JP4495936B2 - クラッチディスク組立体 - Google Patents

Description

本発明は、クラッチディスク組立体、特に、低捩り剛性のダンパーがハブに固定され、高捩り剛性のダンパーがハブ及び低捩り剛性のダンパーに対して隙間を介して配置されたクラッチディスク組立体に関する。

車輌に用いられるクラッチディスク組立体は、フライホイールに連結・切断されるクラッチ機能と、フライホイールからのトルク変動を吸収・減衰するためのダンパー機能とを有している。一般に車両の振動には、アイドル時異音（ガラ音）、走行時異音（加速・減速ラトル,こもり音）及びティップイン・ティップアウト（低周波振動）がある。これらの異音や振動を取り除くことがクラッチディスク組立体のダンパーとしての機能である。

アイドル時異音とは、信号待ち等でシフトをニュートラルに入れ、クラッチペダルを離した時にトランスミッションより発生する「ガラガラ」と聞こえる音である。この騒音が生じるのは、エンジンアイドリング回転付近ではエンジントルクが低く、エンジン爆発時のトルク変動が大きいからである。ティップイン・ティップアウト（低周波振動）とは、アクセルペダルを急に踏んだり急に離したりしたときに生じる車体の前後の大きな振れである。具体的には、駆動伝達系にステップ的にトルクが入力されることにより過度振動が生じる。この結果、タイヤに伝達されたトルクが逆にタイヤ側から駆動側に伝わり、その揺り返しとしてタイヤに過大トルクが発生する。以上の結果、車体が過度的に前後に大きく振れる。

アイドリング時の異音に対しては、クラッチディスク組立体の捩り特性において０トルク付近が問題となるため、捩り剛性は低い方が振動減衰に効果がある。そのため、低剛性のばねを用いることで非線形の捩り特性（低剛性と高剛性の２段の特性）を実現したクラッチディスク組立体が提供されている。そのようなクラッチディスク組立体では、１段目の捩り剛性及びヒステリシストルクを低く抑えているため、アイドリング時の異音防止効果がある。

１段目の低捩り剛性を実現するためのダンパー（以下、「第１ダンパー」という。）は例えばコイルスプリングからなる。コイルスプリングは、ハブとハブフランジとが所定角度まで相対回転可能に係合する歯の間に設けられた切欠きに収容されている。これにより、コイルスプリングは、ハブの歯とハブフランジの歯とが係合するまでの捩り角度範囲内で、両部材間で回転方向に圧縮される。

さらに、このような第１ダンパーをハブ及びハブフランジの歯の係合部分から軸方向に異なる位置に配置させたものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。これにより、互いに係合する歯の数を増やすことができ、各歯における面圧を減らすことができる。その場合、第１ダンパーは例えばリテーニングプレートの軸方向内側、軸方向外側又はリテーニングプレートの中心孔内に配置される。さらに、第１ダンパーは、ハブに連結される出力プレートと、ハブフランジに係合する入力プレートと、両プレートを回転方向に連結するトーションスプリングとから構成される。入力プレートは例えば環状のプレート部材であり、外周縁からハブフランジに形成された切欠き等に係合するための突起又は爪が形成されている。
米国特許公報第4,603,767号公報

第１ダンパーをハブ及びハブフランジの歯の係合部分から軸方向に異なる位置に配置させたクラッチディスク組立体において、トランスミッションの入力シャフトがエンジンのフライホイールに対して傾いて取り付けられることがある（以後、この状態を「シャフトのミスアライメント」という。）。その場合に、クラッチディスク組立体の摩擦連結部がフライホイールに押しつけられてクラッチ連結状態になると、第２ダンパーとハブとの間には隙間が確保されているため、摩擦連結部及び第２ダンパーがハブ及び第１ダンパーに対して傾いてしまう。すると、第１ダンパーの出力プレートの連結部が、第２ダンパーの出力側部材に対して傾いてしまい、そのため係合部分に大きな荷重が作用し、摩耗が生じてしまう。

本発明の課題は、低捩り剛性のダンパーがハブに固定され、高捩り剛性のダンパーがハブ及び低捩り剛性のダンパーに対して隙間を介して配置されたクラッチディスク組立体において、シャフトのミスアライメントによる不具合を抑えることにある。

請求項１に記載のクラッチディスク組立体は、エンジンのフライホイールからトランスミッションの入力シャフトにトルクを伝達するものである。クラッチディスク組立体は、フライホイールの摩擦面に摩擦係合する摩擦連結部と、入力シャフトに係合するハブと、ハブに固定され摩擦連結部とハブとを回転方向に弾性的に連結するための第１ダンパーと、第２ダンパーと、プレート部材と、を備えている。第２ダンパーは、摩擦連結部に固定されるとともにハブの外周に配置され、ハブに対して所定の範囲で軸方向及び半径方向に移動可能でかつ傾き可能に装着され、摩擦連結部とハブとを回転方向に弾性的に連結するためのものであり、第１ダンパーより剛性が高い。プレート部材は第２ダンパーからのトルクを第１ダンパーに伝達する部材である。第１ダンパーは、第１トルク伝達部材と、ハブに連結された第２トルク伝達部材と、第１トルク伝達部材と第２トルク伝達部材を回転方向に弾性的に連結する第１弾性部材とを有している。第２ダンパーは、外周部に摩擦連結部が固定された入力側円板状部材と、出力側円板状部材と、入力側円板状部材と出力側円板状部材を回転方向に弾性的に連結する第２弾性部材とを有している。プレート部材は、出力側円板状部材に固定された環状部と、環状部から外周側に延びる複数のたわみ可能部と、を有し、複数のたわみ可能部は、摩擦連結部がフライホイールに摩擦係合した状態で摩擦連結部及び第２ダンパーがハブ及び第１ダンパーに対して傾いた際にたわむことが可能である。また、複数のたわみ可能部のそれぞれには切り欠きが形成されており、第１トルク伝達部材の外周側には、切り欠きに対して軸方向に移動可能に係合する複数の突起が形成されている。

このクラッチディスク組立体では、摩擦連結部がフライホイールに押しつけられると、フライホイールのトルクは、摩擦連結部に入力され、第２ダンパー、第１ダンパー、ハブの順番に伝達され、最後にシャフトに出力される。捩り角度の小さな範囲では第１ダンパーが作動して低剛性の特性が得られ、捩り角度の大きい範囲では第２ダンパーが作動して高剛性の特性が得られる。

シャフトにミスアライメントが生じた場合には、クラッチ連結が行われると、摩擦連結部及び第２ダンパーが、ハブ及び第１ダンパーに対して傾く。その際に、プレート部材はたわみ変形するため、プレート部材が連結されている部分に大きな荷重を付与しない。また、このクラッチディスク組立体では、トルク伝達係合部の係合が容易である。

請求項２に記載のクラッチディスク組立体では、請求項１において、プレート部材は第１トルク伝達部材の外周部によって軸方向エンジン側に付勢されている。

本発明においては、低捩り剛性のダンパーがハブに固定され、高捩り剛性のダンパーがハブ及び低捩り剛性のダンパーに対して隙間を介して配置されたクラッチディスク組立体において、シャフトのミスアライメントが生じても低捩り剛性のダンパーと高捩り剛性のダンパーとの連結に不具合が生じにくい。

１．構造
（１）全体構造
図１に本発明の一実施形態としてのクラッチディスク組立体１の断面図を示し、図２にその平面図を示す。クラッチディスク組立体１は車輌のクラッチ装置に用いられる動力伝達装置であり、エンジンのフライホイール７１からトランスミッションの入力シャフト７２にトルクを伝達する機能を有しており、さらにクラッチ機能とダンパー機能とを有している。クラッチ機能とは、フライホイール７１に連結及び連結解除することによってトルクの伝達及び遮断をする機能である。ダンパー機能とは、ばね等を利用してフライホイール７１から入力されるトルク変動を吸収・減衰する機能である。

図１においてＯ−Ｏがクラッチディスク組立体１の回転軸すなわち回転中心線である。また、図１の左方にエンジン及びフライホイール７１が配置され、図２の右方にトランスミッション（図示せず）が配置されている。図２において矢印Ｒ１側がクラッチディスク組立体１の回転方向（正側）であり、Ｒ２側がその反対方向（負側）である。

クラッチディスク組立体１は、主に、摩擦連結部２と、出力回転体としてのハブ３と、摩擦連結部２とハブ３との間に直列に作用するように配置されたダンパー４，５とから構成されている。

（２）ハブ
ハブ３は、軸方向に延びる筒状のボス２７と、ボス２７から半径方向外側に延びる外周歯２８とから構成されている。ボス２７の内周部には、トランスミッションから延びる入力シャフト７２に係合するスプライン孔２９が形成されている。外周歯２８は、半径方向内側から外側に向かって回転方向の幅が短くなる形状であり、所定の軸方向長さを有している。

（３）摩擦連結部
摩擦連結部２は、フライホイール７１の摩擦面に押し付けられ摩擦係合する部分である。摩擦連結部２は、摩擦フェーシング１１とクッショニングプレート１２とから主に構成されている。クッショニングプレート１２は円周方向に並んで配置された複数の弾性部を有しており、その半径方向内側部分はリベット１３により入力側円板状部材１６（後述）に固定されている。クッショニングプレート１２の複数の弾性部の両面には摩擦フェーシング１１が複数のリベット１４によって固定されている。

（４）第２ダンパー
第２ダンパー５は、入力側円板状部材１６と、出力側円板状部材としての第１プレート１７及び第２プレート１８と、両部材を回転方向に弾性的に連結するための複数の第２トーションスプリング２０とから構成されている。

入力側円板状部材１６は、ハブ３の外周側でかつ、第１プレート１７と第２プレート１８との軸方向間に配置された円板状の部材である。入力側円板状部材１６には中心孔１６ａが形成されて、環状になっている。入力側円板状部材１６には軸方向に貫通した複数の窓孔２３が形成されている。

第１プレート１７と第２プレート１８は、共に板金製の円板状かつ環状の部材であり、軸方向に所定の間隔を開けて配置されている。第１プレート１７は軸方向エンジン側に配置され、第２プレート１８は軸方向トランスミッション側に配置されている。第１プレート１７と第２プレート１８は、内周部間に配置された筒状のリング部材１９にリベット２４によって互いに固定され、その結果軸方向の間隔が定められると一体回転するようになっている。第１プレート１７及び第２プレート１８の内周部は、ハブ３の外周歯２８の軸方向両側にわずかな隙間を空けて配置されている。さらに、リング部材１９の内周面はハブ３の外周歯２８等の外周面との間にわずかな隙間を空けて配置され、第１プレート１７及び第２プレート１８の内周面は、ハブ３のボス２７の外周面に対して半径方向にわずかな隙間を空けて配置されている。以上より、第２ダンパー５の出力側部材（１７，１８，１９）は、ハブ３に対して、軸方向及び半径方向にわずかな範囲であるが移動可能であり、さらにはわずかな角度ではあるが傾き可能となっている。

第１プレート１７及び第２プレート１８にはそれぞれ中心孔が形成されている。この中心孔内には、ハブ３が配置されている。第１プレート１７には、回転方向に並んだ複数の窓部２６が形成されている。第２プレート１８も同様である。

第２トーションスプリング２０は、窓孔２３と窓部２６とからなる空間に収容されている。第２トーションスプリング２０は、コイルスプリングであり、より詳細には親ばねとその内側に配置された子ばねとから構成されている。

リング部材１９の内周面には、複数の内周歯３０が形成されている。内周歯３０は内周側にいくにしたがって円周方向幅が短くなる形状である。内周歯３０とハブ３の外周歯２８との間には円周方向に隙間が確保されている。この隙間により、後述する第１ダンパー４のストッパーが形成されている。

（５）第１ダンパー
第１ダンパー４はプレート１７，１８がハブ３と係合するまでの捩り角度範囲で低剛性の特性を発揮するための機構である。第１ダンパー４は、ボス２７の外周側でかつ第２プレート１８の軸方向外側に配置されている。第１ダンパー４は、入力側部材としての一対の入力プレート３２，３３と、ハブ３のボス２７に相対回転不能に係合する出力プレート３４と、両プレートを回転方向に弾性的に連結する複数の第１トーションスプリング３５とから構成されている。

一対の入力プレート３２，３３は円板状かつ環状のプレート部材であり、軸方向に間隔を空けて配置されている。入力プレート３２，３３同士はリベット３７により互いに固定されている。入力プレート３２，３３は、図４及び図５に示すように、回転方向に並ぶ複数の窓部３８を有している。なお、本実施形態において入力プレート３２，３３は同一形状である。

出力プレート３４は１対の入力プレート３２，３３間に配置された環状かつ円板状のプレート部材である。出力プレート３４は、図３に示すように、回転方向に並ぶ複数の窓孔３９を有している。出力プレート３４の内周縁には第１係合歯４１が形成されている。第１係合歯４１はボス２７の外周面に形成された第２係合歯４２に係合している。これにより出力プレート３４はハブ３と一体回転する。また、軸方向外側の出力プレート３４の内周部の軸方向外側にはスナップリング４３が当接している。スナップリング４３は一部が切断された有端の環状部材である。スナップリング４３は第２係合歯４２に形成された環状の溝内に嵌められている。

第１トーションスプリング３５は、窓部３８と窓孔３９の空間内に配置されている。第１トーションスプリング３５は、コイルスプリングであり、第２トーションスプリング２０に比べて線径、コイル径、自由長が極端に小さく、全体の剛性も大幅に低い。

次に、第２ダンパー５からのトルクを第１ダンパー４に伝達するためのプレート部材４５について説明する。プレート部材４５は、第２プレート１８と第１ダンパー４との軸方向間に配置された部材である。プレート部材４５は、図６及び図７に示すように、第２プレート１８に対してリベット２４によって固定され、第１ダンパー４に対して軸方向に着脱可能となっている。プレート部材４５は、第２プレート１８に固定された環状部４７と、環状部４７から外周側に延びる複数のたわみ可能部４８を有している。たわみ可能部４８は、環状部４７から軸方向トランスミッション側に斜めに延びる第１部分４８ａと、その先端から外周側に延びる平坦な第２部分４８ｂとから構成されている。各たわみ可能部４８には切り欠き４９が形成されている。切り欠き４９はたわみ可能部４８全体にわたって半径方向に延びている。つまり、切り欠き４９は、たわみ可能部４８の第１部分４８ａの半径方向全体に形成され、さらに第２部分４８ｂの一部、さらに環状部４７の一部まで延びている。たわみ可能部４８において切り欠き４９の回転方向両側の一対の部分は、後述するように、トルク伝達を行う係合部分になっており、第２部分４８ｂは一対の部分の半径方向外側を連結するために半径方向に延びる部分になっている。

第１ダンパー４の軸方向エンジン側の入力プレート３２の外周縁には、図４及び図５に示すように、半径方向外方に突出する複数の突起３２ａが形成されている。図３及び図８に示すように、突起３２ａは各たわみ可能部４８の切り欠き４９にトルク伝達可能に係合している。具体的には、突起３２ａと切り欠き４９の外周部分の回転方向端面（断面部分）同士が回転方向に当接している。以上より、各たわみ可能部４８は半径方向内側部が第２プレート１８に固定され、半径方向外側部が入力プレート３２（軸方向エンジン側のプレート）の外周部に係合していることになる。たわみ可能部４８においてたわみ変形可能な部分が長くなるため、プレート部材４５の剛性が低い。

突起３２ａと切り欠き４９は軸方向に着脱可能であり、そのためトルク伝達係合部の係合が容易である。一方、図３のように組み付けられた状態でプレート部材４５は入力プレート３２の外周部によって軸方向エンジン側に付勢されて圧縮されている（プレート部材４５は第２プレート１８と入力プレート３２に予圧を与えている）ため、入力プレート３２が軸方向トランスミッション側に離れたとしても、プレート部材４５はその動きに追従する。したがって、プレート部材４５と入力プレート３２とのトルク伝達係合部分の係合が外れることはない。なお、係合した状態にあって、突起３２ａと切り欠き４９は軸方向や傾き方向に相対変位することは可能である。

以上に述べたプレート部材４５は、半径方向に延びる複数のたわみ可能部４８を有し、さらにそれぞれに切り欠き４９を有しているため、軸方向にたわみ可能な（剛性が低い）構造を有している。プレート部材４５は、トルク伝達可能なように回転方向に十分に高い剛性を有している。特に、各たわみ可能部４８において切り欠き４９の外周側に、半径方向に延びる一対の部分を回転方向に連結しているため、回転方向の強度が向上している。

以上に述べた第１ダンパー４は、スナップリング４３をボス２７から外すことで１つのサブアッシーとして、クラッチディスク組立体１の他の部分から取り外すことができる。プレート部材４５の切り欠き４９と入力プレート３２の突起３２ａが軸方向に着脱可能に係合しているからである。また、第１ダンパー４を取り外しても残りの部分はクラッチディスク組立体として機能する。このことは、他の部材は同じ物をそのまま使用したままで、１段目ダンパーの取付の有無や１段目ダンパーの種類を変えるだけで、異なる捩じり特性を有するクラッチディスク組立体を得られることを意味する。

（６）摩擦発生機構
クラッチディスク組立体１はさらに第２摩擦発生機構５１を有している。第２摩擦発生機構５１は、第２ダンパー５の一部であり、入力側円板状部材１６とプレート１７，１８とが相対回転し第２トーションスプリング２０が圧縮されるときに摩擦を発生するための機構である。

クラッチディスク組立体１はさらに第１摩擦発生機構５０を有している。第１摩擦発生機構５０は、第１ダンパー４の一部であり、入力プレート３２，３３と出力プレート３４とが相対回転し第１トーションスプリング３５が圧縮されるときに摩擦を発生するための機構である。

２．動作
（１）通常動作
クラッチディスク組立体１の摩擦連結部２がフライホイール７１の摩擦面に押しつけられると、フライホイール７１からクラッチディスク組立体１にトルクが入力される。トルクは、摩擦連結部２から、第２ダンパー５、第１ダンパー４、ハブ３の順番で伝達され、最後にトランスミッションの入力シャフト７２に出力される。

エンジンの燃焼変動に起因する捩り振動が発生すると、クラッチディスク組立体１において、第１ダンパー４と第２ダンパー５が作動する。さらに、第１摩擦発生機構５０と第２摩擦発生機構５１が作動し、摩擦を発生する。この結果、捩り振動は吸収・減衰される。

次に、クラッチディスク組立体１のダンパー４，５の捩り特性を説明する。捩り角度の小さな段階では、第１ダンパー４のみが作動し、低剛性の特性が得られる。その理由は第１ダンパー４と第２ダンパー５は回転方向に直列に配置されているが、第２ダンパー５の剛性は第１ダンパー４の剛性より大幅に高いからである。捩り角度が所定角度に達すると、ハブ３の外周歯２８がリング部材１９の内周歯３０に当接する。このため、これ以降は第１ダンパー４の第１トーションスプリング３５はそれ以上圧縮されない。前記所定角度以上では、入力側円板状部材１６とプレート１７，１８との間で、第２トーションスプリング２０が圧縮される。

（２）ミスアライメントの場合
トランスミッションの入力シャフト７２にミスアライメントが生じた場合には、クラッチ連結が行われると、摩擦連結部２及び第２ダンパー５が、ハブ３及び第１ダンパー４に対して傾く。その際に、プレート部材４５はたわみ変形するため、プレート部材４５が連結されている部分に大きな荷重を付与しない。したがって、連結部分に摩耗が生じにくい。

特に、プレート部材４５が複数のたわみ可能部４８を有しているため、プレート部材４５の剛性が低い。

以上より、低捩り剛性の第１ダンパー４がハブ３に固定され、高捩り剛性の第２ダンパー５がハブ３及び第１ダンパー４に対して隙間を介して配置されたクラッチディスク組立体１において、トランスミッションの入力シャフト７２のミスアライメントが生じても第１ダンパー４と第２ダンパー５との連結に不具合が生じにくい。具体的には、連結部分に大きな荷重が発生したり、摩耗が発生したりすることが生じにくい。

本発明は、前記実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変更が可能である。

本発明の一実施形態としてのクラッチディスク組立体の縦断面概略図。 クラッチディスク組立体の平面図。 図１の部分拡大図であり、第１ダンパーと第２ダンパーの連結構造を説明するための図。 第１ダンパーの入力プレートの平面図。 第１ダンパーの入力プレートの縦断面図。 プレート部材の平面図。 プレート部材の縦断面図。 図２の部分拡大図であり、プレート部材と第１ダンパーとの係合を説明するための図。

１ クラッチディスク組立体
３ ハブ
４ 第１ダンパー
５ 第２ダンパー
１６ 入力側円板状部材
１８ 第２プレート（出力側円板状部材）
３２，３３ 入力プレート（第１トルク伝達部材）
３４ 出力プレート（第２トルク伝達部材）
３５ 第１トーションスプリング（第１弾性部材）
４５ プレート部材
４７ 環状部
４８ たわみ可能部
４９ 切り欠き

Claims (2)

1. エンジンのフライホイールからトランスミッションの入力シャフトにトルクを伝達するクラッチディスク組立体であって、
   前記フライホイールの摩擦面に摩擦係合する摩擦連結部(2)と、
   前記入力シャフトに係合するハブ(3)と、
   前記ハブ(3)に固定され、前記摩擦連結部(2)と前記ハブ(3)とを回転方向に弾性的に連結するための第１ダンパー(4)と、
   前記摩擦連結部(2)に固定されるとともに前記ハブ(3)の外周に配置され、前記ハブ(3)に対して所定の範囲で軸方向及び半径方向に移動可能でかつ傾き可能に装着され、前記摩擦連結部(2)と前記ハブ(3)とを回転方向に弾性的に連結するための、前記第１ダンパー(4)より剛性が高い第２ダンパー(5)と、
   前記第２ダンパー(5)からのトルクを前記第１ダンパー(4)に伝達するためのプレート部材(45)と、
   を備え、
   前記第１ダンパー(4)は、第１トルク伝達部材(32,33)と、前記ハブ(3)に連結された第２トルク伝達部材(34)と、前記第１トルク伝達部材(32,33)と前記第２トルク伝達部材(34)を回転方向に弾性的に連結する第１弾性部材(35)と、を有し、
   前記第２ダンパー(5)は、外周部に前記摩擦連結部(2)が固定された入力側円板状部材(16)と、出力側円板状部材(18)と、前記入力側円板状部材(16)と前記出力側円板状部材(18)とを回転方向に弾性的に連結する第２弾性部材(20)と、を有し、
   前記プレート部材(45)は、前記出力側円板状部材(18)に固定された環状部(47)と、前記環状部(47)から外周側に延びる複数のたわみ可能部(48)と、を有し、前記複数のたわみ可能部(48)は、前記摩擦連結部(2)が前記フライホイールに摩擦係合した状態で前記摩擦連結部(2)及び前記第２ダンパー(5)が前記ハブ(3)及び前記第１ダンパー(4)に対して傾いた際にたわむことが可能であり、
   前記複数のたわみ可能部(48)のそれぞれには切り欠き(49)が形成されており、
   前記第１トルク伝達部材(32)の外周側には、前記切り欠き(49)に対して軸方向に移動可能に係合する複数の突起(32a)が形成されている、
   クラッチディスク組立体。
2. 前記プレート部材(45)は前記第１トルク伝達部材(32)の外周部によって軸方向エンジン側に付勢されている、請求項１に記載のクラッチディスク組立体。

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