、かつアセンブリの熱の放散がより
均一になる。図示したシミュレーション実験の結果のよ
うに、改良によって残りのディスク間のより均一な接触
が実現され、それによって熱応力が減少する。

【００１８】図３に示されているように、リアクション
面として用いられる場合は、通常は平面である端部壁４
２などのアセンブリの他端に別のタイプの改良を施すこ
とが可能である。しかしながら、この実施の形態では、
端部壁４２が端部摩擦ディスク４０と軸方向に整合した
環状のボス４８を有している。この環状ボス４８の外径
は摩擦材の外径より小さく、その内径は摩擦材の内径よ
り大きい。環状ボス４８は、端部壁４２から一体的に形
成してもよいし、また別の部品として端部壁４２に取り
付けてもよい。さらに、互いに同一の広がりを持たない
表面間のより均一な圧力分布を実現するべく、リアクシ
ョンディスク４０のボスと接触する面に、従順すなわち
柔軟な材料の層を設けて、係合時にボスと静的に接触す
るようにしている。柔軟な材料として摩擦材を利用する
ことができ、この場合は、通常は金属が露出したディス
クである端部リアクションプレートを単に摩擦ディスク
に代えることができる。普通の摩擦ディスクの場合とは
異なり、このディスクの摩擦材は、対向する面に対して
滑り接触しない。ボス４８は溝４６に対して相補的であ
るため、摩擦ディスクが熱変形しても均一な係合が維持
される。

【００１９】図４に、第１のディスク３２に面した溝４
６と同じ効果を有するが、係合するアクチュエータの端
部が平面である改良が示されている。この実施の形態で
は、離間した同心円状の一対のリング、すなわち外側リ
ング５０および内側リング５２がそれぞれ、第１のディ
スクの金属面の後側における外周および内周付近に取り
付けられている。従って、第１のディスクが係合時にそ
の他のディスクと同一の形状に変形する。このリング
は、金属や柔軟な摩擦材などの任意の好適な材料から形
成することができる。

【００２０】図５に、アセンブリの右側端部における実
現可能な別の改良が示されている。図示されているよう
に、最後のリアクションプレート６０が用いられてお
り、平坦な端部壁に面したそのディスク面には摩擦材の
リング６２が設けられている。図面から分かるように摩
擦材６２は幅が狭く、その外径は隣接するディスク４０
に設けられた摩擦リングの外径より小さく、内径はその
摩擦リングの内径より大きくなっており、図３に示され
ている環状のボスと同じ機能を果たす。ディスク６２
は、摩擦材やその他の柔軟な材料などの任意の好適な材
料から形成することができる。

【００２１】本明細書に用いる用語「摩擦材」は、当分
野で周知のあらゆる種類の摩擦材を指す。摩擦材は、リ
ング状に形成するか切断した後にコアプレートに固着さ
れる専用に設計されたシートを含む。或る種の材料に
は、温度上昇に耐えうる樹脂で固められた繊維が含まれ
る。

【００２２】要するに、ディスクアセンブリの一端或い
は両端に施した改良は、アセンブリのディスク間の熱弾
性変形、特に片面にのみ摩擦材が設けられた片面型ディ
スクアセンブリに固有の熱変形を受容するためのもので
ある。この改良によって、高い熱応力を生じさせる熱流
束（単位時間当たり、単位面積の面を横切って移動する
熱量）の不均一な分布を低減する或いは起こらないよう
にする。

【００２３】さらに、本発明の概念は、前述の構造のみ
ならず、アクチュエータおよび端部プレートがその他の
部材に対して回転可能に固定されるようなその他の構造
にも容易に適用できることを理解されたい。例えば、ア
クチュエータおよび端部プレートが内側の部材に対して
固定されるような逆の構造にも本発明を適用することが
できる。他の適当な構造には、アクチュエータが外側の
部材に固定され、端部プレートが内側の部材に固定され
た構造、或いはその逆の構造が含まれる。

【００２４】また好適な実施の形態では、最高の性能を
発揮するべく、それぞれが互いに補完し合うように作用
する改良がアセンブリの両端部に施されている。特定の
実施の形態を図示したが、溝が第１のディスクの金属露
出面に面し、ボスが摩擦材リングに面するのであれば、
リニアアクチュエータをアセンブリの何れかの端部に配
置できることを理解されたい。

【００２５】

【発明の効果】ディスク間の接触が均一となるように改
良された摩擦ディスクアセンブリを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】改良を施す前の片面型摩擦ディスクアセンブリ
の上半分の模式的な断面図である。

【図２】図１に示したアセンブリの模式的な断面図であ
って、片面が係合した時の摩擦ディスクが熱変形した形
状を示している。

【図３】本発明に従ってアセンブリの両端部に改良が施
された、図１に示したアセンブリの模式的な断面図であ
る。

【図４】別の改良を施した、図１乃至図３に示した第１
のディスクの模式的な断面図である。

【図５】最後のリアクションプレートに代替の改良を施
した、図１のアセンブリの右側部分の模式的な断面図で
ある。

【符号の説明】

３０ アクチュエータ ３２ 第１のディスク ３４，３６，３８，４０ ディスク ４２ 端部壁 ４４ 係合面 ４６ 環状の溝 ４８ ボス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 502295560 2870 Ｗａｔｅｒｆｒｏｎｔ Ｐａｒｋｗ ａｙ，Ｓｕｉｔｅ 100，Ｉｎｄｉａｎａ ｐｏｌｉｓ，Ｉｎｄｉａｎａ 46214，Ｕ. Ｓ．Ａ. (72)発明者 プレゼミスロー・エイ・ザグロツキ アメリカ合衆国、47906 インディアナ州、 ウエスト・ラファイェット、マイアミ・ト レイル 2228 Ｆターム(参考） 3J056 AA34 AA60 BA01 BB07 BE30 CA04 CA05 GA02 GA12 3J058 AA48 AA53 AA57 BA32 CB20 CB27 FA01 GA92 GA93

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摩擦アセンブリであって、 隣接する交互のディスクが摩擦作用するように同一軸に
   沿って回転可能に取り付けられた複数の摩擦ディスクで
   あって、前記各摩擦ディスクが、中心に開口を有する金
   属コアプレートとそのプレートの片面のみに固着された
   摩擦材料の環状リングとを含み、前記摩擦材リングがそ
   れぞれ同一の軸方向を向いている、前記複数の摩擦ディ
   スクと、 前記ディスクを互いに接触させて摩擦が起こるようにす
   る手段と、 前記アセンブリに配置された第１のディスクであって、
   外側を向いたコアプレートを有しており、滑り接触して
   摩擦が生じる時、前記第１のディスクはその他の摩擦デ
   ィスクより比較的低温に保たれるため、前記第１のディ
   スクに比べ前記その他の摩擦ディスクが熱弾性変形を受
   け、それによって前記ディスク間に不均一な接触圧力が
   生じる、前記第１のディスクと、 係合時に前記第１のディスクと前記その他のディスクと
   の形状の一致を可能にする手段とを含むことを特徴とす
   る摩擦アセンブリ。
2. 【請求項２】 前記ディスクを互いに接触させて摩擦が
   起こるようにする前記手段が、前記第１のディスクの金
   属の保持プレートと係合する軸アクチュエータを含み、
   前記アクチュエータが、前記第１のディスクが凸状に変
   形できるように作動することを特徴とする請求項１に記
   載の摩擦ディスクアセンブリ。
3. 【請求項３】 前記第１のディスク、およびそれに関連
   するコアプレートおよび摩擦材のリングが、内周および
   外周を有しており、前記アクチュエータが前記コアプレ
   ートの内周および外周付近にのみ圧縮力を加えることを
   特徴とする請求項２に記載の摩擦ディスクアセンブリ。
4. 【請求項４】 前記アクチュエータが環状の溝を有して
   おり、その溝の幅が、前記第１の摩擦ディスクに設けら
   れている摩擦財の環状リングの幅より狭いことを特徴と
   する請求項２に記載の摩擦ディスクアセンブリ。
5. 【請求項５】 同心円上の離間した一対のリングが前記
   第１のディスクのコアプレートに設けられており、それ
   らのリングとリングとの間の幅が、前記第１のディスク
   に設けられている摩擦財の環状リングの幅より狭いこと
   を特徴とする請求項２に記載の摩擦ディスクアセンブ
   リ。
6. 【請求項６】 前記アセンブリが、最後のディスクと、
   係合時にその最後のディスクと前記その他のディスクと
   の形状の一致を可能にする手段とを含むことを特徴とす
   る請求項１に記載の摩擦ディスクアセンブリ。
7. 【請求項７】 前記最後のディスクに対向する前記手段
   が軸方向に固定されたボスを含み、前記軸方向に固定さ
   れたボスが、前記最後のディスクに設けられている摩擦
   材の環状リングの外径より小さい外径と、前記最後のデ
   ィスクに設けられている前記摩擦材の環状リングの内径
   より大きい内径とを有することを特徴とする請求項６に
   記載の摩擦ディスクアセンブリ。
8. 【請求項８】 摩擦アセンブリであって、 軸方向に整合した複数の摩擦ディスクであって、それぞ
   れが金属ディスクと、その金属ディスクの片面のみに固
   着された摩擦材のリングとを含み、前記各摩擦材リング
   が同一の軸方向を向いている、前記複数の摩擦ディスク
   と、 前記ディスクの他方の面の金属露出面と、 前記アセンブリの両端部に設けられた第１の端面および
   第２の端面であって、その一方の端面が、前記各ディス
   クの摩擦材のリングが隣接するディスクの前記金属露出
   面と摩擦係合、すなわち滑り接触するように軸方向に移
   動可能であり、係合時にエネルギーを伝達するべく交互
   するディスクが隣接ディスクに対して回転可能である、
   前記第１の端面および第２の端面と、 一連に配置されている第１のディスクおよび第２のディ
   スクであって、前記第１のディスクの金属露出面が隣接
   するディスクと係合しないため、係合すると熱変形する
   前記第２のディスクと比べ低温である、前記第１のディ
   スクおよび第２のディスクと、 前記第１のディスクと熱変形した第２のディスクと形状
   の一致を可能とするための前記第１のディスクに関連す
   る手段とを含むことを特徴とする摩擦ディスクアセンブ
   リ。
9. 【請求項９】 前記第２のディスクおよびそれに続くデ
   ィスクが、前記摩擦リングの半径方向の中間位置でカッ
   プ状に熱変形し、前記第１のディスクが前記半径方向の
   中間位置に対応するゾーンで支持されておらず、それに
   よって第２のディスクとの形状の一致が可能となること
   を特徴とする請求項８に記載の摩擦アセンブリ。
10. 【請求項１０】 環状の溝が前記第１のディスクの前記
    金属面と対向する前記端面に設けられており、前記環状
    の溝の幅が前記第１のディスクに設けられている前記摩
    擦リングの幅より狭いことを特徴とする請求項９に記載
    の摩擦アセンブリ。
11. 【請求項１１】 一対の同心円上のリングが、前記第１
    のディスクの前記金属面に設けられており、そのバンド
    とバンドとの間の幅が前記第１のディスクの前記摩擦リ
    ングの幅より狭いことを特徴とする請求項９に記載の摩
    擦アセンブリ。
12. 【請求項１２】 前記第１のディスクと対向する前記端
    部に、前記アセンブリの最後のディスクに設けられてい
    る前記摩擦材のリングの幅より狭い突出部が設けられて
    おり、前記突出部の幅が前記摩擦材のリングより狭いこ
    とを特徴とする請求項８に記載の摩擦アセンブリ。