JP2016001004A - 摩擦板及び摩擦板を備えた湿式多板クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】密封された油溜環境下で使用する湿式多板クラッチの摩擦板において、油の排出性を向上させることで摩擦材の冷却性を向上させた摩擦板を提供する。
【解決手段】ほぼ環状のコアプレート２０に複数の摩擦材セグメント１２、１３を環状に固定して形成された摩擦面を有する摩擦板３であって、摩擦材セグメント１２，１３間には、コアプレート２０の内径から外径に貫通する貫通溝２１が形成され、摩擦材セグメント１２，１３には、貫通溝２１に開口し、摩擦材セグメント１２，１３内で終端する周方向に延びる周溝１２ａ，１３ａが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動変速機用トルクコンバータ内などの密封された油溜環境下で使用される摩擦板及び摩擦板を備えた湿式多板クラッチに関する。より詳細には、密封された油溜環境下におけるすべり制御時の耐熱性及び耐久性に優れた摩擦板及び摩擦板を備えた湿式多板クラッチに関する。

一般に、湿式多板クラッチは、クラッチもしくはブレーキのドラムとハブ間に摩擦板（フリクションプレート）と、セパレータプレートとが交互に配置されており、クラッチピストンの押圧と解除によりクラッチの係合と解除が行われる。

このような湿式多板クラッチにおいて、密封された油溜環境下で使用するに際して、湿式多板クラッチを係合させるまでに一定のすべり状態で使用することがある。

特に自動変速機用トルクコンバータ用のロックアップクラッチについては、低燃費要求のためにすべり制御が必須であり、これが可能となる摩擦板への要求が近年の傾向となっている。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。

特開２００７−５１７５９号公報

密封された油溜環境下での使用条件下では、湿式多板クラッチの摩擦板の摩擦材へのダメージが大きく、冷却させて蓄熱ダメージを低減させることが課題である。

一般的に、蓄熱の影響を抑え、冷却性を高めるためには、クラッチの摩擦材に溝を設け、油の排出性を上げ冷却性を向上させる手法がある。しかし、これらは相手面との接触（内圧）が強くなるため引き摺りトルク増となる問題がある。また、引き摺りトルクを低減させるため、特許文献１に記載のように内径に開口した溝を用いると、摩擦材の面積が減少することになり、耐熱許容度が低下する問題がある。

また近年、自動車の低燃費の要求は、ますます増大しており、クラッチの非係合時における動力損失を軽減させるため、摩擦板とセパレータプレート間の引き摺りトルクの低減が一層求められている。従って、引き摺りトルクを低減しつつ、摩擦材を冷却できる摩擦板及び摩擦板を用いた湿式多板クラッチが求められていた。

従って、本発明の目的は、密封された油溜環境下で使用する湿式多板クラッチの摩擦板において、油の排出性を向上させることで摩擦材の冷却性を向上させた摩擦板を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の摩擦板は、
ほぼ環状のコアプレートに複数の摩擦材セグメントを環状に固定して形成された摩擦面を有する摩擦板であって、
前記摩擦材セグメント間には、前記コアプレートの内径から外径に貫通する貫通溝が形成され、前記摩擦材セグメントには、前記貫通溝に開口し、前記摩擦材セグメント内で終端する周方向に延びる周溝が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、以下のような効果が得られる。

周方向に延びる周溝が油の排出性を加速させ、排出向上となることにより冷却性が上がり、摩擦材への蓄熱ダメージを低減できる。

周溝からあふれ出た油が軸方向に流動することで摩擦面に圧力を発生させることにより、引き離し効果が生まれ引き摺りトルクを低減できる。

また、周溝は面積を小さく形成すればよいので、摩擦材面積が大きく取れ耐熱性が向上でき、引き離し効果をあわせもつことができる。

本発明の摩擦板を備えた湿式多板クラッチの軸方向部分断面図である。 本発明の第１実施例を示す摩擦板の部分正面図である。 本発明の第１実施例の摩擦材セグメントを示す正面図である。 本発明の第２実施例を示す摩擦材セグメントの正面図である。 本発明の第３実施例を示す摩擦材セグメントの正面図である。 本発明の第４実施例を示す摩擦材セグメントの正面図である。 本発明の第５実施例を示す摩擦材セグメントの正面図である。 本発明の第６実施例を示す摩擦材セグメントの正面図である。 本発明の他の摩擦板を備えた湿式多板クラッチの軸方向部分断面図である。 本発明の第１実施例と比較例の摩擦板における、摺動時間（ｓｅｃ）と摩擦面温度（℃）の関係を表すグラフである。 本発明の第１実施例と比較例の摩擦板における、相対回転数（ｒｐｍ）と引き摺りトルク（Ｎｍ）の関係を表すグラフである。

本明細書において、「周溝」とは、円周方向に延びる溝を示すが、円周方向にわずかに角度をもった方向に延びる溝も含む。また、「密封された油溜環境」とは、例えば、トルクコンバータなど外部から油の供給がなく、油密な構造体内で大きな油量の油が循環する環境を指す。油密であれば、トルクコンバータ以外の用途にも好適である。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。尚、図面において同一部分は同一符号にて示してある。

図１は、本発明の摩擦板を備えた湿式多板クラッチ１０の軸方向部分断面図である。

湿式多板クラッチ１０は、軸方向の一端部で開放したほぼ円筒形のクラッチドラム１と、クラッチドラム１の内周に配置され、同軸上で相対回転するハブ４と、クラッチドラム１の内周に設けられたスプライン８に軸方向で移動自在に配置された環状のセパレータプレート２と、ハブ４の外周に設けられたスプライン５にセパレータプレート２と軸方向で交互に配置され、摩擦材セグメントが軸方向の両面に接着剤などで固定された摩擦面を有する環状の摩擦板３とからなっている。セパレータプレート２はスプライン８に係合するスプライン部２ａを、また摩擦板３は、スプライン５に係合するスプライン部３ａをそれぞれ備えている。摩擦板３とセパレータプレート２はそれぞれ複数個設けられている。

湿式多板クラッチ１０は、セパレータプレート２と摩擦板３とを押圧し締結させるピストン６と、セパレータプレート２及び摩擦板３を軸方向の一端で固定状態に保持するため、クラッチドラム１の内周に設けられたバッキングプレート７とそれを保持する止め輪１７とを備えている。

図１に示すように、ピストン６は、クラッチドラム１の閉口端内で軸方向摺動自在に配置されている。ピストン６の外周面とクラッチドラム１の内面との間にはＯリング９が介装されている。また、ピストン６の内周面とクラッチドラム１の内周円筒部（不図示）の外周面との間にもシール部材（不図示）が介装されている。従って、クラッチドラム１の閉口端の内面とピストン６との間に油密状態の油圧室１１が画成される。

ハブ４に軸方向摺動自在に保持された摩擦板３は、その両面に所定の摩擦係数を有する摩擦材セグメント１２及び１３が固定されている。しかしながら、摩擦材セグメント１２及び１３は、摩擦板３の片面のみに設けることもできる。また、ハブ４には径方向に貫通した潤滑油供給口１５が設けられ、この潤滑油供給口１５を介して湿式多板クラッチ１０の内径側から外径側へと潤滑油が供給されている。

以上のように構成された湿式多板クラッチ１０は、次のようにクラッチの係合（締結）及び解除をする。図１の状態は、クラッチ解除状態を示しておりセパレータプレート２と摩擦板３とはそれぞれ離れている。解除状態では、不図示のリターンスプリングの付勢力により、ピストン６はクラッチドラム１の閉口端側に当接している。

この状態で湿式多板クラッチ１０を係合させるには、ピストン６とクラッチドラム１との間に画成された油圧室１１に油圧を供給する。油圧の上昇に伴い、リターンスプリング（不図示）の付勢力に抗して、ピストン６は、図１において軸方向右に移動し、セパレータプレート２と摩擦板３とを密着させる。これにより湿式多板クラッチ１０が係合される。

湿式多板クラッチ１０の係合後、湿式多板クラッチ１０を再度解除するには、油圧室１１の油圧を解除する。油圧が解除されると、ピストン６はリターンスプリング（不図示）の付勢力により、クラッチケース１の閉口端に当接する位置まで移動する。すなわち、湿式多板クラッチ１０が解除される。

（第１実施例）
図２は、本発明の第１実施例を示す摩擦板３の部分正面図である。摩擦板３は、ほぼ環状のコアプレート２０に摩擦材セグメント１２及び１３を接着剤などで環状に固定し形成された摩擦面２５を備えている。コアプレート２０は、ハブ４のスプライン５に係合するスプライン２０ａを内周に備えている。

図２に示すように、摩擦板３には一対の摩擦材セグメント１２及び１３が環状に配置されている。摩擦材セグメント１２と１３の間には、コアプレート２０の内径から外径に貫通し、放射状に延びる貫通溝２１と２２が形成されている。

摩擦材セグメント１２と１３のそれぞれには、貫通溝２１に開口し、摩擦材セグメント内で終端する周方向に延びる周溝１２ａ及び１３ａが形成されている。周溝１２ａ及び１３ａは摩擦材セグメントの径方向のほぼ中間に対称的に設けられている。周溝１２ａ及び１３ａは、貫通溝２１に対して対称的に設けられ、貫通溝２１を挟んで互いに対向している。また、径方向の同じ位置に配置されている。

摩擦材セグメント１２の周溝１２ａは、貫通溝２１に開口し、摩擦材セグメント１２の周方向の内部で終端して閉じている。同様に、摩擦材セグメント１３の周溝１３ａは、貫通溝２１に開口し、摩擦材セグメント１３の周方向の内部で終端して閉じている。

摩擦材セグメント１２の周溝１２ａは、摩擦材セグメント１２の周方向の一端部に設けられ、他端部には設けられていない。また、同様に、摩擦材セグメント１３の周溝１３ａは、摩擦材セグメント１３の周方向の一端部に設けられ、他端部には設けられていない。
周溝の設けられていない摩擦材セグメント１２と摩擦材セグメント１３の間には別の貫通溝２２が形成されている。

以上のように、第１実施例では、一対の摩擦材セグメント１２と１３が環状に配置され、周溝１２ａと１３ａと連通する貫通溝２１と連通しない貫通溝２２とが交互に配列されている。周溝１２ａと周溝１３ａはそれぞれ摩擦材セグメント１２及び１３の径方向の中間に形成されているが、径方向の同一位置であれば他の位置に形成することも可能である。

図３は、本発明の第１実施例の摩擦材セグメントを示す正面図であり、摩擦材セグメントに設けた周溝の機能を説明するための図である。上述したように、隣接する一対の摩擦材セグメント１２及び１３は、貫通溝２１を挟んで対向する周溝１２ａ及び１３ａを備えている。

一対の摩擦材セグメント１２及び１３は、図示の組み合わせで周方向等配に環状にコアプレート２０に固定される。これは以下説明する第２乃至６実施例においても同様である。

周溝１２ａは貫通溝２１に開口する開口部１２ｃと摩擦材セグメント１２内で終端する終端部１２ｂとを備えている。また同様に、周溝１３ａは貫通溝２１に開口する開口部１３ｃと摩擦材セグメント１３内で終端する終端部１３ｂとを備えている。図３に示すように、貫通溝２１を挟んで周溝１２ａの開口部１２ｃと周溝１３ａの開口部１３ｃとが周方向で対向している。

次に周溝の機能を説明する。図３に示すように、摩擦板３を保持しているハブ４の潤滑油供給口１５などから摩擦板３に内径方向から供給される潤滑油の一部は、クラッチ部を通過する貫通溝２１及び２２を通過して外径側に流れる。この流れを矢印Ｒで示している。貫通溝２１及び２２を通過する油は、潤滑機能のみでなく、摩擦板３とセパレータプレート４との摩擦係合面に蓄積した熱を下げる冷却材として働く。

貫通溝２１の油は矢印Ｒのように内径側から外径側へ流れる。このとき、貫通溝２１から周溝１２ａ及び１３ａに入った油が、周溝内でそれぞれ矢印Ａ及びＢのように回転する。この回転する油の回転エネルギーが、貫通溝２１を通る油に伝達され、貫通溝２１を通過する油の流速を加速する働きをする。この結果、貫通溝２１の油を外径方向へ排出する排出性が向上する。従って、摩擦板３とセパレータプレート４などから構成されるクラッチ部の冷却性が向上する。

以上のように冷却性が上がるため、摩擦材セグメント１２、１３への蓄熱ダメージを低減することができる。また、周溝１２ａ及び１３ａに入った油が軸方向に流動し、図３に示す複数の矢印Ｃのように摩擦面２５に乗り上げることで生まれる引き離し効果により引き摺りトルクを低減することができる。また、周溝は面積を小さく形成すればよいので、摩擦面２５の面積が大きく取れ摩擦材の耐熱性を向上でき、引き離し効果をあわせもつことができる。

以下説明する第２乃至第６実施例の周溝も、図３について説明した周溝が貫通溝の油の流速を加速する機能を有することは言うまでもない。

（第２実施例）
図４は、本発明の第２実施例を示す摩擦材セグメントの正面図である。一対の摩擦材セグメント３２と３３は、同一の形状を有する。摩擦材セグメント３２は周方向の両端部に周溝３２ａが設けられている。同様に摩擦材セグメント３３も周方向の両端部に周溝３３ａが設けられている。本実施例では一つの摩擦材セグメントに二つの周溝が径方向の同一位置に形成されている。周溝３２ａ及び３３ａは摩擦材セグメントの径方向のほぼ中間に設けられている。周溝３２ａ及び３３ａは、貫通溝２１に対して対称的に設けられている。

第２実施例では、摩擦材セグメント３２と摩擦材セグメント３３との間の貫通溝２１と貫通溝２２の全ての貫通溝を流れる油を加速することができる。従って、第１実施例の場合より冷却効率が上がり、摩擦材セグメントの蓄熱ダメージがより有効に解消できる。

（第３実施例）
図５は、本発明の第３実施例を示す摩擦材セグメントの正面図である。一対の摩擦材セグメント４２と４３は、同一の形状を有する。摩擦材セグメント４２は周方向の一端部に周溝４２ａが設けられている。同様に摩擦材セグメント４３も周方向の一端部に周溝４３ａが設けられている。図５に示すように、周溝４２ａと周溝４３ａは同一方向に開口している。周溝４２ａ及び４３ａは摩擦材セグメントの径方向のほぼ中間に設けられている。しかしながら、周溝４２ａ及び４３ａは、貫通溝２１に対して非対称的に設けられている。

第３実施例では、第２実施例と同様に、摩擦材セグメント４２と摩擦材セグメント４３との間の貫通溝２１と貫通溝２２の全ての貫通溝を流れる油を加速することができる。一つの貫通溝について周溝が一つ設けられることになり、第１実施例の場合に近い効果が得られる。

（第４実施例）
図６は、本発明の第４実施例を示す摩擦材セグメントの正面図である。一対の摩擦材セグメント５２と５３は、同一の形状を有する。摩擦材セグメント５２は周方向の一端部に周溝５２ａが設けられている。同様に摩擦材セグメント５３も周方向の一端部に周溝５３ａが設けられている。図６に示すように、周溝５２ａと周溝５３ａは同一方向に開口している。第３実施例の周溝とは周方向で反対の方向に開口している。周溝５２ａ及び５３ａは摩擦材セグメントの径方向のほぼ中間に設けられている。しかしながら、周溝５２ａ及び５３ａは、貫通溝２１に対して非対称的に設けられている。

第４実施例では、第２実施例と同様に、摩擦材セグメント５２と摩擦材セグメント５３との間の貫通溝２１と貫通溝２２の全ての貫通溝を流れる油を加速することができる。一つの貫通溝について周溝が一つ設けられることになり、第１実施例の場合に近い効果が得られる。

（第５実施例）
図７は、本発明の第５実施例を示す摩擦材セグメントの正面図である。第２実施例と同様に、一対の摩擦材セグメント６２と６３は、それぞれ周方向の両端部に二つの周溝が形成されている。但し、二つの周溝の径方向の位置が異なる。

摩擦材セグメント６２は、周方向の一端部の外径寄りに周溝６２ａが、また他端部の内径寄りに周溝６２ｂが形成されている。一方、摩擦材セグメント６３は、周方向の一端部の外径寄りに周溝６３ａが、また他端部の内径寄りに周溝６３ｂが形成されている。周溝６２ａ及び６３ａは、貫通溝２１に対して非対称的に設けられている。

貫通溝２１を挟んで、周溝６２ａと周溝６３ａとが外径寄りであって径方向の同一位置で対向している。また、図７では示していない貫通溝２２を挟んで、周溝６２ｂと周溝６３ｂとが内径寄りであって径方向の同一位置で対向している。

第５実施例では、第２実施例と同様に、摩擦材セグメント６２と摩擦材セグメント６３との間の貫通溝２１と貫通溝２２の全ての貫通溝を流れる油を加速することができる。従って、第１実施例の場合より冷却効率が上がり、摩擦材セグメントの蓄熱ダメージをより有効に解消できる。

（第６実施例）
図８は、本発明の第６実施例を示す摩擦材セグメントの正面図である。第２実施例と同様に、一対の摩擦材セグメント７２と７３は、それぞれ周方向の両端部に二つの周溝が形成されている。但し、二つの周溝の径方向の位置が異なる。周溝７２ａ及び７３ａは、貫通溝２１に対して非対称的に設けられている。

摩擦材セグメント７２は、周方向の一端部の外径寄りに周溝７２ａが、また他端部の内径寄りに周溝７２ｂが形成されている。一方、摩擦材セグメント７３は、周方向の一端部の外径寄りに周溝７３ａが、また他端部の内径寄りに周溝７３ｂが形成されている。

貫通溝２１を挟んで、周溝７２ｂと周溝７３ｂとが内径寄りであって径方向の同一位置で対向している。また、図８では示していない貫通溝２２を挟んで、周溝７２ｂと周溝７３ｂとが外径寄りであって径方向の同一位置で対向している。

第６実施例では、第２実施例と同様に、摩擦材セグメント７２と摩擦材セグメント７３との間の貫通溝２１と貫通溝２２の全ての貫通溝を流れる油を加速することができる。従って、第１実施例の場合より冷却効率が上がり、摩擦材セグメントの蓄熱ダメージをより有効に解消できる。

貫通溝２１と貫通溝２２とを全く同一の形状として構成すると、第５実施例と第６実施例とは実質的に同一の構成となる。

以上説明した各実施例において、第１乃至第４実施例の周溝は、摩擦材セグメントの径方向のほぼ中間に設けているが、その他の位置に設けることも可能である。また、摩擦材セグメントの一端部において径方向に複数の周溝を設けることも可能であるが、摩擦材セグメントの面積、つまり摩擦面の面積の減少を招くため、できるだけ少ない数を設けることが良い。

各摩擦材セグメントは、コアプレート２０に接着剤を塗布して貼着するが、裏面に接着剤を塗布したシール状の摩擦材セグメントをコアプレート２０上に載置し、押圧加熱することで貼着することもできる。

図９は、本発明の他の摩擦板を備えた湿式多板クラッチの軸方向部分断面図である。図９に示す摩擦板３は、図１に示す摩擦板３と異なり、軸方向の片面にのみ摩擦材セグメント１２が固定されている。一方で、摩擦材セグメント１２の固定されていない摩擦板３の面に対向するセパレータプレート２に軸方向の面に摩擦材セグメント１２が固定されている。上記説明では摩擦材セグメント１２で摩擦材セグメントを代表しているが、その他の摩擦材セグメント１３、３２、３３、４２、４３、５２、５３、６２、６３、７２、７３も同様に用いることができる。

図１０は、本発明の第１実施例と比較例（従来例）の摩擦板における、摺動時間（ｓｅｃ）と摩擦面温度（℃）の関係を表すグラフである。周溝を形成した本発明の各実施例の摩擦板においては、周溝を形成していない比較例に比べて摩擦面温度が低く推移していることが分かる。

図１１は、本発明の第１実施例と比較例（従来例）の摩擦板における、相対回転数（ｒｐｍ）と引き摺りトルク（Ｎｍ）の関係を表すグラフである。周溝を形成した本発明の各実施例の摩擦板においては、周溝を形成していない比較例に比べて引き摺りトルクが低く推移していることが分かる。特に、相対回転数が１０００ｒｐｍより大きい回転域では従来に比べてかなり低くなっている。

図１０及び図１１に示すグラフにおいて、「実施例」とは、図２に示す本発明の第１実施例による摩擦板に対応し、「比較例」とは、図２の摩擦材セグメントに周溝を設けない場合の摩擦板に対応している。

以上のように、密封された油溜環境での使用に好適な本発明は、トルクコンバータ内のロックアップクラッチ、あるいは自動変速機を搭載する車両などにおいて利用できる。

１ クラッチドラム
２ セパレータプレート
３ 摩擦板
４ ハブ
５ スプライン
６ ピストン
８ スプライン
１０ 湿式多板クラッチ
２０ コアプレート
２１ 貫通溝
２２ 貫通溝
２５ 摩擦面
１２，１３、３２、３３、４２、４３ 摩擦材セグメント
５２、５３、６２、６３、７２、７３ 摩擦材セグメント
１２ａ、１３ａ、３２ａ、３３ａ、４２ａ、４３ａ 周溝
５３ａ、５３ａ、６２ａ、６３ａ、７２ａ、７３ａ 周溝

Claims (11)

1. ほぼ環状のコアプレートに複数の摩擦材セグメントを環状に固定して形成された摩擦面を有する摩擦板であって、
   前記摩擦材セグメント間には、前記コアプレートの内径から外径に貫通する貫通溝が形成され、前記摩擦材セグメントには、前記貫通溝に開口し、前記摩擦材セグメント内で終端する周方向に延びる周溝が形成されていることを特徴とする摩擦板。
2. 隣接する前記摩擦材セグメントの前記周溝は、前記貫通溝を挟んで互いに対向していることを特徴とする請求項１に記載の摩擦板。
3. 前記対向する周溝は、径方向の同じ位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の摩擦板。
4. 前記対向する周溝は、径方向の異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の摩擦板。
5. 前記周溝は、前記摩擦材セグメントの周方向の両端部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦板。
6. 前記両端部の前記周溝は径方向の異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の摩擦板。
7. 前記周溝は、前記摩擦材セグメントの周方向の端部に複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の摩擦板。
8. 前記摩擦板は、密封された油溜環境で用いられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の摩擦板。
9. 請求項１−８のいずれか１項に記載の摩擦板と、前記摩擦板と軸方向で交互に配置されたセパレータプレートとを備えた湿式多板クラッチ。
10. 前記摩擦板は、軸方向の片面に前記摩擦材セグメントが固定されていることを特徴とする請求項９に記載の湿式多板クラッチ。
11. 前記摩擦板は、軸方向の両面に前記摩擦材セグメントが固定されていることを特徴とする請求項９に記載の湿式多板クラッチ。

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