(57)【要約】【課題】軽量で高い耐摩耗性を有するクラッチプレートを備えた多板摩擦クラッチを提供する。【解決手段】クラッチドラム７に保持された複数のフリクションプレート１２と、クラッチハブ１３に保持された複数のクラッチプレート１９とを交互に重ねて軸方向に圧接および圧接解除することにより、クラッチドラム７とクラッチハブ１３とを両プレート１２，１９を介して、断接自在に摩擦接続する多板摩擦クラッチにおいて、クラッチプレート１９をアルミニウム基複合材料によって形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッチドラムに保持された複数のフリクションプレートと、クラッチハブに保持された複数のクラッチプレートとを交互に重ねて軸方向に圧接および圧接解除することにより、前記クラッチドラムと前記クラッチハブとを、前記両プレートを介して断接自在に摩擦接続する多板摩擦クラッチにおいて、
前記クラッチプレートがアルミニウム基複合材料によって形成されていることを特徴とする多板摩擦クラッチ。
【請求項２】
請求項１において、前記アルミニウム基複合材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を母相とし、この母相にセラミックス粒子を含有したものであることを特徴とする多板摩擦クラッチ。
【請求項３】
請求項２において、前記アルミニウム基複合材料は、セラミックス粒子を５〜４０体積％含有したものであることを特徴とする多板摩擦クラッチ。
【請求項４】
請求項２または３において、セラミックス粒子として、粒径が５〜１００μｍのものが用いられていることを特徴とする多板摩擦クラッチ。
【請求項５】
請求項２から４のいずれかにおいて、セラミックス粒子が、炭化珪素、窒化珪素、アルミナまたはジルコニアからなることを特徴とする多板摩擦クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、自動二輪車のような車両に用いられる多板摩擦クラッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動二輪車の駆動系に用いられる多板摩擦クラッチは、クラッチドラムに保持された複数のフリクションプレートと、クラッチハブに保持された複数のクラッチプレートとを交互に重ねるとともに、これら両プレートを、スプリングで弾性力を付与したプレッシャープレートにより圧接させて、その摩擦力でフリクションプレートからクラッチプレートに動力を伝達するようになっている。
【０００３】
近年、自動二輪車では、燃費や排気ガスの低減を目的として、軽量化が図られている。例えば、前記クラッチドラムとクラッチハブは、アルミニウムのような軽合金の成形加工品とされて、軽量化されている。また、フリクションプレートは、湿式の多板摩擦クラッチの場合、アルミニウム材の表面に潤滑油の保持性に優れたコルクや摩擦ペーパーなどの摩擦材を添着したものが用いられ、乾式の多板摩擦クラッチの場合、鉄系材に銅焼結品のような摩擦材を添着したものが用いられている。
【０００４】
一方、クラッチプレートとしては、動力伝達時におけるフリクションプレートとの間に生じる摩擦に備えて鋼材製のものが一般的である。そのため、クラッチプレートの重量が大きくなり、多板摩擦クラッチ全体の重量を増大させる。
【０００５】
そこで、従来では、軽量で良好な耐摩耗性を有するクラッチプレートとして、チタニウム板の両面に金属の窒化物または炭化物の表面処理を施したもの（例えば、特許文献１参照）、および、アルミニウム板またはアルミニウム合金板の表面にＦｅ、Ｃｏのうち１種または２種のめっき被膜を施したもの（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１７８４１号公報（要約、段落００１２）
【特許文献２】
特開平１０−９２８４号公報（要約、段落００１１，００１２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、チタニウム板に金属の窒化物または炭化物の表面処理を施したクラッチプレートは、表面処理層の厚みを最大でも数μｍ程度に形成するのが限度であるため、表面処理層が使用中の摩擦によって剥離する可能性がある。一方、Ｆｅまたは／およびＣｏのめっき被膜を施したクラッチプレートは、めっき被膜が使用中の摩擦によってやはり剥離する可能性がある。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたもので、軽量で、かつ高い耐摩耗性を有するクラッチプレートを備えた多板摩擦クラッチを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る多板摩擦クラッチは、クラッチドラムに保持された複数のフリクションプレートと、クラッチハブに保持された複数のクラッチプレートとを交互に重ねて軸方向に圧接および圧接解除することにより、前記クラッチドラムと前記クラッチハブとを前記両プレートを介して、断接自在に摩擦接続するものであって、前記クラッチプレートがアルミニウム基複合材料によって形成されている。
【００１０】
この多板摩擦クラッチは、クラッチプレートがアルミニウム基複合材料で形成されているので、耐摩耗性が高く、しかも、従来の鋼材製のクラッチプレートに比較して軽量化される。また、前記クラッチプレートは、母材の表面に表面処理またはめっき被膜などを施した従来のクラッチプレートとは異なり、アルミニウム基複合材料によって形成されていることから、表面処理層または被膜の剥離が生じないので、安定した耐摩耗性が得られる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、前記アルミニウム基複合材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金を母相とし、この母相にセラミックス粒子を含有したものを用いる。このようなアルミニウム基複合材料によって形成したクラッチプレートは、この材料に含まれたセラミックス粒子によって良好な耐摩耗性を得ることができる。
【００１２】
同上の実施形態におけるアルミニウム基複合材料としては、母相にセラミックス粒子を５〜４０体積％含有したものを用いることが好ましい。セラミックス粒子の含有量が５体積％未満になると、耐摩耗性の向上の効果が十分に得られない。セラミックス粒子の含有量がが４０重量％を越えると、粘性の低下に伴い成形型への流入が困難となることに起因する欠陥の発生や研磨時の加工性の低下などが生じる。
【００１３】
また、前記セラミックス粒子として、粒径が５〜１００μｍのものが好ましい。セラミックス粒子が５μｍ未満の粒径であると、このセラミックス粒子が母相中に溶け込み易くなって、粒子形状を維持できなくなり、耐摩耗性向上の効果が得られ難くなる。また、セラミックス粒子の粒径が１００μｍを越えると、母相からこぼれ落ち易くなり、やはり、耐摩耗性向上の効果が得られ難くなる。
【００１４】
また、セラミックス粒子としては、炭化珪素、窒化珪素、アルミナまたはジルコニアのいずれかを用いることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る多板摩擦クラッチを示す縦断面図である。この多板摩擦クラッチは、自動二輪車のような車両に搭載される駆動装置に用いられて、エンジンと変速機との間を断接自在に摩擦接続するものである。すなわち、この多板摩擦クラッチは、クラッチケース１内に収納されて、エンジンのドライブギヤ（図示せず）に噛み合ってエンジンの駆動時にドライブギヤと常に一体回転するクラッチ入力ギヤ２と、変速機の入力軸となるクラッチ出力軸３との間を断接自在に摩擦接続するものである。
【００１６】
前記クラッチ入力ギヤ２は、メタル軸受４を介して前記クラッチ出力軸３に相対回転可能に支持されている。クラッチ入力ギヤ２に、有底円筒状のクラッチドラム７が、ピン８およびプレート９によって支持されている。クラッチ入力ギヤ２とクラッチドラム７との間には、回転力伝達の際の衝撃を緩和するためのスプリング１０が装着されている。クラッチドラム７の円筒部において周方向に間欠的に形成された複数のフィンガー１１には、複数枚のフリクションプレート１２が周方向に相対移動不能に係合し、かつ軸方向移動可能に保持されている。
【００１７】
クラッチドラム７の中心部内に突出した前記クラッチ出力軸３の端部には、クラッチドラム７の内方に位置するクラッチハブ１３が連結されている。クラッチハブ１３は、スプライン結合によりクラッチ出力軸３と相対回転不能に連結され、さらに、ナット１８により締結されて、軸方向移動不能に締結されて、クラッチ出力軸３と一体回転する。また、クラッチハブ１３には、軸方向に延びる係合溝１４が周方向に等間隔で複数配置されており、これら係合溝１４に複数枚のクラッチプレート１９が軸方向に移動可能に支持されている。これらクラッチプレート１９は前記フリクションプレート１２に挟まれるように、つまり交互に重なるように配置されている。
【００１８】
プレッシャープレート２４は、複数枚のフリクションプレート１２とクラッチプレート１９に、クラッチスプリング２７の弾性力で軸方向に押圧力を加えて両プレート１２，１９を圧接することにより、フリクションプレート１２とクラッチプレート１９の摩擦力でもって、クラッチドラム７とクラッチハブ１３間、つまりクラッチ入力ギヤ２とクラッチ出力軸３間のトルク伝達を行う。プレッシャープレート２４の中心部にはレリーズホルダ２８が取り付けられており、このレリーズホルダ２８を、クラッチレバー（図示せず）を操作したときに作動するプッシュロッド２９で図の右方に押すことにより、クラッチスプリング２７の弾性力に抗してプレッシャープレート２４を軸方向に移動させ、前記フリクションプレート１２とクラッチプレート１９の間の摩擦力を小さくすることで、クラッチ入力ギヤ２とクラッチ出力軸３の間のトルク伝達が遮断される。
【００１９】
図１には、湿式の多板摩擦クラッチを例示してあり、クラッチケース１内に所定量の潤滑油３０が収納されている。同図には運転時における潤滑油３０の油面を図示してあり、この運転時の油面は、クラッチドラム７の回転によって潤滑油３０が攪拌されて、運転停止時よりも若干低下している。
【００２０】
図２はフリクションプレート１２を示す正面図である。フリクションプレート１２は、リング状の本体部１２ａの外周面に複数の突部１２ｂが等間隔の配置で一体に突設された形状を有するアルミニウム製であって、突部１２ｂがクラッチドラム７のフィンガー１１，１１間に嵌まり込む。フリクションプレート１２の本体部１２ａの側面、つまりクラッチプレート１９に対する摩擦面に、多数枚の摩擦ペーパー３１が各々の間に小さな一定間隙を存する配置で添着されている。この摩擦ペーパー３１としては、有機合成繊維を母材とする耐熱ペーパーに変性フェノール樹脂（耐熱樹脂）を含浸させたものが用いられている。このフリクションプレート１２は、各突部１２ｂをクラッチドラム７のフィンガー１１に挿入することにより、クラッチドラム７に周方向に相対移動不可能で、かつ軸方向移動可能に保持されている。
【００２１】
一方、図３に示すように、本発明に係るクラッチプレート１９は、ドラム状の本体部１９ａの内周面に多数個の内歯１９ｂが等間隔の配置で一体形成されており、各内歯１９ｂをクラッチハブ１３の係合溝１４に挿入することにより、クラッチハブ１３に、周方向に相対移動不能で、かつ軸方向移動可能に保持されている。このクラッチプレート１９はアルミニウム基複合材料によって一体形成されており、このアルミニウム基複合材料として、８重量％のシリコンと０．６重量％のマグネシウムを含有するアルミニウム合金を母相とし、この母相に、セラミックス粒子の一種である、平均粒径が２０μｍの炭化珪素を２０体積％含有したアルミニウム合金基複合材料が用いられている。
【００２２】
前記クラッチプレート１９は、比重が２．７であって、従来のクラッチプレートの材料である鋼材の比重７．８に比較して、重量を約６５％も軽減できる。
【００２３】
図４および図５は、前記クラッチプレート１９の連続滑り試験を行った測定結果の摩擦係数および摩耗体積減量比率を示したものである。この連続滑り試験においては、図２に示した１枚の前記クラッチプレート１９を固定状態に保持し、これに図３に示した１枚の前記フリクションプレート１２を重ね合わせて、フリクションプレート１２を、１１０ｋｇの荷重が軸方向に付与された状態で回転させた。図４はフリクションプレート１２の摺動速度（周速度）の変化に対する摩擦係数の変化を示す。図５は、２０００ｍｍ／ｓｅｃの周速度で８時間回転を継続させて、摩耗体積減量比率の測定を行った結果を示す。
【００２４】
図４において、実線は本発明の前記実施形態のアルミニウム基複合材料で形成したクラッチプレート、破線は従来の鋼材製のクラッチプレート、一点鎖線はＪＩＳ規格のアルミニウム合金２０１７製（合金１）のクラッチプレート、二点鎖線はＪＩＳ規格のアルミニウム合金５４５４製（合金２）のクラッチプレートの各々の測定結果である。同図から明らかなように、本発明のクラッチプレート１９は、従来の鋼材製のクラッチプレートとほぼ同等の摩擦係数を有しており、フリクションプレート１２からの回転動力伝達が効率良く行われることが判る。
【００２５】
図５から明らかなように、アルミニウム基複合材料製の前記クラッチプレート１９の摩耗体積減量比率は、極く僅かであって、アルミニウム合金製のクラッチプレートに比較して大幅に低く、鋼材製のクラッチプレートと比較しても低くなっている。したがって、このクラッチプレート１９は、フリクションプレート１２との摩擦にも十分に耐えうる高い耐摩耗性を有していることが判る。このような高い耐摩耗性を得られるのは、母相であるアルミニウム合金に含有した炭化珪素の粒子によるものである。また、前記クラッチプレート１９は、高い靱性を有するアルミニウム基複合材料で一体形成するものであって、従来のような、硬質化のための表面処理またはめっきを施さないので、母材の表面処理層またはめっき被膜が剥離して耐摩耗性を低下させることがなく、安定した耐摩耗性が得られる。
【００２６】
また、前記実施形態のように、セラミックス粒子を含有したアルミニウム基複合材料製のクラッチプレート１９を湿式の多板摩擦クラッチに用いる場合には、クラッチプレート１９のセラミックス粒子がこぼれ落ちた際に生じる小さな孔に潤滑油が浸入するので、耐摩耗性がさらに向上する。さらに、アルミニウム基複合材料はＦｅ系材料に比較して熱容量は小さいが、湿式の多板摩擦クラッチに用いる場合には、クラッチプレート１９の温度上昇に留意する必要がないので、アルミニウム基複合材料製のクラッチプレート１９を従来の鋼材製のクラッチプレートと同等の１．６ｍｍ程度の薄い厚みに設定することができる。
【００２７】
なお、前記実施形態では、アルミニウム合金を母相とするアルミニウム（合金）基複合材料でクラッチプレート１９を形成した場合を例示して説明したが、アルミニウムを母相とするアルミニウム基複合材料を用いてもよい。また、この複合材料に含有するセラミックス粒子として、前記炭化珪素以外に、窒化珪素、アルミナまたはジルコニアを用いても、上述したと同様の高い耐摩耗性を得ることができる。
【００２８】
前記セラミックス粒子の含有量は、前述のとおり、５〜４０体積％の範囲内に設定するのが好ましい。ここで、図３のクラッチプレート１９の製造に際して、セラミックス粒子の含有量を５〜１５体積％に設定した場合には、ダイカスト法によってクラッチプレート１９を良好に量産することができる。セラミックス粒子の含有量を１５〜２５体積％に設定した場合には、重力鋳造法または低圧鋳造法により、クラッチプレート１９を製造できる。セラミックス粒子の含有量を２５〜４０体積％に設定した場合には、セラミックス粒子を適切な間隔で成形した多孔質のプリフォームを予め作製したのち、このプリフォームを成形型に入れて、溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を成形型内に注入してアルミニウム基複合材料を生成するプリフォーム製造法により、クラッチプレート１９を製造できる。
【００２９】
また、前記セラミックス粒子の粒径は、前述のとおり、５〜１００μｍの範囲内が好ましい。なお、前記実施形態では、湿式の多板摩擦クラッチを例示したが、乾式の多板摩擦クラッチに前記クラッチプレート１９を用いた場合にも、図４および図５に示したのと同様な効果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の多板摩擦クラッチによれば、アルミニウム基複合材料製のクラッチプレートを用いるので、従来の鋼材製のクラッチプレートに比較して、格段に軽量化することができる。しかも、クラッチプレートは、高い靱性を有するアルミニウム基複合材料によって形成されており、表面処理やめっきが不要なので、表面処理層またはめっき被膜の剥離がなく、安定して高い耐摩耗性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る多板摩擦クラッチを示す縦断面図である。
【図２】同上の多板摩擦クラッチにおけるフリクションプレートを示す正面図である。
【図３】同上の多板摩擦クラッチにおけるクラッチプレートを示す正面図である。
【図４】クラッチプレートの摺動速度と摩擦係数との相対関係の測定結果を示すグラフである。
【図５】クラッチプレートの摩耗体積減量比率の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
２…入力ギヤ
３…出力軸
７…クラッチドラム
１２…フリクションプレート
１３…クラッチハブ
１９…クラッチプレート
【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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