JP6782740B2 - 摩擦板及び摩擦板を備えた湿式多板クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、自動車における自動変速機のクラッチやブレーキに用いられる摩擦板及び摩擦板を備えた湿式多板クラッチに関する。

一般に、自動変速機における湿式多板クラッチは、クラッチもしくはブレーキのドラムとハブ間に摩擦板（フリクションプレート）と、セパレータプレートとが交互に配置されており、クラッチピストンの押圧と解除によりクラッチの係合と解除が行われる。

このような湿式多板クラッチは、クラッチ解除時に潤滑油を介した動力損失となる引きずりトルクが発生し、これらを低減することが近年の自動車の環境規制、低燃費化の要求における自動変速機への重要な課題である。

湿式多板クラッチの摩擦板において、引きずりトルクを低減させる従来の手法として、例えば特許文献１に記載の摩擦板の摩擦材面へ成形溝を設けることや、特許文献２に記載の摩擦板の摩擦材にセグメント形状を用いて摩擦材間の油路を経由することで、それぞれの油排出時の効果（引き離し等）を利用して、自動変速機における一定の変速回転領域において引きずりトルク低減の効果を示してきた。

上記の変速回転領域において、特に低回転領域における引きずりトルクの低減要求は高く、従来の対策には以下の問題点があった。

摩擦板の摩擦材面へ成形溝を用いた場合、溝が油の排出利用によりプレート間の引き離し効果を生じさせ、それらが摩擦板の引きずりトルクを低減させる効果を示す。しかしながら、より高い低減効果を求めて油排出用の溝の面積を増やすことは、摩擦板の摩擦面積を減少させることになり、耐熱耐久性を低下させるという問題がある。

摩擦材にセグメント形状を用いた場合、プレート間の引き離し効果はもとより、油の排出性と排出後の粘性（流動）抵抗の低下を格段に向上でき、引きずりトルク低減が飛躍的に向上した。しかし、より高い低減効果を求めて油の排出性向上のためセグメント形状を用いることは、摩擦材表面上に潤滑油による安定した油膜ができず、それらが流体せん断抵抗となり引きずりトルクの低減を妨げることになる。

一方で、特許文献３に記載のように、摩擦材の表面に多数の細かい溝を形成して、表面に空気層を形成することで、引きずりトルクを低減させることが提案されている。それらは、潤滑環境下における引きずりトルク低減への効果の一案を提示するだけであり、変速回転領域についての低減効果には言及していない。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。

特開２００５−０７６７５９号公報 特開２００８−１８０３１４号公報 特開２０１０−２２３３４２号公報

従って、前記問題点に鑑み、本発明の目的は、湿式多板クラッチの摩擦板において、摩擦材面積の減少を抑えた微細溝を設けることで、低回転領域の引きずりトルクを低減でき、耐熱耐久性を低下させない摩擦板を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の摩擦板は、
ほぼ環状のコアプレートに複数の摩擦材セグメントを環状に固定して形成された摩擦板であって、
摩擦材セグメントの表面に複数の微細溝が形成されており、
複数の前記微細溝は、各々幅１０μｍ〜１０００μｍ、深さ１０μｍ〜３００μｍを有し、前記コアプレートの中心から放射状に延在していることを特徴としている。

本発明によれば、以下のような効果が得られる。

摩擦材セグメントの表面に微細溝を形成することにより、摩擦板とセパレータプレートとの間の表面油膜を確保できるため、流体せん断抵抗を減少させることで引きずりトルクを低減させることができる。特に、１０００回転／分以下の低回転領域における引きずりトルク低減に有効である。

微細溝の幅を１０μｍ〜１０００μｍ程度とすることで、摩擦材セグメントの摩擦面における摩擦面積減への影響が少ないため、十分な耐熱耐久性を確保できる。

図１は、本発明の摩擦板を備えた湿式多板クラッチの軸方向部分断面図である。 本発明の第１実施例を示す摩擦板の部分正面図である。 本発明の第１実施例の摩擦板に用いられる摩擦材セグメントを示す正面図である。 本発明の第２実施例の摩擦板に用いられる摩擦材セグメントの正面図である。 本発明の第３実施例の摩擦板に用いられる摩擦材セグメントの正面図である。 本発明の各実施例と比較例（従来例）の効果を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。尚、図面において同一部分は同一符号にて示してある。

図１は、本発明の摩擦板を備えた湿式多板クラッチ１０の軸方向部分断面図である。本発明の各実施例の摩擦板が適用可能である。

湿式多板クラッチ１０は、軸方向の一端部で開放したほぼ円筒形のクラッチドラム１と、クラッチドラム１の内周に配置され、同軸上で相対回転するハブ４と、クラッチドラム１の内周に設けられたスプライン８に軸方向で移動自在に配置された環状のセパレータプレート２と、ハブ４の外周に設けられたスプライン５にセパレータプレート２と軸方向で交互に配置され、摩擦材セグメントが接着剤などで固定された摩擦面を有する環状の摩擦板３とからなっている。セパレータプレート２はスプライン８に係合するスプライン部２ａを、また摩擦板３は、スプライン５に係合するスプライン部３ａをそれぞれ備えている。摩擦板３とセパレータプレート２はそれぞれ複数個設けられている。

湿式多板クラッチ１０は、セパレータプレート２と摩擦板３とを押圧し締結させるピストン６と、セパレータプレート２及び摩擦板３を軸方向の一端で固定状態に保持するため、クラッチドラム１の内周に設けられたバッキングプレート７とそれを保持する止め輪１７とを備えている。

図１に示すように、ピストン６は、クラッチドラム１の閉口端内で軸方向摺動自在に配置されている。ピストン６の外周面とクラッチドラム１の内面との間にはＯリング９が介装されている。また、ピストン６の内周面とクラッチドラム１の内周円筒部（不図示）の外周面との間にもシール部材（不図示）が介装されている。従って、クラッチドラム１の閉口端の内面とピストン６との間に油密状態の油圧室１１が画成される。

ハブ４に軸方向摺動自在に保持された摩擦板３は、その両面に所定の摩擦係数を有する摩擦材セグメント１２及び１３が固定されている。しかしながら、摩擦材セグメント１２及び１３は、摩擦板３の片面のみに設けることもできる。また、ハブ４には径方向に貫通した潤滑油供給口１５が設けられ、この潤滑油供給口１５を介して湿式多板クラッチ１０の内径側から外径側へと潤滑油が供給されている。

以上のように構成された湿式多板クラッチ１０は、次のようにクラッチの係合（締結）及び解除をする。図１の状態は、クラッチ解除状態を示しておりセパレータプレート２と摩擦板３とはそれぞれ離れている。解除状態では、不図示のリターンスプリングの付勢力により、ピストン６はクラッチドラム１の閉口端側に当接している。

この状態で湿式多板クラッチ１０を係合させるには、ピストン６とクラッチドラム１との間に画成された油圧室１１に油圧を供給する。油圧の上昇に伴い、リターンスプリング（不図示）の付勢力に抗して、ピストン６は、図１において軸方向右に移動し、セパレータプレート２と摩擦板３とを密着させる。これにより湿式多板クラッチ１０が係合される。

湿式多板クラッチ１０の係合後、湿式多板クラッチ１０を再度解除するには、油圧室１１の油圧を解除する。油圧が解除されると、ピストン６はリターンスプリング（不図示）の付勢力により、クラッチケース１の閉口端に当接する位置まで移動する。すなわち、湿式多板クラッチ１０が解除される。

（第１実施例）
図２は、本発明の第１実施例を示す摩擦板３の部分正面図である。摩擦板３は、ほぼ環状のコアプレート２０の軸方向の表面に、それぞれ同一で複数の摩擦材セグメント１２を接着剤などで環状に固定し形成された摩擦面２５を備えている。コアプレート２０は、ハブ４のスプライン５に係合するスプライン２０ａを内周に備えている。図２では、摩擦板３を部分的に示しているが、図示を省略した部分においても、図２に示したのと同様に摩擦材セグメント１２は環状かつ等配にコアプレート２０に固定されている。

摩擦材セグメント１２と摩擦材セグメント１２との間には、内径から外径へと貫通する油通路２１が画成されている。従って、摩擦材セグメント１２と油通路２１とが交互に周方向に配置されている。

図３は、本発明の第１実施例の摩擦板に用いられる摩擦材セグメント１２を示す正面図である。摩擦材セグメント１２の摩擦面（表面）２５には、摩擦材セグメント１２の径方向に延在する複数の微細溝３０が形成されている。

微細溝３０は、ほぼ等間隔で、コアプレート２０の中心から放射状に延びている。また、摩擦材セグメント１２の内径端から外径端まで延在している。すなわち、微細溝３０は、摩擦材セグメント１２の内径端から外径端まで貫通している。

微細溝３０の周方向の幅は１０μｍ〜１０００μｍに設定する。深さは１０μｍ〜３００μｍである。幅が１０μｍ以下ではドラグトルク低減効果がなく、幅が１０００μｍ以上では摩擦材セグメント１２の摩擦面２５の摩擦面積が減少し耐久性が悪化するからである。

また、微細溝３０の深さは１０μｍ〜３００μｍに設定する。これは、深さが１０μｍ以下ではドラグトルク低減効果がなく、深さが３００μｍ以上では摩擦材セグメント１２の強度が低下するからである。

１個の摩擦材セグメント１２の摩擦面２５に占める微細溝３０の総面積は、摩擦面２５の面積の１〜２０％に設定する。これは、面積率が１％以下ではドラグトルク減少効果がなく、面積率が２０％以上では摩擦板３の摩擦特性が悪化するからである。

摩擦材セグメント１２には、内径側に開口し、外径側であって摩擦材セグメント１２内で終端する油溝１２ａと、外径側に開口し、内径側であって摩擦材セグメント１２内で終端する油溝１２ｂとが形成されている。

油溝１２ａは、摩擦材セグメント１２の周方向のほぼ中央に形成されている。また、油溝１２ｂは、油溝１２ａを挟んで周方向の両側に２箇所形成されている。外径側のみに開口する油溝１２ｂを設けたことで、油通路２１から摩擦面２５に引き込まれた油がスムースに外径側に排出され、空転時において、引きずりトルクの低減が可能となる。特に低回転領域においては、引きずりトルク低減の効果は大きい。

また、内径部に開口して、端部が閉じている油溝１２ａを設けたことで、摩擦板３とセパレータプレート２を引き離す作用が生じ、空転時の摩擦板３とセパレータプレート２のクリアランスを均一にする効果がある。

（第２実施例）
図４は、本発明の第２実施例の摩擦板に用いられる摩擦材セグメント１２の正面図である。第２実施例では、摩擦材セグメント１２の摩擦面２５に形成する微細溝の延在方向が第１実施例と異なる。

第２実施例では、微細溝４０は摩擦材セグメント１２の周方向に等間隔で複数設けられている。図４から明らかなように、微細溝４０は、摩擦材セグメント１２の周方向の一端から他端まで延在している。

第２実施例においても、微細溝４０の幅、深さ、摩擦面２５に対する面積率は、第１実施例の場合と同様に設定する。

（第３実施例）
図５は、本発明の第３実施例の摩擦板に用いられる摩擦材セグメント１２の正面図である。第３実施例は、第１実施例と第２実施例とを組み合わせた構成であり、径方向（放射方向）に延在する微細溝３０と周方向に延在する微細溝４０とが、摩擦材セグメント１２の摩擦面２５に形成されている。

第３実施例では、等間隔で径方向に延在する微細溝３０と等間隔で周方向に延在する微細溝４０とを形成したため、第１実施例及び第２実施例に比べて摩擦面２５に対する面積率が高くなっているが、摩擦板３とセパレータプレート２との間の表面油膜を確保できるため、流体せん断抵抗を減少させることができる。

図５から明らかなように、微細溝３０は、摩擦材セグメント１２の内径端から外径端まで延在し、微細溝４０は、摩擦材セグメント１２の周方向の一端から他端まで延在している。

第３実施例においても、微細溝３０と微細溝４０の幅、深さ、摩擦面２５に対する面積率は第１実施例の場合と同様に設定する。

第２実施例及び第３実施例の摩擦材セグメント１２は、第１実施例で説明したように、図２に示すようにコアプレート２０に固定され、摩擦板３を構成することは言うまでもない。

上記実施例１乃至３のように微細溝を形成することで、湿式多板クラッチにおける引きずりトルクの低回転領域をさらに効果的に低減できる。また、微細溝３０及び４０の個数は、摩擦材セグメント１２の摩擦面２５の必要な摩擦面積を確保した上で、任意に設定できる。

図６は、本発明の各実施例と比較例（従来例）の効果を示すグラフである。縦軸に引きずりトルク（Ｎｍ）、横軸に相対回転数（ｒｐｍ）を表している。図６において、摩擦材セグメントの形状は同一であり、曲線Ａは、微細溝を設けていない比較例（従来例）を示し、曲線Ｃが図３に示す第１実施例、曲線Ｂが図４に示す第２実施例、曲線Ｄが図５に示す第３実施例をそれぞれ表している。微細溝を設けた各実施例は、比較例に比べて低回転領域における引きずりトルクを飛躍的に低減できることが分かる。

以上説明した本発明は、上記実施例に限定するものではなく、摩擦材セグメントの形状は、図示の形状以外のものも可能である。油溝の構成が異なる摩擦材セグメント、または油溝の形成されていない摩擦材セグメントでも可能である。

以上説明した本発明は、自動変速機を搭載する車両などにおいて利用できる。

１ クラッチドラム
２ セパレータプレート
３ 摩擦板
４ ハブ
５ スプライン
６ ピストン
８ スプライン
１０ 湿式多板クラッチ
１２ 摩擦材セグメント
１２ａ、１２ｂ 油溝
２０ コアプレート
２１ 油通路
２５ 摩擦面
３０ 微細溝
４０ 微細溝

Claims (5)

1. ほぼ環状のコアプレートに複数の摩擦材セグメントを環状かつ等配に固定して形成された湿式多板クラッチの摩擦板であって、
   前記摩擦材セグメントの表面に複数の微細溝が形成されており、
   複数の前記微細溝は、各々幅１０μｍ〜１０００μｍ、深さ１０μｍ〜３００μｍを有し、
   複数の全ての前記微細溝は、前記コアプレートの周方向に摩擦材セグメントの周方向の一端から他端まで延在していることを特徴とする摩擦板。
2. 複数の前記微細溝の各々は、ほぼ等間隔に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦板。
3. 前記各摩擦材セグメントに設けられた前記微細溝の総面積は、前記摩擦材セグメントの摩擦面の面積の１％〜２０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦板。
4. 前記摩擦材セグメントは、内径側に開口し、前記摩擦材セグメント内で終端する油溝と、外径側に開口し、前記摩擦材セグメント内で終端する油溝を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の摩擦板。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の摩擦板と、前記摩擦板と軸方向で交互に配置されたセパレータプレートとを備えた湿式多板クラッチ。

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