JP2017089716A - 摩擦板及び摩擦板を備えた湿式多板クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】引きずりトルクを低回転領域で効果的に低減することが可能な摩擦板及び湿式多板クラッチを提供する。【解決手段】複数の板状の摩擦材セグメント２２を環状のコアプレート１１に周方向に沿って固定してなる摩擦板２０であって、摩擦材セグメント２２の表面に微細溝２５が形成されており、微細溝２５の底に複数の突起部１６が形成されていることを特徴とする。【選択図】図３

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。

近年、自動車の燃費や排出ガスの規制が強化されている。自動車の燃費の向上を妨げる一因として、駆動抵抗の一部である自動変速機の湿式多板クラッチにおける引きずりトルクがある。引きずりトルクは、湿式多板クラッチの空転時に摩擦板とその相手プレートであるセパレータプレートの間に介在する潤滑油の粘性によって生じるものが挙げられる。

摩擦板における引きずりトルク低減の手法のひとつとして、摩擦材の表面に溝を形成し、摩擦材どうしの間に径方向へ連通する通路を設けた摩擦板が提案されている（例えば特許文献１を参照）。この摩擦板は、潤滑油が遠心力によって溝や通路から押し出された際にセパレータプレートを摩擦板から引き離そうと作用する動圧効果を利用するものである。しかしながら、斯かる摩擦板では、最近の引きずりトルク低減課題である燃費の損失が最も大きな低回転領域において引きずりトルクを十分に低減することができなかった。

低回転領域における引きずりトルクの低減のため、摩擦材の表面に、径方向内側の端部付近から延びて径方向外側の端部まで達する開口溝と、径方向外側の端部付近から延びて径方向内側の端部まで達する開口溝とを形成し、摩擦材どうしの間に径方向へ連通する通路を設けた摩擦板が提案されている（例えば特許文献２を参照）。この摩擦板は、通路から摩擦面上に引き込まれた潤滑油の排出を各開口溝で向上させることにより、潤滑油の粘性による抵抗を弱め、低回転領域で引きずりトルクを低減する一定の効果を示すものである。しかしながら、斯かる摩擦板は、低回転領域では遠心力が小さく潤滑油の排出に限界があるため、一定以上の引きずりトルクの低減効果を期待することができなかった。

また、摩擦材の表面に径方向内側の端部付近から延びて径方向外側の端部まで達する開口溝を形成し、摩擦材どうしの間に径方向へ連通する通路を設けた摩擦板も提案されている（例えば特許文献３を参照）。この摩擦板は、通路が径方向外側へ向かって周方向の幅が狭いため、潤滑油の摩擦面への流出を抑えることができる。また、開口溝が回転初期に発生する気泡を取り込むことにより、空気と潤滑油の気液混相流の状態（気体と液体の間の臨界状態、即ち潤滑油に気泡が満たされた状態）を作り出すことができる。これにより、潤滑油の粘性による抵抗が抑えられ、引きずりトルクを低減することができる。しかしながら、斯かる摩擦板における気液混相流の状態は、摩擦板の回転力が上がることによって作り出されるものである。このため、低回転領域、特に回転初期には気液混相流の状態を効果的に作り出すことができず、引きずりトルクを十分に低減することができなかった。

特開２００５−０７６７５９号公報 特開２００８−１９６５３５号公報 特開２０１４−１６９７８５号公報

上記特許文献１〜３のような従来の摩擦板は、上述のようにいずれも引きずりトルクを低回転領域で十分に低減することができないという問題があった。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、引きずりトルクを低回転領域で効果的に低減することが可能な摩擦板及び摩擦板を備えた湿式多板クラッチを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、
複数の板状の摩擦材セグメントを環状のコアプレートに周方向に沿って固定してなる摩擦板であって、
前記摩擦材セグメントの表面に微細溝が形成されており、
前記微細溝の底に複数の突起部が形成されていることを特徴とする摩擦板を提供する。

また本発明は、
上記摩擦板を備えたことを特徴とする湿式多板クラッチを提供する。

本発明によれば、引きずりトルクを低回転領域で効果的に低減することが可能な摩擦板及び摩擦板を備えた湿式多板クラッチを提供することができる。

図１は本発明の摩擦板を備えた湿式多板クラッチの部分断面図である。 図２（ａ）は摩擦板の部分正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中の摩擦材セグメントを示す拡大図である。 図３（ａ）は図２と異なる態様の摩擦板の部分正面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）中の摩擦材セグメントを示す拡大図である。 図４（ａ）は図２、３と異なる態様の摩擦板の部分正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）中の摩擦材セグメントを示す拡大図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明の第１実施例の溝底突起を備えた微細溝の拡大断面図及び拡大平面図であり、図５（ｃ）及び図５（ｄ）は本発明の第２実施例の溝底突起を備えた微細溝の拡大断面図及び拡大平面図であり、図５（ｅ）及び図５（ｆ）は本発明の第３実施例の溝底突起を備えた微細溝の拡大断面図及び拡大平面図である。 本発明の第１〜第３実施例の溝底突起を適用した摩擦板及び第１、第２比較例に係る摩擦板についての引きずりトルク試験結果を示すグラフである。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は本発明の第１比較例に係る摩擦板における摩擦材セグメントの摩擦面の拡大断面図及び拡大平面図であり、図７（ｃ）及び図７（ｄ）は本発明の第２比較例に係る摩擦板における摩擦材セグメントの微細溝の拡大断面図及び拡大平面図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は図２の摩擦板の摩擦材セグメントの変形例を示す図である。

本発明の摩擦板を備えた湿式多板クラッチについて添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、湿式多板クラッチ１は、自動車用自動変速機に使用されるものであり、ハブ２、複数のセパレータプレート３、複数の摩擦板４、ピストン５及びバッキングプレート６をクラッチケース７内に収納してなる。

クラッチケース７は、軸方向における一端を閉塞した略円筒形状をしており、セパレータプレート３や摩擦板４を冷却するための不図示の潤滑油が注入されている。
ハブ２は、クラッチケース７と同軸上で相対的に回転する軸部材である。

セパレータプレート３は、板状の円環部材であって、クラッチケース７の内周面に形成されたスプライン７ａに軸方向へ移動自在に嵌合している。
摩擦板４は、板状の円環部材であって、ハブ２の外周面に形成されたスプライン２ａに軸方向へ移動自在に嵌合している。なお、摩擦板４については後に詳述する。
クラッチケース７内において、セパレータプレート３と摩擦板４は軸方向において交互に配置され、これらを挟むようにピストン５とバッキングプレート６が配置されている。

ピストン５は、クラッチケース７に軸方向へ摺動可能に備えられており、不図示のリターンスプリングによってクラッチケース７の壁面７ｂ側へ付勢されている。ピストン５とクラッチケース７の内周面との間にはＯリング８が配置されており、ピストン５とクラッチケース７の壁面７ｂとの間に油圧室９が画成されている。

バッキングプレート６は、セパレータプレート３及び摩擦板４の移動を拘束するためにクラッチケース７の内周面に取り付けられた円環部材である。なお、バッキングプレート６は止め輪６ａによって固定されている。

斯かる構成の下、図１は湿式多板クラッチ１の開放状態を示しており、ピストン５がクラッチケース７の壁面７ｂに当接しセパレータプレート３と摩擦板４は互いに非接触となっている。この状態において油圧室９の圧力を上昇させることで、ピストン５がリターンスプリングの付勢力に抗して移動する。これにより、バッキングプレート６にセパレータプレート３と摩擦板４が押し付けられて互いに密着する。即ち、湿式多板クラッチ１は締結状態となり、クラッチケース７とハブ２が一体的に回転可能もしくは停止となる。なお、油圧室９の圧力を低下させると、ピストン５がリターンスプリングの付勢力によって退避し、湿式多板クラッチ１は開放状態に戻る。

次に湿式多板クラッチ１において最も特徴的な摩擦板４について説明する。なお、摩擦板４として図２、図３、図４に示す摩擦板１０、２０、３０をいずれも適用することが可能である。

図２（ａ）に示すように摩擦板１０は、薄板状の円環部材であるコアプレート１１と、コアプレート１１の両面に周方向に沿って等間隔に貼り付けられた複数の摩擦材セグメント１２とからなる。

図２（ｂ）に示すように、摩擦材セグメント１２は、摩擦材で構成された略正方形状の薄板部材であり、コアプレート１１の周方向へ延在する切り欠き部１３が形成されている。切り欠き部１３は、コアプレート１１の周方向における摩擦材セグメント１２の端部中央から延びて中心部で終端するＵ字形状をしており、コアプレート１１の軸方向において摩擦材セグメント１２を貫通している。
なお、コアプレート１１には、周方向に隣り合う２枚の摩擦材セグメント１２を切り欠き部１３どうしが対向するように並べて一組とし、コアプレート１１の全周にわたって複数組配置されている。斯かる摩擦材セグメント１２の配置及び切り欠き部１３の形状により、後述する気泡を切り欠き部１３に効果的に滞留させることができる。
また、摩擦材セグメント１２どうしの間に一定の間隔を空けたことにより、コアプレート１１の径方向へ延在して潤滑油を排出する油通路１４が形成されている。

摩擦材セグメント１２の表面には、コアプレート１１の周方向へ延びる緩やかな円弧状の微細溝１５が径方向に一定の間隔で複数形成されている。微細溝１５は断面が矩形状をしており、コアプレート１１の周方向における摩擦材セグメント１２の一端から他端まで延在している。なお、微細溝１５は円弧状に限られず直線状にしてもよい。

なお、摩擦材セグメント１２の微細溝１５の幅（径方向寸法）は、引きずりトルクを低回転領域で効果的に低減するために１００〜１０００μｍであることが好ましい。微細溝１５の幅が１００μｍよりも小さい場合、引きずりトルクを効果的に低減することができなくなってしまう。一方、微細溝１５の幅が１０００μｍよりも大きい場合、摩擦材セグメント１２の摩擦面、即ちセパレータプレート３に接触する部分の面積が小さくなるため、湿式多板クラッチ１の締結状態において摩擦材セグメント１２の耐久性が不足してしまう。

また、摩擦材セグメント１２の微細溝１５の深さは、引きずりトルクを低回転領域で効果的に低減するために幅の５０％以上であることが好ましい。微細溝１５の深さが幅の５０％よりも小さい場合、引きずりトルクを効果的に低減することができなくなってしまう。

また、微細溝１５の面積は、引きずりトルクを低回転領域で効果的に低減するために摩擦材セグメント１２の摩擦面の面積の１〜２０％であることが好ましい。微細溝１５の面積が摩擦材セグメント１２の摩擦面の面積の１％よりも小さい場合、引きずりトルクを効果的に低減することができなくなってしまう。一方、微細溝１５の面積が摩擦材セグメント１２の摩擦面の面積の２０％よりも大きい場合、摩擦特性が悪化してしまう。

図３（ａ）に示す摩擦板２０について、上記図２の摩擦板１０と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成について詳細に説明する。なおこのことは後述する摩擦板３０についても同じである。
図３（ｂ）に示すように摩擦板２０は、図２における摩擦材セグメント１２と同素材で同形状の摩擦材セグメント２２の表面に、コアプレート１１の径方向に延びる直線状の微細溝２５が一定の間隔で複数形成されている。微細溝２５はコアプレート１１の径方向における摩擦材セグメント２２の一端から他端まで延在している。なお、微細溝２５の幅（本実施例では周方向寸法）やその他の構成は図２における摩擦材セグメント１２の微細溝１５と同様である。
斯かる構成の図３における摩擦材セグメント２２は、図２における摩擦材セグメント１２と同様の効果を奏することができる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す摩擦板３０は、図２における摩擦材セグメント１２と同素材で同形状の摩擦材セグメント３２の表面に、コアプレート１１の径方向へ延びる複数の微細溝３５ａと、コアプレート１１の周方向に延びる緩やかな円弧状の複数の微細溝３５ｂとを格子状に設けたものである。
微細溝３５ａは摩擦材セグメント３２の径方向における一端から他端まで延在しており、微細溝３５ａ同士の間隔は一定である。また、微細溝３５ｂは摩擦材セグメント３２の周方向における一端から他端まで延在しており、微細溝３５ｂ同士の間隔は一定である。なお、微細溝３５ａ、３５ｂの幅やその他の構成は図２における摩擦材セグメント１２の微細溝１５と同様である。
斯かる構成の図４における摩擦材セグメント３２は、図２、図３における摩擦材セグメント１２、２２と同様の効果を奏することができる。

（第１実施例）
図２、図３、図４における摩擦材セグメント１２、２２、３２の微細溝１５、２５、３５ａ、３５ｂの底には、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す溝底突起１６が形成されている。溝底突起１６は、微細溝１５、２５、３５ａ、３５ｂの延在方向へ延びる複数本の突条からなる。
微細溝１５、２５、３５ａ、３５ｂ内の溝底突起１６の高さは、引きずりトルクを低回転領域で効果的に低減させるために、微細溝１５、２５、３５ａ、３５ｂの深さの５０％以下であることが好ましい。微細溝１５、２５、３５ａ、３５ｂ内の溝底突起１６の高さが微細溝１５、２５、３５ａ、３５ｂの深さの５０％より大きい場合、引きずりトルクを効果的に低減することができなくなってしまう。なお、このことは後述する第２、第３実施例についても同様である。

（第２実施例）
図２、図３、図４における摩擦材セグメント１２、２２、３２の微細溝１５、２５、３５ａ、３５ｂの底には、上記溝底突起１６の代わりに、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す溝底突起２６を形成してもよい。溝底突起２６は、大きさや寸法が不均一な略三角錐形状の多数の突起からなる。

（第３実施例）
図２、図３、図４における摩擦材セグメント１２、２２、３２の微細溝１５、２５、３５ａ、３５ｂの底には、上記溝底突起１６の代わりに、図５（ｅ）及び図５（ｆ）に示す溝底突起３６を形成してもよい。溝底突起３６は、溝底内に行列状に配置された多数の円柱形状の突起からなる。

次に、上述した摩擦材セグメントを有する摩擦板の詳細な使用状態を説明する。
例えば、図３の摩擦材セグメント２２（微細溝２５の底に第２実施例の溝底突起３６を形成したもの）を有する摩擦板２０を適用した湿式多板クラッチ１は、開放状態において、ハブ２の無回転時には摩擦材セグメント２２の切り欠き部１３、油通路１４及び微細溝２５に気泡が滞留している。ハブ２が回転（空転）し始めると、各部に滞留していた気泡は遠心力によって周方向へ移動するものの、摩擦板２０の径方向外側へ排出されにくく、摩擦材セグメント２２の切り欠き部１３、油通路１４、微細溝２５のいずれかに滞留する。このようにしてハブ２の回転初期から摩擦材セグメント２２に気泡を滞留させ、空気と潤滑油の気液混相流の状態（気体と液体の間の臨界状態、即ち潤滑油に気泡が満たされた状態）を作り出すことができる。特に、微細溝２５の溝底突起３６に気泡が引っ掛かかるようにして微細溝２５に気泡を効果的に滞留させることができるので、気液混相流の状態をより良好に作り出すことができる。以上より、摩擦材セグメント２２の周囲を潤滑油で満たした状態に比して、潤滑油の粘性による抵抗が大幅に小さくなり、低回転領域での引きずりトルクを飛躍的に低減することができる。

ここで、一例として上記各実施例の溝底突起１６、２６、３６を適用した図３の摩擦板２０に対して、下記表１に記載の条件の下、引きずりトルク測定試験機を用いて引きずりトルク試験を実施した結果を図６に示す。

なお、図６において、縦軸は引きずりトルク（Ｎｍ）、横軸はハブ２の回転数（ｒｐｍ）を示している。また、図６において、第１実施例は図３の摩擦板２０における摩擦材セグメント２２の微細溝２５に第１実施例の溝底突起１６を設けたものである。第２実施例は図３の摩擦板２０における摩擦材セグメント２２の微細溝２５に第２実施例の溝底突起２６を設けたものである。第３実施例は図３の摩擦板２０における摩擦材セグメント２２の微細溝２５に第３実施例の溝底突起３６を設けたものである。第１比較例は図３の摩擦板２０における摩擦材セグメント２２に微細溝２５を形成していないものである（図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照）。第２比較例は図３の摩擦板２０における摩擦材セグメント２２の微細溝２５に溝底突起１６、２６、３６を形成していないものである（図７（ｃ）及び図７（ｄ）を参照）。

図６中の曲線Ｄと曲線Ｅから、第２比較例に係る摩擦板が第１比較例に係る摩擦板よりも引きずりトルクを低減できることがわかる。即ち、摩擦板の摩擦材セグメント表面に微細溝を設けることにより引きずりトルクを低減できることがわかる。
図６中の曲線Ａ、曲線Ｃ及び曲線Ｅは、第１実施例に係る摩擦板２０と第３実施例に係る摩擦板２０と第２比較例に係る摩擦板との比較になり、回転数５００〜１０００の領域で第１実施例（曲線Ａ）及び第３実施例（曲線Ｃ）が第２比較例（曲線Ｅ）より引きずりトルクを低減できることがわかる。即ち、摩擦板の摩擦材セグメントの表面に微細溝を設け、微細溝の底に溝底突起をさらに設けることが、低回転領域で引きずりトルクの低減効果をもたらすことがわかる。

以上、湿式多板クラッチ１は摩擦板４として、上記各実施例の溝底突起１６、２６、３６のいずれかを適用した図２、図３、図４の摩擦板１０、２０、３０を用いることにより、引きずりトルクを低回転領域で効果的に低減することができる。なお、図２、図３、図４の摩擦板１０、２０、３０における摩擦材セグメント１２、２２、３２の形状、微細溝１５、２５の数、向き及び溝底突起の形状、切り欠き部１３の数や位置等は上述のものに限られず、以下に具体的な一例を述べるように適宜変更することが可能である。

図２、図３、図４の摩擦板１０、２０、３０における摩擦材セグメント１２、２２、３２は、上述のように周方向に隣り合う２枚の摩擦材セグメント１２、２２、３２を切り欠き部１３どうしが対向するように並べて一組とし、コアプレート１１に複数組配置されている。しかしこれに限られず、例えば図８（ａ）に示すように各摩擦材セグメント１２、２２、３２を切り欠き部１３が同方向を向くように並べてもよい、即ち周方向において同じ側の端部に設けられてもよい。また、各摩擦材セグメント１２、２２、３２はコアプレート１１の片面のみに貼り付ける構成としてもよい。

図２、図３、図４の摩擦板１０、２０、３０における摩擦材セグメント１２、２２、３２の切り欠き部１３は、コアプレート１１の周方向における端部の中央に１箇所設けられている。しかしこれに限られず、例えば図８（ｂ）に示すように両方の端部に位置をずらして計２箇所設けてもよい。

１ 湿式多板クラッチ
２ ハブ
３ セパレータプレート
４、１０、２０、３０ 摩擦板
５ ピストン
６ バッキングプレート
７ クラッチケース
１１ コアプレート
１２、２２、３２ 摩擦材セグメント
１３ 切り欠き部
１４ 油通路
１５、２５、３５ａ、３５ｂ 微細溝
１６、２６、３６ 溝底突起

Claims (10)

1. 複数の板状の摩擦材セグメントを環状のコアプレートに周方向に沿って固定してなる摩擦板であって、
   前記摩擦材セグメントの表面に微細溝が形成されており、
   前記微細溝の底に複数の突起部が形成されていることを特徴とする摩擦板。
2. 前記微細溝の幅が１００〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の摩擦板。
3. 前記微細溝の深さが前記微細溝の幅の５０％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦板。
4. 前記突起部の高さが前記微細溝の深さの５０％以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の摩擦板。
5. 前記微細溝が前記摩擦材セグメントの一端から他端まで延在していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の摩擦板。
6. 前記微細溝は、前記コアプレートの径方向に延在する溝と、前記コアプレートの周方向に延在する溝とからなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の摩擦板。
7. 前記微細溝の面積が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から請求項６のいずれか一項に記載の摩擦板。
8. 前記摩擦材セグメントには、前記コアプレートの周方向へ延在して気泡を滞留させる切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の摩擦板。
9. 複数の前記摩擦材セグメントを前記コアプレートに間隔をあけて配置することで前記コアプレートの径方向へ延在する通路が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の摩擦板。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の摩擦板を備えたことを特徴とする湿式多板クラッチ。

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