JP2009052592A - ワンウェイクラッチのエンドベアリング - Google Patents

Abstract

【課題】高周速領域においても優れた摺動特性を有するワンウェイクラッチのエンドベアリングを提供する。
【解決手段】鉄又は鉄基合金を基材５に合成樹脂層６を被覆したエンドベアリングにおいて、合成樹脂層６を３μｍ以上１５μｍ未満とする。摺動摩擦熱は、合成樹脂摺動面で発生するが、合成樹脂層６の厚を薄くしたため熱を鉄又は鉄合金基材側へ熱伝導させ易く、合成樹脂層６の温度上昇を緩和し流動、溶融を防ぐことができるようになるので耐焼付性、耐摩耗性を高められる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワンウェイクラッチのエンドベアリングに関し、例えばオートマチックトランスミッションに適用して高周速領域でもすぐれる摺動特性を有するワンウェイクラッチのエンドベアリングに関するものである。

従来の鉄又は鉄基合金を基材に合成樹脂層を被覆したワンウェイクラッチのエンドベアリングには、例えば、特許第３５０１１８１号公報に示されるように、耐焼付性や耐久性を高めるために鉄系基材に固体潤滑剤とカーボン繊維と耐摩耗性添加剤を含む合成樹脂を被覆したものや、特開平１０−８２４３４号公報に示される耐久性を高めるために固体潤滑剤を含む合成樹脂を１５μｍ以上の厚さに被覆するものが提案されている。
特許第３５０１１８１号公報 特開平１０−８２４３４号公報

近年の内燃機関の高回転化に伴いワンウェイクラッチのエンドベアリングの摺動速度も高速化しており、従来に比べ高周速領域でもすぐれる摺動特性を有するエンドベアリングが求められているが、上記した特許文献１，２に開示されるエンドベアリングでは摺動特性、耐久性が十分に得られないという問題が発生してきた。

即ち、ワンウェイクラッチのエンドベアリングは、ワンウェイクラッチを構成する環状の内レースと外レースとの間に隙間を設け介装されるため、摺動摩擦熱がワンウェイクラッチを構成する他の金属構造物へ熱伝導によりにげにくく、エンドベアリングが蓄熱しやすい構造となっている。また、エンドベアリングの摺動速度は、４０ｍ/ｓ程度と内燃機関用のすべり軸受の摺動速度の２倍以上のものも多くあり、発生する摺動摩擦熱が多いことに加えて、合成樹脂の熱伝導性が極めて悪いため、特許文献１，２に開示される発明のように合成樹脂層厚を厚く（特許文献１では「２５μｍ」、特許文献２では「１５μｍ以上」）し摩滅させないことにより耐久性を高めたエンドベアリングであると合成樹脂層の蓄熱量が多くなり軟化や溶融し摺動性能が悪くなるという問題がある。これは、合成樹脂が軟化すると摺動面にかかる負荷を支えきれず合成樹脂層と摺動相手である外、内レースとの接触面積が増えさらに摺動摩擦熱が高くなり、合成樹脂が溶融するような状態となると急激に摩擦係数が高くなることによると推定される。

本発明は、上記した問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、高周速領域においても優れた摺動特性を有するワンウェイクラッチのエンドベアリングを提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明は、鉄又は鉄基合金を基材に合成樹脂層を被覆したエンドベアリングにおいて、前記合成樹脂層の厚さが３μｍ以上１５μｍ未満であることを特徴とする．

また、請求項２に係る発明は、請求項１記載のワンウェイクラッチのエンドベアリングにおいて、前記合成樹脂層は、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フェノール、ポリエーテルエーテルケトンの一種又は二種以上を混合した樹脂をベースとする樹脂であることを特徴とする。

更に、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載のワンウェイクラッチのエンドベアリングにおいて、前記合成樹脂層は、固体潤滑剤を５〜３０ｖｏｌ％含むことを特徴とする。

請求項１に係る発明は、合成樹脂層を３μｍ以上１５μｍ未満とすることにより、放熱しやすい。即ち、摺動摩擦熱は、合成樹脂摺動面で発生するが、合成樹脂層厚を薄くして熱を鉄又は鉄基合金の基材側へ熱伝導させ易くしたので合成樹脂層の温度上昇を緩和し流動、溶融を防ぐことができるようになるので耐焼付性、耐摩耗性を高められることを発明者らは見出した。なお、鉄又は鉄基合金の基材へ熱伝導した熱は、合成樹脂の蓄熱量が少なくなる結果、鉄又は鉄基合金の基材を介して潤滑油や他の金属構造物への熱伝導で十分に放熱できるのでエンドベアリングの温度上昇も防げるようになる。

さらに、合成樹脂層の軟化、溶融を防いだため、従来のように固体潤滑剤や繊維強化添加剤、耐摩耗性添加剤を含有させることなく合成樹脂自身の潤滑特性のみで耐焼付性や耐摩耗性を高められることを発明者らは見出した。合成樹脂層の厚さが１５μｍ以上であると摺動摩擦熱を鉄又は鉄基合金側へ熱伝導させにくく合成樹脂層の温度上昇を防ぐ効果が不十分になる。また、合成樹脂層の厚さが３μｍ未満であると合成樹脂層が摩滅してしまう場合がある。好ましい合成樹脂層の厚さは、５〜１２μｍが好適である。

また、請求項２に係る発明においては、前記合成樹脂層は、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フェノール、ポリエーテルエーテルケトンの一種又は二種以上を混合した樹脂をベースとする樹脂とすることにより、これらの樹脂は、熱たわみ温度（荷重たわみ温度）が１４０℃以上の樹脂であるため、ワンウェイクラッチの常用運転におけるエンドベアリング使用温度域（一般的には１２０℃前後）では変形しにくく、また、軟化や溶融せず摺動負荷を支えることができるものである。

なお、上記熱たわみ温度（荷重たわみ温度）はＪＩＳ７２０７Ａ法によるもので、加熱温度を上昇させながら、樹脂が軟化し所定のたわみ変形量となる温度を測定するものであり耐熱強度を示すものである。合成樹脂の耐熱性を示す指標としては高温に加熱した状態で樹脂が破断させる引張強度が一般的に用いられているが、エンドベアリングの合成樹脂層のような摺動層には、破断強度よりも、合成樹脂が破断する以前の軟化温度に着目し樹脂を選定する場合に合成樹脂層の摺動特性が高められることも発明者らは見出した。

ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フェノール、ポリエーテルエーテルケトン樹脂の耐熱強度に影響を与えない範囲で、他の熱可塑性や熱硬化性樹脂を添加することは可能である。なお、摺動層として広く一般的に用いられているポリテトラフルオロエチレンやポリアミド等は、熱たわみ温度（荷重たわみ温度）は１００℃未満であり、ワンウェイクラッチの常用運転時のエンドベアリング使用温度域（１２０℃前後）では、合成樹脂層の軟化により摺動負荷を支えることが困難であるため、本発明のエンドベアリングとして使用することは適当ではない。

更に、請求項３に係る発明においては、前記合成樹脂層は、固体潤滑剤を５〜３０ｖｏｌ％含むことにより、エンドベアリングの摺動面に局部的に鉄又は鉄基合金が露出するようなワンウェイクラッチの場合に、局部的に露出した鉄又は鉄基合金の基材面とレースとの焼付を防ぐため固体潤滑剤を添加することが好ましい。即ち、ワンウェイクラッチのエンドベアリングは、内レースと外レースとの間に介装されるが、相手材となる外レースおよび内レースとのクリアランスが大きくなるように設計されたワンウェイクラッチでは、レースとエンドベアリングとが均一な接触とならず、局部的にエンドベアリングの摺動面とレースとが強く当たり合成樹脂層が摩耗して鉄又は鉄基合金の基材面が露出する場合があるため、局部的に露出した鉄又は鉄基合金の基材面とレースとの焼付を防ぐため固体潤滑剤を添加することが好ましい。５ｖｏｌ％未満では固体潤滑剤添加効果は顕著に現れず、３０ｖｏｌ％を超えて添加すると合成樹脂層の強度が低くなり摩耗量が多くなる。より好ましくは、５ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％である。

なお、固体潤滑剤を添加する場合には、固体潤滑剤添加による合成樹脂層の強度低下を緩和するため合成樹脂層の厚さを１２μｍ以下とすることが好ましい。また、固体潤滑剤としては、一般的であるＭｏＳ₂、ＷＳ₂、グラファイト、ＰＴＦＥ、ＢＮや低融点金属であるＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉやこれらの合金等を用いることができる。

以下、本発明の実施の形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１は、ワンウェイクラッチにおいてエンドベアリングが使用されている構造の簡易図であり、図２及び図３は、エンドベアリングに樹脂層を被覆する場合の被覆箇所を示す概略図である。

図１において、ワンウエェイクラッチは、環状の軌道面１ａを有する内レース１と、環状の軌道面２ａを有する外レース２と、両レース１，２の軌道面１ａ，２ａ間に配置されて両軌道面１ａ，２ａと係合してトルクを伝達する複数のスプラグ３と、これらスプラグ３を円周方向等間隔位置に保持する内外一対の断面コ字状の環状部材であるエンドベアリング４と、からなる。なお、エンドベアリング４の間には、図示しないが、スプラグ３と軌道面１ａ，２ａとの係合方向（噛合い方向）にモーメントを与えるリボンスプリングが設けられている。

エンドベアリング４は、鉄又は鉄基合金からなりコ字状の断面を有する環状部材５の表面（内レース１及び外レース２の軌道面１ａ,２ａと対面する面）に合成樹脂層６を設けた構成である。本実施形態において、合成樹脂層６は、３μｍ以上１５μｍ未満の厚さとする。合成樹脂層６を構成する樹脂は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、フェノール、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）の一種又は二種以上を混合した樹脂をベースとする樹脂を用いることができ、これら樹脂の強度に影響を与えない範囲でこれらの他の熱可塑性や熱硬化性樹脂を添加することは可能である。なお、合成樹脂層６を被覆する環状部材５の表面は、図１においては、コ字状の環状部材５の外側上下面の端部からコ字状の屈曲部のＲ部分の形状に沿うように被覆しても良いし、図２に示すように、コ字状の環状部材５の外側上下面の端部からコ字状の屈曲部の直前位置まで被覆しても良いし、図３に示すように、コ字状の環状部材５の外側全面に被覆しても良い。

また、合成樹脂層６に固体潤滑剤を５〜３０ｖｏｌ％含有させ用いることもできる。固体潤滑剤としては、ＭｏＳ₂、ＷＳ₂、グラファイト、ＰＴＦＥ、ＢＮ、や低融点金属であるＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉやこれら合金等を用いることができる。合成樹脂層６の熱伝導性を高めたり、耐摩耗性を高めるために金属、合金、金属間化合物、無機材料の粒子を添加させることも可能である。

また、鉄又は鉄基合金からなる基材と合成樹脂層６との接合強度を高めるために鉄又は鉄基合金からなる基材の表面をブラスト加工やエッチング処理などにより粗面化した後に合成樹脂層６を被覆することも可能である。

次に、本発明の実施例について説明する。実施例については、表１に示すように１２種類の試料を作成し、その１２種類の実施例について表２の条件で耐摩耗性試験を行い、表３の条件で耐焼付性評価試験を行った。

即ち、実施例１〜１２は、厚さ１ｍｍ鉄合金板をプレス機で絞り加工を行ない、コ字状の断面を有する環状部材を作成する。次に、環状部材の表面をブラスト加工により粗面化し、次に洗浄、脱脂したのち表１に示す組成の合成樹脂層を表１に示す層厚となるように被覆し耐摩耗性試験用の試料を得た。被覆方法は、エアースプレー法を用い、有機溶剤と表１に示す合成樹脂組成からなる樹脂組成物を塗布した後、有機溶剤を乾燥除去し、１５０〜２５０℃で３０分間焼成した。

一方、比較例１〜１１は、実施例と同じ方法で表１に示す組成の合成樹脂層を表１に示す層厚となるように被覆し耐摩耗性試験用の試料を得た。耐摩耗性試験は、ワンウェイクラッチの実機に試料を組み付けた後、表２に示す条件で試験を行なったのちの摩耗量を測定した。その結果を表１に示す。

同様に、実施例１〜１２の耐焼付性評価のため厚さ１ｍｍの鉄合金板をプレス加工し円筒形状としたのち、ブラスト加工により粗面化し、次に洗浄、脱脂したのち表１に示す組成の合成樹脂層を表１に示す層厚となるように被覆し耐焼付性試料を得た。被覆方法は、耐摩耗性評価用試料と同一である。また、比較例１〜１１についても、実施例と同じ方法で表１に示す組成の合成樹脂層を表１に示す層厚となるように被覆し耐焼付性評価用の試料を得た。

耐焼付性評価は、軸受試験機を用い、円筒形状試料をハウジングに固定した状態で、表３に示す累積荷重負荷方式でおこなった。また、ワンウェイクラッチのエンドベアリングの運転条件に近似させるため、ハウジングは１２０℃に加熱した状態で試験を行った。試験中にエンドベアリングが２２０℃の温度に到達した面圧を焼付面圧とした。その結果を表１に示す。

表１において、合成樹脂層の層厚を３μｍ以上１５μｍ未満とした実施例１〜１２は、層厚が３μｍ未満または１５μｍ以上である比較例１〜１０に対し耐摩耗性、耐焼付性共に優れる。層厚３μｍ未満では、比較例１が示すように合成樹脂層が摩滅し焼付が起こり、１５μｍ以上であると比較例２〜１０に示すように耐摩耗性、耐焼付性が低下する。

実施例１〜４と、同実施例１〜４と同じくＰＡＩのみからなる比較例２〜４とを比較すると、比較例２〜４の場合は、層厚が厚くなるほど耐摩耗性も耐焼付性も低下する。これは、合成樹脂層が厚いほど摺動摩擦熱の蓄熱量が多く合成樹脂が軟化、溶融して摺動負荷を支えきれなくなるためと推定される。一方、実施例1〜４の場合には、層厚が厚くなるほど摩耗量が増加する傾向にはあるが摩耗量の絶対量は比較例１〜４の半分以下であり、耐焼付性については低下していない。これは、合成樹脂層の蓄熱量が少ないため軟化、流動しない事によると考える。

また、実施例５〜８と比較例５〜８は、合成樹脂層の成分をＰＡＩ以外の樹脂をベースとするものであり、この場合、実施例５〜８と比較例５〜８とを比較することにより、他の耐熱強度が高い合成樹脂を用いた場合でもＰＡＩを用いた場合と同様な効果があることがわかる。

実施例９〜１１と比較例９，１０の比較より、固体潤滑剤を添加する場合にも上記と同様な効果があることがわかる。但し、比較例１１のように固体潤滑剤を３０ｖｏｌ％を超えて添加すると合成樹脂層自身の強度低下により耐摩耗性が低下する結果となる。また、実施例１２は、ベースとなる合成樹脂（ＰＡＩ）に耐熱強度に影響を与えない程度で他の合成樹脂樹脂（ＰＥＳ）を添加したものを示すが、この場合も実施例１〜１１と同様な効果があることがわかる。

ワンウェイクラッチにおいてエンドベアリングが使用されている構造の簡易図である。 エンドベアリングに樹脂層を被覆する場合の被覆箇所を示す概略図である。 エンドベアリングに樹脂層を被覆する場合の他の被覆箇所を示す概略図である。

符号の説明

１ 内レース

１ａ 軌道面
２ 外レース
２ａ 軌道面
３ スプラグ
４ エンドベアリング

５ 環状部材
６ 合成樹脂層

Claims (3)

1. 鉄又は鉄基合金を基材に合成樹脂層を被覆したエンドベアリングにおいて、
   前記合成樹脂層の厚さが３μｍ以上１５μｍ未満であることを特徴とするワンウェイクラッチのエンドベアリング。
2. 前記合成樹脂層は、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フェノール、ポリエーテルエーテルケトンの一種又は二種以上を混合した樹脂をベースとする樹脂であることを特徴とする請求項１記載のワンウェイクラッチのエンドベアリング。
3. 前記合成樹脂層は、固体潤滑剤を５〜３０ｖｏｌ％含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のワンウェイクラッチのエンドベアリング。

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