JP2005249051A

JP2005249051A - 自動変速機における湿式多板クラッチ

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Publication number: JP2005249051A
Application number: JP2004059292A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Uchida; 啓之内田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】ヒートスポットによる変形を低減した自動変速機の湿式多板クラッチを提供すること。
【解決手段】摩擦部材１４を表面に有するフリクションプレート１３と、フリクションプレート１３の摩擦部材１４の表面に摺接して回転力を伝達するセパレータプレート１５と、を有し、セパレータプレート１５が、質量％で０．２０％〜０．５０％Ｃ，０．５０〜１．２％Ｎｉの合金鋼、もしくは、０．０５〜０．３０％Ｃ，０．５０〜１．５０％Ｃｒ，０．１５〜０．３０％Ｍｏの合金鋼であり、８００Ｋでの熱拡散率が、８．００〜８．８０ｍｍ^２／ｓである合金鋼により成形されてなる自動変速機における湿式多板クラッチ１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車、農業機械、建設機械、等に使用されるオートマチックトランスミッション（自動変速機）に用いられる湿式多板クラッチに関する。

従来、自動変速機における湿式多板クラッチは、フリクションプレートがエンジントルクの入力軸に固定されており、セパレータプレートがハウジング側に固定されている。

ここで、セパレータプレートは完全な平面ではなく、わずかに面外方向に波打っているので、フリクションプレートとの係合時に局所的な接触が生じる。このとき、セパレータプレートの局所的な接触部では、接触側と反接触側とで温度差が生じ、さらにセパレータプレートの反りが大きくなる。局所的な接触部の反りが大きくなることによりセパレータプレート全体の波打ちが大きくなり、ねずみ算的にヒートスポットが生じる。また、ヒートスポットが起きると瞬間的に７００℃付近のフェライト/オーステナイト変態点を超えた温度となるため、その後の冷却により温度が低下しても、局所的な変態歪による変形が残るので、ヒートスポットの発生が促進される。その結果、このヒートスポットによるセパレータプレートの変形により、摩擦特性が変化するという問題があった。このような湿式多板クラッチでは、セパレータプレートが、質量％で０．２〜０．３２％Ｃの中炭素合金（例えば、Ｓ２０Ｃ相当鋼、Ｓ３５Ｃ，Ｓ３５ＣＭ等）を打抜いて形成したものを使用していた。

上記の問題に対する対策として、ヒートスポット発生時の発熱を防ぐという目的から、発熱原因となるすべり速度を小さくするため、フローティングディスク（フローティングプレート）を使用するデファレンシャル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、各サイドギアの円錐面と、円錐面と対向するデフケースの円錐面との間にそれぞれコーンリングおよびフローティングプレートを配置したことにより、デフケースとサイドギアの間の摺動面が、デフケースとコーンリング間、コーンリングとフローティングプレート間およびフローティングプレートとサイドギア間のいずれか又は３者の対向面となり、３者の対向面が摺動面となった場合に、各摺動面での摺動速度の低減を図って耐摩耗性を向上するようにしている。

また、フリクションプレートの裏表に溝を配置して油を流して冷却する構造が知られている（例えば、特許文献２及び３参照）。

特許文献２では、コアプレート上に固着した摩擦材に、摩擦材の内周面から外周面まで貫通する油通路と、内周面には開口しているが貫通はしていない油溝とを交互に設けることにより、油の流通と貯溜とを摩擦材上で適切に行い、クラッチディスクの冷却と、クラッチ解放の場合の引き離しと、が良好に行われるとともに、作動時のトルクを安定させ、耐久寿命も長くなるようとしている。

特許文献３では、回転部材の外周スプラインの山部又は谷部と、基板の内周スプラインの谷部又は山部と、により摩擦材の半径方向に延びる油通路に連通する油溜り部を区画形成することで、油通路により多量の油を循環させて、ドライブプレートとドリブンプレートとの間の摺接部をより有効に冷却し、ドライブプレートとドリブンプレートとの間の摺接部を有効に冷却し、クラッチ焼けや特性の劣化を防止して耐久性を向上するのみならず、クラッチ切れを改良しようとしている。
特開２００３−０４９９２７号公報（第３−４頁、図１）特開平１１−１４１５７０号公報（第３頁、図３）特開２００２−３７２０７４号公報（第４−第５頁、図１）

しかしながら、上記の特許文献１，２，３では、材料面からの根本的な対策がなされておらず、それによって、ヒートスポットによる変形を解消でき難かった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ヒートスポットによる変形を低減した自動変速機の湿式多板クラッチを提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
（１）プラネタリギアユニットの所定回転要素と入力部材とを接離する湿式多板クラッチを備えてなる自動変速機における湿式多板クラッチにおいて、
前記湿式多板クラッチが、摩擦部材を表面に有するフリクションプレートと、前記フリクションプレートの前記摩擦部材の表面に摺接して回転力を伝達するセパレータプレートと、を有し、
前記セパレータプレートが、質量％で０．２０％〜０．５０％Ｃ，０．５０〜１．２％Ｎｉの合金鋼、もしくは、０．０５〜０．３０％Ｃ，０．５０〜１．５０％Ｃｒ，０．１５〜０．３０％Ｍｏの合金鋼であり、８００Ｋでの熱拡散率が、８．００〜８．８０ｍｍ^２／ｓである合金鋼により成形されてなることを特徴とする自動変速機における湿式多板クラッチ。

（２）前記セパレータプレートが、油を通過させる油孔を円周方向に複数配していることを特徴とする（１）に記載した自動変速機における湿式多板クラッチ。

本発明の自動変速機における湿式多板クラッチによれば、質量％で０．２０％〜０．５０％Ｃ，０．５０〜１．２％Ｎｉの合金鋼、もしくは、０．０５〜０．３０％Ｃ，０．５０〜１．５０％Ｃｒ，０．１５〜０．３０％Ｍｏの合金鋼であり、８００Ｋでの熱拡散率が、８．００〜８．８０ｍｍ^２／ｓである合金鋼を用いてセパレータプレートが成形されるために、高温で熱拡散率が高い合金を使用することで、ヒートスポットの発生の際に、熱を効率良く分散させ、熱変形を低減することができる。従って、ヒートスポットの発生時の過度な発熱を防止し、熱変形による歪を低減することができるので、セパレータプレートの変形を防止し、摩擦特性の劣化を防ぐことができる。

また、本発明の自動変速機における湿式多板クラッチによれば、セパレータプレートが、油を通過させる油孔を円周方向に複数配しているために、クラッチオイルが油孔内を通過することによってセパレータプレートが冷却されるので、冷却効果を高めることができる。

以下、本発明の実施形態に係る自動変速機における湿式多板クラッチを図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係る一実施形態の自動変速機における湿式多板クラッチの断面図、図２は図１に示す湿式多板クラッチに用いるセパレータプレートの正面図、図３は図２に示すセパレータプレートにおける変形例の正面図、図４は実施例の測定データ表である。本発明は、湿式多板クラッチを構成するセパレータプレートの材料性状を工夫することにより、その耐久性向上を図るものである。そのため、本発明を実施する際に図面に表れる構造に関しては、従来から知られている湿式多板クラッチと同様である。よって、湿式多板クラッチの具体的構造の説明については省略する。

図１に示すように、本発明の一実施形態である自動変速機における湿式多板クラッチ１０は、ハウジング（アウタードラムとも言う）１１と、インナードラム１２と、両面に摩擦材１４，１４が固着された複数の４枚のフリクションプレート１３と、複数の５枚のセパレータプレート１５と、から構成されている。

ハウジング１１は、円筒形状に形成されており、内周面の円周方向に、セパレータプレート１５の外周部に形成された８個の複数の鍔部（図２に示す）１６と同一数の８個の凹溝（不図示）が筒方向に形成されている。ハウジング１１は、出力側のギア（不図示）に一体的に結合される。ハウジング１１には、複数のセパレータプレート１５及び複数のフリクションプレート１３を筒方向に押圧するためのピストン（不図示）をシリンダ（不図示）内に配した油圧機構（不図示）が図中の左方側に内蔵されている。

インナードラム１２は、円筒形状に形成されており、外周面の円周方向に、フリクションプレート１３の内周部に形成された複数の鍔部（不図示）と同一数の凹溝（不図示）が筒方向に形成されている。インナードラム１２は、エンジン側の回転要素（クラッチハブ、入力軸）に結合されるために、エンジンの回転が入力される。

フリクションプレート１３は、円環形状に形成された板部材であって、ハウジング１１の内径よりも小さい外径を有し、内周部に形成された複数の鍔部がインナードラム１２の凹溝に挿入されることによってスプライン嵌合されている。そのため、フリクションプレート１３は、インナードラム１２の回転方向に係止され、インナードラム１２の筒方向に移動可能に結合されている。フリクションプレート１３の両面には、摩擦材１４，１４が固着されている。

セパレータプレート１５は、円環形状に形成された板部材であって、インナードラム１２の外径よりも大きい内径を有し、本体１７の外周部に８個の複数の鍔部１６が突出形成されている。鍔部１６は、ハウジング１１の凹溝に挿入されることによってスプライン嵌合されている。そのため、セパレータプレート１５は、ハウジング１１の回転方向に係止され、ハウジング１１の筒方向に移動可能に結合されている。

セパレータプレート１５は、質量％で０．２０％〜０．５０％Ｃ，０．５０〜１．２％Ｎｉの合金鋼、もしくは、０．０５〜０．３０％Ｃ，０．５０〜１．５０％Ｃｒ，０．１５〜０．３０％Ｍｏの合金鋼であり、８００Ｋでの熱拡散率が、８．００〜８．８０ｍｍ^２／ｓである合金鋼により成形されている。セパレータプレート１５は、高温で熱拡散率が高い合金を使用しているために、ヒートスポットの発生の際に、熱を効率良く分散させ、熱変形を低減することができ、ヒートスポットの発生時の過度な発熱を防止し、熱変形による歪を低減することができるので、変形が防止され、摩擦特性の劣化を防ぐことができる。

図２に示すように、セパレータプレート１５は、外周上に８個の複数の鍔部１６が突出形成されている。鍔部１６は、中央部を半円形状に切除した四角形形状に形成されている。セパレータプレート１５は、８個の鍔部１６が、ハウジング１１の凹溝にスプライン嵌合されるために、クラッチ動作を行うためにハウジング１１の筒方向に移動される際に、ずれや、がたつきを生じることなく確実に作動される。

このような湿式多板クラッチ１０は、クラッチオイルが充填されているトランスミッションケース（不図示）内に収納され、エンジンの動力によってインナードラム１２が回転される。このとき、各セパレータプレート１５と、各フリクションプレート１３とは非接触状態にあり、インナードラム１２の回転力はハウジング１１に伝達されない。

そして、油圧機構が作動されてシリンダ内に油圧がかかり、ピストンにより、図１中左端部のセパレータプレート１５が筒方向に図１中右方向に押圧される。すると、そのセパレータプレート１５がフリクションプレート１３の摩擦材１４に当接され、各セパレータプレート１５が各フリクションプレート１３の摩擦材１４，１４を挟んで、各セパレータプレート１５と、各フリクションプレート１３と、が交互に密着される。それにより、インナードラム１２がハウジング１１に連結され、エンジンの動力で出力側のギアが回転される。

これに反して、エンジンの動力を遮断するには、油圧機構によってピストンに油圧をかけ、同時に、油圧を解除する。これにより、ピストンが戻り移動され、各セパレータプレート１５が、各フリクションプレート１３の摩擦材１４，１４から離れ、インナードラム１２の回転力がハウジング１１に伝達されなくなって遮断状態となる。

本実施形態の自動変速機における湿式多板クラッチ１０によれば、質量％で０．２０％〜０．５０％Ｃ，０．５０〜１．２％Ｎｉの合金鋼、もしくは、０．０５〜０．３０％Ｃ，０．５０〜１．５０％Ｃｒ，０．１５〜０．３０％Ｍｏの合金鋼であり、８００Ｋでの熱拡散率が、８．００〜８．８０ｍｍ^２／ｓである合金鋼を用いてセパレータプレート１５が成形されるために、高温で熱拡散率が高い合金を使用することで、ヒートスポットの発生の際に、熱を効率良く分散させ、熱変形を低減することができる。従って、ヒートスポットの発生時の過度な発熱を防止し、熱変形による歪を低減することができるので、セパレータプレート１５の変形を防止し、摩擦特性の劣化を防ぐことができる。

次に、図３を参照して、セパレータプレートの変形例について説明する。

図３に示すように、本変形例のセパレータプレート２０は、円環形状に形成された板部材であって、本体２１の外周部に８個の複数の鍔部２２が突出形成されている。鍔部２２は、ハウジング（図１参照）の凹溝に挿入されることによってスプライン嵌合されている。そして、セパレータプレート２０には、本体２１の円周方向に複数の３２個の油孔（ざぐり孔とも言う）２３が形成されている。油孔２３は、本体２１の表面から裏面まで貫通して形成されているために、クラッチオイル（油）が表面から裏面または裏面から表面に通過して、セパレータプレート２０を冷却する。

セパレータプレート２０は、セパレータプレート１５と同様にして、質量％で０．２０％〜０．５０％Ｃ，０．５０〜１．２％Ｎｉの合金鋼、もしくは、０．０５〜０．３０％Ｃ，０．５０〜１．５０％Ｃｒ，０．１５〜０．３０％Ｍｏの合金鋼であり、８００Ｋでの熱拡散率が、８．００〜８．８０ｍｍ^２／ｓである合金鋼により成形されているために、高温で熱拡散率が高い合金を使用しているために、ヒートスポットの発生の際に、熱を効率良く分散させ、熱変形を低減することができ、ヒートスポットの発生時の過度な発熱を防止し、熱変形による歪を低減することができるので、変形が防止され、摩擦特性の劣化を防ぐことができる。

本変形例によれば、セパレータプレート２０が、油を通過させる油孔２３を円周方向に複数配しているために、クラッチオイルが油孔２３内を通過することによってセパレータプレート２０が冷却されるので、冷却効果を高めることができる。

（実施例）
次に、図４を参照して、本発明の一実施形態及び変形例に係る自動変速機における湿式多板クラッチの作用効果を確認するために行った実施例について説明する。

実施例には、以下に示す異なる６種類の組成の合金鋼よりなるセパレータプレートを作製した。
実施例１：質量％で０．２０％Ｃ，０．５０％Ｎｉの合金鋼
実施例２：質量％で０．４０％Ｃ，０．８０％Ｎｉの合金鋼
実施例３：質量％で０．５０％Ｃ，１．２０％Ｎｉの合金鋼
実施例４：質量％で０．１０％Ｃ，０．５０％Ｃｒ，０．１５％Ｍｏの合金鋼
実施例５：質量％で０．０５％Ｃ，１．００％Ｃｒ，０．１５％Ｍｏの合金鋼
実施例６：質量％で０．３０％Ｃ，１．５０％Ｃｒ，０．３０％Ｍｏの合金鋼
なお、比較のため、比較例として従来鋼の組成によるセパレータプレートも用いた。
（実験）
これらのセパレータプレートに摺擦するクラッチプレートと、このクラッチプレートを軸方向に摺動自在に取付けるプラネタリギユニットのリングギアとによりなる湿式多板クラッチ装置を用いて試験を行った。
また、各合金の８００Ｋでの熱拡散率（ｍｍ^２／ｓ（ａｔ８００Ｋ））を測定した。熱拡散率の測定には、直径１０ｍｍ、厚さ０．６５ｍｍの円盤状の試料を作製し、レーザーフラッシュ法（真空理工（株）製）を用い、試料表面にレーザーを照射し、試料裏面の温度上昇を赤外線検出器により測定することにより求めた。
そして、上記の湿式多板クラッチ装置において、入力軸を８０００ｒｐｍで回転させ、セパレータプレートとフリクションプレートの接合と切離しとを１０秒間隔で所定時間繰り返した後に、セパレータプレートの変形量を測定することで、ヒートスポットによる変形の大小及び損傷の大小を判断した。
なお、図４の変形量比の欄においては、最も変形量の多かった比較例相当の鋼種の変形量を１として、その変形量との比で表している。

実験の結果、実施例１では、熱拡散率が８．００となり、変形量比が０．３０となった。また、実施例２では、熱拡散率が８．４０となり、変形量比が０．２２となった。また、実施例３では、熱拡散率が８．４４となり、変形量比が０．２４となった。また、実施例４では、熱拡散率が８．２２となり、変形量比が０．４５となった。また、実施例５では、熱拡散率が８．３０となり、変形量比が０．３０となった。また、実施例６では、滅拡散率が８．８０となり、変形量比が０．２０となった。そして、従来に相当する比較例では、熱拡散率が５．７８である。

これにより明らかなように、実施例１，２，３に相当する、質量％で０．２０％〜０．５０％Ｃ，０．５０〜１．２％Ｎｉの合金鋼を用いたセパレータプレート及び、実施例４，５，６に相当する、質量％０．０５〜０．３０％Ｃ，０．５０〜１．５０％Ｃｒ，０．１５〜０．３０％Ｍｏの合金鋼を用いたセパレータプレートが、８００Ｋでの熱拡散率が、８．００〜８．８０ｍｍ^２／ｓとなり、セパレータプレートに局所的なヒートスポットが形成されても効率よく熱を分散するため変形が少ないことが分かる。その結果、セパレータプレートとフリクションプレートとの間で円滑な動力伝達が維持できるとともに、これらセパレータプレート及びフリクションプレートが早期に劣化することを阻止できることが分かる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、上述したように、本発明を実施する際に図面に表れる構造に関しては、従来から知られている湿式多板クラッチと同様であるために、湿式多板クラッチの具体的構造の説明については省略するが、セパレータプレートの数及び、フリクションプレートの数については、図示した、５個のセパレータプレート、４個のフリクションプレートに限定されることはなく、本湿式多板クラッチを搭載するトランスミッションの容量を考慮して選択設定される。

本発明に係る一実施形態の自動変速機における湿式多板クラッチの断面図である。図１に示した湿式多板クラッチに用いるセパレータプレートの正面図である。図２に示したセパレータプレートにおける変形例の正面図である。実施例の測定データ表である。

符号の説明

１０湿式多板クラッチ（自動変速機における湿式多板クラッチ）
１３フリクションプレート
１４摩擦部材
１５セパレータプレート
２３油孔

Claims

プラネタリギアユニットの所定回転要素と入力部材とを接離する湿式多板クラッチを備えてなる自動変速機における湿式多板クラッチにおいて、
前記湿式多板クラッチが、摩擦部材を表面に有するフリクションプレートと、前記フリクションプレートの前記摩擦部材の表面に摺接して回転力を伝達するセパレータプレートと、を有し、
前記セパレータプレートが、質量％で０．２０％〜０．５０％Ｃ，０．５０〜１．２％Ｎｉの合金鋼、もしくは、０．０５〜０．３０％Ｃ，０．５０〜１．５０％Ｃｒ，０．１５〜０．３０％Ｍｏの合金鋼であり、８００Ｋでの熱拡散率が、８．００〜８．８０ｍｍ^２／ｓである合金鋼により成形されてなることを特徴とする自動変速機における湿式多板クラッチ。
前記セパレータプレートが、油を通過させる油孔を円周方向に複数配していることを特徴とする請求項１に記載した自動変速機における湿式多板クラッチ。