JP2016205622A - 同軸固定面接触式受動クラッチプレートを搭載した乾式クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】使用寿命が長い乾式クラッチを提供する。
【解決手段】駆動軸体に放射状に複数の非平面ガイド溝４１３が形成され、各々の非平面ガイド溝４１３には遠心ローラ４３が配置されている。駆動軸が所定の回転速度まで回転すると、遠心ローラ４３は初期位置から遠心力で押付作動位置４３１まで振られ、受動クラッチプレート４５との結合駆動区域と接触することにより、受動クラッチプレート４５が駆動プレート５１と摩擦接触し回転伝達する。
【選択図】図５

Description

本発明は、一般車両の無段変速システムに使われる、同軸固定面接触式受動クラッチプレートを持つ乾式クラッチに関する。

クラッチ（ｃｌｕｔｃｈ）は自動車、バイクまたはその他の動力機器の機械的なエンジンの動力を、スイッチのような方法で車両の輪軸まで伝達する機構である。クラッチは乾式クラッチと湿式クラッチがある。湿式クラッチはオイル室に密封されており、乾式クラッチは通気性の良い乾燥環境に設置される。現在の動力機器の製造において、この二種類のクラッチはそれぞれの異なる長所がある。湿式クラッチはオイルによって潤滑され、摩擦によって生じた熱や消耗を低減させることにより、寿命を延長できるという特徴がある。しかしながら、湿式クラッチはコストが大幅に増加し、構造の体積も増加するという問題がある。

一方、乾式クラッチはオイルに浸す必要がなく、さらに、動力の伝達がより早いため、湿式クラッチより大きなトルクと加速性を提供できる。また、トルク駆動プレートと受動プレートもオイルに浸す必要がないので、オイルの粘度に影響されて分離するという問題もない。更に、分離作業のための分離用クリップを取付ける必要もなくなり、クラッチがロックするリスクも避けられ、クラッチの構造もより簡素化になる。一方、オイルによる潤滑がないので、駆動プレートと受動プレートが消耗されやすく、使用寿命も短いという問題がある。特に、トルクが高くなるにつれ、作用力が不均一になると、スリップする恐れがある。以上のとおり、乾式と湿式クラッチの目的は同様であるが、その構造の解決策は全く異なっている。相互に互換性がないので、一部の構造を結合させて用いることはない。

図１は、よく利用されるバイク用の乾式クラッチを示している。運転手がアクセルを踏むと、伝達要素１５が直ちに乾式クラッチ１を駆動させ、同時に回転が始まる。指定した回転速度（通常は３０００回転）まで回転すると、乾式クラッチ１の三つのクラッチウェイト１１は伸縮スプリング１２の弾性力に勝ち、遠心力で振られると、クラッチウェイト１１の上にあるライニング１３とクラッチハウジング１４が接触して同時に回転が始まり、車両を駆動する。しかしながら、、日々の反復駆動による摩擦が累積すると、すべての伸縮スプリング１２の弾性疲労の程度が必ずしも同じではなくなる。そのため、各々のクラッチウェイト１１が振り出される時間、距離も異なってくる。疲労が蓄積し、本例の三つのライニング１３の消耗程度の差が広がり、その中の一つが効果を失い、一部の面積だけでクラッチハウジング１４に接触するようになると、駆動されたクラッチハウジング１４が同時に回転される効果が減り、連動の効果も不安定になる。

そのため、当該技術分野においては、上述した欠陥に対して、図２に示す解決策が知られている。まず、分離したり、貼り合ったりするクラッチウェイトと伸縮スプリングの間の構造キットを取り替える。その代わりに、ディスク（符号なし）上の遠心ホイール２１を用いて押上プレート２２を押し付ける。押し付ける時、スプリング２３が縮み、押上プレート２２上のブロック状ライニング２４が図の上側に向かって上昇してクラッチハウジング２５と接触して摩擦し始まり、次に駆動クラッチハウジング２５が回転し始まり、動力伝達を実現した。しかしながら、このようなトルク伝達は、主に一本の筒状ガイドピン２３１が負担する。エンジンが回転して指定した回転速度まで達していない時、クラッチハウジング２５がまだ連動されておらず、スプリング２３を安定させるための筒状ガイドピン２３１の下部が先にトルクを受ける。逆の場合は、その上部はクラッチハウジング２５と同期して動けなくなる。両サイドの駆動が逆方向に動いているので、同期回転ができなくなる。速度を下げる時、車輪にブレーキが作用し、回転速度が下がるので、筒状ガイドピン２３１がまた回転速度不同期によるトルクを受ける。

長期間の使用に伴い、トルクが途切れたり、その強度が弱くなったり、強くなったりする。筒状ガイドピン２３１の上部と下部の間における材質に不均等な箇所に応力が集中して裂け目が生じたり、さらに全体構造が破壊されて折れたりする可能性がある。折れた場合、乾式クラッチの同期作動が瞬時に止まり、エンジンが空回りして動力を失い、走行危険を引き起こす。また、図のブロック状ライニング２４が上に向かって変位すると、直接にクラッチハウジング２５と接触することによって生じた摩擦熱がクラッチハウジング２５に蓄積する。繰り返される熱膨張と冷収縮によるクラッチハウジング２５における構造的破損は大きく、乾式クラッチの使用寿命が大幅に短縮する。

前述した構造改良の不足に基づき、本発明は同軸固定面接触式受動クラッチプレートを持つ乾式クラッチを提供する。駆動軸受部がベルトからの動力を受けて継続的に回転する。回転速度が一定の値に達すると、放射状に配置される遠心ローラーが回りに振られ、受動クラッチプレートに接触すると、受動クラッチプレートが駆動プレートを摩擦するようになる。二者は大面積で接触するので，従来のライニングの接触面不均一の問題を避けることができる。さらに、伸縮スプリングでクラッチウェイトの振り出される距離を制御する構造キットを取り換えることにより、弾性劣化による動力伝達の不均等が避けられる。駆動プレートの同期回転が始まると、クラッチハウジングが駆動型締ポートを通じて一定の固定部を噛み合わせて動力を伝達することにより、回転に必要とする動力を獲得する。また、この動力が、中央係合孔を通じて出力軸を駆動することにより、動力設備を稼働させる。接触摩擦の対象をかつてのライニング（前述した駆動プレートに等しい）とクラッチハウジングから受動クラッチプレートと駆動プレートに取り換え、クラッチハウジングの構造が直接的な接触摩擦による熱膨張冷収縮などの物理的な影響を受けて破損することを防げる。さらに、応力による前述した筒状ガイドピンへの破損を避けるためにスプリングの設置位置を変えることにより、乾式クラッチ全体の使用寿命を延ばし、動力伝達の効率を維持する。上記内容は本発明の特徴点である。

本発明の一つの目的は同軸固定面接触式受動クラッチプレートを持つ乾式クラッチを提供し、大面積の面接触で動力を伝達することにより、摩擦駆動の利用面積を広げ、動力の伝達効率を維持することである。

本発明のもう一つの目的は同軸固定面接触式受動クラッチプレートを持つ乾式クラッチを提供し、摩擦対象の取替により、クラッチハウジングに摩擦熱が蓄積することを避け、クラッチの使用寿命を延ばすことである。

本発明のもう一つの目的は同軸固定面接触式受動クラッチプレートを持つ乾式クラッチを提供し、面接触なので、触面積全体でトルクを受ける。それにより、従来のような応力が筒状ガイドピンに集中しやすいリスクを避け、クラッチの安全性を向上させる。

上述した目的を実現するために、本発明は同軸固定面接触式受動クラッチプレートを持つ乾式クラッチを提供し、無段で駆動軸受部の駆動を受けることができる。駆動軸受部は軸受本体と主動プレートを含む。乾式クラッチは中心貫通孔のある駆動軸体、非平面ガイド溝および中心貫通孔から離れる軸体外周縁を含むクラッチ装置と、駆動軸体と同軸で固定されている受動クラッチプレート、接触面と摩擦駆動面を持ち、結合駆動区域の外側にコンボ弾性部を設置しているコンボポートと、非平面ガイド溝に置かれている遠心ローラーと、駆動プレートと放射状対称を形成する駆動型締ポートを含む従動装置と、筒状内壁、環状外壁および連結壁を持つクラッチハウジングを含む。そのうち、筒状内壁の裏側に中央係合孔があり、環状外壁の裏表面には固定部がある。

そのため、本発明は一種の同軸固定面接触式受動クラッチプレートを持つ乾式クラッチを開示する。駆動軸受部がベルトからの伝達動力につれて継続的に回転する。回転速度が一定の値に達すると、放射状に配置されている遠心ローラーが回りに振られ、受動クラッチプレートに接触すると、受動クラッチプレートが駆動プレートを摩擦するようになる。二者は面接触の方法で結合しているため、従来のライニングの接触面不均一の問題を避けられる。さらに、伸縮スプリングで控制クラッチウェイトの振り出される距離を制御する構造キットを取り換えることにより、弾性劣化による動力伝達の不均等を避ける。駆動プレートの同期回転が始まると、クラッチハウジングが駆動型締ポートを通じて一定の固定部を噛み合わせて動力を伝達することにより、回転に必要とする動力を獲得する。また、この動力が中央係合孔を通じて出力軸を駆動することにより、動力設備を稼働させる。駆動プレートの摩擦接触対象は受動クラッチプレートであるため、大面積で面接触している。そのため、トルクを一本のガイドピンで負担しないので、ガイドピンが集中した応力で折れ、クラッチが急に機能を失うリスクを下げる。さらに、受動クラッチプレートは直接に熱をクラッチハウジングに伝えないので、クラッチハウジングにおける熱エネルギーの積み重ねを避け、乾式クラッチ全体の使用寿命を延ばし、さらに使用時の信頼性と安全性を確保する。

従来型クラッチ構造の正面図。クラッチウェイトとスプリングの間の構造関係を示している。 既存の乾式クラッチの立体分解図。振られた遠心ホイールが押上プレートを押し付けることにより，ブロック状ライニングにクラッチハウジングを接触間摩擦させることを示している。 本発明の乾式クラッチの構造分解図を示している。 図４は、非平面ガイド溝に配置されている図３の遠心ローラーの側面斜視図を示している。それぞれ駆動軸受部の回転速度が足りない場合と回転速度が高い場合における遠心ローラーが初期脱離位置における状況、及び振られて押付作動位置まで変位する状況を示している。 非平面ガイド溝に配置されている図３の遠心ローラーの側面斜視図を示している。それぞれ駆動軸受部の回転速度が足りない場合と回転速度が高い場合における遠心ローラーが初期脱離位置における状況、及び振られて押付作動位置まで変位する状況を示している。 図３に示すクラッチハウジングの立体図であり、その構造の特徴を示している。 現行バイクの一部構造の側面図である。車両動力の出力経路を示している。 本発明の非平面ガイド溝の第二種実施態様の平面図を示している。 図８の側面断面図を示している。同じく遠心ローラーが初期脱離位置における状況、及び振られて押付作動位置まで変位する状況を示している。

本発明の前述した内容、その他の技術内容、特徴及び効果を詳しく説明する。以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。また、各実施形態において、同じ部品は類似する符号で表示される。

本例において、乾式クラッチは図７に示すように、バイクの後輪に近いところに設置されるものであり、そのクラッチ作動はバイクの発動スイッチと見なすことができる。また、図３に示すように、エンジン（図に表示なし）が一定のアイドルスピード（例えば：２０００回転）を維持する時、軸受本体３１とそれと同時に動作する軸受本体主動プレート３３で構成した駆動軸受部３がエンジンからの動力を受けて回転する。次に、駆動軸受部３の回転速度に従い、クラッチ装置４が連動される。クラッチ装置４は中心貫通孔４１０を形成している駆動軸体４１を軸受本体３１に嵌めることにより、駆動軸体４１と駆動軸受部３の安定的な回転を実現する。

本例において、駆動軸体４１に放射状対称を形成する四つの非平面ガイド溝４１３がある。図４を併せて参照すると、本例における非平面ガイド溝４１３は左高右低なグラデーション傾斜形状となっている。なお、そのうちやや反りがあっても、本発明の実施に支障がない。すべての非平面ガイド溝４１３に、例示されている一つの遠心ローラー４３が置かれている。エンジンの回転速度がアイドルスピードを上回っていない時には、遠心ローラー４３が初期脱離位置４３０に保たれ、同軸で駆動軸体４１の外縁に固定されている受動クラッチプレート４５を接触できず、受動クラッチプレート４５と駆動プレート５１の距離が保たれる。

ここで説明しなければならないのは、前述した同軸固定は駆動軸体及び受動クラッチプレートの軸心が同一軸線にあって結合されている。本発明においては、このような結合関係を同軸固定と定義する。もちろん、当業者であれば、非平面ガイド溝に置かれる遠心ローラーの数について、一つの非平面ガイドに一つの遠心ローラーしか置けないと制限されていないことは明らかである。一つの非平面ガイド溝に複数の遠心ローラーを置くことも可能である。さらに、例えば、六つの放射線状ガイド溝の場合、一つおきに一つを置き、合計三つを置くことも可能である。また、上述した非平面ガイド溝は簡単斜面溝（ここでの簡単斜面というのは、前述した溝の横方向から見ると、溝の外観が傾斜する直線に見えることである）と記述された場合，外観構造上における簡単な変更に見え、本発明の実施に支障がない。

駆動軸体４１は中心貫通孔４１０から離れる箇所に軸体外周縁４１１を形成している。本例において、軸体外周縁４１１の外郭は受動クラッチプレート４５の内郭に等しいので、受動クラッチプレート４５が駆動軸体４１の軸体外周縁４１１をしっかり締め付けられる。二者の同時回転を確保するために、本例の軸体外周縁４１１は、例えば、八つの溝４１５があり、すべての溝４１５は図面の上下方向に直立している。一方、受動クラッチプレート４５は同じ数量の嵌合リブ４５１が設けられ、すべての嵌合リブ４５１がそれぞれに対応する溝４１５に嵌め込まれる。受動クラッチプレート４５は図の下方側面にあり、ここでは接触面４５３と呼ばれ、遠心ローラー４３からの押付力を受ける。接触面４５３の反対側にある上方側面は摩擦駆動面４５５と呼ばれる。例えば、その上に八つのコンボポート４５６が設置されている。本例における八つのコンボポート４５６は受動クラッチプレート４５の裏側に設置されているので、摩擦駆動面４５５がコンボポート４５６の外側に一つの結合駆動區４５８を形成している。また、本例におけるコンボポート４５６は凸柱で、本例におけるスプリングと記載される弾性部４５７との組合せに用いられる。

ここで例として挙げられスプリングをスプリングパッド等に取り替えても同様な弾性作用力を持つので、本発明の技術特徴の応用に支障がない。もちろん、当業者であれば、弾性部とコンボポートの数量における関係は適宜設計変更できることは明らかである。例えば、一つのコンボポートに複数の弾性部を設置してもよい。一方、一部のコンボポートに設置せず、残りのコンボポートに弾性部を設置してもよい。受動クラッチプレートの変位は等距離であることを確保することができれば、接触不均一の問題がない。

図３と図５を参照して説明する。バイクのエンジンが指定したアイドルスピードを上回ると、遠心ローラー４３が図４に示した初期脱離位置４３０から図の左側に示した外縁へ向かって振り出される。遠心ローラー４３が外側に振られて押付作動位置４３１にずれると、受動クラッチプレート４５を押し始めて図の上側へ移動させることにより、摩擦駆動面４５５の結合駆動區４５８が図の上側に向かって面接触で従動装置５の駆動プレート５１を押して回転させる。本発明において、受動クラッチプレート４５と駆動プレート５１は大面積で結合されているためより安定している。さらに、各遠心ローラー４３または非平面ガイド溝４１３が成型される時に公差が生じても、駆動軸体４１の回転のため、より消耗されている遠心ローラー４３が慣性力でより遠くまで振られることにより、受動クラッチプレート４５の接触面４５３と同様な押し当てる力を生じさせ、受動クラッチプレート４５と駆動プレート５１の面接触がバランスを保つ。さらに、たとえ受動クラッチプレート４５と駆動プレート５１の間の面接触にずれがあっても、ある程度消耗されると、新たな均衡が取れ、大面積接触が保たれる。そのため、現行技術による問題を解決する。

図６は、駆動プレートと係り合うクラッチハウジングを説明するための図である。図６におけるクラッチハウジング５３は、図３の上下をひっくり返して表示される図である。クラッチハウジング５３は軸心にある筒状内壁５３１、筒状内壁５３１から離れる環状外壁５３２、並びに筒状内壁５３１及び環状外壁５３２を連結する結壁５３３によって構成される。動力伝達の効率を向上させるために、本例の環状外壁５３２の裏表面５３４にはさらに工業プラスチックキーである固定部５３５が八つあり、駆動プレート５１における放射状対称を形成している同数量の駆動型締ポート５１１と係り合って固定するのに用いられる。クラッチハウジング５３は駆動プレート５１による作動を受けて回転するので、摩擦によって生じた受動クラッチプレート４５と駆動プレート５１の間の熱エネルギーが簡単にクラッチハウジング５３に伝わらなく、熱膨張冷収縮の作用は主に消耗品となる受動クラッチプレート４５と駆動プレート５１のみに影響を与える。そのため、直接クラッチハウジング５３に支障を及ぼさなく、効率的にクラッチの使用寿命を延ばすことができる。

図３、図６及び図７を参照しながら説明する。エンジンの動力がプーリー６による回転作動を通じて、プーリー６上の伝動ベルト７を牽引することにより、動力を乾式クラッチ（符号なし）まで伝達する。回転速度が所定のアイドルスピード値を上回ると、受動クラッチプレート４５が遠心ローラー４３に押され、駆動プレート５１を接触摩擦し始まると、クラッチハウジング５３が連動され回転が始まる。さらに、筒状内壁５３１の裏に形成されている中央係合孔５３６に出力軸８が噛み合って駆動する。それにより、出力軸８が駆動軸受部３による相対的な回転により、軸心方向に中心貫通孔４１０を通し、減速ギアと連結してバイク後輪のホイール９を連動することにより、車両が運行する運動エネルギーを取得し、車両を駆動させる。つまり、出力軸８は伝動軸として機能する。もちろん、当業者であれば、前述した固定部と駆動型締ポートの間の結合固定関係が分かるはずである。従来のいずれかの固定方法を用いて安定的に係り合わせても、本発明の技術の実施に影響を与えない。また、主動プレート３３上に形成されている非平面ガイド溝は放射状対称に配置されており、高速回転によって生じたトルクがいずれかの非平面ガイド溝の一か所に蓄積しないので、構造への破損率が大幅に低減する。

もちろん、当業者であれば、前述した実施形態におけるガイド溝並びに遠心ローラの数及び形状が制限されていないことは明らかである。図８と図９は、本発明の第二の実施形態を示している。図８に示す駆動軸体４１’は、八つの放射状に配置されている非平面ガイド溝４１３’を含んでいる。すべての平面ガイド溝４１３’の中心貫通孔４１０’に近い部分は、より平面状となっている。一方、図９に示すように、中心貫通孔４１０’から離れる部分には転換点があり、外側に向かった傾斜面となっている。それにより遠心ローラー４３’の初期脱離位置４３０’と押付作動位置（符号なし）における作動状態をはっきり区別できる。

ただし、前述した内容は本発明の実施形態を示しているのであって、本発明の実施範囲はそれにより制限されていない。本発明の特許請求の範囲及び明細書の内容に記載された簡単な設計変更及び付加のいずれも、本発明の範囲内になる。

３…駆動軸受部
３１…軸受本体
３３…主動プレート
４…クラッチ装置
４１、４１’…駆動軸体
４１０、４１０’…中心貫通孔
４１１…軸体外周縁
４１３、４１３’…非平面ガイド溝
４１５…溝
４３、４３’…遠心ローラー
４３０、４３０’ 初期脱離位置
４３１…押付作動位置
４５…受動クラッチプレート
４５１…嵌合リブ
４５３…接触面
４５５…摩擦駆動面
４５６…コンボポート
４５７…弾性部
４５８…結合駆動區
５…従動装置
５１…駆動プレート
５１１…駆動型締ポート
５３…クラッチハウジング
５３１…筒状内壁
５３２…環状外壁
５３３…連結壁
５３４…裏表面
５３５…固定部
５３６…中央係合孔
６…プーリー
７…伝動ベルト
８…出力軸
９…ホイール
従来の構造
１…乾式クラッチ
１１…クラッチウェイト
１２…伸縮スプリング
１３…ライニング
１４…クラッチハウジング
１５…伝達要素
２１…遠心ホイール
２２…押上プレート
２３…スプリング
２３１…筒状ガイドピン
２４…ブロック状ライニング
２５…クラッチハウジング

Claims (8)

1. 同軸固定面接触式受動クラッチプレートを持つ乾式クラッチであって、
   前記乾式クラッチは、駆動軸受部、クラッチ装置、及び従動装置を含み、
   前記駆動軸受部は、
   軸受本体、及び
   該軸受本体と同時に回転する主動プレート、
   を含み、
   前記クラッチ装置は、
   前記軸受本体を嵌めることができる中心貫通孔を有し、前記中心貫通孔から離れる軸体外周縁と、複数の放射形対称を形成する非平面ガイド溝を含む駆動軸体、
   前記駆動軸体と同軸で固定され、一つの接触面及び前記接触面と相反する摩擦駆動面を有し、前記摩擦駆動面は結合駆動区域を形成し、該駆動区域以外の区域で複数の弾性部を設置するためのコンボポートを複数含む受動クラッチプレート、及び、
   前記非平面ガイド溝に放射形対称に設置され、所定の回転速度まで回転すると、初期脱離位置から遠心力で押付作動位置まで振られる複数の遠心ローラー、
   を含み、
   前記従動機構は、
   複数の放射状対称の駆動型締ポートが形成され、前記遠心ローラーの少なくとも１つが前記押付作動位置にある時、前記受動クラッチプレートの前記結合駆動区域と接触することにより、駆動されて回転し始まる駆動プレート、及び、
   筒状内壁、環状外壁、及び前記筒状内壁と前記環状外壁を連結する連結壁を有し、前記筒状内壁の内側には出力軸を咬合して駆動させる中央係合孔を有し、前記環状外壁の裏表面には前記駆動型締ポートによって駆動される固定部が複数形成されているクラッチハウジング、
   を含む、
   乾式クラッチ。
2. 前記非平面ガイド溝が、グラデーション傾斜形状である、請求項１に記載の乾式クラッチ。
3. 前記駆動軸体の前記軸体外周縁には複数の溝が形成され、前記受動クラッチプレートには前記溝と結合するための嵌合リブが複数形成されている、請求項１又は２に記載の乾式クラッチ。
4. 前記弾性部がスプリングである、請求項１又は２に記載の乾式クラッチ。
5. 前記コンボポートが凸柱である、請求項１又は２に記載の乾式クラッチ。
6. 前記弾性部の数が、前記コンボポートと同じである、請求項１又は２に記載の乾式クラッチ。
7. 前記出力軸が、伝動軸である、請求項１又は２に記載の乾式クラッチ。
8. 前記固定部が、工業プラスチックキーである、請求項１又は２に記載の乾式クラッチ。