JP2007064347A - オートテンショナー - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂摩擦材の摩擦係数を大きく低下させることなく、摺動特性を向上、すなわち磨耗速度を小さくすることによって、寿命の向上したオートテンショナーを提供する。
【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と固定部材２のいずれか一方に固定され、他方と摺動する摺動面６を有する摩擦材５と、を備えたベルトの張力を一定に保つためのオートテンショナー１であって、摩擦材５が摺動面６に多数の微細な穴を有する熱可塑性樹脂からなり、摩擦材５の摺動面６上及び微細な穴内に潤滑剤が存在することを特徴とするオートテンショナー１である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ベルトの張力を自動的に一定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一定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、後者の摩擦ダンパ方式では、一般にプーリが取り付けられた可動部材と車体に固定され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、例えば特許文献１に示されるように、可動部材及び固定部材はアルミニウム合金鋳物（ダイキャスト品）からなり、摩擦材は合成樹脂からなる。アルミニウム合金鋳物と合成樹脂が摺動することにより、ベルトの張力を一定に保ち、かつ両者間に摩擦エネルギーを発生させることにより、可動部材の揺動を短時間に減衰する機構になっている。可動部材の揺動を短時間で減衰させるためには、大きなダンピングトルクが必要であり、そのためには、アルミニウム合金鋳物と樹脂摩擦材との間で大きな摩擦力が要求される。この摩擦力は、摺動面の摩擦係数と摺動面に作用する垂直荷重の積で表される。すなわち、大きなダンピングトルクを得るためには、（１）摩擦係数を大きくする、（２）摺動面に作用する荷重を大きくする、ことが必要となる。

しかし、摩擦係数を大きくする、あるいは荷重（一定面積では面圧）を大きくすることによって、アルミニウム合金鋳物より柔らかい樹脂摩擦材の磨耗速度が大きくなり、オートテンショナーの寿命が短くなるという問題がある。さらに、従来のオートテンショナーでは、樹脂の磨耗が進行するに従って、プーリの幅方向の中心とベルトの中心がずれたり、あるいはプーリが傾いたりしてミスアライメントが発生し、これによってプーリとベルトの間でスリップ音が発生する問題もある。
米国特許第４，６９６，６６３号

本発明は、樹脂摩擦材の摩擦係数を大きく低下させることなく、摺動特性を向上、すなわち磨耗速度を小さくすることによって、ミスアライメントが抑制され、寿命の向上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、可動部材と固定部材のいずれか一方に固定され、他方と摺動する摺動面を有する摩擦材と、を備えたベルトの張力を一定に保つためのオートテンショナーであって、摩擦材が摺動面に多数の微細な穴を有する熱可塑性樹脂からなり、摩擦材の摺動面上及び微細な穴内に潤滑剤が存在することを特徴とするオートテンショナーである。

請求項２記載の発明は、前記潤滑剤がシリコン系グリースである請求項１記載のオートテンショナーである。

請求項３記載の発明は、前記摩擦材が前記固定部材に固定された請求項１または２記載のオートテンショナーである。

請求項４記載の発明は、前記摩擦材が前記可動部材に固定された請求項１または２記載のオートテンショナーである。

請求項５記載の発明は、前記固定部材及び可動部材がアルミニウム合金からなり、前記摺動面と摺動する前記可動部材または固定部材の面が滑剤を含浸させたアルマイト層からなる請求項１乃至４のいずれかに記載のオートテンショナーである。

請求項６記載の発明は、前記滑剤が、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５記載のオートテンショナーである。

請求項７記載の発明は、前記摩擦材が、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乃至６のいずれかに記載のオートテンショナーである。

本願各請求項記載の発明によれば、潤滑剤による潤滑特性を改善し、摩擦材の磨耗速度を低減することによって、ミスアライメントが抑制され、寿命の増大したオートテンショナーを提供することができる。

図１は、本発明のオートテンショナーの一例を示す概略図である。オートテンショナー１は、自動車等（図示しない）に固定されるアルミニウム合金等からなる固定部材２と、この固定部材２に回動自在に支持されるアルミニウム合金等からなる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に対して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、可動部材３の先端には、図示しないベルトに当接するプーリ７が軸受９を介して装着される。

摩擦材５は、肉厚０．５〜３ｍｍ程度の中空のテーパー形状を有し、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射出成形することによって作製される。

摩擦材５は、通常はキー・キー溝からなる係止手段によって固定部材２あるいは可動部材３のいずれか一方に固定される。摩擦材５が固定部材２に固定された場合は、可動部材３と摺動する面が摺動面となり、摩擦材５が可動部材３に固定された場合は、固定部材２と摺動する面が摺動面となる。以下、摩擦材５が固定部材２に固定された場合、すなわち可動部材３と摺動する面が摺動面となる場合について説明する。

摩擦材５の摺動面６には、図２（ａ）に示すように、後述の潤滑剤を収容するための多数の微細な穴１１が設けられる。摩擦材５が通常２００μｍ程度磨耗することを考慮すれば、穴１１の深さは３００μｍ以上であることが好ましく、また摩擦材５の肉厚を考慮すれば穴１１の深さは６００μｍ以下であることが好ましい。穴１１の開口径もその深さと同程度であることが好ましい。穴１１の形状は特に限定されるものではなく、円柱状、円錐状の他、いわゆるディンプル形状であってもよい。穴１１の深さ及び形状は均一であることが好ましく、その配置はランダムであってよい。穴１１は、穴１１に対応する凸部を有する金型を用いることによって摩擦材５の射出成形時に同時に形成することも可能であり、また射出成形後の摩擦材５に対してレーザアブレーション、パウダーブラスト等の手法を用いて加工することも可能である。

オートテンショナー１の組み立てに先立って、摺動面６に潤滑剤が均一に塗布される。塗布された潤滑剤は、摺動面６上に均一に展開され、また穴１１内に収容される。潤滑剤の供給源として機能する穴１１は摺動面６全体に配置されているため、潤滑剤による潤滑特性が向上し、摩擦材５の磨耗速度が低減される。潤滑剤の種類としては、シリコン系グリース、フッ素系グリース、フェニルエーテル系グリース等が使用可能であるが、耐熱性及び耐寒性を考慮すれば、シリコン系グリースが最も好ましい。

摺動面６には、図２（ｂ）に示すように、周方向に等間隔に配置された溝１２を設けてもよい。溝１２には摺動面６に塗布された潤滑剤が滞留するため、摺動面６全体に十分な量の潤滑剤が適切に供給されることになる。

以上説明した穴１１を有する摺動面６に潤滑剤を塗布する構成に加えて、摺動の相手部材であるアルミニウム合金からなる可動部材３の摺動面（摺動面６に接する可動部材３の内周面）を滑剤を含浸させたアルマイト層で形成することによって、可動部材３と摩擦材５との摺動特性をさらに改善することができる。アルマイト層は、アルミニウム合金部材表面に形成される本質的に多数の微細空孔からなる表面改質層であって、一般にアルミニウム合金摺動部材の摺動性を改善する効果がある。

可動部材３の摺動面にアルマイト層を形成するには、公知の陽極酸化処理を採用することが好ましい。一般的な陽極酸化処理としては、ホウ素、炭素、窒素、リン、硫黄から選ばれる１種以上の元素を含有する溶液、具体的には、硫酸、シュウ酸、ギ酸、スルファミン酸、リン酸、亜リン酸、ホウ酸、硝酸等を含む水溶液を用いて、電圧、電流密度等の電解条件を適宜選択して行う。陽極酸化処理は、アルマイト層の形成が必要とされる摺動面のみならず、可動部材３全体に施してもよい。アルマイト層の厚さは１０μｍ〜１００μｍ程度であることが好ましい。アルマイト層の厚さが１０μｍ未満では十分な摺動性改善効果が得られず、一方１００μｍを超えても格段の改善はなく、製造コストの増大が問題となる。

続いて、得られたアルマイト層に滑剤を含浸させる。滑剤の含浸についても下記のような公知の方法を採用することができる。まず、滑剤をボールミル、ハンマーミル等により粉砕し、ステアリン酸、ラウリル酸等の脂肪酸に分散させてエマルジョンを作製する。このエマルジョンに可動部材３全体あるいは可動部材３の摺動部を浸漬するか、あるいはエマルジョンを可動部材３の摺動面に塗布した後、容器内に入れて減圧することによって脂肪酸を蒸発させる。これにより、アルマイト層の各微細空孔内に浸入した溶液中の脂肪酸のみが選択的に蒸発し、各微細空孔内に滑剤が充填される。

滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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から選ばれる少なくとも１種からなる。中でも、ＰＴＦＥが最も好ましい。

上記のように得られた摩擦材５を固定部材２の外周面に嵌着し、固定部材２と可動部材３とによって形成される空間１０内に収容されたコイルバネ４の一端を固定部材２の係止穴に、コイルバネ４の他端を可動部材３の係止穴にそれぞれ係止しながら、可動部材３の内周面と摩擦材５の摺動面６とを圧接させることによって、オートテンショナー１の組み立てが完了する。

以上説明した、摩擦材５が固定部材２に固定されたオートテンショナー１とは異なり、摩擦材５が可動部材３に固定されたオートテンショナー１の場合は、摩擦材５の内周面が摺動面となるため、前記の穴１１及び溝１２は摩擦材５の内周面に設けられる。また、摺動の相手材は固定部材２となるため、前記アルマイト層の形成及びそれへの滑剤の含浸は固定部材２に対して施される。

（実施例１）
深さが３００〜５００μｍの多数の微細な穴を有するナイロン４６製摩擦材を射出成形によって作製し、表面（摺動面）にシリコン系グリースを塗布した。得られたナイロン４６製摩擦材に加えて、アルミニウム合金鋳物製ハウジング（ＪＩＳ：ＡＤＣ１２）、アルミニウム合金鋳物製可動部材（ＪＩＳ：ＡＤＣ１２）、コイルバネ、プーリ等を用いて、スプリングトルク（ベルトへの付与張力）３０Ｎｍ、ダンピングトルク１２Ｎｍを有するオートテンショナーを組み立て、以下の条件でプーリを揺動させる耐久試験を実施し、ナイロン４６製摩擦材の磨耗量を測定した。結果を図３に示す。

耐久試験条件
雰囲気温度：１００±３℃
プーリ中心の振幅：±２．５度
プーリの揺動周波数：３０Ｈｚ
試験時間：５００時間

（実施例２）
実施例１のオートテンショナーに用いられた組み立て前の可動部材全体を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。アルマイト層が形成された可動部材をＰＴＦＥのエマルジョン中に浸漬して、ＰＴＦＥの容器ごと減圧槽に入れて減圧した状態で３分間保持することによって、微細空孔中にＰＴＦＥを含浸させた。得られた可動部材以外は実施例１と同条件でオートテンショナーを組み立て、実施例１と同一の条件で耐久試験を実施し、同様に樹脂磨耗量を測定した。結果を図４に示す。

（比較例１）
実施例１のオートテンショナーにおいて、摺動面に微細な穴のないナイロン４６製摩擦材の表面（摺動面）にシリコン系グリースを塗布し、実施例１のオートテンショナーと同程度のスプリングトルクとダンピングトルクとを有するオートテンショナーを組み立て、実施例１と同一の条件で耐久試験を実施し、同様に樹脂磨耗量を測定した。結果を図３、４に示す。

図３、４に結果を示すように、実施例１、２のオートテンショナーはナイロン４６製摩擦材の磨耗量が比較例１のそれに比べて小さく、特に実施例２においては、磨耗量の一層の低減が確認された。

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一定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断面図である。 （ａ）本発明に係るオートテンショナーに用いられる摩擦材の斜視図である。（ｂ）本発明に係るオートテンショナーに用いられる別の摩擦材の斜視図である。 実施例１及び比較例１における摩擦材の磨耗量の測定結果を示す図である。 実施例２及び比較例１における摩擦材の磨耗量の測定結果を示す図である。

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 摺動面
７ プーリ
８ 軸部
９ 軸受
１１ 穴
１２ 溝

Claims (7)

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、可動部材と固定部材のいずれか一方に固定され、他方と摺動する摺動面を有する摩擦材と、を備えたベルトの張力を一定に保つためのオートテンショナーであって、摩擦材が摺動面に多数の微細な穴を有する熱可塑性樹脂からなり、摩擦材の摺動面上及び微細な穴内に潤滑剤が存在することを特徴とするオートテンショナー。
2. 前記潤滑剤がシリコン系グリースである請求項１記載のオートテンショナー。
3. 前記摩擦材が前記固定部材に固定された請求項１または２記載のオートテンショナー。
4. 前記摩擦材が前記可動部材に固定された請求項１または２記載のオートテンショナー。
5. 前記固定部材及び可動部材がアルミニウム合金からなり、前記摺動面と摺動する前記可動部材または固定部材の面が滑剤を含浸させたアルマイト層からなる請求項１乃至４のいずれかに記載のオートテンショナー。
6. 前記滑剤が、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５記載のオートテンショナー。
7. 前記摩擦材が、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乃至６のいずれかに記載のオートテンショナー。
   
   

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