ビスカスカップリング

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ビスカスカップリングの外殻をカットしたところ
ビスカスカップリング内部に封入されているシリコンオイル
ビスカスカップリングのクラッチプレートを完全に分解したところ(イーグル・タロン(≒三菱・エクリプス))
ビスカスカップリング内部のクラッチプレート

ビスカスカップリング英語:Viscous coupling、VC)は、高粘度シリコンオイルの剪断抵抗を利用した流体クラッチの一種である。西ドイツビスコドライブ[1]が開発し、市販車では1983年フォルクスワーゲン・ゴルフII、ラリーカーでは1984年プジョー・205ターボ16に初採用された。日本製自動車では1983年の三菱・スタリオン4WDラリーがその先駆である。

概要[編集]

基本構造は、頑丈な円筒形のケースの中に無数のクラッチプレートを収め、それと一緒に高粘度のシリコンオイルが封入されている。ケースの軸方向から入力軸が挿入され、クラッチプレートと一つおきに結合されている。残りのプレートはケースと結合され、そのケースに出力軸が結合されている。構造が簡単でメンテナンスも不要のため、駆動軸のディファレンシャルギヤ4WDセンターデフLSDや、スタンバイ式4WDの駆動力伝達に、標準装備あるいはオプション設定された。

ビスコドライブ社の開発によりフォルクスワーゲンが採用した初期の大型のものは、レスポンスや効きが良好であった。なお、日本では旧中島飛行機系列の栃木富士産業が母体となり、1973年英国GKNとの合弁会社GKNジャパンが成立。後にこのGKNジャパンが独ビスコドライブ社との合弁会社であるビスコドライブジャパン社を設立[2]し、日本市場への製品の供給を行っている。

動力伝達の媒体に特殊なシリコンオイル[3]を使用しているため、回転差が大きい状態が続くと発熱による体積膨張が発生し、カップリング内のプレート同士が接触する。この状態をハンプ現象と呼ぶ。高い摩擦トルクが発生することから、ナンバー付き競技車(ラリー,ダートトライアル)用のセンターデフLSD等に初期からハンプ状態(コールドハンプ Type)になっているものも存在したが、製品バラツキが大きく競技車両以外の市販車には普及しなかった。

LSDとして使用した場合でも、差動制限への移行がスムーズかつ強すぎないことから運転感覚に違和感が無いため、実用製品として使用する雪国のドライバーからは好評であった反面、スポーツ走行ではあまり役に立たないため競技指向のユーザーからは好まれず、徐々にヘリカル式等に移行していった。

スタンバイ式4WDにおいても、ある程度回転差が発生しないと駆動力伝達が出来ないため、2WDから4WDへ移行する際にタイムラグが生ずることや、ABS作動時に発生する回転差にも反応してしまうため、ABSとの相性も良くないことから、比較的高度な電子制御が用いられる車種に関しては油圧クラッチ式や電気モーター式等に移行していった。但し、現在においても軽自動車や商用バンなどで採用される比較的安価なスタンバイ式4WDシステムに、トランスファー内やプロペラシャフト上に設けられたビスカスカップリングそのものをセンターデフとする構造の物が依然として広く用いられている。

特殊な採用事例[編集]

1987年スバルから発売された3代目スバル・レックスツインビスコ4WDという複数の機能を有したものも存在した。トランスファーやプロペラシャフト上にはセンターデフに相当する機構が一切無く、リアのデファレンシャルギア部にビスカスカップリングを2個並列にして一体化したものを採用し、前後輪の駆動力配分と後左右輪のLSDの機能を兼ねていた。

同年、日産自動車の3代目パルサーがセンターデフ、フロントデフ、リアデフの3箇所にそれぞれ独立したビスカスカップリングを配置したトリプルビスカス・フルオート・フルタイム4WDを設定、この機構は後にATTESAと改称され、1988年に6代目サニー、3代目サニーカリフォルニアにも設定、1991年には9代目ブルーバードにも搭載されたが、これ以降は同社の高性能フルタイム4WD車の主力がATTESA E-TSへ移行した事もあり、現在ではこうした機構は採用されていない。

類似の製品[編集]

ビスカスカップリングはビスコドライブ社へのパテント料が発生する為、ビスコドライブ社との提携関係若しくはアンダーライセンスを持つ子会社を傘下に持つメーカー以外ではビスカスカップリングに類似しながらも独自の差動形式を持つものがいくつか考案された。これらのカップリングはビスコドライブ社のパテントに抵触せず製造が簡単でより安価なものであったが、初期の大型ビスカスカップリングに比較するとレスポンスが悪く、かなりの回転差にならないと完全につながらなかったり、逆に繋がりが唐突であったりと、その普及の初期には洗練度に欠ける面が見られた。

ロータリーブレードカップリング[編集]

ロータリーブレードカップリング(Rotary Blade Coupling/RBC)は、ビスカスカップリングと類似したフリクションプレートを多数持つ構造を持ちながら、実際のクラッチ作動は流体の体積膨張ではなく、内部に設けられた3枚羽根のプロペラブレードの回転によって流体に発生する油圧を用いて行う形式のものである。前後軸に回転差が発生すると、プロペラブレードが回転してカップリング内の流体を攪拌する事で油圧が発生し、フリクションプレートを押さえつける方向に油圧ピストンを作動させる事で差動制限が発生する。

始めにトヨタがトリブレード(Tri-blade)として発表し、その後トヨタを中心にビスコドライブ社とのパイプを持たないメーカーの多くでRBCの略称で今日でも幅広く採用されている。これらの非ビスコドライブ系メーカーの車種では、やや高級なものになるとRBCと類似した構造でプロペラブレードを電磁クラッチに置き換えた、電子制御式カップリングが用いられる場合が多い。また、近年では電磁クラッチとトリブレードの両方の直結機構を内蔵し、ドライバーの任意に切り替えが可能な電磁ロック式RBCも高度な電子制御式スタンバイ4WDで採用されている。これらの製品の日本での代表的な製造メーカーはジェイテクト[4]である。

デュアルポンプシステム[編集]

デュアルポンプシステム(Dual Pump System)とは、ホンダが自社のスタンバイ式4WD(リアルタイム4WD)に採用する形式のもので、カップリング本体はビスカスカップリングと類似したフリクションプレートを多数持つ構造であるが、実際のクラッチ作動は流体の体積膨張ではなく、前後のプロペラシャフトの回転で駆動する2個の油圧ポンプの油圧を用いるものである。前後軸に回転差が無い時には2つの油圧ポンプはほぼ同じ回転数で回る為に、カップリングへの油圧も安定した状態である。前後軸に回転差が発生すると、駆動軸側のポンプが非駆動軸側よりも高速で回転する為に、この時発生する油圧差によってフリクションプレートを押さえつけ、差動制限が発生する。

今日でもホンダがほぼ独占的に採用し続ける独自の形式であり、現在ではやや高級な車種向けにデュアルポンプ構造にワンウェイクラッチを併用して更にレスポンスを高めたものも用いられている。[5]

利点と欠点[編集]

ビスカスカップリングやRBCは筐体内部に密閉されたシリコンオイルとフリクションプレート等のみで差動制限機構が成立する為、差動ギアや各種の差動制限装置のように必ずしもギアボックスに内蔵されてギアオイルで潤滑が行われる必要がなく、カップリングを単体でプロペラシャフトなどの中間に配置するだけでもセンターデフやLSDとして機能する事が出来る為、スタンバイ式4WDシステムをより簡易に構成する事が可能となる。

その一方で、ビスカスカップリングを初めとするカップリングは、原則として通常の走行状態では前後軸の回転差が発生しておらず、悪路・雪道・スタックなどに起因する駆動軸のスリップなどの緊急事態にのみ差動制限を発生させる事を前提としている為、何らかの理由により長時間差動制限が発生し続ける状況が継続すると、内部のシリコンオイルが高熱により急速に劣化・変質し、最終的には常時直結状態になるなどの状態の故障に至る。このような状態になると、カップリングからの異音の発生やタイトコーナーブレーキング現象の頻発などの深刻なドライバビリティ低下が発生する。こうした事態によりカップリング本体のリコールに発展した事例が日本車メーカーで散見された。[6][7][8]

こうした事態を防ぐ為には、通常走行時には4WDの前後軸或いはLSDの左右のタイヤの回転差が極力発生しないように、タイヤサイズや空気圧の設定は純正指定を遵守する事が最善の策であり、空気圧変更やホイール交換を伴うインチアップを行う際には細心の注意が必要となる。特にビスカスカップリングを採用する4WDの前後軸に外径の異なるタイヤを履かせる事はビスカスカップリングの過熱から車両火災に直結する禁忌事項[9]でもあり、厳に避けられるべき行為である。通常、ビスカスカップリングを採用する車種のタイヤは全ての車輪で同一のタイヤサイズが用いられる事が一般的であるが、稀な例として3代目日産・ラルゴのスタンバイ式4WD車のように、タイヤ外径は同一ながらも前後のホイールサイズが異なる構成を採る車種も存在する為、こうした車種のタイヤ交換の際には特に注意が必要である。

かつてJAFを初めとするロードサービスのレッカー車は片軸を吊り上げてけん引する形態を採っていた為、ビスカスカップリングを採用するスタンバイ式4WD車を牽引した場合、片軸のみが回転し続ける事によりビスカスカップリングの破損を招く事例[10]が発生した。その為、今日のように全車輪の下に滑車を入れて牽引する方式が一般化するまでは、スタンバイ式4WD車の多くで特殊な操作により強制的に2WD状態とする機能が用意される場合があり、このような機能性を持たない車種においては片軸持ち上げでの牽引は禁忌事項であるとされた。車検を取得する際の陸運局スピードメーター及びブレーキ機能のテスターにおいても、片軸のみを回転させる機材しか用意されていない場合には、同様の事例を招く場合があり、このような場合にも前述の強制2WD切り換えが使用された。現在ではほぼ全ての陸運局が全軸駆動型のテスターを導入した為、このような機能は余り見られないものになっているが、今日においてもユーザー車検などにおいてドライバー自らが検査ラインに入る必要がある時は、フルタイム4WD対応の検査ラインで有る事を十分に確認する必要がある。

脚注[編集]

  1. ^ 現在はGKN傘下のGKNドライブライン社の商標である。[1]
  2. ^ GKN ドライブライン ジャパン : 沿革
  3. ^ ビスカスカップリング用流体
  4. ^ 株式会社 ジェイテクト 電子制御4WDカップリング
  5. ^ 本田技研工業株式会社 - Chassis 4WD
  6. ^ スズキ株式会社 - リコール等情報 - 平成19年4月 ワゴンR、アルト、アルトラパン、Kei、MRワゴン、セルボ、ワゴンRプラス、ソリオ、カルタス【ロータリブレードカップリングの保証期間延長】について
  7. ^ 【MAZDA】その他の情報|リコール情報 | キャロル、AZワゴン、ラピュタ、スピアーノ ロータリブレードカップリングの保証期間延長
  8. ^ 日産:リコール関連情報 モコ他ロータリブレードカップリングの保証期間延長について
  9. ^ クルマが燃える(車両火災の話) | 日本自動車研究所
  10. ^ 三菱・ギャラン E-EA1A型整備解説書

関連項目[編集]

外部リンク[編集]