湿式油圧多板クラッチ｜油圧制御で滑らか高トルク伝達

湿式油圧多板クラッチ

湿式油圧多板クラッチは、潤滑油中で多数の摩擦板と鋼板を交互に重ね、油圧ピストンで締結力を発生させて動力を伝達するクラッチである。油膜により発熱の除去と摩耗の低減が可能で、車両用AT/湿式DCT、建設機械、産業機械の変速・軸切替に広く用いられる。乾式に比べてトルク容量当たりの寿命と耐熱安定性に優れ、制御性が高い点が特徴である。

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構造と作動原理

ハブにスプライン結合された摩擦板と、ドラム側に結合された鋼板を交互に配列し、ピストンに油圧を導くと一群の板が押し付けられて面圧が発生する。総トルクは一般に T = 2n μ W Rm で近似され、nは摩擦対の数、μは動摩擦係数、Wは総押付力、Rmは平均半径である。開放時は復帰ばねと抜油により板間が離れ、粘性抗力のみとなる。

摩擦材と潤滑管理

摩擦材にはペーパ系、焼結金属、カーボン系などがあり、潤滑油（ATFや専用油）の添加剤と相性でμ、フェード、鳴きが左右される。溝パターン（放射、ヘリンボーン、ワッフル）は油抜けと冷却を促し、接触の安定化にも寄与する。粘度は始動時のドラグトルクと高温時の油膜保持を両立する番手を選定する。

油圧制御と応答性

比例電磁弁でライン圧を制御し、蓄圧器やオリフィスで圧力立上りを整形する。締結時は滑り回転数をセンサで監視し、制御系はトルク容量と入力トルクのマッチングを行う。目標スリップを小さく維持する「制御滑り」はショック低減と摩耗分散に有効で、リリース時の通油・抜油経路の設計は応答遅れの主因となる。

熱設計と寿命

発熱は P = T ωslip で見積もり、連続・断続の熱負荷に対する油の冷却能力とハウジング放熱を評価する。許容温度を超えると油の酸化・粘度低下、摩擦材の樹脂劣化や焼結材のグレージングが進み、μ低下やジャダーが顕在化する。熱容量 Cth と放熱係数を用い、温度上昇 Δθ ≈ ∫P dt / Cth を一次近似する。

設計指標と計算例

  • 必要トルク: Treq ≥ Tin ×安全率。n、Rm、μ、Wの配分で決める。
  • 面圧: p = W / Aeff。許容面圧 pallow を下回るよう板枚数と径を決定する。
  • 油圧: W = Pline Ap η。ここでApはピストン受圧面、ηは機械効率。
  • ドラグ: Tdrag は粘性せん断で増加。板間クリアランスと油粘度で抑制する。
  • ばね設計: 解除時の残留接触を避けるため、ばね定数とストロークを余裕設計する。

代表的な故障モード

摩擦材の剥離・焼損、鋼板の熱斑・反り、ピストンシールの漏れ、ソレノイドの固着、ドラグ過大による空走損失の増大などが挙げられる。根因は油温過大、圧力制御異常、材料適合不良、異物混入が多い。オイル分析（摩耗粉、酸化生成物）と温度履歴の監視は予防保全に有効である。

加工・組立上の留意点

摩擦板の厚みばらつきと平行度は当たりの安定と寿命を左右する。鋼板の平面度、表面粗さ、歪取りは重要で、ハブ・ドラムのスプラインバックラッシは鳴きや衝撃の起点になり得る。Oリング溝の面取り、通油孔のバリ取り、清浄度管理は漏れや初期不良の低減に直結する。

適用分野と事例

自動車用トランスミッションの各段クラッチ、湿式LSD、建機の走行・作業系切替、射出成形機の型締め補助など、断続的かつ高頻度の締結に向く。制御系と統合すれば自動変速、負荷遮断、ソフトスタートなど多様な機能を一体で実現できる。

湿式油圧多板クラッチ

呼び番号 d b t A
ラグ		 A
歯車		 B C D E F L M
最大		 N
最大		 P Q R S T U ラグ
W		 ラグ
数		 歯車
歯数
5-28 28 7 3 98 99.6 90 1 45 60 89 80 36 27 1 15.7 5 22 3 1 16 6 48
5-31.5 31.5 10 3.5 98 99.6 90 1 45 60 89 80 36 27 1 15.7 5 22 3 1 16 6 48
10-35.5 35.5 10 3.5 124 121.6 112 1 56 75 111 90 38 27 1 20.5 5 24 3 1 18 6 59
10-40 40 10 3.5 124 121.6 112 1 56 75 111 90 38 27 1 20.5 5 24 3 1 18 6 59
20-45 45 12 3.5 152 152.4 140 1 63 90 139 100 42.7 29.7 1 23 6 28 4 1 16 12 49
20-50 50 12 3.5 152 152.4 140 1 63 90 139 100 42.7 29.7 1 23 6 28 4 1 16 12 49
40-56 56 15 5 196 194.4 180 1.6 80 110 178 112 52.5 37.5 1 24.5 7 33 4 1 20 12 63
40-63 63 18 6 196 194.4 180 1.6 80 110 178 112 52.5 37.5 1 24.5 7 33 4 1 20 12 63
80-71 71 20 6 240 236.4 224 1.6 100 140 222 125 57 40 1 28 10 36 4 1 26 12 77
80-80 80 20 6 240 236.4 224 1.6 100 140 222 125 57 40 1 28 10 36 4 1 26 12 77
呼び番号 d b t A
ラグ		 A
歯車		 B C D E F L M
最大		 N
最大		 P Q R S T U ラグ
W		 ラグ
数		 歯車
歯数

〔注〕呼び番号には、ﾗｸﾞ形にはHL、歯車形にはHTの記号をそれぞれ前に付ける。