JP6548290B2 - クラッチ用金属板 - Google Patents

Description

本発明は、クラッチ用金属板に関するものである。

クラッチは原動軸から従動軸に動力を伝達及び遮断する機能をもつ装置である。クラッチは、自動車、自動二輪車、船、農機具などの動力を有する機械に採用されている。そして、クラッチは一般に金属製の板を構成要素として含み、当該金属製の板には原動軸又は従動軸の溝（スプライン）に嵌合する嵌合部が具備されている。近年、変速機としてオートマチックトランスミッション（以下、ＡＴと略す場合がある。）を採用した自動車が普及している。ＡＴとして湿式多板クラッチを用いたものも知られている。

近年、自動車の低燃費化を指向して、自動車の各部の軽量化及び小容量化の検討が行われている。その一環として、ＡＴの軽量化及び小容量化の検討が試みられている。クラッチ用金属板についても、そのサイズを縮小することや、金属板の枚数を低減する検討が行われている。ここで、クラッチ用金属板はクラッチをつなぐ際に他の部材と摺動し摩擦熱を生じることから、ＡＴには良好な放熱特性が求められる。ここで、クラッチ用金属板に局所的に発生する熱を拡散するためには、クラッチ用金属板のサイズ（容量）を拡大するとの手段があるが、そうすると、自動車の軽量化及び小容量化に逆行することになってしまう。

これを解決する手段として、特許文献１には、銅などの熱伝導率の高い材料を芯金に用い、クロムめっきを施したクラッチ用金属板が開示されている。しかし、特許文献１の金属板は、高剛性が求められる芯金に比較的軟らかい金属である銅や金などを採用したものであるため、金属板自体の変形の恐れがあった。

特開平２−１４２９２６号公報

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、熱を外部に伝導しやすいクラッチ用金属板を提供することを目的とする。

本発明者は、銅などの熱伝導率の高い材料を芯金全体に用いるのではなく、クラッチ用金属板のうち外部と接する一部に用いることで、クラッチ用金属板から外部へ熱を効率的に伝導させることを想起した。その態様として、クラッチ用金属板の嵌合部を熱伝導率の高い材料で被覆することを想起し、実際にそのような金属板を作成し試験したところ、好適な熱伝導効果、すなわち、金属板に生じた熱を外部に伝導したことに因る金属板の温度上昇抑制効果を奏することを確認し、本発明を完成させた。

本発明のクラッチ用金属板は、嵌合部と、少なくとも前記嵌合部の一部を被覆し前記嵌合部よりも熱伝導性の高い被覆部とを具備することを特徴とする。

本発明のクラッチ用金属板は、熱伝導性の高い被覆部の存在に因り、金属板の温度上昇を抑制できる。

実施例１のクラッチ用金属板の平面模式図である。 セパレータプレート及びコアプレートとして本発明のクラッチ用金属板を採用した湿式多板クラッチの部分模式断面図である。 湿式多板クラッチに採用した本発明のセパレータプレートの斜視図である。 湿式多板クラッチに採用した、摩擦材を配置した本発明のコアプレートの斜視図である。

以下に、本発明のクラッチ用金属板を実施するための最良の形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「ｘ〜ｙ」は、下限ｘおよび上限ｙをその範囲に含む。そして、これらの上限値および下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに数値範囲内から任意に選択した数値を上限、下限の数値とすることができる。

本発明のクラッチ用金属板は、嵌合部と、少なくとも前記嵌合部の一部を被覆し前記嵌合部よりも熱伝導性の高い被覆部とを具備することを特徴とする。嵌合部はクラッチ用金属板の外部の原動軸又は従動軸と接しているので、嵌合部を被覆する被覆部の存在により、クラッチ用金属板に生じた熱が外部に効果的に伝導される。その結果、被覆部を具備しない金属板を有するＡＴと比較して、本発明のクラッチ用金属板を有するＡＴの耐熱性は向上し、その耐久寿命は長くなる。

本発明のクラッチ用金属板は、金属製であって、上記自動車、自動二輪車、船、農機具などの動力を有する機械のクラッチ用とすることができる。本発明のクラッチ用金属板の形状としてはリング状を挙げることができる。本発明のクラッチ用金属板の厚みには特に限定が無いが、例えば、０．５〜２ｍｍ、好ましくは０．６〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．７〜１．２ｍｍの範囲を例示することができる。本発明のクラッチ用金属板の大きさには特に限定が無いが、リング状の場合、内径１０〜２００ｍｍ、好ましくは内径２０〜１５０ｍｍを例示することができ、外径５０〜３００ｍｍ、好ましくは外径７０〜２００ｍｍを例示することができる。

本発明のクラッチ用金属板は、油存在下で使用される湿式クラッチ用金属板であるのが好ましい。上記油とは、オートマチックトランスミッション液（ＡＴＦ：「ＡＴＦ」は出光興産株式会社の登録商標であるが、当該登録商標とは無関係に以下「ＡＴＦ」と略す。）、連続可変変速機液（ＣＶＴＦ）などを意味する。湿式条件下では本発明のクラッチ用金属板の被覆部が上記油と直接に接する場合には、被覆部から油への熱伝導が期待でき、より効率的に放熱が可能となる。

本発明のクラッチ用金属板は、摩擦材が配置されるコアプレート、又は、前記コアプレートと共働するセパレータプレートであるのが良く、コアプレート及びセパレータプレートを複数有する多板クラッチ用であるのが好ましい。コアプレート及びセパレータプレートは圧接されることにより、互いに連結すると、共働してトルクを伝達する。これがクラッチをつないだ状態である。逆に、コアプレート及びセパレータプレートが互いに非連結となると、クラッチを切った状態となる。なお、コアプレートの摩擦材は紙を主成分とする。クラッチ用金属板のうち、直接に摩擦熱を生じるのはセパレータプレート（及びコアプレートに配置される摩擦材）なので、本発明のクラッチ用金属板はセパレータプレートであるのが特に好ましい。

嵌合部は、本発明のクラッチ用金属板のうち、原動軸又は従動軸の溝（スプライン）に嵌合する箇所である。本発明のクラッチ用金属板の形状がリング状の場合には、嵌合部は、その外周縁又は内周縁に存在し、スプラインと嵌合できるように凸凹形状となっている。嵌合部は、スプラインと直接に接触するスプライン接触部を有する。

本発明のクラッチ用金属板は金属製であるが、金属製とは金属板の材料として金属を含むとの意味である。

本発明のクラッチ用金属板を材質の観点でみると、嵌合部を有するクラッチ用金属板本体部と、上記被覆部とに分けることができる。嵌合部を有するクラッチ用金属板本体部は単一の材料で構成されているのが良い。クラッチ用金属板本体部の材料としては、クラッチ用金属板に通常用いられる材料であれば良く、その成分として、鉄、ニッケル、マンガン、コバルト、クロム、モリブデン、炭素などを挙げることができる。クラッチ用金属板本体部の材料としては、鉄単体、鉄と各種金属や炭素との合金、ＪＩＳ Ｇ ０２０３やＪＩＳ Ｇ ０２０４に記載の各鉄鋼を具体的に挙げることができ、好ましいものとしてＪＩＳ Ｇ ４０５１に記載のＳ１０Ｃ、Ｓ２０Ｃ、Ｓ３０Ｃなどの炭素鋼を挙げることができる。本発明のクラッチ用金属板のクラッチ用金属板本体部は、公知の方法で被覆されていてもよいし、公知の方法で表面処理されていても良い。

本発明のクラッチ用金属板は、少なくとも嵌合部の一部を被覆し、嵌合部よりも熱伝導性の高い材料を含む被覆部を具備する。被覆部の存在により、クラッチ用金属板に発生した熱（主に摩擦熱）を、クラッチ用金属板の外部へ効果的に熱伝導することができる。

被覆部の材料は上記嵌合部（上記クラッチ用金属板本体部）よりも熱伝導性（熱伝導率）の高いものであれば特に限定はない。参考までに、各材料の代表的な熱伝導率を表１に示す。

例えば、嵌合部（クラッチ用金属板本体部）の材料が炭素鋼の場合には、被覆部の材料としては、炭素鋼よりも熱伝導性（熱伝導率）の高い鉄、金、銀、銅、アルミニウムなどを選択できる。

被覆部は、少なくとも嵌合部を被覆していれば良い。被覆部は、嵌合部のうち、スプラインと直接に接触するスプライン接触部を被覆するのが好ましい。スプラインと嵌合する嵌合部に被覆部が存在することにより、クラッチ用金属板本体部で発生する摩擦熱を、熱伝導率の高い被覆部を介して、外部の原動軸又は従動軸へ効果的に伝導することができる。被覆部は、嵌合部以外のクラッチ用金属板本体部を被覆してもよい。しかし、本発明のクラッチ用金属板がコアプレートの場合、コアプレートの表面のうち、摩擦材が配置される摩擦材配置部には、被覆部を設ける必要はない。また、本発明のクラッチ用金属板がセパレータプレートの場合、セパレータプレートの表面のうち、コアプレート上の摩擦材に圧接される圧接部には、被覆部を設ける必要はない。

被覆部の厚みには特に限定が無い。ただし、被覆部の厚みが一定以上になると、熱伝導効果が飽和状態になる。そのため、被覆部の厚みは３０μｍ以下とするのが合理的である。敢えて被覆部の厚みの下限を述べると、１μｍ、３μｍ又は５μｍを挙げることができる。また、敢えて被覆部の厚みの上限を述べると、２０μｍ又は２５μｍを挙げることができる。これらの上下限により、被覆部の厚みの範囲として、例えば１〜３０μｍ、３〜２５μｍ、５〜２０μｍを例示することができる。

嵌合部を含むクラッチ用金属板本体部に被覆部を設ける方法としては、電気めっき、無電解めっき、溶融めっき、蒸着、スパッタリングなどを挙げることができる。被覆部を要さない箇所については、適宜、被覆を剥がせば良い。

本発明のクラッチ用金属板を採用し、上述の自動車、自動二輪車、船、農機具用クラッチ、及び／又は油存在下で使用される湿式クラッチ、及び／又は多板クラッチを製造することができる。

以上、本発明のクラッチ用金属板の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

以下に、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではない。以下において、特に断らない限り、「部」とは質量部を意味し、「％」とは質量％を意味する。

（実施例１）
材料がＳ２０Ｃ（炭素：０．１８〜０．２３％、珪素：０．１５〜０．３５％、マンガン：０．３０〜０．６０％、リン：０．０３０以下、硫黄：０．０３５以下）の炭素鋼であり、内径Φ１０５ｍｍ、最大外径（スプライン歯径）Φ１４５ｍｍ、最小外径（スプライン歯除く）Φ１３５ｍｍ、厚さ１．８ｍｍのリング状のセパレータプレートを用意した。当該セパレータプレートの外周周縁には凸凹状の嵌合部が形成されている。セパレータプレートの全体を厚さ５μｍで銅めっきした。銅めっき後（被覆部形成後）のセパレータプレートに対し、以下の試験例１で摩擦材と接触する予定の箇所（摩擦材に圧接される圧接部を含む箇所）の銅めっきを剥がし、実施例１のクラッチ用金属板とした。

図１に実施例１のクラッチ用金属板の平面模式図を示す。図１において、実施例１のクラッチ用金属板１の被覆部は、スプライン接触部３を含んだ嵌合部２、及び、内周表面部４を被覆している。

（実施例２）
銅めっきの厚さを１０μｍとした以外は実施例１と同様の方法で、実施例２のクラッチ用金属板を得た。

（実施例３）
銅めっきの厚さを２０μｍとした以外は実施例１と同様の方法で、実施例３のクラッチ用金属板を得た。

（実施例４）
銅めっきに替えて銀めっきとし、銀めっきの厚さを１０μｍとした以外は実施例１と同様の方法で、実施例４のクラッチ用金属板を得た。

（比較例１）
めっきを施さないセパレータプレートを、比較例１のクラッチ用金属板とした。

（試験例１）
実施例１〜４、比較例１のクラッチ用金属板につき、ＪＡＳＯ Ｍ ３４８（自動変速機油摩擦特性試験方法）に準じた以下の方法で摩擦試験を行い、各金属板の上昇温度を測定した。

自動変速機油摩擦特性試験機（ＳＥＡ Ｎｏ．２）のケーシング側プレート保持具に、実施例１のクラッチ用金属板を４枚設置した。自動変速機油変速機摩擦特性試験機の軸側プレート保持具に、内径９０ｍｍ及び外径１１０ｍｍの紙製摩擦材を両面に貼付したリング状の金属板（コアプレートに相当する。金属板の材料はＳ２０Ｃである。）を、実施例１のクラッチ用金属板間に合計３枚設置した。ＡＴＦ油温１００℃、ＡＴＦ供給量６００ｍＬ／ｍｉｎ．、軸側プレート保持具の回転数３６００ｒｐｍ、プレート面圧７８５ｋＰａ、試験時間３０秒で１０００サイクルの摩擦試験を行った。実施例２〜４、比較例１のクラッチ用金属板についても同様に摩擦試験を行った。摩擦試験による実施例１〜４、比較例１のクラッチ用金属板の上昇温度の結果を表２に示す。

被覆部の存在により、本発明のクラッチ用金属板は好適に温度上昇が抑制されていることがわかる。

（応用例１）
図２にセパレータプレート及びコアプレートとして本発明のクラッチ用金属板を採用した湿式多板クラッチ５の部分模式断面図を示す。セパレータプレート２０及びコアプレート３０の材料は共に炭素鋼Ｓ２０Ｃである。

図３は上記湿式多板クラッチ５に採用したセパレータプレート２０の斜視図である。図３に示すセパレータプレート２０は実施例１のクラッチ用金属板１と同様の形状をしている。リング状のセパレータプレート２０は外周周縁に凸凹状の嵌合部２１が形成されている。図２で示されるように、湿式多板クラッチ５におけるクラッチケース６のスプラインにセパレータプレート２０の嵌合部２１が嵌合する。その際に、セパレータプレート２０の嵌合部２１のうち、クラッチケース６のスプラインと直接に接触する箇所がスプライン接触部２２である。セパレータプレート２０における被覆部は厚さ１０μｍの銅めっきであり、スプライン接触部２２を含んだ嵌合部２１、及び、内周表面部２３を被覆している（図３における着色箇所が被覆部である。）。なお、セパレータプレート２０のうち、図２の湿式多板クラッチ５においてコアプレート３０に配置されている摩擦材３２と接触が予定されている箇所（摩擦材３２に圧接される圧接部）には被覆部は存在しない。なお、ＡＴに要求される仕様によっては、内周表面部２３の被覆が無い場合や、被覆が嵌合部２１中のスプライン接触部２２のみの場合もあり得る。

図４は上記湿式多板クラッチ５に採用した、摩擦材３２を配置したコアプレート３０の斜視図である。図４に示すコアプレート３０には紙製の複数の摩擦材３２がプレート両面に貼付されている。コアプレート３０はリング状であり内周周縁に凸凹状の嵌合部３１が形成されている。図２で示されるように、湿式多板クラッチ５におけるハブ９のスプラインにコアプレート３０の嵌合部３１が嵌合する。その際に、コアプレート３０の嵌合部３１のうち、ハブ９のスプラインと直接に接触する箇所がスプライン接触部３３である。コアプレート３０における被覆部は厚さ１０μｍの銅めっきであり、スプライン接触部３３を含んだ嵌合部３１、及び、外周表面部３４を被覆している（図４における着色箇所が被覆部である。）。なお、コアプレート３０のうち、摩擦材３２が配置される摩擦材配置部には、被覆部は存在しない。なお、ＡＴに要求される仕様によっては、外周表面部３４の被覆が無い場合や、被覆が嵌合部３１中のスプライン接触部３３のみの場合もあり得る。

図２に示す湿式多板クラッチ５は、セパレータプレート２０を複数有し、かつ、摩擦材３２が配置されたコアプレート３０をセパレータプレート２０間に複数有する。コアプレート３０は原動軸（駆動軸）となるハブ９のスプラインに嵌合部３１にて嵌合し、ハブ９の原動軸方向に摺動可能に配置されている。ハブ９には原動軸方向に対し垂直の方向にＡＴＦを供給するための貫通孔である潤滑油供給口１０が複数備えられている。セパレータプレート２０は従動軸となるクラッチケース６のスプラインに嵌合部２１にて嵌合し、従動軸方向に摺動可能に配置されている。なお、湿式多板クラッチ５において、図示及び説明しない他の要素は通常の湿式多板クラッチで採用されるものであればよい。

図２の湿式多板クラッチ５の状態は、コアプレート３０及びセパレータプレート２０が互いに非連結であってクラッチを切った状態である。ここで、クラッチケース６とピストン７とで区画された油圧室８に油が供給されると、その油圧でピストン７が図２において右方向に移動し、それにより、コアプレート３０の摩擦材３２とセパレータプレート２０とが圧接され、クラッチをつないだ状態になる。この状態の時に、両プレート、特にセパレータプレート２０に摩擦熱が生じる。

図２の湿式多板クラッチ５においては、炭素鋼Ｓ２０Ｃを材料とするセパレータプレート２０及びコアプレート３０の両者が、炭素鋼Ｓ２０Ｃよりも熱伝導性の高い銅めっきからなる被覆部を具備するため、当該被覆部を介して、両プレートに発生した熱をクラッチケース６、ハブ９、ＡＴＦなどに効率的に伝導することができる。その結果、セパレータプレート２０及びコアプレート３０の温度上昇が好適に抑制される。

１：クラッチ用金属板、２：嵌合部、３：スプライン接触部、４：内周表面部、５：湿式多板クラッチ、６：クラッチケース、７：ピストン、８：油圧室、９：ハブ、１０：潤滑油供給口、２０：セパレータプレート、２１：セパレータプレートの嵌合部、２２：セパレータプレートのスプライン接触部、２３：セパレータプレートの内周表面部、３０：コアプレート、３１：コアプレートの嵌合部、３２：摩擦材、３３：コアプレートのスプライン接触部、３４：コアプレートの外周表面部

Claims (4)

1. 油存在下で使用されるリング状の湿式クラッチ用金属板であって、
   前記湿式クラッチ用金属板における外周縁に存在する嵌合部と、
   少なくとも前記嵌合部の一部及び前記湿式クラッチ用金属板における内周表面部を被覆し前記嵌合部及び前記内周表面部よりも熱伝導性の高い被覆部とを具備し、前記被覆部の材料が鉄、金、銀、銅、亜鉛、イリジウム、カドミウム、ニッケル、コバルト、モリブデン、ベリリウム、ルテニウム、ロジウム、真鍮、炭素鋼、ニッケル鋼、及びステンレス鋼から選択されることを特徴とする湿式クラッチ用金属板。
2. 油存在下で使用されるリング状の湿式クラッチ用金属板であって、
   前記湿式クラッチ用金属板における内周縁に存在する嵌合部と、
   少なくとも前記嵌合部の一部及び前記湿式クラッチ用金属板における外周表面部を被覆し前記嵌合部及び前記外周表面部よりも熱伝導性の高い被覆部とを具備し、前記被覆部の材料が鉄、金、銀、銅、亜鉛、イリジウム、カドミウム、ニッケル、コバルト、モリブデン、ベリリウム、ルテニウム、ロジウム、真鍮、炭素鋼、ニッケル鋼、及びステンレス鋼から選択されることを特徴とする湿式クラッチ用金属板。
3. 前記湿式クラッチ用金属板が、摩擦材が配置されるコアプレート、又は、前記コアプレートと共働するセパレータプレートである請求項１又は２に記載の湿式クラッチ用金属板。
4. 前記被覆部の厚みが１〜２０μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の湿式クラッチ用金属板。
   

Images