JP2006007684A

JP2006007684A - 合成樹脂製ピストン

Info

Publication number: JP2006007684A
Application number: JP2004190677A
Authority: JP
Inventors: Makoto Arafuka; 真荒深
Original assignee: Aisin Chemical Co Ltd
Current assignee: Aisin Chemical Co Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】合成樹脂製ピストンにおいて、量産時の寸法安定性に優れ、ウエルドラインにおいて確実に応力に耐えることができ、破損を起こす恐れのないこと。
【解決手段】合成樹脂製ピストン１では、凸部２に沿って６箇所にほぼ等間隔に油路３を設け、うち２箇所の油路３の中間位置にゲート５を設けることによって、反対側の２箇所の油路３の中間に１本のウエルドライン６を形成している。合成樹脂製ピストン１においては、凸部２の一部を凹ませることによって油路３を設けているので、油路３部分の断面積３Ａは凸部２部分の断面積２Ａよりも小さくなる。したがって、断面積の小さいこの油路３部分を避けて、断面積が大きい凸部２部分にウエルドライン６が生ずるようにすることによって、強度が低下するウエルドライン６が油路３部分に生ずるのを確実に防止して、信頼性の高い合成樹脂製ピストン１とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の自動変速機のブレーキ・クラッチ作動用に用いられる合成樹脂製ピストンに関するものであって、特に合成樹脂製ピストンに関するものである。

近年、自動車等の自動変速機（Automatic Transmission、以下「ＡＴ」とも略する。）において、部品の軽量化及び製造の容易化等の観点から金属部品を合成樹脂製に切り替える動きが進んでおり、ＡＴ内のクラッチディスクを作動させるためのピストンや、ステータのポケットプレート等を合成樹脂化する試みがなされている。これらの部品を合成樹脂で製造するには強度確保のためにも射出成形で製造するのが一般的であるが、上記ピストンやポケットプレートはいずれもリング形状をしているため、射出成形時に射出成形金型のゲートから流入した溶融樹脂は二方向に分かれて先端が再び合わさって、所謂ウエルドラインが形成される。このウエルドラインの部分は強度が低下するため、合成樹脂製部品の実用化の障害になる場合がある。

例えば、上記ピストンには通常上面に潤滑油（Automatic Transmission Fluid，自動変速機潤滑油、以下「ＡＴＦ」とも略する。）を抜くための複数個の油路が形成されるが、ピストンの作動時にはこの油路に最大の応力が掛かるため、油路にウエルドラインが形成されると作動時に破損してしまう恐れがある。同様に、ポケットプレートにおいてもポケット部に一方向クラッチがロックするときに過大な応力が生じるために、ウエルドラインがポケット部の近傍に形成されると、ステータ本体がウエルドラインから破損する可能性が高く、強度的に問題となる。

そこで、特許文献１に記載の発明においては、ポケット部の周方向位置と射出成形金型におけるピンゲートの周方向位置を略合致するように設定することによって、例えば３個のピンゲートから流入した溶融樹脂のウエルドラインは、３個のポケット部のそれぞれ中間に形成されることになり、これによって強度の低いウエルドラインがクラッチの作動時に大きな応力が発生するポケット部の近傍に形成されるのを防止することができ、ステータ本体の強度を高めることができる。
特開平１１−２１８２０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、ウエルドラインにおける破壊強度を測定していないため、確実に応力に耐えられるか否かが保証されていない。さらに、基本的に多点ゲートを用いているために量産時の寸法安定性に劣り、製品にバラツキが出易いという問題点があった。

そこで、本発明は、量産時の寸法安定性に優れ、ウエルドラインにおいて確実に応力に耐えることができ、破損を起こす恐れのない合成樹脂製ピストンを提供することを課題とするものである。

請求項１の発明にかかる合成樹脂製ピストンは、射出成形によりなるリング形状の合成樹脂製ピストンであって、射出成形時に生ずるウエルドラインがピストンの断面積が大きい部分に生ずるように射出成形金型のゲートが配置されてなるものである。

請求項２の発明にかかる合成樹脂製ピストンは、射出成形によりなるリング形状の合成樹脂製ピストンであって、射出成形時に生ずるウエルドラインがピストンの油路を避けた部分に生ずるように射出成形金型のゲートが配置されてなるものである。

請求項３の発明にかかる合成樹脂製ピストンは、請求項１または請求項２の構成において、前記ゲートは１箇所にのみ設けられてなるものである。

請求項４の発明にかかる合成樹脂製ピストンは、請求項１または請求項２の構成において、前記ゲートは複数箇所に設けられてなるものである。

請求項５の発明にかかる合成樹脂製ピストンは、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成において、前記合成樹脂材料の引張り強度は約１２０ＭＰａ〜約１８０ＭＰａの範囲内であり、前記ウエルドライン部分の引張り強度は約４０ＭＰａ〜約７０ＭＰａの範囲内であるものである。

請求項１の発明にかかる合成樹脂製ピストンは、射出成形によりなるリング形状の合成樹脂製ピストンであって、射出成形時に生ずるウエルドラインがピストンの断面積が大きい部分に生ずるように射出成形金型のゲートが配置されてなるものである。前述の如く、合成樹脂製ピストンには上面にＡＴＦを抜くための油路が形成され、ピストンの作動時の応力解析からこの油路部分に最大応力が発生することが分かっている。そこで、断面積の小さいこの油路部分を避けて、断面積が大きい部分にウエルドラインが生ずるようにすることによって、強度が低下するウエルドラインが油路部分に生ずるのを確実に防止して、信頼性の高い合成樹脂製ピストンとすることができる。

このようにして、ウエルドラインにおいて確実に応力に耐えることができ、破損を起こす恐れのない合成樹脂製ピストンとなる。

請求項２の発明にかかる合成樹脂製ピストンは、射出成形によりなるリング形状の合成樹脂製ピストンであって、射出成形時に生ずるウエルドラインがピストンの油路を避けた部分に生ずるように射出成形金型のゲートが配置されてなるものである。前述の如く、合成樹脂製ピストンにおいては、ピストンの作動時に油路部分に最大応力が発生することが分かっている。そこで、この油路を避けた部分にウエルドラインが生ずるようにすることによって、信頼性の高い合成樹脂製ピストンとすることができる。

請求項３の発明にかかる合成樹脂製ピストンは、ゲートが１箇所にのみ設けられてなるものである。これによって、請求項１または請求項２に記載の効果に加えて、ウエルドラインが合成樹脂製ピストンの１箇所にしか発生しないため設計の自由度が大きくなるとともに、量産時の寸法安定性が向上しバラツキが少なくなるという効果が得られる。

このようにして、設計の自由度が大きくなるとともに、量産時の寸法安定性に優れ、ウエルドラインにおいて確実に応力に耐えることができ、破損を起こす恐れのない合成樹脂製ピストンとなる。

請求項４の発明にかかる合成樹脂製ピストンは、ゲートが複数箇所に設けられてなるものである。これによって、請求項１または請求項２に記載の効果に加えて、各ゲートからウエルドラインまでの溶融樹脂の流動距離が短くなるため、溶融樹脂の温度低下がやや小さくなりウエルドラインにおける強度低下も多少小さくなる。

請求項５の発明にかかる合成樹脂製ピストンにおいては、合成樹脂材料の引張り強度は約１２０ＭＰａ〜約１８０ＭＰａの範囲内であり、ウエルドライン部分の引張り強度は約４０ＭＰａ〜約７０ＭＰａの範囲内である。引張り強度の測定はＪＩＳ−Ｋ−７１１３に基いて平板状の中央部分がくびれた形状の測定試料を作製し、ウエルドラインを有する測定試料は平板状の長手方向の両端から同時に溶融樹脂を注入することによって、中央部分にウエルドラインを有する測定試料を作製して行った。

発明者が鋭意実験研究を重ねた結果、合成樹脂製ピストンにおいて作動時に油路部分にかかる応力は約７６ＭＰａであり、それ以外の部分にかかる最大応力は約３３ＭＰａであった。したがって、ウエルドラインの形成されない油路部分は約１２０ＭＰａ〜約１８０ＭＰａの範囲内の引張り強度を有するので充分応力に耐えることができ、またウエルドライン部分の引張り強度は約４０ＭＰａ〜約７０ＭＰａの範囲内であるから、最大応力約３３ＭＰａを上回り、ウエルドライン部分も応力に耐えることができる。

このようにして、油路においてもウエルドラインにおいても確実に応力に耐えることができ、破損を起こす恐れのない合成樹脂製ピストンとなる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

実施の形態１
まず、本発明の実施の形態１にかかる合成樹脂製ピストンについて、図１乃至図３及び図５を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる合成樹脂製ピストンの全体構成を示す平面図、（ｂ）は合成樹脂製ピストンを４分の１に切断した状態を示す斜視図である。図２は本発明の実施の形態１にかかる合成樹脂製ピストンの作動時の状態を示す断面図である。図３は本発明の実施の形態１にかかる合成樹脂製ピストンにおけるウエルドライン部分の破壊強度を分析した図である。図５（ａ）は従来の金属製ピストンを示す断面図、（ｂ）はゲートを１箇所に設けた場合のウエルドラインのでき方を示す平面図、（ｃ）はゲートを５箇所に設けた場合のウエルドラインのでき方を示す平面図である。

図５（ａ）に示されるように、従来のアルミニウム製のピストン１７はリング形状で、外周にクラッチプレートと湿式摩擦材とを押し付けるための凸部１８が設けられている。このピストン１７を合成樹脂の射出成形で製造すると、リング形状であるためにどうしてもウエルドラインが生じてしまう。例えば、図５（ｂ）に示されるように、リング形状の１箇所にゲート５を設けた合成樹脂製ピストン２０においては、ゲート５の反対側にウエルドライン６が形成される。また、図５（ｃ）に示されるように、５箇所にゲート１５を設けた合成樹脂製ピストン２１においては、各ゲート１５の中間部分に５本のウエルドライン１６が形成される。

そこで、図１（ａ）に示されるように、本実施の形態１にかかる合成樹脂製ピストン１においては、凸部２に沿って６箇所にほぼ等間隔に油路３を設け、うち２箇所の油路３の中間位置にゲート５を設けることによって、反対側の２箇所の油路３の中間に１本のウエルドライン６を形成している。図１（ｂ）に示されるように、本実施の形態１にかかる合成樹脂製ピストン１においては、凸部２の一部を凹ませることによって油路３を設けているので、油路３部分の断面積３Ａは凸部２部分の断面積２Ａよりも小さくなる。したがって、断面積の小さいこの油路３部分を避けて、断面積が大きい凸部２部分にウエルドライン６が生ずるようにすることによって、強度が低下するウエルドライン６が油路３部分に生ずるのを確実に防止して、信頼性の高い合成樹脂製ピストン１とすることができる。

かかる合成樹脂製ピストン１は、図２に示されるように使用される。合成樹脂製ピストン１の内周と外周の凹部にそれぞれシールリング７を嵌めて、図示しない開口からＡＴＦ８を油圧を掛けて流入させ、図２に示されるように、合成樹脂製ピストン１を図示左方へ移動させて、凸部２によってリング状のクラッチプレートをリング状の湿式摩擦材に押し付けて係合させる。なお、本実施の形態１にかかる合成樹脂製ピストン１においては、合成樹脂材料としてエンジニアリングプラスティックの一種であるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を使用した。

合成樹脂材料としてＰＰＳを使用した場合のウエルドライン６部分の引張り強度は約４０ＭＰａであるので、図３に示されるように、油路３部分の油圧ごとの解析結果から求めた黒三角のプロットを結んだ直線と、縦軸の４０ＭＰａを水平に伸ばした直線の交点が、油路３にウエルドライン６を形成した場合の破壊油圧を表すことになる。この結果、油路３にウエルドライン６を形成した場合の破壊油圧は約０．３３ＭＰａとなる。同様に、凸部２の油圧ごとの解析結果から求めた黒丸のプロットを結んだ直線と、縦軸の４０ＭＰａを水平に伸ばした直線の交点が、凸部２にウエルドライン６を形成した場合の破壊油圧を表すことになる。この結果、凸部２にウエルドライン６を形成した場合の破壊油圧は約０．７２ＭＰａとなり、２倍以上の油圧に耐えられることが確認された。

さらに、合成樹脂材料としてＰＰＳを使用した場合の引張り強度は約１６０ＭＰａであり、合成樹脂製ピストン１の作動時に掛かる応力は、油路３部分が最大で約７６ＭＰａ、また凸部２に掛かる応力のうち最大のものは約３３ＭＰａであった。ウエルドライン６部分の引張り強度は約４０ＭＰａであるため、凸部２に掛かる最大応力にも耐えることができ、ＰＰＳの引張り強度は約１６０ＭＰａであるため、油路３部分にかかる最大応力にも充分持ち応えることができる。なお、引張り強度の測定はＪＩＳ−Ｋ−７１１３に基いて平板状の中央部分がくびれた形状の測定試料を作製し、ウエルドラインを有する測定試料は平板状の長手方向の両端から同時に溶融樹脂を注入することによって、中央部分にウエルドラインを有する測定試料を作製して行った。

このようにして、本実施の形態１の合成樹脂製ピストン１は、ゲート５を１箇所に設けたため量産時の寸法安定性に優れ、ウエルドライン６においても油路３部分においても確実に応力に耐えることができ、破損を起こす恐れがなく信頼性の高いものとなる。

実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２にかかる合成樹脂製ピストンについて、図４を参照して説明する。図４は本発明の実施の形態２にかかる合成樹脂製ピストンの全体構成を示す平面図である。

図４に示されるように、本実施の形態２にかかる合成樹脂製ピストン１１においては、凸部１２に沿って６箇所にほぼ等間隔に油路１３を設け、５箇所にゲート１５を設けて射出成形時に形成される５本のウエルドライン１６がいずれも上記６箇所の油路１３にかからないように配置されている。なお、本実施の形態２にかかる合成樹脂製ピストン１１においても、合成樹脂材料としてＰＰＳを使用した。

このように、５箇所にゲート１５を設けたことによって、各ゲート１５からウエルドライン１６までの溶融樹脂の流動距離が短くなるため、溶融樹脂の温度低下がやや小さくなりウエルドライン１６における強度低下も多少小さくなる。

このようにして、本実施の形態２の合成樹脂製ピストン１１は、ウエルドライン１６においても油路１３部分においても確実に応力に耐えることができ、破損を起こす恐れがなく信頼性の高いものとなる。

上記各実施の形態においては、合成樹脂製ピストン１，１１用の合成樹脂材料としてＰＰＳを用いた例について説明したが、これに限られるものではなく、射出成形が可能で強度のある合成樹脂であればどのようなものを用いても構わない。

本発明を実施するに際しては、合成樹脂製ピストンのその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。

図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる合成樹脂製ピストンの全体構成を示す平面図、（ｂ）は合成樹脂製ピストンを４分の１に切断した状態を示す斜視図である。図２は本発明の実施の形態１にかかる合成樹脂製ピストンの作動時の状態を示す断面図である。図３は本発明の実施の形態１にかかる合成樹脂製ピストンにおけるウエルドライン部分の破壊強度を分析した図である。図４は本発明の実施の形態２にかかる合成樹脂製ピストンの全体構成を示す平面図である。図５（ａ）は従来の金属製ピストンを示す断面図、（ｂ）はゲートを１箇所に設けた場合のウエルドラインのでき方を示す平面図、（ｃ）はゲートを５箇所に設けた場合のウエルドラインのでき方を示す平面図である。

符号の説明

１，１１合成樹脂製ピストン
２，１２凸部
３，１３油路
５，１５ゲート
６，１６ウエルドライン

Claims

射出成形によりなるリング形状の合成樹脂製ピストンであって、
射出成形時に生ずるウエルドラインがピストンの断面積が大きい部分に生ずるように射出成形金型のゲートが配置されてなることを特徴とする合成樹脂製ピストン。
射出成形によりなるリング形状の合成樹脂製ピストンであって、
射出成形時に生ずるウエルドラインがピストンの油路を避けた部分に生ずるように射出成形金型のゲートが配置されてなることを特徴とする合成樹脂製ピストン。
前記ゲートは１箇所にのみ設けられてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の合成樹脂製ピストン。
前記ゲートは複数箇所に設けられてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の合成樹脂製ピストン。
前記合成樹脂材料の引張り強度は約１２０ＭＰａ〜約１８０ＭＰａであり、前記ウエルドライン部分の引張り強度は約４０ＭＰａ〜約７０ＭＰａであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の合成樹脂製ピストン。