JP4880947B2 - 駆動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、相対回転可能に同軸配置された駆動力伝達部材間の摩擦係合により駆動力を伝達する駆動力伝達装置に関するものである。

従来、上記のような駆動力伝達装置には、駆動力伝達特性の向上を図るべく駆動力伝達部材の摺動面に複数の微細溝を形成したものがある。例えば、特許文献１に記載の駆動力伝達装置では、駆動力伝達部材を構成する駆動側又は従動側クラッチプレートの一方に、その摺動面の周方向に沿って並列に延びる複数の微細溝が形成されている。即ち、一方の摺動面に微細溝を形成することで、駆動側及び摺動側の両摺動面間に形成される油膜、詳しくはその膜厚を適切に維持することができる。そして、これにより、そのμ−ｖ特性を滑り速度ｖが大となるほど摩擦係数μが大となる高摩擦正勾配として、耐ジャダー性に優れる良好な駆動力伝達特性を確保することができる。
特開２００５−３６８６３号公報

上記のような駆動力伝達装置における摺動面は、装置の寿命として想定される使用時間を経過した時点でも良好な駆動力伝達特性を維持しなければならない。即ち、長時間に渡る使用により摺動面が磨耗しても適切な微細溝が維持され、摺動面における油膜の状態が良好に保たれる必要がある。一方、上記のような微細溝は、その断面形状が矩形となるのが理想であるが、現実的には矩形の微細な溝を形成するのは困難であり、一般的にはその溝幅が開口部から底部に近づくに従って狭くなる断面略三角形状となる。そして、特に上記従来例のごとく切削加工により形成されたものについては、その三角形状がより鋭角なものとなる。このため、長期使用時においては、その摺動面の磨耗により微細溝の溝幅が次第に狭くなり、これに伴いその駆動力伝達特性が変動してしまう。そこで、従来は、上記のような長期使用に伴う磨耗を考慮して、その磨耗後においても必要な溝幅が残るように予め微細溝の開口端の溝幅を広くし、且つ、その溝深さを深く設定することが必要である。このため、従来の駆動力伝達装置では、使用初期における微細溝が形成された側の摺動面の摺接領域（溝部を除く領域）の割合は約５０％若しくはそれ以下とされていた。

しかし、開口端の溝幅を広くする構成では、特に使用初期において摺動面の摺接領域が狭く、面圧が高くなることから、摺動面の磨耗による微細溝の溝幅の減少が顕著となり、
使用初期と長期使用後では駆動力伝達特性が大きく変動してしまう。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、長期に渡りその良好なる駆動力伝達特性を維持することのできる駆動力伝達を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、相対回転可能に同軸配置された第１及び第２駆動力伝達部材間の潤滑油を介在させた摩擦係合により駆動力を伝達する駆動力伝達装置であって、第１駆動力伝達部材の摺動面にはダイヤモンド状炭素被膜が形成されるとともに、第２駆動力伝達部材の摺動面には微細溝が形成され、使用初期における前記微細溝は、溝深さが１５μｍ以下に形成されるとともに、前記第２駆動力伝達部材の摺動面の表面における溝幅の平均値が１５〜４５μｍであり、且つ前記摺動面の表面からの深さ１．５μｍにおける溝幅の平均値もまた１５〜４５μｍであり、使用初期における前記第２駆動力伝達部材の摺動面の摺接領域の割合が５５〜９０％であり、前記第２駆動力伝達部材の摺動面が使用初期の状態から１．５μｍ磨耗した状態における摺接領域の割合が５５〜９０％であること、を要旨とする。

上記構成によれば、第１駆動力伝達部材の摺動面に形成されたダイヤモンド状炭素被膜により第２駆動力伝達部材の摺動面の磨耗が抑えられる。また、第２駆動力伝達部材の摺動面の摺接領域の割合が従来よりも高いので、第２駆動力伝達部材の摺動面の磨耗をさらに抑えることができる。従って、駆動力伝達特性の経時変化を抑制することできる。加えて、長期使用後でも微細溝の溝幅が適切に保たれ、余剰な油膜を切る効果が維持される。また、その溝深さを１５μｍ以下に抑えることで、微細溝の形成時における余肉の流動を抑えることができ、従来よりも矩形に近い理想的な断面形状の微細溝を形成することができる。その結果、駆動力伝達特性の変化を抑えて長期に渡りその良好な駆動力伝達特性を維持することができるとともに、より確実に使用初期と長期使用後の駆動力伝達特性の変動を抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、前記微細溝は、プレス加工により形成されてなること、を要旨とする。
上記構成によれば、比較的容易に上記請求項１に記載の形状を有する微細溝を形成することができる。加えて、切削加工により微細溝を形成した場合には、該微細溝の両側端に突条が形成されるが、こうした突条は磨耗しやすいことから、その磨耗前と磨耗後とで駆動力伝達特性が大きく変化することになる。この点、プレス加工により形成した場合には、このような突条が比較的形成され難い。従って、上記構成によれば、その駆動力伝達特性の変化をより小さく抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、前記微細溝は、前記相対回転の回転軸心を中心とする円周方向に形成されてなること、を要旨とする。
上記構成によれば、摺動方向（回転方向）において余剰な油膜を切る効果がさらに良好となり、境界摩擦を維持しμ−ｖ特性を正勾配として、より良好な駆動力伝達特性を確保することができる。

請求項４に記載の発明は、前記第１及び第２駆動力伝達部材は、これらの摺動面を通過して形成される磁路による電磁力によって押圧されること、を要旨とする。
上記構成によれば、摺動面の摺接領域の割合が従来よりも高いので、前記第１及び第２駆動力伝達部材を押圧するための電磁力の磁気抵抗が小さくなるとともに、磁気抵抗の経時変化を抑えることができ、長期に渡り伝達トルクの良好な制御性を維持できる。

本発明によれば、駆動力伝達部材の摺動面の磨耗を抑え、駆動力伝達特性の経時変化を抑制することの可能な駆動力伝達を提供することができる。

以下、本発明を四輪駆動車の駆動力伝達装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、駆動力伝達装置の概略構成図、そして、図２は、駆動力伝達装置を備えた車両（四輪駆動車）の概略構成図である。

図２に示すように、車両１は、前輪駆動車をベースとする四輪駆動車であり、エンジン２の片側に組み付けられたトランスアクスル３には、一対のフロントアクスル４が連結されている。また、トランスアクスル３には、上記各フロントアクスル４とともにプロペラシャフト５が連結されており、該プロペラシャフト５は、駆動力伝達装置６を介してピニオンシャフト（ドライブピニオンシャフト）７と連結されている。そして、ピニオンシャフト７は、ディファレンシャル装置としてのリヤディファレンシャル８を介して一対のリヤアクスル９と連結されている。尚、本実施形態では、駆動力伝達装置６、ピニオンシャフト７、及びリヤディファレンシャル８は、ディファレンシャルキャリヤ１０内に収容されている。

即ち、エンジン２の駆動力は、上記フロントアクスル４を介して前輪１１ｆに伝達される。そして、駆動力伝達装置６によりプロペラシャフト５とピニオンシャフト７とがトルク伝達可能に連結された場合には、エンジン２の駆動力がピニオンシャフト７からリヤディファレンシャル８及び各リヤアクスル９を介して後輪１１ｒに伝達されるようになっている。

次に、本実施形態の駆動力伝達装置について説明する。
図１に示すように、本実施形態の駆動力伝達装置６は、プロペラシャフト５に連結されるフロントハウジング１２、ピニオンシャフト７に連結されるインナシャフト１３、及びこれらフロントハウジング１２とインナシャフト１３との間に配置されたメインクラッチ１４を備えている。

詳述すると、本実施形態では、フロントハウジング１２は、有底筒状に形成されており、その底部１２ａには、プロペラシャフト５に連結される連結軸１５が軸方向外側に向かって延設されている。一方、本実施形態では、インナシャフト１３は筒状に形成されている。そして、フロントハウジング１２の内周に設けられた軸受１６に軸支されることにより、フロントハウジング１２と同軸且つ相対回転可能に同フロントハウジング１２の筒内に収容されている。尚、本実施形態では、連結軸１５の外周面及びインナシャフト１３の内周面にはそれぞれ軸方向に延びるスプラインが形成されており、フロントハウジング１２及びインナシャフト１３は、それぞれスプライン嵌合によりプロペラシャフト５、或いはピニオンシャフト７と連結されるようになっている。

また、本実施形態のメインクラッチ１４は、駆動力伝達部材としての複数のインナクラッチプレート１８及びアウタクラッチプレート１９が交互に且つ相対回転可能に同軸配置された多板式の摩擦クラッチ機構であり、各インナクラッチプレート１８はインナシャフト１３の外周に、また各アウタクラッチプレート１９はフロントハウジング１２の内周にスプライン嵌合されることにより、それぞれ軸方向に沿って移動可能に支持されている。そして、これら各インナクラッチプレート１８及び各アウタクラッチプレート１９が当接して摩擦係合、或いは離間して非係合状態となることにより、フロントハウジング１２に連結されたプロペラシャフト５とインナシャフト１３にピニオンシャフト７との間をトルク伝達可能に連結し、或いは非連結状態とすることが可能となっている。

また、本実施形態の駆動力伝達装置６は、メインクラッチ１４を摩擦係合させる（或いはその摩擦係合力を変化させる）ための電磁式の駆動機構２０を備えている。詳述すると、本実施形態の駆動機構２０は、駆動源である電磁石２１と、該電磁石２１の電磁力により吸引されることにより移動するアーマチャ２２と、該アーマチャ２２の移動により摩擦係合するパイロットクラッチ２３と、該パイロットクラッチ２３の摩擦係合力を上記メインクラッチ１４を押圧する力に変換するカム機構２４とを備えている。そして、これら駆動機構２０を構成する各部材は、メインクラッチ１４とともにフロントハウジング１２とインナシャフト１３との間に配置されている。

本実施形態では、上記メインクラッチ１４は、フロントハウジング１２の底部１２ａ近傍に設けられている。そして、駆動機構２０を構成する各部材は、メインクラッチ１４側（フロントハウジング１２の底部１２ａ側、同図中左側）からフロントハウジング１２の開口部１２ｂ側（同図中右側）に向かって、カム機構２４、アーマチャ２２、パイロットクラッチ２３、電磁石２１の順に配置されている。

さらに詳述すると、本実施形態のカム機構２４は、対向配置されるとともにその対向する各面に向かい合うように形成された断面Ｖ字状の環状溝を有する一対のカム部材（２５，２６）と、その両環状溝間に介在される球状のカムフォロア２７とを備えている。そして、本実施形態では、電磁石２１側に配置された第１カム２５は、インナシャフト１３に回転可能に軸支され、メインクラッチ１４側に配置された第２カム２６は、インナシャフト１３の外周にスプライン嵌合されることにより、その軸方向に沿って移動可能に支持されている。

一方、本実施形態のパイロットクラッチ２３は、上記メインクラッチ１４と同様の多板式摩擦クラッチ機構であり、１枚のインナクラッチプレート２８と該インナクラッチプレート２８を挟むように配置された２枚のアウタクラッチプレート２９とにより構成されている（図３参照）。そして、インナクラッチプレート２８は第１カム２５の外周に、また各アウタクラッチプレート２９はフロントハウジング１２の内周にスプライン嵌合されることにより、それぞれ軸方向に沿って移動可能に支持されている。

ここで、本実施形態では、フロントハウジング１２の開口部１２ｂには、円環状に形成されたリヤハウジング３０が螺着されており、その中央孔３１には、フロントハウジング１２の筒内に収容されたインナシャフト１３の一端が挿通されている。そして、リヤハウジング３０の外周とフロントハウジング１２の内周との間、及びリヤハウジング３０の内周とインナシャフト１３の外周との間には、シール部材３２ａ，３２ｂが介在されている。

即ち、本実施形態の駆動力伝達装置６では、メインクラッチ１４及びパイロットクラッチ２３を収容するフロントハウジング１２の筒内、詳しくはフロントハウジング１２の内周、インナシャフト１３の外周、及びリヤハウジング３０に囲まれた空間は、液密に構成されており、同空間には潤滑油が充填されている。そして、本実施形態のメインクラッチ１４及びパイロットクラッチ２３は、その各インナクラッチプレート１８，２８と各アウタクラッチプレート１９，２９とが潤滑油が介在された状態で摩擦係合する湿式の摩擦クラッチ機構として構成されている。

また、リヤハウジング３０は、その軸方向外側に開口する断面Ｕ字状の磁石収容溝３３を有しており、電磁石２１は、同電磁石２１の周囲を包囲するヨーク３４とともに、リヤハウジング３０、詳しくはその中央孔３１から軸方向外側に延びる筒状部３０ａに設けられた軸受３５に軸支されることにより、同磁石収容溝３３内に配置されている。そして、アーマチャ２２は、電磁石２１（及びリヤハウジング３０）との間にパイロットクラッチ２３を挟む位置において、フロントハウジング１２の内周にスプライン嵌合されることにより、軸方向に沿って移動可能に支持されている。

電磁石２１へ通電すると、電磁石２１の周囲に磁界が発生する。この磁界の磁束は、ヨーク３４，リヤハウジング３０，インナクラッチプレート２８及びアウタクラッチプレート２９の外周部，アーマチャ２２，インナクラッチプレート２８及びアウタクラッチプレート２９の内周部を通過する磁路を流れる。即ち、磁路はインナクラッチプレート２８とアウタクラッチプレート２９の摺動面を通過して形成されている。なお、リヤハウジング３０のパイロットクラッチ２３に面した部分には環状の非磁性体が圧入及び溶接され、磁束の短絡が防止されている。また、図４及び図５に示すように、インナクラッチプレート２８及びアウタクラッチプレート２９の外周部と内周部の間には円弧状の切欠きが複数設けられ、この切欠きによっても磁束の短絡が防がれている。

このように構成された駆動力伝達装置６において、電磁石２１へ通電すると、発生する電磁力によってアーマチャ２２が吸引され同電磁石２１側に移動することにより、パイロットクラッチ２３が摩擦係合する。これによりカム機構２４を構成する第１カム２５と第２カム２６とが相対回転する。そして、この第１カム２５と第２カム２６との間の相対回転に基づいて、第２カム２６が第１カム２５から離間するようにメインクラッチ１４側に移動し、同第２カム２６によりインナクラッチプレート１８が押圧されることにより、メインクラッチ１４が摩擦係合する。

つまり、電磁石２１に対する通電量を制御しその磁力を変化させることで、パイロットクラッチ２３の摩擦係合力が変化し、これにより、第１カム２５と第２カム２６との間の相対回転速度、即ちメインクラッチ１４（インナクラッチプレート１８）を押圧する力が変化する。従って、電磁石２１に対する通電量を制御することにより、メインクラッチ１４の摩擦係合力、即ちプロペラシャフト５からピニオンシャフト７へと伝達される駆動力を制御することができるようになっている。

次に、上記各摩擦クラッチ機構（インナクラッチプレート及びパイロットクラッチ）を構成する駆動力伝達部材（クラッチプレート）の特徴的構成について説明する。
図３〜図５に示すように、本実施形態では、インナクラッチプレート２８及びアウタクラッチプレート２９は、ともに磁性金属（鉄系金属）により円環状に形成されており、アウタクラッチプレート２９側の摺動面２９ａには、ＤＬＣ被膜（ダイヤモンド状炭素被膜）４１が形成されている。尚、本実施形態では、ＤＬＣ被膜４１として、シリコンを含有するＤＬＣ−Ｓｉ被膜が形成されている。ＤＬＣ被膜中のＳｉ濃度は８ｗｔ％〜４０ｗｔ％が適切であり、膜の硬度は１０００Ｈｖ以上であることが望ましい。そして、インナクラッチプレート２８側の摺動面２８ａには、複数の微細溝４２が、同インナクラッチプレート２８の軸心、即ちアウタクラッチプレート２９との間の相対回転の軸心を中心として円周方向に形成されている。即ち、本実施形態では、アウタクラッチプレート２９（１９）により第１駆動力伝達部材が構成され、インナクラッチプレート２８（１８）により第２駆動力伝達部材が構成されている。

詳述すると、図６に示すように、本実施形態では、各微細溝４２は、金型を用いたプレス加工により、使用初期におけるその溝深さ、即ち溝底までの深さＤ０が溝深さが１５μｍ以下となるように形成されている。そして、各微細溝４２は、その摺動面２８ａの表面における溝幅Ｗ１の平均値が１５〜４５μｍであり、且つ摺動面２８ａの表面からの深さＤ１（１．５μｍ）における溝幅Ｗ２の平均値もまた１５〜４５μｍである。また、駆動力伝達特性の変化を抑えるためには、１５〜４５μｍである。また、駆動力伝達特性の変化を抑えるためには、少なくとも６０％以上であることが望ましい。

尚、図６は使用初期におけるインナクラッチプレート２８の摺動面を表したものであり、本図において摺動面２８ａの表面は、プレス加工により微細溝４２を形成した後にならしを行い、摺動面の不整な凹凸を除去した後の摺動面の表面である。また、深さＤ１は、その製品の寿命として想定される長期使用時における最大磨耗に対応するものである。さらになお、本実施形態では、アウタクラッチプレート２９の摺動面２９ａには、パイロットクラッチ２３の係合時にクラッチプレート間に存在する潤滑油を排出するための格子状の油溝４３が形成されている。そして、インナクラッチプレート２８の摺動面２８ａには、酸窒化膜４４が形成されている。

図７は、インナクラッチプレート２８の摺動面の摺接領域の割合に対するμ−ｖ勾配を示したものである。この図に示すように、摺接領域の割合が９０％以下であればμ−ｖ勾配が１以上、即ち正勾配となる。一般にμ−ｖ勾配が正勾配であれば回転速度の変化時におけるジャダー振動（不整振動）が抑制されることが知られているので、摺接領域の割合は全使用期間を通して９０％以下とすべきである。

図８は、インナクラッチプレート２８の摺動面の摺接領域の割合に対する伝達トルクの最大値（トルク容量）を示したものである。この図に示すように、摺接領域の割合が５５％以上であれば伝達トルクの最大値の変化率は小さくなる。これは、摺動面の単位面積あたりの摺接領域がある程度確保されていれば、摺接領域が小さくなることに逆比例して面圧が高くなることにより、摩擦力が維持されるためと考えられる。従って、摺接領域の割合が５５％以上であれば、インナクラッチプレート２８の摺動面が磨耗して摺接領域の割合が変化したとしても、伝達トルクの最大値は大きくは変化しない。即ち、駆動力伝達装置６の使用初期の時点おけるインナクラッチプレート２８の摺動面の摺接領域の割合が５５％以上であれば、その後の使用により摺接領域の割合が増加しても、伝達トルクの最大値の経時変化は小さく抑えられる。また、使用初期における摺接領域の割合が７０％以上であれば、より一層伝達トルクの最大値の経時変化は小さく抑えられる。

インナクラッチプレート２８の摺動面の摺接領域の割合は、図９に模式的に示すように、摺動面全体の面積に対する摺接領域の面積の比として求められる。なお、図９は、説明のため、溝の深さ方向に対する幅方向の寸法を約２０分の１に縮尺したものである。また、本明細書において「使用初期」とは、具体的には本発明に係る駆動力伝達装置が市場の流通過程に最初におかれた時点での状態をいう。

（作用・効果）
次に、上記のように構成された本実施形態の駆動力伝達装置の作用・効果について説明する。図１０（ａ）は、ＤＬＣ被膜を形成したアウタクラッチプレートと、使用初期における摺動面の摺接領域の割合を５０％，微細溝の溝深さを２０μｍとしたインナクラッチプレートとを備えた駆動力伝達装置の駆動力伝達特性の経時変化を示すグラフである。一方、図１０（ｂ）は、同じくＤＬＣ被膜を形成したアウタクラッチプレートと、摺動面の摺接領域の割合を５５％，微細溝の溝深さを１５μｍとしたインナクラッチプレートを備えた本実施形態の駆動力伝達装置の駆動力伝達特性の変化を示すグラフである。両グラフの縦軸は、使用初期における伝達トルクを基準として使用時間に対する伝達トルクの変化の割合（トルクアップ率）を示したものである。また、グラフ中の０．５５〜２．９０Ａの各電流値は、電磁石２１に通電した電流の値である。これらグラフから明らかなように、摺動面の摺接領域の割合を大きくし、さらには微細溝の溝深さを浅くすることで、伝達トルクの経時変化が抑えられている。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、アウタクラッチプレート２９側の摺動面２９ａにＤＬＣ被膜（ダイヤモンド状炭素被膜）４１を形成し、インナクラッチプレート２８側の摺動面２８ａに、複数の微細溝４２を形成した。しかし、これに限らず、アウタクラッチプレート２９側の摺動面２９ａに複数の微細溝を形成し、インナクラッチプレート２８側の摺動面２８ａにＤＬＣ被膜を形成する構成としてもよい。

・本実施形態では、ＤＬＣ被膜４１として、シリコンを含有するＤＬＣ−Ｓｉ被膜を形成することとしたが、シリコンを含有しないＤＬＣ被膜としてもよい。
・本実施形態では、各微細溝４２は、インナクラッチプレート２８の軸心、即ちアウタクラッチプレート２９との間の相対回転の軸心を中心として円周方向に形成されることとしたが、必ずしも円周方向ではなく、例えば格子状等でもよい。

・本実施形態では、各微細溝４２は、微細溝４２は、金型を用いたプレス加工により形成されるとしたが、これ以外の方法により形成される構成としてもよい。
・本実施形態では、本発明を四輪駆動車の補助駆動輪（後輪）へ駆動力を伝達する駆動力伝達装置のパイロットクラッチに適用した場合について説明したが、これに限らず、車両のマニュアルトランスミッション用シンクロナイザーリングやＣＶＴ等に適用してもよい。また、車両の駆動力を伝達する装置に限られるものでもない。

駆動力伝達装置の概略構成図。 駆動力伝達装置を備えた車両の概略構成図。 パイロットクラッチの断面図。 インナクラッチプレートの平面図。 アウタクラッチプレートの平面図。 微細溝の断面図。 摺動面の摺接領域の割合に対するμ−ｖ勾配を示したグラフ。 摺動面の摺接領域の割合に対する伝達トルクの最大値（トルク容量）を示したグラフ。 摺動面の摺接領域の割合を示した説明図。 （ａ）従来の駆動力伝達装置の長期使用時における駆動力伝達特性の経時変化を示すグラフ、（ｂ）本実施形態の駆動力伝達装置の長期使用時における駆動力伝達特性の変化を示すグラフ。

符号の説明

６…駆動力伝達装置、１４…メインクラッチ、１８，２８…インナクラッチプレート、１９，２９…アウタクラッチプレート、２３…パイロットクラッチ、２８ａ…摺動面、４１…ＤＬＣ被膜、４２…微細溝、Ｄ０，Ｄ１…深さ、Ｗ１，Ｗ２…溝幅。

Claims (4)

1. 相対回転可能に同軸配置された第１及び第２駆動力伝達部材間の潤滑油を介在させた摩擦係合により駆動力を伝達する駆動力伝達装置であって、
   第１駆動力伝達部材の摺動面にはダイヤモンド状炭素被膜が形成されるとともに、第２駆動力伝達部材の摺動面には微細溝が形成され、
   使用初期における前記微細溝は、溝深さが１５μｍ以下に形成されるとともに、前記第２駆動力伝達部材の摺動面の表面における溝幅の平均値が１５〜４５μｍであり、且つ前記摺動面の表面からの深さ１．５μｍにおける溝幅の平均値もまた１５〜４５μｍであり、使用初期における前記第２駆動力伝達部材の摺動面の摺接領域の割合が５５〜９０％であり、
   前記第２駆動力伝達部材の摺動面が使用初期の状態から１．５μｍ磨耗した状態における摺接領域の割合が５５〜９０％であること、を特徴とする駆動力伝達装置。
2. 請求項１に記載の駆動力伝達装置において、
   前記微細溝は、プレス加工により形成されてなること、を特徴とする駆動力伝達装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の駆動力伝達装置において、
   前記微細溝は、前記相対回転の回転軸心を中心とする円周方向に形成されてなること、
   を特徴とする駆動力伝達装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の駆動力伝達装置において、
   前記第１及び第２駆動力伝達部材は、これらの摺動面を通過して形成される磁路による電磁力によって押圧されること、
   を特徴とする駆動力伝達装置。

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