JP2018184965A - ビスカスカップリング - Google Patents

Abstract

【課題】引き摺りトルクの低減を図り、燃費の悪化を抑制できるビスカスカップリングを提供する。【解決手段】本発明に係るビスカスカップリング１は、円筒部材２と、円筒部材２と相対回転可能に同軸に配置された軸部材４と、円筒部材２と軸部材４との間で形成され粘性流体が充填される作動室１８と、作動室１８に配置され円筒部材２と一体に回転する複数のアウタープレート５と、アウタープレート５と交互に配置されて軸部材４と一体に回転する複数のインナープレート６と、を備え、アウタープレート５は、開放された内端から径方向外側に指向する複数のスリット２３と、各スリット２３の外端に接する仮想円Ｃ１よりも径方向外側に位置し周方向に延びている長孔２５と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、ビスカスカップリングに関する。

自動車において、ビスカスカップリングは一般に推進軸と終減速装置の間に取り付けられており、その構造例として特許文献１に記載のものが挙げられる。
特許文献１のビスカスカップリングは、互いに相対回転可能に同軸に配置された軸部材および円筒部材と、軸部材と一体に回転する複数のインナープレートと、インナープレートと交互に配置されて円筒部材と一体に回転する複数のアウタープレートとを備え、内部にシリコーンオイルが充填されている。
また、円筒部材の開口部は、封入口が形成されたカバーで塞がれており、ビスカスカップリングを組み立てた後に封入口からシリコーンオイルが所定の量だけ充填されている。
そして、たとえば車両が滑りやすい路面を走行して前後輪の一方が空転し、アウタープレートとインナープレートとの間で回転数の差が生じると、シリコーンオイルにせん断力が作用し、他方の車輪に動力が伝達され、安定した走行性能が得られる。

前輪駆動車をベースとした四輪駆動車において、アンチロックブレーキシステム（以下、単に「ＡＢＳ」と称する）が作動すると、後輪の回転数が前輪の回転数よりも高くなり、アウタープレートとインナープレートの相対回転が逆になる現象（以下、「逆転」と称する場合がある）が生じる。そして、通常の相対回転の状態と逆転の状態とで同じ動力伝達特性が得られると、ＡＢＳの誤作動を引き起こす可能性がある。
よって、特許文献２では、アウタープレート及びインナープレートに形成される溝を径方向線に対して傾斜させ、かつ、アウタープレートとインナープレートとの傾斜方向を反対にする構造となっており、逆転時の動力伝達特性が低減するようになっている。

特開平１０−２８１１８６号公報 特開２０１３−１７４２７５号公報

ところで、アウタープレートとインナープレートとの間で回転数の差が生じないように副変速装置や終減速装置のギヤ比を設定しているものの、それでも僅かに回転数の差が生じてしまうことがある。
この状態で走行すると、路面が滑りやすい状況ではないにも拘らずビスカスカップリングに差動が生じ、本来は動力を伝達しなくてもよい後輪に動力を伝達することになり(これを引き摺りトルクと呼ぶ)、燃費の悪化を招く。上記した特許文献２の構造であっても、このような引き摺りトルクの低減を図ることができない。

本発明の目的は、引き摺りトルクの低減を図り、燃費の悪化を抑制できるビスカスカップリングを提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明のビスカスカップリングは、円筒部材と、前記円筒部材と相対回転可能に同軸に配置された軸部材と、前記円筒部材と前記軸部材との間で形成され、粘性流体が充填される作動室と、前記作動室に配置され、前記円筒部材と一体に回転する複数のアウタープレートと、前記アウタープレートと交互に配置されて前記軸部材と一体に回転する複数のインナープレートと、を備えたビスカスカップリングであって、前記アウタープレートは、開放された内端から径方向外側に指向する複数のスリットと、前記各スリットの外端に接する仮想円よりも径方向外側に位置し、周方向に延びている長孔と、を備えていることを特徴とする。

前記発明によれば、長孔が仮想円よりも径方向外側に位置していることから、アウタープレートがインナープレートに対して相対回転かつ逆転する場合、スリットの外端から排出される空気が長孔に入り難い。このため、せん断面上に介在するシリコーンオイルの量が低減し、引き摺りトルクが低減する。
また、周方向に延びる長孔であるため、シリコーンオイルが入り込む量が低減することを防止できるため、アウタープレートがインナープレートに対し相対回転かつ逆転する場合以外に、正転時においても、引き摺りトルクの低減を図ることができる。

前記発明において、前記長孔は、前記各スリットの延長領域の間に位置していることが好ましい。

前記構成によれば、各スリットの外端側の剛性を確保でき、スリットの外端を起点とする変形を抑制できる。

前記発明において、前記長孔における径方向の幅の中心は、前記アウタープレートのスプラインの小径と前記仮想円との中間よりも径方向外側に位置していることが好ましい。

前記構成によれば、アウタープレートがインナープレートに対して相対回転かつ逆転する場合、長孔に空気が入るおそれがさらに低減する。よって、引き摺りトルクを確実に低減でき、燃費の向上を図ることができる。

本発明によれば、引き摺りトルクの低減を図り、燃費の悪化を抑制できるビスカスカップリングを提供することができる。

本発明に係るビスカスカップリングの側断面図である。 車両前方側から見たアウタープレートの正面図である。 車両前方側から見たインナープレートの正面図である。 車両前方側から見たアウタープレートおよびインナープレートの正面図である。 従来のアウタープレートを示す説明図である。

本実施形態のビスカスカップリング（粘性継手）１は、自動車の推進軸と終減速装置との間に設けられている。
図１に示すように、ビスカスカップリング（粘性継手）１は、円筒部材２と、カバー３と、軸部材４と、複数のアウタープレート５と、複数のインナープレート６と、を備えている。
また、特に図示しないが、本実施形態のビスカスカップリング１は、円筒部材２が推進軸に連結し、軸部材４が終減速装置のドライブピニオンシャフトに連結している。

円筒部材２の内周には、アウタープレート５の外縁とスプライン結合する孔スプライン７と、孔スプライン７の後側に位置し孔スプライン７よりも大径のカバー嵌合部８と、孔スプライン７の前側に位置し孔スプライン７よりも小径の軸部材支持部９と、が形成されている。

軸部材支持部９は、軸部材４を支持するための部位である。また、軸部材支持部９と軸部材４との間には軸受１０が介設されている。よって、軸部材支持部９は、軸受１０を介して軸部材４を相対回転可能に支持している。
軸部材４の軸心Ｏ方向中程には、軸部材４の外周面１３Ａ，１３Ｂよりも大径であってインナープレート６の内縁とスプライン結合する軸スプライン１２が形成されている。
なお、円筒部材２の軸部材支持部９の後側には、シール部材１１が介設されている。よって、軸スプライン１２よりも他端側で、円筒部材２に遊嵌される外周面１３Ｂがシールされている。

カバー３は、円筒部材２の後側開口部２ａを閉塞するようにカバー嵌合部８に内嵌し、サークリップ１４によって抜け止めされている。カバー３と軸部材４の一端側の外周面１３Ａとの間には、軸受１５とシール部材１６が介設されている。また、カバー３とカバー嵌合部８との間にはＯリング１７が介設されている。

円筒部材２とカバー３と軸部材４とに囲まれて環状の作動室１８が構成される。
作動室１８には、円筒部材２と一体に回転するアウタープレート５と、軸部材４と一体に回転するインナープレート６とが、軸心Ｏ方向に交互に積層配置されたうえで、粘性流体としてシリコーンオイルが封入されている。
カバー３には、シリコーンオイルを充填するための充填孔１９が形成されているとともに、シリコーンオイルの充填時に作動室１８内の空気を外部に逃がすための空気抜き孔２０が形成されている。
充填孔１９には雌ねじが螺設されており、シリコーンオイルの充填後、充填孔１９はボルト２１により閉じられ、空気抜き孔２０はボール２２が圧入されることで閉じられる。作動室１８には、所定量のシリコーンオイルが充填され、残りの空間には空気が存在することとなる。

以上により、車両の前輪が空転するなどしてアウタープレート５とインナープレート６との間に回転数差が生じたとき、両プレート間のシリコーンオイルにせん断力が生じるので、アウタープレート５とインナープレート６との間で動力が伝達され、後輪に動力が伝達される。

図２に示すように、アウタープレート５には、内端が開放し、径方向外側に指向する複数のスリット２３が円周方向に等間隔で形成されている。
スリット２３は、軸心Ｏとスリット２３の内端２３Ａとを通る径方向線Ｒ１に対して一方の回転方向であるＱ方向（図２における反時計回り方向）側に傾斜角度θ１をなすように形成されている。
なお、本実施形態のスリット２３は直線状に形成されているが、本発明はこれに限定されず曲線状に形成してもよい。
アウタープレート５の外縁寄りには、表裏を貫通する複数の長孔２５が円周方向に等間隔で形成されている。
本実施形態の長孔２５は、周方向に隣り合う２つのスリット２３の延長領域Ｌ（図２のドットで塗られた範囲を参照）の間に位置している。つまり、長孔２５の周方向の端部は、各スリット２３の延長領域Ｌと重ならないようになっている。これにより、アウタープレート５の外周部分において、スリット２３の延長領域Ｌ部分の剛性が確保され、スリット２３の外端２３Ｂを起点として変形することが防止される。長孔２５の詳細については後述する。

図３に示すように、インナープレート６には、外端が開放し、径方向内側に指向する複数のスリット２４が円周方向に等間隔で形成されている。スリット２４は、軸心Ｏとスリット２４の内端２４Ａとを通る径方向線Ｒ２に対して他方の回転方向であるＰ方向（図３における時計回り方向）側に傾斜角度θ２をなすように形成されている。
なお、本実施形態のスリット２４は、直線状に形成されているが、本発明はこれに限定されず曲線状に形成してもよい。

図４は、アウタープレート５とインナープレート６とを組み付けた状態を示しており、車両の前進時に両プレートはＰ方向に回転する。
アウタープレート５とインナープレート６との回転速度が同一の場合、シリコーンオイルには、せん断力が発生しないため、円筒部材２と軸部材４との間で、トルクの伝達は行われない。

なお、アウタープレート５とインナープレート６との回転速度が同一であっても、ビスカスカップリング１自体が回転しているため、作動室１８内のシリコーンオイルには遠心力が作用している。よって、シリコーンオイルが全体的に径方向外側に移動し、その分、空気が径方向内側に移動している。

一方で、アウタープレート５の回転数は副変速装置の出力軸と同じで、インナープレート６の回転数は終減速装置のドライブピニオンギヤと同じであり、副変速装置および終減速装置のギヤ比の設定により、通常走行時における両プレートの回転数をほぼ一致させているが、完全に一致させることはほぼ不可能であり、両プレートが相対回転することがある。

アウタープレート５がインナープレート６に対して相対回転する場合、アウタープレート５はインナープレート６に対してＰ方向に相対回転（正転）する。
この回転に伴ってスリット２３とスリット２４との交差領域４０は径方向内側から径方向外側に向けて移行するので、交差領域４０のシリコーンオイルが径方向外側に押し遣られる（図４の矢印Ａ１参照）。これにより、シリコーンオイルは全体的に径方向外側に移動し、その分、空気が径方向内側に移動する。

これに対し、インナープレート６の方がアウタープレート５よりも回転数が大きいと、アウタープレート５はインナープレート６に対してＱ方向に相対回転（逆転）する。
この回転に伴って交差領域４０は径方向外側から径方向内側に向けて移行するので、交差領域４０のシリコーンオイルが径方向内側に押し遣られる（図４の矢印Ａ２参照）。これにより、シリコーンオイルは全体的に径方向内側に移動し、その分、空気が径方向外側に移動する。

なお、以下において、交差領域４０のシリコーンオイルが径方向外側又は内側に押し遣られることによってシリコーンオイルが移動することを単に「掻き出し作用」という場合がある。

ここで、本実施形態のアウタープレート５は、外周縁側に長孔２５が形成されており、この長孔２５にシリコーンオイルが入り込むようになっている。
言い換えると、アウタープレート５とインナープレート６との間（以下「せん断面上」という）に介在するシリコーンオイルの量が低減する一方で、その分、せん断面上に空気が分散するようになる。よって、シリコーンオイルに作用するせん断力が減り、伝達トルクも低減する。
以上から、アウタープレート５とインナープレート６とが正転状態となり、シリコーンオイルが径方向外側に移動した状態では、引き摺りトルクを低減できる。

一方で、本発明者は、従来のアウタープレート５とインナープレート６とが逆転状態となって、空気が径方向外側に移動するときの引き摺りトルクについて試験を重ね、引き摺りトルクが以下のメカニズムで発生していることが判った。

図５は、従来のアウタープレート１０５を示している。アウタープレート１０５には、表裏を貫通する円形状の孔１２５が形成されている。孔１２５は、各スリット１２３の間に位置しており、スリット１２３の外端１２３Ｂに接する仮想円Ｃ１と重なるように形成されている。

このような従来の構成において、アウタープレート１０５がインナープレート（不図示）に対してＱ方向に相対回転（逆転）すると、上記した掻き出し作用により、スリット１２３内のシリコーンオイルは径方向内側に移動する（矢印Ｄ１参照）。
一方で、ビスカスカップリング１自体の回転により、シリコーンオイルに遠心力が作用している。よって、アウタープレート５の内側にあるシリコーンオイルは、スリット１２３を介して、径方向外側に移動する（矢印Ｄ２参照）。
空気は、逆転時において径方向外側に移動するところ、遠心力により径方向外側に流れるシリコーンオイルに同伴しながら、スリット１２３内を径方向外側に移動する（矢印Ｄ２参照）。

また、アウタープレート１０５が相対回転（逆転）し、せん断面上のシリコーンオイルがＱ方向に流動している。よって、スリット１２３の外端１２５Ｂから排出されたシリコーンオイルは、Ｑ方向に移動する。
ここで、スリット１２３の外端１２５Ｂの周方向（Ｑ方向）に孔１２５が配置されている。よって、外端１２５Ｂから排出されたシリコーンオイル及び空気は、Ｑ方向に移動して、孔１２５内を一旦入り込み（矢印Ｄ３参照）、その後、Ｑ方向のスリット１２３内に入り込むようになっていた（矢印Ｄ４参照）。
言い換えると、従来の構成によれば、シリコーンオイルがスリット１２３及び孔１２５を介して循環するようになっていた。

なお、上記したシリコーンオイルの循環については、「ビスカスカップリングの基礎特性に関する研究」 社団法人自動車技術会 学術講演会前刷集 ９２１ １９９２−５ にも記載されている。

さらに、本発明者は、上記循環する工程において、外端１２５Ｂから排出されたシリコーンオイル及び空気が孔１２５を通過する際、シリコーンオイルは孔１２５からＱ方向側に位置するスリット１２３内に移動するものの、空気は孔１２５内に滞留することがわかった。つまり、上記シリコーンオイルの循環によれば、孔１２５内に空気が滞留するため、アウタープレート５とインナープレート６とのせん断面上に介在するシリコーンオイルの量が増え、引き摺りトルクが増加していたことが分かった。

これに対し、図２に示すように、本実施形態の長孔２５は、スリット２３の外端２３Ｂに接する仮想円Ｃ１よりも径方向外側に位置している。言い換えると、長孔２５は、仮想円Ｃ１と重ならないようになっている。このため、スリット２３の外端２３Ｂから排出されたシリコーンオイル及び空気が、Ｑ方向に移動して長孔２５内に入り込み難くなっている。
以上から、スリット２３の外端２３Ｂから排出されたシリコーンオイル及び空気は、隣接するＱ方向のスリット２３に到達しないため、シリコーンオイルの循環が抑制される。この結果、長孔２５にシリコーンオイルが入り込む一方で、せん断面上に空気を分散させることができ、逆転時の引き摺りトルクが低減するようになる。

また、本実施形態の長孔２５は、軸心Ｏを中心して周方向に延びる円弧状を呈している。ここで、仮に長孔２５の形状を円形状とし、かつ、長孔２５と同一面積とすると、孔の内縁が仮想円Ｃ１に近くなって空気が入り込み、逆転時の引き摺りトルクの低減を図れないおそれがある。
一方で、長孔２５の形状を円形状であり、かつ、長孔２５の面積よりも小さくすると、正転時の摺りトルクの低減を図ることができない。
以上から、本実施形態の長孔２５によれば、逆転時の引き摺りトルクと及び正転時の引き摺りトルクの両方が低減する。

以上、本発明の好適な実施形態を説明した。
なお、実施形態の長孔２５は円弧状となっているが、本発明は、周方向に長ければよく、直線状又は略Ｌ字状の長孔であってもよい。
また、実施形態のアウタープレート５のスリット２３及びインナープレート６のスリット２４は、径方向線Ｒ１，Ｒ２に対して傾斜しているが、本発明は軸心Ｏを中心として放射状に延びるスリットでもよい。

また、図２に示すように、実施形態の長孔２５における径方向の幅Ｍの中心２５Ｃは、アウタープレート５のスプラインの小径Ｒ３と仮想円Ｃ１の半径との中間を通る仮想円Ｃ２上に位置しているが、本発明はこれに限定されない。
例えば、長孔２５における径方向の幅Ｍの中心２５Ｃが仮想円Ｃ２よりも径方向内側に位置してもよい。好ましくは、長孔２５における径方向の幅Ｍの中心２５Ｃが仮想円Ｃ２の径方向外側に位置するのがよい。これによれば、長孔２５の内縁が仮想円Ｃ１から離間し、長孔２５に空気が入るおそれをより低減できる。

１ ビスカスカップリング
２ 円筒部材
３ カバー
４ 軸部材
５ アウタープレート
６ インナープレート
１８ 作動室
２３ スリット
２４ スリット
２５ 長孔
４０ 交差領域
１０５ アウタープレート
１２３ スリット
１２５ 孔
Ｌ 延長領域

Claims (3)

1. 円筒部材と、
   前記円筒部材と相対回転可能に同軸に配置された軸部材と、
   前記円筒部材と前記軸部材との間で形成され、粘性流体が充填される作動室と、
   前記作動室に配置され、前記円筒部材と一体に回転する複数のアウタープレートと、
   前記アウタープレートと交互に配置されて前記軸部材と一体に回転する複数のインナープレートと、
   を備えたビスカスカップリングであって、
   前記アウタープレートは、
   開放された内端から径方向外側に指向する複数のスリットと、
   前記各スリットの外端に接する仮想円よりも径方向外側に位置し、周方向に延びている長孔と、を備えていることを特徴とするビスカスカップリング。
2. 前記長孔は、前記各スリットの延長領域の間に位置していることを特徴とする請求項１に記載のビスカスカップリング。
3. 前記長孔における径方向の幅の中心は、前記アウタープレートのスプラインの小径と前記仮想円との中間よりも径方向外側に位置していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のビスカスカップリング。

Images