(57)【要約】【課題】チャタリングと呼ばれる異常音の発生を抑えることができ、また発熱や早期摩耗を防止できる摩擦板を提供する。【解決手段】リミテッドスリップデファレンシャル装置の摩擦クラッチ機構Ｓに用いられる摩擦板である。側面２６ａに、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内である。Ｓｋ値が−１．６以下である。これにより、摩擦板２６が高い油膜形成能力を奏し、チャタリングと呼ばれる異常音の発生を抑えることができる。【選択図】図１
2007182975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リミテッドスリップデファレンシャル装置の摩擦クラッチ機構に用いられる摩擦板において、摩擦板側面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とする摩擦板。
【請求項２】
リミテッドスリップデファレンシャル装置の摩擦クラッチ機構に用いられる摩擦板において、摩擦板側面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみの平均面積が３０μｍ２≦平均面積≦１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内であることを特徴とする摩擦板。
【請求項３】
リミテッドスリップデファレンシャル装置の摩擦クラッチ機構に用いられる摩擦板において、摩擦板側面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５％≦面積率≦２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内であることを特徴とする摩擦板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リミテッドスリップデファレンシャル装置の摩擦クラッチ機構に用いられる摩擦板に関する。
【背景技術】
【０００２】
リミテッドスリップデファレンシャル装置は、ノンスリップデフとも呼ばれる。駆動輪がグリップを失うとディファレンシャルギアの働きによりタイヤの空転が発生する。この現象を防ぐため、左右の駆動輪に回転速度の違いを制限したり、ロックしたりする機能をデフという。回転速度の差動を発生させるのにギアやクラッチを使うトルク感応式ＬＳＤ、回転差を利用する回転数感応式ＬＳＤがある。
【０００３】
すなわち、摩擦式のリミテッドスリップデファレンシャル装置は、ケース内に収納される一対のサイドギアと、このサイドギア間に配設されてサイドギアに噛合するピニオンギアとを備え、ケースとサイドギアとの間に、摩擦クラッチ機構が介装されている。
【０００４】
そして、摩擦クラッチ機構がプレッシャリングで押圧されることで、サイドギアの差動を制限するものである。このため、摩擦板から構成される摩擦クラッチ機構では、作用時にチャタリングと呼ばれる異常音が発生したり、摩擦板の発熱、摩耗粉の発生、摩擦板の早期摩耗による初期性能の低下等のデメリットがある。
【０００５】
そこで、従来には、チャタリング対策として、摩擦板に潤滑油を保持させることが考えられ、このような潤滑油に関するものがある（特許文献１）。また、オイル溜まり空間における摩耗粉の持ち運びを行い、摩耗板に対する冷却作用を確保し、オイルの潤滑作用を確保できるようにしたリミテッドスリップデファレンシャル装置のオイル潤滑装置も提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平６−３３００６９号公報
【特許文献２】特開２０００−２８３２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載の潤滑油を使用したとしても、どのような摩擦板の表面性状のものに使用するかの記載はなく、表面における油膜形成能力の向上を図ることができない。すなわち、摩擦板の表面において油膜形成能力が小さければ、チャタリングの発生を抑えることができるものではない。また、前記特許文献２は、オイル潤滑装置であって、摩擦板の表面性状についての開示がない。
【０００７】
本発明の課題は、チャタリングと呼ばれる異常音の発生を抑えることができ、また発熱や早期摩耗を防止できる摩擦板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の摩擦板は、リミテッドスリップデファレンシャル装置の摩擦クラッチ機構に用いられる摩擦板において、摩擦板側面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とする。
【０００９】
パラメータＲｙniとは、基準長毎最大高さの平均値すなわち、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ISO 4287:1997）。
【００１０】
また、パラメータＳｋとは、粗さ曲線の歪み度（スキューネス）を指し（ISO 4287:1997）、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量である。ガウス分布のような対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる。
【００１１】
上記のように、本発明の摩擦板では、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内に規定することで、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能となり、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、側面のＳｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、表面損傷を極力抑える効果が発揮される。
【００１２】
また、本発明の他の摩擦板は、リミテッドスリップデファレンシャル装置の摩擦クラッチ機構に用いられる摩擦板において、摩擦板側面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみの平均面積が３０μｍ２≦平均面積≦１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１３】
上記のように、本発明の他の摩擦板では、側面のくぼみの平均面積を３０μｍ２≦平均面積≦１００μｍ２の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の別の摩擦板は、リミテッドスリップデファレンシャル装置の摩擦クラッチ機構に用いられる摩擦板において、摩擦板側面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５％≦面積率≦２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１５】
上記のように、本発明の別の摩擦板では、側面のくぼみを設けた面におけるくぼみの面積率を５％≦面積率≦２０％の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によると、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設けることによって、摺動面が微小凹面となって油膜が形成しやすくなる。しかもこのくぼみが油溜まりとなるため、すべり面の油膜形成が確実に行える。すなわち、側面に形成された微小凹形状のくぼみが油膜を保持することで、チャタリングと呼ばれる異常音の発生を抑えることができ、また発熱や早期摩耗を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は第１実施形態の摩擦板を使用したリミテッドスリップデファレンシャル装置を示し、図２はその要部分解斜視図である。リミテッドスリップデファレンシャル装置は、デファレンシャルケース（デフケース）１と、このデフケース１に収納される一対のサイドギア２ａ、２ｂと、このサイドギア２ａ、２ｂ間に配設されてサイドギア２ａ、２ｂに噛合するピニオンギア３と、このピニオンギア３を支持するピニオンシャフト４を備え、サイドギア２ａ、２ｂとピニオンギア３の外周側にプレッシャプレート５ａ、５ｂが配置されている。
【００１９】
デフケース１は、第１ケース１ａと第２ケース１ｂとからなる。すなわち、第１ケース１ａは、車軸（図示省略）が挿入される筒部６と、この筒部６の外周に配設されるフランジ部７とからなり、第２ケース１ｂは、底壁８に車軸（図示省略）が挿入される筒部９を有する筒状の本体部２０と、本体部２０の開口端に設けられるフランジ部２１とからなる。そして、第１ケース１ａのフランジ部７と第２ケース１ｂのフランジ部２１とが重ね合わされてボルト２２にてこれらが連結される。
【００２０】
そして、第１ケース１ａのフランジ部７とプレッシャプレート５ａとの間、第１ケース１ｂとプレッシャプレート５ｂとの間に夫々摩擦クラッチ機構Ｓ、Ｓが配設されている。クラッチ機構Ｓは、クラッチプレート２５とクラッチディスク（摩擦板）２６とからなる。このため、摩擦クラッチ機構Ｓは、前記プレッシャプレート５ａ、５ｂにてそれぞれフランジ部７、２１側に押圧されることによって、摩擦力を発生させ、デフの差動を制限する。
【００２１】
このため、クラッチプレート２５とクラッチディスク（摩擦板）２６とが滑り接触することになる。そこで、摩擦板２６の側面（クラッチプレート対向面）２６ａに、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下に設定する。
【００２２】
また、前記くぼみの平均面積が３０μｍ２≦平均面積≦１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内とする。
【００２３】
さらに、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５％≦面積率≦２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内とする。
【００２４】
なお、前記のような微小凹面を得るための表面加工処理としては、特殊なバレル研磨によると所望の仕上げ面を得ることができるが、これに限らず、例えばショット等を用いてもよい。
【００２５】
上記のように、本発明では、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内に規定することで、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能となり、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、接触部のＳｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、表面損傷を極力抑える効果が発揮される。
【００２６】
また、摩擦板２６の側面２６ａのくぼみの平均面積を３０μｍ２≦平均面積≦１００μｍ２の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００２７】
さらに、摩擦板２６の側面２６ａのくぼみを設けた面におけるくぼみの面積率を５％≦面積率≦２０％の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４μｍ≦Ｒｙmax≦１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００２８】
従って、本発明の摩擦板は、側面に形成された微小凹形状のくぼみが油膜を保持することで、チャタリングと呼ばれる異常音の発生を抑えることができ、また発熱や早期摩耗を防止できる。
【００２９】
なお、前記実施形態では、摩擦板２６の側面２６ａを本発明の表面形状を満たすように表面処理を施したが、摩擦板２６に対向するクラッチプレート２５の側面にも本発明の表面形状を満たすように表面処理を施すようにしてもよい。
【実施例１】
【００３０】
本発明の有用性を示すために、転がり軸受の寿命評価と、歯車の寿命評価を行なった。転がり軸受の転動体（ころ）は軌道面と滑りを伴う接触をし、歯車の歯面は相手側の歯面と転がり接触及び滑り接触をし、その接触はクラッチプレートとクラッチディスク（摩擦板）の接触状態に準じた形態となる。従ってクラッチプレートとクラッチディスク（摩擦板）の評価は、転がり軸受と歯車の評価で可能であると考えられる。以下に、パラメータＲｙni、Ｒｙmax、Ｓｋ、Ｒｑniの測定方法、条件の一例を示す。これらのパラメータで表される表面性状を測定する場合、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
パラメータ算出規格：JIS B 0601:1994（サーフコム  JIS 1994）
カットオフ種別：ガウシアン
測定長さ：５λ
カットオフ波長：０．２５ｍｍ
測定倍率：×１００００
測定速度：０．３０ｍｍ／ｓ
測定箇所：対象物中央部
測定数：２
測定装置：面粗さ測定器サーフコム１４００Ａ（東京精密株式会社）
【００３１】
また、くぼみの定量的測定を行うには、対象物表面を拡大し、その画像から市販されている画像解析システムにより定量化できる。さらには、特開２００１−１８３１２４に開示されている表面性状検査方法及び表面性状検査装置を用いれば、安定して精度良く測定することができる。この方法は、曲率を有する検査表面に光を照射して検査表面をカメラで撮影し、このカメラで撮影された検査表面の画像の輝度を測定して、この測定された輝度の明部と暗部のコントラストで形成される明暗パターンにより、検査表面の表面性状を検査する表面性状検査方法であって、光をカメラの光軸方向に合致させて照射し、測定される画像の輝度分布がピーク値を示す位置を、カメラの光軸上に一致させるように、検査表面を位置決めすることにより、検査表面の曲率に起因するシェーディング（輝度分布）を抑制するものである。また、光をカメラの光軸方向に合致させて照射し、測定される画像の輝度分布について、この輝度分布がピーク値を示す位置に相当する検査表面の部位を原点とし、曲率の対称軸を一つの軸とする直交二次元座標で、直交する各座標軸に沿う一次元の輝度分布をそれぞれ近似関数で近似し、これらの近似関数を用いて、画像の輝度分布を除去するように、輝度分布のピーク値を基準値として、座標各位置に相当する測定された画像の輝度を補正し、この補正された輝度の明暗パターンにより検査表面の表面性状を検査することにより、シェーディングのない明暗パターンで表面性状を検査することができる。測定条件はたとえば次のとおりである。また、くぼみの面積率、平均面積を測定する場合、上記のパラメータと同様に、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、二ヶ所を測定するとよい。
面積率：観察視野範囲で２値化閾値（（明部の輝度＋暗部の輝度）／２）よりも小さい画素（黒）の占める割合
平均面積：黒の面積の合計／総数
観察視野：８２６μｍ×６２０μｍ
測定箇所：対象物中央部
測定数：２
【００３２】
図３は供試転がり軸受の一例を示しており、この転がり軸受１０は転動体として針状ころ１２を外輪１３に組み込んだ針状ころ軸受であり、針状ころ１２で相手軸１４を支持するようになっている。針状ころ表面に、仕上面の異なる表面処理を施した複数種類の針状ころ軸受を製作し、寿命試験を行なった結果について説明する。寿命試験に用いた針状ころ軸受は、図４に示すように、外径Ｄｒ＝３３ｍｍ、内径ｄｒ＝２５ｍｍ、針状ころ１２の直径Ｄ１＝４ｍｍ、長さＬ＝２５．８ｍｍで、１５本の針状ころを用いた保持器１５付きの軸受である。試験軸受として針状ころの表面粗さ仕上の異なる３種類を製作した。すなわち、研削後スーパーフィニッシュを施した軸受Ａ（比較例）と、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成した軸受Ｂ（比較例）、軸受Ｃ（参考例）、軸受Ｄ（参考例）とである。各試験軸受の針状ころにおける仕上面状況を図５〜図７に示す。具体的には、図５は軸受Ａの表面粗さ、図６は軸受Ｂの表面粗さ、図７は軸受Ｃ及び軸受Ｄの表面粗さをそれぞれ示す。また、各試験軸受の表面仕上面の特性値パラメータ一覧を表１に示す。なお、軸方向面粗さＲｑni（Ｌ）と同方向面粗さＲｑni（Ｃ）の比Ｒｑni（Ｌ／Ｃ）については、軸受Ｂ、Ｃ及びＤは１．５以下であり、軸受Ａは１．０前後の値である。また、結晶粒度の測定は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行なった。
【００３３】
【表１】
2007182975.tif 000003
【００３４】
使用した試験装置は図８に概略図で示したようなラジアル荷重試験機１６で、回転軸１７の両側に試験軸受１０を取り付け、回転と荷重を与えて試験を行なうものである。試験に用いたインナレース（相手軸）の仕上は研磨仕上のＲa０．１０〜０．１６μｍである。アウタレース（外輪）も共通である。試験条件は以下のとおりである。
軸受ラジアル荷重：２０００ｋｇｆ
回転数：４０００ｒｐｍ
潤滑剤：クリセクオイルＨ８（試験条件で２ｃｓｔ）
【００３５】
図９に油膜パラメータΛ＝０．１３の下での寿命試験結果を示す。同図の縦軸が寿命時間（ｈ）を表している。同図に示すように、軸受Ａが７８ｈ、軸受Ｂが８２ｈであったのに対して軸受Ｃは１０５ｈ、軸受Ｄは１２１ｈであった。このデータから明らかなように、針状ころ表面が本発明に係る表面形状を満たすように表面処理された軸受Ｃ及びＤは、油膜パラメータΛ＝０．１３という低粘度、希薄の非常に過酷な潤滑条件下でも長寿命効果を得ることができる。従って、摩擦板２６の側面２６ａを上記数値範囲に設定した本発明に係る摩擦板２６は、高い長寿命効果を得ることができる。
【実施例２】
【００３６】
次に、図１０に示す平歯車疲労試験機を使用して歯車のピッチング試験を実施し、ピッチング強度を評価した。図１０において、ドライブ側歯車３１（歯数２９枚）とドリブン側歯車３２（歯数３０枚）は各々の回転軸３３、３４の片側に取付けられており、ドライブ側の軸３３が図示しないモータにより駆動されている。また、ドライブ側の軸３３に取付けてある負荷レバー３５及び重錘３６によりトルクを負荷する構造となっている。ドライブ側歯車３１は、本発明に係る表面処理の有無で２種類を用意した。試験条件等の詳細は、表２のとおりである。
【００３７】
【表２】
2007182975.tif 000004
【００３８】
歯車ピッチング試験のデータを表３、表４及び表５に示す。表３はドライブ側及びドリブン側の何れの歯車にも表面処理を施していない場合（ａ）の結果（比較例）を示し、表４はドライブ側歯車の歯面に、本発明に係る表面性状を満たすように表面処理を施したものを使用した場合（ｂ）の結果（実施例）を示し、表５はドライブ側歯車及びドリブン側歯車の歯面に、本発明に係る表面性状を満たすように表面処理を施したものを使用した場合（ｃ）の結果（実施例）をそれぞれ示す。これらより、ピッチング寿命が、（ａ）の場合に比べ、（ｂ）の場合では２倍以上向上し、（ｃ）の場合では３倍以上向上していることが確認できる。
【００３９】
【表３】
2007182975.tif 000005
【００４０】
【表４】
2007182975.tif 000006
【００４１】
【表５】
2007182975.tif 000007
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の摩擦板の使用したリミテッドスリップデファレンシャル装置の断面図である。
【図２】リミテッドスリップデファレンシャル装置の分解斜視図である。
【図３】針状ころ軸受の断面図である。
【図４】寿命試験に用いた針状ころ軸受の断面図である。
【図５】試験軸受Ａにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図６】試験軸受Ｂにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図７】試験軸受Ｃ及びＤにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図８】試験装置の部分断面図である。
【図９】寿命試験結果を示すグラフである。
【図１０】平歯車試験機の部分斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
２６ａ  側面
Ｓ    摩擦クラッチ機構
【図１】
2007182975.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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