JP2007051672A - 回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用環境温度が変化してもクラッチ機能の応答速度が変わらず、引き摺りトルクが安定していて入力部材と出力部材の摩擦係合時に衝撃のない回転伝達装置を提供する。
【解決手段】外輪３と内輪５間に湿式多板クラッチ７を組込み、該湿式多板クラッチ７の軸方向一側に設けた電磁石１３に対する通電によって外輪３に取付けられたロータ１２にアーマチュア１１を吸着させ、該電磁クラッチ部１０Ａのアーマチュア１１と外輪３の締結時に、アーマチュア１１を内輪５に回り止めされたプレッシャプレート２１に対して相対回転させ、ボールカム２２によりプレッシャプレート２１を軸方向に移動させて湿式多板クラッチ７を押圧する軸力負荷部１０Ｂを設けた回転伝達装置において、外輪３内に粘度１５００００ｍＰａ・ｓを示す最高温度が−２６℃以下であり、１００℃での動粘度が４．１ｃＳｔ以上で１１．０ｃＳｔ未満であり、かつ極圧剤非含有のオイルを封入する。
【選択図】図１

Description

この発明は、動力の伝達経路において、動力の伝達と遮断の切換えに用いられる回転伝達装置に関するものである。

ＦＲベースの４輪駆動車において、補助駆動輪としての前輪に駆動力の伝達と遮断とを行なう回転伝達装置として、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。

上記回転伝達装置は、トランスミッションからの駆動力が入力される入力部材内に出力部材を組込んで相対的に回転自在に支持し、その入力部材と出力部材間に、負荷される軸力によって入力部材と出力部材とを結合する湿式多板クラッチを組込み、その湿式多板クラッチの軸方向一側に、その湿式多板クラッチの結合および結合解除を制御するクラッチ制御装置を設けている。

ここで、クラッチ制御装置は、電磁クラッチ部と、その電磁クラッチ部の締結時に入力部材の回転トルクを軸力に変換して、その軸力を湿式多板クラッチに負荷する軸力負荷部とから成り、上記電磁クラッチ部は、入力部材の内径面に案内されて軸方向に移動可能なアーマチュアと、入力部材に取付けられて上記アーマチュアと軸方向で対向するロータと、そのロータと軸方向で対向する電磁石とから成り、上記電磁石の電磁コイルに対する通電によりロータにアーマチュアを吸着して、入力部材とアーマチュアとを結合させるようにしている。

一方、軸力負荷部は、アーマチュアと湿式多板クラッチ間にプレッシャプレートを組込み、そのプレッシャプレートを出力部材に回り止めし、かつ軸方向に移動可能に支持し、上記プレッシャプレートとアーマチュアの対向面それぞれに中央から周方向両端に向けて溝深さが次第に浅くなるカム溝を設け、そのカム溝間にボールを組込み、上記プレッシャプレートに対するアーマチュアの相対回転によりプレッシャプレートを軸方向に移動させて湿式多板クラッチに軸力を負荷するようにしている。

上記回転伝達装置においては、電磁石に対する通電により電磁クラッチ部をＯＮにすると軸力負荷部に軸力（軸方向推力）が発生し、その軸力により湿式多板クラッチが結合状態とされると共に、湿式多板クラッチに負荷される軸力の反力によりアーマチュアがロータに押し付けられるため、僅かな電磁クラッチトルクでも湿式多板クラッチを結合状態（ロック状態）に維持できるという特徴を有する。
特開２００５−４８７８８号公報

ところで、上記従来の回転伝達装置においては、外輪内に封入されたオイルによって湿式多板クラッチや電磁クラッチ部および軸力負荷部の各接触部を潤滑するようにしているが、上記オイルは通常、隣接して設けられるディファレンシャルオイル（デフオイルとも略称される。）と同じものが使用される場合が多く、このようなオイルは、低温での粘度が大きく、しかも極圧添加剤が含まれていることが多い。

そのため、従来の回転伝達装置は、エンジンの始動当初や低温環境（例えば−３０℃程度）で高粘度オイルによって潤滑されることになり、ロータとアーマチュア間の粘性抵抗が高くて、必要な場合に空転せず、アーマチュアが引き摺られてボールカムが誤作動し、回転伝達力が常時接続され、いわゆるロックされてしまう場合があった。

上記の問題の解決のために前記オイルとして、低温で低粘度のオイルを採用すると、回転伝達装置の使用環境温度の変化によってオイル粘度の変化も大きくなる場合があり、これではクラッチ機能の応答速度が変わりやすく、例えば、４０℃と１００℃の応答速度差が５０マイクロ秒（ｍｓ）を超える場合があるという問題がある。
また、オイルに極圧添加剤が添加されていると、クラッチに滑りが起こり、クラッチ応答性が悪化する場合や動力伝達ができない可能性も生じる。

さらにまた、湿式多板クラッチが結合状態のとき、摩擦係数が安定していなければ引き摺りトルクも安定せず、そのような湿式多板クラッチは、入力部材と出力部材が摩擦係合する時に衝撃が発生しやすいという問題もある。

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、回転伝達装置が、低温の始動時でも回転伝達が常時接続状態にロックされることなく、クラッチ機能は速やかに応答できるものとし、また使用環境温度が変化してもクラッチ機能の応答速度は変わらず、引き摺りトルクが安定していて入力部材と出力部材の摩擦係合時に衝撃のない回転伝達装置とすることである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、入力部材と出力部材を内外に配置して相対的に回転自在に支持し、その入力部材と出力部材間に、負荷される軸力によって入力部材と出力部材とを結合する湿式多板クラッチを組込み、その湿式多板クラッチの軸方向一側に、その湿式多板クラッチの結合および結合解除を制御するクラッチ制御装置を設け、そのクラッチ制御装置が、電磁石に対する通電によって入力部材に取付けられたロータにアーマチュアを吸着させる電磁クラッチ部と、前記アーマチュアの吸着時に入力部材の回転トルクを軸力に変換して、その軸力を湿式多板クラッチに負荷する軸力負荷部とから成り、その軸力負荷部が、前記アーマチュアと出力部材に回り止めされて軸方向に移動可能なプレッシャプレートの対向面それぞれに周方向の両端に向けて溝深さが次第に浅くなるカム溝を設け、そのカム溝間にボールを組込んだ構成とされ、その軸力負荷部、前記湿式多板クラッチおよび電磁クラッチの各接触部を外輪内に封入されたオイルで潤滑するようにした回転伝達装置において、前記オイルが、粘度１５００００ｍＰａ・ｓを示す最高温度が−２６℃以下であり、１００℃での動粘度が４．１ｃＳｔ以上で１１．０ｃＳｔ未満であり、かつ極圧剤非含有のオイルであることを特徴とする回転伝達装置としたのである。

上記したように構成されるこの発明の回転伝達装置は、外輪内に封入されたオイルが、粘度１５００００ｍＰａ・ｓを示す最高温度が−２６℃以下であり、１００℃での動粘度が４．１ｃＳｔ以上で１１．０ｃＳｔ未満であるから、例えば−３０℃という低温で装置が始動する際にも、回転伝達が常時接続の状態でロックされるような誤作動が起こらず、また４０℃または１００℃の高温状態で動作している際でもオイルにより軸力負荷部、前記湿式多板クラッチおよび電磁クラッチの各接触部は適当な粘性で潤滑され、温度の高低差によるオイルの粘性抵抗の影響が少ない動力伝達が可能になる。また、回転伝達装置のクラッチの連結と切り離しを確実に行なうことができ、クラッチ性能の信頼性が高まる。

このような作用は、前記オイルが、粘度指数１４０以上のオイルである場合に温度変化により充分に対応して確実に奏することができる。

また、前記オイルが、油性向上剤もしくは固体潤滑剤または両者を含有するオイルであれば、摩擦係数が安定するので、湿式多板クラッチの入力部材と出力部材との接触によるショックを低減することができ、異音発生の抑制および装置寿命（使用耐久性）が向上し、円滑な動力伝達が可能になる。

この発明は、回転伝達装置の軸力負荷部、前記湿式多板クラッチおよび電磁クラッチの各接触部を外輪内に封入された所定物性のオイルで潤滑するようにしたので、低温の始動時でも回転伝達が常時接続状態にロックされることなく、クラッチ機能が速やかに応答でき、また使用環境温度が変化してもクラッチ機能の応答速度は変わらず、引き摺りトルクは安定していて入力部材と出力部材の摩擦係合時に衝撃がない回転伝達装置になるという利点がある。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、静止部材としてのハウジング１は、一端に端壁２を有している。

ハウジング１内には、入力部材としての外輪３が組込まれている。外輪３はハウジング１の他端部内に組込まれた軸受４によって回転自在に支持されている。

外輪３の内側には出力部材としての内輪５が組込まれ、その内輪５と外輪３間に組込まれた軸受６によって両輪３、５は相対的に回転自在とされている。

外輪３と内輪５間には、湿式多板クラッチ７が組込まれている。湿式多板クラッチ７は、多数の入力側クラッチプレート８と多数の出力側クラッチプレート９とから成る。入力側クラッチプレート８と出力側クラッチプレート９は軸方向に交互に組込まれ、上記入力側クラッチプレート８は外輪３に対して回り止めされ、かつ軸方向に移動可能に支持されている。一方、出力側クラッチプレート９は内輪５に回り止めされ、かつ軸方向に移動可能に支持されている。

入力側クラッチプレート８と出力側クラッチプレート９は、負荷される軸力により互に密着して結合状態となり、外輪３の回転を内輪５に伝達する。

湿式多板クラッチ７の軸方向一側には、その湿式多板クラッチ７の結合および結合解除を制御するクラッチ制御装置１０が設けられている。

クラッチ制御装置１０は、電磁クラッチ部１０Ａと、その電磁クラッチ部１０Ａの締結時に外輪３の回転トルクを軸力に変換して湿式多板クラッチ７に負荷する軸力負荷部１０Ｂとから成る。

電磁クラッチ部１０Ａは、アーマチュア１１と、そのアーマチュア１１の一側方に設けられたロータ１２と、そのロータ１２の一側方に設けられた電磁石１３とから成る。

アーマチュア１１は、内輪５に接続される図示省略した出力軸を中心にして回転自在に支持され、かつ軸方向に移動自在とされている。

ロータ１２は、外筒部１２ａおよび内筒部１２ｂを有し、外筒部１２ａの外周には雄ねじ１４が形成されている。ロータ１２は外輪３の一端部内周に形成された雌ねじ１５に対する雄ねじ１４のねじ込みによって外輪３に固定され、上記雌ねじ１５にねじ係合されたロックナット１６の締付けによって弛み止めされている。ロータ１２とアーマチュア１１との間には微小なエアギャップ１７が形成され、そのエアギャップ１７はロータ１２のねじ込み量を加減することによって調整し得るようになっている。ロータ１２とアーマチュア１１との間には、アーマチュア１１をロータ１２から離反する方向に付勢する離反ばね１８が組込まれている。

電磁石１３は、ロータ１２の外筒部１２ａと内筒部１２ｂ間に組込まれている。この電磁石１３は、電磁コイル１３ａと、その電磁コイル１３ａを支持し、ハウジング１によって支持されたコア１３ｂとから成り、上記電磁コイル１３ａに対する通電により、コア１３ｂ、ロータ１２およびアーマチュア１１に磁束が流れてロータ１２にアーマチュア１１が吸着される。その吸着により外輪３にアーマチュア１１が結合されて外輪３と共にアーマチュア１１が回転する。

図１乃至図３に示すように、軸力負荷部１０Ｂは、アーマチュア１１と湿式多板クラッチ７との間にプレッシャプレート２１を設け、そのプレッシャプレート２１を内輪５に回り止めし、かつ軸方向に移動可能に支持し、上記プレッシャプレート２１とアーマチュア１１の対向面間にボールカム２２を設けている。ここで、ボールカム２２は、プレッシャプレート２１とアーマチュア１１の対向面それぞれに中央から周方向両端に至るに従って溝深さが次第に浅くなるカム溝２２ａ、２２ｂを設け、そのカム溝２２ａ、２２ｂ間にボール２４を組込んだ構成とされ、上記プレッシャプレート２１に対するアーマチュア１１の相対回転により、プレッシャプレート２１を湿式多板クラッチ７に向けて移動させて湿式多板クラッチ７を軸方向に押すようにしている。

外輪３の内部にはオイルが封入され、そのオイルによって湿式多板クラッチ７の入力側クラッチプレート８と出力側クラッチプレート９の接触部、電磁クラッチ部１０Ａのロータ１２とアーマチュア１１の接触部および軸力負荷部１０Ｂのボールカム２２の接触部が潤滑されるようになっている。

ここで、外輪３内に封入されたオイルが外部に漏洩するのを防止するため、ハウジング１の開口端部にシール部材を取付け、あるいは、外輪３を回転自在に支持する軸受４にシール軸受を採用してハウジング１の開口端を密閉する。

また、ハウジング１に形成された出力軸の挿入孔２７の内周および内輪５の内周に出力軸の外周に弾性接触するラジアルタイプのシール部材２８、２９を取付けると共に、外輪３と内輪５とを相対的に回転自在に支持する軸受６にシール軸受を採用し、あるいは外輪３と内輪５間をシール部材で密閉する。

外輪３内に封入されるオイルは、粘度１５００００ｍＰａ・ｓを示す最高温度が−２６℃以下であり、１００℃での動粘度が７．０ｃＳｔ以下であり、かつ極圧剤非含有のオイルである。すなわち、このオイルは、外部ディファレンシャルオイル（デフオイルとも略称される。）やギアオイルとは異なり、極圧添加剤の含まれていないオイルであり、例えばＡＴＦ（オートマチック・トランスミッション・フルード）などの極圧剤非含有のオイルを採用する。

この発明でいう極圧剤（極圧添加剤とも称される。）は、金属面と化学反応し、添加剤中の元素と金属とからなる軟らかくせん断されやすい無機化合物の膜（極圧膜）を生成し、これにより金属どうしの結合を防ぎ、摩耗を減少し焼付きを防止するものである。このような極圧剤として、リン系極圧剤、硫黄系極圧剤、硫黄・燐・亜鉛系極圧剤、または有機モリブデン系その他の有機金属系極圧剤などがあるが、これらは、湿式多板クラッチにおいて負荷される軸力によって入力部材と出力部材とを結合する際、極圧膜によるクラッチの滑りを発生させ、クラッチ応答性を悪くするからこれらを非含有のオイルを採用する。

この発明に用いるオイルは、粘度１５００００ｍＰａ・ｓを示す最高温度が−２６℃以下のものを採用する。−２６℃を超える温度で１５００００ｍＰａ・ｓを示すオイルでは、この発明の回転伝達装置の潤滑には低温で硬くなりすぎるため、低温での始動時にクラッチの結合を解除してもオイルの粘性抵抗によってボールカムが想定外に作動してクラッチを結合させてしまう、いわゆるロック状態になる可能性があるからである。

また、この発明に用いるオイルは、１００℃での動粘度が４．１ｃＳｔ以上で１１．０ｃＳｔ未満であるものを使用する。１００℃での動粘度が４．１ｃＳｔ未満のものでは、高温条件で使用されるときに粘性抵抗が低く、油膜厚さも薄くなり、クラッチ応答性が低温の場合に比べて鋭敏になりすぎて好ましくないからである。また、１００℃での動粘度が１１．０ｃＳｔ以上のものでは、高温環境でもオイル粘度が大きくてクラッチ応答性が低くて好ましくない。前記の好ましい条件を満足するオイルをＳＡＥ粘度分類（ＳＡＥ Ｊ３０６）で示せば、８０Ｗ以下、好ましくは８０Ｗ、７５Ｗまたは７０Ｗである。

特に、この発明に用いるオイルは、上記の条件のほかに粘度指数１４０以上のものが好ましい。この条件により回転伝達装置の低温環境と高温環境のオイル粘度の変化を抑えて油膜厚さの変化を小さくし、クラッチ応答性の差を小さくして使用温度に左右されずに動力伝達が可能になり、クラッチ性能の信頼性を高めることができる。

この発明に用いるオイルに添加することが好ましい油性向上剤は、２面間の油膜が極めて薄くなった時に金属面に吸着して潤滑する極性化合物であり、結合する極性基と長い炭素鎖を有する極性化合物である。

このような油性化合物としてはオレイン酸、ステアン酸などの高級脂肪酸、ラウリルアルコール、オレイルアルコールなどの高級アルコール、ステアリン酸ブチルなどのエステル、ステアリルアミン、オレイルアミンなどのアミンなどが挙げられる。

また、この発明に用いる固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。

実施の形態で示す回転伝達装置は上記の構造から成り、外輪３には入力軸を接続し、内輪５には出力軸を接続する。その入力軸および出力軸の接続のため、外輪３および内輪５の内周にスプライン歯４０、４１が設けられている。

図１は、電磁石１３の電磁コイル１３ａに対して通電を遮断した状態を示し、湿式多板クラッチ７は結合解除状態とされている。このため、外輪３が回転しても、その回転は内輪５に伝達されず、外輪３のみがフリー回転する。

外輪３の回転状態において、電磁石１３の電磁コイル１３ａに通電すると、コア１３ｂ、ロータ１２およびアーマチュア１１に磁束が流れてロータ１２とアーマチュア１１間に磁気吸引力が作用し、その磁気吸引力によりアーマチュア１１がロータ１２に吸着され、外輪３とアーマチュア１１とが結合されて外輪３と共にアーマチュア１１が回転する。

また、アーマチュア１１はプレッシャプレート２１に対して相対回転し、その相対回転によって、図３（II）に示すように、アーマチュア１１に形成されたカム溝２２ｂとプレッシャプレート２１に形成されたカム溝２２ａが周方向に位相がずれるため、プレッシャプレート２１は湿式多板クラッチ７側に移動して、その湿式多板クラッチ７を軸方向に押圧する。その押圧によって入力側クラッチプレート８と出力側クラッチプレート９が互に密着する。

このため、外輪３の回転は湿式多板クラッチ７を介して内輪５に伝達され、内輪５が外輪３と同方向に回転する。

ここで、プレッシャプレート２１が湿式多板クラッチ７を軸方向に押圧するとき、その反力によってアーマチュア１１がロータ１２に押し付けられるため、一旦電磁クラッチ部１０Ａの締結が行なわれれば、その後の電磁コイル１３ａに流す電流を小さくしても、アーマチュア１１は吸着状態に保持され、電流消費量の低減化を図ることができる。

外輪３から内輪５への回転トルクの伝達状態において、電磁コイル１３ａに対する通電を解除すると、アーマチュア１１は吸着を解除される。その吸着解除時、離反ばね１８がアーマチュア１１をプレッシャプレート２１に向けて押圧すると共に、プレッシャプレート２１は湿式多板クラッチ７から押圧されるため、カム溝２２ａ、２２ｂがボール２４を押圧する作用により、アーマチュア１１とプレッシャプレート２１が相対回転して、ボール２４はカム溝２２ａ、２２ｂの中央に配置される中立位置に戻される。

このため、湿式多板クラッチ７への軸力の負荷は解除されると共に、湿式多板クラッチ７は締結解除状態となり、外輪３から内輪５への回転トルクの伝達が遮断される。

図１〜３に示す構造の回転伝達装置の外輪内に表１に示す特性のオイルを封入し、その潤滑作用を雰囲気温度−３０℃での低温環境で調べると共に、４０℃雰囲気条件と１００℃雰囲気条件でのクラッチ応答性（応答速度差：マイクロ秒）を調べ、これらの結果を表２に示した。

表２の結果からも明らかなように、粘度１５００００ｍＰａ・ｓを示す最高温度が−２６℃を越えるものであり、１００℃での動粘度が１１．０ｃＳｔ以上であるオイルを回転伝達装置に封入した比較例１、２では、−３０℃の運転時に回転伝達が常時接続状態にロックされてしまった。また使用環境温度が４０℃から１００℃に変化するとクラッチ応答速度差が有意に生じた。

これに対して、粘度１５００００ｍＰａ・ｓを示す最高温度が−２６℃以下であり、１００℃での動粘度が１１．０ｃＳｔ未満のオイルを回転伝達装置に封入した実施例１、２では、−３０℃という低温運転時でもクラッチ機能が速やかに応答でき、また使用環境温度が４０℃から１００℃に変化してもクラッチ機能の応答速度は変わらなかった。

この発明に係る回転伝達装置の実施形態を示す縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 （Ｉ）は軸力負荷部を示す断面図、（II）は軸力発生時の状態を示す断面図

符号の説明

１ ハウジング
３ 外輪（入力部材）
５ 内輪（出力部材）
７ 湿式多板クラッチ
１０ クラッチ制御装置
１０Ａ 電磁クラッチ部
１０Ｂ 軸力負荷部
１１ アーマチュア
１２ ロータ
１３ 電磁石
２１ プレッシャプレート
２２ａ、２２ｂ カム溝
２４ ボール

Claims (3)

1. 入力部材と出力部材を内外に配置して相対的に回転自在に支持し、その入力部材と出力部材間に、負荷される軸力によって入力部材と出力部材とを結合する湿式多板クラッチを組込み、その湿式多板クラッチの軸方向一側に、その湿式多板クラッチの結合および結合解除を制御するクラッチ制御装置を設け、そのクラッチ制御装置が、電磁石に対する通電によって入力部材に取付けられたロータにアーマチュアを吸着させる電磁クラッチ部と、前記アーマチュアの吸着時に入力部材の回転トルクを軸力に変換して、その軸力を湿式多板クラッチに負荷する軸力負荷部とから成り、その軸力負荷部が、前記アーマチュアと出力部材に回り止めされて軸方向に移動可能なプレッシャプレートの対向面それぞれに周方向の両端に向けて溝深さが次第に浅くなるカム溝を設け、そのカム溝間にボールを組込んだ構成とされ、その軸力負荷部、前記湿式多板クラッチおよび電磁クラッチの各接触部を外輪内に封入されたオイルで潤滑するようにした回転伝達装置において、
   前記オイルが、粘度１５００００ｍＰａ・ｓを示す最高温度が−２６℃以下であり、１００℃での動粘度が４．１ｃＳｔ以上で１１．０ｃＳｔ未満であり、かつ極圧剤非含有のオイルであることを特徴とする回転伝達装置。
2. オイルが、粘度指数１４０以上のオイルである請求項１に記載の回転伝達装置。
3. オイルが、油性向上剤もしくは固体潤滑剤または両者を含有するオイルである請求項１または２に記載の回転伝達装置。
   

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