(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の軸方向に摺動可能にスライド筒を係合するとともに、回転軸に追従回転可能にスライド筒を係合する回り止めおよび動力伝達用の滑りキーであって、
該滑りキーは、金属成形体と熱可塑性ポリイミド樹脂またはポリエーテルケトン系樹脂を主成分とする樹脂体とから形成されており、該樹脂体が該金属成形体に設けた溝および／または貫通孔に射出成形で充填された複合一体成形品であることを特徴とする滑りキー。
【請求項２】
前記滑りキーは、前記回転軸に形成された溝部に嵌合するとともに前記スライド筒の内周溝部の側面と摺動するものであり、前記回転軸に形成された溝部との嵌合部位が主として前記金属成形体からなり、前記スライド筒の内周溝部の側面との摺動部位が前記樹脂体からなることを特徴とする請求項１記載の滑りキー。
【請求項３】
外周部の円周方向に適宜間隔をおいて複数の溝部が形成され、この溝部のそれぞれに滑りキーを嵌合させた回転軸と一体回転する固定プーリーと、前記滑りキーが受容される円周方向の幅を有し軸方向へ延びる溝部を前記回転軸の外周部の溝部に対応させて間隔をおいて内周部に複数形成したスライド筒を備えた可動プーリーとを有する無段変速機であって、
前記滑りキーは、請求項１または請求項２記載の滑りキーであることを特徴とする無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温無潤滑などの特殊環境下で使用するのに適した、金属成形体と樹脂体との複合一体成形品からなる滑りキーおよびその滑りキーを用いた無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
滑りキーを用いた無段変速機のプーリー構造として、回転軸と一体回転する固定プーリーと、スライド筒を備えた可動プーリーとを滑りキーにより係合する無段変速機のプーリー構造が知られている（特開平 8-219258 号公報）。
図４および図５により、従来の無段変速機のプーリー構造を説明する。図４はプーリー構造の軸方向半断面図を、図５は回転軸要部の分解斜視図をそれぞれ示す。
図示を省略したエンジンにより回転駆動される回転軸４は軸受５ａ、５ｂにより変速機本体６に支承されている。回転軸４には一体状に外方に突出して固定プーリー７が形成されており、また、回転軸４の外周に形成された段部４ａ内には、その外周に長手方向に長孔状に凹んで溝部４ｂが円周方向等間隔で形成されている。この溝部４ｂには滑りキー１が嵌合され、この滑りキー１により固定プーリー７に対して離接動可能となるように摺動可能なスライド筒８ａを有する可動プーリー８が係合されている。溝部４ｂに嵌合される滑りキー１は、主として回り止めあるいは動力伝達用として、更には軸方向の往復運動機能も付加機能として要求される。なお、図４において、９は固定プーリー７と可動プーリー８との間に掛装されたＶベルトである。
【０００３】
従来、滑りキー１は、主に金属類や摩擦係数の小さい材料で形成されている。摩擦係数の小さい材料としては、例えばポリイミド樹脂とポリテトラフルオロエチレン樹脂と黒鉛とを混合した材料、またはポリエーテルエーテルケトン樹脂とカーボンファイバーとポリテトラフルオロエチレン樹脂とを混合した材料等が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属製滑りキーは相手溝が金属の場合、金属同士の摺動となり、特に高温、高負荷の使用環境下では金属同士の焼付きあるいは錆によって摩擦抵抗が大きくなり、作動不良や作動不能を生じるという問題がある。金属の代わりにボールスプライン構造などを用いると構造が複雑となり高価となる問題がある。
【０００５】
また、従来の摩擦係数の小さい樹脂材料による滑りキーの場合においても、高温、高負荷の使用環境下では溶融、変形、あるいは高摩擦抵抗となり短時間で破壊するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、高温、高負荷の使用環境下においても作動不良や作動不能を生じることのない滑りキーおよびその滑りキーを用いた無段変速機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の滑りキーは、回転軸の軸方向に摺動可能にスライド筒を係合するとともに、回転軸に追従回転可能にスライド筒を係合する回り止めおよび動力伝達用の滑りキーであって、該滑りキーが金属成形体と熱可塑性ポリイミド樹脂またはポリエーテルケトン系樹脂を主成分とする樹脂体とから形成されており、該樹脂体が該金属成形体に設けた溝および／または貫通孔に射出成形で充填された複合一体成形品であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の無段変速機は、外周部の円周方向に適宜間隔をおいて複数の溝部が形成され、この溝部のそれぞれに滑りキーを嵌合させた回転軸と一体回転する固定プーリーと、上記滑りキーが受容される円周方向の幅を有し軸方向へ延びる溝部を上記回転軸の外周部の溝部に対応させて間隔をおいて内周部に複数形成したスライド筒を備えた可動プーリーとを有し、上記滑りキーが、上述の滑りキーであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の滑りキーは、金属成形体と樹脂体との一体成形品とすることにより、高温、高負荷で摺動する使用環境下においても作動不良や作動不能を生じることがない。また、特に樹脂体を射出成形可能な樹脂組成物とすることにより、複雑な形状、構造でも容易に形成することができる。このため、従来のボールスプラインに比べ小型軽量化、低コスト化が可能となる。
【００１１】
本発明の無段変速機は、上述の滑りキーを用いるので、簡易な構造で、無潤滑雰囲気で滑らかな作動性能を有する無段変速機が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の滑りキーを図１および図２により説明する。図１および図２において、（ａ）図は滑りキー全体の、（ｂ）図は金属成形体の斜視図をそれぞれ示す。
滑りキー１は、金属成形体２と樹脂体３とからなっており、その樹脂体３は金属成形体２と一体成形によって形成されている。
滑りキー１の形状は、後述する図３に示す、回転軸の段部４ａの外周に形成された溝部４ｂに嵌合でき、軸方向負荷に対しずれない形状であればよい。また、溝部４ｂに嵌合する部位が金属成形体２となり、スライド筒８ａの内周溝部と摺動する部位が樹脂体３となる形状であることが好ましい。嵌合部位を金属成形体２とすることにより、滑りキー１の嵌合力を向上させ、摺動部位を樹脂体３とすることにより、スライド筒８ａと回転軸４との摺動性が向上する。
【００１３】
金属成形体２は、機械加工品、鍛造品、ロストワックス品、焼結金属品、メタルインジェクション品などを用いることができる。これらの中でも強度信頼性、コスト等の理由で、ロストワックス品が好ましい。また、表面の錆を防ぐためにメッキなどの表面処理をすることができる。
【００１４】
金属成形体２の形状は、一体成形した際に樹脂体３と金属成形体２とが無段変速機作動中に分離できない形状であることが好ましい。具体的には、例えば図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、金属成形体２に溝２ａや貫通孔２ｂを設ける。この溝２ａおよび貫通孔２ｂにより、一体成形の際に樹脂体３がこの溝２ａおよび貫通孔２ｂに充填されて樹脂組成物と金属との複合体になるので、本発明の滑りキー１は接着剤などを用いることなく強固な一体成形品となる。また、金属成形体２の嵌合部のエッヂ１１を曲面にすることで、樹脂を流れやすくさせている。
【００１５】
樹脂体３を形成する樹脂組成物は、金属成形体２と一体成形できる樹脂組成物であれば使用でき、その成形方法も射出成形、圧縮成形、トランスファ成形などを用いることができる。これらの中で射出成形できる樹脂組成物が好ましい。金属成形体２が複雑な形状であっても容易に一体成形できるためである。
射出成形できる樹脂成分としては、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂およびポリエーテルケトン樹脂などのポリエーテルケトン系樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂等を例示することができる。これらは、単独でも 2種以上の樹脂からなるポリマーアロイやポリマーブレンドであっても使用することができる。
これらの中でも機械的強度および摺動性に優れた滑りキーを得ることができる熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂を主成分とする樹脂が好ましい。
【００１６】
熱可塑性ポリイミド樹脂は、化１に示すように、分子構造の繰り返し単位中に、熱的特性、機械的強度等に優れたイミド基が芳香族基を取り囲みながらも、熱などのエネルギーが加えられることにより適度な溶融特性を示すエーテル結合部分を複数個有する構造のイミド系樹脂がよく、機械的特性、剛性、耐熱性、射出成形性を満足させるため、エーテル結合部を繰り返し単位中に 2個有する熱可塑性ポリイミド樹脂が好ましい。
【００１７】
【化１】
0004434337.tif 000002
（式中、Ｘは直結または炭素数 1〜 10 の炭化水素基、六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル基、チオ基およびスルホン基からなる群より選ばれた基を表わし、Ｒ1〜Ｒ4は水素、低級アルキル基（好ましくは炭素数 1〜5 ）、低級アルコキシ基（好ましくは炭素数 1〜5 ）、塩素または臭素を表わし、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｙは炭素数 2以上の脂肪族基、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮合多環式芳香族基、芳香族基が直接または架橋基により相互に連結された非縮合多環式芳香族基からなる群から選ばれた 4価の基を表わす。）
このような熱可塑性ポリイミド樹脂としては化１におけるＲ1〜Ｒ4が全て水素である三井東圧化学社製の商品名オーラム（ＡＵＲＵＭ）などを挙げることができる。
【００１８】
ポリエーテルケトン系樹脂は、下記化２で示される繰り返し単位を有する樹脂、またはこのような繰り返し単位とともに下記化３で示される繰り返し単位をポリエーテルケトン系樹脂本来の特性が失われない程度に共存させている樹脂をいう。
【００１９】
【化２】
0004434337.tif 000003
【００２０】
【化３】
0004434337.tif 000004
【００２１】
このようなポリエーテルケトン系樹脂の市販品としては、ＰＥＥＫ１５０Ｐ（ビクトレックス（ＶＩＣＴＲＥＸ）社、商品名）、ＰＥＫ２２０Ｇ（ＩＣＩ社、商品名）、ＵｌｔｒａｐｅｋＡ２０００（ＢＡＳＦ社、商品名）等が挙げられる。
【００２２】
樹脂体３を構成する樹脂組成物には、テトラフルオロエチレン樹脂、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、フッ化黒鉛、窒化ホウ素、窒化ケイ素などの固体潤滑剤、ガラス繊維、カーボン繊維、ウィスカ類などの補強材、炭酸カルシウム、クレー、マイカなどの各種充填材等を配合することができる。
【００２３】
本発明に係る射出成形方法は、金属成形体２が配置された金型内に樹脂組成物を射出充填して得られる。金属成形体２の形状によっては、ゲートの数を複数にしてもよく、 1点ゲート方式あるいは多点ゲート方式を採用することができる。例えば、図１に示す滑りキーは、ゲート跡１２が 2個残る 2点ゲート方式を用いることが好ましく、図２に示す滑りキーは、 1点ゲート方式であっても一体成形することができる。
【００２４】
本発明の無段変速機は、上述の滑りキーを使用することを特徴としている。滑りキーの使用状態を図３に示す。図３は滑りキーを嵌合させた回転軸を示す図であり、図３（ａ）は回転軸の段部４ａの斜視図を、図３（ｂ）は滑りキーを嵌合させたときの断面図をそれぞれ示す。
図３（ａ）において、回転軸の外周に形成された段部４ａ内には、その外周に長手方向に長孔状に凹んで溝部４ｂが形成されている。溝部４ｂは少なくとも 1箇所、好ましくは円周方向等間隔に数箇所形成することが好ましい。この溝部４ｂに滑りキー１が嵌合され、スライド筒を摺動可能に係合している（図３（ｂ））。
なお、本発明の無段変速機は、滑りキーを除いた他の構成要素は、図４に示す従来の構成要素とすることができる。
【００２５】
【実施例】
実施例１〜実施例４および比較例１〜比較例２
樹脂組成物として、熱可塑性ポリイミド樹脂組成物（ベアリーＰＩ５０１０：ＮＴＮ精密樹脂製商品名）およびポリエーテルケトン系樹脂組成物（ベアリーＰＫ５９００：ＮＴＮ精密樹脂製商品名）を、金属成形体として、機械加工品の表面にメッキ処理した図１（ｂ）および図２（ｂ）に示す形状のものをそれぞれ準備した。
金型のキャビティ内に金属成形体を配置し、射出成形条件（熱可塑性ポリイミド樹脂組成物：圧力； 255MPa 、温度； 410℃、ポリエーテルケトン系樹脂組成物：圧力； 255MPa 、温度； 380℃）で射出成形して、図１（ａ）および図２（ａ）に示す形状の金属成形体と樹脂体との複合一体成形品である滑りキーを得た。
なお、図３に示すように、この樹脂製滑りキーは軸４ａに設けられた長円形の溝４ｂにはめ込むため軸方向両端をその溝４ｂと同形状にし、軸方向負荷に対しずれないように設定した。
【００２６】
得られた滑りキーの評価を繰り返し剪断疲労試験および摩擦試験による摩擦係数測定により行った。
繰り返し剪断疲労試験を図６を用いて説明する。図６は繰り返し剪断疲労試験機を示す。
軸１３に形成された圧入溝に滑りキー１の嵌合部１０を圧入固定し、相手溝が形成されたハウジング１４に滑りキー１の樹脂体３を嵌合すると同時に軸１３の外周とハウジング１４の内周とを嵌合させる。ハウジング１４に油圧加振機１５および一定荷重に制御するためのロードセル１６を取り付け、軸の中心軸１３ａを中心に揺動運動させることにより滑りキー１に繰り返し疲労をあたえる。このときの試験条件は雰囲気温度 120℃、加振速度 10 Hz、負荷トルク 50 N・m で行い滑りキー１の変形量が O.1 mm になるまで試験を行った。
【００２７】
摩擦試験を図７を用いて説明する。図７は摩擦試験機を示す。
図示していないエアーシリンダによって荷重Ｌを受ける台座１７に滑りキー１の樹脂体３を下にして固定する。滑りキー１の相手材１８には、Ｓ４５Ｃにニッケル−リンメッキ処理した板材を用い、この相手材１８を有するテーブル１９に駆動装置２０、および摺動抵抗を測定するロードセル１６を取り付け、テーブル１９をストローク 30mm にて往復動Ｓをさせる。具体的な試験条件は、雰囲気温度 120℃、負荷加重 47 MPa 、往復速度 1.4mm/secである。
【００２８】
評価結果を表１に示す。なお、比較例１および比較例２は、熱可塑性ポリイミド樹脂組成物単体およびポリエーテルケトン系樹脂組成物単体を用いる以外は、実施例１と同一方法で得られた滑りキーを評価した結果である。
【００２９】
【表１】
0004434337.tif 000005
【００３０】
表１に示すように、実施例１〜実施例４の滑りキーは、樹脂組成物単体の滑りキーに比較して、 3倍以上の繰り返し剪断疲労特性を示し、かつ摩擦係数は同等であった。
【００３１】
また、実施例１および実施例３の滑りキーを用いて、図４に示す無段変速機を組み立てたところ、温度約 120℃、荷重約 250kgf 、摺動速度 1.4mm/secの使用環境下において、焼き付きや破壊を生じることがなかった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の滑りキーは、金属成形体と樹脂体との複合一体成形品であるので、高温、高負荷の使用環境下において使用されても、焼き付きや破壊を生じることがない。
【００３３】
また、樹脂体が射出成形可能な樹脂組成物からなるので、複雑な形状の金属成形体と容易に複合一体成形することができる。その結果、機械的特性に優れ、かつ低コストな滑りキーが得られる。
【００３４】
本発明の無段変速機は、上述の滑りキーを用いるので、簡易な構造が可能となり、小型軽量で低コストの無段変速機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】滑りキーの一例を示す図である。
【図２】滑りキーの他の例を示す図である。
【図３】滑りキーを嵌合させた回転軸を示す図である。
【図４】プーリー構造の軸方向半断面図である。
【図５】回転軸要部の分解斜視図である。
【図６】繰り返し剪断疲労試験機を示す図である。
【図７】摩擦試験機を示す図である。
【符号の説明】
１    滑りキー
２    金属成形体
３    樹脂体
４    回転軸
５    軸受
６    変速機本体
７    固定プーリー
８    可動プーリー
９    Ｖベルト
１０  嵌合部
１１  嵌合部のエッヂ
１２  ゲート跡
【図１】
0004434337.tif 000006
【図２】
0004434337.tif 000007
【図３】
0004434337.tif 000008
【図４】
0004434337.tif 000009
【図５】
0004434337.tif 000010
【図６】
0004434337.tif 000011
【図７】
0004434337.tif 000012