JP2005315321A - 摩擦係合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クラッチシステムの小型化を図ることができる摩擦係合装置を提供する。
【解決手段】 摩擦部材本体と摩擦層とが炭素繊維複合材により一体的に形成されてなる摩擦部材１０と、この摩擦部材１０に摺接されるセパレータプレート２０とを備えた摩擦係合装置であって、摩擦部材に形成された歯形部１０ａの厚さＴと、摩擦部材本体および摩擦層の厚さｔと、セパレータプレート２０の厚さＤとの間に、ｔ＜Ｔ＜ｔ＋Ｄの関係が成り立つようにした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、摩擦係合装置に関し、特に、自動車の自動変速機用クラッチ等に使用されるのに好適な摩擦係合装置に関するものである。

従来、自動車の自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置は、鉄系の金属からなるプレート状の芯金に、セルロース繊維等の摩擦材を接合して形成される摩擦部材を備えている。
摩擦材は、一般に、ペーパー摩擦材といわれ、摩擦材用の樹脂を有機溶媒で溶解したものを有機系繊維基材の抄紙体に含浸させ、乾燥、加熱硬化工程を経て得られる。また、小型軽量化を図るために、炭素系繊維で形成した摩擦材も知られている。

このような摩擦材の接合された摩擦部材は、相手側となるセパレータプレートとともに複数枚交互に重ねられて、多板形クラッチを構成し、摩擦係合装置の駆動力伝達部材として配置される。そして、摩擦係合装置は、摩擦部材がセパレータプレートに対して圧接あるいは離間されることにより、エンジン側からの駆動力が車輪側に伝達され、あるいは駆動力が車輪側と遮断されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３２８５４号公報（段落００４１〜００４５，図４）

前記した従来の摩擦係合装置では、芯金に摩擦材が接合されることにより摩擦部材が形成されていたため、相手側となるセパレータプレートとともに複数枚交互に重ねられた状態では、全長が長くなるという難点を有していた。このため摩擦係合装置のクラッチシステム（少なくとも摩擦部材およびセパレータプレートを含むシステム、以下同じ）が大型化するという問題があった。

そこで、本発明は、クラッチシステムの小型化を図ることができる摩擦係合装置を提供することを課題とする。

前記課題を達成するために本発明の請求項１に係る摩擦係合装置は、摩擦部材本体と摩擦層とが炭素繊維複合材により一体的に形成されてなる摩擦部材と、この摩擦部材に摺接されるセパレータプレートとを備えた摩擦係合装置であって、前記摩擦部材に形成された歯形部の厚さＴと、前記摩擦部材本体および摩擦層の厚さｔと、前記セパレータプレートの厚さＤとの間に、ｔ＜Ｔ＜ｔ＋Ｄの関係が成り立つことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、摩擦部材の摩擦部材本体と摩擦層とが炭素繊維複合材により一体的に形成されてなるので、従来のように、これらの部分が別体で形成されたものに比べて、摩擦部材の構成がシンプルになる。また、従来のような金属からなるプレート状の部材で構成される部分も炭素繊維複合材で構成されるので、クラッチシステムの大幅な軽量化を実現することができる。このように軽量化されることにより、回転する摩擦部材の慣性を低減することができるようになり、駆動力の伝達ロスを少なくすることができる。これにより、自動車の自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置に用いた場合、燃料消費量の低減を図ることも可能となる。

さらに、摩擦部材に形成された歯形部の厚さＴと、摩擦部材本体および摩擦層の厚さｔと、セパレータプレートの厚さＤとの間に、ｔ＜Ｔ＜ｔ＋Ｄの関係が成り立つので、次のような作用効果が得られる。
すなわち、摩擦部材本体および摩擦層の厚さｔは、歯形部の厚さＴよりも薄く形成されるので、隣接する摩擦部材同士の距離を短くすることができる。しかも歯形部の厚さＴは、摩擦部材本体および摩擦層の厚さｔにセパレータプレートの厚さＤを加えた厚さｔ＋Ｄよりも小さくなるように規定されているので、隣接する摩擦部材同士の距離が短くされることにより、各摩擦部材の歯形部同士が接近しても、これらが干渉することはない。これにより、各摩擦部材の安定した動作が確保されるようになり、歯形部同士が接触することによる誤作動が防止される。
これにより、クラッチシステムの小型化された摩擦係合装置が得られる。

請求項２に記載の摩擦係合装置は、請求項１に記載の摩擦係合装置において、前記摩擦部材は、気孔率が２０〜６０％にされてなることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、摩擦部材は、気孔率が２０〜６０％にされてなるので、気孔の存在による摩擦係数（摩擦特性）の向上を図ることができる。また、気孔が存在することによって、摺動面におけるオイルの潤滑性が確保されるようになり、摩擦部材本体および摩擦層の厚さｔが薄肉化されても、各摩擦部材の安定した動作が確保されるようになる。
ここで、気孔率が２０％を下回ると、気孔量が不十分となるため、気孔に保持されるオイルによる潤滑が速やかに行われ難くなり、良好な摩擦特性が得られなくなるとともに、オイルによる摺動面の冷却不足を招きやすくなる。また、気孔率が６０％を超えると、摩擦部材の靱性に影響が出やすくなって所望の強度を得ることができなくなり、耐久性が早期に低下しやすくなる。
これに対し、気孔率が２０〜６０％となるように規定したので、摺動面に潤滑供給されるオイルの保持力が高まり、良好な摩擦特性を得ることができるとともに、その耐久性を向上させることができる。

本発明の摩擦係合装置によれば、クラッチシステムの小型化を図ることができる摩擦係合装置が得られる。

以下、図面を参照して本発明に係る摩擦係合装置の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る摩擦係合装置を示す要部の断面図、図２は本発明の一実施の形態に係る摩擦係合装置に適用される摩擦部材を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図３はセパレータプレートを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。

本実施の形態では、自動車の自動変速機用クラッチ等に採用される摩擦係合装置について説明する。図１に示すように、摩擦係合装置１は、摩擦部材本体として機能する部分と摩擦層として機能する部分とが炭素繊維複合材により一体的に形成されてなる摩擦部材１０と、この摩擦部材１０に摺接されるセパレータプレート２０とからなる湿式多板クラッチＣを備えて構成される。摩擦部材１０は、炭素繊維／炭素質複合材（Ｃ／Ｃ複合材）で形成される。

本実施形態の摩擦係合装置１は、図示しないエンジンとモータ・ジェネレータＭＧとを備えたハイブリッド車に適用されるものであり、図示しないエンジンからのクランクシャフト２と、トランスミッション（図示せず）からのメインシャフト３との間に、前記モータ・ジェネレータＭＧと、ダンパＤと、前記湿式多板クラッチＣとが直列に配置されて構成される。

モータ・ジェネレータＭＧは、そのロータ４がボルト１ａを介してクランクシャフト２に固定されており、そのロータ４に、ボールベアリング５を介して湿式多板クラッチＣのクラッチ入力軸６が支持される。クラッチ入力軸６には、クラッチケース７の一端側が溶接されて固定される。クラッチケース７は、第１ケース７ａと、この第１ケース７ａの外周部に重ね合わされて溶接された第２ケース７ｂとから構成される。クラッチケース７の第１ケース７ａの内面には、クラッチガイド８が固定される。一方、第２ケース７ｂは、オイルポンプ（図示せず）を駆動するためのオイルポンプハブ９に溶接される。このオイルポンプハブ９は、ミッションケース３０にボールベアリング１１を介して支持され、オイルポンプハブ９とミッションケース３０との間にオイルシール１２が配置される。

トランスミッションのメインシャフト３は、その小径端部３ａがクラッチ入力軸６の支持孔に軸受メタル６ａを介して支持される。メインシャフト３の外周部には、クラッチハブ１３がスプライン結合され、その一端部がスラストベアリング１３ａを介してクラッチ入力軸６の端面に対向しているとともに、他端部がスラストベアリング１３ａを介して第２ケース７ｂの内面に対向している。
また、メインシャフト３の外周面とオイルポンプハブ９の内周面との間には、筒状のオイルセパレータ９ａが配置されており、このオイルセパレータ９ａの端部外周面とクラッチハブ１３の端部内周面との間にシールリング１３ｃが配置される。

湿式多板クラッチＣは、前記摩擦部材１０および相手材としてのセパレータプレート２０が交互に重ねられて各５枚ずつ配置されている。摩擦部材１０は、クラッチハブ１３の外周部に、その内歯１０ａ（図２（ａ）（ｂ）参照）がスプライン嵌合した状態に設けられ、また、セパレータプレート２０は、クラッチガイド８の内周部に、その外歯２０ａ（図３（ａ）（ｂ）参照）がスプライン嵌合した状態に設けられる。

摩擦部材１０は、図４に示すように、摩擦部材本体および摩擦層として機能する摺動部１０ｂの厚さｔが、この摺動部１０ｂの下部に形成された内歯（歯形部）１０ａの厚さＴよりも小さく形成されている。換言すれば、内歯１０ａが摺動部１０ｂよりも分厚くなっている。
そして、この内歯１０ａの厚さＴと、摺動部１０ｂの厚さｔと、セパレータプレート２０の厚さＤとの間に、ｔ＜Ｔ＜ｔ＋Ｄの関係が成り立っている。
すなわち、内歯１０ａの厚さＴは、セパレータプレート２０の厚さＤに摺動部１０ｂの厚さｔを加えた厚さｔ＋Ｄよりもよりも薄く形成されている。

このような摩擦部材１０は、熱硬化性樹脂および添加物からなるマトリックスと、そのマトリックスに分散する炭素繊維とにより形成した前躯体を３００〜６００℃で低温焼成することにより、焼成成形品の気孔率が２０〜６０％になるように形成される。

摩擦部材１０の材料として用いられる炭素繊維（ＣＦ）としては、ピッチ系やＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系、レーヨン系等の任意のものを使用することができる。また、炭素繊維としては未炭化炭素質繊維も使用することができる。炭素繊維の繊維長さおよび繊維径は特に限定されるものではなく、任意のものを使用することができる。また、骨材として石油系および／または石油系コークス粉末を含んでいても良い。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等を使用することができ、この中でも高い結合強度を得ることができるフェノール樹脂が好ましい。このような熱硬化性樹脂は焼成成形品の靱性を高めるためのバインダとしても作用する。添加物としては、適宜の繊維質や有機質バインダ等を用いることができる。

そして、摩擦部材１０は、次のような方法で製造可能である。
（１）前記炭素繊維、熱硬化性樹脂、添加物をよくかき混ぜて、ドーナツ状金型に充填し、金型温度を２５０℃、圧力を１０ＭＰａの条件下でホットプレスを行い、前躯体を形成した。なお、炭素繊維（ＣＦ）とマトリックスとの配合割合は、特に制限はないが、種々の態様を採り得る。
（２）次いで、得られた前躯体を加熱炉内に設置して、窒素ガス雰囲気中、焼成温度３００〜６００℃で、約２時間の低温焼成（加熱処理）を行い、焼成成形品を得た。
（３）得られた焼成成形品にプレス打ち抜き機で内歯１０ａおよび摺動部１０ｂ（図２（ａ）（ｂ）参照，図４参照）を形成し、その後、仕上げ加工として摺動面（セパレータプレート２０との摺動面）に対して研削を行った。
これにより、摺動部１０ｂの厚さｔが１．８ｍｍで、内歯１０ａの厚さＴが３ｍｍの摩擦部材１０が形成された。なお、このようにして形成された摩擦部材１０の相手材となるセパレータプレート２０の厚さＤは、２ｍｍに形成されている。これにより、内歯１０ａの厚さＴと、摺動部１０ｂの厚さｔと、セパレータプレート２０の厚さＤとの間に、前記関係、ｔ＜Ｔ＜ｔ＋Ｄ（１．８ｍｍ＜３ｍｍ＜１．８ｍｍ＋２ｍｍ）が成り立っている。

次に、図１を再び参照して、摩擦係合装置１におけるその他の構成を説明する。
最外側に配置される摩擦部材１０の側方には、エンドプレート１７が配置される。このエンドプレート１７は、シールリング１７ａを介して、クラッチハブ１３の外周部に設けられた環状の仕切り部材１７ｂに当接している。また、エンドプレート１７の側方で、第２ケース７ｂの内側面には、エンドプレート１７と密着し得る平坦な複数の受圧面７ｃが形成されており、各受圧面７ｃ（図では１つのみ図示）の間には、オイル溝７ｄが放射方向に形成されている。

クラッチガイド８とクラッチ入力軸６との間には、内外一対のＯリング８ａ，８ａを介してクラッチピストン１４が摺動自在に嵌合しており、そのクラッチピストン１４と第１ケース７ａとの間にクラッチ油室１４ａが区画される。このクラッチ油室１４ａは、クラッチ入力軸６を半径方向に貫通するオイル通路６ｂを介してメインシャフト３の内部に形成されたオイル通路３ｂに連通している。また、クラッチピストン１４には、最外側のセパレータプレート２０が当接可能に対向している。

湿式多板クラッチＣの内側において、クラッチ入力軸６には、クリップ１５ａでスプリングシート１５が支持されており、このスプリングシート１５とクラッチピストン１４との間に、クラッチスプリング１６が圧縮状態で挿入されている。これにより、クラッチピストン１４は、最外側のセパレータプレート２０から離れる方向（係合解除方向）に付勢されるようになっている。

摩擦部材１０、セパレータプレート２０およびエンドプレート１７の摺動領域は、クラッチハブ１３を貫通する複数の貫通孔１３ｂ（図では１つのみ図示）を介して、メインシャフト３とオイルセパレータ９ａとの間に形成されたオイル通路１８に連通している。また、前記摺動領域は、第２ケース７ｂの各オイル溝７ｄ（図では１つのみ図示）からクラッチハブ１３とオイルポンプハブ９との間に形成されたオイル通路１９ａを介して、オイルポンプハブ９の内周面とオイルセパレータ９ａの外周面との間に形成されたオイル通路１９ｂに連通している。したがって、前記摺動領域には、これらの通路を介してオイルが供給されるようになっている。

ここで、摩擦部材１０における気孔は、主として、前躯体中の揮発成分が低温焼成により除去されることによって形成されるものであり、その気孔率Ｐ（％）の測定は、顕微鏡により表面に形成された気孔の大きさを測定する方法や公知のトルエン法を用いることにより行うことができる。

以上説明したように、本実施形態の摩擦係合装置１は、摩擦部材１０の摺動部１０ｂ（摩擦部材本体および摩擦層）が炭素繊維複合材により一体的に形成されてなるので、従来のように、これらの部分が別体で形成されたものに比べて、摩擦部材１０の構成がシンプルになる。また、従来のような金属からなるプレート状の部材で構成される部分も炭素繊維複合材で構成されるので、クラッチシステムの大幅な軽量化を実現することができる。このように軽量化されることにより、回転する摩擦部材１０の慣性を低減することができるようになり、駆動力の伝達ロスを少なくすることができる。これにより、燃料消費量の低減を図ることも可能となる。

さらに、内歯１０ａの厚さＴと、摺動部１０ｂの厚さｔと、セパレータプレート２０の厚さＤとの間に、ｔ＜Ｔ＜ｔ＋Ｄの関係が成り立つので、次のような作用効果が得られる。
すなわち、摺動部１０ｂの厚さｔは、内歯１０ａの厚さＴよりも薄く形成されるので、隣接する摩擦部材１０，１０同士の距離を短くすることができる。しかも内歯１０ａの厚さＴは、摺動部１０ｂの厚さｔにセパレータプレート２０の厚さＤを加えた厚さｔ＋Ｄよりも小さくなるように規定されているので、隣接する摩擦部材１０，１０同士の距離が短くされることにより、各摩擦部材１０の内歯１０ａ，１０ｂ同士が接近しても、これらが干渉することはない。これにより、各摩擦部材１０の安定した動作が確保されるようになり、隣接する内歯１０ａ，１０ａ同士が接触することによる誤作動が防止される。
これにより、クラッチシステムの小型化された摩擦係合装置１が得られる。

また、摩擦部材１０は、気孔率が２０〜６０％にされてなるので、気孔の存在による摩擦係数（摩擦特性）の向上を図ることができる。また、気孔が存在することによって、摺動面（摺動部１０ｂ）におけるオイルの潤滑性が確保されるようになり、摺動部１０ｂが薄肉化されても、各摩擦部材１０の安定した動作が確保されるようになる。
ここで、気孔率が２０％を下回ると、気孔量が不十分となるため、気孔に保持されるオイルによる潤滑が速やかに行われ難くなり、良好な摩擦特性が得られなくなるとともに、オイルによる摺動面の冷却不足を招きやすくなる。また、気孔率が６０％を超えると、摩擦部材の靱性に影響が出やすくなって所望の強度を得ることができなくなり、耐久性が早期に低下しやすくなる。
これに対し、気孔率が２０〜６０％となるように規定したので、摺動面に潤滑供給されるオイルの保持力が高まり、良好な摩擦特性を得ることができるとともに、その耐久性を向上させることができる。

ところで、焼成成形品の気孔率が上がると、その分、焼成成形品に多くの隙間が生じることとなるが、焼成成形品には、前記のようにマトリックスが残留するので、この残留したマトリックスがバインダの役割を成し、焼成成形品の靱性が良好に保持されるようになる。換言すると、マトリックスを完全に焼成しないことにより、摩擦部材１０に形成される内歯１０ａ（図２（ａ）（ｂ）参照）を含む全体の強度が確保されるようになる。したがって、例えば、気孔率が６０％といったように高く設定されても、摩擦部材１０の肉厚を厚く形成して強度を確保する必要が無くなり、摩擦部材１０の薄肉化を実現することができる。したがって、摩擦係合装置１の小型化に寄与する摩擦部材１０が得られる。

本発明の一実施の形態に係る摩擦係合装置を示す要部の断面図である。 本発明の一実施の形態に係る摩擦係合装置に適用される摩擦部材を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。 セパレータプレートを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。 湿式多板クラッチの要部の拡大断面図である。

符号の説明

１ 摩擦係合装置
２ クランクシャフト
１０ 摩擦部材
１０ａ 内歯（歯形部）
１０ｂ 摺動部
２０ セパレータプレート
２０ａ 外歯
Ｃ 湿式多板クラッチ

Claims (2)

1. 摩擦部材本体と摩擦層とが炭素繊維複合材により一体的に形成されてなる摩擦部材と、この摩擦部材に摺接されるセパレータプレートとを備えた摩擦係合装置であって、
   前記摩擦部材に形成された歯形部の厚さＴと、前記摩擦部材本体および摩擦層の厚さｔと、前記セパレータプレートの厚さＤとの間に、
   ｔ＜Ｔ＜ｔ＋Ｄの関係が成り立つことを特徴とする摩擦係合装置。
2. 前記摩擦部材は、気孔率が２０〜６０％にされてなることを特徴とする請求項１に記載の摩擦係合装置。

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