JP2016161089A - 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】摩擦材セグメント間にエアを滞留させる形状部を設け、エアの滞留を促し、低回転領域の引きずりトルクを大幅に低減させる。【解決手段】環状のコアプレート２０に複数の摩擦材セグメント１２を環状に固定して形成された摩擦板３であって、摩擦材セグメント１２の油通路の底面２１ａに、摩擦板３の内径側から外径側へと延在する、気泡を滞留させる複数の微細な溝３１が形成されている。気泡の滞留を促すことで、低回転領域の引きずりトルクを大幅に低減することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、自動車における自動変速機のクラッチやブレーキに用いら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。

自動変速機用の湿式多板クラッチにおける空転時の摩擦板と相手プレートとの引きずりトルクは、自動車の燃費に関わる駆動抵抗分の一部であり、それらを低減させることは自動車の燃費規制や排出規制（ＣＯ_２）に対して大きく貢献することになる。これまで、摩擦板の引きずりトルク低減は摩擦板の摩擦面における溝や摩擦材間の油路を経由した油の排出効果（引き離し等）によって、摩擦板と相手プレートとの引きずりトルクを低減させる効果を得てきた。それらは特許文献１及び特許文献２に記載されている。

また、近年における摩擦板への引きずりトルクの低減要求は、特に低回転領域における流体潤滑の粘性抵抗をいかに低減できるかが課題解決のカギである。これについては、特許文献３に記載のように、摩擦材セグメント形状の表面に溝を施すことにより、相対回転数が１０００ｒｐｍ以下で一定の低減効果を得ている。

特開２００５−０７６７５９号公報 特開２００８−１８０３１４号公報 特願２０１４−１４９４８４号

しかしながら、自動車への燃費規制や排出規制の強化は年々高まってきており、特に現状の課題である摩擦板の引きずりトルク損失の大きい相対回転数５００ｒｐｍ付近の低回転領域における流体潤滑の粘性抵抗低減が可能となれば、自動変速機用の湿式多板クラッチの摩擦板として、自動車の燃費規制や排出規制の基準達成に向けて貢献できるものとなる。しかし、現状（上記特許文献）では、摩擦板の低回転領域における流体潤滑の粘性抵抗を低減させる方法を見出すには至っていなかった。

また、引きずりトルクを低減させる目的をもつ、油の排出力を利用した摩擦板間の引き離し効果や、摩擦材の溝による油の排出性を向上させた流体潤滑の粘性抵抗を下げる効果は、回転を上げることによって成立するため、低回転領域ではそれらの効果を発揮できなかった。

従って、本発明の目的は、湿式多板クラッチの摩擦板において、摩擦材セグメント間に気泡を滞留させる形状部を設けることで、気泡の滞留を促すことができ、低回転領域の引きずりトルクを大幅に低減させることができる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、
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板であって、摩擦材セグメント間には摩擦板の内径側から外径側へと貫通する通路が画成され、通路の底面にエアを滞留させる形状部が設けられていることを特徴としている。

摩擦板の摩擦材セグメント間に設けた気泡を滞留させる形状部（微細溝、突起、凹凸）が、摩擦板の停止状態及び回転状態において存在するエア（油中の気泡）を滞留させることができ、回転初期から気泡の滞留が増加、もしくは発生していくことで、流体潤滑から気液混相流の状態を回転初期に作り出すことが可能となる。

これによって、油が満たされている流体潤滑における粘性抵抗が大きい低回転領域に効果を発揮し、特に相対回転数が５００ｒｐｍ付近の引きずりトルクを大幅に低減させることができる。

摩擦材セグメント間に気泡を滞留させる形状部を形成することで、エアの発生を促すだけでなく、エアが滞留しやすくなり、それらが摩擦材表面に乗り上げられ、摩擦板と相手プレート間における油のせん断抵抗が減少するために低回転領域（特に相対回転数が５００ｒｐｍ付近）の引きずりトルクを大幅に低減させることができる。

外側に開口を有する摩擦材セグメントの形状は、開放溝の回転方向に対して前方方向の通路間に微細溝や突起、凹凸を配置することでエアの滞留または発生が起こり、回転によって負圧になる摩擦材の開放溝形状に滞留するため、より効果が大きくなる。

単純なラジアル（放射）溝は、遠心力で油と共にエアも排出されてしまうが、通路が微細溝や突起、凹凸の形状を有することで回転方向の負圧発生により外に出たエアが留まる、もしくは通路へ押し戻されることになる。

図１は、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。 本発明の各実施例が適用できる摩擦板の部分正面図である。 本発明の第１実施例の形状部を示す上面図である。 本発明の第１実施例の形状部を示す、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の第２実施例の形状部を示す上面図である。 本発明の第２実施例の形状部を示す、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の第３実施例の形状部を示す上面図である。 本発明の第３実施例の形状部を示す、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の各実施例と比較例（従来例）の効果を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の各実施例を詳細に説明する。尚、以下説明する各実施例は、本発明を例示するものであり、本発明は各実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。また、図面において同一部分は同一符号で示してある。

本明細書中で使用する用語「エア」は、一般に潤滑油中に存在する空気を含むが、潤滑油の蒸気またはその他の気体も含むことができる。また、エアは潤滑油中に気体として存在するが、一般的には気泡として存在している。

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。本発明の各実施例の摩擦板が適用可能である。

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。

図２は、本発明の各実施例が適用できる摩擦板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の軸方向の表面に、それぞれ同一で複数の摩擦材セグメント１２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では、摩擦板３を部分的に示しているが、図示を省略した部分においても、図２に示したのと同様に摩擦材セグメント１２は環状かつ等配にコアプレート２０に固定されている。

摩擦材セグメント１２には、内径側に開口し、外径側であって摩擦材セグメント１２内で終端する油溝１２ａと、外径側に開口し、内径側であって摩擦材セグメント１２内で終端する油溝１２ｂとが形成されている。

油溝１２ａは、摩擦材セグメント１２の周方向のほぼ中央に形成されている。また、油溝１２ｂは、油溝１２ａを挟んで周方向の両側に２箇所形成されている。外径側のみに開口する油溝１２ｂを設けたことで、油通路２１から摩擦面２５に引き込まれた油がスムースに外径側に排出され、空転時において、引きずりトルクの低減が可能となる。特に低回転領域においては、引きずりトルク低減の効果は大きい。

摩擦材セグメント１２と摩擦材セグメント１２との間には、摩擦板３の内径側から外径側へと貫通する油通路２１が画成されている。従って、摩擦材セグメント１２と油通路２１とが交互に周方向に配置されている。

（第１実施例）
図３は、本発明の第１実施例の形状部を示す上面図であり、図４は、本発明の第１実施例の形状部を示す、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３に示すように、摩擦材セグメント１２間の油通路（通路）２１の底面２１ａに、形状部として摩擦板３の内径側から外径側へと延在する複数の微細な溝３１が形成されている。実施例１では３本の溝３１が形成されているが、本数は任意であり、例えば２本または４本などその他の本数でも良い。

図４から分かるように、コアプレート２０の上に塗布した接着剤２２の表面から突出する３個の突出部３０が設けられている。突出部３０は軸方向に突出し、摩擦板３の内径側から外径側へと直線状に延在している。突出部３０と摩擦材セグメント１２の壁との間、突出部３０の間に溝３１が画成されている。突出部３０の周方向の断面は矩形であるが、その他の形状に形成することもできる。

溝３１は、機械加工（切削など）、成形加工（型押しなど）、レーザ加工などで形成することができる。また、同様の加工方法で、接着剤２２ではなく、通路２１に露出したコアプレート２０の表面に直接形成することも可能である。

溝３１は不図示の加工機を用いて、上記の加工方法で、微細な溝として摩擦材セグメント１２間に１００μｍの間隔で形成する。溝３１の径方向の長さは、摩擦板３の外径側から内径側まで、摩擦材セグメント３の径方向の長さと同じに設定すれば良い。しかしながら、溝３１の径方向の長さは任意であり、摩擦材セグメント１２の径方向の長さより短くすることも、長くすることも可能である。

溝３１の幅は５０〜５００μｍ、深さは１０〜５００μｍであることが好ましい。溝３１の幅が５０μｍ以下であると効果がなく、５００μｍ以上であるとエア（気泡）が流出しやすくなるため効果がなくなる。また、溝３１の深さが１０μｍ以下だと効果がなく、５００μｍ以上だとコアプレート２０の強度が低下する。

（第２実施例）
図５は、本発明の第２実施例の形状部を示す上面図であり、図６は、本発明の第２実施例の形状部を示す、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図５に示すように、摩擦材セグメント１２間の油通路（通路）２１の底面２１ａに、形状部として複数の微小な凹凸部３２が形成されている。凹凸部３２は、コアプレート２０の表面に形成されているが、接着剤２２の表面に形成することもできる。また、凹凸部３２は、油通路２１の底面２１ａに波形でかつ直線状に設けたが、間欠的にかつ曲線状に設けることもできる。

凹凸部３２は、油通路２１の底面２１ａに、規則的または不規則に設けられている。凹凸部３２は、コアプレート２０に接着剤２２を塗布した後、摩擦材セグメント１２間の油通路２１の底面２１ａにショットブラストを用いて表面を粗くし、Ｒａ（算術平均粗さ）で５μｍとなるように形成する。

凹凸部３２の表面粗さの大きさは、Ｒａ（算術平均粗さ）で０．１〜１０μｍが好ましい。これは、０．１μｍ以下であると効果がなく、１０μｍ以上であると油の排出性を悪くするからである。

凹凸部３２は、部分的に設けることもできるが、油通路２１の全域に設けることが好ましい。

（第３実施例）
図７は、本発明の第３実施例の形状部を示す上面図であり、図８は、本発明の第３実施例の形状部を示す、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図７に示すように、摩擦材セグメント１２間の油通路（通路）２１の底面２１ａに、形状部として複数の微小な突起３３が形成されている。突起３３は、ここでは接着剤２２の表面に形成されているが、コアプレート２０の表面に形成することも可能である。

突起３３は、コアプレート２０に接着剤２２を塗布した後、摩擦材セグメント１２間の油通路へ直径２００μｍ、深さ２００μｍの微細な穴が形成してある金型に一定の圧力で押し付けることで、層状の接着剤２２の表面またはコアプレート２０へ突起３３を形成する。

突起３３の形状は、円柱状、円錐状、三角錐状などが可能である。円柱状、円錐状、または三角錐状のいずれか一つ、またはこれらの組み合わせにすることが可能である。大きさは半径が０．１〜１ｍｍ、高さが０．０１〜０．３ｍｍ、油通路２１の底面２１ａに対する面積率は１０〜５０％が好ましい。また、大きさは不規則であり均一ではない。

突起３３の半径が０．１ｍｍ以下であると効果がなく、１ｍｍ以上であると油の排出性に悪影響があるため好ましくない。また、高さが０．０１ｍｍ以下であると効果がなく、０．３ｍｍ以上であると相手プレートへの接触可能性があり、係合特性を悪くするため好ましくない。また、高さは均一でなくてもよい。面積率が１０％以下であると効果がなく、５０％以上であると油の排出性に影響するため好ましくない。

上述の各実施例において、形状部による効果が十分得られるように、摩擦材セグメント１２には、外径側のみに開口する油溝１２ｂを設けてあることが好ましい。これは油通路２１から摩擦面２５に引き込まれた油がスムースに外径側に排出され、空転時において、引きずりトルクの低減が可能となるからである。特に低回転領域においては、引きずりトルク低減の効果は大きい。

摩擦材セグメント１２の形状によっては、全ての摩擦材セグメント１２間にエアを滞留させる形状部を設ける必要はない。また、油の排出性が悪化し、効果を狙っている低回転領域で引きずりトルクが大きくなる形状を有する摩擦材セグメントの場合、部分的に形状部の形成箇所を減少させたほうが良い。

摩擦材セグメント１２がセグメント形状ではなく、リングタイプ（環状）の摩擦材の場合は、油通路２１となる部分に対応して、成形金型に微細な穴、凹凸部などを形成した上で、油通路２１の底面２１ａへ転写することによって、微細な溝、凹凸部、突起を形成することができ、前述と同様の効果が得られる。

上記各実施例では、コアプレート２０の表面、または接着剤２２に形状部としての微細な溝、凹凸部、突起を形成した。しかしながら、微細な溝や凹凸部または突起を備えたシート状の部材をコアプレート２０の表面、または接着剤２２に貼り付けて、形状部を形成することもできる。

（評価試験結果）
以下、本発明の各実施例と比較例（従来例）の摩擦板の評価試験の結果を示している。表１は評価条件、図９に示すグラフは本発明の各実施例と比較例の効果を示している。

評価試験は、引きずりドラグ測定試験機にて表１に記載の試験条件で実施した。

図９のグラフにおいて縦軸は引きずりトルク（Ｎｍ）、横軸は相対回転数（ｒｐｍ）である。図９において、曲線Ａは比較例（従来の平滑な底面を備えた油通路を有するもの）、曲線Ｂは実施例１（微細な溝３１）、曲線Ｃは、実施例２（凹凸部３２）、曲線Ｄは、実施例３（突起３３）を示している。

図９から分かるように、本発明の各実施例の摩擦板３は、比較例に比べて、低い相対回転数で、引きずりトルクが低減できている。特に、実施例３のように摩擦材セグメント１２間に突起３３を形成すると、油通路が平滑な比較例に比べて引きずりトルクを大幅に低減できることが分かる。特に、要求の高い相対回転数が５００ｒｐｍ付近の低回転域で大幅に低減している。

以上説明した本発明は、上記実施例に限定するものではなく、摩擦材セグメントの形状は、図示の形状以外のものも可能である。また油溝の構成が異なる摩擦材セグメント、または油溝の形成されていない摩擦材セグメントにも適用可能である。尚、溝、凹凸部、突起は、実際の大きさではなく、説明の便宜上、誇張して示していることは言うまでもない。

以上説明した本発明は、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
１２ 摩擦材セグメント
１２ａ、１２ｂ 油溝
２０ コアプレート
２１ 油通路（通路）
２２ 接着剤
２５ 摩擦面
３０ 突出部
３１ 微細な溝
３２ 凹凸部
３３ 突起

Claims (8)

1. 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板であって、
   前記摩擦材セグメント間には前記摩擦板の内径側から外径側へと貫通する通路が画成され、該通路の底面にエアを滞留させる形状部が設けられていることを特徴とする摩擦板。
2. 前記形状部は、溝であり、前記溝の幅は５０〜５００μｍ、深さは１０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の摩擦板。
3. 前記形状部は、凹凸部であり、前記凹凸部の表面粗さの大きさは、Ｒａ（算術平均粗さ）で０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の摩擦板。
4. 前記形状部は、突起であり、前記突起の大きさは半径が０．１〜１ｍｍ、高さが０．０１〜０．３ｍｍ、前記通路に対する面積率が１０〜５０％であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦板。
5. 前記突起の形状は、円柱状、円錐状、または三角錐状のいずれか一つ、またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項４に記載の摩擦板。
6. 前記コアプレートと前記摩擦材セグメントの間に接着剤が設けられ、前記形状部は前記接着剤の表面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の摩擦板。
7. 前記形状部は、前記コアプレートの表面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の摩擦板。
8. 請求項１乃至７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。

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