JP3797789B2

JP3797789B2 - Electromagnetic friction clutch

Info

Publication number: JP3797789B2
Application number: JP08894898A
Authority: JP
Inventors: 直行酒井; 浩一鈴木; 暁彦池田; 充大葉
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2018-04-01
Also published as: JPH11287258A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁式摩擦クラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
摩擦クラッチの一形式として、特開平７−７１５６３号公報に示されているように、インナクラッチプレートとアウタクラッチプレートを備え、磁力の作用にて前記両クラッチプレートを摩擦係合させるように構成された電磁式摩擦クラッチがある。当該電磁式摩擦クラッチは、内外回転部材間のトルク伝達を行うメインクラッチを作動させるパイロットクラッチ機構に構成されて、駆動力伝達装置に組み込まれている。また、各クラッチプレートにおいては、その摩擦係合面が所定の面粗度の凹凸形状に形成されていて、その凸部が摩擦係合することによりパイロットクラッチ機構が作動するようになっている。この場合、摩擦係合面の凹部には、電磁摩擦クラッチを潤滑および冷却するためのオイルが保持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、摩擦クラッチにおいては、長期間の使用により、各クラッチプレートの摩擦係合面の凹凸形状が消失して摩擦係合面が鏡面化する。摩擦係合面に凹凸形状が残っている場合にはその凹部内にオイルが保持されるが、摩擦係合面が鏡面化すると摩擦係合面間にオイルの油膜が形成されやすくなり、両クラッチプレート間の相対回転が小さい場合には、両クラッチプレート間に存在するオイルの油膜力が摩擦係合力より大きくて、両クラッチプレートの相対回転に対する伝達トルクが漸次低下する現象が認められる。
【０００４】
図３に示すグラフａおよびｃは、当該電磁摩擦クラッチを構成機構とする駆動力伝達装置の新品、および長期間使用後を見立てた耐久試験の前後における両クラッチプレート間の相対回転数と伝達トルクの関係を示している。同図におけるグラフにおいて、グラフｃは両クラッチプレートが新品（耐久試験前）で所定の面粗度に形成されている場合、グラフａは両クラッチプレートが長期間使用されてその表面が摩耗して鏡面化した場合（耐久試験後）の場合である。グラフａにみられるように、摩擦クラッチの長期間の使用により、両クラッチプレートの表面が摩耗して鏡面化すると、両クラッチプレート間の相対回転が小さい場合には、伝達トルクが大きく減少することが認められる。
【０００５】
また、両クラッチプレート間には、摩擦係合面の凹凸形状に起因するギャップが存在する。このギャップは、摩擦クラッチが磁力の作用にて摩擦係合する電磁式摩擦クラッチにおいては、作用する磁力を減少させて摩擦クラッチの摩擦係合力を低下させるが、このギャップは摩擦クラッチ毎の平坦度（面粗度）のバラツキにより一定せず、このことは電磁式摩擦クラッチにおける製品毎のトルク伝達特性のバラツキとなる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、これらの問題に対処して、電磁式摩擦クラッチのトルク伝達特性を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、互いに相対回転可能に同軸上に支持した外側回転部材と内側回転部材の間に位置して摩擦係合により同両回転部材間のトルク伝達を行うメインクラッチ機構と、電磁力の作用により摩擦係合するインナクラッチプレートとアウタクラッチプレートを備えた電磁式パイロットクラッチ機構と、同パイロットクラッチ機構の摩擦係合力を前記メインクラッチ機構に伝達して同メインクラッチ機構を摩擦係合させるカム機構を備え、前記パイロットクラッチ機構の摩擦係合力を調整して前記外側回転部材と内側回転部材に伝達される駆動力分配比を制御する駆動力伝達装置において、前記パイロットクラッチ機構を構成する両クラッチプレートがその摩擦係合面にそれぞれ所定の粗面度の凹凸を形成した鉄製の摩擦プレートであって、これら摩擦プレートのいずれか一方の摩擦係合面に窒素拡散層を介して窒素化合物層が２０−４０μｍの厚みに形成され同窒素化合物層の表面に酸化被膜が形成されていることを特徴とする駆動力伝達装置を提供するものである。
【０００８】
本発明に係る電磁式摩擦クラッチにおいて、前記複層構造のクラッチプレートは、鉄製の基材からなるプレートを、ガス窒化−酸化−急冷処理することにより形成される。
【０００９】
【発明の作用・効果】
本発明に係る電磁式摩擦クラッチにおいては、採用する複層構造のクラッチプレートは、表面側から酸化被膜、窒素化合物層、および窒素拡散層を有するもので、耐腐食性、耐摩耗性、および耐疲労性が相乗的に発揮されて、摩擦係合面での鏡面化が防止される。このため、摩擦係合面の鏡面化に起因する両クラッチプレート間での伝達トルクの低下が抑制されて、電磁式摩擦クラッチにおけるトルク伝達特性を向上させることができる。
【００１０】
この場合、インナクラッチプレートとアウタクラッチプレートは、硬度差がある方が伝達トルクが大きくなるため、硬度が大きい複層構造のクラッチプレートはインナクラッチプレート又はアウタクラッチプレートのいずれか一方に採用することが有利である。
【００１１】
また、複層構造のクラッチプレートは、その構造上から透磁率が低下して磁力の強度を若干低下させるが、磁力の低下はクラッチプレートの平坦度（面粗度）のバラツキの影響を減少させるべく機能し、新品時における駆動力伝達装置の製品毎のトルク伝達特性のバラツキを小さくする。
さらに、本発明は上記した三層構造のクラッチプレートとしたことにより、従来のものに比較して、駆動力伝達装置の長期間の使用後におけるトルク伝達特性を向上させ、長期間使用後においても新品時におけるトルク伝達特性を維持することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明すると、図１には、本発明に係る電磁式摩擦クラッチを採用した駆動力伝達装置が示されている。駆動力伝達装置１０は、図２に示すように、四輪駆動車における後輪側への駆動力伝達経路に搭載される。
【００１３】
当該四輪駆動車において、トランスアクスル２１は、トランスミッション、トランスファ、およびフロントディファレンシャルを一体に備えているもので、エンジン２２の駆動力をトランスアクスル２１を介して、両アクスルシャフト２３ａに出力して左右の前輪２３ｂを駆動させるとともに、プロペラシャフト２４側に出力する。プロペラシャフト２４は、駆動力伝達装置１０を介してリヤディファレンシャル２５に連結しており、プロペラシャフト２４とリヤディファレンシャル２５がトルク伝達可能に連結された場合には、駆動力はリヤディファレンシャル２５に伝達され、同ディファレンシャル２５から両アクスルシャフト２６ａへ出力されて左右の後輪２６ｂを駆動させる。
【００１４】
駆動力伝達装置１０は、リヤディファレンシャル２５とともにディファレンシャルキャリヤ２７内に収容されて同キャリヤ２７に支持されていて、同キャリヤ２７を介して車体に支持されるもので、図１に示すように、外側回転部材であるアウタケース１０ａ、内側回転部材であるインナシャフト１０ｂ、メインクラッチ機構１０ｃ、パイロットクラッチ機構１０ｄ、およびカム機構１０ｅを備えている。本発明に係る電磁式摩擦クラッチは、パイロットクラッチ機構１０ｄとして構成されている。
【００１５】
アウタケース１０ａは、有底筒状のフロントハウジング１１ａと、フロントハウジング１１ａの後端開口部に螺着されて同開口部を覆蓋するリヤハウジング１１ｂとからなり、フロントハウジング１１ａは非磁性材料であるアルミ合金にて形成されており、またリヤハウジング１１ｂは磁性材料である鉄にて形成されている。リヤハウジング１１ｂの径方向の中間部には、非磁性材料であるステンレス製の筒体１１ｂ1が埋設されていて、筒体１１ｂ1は環状の非磁性部位を形成している。
【００１６】
リヤハウジング１１ｂの後端外周部に形成されているネジ部には、ナット部材１１ｃが進退可能に螺着されている。ナット部材１１ｃは、フロントハウジング１１ａを後端側から締付けていて、フロントハウジング１１ａのネジ部をリヤハウジング１１ｂのネジ部に押圧して、これら両ネジ部間のガタを解消している。
【００１７】
アウタケース１０ａは、フロントハウジング１１ａの前端部外周にてディファレンシャルキャリヤ２７に回転可能に支持され、かつ、リヤハウジング１１ｂの後端部外周にてディファレンシャルキャリヤ２７に回転可能に支持されている。フロントハウジング１１ａの前端部には、プロペラシャフト２４の後端部がトルク伝達可能に連結される。
【００１８】
インナシャフト１０ｂは、リヤハウジング１１ｂの中央部を液密的に貫通してフロントハウジング１１ａ内に挿入されていて、軸方向の移動を規制された状態でフロントハウジング１１ａとリヤハウジング１１ｂに回転可能に支持されている。インナシャフト１０ｂには、ドライブピニオンシャフト２８の先端部が挿入されてトルク伝達可能に連結される。
【００１９】
メインクラッチ機構１０ｃは、湿式多板式の摩擦クラッチであって、多数のクラッチプレート（インナクラッチプレート１２ａ、アウタクラッチプレート１２ｂ）を備えており、フロントハウジング１１ａの奥壁側に配設されている。摩擦クラッチを構成する各インナクラッチプレート１２ａは、インナシャフト１０ｂの外周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられ、かつ、各アウタクラッチプレート１２ｂは、フロントハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられている。各インナクラッチプレート１２ａと各アウタクラッチプレート１２ｂとは交互に位置して、互いに当接して摩擦係合するとともに、互いに離間して自由状態になる。
【００２０】
パイロットクラッチ機構１０ｄは、本発明の一例に係る電磁式摩擦クラッチであり、電磁石１３、摩擦クラッチ１４、およびアーマチャ１５を備えている。電磁石１３は環状を呈しているもので、ヨーク１６に嵌着された状態でリヤハウジング１１ｂの環状凹所に嵌合されている。ヨーク１６は、ディファレンシャルキャリヤ２７に支持されていて、リヤハウジング１１ｂの後端部の外周に回転可能に支持されている。
【００２１】
摩擦クラッチ１４は、複数のクラッチプレート（インナクラッチプレート１４ａ，アウタクラッチプレート１４ｂ）からなる湿式多板式の摩擦クラッチであり、各インナクラッチプレート１４ａは、後述するカム機構１０ｅを構成する第１カム部材１７の外周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられ、かつ、各アウタクラッチプレート１４ｂは、フロントハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられている。各インナクラッチプレート１４ａと各アウタクラッチプレート１４ｂとは交互に位置して、互いに当接して摩擦係合するとともに、互いに離間して自由状態になる。
【００２２】
なお、両クラッチプレート１４ａ，１４ｂの摩擦係合面は所定の面粗度の凹凸形状に形成されていて、その凸部が摩擦係合することによりパイロットクラッチ機構１０ｄを作動するようになっている。この場合、摩擦係合面の凹部内には、パイロットクラッチ機構１０ｄを潤滑および冷却するためのオイルが保持される。
【００２３】
アーマチャ１５は環状を呈するもので、フロントハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられていて、摩擦クラッチ１４の一側に位置して対向している。
【００２４】
パイロットクラッチ機構１０ｄの以上の構成においては、電磁石１３の電磁コイルへの通電により、ヨーク１６、リヤハウジング１１ｂ、摩擦クラッチ１４、アーマチャ１５、摩擦クラッチ１４、リヤハウジング１１ｂ、およびヨーク１６間に磁路が形成される。なお、電磁石１３の電磁コイルへの通電の断続はスイッチの切り替えによりなされ、後述する３つの駆動モードを選択できるようになっている。スイッチは、車室内の運転席の近傍に配設されていて、運転者が容易に操作し得るようになっている。なお、このスイッチは、後述する第２の駆動モードのみの構成とすればなくてもよい。
【００２５】
カム機構１０ｅは、第１カム部材１７、第２カム部材１８、およびカムフォロアー１９にて構成されている。第１カム部材１７および第２カム部材１８には、対向面に互いに対向するカム溝が周方向に所定間隔を保持して複数形成されている。第１カム部材１７は、インナシャフト１０ｂの外周に回転可能に嵌合されて、リヤハウジング１１ｂに回転可能に支承されており、その外周に摩擦クラッチ１４の各インナクラッチプレート１４ａがスプライン嵌合している。
【００２６】
第２カム部材１８は、インナシャフト１０ｂの外周にスプライン嵌合されて一体回転可能に組付けられて、メインクラッチ機構１０ｃのインナクラッチプレート１２ａに対向して位置している。この第２カム部材１８と第１カム部材１７の互いに対向するカム溝には、ボール状のカムフォロアー１９が介在している。
【００２７】
なお、電磁石１３の電磁コイルへ通電するためのリード線１３ａにおいては、電磁コイル側の先端部が合成樹脂製の支持部材１６ａ内に埋設されていて、支持部材１６ａはヨーク１６に嵌着されている。これにより、リード線１３ａと回転部材であるアウタケース１０ａとの接触を阻止して、これらの接触による断線の発生を防止している。
【００２８】
かかる構成の駆動力伝達装置１０においては、パイロットクラッチ機構１０ｄを構成する電磁石１３の電磁コイルへの通電がなされていない場合には磁路は形成されず、摩擦クラッチ１４は非係合状態にある。このため、パイロットクラッチ機構１０ｄは非作動の状態にあって、カム機構１０ｅを構成する第１カム部材１７は、カムフォロアー１９を介して第２カム部材１８と一体回転可能であり、メインクラッチ機構１０ｃは非作動の状態にある。このため、車両は二輪駆動の第１の駆動モードを構成する。
【００２９】
一方、電磁石１３の電磁コイルへ通電されると、パイロットクラッチ機構１０ｄには磁路が形成されて、電磁石１３はアーマチャ１５を吸引する。このため、アーマチャ１５は摩擦クラッチ１４を押圧して摩擦係合させ、カム機構１０ｅの第１カム部材１７をフロントハウジング１１ａ側へ連結させて、第２カム部材１８との間に相対回転を生じさせる。この結果、カム機構１０ｅでは、カムフォロアー１９が両カム部材１７，１８を互いに離間する方向へ押圧する。
【００３０】
この結果、第２カム部材１８はメインクラッチ機構１０ｃ側へ押圧されて、メインクラッチ機構１０ｃを摩擦クラッチ１４の摩擦係合力に応じて摩擦係合させ、アウタケース１０ａとインナシャフト１０ｂ間のトルク伝達を行う。このため、車両はプロペラシャフト２４とドライブピニオンシャフト２８が非結合状態で連続的に可変の四輪駆動の第２の駆動モードを構成する。この駆動モードでは、走行状態に応じて、前後輪間の駆動力分配比を１００：０（二輪駆動状態）〜５０：５０（直結四輪駆動状態）に制御することができる。
【００３１】
また、電磁石１３の電磁コイルへの印加電流を所定の値に高めると、電磁石１３のアーマチャ１５に対する吸引力が増大し、アーマチャ１５は強く吸引されて摩擦クラッチ１４の摩擦係合力を増大させ、両カム部材１７，１８間の相対回転を増大させる。この結果、カムフォロアー１９は、第２カム部材１８に対する押圧力を高めてメインクラッチ機構１０ｃを結合状態とする。このため、車両はプロペラシャフト２４とドライブピニオンシャフト２８が直結した四輪駆動の第３の駆動モードを構成する。
【００３２】
しかして、駆動力伝達装置１０においては、パイロットクラッチ機構１０ｄの摩擦クラッチ１４は鉄製の基材を基本構成とする複層構造に形成され、また、アウタクラッチプレート１４ｂは鉄製の基材からなる単層構造に形成されているもので、これら両クラッチプレート１４ａ，１４ｂの摩擦係合面は所定の面粗度に形成されている。
【００３３】
複層構造であるインナクラッチプレート１４ａは、鉄製の基材の表面側に窒素拡散層を、窒素拡散層の表面側に窒素化合物層を、窒素化合物層の表面側に酸化被膜を有する複層構造体である。このような複合構造体は、ガス窒化−酸化−急冷処理することにより形成される。
【００３４】
ガス窒化−酸化−急冷処理は、近年複合表面処理法として開発されたもので、この複合処理法はナイトロテック法（英国ルーカル社の登録商標）として知られている。
【００３５】
インナクラッチプレート１４ａは、アウタクラッチプレート１４ｂと同一の基材をナイトロテック処理したもので、例えば、先づ鉄製の基材を窒素雰囲気中、５００〜６００℃で１〜２時間加熱するガス軟窒化処理し、次いで、酸素雰囲気中、高温で短時間酸化処理し、最後に、水−油のエマルジョン液中で急冷することにより形成される。このナイトロテック処理においては、ガス軟窒化処理により窒素化合物層と窒素拡散層がそれぞれ２０〜４０μｍ程度の厚さに形成され、酸化処理により酸化被膜が０．５〜１．５μｍ程度の厚みに形成され、急冷により強硬度となる。
【００３６】
このように構成したパイロットクラッチ機構１０ｄを構成する摩擦クラッチ１４においては、採用する複層構造のクラッチプレート１４ａは、表面側から酸化被膜、窒素化合物層、および窒素拡散層を有する複層構造のもので、耐腐食性、耐摩耗性、および耐疲労性が相乗的に発揮されて、摩擦係合面での鏡面化が防止される。
【００３７】
図３に示すグラフｂは、新品時における両クラッチプレート１４ａ，１４ｂの摩擦係合面の面粗度を従来のものと同等にした場合における、長期間の使用後を見立てた耐久試験後の両クラッチプレート１４ａ，１４ｂ間の相対回転数と伝達トルクの関係を示している。この場合には、同図のグラフｂに示すように、摩擦係合面の鏡面化により両摩擦係合面間に形成されるオイルの油膜力に起因する両クラッチプレート１４ａ，１４ｂ間での伝達トルクの低下が抑制されて、同図のグラフａに示す従来のものに比較して、駆動力伝達装置１０におけるトルク伝達特性を向上させることができる。
【００３８】
この場合、インナクラッチプレート１４ａとアウタクラッチプレート１４ｂ間では硬度差があるため、伝達トルクが大きくなって有利である。
【００３９】
また、複層構造のインナクラッチプレート１４ａは、その構造上から透磁率が低下して磁力の強度を若干低下させるが、磁力の低下はクラッチプレートの平坦度（面粗度）のバラツキの影響を減少すべく作用し、電磁式摩擦クラッチにおける製品毎のトルク伝達特性のバラツキを小さくする。
【００４０】
図４は、インナクラッチプレート１４ａとして、複層構造と単層構造のクラッチプレートをそれぞれ採用した場合の、各パイロットクラッチ機構１０ｄに生じる磁束密度と磁界強度との関係を示すグラフであり、また、図５は、これらの各パイロットクラッチ機構１０ｄにおけるクラッチプレートの平坦度（面粗度）とアーマチャ１５の吸引力の関係を示すグラフである。
【００４１】
図４および図５のグラフにおいて、グラフａは複層構造のインナクラッチプレート１４ａを採用した場合の結果であり、グラフｂは単層構造のインナクラッチプレート１４ａを採用した場合の結果である。これらの結果から明らかなように、複層構造のインナクラッチプレート１４ａを採用した場合は、単層構造のインナクラッチプレート１４ａを採用した場合に比較して、磁界強度が小さくてアーマチャ１５に対する吸引力が弱く、また、クラッチプレートの摩擦係合面における平坦度（面粗度）の変化に対する吸引力の変化は小さい。このことは、パイロットクラッチ機構１０ｄにおける製品毎のトルク伝達特性のバラツキが小さくなることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る電磁式摩擦クラッチであるパイロットクラッチ機構を組み込んだ駆動力伝達装置の断面図である。
【図２】同駆動力伝達装置を搭載した四輪駆動車の概略構成図である。
【図３】クラッチプレートにおける摩擦係合面の各種面粗度の従来のパイロットクラッチ機構における相対回転数と伝達トルクの関係を示すグラフである。
【図４】複層構造と単層構造のクラッチプレートをそれぞれ採用した場合の各パイロットクラッチ機構に生じる磁束密度と磁界強度との関係を示すグラフである。
【図５】これらのパイロットクラッチ機構におけるクラッチプレートの平坦度とアーマチャの吸引力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…駆動力伝達装置、１０ａ…アウタケース、１０ｂ…インナシャフト、１０ｃ…メインクラッチ機構、１０ｄ…パイロットクラッチ機構、１０ｅ…カム機構、１１ａ…フロントハウジング、１１ｂ…リヤハウジング、１１ｂ1…筒体、１１ｃ…ナット部材、１２ａ…インナクラッチプレート、１２ｂ…アウタクラッチプレート、１３…電磁石、１３ａ…リード線、１４…摩擦クラッチ、１４ａ…インナクラッチプレート、１４ｂ…アウタクラッチプレート、１５…アーマチャ、１６…ヨーク、１６ａ…支持部材、１７…第１カム部材、１８…第２カム部材、１９…カムフォロアー、２１…トランスアクスル、２２…エンジン、２３ａ…アクスルシャフト、２３ｂ…前輪、２４…プロペラシャフト、２５…リヤディファレンシャル、２６ａ…アクスルシャフト、２６ｂ…後輪、２７…ディファレンシャルキャリヤ、２８…ドライブピニオンシャフト。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic friction clutch.
[0002]
[Prior art]
As one type of friction clutch, as disclosed in JP-A-7-71563, an inner clutch plate and an outer clutch plate are provided, and the clutch plates are frictionally engaged by the action of magnetic force. There is an electromagnetic friction clutch. The electromagnetic friction clutch is configured as a pilot clutch mechanism that operates a main clutch that transmits torque between the inner and outer rotating members, and is incorporated in the driving force transmission device. Further, in each clutch plate, the friction engagement surface is formed in a concavo-convex shape with a predetermined surface roughness, and the pilot clutch mechanism is operated by the friction engagement of the convex portion. In this case, oil for lubricating and cooling the electromagnetic friction clutch is held in the concave portion of the friction engagement surface.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a friction clutch, the uneven | corrugated shape of the friction engagement surface of each clutch plate lose | disappears by long-term use, and a friction engagement surface becomes a mirror surface. When the concave and convex shapes remain on the frictional engagement surface, oil is retained in the concave portion. However, when the frictional engagement surface is mirrored, an oil film of oil is easily formed between the frictional engagement surfaces. When the relative rotation between the plates is small, a phenomenon is observed in which the oil film force of the oil existing between the two clutch plates is larger than the friction engagement force, and the transmission torque with respect to the relative rotation of the two clutch plates gradually decreases.
[0004]
Graphs a and c shown in FIG. 3 show the relative rotational speed between the clutch plates and the transmission torque before and after a new driving force transmission device including the electromagnetic friction clutch as a constituent mechanism and a durability test after long-term use. Shows the relationship. In the graph in the figure, graph c shows that when both clutch plates are new (before the durability test) and have a predetermined surface roughness, graph a shows that both clutch plates have been used for a long time and their surfaces have worn. This is the case when it is mirror-finished (after the durability test). As shown in graph a, when the friction clutch surfaces are worn and mirrored due to long-term use of the friction clutch, the transmission torque is greatly reduced when the relative rotation between the clutch plates is small. Is recognized.
[0005]
In addition, a gap due to the uneven shape of the friction engagement surface exists between both clutch plates. In an electromagnetic friction clutch in which the friction clutch is frictionally engaged by the action of a magnetic force, this gap decreases the friction engagement force of the friction clutch by reducing the acting magnetic force. It is not constant due to variations in (surface roughness), and this is a variation in torque transmission characteristics for each product in an electromagnetic friction clutch.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to address these problems and improve the torque transmission characteristics of an electromagnetic friction clutch.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention is, each other initiative Relative rotatably same both rotated by frictional engagement positioned between the outer side rotating member and the inner side rotating member which is supported coaxially member a main clutch mechanism for torque transmission between a solenoid type pilot clutch mechanism example Bei the inner clutch plate and the outer clutch plates frictionally engaged by the action of the electromagnetic force, the main clutch a frictional engagement force of the pilot clutch mechanism A cam mechanism that frictionally engages the main clutch mechanism by transmitting to the mechanism, and adjusts the friction engagement force of the pilot clutch mechanism to control the driving force distribution ratio transmitted to the outer rotating member and the inner rotating member. in the driving force transmission apparatus, iron both clutch plates constituting the pilot clutch mechanism to form the unevenness of each predetermined rough surface of its frictional engagement surface It is a friction plate, and a nitrogen compound layer is formed to a thickness of 20-40 μm on the friction engagement surface of one of these friction plates via a nitrogen diffusion layer, and an oxide film is formed on the surface of the nitrogen compound layer. there is provided a driving force transmission device, characterized in that there.
[0008]
In the electromagnetic friction clutch according to the present invention, the multilayer clutch plate is formed by subjecting a plate made of an iron base material to gas nitriding-oxidizing-rapid cooling.
[0009]
[Operation and effect of the invention]
In the electromagnetic friction clutch according to the present invention, the multi-layered clutch plate employed has an oxide film, a nitrogen compound layer, and a nitrogen diffusion layer from the surface side, and is resistant to corrosion, abrasion, and resistance. Fatigue is exhibited synergistically, and mirroring at the friction engagement surface is prevented. For this reason, the fall of the transmission torque between both clutch plates resulting from mirror-finishing of a friction engagement surface is suppressed, and the torque transmission characteristic in an electromagnetic friction clutch can be improved.
[0010]
In this case, the inner clutch plate and the outer clutch plates, since Write hardness difference increases the transmission torque, the clutch plate hardness is greater multilayer structure to one of the inner clutch plates or A SONG clutch plate It is advantageous to adopt.
[0011]
In addition, the clutch plate having a multi-layer structure has a lower magnetic permeability due to its structure and slightly lowers the strength of the magnetic force, but the lowering of the magnetic force reduces the influence of variations in the flatness (surface roughness) of the clutch plate. The variation in the torque transmission characteristics of each product of the driving force transmission device when it is new is reduced.
Furthermore, the present invention provides the above-described three-layer clutch plate, thereby improving the torque transmission characteristics after a long-term use of the driving force transmission device compared to the conventional one, and even after a long-term use. Torque transmission characteristics when new can be maintained.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a driving force transmission device employing an electromagnetic friction clutch according to the present invention. As shown in FIG. 2, the driving force transmission device 10 is mounted on a driving force transmission path to the rear wheel side in a four-wheel drive vehicle.
[0013]
In the four-wheel drive vehicle, the transaxle 21 is integrally provided with a transmission, a transfer, and a front differential, and the driving force of the engine 22 is output to both axle shafts 23a via the transaxle 21 and left and right. The front wheel 23b is driven and output to the propeller shaft 24 side. The propeller shaft 24 is coupled to the rear differential 25 via the driving force transmission device 10. When the propeller shaft 24 and the rear differential 25 are coupled so as to be able to transmit torque, the driving force is transmitted to the rear differential 25. The differential 25 is output to both axle shafts 26a to drive the left and right rear wheels 26b.
[0014]
The driving force transmission device 10 is housed in a differential carrier 27 together with the rear differential 25 and is supported by the carrier 27, and is supported by the vehicle body via the carrier 27. As shown in FIG. An outer case 10a that is a rotating member, an inner shaft 10b that is an inner rotating member, a main clutch mechanism 10c, a pilot clutch mechanism 10d, and a cam mechanism 10e are provided. The electromagnetic friction clutch according to the present invention is configured as a pilot clutch mechanism 10d.
[0015]
The outer case 10a includes a bottomed cylindrical front housing 11a and a rear housing 11b that is screwed into a rear end opening of the front housing 11a to cover the opening. The front housing 11a is made of a nonmagnetic material. The rear housing 11b is made of iron which is a magnetic material. A stainless steel cylinder 11b1, which is a nonmagnetic material, is embedded in the radial intermediate portion of the rear housing 11b, and the cylinder 11b1 forms an annular nonmagnetic part.
[0016]
A nut member 11c is screwed to a screw portion formed on the rear end outer peripheral portion of the rear housing 11b so as to be able to advance and retreat. The nut member 11c fastens the front housing 11a from the rear end side, presses the screw portion of the front housing 11a against the screw portion of the rear housing 11b, and eliminates backlash between these two screw portions.
[0017]
The outer case 10a is rotatably supported by the differential carrier 27 on the outer periphery of the front end portion of the front housing 11a, and is rotatably supported by the differential carrier 27 on the outer periphery of the rear end portion of the rear housing 11b. The rear end portion of the propeller shaft 24 is connected to the front end portion of the front housing 11a so that torque can be transmitted.
[0018]
The inner shaft 10b penetrates the central portion of the rear housing 11b in a liquid-tight manner and is inserted into the front housing 11a. The inner shaft 10b is rotatable to the front housing 11a and the rear housing 11b in a state where movement in the axial direction is restricted. It is supported. A distal end portion of the drive pinion shaft 28 is inserted into the inner shaft 10b so as to be able to transmit torque.
[0019]
The main clutch mechanism 10c is a wet multi-plate friction clutch, and includes a large number of clutch plates (an inner clutch plate 12a and an outer clutch plate 12b), and is disposed on the back wall side of the front housing 11a. Each of the inner clutch plates 12a constituting the friction clutch is spline fitted to the outer periphery of the inner shaft 10b so as to be movable in the axial direction, and each of the outer clutch plates 12b is splined to the inner periphery of the front housing 11a. It is assembled so that it can be fitted and moved in the axial direction. The inner clutch plates 12a and the outer clutch plates 12b are alternately positioned so as to contact each other and frictionally engage with each other, and are separated from each other to be in a free state.
[0020]
The pilot clutch mechanism 10 d is an electromagnetic friction clutch according to an example of the present invention, and includes an electromagnet 13, a friction clutch 14, and an armature 15. The electromagnet 13 has an annular shape, and is fitted in the annular recess of the rear housing 11b while being fitted to the yoke 16. The yoke 16 is supported by the differential carrier 27 and is rotatably supported on the outer periphery of the rear end portion of the rear housing 11b.
[0021]
The friction clutch 14 is a wet multi-plate friction clutch including a plurality of clutch plates (an inner clutch plate 14a and an outer clutch plate 14b), and each inner clutch plate 14a is a first cam member constituting a cam mechanism 10e described later. The outer clutch plate 14b is assembled to the outer periphery of the front housing 11a so as to be movable in the axial direction. The outer clutch plate 14b is assembled to the inner periphery of the front housing 11a so as to be movable in the axial direction. Yes. The inner clutch plates 14a and the outer clutch plates 14b are alternately positioned so as to contact each other and frictionally engage with each other, and are separated from each other to be in a free state.
[0022]
The friction engagement surfaces of both clutch plates 14a and 14b are formed in an uneven shape with a predetermined surface roughness, and the pilot clutch mechanism 10d is operated when the protrusions are frictionally engaged. . In this case, oil for lubricating and cooling the pilot clutch mechanism 10d is held in the recess of the friction engagement surface.
[0023]
The armature 15 has an annular shape, and is assembled to the inner periphery of the front housing 11a by spline fitting so as to be movable in the axial direction.
[0024]
In the above configuration of the pilot clutch mechanism 10d, the magnetic path between the yoke 16, the rear housing 11b, the friction clutch 14, the armature 15, the friction clutch 14, the rear housing 11b, and the yoke 16 is energized by energizing the electromagnetic coil of the electromagnet 13. Is formed. Note that the energization of the electromagnetic coil of the electromagnet 13 is intermittently performed by switching a switch, and three drive modes described later can be selected. The switch is arranged in the vicinity of the driver's seat in the passenger compartment so that the driver can easily operate it. This switch need not be configured only in the second drive mode described later.
[0025]
The cam mechanism 10 e includes a first cam member 17, a second cam member 18, and a cam follower 19. The first cam member 17 and the second cam member 18 are formed with a plurality of cam grooves facing each other on the opposing surfaces while maintaining a predetermined interval in the circumferential direction. The first cam member 17 is rotatably fitted to the outer periphery of the inner shaft 10b and is rotatably supported by the rear housing 11b. The inner clutch plates 14a of the friction clutch 14 are spline-fitted to the outer periphery thereof. ing.
[0026]
The second cam member 18 is spline-fitted to the outer periphery of the inner shaft 10b and assembled so as to be integrally rotatable, and is positioned facing the inner clutch plate 12a of the main clutch mechanism 10c. A ball-shaped cam follower 19 is interposed in the cam grooves of the second cam member 18 and the first cam member 17 facing each other.
[0027]
In addition, in the lead wire 13 a for energizing the electromagnetic coil of the electromagnet 13, the tip portion on the electromagnetic coil side is embedded in the synthetic resin support member 16 a, and the support member 16 a is fitted to the yoke 16. Yes. As a result, contact between the lead wire 13a and the outer case 10a, which is a rotating member, is prevented, and occurrence of disconnection due to these contacts is prevented.
[0028]
In the driving force transmission device 10 having such a configuration, when the electromagnetic coil of the electromagnet 13 constituting the pilot clutch mechanism 10d is not energized, no magnetic path is formed, and the friction clutch 14 is in an unengaged state. . Therefore, the pilot clutch mechanism 10d is in an inoperative state, and the first cam member 17 constituting the cam mechanism 10e can rotate integrally with the second cam member 18 via the cam follower 19, and the main clutch mechanism 10c is in an inactive state. For this reason, the vehicle constitutes a first drive mode of two-wheel drive.
[0029]
On the other hand, when the electromagnetic coil of the electromagnet 13 is energized, a magnetic path is formed in the pilot clutch mechanism 10 d and the electromagnet 13 attracts the armature 15. For this reason, the armature 15 presses and frictionally engages the friction clutch 14, connects the first cam member 17 of the cam mechanism 10 e to the front housing 11 a side, and causes relative rotation with the second cam member 18. Let As a result, in the cam mechanism 10e, the cam follower 19 presses both the cam members 17 and 18 away from each other.
[0030]
As a result, the second cam member 18 is pressed toward the main clutch mechanism 10c, and the main clutch mechanism 10c is frictionally engaged according to the friction engagement force of the friction clutch 14, thereby transmitting torque between the outer case 10a and the inner shaft 10b. I do. For this reason, the vehicle constitutes a second drive mode of four-wheel drive that is continuously variable with the propeller shaft 24 and the drive pinion shaft 28 being uncoupled. In this drive mode, the driving force distribution ratio between the front and rear wheels can be controlled from 100: 0 (two-wheel drive state) to 50:50 (directly connected four-wheel drive state) according to the running state.
[0031]
Further, when the current applied to the electromagnetic coil of the electromagnet 13 is increased to a predetermined value, the attractive force of the electromagnet 13 with respect to the armature 15 is increased, and the armature 15 is strongly attracted to increase the frictional engagement force of the friction clutch 14. The relative rotation between the cam members 17 and 18 is increased. As a result, the cam follower 19 increases the pressing force against the second cam member 18 to bring the main clutch mechanism 10c into the coupled state. For this reason, the vehicle constitutes a third drive mode of four-wheel drive in which the propeller shaft 24 and the drive pinion shaft 28 are directly connected.
[0032]
Thus, in the driving force transmission device 10, the friction clutch 14 of the pilot clutch mechanism 10d is formed in a multi-layer structure having an iron base as a basic structure, and the outer clutch plate 14b is a single base made of an iron base. The frictional engagement surfaces of both clutch plates 14a and 14b are formed to have a predetermined surface roughness.
[0033]
The inner clutch plate 14a having a multilayer structure has a multilayer structure having a nitrogen diffusion layer on the surface side of an iron base, a nitrogen compound layer on the surface side of the nitrogen diffusion layer, and an oxide film on the surface side of the nitrogen compound layer. Is the body. Such a composite structure is formed by gas nitriding-oxidation-quenching treatment.
[0034]
The gas nitridation-oxidation-quenching treatment has been developed in recent years as a composite surface treatment method, and this composite treatment method is known as the Nitrotech method (registered trademark of UK RUKAL).
[0035]
The inner clutch plate 14a is the same base material as the outer clutch plate 14b, which is subjected to a nitrotech treatment. For example, gas soft nitriding is performed by heating an iron base material at 500 to 600 ° C. for 1 to 2 hours in a nitrogen atmosphere. And then oxidized for a short time at high temperature in an oxygen atmosphere and finally quenched by quenching in a water-oil emulsion. In this Nitrotech treatment, a nitrogen compound layer and a nitrogen diffusion layer are formed to a thickness of about 20 to 40 μm by gas soft nitriding treatment, and an oxide film is formed to a thickness of about 0.5 to 1.5 μm by oxidation treatment. It becomes strong by rapid cooling.
[0036]
In the friction clutch 14 constituting the pilot clutch mechanism 10d constructed as described above, the adopted multilayer clutch plate 14a has a multilayer structure having an oxide film, a nitrogen compound layer, and a nitrogen diffusion layer from the surface side. Thus, the corrosion resistance, the wear resistance, and the fatigue resistance are synergistically exhibited and the mirror engagement on the friction engagement surface is prevented.
[0037]
A graph b shown in FIG. 3 shows both of the two after the endurance test, assuming the long-term use when the surface roughness of the friction engagement surfaces of both clutch plates 14a and 14b is equal to that of the conventional one. The relationship between the relative rotational speed between the clutch plates 14a and 14b and the transmission torque is shown. In this case, as shown in the graph b of the same figure, transmission between the clutch plates 14a and 14b due to the oil film force of the oil formed between the two friction engagement surfaces by mirroring the friction engagement surface. The torque reduction is suppressed, and the torque transmission characteristic in the driving force transmission device 10 can be improved as compared with the conventional one shown in the graph a of FIG.
[0038]
In this case, since there is a difference in hardness between the inner clutch plate 14a and the outer clutch plate 14b, the transmission torque is advantageously increased.
[0039]
Further, the inner clutch plate 14a having a multi-layer structure lowers the magnetic permeability from the structure and slightly reduces the strength of the magnetic force. However, the decrease in the magnetic force has an effect of variations in the flatness (surface roughness) of the clutch plate. Acts to reduce, and reduces variation in torque transmission characteristics for each product in the electromagnetic friction clutch.
[0040]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the magnetic flux density generated in each pilot clutch mechanism 10d and the magnetic field strength when a clutch plate having a multi-layer structure and a single-layer structure is employed as the inner clutch plate 14a. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the flatness (surface roughness) of the clutch plate and the attractive force of the armature 15 in each of the pilot clutch mechanisms 10d.
[0041]
In the graphs of FIGS. 4 and 5, graph a is a result when the inner clutch plate 14a having a multilayer structure is employed, and graph b is a result when the inner clutch plate 14a having a single layer structure is employed. As is clear from these results, when the inner clutch plate 14a having a multi-layer structure is employed, the magnetic field strength is small and the attractive force with respect to the armature 15 is greater than when the inner clutch plate 14a having a single-layer structure is employed. In addition, the change in suction force with respect to the change in flatness (surface roughness) on the friction engagement surface of the clutch plate is small. This means that the variation in torque transmission characteristics for each product in the pilot clutch mechanism 10d is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a driving force transmission device incorporating a pilot clutch mechanism that is an electromagnetic friction clutch according to an example of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a four-wheel drive vehicle equipped with the driving force transmission device.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between relative rotational speed and transmission torque in a conventional pilot clutch mechanism with various surface roughnesses of friction engagement surfaces in a clutch plate.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between magnetic flux density and magnetic field strength generated in each pilot clutch mechanism when a clutch plate having a multi-layer structure and a single-layer structure is employed.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the flatness of the clutch plate and the attractive force of the armature in these pilot clutch mechanisms.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Driving force transmission apparatus, 10a ... Outer case, 10b ... Inner shaft, 10c ... Main clutch mechanism, 10d ... Pilot clutch mechanism, 10e ... Cam mechanism, 11a ... Front housing, 11b ... Rear housing, 11b1 ... Cylindrical body, 11c ... nut member, 12a ... inner clutch plate, 12b ... outer clutch plate, 13 ... electromagnet, 13a ... lead wire, 14 ... friction clutch, 14a ... inner clutch plate, 14b ... outer clutch plate, 15 ... armature, 16 ... yoke, 16a ... support member, 17 ... first cam member, 18 ... second cam member, 19 ... cam follower, 21 ... transaxle, 22 ... engine, 23a ... axle shaft, 23b ... front wheel, 24 ... propeller shaft, 25 ... rear Differential, 26a ... Axle shaft, 26b ... rear wheel, 27 ... differential carrier, 28 ... drive pinion shaft.

Claims

互いに相対回転可能に同軸上に支持した外側回転部材と内側回転部材の間に位置して摩擦係合により同両回転部材間のトルク伝達を行うメインクラッチ機構と、電磁力の作用により摩擦係合するインナクラッチプレートとアウタクラッチプレートを備えた電磁式パイロットクラッチ機構と、同パイロットクラッチ機構の摩擦係合力を前記メインクラッチ機構に伝達して同メインクラッチ機構を摩擦係合させるカム機構を備え、前記パイロットクラッチ機構の摩擦係合力を調整して前記外側回転部材と内側回転部材に伝達される駆動力分配比を制御する駆動力伝達装置において、
前記パイロットクラッチ機構を構成する両クラッチプレートがその摩擦係合面にそれぞれ所定の粗面度の凹凸を形成した鉄製の摩擦プレートであって、これら摩擦プレートのいずれか一方の摩擦係合面に窒素拡散層を介して窒素化合物層が２０−４０μｍの厚みに形成され同窒素化合物層の表面に酸化被膜が形成されていることを特徴とする駆動力伝達装置。 A main clutch mechanism for transmitting torque between the two rotary members by frictional engagement positioned between each other initiatives Relative rotatably outer side rotating member which is supported coaxially with the inner side rotation member, the electromagnetic a frictional engagement to the inner clutch plate and the example Bei the outer clutch plates solenoid type pilot clutch mechanism by the action of the force, frictional engagement of the frictional engagement force of the main clutch the main clutch mechanism is transmitted to a mechanism of the pilot clutch mechanism A driving force transmission device including a cam mechanism to be combined, and adjusting a friction engagement force of the pilot clutch mechanism to control a driving force distribution ratio transmitted to the outer rotating member and the inner rotating member;
A steel friction plates both clutches plates were formed irregularities of respective predetermined rough surface of its frictional engagement surface constituting the pilot clutch mechanism, the one of the frictional engaging surface of any of these friction plates A driving force transmission device, wherein a nitrogen compound layer is formed to a thickness of 20-40 μm through a nitrogen diffusion layer, and an oxide film is formed on the surface of the nitrogen compound layer .

前記窒素拡散層、窒素化合物層及び酸化被膜が、所定の粗面度の凹凸をその表面に形成した鉄製プレートをガス窒化−酸化−急冷処理することにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載した駆動力伝達装置。 Claims, characterized in that it is formed by quenching treatment - said nitrogen diffusion layer, the nitrogen compound layer and the oxide coating, gas iron plates formed on the surface irregularities of the predetermined rough surface of nitride - oxide power transmission device drive described in 1.