(57)【要約】  【課題】粘性トルク（粘性抵抗）が大きく、駆動力を効率的に伝えることができるビスカスカップリングを提供する。  【解決手段】一方の回転軸に連結した外側回転部材と他方の回転軸に連結した内側回転部材とにより作動室が形成され、この作動室内に粘性流体が充填され、外側回転部材に連結しているアウタープレート３２と内側回転部材に連結しているインナープレート２２とが交互に配置され、かつ、粘性流体を介して双方のプレート間で動力伝達可能なビスカスカップリングであって、アウタープレート３２及びインナープレート２３は、表面に厚さ２０〜６０μｍの凹凸処理が施された表面処理層２２Ｂ、３２Ｂを設けている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の回転軸に連結した外側回転部材と他方の回転軸に連結した内側回転部材とにより作動室を形成し、前記作動室内に粘性流体を充填し、前記外側回転部材に連結したアウタープレートと前記内側回転部材に連結したインナープレートとを交互に配置し、前記粘性流体を介して前記双方のプレート間で動力伝達を可能とするビスカスカップリングであって、
前記アウタープレートと前記インナープレートは、表面に２０〜６０μｍの凹凸が施されていることを特徴とするビスカスカップリング。
【請求項２】
前記アウタープレートとインナープレートとにおける前記凹凸部分の表面粗さは、Ｒａ０．４〜０．７であることを特徴とする請求項１に記載のビスカスカップリング。
【請求項３】
前記アウタープレートとインナープレートとにおける前記凹凸部分は、表面処理によって形成されている、又は、母材状態で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のビスカスカップリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の回転部材から他方の回転部材へ粘性流体を介してトルク伝達を行なうビスカスカップリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビスカスカップリングは、同軸上で相対回転する２つ回転体の間の回転速度差を、当該２つの回転体により形成される空間（以下、作動室とよぶ）に封入された粘性流体によって制限可能とする装置である。
【０００３】
従来のビスカスカップリングの基本構成を、図７に示された具体例を用いて説明する。
同図に示されるビスカスカップリング１００は、軸心Ｃを中心として相対回転が可能なように配置され、かつ互いに組み合わさることで作動室１０１を形成する、２つの部材、すなわち（第１回転部材である）ハブ１０２および（第２回転部材である）ハウジング１０３と、ハブ１０２に対して一体回転が可能なように作動室１０１内に配置されるインナープレート１０２Ａと、ハウジング１０３に対して一体回転が可能なように作動室１０１内に配置されるアウタープレート１０３Ａとを備えている。また、これらのプレート１０２Ａ，１０３Ａは、作動室１０１内で回転軸Ｃ方向に摺動可能である。
【０００４】
さらに、作動室１０１はシールリング１０４，１０５によって封止されており、この作動室１０１内には図示しない粘性流体であるシリコーンオイルが混在封入されている。そして、このビスカスカップリング１００が、例えば四輪駆動車の動力伝達系の前後車軸間動力伝達用の装置として使用されるならば、ハブ１０２またはハウジング１０３のどちらか一方が当該四輪駆動車の前輪側シャフト（図示せず）と係合し、もう一方が当該四輪駆動車の後輪側のシャフト（図示せず）と係合する。
【０００５】
ハブ１０２とハウジング１０３とは、お互いに相対回転が可能となっているので、それらの回転速度は時として異なる。上述の四輪駆動車に使用する場合を例として挙げるならば、前輪と後輪とが何らかの理由で異なる速度で回転することがある。そして、このような状態となったときに、ビスカスカップリング１００は、作動室１０１内における両プレート１０２Ａ，１０３Ａおよびシリコーンオイルの間で作用する粘性力によるトルク伝達効果によって、前輪および後輪（すなわちハブ１０２およびハウジング１０３）の回転速度差を制限し、更に前後輪の異なった回転速度を同じ回転速度へと補償することが可能である。
【０００６】
このような特徴を有するビスカスカップリングにあっては、例えば高速ツーリングなどを行うのに適した乗用車などに用いる場合には、駆動力（伝達力）を効率的に伝えることが好ましいので、粘性トルクが大きく（高い粘性抵抗）、しかも入力に対して素早いレスポンスで応答し、かつ、入力に対してリニアな出力特性を有するものが好まれる。
【特許文献１】特開２０００−３１０２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そのため、このビスカスカップリングにあっては、特に動力を効率的に伝達させることができるものの開発が要望されている。
【０００８】
本発明の目的は、粘性トルク（粘性抵抗）が大きく、駆動力（伝達力）を効率的に伝えることができ、かつ、トルク伝達力の精度のより良いビスカスカップリングを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のビスカスカップリングは、一方の回転軸に連結した外側回転部材と他方の回転軸に連結した内側回転部材とにより作動室を形成し、前記作動室内に粘性流体を充填し、前記外側回転部材に連結したアウタープレートと前記内側回転部材に連結したインナープレートとを交互に配置し、前記粘性流体を介して前記双方のプレート間で動力伝達を可能とするビスカスカップリングであって、前記アウタープレートと前記インナープレートは、表面に厚さ２０〜６０μｍの凹凸の表面処理が施されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のビスカスカップリングは、前記アウタープレートとインナープレートとにおける前記凹凸部分の表面粗さが、Ｒａ＝０．４〜０．７であることが望ましい。
【００１１】
また、本発明のビスカスカップリングは、前記アウタープレートとインナープレートとにおける前記凹凸部分が、窒化物による前記表面処理によって形成されているのが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のビスカスカップリングによれば、粘性トルク（粘性抵抗）が大きく、駆動力（伝達力）を効率的に伝えることができ、かつ、トルク伝達力の精度の良い（バラツキの少ない）ビスカスカップリングを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態のビスカスカップリング１０は、四輪駆動車のセンタデフに設置してビスカスドライブ方式の前後車軸間動力伝達手段を構成しており、前後輪の回転数差を吸収して後輪側へ駆動力を伝達するが、特に効率よく駆動力を伝達できるように構成されている。
【００１４】
このビスカスカップリング１０は、図１に示すように、軸心Ｃを中心として相対回転が可能なように配置され、かつ互いに組み合わさることで図示外の粘性流体が充填された環状空間である作動室１１を形成する、ハブ（前輪側）２１およびハウジング（後輪側）３１と、内側回転部材であるハブ２１に対して一体回転が可能なように作動室１１内に配置されるインナープレート２２と、外側回転部材であるハウジング３１に対して一体回転が可能なように、作動室１１内においてインナープレート２２と交互に配置されるアウタープレート３２とを備えている。
【００１５】
ハブ（前輪側）２１は、外周面の作動室１１の一部を構成する部分に、つまり作動室１１に臨む部分に、インナープレート２２と係合するための係合突起２１Ａを、軸心Ｃ方向に沿って複数かつ平行に形成している。一方、ハウジング３１は、円筒状に形成されて環状の中空空間を内部に有する円筒部３３において、作動室１１の一部を構成する内周面に、アウタープレート３２と係合するための係合突起３３Ａを軸心Ｃ方向に沿って複数かつ平行に形成している。
【００１６】
インナープレート２２は、図２に示すように、中央部に開口孔２２Ａを設けた薄板略円板（略ドーナッツ）形状を有するとともに、両面には、後述するように粘性トルクを増大させる目的で、凹凸処理が施された表面処理層２２Ｂを設けている。また、このインナープレート２２は、中央部の開口孔２２Ａの内周面に沿って厚さ（Ｙ）方向に係合溝２２Ｃを多数設けた構造を有している。これにより、インナープレート２２は、係合溝２２Ｃがハブ２１の係合突起２１Ａ（図１参照）にセレーション係合若しくはスプライン係合する。従って、このインナープレート２２は、係合突起２１Ａを介してハブ２１と一体に、軸心を中心とした回転動作を行うことができる。また、このインナープレート２２は、軸Ｃ方向と平行な（Ｙ）方向については拘束されておらず、スライド（摺動）可能になっている。
【００１７】
一方、インナープレート２２を取り付けるハブ２１は、図１においてビスカスカップリング１０よりも右方に設けてある図示外のエンジン側と直結しており、具体的には前輪の駆動軸側と接続されている。
【００１８】
アウタープレート３２は、図２に示すように、インナープレート２２と同様に、開口孔３２Ａを中央部に設けた薄板略円板（略ドーナッツ）形状を有するとともに両面には、インナープレート２２と同じように、粘性トルクを増大させる目的で、凹凸処理が施された表面処理層３２Ｂを設けている。また、このアウタープレート３２は、インナープレート２２は異なり、その外側の外周面に沿って厚さ（Ｙ）方向に係合溝３２Ｃを多数設けた構造を有している。これにより、アウタープレート３２の係合溝３２Ｃが、ハウジング３１の円筒部３３の内周面に形成した係合突起３３Ａにセレーション係合若しくはスプライン係合する。従って、アウタープレート３２は、係合突起３３Ａを介してハウジング３１と一体に、軸心を中心として回転動作する。また、このアウタープレート３２は、インナープレート２２と同様に、軸Ｃ方向と平行な（Ｙ）方向については拘束されておらず、スライド（摺動）可能になっている。
【００１９】
一方、このアウタープレート３２を取り付けるハウジング３１側は、図１においてビスカスカップリング１０よりも左方に設けてある図示外の後輪の駆動軸側と接続されている。
【００２０】
次に、本実施形態のインナープレート２２及びアウタープレート３２について、図３を参照しながら説明する。なお、ここでは、インナープレート２２について説明するが、アウタープレート３２についても同様の構成を有する。
【００２１】
本実施形態のインナープレート２２には、図３に示すように、粘性トルクを大きくして後輪側への駆動力（伝達力）を効率的、かつ、精度良く伝えるため、左右両側の表面全体に亙って、微細な凹凸が施された表面処理層２２Ｂを設けている。
この表面処理層２２Ｂは、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）に対して窒化処理を行うことにより、鋼の表面に窒素を浸透させることで生成した窒化物などで構成されている。この表面処理層２２Ｂは、例えば本実施形態の場合にはガス軟窒化法を用いて形成しているが、特にこれに限定されるものではない。
【００２２】
このガス軟窒化法は、具体的には、急熱型変性ガス（Endo gas）或いは有機溶剤の熱分解ガスなどの浸炭性ガスまたは窒素ガス雰囲気中にＮＨ３ガスを３０〜５０％添加し、５５０〜６００℃の温度範囲で１〜５時間加熱保存し、窒素と炭素を同時に侵入拡散させ、表面に炭窒化物を形成させるという方法である。この方法によれば、窒化処理に際して、炭素が存在することで窒素の拡散を大きく促進させることができるようになっており、この点がＮＨ３ガスのみによるガス窒化と異なる。なお、この処理によって生成された炭窒化物には、他の軟窒化処理と同様に鉄を主成分とするε（Ｆｅ２−３Ｎ）相及びＦｅ３Ｃの混合相が表面近傍に形成されており、またその内部には拡散層としてν（Ｆｅ４Ｎ）層が形成されている。
【００２３】
このようにして形成された表面処理層３２Ｂは、本実施形態の場合、この層の厚さが２０〜６０μｍであって、表面粗さがＲａ:０．４〜０．７の微細な凹凸を有する。なお、ここでは、表面粗さの単位として、「中心線平均粗さ（Ｒａ）」を用いた。この中心線平均粗さ（Ｒａ）とは、ＪＩＳ規格の一つであって、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって囲まれた部分の面積を長さＬで割ったときの値をマイクロメートル（μｍ）で表わしたものである。
【００２４】
次に、本実施形態の作用について説明する。
センタデフに設置されている本実施形態のビスカスカップリング１０において、エンジン側からの回転力が伝達してハブ２１及びこれと一体のインナープレート２２側が回転を行うと、作動室１１内では、このインナープレート２２の回転により発生するシリコーンオイルの粘性トルクでアウタープレート３２が連れ回されて回転する。そのため、このアウタープレート３２を設けている円筒部３３及びこれと一体化されているハウジング３１が回転を行う。
【００２５】
即ち、作動室１１内では、充填されている粘性流体のシリコーンオイルがインナープレート２２とアウタープレート３２との間の隙間に入り込んでいる。そして、インナープレート２２が回転すると、このインナープレート２２の表面と接する界面部分のシリコーンオイルに粘性摩擦力が発生する。そして、インナープレート２２とアウタープレート３２との間の隙間に入り込んでいるシリコーンオイルには同方向に回転運動しようとする動きを生じる。その結果、このシリコーンオイルには、インナープレート２２と対向するアウタープレート３２の表面に対して粘性トルクを発生し、この粘性トルクにより、アウタープレート３２に回転力が伝達されて回転する。
【００２６】
特に、本実施形態のインナープレート２２とアウタープレート３２の互いに対向する面（対向面）には、表面処理層２２Ｂ、３２Ｂが形成されており、シリコーンオイルに対する摩擦係数μが大きい。従って、インナープレート２２が回転するときに、この表面処理層２２Ｂと接触する界面部分のシリコーンオイルには、摩擦係数μに比例した大きな粘性摩擦力が発生するので、インナープレート２２の回転力が効率的にシリコーンオイルに伝達され、シリコーンオイルも大きく連れ回されることとなる。すると、このシリコーンオイルの大きな粘性力により、これと界面部分が接するアウタープレート３２の対向面にも大きな摩擦力が発生する。ところが、このシリコーンオイルと接する界面である対向面にも、シリコーンオイルに対する摩擦係数μが大きな表面処理層３２Ｂが形成されている。従って、このアウタープレート３２も、より一層大きな摩擦力で連れ回されることとなる。
従って、本実施形態に係るビスカスカップリング１０をセンタデフに設ければ、エンジンの回転駆動力が前輪から後輪へ効率的，かつ、精度良く伝達され、後輪に対して大きなトルクを付与できるので、例えば、安定した駆動力を伝達できる精度の良いビスカスカップリングを提供できるといった効果が得られる。
【実施例】
【００２７】
次に、本発明の実施例について説明する。
図４は、前述した本実施形態にかかるビスカスカップリング１０と同様の構成のものにおいて、インナープレート及びアウタープレートには、表面処理層を２０〜６０μｍの厚さに形成したもの（本実施例）と、２０μｍ未満の厚さに形成したもの（比較例）とを用いた。そして、これらのビスカスカップリング内のシリコーンオイルの温度を２０℃〜１００℃まで変化させたときに、その温度とトルクとの関係（トルク特性）を調べる比較実験を行った。但し、同図において、符号ａ〜ｅは、それぞれ、２０〜６０μｍの範囲で５種類の異なる厚さの表面処理層を有する、本実施例のビスカスカップリングでのトルク特性を示す。一方、ｆ〜ｊは、それぞれ、２０μｍ未満の範囲で５種類の異なる厚さの表面処理層を有する、比較例のビスカスカップリングでのトルク特性を示す。
【００２８】
図４によれば、ａ〜ｅで示す本実施例の方が、ｆ〜ｊで示す比較例に比べて、トルク特性にばらつきが少ないことが判明した。
また、本実施例の方が表面処理層の膜厚が厚いので、後述する図５に示すように、表面粗さも粗くなり、その分、粘性抵抗が増大する。従って、いずれの温度であっても、本実施例のほうが、トルク伝達力が大きく、トルク特性のバラツキが少なく精度の良い良好なトルク特性を発揮できることが分かる。
一方、比較例の方は、表面処理層の膜厚が薄いので、後述するように、表面粗さも小さくなり、その分、粘性抵抗が低下する。
【００２９】
次に、図５に示すグラフは、特定温度において、それぞれ、前述した本実施例および比較例のビスカスカップリングにおける表面粗さ（Ｒａ）と表面処理層の厚さ（μｍ）との関係を示すものである。同図において、ａ〜ｅは前述した図４に示す本実施例でのビスカスカップリング、ｆ〜ｊは同様に比較例でのビスカスカップリングを示す。
同図によれば、表面処理層の厚さと表面粗さとにある程度の相関性があることが分かる。即ち、表面処理層の厚さを２０μｍ未満に形成する比較例（ｆ〜ｊ）の方は、表面粗さが小さいことが分かる。このように、比較例の方は、表面処理層の膜厚が薄く、図６（Ｂ）に示すように、凸部（α）と凹部（β）との差が小さいので、粘性抵抗が小さい。従って、比較例の方は、プレート表面に形成する凹凸の差が小さい分、粘性トルクが低下してトルク特性がよくないことが分かる。また、プレート表面に凹凸がないと、プレート間にあるシリコーンオイルがプレートの差動によってはぎとられてしまう（ワイパー効果）。それにより、プレート間の金属接触が発生し、トルク特性がバラツク要因となる。
【００３０】
一方、表面処理層の厚さを２０〜６０μｍに形成する本実施例（ａ〜ｅ）の方は、表面処理層に大きな凹凸が発生し、図６（Ａ）に示すように、凸部（α）と凹部（β）との差が大きく、表面粗さが粗くなることが分かる。このように表面粗さが粗くなると、表面の凹凸にシリコーンオイルの油溜まりができ易くなる。従って、シリコーンオイルに対するプレート表面の摩擦係数μは、大きな数値のところで安定するので、トルク特性が安定化する。
【００３１】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るビスカスカップリングを示す断面図である。
【図２】そのビスカスカップリングのインナープレート及びアウタープレートを示す斜視図である。
【図３】（Ａ）はそのビスカスカップリングのインナープレート（アウタープレート）を示す側面図、（Ｂ）はそのインナープレート（アウタープレート）の要部を示す拡大断面である。
【図４】そのビスカスカップリングのトルク特性を示すものであり、（Ａ）は本実施例のトルク特性を示すグラフ、（Ｂ）は比較例のトルク特性を示すグラフである。
【図５】本発明のビスカスカップリングにおけるインナープレート（アウタープレート）の表面粗さと表面処理層の厚さとの相関関係を示すグラフである。
【図６】（Ａ）は本実施例のインナープレート（アウタープレート）の表面粗さを示す拡大図、（Ｂ）は比較例のインナープレート（アウタープレート）の表面粗さを示す拡大図である。
【図７】従来のビスカスカップリングを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ビスカスカップリング
１１  作動室
１２、１３  シールリング（Ｏリング）
２１  ハブ（前輪側；内側回転部材）
２１Ａ、３３Ａ  係合突起
２２  インナープレート
２２Ｂ、３２Ｂ  表面処理層
２２Ｃ、３２Ｃ  係合溝
３１  ハウジング（後輪側；外側回転部材）
３２  アウタープレート
３３  円筒部
Ｃ  軸心
α  凸部
β  凹部
【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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【図６】
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【図７】
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