KR20140018944A

KR20140018944A - 텐셔너

Info

Publication number: KR20140018944A
Application number: KR1020137027790A
Authority: KR
Inventors: 사키 진다이; 코지 후쿠다
Original assignee: 반도 카가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2014-02-13
Also published as: US20140038758A1; WO2012140817A1; JPWO2012140817A1; EP2698563A4; EP2698563A1; CA2833245A1

Abstract

텐셔너는, 가동(可動)부재와, 고정부재와, 고정부재와 가동부재와의 사이에 개재되고 또한, 가동부재를 누름방향에 바이어스(bias)하는 바이어스 수단과, 고정부재와 가동부재와의 사이에 개재되어, 가동부재의 회동(pivot)을 감쇠(減衰)시키는 감쇠부재를 구비한다. 감쇠부재는, 접동 마찰력에 의해 가동부재의 회동을 감쇠시키는 수지 조성물에 의해 형성되고, 수지 조성물은, 물과의 접촉각이 70°이상 100°이하이다.

Description

텐셔너{TENSIONER}

여기에 개시하는 기술은, 풀리를 벨트에 누름으로써 이 벨트에 소정의 장력을 부여하는 텐셔너에 관한 것이다.

종래, 예를 들어 자동차 엔진에 의한 보기류(補機類) 구동을 위한 V 벨트 등에 소정의 장력을 부여하며 또한, 이 장력이 변동함에 따라 장력을 조정하는 동작에 대한 감쇠력(減衰力)을 변화시키도록 한 텐셔너가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1∼3 참조). 이 텐셔너는, 자동차 엔진에 고정되는 고정부재와, 이 고정부재에 회동(pivot) 가능하게 지지되는 회동부재와, 고정부재와 회동부재와의 사이에 개재되며 또한, 회동부재를 바이어스(bias)하는 바이어스 수단을 구비하고 있다. 벨트에 눌려지는 풀리는, 회동부재에 회전 가능하게 지지되어 있고, 바이어스 수단은, 풀리가 벨트를 누르는 누름방향에 회동부재를 바이어스 하도록 구성되어 있다. 이렇게 하여, 고정부재와 회동부재와의 사이에는, 회동부재의 회동을 감쇠시키는 감쇠부재가 개재되어 있다. 특허문헌 1∼3에 기재되어 있는 텐셔너에서는, 이 감쇠부재는, 접동(摺動) 마찰력에 의해 감쇠를 부여하는 합성수지에 의해 형성되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 평성8-42650호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허공개 2002-310247호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허공개 2009-270666호 공보

전술의 합성 수지제 감쇠부재는, 그 접동 마찰력에 의해 감쇠를 부여하는 것이므로, 양호한 접동성(摺動性) 및 내마모성(耐摩耗性)이 요구된다. 합성 수지제 감쇠부재에는, 종래부터, 예를 들어 폴리 아미드 46 수지와 폴리 아미드 66 수지 등의 폴리 아미드 수지를 베이스 수지로 한 수지 조성물이 이용되고 있다.

한편으로, 전술한 엔진의 보기류 구동용 벨트 시스템에 이용되는 텐셔너는, 엔진 외표부(外表部)에 탑재되므로, 차량의 본넷(bonnet)과 타이어 커버, 엔진 언더커버 등에 의해 피복되나, 완전한 밀폐는 아니다. 때문에, 과도한 주행 환경 하에서는, 피수(被水)됨에 따라 텐셔너 내부에 물이 침입하는 경우가 있다. 본원 발명자들의 검토에 의하면, 텐셔너 내부로의 물의 침입에 의해 텐셔너의 감쇠력 변화가 커지는 경우가 있다.

여기에 개시하는 기술은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 텐셔너가 피수된 때의 감쇠성능의 변화를 억제하는 데 있다.

예를 들어 특허문헌 2에는, 감쇠부재를, 폴리페닐렌 설파이드 수지(polyphenylene sulfide resin)를 베이스 수지로 한 수지 조성물에 의해 형성하는 것이 기재되어 있다. 이에 따라 특허문헌 2의 텐셔너는, 피수 시에 마찰력이 증대되어 버리는 것을 방지하도록 한다. 그러나, 본원 발명자들이 검토한 바, 폴리페닐렌 설파이드 수지는 동마찰(動摩擦) 계수(係數)가 높고, 이 폴리페닐렌 설파이드 수지를 베이스 수지로 하는 수지 조성물에 대해 마찰마모 시험을 행한 결과, 이 접동면(마찰표면)에 「탄 흔적」이 발생되어 버리는 것을 알았다. 따라서, 이 폴리 페닐렌 설파이드 수지는, 텐셔너의 감쇠부재를 형성하는 수지 조성물의 베이스 수지로서는 부적당하다.

그래서, 본원 발명자들은, 새로운 수지 조성물을 선정하는 데 있어서 피수 시에, 텐셔너의 감쇠성능이 변화하는 원인에 대해 검토하였다. 그 결과, 감쇠성능의 변화는, (1)합성 수지제 감쇠부재의 흡수(吸水)로 인한 치수변화에 수반한 접동부분의 간극(clearance) 양의 변화, 및, (2)합성 수지제 감쇠부재의 흡수로 인한 마찰계수의 변화, 2개의 요인이 있는 것을 알아내었다. 여기에 개시하는 기술은, 이 중에서도 (2)의 마찰계수 변화를 방지하는 점에 착안하여 이루어진 것이다.

구체적으로, 여기에 개시하는 기술은, 풀리를 벨트에 누름으로써 이 벨트에 소정의 장력을 부여하는 텐셔너에 관한 것이다. 이 텐셔너는, 상기 풀리를 회전 자유롭게 지지하는 가동(可動)부재와, 고정체에 고정됨과 동시에, 상기 풀리가 상기 벨트를 누르는 누름방향에, 상기 가동부재를 회동 가능하게 지지하는 고정부재와, 상기 고정부재와 상기 가동부재와의 사이에 개재되어, 이 가동부재를 상기 누름방향에 바이어스하는 바이어스 수단과, 상기 고정부재와 상기 가동부재와의 사이에 개재되어, 상기 가동부재의 회동을 감쇠시키는 감쇠부재를 구비한다. 그리고, 상기 감쇠부재는, 접동 마찰력에 의해 상기 가동부재의 회동을 감쇠시키는 수지 조성물에 의해 형성된다. 이렇게 하여, 상기 수지 조성물을, 물과의 접촉각이 70° 이상 100° 이하인 것으로 한다.

이 구성에 의하면, 수지 조성물을, 물과의 접촉각이 70°이상 100°이하인 것으로 하여 표면의 발수성(撥水性)을 비교적 높게 설정한다. 이로써, 감쇠부재의 접동부분, 보다 정확하게는 서로 미끄럼 접촉하는 좁은 틈새에 물이 침입하였다 하더라도, 가동부재의 회동에 의해 감쇠부재가 회동함에 수반하여, 침입한 물이 바로 배출된다. 즉, 접동부분에는, 실질적으로 물이 남지 않거나, 또는, 거의 남지 않으므로, 감쇠부재의 흡수가 억제되어 마찰계수의 변화가 회피 내지 억제된다. 그 결과, 텐셔너의 피수 시에, 감쇠성능이 변화되어 버리는 것이 회피 내지 억제된다. 이는, 텐셔너의 감쇠성능이 변화하여, 안정된 벨트 장력의 부여를 할 수 없게 되는 등의 문제를 회피하는 것을 가능하게 한다.

여기서, 특허문헌 3에는, 가동부재에 있어서, 합성 수지제 감쇠부재에 미끄럼 접촉하는 부분의 표면에, 불소수지를 이용한 무전해(無電解) 니켈도금에 의해 발수 처리부를 형성한 텐셔너가 기재된다. 이 특허문헌 3의 텐셔너는, 이 발수(撥水) 처리부에 의해, 접동부분에 침입한 물을 바로 배출하여, 접동부분에, 실질적으로 물이 남지 않거나, 또는 거의 남지 않게 하는 것이 가능하다. 즉, 특허문헌 3의 오토 텐셔너도, 피수 시의 감쇠성능 변화를 회피 내지 억제하는 데 있어서 효과적이다.

그러나, 본원 발명자들이 검토한 바, 특허문헌 3의 텐셔너는, 초기에는, 피수로 인한 감쇠성능의 변화를 회피 내지 억제하는 것이 가능하나, 사용을 계속하는 중에, 피수 시의 감쇠성능 변화가 커지는 것이 판명되었다. 이 경시열화(經時劣化)는, 감쇠부재를 구성하는 합성수지의 이착(移着, transfer)에 기인한다. 즉, 발수 처리부가 형성된 가동부재와 접동부재와의 사이의 접동에 수반하여, 감쇠부재를 구성하는 합성수지가, 발수 처리부의 표면에 점차 이착되어 버린다. 이렇게 하여, 발수 처리부의 표면이 합성수지에 의해 피복되어 버리는 결과, 발수 처리부의 발수성을 얻을 수 없게 되어, 피수 시에는, 접동부분에 물이 남아 버린다. 이렇게 하여, 특허문헌 3의 텐셔너는, 감쇠성능이 크게 변화되어 버리게 되어, 감쇠성능을 장기간에 걸쳐 안정되게 유지할 수 없다.

이에 반해, 전술한 본 구성의 텐셔너는, 감쇠부재를 구성하는 수지 조성물 자체가 발수성을 가진다. 때문에, 수지 조성물이 가동부재의 표면에 이착하였다 하더라도, 접동부분에 수지 조성물이 남은 상태이므로, 소정 이상의 발수성이 유지된다. 이렇게 하여 본 구성의 텐셔너는, 이 감쇠성능을, 장기간에 걸쳐 안정되게 유지하는 것이 가능하다.

또, 특허문헌 3의 텐셔너는, 가동부재의 표면에, 무전해 니켈도금을 형성하는 처리가 필요하고, 그 만큼, 제조공정이 증가되어 버리는 데 반해, 본 구성의 텐셔너는, 이러한 공정 수의 증가는 없다. 또한, 접동부재에 대해 미끄럼 접촉하는 고정부재와 가동부재의 표면 거칠기(surface roughness)는, 미리 규정된 표면 거칠기를 만족시킬 필요가 있고, 특허문헌 3의 텐셔너와 같은 무전해 니켈도금을 형성한 경우는, 이 도금 부분의 표면을, 규정된 표면 거칠기로 해야하고, 제조가 곤란해지는 데 반해, 본 구성의 텐셔너는, 도금처리를 행하지 않으므로, 이러한 곤란성이 수반되지 않는다. 더불어, 가동부재의 표면에 형성한 무전해 니켈도금이 벗겨지는 등의 손상이 발생한 경우에는, 접동부분의 발수성도 손상되는 데 반해, 본 구성의 텐셔너는 이러한 손상은 발생하지 않고, 이 점에서도 접동부분의 발수성을 안정되게 유지하는 것이 가능하다.

상기 수지 조성물의 베이스 수지의 흡수율(吸水率)은, 0.7% 이하라도 된다. 이렇게 함으로써, 텐셔너의 피수 시에 감쇠부재가 흡수되어 버리는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 때문에, 흡수에 수반하여, 감쇠부재의 치수가 변화하거나, 마찰계수가 변화하는 것을 억제하는 것이 실현된다. 이는 텐셔너의 감쇠성능을 안정화시킨다.

상기 수지 조성물의 베이스 수지는, 변성 폴리아미드 6T 수지, 폴리아미드 9T 수지, 또는, 폴리프탈아미드 수지(polyphthalamide resin)로 하여도 된다. 이들 수지를 베이스 수지로 함으로써, 수지 조성물은, 물과의 접촉각이 70° 이상 100° 이하의 조건을 만족하도록 되므로, 감쇠성능의 변화를 회피 내지 억제하는 데 있어서 유리하다. 이와 더불어, 이들 수지를 베이스 수지로 한 수지 조성물은, 접동성과 내마모성 등 감쇠부재에 요구되는 다른 성능도 양호하게 된다.

상기 베이스 수지의 아미노기(基) 농도는, 15% 이하라도 된다. 비교적 낮은 아미노기 농도는, 수지의 흡수성을 저하시키는 데 있어서 유리하게 된다.

상기 수지 조성물은, 불소계 접동조제를 3∼20 중량%, 및 섬유 보강재를 3~10 중량%를 함유하여도 된다.

이에 따라, 접동성과 내마모성이 우수함과 동시에, 피수 시 감쇠성능의 변화가 회피 내지 억제 가능한 텐셔너의 감쇠부재가 실현된다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 텐셔너는, 이 감쇠부재를 형성하는 수지 조성물을, 물과의 접촉각이 70°이상 100°이하로 함으로써, 감쇠부재의 접동부에 물이 침입한 때라도, 이 물을 바로 배출시켜, 마찰계수의 변화에 기인하는 감쇠성능의 변화를 회피 내지 억제할 수 있다. 게다가, 접동부분에서 수지 조성물의 이착이 발생하여도, 감쇠성능의 변화를 회피 내지 억제하는 효과가 유지된다. 그 결과, 텐셔너의 감쇠성능이 변화하여, 안정된 벨트 장력의 부여를 할 수 없게 되는 등의 문제를, 장기간에 걸쳐 안정적으로 회피할 수 있다.

도 1은, 텐셔너를 예시하는 분해 사시도이다.
도 2는, 실시예에 관한 흡수율과 접촉각과의 관계를 나타내는 도이다.
도 3은, 마찰마모 시험기를 이용한 평가시험 방법을 설명하는 도이다.
도 4는, 시험평가에서 시험편으로의 주수(注水) 전후의 토크 변화를 예시하는 도이다.
도 5는, 실시예에 관한 접촉각과 마찰력 상승량과의 관계를 나타내는 도이다.
도 6은, 마찰력 상승량에 대해, 도금처리의 유무와 내구성 시험 전후의 결과를 비교하는 도이다.

이하, 텐셔너의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 여기서, 이하의 바람직한 실시형태의 설명은 예시이다. 도 1은, 텐셔너(T)의 전체구성을 나타낸다. 이 텐셔너(T)는, 예를 들어 자동차 엔진 등의 고정체에 고정 가능한 알루미늄 합금으로 이루어진 고정부재(1)와, 이 고정부재(1)에 장착되어 회동 축심(P) 주위에 회동 가능하게 지지된 알루미늄 합금제의 가동부재로서의 회동부재(2)와, 이들 고정부재(1) 및 회동부재(2) 사이에 압축 장착되어, 회동부재(2)를 고정부재(1)에 대해, 소정의 방향(도 1의 예에서는 반시계 방향)에 회동 바이어스하는 바이어스 수단으로서 비틀림 코일 스프링(torsion coil spring)(3)을 구비한다.

고정부재(1)는, 선단측(도 1의 좌측하방)이 개구된 바닥이 있는 통형의 리어컵(rear cup)부(1a)와, 이 리어컵(1a)의 저벽(低壁) 중앙으로부터 회동 축심(P) 방향 선단측을 향해 연장되는 축부(4)와, 리어컵부(1a)의 외주(外周)에 반지름 방향 바깥 쪽을 향해 연장되어 형성된 2개의 장착부(5)를 가진다. 고정부재(1)는, 이들 장착부(5)에 장착된 3부분의 볼트 삽입관통 구멍(6)에 도면 외의 장착볼트에 의해 고정체에 고정된다. 또, 도시하지 않으나, 리어컵(1a)의 주벽(周壁)에는, 이 주벽을 반지름 방향으로 관통하는 기단(基端)측 걸림구멍이 형성된다.

회동부재(2)는, 기단측(도 1의 우측상방)이 개구되고, 또한 그 개구부가 리어컵부(1a)의 개구부와 대향하는 프론트컵(front cup)부(2a)와, 이 프론트컵부(2a)의 저벽 중앙으로부터 회동축심(P) 방향 기단측을 향해 연장되고, 또한 고정부재(1)의 축부(4)에 그 선단측으로부터 외측에 끼워 결합되는 보스부(7)와, 프론트컵부(2a)의 외주에 반지름 방향 바깥 쪽을 향해 돌출 형성되어, 이 돌출단에 보스부(7)의 회동축심(P)과 평행인 축심(Q) 주위에 풀리(8)가 회전 자유롭게 지지된 암부(arm)부(9)를 가진다. 이 회동부재(2)는, 보스부(7)에서 고정부재(1)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 또한 고정부재(1)의 축부(4) 선단에 장착한 거의 원형상의 금속판으로 이루어진 프론트 플레이트(10)에 의해, 합성 수지제의 스러스트 와셔(thrust washer)(11)를 개재하여 빠짐방지가 이루어진다. 또, 이 프론트 플레이트(10)에는 규제편(片)(10a)이 반지름 방향을 향해 돌출 형성되고, 프론트컵부(2a)의 저벽 외면측 주벽의 일부를 잘라 형성된 노치(notch)부(12)에 이 규제편(10a)이 걸어 맞춤 됨으로써 회동부재(2)의 회동범위를 규제하도록 이루어진다. 한편, 암부(9)의 돌출단에는, 축심(Q) 방향에 연장되어 풀리(8)를 축으로 지지하는 축부(9a)가 돌출 형성되고, 풀리(8)는 더스트 실드(dust shield)(13)를 개재하여 풀리 볼트(14)에 의해 빠짐방지가 이루어진다. 또, 프론트컵부(2a)의 주벽에는, 이 주벽을 반지름 방향으로 관통하는 도면 외의 선단(先端) 걸림구멍이 형성된다.

비틀림 코일 스프링(3)은, 본체가 왼쪽 감김으로, 기단(基端)(3a) 및 선단(先端)(3b) 모두가 본체로부터 반지름 방향 바깥 쪽을 향해 돌출하는 형상으로 된다. 그리고, 기단(3a)은 고정부재(1)의 리어컵부(1a) 주벽의 기단측 걸림구멍에, 또 선단(3b)은 회동부재(2)의 프론트컵부(2a) 주벽의 선단측 걸림구멍에 각각 반지름 방향으로 관통하여 걸린다. 이로써, 각 단부(3a, 3b)는 둘레방향의 이동이 규제된다. 그리고, 이들 양 단부(3a, 3b)가 걸려진 상태에서 본체가 지름 확대되는 방향으로 동작함으로써, 회동부재(2)를 소정방향(도 1의 반시계 방향)에 회동 바이어스 하도록 이루어진다.

회동부재(2)의 보스부(7) 외주측에는, 감쇠부재로서 스프링 서포터(15)가 개재된다. 이 스프링 서포터(15)는 전체 형상이 칼라(collar)가 있는 원통형을 이루고, 이 원통형 본체부(15a)의 내주면이 보스부(7) 외주면에 미끄럼 접촉 가능하게 된다. 또, 본체부(15a)의 기단측 개구 가장자리에는 리어컵부(1a)의 저벽 내면에 접하는 외향 플랜지형의 칼라부(15b)가 둘레에 형성된다. 이 칼라부(15b)가 비틀림 코일 스프링(3)의 압축 바이어스력으로 리어컵부(1a)의 저벽 내면에 눌려짐으로써, 이 스프링 서포터(15)가 고정부재(1)측에 고정되도록 구성된다.

또, 상기 회동부재(2)의 보스부(7) 내주(內周)와 고정부재(1)의 축부(4) 외주(外周)와의 사이에는, 감쇠부재로서 인서트 베어링(insert bearing)(16)이 개재된다. 이 인서트 베어링(16)은 양단(兩端)이 개구된 원통형을 이룬다. 그리고, 인서트 베어링(16)의 외주면 및 회동부재(2)의 보스부(7) 내주면은, 각각 선단측이 기단측보다 약간 지름이 작게 되는 단면(斷面) 테이퍼형으로 형성된다. 또한, 인서트 베어링(16)의 내주면 및 고정부재(1)의 축부(4) 외주면도, 각각 선단측이 기단측보다 약간 지름이 작게 되는 단면 테이퍼형으로 형성된다. 그리고, 도시하지 않으나, 축부(4)의 외주에는, 회동축심(P) 방향으로 연장되는 키홈(key groove)이, 또 인서트 베어링(16)의 내주에는 상기 키홈에 걸어 넣는 키부(部)가 각각 형성되고, 이로써, 인서트 베어링(16)의 고정부재(1)측의 회전방지가 이루어진다.

상기와 같이 구성된 텐셔너(T)는 자동차 엔진의 보기류 구동기구에 이용된다. 도시는 생략하나, 텐셔너(T)는, 엔진의 크랭크 샤프트(crankshaft)에 회전 일체로 연결된 구동풀리와, 파워 스티어링(power steering) 장치와 얼터네이터(alternator), 에어 컨디셔너 등의 보기류를 각각 구동시키기 위한 복수의 종동 풀리와의 사이에 감아 걸려 소정의 일방향으로 주행되는 V 리브드 벨트에 소정의 장력을 부여할 수 있도록 사용된다. 텐셔너(T)에서는, 회동부재(2)의 풀리(8)에 감아 걸린 벨트의 장력 변동에 수반하여, 스프링 서포터(15)의 본체부(15a)가 비틀림 코일 스프링(3)의 반지름 방향 안쪽으로의 누름력으로 회동부재(2)의 보스부(7)에 눌려지고 이 본체부(15a) 내주면의 일부와 보스부(7) 외주면의 일부와의 사이(즉, 접동부분)에, 또 회동부재(2)의 보스부(7)가 상기 누름력에 의해 인서트 베어링(16)에 눌려지고 보스부(7) 내주면의 일부와 이 인서트 베어링(16) 외주면 일부와의 사이(즉, 접동부분)에 각각 마찰력이 생기고, 이 접동 마찰력에 의해 회동부재(2)의 회동이 감쇠된다. 그리고, 회동부재(2)가 회동할 시에, 이 회동을 감쇠시키는 마찰력이 회동 바이어스 방향으로 회전할 시의 마찰력보다 크게 되므로, 벨트 장력이 급격히 증대한 때에는 회동부재(2)의 회동이 억제되고, 이로써, 벨트의 출렁임이 방지되도록 된다.

이 텐셔너(T)의 특징으로서, 스프링 서포터(15) 및 인서트 베어링(16)(이하, 이들을 총칭하여 감쇠부재라 부르는 경우가 있다)은, 각각, 물과의 접촉각이 70° 이상 100° 이하의 수지 조성물에 의해 형성된다. 엔진 룸 내에 배치되어 있는 텐셔너(T)는, 그 사용 중에 피수되는 경우가 있으나, 감쇠부재를 형성하는 수지 조성물의, 물과의 접촉각을 비교적 높게 하는 것은, 후술하듯이, 피수 전후의 감쇠성능 변화를 회피 내지 억제하여, 텐셔너(T)의 감쇠성능 안정화에 기여한다. 수지 조성물의 베이스 수지는, 예를 들어 반(半)방향족(芳香族) 나일론으로 하면 되고, 구체적으로는 변성 폴리아미드(polyamide) 6T 수지, 폴리아미드 9T 수지, 또는, 폴리프탈아미드 수지(polyphthalamide resin)로 하면 된다. 이들의 합성수지를 베이스 수지로 하는 것은, 수지 조성물의 접촉각을 70° 이상으로 하는 데 있어서 유리하게 되고, 이에 따라, 감쇠부재의 표면은 비교적 높은 발수성을 갖게 된다. 감쇠성능의 관점에서는, 접촉각은 큰 것이 바람직하고, 그 상한값은 특별히 한정되지 않는다. 단, 텐셔너(T)에 사용할 수 있는 현실적인 수지 조성물이라는 관점에서는, 접촉각의 상한값을 100°로 설정하여도 된다. 또한, 감쇠성능 이외의 요구성능을 고려한 실현성의 관점에서는, 접촉각을 93.5° 미만으로 설정하여도 된다.

베이스 수지의 흡수율은, 0.7% 이하로 설정된다. 낮은 흡수율은, 피수 시 감쇠부재의 치수 변화를 작게 또는 없앰과 동시에, 이 마찰계수의 변화도 작게 또는 없애는 것을 가능하게 한다. 이것 또한, 감쇠성능의 안정화에 기여하고, 텐셔너(T)의 감쇠성능을, 한층 더 안정되게 한다. 또, 이 베이스 수지의 아미노기 농도는, 15% 이하로 설정된다. 낮은 아미노기 농도는, 베이스 수지의 흡수율을 저하시키는 데 유리하다.

감쇠부재를 형성하는 수지 조성물은, 불소계 접동조제(摺動助劑)를 3~20 중량%, 섬유 보강재를 3~10 중량%, 및, 올레핀(olefin)계 수지를 1~10 중량% 함유한다. 불소계 접동조제는, 예를 들어 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE : polytetrafluoroethylene)으로 하여도 된다. 단, 이에 한정되지 않는다. 불소계 접동조제의 배합은, 감쇠부재의 접동성을 높인다. 섬유 보강재는, 구체적으로 아라미드 섬유로 하여도 된다. 단, 이에 한정되지 않는다. 섬유 보강재의 배합은, 감쇠부재의 내마모성을 높인다. 올레핀계 수지는, 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 하여도 된다. 단, 이에 한정되지 않는다. 올레핀계 수지의 배합은, 소수성(疎水性) 표면 형성에 유리하게 되어, 감쇠부재 표면의 물과의 접촉각을 크게 함과 동시에, 감쇠부재의 흡수(吸水)를 억제한다.

감쇠부재, 즉 스프링 서포터(15) 및 인서트 베어링(16)을 형성하는 수지 조성물을, 상기 구성으로 함으로써, 텐셔너(T)의 피수 시에, 스프링 서포터(15)의 본체부(15a) 내주면과 회동부재(2)의 보스부(7) 외주면과의 사이와, 보스부(7) 내주면과 이 인서트 베어링(16) 외주면과의 사이에 물이 침입하여도, 스프링 서포터(15) 및 인서트 베어링(16) 표면의 발수성이 비교적 높으므로, 침입한 물은 회동부재(2)의 회전에 수반하여 바로 배출된다.

때문에, 전술한 감쇠부재의 접동부분에, 실질적으로 물이 남지 않거나 또는 거의 남지 않게 되므로, 감쇠부재가 이 접동부분에 침입한 물을 흡수하는 일은 없다. 그 결과, 마찰계수의 변화가 회피 내지 억제된다. 이는, 피수 전후에서의 감쇠성능의 변화, 정확하게는 감쇠성능의 저하를 회피 내지 억제한다.

또, 피수 시에, 스프링 서포터(15) 및 인서트 베어링(16)이 흡수하는 것도 억제된다. 이에 따라, 스프링 서포터(15) 및 인서트 베어링(16)의 치수변화, 즉 접동부분의 간극 양의 변화나, 흡수에 의한 마찰계수의 변화도 억제된다.

이렇게 하여, 텐셔너(T)의 피수 시 감쇠성능의 변화를 일으키는 2개의 요인, 즉, (1)합성 수지제 감쇠부재의 흡수(吸水)로 인한 치수변화에 수반하는 접동부분의 간극 양의 변화, 및, (2)합성 수지제 감쇠부재의 흡수로 인한 마찰계수의 변화를 함께 회피함으로써, 감쇠성능의 변화가 회피된다. 그 결과, 엔진 보기류의 구동에 관한 벨트 시스템에 있어서, 텐셔너(T)의 감쇠성능이 변화하여, 안정된 벨트 장력의 부여를 할 수 없게 되는 등의 문제를 회피하는 것이 가능해진다.

또, 상세한 것은 후술하나, 합성 수지제 감쇠부재 자체가, 높은 발수성을 가짐으로써, 텐셔너(T)의 사용에 수반하여, 이 합성수지가, 회동부재(2)의 보스부(7) 외주면과 내주면에 이착한다 하더라도, 접동부분에는, 발수성을 갖는 합성수지가 남아 있는 상태로 되므로, 접동부분의 발수성을 그대로 유지하는 것이 가능해진다. 그 결과, 텐셔너(T)의 감쇠성능을, 장기간에 걸쳐 안정적으로 유지하는 것이 가능해진다.

그리고, 상기 구성에서는, 감쇠부재인 스프링 서포터(15) 및 인서트 베어링(16)의 쌍방을, 여기에 개시하는 특정의 수지 조성물에 의해 형성하나, 스프링 서포터(15) 및 인서트 베어링(16)의 한쪽만을, 전술한 특정 수지 조성물에 의해 형성하여도 된다.

또, 여기에 개시하는 기술이 적용 가능한 텐셔너의 구조는, 도 1의 구조에 한정되지 않는다. 적어도 접동 마찰력에 의한 감쇠부재를 갖는, 다른 여러 가지 구조의 텐셔너에 대해, 여기에 개시하는 기술이 적용 가능하다.

다음에, 감쇠부재를 형성하는 수지 조성물에 관하여, 구체적으로 실시를 행한 실시예에 대해 설명한다. 먼저, 수지 조성물의 베이스 수지를 선정하는 데 있어서, 각 수지의 흡수율(%)을 측정하였다. 흡수율의 측정은, 시험편을 23℃의 물속에 24시간 침지(浸漬)하여, 그 전후의 질량차를 측정하는 것에 의한다. 이 측정결과와, 각 수지의 분자구조로부터 산출한 아미노기 농도(%)에 기초하여, 수지 조성물의 베이스 수지의 후보가 되는 수지를 선정하였다. 또한, 아미노기 농도는, 흡수율에 관련하여, 아미노기 농도(%)가 낮을수록, 흡수율은 낮아진다. 여기서 선정한 수지는, 각각 흡수율이 0.7% 이하인 변성 폴리 아미드 6T 수지(예 1), 폴리 프탈아미드 수지(예 2), 폴리 아미드 9T 수지(예 3) 및 폴리 페닐렌 설파이드 수지(예 4)이다. 변성 폴리 아미드 6T 수지, 폴리 프탈아미드 수지 및 폴리 아미드 9T 수지는, 각각 아미노기 농도가 15% 이하이다. 이 중, 예 1, 예 2 및 예 3은 실시예에 관하며, 예 4는 비교예에 관한 것이다. 또, 폴리 아미드 46 수지(예 6) 및 폴리 아미드 66 수지(예 7)를 각각 종래예로 한다. 폴리 아미드 46 수지 및 폴리 아미드 66 수지는, 흡수율이 0.7%보다 높고, 또한, 아미노기 농도가 15%보다 높다.

예 1∼4, 예 6∼7의 각 예의 수지 조성물에 있어서, 베이스 수지의 배합량은 동일(80.5 중량%)하고, 각 예의 수지 조성물에 있어서 배합하는 배합물 및 그 양도 또한 동일하다. 구체적으로는, 표 1에 나타내듯이, PTFE : 15.5 중량%, 아라미드 섬유 : 3 중량%, HDPE : 1 중량%이다. 또, HDPE를 다른 비교예(예 5)로 한다.

각 예의 수지 조성물을 이용하여, 사출성형에 의해, 스즈키식 마찰마모 시험용(Suzuki type friction wear test) 테스트 피스(piece)를 작성하였다. 이 테스트 피스는, 도 3에 나타내는 원통형이다.

(접촉각의 측정)

작성한 각 예의, 원통형 테스트 피스의 단면(端面)(접동면)에 물을 적하(滴下)하고, 그 단면 상의 물방울의 접촉각을, 접촉각계(contact angle meter)에 의해 측정하였다. 이 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 이에 의하면, 예 1, 예 2 및 예 3의 실시예, 그리고 예 4 및 예 5의 비교예는, 접촉각이 70° 이상 100° 이하이고, 그 값은 비교적 크다. 이에 반해, 예 6 및 예 7의 종래예는 각각, 접촉각이 64.8°, 60.8°이고, 그 값은 비교적 작다.

여기서, 도 2는, 예 1∼4, 예 6∼7의 각 예에 대한, 베이스 수지의 흡수율과 수지 조성물의 접촉각과의 관계를 나타낸다. 이에 따르면, 베이스 수지의 흡수율이 큰 쪽이, 수지 조성물의 접촉각은 작게 되고, 반대로, 베이스 수지의 흡수율이 작은 쪽이, 수지 조성물의 접촉각은 크게 된다. 따라서, 감쇠부재를 형성하는 수지 조성물의 접촉각을 크게 하기 위해서는, 베이스 수지의 흡수율을 작게 하는 것이 유리하게 된다.

(마찰력 변화의 측정)

다음에, 도 3에 나타내는 스즈키식 마찰마모 시험기(100)를 이용하여, 각 예의 테스트 피스(105)에 대해, 접동부분으로의 주수(注水) 전과 주수 후의 마찰력의 변화를 측정하였다. 여기서, 스즈키식 마찰마모 시험기(100)의 구성에 대해 간단히 설명하면, 이 시험기(100)는, 판형 테스트 피스(106)가 탑재됨과 동시에, 이 판형 테스트 피스(106)를 연직(鉛直)축 주위에 회전시키는 회전대(101)와, 판형 테스트 피스(106) 상에 놓여진 원통형 테스트 피스(105)를, 소정 하중으로 이 판상 테스트 피스(106)에 누르는 누름축(102)을 구비하고 구성된다. 누름축(102)은 베어링에 의해 지지되고, 상기 연직축 주위에 회동 가능하게 구성됨과 동시에, 이 누름축(102)의 상단부에는, 누름축(102), 즉 원통형 테스트 피스(105)에 작용하는 토크를 검출하는 로드 셀(load cell)(103)이 장착된다. 즉, 원통형 테스트 피스(105)를 판형 테스트 피스(106)에 대해 소정의 하중으로 누른 상태에서, 판형 테스트 피스(106)를 회전시킨 때에, 원통형 테스트 피스(105)에 작용하는 토크를 측정함으로써, 원통형 테스트 피스(105)와 판형 테스트 피스(106)와의 사이의 접동 마찰력을 측정한다.

여기서, 판형 테스트 피스(106)는, 알루미늄 합금(A2024)의 둥근 봉으로부터 잘라 낸 원반 표면에 숏 블라스트(shot blast) 처리를 행한 것이다. 또, 원통형 테스트 피스(105)에 부여하는 하중은 1600N, 판형 테스트 피스(106)의 회전속도는 1㎜/sec로 한다.

주수 전후의 마찰력 변화를 측정하는 시험에서는 먼저, 원통형 테스트 피스(105)를 「평탄하게」하기 위해, 즉, 원통형 테스트 피스(105)의 접동면을 판형 테스트 피스(106)에 대해 균일하게 접촉시키기 위해, 하중을 1000N, 회전속도를 30㎜/sec로, 30초간, 판형 테스트 피스(106)를 회전 시킨다.

그 후, 시험조건인, 하중 1600N 또한, 회전속도 1㎜/sec로 변경하여, 판형 테스트 피스(106)를 회전시킨다. 이 상태에서, 로드 셀에 의해, 원통형 테스트 피스(105)와 판형 테스트 피스(106)와의 사이의 접동 마찰력을 계측한다. 이 접동 마찰력은, 원통형 테스트 피스(105)와 판형 테스트 피스(106)와의 사이의 접동부분에 물이 존재하지 않는 건조한(드라이) 상태에서의 접동 마찰력이고, 텐셔너에 있어서는 피수 전의 상태에 대응한다.

드라이 상태에서의 마찰력 계측 후, 판상 테스트 피스(106)의 회전을 계속하면서, 도 3에 나타내듯이, 원통형 테스트 피스(105)의 측방으로부터 시린지(syringe)(104)를 사용하여 소정량(0.3㎖)의 물을 주입한다. 이렇게 하여, 원통형 테스트 피스(105)와 판형 테스트 피스(106)와의 사이의 접동부분에 물이 침입한, ? 상태에서의 접동 마찰력을 계측한다. 이는, 텐셔너에 있어서는 피수 후의 상태에 대응한다.

도 4는, 주수 전후, 즉, 접동부분이 드라이 상태로부터 ? 상태로 상태가 변화한 때의, 로드 셀(103)의 검출 토크(torque) 변화의 일례를 나타낸다. 드라이 상태는, 토크(환언하면 접동 마찰력)가 상대적으로 낮은 데 반해, ? 상태는, 토크(즉 접동 마찰력)가 상대적으로 높아진다. 이 주수 전후의 토크 변화량에 기초하여 접동 마찰력의 상승량(N), 즉 주수 후의 접동 마찰력과 주수 전의 접동 마찰력과의 차이를 산출하고, 이 차이를, 텐셔너의 피수 전후의 감쇠성능 변화에 대한 평가 지표로 하였다. 그 결과를, 표 1에 있어서, 「마찰력 상승량(N), 도금 "무", 초기」의 란에 나타낸다. 이에 의하면, 예 1∼예 5는, 마찰력 상승량은 비교적 작으며, 그 값은 21.1N 이하인데 반해, 예 6, 예 7은, 마찰력 상승량의 값이 27.1N 이상으로, 마찰력 상승량은 비교적 크게 된다.

여기서 도 5는, 표 1의 「도금 "무", 초기」의 값에 기초하여, 예 1∼7에 대한 접촉각(°)과 마찰력 상승량(N)과의 관계를 나타낸다. 이에 의하면, 접촉각과 마찰력 상승량과의 사이에는 상관(相關) 관계가 있고, 동 도면에 직선으로 나타내듯이, 접촉각이 크게 될수록, 마찰력 상승량은 저하하게 된다. 여기서, 접촉각을 70° 이상으로 설정함으로써, 마찰력 상승량을 24N 이하로 하는 것이 가능하다. 이 24N이라는 수치는, 텐셔너에 있어서는, 감쇠성능의 변화를 억제하는 데 있어서 효과적인 값이다. 따라서, 수지 조성물의 접촉각은, 70° 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 접촉각의 상한값은 100°로 하면 된다.

(동마찰 계수의 측정 및 접동면 상태의 관찰)

전술한 스즈키식 마찰마모 시험기(100)를 이용하여, 예 1∼7의 각 예에 대해 마찰마모 시험을 행하고, 이에 따라, 동마찰 계수와, 시험종료 후의 각 원통형 테스트 피스(105) 접동면의 상태를 평가하였다. 그 결과를, 표 1에 나타낸다. 이에 의하면, 예 1, 예 2 및 예 3은, 동마찰 계수가 비교적 낮고, 이에 수반하여, 마찰시험 후 접동면의 표면상태도 양호하였다. 이에 반해, 예 4, 예 5는, 동마찰 계수가 비교적 높고, 그 결과, 마찰시험 후의 접동면에는 탄 흔적이 발생하고, 표면상태는 불량하였다. 따라서, 예 4, 예 5는, 텐셔너의 감쇠부재에 적용한 경우에는, 내마모성의 문제를 일으킨다.

여기서, 예 6, 예 7 종래예의 동마찰 계수에 반해, 예 1, 예 2 및 예 3 실시예의 동마찰 계수는 약간 낮은 값이고, 이대로는 텐셔너의 감쇠부재 특성에 영향을 미칠 가능성이 있다. 그러나, 감쇠부재의 형상과 구조 등 다른 요건을 개량함으로써, 이 정도의 동마찰 계수의 차는 흡수하는 것이 가능하다. 따라서, 예 1, 예 2 및 예 3은 각각, 텐셔너의 감쇠부재로 이용하는 것이 가능하다.

즉, 예 1, 예 2 및 예 3의 수지 조성물은, 이에 의해 감쇠부재를 형성한 경우에, 텐셔너에 요구되는 감쇠성능을 확보하면서, 피수 전후의 감쇠성능의 변화를 회피 내지 억제하는 것이 가능하고, 게다가, 충분한 내마모성을 얻는 것이 가능하다.

(발수성 도금 유무에 관한 내구시험 결과)

다음에, 특허문헌 3에 기재되어 있는, 접동부분에 발수성 도금 처리를 행한 예와, 수지 조성물이 발수성을 갖는 예와의 비교를 행하였다.

구체적으로는, 판형 테스트 피스(106)로서, 특허문헌 3에 기재되는 불소수지를 이용한 무전해 니켈 도금을 그 표면에 형성한, 도금 "유"의 테스트 피스와, 도금 "무"의 테스트 피스의 2종류를 준비하여, 예 1, 예 2, 예 3 및 예 6 각 예의 테스트 피스(105)에 대해, 「마찰력 변화의 측정」에서 설명한 바와 같이, 스즈키식 마찰마모 시험기(100)를 이용하여 주수 전후의 마찰력 변화를 측정하였다. 측정결과를, 표 1의 「도금 "유", 초기」와 「도금 "무", 초기」에 나타낸다. 또한, 도금 "무"의 테스트 피스(106)에 대한 측정결과는, 전술한 「마찰력 변화의 측정」과 동일하게 된다.

이 측정결과에 의하면, 불소수지를 이용한 무전해 니켈 도금을 형성함으로써, 예 1, 예 2, 예 3 및 예 6 모두에 대해, 마찰력 상승량이 16.9N 이하의 작은 값으로 되었다. 따라서, 발수성 도금은, 텐셔너에 있어서 피수 전후에서의 감쇠성능 변화를 작게 하는 데 효과적이라는 것을 알 수 있다.

다음에, 예 1, 예 2, 예 3 및 예 6의 각 예의 테스트 피스(105)와, 도금 "유"의 테스트 피스(106) 및 도금 "무"의 테스트 피스(106)와의 각각의 조합에 대해, 스즈키식 마찰마모 시험기(100)를 이용한 24시간 내구시험을 행하고, 이 내구시험 후, 상기와 마찬가지로, 주수 전후의 마찰력 변화를 측정하였다. 그 결과를, 표 1의 「도금 "유", 내구시험 후」와 「도금 "무", 내구시험 후」에 나타낸다. 또, 도 6에는, 예 1, 예 2, 예 3 및 예 6의 각 예에 대해, 「도금 "무", 초기」, 「도금 "무", 내구시험 후」, 「도금 "유", 초기」, 「도금 "유", 내구시험 후」 각각의 마찰력 상승량을 나타낸다.

도 6에 있어서 명백하듯이, 예 6의 종래예는, 도금이 "무"인 경우의 초기에 주수 전후의 마찰력 상승량이 비교적 크고(27.1N), 내구시험 후에는 주수 전후의 마찰력 상승량이 더욱 커져 버린다(36.2N). 또, 예 6의 종래예는, 도금이 "유"인 경우, 초기에는 주수 전후의 마찰력 상승량이 작지만(15.4N), 내구 시험 후에는 주수 전후의 마찰력 상승량이 대폭으로 크게 되어 버리고(35.8N), 도금이 "무"인 경우과 동등하게 된다. 이 결과로부터, 예 6의 종래예에서는, 내구시험 후에는, 도금의 발수성을 얻을 수 없다고 할 수 있다. 또, 내구시험 후의 도금 "유"의 테스트 피스(106)의 표면을 관찰한 바, 테스트 피스(105)의 수지가 이착하는 것을 확인하였다. 따라서, 발수성이 낮은 수지 조성물에 의해 감쇠부재를 형성한 경우는, 접동부분에 발수성 도금을 형성하였다 하더라도, 경시적(經時的)으로, 수지 조성물의 이착이 발생하여 버리고, 접동부분의 발수성이 손상되어 버리게 된다. 즉, 특허문헌 3에 기재되어 있는 텐셔너는, 원하는 감쇠성능을 장기간에 걸쳐 안정적으로 유지하는 것이 어렵다.

이에 반해, 예 1, 예 2 및 예 3의 각 실시예는, 도금이 "무"인 경우의 초기에 있어서 주수 전후의 마찰력 상승량이 비교적 작고(21.1N 이하) 또한 내구시험 후도 주수 전후의 마찰력 상승량이 비교적 작은 상태이다(23.9N 이하). 또, 예 1, 예 2 및 예 3의 각 실시예는, 도금이 "유"인 경우도 마찬가지 경향이 된다. 구체적으로는, 그 초기에는 주수 전후의 마찰력 상승량이 비교적 작고(16.9N 이하) 또한, 내구시험 후도 주수 전후의 마찰력 상승량이 비교적 작은 상태이다(23.1N 이하).

따라서, 예 1, 예 2 및 예 3의 각 실시예와 같이, 수지 조성물 자체가 발수성을 가짐에 따라, 발수성 도금의 유무에 상관없이, 초기에는 물론이고, 내구시험 후도, 주수 전후의 마찰력 상승량이 작은 상태로 억제된다. 이는, 예 1, 예 2 및 예 3의 수지 조성물에 의해 감쇠부재를 형성한 경우에, 텐셔너 감쇠성능이 장기간에 걸쳐 안정적으로 유지되는 것을 의미한다.

그리고, 텐셔너에서는, 예 1, 예 2 및 예 3의 수지 조성물에 의해 감쇠부재를 형성하는 것과, 회동부재 표면에 불소수지를 이용한 무전해 니켈 도금을 형성하는 것을, 조합하여도 된다.

또, 실시예로는 들지 않으나, 변성 폴리아미드 6T 수지의 각종 공중합체 또는 폴리머 알로이(polymer alloy)를 베이스 수지로 한 수지 조성물도, 접촉각, 마찰력 상승량, 동마찰 계수, 및 내마모성에 관하여, 상기 예 1의 수지 조성물과 동등의 특성을 얻을 수 있으므로, 텐셔너의 감쇠부재를 형성하는 수지 조성물로 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 여기에 개시한 텐셔너는, 피수 시의 감쇠성능의 변화를 장기간에 걸쳐 안정적으로 억제할 수 있으므로, 피수 환경하, 특히 엔진에 의한 보기류 구동을 위한 벨트 시스템에 이용되는 텐셔너로서 유용하다.

1 : 고정부재 2 : 회동부재(가동부재)
3 : 비틀림 코일 스프링(바이어스 수단) 8 : 풀리
15 : 스프링 서포터(감쇠부재) 16 : 인서트 베어링(감쇠부재)
T : 텐셔너

Claims

풀리를 벨트에 누름으로써 이 벨트에 소정의 장력을 부여하는 텐셔너에 있어서,
상기 풀리를 회전 자유롭게 지지하는 가동(可動)부재와,
고정체에 고정됨과 동시에, 상기 풀리가 상기 벨트를 누르는 누름방향에, 상기 가동부재를 회동(pivot) 가능하게 지지하는 고정부재와,
상기 고정부재와 상기 가동부재와의 사이에 개재되어, 이 가동부재를 상기 누름방향에 바이어스(bias)하는 바이어스 수단과,
상기 고정부재와 상기 가동부재와의 사이에 개재되어, 상기 가동부재의 회동을 감쇠(減衰)시키는 감쇠부재를 구비하고,
상기 감쇠부재는, 접동(摺動) 마찰력에 의해 상기 가동부재의 회동을 감쇠시키는 수지 조성물에 의해 형성되며,
상기 수지 조성물은, 물과의 접촉각이 70°이상 100°이하인 텐셔너.
청구항 1에 있어서,
상기 수지 조성물의 베이스 수지의 흡수율(吸水率)은, 0.7% 이하인 텐셔너.
청구항 1에 있어서,
상기 수지 조성물의 베이스 수지는, 변성 폴리아미드 6T 수지, 폴리아미드 9T 수지, 또는, 폴리프탈아미드 수지(polyphthalamide resin) 인 텐셔너.
청구항 3에 있어서,
상기 베이스 수지의 아미노기(基) 농도는, 15% 이하인 텐셔너.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 조성물은, 불소계 접동조제(摺動助劑)를 3~20 중량%, 및 섬유 보강재를 3~10 중량% 함유하는 텐셔너.