JP2006200585A - 湿式多板クラッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートスポットの発生を効率よく抑制して、摩擦特性の変化が少ない湿式多板クラッチ装置を提供する。
【解決手段】 本発明の湿式多板クラッチ装置１０は、複数の凹部１４ｂ及び凸部１４ｃが形成された摩擦面を有するセパレータプレート１４を有する。凹部１４ｂ及び凸部１４ｃは、セパレータプレート１４とフリクションプレート１５との摩擦熱によるセパレータプレート１４の蛇行変形の円周方向間隔Ｐｓより短い円周方向間隔ｐで、凹部１４ｂ同士および凸部１４ｃ同士が表裏の互いに対応する位置に配置されてセパレータプレート１４の半径方向に延び、且つ凹部１４ｂの深さｄがフリクションプレート１５の摩擦材１９の厚さｔｆより深く形成されている。また、フリクションプレート１５は、摩擦面に複数セグセメントの摩擦材１９が固着されており、摩擦材１９の一セグメントの円周方向長さＬｆが、セパレータプレート１４の凹部１４ｂ及び凸部１４ｃの円周方向間隔ｐより長く形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、湿式多板クラッチ装置に関し、より詳細には、自動車のオートマチックトランスミッションに用いられる湿式多板クラッチ装置に関する。

従来の湿式多板クラッチ装置１は、図５に示すように、相対回転するクラッチケース２とハブ３とを備えている。クラッチケース２には複数のセパレータプレート４が、またハブ３には複数のフリクションプレート５が夫々スプライン嵌合しており、セパレータプレート４とフリクションプレート５とが交互に配置されている。また、圧縮ばね７によって一方向（図５において右方向）に付勢されたピストン６が、セパレータプレート４およびフリクションプレート５に対向して配設されて構成されている。そして、シリンダ室８に作動油（ＡＴＦ）を供給して圧縮ばね７に抗してピストン６を図に於いて左方向に移動させ、セパレータプレート４とフリクションプレート５とを圧接することにより、動力がハブ３とクラッチケース２との間で伝達される。また、シリンダ室８の作動油（ＡＴＦ）を排出すると、圧縮ばね７の力によりピストン６が右方向に移動してセパレータプレート４とフリクションプレート５とが離間し、クラッチが解放される。

このような自動車のオートマチックトランスミッションに用いられる湿式多板クラッチ装置は、以下の性能が要求される。
１）摩擦係数が高く、伝達トルクが大きいこと。
２）温度、圧力、経時による摩擦係数の変化が小さいこと。
３）摩擦係数が滑り速度の影響を受けにくいこと。（動摩擦係数μ_ｄ＞静摩擦係数μ_ｏ）
４）耐熱性、耐摩耗性に優れること。
５）機械的強度、耐面圧性に優れること。

特に、上記２）、３）項は、トランスミッション変速時の不快な衝撃（変速ショック）の抑制に必要な性能であり、湿式多板クラッチ装置に特徴的な摩擦特性である。しかしながら、セパレータプレート４は、クラッチの係合初期段階においてフリクションプレート５との摩擦熱により局所的に高温となって、いわゆるヒートスポットと呼ばれる焼付き跡が発生することがある。ヒートスポットが発生すると、湿式多板クラッチ装置１の摩擦特性が変化するので、オートマチックトランスミッションの変速時の不快な衝撃（変速ショック）が大きくなる問題があった。また、近年の自動車エンジンの高性能化に伴ってオートマチックトランスミッションの伝達トルクも増加する傾向にあり、セパレータプレート４とフリクションプレート５との摩擦面における摩擦発熱量が大きくなっており、有効なヒートスポット対策が熱望されている。

ヒートスポットの発生を抑制する従来の技術としては、フリクションプレートの間に複数のセパレータプレートを配置したものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、各部にオイル通路およびオイル案内手段を設けて効率よくフリクションプレートおよびセパレータプレートを冷却するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献１に開示されている湿式多板クラッチは、フリクションプレートの間に複数のセパレータプレートを配置して、セパレータプレートの厚さを薄くし、発生熱量の抑制を図ったものである。また、特許文献２に開示されている湿式クラッチの潤滑装置は、フリクションプレートに冷却オイル通過用孔部を設けると共に、エンドプレート側の壁体に冷却オイル吐出口を設け、更にエンドプレートの内周端面およびプレッシャプレートの内周端面に、夫々第１、第２案内手段を形成して、オイルによってエンドプレート、フリクションプレート、およびプレッシャプレートを効率的に冷却するようにしたものである。
特開２００２−１４７４９１号公報（第２−３頁、図１） 特開平５−２０９６３５号公報（第３−４頁、図１）

ところで、出願人は、ヒートスポットが発生したセパレータプレート４を詳細に調査したところ、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒートスポット９は、セパレータプレート４の表裏両面４ａ，４ｂに発生しており、その発生部位は、表面４ａの隣接するヒートスポット９（Ａ、Ｂ部）の円周方向中間に、裏面４ｂのヒートスポット９（Ｃ部）が発生していることが分かった。これは、図７に示すように、セパレータプレート４がフリクションプレート５と摩擦して局部的に加熱されると、表面４ａと裏面４ｂとに温度差が生じる。加熱された表面４ａ側が大きく熱膨張することによりセパレータプレート４が板厚方向に湾曲し、ピッチＰｓで蛇行する蛇行変形が生じる。これにより、表面４ａおよび裏面４ｂにおける湾曲の山部がフリクションプレート５に強く押圧されて更に発熱してヒートスポット９となる。しかし、特許文献１および特許文献２に開示されている湿式多板クラッチ装置では、このようなヒートスポットの発生を十分に抑制することはできず、改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヒートスポットの発生を効率よく抑制して、摩擦特性の変化が少ない湿式多板クラッチ装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 本発明の湿式多板クラッチ装置は、
両面に摩擦材が配設された複数のフリクションプレートと、
前記複数のフリクションプレートとの間に交互に配置された複数のセパレータプレートと、を備え、
前記セパレータプレートは、その両面に複数の凹部及び凸部が全周に亘って交互に配置され、且つ、前記凹部同士および前記凸部同士が表裏の互いに対応する位置に配置される摩擦面を形成し、
前記凹部と前記凸部による円周方向間隔は、前記セパレータプレートと前記フリクションプレートとの摩擦熱により前記セパレータプレートが板厚方向に蛇行して変形する蛇行変形の円周方向間隔より短く、
前記凹部及び凸部は前記セパレータプレートの半径方向に延び、
前記凹部の深さは前記摩擦材の厚さより深く形成されており、
前記摩擦材の一セグメントの円周方向長さは、前記セパレータプレートの前記凹部と前記凸部による前記円周方向間隔より長いことを特徴とする。
（２） （１）の湿式多板クラッチ装置において、前記摩擦材間に前記フリクションプレートの半径方向に対して傾斜して設けられた潤滑油溝の円周方向長さは、前記セパレータプレートの前記凹部及び前記凸部による前記円周方向間隔より長いことを特徴とする。
（３） （１）又は（２）の湿式多板クラッチ装置において、前記セパレータプレートの前記凸部の境界部が、前記摩擦材の厚さより大きな曲率半径を有する円弧状に形成されたことを特徴とする。
（４） （１）〜（３）のいずれかの湿式多板クラッチ装置において、前記セパレータプレートの両面には、前記凹部及び前記凸部が６０箇所以上配置されていることを特徴とする。

従って、上記構成の湿式多板クラッチ装置によれば、セパレータプレートは、その両面に複数の凹部及び凸部が全周に亘って交互に配置され、且つ、凹部同士および凸部同士が表裏の互いに対応する位置に配置される摩擦面を形成し、凹部及び凸部はセパレータプレートの半径方向に延びているので、摩擦による局部的な発熱部が対向する位置に生じ、均等に熱膨張する。これにより、セパレータプレートの板厚方向に生じる蛇行変形を抑制してヒートスポットの発生を抑制することができる。

また、凹部の深さは、フリクションプレートに配設された摩擦材の厚さより深くなっているので、クラッチの断接にかかわらず、凹部は常にフリクションプレートに接触しない。これにより、セパレータプレートの発熱部と非発熱部とが分散されて、セパレータプレートの蛇行変形が抑制される。
さらに、凹部と凸部による円周方向間隔は、セパレータプレートとフリクションプレートとの摩擦熱によりセパレータプレートが板厚方向に蛇行して変形する蛇行変形の円周方向間隔より短く形成されているので、セパレータプレートの発熱部と非発熱部とが全周に亘って均一に分散されて、セパレータプレートの板厚方向に生じる蛇行変形が抑制され、ヒートスポットが生じにくい。

また、フリクションプレートに配設された摩擦材の一セグメントの円周方向長さは、セパレータプレートの凹部と凸部による円周方向間隔より長く長く形成されているので、摩擦材の一つのセグメント全体がセパレータプレートの凹部内に落ち込むことがなく、摩擦発熱点の分散効果が阻害されず、ヒートスポットが生じにくい。

また、上記構成の湿式多板クラッチ装置によれば、摩擦材間にフリクションプレートの半径方向に対して傾斜して設けられた潤滑油溝の円周方向長さが、セパレータプレートの凹部及び凸部の前記円周方向間隔より長く形成されているので、摩擦材の端部が、セパレータプレートの凹部内に落ち込むことがなく、摩擦材の損傷が防止されて長寿命とすることができる。

さらに、上記構成の湿式多板クラッチ装置によれば、セパレータプレートの凸部の境界部が、摩擦材の厚さより大きな曲率半径を有する円弧状に形成されているので、セパレータプレートの凹部と凸部の角部による摩擦材の損傷を防止することができる。

本発明の湿式多板クラッチ置によれば、発熱部がセパレータプレートの全周にわたって分散されるので、摩擦熱によるセパレータプレートの蛇行変形が阻止されてヒートスポットの発生が抑制され、摩擦特性の変化が少なく、変速時の変速ショックが低減された湿式多板クラッチ装置が得られる。

以下、本発明に係る湿式多板クラッチ装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態である湿式多板クラッチ装置に組み込まれたセパレータプレートの正面図、図２はセパレータプレートの径方向中間位置における断面図、図３はフリクションプレートの正面図、図４はセパレータプレートに設けられた凹部及び凸部により、セパレータプレートの蛇行変形が防止される状態を示す模式図である。

本発明の湿式多板クラッチ装置１０は、セパレータプレート１４とフリクションプレート１５とが交互に配置されて押圧されることにより動力を伝達するようになっており、その基本構造は、図５で既に説明したものと同様に構成されているので説明を省略する。

湿式多板クラッチ装置１０は、セパレータプレート１４とフリクションプレート１５とを備える。図１および図２に示すように、セパレータプレート１４は、ＪＩＳ記号、Ｓ２０Ｃ、Ｓ３５Ｃ相当の軟鋼材板により略リング状に形成されたものであり、外周部に湿式多板クラッチ装置１０のクラッチケースとスプライン嵌合のための複数対（本実施形態においては８対）の爪部１４ａが円周方向に等間隔で形成されている。

より具体的には、セパレータプレート１４は、厚さ（ｔ１）が２．６５ｍｍの軟質板材（ＪＩＳ記号、ＹＳＨ）を、外径（ｄｅ）１５１．５ｍｍ、内径（ｄｉ）１３１．５ｍｍの略リング状に形成したものである。セパレータプレート１４の表裏両面には、ピッチ（ｐ）が４．４５ｍｍ間隔で全周に１００個の凹部１４ｂおよび凸部１４ｃが形成されており、セパレータプレート１４とフリクションプレート１５との摩擦熱によりセパレータプレート１４が板厚方向に蛇行して変形する蛇行変形の円周方向間隔より短く設定されている。セパレータプレート１４の両面に形成された凹部１４ｂ同士および凸部１４ｃ同士は、セパレータプレート１４の表裏面の互いに対応する位置に配置され、セパレータプレート１４の半径方向に延びて形成されている。凸部１４ｃの円周方向幅（ｍ）は２．０ｍｍであり、凹部１４ｂの深さ（ｄ）は、０．６ｍｍとされており、後述するフリクションプレート１５に配設された摩擦材１９の厚さ（ｔｆ）０．５ｍｍより深くなっている。凸部１４ｃの境界部１４ｄには、摩擦材１９の厚さ（ｔｆ）０．５ｍｍより大きい曲率半径（Ｒ）１．０ｍｍで円弧状に面取りされている。

このような加工は、例えばダイス（図示せず）をセパレータプレート１４の素材に押圧することにより容易に形成できる。或いは、プレス成形などの他の加工法によってもよい。尚、図１に示す実施形態においては、成形の都合上、爪部１４ａにまで凹部１４ｂおよび凸部１４ｃが形成された例を示しているが、必ずしも爪部１４ａにまで凹部１４ｂおよび凸部１４ｃを設ける必要はない。

図３に示すように、フリクションプレート１５は、コアプレート１７と複数の摩擦材１９とから構成されている。コアプレート１７は、板厚（ｔｐ）が０．８ｍｍのＪＩＳ記号、ＳＰＣＣを外径（ｄｅ’）が１５１．５ｍｍ、内径（ｄｉ’）が１３１．５ｍｍの略リング状にプレス加工などによって形成されており、内周部に湿式多板クラッチ装置１０のハブとスプライン嵌合のための複数（本実施形態においては３６ヶ所）の爪部１７ａが円周方向に等間隔で形成されている。

摩擦材１９は、いわゆるペーパ摩擦材であり、１６セグメントに分割されてコアプレート１７の両面に接着などによって固着されている。摩擦材の厚さ（ｔｆ）は、０．５０ｍｍであり、即ち、フリクションプレート１５の全体の厚さ（ｔ２）は、１．８ｍｍとなっている。１セグメントの摩擦材１９は略円弧状板であり、半径方向の両辺１９ａは半径方向に対して略６０°傾斜して形成されている。また、１セグメントの摩擦材１９の周方向長さ（Ｌｆ）は２７．８ｍｍであり、セパレータプレート１４の凹部１４ｂ及び凸部１４ｃによる円周方向間隔（ｐ）４．４５ｍｍの３倍以上（６．２倍）の長さとなっている。

１６セグメントに分割された摩擦材１９は、円周方向に互いに隙間が設けられてコアプレート１７の両面に固着されており、隣接する摩擦材１９間に形成された隙間は、潤滑油溝２１として機能し、自動変速機油（ＡＦＴ）をセパレータプレート１４とフリクションプレート１５との摺接面に供給してこれを冷却する。潤滑油溝２１は、フリクションプレート１５の半径方向に対して傾斜して形成され、その円周方向長さ（Ｌｏ）は略８ｍｍであり、セパレータプレート１４の凹部１４ｂ及び凸部１４ｃによる円周方向間隔（ｐ）より長く、フリクションプレート１５の全周に円周方向に等間隔で合計１６ヶ所配置される。

本実施形態の作用を説明する。本発明の実施形態である湿式多板クラッチ装置１０は、図５において、シリンダ室８に圧油を供給すると、ピストン６は圧縮ばね７の力に抗してを図において左方向に移動し、セパレータプレート１４とフリクションプレート１５とが圧接されて動力が伝達される。このとき、セパレータプレート１４とフリクションプレート１５とが摺接して摩擦熱が発生し、熱膨張する。

しかし、図４に示すように、セパレータプレート１４の摩擦面には、多数の凹部１４ｂ及び凸部１４ｃが全周に亘って交互に、且つ、表裏面に互いに対向して配置されているので、熱膨張による周方向に波長の長いセパレータプレート１４の蛇行変形を抑制できるので、ヒートスポットが発生しにくい。また、凹部１４ｂ及び凸部１４ｃは、摩擦熱によるセパレータプレート１４の蛇行変形の円周方向間隔Ｐｓ（図７の従来におけるヒートスポットの波長）より短い円周方向間隔ｐで全周に配置されているので、発熱点２３がセパレータプレート１４の表裏の対向する位置に分散されて生じるので、局部的な発熱が起こり難く、セパレータプレート１４が均等に熱膨張してヒートスポットの発生が阻止される。また、凹部１４ｂ及び凸部１４ｃは、半径方向に延びて形成されているので、発熱点２３が周方向に等間隔で分散され、効率的に蛇行変形の発生が抑制される。なお、凹部１４ｂ及び凸部１４ｃはセパレータプレート１４の全周に亘ってそれぞれ６０箇所以上配置することが望ましく、本実施形態では１００個としている。

また、 凹部１４ｂの深さ（ｄ）は、フリクションプレート１５に配設された摩擦材１９の厚さ（ｔｆ）より深くなっているので、クラッチの断接にかかわらず、凹部１４ｂは常にフリクションプレート１５に接触しない。これにより、セパレータプレート１４の発熱部２３が分散されて、セパレータプレート１４の蛇行変形が抑制される。更に、凸部１４ｃの境界部１４ｄには、摩擦材１９の厚さ（ｔｆ）より大きい曲率半径（Ｒ）で円弧状に面取りされているので、セパレータプレート１４の凸部１４ｃの角部１４ｄによる摩擦材１９の損傷を防止することができる。

フリクションプレート１５は、摩擦材１９の一セグメントの円周方向長さ（Ｌｆ）がセパレータプレート１４の凹部１４ｂ及び凸部１４ｃによる円周方向間隔（ｐ）より長く形成されているので、摩擦材１９の１セグメント全体が凹部１４ｂに落ち込んで凹部１４ｂとフリクションプレート１５とが接触することはない。従って、凹部１４ｂでの発熱はなく、凸部１４ｃでのみ発熱するので、発熱点２３が確実に分散される。一セグメントの円周方向長さ（Ｌｆ）は、凹部１４ｂ及び凸部１４ｃによる円周方向間隔（ｐ）の３倍以上とするのが望ましく、本実施形態では、略６．２倍としている。

また、隣接する摩擦材１９間に形成された半径方向に傾斜する潤滑油溝２１の円周方向相当長さ（Ｌｏ）が、セパレータプレート１４の凹部１４ｂ及び凸部１４ｃによる円周方向間隔（ピッチｐ）より長く形成されているので、摩擦材１９の端部がセパレータプレート１４の凹部１４ｂ内に落ち込むことが防止され、摩擦材１９が剥がれるなどの損傷が防止され、長寿命とすることができる。尚、上記した効果を確実にするためには、潤滑油溝２１の円周方向相当長さ（Ｌｏ）を、凹部１４ｂ及び凸部１４ｃによる円周方向間隔（ピッチｐ）の１．５倍以上とすることが望ましく、本実施形態では、１．８倍としている。

従って、本実施形態の湿式多板クラッチ装置１０によれば、摩擦熱によるセパレータプレート１４の蛇行変形が阻止されてヒートスポット９の発生が抑制されるので、摩擦特性の変化が少なく、変速時の変速ショックが低減された湿式多板クラッチ装置１０とすることができる。

尚、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。

本発明のセパレータプレートの正面図である。 セパレータプレートの半径方向中間位置における断面図である。 本発明のフリクションプレートの正面図である。 セパレータプレートに設けられた凹部及び凸部により、セパレータプレートの蛇行変形が防止される状態を示す模式図である。 湿式多板クラッチ装置の概略構成図である。 セパレータプレートに発生したヒートスポット発生場所を示し、（ａ）はセパレータプレートの表面の正面図、（ｂ）はセパレータプレートの裏面の正面図である。 ヒートスポットの発生メカニズムを示す模式図である。

符号の説明

１０ 湿式多板クラッチ装置
１４ セパレータプレート
１４ｂ 凹部
１４ｃ 凸部
１４ｄ 凸部の境界部
１５ フリクションプレート
１９ 摩擦材
２１ 潤滑油溝
ｄ 凹部の深さ
ｔｆ 摩擦材の厚さ
Ｌｆ 摩擦材の一セグメントの円周方向長さ
Ｌｏ 潤滑油溝の円周方向相当長さ
Ｐｓ 蛇行変形の間隔

Claims (4)

1. 湿式多板クラッチ装置であって、
   両面に摩擦材が配設された複数のフリクションプレートと、
   前記複数のフリクションプレートとの間に交互に配置された複数のセパレータプレートと、を備え、
   前記セパレータプレートは、その両面に複数の凹部及び凸部が全周に亘って交互に配置され、且つ、前記凹部同士および前記凸部同士が表裏の互いに対応する位置に配置される摩擦面を形成し、
   前記凹部と前記凸部による円周方向間隔は、前記セパレータプレートと前記フリクションプレートとの摩擦熱により前記セパレータプレートが板厚方向に蛇行して変形する蛇行変形の円周方向間隔より短く、
   前記凹部及び凸部は前記セパレータプレートの半径方向に延び、
   前記凹部の深さは前記摩擦材の厚さより深く形成されており、
   前記摩擦材の一セグメントの円周方向長さは、前記セパレータプレートの前記凹部と前記凸部による前記円周方向間隔より長いことを特徴とする湿式多板クラッチ装置。
2. 前記摩擦材間に前記フリクションプレートの半径方向に対して傾斜して設けられた潤滑油溝の円周方向長さは、前記セパレータプレートの前記凹部及び前記凸部による前記円周方向間隔より長いことを特徴とする請求項１に記載の湿式多板クラッチ装置。
3. 前記セパレータプレートの前記凸部の境界部が、前記摩擦材の厚さより大きな曲率半径を有する円弧状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の湿式多板クラッチ装置。
4. 前記セパレータプレートの両面には、前記凹部及び前記凸部が６０箇所以上配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の湿式多板クラッチ装置。

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