JP2005127380A - オートテンショナー - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化とコスト低減を図るとともに、固定部材あるいは可動部材と摩擦材との接触面での摺動特性を改善したオートテンショナーを提供することを目的とする。
【解決手段】車体等に固定される固定部材２と、固定部材２に回動自在に支持されるアーム状構造体の可動部材３と、可動部材３のアーム状先端部に設けられベルトに係合するプーリ７と、可動部材３を固定部材２に対し所定方向に付勢するコイルバネ４と、可動部材３と固定部材２との間に介装され、可動部材３の揺動を減衰・収束させる摩擦材５と、を備えたベルトの張力を適度に保つためのオートテンショナー１であって、摩擦材５が熱可塑性樹脂であって、該摩擦材５と摺動する固定部材２の摺動部６をアルミニウムまたはアルミニウム合金のアルマイト層で形成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベルトの張力を自動的に適度に保つためのオートテンショナーに関する。

自動車用エンジンの補機駆動用ベルトの張力を適度に保つ装置としてオートテンショナーが使用されている。一般に、このオートテンショナーは、バネの力を利用してベルトの張力を自動的に制御するものであるが、オートテンショナーの揺動を減衰・収束させる方式としては、油圧ダンパ方式と摩擦ダンパ方式に大別される。このうち、後者の摩擦方式では一般にプーリが取り付けられた可動部材と車体に固定する固定部材からなり、両者は捻りバネによってベルトの張力をなるべく一定にすべく軸部を介して相対運動をする。

この場合、可動部材と固定部材の間の軸部には、所定の摩擦係数を有する摩擦材を配置しておき、適度な面圧を与えることによって、摺動時に発生する摩擦エネルギーにより可動部材の揺動を短時間に減衰・収束させ、ベルトの張力を可能な限り一定に保持するものである。

一般的には、可動部材及び固定部材はダイキャスト工法で製造されたアルミニウム合金鋳物が使用されている。しかし、自動車部品は軽量、低価格が要求されるが、上記アルミニウム合金は軽量及び低価格が必ずしも満足されていない。

このため、オートテショナの固定ケース（固定部材）が合成樹脂、とりわけグラファイトを配合した芳香族ナイロン樹脂を適用することが知られている。（例えば、特許文献１参照）またオートテショナの搖動アーム（可動部材）あるいは搖動アームとテンションプーリにグラファイトを配合した芳香族ナイロン樹脂を適用することが知られている。（例えば、特許文献２参照）

ところが一般に熱可塑性樹脂摩擦材は射出成形法で、アルミニウム合金鋳物はダイキャスト法で製造されている。そのために、特にアルミニウム合金鋳物の表面粗さは、一般に１０点平均粗さが３〜１２μm程度である。樹脂と金属の摺動に於いては、金属の摩耗量に比較して硬さの低い樹脂側の摩耗量が圧倒的に多く、しかも金属の表面粗さが大きいほど摩耗量が多い、すなわち摩耗速度が大きいことが知られている。

オートテンショナーに於いて、性能及び品質面で最も重要なポイントは、この金属(アルミニウム合金鋳物)と樹脂の摩擦部の摺動特性である。即ち、（１）摺動が滑らかであってスティックスリップが起こらず、騒音を発生しないこと。（２）摩耗速度が小さく、所定の寿命を満足すること。（３）安定したダンピングトルクが得られ、摺動部の摩擦係数の経時変化が小さいこと。等の性能及び摺動特性を満足することが不可欠である。

しかし現状のオートテンショナーでは、自動車のエンジンの特性あるいは走行条件によっては、スティックスリップにより騒音が発生したり、摩耗速度が大きい為に駆動ベルトにミスアライメントが発生したり、あるいは使用中にダンピングトルクが異常に低下するという問題を有していた。
特開２００２−１０６６５３号公報 特開２００２−１０６６５４号公報

本発明は、軽量化とコスト低減を図るとともに、固定部材あるいは可動部材と摩擦材との接触面での摺動特性を改善したオートテンショナーを提供することを目的とする。

本願請求項１記載の発明では、車体等に固定される固定部材と、固定部材に回動自在に支持されるアーム状構造体の可動部材と、可動部材のアーム状先端部に設けられベルトに係合するプーリと、可動部材を固定部材に対し所定方向に付勢するコイルバネと、可動部材と固定部材との間に介装され、可動部材の揺動を減衰・収束させる摩擦材と、を備えたベルトの張力を適度に保つためのオートテンショナーであって、摩擦材として熱可塑性樹脂を使用し、該摩擦材と摺動する固定部材の摺動部をアルミニウムまたはアルミニウム合金のアルマイト層で形成したものである。このため、摩擦材の熱可塑性樹脂とアルミニウムまたはその合金のアルマイト層との摩擦において、摺動が滑らかであってスティックスリップが起こらず、騒音が発生しにくくなり、摩耗速度も小さくなり、更には摩擦係数の経時変化が小さく、安定したダンピングトルクを得ることができる。

本願請求項２記載の発明では、アルマイト層が、表面層に形成された微細空孔に滑剤を充填もしくは付着していることにより、より一段と摺動性が向上して、摩擦材である熱可塑性樹脂の摩耗速度が小さくなる。そして、摩擦材と摩擦する相手材(アルミニウムまたはその合金鋳物)の摺動特性を向上させると、摩擦材の摩耗速度が小さくなるだけでなく、スティックスリップが発生しにくくなり、騒音も低減する効果がある。

本願請求項３記載の発明では、滑剤としてポリテトラフルオロエチレン、超高分子量ポリエチレン、シリコンオイル、二硫化モリブデン、低分子量パーフルオロカーボン、そしてポリエチレンワックスから選ばれた少なくとも１種を使用する。

本願請求項４記載の発明では、摩擦材としてナイロン６６、ナイロン４６、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、そしてシンジオタクチックポリスチレンから選ばれた少なくとも１種の熱可塑性樹脂を使用する。

本発明のオートテンショナーでは、アルミニウムまたはその合金をアルマイト処理すると、このアルマイト層は表面粗さが良好であるために、鋳造(ダイキャスト)そのままの材料よりも摩擦相手材である摩擦材の摩耗速度を小さくする効果がある。またこのアルマイト層中には、微細な空孔が存在し、この微細空孔中に滑剤を含浸することによってより一段と良好な摺動特性が得られ、摩擦相手材である摩擦材の摩耗速度が小さくなるだけでなく、スティックスリップが発生しにくくなり、騒音も低減する効果がある。

図１は本発明に係るオートテンショナーの一例の概略説明図である。オートテンショナー１は、自動車等の固定体（図示しない）に固定される固定部材２と、この固定部材２に回動自在に支持されたアーム状構造体の可動部材３と、可動部材３を固定部材２に対し所定方向に付勢するコイルバネ４と、可動部材３と固定部材２との間に介装され、可動部材３の揺動を減衰・収束させる摩擦材５を備えたものである。摩擦材５は可動部材３に固定されており、固定部材２との界面が摺動部６になっている。可動部材３はベルトに係合されるプーリ７が軸受９を介して回動支持する軸部８に固定している。
尚、オートテンショナーは、図１に示す構造のものに限定されるものではない。

上記摩擦材５は、例えば射出成形機で成形して作製することができる。この摩擦材５は両端が開口した円筒状をなしており、内周面には、油溝（図示せず）が形成されている。また、この摩擦材５は、一端部から他端部にかけて僅かに小径となる断面テーパ状に形成されている。

上記摩擦材５は、ナイロン６６、ナイロン４６、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、そしてシンジオタクチックポリスチレン等を素材にしている。

上記固定部材２や可動部材３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の鋳造(ダイキャスト)からなり、摩擦材５と摺動する固定部材３の摺動部６をアルマイト層で形成している。アルマイト層はアルミニウムまたはその合金を陽極酸化処理(アルマイト処理)すると、その表面粗さが良好であるために、摩擦相手材である摩擦材５の摩耗速度を小さくする効果がある。

このアルマイト層１０は多孔質層であり、図２に示したようにアルミニウムまたはアルミニウム合金の層１１の表面に存在し、中央に微細空孔１３を有する六角柱状のセル１４で形成されている。そして、アルマイト層１０を容器に入れた滑剤に浸漬させ、その後減圧槽に入れて所定の圧力で減圧して微細空孔２３の中に滑剤を含浸させることによって一段と摺動特性を向上させることができる。

上記滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、超高分子量ポリエチレン、シリコンオイル、二硫化モリブデン、低分子量パーフルオロカーボン、ポリエチレンワックス等が１種もしくは２種以上を使用することができる。

以下に、本発明を具体的な実施例のより更に詳細に説明する。
実施例１
図３に示すダイキャスト製アルミニウム合金鋳物(材質：ＪＩＳ ＡＤＣ１２) の板状物を、その表面を機械加工あるいは研磨等を施さずに、１５体積％の硫酸浴中に浸漬し３Ａの電流を流して陽極酸化処理を行い、約４０μmの厚さのアルマイト層を形成した。一方、ナイロン６６及びポリアセタールを磨耗速度測定用の摩擦材として図３に示す形状で射出成形し、前述の陽極酸化処理を施したアルミニウム合金鋳物と組み合わせてスラスト摩耗試験機で摩耗速度試験を実施した。

スラスト摩耗試験での摩耗速度の測定では、摺動部の面圧として２．０ＭＰａ、摺動速度として１００ｍｍ／ｓeｃ（摩擦材の幅中央位置）、摺動時間として２４時間、試験雰囲気温度として室温、潤滑剤を使用せずに行い、そして摩耗量の測定方法として接触式形状測定器を用いた。

２４時間連続で摩耗試験を実施した後に磨耗速度測定用のナイロン６６及びポリアセタールの摩耗量を測定して平均の摩耗速度を求めた。その結果を図４に示す。図４における摩擦材と摩擦相手材の組合せは、前部にナイロン６６（ＰＡ６６）やポリアセタール（ＰＯＭ）からなる摩擦材を、後部に表面処理なしのアルミニウム合金鋳物や陽極酸化処理を施したアルミニウム合金鋳物を示す。ナイロン６６及びポリアセタールとも、摩擦相手材であるアルミニウム合金ダイキャスト品を陽極酸化処理することにより摩耗速度が低減し、オートテンショナーの長寿命化に有効であることが判る。

実施例２
実施例１と同様に、図３に示すダイキャスト製アルミニウム合金鋳物(材質：ＪＩＳ ＡＤＣ１２) の板状物を、その表面を機械加工あるいは研磨等を施さずに、１５体積％の硫酸浴中に浸漬し３Ａの電流を流して陽極酸化処理を行い、約４０μmの厚さのアルマイト層を形成した。

アルミニウム合金を陽極酸化処理することにより形成されたアルマイト層は、図２に示すように中央に微細空孔を有する六角柱状のセルで構成されている。この陽極酸化処理を実施したアルミニウム合金鋳物をポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）のエマルジョン中に浸漬して、ＰＴＦＥのエマルジョンを満たした容器ごと減圧槽に入れて約０．０００１ＭＰａに減圧し、これを３分間保持して前記微細空孔中にＰＴＦＥを含浸させた。

更に、ＰＴＦＥを含浸させたアルミニウム合金鋳物を３５０〜３６０℃で１０分間加熱してＰＴＦＥを溶融し、ＰＴＦＥがアルマイト層中の微細空孔中に含浸するのを助長させた。一方、ナイロン６６及びポリアセタールを磨耗速度測定用の摩擦材として図３に示す形状で射出成形し、前述の陽極酸化処理を施したアルミニウム合金鋳物と組み合わせてスラスト摩耗試験機で摩耗速度試験を実施した。スラスト摩耗試験での摩耗速度の測定条件は、実施例１と全く同一である。

２４時間連続で摩耗試験を実施した後に磨耗速度測定用の摩擦材の摩耗量を測定し、平均の摩耗速度を求めた。その結果を図５に示す。図５における摩擦材と摩擦相手材の組合せは、ナイロン６６（ＰＡ６６）やポリアセタール（ＰＯＭ）からなる摩擦材を、後部に表面処理なしのアルミニウム合金鋳物やアルマイト層にＰＴＦＥを含浸させたアルミニウム合金鋳物を示す。摩擦材であるナイロン６６及びポリアセタールとも、摩擦相手材であるアルミニウム合金ダイキャスト品を陽極酸化処理とＰＴＦＥの含浸処理を実施することにより摩耗速度が低減し、オートテンショナーの長寿命化に有効である。

実施例３
実施例２と同様に、図３に示すダイキャスト製アルミニウム合金鋳物(材質：ＪＩＳ ＡＤＣ１２) の板状物を、その表面を機械加工あるいは研磨等を施さずに、１５体積％の硫酸浴中に浸漬し３Ａの電流を流して陽極酸化処理を行い、約４０μmの厚さのアルマイト層を形成した。この陽極酸化処理を実施したアルミニウム合金鋳物をシリコンオイル中に浸漬して、シリコンオイルを満たした容器ごと減圧槽に入れて約０．０００１ＭＰａに減圧し、これを３分間保持して前記微細空孔中にシリコンオイルを含浸させた。

一方、ナイロン６６及びポリアセタールを図３の形状で射出成形し、前述の陽極酸化処理後にＰＴＦＥを含浸させたアルミニウム合金鋳物と組み合わせてスラスト摩耗試験機で摩耗速度試験を実施した。スラスト摩耗試験での摩耗速度の測定条件は、実施例１と全く同一である。

２４時間連続で摩耗試験を実施した後にナイロン６６及びポリアセタールの摩耗量を測定し、平均の摩耗速度を求めた。その結果を図６に示す。図６における摩擦材と摩擦相手材の組合せは、前部に摩擦材を、後部に表面処理なしのアルミニウム合金やアルマイト層にシリコンオイルを含浸させたアルミニウム合金を示す。ナイロン６６及びポリアセタールとも、摩擦相手材であるアルミニウム合金ダイキャスト品を陽極酸化処理とシリコンオイルの含浸を実施することにより摩耗速度が低減し、オートテンショナーの長寿命化に有効である。

実施例４
実施例２と同様に、図３に示すダイキャスト製アルミニウム合金鋳物(材質：ＪＩＳ ＡＤＣ１２) の板状物を、その表面を機械加工あるいは研磨等を施さずに、１５体積％の硫酸浴中に浸漬し３Ａの電流を流して陽極酸化処理を行い、約４０μmの厚さのアルマイト層を形成した。この陽極酸化処理を実施したアルミニウム合金鋳物を陰極として、チオモリブデン酸アンモニウムを４００グラム／リットル含み、他は塩化アンモニウム及び添加剤等からなり、ｐＨが３〜３．５の水溶液中で陰極電流密度を２．５〜３で二次電解することにより、アルマイト層中の微細空孔中に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を析出させた。

一方、ナイロン６６及びポリアセタールを、図３の形状で射出成形し、前述の陽極酸化処理後に二硫化モリブデンを析出させたアルミニウム合金鋳物と組み合わせてスラスト摩耗試験機で摩耗速度試験を実施した。スラスト摩耗試験での摩耗速度の測定条件は、実施例１と全く同一である。

２４時間連続で摩耗試験を実施した後にナイロン６６及びポリアセタールの摩耗量を測定し、平均の摩耗速度を求めた。その結果を図７に示す。図７における摩擦材と摩擦相手材の組合せは、前部にナイロン６６（ＰＡ６６）やポリアセタール（ＰＯＭ）からなる摩擦材を、後部に表面処理なしのアルミニウム合金鋳物やアルマイト層にＭｏＳ₂を析出させたアルミニウム合金鋳物を示す。ナイロン６６及びポリアセタールとも、摩擦相手材であるアルマイト層にＭｏＳ₂を含浸させたアルミニウム合金鋳物を使用することにより摩耗速度が低減し、オートテンショナーの長寿命化に有効である。

実施例５
実施例１〜４の表面処理法により、図１に示すオートテンショナーの固定部材２を製作し、オートテンショナーの耐久試験を実施した。摩擦材５としてポリアセタールを使用し、この摩擦材５を可動部材３に固定して摩擦材５と固定部材２の界面を摺動部にした。

固定部材２の表面処理は、固定部材２と摩擦材５の摺動部のみに施されることが好ましいが、本実施例の場合は固定部材２の全表面に前述の実施例と同一の条件で行った。この固定部材２をオートテンショナーに組み立て、以下の条件にて模擬可動試験を実施した。

[試験条件]
１．可動試験温度 ：１００±５℃
２．可動試験時間 ：２００時間
３．摺動部の面圧 ：約１．５ＭＰａ
４．プーリ中心の変位 ：±３ｍｍ
５．揺動周波数 ：２０Ｈｚ
６．摺動部の潤滑 ：シリコン系グリース塗布（組立時）

上記模擬可動試験による摩擦材（ポリアセタール）の摩耗量は図８に示すとおりであり、この場合の摩擦相手材としては表面処理なしのアルミニウム合金鋳物、陽極酸化処理してアルマイト層のみを形成したアルミニウム合金鋳物、アルマイト層にＰＴＦＥを含浸させたアルミニウム合金鋳物、アルマイト層にシリコンオイルを含浸させたアルミニウム合金鋳物、あるいはアルマイト層にＭｏＳ₂を析出させたアルミニウム合金鋳物を示す。アルミニウム合金鋳物の固定部材２に前述の陽極酸化処理を行うことにより顕著に減少している。これにより、実際の自動車に使用される条件に近い模擬稼動試験でも、本実施例のオートテンショナーは、良好な耐摩擦性能を発揮することが確認できた。

本発明に係るオートテンショナーは、自動車用エンジンなどの多軸駆動装置に装着した補機駆動用ベルトの張力を自動的に適度に保つものとして広く使用することができる。

本発明に係るオートテンショナーの一例の概略説明図である。 アルマイト層の模式図である。 本実施例に係る摩擦材及び相手材の摩耗速度測定用試験片形状を示す概略斜視図である。 実施例１におけるスラスト磨耗試験でのナイロン６６（ＰＡ６６）及びポリアセタール（ＰＯＭ）の平均摩耗速度を示すグラフである。 実施例２におけるスラスト磨耗試験での同様の樹脂の平均摩耗速度を示すグラフである。 実施例３におけるスラスト磨耗試験での同様の樹脂の平均摩耗速度を示すグラフである。 実施例４におけるスラスト磨耗試験での同様の樹脂の平均摩耗速度を示すグラフである。 実施例５におけるオートテンショナーでの耐久試験後の固定部材の摩耗量を示すグラフである。

符号の説明

１ オートテンショナー
２ 固定部材
３ 可動部材
４ コイルバネ
５ 摩擦材
６ 摺動部
７ プーリ
８ 軸部
９ 軸受
１０ アルマイト層
１３ 微細空孔

Claims (4)

1. 車体等に固定される固定部材と、固定部材に回動自在に支持されるアーム状構造体の可動部材と、可動部材のアーム状先端部に設けられベルトに係合するプーリと、可動部材を固定部材に対し所定方向に付勢するコイルバネと、可動部材と固定部材との間に介装され、可動部材の揺動を減衰・収束させる摩擦材と、を備えたベルトの張力を適度に保つためのオートテンショナーであって、摩擦材として熱可塑性樹脂を使用し、該摩擦材と摺動する固定部材の摺動部をアルミニウムまたはアルミニウム合金のアルマイト層で形成したことを特徴とするオートテンショナー。
2. アルマイト層が、表面層に形成された微細空孔に滑剤を充填もしくは付着している請求項１記載のオートテンショナー。
3. 滑剤が、ポリテトラフルオロエチレン、超高分子量ポリエチレン、シリコンオイル、二硫化モリブデン、低分子量パーフルオロカーボン、そしてポリエチレンワックスから選ばれた少なくとも１種である請求項２記載のオートテンショナー。
4. 摩擦材が、ナイロン６６、ナイロン４６、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、そしてシンジオタクチックポリスチレンから選ばれた少なくとも１種の熱可塑性樹脂である請求項１〜３の何れかに記載のオートテンショナー。
   

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