JP2017166679A - 摩擦係合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦係合部材に摩耗が生じても、応答性が低下しにくい摩擦係合装置を提供する。【解決手段】摩擦係合装置１は、リターンスプリング２１とスラストベアリング１８とを備える。スラストベアリング１８は、軸線方向に移動自在であり、ピストン１７とエンドプレート１５ａとの間に配置され、ピストン１７からの押圧力をエンドプレート１５ａに加える。リターンスプリング２１は、スラストベアリング１８とピストン１７との間に配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、摩擦係合によって入力部材の回転を出力部材に伝達する摩擦係合装置に関する。

従来、変速機に用いられる多板式クラッチのように、入力部材と、入力部材と一体的に回転する第１プレートと、その第１プレートに摩擦係合する第２プレートと、第２プレートと一体的に回転する出力部材とを備え、第１プレートと第２プレートとを摩擦係合させることによって、入力部材の回転を出力部材に伝達する摩擦係合装置が知られている。

この種の摩擦係合装置としては、軸線方向に移動自在なピストンからの押圧力によって、プレート同士を当接させて摩擦係合させる構成のものがある。そのようなピストンとしては、摩擦係合装置の筐体とピストンとの間に配置されたリターンスプリングと、筐体とピストンとの間に構成された油室に供給される油圧とによって、位置を変更されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１９０５２６号公報

ところで、摩擦係合部材であるプレートは、摩擦によって係合するものである。そのため、ある程度の期間使用し続けると、相互に接触する面で摩耗が生じ、軸線方向における厚さが僅かずつ薄くなっていく。

そのようにして、プレートの軸線方向の厚さが薄くなってしまうと、特許文献１に記載の摩擦係合装置のように、ピストンを所定の位置に復帰させるためのリターンスプリングを筐体に対して固定する構成の場合には、ピストンからプレートに押圧力が加えられるまでに必要なピストンのストロークが増加してしまう。その結果、摩擦係合装置の応答性が低下してしまうという問題があった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、摩擦係合部材に摩耗が生じても、応答性が低下しにくい摩擦係合装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の摩擦係合装置は、駆動源からの駆動力が伝達され回転する入力部材（Ｉ）と、前記入力部材（Ｉ）と一体的に回転する第１摩擦係合部材（１５）と、前記第１摩擦係合部材（１５）と軸線方向で重なるように配置されている第２摩擦係合部材（１６）と、前記第２摩擦係合部材と一体的に回転し、回転を出力する出力部材（Ｏ）と、軸線方向に移動自在であり、前記第１摩擦係合部材（１５）及び前記第２摩擦係合部材（１６）の一方に対して他方に近づく方向の押圧力を加えるピストン（１７）と、前記ピストン（１７）を軸線方向一方側に付勢する付勢部材（２１）と、前記ピストン（１７）が内部に配置された筐体（１０）とを備え、前記ピストン（１７）と前記筐体（１０）との間に油室（２０）が形成され、前記ピストン（１７）は、前記油室（２０）に供給された油圧に応じて軸線方向他方側に押圧される摩擦係合装置（１）であって、軸線方向に移動自在であり、前記ピストン（１７）と前記第１摩擦係合部材（１５）及び前記第２摩擦係合部材（１６）との間に配置され、前記ピストン（１７）からの前記押圧力を前記第１摩擦係合部材（１５）及び前記第２摩擦係合部材（１６）の一方に加えるスラストベアリング（１８）を備え、前記付勢部材（２１）は、前記スラストベアリング（１８）と前記ピストン（１７）との間に配置されていることを特徴とする。

このように、本発明の摩擦係合装置では、付勢部材は、ピストンとスラストベアリングとの間に配置されているので、油室に供給されている油圧が付勢部材の付勢力よりも十分に小さい状態（すなわち、ピストンからの押圧力が摩擦係合部材に伝達されていない状態）では、ピストンとスラストベアリングとの間の距離は、摩擦係合部材の摩耗の状態に関わらず、付勢部材の自然長に応じた距離で維持される。

また、通常の状態では油室には作動油が満たされているので、ピストン、付勢部材及びスラストベアリングには、全体として摩擦係合部材側に近づく方向の力が加わる。これにより、油室に供給されている油圧が付勢部材の付勢力よりも十分に小さい状態であっても、スラストベアリングは、摩擦係合部材の摩耗の状態に関わらず、摩擦係合部材にほぼ接触している状態が維持される。

そのため、本発明の摩擦係合装置では、摩擦係合部材の摩耗の状態に関わらず、ピストンから摩擦係合部材に押圧力が加えられるまでに必要なピストンのストロークが、一定の距離に維持される。したがって、本発明の摩擦係合装置によれば、摩擦係合部材に摩耗が生じていても、応答性が低下しにくい。

また、本発明の摩擦係合装置においては、前記付勢部材（２１）の一端は、前記ピストン（１７）に固定され、前記付勢部材（２１）の他端は、前記スラストベアリング（１８）に固定されていることが好ましい。

このように構成すれば、ピストンとスラストベアリングとの距離が付勢部材の自然長よりも離れてしまうことを防止できるので、応答性の低下をさらに防止しやすくなる。

実施形態に係る摩擦係合装置の構成を示す断面図。 図１の摩擦係合装置の摩耗が生じていない場合における要部を拡大して示す断面図であり、図２Ａは非係合状態を示し、図２Ｂは係合状態を示す。 図１の摩擦係合装置の摩耗が生じた場合における要部を拡大して示す断面図であり、図３Ａは非係合状態を示し、図３Ｂは係合状態を示す。

以下、図面を参照して、本実施形態に係る摩擦係合装置について説明する。本実施形態は、摩擦係合装置を車両等の駆動力伝達装置として用いた実施形態である。しかし、本発明の摩擦係合装置は、船舶等、他の乗り物や無人機の駆動力伝達装置の他、他の機構にも搭載し得るものである。

まず、図１及び図２を参照して、いわゆる湿式多板式のクラッチである摩擦係合装置１の構成について説明する。

図１に示すように、摩擦係合装置１は、筒形の装置として構成されている。摩擦係合装置１の開口部の一端側（図１では右側）からは、車両の駆動源からの駆動力が伝達される入力軸Ｉ（入力部材）が挿入されている。一方、他端側（図１では左側）からは、摩擦係合装置１を介して伝達された駆動力を車両の駆動輪に伝達する出力軸Ｏ（出力部材）が挿入されている。

筒形の摩擦係合装置１は、外周面及び端面を構成するケース１０（筐体）と、ケース１０の内部に配置され、内周面の一部を構成し、入力軸Ｉと結合する第１クラッチハブ１１と、ケース１０の内部で第１クラッチハブ１１と同軸に配置され、内周面の他の一部を構成し、出力軸Ｏと結合する第２クラッチハブ１２とを備えている。

ケース１０は、筒状の外周側壁部１０ａと、外周側壁部１０ａの他端側に設けられ、中央に開口部の設けられた端面部１０ｂと、端面部１０ｂの開口部から軸線方向一方側に延びる筒状の内周側壁部１０ｃとを有している。

第１クラッチハブ１１は、摩擦係合装置１の内周面の一部を構成する筒状の第１ボス部１１ａと、第１ボス部１１ａから径方向外方側（ケース１０の外周面側）に向かって延びる環状の第１環状部１１ｂと、第１環状部１１ｂの第１ボス部１１ａ側とは反対側の端部から軸線方向他端側に延びる第１ガイド部１１ｃとを有している。

第２クラッチハブ１２は、摩擦係合装置１の内周面の他の一部を構成する筒状の第２ボス部１２ａと、第２ボス部１２ａから径方向外方側に向かって延びる環状の第２環状部１２ｂと、第２環状部１２ｂの第２ボス部１２ａ側とは反対側の端部から軸線方向一方側に延びる第２ガイド部１２ｃとを有している。

第１クラッチハブ１１の第１ボス部１１ａは、筒状の小径部１１ａ１と、小径部１１ａ１と同軸であり、小径部１１ａ１よりも大径の筒状の大径部１１ａ２とで構成されている。

筒状の小径部１１ａ１には、一端側から入力軸Ｉの先端部が挿入されている。第１クラッチハブ１１と入力軸Ｉとは、入力軸Ｉの先端部と小径部１１ａ１の内周面の一部とにおいて、スプライン結合されている。

筒状の大径部１１ａ２には、他端側から第２クラッチハブ１２の第２ボス部１２ａが挿入されている。第１クラッチハブ１１の大径部１１ａ２の内周面と第２クラッチハブ１２の第２ボス部１２ａの外周面の一端側の部分との間には、第１ボールベアリング１３が配置されている。そのため、第１クラッチハブ１１は、第２クラッチハブ１２（すなわち、出力軸Ｏ）に対して、入力軸Ｉと一体的に相対回転可能となっている。

第２クラッチハブ１２の第２ボス部１２ａは、筒状に構成されており、他端側から出力軸Ｏの先端部が挿入されている。第２クラッチハブ１２と出力軸Ｏとは、出力軸Ｏの先端部と第２ボス部１２ａの内周面の一部とにおいて、スプライン結合されている。

第２クラッチハブ１２の第２ボス部１２ａの外周面の他端側の部分とケース１０の内周側壁部１０ｃの内周面との間には、ボールベアリング１４が配置されている。そのため、第２クラッチハブ１２は、ケース１０に対して、出力軸Ｏと一体的に回転可能となっている。

第１クラッチハブ１１の第１ガイド部１１ｃは、筒状に構成されている。第１ガイド部１１ｃの内周面側には、軸線方向に延びる複数の第１溝部１１ｃ１が形成されている。第１ガイド部１１ｃの内周面側には、環状のアウタープレート１５（第１摩擦係合部材）が、複数配置されている。アウタープレート１５の最も他端側のプレートは、後述するスラストベアリング１８と当接するエンドプレート１５ａとなっている。

アウタープレート１５の外周側には、第１溝部１１ｃ１に対応するようにして、複数の爪部が形成されている。そのため、各々のアウタープレート１５は、第１ガイド部１１ｃの内周面側で、軸線方向に移動自在となっている。一方、アウタープレート１５は、周方向においては、第１ガイド部１１ｃ（すなわち、第１クラッチハブ１１及び入力軸Ｉ）と一体的に回転する。

第２クラッチハブ１２の第２ガイド部１２ｃは、筒状に構成されており、第１クラッチハブ１１の第１ガイド部１１ｃ及び第１ガイド部１１ｃの内周側に配置されているアウタープレート１５よりも内周側に配置されている。第２ガイド部１２ｃの外周面側には、軸線方向に延びる複数の第２溝部１２ｃ１が形成されている。第２ガイド部１２ｃの外周面側には、環状のインナープレート１６（第２摩擦係合部材）が、複数配置されている。

インナープレート１６の内周側には、第２溝部１２ｃ１に対応するようにして、複数の爪部が形成されている。そのため、各々のインナープレート１６は、第２ガイド部１２ｃの外周面側で、軸線方向に移動自在となっている。一方、インナープレート１６は、周方向においては、第２ガイド部１２ｃ（すなわち、第２クラッチハブ１２及び出力軸Ｏ）と一体的に回転する。

複数のアウタープレート１５と複数のインナープレート１６とは、軸線方向において交互に重なるようにして配置されている。アウタープレート１５とインナープレート１６とは、ピストン１７によって軸線方向一方側に向かって押圧された際に、相互に摩擦係合する。摩擦係合している状態では、アウタープレート１５とインナープレート１６とが一体的に回転するので、入力軸Ｉの回転が、第１クラッチハブ１１、アウタープレート１５、インナープレート１６及び第２クラッチハブ１２を介して、出力軸Ｏに伝達される。

なお、摩擦係合装置１では、最も他端側のインナープレート１６よりも、最も他端側のアウタープレート１５（エンドプレート１５ａ）を、ピストン１７側に配置している。しかし、最も他端側のアウタープレート１５よりも、最も他端側のインナープレート１６を、ピストン１７側に配置してもよい。その場合には、スラストベアリング１８に当接する最も他端側のインナープレート１６をエンドプレートとして構成すればよい。

また、摩擦係合装置１は、ケース１０の内部のアウタープレート１５及びインナープレート１６の他端側に配置された環状のピストン１７と、ピストン１７とアウタープレート１５及びインナープレート１６との間に配置されたスラストベアリング１８とを備えている。

ピストン１７の外周面は、ケース１０の外周側壁部１０ａの内周面と摺動可能となっている。一方、ピストン１７の内周面は、ケース１０の内周側壁部１０ｃの外周面と摺動可能となっている。ピストン１７の外周面及び内周面に設けられた溝１７ａには、ピストン１７と外周側壁部１０ａとの間、又は、ピストン１７と内周側壁部１０ｃとの間を液密に封止するＯ−リング１９が配置されている。これにより、ピストン１７とケース１０との間に、油室２０が形成されている。

油室２０には、オイルポンプや複数のバルブ等で構成された油圧制御回路ＨＣから、油路を介して、作動油が供給される。油圧制御回路ＨＣから供給される作動油の油圧は、油圧センサＨＳによって検出される。ピストン１７は、油室２０の容積の増加に応じて、軸線方向一端側に移動する。

ピストン１７の一端側の面には、突起１７ｂが設けられている。突起１７ｂは、ケース１０の内周側壁部１０ｃに設けられた突起受け部（不図示）に当接する。これにより、ピストン１７の軸線周りの回転が抑制されている。

また、ピストン１７の一端側の面のエンドプレート１５ａと対向する位置には、ベアリング支持部１７ｃが設けられている。ベアリング支持部１７ｃとエンドプレート１５ａとの間には、スラストベアリング１８が軸線方向に移動自在な状態で配置されている。

スラストベアリング１８は、環状の第１レース１８ａと、第１レース１８ａと対向するように配置された環状の第２レース１８ｂと、第１レース１８ａと第２レース１８ｂとの間に複数配置された円筒形のローラ１８ｃと、ローラ１８ｃ同士の間隔を保持する保持器１８ｄとで構成されている。

第１レース１８ａは、ローラ１８ｃ側とは反対側の面（他端側の面）で、ピストン１７のベアリング支持部１７ｃに当接する。また、第２レース１８ｂは、ローラ１８ｃ側とは反対側の面（一端側の面）で、アウタープレート１５の最も他端側に配置されているエンドプレート１５ａに当接する。

そのため、ピストン１７が一端側に移動した際には、ピストン１７からエンドプレート１５ａに対する押圧力は、スラストベアリング１８を介して伝達される。

また、スラストベアリング１８では、第１レース１８ａから径方向内方側に向かって、ベアリング側受け部１８ｅが延設されている。ピストン１７の一端側の面のベアリング支持部１７ｃよりも径方向内方側の位置には、ベアリング側受け部１８ｅに対向するようにして、ピストン側受け部１７ｄが形成されている。ベアリング側受け部１８ｅとピストン側受け部１７ｄとの間には、リターンスプリング２１（付勢部材）が配置されている。

ピストン１７は、リターンスプリング２１によって、油室２０の容積を縮小させる方向（すなわち、軸線方向他端側）に向かって付勢されている。

そのため、ピストン１７は、油室２０に供給された油圧とリターンスプリング２１の付勢力に応じて、軸線方向に移動する。

なお、摩擦係合装置１では、ピストン１７を付勢する付勢部材としてコイルバネを用いている。しかし、付勢部材は、コイルバネに限定されるものではない。例えば、皿バネやウェーブスプリングの他、ゴム等を用いてもよい。

また、摩擦係合装置１では、ピストン１７とスラストベアリング１８との距離が、リターンスプリング２１の自然長よりも離れてしまうことを防止するために、リターンスプリング２１の一端側を、ベアリング側受け部１８ｅに固定し、他端側を、ピストン側受け部１７ｄに固定している。しかし、リターンスプリング２１は、必ずしもベアリング側受け部１８ｅやピストン側受け部１７ｄに固定しなくてもよい。

次に、図２及び図３を参照して、アウタープレート１５とインナープレート１６との摩擦係合について説明する。

図２Ａに示すように、油圧制御回路ＨＣから油室２０に十分な作動油が供給されていない状態（すなわち、油室２０に供給されている油圧がリターンスプリング２１の付勢力よりも十分に小さい状態）では、ピストン１７は、リターンスプリング２１の付勢力と油室２０に供給された油圧とが釣り合う位置に復帰する。

これにより、アウタープレート１５及びインナープレート１６には押圧力が加えられていない状態となるので、アウタープレート１５とインナープレート１６とが相互に離反した状態（非係合状態）となる。その結果、入力軸Ｉの回転は、第１クラッチハブ１１及びアウタープレート１５を介して、インナープレート１６、第２クラッチハブ１２及び出力軸Ｏに伝達されない。

一方、図２Ｂに示すように、油圧制御回路ＨＣから油室２０に十分な作動油が供給されている状態（すなわち、油室２０に供給されている油圧がリターンスプリング２１の付勢力よりも十分に大きい状態）では、ピストン１７は、リターンスプリング２１の付勢力に抗して、一端側に移動する。

これにより、アウタープレート１５及びインナープレート１６には押圧力が加えられている状態となるので、アウタープレート１５とインナープレート１６とが相互に摩擦係合した状態（係合状態）となる。その結果、入力軸Ｉの回転は、第１クラッチハブ１１及びアウタープレート１５を介して、インナープレート１６、第２クラッチハブ１２及び出力軸Ｏに伝達される。

ところで、アウタープレート１５とインナープレート１６とは、摩擦によって係合するものである。そのため、ある程度の期間使用し続けると、相互に接触する面で摩耗が生じ、軸線方向における厚さが僅かずつ薄くなっていく。

そのようにして、アウタープレート１５又はインナープレート１６の軸線方向の厚さが薄くなってしまうと、従来の摩擦係合装置のように、ピストンを所定の位置に復帰させるリターンスプリング２１をケース１０に対して固定する構成の場合には、ピストン１７からアウタープレート１５及びインナープレート１６に押圧力が加えられるまでに必要なピストン１７のストロークが増加してしまう。その結果、従来の摩擦係合装置では、応答性が低下してしまうという問題があった。

そこで、摩擦係合装置１では、軸線方向に移動自在であり、ピストン１７とアウタープレート１５との間に配置され、ピストン１７からの押圧力をアウタープレート１５（具体的には、複数のアウタープレート１５のうち最も他端側に配置されているエンドプレート１５ａ）に加えるスラストベアリング１８を備え、リターンスプリング２１は、スラストベアリング１８とピストン１７との間に配置している。

そのため、図３Ａに示すように、摩擦係合装置１では、アウタープレート１５やインナープレート１６の摩耗が生じていても、油室２０に供給されている油圧がリターンスプリング２１の付勢力よりも十分に小さい状態（すなわち、非係合状態）では、ピストン１７とスラストベアリング１８との間の距離は、リターンスプリング２１の自然長に応じた距離で維持される。

具体的には、摩耗が生じた状態（図３の状態）と摩耗が生じていない状態（図２の状態）とにおいて、ピストン１７の他端側の面からケース１０の端面部１０ｂの一端側の面までの距離（図２Ａにおけるｘ１及び図３Ａにおけるｘ３）を比較すると、摩耗が生じた状態における距離（図３Ａの距離ｘ３）の方が、摩耗が生じていない状態における距離（図２Ａのｘ１）よりも長くなっている。

しかし、ピストン１７のベアリング支持部１７ｃの一端側の面とスラストベアリング１８の第１レース１８ａの他端側の面までの距離（図２Ａにおけるｘ２及び図３Ａにおけるｘ４）を比較すると、摩耗が生じた状態における距離（図３Ａの距離ｘ４）も摩耗が生じていない状態における距離（図２Ａのｘ２）も、リターンスプリング２１の自然長に応じた距離のまま維持されており、同じ距離となっている。

そのため、摩擦係合装置１では、アウタープレート１５及びインナープレート１６の摩耗の状態に関わらず、ピストン１７がスラストベアリング１８に押圧力を伝達し始めるまでの距離は、一定となっている。

また、摩擦係合装置１では、通常の状態では油室には作動油が満たされているので、ピストン１７、リターンスプリング２１及びスラストベアリング１８には、全体としてアウタープレート１５及びインナープレート１６側に近づく方向の力が加わる。

これにより、摩擦係合装置１では、アウタープレート１５やインナープレート１６の摩耗が生じた状態（図３Ａの状態）でも、油室２０に供給されている油圧がリターンスプリング２１の付勢力よりも十分に小さい状態（すなわち、係合状態）では、スラストベアリング１８は、摩耗が生じていない状態（図２Ａの状態）と同様に、エンドプレート１５ａにほぼ接触している状態が維持される。

そのため、摩擦係合装置１では、アウタープレート１５及びインナープレート１６の摩耗の状態に関わらず、スラストベアリング１８がエンドプレート１５ａに押圧力を伝達し始めるまでの距離は、ほぼ「０」の状態が維持される。

したがって、摩擦係合装置１では、アウタープレート１５及びインナープレート１６の摩耗の状態に関わらず、ピストン１７から、スラストベアリング１８及びエンドプレート１５ａを介して、アウタープレート１５及びインナープレート１６に押圧力が加えられるまでに必要なピストン１７のストローク（図２Ａの状態から図２Ｂの状態となるまでの移動距離、及び、図３Ａの状態から図３Ｂの状態となるまでの移動距離）は、一定の距離（距離ｘ２，距離ｘ４）に維持されている。

したがって、摩擦係合装置１によれば、アウタープレート１５及びインナープレート１６に摩耗が生じていても、応答性が低下しにくい。

１…摩擦係合装置、１０…ケース（筐体）、１０ａ…外周側壁部、１０ｂ…端面部、１０ｃ…内周側壁部、１１…第１クラッチハブ、１１ａ…第１ボス部、１１ａ１…小径部、１１ａ２…大径部、１１ｂ…第１環状部、１１ｃ…第１ガイド部、１１ｃ１…第１溝部、１２…第２クラッチハブ、１２ａ…第２ボス部、１２ｂ…第２環状部、１２ｃ…第２ガイド部、１２ｃ１…第２溝部、１３…第１ボールベアリング、１４…第２ボールベアリング、１５…アウタープレート（第１摩擦係合部材）、１５ａ…エンドプレート、１６…インナープレート（第２摩擦係合部材）、１７…ピストン、１７ａ…溝、１７ｂ…突起、１７ｃ…ベアリング支持部、１７ｄ…ピストン側受け部、１８…スラストベアリング、１８ａ…第１レース、１８ｂ…第２レース、１８ｃ…ローラ、１８ｄ…保持器、１８ｅ…ベアリング側受け部、１９…Ｏ−リング、２０…油室、２１…リターンスプリング（付勢部材）、ＨＣ…油圧制御回路、ＨＳ…油圧センサ、Ｉ…入力軸（入力部材）、Ｏ…出力軸（出力部材）。

Claims (2)

1. 駆動源からの駆動力が伝達され回転する入力部材と、
   前記入力部材と一体的に回転する第１摩擦係合部材と、
   前記第１摩擦係合部材と軸線方向で重なるように配置されている第２摩擦係合部材と、
   前記第２摩擦係合部材と一体的に回転し、回転を出力する出力部材と、
   軸線方向に移動自在であり、前記第１摩擦係合部材及び前記第２摩擦係合部材の一方に対して他方に近づく方向の押圧力を加えるピストンと、
   前記ピストンを軸線方向一方側に付勢する付勢部材と、
   前記ピストンが内部に配置された筐体とを備え、
   前記ピストンと前記筐体との間に油室が形成され、
   前記ピストンは、前記油室に供給された油圧に応じて軸線方向他方側に押圧される摩擦係合装置であって、
   軸線方向に移動自在であり、前記ピストンと前記第１摩擦係合部材及び前記第２摩擦係合部材との間に配置され、前記ピストンからの前記押圧力を前記第１摩擦係合部材及び前記第２摩擦係合部材の一方に加えるスラストベアリングを備え、
   前記付勢部材は、前記スラストベアリングと前記ピストンとの間に配置されていることを特徴とする摩擦係合装置。
2. 請求項１に記載の摩擦係合部材であって、
   前記付勢部材の一端は、前記ピストンに固定され、前記付勢部材の他端は、前記スラストベアリングに固定されていることを特徴とする摩擦係合装置。