JP2004052960A

JP2004052960A - フライホイール

Info

Publication number: JP2004052960A
Application number: JP2002213618A
Authority: JP
Inventors: Masaru Iijima; 飯島　勝
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-23
Also published as: JP4119191B2

Abstract

【課題】放熱性能に優れ、軽量化の要求に対応しやすい、フライホイール（とくに大型車両用のフライホイール）の提供を目的とする。
【解決手段】鋳鉄製のホイール体２１と、その少なくともクラッチ装置との摩擦面２５を除く表面にホイール体２１の鋳鉄よりも熱伝導率の高いアルミ合金鋳物から形成される放熱部２２と、を備える。ホイール体２１は、マグネシウムの含有量が０．００５〜０．０２重量％になる、黒鉛の組織形態が芋虫状の鋳鉄から形成する
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クラッチ装置との摩擦面を備えるフライホイールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の動力伝達系に用いられるクラッチ装置の一例を図１０に基づいて説明する。１はエンジンのクランクシャフト８に取り付けられるフライホイールであり、その後面にクラッチ装置２が配置される。クラッチカバー３の内側にクラッチディスク４，プレッシャプレート５，クラッチスプリング６（皿ばね）、などが組み付けられる。
【０００３】
クラッチディスク４は、クラッチシャフト７にスプライン嵌合され、フライホイール１との間およびプレッシャプレート５との間に働く摩擦力により、フライホイール１からの動力をクラッチシャフト７を介してトランスミッションへ伝達する。プレッシャプレート５は、皿ばね６の付勢力により、クラッチディスク４をフライホイール１に押圧するが、クラッチペダルに連動するスリーブ９が皿ばね６の中央部を押すと、皿ばね６の外周部が支点１０を介して持ち上がり、プレッシャプレート５とクラッチディスク４との間およびフライホイール１とクラッチディスク４との間が離れるので、フライホイール１からクラッチシャフト７へ動力が伝達されないようになる。
【０００４】
フライホイール１は鋳造されるが、バスやトラックなど大型車両の場合、鋳放しのままに冷却されると、黒鉛の組織形態が片状の鋳鉄になる。片状黒鉛鋳鉄製の場合、クラッチディスク４との摩擦熱により、熱応力が発生すると、黒鉛先端の応力集中が顕著になり、熱亀裂を発生しやすい。そのため、球状黒鉛鋳鉄が得られるよう、添加剤にマグネシウム（Ｍｇを単独に添加すると、激しく反応するため、Ｎｉ〜Ｍｇ合金が使用される）を加えて鋳造することが考えられる。球状黒鉛鋳鉄は、機械的性質に優れ、フライホイール１において、クラッチディスク４との摩擦熱による熱亀裂も発生しづらくなるが、その一方で熱伝導率が低く、放熱性能が十分に得られず、クラッチ性能を害する可能性が懸念される。
【０００５】
この点を改善するため、黒鉛の形状や分布状態など組織の異なる２種の鋳鉄からフライホイールを形成するようにしたものが開示される（特開平９−４２３７８号、参照）。フライホイールは、芋虫状黒鉛鋳鉄製のホイール体と、片状黒鉛鋳鉄製の放熱部と、から構成される。芋虫状黒鉛鋳鉄は、重量比０．００５〜０．０２％のＭｇを含有するものであり、黒鉛が芋虫状に散在する組織形態になり、片状黒鉛鋳鉄と球状黒鉛鋳鉄との中間に位置づけられるものである。つまり、片状黒鉛鋳鉄よりは、黒鉛先端の応力集中が緩和され、球状黒鉛鋳鉄よりは、熱伝導性が良い、という性質を備えるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような従来技術を踏まえつつ、放熱性能に優れ、軽量化の要求に対応しやすい、フライホイールの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、クラッチ装置との摩擦面を備えるフライホイールにおいて、鋳鉄製のホイール体と、その少なくともクラッチ装置との摩擦面を除く表面にホイール体の鋳鉄よりも熱伝導率の高いアルミ合金鋳物から形成される放熱部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明に係るフライホイールにおいて、ホイール体は、マグネシウムの含有量が０．００５〜０．０２重量％になる、黒鉛の組織形態が芋虫状の鋳鉄から作られることを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明に係るフライホイールにおいて、放熱部は、アルミ合金鋳物にホイール体を鋳ぐるむことにより結合されることを特徴とする。
【００１０】
第４の発明は、第１の発明に係るフライホイールにおいて、放熱部は、冷却フィンを備えることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、第１の発明に係るフライホイールにおいて、ホイール体は、厚肉の外周部と、クランクシャフトとの取付部を形成する中央部と、これらを継ぐように形成される薄肉の中間部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明に係るフライホイールにおいて、ホイール体は、薄肉の中間部に中央部を中心とする放射状のリブを備えることを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
第１の発明においては、鋳鉄製のホイール体に対し、その少なくともクラッチ装置との摩擦面を除く表面に放熱部がホイール体の鋳鉄よりも熱伝導性の高いアルミ合金鋳物から形成される。アルミ合金鋳物は、軽金属のため、放熱部（放熱領域）を効率よく合理的に大きく取れるようになり、鋳鉄どうしの組み合わせ品（特開平９−４２３７８号の開示内容）よりも、格段に高い放熱性能が得られる。また、フライホイールに要求される性能（引張強度など）の範囲において、ホイール体に対する放熱部の体積比を大きく設定することにより、フライホイールの軽量化も大いに促進可能となる。
【００１４】
第２の発明においては、ホイール体が芋虫（バーミキュラ）状黒鉛鋳鉄のため、黒鉛先端の応力集中が緩和され、熱亀裂の抑制が図れる。具体的には、マグネシウムの含有量を０．００５〜０．０２重量％に設定することにより、フライホイールに要求される、引張強度などを確保しつつ、放熱性能も満足させることができる。
【００１５】
第３の発明においては、アルミ合金鋳物にホイール体を鋳ぐるむことにより、ホイール体と放熱部との良好な結合状態が容易に得られる。
【００１６】
第４の発明においては、放熱部の冷却フィンにより、フライホイールの放熱性能が大幅に向上する。その性能アップ分、ホイール体において、引張強度などを高めるため、マグネシウムの含有量を０．０２重量％以上に設定することにより、黒鉛の組織形態を球状に近づけることも可能となる。
【００１７】
第５の発明においては、厚肉の外周部により、フライホイールの必要な慣性質量が合理的に確保され、薄肉の中間部により、放熱部の体積比も無理なく稼げるようになる。
【００１８】
第６の発明においては、フライホイールの放熱性能を確保しながら、ホイール体の薄肉部を効率よく補強できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、第１の実施形態を表すものであり、フライホイール２０は、ホイール体２１と放熱部２２と、から構成される。ホイール体２１は、厚肉の外周部２１ａと、エンジンのクランクシャフトとの取付部を形成する中央部２１ｂと、これらを継ぐように形成される薄肉の中間部２１ｃと、を備える。これら部分２１ａ〜２１ｃは、重量比０．００５〜０．０２％のマグネシウム（Ｍｇ）を含有する、黒鉛の組織形態が芋虫（バーミキュラ）状の鋳鉄を材料に一体に鋳造される。
【００２０】
外周部２１ａは、最大肉厚の縁部２３と、肉厚の稍小さい円盤部２４と、からなり、円盤部２４に摩擦面２５が形成され、縁部２３にリングギヤ２６が嵌め付けられる。取付部２１ｂは、クラッチシャフトの貫通する軸穴２７と、円形の位置決め凹部２９と、その底部に配置される複数のボルト穴２８と、が備えられ、円盤部２４と同程度の肉厚に形成され、クランクシャフト後端（凹部２９に嵌合する）にボルト穴２８を介して締付ボルトにより取り付けられる。中間部２１ｃは、外周の円盤部２４と中央の取付部２１ｂとの間を継ぐ薄肉の円錐部に形成される。
【００２１】
放熱部２２は、熱伝導率の高いアルミ合金鋳物から形成される。図２においては、取付部２１ｂと縁部２３との間で円盤部２４と円錐部２１ｃとにより形成される凹部３０ａ（前面側に開口する）の内面に対する被覆部２２ａと、円盤部２４と取付部２１ｂとの間で円錐部２１ｃにより形成される凹部３０ｂ（後面側に開口する）の内面に対する被覆部２２ｂと、から構成される。これら被覆部２２ａ，２２ｂは、ホイール体２１に対する鋳ぐみにより、強固に結合されるのである。
【００２２】
表１は、Ｍｇの含有量が異なる鋳鉄の試験片に対する、熱伝導率測定，引張強度試験，熱亀裂発生試験、の結果を示すものである。
【表１】

熱伝導率は、試験片の両側に熱電対温度センサを取り付け、試験片の一方の側面にレーザ光線を照射して所定の熱量を与え、熱電対温度センサの検出される温度の推移（経時的な変化）から計測したものである。引張強度は、ＪＩＳ　Ｚ　２２０１の試験片を用いてＪＩＳ　Ｚ　２２４１の方法に基づく試験によるものである。
【００２３】
熱亀裂発生試験は、固定の試験片に回転台のライニング材を押し付けながら、回転台を回転させる（試験片とライニング材との間に摩擦熱を発生させる）一方、所定時間の経過後、回転台のライニング材から試験片を離し、その摩擦面（試験片の端面）に冷却水を吹き付ける。所定時間の吹き付けが終わると、目視で観察することにより、試験片に熱亀裂が発生するまでの間、ライニング材との摩擦と冷却水の吹き付けを１サイクルに繰り返し実施するのである。試験結果の数値は、熱亀裂の発生が観察されるまでの間に繰り返されるサイクルの回数を表す。
【００２４】
この試験結果をグラフ化したのが図３であり、Ｍｇの含有量が増えるに従って、引張強度および熱亀裂発生時期は向上するものの、熱伝導率の方は低下するのである。Ｍｇの含有率が０．０２重量％を超えると、クラッチ装置の放熱性能からフライホイールに要求される熱伝導率４０Ｗ／ｍＫ以上の確保が得られない。Ｍｇの含有率が０．００５重量％未満のときは、クラッチ装置の剛性からフライホイールに要求される引張強度３００ＭＰａ以上、クラッチ装置の耐久性からフライホイールに要求される熱亀裂発生時期１００回以上、の確保が得られない。
【００２５】
ホイール体２１は、Ｍｇの含有量が０．００５〜０．０２重量％の芋虫状黒鉛鋳鉄から形成されるので、熱伝導率４０Ｗ／ｍＫ以上、引張強度３００ＭＰａ以上、熱亀裂発生時期１００回以上、の要求を満たせるのである。引張強度の向上（Ｍｇの含有率０重量％の試験片Ｎｏ．４に対比する）により、肉厚が薄く設定可能となる。具体的には、既述のように薄肉の中間部２１ｃが設けられ、縁部２３を除く全体の肉厚も稍薄く形成される。そして、アルミ合金鋳物の放熱部２２により、薄肉の中間部２１ｃを中心に補強される。アルミ合金鋳物の熱伝導率は、図４のように片状黒鉛鋳鉄（芋虫状黒鉛鋳鉄よりも熱伝達率が高い）と較べても２倍程度も高いので、放熱性能の顕著な向上が得られるのである。
【００２６】
放熱部２２が軽金属のため、要求性能の範囲において、ホイール体２１と放熱部２２との体積比によっては、フライホイール２０の大幅な軽量化が図れるようになる。薄肉の円錐部２１ｃにより、ホイール体２１に対する放熱部２２との体積比（最大で３：１程度）を無理なく稼げるようになる。フライホイール２０は、外周の縁部２３が厚肉に残されるので、全体の軽量化に拘わらず、必要な慣性質量は確保される。なお、フライホイール２０について、車両への実装試験の結果を従来品と比較すると、耐久性に係る評価は、図５のようになる。
【００２７】
図６および図７は、第２の実施形態を表すものであり、放熱部２２において、取付部２１ｂと縁部２３との間で円盤部２４と円錐部２１ｃとにより形成される凹部３０ａ（前面側に開口する）の内面に対する被覆部２２ａに複数の冷却フィン３１が放射状に一体成形される。これにより、被覆部２２ａからの放熱量が効果的に増加するので、放熱性能はさらに一段とアップするのである。また、その（冷却フィン３１による放熱性能のアップ）分、ホイール体２１の引張強度および熱亀裂発生時期を高めるため、Ｍｇの含有量を０．０２重量％以上に設定することにより、黒鉛の組織形態を機械的性質に優れる球状に近づけることも可能となる。
【００２８】
図８および図９は、第３の実施形態を表すものであり、ホイール体２１は、凹部３０ｂの薄肉部２１ｃの円錐面に取付部２１ｂを中心とする放射状のリブ３２が一体成形される。薄肉の中間部２１ｃにより、ホイール体２１に対する放熱部２２の体積比が無理なく稼げるようになり、フライホイール２０の高い放熱性能を確保しながら、ホイール体２１の薄肉部２１ｃも効率よく補強できるのである。
【００２９】
図６および図７、図８および図９において、図１および図２と同一の部位に同一の符号を付ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を表すフライホイールの後面図である。
【図２】同じくＡ−Ａ断面図である。
【図３】引張強度，熱伝導率，熱亀裂発生時期、の試験結果を表すグラフである。
【図４】熱伝導率の比較図である。
【図５】実装試験の評価を表すグラフである。
【図６】第２の実施形態を表すフライホイールの前面図である。
【図７】同じくＢ−Ｂ断面図である。
【図８】第３の実施形態を表すフライホイールの後面図である。
【図９】同じくＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】クラッチ装置の一例を説明する断面図である。
【符号の説明】
２０　フライホイール
２１　ホイール体
２１ａ　外周部
２１ｂ　取付部（中央部）
２１ｃ　円錐部（中間部）
２２，２２ａ，２２ｂ　放熱部
２５　摩擦面
３１　冷却フィン
３２　リブ

Claims

クラッチ装置との摩擦面を備えるフライホイールにおいて、鋳鉄製のホイール体と、その少なくともクラッチ装置との摩擦面を除く表面にホイール体の鋳鉄よりも熱伝導率の高いアルミ合金鋳物から形成される放熱部と、を備えることを特徴とするフライホイール。
ホイール体は、マグネシウムの含有量が０．００５〜０．０２重量％になる、黒鉛の組織形態が芋虫状の鋳鉄から作られることを特徴とする請求項１に記載のフライホイール。
放熱部は、アルミ合金鋳物にホイール体を鋳ぐるむことにより結合されることを特徴とする請求項１に記載のフライホイール。
放熱部は、冷却フィンを備えることを特徴とする請求項１に記載のフライホイール。
ホイール体は、厚肉の外周部と、クランクシャフトとの取付部を形成する中央部と、これらを継ぐように形成される薄肉の中間部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のフライホイール。
ホイール体は、薄肉の中間部に中央部を中心とする放射状のリブを備えることを特徴とする請求項５に記載のフライホイール。