JPWO2017141346A1

JPWO2017141346A1 - 多板クラッチ

Info

Publication number: JPWO2017141346A1
Application number: JP2017567853A
Authority: JP
Inventors: 功廣田
Original assignee: Ｇｋｎドライブラインジャパン株式会社
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2036-02-16
Also published as: US20180223914A1; US10480588B2; EP3418598A4; EP3418598A1; JP6535111B2; CN108138860B; CN108138860A; WO2017141346A1

Abstract

軸に沿う方向に押圧力を行使可能な駆動機構と組み合わせて使用される多板クラッチは前記軸の周りに回転可能な第１の回転体にそれぞれ結合した一以上のコアプレートと、前記コアプレートと前記軸の方向に交互に配列され、前記軸の周りに回転可能な第２の回転体にそれぞれ結合し、前記駆動機構から前記押圧力を受けて前記軸に沿う方向に移動して前記コアプレートに摩擦的に接して前記第１の回転体を前記第２の回転体に対して制動する一以上のリアクションプレートと、前記各コアプレートにおいて前記リアクションプレートに接する面にそれぞれ固定され、それぞれ炭素繊維よりなり互いに直交するように編まれた経糸と緯糸とを含む、一以上の摩擦材と、前記各リアクションプレートにおいて前記コアプレートに接する面にそれぞれ形成された複数の有底溝と、を備える。

Description

本開示は、炭素繊維よりなる摩擦材を含む多板クラッチに関し、特にそれぞれ炭素繊維よりなり互いに織り合わされた経糸と緯糸よりなる摩擦材を含む湿式多板クラッチに関する。

自動車のドライブトレインを構成する幾つかの装置には、トルクの伝達を調節し、あるいは差動を制限する目的で、しばしば多板クラッチが利用される。これらの装置には潤滑油が封入されており、通常、この潤滑油を利用して多板クラッチは湿式の形式で運用される。十分な締結力が付与されたときには多板クラッチは大きな制動力を発揮するが、潤滑油はクラッチプレート間の滑動を促すので、締結力が減じられたときにはその程度に応じて制動力が減じられ、以ってトルクの伝達を連続的に調節することができ、あるいは差動の程度を調節することができる。

潤滑油が介在するとはいえ、頻繁にクラッチプレート間に滑りが発生するので、各クラッチプレートの磨耗は避けられない。磨耗粉は潤滑油の全体に広がり、これを劣化させる。また潤滑油に懸濁された磨耗粉は、装置の他の構成要素に溜り、その動作を妨げかねない。

クラッチの焼き付きを防ぐ等の目的のため、通常、多板クラッチの一方の群のプレートには摩擦材が接着されている。一般的に利用されるのは、パルプあるいは合成繊維よりなるペーパー摩擦材であり、繊維間の空孔は潤滑油を保持して潤滑性を維持するのに寄与する。さらに減摩材として、カーボン粉末をかかる空孔に担持せしめる場合もある。特許文献１は、関連する技術を開示する。

日本国特許出願公開平１１−２０１１８３号

炭素繊維よりなる摩擦材の磨耗特性について検討したところ、本発明者らは、緯糸に比して経糸の磨耗が著しいことを見出した。磨耗の偏りは多板クラッチの諸特性に不利であり、例えば焼き付きが起こりやすくなる。本発明者らは、経糸の磨耗が著しい問題の原因を究明し、以って以下の解決手段に想到した。

図１は、多板クラッチを備えたファイナルドライブの縦断面図である。図２は、摩擦材を備えたコアプレートの平面図である。図３は、有底溝を備えたリアクションプレートの平面図である。図４は、摩擦材の表面の模式的な平面図である。図５Ａは、第１の実施例によるリアクションプレートの表面の模式的な平面図である。図５Ｂは、第２の実施例によるリアクションプレートの表面の模式的な平面図である。図５Ｃは、第３の実施例によるリアクションプレートの表面の模式的な平面図である。図５Ｄは、第４の実施例によるリアクションプレートの表面の模式的な平面図である。図６Ａは、一の例によるリアクションプレートの断面図である。図６Ｂは、他の例によるリアクションプレートの断面図である。

図１ないし６Ｂを参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。各図において、Ｆは車両の前方を、Ａは後方を、Ｒは右方を、そしてＬは左方を表す。

以下の説明および請求の範囲を通じて、特段の説明がなければ、軸はクラッチの中心軸の意味である。また前後左右を区別することがあるが、これらは説明の便宜のために過ぎず、実施形態を制限するものではない。

本実施形態による多板クラッチは、トランスミッション、トルクマネージャあるいはリミテッドスリップデフ（ＬＳＤ）のごとき、ドライブトレインを構成する装置に好適に利用できるが、もちろんこれらに限られない。

図１に例示したファイナルドライブ１は、多板クラッチが利用される一例である。ファイナルドライブ１は、プロペラシャフトから伝達されたトルクを一対のリアアクスルに差動的に分配する。そのケーシング１０は、その内部に単一のチャンバ１５を画し、かかるチャンバ１５内に、デファレンシャルギア組３、多板クラッチ５、およびクラッチを制御する駆動機構７を内包する。前方において入力シャフト２１がプロペラシャフトと結合してトルクを受容し、デファレンシャルギア組３が介在して両側から一対のリアアクスルへトルクを出力する。多板クラッチ５はデファレンシャルギア組３の差動を制限する。

入力シャフト２１は、受容したトルクをギアを介してデファレンシャルギア組３へ伝達する。デファレンシャルギア組３は、概して、入力されたトルクにより軸Ｘ周りに回転するケース３３と、これと共に回転する複数のピニオンギア３５とを備え、ピニオンギア３５にそれぞれ噛合した一対のサイドギア３７，３９へ、トルクを差動的に出力する。各サイドギア３７，３９は右および左リアアクスルに結合する。

チャンバ１５には潤滑油が注入され、またシール部材１３が入力シャフト２１周りやアクスル周りを液密的に封ずることにより、潤滑油が内部に封じられる。潤滑油は、ケース３３や各ギアの回転に伴いチャンバ１５内を循環し、多板クラッチ５を含めた各要素を潤滑する。

多板クラッチ５と駆動機構７は、デファレンシャルギア組３に同軸に支持され、互いに軸方向に隣り合っている。多板クラッチ５は軸Ｘ周りに回転可能だが駆動機構７は回り止めされており、また駆動機構７は軸Ｘに沿う方向に多板クラッチ５に押圧力を及ぼす。

多板クラッチ５は、複数のクラッチ板５１，６１を備え、インナクラッチ板５１とアウタクラッチ板６１とは交互に配列されている。インナクラッチ板５１はサイドギア３９に駆動的に結合し、アウタクラッチ板６１はケース３３に駆動的に結合している。駆動機構７より押圧力が作用したときには、クラッチ板５１，６１が互いに接し、さらに摩擦的に互いを制動することにより、サイドギア３９をケース３３に対して制動する。すなわち多板クラッチ５はデファレンシャルギア組３の差動を制限する。

以下に説明する例においては、インナクラッチ板５１は摩擦材を備えたコアプレートであり、アウタクラッチ板６１はリアクションプレートであるが、この関係は逆であってもよい。

図２を参照するに、インナクラッチ板５１は、低炭素鋼のごとき剛直な素材よりなる比較的に薄い板であって、その全体は概して円環状である。円環の中心は、軸Ｘに略一致している。円環の内周からは複数のキー５５が径方向に内方に突出しており、かかるキー５５はサイドギア３９が備えるスプラインに係合する。以ってインナクラッチ板５１はサイドギア３９に駆動的に結合し、また軸Ｘに沿う方向には移動可能である。

インナクラッチ板５１の、通常には両面は、アウタクラッチ板６１に対向する面５３であって、これらの面５３にはそれぞれ一以上の摩擦板５７が接着により固定されている。各摩擦板５７は一体の円環状であってもよく、あるいは図示のごとく複数枚の摩擦板５７が円環状に面５３上に並べられていてもよい。摩擦板５７はインナクラッチ板５１の両面５３より僅かに突出しているので、アウタクラッチ板６１に直接に接するのはこれらの摩擦板５７である。

図４を参照するに、摩擦板５７はそれぞれ炭素繊維よりなる。炭素繊維よりなる経糸Ｆ１は数十本から数百本の程度で平行に束ねられて繊維束をなし、同様に炭素繊維よりなる緯糸Ｆ２も繊維束をなす。これらの繊維束は互いに直交するように編まれ、以って摩擦板５７が構成されている。これらの繊維束の幅ｗｂは、それぞれ例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

摩擦板５７はまた、特定の方向になるように向けられてインナクラッチ板５１に固定される。すなわち、図４の例では、基準点となる摩擦板５７の中央において、経糸Ｆ１は軸Ｘに関して径方向に平行であり、緯糸Ｆ２は周方向Ｃに平行である。ただし基準点から周方向Ｃに離れるに従ってそれぞれ平行からずれてくるので、摩擦板５７の全体を見れば、緯糸Ｆ２は周方向Ｃに対して例えば０から４５度の角をなし、経糸Ｆ１は周方向Ｃに対して例えば４５から９０度の角をなす。また基準点は摩擦板５７の中央に限らず例えば端であることもありうる。

図３を参照するに、アウタクラッチ板６１も低炭素鋼のごとき剛直な素材よりなる比較的に薄い板であって、その全体は概して円環状である。円環の中心は、軸Ｘに略一致している。円環の外周からは複数のタブ６５が径方向に外方に突出しており、かかるタブ６５はケース３３が備えるキー溝に係合する。以ってアウタクラッチ板６１はケース３３に駆動的に結合し、また軸Ｘに沿う方向には移動可能である。

経糸Ｆ１間や緯糸Ｆ２間の隙間は、潤滑油を保持することができ、アウタクラッチ板６１が摩擦板５７に接したときに、かかる潤滑油は界面に供給されて界面を潤滑する。アウタクラッチ板６１は摩擦板５７に対して周方向Ｃにのみ相対的に移動するので、これに平行な緯糸Ｆ２は潤滑油を連続的に供給し続けることができるが、これに略直交する経糸Ｆ１は極めて速やかに潤滑油を保持できなくなる。その結果、経糸Ｆ１は局所的な油膜切れを起こして磨耗してしまう。

上述のごとき問題を克服するべく、アウタクラッチ板６１は経糸Ｆ１に潤滑油を供給する手段を備える。かかる手段は、例えば、アウタクラッチ板６１においてインナクラッチ板５１に接する面６３にそれぞれ形成された、Ｕ溝、Ｖ溝、矩形溝、あるいは自由形状溝のごとき有底溝６７である。有底溝６７は潤滑油を保持することができ、且つ、経糸Ｆ１間や緯糸Ｆ２間の隙間よりも多量に潤滑油を保持することができる。有底溝６７は、アウタクラッチ板６１に対して相対運動することにより、界面に潤滑油を供給する。

図５Ａを参照するに、一例によれば、有底溝６７はアウタクラッチ板６１の面６３の全体を平行に走る直線状の溝である。アウタクラッチ板６１がインナクラッチ板５１に対して周方向Ｃに相対運動するとき、少なくとも１回転につき２回、有底溝６７は経糸Ｆ１に平行になり（緯糸Ｆ２に直交する）、また１回転につき２回、経糸Ｆ１に直交する（緯糸Ｆ２に平行になる）。かかる過程において、経糸Ｆ１、緯糸Ｆ２、および有底溝６７の間で潤滑油が交換され、経糸Ｆ１は潤滑油の供給を受けることができる。それゆえ摩擦板５７は局所的な油膜切れを起こしにくく、偏った磨耗を防ぐことができる。

このような有底溝６７は、研削、旋削、あるいは機械加工の何れによっても形成することができる。例えば研削によれば、比較的に粗い砥粒よりなる砥石車を回転させておき、かかる砥石車下にアウタクラッチ板６１を一方向にくぐらせることにより、平行な直線状の有底溝６７を形成することができる。研削は製作効率が高い点で有利である。かかる方法によれば、断面を表す図６Ｂに示すごとく、通常には隣接する有底溝６７同士は接し、アウタクラッチ板６１の面６３はテクスチャ６９を有する粗面となる。あるいは図６Ａに示すごとく、隣接する有底溝６７は一定の程度離れていてもよい。そのような有底溝６７を形成するには、機械加工が適しているだろう。

有底溝６７は数μｍの程度の深さを持てば上述の効果を奏しうるが、浅すぎれば効果が限定的であるので、好ましくは深さ１μｍ以上である。あるいは算術平均粗さＲａが０．４μｍ以上１．３μｍ以下である。さらにあるいは最大高さＲｙが４．５μｍ以上１３．０μｍ以下である。また溝が密であるほうが効果が高まるが溝の幅が小さくなれば効果が限定的となるので、有底溝６７のピッチｐないし幅ｗは、好ましくは５μｍ以上２ｍｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以上１００μｍ以下である。

既に述べた通り、有底溝６７のピッチｐないし幅ｗも、摩擦板５７における繊維束の幅ｗｂも、好ましい範囲から任意にその値を選択することができる。そこで有底溝６７のピッチｐないし幅ｗを、繊維束の幅ｗｂに対して相対的な値として決めてもよい。繊維束の幅に比して有底溝６７の分布が粗である程、繊維束は潤滑油を供給される頻度が減り、密であるほどその効果が期待できる。そこで例えば有底溝のピッチｐないし幅ｗは繊維束の幅ｗｂより小とすることができる。特に経糸Ｆ１の繊維束の幅に注目してピッチｐないし幅ｗを規定することができる。

有底溝６７は、また、図５Ｂに示すごとく周方向Ｃに沿った互いに同心な円弧状ないし円状であってもよい。かかる有底溝６７は常に経糸Ｆ１に略直交し、緯糸Ｆ２に略平行であるが、有底溝６７を介して経糸Ｆ１に潤滑油が常に供給されるので、同様に局所的な磨耗を防ぐことができる。

かかる円弧ないし円の中心は、軸Ｘに一致していてもよく、あるいは軸Ｘからある程度ずれていてもよい。アウタクラッチ板６１が摩擦板５７に対して相対的に回転するとき、円弧ないし円が軸Ｘと同心な場合は、有底溝６７は摩擦板５７に対して常に同一の位置を走るが、異心の場合は、摩擦板５７に対して位置を変えながら走る。潤滑油を界面にまんべんなく行き渡らせるには後者のほうが有利である。円弧状ないし円状の有底溝６７は、旋削により容易に形成することができる。旋削も製作効率が高い点で有利である。

あるいは有底溝６７は、図５Ｃに示すごとく、互いに一定の角度をもって交わる直線ないし曲線よりなるものであってもよい。さらにまた有底溝６７は、図５Ｄに示すごとく、適宜に選択された中心から延びる放射状ないし渦状であってもよい。放射ないし渦の中心は、軸Ｘに一致していてもよく、あるいは軸Ｘからある程度ずれていてもよい。これらは製作のためのコストが高くなる点では不利だが、遠心力を利用して潤滑油の循環を促すことができる点では有利である。

好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。

局部的な磨耗を防ぐことができる多板クラッチが提供される。

Claims

軸に沿う方向に押圧力を行使可能な駆動機構と組み合わせて使用される多板クラッチであって、
前記軸の周りに回転可能な第１の回転体にそれぞれ結合した一以上のコアプレートと、
前記コアプレートと前記軸の方向に交互に配列され、前記軸の周りに回転可能な第２の回転体にそれぞれ結合し、前記駆動機構から前記押圧力を受けて前記軸に沿う方向に移動して前記コアプレートに摩擦的に接して前記第１の回転体を前記第２の回転体に対して制動する一以上のリアクションプレートと、
前記各コアプレートにおいて前記リアクションプレートに接する面にそれぞれ固定され、それぞれ炭素繊維よりなり互いに直交するように編まれた経糸束と緯糸束とを含む、一以上の摩擦材と、
前記各リアクションプレートにおいて前記コアプレートに接する面にそれぞれ形成された複数の有底溝と、
を備えた多板クラッチ。
請求項１の多板クラッチであって、前記有底溝の間のピッチは前記経糸束の幅より小である、多板クラッチ。
請求項１の多板クラッチであって、前記有底溝は前記コアプレートに接する前記面の全体において互いに平行な直線である、多板クラッチ。
請求項１の多板クラッチであって、前記有底溝は互いに同心な円弧ないし円である、多板クラッチ。
請求項１の多板クラッチであって、前記有底溝は前記軸に関して径方向に向けられた放射線である、多板クラッチ。
請求項１ないし５の何れか１項の多板クラッチであって、前記有底溝は深さ１μｍ以上である、多板クラッチ。
請求項１ないし５の何れか１項の多板クラッチであって、前記有底溝は幅５μｍ以上２ｍｍ以下である、多板クラッチ。
請求項１ないし５の何れか１項の多板クラッチであって、前記軸に関して周方向に対して前記経糸が４５から９０度の角をなすべく、前記摩擦材は向けられている、多板クラッチ。