JP5811894B2 - 摩擦クラッチ及びこれを用いたトルク伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵フィーリング調整等に供される摩擦クラッチ及びトルク伝達装置に関する。

従来の摩擦クラッチとしては、例えば特許文献１に記載のものがある。この摩擦クラッチは、クラッチドラムにスプライン係合する複数のメーティングプレート（アウタープレート）と出力軸にスプライン係合する複数の摩擦板（インナープレート）とが軸方向で交互に配置されている。摩擦板には、ペーパー系の摩擦材が設けられている。

これらメーティングプレート及び摩擦板をピストンの油圧制御等によって締結することで、クラッチドラム及び出力軸間のトルク伝達を行わせることができる。

しかし、従来の摩擦クラッチでは、ピストンの油圧制御等のために、装置が大型化したり、或いは微細な制御に限界があった。

このため、近年においては、摩擦材に代えて通電制御に応じて摩擦係数を変化させる摩擦摺動材を設けるものもある。摩擦摺動材は、複数のアウタープレートとインナープレートとの各間で一方に固定され他方に摺動し、通電制御による摩擦係数の変化でトルク伝達の断続を行わせる。

この摩擦クラッチは、アウタープレート及びインナープレートが通電制御に対する電極として用いられるため、それらに対する導通接続を確保する必要がある。

しかし、操舵フィーリング調整等のように伝達トルクが比較的小さいものに適用される場合には、アウタープレートを絶縁性のある樹脂ケース内に収容支持することも少なくない。

この場合は、特許文献１のようにアウタープレートを単純にスプライン係合によって支持すると、複数のアウタープレートに対する導通接続が確保できなくなる。

結果として、導通接続用の構造が別途必要になり、装置が煩雑化するという問題があった。

特開平８-２４７１９０号公報

解決しようとする問題点は、アウタープレート及びインナープレート間に通電制御に応じて摩擦係数を変化させる摩擦摺動材を設ける場合に、装置が煩雑化する点である。

本発明は、アウタープレート及びインナープレート間に通電制御に応じて摩擦係数を変化させる摩擦摺動材を設ける場合に装置を簡素化するために、相対回転可能な外側部材及び内側部材のそれぞれに支持され、軸方向に交互に配置された複数のアウタープレート及びインナープレートからなるクラッチプレート群と、前記アウタープレートと前記インナープレートとの間で一方に固定されて他方に摩擦摺動しながら通電制御に応じて摩擦係数を変化させる摩擦摺動材と、前記複数のアウタープレートを前記軸方向で挿通し前記外側部材の回転方向で位置を決めて前記支持を行わせる位置決めピンとを備え、前記複数のアウタープレートは、前記位置決めピンを介して前記通電制御のための導通接続が行われることを最も主な特徴とする。

本発明では、アウタープレートに対し、位置決め支持用の位置決めピンを利用して導通接続も行わせることができ、装置の簡素化を実現できる。

摩擦クラッチを適用したトルク伝達装置の断面図である（実施例１）。 図１の要部拡大断面図である（実施例１）。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視に係る断面図である（実施例１）。 図１のトルク伝達装置に用いられるアウタープレートを示す正面図である（実施例１）。 図１のトルク伝達装置に用いられる固定プレートを示す正面図である（実施例１）。 図１のトルク伝達装置に用いられるインナープレートを示す正面図である（実施例１）。 図１の位置決めピンとアウタープレート及び固定プレートとの関係を示す（実施例１）。 図１の要部拡大断面図である（実施例１）。 摩擦摺動材の摩擦係数の変化を示す概念図である（実施例１）。 変形例に係り、図２に対応した断面図である（実施例１）。 変形例に係り、図７に対応した断面図である（実施例１）。

アウタープレート及びインナープレート間に通電制御に応じて摩擦係数を変化させる摩擦摺動材を設ける場合に装置を簡素化するという目的を、複数のアウタープレートを軸方向で挿通し外側部材の回転方向で位置決めて取り付けを行わせる位置決めピンを設け、この位置決めピンを介して複数のアウタープレートの導通接続を行うことで実現した。

好ましくは、外側部材に固定される固定プレートを備え、位置決めピンが固定プレートを軸方向で挿通することで複数のアウタープレートを固定プレートに対して位置決める。

かかる本発明の摩擦クラッチは、外側部材及び内側部材が共に回転自在に支持された動力伝達用の他、外側部材及び内側部材の一方を固定した操舵フィーリング調整用等としても用いることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

［トルク伝達装置の構成］
図１は、本発明の実施例１に係る摩擦クラッチを適用したトルク伝達装置の断面図、図２は、図１の破線部内を示す要部拡大断面図、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視に係る断面図である。なお、図１は、図３のＩ−Ｉ線矢視に係る断面図となっている。

図１のトルク伝達装置１は、例えば自動車等のステアリングシャフトに連動構成されて回転に対する抵抗を入力するようになっている。このトルク伝達装置１は、外側部材としてのケース３と、内側部材としての回転軸５と、摩擦クラッチ７とを備えている。

ケース３は、絶縁性のある樹脂からなり、ケース本体部９と蓋部１１とで構成されている。ケース本体部９は、中空筒状に形成されており、一端部が一体の端壁１３で閉止され、他端部が板状の蓋部１１で閉止されている。

蓋部１１の外周側は、ケース本体部９に対して径方向に突出し、周回状のフランジ部１５を構成している。フランジ部１５は、貫通孔１７を介してケース３を静止側の他部材に固定させる。

ケース３の内周側には、ケース本体部９の端壁１３及び蓋部１１間に摩擦クラッチ７の収容空間Ｓが区画形成されている。収容空間Ｓは、ケース本体部９の端壁１３及び蓋部１１を貫通する連通孔１９，２１を介して外部に連通している。

この連通孔１９，２１には、収容空間Ｓに面した段状の軸受支持部２３，２５が形成されている。軸受支持部２３，２５には、ベアリング２７，２９が支持され、ベアリング２７，２９は、ケース３の軸心部において回転軸５を回転自在に支持している。

回転軸５は、導電性のある金属からなり、中実円柱状に形成されている。回転軸５の両端部は、ケース３の連通孔１９，２１を介して外部に突出し、例えばステアリングシャフトに連動連結される。回転軸５の中間部は、周回状の大径部３１となっており、ケース３の収容空間Ｓ内に配置されている。

この大径部３１は、ベアリング２７，２９間に位置して、ケース３に対する回転軸５の抜け止めを行っている。大径部３１の外周には、周回状の支持部３３が設けられている。この支持部３３とケース３との間には、収容空間Ｓ内で摩擦クラッチ７が配置されている。

摩擦クラッチ７は、図１及び図２のように、複数のアウタープレート３５及びインナープレート３７が軸方向で交互に配置されたクラッチプレート群３９を備えている。

以下、図４〜図８をも参照して摩擦クラッチ７について説明する。 図４は、図１のトルク伝達装置に用いられるアウタープレートを示す正面図、図５は、同固定プレートを示す正面図、図６は、同インナープレート示す正面図、図７は、図１の位置決めピンとアウタープレート及び固定プレートとの関係を示す要部拡大断面図、図８は、図１のインナープレートと回転軸の支持部との関係を示す要部拡大断面図である。

クラッチプレート群３９は、図２のように、インナープレート３７を挟んで隣接するアウタープレート３５が対をなし、各対の隣接部分でアウタープレート３５相互が背中合わせで配置されている。背中合わせのアウタープレート３５相互は、所定の範囲（例えば、０．２５ｍｍ）離れて設けられる。

このクラッチプレート群３９においては、図２、図７、及び図８のように、複数のアウタープレート３５が、位置決めピン４１及び固定プレート４３を介してケース３に支持され、複数のインナープレート３７が、フランジ５９を介して回転軸５の支持部３３に支持されている。

複数のアウタープレート３５は、ケース３に固定された固定プレート４３によって軸方向の両側から挟み込まれ、位置決めピン４１によって相互間及び固定プレート４３に対して位置決められている。

各アウタープレート３５は、図４のように、ステンレス等の導電性金属からなる矩形板状に形成されている。アウタープレート３５の中心部には、インナープレート３７の固定部分に対する逃げ孔４５が貫通形成されている。

アウタープレート３５の面取りされた四隅近傍には、位置決め孔４７が各別に設けられている。なお、位置決め孔４７の形状は、特に限定されないが、本実施例において円形形状となっている。また、アウタープレート３５の矩形形状は、収容空間Ｓの断面形状に対応している（図３参照）。

位置決めピン４１は、ステンレス等の導電性の金属からなっている。この位置決めピン４１は、図７のように、アウタープレート３５の位置決め孔４７と対応した円柱形状に形成され、複数のアウタープレート３５の各位置決め孔４７を軸方向で挿通している。従って、位置決めピン４１は、アウタープレート３５相互間をケース３の回転方向で位置決めている。

なお、位置決めピン４１の外径は、アウタープレート３５の位置決め孔４７の内径よりも僅かに小さく設定されており、組立性及びスライド性等を考慮したクリアランスを確保している。

位置決めピン４１の両端は、図１のように、クラッチプレート群３９から軸方向外側に突出している。この両端は、ケース３の端壁１３及び蓋部１１に形成された凹部４９，５１内に嵌合している。 なお、凹部４９，５１は、その内径が位置決めピン４１の外径よりも僅かに大きく設定されており、組立性等を考慮したクリアランスを確保している。

一方の凹部４９内には、端壁１３と位置決めピン４１との間に弾性部材としてのスプリング５３が配置されている。このため、位置決めピン４１は、他方の凹部５１内で蓋部１１に突き当てられ、軸方向のガタツキが防止されている。

このような位置決めピン４１には、図７のように、複数のアウタープレート３５と共に固定プレート４３が位置決められている。

固定プレート４３は、クラッチプレート群３９の両端に設けられ、アウタープレート３５に隣接して位置している。この固定プレート４３は、図３及び図５のように、アウタープレート３５と同様にステンレス等の導電性金属からなる矩形板状に形成されている。ただし、固定プレート４３は、面取りされた四隅がアウタープレート３５よりも外周側に突出している。なお、固定プレート４３にも、インナープレート３７の固定部分に対する逃げ孔４６が設けられている。

固定プレート４３の四隅には、固定用孔５５が貫通形成されている。この固定用孔５５を介し、固定プレート４３がボルト等の締結具によりケース３側に固定される。

固定プレート４３の四隅近傍には、位置決め孔５７が各別に設けられている。位置決め孔５７は、図７のように、アウタープレート３５の位置決め孔４７に対応し、位置決めピン４１が軸方向で挿通している。

このため、固定プレート４３は、複数のアウタープレート３５に対してケース３の回転方向で位置決められている。換言すると、複数のアウタープレート３５は、固定プレート４３に対してケース３の回転方向で位置決められており、この固定プレート４３を介してケース３に固定されている。

一方、複数のインナープレート３７は、図８のうように、回転軸５の支持部３３外周に配置され、支持部３３に取り付けられたフランジ５９によって両側から支持されている。

各インナープレート３７は、図３及び図６のように、ステンレス等の導電性金属からなる円板形状に形成されている。この円板形状により、インナープレート３７はアウタープレート３５側の位置決めピン４１との干渉を回避している。

インナープレート３７の内周側には、周方向所定間隔毎に支持孔６３が設けられている。この支持孔６３には、図８のように、フランジ５９に固定されるカラー６５が取り付けられる。

カラー６５は、真鍮等の金属からなり、インナープレート３７の支持孔６３に対応した中空円筒状に形成されている。このカラー６５は、複数のインナープレート３７の各支持孔６３を軸方向で挿通している。カラー６５の両端は、それぞれフランジ５９に固定されている。

フランジ５９は、圧延鋼等の金属からなる円板形状に形成されている。このフランジ５９は、その内周が回転軸５の大径部３１に嵌合し、回転軸５の支持部３３からインナープレート３７の内周側に渡って延設されている。

フランジ５９の外周側には、カラー６５に対応して締結用孔７１が貫通形成されている。締結用孔７１は、カラー６５内周のナット部７３に連通している。このフランジ５９の外周側は、締結用孔７１及びナット部７３を介し、締結具であるボルト７５によりカラー６５に締結固定されている。

フランジ５９の内周側には、周方向所定間隔毎に締結用孔６６が貫通形成され（図６参照）、支持部３３には、この締結用孔６６に対応してナット孔６７が貫通形成されている。これら締結用孔６６及びナット孔６７を介し、フランジ５９の内周側が締結具であるボルト６９により回転軸５の支持部３３に締結固定されている。

従って、複数のインナープレート３７は、フランジ５９を介して回転軸５に固定されている。

上記クラッチプレート群３９のアウタープレート３５及びインナープレート３７の各間には、図２のように、摩擦摺動材７７が設けられている。

図９は、摩擦摺動材の摩擦係数の変化を示す概念図である。

摩擦摺動材７７は、図９のように、電流が印加可能な粒子７９（例えば、有機無機複合型のＥＲ粒子（Electro-rheological））を含有分散させたエラストマ８１（例えば、シリコンゲル）からなる。摩擦摺動材７７は、電力（電場）が印加されることによって表面の粘着性が高速かつ可逆的に変化する。この特性は、電気粘着効果（Electro-adhesive effect）と称されている。

この摩擦摺動材７７は、アウタープレート３５及びインナープレート３７間で一方に固定され他方に摺動しながらアウタープレート３５及びインナープレート３７を電極として通電制御される。

本実施例の摩擦摺動材７７は、例えばアウタープレート３５に固定された周回状に形成されてインナープレート３７に摺動する。そして、摩擦摺動材７７は、通電制御に応じた摩擦係数の変化により、アウタープレート３５及びインナープレート３７間を断続させる。

具体的には、図９（ａ）のように、無電地場において摩擦摺動材７７の表面に分散した低摩擦で滑り特性の良い粒子７９がインナープレート３７を支持する。従って、摩擦摺動材７７は、低抵抗によってインナープレート３７の摺動を許容する。

一方、電場が印加されると、図９（ｂ）のように、粒子７９の沈み込み作用で粘着性の高いエラストマ８１が変形して粒子７９の周囲に集まり、高抵抗によってインナープレート３７を粘着する（摺動を防止する）。

なお、摩擦摺動材７７の外周部は、インナープレートの外周部よりも径方向外側に突出している。これにより、アウタープレート３５及びインナープレート３７間の絶縁性が確保されている。

アウタープレート３５及びインナープレート３７を介した通電は、図１〜図３のように、電力供給部８３によって行われる。

電力供給部８３は、アウター側接続部８５とインナー側接続部８７とを備え、これらを介してアウタープレート３５及びインナープレート３７を図示しない電源に導通接続する。

アウター側接続部８５は、銅板等の導電性金属からなる導電路であり、収容空間Ｓに面して配索されている。このアウター側接続部８５には、ケース本体部９の孔９１に対応して外周側に延設された延設部９３を備えている。延設部９３には、孔９１を介して電源に至るリード線が接続される。

また、アウター側接続部８５は、端壁１３の各凹部４９に臨む端子部９５を備えている。この端子部９５が位置決めピン４１に接触している。従って、アウター側接続部８５は、位置決めピン４１を介して複数のアウタープレート３５に接続される。換言すると、複数のアウタープレート３５は、位置決めピン４１を介して通電制御のための導通接続が行われている。

インナー側接続部８７は、回転軸５に摺接するカーボンブラシからなる。具体的には、インナー側接続部８７は、ケース本体部９の連通孔１９内に臨む収容凹部９７内に収容され、その先端が回転軸５の外周に摺接する。

インナー側接続部８７の背後には、ケース３に径方向の孔９９が設けられており、孔９９を介して電源に至るリード線が接続されている。このため、インナー側接続部８７は、回転軸５を介して複数のインナープレート３７に接続される。
［トルク伝達装置の動作］
以下、本実施例のトルク伝達装置１の動作について、図１及び図２を参照して説明する。

トルク伝達装置１では、摩擦摺動材７７の通電制御を通じてケース３と回転軸５との間でのトルク伝達を断続制御し、ステアリングフィールを調整する。

具体的には、摩擦摺動材７７を通電すると、摩擦摺動材７７がインナープレート３７に粘着する。これにより、ケース３から回転軸５にトルクが伝達され、ケース３が回転軸５と共に回転しようとする。

このとき、本実施例では、ケース３が静止側に固定されていることから、回転軸５が摩擦摺動材７７の粘着力に抗してトルクに応じた相対回転を始める。

この結果、回転軸５の回転に抵抗が付与されてステアリングフィールを重くすることができる。

一方、摩擦摺動材７７の通電が解除されると、摩擦摺動材７７がインナープレート３７を非粘着状態で摺動支持し、回転軸５とケース３とが相対回転自在なフリーとなる。

この結果、回転軸５の回転が抵抗なく行われ、ステアリングフィールが軽くなる。
［実施例１の効果］
本実施例では、相対回転可能なケース３及び回転軸５のそれぞれに取り付けられ、軸方向に交互に配置された複数のアウタープレート３５及びインナープレート３７からなるクラッチプレート群３９と、アウタープレート３５とインナープレート３７との間で一方に固定されて他方に摩擦摺動しながら通電制御に応じて摩擦係数を変化させる摩擦摺動材７７と、複数のアウタープレート３５を軸方向で挿通しケース３の回転方向で位置決めてる位置決めピン４１とを備え、複数のアウタープレート３５が、位置決めピン４１を介して通電制御のための導通接続が行われる。

従って、本実施例においては、アウタープレート３５に対し、位置決め支持用の位置決めピン４１を利用して導通接続を行わせることができ、装置を簡素化することができる。

また、本実施例では、複数のアウタープレート３５に位置決めピン４１を挿通させる構成自体も、従来のスプラインに比較して構成が簡単で加工等も容易に行わせることができる。

しかも、本実施例では、クラッチプレート群３９の軸方向の端部に設けられると共にケース３に固定される固定プレート４３を備え、位置決めピン４１が固定プレート４３を軸方向で挿通し複数のアウタープレート３５を固定プレート４３に対してケース３の回転方向で位置決めている。

このため、本実施例では、位置決めピン４１をケース３に直接支持させる場合に比較して、アウタープレート３５のガタツキを無くして給電の安定性と動作の安定性を確保することができる。

さらに説明すると、位置決めピン４１をケース３に直接支持させる場合には、位置決めピン４１とケース３との間のクリアランス及び位置決めピン４１とアウタープレート３５との間のクリアランスにより、アウタープレート３５のケース３に対するガタツキが大きくなる。

また、位置決めピン４１とケース３との間のクリアランスは、単純に両者間の関係だけでなく、位置決めピン４１とアウタープレート３５との間のクリアランスをも考慮して大きくなる傾向にある。この結果、アウタープレート３５のケース３に対するガタツキが助長される。

これに対し、本実施例では、位置決めピン４１とアウタープレート３５との間のクリアランスのみを設定すればよいので、その分だけアウタープレート３５のケース３に対するガタツキを抑制することが可能となる。

しかも、本実施例では、固定プレート４３をアウタープレート３５と同一の金型で加工することを可能とし、より確実にアウタープレート３５のケース３に対するガタツキを抑制することが可能となる。

また、上記構成では、アウタープレート３５を位置決めピン４１上で円滑にスライドさせることもでき、動作の円滑化、安定化を図ることができる。

さらに、本実施例では、位置決めピン４１が回転方向に複数設けられるので、より確実にアウタープレート３５相互間、アウタープレート３５及び固定プレート４３間の位置決めを行わせることができる。同時に、より確実にアウタープレート３５全体に対する給電を安定性して行わせることも可能となる。

結果として、本実施例では、動作の安定性を更に向上させることができる。
［変形例］
図１０及び図１１は、本発明の実施例１の変形例に係り、図１０は図２に対応した断面図、図１１は図７に対応した断面図である。

本変形例では、実施例１に対し固定プレート４３を省略し、位置決めピン４１をケース３に直接支持したものである。このように固定プレート４３を省略しても、実施例１同様に、アウタープレート３５の位置決め支持用の位置決めピン４１を利用してアウタープレート３５に対する導通接続を確保することができる。

従って、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

１ トルク伝達装置
３ ケース（外側部材）
５ 回転軸（内側部材）
３５ アウタープレート
３７ インナープレート
３９ クラッチプレート群
４１ 位置決めピン
４３ 固定プレート
７７ 摩擦摺動材

Claims (4)

1. 相対回転可能な外側部材及び内側部材のそれぞれに支持され、軸方向に交互に配置された複数のアウタープレート及びインナープレートからなるクラッチプレート群と、
   前記アウタープレートと前記インナープレートとの間で一方に固定されて他方に摩擦摺動しながら通電制御に応じて摩擦係数を変化させる摩擦摺動材と、
   前記複数のアウタープレートを前記軸方向で挿通し前記外側部材の回転方向で位置決めて前記支持を行わせる位置決めピンとを備え、
   前記複数のアウタープレートは、前記位置決めピンを介して前記通電制御のための導通接続が行われる、
   ことを特徴とする摩擦クラッチ。
2. 請求項１記載の摩擦クラッチであって、
   前記クラッチプレート群の前記軸方向の端部に設けられると共に前記外側部材に固定される固定プレートを備え、
   前記位置決めピンが、前記固定プレートを前記軸方向で挿通し前記複数のアウタープレートを前記固定プレートに対して前記外側部材の回転方向で位置決める、
   ことを特徴とする摩擦クラッチ。
3. 請求項１又は２記載の摩擦クラッチであって、
   前記位置決めピンは、前記回転方向に複数設けられる、
   ことを特徴とする摩擦クラッチ。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の摩擦クラッチを備え前記外側部材及び内側部材間で動力の伝達を断続することを特徴とするトルク伝達装置。

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