(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一軸線上で相対回転自在な第１軸部材及び第２軸部材と、前記第１軸部材上に取り付けられた少なくとも一枚の第１摺動板と、前記第２軸部材上に取り付けられた少なくとも一枚の第２摺動板と、前記第１摺動板及び前記第２摺動板の間に介装されるとともに前記両摺動板に対して相対回転自在に取り付けられた第３摺動板と、前記第１摺動板、前記第２摺動板及び前記第３摺動板を相互に押し付けるよう作動するピストン部材とを有し、前記第１軸部材又は前記第２軸部材に対する位置決め部が前記第３摺動板の内縁又は外縁に設けられ、前記第１摺動板及び前記第２摺動板の内縁は前記第３摺動板の摺動面内縁よりも前記軸線に近い側へ延びて形成され、前記第１摺動板及び前記第２摺動板の外縁は前記第３摺動板の摺動面外縁よりも前記軸線から遠い側へ延びて形成され、前記第３摺動板と前記第１摺動板との間の摺動面積及び前記第３摺動板と前記第２摺動板との間の摺動面積が互いに等しく、前記第３摺動板と前記第１摺動板との間の摺動面の平均摩擦半径及び前記第３摺動板と前記第２摺動板との間の摺動面の平均摩擦半径が互いに等しく、前記第３摺動板と前記第１摺動板との間の摺動面における摩擦係数及び前記第３摺動板と前記第２摺動板との間の摺動面における摩擦係数が互いに等しいことを特徴とする摩擦式係合装置。
【請求項２】
同一軸線上で相対回転自在な第１軸部材及び第２軸部材と、前記第１軸部材上に取り付けられた少なくとも一枚の第１摺動板と、前記第２軸部材上に取り付けられた少なくとも一枚の第２摺動板と、前記第１摺動板及び前記第２摺動板の間に介装されるとともに前記両摺動板に対して相対回転自在に取り付けられた第３摺動板と、前記第１摺動板、前記第２摺動板及び前記第３摺動板を相互に押し付けるよう作動するピストン部材とを有し、前記第１軸部材又は前記第２軸部材に対する位置決め部が前記第３摺動板の内縁又は外縁に設けられ、前記第３摺動板と前記第１摺動板との間の摺動面積及び前記第３摺動板と前記第２摺動板との間の摺動面積が互いに等しく、前記第３摺動板と前記第１摺動板との間の摺動面の平均摩擦半径及び前記第３摺動板と前記第２摺動板との間の摺動面の平均摩擦半径が互いに等しく、前記第３摺動板と前記第１摺動板との間の摺動面における摩擦係数及び前記第３摺動板と前記第２摺動板との間の摺動面における摩擦係数が互いに等しく、
前記第３摺動板の内縁または外縁の近傍には逃げ部が形成され、
前記第３摺動板と前記第１摺動板との間の摺動面の形状及び前記第３摺動板と前記第２摺動板との間の摺動面の形状が互いに等しいことを特徴とする摩擦式係合装置。
【請求項３】
前記第３摺動板の内縁または外縁に設けられた前記位置決め部の近傍に前記逃げ部を有することを特徴とする請求項２記載の摩擦式係合装置。
【請求項４】
少なくとも、前記第３摺動板は、カーボンファイバーを主成分とした複合材から形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦式係合装置。
【請求項５】
前記第３摺動板は、プレスにより成形されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の摩擦式係合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車或いは各種産業機械における回転力伝達機構のクラッチやブレーキ等に用いられる摩擦式係合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車の変速機構等に用いられるクラッチ機構は、同軸線上で相対回転自在に設けられた駆動軸部材と従動軸部材の双方に、軸線に対して摺動面が直交する複数枚の摺動板が互いに交互平行になるように配設されて構成されている。駆動軸部材が回転駆動されているとき、ピストン部材等により摺動面に垂直な押圧力を与えて各摺動板を相互に当接摺動させながら両者を係合させて行けば、駆動軸部材の回転力を従動軸部材に伝達させることができる。
【０００３】
ここで駆動軸部材と従動軸部材とが係合されるとき、係合し始めから両軸部材が完全に同一速度で回転するまでの間は駆動軸部材側摺動板と従動軸部材側摺動板とは摺動し合ってその摺動面には摩擦熱が発生し、摺動板の温度は上昇することとなる。このような温度上昇は摺動板の劣化を早め寿命等に大きな影響を与えるため、従来より摺動面における摺動エネルギーを分散させて発生する摩擦熱を減少させる方法が提案されてきた。例えば、実開平４−８４８３２、特開平４−１９１５２７及び実公昭４８−２２９９１には、摺動し合う両摺動板の間に、両摺動板に対して相対回転自在の浮遊状態に支持されたリング円盤形状の摺動板（浮遊摺動板）を介装する方法が開示されている。この方法によれば、浮遊摺動板は両摺動板と摺動しながら同一方向に回転するので、両摺動板の摺動面における相対回転速度はともに半減され、これにより発生する摩擦熱も減少させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、駆動軸部材側摺動板と浮遊摺動板の間、及び従動軸部材側摺動板と浮遊摺動板の間の各摺動面における摺動条件は必ずしも等しくは設定されないので、両摺動面における相対回転速度は完全には半減せず、従って摺動面に発生する摩擦熱の減少効果も不充分であった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、摺動面に発生する摩擦熱を減少させ、摺動板の耐久性を向上させて信頼性を高めることのできる摩擦式係合装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の摩擦式係合装置（例えば、実施形態におけるクラッチ機構１）は、同一軸線上で相対回転自在な第１軸部材（例えば、実施形態におけるクラッチアウタ２）及び第２軸部材（例えば、実施形態におけるクラッチインナ３）と、第１軸部材上に取り付けられた少なくとも一枚の第１摺動板と、第２軸部材上に取り付けられた少なくとも一枚の第２摺動板と、第１摺動板及び第２摺動板の間に介装されるとともに両摺動板に対して相対回転自在に取り付けられた第３摺動板（例えば、実施形態における浮遊摺動板４３）と、第１摺動板、第２摺動板及び第３摺動板を相互に押し付けるよう作動するピストン部材（例えば、実施形態におけるクラッチピストン４）とを有する。そして、第１軸部材又は第２軸部材に対する位置決め部を第３摺動板の内縁又は外縁に設け、第１摺動板及び第２摺動板の内縁は第３摺動板の摺動面内縁よりも軸線に近い側へ延びて形成され、第１摺動板及び第２摺動板の外縁は第３摺動板の摺動面外縁よりも軸線から遠い側へ延びて形成され、第３摺動板と第１摺動板との間の摺動面積及び第３摺動板と第２摺動板との間の摺動面積を互いに等しくし、第３摺動板と第１摺動板との間の摺動面の平均摩擦半径及び第３摺動板と第２摺動板との間の摺動面の平均摩擦半径を互いに等しくし、第３摺動板と第１摺動板との間の摺動面における摩擦係数及び第３摺動板と第２摺動板との間の摺動面における摩擦係数を互いに等しくする。ここで、第１軸部材又は第２軸部材に対する位置決め部とは、第１軸部材又は第２軸部材に対する第３摺動板の径方向移動を規制する部位である。また、平均摩擦半径とは、摺動面における摩擦力中心の軸線からの距離であり、摺動面がリング円形状であれば、内径と外径の平均値として表される。
【０００７】
また、本発明の摩擦式係合装置（例えば、実施形態におけるクラッチ機構１）は、同一軸線上で相対回転自在な第１軸部材（例えば、実施形態におけるクラッチアウタ２）及び第２軸部材（例えば、実施形態におけるクラッチインナ３）と、第１軸部材上に取り付けられた少なくとも一枚の第１摺動板と、第２軸部材上に取り付けられた少なくとも一枚の第２摺動板と、第１摺動板及び第２摺動板の間に介装されるとともに両摺動板に対して相対回転自在に取り付けられた第３摺動板（例えば、実施形態における浮遊摺動板４３）と、第１摺動板、第２摺動板及び第３摺動板を相互に押し付けるよう作動するピストン部材（例えば、実施形態におけるクラッチピストン４）とを有する。そして、第１軸部材又は第２軸部材に対する位置決め部を第３摺動板の内縁又は外縁に設け、第３摺動板と第１摺動板との間の摺動面積及び第３摺動板と第２摺動板との間の摺動面積を互いに等しくし、第３摺動板と第１摺動板との間の摺動面の平均摩擦半径及び第３摺動板と第２摺動板との間の摺動面の平均摩擦半径を互いに等しくし、第３摺動板と第１摺動板との間の摺動面における摩擦係数及び第３摺動板と第２摺動板との間の摺動面における摩擦係数を互いに等しくし、第３摺動板の内縁または外縁の近傍には逃げ部が形成され、第３摺動板と第１摺動板との間の摺動面の形状及び第３摺動板と第２摺動板との間の摺動面の形状が互いに等しくなるようにしても良い。
【０００８】
以上のような構成とすれば、第１摺動板と第３摺動板との間の相対回転速度、及び第２摺動板と第３摺動板との間の相対回転速度を相等しくすることができる。このとき相対回転速度の最大値は最小となり、発生する摩擦熱は減少する。これにより摺動板の材料の劣化を低減させ、耐久性を向上させ信頼性を高めることができる。なお、本発明の摩擦係合装置は、第２軸部材を軸線上で回転自在とすることによりクラッチ機構として用いることができ、第２軸部材を固定させることによりブレーキ機構としても用いることができる。
【０００９】
【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を参照して説明する。図１には、本発明の摩擦式係合装置を適用したクラッチ機構の構成を示している。クラッチ機構１は、駆動源（図示せず）により回転駆動されるクラッチアウタ２の回転軸２１とクラッチアウタ２の回転力を受けて回転するクラッチインナ３の回転軸３１とが同じ軸線ＡＸ上に配設され、クラッチアウタ２とクラッチインナ３との間にはニードルベアリング４６が介装されて相対回転自在に取り付けられている。
【００１０】
クラッチアウタ２の筒状部２２の内周には軸線ＡＸ方向に沿ったスプライン溝２３が形成されており、ここに複数の第１摺動板４１が摺動面を軸線ＡＸに直交させて軸線ＡＸ方向スライド移動自在、且つ、クラッチアウタ２と一体回転可能に係合されている。但し、第１摺動板４１のうち最も外側（図１における最も右側）の位置にあるものは、筒状部２２の内周に固定されたエンドプレート４４によりスライド移動が規制されている。
【００１１】
クラッチインナ３の筒状部３２の外周には軸線ＡＸ方向に沿ったスプライン溝３３が形成されており、ここに複数の第２摺動板４２が摺動面を軸線ＡＸに直交させて軸線ＡＸ方向スライド移動自在、且つ、クラッチインナ３と一体回転可能に係合され、第１摺動板４１と交互に対向するように配設されている。また、第１摺動板４１と第２摺動板４２との間には、リング円盤形状を有し両面がフェーシング加工された浮遊摺動板４３が軸線ＡＸ方向及び周方向移動自在に取り付けられている（すなわち、両摺動板４１、４２に対して相対回転自在の浮遊状態にある）。
【００１２】
上記第１摺動板４１、第２摺動板４２及び浮遊摺動板４３はいずれもカーボンファイバーを主成分とした複合材（Ｃ／Ｃコンポジット）から形成されている。このように、浮遊摺動板４３をそれ自体で充分な強度を有するＣ／Ｃコンポジットから形成することにより、従来のペーパーのディスクのように、強度不足を補うため強度のある芯材に張り付ける必要がなく、また歯の加工も不要となるため、コストダウンが図れる。なお、Ｃ／Ｃコンポジットのクラッチディスク形状への成形はプレスにて行われる。
【００１３】
クラッチアウタ２の内部には、クラッチピストン４がＯ−リング４５に支持されて軸線ＡＸ方向スライド移動自在に取り付けられている。このクラッチピストン４は、クラッチアウタ回転軸２１上に設けられたばね係止具２６により図１の右方向移動を規制されたばね５により、図１の左方向へ付勢されている。クラッチアウタ２の内壁とクラッチピストン４の外壁よりなる空間により制御油圧室６が形成されており、この制御油圧室６への油圧供給のため、クラッチアウタ回転軸２１の内部には油供給路２４が穿設されるとともに、この油供給路２４と制御油圧室６とを連通する通孔２５が設けられている。
【００１４】
次に、このクラッチ機構１の作動を説明する。クラッチアウタ回転軸２１が軸線ＡＸ上を回転駆動されているとき、制御油圧室６に油圧が供給されていなければ、クラッチピストン４はばね５の付勢力により図１の左方向へ位置する。このとき第１摺動板４１、第２摺動板４２及び浮遊摺動板４３は互いに離れた状態にあり、クラッチアウタ２のみが回転する。このときクラッチアウタ２の回転力はクラッチインナ３へ伝達されない（非係合状態。図１上図）。
【００１５】
一方、油供給路２４及び通孔２５を介して制御油圧室６へ油圧を供給すると、この油圧力によりクラッチピストン４はばね５の付勢力に逆らって図１の右方へスライド移動し、第１摺動板４１、第２摺動板４２及び浮遊摺動板４３を相互に当接させるとともに、これら全体をエンドプレート４４に押し付ける。これにより第１摺動板４１と浮遊摺動板４３との間の各摺動面、及び第２摺動板４２と浮遊摺動板４３との間の各摺動面は摩擦力により係合する。このときクラッチアウタ２の回転力はクラッチインナ３へ伝達される（係合状態。図１下図）。
【００１６】
次に、第１摺動板４１、第２摺動板４２及び浮遊摺動板４３の形状及び配置について、図２及び図３を参照して説明する。第１摺動板４１は、外縁４１ｂのなす円形状がクラッチアウタ筒状部２２の内周のなす円形状よりも若干小さく構成されている。このため、突起部４１ｃがクラッチアウタ２のスプライン溝２３に係合された状態においては径方向移動が規制される（若干移動することは可能）。また、第２摺動板４２は、内縁４２ａのなす円形状がクラッチインナ筒状部３２の外周のなす円形状よりも若干大きく構成されている。このため、突起部４２ｃがクラッチインナ３のスプライン溝３３に係合された状態においては径方向移動が規制される（若干移動することは可能）。
【００１７】
浮遊摺動板４３は、内縁４３ａのなす円形状がクラッチインナ筒状部３２の外周のなす円形状よりも若干大きく形成されて位置決め部が設けられている。これによりクラッチインナ筒状部３２の外周に対する浮遊摺動板４３の径方向移動は規制され（若干移動することは可能）、回転の中心は軸線ＡＸにほぼ一致する。また、図３に示すように浮遊摺動板４３の内縁４３ａ近傍には曲面状に形成された逃げ部が設けられ、逃げ部縁４３ｃが形成されている。
【００１８】
また、図３から分かるように、第１摺動板内縁４１ａは浮遊摺動板逃げ部縁４３ｃよりも軸線ＡＸに近い側へ延びて形成されており、第１摺動板外縁４１ｂは浮遊摺動板外縁４３ｂよりも軸線ＡＸから遠い側へ延びて形成されている。また、第２摺動板内縁４２ａは浮遊摺動板逃げ部縁４３ｃよりも軸線ＡＸへ近い側へ延びて形成されており、第２摺動板外縁４２ｂは浮遊摺動板外縁４３ｂよりも軸線ＡＸから遠い側へ延びて形成されている（当然、浮遊摺動板逃げ部縁４３ｃは浮遊摺動板内縁４３ａよりも軸線ＡＸよりも遠い側にある）。更に、第１摺動板４１と浮遊摺動板４３との間の摺動面Ｓ１における摩擦係数μ１と、第２摺動板４２と浮遊摺動板４３との間の摺動面Ｓ２における摩擦係数μ２とは互いに等しくなるように調整されている。
【００１９】
このため、図３に示すように第１摺動板４１、第２摺動板４２及び浮遊摺動板４３が相互に当接した状態では、第１摺動板４１と浮遊摺動板４３との間の摺動面Ｓ１の形状と、第２摺動板４２と浮遊摺動板４３との間の摺動面Ｓ２の形状とは相等しく（共に軸線ＡＸを中心とするリング円形状であり、合同である）、且つ、両摺動面における摩擦係数μ１、μ２が相等しいことから、浮遊摺動板４３の両摺動面Ｓ１、Ｓ２において伝達されるトルクは等しく、従って、摺動面Ｓ１における第１摺動板４１と浮遊摺動板４３との相対回転速度、及び摺動面Ｓ２における第２摺動板４２と浮遊摺動板４３との相対回転速度は等しくなる。このため両摺動面Ｓ１、Ｓ２において発生する摩擦熱の量は等しくなる。
【００２０】
このように浮遊摺動板４３の両摺動面Ｓ１、Ｓ２において伝達されるトルクが等しくなる条件は、両摺動面Ｓ１、Ｓ２における摺動面積及び平均摩擦半径が共に等しいことである。ここで平均摩擦半径とは、摺動面における摩擦力中心の軸線ＡＸからの距離であり、摺動面がリング円形状であれば、内径と外径の平均値として表される。なお、実施例のように浮遊摺動板４３における両摺動面Ｓ１、Ｓ２の形状が相等しい（合同）場合には、上記条件を満足する。
【００２１】
このように、浮遊摺動板４３に逃げ部を形成して摺動面Ｓ１及び摺動面Ｓ２における▲１▼摺動面積、▲２▼平均摩擦半径、▲３▼摩擦係数μ２の全てを互いに等しくすれば（摺動条件を等しくすれば）、第１摺動板４１と浮遊摺動板４３との間の相対回転速度、及び第２摺動板４２と浮遊摺動板４３との間の相対回転速度を相等しくすることができる。このとき相対回転速度の最大値は最小となり、発生する摩擦熱は減少する。これにより摺動板の材料の劣化を低減させ、耐久性を向上させ信頼性を高めることができる。
【００２２】
なお、浮遊摺動板４３は、外縁４３ｂのなす円形状がクラッチアウタ筒状部２２の内周のなす円形状よりも若干小さく形成されて位置決め部が設けられてもよい（図４参照）。この場合には、クラッチアウタ筒状部２２の内周に対する浮遊摺動板４３の径方向移動は規制され（若干移動することは可能）、回転の中心は軸線ＡＸにほぼ一致する。そして、第１摺動板内縁４１ａは浮遊摺動板内縁４３ａよりも軸線ＡＸに近い側へ延びて形成され、第１摺動板外縁４１ｂは浮遊摺動板逃げ部縁４３ｃよりも軸線ＡＸから遠い側へ延びて形成される。また、第２摺動板内縁４２ａは浮遊摺動板内縁４３ａよりも軸線ＡＸへ近い側へ延びて形成され、第２摺動板外縁４２ｂは浮遊摺動板逃げ部縁４３ｃよりも軸線ＡＸから遠い側へ延びて形成される（当然、浮遊摺動板逃げ部縁４３ｃは浮遊摺動板外縁４３ｂよりも軸線ＡＸよりも近い側に来る）。
【００２３】
また、浮遊摺動板４３に形成される逃げ部の形状は図３及び図４に示した曲面形状に替えて、図５（ａ）に示すテーパー形状若しくは図５（ｂ）に示す段付き形状としてもよい。浮遊摺動板４３は前述したようにプレスにて成形されるので、これらのテーパー若しくは段付き形状は容易に実現することができる。
【００２４】
また、本実施例は、浮遊摺動板４３の両面にのみフェーシング加工を施すものであったが、第１摺動板４１と浮遊摺動板４３との間の摺動面Ｓ１における摩擦係数μ１と、第２摺動板４２と浮遊摺動板４３との間の摺動面Ｓ２における摩擦係数μ２とが互いに等しくなれば、どの摺動面にフェーシング加工を施しても構わない。
【００２５】
以上、上記実施例においては、駆動源により回転駆動される部材（クラッチアウタ２）と回転力が伝達される部材（クラッチインナ３）との両方が回転部材であり、本発明をクラッチ機構として用いる例を示したが、回転力が伝達される部材を固定部材とすることにより、本発明をブレーキ機構として用いることも可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る摩擦式係合装置によれば、第１摺動板と第３摺動板との間の摺動面、及び第２摺動板と第３摺動板との間の摺動面における摺動条件が等しく設定されるので、第１軸部材と第２軸部材との間で回転力の伝達を行わせたときの第１摺動板と第３摺動板との間の相対回転速度、及び第２摺動板と第３摺動板との間の相対回転速度を相等しくすることができ、発生する摩擦熱を減少させることができる。またこれにより摺動板の材料の劣化を低減させ、耐久性を向上させ信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の摩擦式係合装置としてのクラッチ機構の構成を示す図である。
【図２】第１摺動板、第２摺動板及び浮遊摺動板の形状を示す図である。
【図３】浮遊摺動板が内縁に位置決め部を有するときの各摺動板の位置関係を示す図である。
【図４】浮遊摺動板が外縁に位置決め部を有するときの各摺動板の位置関係を示す図である。
【図５】浮遊摺動板の逃げ部形状の他例を示した図である。
【符号の説明】
１    クラッチ機構（摩擦式係合装置）
２    クラッチアウタ（第１軸部材）
３    クラッチインナ（第２軸部材）
４    クラッチピストン（ピストン部材）
５    ばね
６    制御油圧室
２１    クラッチアウタ回転軸
３１    クラッチインナ回転軸
４１    第１摺動板
４２    第２摺動板
４３    浮遊摺動板（第３摺動板）
４３ａ    浮遊摺動板内縁
４３ｂ    浮遊摺動板外縁
ＡＸ    軸線
【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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