(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに摩擦係合し、摩擦面が潤滑剤により潤滑されている複数の摩擦係合部材と、
前記複数の摩擦係合部材を摩擦係合させるための押し力を発生する押し力発生装置と、
前記複数の摩擦係合部材の間に電場を与えて摩擦面の摩擦係数を変化させる電場付与装置と、
を有し、
前記潤滑剤が、有極性の添加物質を含み、
前記電場付与装置は、前記摩擦係合部材の係合開始から完了の途中において、摩擦係合部材の摩擦係数の変動が打ち消されるように、与える電場を制御する、
ことを特徴とする摩擦係合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦係合装置において、前記複数の摩擦係合部材の少なくとも一方は、その摩擦面に絶縁材料からなる摩擦部材が設けられている、摩擦係合装置。
【請求項３】
車両の自動変速機に用いられる請求項１または２に記載の摩擦係合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦係合による伝達力を好適に制御できる摩擦係合装置および摩擦係合制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
摩擦係合装置は、周知のように摩擦力を利用して力を伝えるものであり、各種の装置に備えられている。例えば自動車では、クラッチが自動変速機の内部に設けられている。また、車輪に取り付けられる摩擦ブレーキも、摩擦係合装置の一つと考えることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、摩擦係合装置の伝達力を任意に制御するためには、摩擦面を押し付ける押し力を変化させる機械的な油圧制御機構が必要である。
【０００４】
しかしながら、機械的制御以外の手法で摩擦係合装置の伝達力を制御できれば、装置の簡素化を図れるなどの利点が得られると考えられる。
【０００５】
参考技術として、特開平８−１３５６８８号公報は、電気粘性流体を用いる技術を開示している。電気粘性流体は、印加される電圧に応じて粘度が変わる性質をもつ。従って電圧制御により伝達力を変化させることができる。しかし、粘度変化のみで伝達力を変化させるので、発生可能な伝達力が小さい。また、流体でユニット内が満たされているために攪拌抵抗が大きい。
【０００６】
他の参考技術として、特開平１０−２６１５０号公報の電気制御運動伝達装置では、駆動物体と被駆動物体の対向面が隙間を開けて配置され、この隙間に、電子伝導性を有する繊維が介在している。両物体の間に電圧を印加すると、繊維が静電引力の作用で立毛し、両対向面の間にせん断力が発生する。このせん断力により伝達力が得られる。さらに、印加電圧の制御によって伝達力を調節できる。類似の参考技術は、特開平９−５３６６３号公報および特開平１０−９６４３５号公報に開示されている。
【０００７】
しかしながら、上記の参考技術は、基本的に繊維の静電引力により伝達力を得るものであり、ごく限られた範囲の小さな伝達力しか発生できない。電圧印加によって得られる静電引力は微小だからである。また媒体としての電気粘性流体で駆動物体と被駆動物体の隙間を満たすことも考えられるが、発生可能な伝達力は同様に小さい。
【０００８】
以上に説明したように、従来の伝達力制御は、主として機械的な油圧制御機構によって行われている。電圧印加により流体粘度や静電引力を制御する技術もあるが、機械的な摩擦係合は断たれ、そして小さな伝達力しか得られない。
【０００９】
このような背景技術の下、本発明の目的は、所望の伝達力を得られる好適な摩擦係合装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、摩擦係合装置の摩擦面に電場を与えると摩擦面の摩擦係数が変化することに着目し、そして、この現象を利用して伝達力を制御する。
【００１１】
本発明の摩擦係合装置によれば、押し力の働きで、複数の摩擦係合部材が直接的に接触して摩擦係合する。電場付与装置が、複数の摩擦係合部材の間に電場を与える。電場を与えることにより、摩擦係合部材間の摩擦面の摩擦係数が変化する。伝達力は、押し力と、摩擦面の摩擦係数とに従う。従って、電場の付与によって摩擦係合装置の伝達力を制御することができる。
【００１２】
好ましくは、前記電場付与装置により与えられる電場の強さを制御する制御装置が設けられる。電場の強さに応じて摩擦面の摩擦係数が増減し、伝達力が変化する。
【００１３】
また好ましくは、前記複数の摩擦係合部材の摩擦面が潤滑剤により潤滑されている。好ましくは前記潤滑剤が有極性添加物質を含む。電場の影響で、有極性の添加物質は摩擦面に吸着されると考えられる。そして、添加物質の吸着により摩擦面の摩擦係数が変化すると考えられる。
【００１４】
また好ましくは、摩擦係合部材の少なくとも一方に、絶縁材料からなる摩擦部材が設けられる。この摩擦部材を介して入力側と出力側が接触する。従って所望の電場を容易に与えることができる。電気消費量が少ないという利点がある。
【００１５】
摩擦係合装置は例えば、クラッチまたはブレーキ装置である。
【００１６】
摩擦係合装置は、押し力を増減させる押し力制御装置を含んでもよい。
【００１７】
また、本発明の摩擦係合制御方法によれば、互いに摩擦接触する複数の摩擦係合部材の間に電場を与えることによって、前記複数の摩擦係合部材の間の伝達力を制御する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明する。
【００１９】
図１は、本発明の摩擦係合装置の構成を概念的に示すブロック図である。摩擦係合部材１ａ，１ｂは、互いに摩擦係合可能に設けられている。押し力発生装置３は、摩擦係合部材１ａ，１ｂを摩擦係合させるための押し力を発生する。潤滑機構５は、摩擦係合部材１ａ，１ｂの摩擦面を潤滑する。電場付与装置７は、摩擦係合部材１ａ，１ｂの間に電場を与える。電場の付与により摩擦面の摩擦係数が変化し、伝達力が変化する。
【００２０】
制御装置９は、押し力発生装置３および電場付与装置７を制御する。制御装置９は、押し力発生装置３に押し力を発生させ、かつ、電場付与装置７が発生する電場の強さを制御する。具体的には、摩擦係合部材１ａ，１ｂに印加する電圧を制御することが好適である。電場の強さに応じて摩擦面の摩擦係数が変わるので、所望の大きさの伝達力を得ることができる。
【００２１】
図２では、単板タイプのクラッチ装置１０に本発明が適用されている。鉄製のインプットシャフト１２およびアウトプットシャフト１４は、同一軸線上に配置さている。また、これらのシャフト１２，１４は、絶縁部材を介して支持され、また、絶縁部材を介して別のシャフトに連結されている。
【００２２】
インプットディスク１６は、インプットシャフト１２に取り付けられたコアプレート１８と、コアプレート１８に取り付けられた摩擦部材２０を含む。摩擦部材２０は、ペーパー材料などの絶縁材からなる。一方、アウトプットシャフト１４には、アウトプットディスク（相手ディスク）２２が取り付けられている。ディスク１６，２２は本発明の摩擦係合部材に相当する。そして、摩擦部材２０とアウトプットディスク２２の両対向面が、摩擦面であり、所定の隙間を開けて配置されている。
【００２３】
両ディスク１６，２２は、押し力発生装置（図示せず）により、押し力Ｆｃで互いに押し付けられて摩擦接触する。押し力発生装置は、例えば、自動車の自動変速機などに用いる周知の油圧機構でよい。油圧機構は、押し力を任意に調整する機能をもっていても、あるいは、もっていなくてもよい。
【００２４】
また、両ディスク１６，２２の摩擦面は、潤滑機構（図示せず）により潤滑されている。例えば、両ディスク１６，２２を囲むハウジングが設けられ、ハウジングの内部が潤滑油で満たされる。これにより、両ディスク１６，２２が潤滑油中に浸される。
【００２５】
ただし、両摩擦板全体が潤滑油で満たされていなくてもよい。摩擦表面が十分に潤滑される程度の最小限の構成を設けることも好適であり、攪拌抵抗を抑えられる。
【００２６】
潤滑油は、好ましくは有極性物質を含む。好ましくは、例えば、有機添加剤（摩耗防止剤、清浄分散剤など）、導電性粒子（カーボン粒子など）、または誘電ポリマー粒子（ポリアニリン、ポリαアミノ酸等）の少なくとも一つが媒体油中に分散されている。媒体油としては、例えば、植物・動物系油、鉱油等の炭化水素系油、シリコン油、その他の合成油、液晶、溶媒などが挙げられる。
【００２７】
図２に戻り、インプットシャフト１２には、接地された第１の電極２４が取り付けられている。アウトプットシャフト１４には第２の電極２６が取り付けられており、電極２６は電圧印加装置２８に接続されている。
【００２８】
電圧印加装置２８は本発明の電場付与装置の一態様である。電圧印加装置２８は、電源部および電圧変換部を含み、制御装置３０による制御の下で所望の電圧Ｖｃを電極２４，２６の間に発生させる。摩擦部材２０で電極間が絶縁されているので、電圧Ｖｃに対応する電場が摩擦面に与えられる。押し力Ｆｃで押し付けられている摩擦面は、境界潤滑状態にある。摩擦面に電場が与えられると、摩擦面の摩擦係数μｃは電場の強さに応じた値になる。そして、入出力軸間の伝達力は、この摩擦係数μｃに応じて決まる。
【００２９】
電場を与えると摩擦係数μｃが変わる理由は、以下のように推定される。強電場下においては、潤滑油中にある添加剤または分散粒子の摩擦界面に対する吸着力が変化する。そして、摩擦界面に対する吸着量が変化する結果、摩擦面間の境界摩擦力が増減すると考えられる。
【００３０】
図３および図４の例に示すように、潤滑油および添加物質の種類によって、電場を与えたときに摩擦係数が増大または低減する。横軸は滑り速度であり、縦軸は摩擦係数である。図３および図４は、ディスク全体が潤滑油に浸された状態での摩擦係数である。
【００３１】
図３において、潤滑油は、カーボン粒子を分散させたシリコンオイルである。電場を与えない状態と比較して、電場下においては摩擦係数が低下する。カーボン粒子が摩擦面に吸着するためと考えられる。
【００３２】
一方、図４において、潤滑油は、ポリマーまたは有機添加剤を分散させた鉱油である。電場下においては摩擦係数が増大している。ポリマーまたは有機添加剤が摩擦面に吸着するためと考えられる。
【００３３】
上記のように、本発明を実現する場合、添加物を含んだ潤滑油を用いることが好ましい。実際の装置に使う潤滑油は添加物を含んでいることが多いので、この添加物の性質を積極的に利用することが好ましい。しかしながら、添加物質を含まない潤滑油を用いた場合にも、電場によって摩擦係数は変化する。従って、添加物質抜きでも本発明を実現することができる。
【００３４】
以上の性質を利用して、制御装置３０は、入出力軸間の伝達力を制御する。制御装置３０は、各種センサー３２からの入力信号に基づいて、必要な伝達力が得られるような電圧Ｖｃを決定する。例えば、本発明が自動車の自動変速機に適用される場合、センサー３２は、車速、アクセル開度、シフトレバー操作、油温などを検出する。決定された電圧Ｖｃが電極２６に与えられ、電圧Ｖｃに対応する電場が発生する。その結果、所望の摩擦係数および伝達力を得ることができる。
【００３５】
次に、図５では、多板式のクラッチ装置４０に本発明が適用されている。クラッチ装置４０は、典型的な自動変速機の内部に設けられるクラッチ装置と同様の構成を有する。図２のクラッチ装置１０は一対の摩擦係合部材を有するが、図５のクラッチ装置４０は、交互に配置された複数枚のクラッチ板を有し、すなわち摩擦係合部材の対が複数セットある。以下において、重複する説明は適宜省略する。
【００３６】
インプットシャフト４２およびアウトプットシャフト４４は、同一軸線上に配置されている。インプットディスクベース４６およびアウトプットディスクベース４８は、それぞれ、インプットシャフト４２およびアウトプットシャフト４４に絶縁状態で取り付けられている。鉄製のアウトプットディスクベース４８のスプライン部４８ａには、複数枚のコアプレート５０が平行に取り付けられている。コアプレート５０の両側には摩擦部材５２が取り付けられている。一方、インプットディスクベース４６のスプライン部４６ａには、複数枚の相手部材５４が平行に配置されている。そして、相手部材５４とコアプレート５０は交互に配置されている。
【００３７】
インプットディスクベース４６には、軸方向に移動可能にピストン５６が設けられている。クラッチ切断状態では、ピストン５６はリターンスプリング５８の働きで、基準位置に位置している。クラッチ接続状態では、ピストン５６が、背面の油圧室に供給される油圧の作用で、アウトプットシャフト４４の方向に押される。その結果、摩擦部材５２が相手部材５４に押し付けられ、クラッチが係合する。
【００３８】
インプットディスクベース４６は、接地された電極６０を有し、アウトプットディスクベース４８は、電圧印加装置６４に接続された電極６２を有する。前述と同様に、制御装置６６が、各種センサー６８からの入力信号に基づいて電圧印加装置６４を制御し、電圧Ｖｃを電極６２に印加する。これにより、電圧Ｖｃに応じた伝達力を得ることができる。
【００３９】
上記の実施形態では、本発明がクラッチ装置に適用されていたが、本発明は他のタイプの摩擦係合装置にも適用可能である。例えば、本発明は、ブレーキ、ディファレンシャルなどの作動制限装置、トルク伝達カップリングに適用できる。本発明がブレーキに適用される場合、アウトプット側の摩擦係合部材は固定されていることが好ましい。
【００４０】
また、本発明の適用範囲は車両に限られない。本発明は、産業機械用の各種ユニットを含むいろいろな装置に適用できる。
【００４１】
本実施形態ではディスクのフラット面同士が接触係合するが、他のタイプの係合装置にも本発明を適用できる。例えば、同軸に配置された２つの円筒面（外側円筒面と内側円筒面）が係合する係合装置にも本発明を同様に適用できる。
【００４２】
本実施形態では摩擦係合のための押し力は油圧により得られていたが、他の任意のタイプの押し力発生手段も本発明の範囲内である。例えば、スプリングが押し力を発生してもよい。
【００４３】
また、本発明の押し力発生手段は、結果的に摩擦面の押し力を得られる構成であればよい。従って、引張り、広げ、縮め、あるいは他の動作の結果として押し力を得る構成も本発明の押し力発生装置に含まれる。
【００４４】
以上に説明したように、本発明によれば、摩擦部材が取り付けられているディスクと相手のディスクとが、潤滑油で潤滑された状態で係合するときに、これらのディスク間に任意の電場を与えることにより摩擦面の摩擦係数を任意に増減させることが可能な新しい摩擦係合ユニットが提供された。そして、本発明により下記のような利点が得られる。
【００４５】
（１）摩擦材側のディスクと相手のディスクとの摩擦係合による力の伝達において、油圧等を使って機械的に摩擦力を変化させることなく、伝達力を任意に変えることができる。機械的には一定の押し力が得られればよく、伝達力は電気的に自由に調整できる。
【００４６】
（２）本発明によれば、摩擦面間の摩擦係数の直接的な制御が行われるので、油圧制御で見られるようなハンチング現象が生じない。
【００４７】
また、摩擦係数の直接制御を行うので、伝達力制御のレスポンスが速く、伝達力を瞬時に変えることができる。これを利用して、油圧ハンチング等による伝達力の振動を抑制することができる。すなわち、伝達力の振動を検出し、この振動が打ち消されるように摩擦係数を増減させることで、振動を抑制可能である。
【００４８】
（３−１）一定の押し力を与える簡素な油圧機構が設けられればよく、油圧制御用のバルブを削減し、油圧回路を簡素化できる。
【００４９】
（３−２）ただし、もちろん、油圧制御機構と本発明の構成とを併存させることも好適である。すなわち、摩擦係合装置に押し力制御装置が設けられる。これにより、広範囲の細かな伝達力制御が可能となる。好ましくは、複数段階の伝達力レンジを設定する。伝達力レンジの切替は、油圧による押し力の制御によって行う。そして、該当レンジ内の伝達力の調整は、電場の付与および制御によって実現する。
【００５０】
（４）絶縁材料からなる摩擦部材が、摩擦係合部材の少なくとも一方に設けられている。摩擦部材に摩擦面が設けられている。この摩擦部材を介して電場をかけているので、電力消費がほとんどない。従って、電力をほとんど使わずに伝達力を制御できる。
【００５１】
（５）潤滑油は、一般的なＡＴＦ等のギヤ油、エンジンオイル、その他の各種流体を用いることができる。従って、低コストで本発明を実現できる。
【００５２】
（６）電場の付与によって摩擦係数を大きくできる。これにより、機械的な摩擦力による伝達力を増大できる。従って、摩擦係合装置を小型化できる。例えば、図５の多板式クラッチ装置においては、ディスク枚数を低減することができ、軸方向の長さを短くでき、ユニットの軽量化およびコンパクト化ができる。
【００５３】
（７）電場の付与によって摩擦係数を大きくできる。伝達力は摩擦係数と押し力の積に応じて決まる。従って、摩擦係数が増大する代わりに押し力を低減できる。そして係合開始時のショックを低減できる。
【００５４】
また印加電圧を細かく制御することにより、係合要素の急係合によるショックの発生を低減できる。
【００５５】
係合開始から係合完了までの係合途中の過程で（実際には極短時間）、摩擦係数の変動が発生することがあり、これが係合ショックの原因になり得る。そこで、係合途中の摩擦係数の変動が打ち消されるように、電場を制御する。例えば、適当なセンサを用いて伝達力を検出し、印加電圧を制御して（フィードバック制御など）、伝達力変動を低減することが好適である。これにより、係合過程で伝達力をなめらかに増大させ、係合ショックの低減が図れる。
【００５６】
（８）目的に応じて摩擦材料および流体の組合せを変えることにより、図３に示したように電場を与えて摩擦係数を下げたり、あるいは、図４に示したように電場を与えて摩擦係数を上げることができる。従って、伝達力の制御を容易に行い、所望の伝達力を発生させることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、電場の付与によって摩擦面の摩擦係数を変化させ、伝達力を制御するので、摩擦係合装置の簡素化および振動抑制などを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の摩擦係合装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明が適用された単板式クラッチ装置を示す図である。
【図３】  印加電圧と摩擦面の摩擦係数との関係を示す図である。
【図４】  印加電圧と摩擦面の摩擦係数との関係を示す図である。
【図５】  本発明が適用された多板式クラッチ装置を示す図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ  摩擦係合部材、３  押し力発生装置、５  潤滑機構、７  電場付与装置、９  制御装置、１０，４０  クラッチ装置、１２，４２  インプットシャフト、１４，４４  アウトプットシャフト、１６  インプットディスク、１８，５０  コアプレート、２０,５２  摩擦部材、２２  アウトプットディスク、２４，２６，６０，６２  電極、２８，６４  電圧印加装置、３０，６６  制御装置、３２，６８  各種センサー、５４  相手部材、５６  ピストン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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