ФРИКЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЗАЦЕПЛЕНИЯ, СУХАЯ МУФТА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФРИКЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА ЗАЦЕПЛЕНИЯ
FRICTION ENGAGEMENT ELEMENT, DRY COUPLING AND METHOD OF PRODUCING OF FRICTION ENGAGEMENT ELEMENT

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к фрикционному элементу зацепления, к сухой муфте, включающей в себя фрикционный элемент зацепления, и к способу изготовления фрикционного элемента зацепления.
Уровень техники
[0002] Устройства, выполненные с возможностью передавать двигательную силу (крутящий момент) посредством зацепления фрикционного элемента зацепления, широко используются в различных областях техники, включающих в себя транспортировочные машины, такие как автомобили и производственные станки. Примеры таких устройств, используемых в автомобильной области техники, включают в себя муфты изменения режима приведения в движение для использования в устройствах передачи движущей силы гибридных электромобилей, пусковые муфты транспортных средств с использованием только одного из двигателя или электромотора в качестве источника приведения в движение для движения, тормозные устройства транспортных средств и т.п. Патентный документ 1 раскрывает фрикционный элемент для использования в качестве тормозной колодки автомобиля.
Список библиографических ссылок
Патентные документы
[0003] Патентный документ 1. Публикация заявки на патент (Япония) номер S62-142630
Сущность изобретения
Техническая задача
[0004] Между тем, эти устройства, выполненные с возможностью передавать двигательную силу посредством зацепления фрикционного элемента зацепления, иногда сталкиваются с таким явлением, при котором передача двигательной силы становится нестабильной, и передаваемый крутящий момент значительно колеблется, когда число оборотов и крутящий момент находятся в определенных диапазонах. Возникновение этого явления или флуктуации передаваемого крутящего момента сокращает ресурс фрикционного элемента и формирует шумы из элементов на тракте передачи двигательной силы.
[0005] Настоящее изобретение осуществлено для того, чтобы разрешать вышеуказанную проблему, и его цель заключается в том, чтобы повышать стабильность крутящего момента, передаваемого через фрикционный элемент зацепления.
Решение задачи
[0006] Один аспект настоящего изобретения предоставляет фрикционный элемент зацепления, включающий в себя: фрикционный элемент, состоящий главным образом из смолы; и металлический элемент, имеющий поверхность скольжения, скользящую на фрикционном элементе. Фрикционный элемент включает в себя состаренный слой, сформированный в крайнем внешнем слое, и упрочненный слой, сформированный с примыканием к внутренней стороне состаренного слоя в направлении толщины фрикционного элемента. Кроме того, поверхность скольжения металлического элемента имеет множество пазов и перенесенную пленку состаренного слоя фрикционного элемента, перенесенного и прилипшего к внутренней части пазов через скольжение между фрикционным элементом и металлическим элементом.
Преимущества изобретения
[0007] Согласно вышеуказанному фрикционному элементу зацепления, перенесенная пленка состаренного слоя формируется на поверхности скольжения металлического элемента, и перенесенная пленка и фрикционный элемент входят во фрикционный контакт друг с другом. Таким образом, может повышаться стабильность крутящего момента, передаваемого через фрикционный элемент зацепления.
Краткое описание чертежей
[0008] Фиг. 1 является видом в поперечном сечении, показывающим основные компоненты устройства гибридной передачи движущей силы, к которому применяется фрикционный элемент зацепления согласно каждому из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 является укрупненным видом в поперечном сечении секции II на фиг. 1.
Фиг. 3 является набором видов, показывающих процессы, через которые перенесенная пленка формируется на поверхности скольжения в каждом из фрикционных элементов зацепления согласно первому и второму вариантам осуществления, при этом часть (a) показывает состояние, в котором фрикционный элемент зацепления никогда не использовался, часть (b) показывает состояние, в котором фрикционный элемент зацепления зацепляется в первый раз, и часть (c) показывает состояние, в котором перенесенная пленка формируется на поверхности скольжения после начала использования.
Фиг. 4 является графиком, показывающим характеристики передачи крутящего момента фрикционного элемента зацепления согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 является видом, показывающим ведомый диск фрикционного элемента зацепления согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 является набором для укрупненного вида, показывающего секцию VI на фиг. 5, при этом части (a) и (b) показывают состояние, в котором фрикционный элемент зацепления никогда не использовался, а части (c) и (d) показывают состояние, в котором перенесенная пленка формируется на поверхности скольжения после начала использования, причем часть (b) является видом в поперечном сечении вдоль линии VIB-VIB в части (a), а часть (d) является видом в поперечном сечении вдоль линии VID-VID в части (c).
Фиг. 7 является графиком, показывающим характеристики передачи крутящего момента фрикционного элемента зацепления согласно третьему варианту осуществления.
Фиг. 8 является видом, показывающим ведомый диск фрикционного элемента зацепления согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9 является набором укрупненных видов, показывающих секцию IX на фиг. 8, при этом части (a) и (b) показывают состояние, в котором фрикционный элемент зацепления никогда не использовался, а части (c) и (d) показывают состояние, в котором перенесенные пленки формируются на поверхности скольжения после начала использования, причем часть (b) является видом в поперечном сечении вдоль линии IXB-IXB в части (a), а часть (d) является видом в поперечном сечении вдоль линии IXD-IXD в части (c).
Фиг. 10 является графиком, показывающим характеристики передачи крутящего момента фрикционного элемента зацепления согласно четвертому варианту осуществления.
Подробное описание вариантов осуществления
[0009] Далее поясняются варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что идентичные компоненты при иллюстрации чертежей обозначаются посредством идентичных ссылок с номерами, и их перекрывающееся пояснение опускается. Кроме того, соотношения размеров на чертежах могут быть чрезмерно увеличены для цели пояснения и отличаться от фактических соотношений размеров.
[0010] Первый вариант осуществления
Ниже поясняется пример, в котором фрикционный элемент зацепления согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения применяется к устройству S гибридной передачи движущей силы, со ссылкой на фиг. 1-3.
[0011] Как показано на фиг. 1, устройство S гибридной передачи движущей силы включает в себя: вал 1 ступицы муфты, соединенный с выходным валом двигателя (не показан) через амортизатор; вал 3 крышки муфты, расположенный коаксиально с валом 1 ступицы муфты и соединенный с входным валом (не показан) трансмиссии; ступицу 5 муфты, соединенную с валом 1 ступицы муфты; крышку 7 муфты, соединенную с валом 3 крышки муфты; нормально открытую сухую многодисковую муфту 9, предоставленную между ступицей 5 муфты и крышкой 7 муфты; второстепенный цилиндр 11, выполненный с возможностью управлять зацеплением и расцеплением муфты 9; и электромотор-генератор 13.
[0012] Муфта 9 включает в себя множество ведущих дисков 91 и множество ведомых дисков 93 (металлических элементов), которые размещаются попеременно в направлении по оси X вращения муфты 9. Каждый ведущий диск 91 садится на шлицах аксиально с возможностью перемещения на ступице 5 муфты. Каждый ведомый диск 93 садится на шлицах аксиально с возможностью перемещения в крышке 7 муфты.
[0013] Второстепенный цилиндр 11 представляет собой гидравлический актуатор и включает в себя стержень 11a, который может перемещаться в направлении по оси X вращения. Второстепенный цилиндр 11 выполнен с возможностью прикладывать прижимающую силу к муфте 9 в направлении по оси X вращения через этот стержень 11a и прижимную пластину 15, упруго поддерживаемую на крышке 7 муфты. Возвратная пружина 17 размещается между крышкой 7 муфты и фланцевым участком 11b, который предоставляется на базовой торцевой стороне стержня 11a.
[0014] Чтобы зацеплять муфту 9, гидравлическое давление, сформированное в трансмиссии, подается во второстепенный цилиндр 11, чтобы перемещать стержень 11a к муфте 9 (в направлении вправо на фиг. 1) против поджимающей силы из возвратной пружины 17. Как результат, сила зацепления, которая является разностью между гидравлической силой и поджимающей силой, передается в муфту 9 через стержень 11a и прижимную пластину 15, так что ведущие диски 91 и ведомые диски 93 прижимаются друг к другу, и муфта 9 зацепляется.
[0015] Чтобы расцеплять муфту 9, гидравлическое давление, которое подается во второстепенный цилиндр 11, сбрасывается, так что стержень 11a перемещается в направлении от муфты 9 (в направлении влево на фиг. 1) посредством поджимающей силы из возвратной пружины 17. Как результат, сила зацепления, которая передана в муфту 9 через стержень 11a и прижимную пластину 15, ослабляется, и муфта 9 расцепляется.
[0016] Электромотор-генератор 13 представляет собой синхронный электромотор переменного тока и включает в себя опорную раму 13a ротора, которая формируется неразъемно с крышкой 7 муфты, и ротор 13b электромотора, который поддерживается и крепится к опорной раме 13a ротора и в который встраиваются постоянные магниты. Электромотор-генератор 13 дополнительно включает в себя статор 13d электромотора, который располагается на внешней стороне ротора 13b электромотора с воздушным зазором 13c между ними, и обмотки 13e статора, которые наматываются вокруг статора 13d электромотора.
[0017] Когда муфта 9 расцепляется, устройство S гибридной передачи движущей силы переключается в "режим приведения в движение как электромобиля", в котором электромотор-генератор 13 и входной вал трансмиссии соединяются друг с другом через крышку 7 муфты и вал 3 крышки муфты. Когда муфта 9 после этого зацепляется, устройство S гибридной передачи движущей силы переключается в "режим приведения в движение как гибридного транспортного средства", в котором электромотор-генератор 13 и двигатель соединяются друг с другом через ступицу 5 муфты и вал 1 ступицы муфты, которые соединяются с крышкой 7 муфты через эту муфту 9. В общем, муфта 9 дает возможность изменения режима приведения в движение гибридного электромобиля посредством разъединения или соединения для передачи движущей силы из двигателя.
[0018] Фрикционный элемент зацепления
Как показано на фиг. 1, каждый ведущий диск 91 включает в себя пружинящий диск 91a и фрикционные элементы 91b, прикрепленные к противоположным поверхностям пружинящего диска 91a. Внутренние шлицы 91c предоставляются на внутренней периферии пружинящего диска 91a, причем внутренние шлицы 91c выполнены с возможностью садиться на внешних шлицах 5a, предоставленных на внешней периферийной поверхности ступицы 5 муфты.
[0019] Каждый ведомый диск 93 представляет собой металлическую круглую пластину. Внешние шлицы 93a предоставляются на внешней периферии ведомого диска 93, причем внешние шлицы 93a выполнены с возможностью садиться на внутренних шлицах 7a, предоставленных на внутренней периферийной поверхности крышки 7 муфты. Как показано на фиг. 2, поверхность 93b скольжения предоставляется на каждой из сторон ведомого диска 93, обращенных к фрикционным элементам 91b, причем поверхность 93b скольжения выполнена с возможностью скользить на фрикционном элементе 91b. В этом описании, поверхность 93b скольжения ведомого диска 93 и поверхность фрикционного элемента 91b, выполненного с возможностью скользить на поверхности 93b скольжения, также упоминаются как "поверхности трения".
[0020] Вышеуказанные фрикционные элементы 91b и вышеуказанные ведомые диски 93 с поверхностями 93b скольжения, скользящими на этих фрикционных элементах 91b, составляют фрикционный элемент зацепления.
[0021] Фрикционный элемент
Каждый фрикционный элемент 91b состоит главным образом из смолы. Например, фрикционный элемент 91b изготовлен из смолы на 70-90% по объему и из других материалов, таких как материал волокнистой подложки и резиновый материал.
[0022] В качестве смолы может использоваться термореактивная смола, такая как, например, фенольная смола, одна из различных модифицированных фенольных смол, меламиновая смола, эпоксидная смола или ненасыщенная полиэфирная смола. Фрикционный элемент 91b может содержать термопластическую смолу для регулирования своей пористости и т.п.
[0023] В качестве материала волокнистой подложки может использоваться волокно, которое выбирается надлежащим образом из неорганического волокна, такого как стекловолокно, керамическое волокно и каменная вата, металлического волокна, такого как медный провод и латунный провод, или органического волокна, такого как ароматическое полиамидное волокно, вискозное волокно и акрилонитрильное волокно. Материал волокнистой подложки имеет форму пучка волокон, пучка стекловолокон, ленточной структуры, жгута и т.п., и может использоваться корпус, изготовленный из вышеуказанного волокна, нити или штапельного волокна.
[0024] Резиновый материал не ограничен конкретным образом. Например, могут использоваться бутадиенакрилонитрильный каучук (NBR), стиролбутадиеновый каучук (SBR), изопреновый каучук (IR), бутадиеновый каучук (BR), этиленпропиленовый каучук (EPM), бутилкаучук, хлоропреновый каучук (CR), хлорсульфонированный полиэтилен (CSM), акриловый каучук (ACM), уретановый каучук (U), силиконовый каучук (Si), фторкаучук (FPM), полисульфидный каучук (T), полиэфиркаучук (POR) и т.п.
[0025] Как показано на фиг. 2, состаренный слой 91d формируется в крайнем внешнем слое фрикционного элемента 91b, т.е. в слое фрикционного элемента 91b, обращенном к поверхности 93b скольжения ведомого диска 93.
[0026] Обычно, "состаренный слой" означает карбонизированный слой, который постепенно растет во фрикционном элементе внутрь от своей поверхности трения в результате многократного ввода тепла при трении, вырабатываемого посредством трения между фрикционным элементом и его взаимодействующим элементом, во фрикционный элемент.
[0027] Состаренный слой 91d в этом варианте осуществления формируется посредством подвергания фрикционного элемента 91b нижеописанной обработке повторного нагрева и представляет собой слой, сформированный в крайнем внешнем слое на поверхности фрикционного элемента 91b, нагретого при обработке повторного нагрева. Он представляет собой карбонизированный слой, имеющий свойства, аналогичные свойствам упомянутого выше "состаренного слоя", и его толщина задается надлежащим образом в соответствии с профилем поверхности (включающим в себя шероховатость поверхности), поверхностными свойствами (включающими в себя твердость) и т.п. поверхности 93b скольжения ведомого диска 93 и задается равной, например, приблизительно нескольким десяткам мкм.
[0028] Упрочненный слой 91e формируется с примыканием к состаренному слою 91d на внутренней стороне состаренного слоя 91d в направлении толщины фрикционного элемента 91b. Упрочненный слой 91e представляет собой слой, сформированный между материалом подложки 91f и состаренным слоем 91d фрикционного элемента 91b посредством подвергания фрикционного элемента 91b обработке повторного нагрева. Он представляет собой обогащенный серой карбонизированный слой, имеющий более высокую твердость по сравнению с твердостью материала подложки 91f и состаренного слоя 91d. Толщина упрочненного слоя 91e составляет приблизительно 2-3 мкм (толщину тонкой пленки).
[0029] Способ изготовления фрикционного элемента 91b включает в себя такие этапы, как этап сплетения волокон, этап прилипания резины, этап формования и обжига, этап шлифовки и полировки и обработка повторного нагрева.
[0030] На этапе сплетения волокон на материал волокнистой подложки, который изготовлен, например, из стекловолокна, наносится термореактивная смола.
[0031] На этапе прилипания резины наполненная резина прилипает к материалу волокнистой подложки. Наполненная резина не ограничена конкретным образом и может представлять собой резиновый материал, упомянутый выше, содержащий такие агенты, как вулканизирующий агент, ускоритель вулканизации, вулканизирующая добавка и усилитель трения. В качестве вулканизирующего агента используется, например, сера, оксид цинка, оксид магния, перекись, динитробензол и т.п. В качестве ускорителя вулканизации используется, например, тиазоловый ускоритель, полиаминовый ускоритель, сульфонамидный ускоритель, дитиокарбаматный ускоритель, альдегидаминный ускоритель, гуанидинный ускоритель, тиомочевинный ускоритель, ксантогенатный ускоритель и т.п. В качестве вулканизирующей добавки используется, например, оксид металла, такой как цинковые белила, или жирная кислота, такая как стеариновая кислота или олеиновая кислота. В качестве усилителя трения используется, например, глина, тальк, сульфат бария, пыль из скорлупы ореха кешью, графит, сульфат свинца, трепел (кремнистый известняк) и т.п.
[0032] На этапе формования и обжига материал волокнистой подложки с наполненной резиной, прилипшей к нему, приобретает кольцевую круглую пластинчатую форму посредством прокатки материала волокнистой подложки, например, в спиральном рисунке или термоидном рисунке либо посредством аналогичного способа. Материал волокнистой подложки определенной формы затем помещается в матрицу и герметизируется и подвергается нагреву и формованию под давлением, например, при температуре приблизительно в 150-200°C. После этого, обработка нагрева выполняется приблизительно в течение 5 часов в атмосфере, например, при температуре в 200-250°C.
[0033] На этапе шлифовки и полировки формованный корпус, формованный в предварительно определенную форму на этапе формования и обжига, вырезается (шлифуется) и полируется во фрикционный элемент 91b, имеющий предварительно определенную форму конечного продукта.
[0034] В этом варианте осуществления, после этапа шлифовки и полировки фрикционный элемент 91b дополнительно подвергнут обработке повторного нагрева. Посредством этой обработки повторного нагрева, состаренный слой 91d формируется в крайнем внешнем слое фрикционного элемента 91b. Условия для повторного нагрева не ограничены конкретным образом и могут задаваться надлежащим образом в соответствии с используемыми компонентами смолы, а также требуемой толщиной и свойствами состаренного слоя 91d. Если фрикционный элемент 91b состоит главным образом из фенольной смолы, фрикционный элемент 91b нагревается, например, приблизительно в течение 3 часов при температуре, которая примерно на 30°C выше температуры этапа обжига, и при которой материал подложки и смола начинают термическую деградацию.
[0035] Следует отметить, что распределение по времени этапа шлифовки и полировки не ограничено вышеуказанным распределением по времени. Этап шлифовки и полировки может выполняться после обработки повторного нагрева при условии, что состаренный слой 91d, сформированный в крайнем внешнем слое, можно оставаться в нем.
[0036] Ведомый диск (металлический элемент)
Материал каждого ведомого диска 93 не ограничен конкретным образом и может выбираться надлежащим образом из материала на основе алюминия, материала на основе меди, стального материала и т.п. в соответствии с обязательными техническими требованиями. В качестве стального материала может использоваться углеродистая сталь, нержавеющая сталь, кремнистая сталь и т.п. Типичные примеры включают в себя S35C, S55C, SPC, SAPH370, SAPH440, и т.п., указываемые посредством Японских промышленных стандартов. Ведомый диск 93 может быть изготовлен посредством других способов, таких как листовая штамповка и спекание.
[0037] Поверхность 93b скольжения ведомого диска 93 подвергается приданию шероховатости поверхности практически по всей площади. Как результат, множество пазов 95 для поверхности 93b скольжения для того, чтобы удерживать перенесенную пленку 97 состаренного слоя 91d, формируется на поверхности 93b скольжения таким образом, что они распределены практически равномерно по всей площади. Как описано ниже, посредством скольжения между фрикционным элементом 91b и поверхностью 93b скольжения, множество пазов 95 отделяют состаренный слой 91d фрикционного элемента 91b, переносят его на поверхность 93b скольжения и удерживают перенесенную пленку 97. Перенесенная пленка 97, удерживаемая в пазе 95, заполняет либо все внутреннее пространство паза 95, либо часть внутреннего пространства паза 95 (например, закрывая отверстие паза 95 или жестко прилипая к дну паза 95).
[0038] Придание шероховатости поверхности выполняется таким образом, что глубина множества пазов 95 меньше толщины состаренного слоя 91d фрикционного элемента 91b в состоянии, в котором фрикционный элемент зацепления никогда не использовался. Здесь, если акцентировать внимание на пазах 95 и выступах, сформированных между ними, глубина каждого паза 95 является суммой наибольшего значения по высоте выступов и наибольшего значения по глубине паза 95 относительно средней линии их профиля. Толщина состаренного слоя 91d является шириной состаренного слоя 91d в направлении толщины фрикционного элемента 91b (соответствующему направлению оси X вращения в этом варианте осуществления) (глубиной состаренного слоя 91d в направлении, перпендикулярном поверхности трения фрикционного элемента 91b).
[0039] Процессы формирования перенесенной пленки
В состоянии, в котором фрикционный элемент зацепления никогда не использовался, т.е. в состоянии, в котором муфта 9, сформированная из этого фрикционного элемента зацепления, никогда не зацеплялась, перенесенная пленка 97 состаренного слоя 91d еще не сформирована на поверхности 93b скольжения ведомого диска 93, как показано в части (a) по фиг. 3. Часть (b) по фиг. 3 показывает состояние, в котором муфта 9, включающая в себя фрикционный элемент зацепления, зацепляется в первый раз. Часть (c) по фиг. 3 показывает состояние, в котором перенесенная пленка 97 формируется на поверхности 93b скольжения. Следует отметить, что часть (c) по фиг. 3 показывает состояние, в котором верхушки выступов, сформированных между смежными пазами 95, округлены посредством трения с помощью состаренного слоя 91d и упрочненного слоя 91e фрикционного элемента 91b. Далее поясняются процессы, посредством которых перенесенная пленка 97 формируется на поверхности 93b скольжения посредством скольжения между фрикционным элементом 91b и ведомым диском 93.
[0040] Перенесенная пленка 97 формируется посредством следующих процессов (1)-(5).
(1) Фрикционный элемент зацепления находится в состоянии перехода между зацепленным состоянием и расцепленным состоянием в течение периода от начала до завершения зацепления муфты или от начала до завершения расцепления муфты. В этом состоянии перехода, состаренный слой 91d фрикционного элемента 91b скользит на поверхности 93b скольжения ведомого диска 93 при прижатии к поверхности 93b скольжения при предварительно определенном поверхностном давлении.
(2) При этом, на поверхности раздела трения между фрикционным элементом 91b и ведомым диском 93, часть состаренного слоя 91d отделяется посредством трения с поверхностью 93b скольжения ведомого диска 93 и отходит от фрикционного элемента 91b в форме продуктов износа (частиц переноса).
(3) Продукты износа состаренного слоя 91d, отходящие от фрикционного элемента 91b, находятся в полурасплавленном состоянии или в состоянии сосуществования "твердое тело-жидкость" в результате приема тепла при трении, выработанного посредством трения между ведомым диском 93 и фрикционным элементом 91b. Продукты износа в таком состоянии захватываются во множестве пазов 95, которые формируются на поверхности 93b скольжения, и присоединяются к внутренним поверхностям пазов 95.
(4) После того, как муфта 9 переключается в зацепленное состояние или расцепленное состояние и прекращает формировать тепло при трении, продукты износа, присоединенные к внутренней части пазов 95, охлаждаются и прилипают к пазам 95. Таким образом, продукты износа состаренного слоя 91d переносятся и прилипают и удерживаются в пазах 95.
(5) Поскольку операция зацепления муфты выполняется несколько раз, вышеуказанная последовательность процессов от отхождения до прилипания состаренного слоя 91d повторяется, так что частицы продуктов износа, перенесенных и прилипших к каждому пазу 95, соединяются между собой и формируют тонкую перенесенную пленку 97.
[0041] Поскольку множество пазов 95 формируются на поверхности 93b скольжения таким образом, что они распределены практически равномерно по всей площади поверхности 93b скольжения, перенесенная пленка 97, сформированная через вышеуказанные процессы, аналогично распределяется практически равномерно по всей площади поверхности 93b скольжения. Кроме того, перенесенная пленка 97 имеет компоненты, аналогичные компонентам состаренного слоя 91d. Таким образом, с помощью вышеуказанных процессов, можно легко трансплантировать компоненты состаренного слоя 91d на поверхность 93b скольжения или переносить свойства поверхности трения фрикционного элемента 91b на поверхность 93b скольжения.
[0042] Преимущества
В этом варианте осуществления, поскольку перенесенная пленка 97 из состаренного слоя 91d формируется на поверхности 93b скольжения ведомого диска 93, фрикционный элемент 91b также входит во фрикционный контакт с перенесенной пленкой 97. Таким образом, даже когда передаваемый крутящий момент колеблется в то время, когда муфта зацепляется, его амплитуда может подавляться. Следовательно, крутящий момент, передаваемый через фрикционный элемент зацепления, может стабилизироваться.
[0043] Кроме того, поскольку перенесенная пленка 97 состаренного слоя 91d располагается внутри пазов 95, которые предоставляются на поверхности 93b скольжения, перенесенная пленка 97 стабильно удерживается на поверхности 93b скольжения. Таким образом, сила трения может стабилизироваться, что приводит к повышению стабильности крутящего момента, передаваемого через фрикционный элемент зацепления.
[0044] Дополнительно, поскольку фрикционный элемент 91b включает в себя упрочненный слой 91e с примыканием к состаренному слою 91d, упрочненный слой 91e может замедлять развитие износа фрикционного элемента 91b после того, как состаренный слой 91d фрикционного элемента 91b переносится и прилипает к поверхности 93b скольжения ведомого диска 93. Кроме того, поскольку упрочненный слой 91e может округлять выступы на поверхности 93b скольжения ведомого диска 93, упрочненный слой 91e дополнительно может замедлять развитие износа фрикционного элемента 91b.
[0045] Кроме того, поскольку глубина множества пазов 95 меньше толщины состаренного слоя 91d фрикционного элемента 91b, можно не допускать изнашивания состаренного слоя 91d до того, как перенесенная пленка 97 стабильно формируется на поверхности 93b скольжения. Таким образом, упрочненный слой 91e может эффективнее выполнять свою функцию.
[0046] Второй вариант осуществления
Ниже поясняется фрикционный элемент зацепления согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Этот вариант осуществления является примером, в котором мелкие пазы 95a, сформированные посредством обдувки, используются в качестве множества пазов 95 в первом варианте осуществления. Следует отметить, что другие признаки являются аналогичными признакам в вышеописанном варианте осуществления. Таким образом, в этом варианте осуществления, аналогичные элементы обозначаются посредством идентичных ссылок с номерами, и их подробное пояснение опускается.
[0047] В этом варианте осуществления, поверхность 93b скольжения подвергается обдувке, такой как дробеструйная обдувка для того, чтобы формировать мелкие пазы 95a (см. фиг. 2 и 3) на поверхности 93b скольжения. Шероховатость поверхности для поверхности 93b скольжения указывается в пределах предварительно определенного диапазона и, в частности, задается равной шероховатости Rz поверхности между 3 мкм и 10 мкм включительно. Шероховатость Rz поверхности является максимальной шероховатостью по высоте, заданной в Японском промышленном стандарте (JIS-B-0601:2001). Следует отметить, что мелкие пазы 95a могут формироваться посредством способов, отличных от обдувки, таких как травление и машинная обработка электрическим разрядом.
[0048] Преимущества
Фрикционный элемент зацепления согласно этому варианту осуществления может достигать преимуществ, аналогичных преимуществам по первому варианту осуществления, поскольку мелкие пазы 95a выступают в качестве множества пазов 95 в первом варианте осуществления.
[0049] Кроме того, мелкие пазы 95a, которые формируются посредством обдувки, имеют неровные, нерегулярные формы поперечного сечения и в силу этого могут более надежно удерживать перенесенную пленку 97.
[0050] Дополнительно, верхушки выступов, сформированных между мелкими пазами 95a, которые формируются посредством обдувки, легко изнашиваются и легко пластично деформируются и в силу этого легко округляются посредством трения с помощью упрочненного слоя 91e фрикционного элемента 91b. Кроме того, верхушки выступов округляются от начала использования посредством отделения состаренного слоя 91d и затем еще больше округляются при достижении упрочненного слоя 91e. Таким образом, приработка двух поверхностей трения может выполняться быстро.
[0051] Дополнительно, поскольку шероховатость Rz поверхности для поверхности 93b скольжения задается равной между 3 мкм и 10 мкм включительно, состаренный слой 91d отделяется надлежащим образом посредством скольжения между фрикционным элементом 91b и ведомым диском 93. Следовательно, перенесенная пленка 97 может формироваться в достаточной степени.
[0052] Чтобы оценивать стабильность крутящего момента, передаваемого через фрикционный элемент зацепления согласно этому варианту осуществления, характеристики передачи крутящего момента фрикционного элемента зацепления оценены с использованием машины для тестирования трения скольжения на низкой скорости (изготовленной компанией Automax Company Limited), поддерживающей тест M349-2012 от JASO (организации по стандартизации в области автомобильной промышленности Японии).
[0053] Измеряется крутящий момент, передаваемый на сторону ведомого диска 93, когда фрикционный элемент 91b вращается при прижатии к поверхности 93b скольжения ведомого диска 93. Прижимающая сила поддерживается постоянной (например, равной 490 Н), и число оборотов повышается с 0 об/мин до 500 об/мин за 5 секунд, поддерживается равным 500 об/мин в течение 2 секунд и затем понижается с 500 об/мин до 0 об/мин за 5 секунд. Фиг. 4 показывает полученный результат.
[0054] Кривая на графике на фиг. 4 представляет абсолютную величину передаваемого крутящего момента. Из графика обнаружено, что амплитуда передаваемого крутящего момента подавляется приблизительно до 25-35% от абсолютной величины целевого крутящего момента.
[0055] Кроме того, после теста обнаружено, что состаренный слой 91d фрикционного элемента 91b переносится и прилипает к поверхности 93b скольжения ведомого диска 93 таким образом, что он распределяется практически равномерно по всей площади поверхности 93b скольжения. Дополнительно обнаружено, что перенесенный состаренный слой 91d плотно заполняет мелкие пазы 95a. Это в таком случае показывает то, что мелкие пазы 95a, которые формируются посредством обдувки на поверхности 93b скольжения, имеют превосходную прочность удерживания на перенесенной пленке 97 состаренного слоя 91d.
[0056] Третий вариант осуществления
Ниже поясняется фрикционный элемент зацепления согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 5-7. Этот вариант осуществления является примером, в котором множество кольцеобразно идущих углублений 95b используется в качестве множества пазов 95 в первом варианте осуществления. Следует отметить, что другие признаки являются аналогичными признакам в вышеописанных вариантах осуществления. Таким образом, в этом варианте осуществления, аналогичные элементы обозначаются посредством идентичных ссылок с номерами, и их подробное пояснение опускается.
[0057] Как показано на фиг. 5, множество углублений 95b идет практически концентрически вокруг предварительно определенной точки на ведомом диске 93 (оси X вращения муфты 9). Множество углублений 95b может формироваться, например, посредством подвергания поверхности 93b скольжения ведомого диска 93 вырезанию.
[0058] Глубина D1 (см. фиг. 6) углублений 95b не ограничена конкретным образом и может задаваться надлежащим образом в соответствии с материалом ведомого диска 93, материалами фрикционного элемента 91b, толщиной и свойствами состаренного слоя 91d и т.п. Глубина D1 предпочтительно задается равной между 6 мкм и 16 мкм включительно, так что углубления 95b могут иметь превосходную прочность удерживания на перенесенной пленке 97. Кроме того, глубина D1 более предпочтительно задается равной между 8 мкм и 14 мкм включительно, а еще более предпочтительно, между 10 мкм и 12 мкм включительно, так что ресурс фрикционного элемента 91b может быть более длительным.
[0059] Шаг P1 углублений 95b также может задаваться надлежащим образом в соответствии с материалами фрикционного элемента 91b, свойствами состаренного слоя 91d и т.п. Шаг P1 задается преимущественно между 0,1 мм и 0,5 мм включительно, так что углубления 95b могут иметь превосходную прочность удерживания на перенесенной пленке 97. Кроме того, шаг P1 предпочтительно задается равным между 0,15 мм и 0,4 мм включительно и более предпочтительно, между 0,2 мм и 0,3 мм включительно, так что ресурс фрикционного элемента 91b может быть более длительным.
[0060] Как показано в частях (a) и (b) по фиг. 6, в состоянии, в котором фрикционный элемент зацепления согласно этому варианту осуществления никогда не использовался, состаренный слой 91d еще не переносится и прилипает к внутренней части множества углублений 95b, и в силу этого перенесенная пленка 97 еще не сформирована на поверхности 93b скольжения. После начала использования, выполняются вышеупомянутые процессы формирования перенесенной пленки, за счет этого перенося состаренный слой 91d фрикционного элемента 91b вовнутрь множества углублений 95b. Как результат, как показано в частях (c) и (d) по фиг. 6, перенесенная пленка 97 формируется на поверхности 93b скольжения. Между тем, верхушки выступов, сформированных между смежными углублениями 95b, округляются посредством трения с помощью состаренного слоя 91d и упрочненного слоя 91e фрикционного элемента 91b.
[0061] Преимущества
Фрикционный элемент зацепления согласно этому варианту осуществления может достигать преимуществ, аналогичных преимуществам по первому варианту осуществления, поскольку множество углублений 95b выступает в качестве множества пазов 95 в первом варианте осуществления.
[0062] Кроме того, в этом варианте осуществления, поскольку углубления 95b, идущие концентрически вокруг предварительно определенной точки на ведомом диске 93, предоставляются в качестве пазов 95, коэффициент трения в направлении вдоль окружности этих окружностей может уменьшаться. Помимо этого, поскольку выступы, сформированные между углублениями 95b также, идут концентрически, может подавляться износ фрикционного элемента 91b и поверхности 93b скольжения ведомого диска 93.
[0063] Дополнительно, в этом варианте осуществления, поскольку глубина D1 углублений 95b задается равной между 6 мкм и 16 мкм включительно, углубления 95b имеют превосходную прочность удерживания на перенесенной пленке 97. Таким образом, амплитуда крутящего момента, передаваемого через фрикционный элемент зацепления, может быть небольшой.
[0064] Чтобы оценивать стабильность крутящего момента, передаваемого через фрикционный элемент зацепления согласно этому варианту осуществления, характеристики передачи крутящего момента фрикционного элемента зацепления оценены с использованием способа и условий, аналогичных способу и условиям во втором варианте осуществления. Из графика на фиг. 7 обнаружено, что амплитуда передаваемого крутящего момента подавляется приблизительно до 30-50% от абсолютной величины целевого крутящего момента. Кроме того, обнаружено, что крутящий момент, передаваемый через фрикционный элемент зацепления согласно этому варианту осуществления, ниже крутящего момента во втором варианте осуществления.
[0065] Следует отметить, что множество углублений 95b согласно этому варианту осуществления могут использоваться в комбинации с мелкими пазами 95a во втором варианте осуществления. Например, поверхность 93b скольжения ведомого диска 93 может подвергаться вырезанию для того, чтобы формировать множество углублений 95b, и после этого подвергаться обдувке. Таким образом, мелкие пазы 95a могут формироваться для множества углублений 95b. Этот комбинированный пример позволяет достигать одновременно преимуществ по этому варианту осуществления и преимуществ по второму варианту осуществления.
[0066] Четвертый вариант осуществления
Ниже поясняется фрикционный элемент зацепления согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 8-10. Этот вариант осуществления является примером, в котором, как показано на фиг. 8, множество выемок 95c, сформированных на поверхности 93b скольжения с предварительно определенным интервалом, используются в качестве множества пазов 95 в первом варианте осуществления. Следует отметить, что другие признаки являются аналогичными признакам в вышеописанных вариантах осуществления. Таким образом, в этом варианте осуществления, аналогичные элементы обозначаются посредством идентичных ссылок с номерами, и их подробное пояснение опускается.
[0067] Множество выемок 95c формируются посредством подвергания поверхности 93b скольжения ведомого диска 93 выдавливанию. В частности, каждая выемка 95c формируется посредством прижатия выступа к поверхности 93b скольжения таким образом, что выступ углубляется в материал подложки, причем выступ имеет более высокую твердость по сравнению с поверхностной твердостью поверхности 93b скольжения. Множество выемок 95c могут легко формироваться, например, посредством прижатия ролика к поверхности 93b скольжения и прокатки ролика на поверхности 93b скольжения, причем ролик содержит множество выступов на своей боковой поверхности. Шероховатость поверхности для внутренней поверхности каждой из выемок 95c может быть выше шероховатости поверхности области на поверхности 93b скольжения, отличной от выемок 95c. Таким образом, может повышаться прочность удерживания выемок 95c на перенесенной пленке 97. Следует отметить, что выемки 95c также могут формироваться посредством вырезания, лазерной машинной обработки и т.п.
[0068] При виде спереди поверхности 93b скольжения, каждая выемка 95c имеет эллиптическую или овальную форму длиннее в направлении вдоль окружности ведомого диска 93. Длина L (диаметр по главной оси) выемки 95c в направлении вдоль окружности ведомого диска 93 превышает ширину W (диаметр по второстепенной оси) выемки 95c в радиальном направлении ведомого диска 93.
[0069] Ширина W и длина L (они также совместно упоминаются просто как "ширина") выемки 95c не ограничены конкретным образом и могут задаваться надлежащим образом в соответствии с диаметром ведомого диска 93, материалами фрикционного элемента 91b, свойствами состаренного слоя 91d и т.п. Ширина W и длина L предпочтительно равными задаются 0,5 мм или более и равными 2,3 мм или менее, соответственно, так что выемка 95c может иметь превосходную прочность удерживания на перенесенной пленке 97. Кроме того, ширина W и длина L более предпочтительно задаются равными 0,6 мм или более и равными 2,0 мм или менее, соответственно, а еще более предпочтительно, равными 0,7 мм или более и равными 1,7 мм или менее, соответственно, так что ресурс фрикционного элемента 91b может быть более длительным.
[0070] Глубина D2 выемки 95c не ограничена конкретным образом и может задаваться надлежащим образом в соответствии с материалом ведомого диска 93, материалами фрикционного элемента 91b, толщиной и свойствами состаренного слоя 91d и т.п. Глубина D2 предпочтительно задается равной между 3 мкм и 9 мкм включительно, так что выемка 95c может иметь превосходную прочность удерживания на перенесенной пленке 97. Кроме того, глубина D2 более предпочтительно задается равной между 4 мкм и 7 мкм включительно, а еще более предпочтительно, между 4,5 мкм и 5,5 мкм включительно, так что ресурс фрикционного элемента 91b может быть более длительным.
[0071] Интервал между выемками 95c не ограничен конкретным образом и может задаваться надлежащим образом в соответствии с материалом ведомого диска 93, материалами фрикционного элемента 91b, свойствами состаренного слоя 91d и т.п. Например, кратчайшее расстояние от края выемки 95c до края выемки 95c, смежной с этой выемкой 95c на поверхности 93b скольжения (например, P2 в части (a) по фиг. 9), может задаваться в пределах диапазона, в 1,0-5,0 раз превышающего длину L.
[0072] Схема размещения выемок 95c не ограничена конкретным образом, и линии выемок 95c могут размещаться концентрически или спирально на поверхности 93b скольжения. Выемки 95c в каждой линии могут размещаться с равными интервалами или с неравными интервалами. Альтернативно, выемки 95c могут размещаться случайно на поверхности 93b скольжения.
[0073] Как показано в частях (a) и (b) по фиг. 9, в состоянии, в котором фрикционный элемент зацепления согласно этому варианту осуществления никогда не использовался, состаренный слой 91d еще не переносится и прилипает к множеству выемок 95c, и в силу этого перенесенная пленка 97 еще не сформирована на поверхности 93b скольжения. После начала использования, выполняются вышеупомянутые процессы формирования перенесенной пленки, за счет этого перенося состаренный слой 91d фрикционного элемента 91b вовнутрь множества выемок 95c. Как результат, как показано в частях (c) и (d) по фиг. 9, перенесенные пленки 97 формируются на поверхности 93b скольжения.
[0074] Преимущества
Фрикционный элемент зацепления согласно этому варианту осуществления может достигать преимуществ, аналогичных преимуществам по первому варианту осуществления, поскольку множество выемок 95c выступает в качестве множества пазов 95 в первом варианте осуществления.
[0075] Кроме того, в этом варианте осуществления, величина переноса состаренного слоя 91d может управляться посредством предоставления множества выемок 95c, сформированных с предварительно определенными интервалами. Таким образом, можно уменьшать величину износа фрикционного элемента 91b при уменьшении коэффициента трения.
[0076] Дополнительно, в этом варианте осуществления, глубина D2 каждой выемки 95c задается равной между 3 мкм и 9 мкм включительно, и ширина (ширина W и длина L) выемки 95c задается равной между 0,5 мм и 2,3 мм включительно. Таким образом, выемка 95c имеет превосходную прочность удерживания на перенесенной пленке 97. Следовательно, амплитуда крутящего момента, передаваемого через фрикционный элемент зацепления, может быть небольшой.
[0077] Чтобы оценивать стабильность крутящего момента, передаваемого через фрикционный элемент зацепления согласно этому варианту осуществления, характеристики передачи крутящего момента фрикционного элемента зацепления оценены с использованием способа и условий, аналогичных способу и условиям во втором и третьем вариантах осуществления. Из графика на фиг. 10 обнаружено, что амплитуда передаваемого крутящего момента подавляется приблизительно до 25-35% от абсолютной величины целевого крутящего момента. Кроме того, обнаружено, что крутящий момент, передаваемый через фрикционный элемент зацепления согласно этому варианту осуществления, ниже крутящего момента во втором варианте осуществления.
[0078] Следует отметить, что множество выемок 95c согласно этому варианту осуществления могут использоваться в комбинации с мелким пазом 95a во втором варианте осуществления. Например, поверхность 93b скольжения ведомого диска 93 может подвергаться обдувке для того, чтобы формировать мелкие пазы 95a, а затем подвергаться упомянутому выше выдавливанию. Таким образом, мелкие пазы 95a могут формироваться в области на поверхности 93b скольжения, отличной от выемок 95c.
Кроме того, множество выемок 95c согласно этому варианту осуществления могут использоваться в комбинации с множеством углублений 95b в третьем варианте осуществления. Например, поверхность 93b скольжения ведомого диска 93 может подвергаться вырезанию для того, чтобы формировать множество углублений 95b, а затем подвергаться упомянутому выше выдавливанию. Таким образом, углубления 95b могут формироваться в области на поверхности 93b скольжения, отличной от выемок 95c (в области на поверхности 93b скольжения между выемками 95c).
Дополнительно, множество выемок 95c согласно этому варианту осуществления могут использоваться в комбинации с комбинацией второго варианта осуществления и третьего варианта осуществления.
Каждый из этих комбинированных примеров может достигать одновременно преимуществ по вариантам осуществления, вовлеченным в комбинацию.
[0079] Хотя выше пояснены варианты осуществления настоящего изобретения, эти варианты осуществления являются просто примерной иллюстрацией, описанной для того, чтобы упрощать понимание настоящего изобретения, и настоящее изобретение не ограничено такими вариантами осуществления. Объем настоящего изобретения не ограничен конкретными техническими вопросами, раскрытыми в вышеописанных вариантах осуществления, и охватывает различные модификации, изменения, альтернативные технологии и т.п., которые могут легко извлекаться из них.
[0080] В каждом из вышеописанных вариантов осуществления, представлен пример, в котором фрикционный элемент зацепления согласно настоящему изобретению применяется к сухой многодисковой муфте 9. Тем не менее, фрикционный элемент зацепления согласно настоящему изобретению также является применимым к другим типам муфты, таким как однодисковая сухая муфта.
[0081] Кроме того, в каждом из вышеописанных вариантов осуществления, представлен пример, в котором фрикционный элемент зацепления согласно настоящему изобретению применяется к нормально открытой муфте 9. Тем не менее, фрикционный элемент зацепления согласно настоящему изобретению также является применимым к нормально закрытой муфте с использованием диафрагменной пружины и т.п.
[0082] Кроме того, в каждом из вышеописанных вариантов осуществления, представлен пример, в котором фрикционный элемент зацепления согласно настоящему изобретению применяется к устройству S гибридной передачи движущей силы. Тем не менее, фрикционный элемент зацепления настоящего изобретения также является применимым к устройству передачи движущей силы двигателя для транспортного средства с использованием только двигателя в качестве источника приведения в движение для движения и муфты в качестве пусковой муфты. Кроме того, фрикционный элемент зацепления настоящего изобретения также является применимым к устройству передачи движущей силы электромотора для транспортного средства с использованием только электромотора-генератора в качестве источника приведения в движение для движения и муфты в качестве пусковой муфты. В общем, фрикционный элемент зацепления согласно настоящему изобретению является применимым к любым устройствам при условии, что устройства выполнены с возможностью передавать силу посредством фрикционного зацепления между фрикционным элементом и металлическим элементом, и предпочтительно является применимым, например, к тормозным системам, системам с двумя муфтами (DCT), автоматическим механическим трансмиссиям с ручным управлением и т.п.
[0083] Один аспект настоящего изобретения предоставляет фрикционный элемент зацепления, включающий в себя: фрикционный элемент, состоящий главным образом из смолы; и металлический элемент, имеющий поверхность скольжения, скользящую на фрикционном элементе. Фрикционный элемент включает в себя состаренный слой, сформированный в крайнем внешнем слое, и упрочненный слой, сформированный с примыканием к внутренней стороне состаренного слоя в направлении толщины фрикционного элемента. Кроме того, поверхность скольжения металлического элемента имеет множество пазов и перенесенную пленку состаренного слоя фрикционного элемента, перенесенного и прилипшего к внутренней части пазов через скольжение между фрикционным элементом и металлическим элементом.
[0084] Другой аспект настоящего изобретения предоставляет фрикционный элемент зацепления, включающий в себя: фрикционный элемент, состоящий главным образом из смолы; и металлический элемент, имеющий поверхность скольжения, скользящую на фрикционном элементе. Фрикционный элемент включает в себя состаренный слой, сформированный в крайнем внешнем слое, и упрочненный слой, сформированный с примыканием к внутренней стороне состаренного слоя в направлении толщины фрикционного элемента. Поверхность скольжения металлического элемента имеет множество пазов, которые выполнены с возможностью удерживать перенесенную пленку состаренного слоя фрикционного элемента, который должен переноситься и прилипать к внутренней части пазов посредством скольжения, когда фрикционный элемент и металлический элемент скользят относительно друг друга.
[0085] Еще один другой аспект настоящего изобретения предоставляет сухую муфту, включающую в себя любой из вышеуказанных фрикционных элементов зацепления.
[0086] Еще один другой аспект настоящего изобретения предоставляет способ изготовления фрикционного элемента зацепления, включающий в себя: нагрев фрикционного элемента для того, чтобы формировать состаренный слой в его крайнем внешнем слое фрикционного элемента и формировать упрочненный слой с примыканием к внутренней стороне состаренного слоя в направлении толщины фрикционного элемента; предоставление множества пазов на поверхности скольжения металлического элемента; и обеспечение фрикционного элемента и металлического элемента, скользящих относительно друг друга, с тем чтобы иметь состаренный слой фрикционного элемента, перенесенный и прилипший к внутренней части пазов, и за счет этого формировать его перенесенную пленку на поверхности скольжения.
Промышленная применимость
[0087] Согласно фрикционному элементу зацепления, сухой муфте и способу изготовления фрикционного элемента зацепления согласно настоящему изобретению, перенесенная пленка состаренного слоя формируется на поверхности скольжения металлического элемента, и перенесенная пленка и фрикционный элемент входят во фрикционный контакт друг с другом. Таким образом, может повышаться стабильность крутящего момента, передаваемого через фрикционный элемент зацепления.
Список номеров ссылок
[0088] 9 – сухая многодисковая муфта
91 – ведущий диск
91b – фрикционный элемент
91d – состаренный слой
91e – упрочненный слой
93 – ведомый диск (металлический элемент)
93b – поверхность скольжения
95 – паз
95a – мелкий паз
95b – углубление
95c – выемка
97 – перенесенная пленка