JP2022080323A - ビスカスカップリング - Google Patents

Abstract

【課題】ハンプ状態となることを抑制しつつ、悪路の脱出を行うための十分なトルクを伝達することが可能なビスカスカップリングを提供するものである。【解決手段】回転軸Ｘ方向の一端に開口部２ａを有する円筒形状のケース２と相対回転可能、かつ、ケース２と同軸上に配置される軸部材３と、ケース２の開口部２ａを封止するカバー６と、ケース２と一体に回転する複数の第１の摩擦板４と、軸部材３と一体に回転し、回転軸Ｘ方向で第１の摩擦板４と１枚ずつ交互に配置される複数の第２の摩擦板５と、を備え、第１の摩擦板４及び第２の摩擦板５は、回転軸Ｘから遠ざかる方向に指向するとともに回転軸Ｘ方向に貫通する複数の溝４ｃと５ｂを有し、第１の摩擦板４及び第２の摩擦板５の少なくとも一方は、半径方向に延在する摩擦面４ｇ、５ｆと溝４ｃ、５ｂとの境を面取りする面取り部４ｄ、５ｃ、及び、面取り部から突き出た凸部４ｅ、５ｄを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、ビスカスカップリングに関する。

ビスカスカップリングは、四輪駆動の自動車に使用される動力伝達装置であり、一般的にはプロペラシャフトと終減速装置との間に取り付けられる。ビスカスカップリングは、特許文献１に記載されるように、軸部材と円筒部材が相対回転可能、且つ同軸に配置され、円筒部材と嵌合して回転する複数のアウタープレート（第１の摩擦板）と、軸部材と嵌合して回転する複数のインナープレート（第２の摩擦板）とが、一枚ずつ交互に配置され、内部にはシリコーンオイルが充填されている。
凍結路や泥濘地等の悪路において、自動車の主駆動輪である前輪が空転して走行不能な状態になると、前輪と一体に回転するアウタープレートと、後輪と一体に回転するインナープレートとの間に回転差が生じる。このような状態になるとビスカスカップリングの内部に充填しているシリコーンオイルにせん断力が働いて、アウタープレートからインナープレートに動力が伝達される作用を用いて、副駆動輪である後輪に動力が伝達されることにより走行可能となる。

アウタープレート、及び、インナープレートには、伝達されるトルクの特性を制御するために、回転軸方向より見て径方向に指向する溝が、回転軸方向に貫通して形成されている。溝はプレス成型機に掛けて加工されるが、溝を打ち抜いて加工する際に生じるバリが、溝と直交する摩擦面から突出してしまうと、プレート間に介在するシリコーンオイルがかき取られて、プレート同士が接触するハンプ状態となる。ハンプ状態に至ると、伝達トルクが急激に上昇してしまい、円滑な運転が阻害される。このような課題を解決するために、例えば特許文献２に記載される技術が開示されている。

また、同様にハンプ状態となることを防止することを目的に、特許文献３には貫通溝と摩擦面との境界部に面取り部を設ける技術が開示されている。

特許第５０８７０１９号公報 特許第３９２９５３９号公報 実開平５－８３４７６号公報

ビスカスカップリングは、ハンプ状態に至ると伝達トルクが急激に上昇するため、これを抑制することが求められるが、ハンプ状態となることを抑制しようとすると、シリコーンオイルのせん断力によって生じる伝達トルクも低下させられることになる。その結果、凍結路や泥濘地等の悪路において走破性を得るのに十分な伝達トルクが得られなくなる虞がある。
本発明は以上の課題を解決するために考案されたものであり、その目的は、ハンプ状態となることを抑制しつつ、悪路の脱出を行うための十分なトルクを伝達することが可能なビスカスカップリングを提供するものである。

本発明者らは、鋭意検討の結果、摩擦板の摩擦面と、溝との境界に当たる角部に形成された面取り部の傾斜面に、摩擦面側に指向する凸部を設けることにより、ハンプ状態となることを防止しながら、必要な伝達トルクが得られることを知見した。本発明は、当該知見に基づいて完成させた。

以下、本発明について説明する。
前記課題を解決するため、回転軸方向の一端に開口部を有する円筒形状のケースと、前記ケースと相対回転可能、かつ、前記ケースと同軸上に配置される軸部材と、前記ケースの開口部を封止するカバーと、前記軸部材を貫通させる孔を有し、前記ケースに内嵌されて前記ケースと一体に回転する複数の第１の摩擦板と、前記軸部材に外嵌されて前記軸部材と一体に回転し、前記回転軸方向で前記第１の摩擦板と１枚ずつ交互に配置される複数の第２の摩擦板と、を備え、前記第１の摩擦板及び前記第２の摩擦板は、回転軸から遠ざかる方向に指向するとともに前記回転軸方向に貫通する複数の溝を有し、前記第１の摩擦板及び前記第２の摩擦板の少なくとも一方は、前記回転軸から半径方向に延在する摩擦面と前記溝との境を面取りする面取り部、及び、面取り部から突き出た凸部を有し、前記面取り部及び前記凸部は、面取り部及び凸部が設けられている溝の回転方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に備えられ、回転軸方向の前側及び後側の少なくとも一方に備えられる、ビスカスカップリングとするものである。

また、前記面取り部及び前記凸部は、前記第１の摩擦板及び前記第２の摩擦板の、何れか一方に備えられるようにしても良い。

また、前記凸部が指向する摩擦面の裏面から前記凸部の先端までの高さが、前記凸部を有する摩擦板の厚さより小さくなるようにしても良い。

本発明によれば、ハンプ状態となることを防止しながら、四輪駆動車としての走破性が得られるビスカスカップリングを提供するものである。

第１実施形態のビスカスカップリング１を備える終減速装置５０の全体を示す図である。 第１実施形態のビスカスカップリング１の全体を示す図である。 第１実施形態のアウタープレート４とインナープレート５の平面図である。 第１実施形態のアウタープレート４とインナープレート５の、図３におけるＡ－Ａ断面とＢ－Ｂ断面を示す図である。 第１実施形態のアウタープレート４とインナープレート５の、図３におけるＡ－Ａ断面とＢ－Ｂ断面を並べて配置した図である。 凸部４ｅ、及び、凸部５ｄの有無別に示した伝達トルク特性のグラフである。 第２実施形態のビスカスカップリング１００の全体を示す図である。 第２実施形態のアウタープレート４とインナープレート１０５の平面図である。 第２実施形態のアウタープレート４とインナープレート１０５の、図８におけるＣ－Ｃ断面とＤ－Ｄ断面を示す図である。 第３実施形態のビスカスカップリング２００の全体を示す図である。 第３実施形態のアウタープレート２０４とインナープレート２０５の平面図である。 第３実施形態のアウタープレート２０４とインナープレート２０５の、図１１におけるＥ－Ｅ断面とＦ－Ｆ断面を示す図である。

本発明にかかるビスカスカップリングの形態例である、ビスカスカップリング１、１００、２００について、図面を参照しながら説明する。各実施形態で共通する技術的要素には、共通の符号を付するとともに説明を省略する。なお、図示した形態は形態例であり、本発明は図示した形態に限定されない。
また、原動機、変速装置、前輪、後輪、及び、推進軸は図示していない。各図面において、「前」はビスカスカップリングの前方側、「後」はビスカスカップリングの後方側、「左」はビスカスカップリングの前方に向かって左側、「右」はビスカスカップリングの前方に向かって右側を意味する。

（第１実施形態）
図１乃至図４を用いて、本発明の第１実施形態であるビスカスカップリング１について説明する。本実施形態は、前輪駆動をベースにして、左右後輪の中央に配置された終減速装置５０に装着されたビスカスカップリング１を備えた四輪駆動車の動力伝達装置を例として説明する。

（終減速装置５０）
図１に示すように、ビスカスカップリング１は、車両の前後方向に指向する回転軸Ｘ上に配置され、エンジンで発生した動力が、ボルト（不図示）で接続される推進軸を介して伝達される。ビスカスカップリング１に伝達された動力は、インナーハブ３（インナーハブ）を介してドライブピニオンギヤ５１に伝達される。ドライブピニオンギヤ５１の後端に備えられたハイポイドギヤ５１ａからリングギヤ５２に減速されて動力が伝達される。リングギヤ５２と一体に回転する差動装置５３は、車両がカーブを走行する場面において、左右の車輪の回転数差を吸収する機能を有する。差動装置５３は、略球殻形状のデフケース５４と、デフケース５４の回転軸Ｙと直交する軸上で回転するピニオンギヤ５５，５５と、ピニオンギヤ５５，５５と噛合し、デフケース５４と同軸に配置され、デフケース５４と相対回転可能なサイドギヤ５６，５６を備える。差動装置５３から出力される動力はサイドギヤ５６，５６と嵌合するドライブシャフト（不図示）を通じて左右の車輪に伝達される。

（ビスカスカップリング）
図２、及び、図３に示すように、ビスカスカップリング１は、ケース２、インナーハブ３、アウタープレート４（第１の摩擦板）、インナープレート５（第２の摩擦板）、カバー６等を備える。
ケース２は、円筒形状をなし、その内周面には孔スプライン２ｂが形成されている。インナーハブ３は、円筒形状の軸部材であり、ケース２と同軸上に配置され、ベアリング７，８により相対回転可能に支持されている。インナーハブ３の外周面には軸スプライン３ａが形成されている。
アウタープレート４は、薄い鋼板製の摩擦板で、その外周面には軸スプライン４ｂが形成されている。また、回転軸Ｘ方向より見て、回転軸Ｘから遠ざかる方向に指向する複数の溝４ｃが、アウタープレート４を回転軸Ｘ方向に貫通するように形成されている。溝４ｃは、回転軸Ｘから放射状に指向しても良いし、放射状に指向する仮想線に対して傾斜する方向に指向しても良い。アウタープレート４は、中心部側に、インナーハブ３が挿通される貫通孔４ａを備えている。
インナープレート５は、薄い鋼板製の摩擦板で、その内周面には孔スプライン５ａが形成されている。また、回転軸Ｘ方向より見て、回転軸Ｘから遠ざかる方向に指向する複数の溝５ｂが、インナープレート５を回転軸Ｘ方向に貫通するように形成されている。溝５ｂは、回転軸Ｘから放射状に指向しても良いし、放射状に指向する仮想線に対して傾斜する方向に指向しても良い。

ケース２の孔スプライン２ｂにはアウタープレート４が嵌合され、アウタープレート４と回転軸Ｘ方向に一枚ずつ交互に配置されるインナープレート５の孔スプライン５ａにはインナーハブ３が嵌合される。
ケース２の一端に形成される開口部２ａはカバー６によって封止される。ケース２、インナーハブ３、及び、カバー６により画成される作動室１ａの内部には、複数のアウタープレート４と、複数のインナープレート５が配置され、その他の空間にはシリコーンオイルＳが一定の比率で充填される。

シリコーンオイルＳは粘性流体であり、互いに隙間を有して配置されるアウタープレート４とインナープレート５との間に介在している。主駆動輪である前輪が空転しない通常の走行状態においては、前輪と後輪の回転数に差は生じないため、前輪と一体に回転するアウタープレート４と、後輪と一体に回転するインナープレート５との間に回転数の差は生じない。この状態ではビスカスカップリング１は動力を伝達しない。
車両が凍結路や泥濘地において主駆動輪である前輪が空転して脱出不能となるような状況となると、脱出を試みて動力を伝達するために回転する前輪と、停止状態にある後輪との間に回転数の差が生じる。この時に、前輪と一体に回転するアウタープレート４と、後輪と一体に回転するインナープレート５との間に回転数の差が生じる。その結果、シリコーンオイルＳにせん断力が作用して、動力がアウタープレート４からインナープレート５へ伝達されて、副駆動輪である後輪に動力が伝達されて車両が凍結路や泥濘地から脱出することが可能となる。

アウタープレートとインナープレートの間に介在するシリコーンオイルが欠乏し、両プレート同士が接触して動力が伝達される状態をハンプ状態と呼んでいる。ハンプ状態となると、大きな動力が急激に伝達されるため、安定した走行性能が得られないことがある。このため、アウタープレートとインナープレートに形成された溝の、摩擦面との境界に当たる角部に対して面取り部を形成すると、ハンプ状態に至ることが抑制されることは公知である。しかしながら、シリコーンオイルのせん断力により生じる伝達トルクも減少される傾向にあった。

本発明者らは、鋭意検討の結果、図４に示すように、摩擦板の摩擦面と、溝との境界に当たる角部に形成された面取り部に対して、面取り部の傾斜面上で、摩擦面側に指向する凸部を設けることにより、ハンプ状態となることを防止しながら、必要な伝達トルクが得られることを知見した。

図４に示すように、アウタープレート４に形成された溝４ｃと、第１の摩擦面４ｇとの境界に当たる角部４ｊに面取り部４ｄを形成し、この面取り部４ｄの傾斜面４ｉの上に第１の摩擦面４ｇに指向する凸部４ｅを形成した。第１の摩擦面４ｇの裏面となる第２の摩擦面４ｈには、面取り部と凸部は備えていない。
インナープレート５についても同様に、インナープレート５に形成された溝５ｂと、第１の摩擦面５ｆとの境界に当たる角部５ｉに面取り部５ｃを形成し、この面取り部５ｃの傾斜面５ｈの上に第１の摩擦面５ｆに指向する凸部５ｄを形成した。第１の摩擦面５ｆの裏面となる第２の摩擦面５ｇには、面取り部と凸部は備えていない。

アウタープレート４の凸部４ｅは、溝４ｃを成形する打ち抜き工程にて容易に成形可能である。本実施形態において凸部４ｅは、面取り部４ｄの傾斜面４ｉの上であり、溝４ｃに隣接する位置に形成したが、その位置は、面取り部４ｄの傾斜面４ｉの上にあれば良い。凸部４ｅの高さ、回転軸Ｘに対する径方向の位置により、得られる伝達トルクの特性に変化を与えることが可能となり、設計の自由度が高くなる。
同様に、インナープレート５の凸部５ｄは、溝５ｂを成形する打ち抜き工程にて容易に成形可能である。本実施形態において凸部５ｄは、面取り部５ｃの傾斜面５ｈの上であり、溝５ｂに隣接する位置に形成したが、その位置は、面取り部５ｃの傾斜面５ｈの上にあれば良く、凸部５ｄの高さ、回転軸Ｘに対する径方向の位置により、得られる伝達トルクの特性に変化を与えることが可能となり、設計の自由度が高くなる。

図５は、本発明の作動原理を説明する図である。図５は、インナープレート４と、インナープレート５とを、両方のプレートの回転中心を一致させて配置し、差動に伴ってアウタープレート４が順に回転移動していく過程での、溝４ｃと溝５ｂと摩擦面境界部におけるシリコーンオイルＳの流動に伴う力の作用を模式的に表している。
（初期状態）
図５（ａ）は初期の状態を示している。図５（ａ）に示すように、前輪と後輪に回転数の差が無い状態においては、シリコーンオイルＳにせん断力は働かない。すなわち、この状態においては、動力は伝達されない。この時、アウタープレート４の第１の摩擦面４ｇとインナープレート５の第２の摩擦面５ｇとの間の隙間であるＧ１と、アウタープレート４の第２の摩擦面４ｈとインナープレート５の第１の摩擦面５ｆとの間の隙間であるＧ２は等しい。
（差動状態１）
図５（ｂ）は前輪と後輪の回転数に差が生じた最初の状態を示している。アウタープレート４が矢印の方向に回転している状態を示している。
（差動状態２）
図５（ｃ）に示すように、さらにアウタープレート４が回転すると、面取り部４ｄに介在するシリコーンオイルＳに押圧力Ｆ１が作用する。
（差動状態３）
図５（ｄ）に示すように、押圧されたシリコーンオイルＳの反力が発生する。ここでは、面取り部４ｄの反力が大きいが、面取り部４ｄに形成された凸部４ｅにシリコーンオイルＳが衝突することにより、押圧力Ｆ１より大きい反力Ｆ２がアウタープレート４を押印するようにして生じる。
（差動状態４）
図５（ｅ）に示すように、押圧されたシリコーンオイルＳの反力Ｆ２により、アウタープレート４が回転軸Ｊ方向に移動させられる。
（差動状態５）
図５（ｆ）に示すように、アウタープレート４が回転軸方向に移動したことにより、アウタープレート４の第１の摩擦面４ｇと、インナープレート５の第２の摩擦面５ｇとの間の隙間である隙間Ｇ１と、アウタープレート４の第２の摩擦面４ｈと、インナープレート５の第１の摩擦面５ｆとの間の隙間である隙間Ｇ２との関係がＧ１≠Ｇ２となる。ビスカスカップリング１は、アウタープレート４とインナープレート５との間の隙間が小さいほどシリコーンオイルＳに生じるせん断力が増大する。このようにして一方に移動させられたアウタープレート４とインナープレート５との間で、より大きなせん断力が作用して、高い動力が伝達される。
なお、差動状態の説明は、アウタープレート４の面取り部４ｄと、凸部４ｅに対するシリコーンオイルＳの流動の考えに沿って説明したが、インナープレート５に形成された面取り部５ｃと、凸部５ｄについても同様の考え方で作用するため、その説明は省略する。

そして、アウタープレート４に形成した凸部４ｅと、インナープレート５に形成した凸部５ｄとが、回転軸Ｘの前後方向で同一の方向に指向するように、アウタープレート４とインナープレート５とを回転軸Ｘの前後方向に交互に重ねて配置することにより、差動状態となった場合において伝達トルクが高まり、十分な走行性能が得られる。図６は、本発明を実際に適用した試作品における性能試験結果を示す図である。図６に示すように、急激な伝達トルクの上昇を伴うハンプ状態に至ることがなく、伝達トルクが適度に増大していることが確認された。

（第２実施形態）
図７乃至図９を用いて、本発明の第２実施形態であるビスカスカップリング１００について説明する。
図７乃至図９において、本発明の第１実施形態と同様の構成については図２乃至図４と同様の番号を付し、その説明を適宜省略する。

ビスカスカップリング１００は、第１実施形態のビスカスカップリング１に対して、アウタープレート４とインナープレート５の何れか一方のみが凸部を備えることが異なる。
ビスカスカップリング１００は、図９（ａ）に示すように、面取り部４ｄの傾斜面４ｉの上に凸部４ｅを備えるアウタープレート４と、面取り部５ｃの傾斜面５ｈの上に凸部を備えないインナープレート１０５との組み合わせとしても良く、図９（ｂ）に示すように、面取り部４ｄの傾斜面４ｉの上に凸部を備えないアウタープレート１０４と、面取り部５ｃの傾斜面５ｈの上に凸部５ｄを備えるインナープレート５との組み合わせとしても良い。

第２実施形態のビスカスカップリング１００とすることにより、得られる伝達トルクの特性に変化を与えることが可能となり、設計の自由度がさらに高まる。

（第３実施形態）
図１０乃至図１２を用いて、本発明の第３実施形態であるビスカスカップリング２００について説明する。
図１０乃至図１２において、本発明の第１実施形態と同様の構成については図２乃至図４と同様の番号を付し、その説明を適宜省略する。

ビスカスカップリング２００は、第１実施形態のビスカスカップリング１に対して、アウタープレート２０４とインナープレート２０５において、面取り部の傾斜面の上に形成した凸部の高さを規制したことが異なる。
第３実施形態のビスカスカップリング２００は、図１２（ａ）に示すように、アウタープレート２０４において、面取り部４ｄが形成され、面取り部４ｄの傾斜面４ｉの上に形成される凸部２０４ｅの指向する摩擦面を第１の摩擦面２０４ｇとし、この第１の摩擦面の裏面を第２の摩擦面２０４ｈとし、第２の摩擦面２０４ｈから凸部２０４ｅの先端２０４ｆまでの高さをＨ１、アウタープレート２０４の厚さをＷ１とすると、Ｈ１＜Ｗ１とするようにしたものである。すなわち、凸部２０４ｅの先端２０４ｆは、第１の摩擦面から突出することはない。その結果、アウタープレート２０４とインナープレート２０５との間に介在するシリコーンオイルＳをかき取ることがなく、ハンプ状態に至ることが抑制できる。
図１２（ｂ）に示すように、インナープレート２０５においても同様に、面取り部５ｃが形成され、面取り部５ｃの傾斜面５ｈの上に形成される凸部２０５ｄの指向する摩擦面を第１の摩擦面２０５ｆとし、この第１の摩擦面の裏面を第２の摩擦面２０５ｇとし、第２の摩擦面２０５ｇから凸部２０５ｄの先端２０５ｅまでの高さをＨ２、アウタープレート２０４の厚さをＷ２とすると、Ｈ２＜Ｗ２とするようにしたものである。すなわち、凸部２０５ｄの先端２０５ｅは、第１の摩擦面２０５ｆから突出することはない。その結果、アウタープレート２０４とインナープレート２０５との間に介在するシリコーンオイルＳをかき取ることがなく、ハンプ状態に至ることが抑制可能となる。

Ｘ 回転軸
Ｈ１，Ｈ２ 凸部高さ
Ｗ１，Ｗ２ 摩擦板厚さ
１，１００，２００ ビスカスカップリング
２ ケース
２ａ 開口部
３ 軸部材（インナーハブ）
４，１０４，２０４ 第１の摩擦板（アウタープレート）
４ａ 孔
４ｃ 溝
４ｄ 面取り部
４ｅ，２０４ｅ 凸部
４ｇ、２０４ｇ 第１の摩擦面（摩擦面）
４ｈ、２０４ｈ 第２の摩擦面（摩擦面）
５，１０５，２０５ 第２の摩擦板（インナープレート）
５ｂ 溝
５ｃ 面取り部
５ｄ，２０５ｄ 凸部
５ｆ，２０５ｆ 第１の摩擦面（摩擦面）
５ｇ，２０５ｇ 第２の摩擦面（摩擦面）
６ カバー
２０４ｆ 凸部先端
２０５ｅ 凸部先端

Claims (3)

1. 回転軸方向の一端に開口部を有する円筒形状のケースと、
   前記ケースと相対回転可能、かつ、前記ケースと同軸上に配置される軸部材と、
   前記ケースの前記開口部を封止するカバーと、
   前記軸部材を貫通させる孔を有し、前記ケースに内嵌されて前記ケースと一体に回転する複数の第１の摩擦板と、
   前記軸部材に外嵌されて前記軸部材と一体に回転し、前記回転軸方向で前記第１の摩擦板と１枚ずつ交互に配置される複数の第２の摩擦板と、を備え、
   前記第１の摩擦板及び前記第２の摩擦板は、前記回転軸から遠ざかる方向に指向するとともに前記回転軸方向に貫通する複数の溝を有し、
   前記第１の摩擦板及び前記第２の摩擦板の少なくとも一方は、前記回転軸から半径方向に延在する摩擦面と前記溝との境を面取りする面取り部、及び、前記面取り部から突き出た凸部を有し、
   前記面取り部及び前記凸部は、前記面取り部及び前記凸部が設けられている前記溝の回転方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に備えられ、前記回転軸方向の前側及び後側の少なくとも一方に備えられる、ビスカスカップリング。
2. 前記面取り部及び前記凸部は、前記第１の摩擦板及び前記第２の摩擦板の、何れか一方に備えられる、請求項１に記載のビスカスカップリング。
3. 前記凸部が指向する摩擦面の裏面から前記凸部の先端までの高さが、前記凸部を有する摩擦板の厚さより小さい、請求項１又は２に記載のビスカスカップリング。
   
   

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