クラッチの種類と作動原理：車両用途に合わせた多様なタイプを解説

クラッチは自動車の重要な構成部品の一つであり、多様な要求に応えるため様々なタイプが存在します。前回の記事では、クラッチを「駆動軸から従動軸への動力伝達を接続・切断する機械装置」と定義し、2本の軸（一方はエンジン/動力源側の駆動側、もう一方は動力出力側）を持つことを説明しました。

今回は、クラッチの種類とそれぞれの作動原理について詳しく解説します。

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クラッチの主な種類

以下は代表的なクラッチの種類とその仕組みです。

• 摩擦クラッチ
• 油圧クラッチ
• 遠心クラッチ
• 半遠心クラッチ
• コーンクラッチ
• ダイヤフラムクラッチ
• 電磁クラッチ
• ドッグ＆スプラインクラッチ
• 真空クラッチ
• フリーホイールユニット（ワンウェイクラッチ）

摩擦クラッチ

摩擦クラッチには「シングルプレート（単板）」と「マルチプレート（多板）」の2種類があります。

シングルプレートクラッチ：現代の軽自動車・普通車で最も一般的。エンジンからトランスミッション入力軸へトルク/動力を伝達します。摩擦板は1枚で、スプラインでクラッチプレートに固定されます。プレートは薄い金属板で、両面に摩擦材が貼られています。

マルチプレートクラッチ：複数の摩擦板を用いてエンジンのフライホイールと摩擦接触させ、エンジンシャフトとトランスミッションシャフト間で動力を伝達します。摩擦面の数がトルク伝達容量を決定します。エンジンシャフトとギアボックスシャフトに取り付けられ、基本動作はシングルプレートと同じです（クラッチペダルを踏むと接続/切断）。レーシングカー、大型商用車、オートバイなど高トルク伝達が必要な用途で使用されます。

マルチプレートクラッチは「乾式」と「湿式」に分かれます。オイルバス内で動作する場合は湿式、オイルなしで動作する場合は乾式です。湿式クラッチはオートマチックトランスミッションの一部または関連部品として広く使用されます。

油圧クラッチ

作動原理は真空クラッチと同様ですが、作動流体がオイル（油圧）か真空かの違いがあります。主要構成部品：アキュムレーター、制御バルブ、ポンプ、ピストン付きシリンダー、リザーバー（タンク）。

作動原理：リザーバーのオイルがポンプでアキュムレーターへ送られます。ポンプはエンジンと連動し、アキュムレーターは制御バルブを通じてシリンダーと接続されます。制御バルブはギアレバーに取り付けられたスイッチで操作されます。ピストンはリンケージ機構でクラッチと連結されています。

ドライバーがギアレバーを握ってシフト操作するとスイッチが制御バルブを開き、加圧オイルがシリンダーへ流入。ピストンが前後しクラッチが切断されます。ギアレバーを離すとスイッチが切れ、制御バルブが閉じてクラッチが接続されます。

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遠心クラッチ

バネの力ではなく遠心力でクラッチを接続します。エンジン回転数に応じて自動的に作動するため、クラッチペダルが不要です。

メリット：どのギアでもエンストせずに停止可能。アクセルペダルを踏むだけでどのギアからでも発進可能。

作動原理：重りAが支点Bで枢着されており、エンジン回転上昇で遠心力により重りが飛び出します。ベルクランクレバーを介してプレートCを押し、スプリングEを強く圧縮し、クラッチプレートDをフライホイールへスプリングGに抗して押し付け、クラッチが接続されます。スプリングGは低速域（約500rpm）でクラッチを切断し、ストッパーHが重りの動きを制限します。

半遠心クラッチ

遠心力とバネ力の両方を用いて接合状態を維持します。レバー、クラッチスプリング、プレッシャープレート、摩擦ライニング、フライホイール、クラッチプレートで構成されます。レバーとスプリングはプレッシャープレート上に等間隔で配置されます。スプリングは通常エンジン回転でトルクを伝達し、遠心力は高回転域でのトルク伝達を補助します。

通常エンジン回転では動力伝達が小さいためスプリングがクラッチを接合し、ウェイト付きレバーはプレッシャープレートに圧力をかけません。高回転・高負荷時にはウェイトが飛び出し、レバーがプレッシャープレートを押して確実に接合します。これらのスプリングは比較的柔らかく、ドライバーがクラッチ操作で負担を感じにくい設計です。

コーンクラッチ

摩擦面が円錐形状で、2つの面でトルクを伝達します。エンジンシャフト側にメス円錐（雌錐）とオス円錐（雄錐）を持ちます。オス円錐はスプライン付きクラッチシャフトに取り付けられスライド可能で、円錐部分に摩擦面があります。

クラッチ接続時はバネの力でオス円錐の摩擦面がメス円錐に押し付けられます。クラッチペダルを踏むとオス円錐がバネ力に抗ってスライドし、クラッチが切断されます。

メリット：摩擦面にかかる垂直抗力が軸方向の力より大きいため、コンパクトに高トルク伝達可能。デメリット：オス円錐がメス円錐に食い付きやすく切断が困難。わずかな摩耗でオス円錐の軸方向移動に影響し、接合が難しくなる。

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ダイヤフラムクラッチ

円錐バネ（ダイヤフラムスプリング）を備え、プレッシャープレートへ圧力をかけてクラッチを接続します。バネはクラウン型またはフィンガー型でプレッシャープレートに取り付けられます。

エンジン動力はクランクシャフトからフライホイール（摩擦ライニング付き）へ伝わり、プレッシャープレートはクラッチプレートの後ろに位置して圧力をかけます。

作動時、ダイヤフラムスプリングの外周にレリーズベアリングが押し付けられると、フィンガー部が内側へ倒れ込みプレッシャープレートを後退させ、クラッチプレートへの圧力が解除されて切断されます。ペダルを離せば元の位置に戻り接続されます。

メリット：レリーズレバーが不要（バネが兼ねる）。クラッチ切断保持時のペダル踏力が軽い（コイルスプリングでは踏み込むほど荷重が増すが、ダイヤフラムは特性が異なる）。

電磁クラッチ

電気的に作動させますが、動力伝達は機械的です。機械的なリンケージが不要なため、高速・スムーズな作動が可能。リモート操作も可能で、離れた場所から制御できます。

バッテリーから電力を供給し、クラッチフライホイールに巻線を持たせます。通電で電磁界が発生しプレッシャープレートを引き付けて接続。通電停止で切断されます。

ギアレバーにクラッチリリーススイッチを設け、シフト操作時に電流を遮断して切断させます。

ドッグ＆スプラインクラッチ

ギアとシャフトの連結、またはシャフト同士のロックに使用。外歯を持つドッグクラッチと、内歯を持つスライドスリーブで構成されます。両軸は同速で回転しスリップしません。2軸が接続されれば接続状態、スリーブがスプラインシャフト上で後退して駆動軸との接触を失えば切断状態。マニュアルトランスミッション車でギアのロックに広く使用されます。

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真空クラッチ

エンジン吸気マニホールドの負圧（真空）を利用します。リザーバー、逆止弁、ピストン付き真空シリンダー、ソレノイドバルブで構成。リザーバーは逆止弁を介して吸気マニホールドに接続。真空シリンダーはソレノイドバルブを介してリザーバーに接続。ソレノイドはバッテリー電源で動作し、回路にはギアレバー取り付けのスイッチがあり、ドライバーがギアレバーを握ると作動します。

ソレノイドが通電してバルブを開き、真空シリンダーとリザーバーを連通。真空とリザーバー間の通路が開き、圧力差でピストンが前後運動。この動きがリンケージを介してクラッチへ伝わり切断されます。ギアレバーを操作しなければスイッチは開いたまま、バネ力でクラッチは接続状態を維持します。

フリーホイールユニット（ワンウェイクラッチ）

スプリングクラッチ、ワンウェイクラッチ、オーバーランニングクラッチとも呼ばれます。自転車の駆動と同様、一方向のみ動力を伝達します。ギアボックスの後ろに配置され、メインシャフトから出力シャフトへ動力を伝え、遊星ギアがオーバードライブ状態の時に出力シャフトを駆動します。ハブとアウターレースを持ち、ハブ内部にスプラインでトランスミッションメインシャフトと接続。ハブ外周に12個のカムがあり、ケージ内の12個のローラーをアウターレースとの間に保持。アウターレースはオーバードライブ出力シャフトにスプライン接続されます。

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