(57)【要約】【課題】高荷重域や高回転域においても摩擦係数を安定させることができるＣ／Ｃ複合材を用いた伝達装置を提供する。【解決手段】この伝達装置１は、回転トルクを伝達する。摺動機構部２０は、回転トルクを伝達する回転部材１０に連結され、第１の摺動面２１１を有する第１の片２１と、第１の摺動面２１１と当接する第２の摺動面２２１を有する第２の片２２とを有し、これらがＣ／Ｃ複合材からなり、第１の摺動面２１１に摩耗粉４０をトラップする溝２１２が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転トルクを伝達する伝達装置であって、
前記回転トルクを伝達する回転部材に連結され、第１の摺動面を有する第１の片と、前記第１の摺動面と当接する第２の摺動面を有する第２の片とを有し、少なくとも前記第１及び第２の摺動面のうち一方が炭素繊維強化炭素複合材からなり、前記第１及び第２の摺動面のうち少なくとも一方に摩耗粉をトラップする凹部が設けられた摺動機構部を具備する伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の伝達装置であって、
前記凹部は、前記第１又は第２の片の回転中心側から外周側に通じ、前記第１又は第２の片の外周面に露出する溝である
伝達装置。
【請求項３】
請求項２に記載の伝達装置であって、
前記溝は、前記回転部材が連結された第１の片の第１の摺動面に設けられた
伝達装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の伝達装置であって、
前記摺動機構部は、前記第１の摺動面と前記第２の摺動面とが相互にドライな状態で常に接している
伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッチなどの伝達装置では、トルク及び荷重を伝達する軸に連結された回転片より固定片に荷重を掛けながら回転片が回転し、回転片の摺動面と固定片の摺動面とが摺動する。このような伝達装置では、広帯域にわたる荷重及び回転数において摩擦係数が安定し、高荷重域や高回転域でも焼き付きが生じないことが望まれる。
【０００３】
一方、このようなクラッチなど材料として、近年では、耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性、軽量性などに優れた炭素繊維強化炭素複合材（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ・Ｃａｒｂｏｎ  Ｍａｔｒｉｘ・Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ、以下「Ｃ／Ｃ複合材」という。）が用いられるようになってきた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２６７０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
伝達装置における摺動機構を閉空間に収容し、外気と遮断する構造が採用される場合ある。その場合に、可能なかぎりメンテナンスフリーであることが要求され、例えば摺動機構に潤滑油などを用いることなくドライな状態で使用することが求められる。
【０００６】
しかし、上記のように摺動機構の摺動面にＣ／Ｃ複合材を用い、特にドライな状態で使用した場合には、高荷重域や高回転域において摩擦係数が不安定になり、最終的に摩擦係数が急上昇し、回転しなくなるという問題が生じている。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高荷重域や高回転域においても摩擦係数を安定させることができるＣ／Ｃ複合材を用いた伝達装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る伝達装置は、回転トルクを伝達する伝達装置であって、前記回転トルクを伝達する回転部材に連結され、第１の摺動面を有する第１の片と、前記第１の摺動面と当接する第２の摺動面を有する第２の片とを有し、少なくとも前記第１及び第２の摺動面のうち一方がＣ／Ｃ複合材（炭素繊維強化炭素複合材）からなり、前記第１及び第２の摺動面のうち少なくとも一方に摩耗粉をトラップする凹部が設けられた摺動機構部を有する。
【０００９】
本発明者らの知見によれば、Ｃ／Ｃ複合材は摺動するときに摩耗粉が発生し、その摩耗粉が摺動面に滞留し続けると、滞留した摩耗粉が摺動面を削り、摺動面に凝着痕のような傷が付く。このような傷によって摺動面は荒れた状態となり、摩耗が更に促進されることになり、発生した摩耗粉が摺動面に凝着する。これにより、摺動面の摩擦係数が不安定になり、最終的には摩擦係数が急上昇し、摺動面が回転できなくなる、ということを見出した。
【００１０】
本発明の一形態に係る伝達装置では、摺動面に摩耗粉をトラップする凹部を設け、摺動面で発生した摩耗粉が摺動面に滞留することを防止している。これにより、摺動面が荒れにくくなり、摺動面の摩擦係数の変動が抑えられる。従って、本発明の一形態に係る伝達装置によれば、高荷重域や高回転域においても摩擦係数を安定させることができる。
【００１１】
加えて、本発明の一形態に係る伝達装置では、摺動面に凹部を設けることで、摺動面どうしが接触する面積を小さくすることができる。これにより、摺動面に印加される荷重が低い場合でも、摺動面における面圧は高くなり、トルクを伝達するための効率を高め、伝達装置としての性能を高めることができる。
【００１２】
本発明の一形態に係る伝達装置では、前記凹部が、前記第１又は第２の片の回転中心側から外周側に通じ、前記第１又は第２の片の外周面に露出する溝であることが好ましい形態である。
【００１３】
上記のように本発明では、摺動面に設けられた凹部が摩耗粉をトラップしているが、摩耗粉が充填してしまうと、凹部によって摩耗粉をトラップできなくなり、摩擦係数が不安定になるおそれがある。
【００１４】
本発明の一形態に係る伝達装置では、凹部を第１又は第２の片の回転中心側から外周側に通じて外周面に露出する溝とすることで、凹部である溝にトラップされた摩耗粉が遠心力により外周面から露出した溝より外方に排出される。従って、凹部である溝に摩耗粉が詰まることがなくなるので、摺動面に摩耗粉が滞留することはなくなり、伝達装置としての性能を長期にわたりメンテナンスフリーで維持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、摺動面にＣ／Ｃ複合材を用いた伝達装置にあって、摺動面に摩耗粉をトラップする凹部を設けたことで、高荷重域や高回転域においても摩擦係数を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る伝達装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した回転片の摺動面を臨む斜視図である。
【図３】図１に示した固定片の摺動面を臨む斜視図である。
【図４】本発明の効果を確認するために行った実験結果のグラフである。
【図５】本発明の他の実施形態に係る伝達装置の構成示す図である。
【図６】本発明に係る摩耗粉をトラップする凹部の別の構成例である。
【図７】本発明に係る摩耗粉をトラップする凹部のまた別の構成例である。
【図８】本発明に係る摩耗粉をトラップする凹部のさらに別の構成例である。
【図９】本発明に係る摩耗粉をトラップする凹部のさらにまた別の構成例である。
【図１０】本発明に係る摩耗粉をトラップする凹部のさらに異なる別の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る伝達装置の構成を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、この伝達装置１は、回転部材としての軸１０と、摺動機構部２０と、閉空間形成部材３０とを有する。この伝達装置１は、例えば自動車や鉄道などの車両におけるトルクを伝達するための機構に用いられる。
軸１０は、外部よりトルクＴ及び軸荷重Ｎを受け、トルクＴ及び軸荷重Ｎを伝達する。
【００１９】
摺動機構部２０は、軸１０の先端に連結された第１の片としてのディスク形状の回転片２１と、回転片２１と対向して接するように同軸上に配置された第２の片としてのディスク形状の固定片２２とを備える。固定片２２は、例えば閉空間形成部材３０に取り付けられる。第２の片（固定片２２）は、例えば弾性部材を介して弾発力をもって閉空間形成部材３０に取り付けられてもよく、外部に導出され、トルクがかかった軸に取り付けられ、この軸とともに回転可能としてもよい。
なお、回転片には軸１０ではなく、ブロック状の部材などで連結してトルクＴや軸荷重Ｎを伝達するようにしてもよい。
【００２０】
回転片２１は摺動面２１１を有し、固定片２２は摺動面２２１を有し、回転片２１の摺動面２１１と固定片２２の摺動面２２１とは相互にドライな状態で常に接している。後に詳しくの述べるが、回転片２１の摺動面２１１には、摩耗粉をトラップする凹部としての溝２１２が設けられている。
【００２１】
回転片２１の摺動面２１１及び固定片２２の摺動面２２１は、Ｃ／Ｃ複合材からなる。Ｃ／Ｃ複合材とは、カーボン複合材のなかでも、母材・強化繊維ともにカーボン(炭素)を用いたエンジニアリング素材をいう。
【００２２】
なお、回転片２１及び固定片２２は、少なくとも摺動面２１１、２２１がＣ／Ｃ複合材であればよく、もちろん回転片２１及び固定片２２の全体がＣ／Ｃ複合材であってもよい。また、回転片２１及び固定片２２の摺動面２１１、２２１のうちいずれか一方がＣ／Ｃ複合材、他方がＣ／Ｃ複合材以外の例えば鉄材であってもよい。例えば、回転片２１の摺動面２２１又は回転片２１全体がＣ／Ｃ複合材、固定片２２が鉄材であってもよい。
【００２３】
閉空間形成部材３０は、摺動機構部２０を収容する閉空間３１を形成するためのものであり、例えば鉄材により所定の空間３１を形成してなるもので、その空間３１に摺動機構部２０が配置され、摺動機構部２０を外気と遮断する構造を有する。これにより、摺動機構部２０では、外気に晒されることがなくなり、耐環境性が向上する。
図２は回転片２１の摺動面２１１を臨む斜視図、図３は固定片２２の摺動面２２１を臨む斜視図である。
【００２４】
図２に示すように、回転片２１の摺動面２１１には、摺動面２１１、２２１間で発生する摩耗粉４０をトラップする溝２１２が設けられている。例えば、溝２１２は、回転片２１の回転中心Ｃから外周側に直線状に等間隔に８本設けられ、それぞれの溝２１２は、外周面Ｓに露出している。
一方、図３に示すように、固定片２２の摺動面２２１は、溝などは設けられておらず、一様に平坦な面とされている。
なお、溝２１２は、固定片２２の摺動面２２１に設けられていてもよく、溝としての凹部は後述するように様々な形態で実施することが可能である。
【００２５】
この実施形態に係る伝達装置１では、軸１０からのトルクＴ及び軸荷重Ｎが回転片２１に掛かり、回転片２１より固定片２２に荷重が掛かりながら回転片２１が回転し、回転片２１の摺動面２１１と固定片２２の摺動面２２１とが摺動する。これにより、軸１０のトルク及び軸荷重が回転片２１を介して固定片２２に伝達され、伝達装置１として機能する。
【００２６】
ここで、回転片２１の摺動面２１１と固定片２２の摺動面２２１とが摺動したときに、これら摺動面２１１、２２１で摩耗粉４０が発生するが、摩耗粉４０は回転片２１の摺動面２１１に設けられた溝２１２によりトラップされる。従って、これら摺動面２１１、２２１には、摩耗粉４０が滞留しない。
【００２７】
また、溝２１２によりトラップされた摩耗粉４０は、溝２１２が外周面Ｓに露出していることから、回転片２１が回転するときに生じる遠心力により外周面Ｓから露出した溝２１２より外方に排出される。
【００２８】
このように摺動面２１１、２２１で発生した摩耗粉４０は、摺動面２１１、２２１に滞留することがないので、摺動面２１１、２２１が荒れにくくなり、摺動面２１１、２２１の摩擦係数の変動が抑えられる。しかも、溝２１２によりトラップされた摩耗粉４０は、外周面Ｓから露出した溝２１２より外方に排出されるので、溝２１２に摩耗粉４０が詰まることがなくなる。従って、溝２１２により摩耗粉４０をトラップする性能は、長期にわたり維持される。よって、この実施形態に係る伝達装置１では、摺動面２１１と摺動面２２１とが相互にドライな状態で常に接しているが、高荷重域や高回転域においても摩擦係数を長期にわたり安定させることができ、伝達装置としての性能をメンテナンスフリーで維持することが可能となる。
【００２９】
なお、上記のように回転片２１と固定片２２とが摺動する構成の場合には、回転片２１の摺動面２１１に溝２１２を設けた方が、遠心力により外周に摩耗粉４０を排出する作用を高めることができる。つまり、第１及び第２の片のうち回転速度が速い方、すなわち回転部材が連結された第１の片の摺動面に溝を設けた方が、摩擦粉の排出作用の向上という点で好ましい。
【００３０】
また、この実施形態に係る伝達装置１では、摺動面２１１に溝２１２を設けることで、摺動面２１１、２２１どうしが接触する面積を小さくすることができる。これにより、軸１０より摺動面２１１、２２１に印加される荷重が低い場合でも、摺動面２１１、２２１における面圧は高くなり、トルクを伝達するための効率を高め、伝達装置としての性能を高めることができる。
ここで、本発明の効果を確認するために行った実験結果を図４に示す。
・本発明に係る実施例（図４中、塗り潰しの点でプロットした）
回転片：  Ｃ／Ｃ複合材  摺動面は図２に示したような８本の溝あり
固定片：  Ｃ／Ｃ複合材  摺動面は図３に示したような平坦な面
・比較例（図４中、白抜きの点でプロットした）
回転片：  Ｃ／Ｃ複合材  摺動面は図３に示したような平坦な面
固定片：  Ｃ／Ｃ複合材  摺動面は図３に示したような平坦な面
【００３１】
ここで、図４は、面圧は一定で０．５ＭＰａとし、回転速度を０から上昇させた場合の上記実施例及び比較例の構成におけるＰＶ値と摩擦係数（動摩擦係数）μとの関係を示している。
【００３２】
図４に示したように、実施例の構成では、回転速度が１７００ＲＰＭ（周速１９４．４ｍ／ｍｉｎ）となるＰＶ値が９７．２（ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎ）になるまで摩擦係数が安定し、その後上昇するが、回転速度が１８００ＲＰＭ（周速２０５．８ｍ／ｍｉｎ）となるＰＶ値が１０２．９（ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎ）以上となっても摺動面は焼き付かず、回転片は回り続けた。
【００３３】
一方、比較例の構成では、回転速度が１０００ＲＰＭ（周速１０２．９ｍ／ｍｉｎ）となるＰＶ値が５１．５（ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎ）となると摺動面は焼き付き、回転片の回転は停止した。
次に、本発明に係る伝達装置の他の構成例を説明する。
図５は本発明の他の実施形態に係る伝達装置の構成示す図である。
【００３４】
図５に示す伝達装置２は、例えばウィンチとして用いられる。閉空間形成部材３０より外部において、軸１０には、ワイヤー１１が巻回され、ワイヤー１１の下方に垂れた先端にはおもり１２が取り付けられている。軸１０には、トルクＴが掛かるだけで、軸荷重は印加されない。
【００３５】
一方、上記実施形態では固定片であった第２の片２２には、軸２３が取り付けれ、また第２の片２２はばね部材２４によって回転片２１と弾性力（軸荷重に相当）を付与されつつ接している。閉空間形成部材３０より外部において、軸２３にはモータ２５が連結され、軸１０に印加されたトルクＴがこのモータ２５によって減衰される構成となっている。
【００３６】
この実施形態に係る伝達装置２においても、摺動面２１１、２２１で発生した摩耗粉４０は、回転片２１の摺動面２１１に設けられた溝２１２によりトラップされ、摺動面２１１、２２１に滞留することがないので、摺動面２１１、２２１が荒れにくくなり、摺動面２１１、２２１の摩擦係数の変動が抑えられる、など最初に示した実施形態に係る伝達装置１と同様の効果を奏する。
本発明は上記した実施形態には、限定されず様々な態様で実施することができ、その実施の範囲も本発明の技術的範囲に属するものである。
例えば、本発明に係る摩耗粉をトラップする凹部は、上記の実施形態で説明した溝２１２の態様に限定されず、様々な態様で実施することができる。
【００３７】
例えば、図６に示すように、摺動面２１１は、溝２１２の幅が回転中心Ｃから外周側に向けて幅広になる溝２１２を有するものであってもよい。これにより、摩擦粉の排出作用をより向上させることができる。
また、図７に示すように、摺動面２１１は、回転中心Ｃから外周側に向けて螺旋状に溝２１２を有するものであってもよい。
【００３８】
更に、図８に示すように、溝２１２の角部は断面ｒ形状などの面取りをすれば、摺動の際に角部に欠けが生じ、欠けた部材によって摺動面に荒れが生じることを防止できる。特に、溝２１２が摺動面の回転方向に対して直角に形成されると欠けが生じやすいので、そのような溝形のときに適用することがより好ましい。
【００３９】
また、図９に示すように、摺動面２１１は、摩耗粉４０をトラップする凹部としての有底孔２１３を有するものであってもよい。これにより、摩擦粉を摺動面内に封じ込め、閉空間形成部材３０内の空間３１に摩擦粉が飛翔することを防止できる。図１０に示すように、摺動面２１１が、外周側ほど、有底孔２１３の個数の密度を高めることで、この摩擦粉の飛翔防止効果を高めることができ、外周に近い部分での摩擦粉の凝着を抑制することができる。
【００４０】
また、上述の実施形態では、回転片１２に溝２１２を設ける構成としたが、セグメント状の回転片を面上に並べて配置し（例えば円筒状部材の一方の平面に円周方向に沿るように所定の間隔で回転片を配置し）、各回転片の間隔自体を凹部として構成してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１、２  伝達装置
１０  軸
２０  摺動機構部
２１  第１の片としての回転片
２２  第２の片としての固定片
２１１、２２１  摺動面
２１２  凹部としての溝
３０  閉空間形成部材
３１  閉空間
４０  摩耗粉
【図１】
2016056897.tif 000003
【図２】
2016056897.tif 000004
【図３】
2016056897.tif 000005
【図４】
2016056897.tif 000006
【図５】
2016056897.tif 000007
【図６】
2016056897.tif 000008
【図７】
2016056897.tif 000009
【図８】
2016056897.tif 000010
【図９】
2016056897.tif 000011
【図１０】
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