JP4491286B2 - 樹脂材料、及びこれを用いた湿式無段変速機用ベルト - Google Patents
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Description
本発明の第1の樹脂材料は、湿式無段変速機に用いられる樹脂材料であって、母材となる樹脂と、アルミナを48wt%より大きな割合で含有するアルミナ・シリカ繊維及びアルミノホウケイ酸ガラス繊維の少なくとも一方からなる硬質繊維と、を含み、前記硬質繊維の含有量が5wt%以上30wt%未満であることを特徴とする。
前記母材となる樹脂は、特に限定されるものではない。耐熱性及び成形性を考慮した観点からは、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが望ましい。なかでも、成形性及び硬質繊維とのなじみ性が良好であるという観点からは、フェノール樹脂を用いることが望ましい。該フェノール樹脂としては、変性あるいは未変性のノボラック、またはレゾール等が挙げられる。特に、本発明においては、カシューオイルで変性されたカシュー変性フェノール樹脂を用いることが好ましい。
本発明の第2の樹脂材料は、カシューダストを含有する。該カシューダストとは、カシューナッツの殻から採った油分を炭化し硬化させたものである。また、摩擦係数(μ)の速度依存性を低下させて、速度の増加に伴う摩擦係数(μ)の低下を抑制する観点から、前記カシューダストとしては、硬質カシューダストを用いることが好ましい。該硬質カシューダストとは、ビッカース硬さHVが8を超えるカシューダストを意味する。前記摩擦係数(μ)の速度依存性を低下させるためには、該硬質カシューダストとして、HV10以上のカシューダストを用いるのが好ましく、HV15以上のカシューダストを用いることが更に好ましい。
以下、本発明の樹脂材料の製造方法について説明する。本発明の樹脂材料の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、樹脂、硬質繊維等の所定の材料を加熱しながら混合することで、本発明の樹脂材料を得ることができる。また、本発明の樹脂材料を基体の表面に被覆する場合には、例えば、所定の金型に基体を設置し、該金型に本発明の樹脂材料を投入後、加圧成形すればよい。また、本発明の樹脂材料を含む樹脂材料液を調製し、該樹脂材料液を基体表面に塗布あるいはスプレーし、乾燥させてもよい。
次に、本発明の一実施形態である湿式無段変速機用ベルトの構成について図1を用いて説明する。図1は、湿式無段変速機に組み込まれた湿式無段変速機用ベルトの概略図である。図1に示すように、湿式無段変速機1は、駆動側プーリ21と、従動側プーリ22と、ベルト3とから構成される。駆動側プーリ21は、金属製であり、駆動軸(図略)に取り付けられている。駆動側プーリ21は、対向する二つの円板体を備える。各々の円板体の対向面210は、テーパ状を呈している。従動側プーリ22は、金属製であり、従動軸(図略)に取り付けられている。従動側プーリ22は、対向する二つの円板体を備える。各々の円板体の対向面220はテーパ状を呈している。ベルト3は、駆動側プーリ21と従動側プーリ22とに巻き付けられている。ベルト3は、左右一対のフープ31と、複数のブロック32とからなる。複数のブロック32は、一対のフープ31に挟まれており、一対のフープ31の周方向に連続的に係止されている。ベルト3は、本発明の湿式無段変速機用ベルトに相当する。
以下の手順に従って、所定割合の繊維、充填材粒子、フェノール樹脂粉末、分散剤、離型剤及び着色剤からなる樹脂径剤を金属芯金に被覆したブロック試験片を作製した。
以下、樹脂材料の製造方法として、実施例1の樹脂材料の製造方法を説明する。実施例1以外の樹脂材料は、用いた繊維、充填材粒子及び樹脂の種類、添加量が異なる以外は、実施例1の樹脂材料と同様にして製造した。なお、比較例1においては、自動車の湿式ベルトCVTに用いられるスティールベルト材(Van Doorne's Transmissie製)をそのままブロック試料片として用い、比較例2においては、乾式ベルトCVTに用いられる樹脂系ベルト材(バンドー化学(株)製)を樹脂材料として用いてブロック試料片を作製した。
製造した各々の樹脂材料粉末を成形して、基体となる金属製ブロック片の表面に被覆させたブロック試験片を作製した。まず、180℃に加熱した金型に、縦2.1mm×幅7mm×高さ6mmのブロック片を設置した後、樹脂材料粉末を流し込んだ。次いで、金型を30MPa以下の圧力で加圧しながら4分間保持し、ブロック片の表面に樹脂部を形成した。ブロック片に形成された樹脂部の厚さは、摺動面(縦2.1mm×横7mm)が1mmであり、側面が0.3mmであった。次に、樹脂部が形成されたブロック片を、180℃の恒温槽に入れ、1時間保持することにより、樹脂部中の樹脂成分をアフタキェアした。ブロック片に形成された樹脂部の表面には、全組成のうち樹脂成分の割合が大きい不均一層が存在した。そのため、#1500のエメリー紙を用いて、摺動面に形成された樹脂部を厚さ方向に0.2mm研磨することにより不均一層を除去し、ブロック試験片とした。尚、硬質カシューダスト(HV20)を53wt%配合した比較例5においては、樹脂とカシューダストを混練することができず、ブロック試料片を作製できなかった。
作製したブロック試験片を用いて、ブロック・オン・リング型試験を実施した。試験は、ASTMD2714−94に準じリング試験片の約半分を100mlの潤滑油に浸漬した状態で行った。潤滑油には、ベルト式CVT用フルードとして市販されているトヨタキャスルオートフルードTC(トヨタ自動車株式会社製)を用いた。リング試験片には、FALEX Type S−10(材質:SAE4620浸炭材、外周直径:35mm、幅:8.15mm)を用いた。
摩擦係数(μ)と繊維配合量との関係について、実施例1〜4及び比較例1〜4の結果の一例を図5に示す。尚、図5中において点線は、基準となる比較例1の結果を示す。図5からわかるように、硬質繊維を特定量含有する本発明の樹脂材料を用いた実施例1〜4は、いずれも公知のスティール材や乾式用樹脂材料を用いた比較例1及び2に比して高い摩擦係数(μ)を示した。一方、充填材粒子及び繊維をいずれも配合していない比較例3は、耐摩耗性が確保できず、過大な摩耗を起こし測定ができなかった。
摩擦係数(μ)と繊維種との関係について、実施例3,5及び比較例1〜2の結果の一例を図6に示す。尚、図6中において点線は、基準となる比較例1の結果を示す。図6からわかるように、本発明におけるアルミナ・シリカ繊維又はEガラス繊維を用いた実施例3及び5は、いずれも比較例1及び2に対して、高い摩擦係数(μ)を有している。このことから、本発明におけるアルミナ・シリカ繊維又はEガラス繊維を樹脂材料に配合することで、高い摩擦係数(μ)が得られることがわかる。
摩擦係数(μ)と充填材粒子種との関係について、実施例5,10,12、参考例13、並びに、比較例1及び6の結果の一例を図7に示す。尚、図7中において点線は、基準となる比較例1の結果を示す。図7から硬質カシューダスト(HV20)とEガラス繊維とを複合配合した実施例10及び硬質カシューダスト(HV17)とEガラス繊維とを複合配合した実施例12は、比較例1や実施例5のEガラス繊維単一配合材に比べて、高い摩擦係数(μ)を示していた。また、実施例10及び12と、標準品のカシューダスト(HV8)を用いた参考例13との比較により、HV値が高い硬質カシューダストを用いると、高い摩擦係数(μ)を示すことがわかる。尚、比較例6においては高い摩擦係数(μ)を示しているが、表2からわかるように、比較例6は耐摩耗性に劣っていることがわかる。これらのことから、単一組成のものに比して、複合配合したものは、高い摩擦係数(μ)を示しながら耐摩耗性に優れることがわかる。
摩擦係数(μ)と充填材粒子の配合量との関係について、実施例5〜11及び14、並びに、比較例1及び5の結果の一例を図8に示す。尚、図8中において点線は、基準となる比較例1の結果を示す。図8から、硬質カシューダスト(HV20)を4wt〜44wt%複合配合した実施例6〜11は、充填材粒子を含まない実施例5よりも高い摩擦係数(μ)を示した。これに対し、硬質カシューダスト(HV20)を2wt%複合配合した実施例14は、比較例1よりも高い摩擦係数(μ)を示すが、実施例5よりもやや劣る摩擦係数(μ)を示した。このことから、カシューダストの配合量は2wt%以上であることが好ましく、4wt%以上であることが更に好ましいことがわかる。また、カシューダストの配合量が35wt%までは、配合量の増加に伴って摩擦係数(μ)が増加したが、配合量が35wt%を超えると、摩擦係数(μ)は低下した。更に、硬質カシューダスト(HV20)を53wt%複合配合した比較例5は、樹脂とカシューダストを混練することができなかった。
実施例5,10,12、参考例13、及び、比較例1について、充填材粒子と摩擦係数の速度依存性(μ−v特性)との関係の結果の一例を図9に示す。図9から、実施例5,10及び12は、比較例1よりもμ−v特性の負勾配性が小さいことがわかる。また、参考例13は、比較例1よりも摩擦係数(μ)が高いものの他の実施例に比してμ−v特性の負勾配性が大きかった。硬質カシューダスト(HV20)を用いた実施例10は、すべり速度が小さいときはカシューダスト(HV8)を用いた参考例13と摩擦係数(μ)が同程度であったが、すべり速度の増加に伴って摩擦係数(μ)に差が生じていた。これにより、摩擦係数(μ)の速度依存性は、HVの高いカシューダストを用いた場合の方が低いことがわかった。
実施例10、12及び参考例13の摩擦試験後における表面形状を電子線粗さ解析装置(商品名:ERA−8000、ELIONIX社製)によって測定した結果を図10〜12に示す。尚、図10は、実施例10のカシューダスト(HV20)表面形状を、図11は、実施例12のカシューダスト(HV17)の表面形状を、図12は、参考例13のカシューダスト(HV8)の表面形状を示す。図10〜12から、実施例10及び12の硬質カシューダストの表面形状には、摺動方向と平行に生じた凹凸部の高低差が大きく、頂部の長さが20μm以下の断続的の凹凸部が形成されていた。これに対し、HV8のカシューダストを用いた参考例13の表面形状は、摺動方向と平行に生じた凹凸部の高低差が小さく、連続的な凹凸部が形成されていた。尚、各実施例のカシューダストの算術平均表面粗さ
(Ra)は、実施例10でRa=0.090μm、実施例12でRa=0.087μm、参考例13でRa=0.043μmであった。
表1〜2からわかるように、Eガラス繊維単一配合の実施例5及び硬質カシューダスト(HV20)とEガラス繊維との複合配合の実施例10の耐摩耗性は、比較例1及び比較例2と同等であることがわかる。これに対し、粒子繊維を非配合の比較例3は、12分間のなじみ運転の間に、0.8mm厚の樹脂係被覆層が摩耗によってなくなってしまった。また、硬質カシューダスト(HV20)を単一配合した比較例6はの試験終了後の摩耗高さは、比較例1に対して非常に大きく、耐摩耗性が劣っていることがわかった。
21 駆動側プーリ
22 従動側プーリ
210,220 対向面
211 プーリ側接触面
3 ベルト
31 フープ
32 ブロック
320 基体
321 樹脂部
322 突部
323 係合溝
324 ブロック側接触面
Claims (8)
- プーリと、前記プーリ側接触面と接触して動力伝達を行う複数のブロック及び前記ブロックを係止するフープを備えた湿式無段変速機用ベルトと、を備えた湿式無段変速機の前記プーリ側接触面および前記ブロック側接触面の少なくとも一部を形成する樹脂材料であって、
母材となる熱硬化性樹脂と、ビッカース硬さHVが8を超える硬質カシューダストと、繊維と、を含み、
前記熱硬化性樹脂の含有量が前記樹脂材料全体の質量に対し18.5wt%以上93.5wt%未満であり、前記カシューダストの含有量が前記樹脂材料全体の質量に対し53wt%未満であり、且つ、前記繊維の含有量が前記樹脂材料全体の質量に対し5wt%以上80wt%未満である樹脂材料。 - 前記カシューダストのビッカース硬さHVが10以上である請求項1に記載の樹脂材料。
- 前記カシューダストの表面形状の算術平均粗さ(Ra)が0.060μm以上である請求項1又は2に記載の樹脂材料。
- 前記カシューダストは、表面形状が断続的な凹凸形状であり、頂部の長さが20μm以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂材料。
- 前記繊維が、無機繊維である請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹脂材料。
- 前記無機繊維が、アルミナを48wt%より大きな割合で含有するアルミナ・シリカ繊維及びアルミノホウケイ酸ガラス繊維の少なくとも一方からなる硬質繊維である請求項5に記載の樹脂材料。
- 前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂である請求項1〜6のいずれか1項に記載の樹脂材料。
- プーリのプーリ側接触面と接触して動力伝達を行う複数のブロックと前記ブロックを係止するフープとを備えた湿式無段変速機用ベルトであって、
前記ブロックは、金属製の基体と、前記基体の少なくとも一部を被覆し、請求項1〜7のいずれか1項に記載の樹脂材料からなる樹脂部と、を有し、前記プーリ側接触面と接触するブロック側接触面の少なくとも一部が前記樹脂部で形成された湿式無段変速機用ベルト。
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