Loading article…
クラッチは、回転する入力シャフトから出力シャフトを切り離すことができる機械装置です。 [ 1 ]クラッチの入力シャフトは通常モーターに接続され、クラッチの出力シャフトは作業を行う機構に接続されます。
自動車において、クラッチはエンジンとトランスミッションをつなぐ機械的な連結装置として機能します。クラッチを切断すると、エンジンの回転数（RPM）は駆動輪の回転数によって決定されなくなります。
クラッチの使用例としては、電動ドリルが挙げられます。[ 2 ]クラッチの入力軸はモーターによって駆動され、出力軸は（いくつかの中間部品を介して）ドリルビットに接続されています。クラッチによって、ドリルビットはモーターと同じ速度で回転するか（クラッチ接続）、モーターよりも低い速度で回転するか（クラッチ滑り）、モーターが回転している間静止したままになるか（クラッチ解除）のいずれかになります。
乾式クラッチは、乾摩擦を利用して入力軸から出力軸に動力を伝達します。たとえば、摩擦ディスクがスプリング機構によって自動車エンジンのフライホイールに押し付けられます。車両の車輪は、フライホイールが摩擦ディスクに接触しているときにのみ動力を得ます。動力の伝達を停止するには、レバー機構によって摩擦ディスクをフライホイールから離します。自動車のマニュアルトランスミッションのクラッチの大部分は乾式クラッチです。[ 3 ]摩擦クラッチの滑り（クラッチが部分的に噛み合っているが、シャフトが異なる速度で回転している状態）は、自動車が停止状態から加速するときなど、必要な場合があります。ただし、摩耗率の増加を避けるために、滑りは最小限に抑える必要があります。
プル式クラッチでは、ペダルを踏むとリリースベアリングが引っ張られ、クラッチが解除されます。プッシュ式クラッチでは、ペダルを踏むとリリースベアリングが押され、クラッチが解除されます。
多板クラッチは、同心円状に配置された複数の摩擦板で構成されています。場合によっては、より大径のクラッチの代わりに使用されます。ドラッグレースカーは、静止状態から加速する際に、車輪への動力伝達速度を制御するために多板クラッチを使用します。
クラッチディスクの中には、車内のNVH（騒音・振動・ハーシュネス）を低減するために、クラッチディスクの固有振動数を変化させるスプリングが組み込まれているものもあります。また、マニュアルトランスミッション車用のクラッチの中には、クラッチの急激な接続を防ぐためにクラッチディレイバルブを使用しているものもあります。
湿式クラッチでは、摩擦材がオイルバス（またはオイルが循環する構造）に浸されており、このオイルがクラッチを冷却・潤滑します。これにより、クラッチの接続がよりスムーズになり、寿命も長くなります。ただし、湿式クラッチは、一部のエネルギーがオイルに伝達されるため、効率が低下する場合があります。湿式クラッチの表面は滑りやすいため（エンジンオイルに浸されたオートバイのクラッチと同様）、複数のクラッチディスクを重ねることで、摩擦係数の低下を補い、完全に接続された状態での動力伝達時の滑りを解消することができます。
湿式クラッチには、複合紙素材がよく使われる。
遠心クラッチは、入力軸の回転速度が上昇すると自動的に接続され、入力軸の回転速度が低下すると切断されます。小型オートバイ、スクーター、チェーンソー、および一部の旧型自動車などに使用されています。
コーンクラッチは、摩擦材が円錐形の物体の外側に塗布されている点を除けば、乾式摩擦板クラッチに似ています。この円錐形により、係合時に楔作用が生じます。コーンクラッチの一般的な用途としては、マニュアルトランスミッションのシンクロナイザーリングが挙げられます。
ドッグクラッチは、非同期トランスミッションで使用される滑り止め設計のクラッチです。
単回転クラッチは、19 世紀に開発されたもので、操作レバーを 1 回引くか、（後に）ボタンを押すと、動力源と機械のクランクシャフトの間にクラッチが正確に 1 回転だけ接続され、その後クラッチが解除される、せん断機やプレス機などの機械の動力源として用いられました。クラッチが解除されると、従動部材は静止します。初期の設計では、従動部材にカムを備えたドッグクラッチが一般的で、適切な位置でドッグを解除するために使用されました。[ 4 ] [ 5 ]
20世紀には、大幅に簡素化された単回転クラッチが開発され、操作に必要な力がはるかに小さくなり、一部のバリエーションでは、1回の操作で一定の回転数で済むようになりました。[ 6 ]高速作動摩擦クラッチは、一部の用途でドッグクラッチに取って代わり、クラッチがかみ合うたびにドッグに衝撃荷重がかかる問題を解消しました。[ 7 ] [ 8 ]
重工業用機器での使用に加え、単回転クラッチは数多くの小型機械にも適用されました。たとえば、集計機では、操作キーを押すと単回転クラッチが作動し、最後に入力された数値が処理されました。[ 9 ]植字機では、任意のキーを押すと特定の文字が選択され、同時に単回転クラッチが作動して機構がサイクルし、その文字が植字されました。[ 10 ]同様に、テレプリンターでは、各文字を受信すると単回転クラッチが作動し、印刷機構が1サイクル動作しました。[ 11 ]
1928年、フレデリック・G・クリードは、テレプリンターで必要とされる繰り返しの始動・停止動作に特に適した、 1回転巻きばねクラッチを開発しました。[ 12 ] 1942年、ピトニー・ボウズ郵便料金計量会社の2人の従業員が、改良された1回転ばねクラッチを開発しました。[ 13 ]これらのクラッチでは、コイルばねが駆動軸に巻き付けられ、トリップレバーによって拡張された状態で保持されます。トリップすると、ばねは動力軸の周りで急速に収縮し、クラッチに係合します。1回転の終わりに、トリップレバーがリセットされている場合、ばねの端（またはばねに取り付けられた爪）を引っ掛け、駆動部材の角運動量によってばねの張力が解放されます。これらのクラッチは動作寿命が長く、多くの場合、時折の潤滑以外のメンテナンスを必要とせずに、数千万、おそらく数億回のサイクルを実行しています。
カスケード式爪一回転クラッチは、テレプリンター（Teletype Model 28とその後継機種を含む）などのページプリンタにおいて、ラップスプリング式一回転クラッチに取って代わり、同じ設計原理を採用しました。IBM Selectric タイプライターでも使用されていました。これらは通常、駆動軸に取り付けられた円盤状のアセンブリです。中空の円盤状の駆動ドラム内部には、2 つまたは 3 つの自由に浮動する爪が配置されており、クラッチが作動すると、ドラムブレーキのシューのように爪が外側に飛び出します。係合すると、各爪にかかる負荷トルクが他の爪に伝達され、係合状態を維持します。これらのクラッチは、一度ロックされると滑らず、ミリ秒単位で非常に速く係合します。アセンブリからトリップ突起が突き出ています。トリップレバーがこの突起に係合すると、クラッチは解除されます。トリップレバーがこの突起を解放すると、内部のバネと摩擦によってクラッチが係合します。クラッチは 1 回転以上回転し、トリップレバーが再びトリップ突起に係合すると停止します。
マニュアルトランスミッションを搭載したほとんどの乗用車やトラックは、運転者が一番左のペダルを使って操作する乾式クラッチを採用しています。ペダルの動きは、機械的なリンケージ、油圧（マスターシリンダーとスレーブシリンダー）、またはケーブルを介してクラッチに伝達されます。クラッチは、運転者がクラッチペダルを踏んでいる間だけ解除されるため、トランスミッションはデフォルトでエンジンに接続された状態になっています。「ニュートラル」ギアポジションが設けられているため、車両を静止させたままクラッチペダルを離すことができます。
クラッチは、停車状態からの発進時や、変速機に同期機構がない車両において、ギアチェンジ時にエンジンとトランスミッションの速度を一致させ、ギアの「衝突」を防ぎ、ギアの歯に深刻な損傷を与えるのを防ぐために必要です。
クラッチは通常、エンジンのフライホイールの表面に直接取り付けられます。これは、すでにクラッチの駆動プレートの 1 つとして機能する便利な大径のスチール ディスクを備えているためです。一部のレーシング クラッチは、フライホイールの一部ではない小型のマルチ プレート ディスク パックを使用します。クラッチとフライホイールの両方は、ギア ボックス用の円錐形のベル ハウジング内に収められています。クラッチ ディスクに使用される摩擦材は様々で、一般的な材料としては、銅線で表面処理された有機化合物樹脂またはセラミック材料があります。[ 17 ]
オートマチックトランスミッションでは、クラッチの役割はトルクコンバーターによって果たされます。しかし、トランスミッション自体には、トルクコンバーターの滑りを防止するロックアップクラッチなどの内部クラッチが含まれていることが多く、これによりトランスミッションを介したエネルギー損失を低減し、燃費を向上させることができます。[ 18 ]
旧式のベルト駆動式エンジン冷却ファンは、バイメタルストリップの形状をした熱作動式クラッチをよく使用しています。温度が低いときは、スプリングが巻き上がってバルブが閉じ、ファンはクランクシャフト回転速度の約20～30%の速度で回転します。スプリングの温度が上昇すると、スプリングがほどけてバルブが開き、流体がバルブを通過するようになり、ファンはクランクシャフト回転速度の約60～90%の速度で回転します。
車両のエアコンコンプレッサーは、必要に応じてコンプレッサーを作動させるために、多くの場合、磁気クラッチを使用しています。
オートバイでは一般的に、クラッチがトランスミッションと同じオイルに浸かる湿式クラッチが採用されています。これらのクラッチは通常、摩擦板と鋼板が交互に積み重ねられた構造になっています。摩擦板の外径には突起があり、クランクシャフトによって回転するバスケットに固定されます。鋼板の内径には突起があり、トランスミッションの入力シャフトに固定されます。クラッチが接続されると、コイルばねまたはダイヤフラムばね板によってこれらの板が押し付けられます。
オートバイでは、クラッチは左ハンドルバーにあるレバーで操作します。レバーに圧力がかかっていない状態ではクラッチプレートが接続され（駆動）、レバーをライダーの方に引くとケーブルまたは油圧作動によってクラッチプレートが解除され、ライダーはギアチェンジや惰性走行が可能になります。レーシングバイクでは、エンジンブレーキの影響を排除するためにスリッパークラッチがよく使用されます。エンジンブレーキは後輪のみに作用するため、不安定性を引き起こす可能性があるからです。