JPH0384249A - 多板式リミテッドスリップディファレンシャル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車両の駆動車軸に駆動力を分配伝達するすξ
テッドスリップディファレンシャル装置に関する。

（従来の技術） リミテッドスリップディファレンシャル（以下、ＬＳＤ
と記す〉は１．旋回時や悪路走行時等において左右駆動
車輪の回転数差を制御しながら、駆動力を左右駆動車輪
に分配伝達するものである。

第１図に従来の多板式ＬＳＤの断面図を示す。

第１図において、１はディファレンシャルケースであり
、最終減速ギヤと一体回転する。２はピニオンシャフト
であり、ディファレンシャルケース１内にディファレン
シャルケースエの回転軸と直交するように固設されてい
る。３はピニオンギヤであり、ディファレンシャルケー
スｌ内に収納され、ビニオンシャフト２に回転自在に軸
支されている。また、ディファレンシャルケース１内の
上記ピニオンギヤ３に相対向する位置には、図示しない
がもう１個のピニオンギヤが収納されている。５．６は
相対向する一対のサイド・ギヤであり、ディファレンシ
ャルケース１の回転軸と同じ回転軸を有し、ピニオンギ
ヤ３及び図示していないピニオンギヤ３に嵌合し、左右
駆動車輪に連結した左右の駆動車軸７．８にそれぞれ連
結している。ディファレンシャルケースｌとサイドギヤ
５．６の間には、デイフナレンジ中ルケース側に設けら
れたスラストワッシャー９とこれらの間に挟まれて駆動
車軸７．８に回転自在に軸支されたクラッチ板１０が設
けられている。これらのスラストワッシャー９とクラッ
チ板１０を摺動させることによりディファレンシャルケ
ースｌとサイドギヤ５゜６との回転数差を制御している
。また、当ディファレンシャルケース１の内部には潤滑
剤として鉱物油が入れである。

上記第１図のスラストワッシャー９及びクラッチ板１０
としては、鉄製摩擦板の摺動面に研磨等の機械加工を施
し、その後、塩酸処理をして表面を多孔質にした後、マ
ンガン系リン酸被膜を形成したもの（特願昭４６−２２
９９４号）や当たり面に自己潤滑性のある材料を塗布す
るか、または馴染み性のある表面処理を施したものなど
が使用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような多板式ＬＳＤにおいて従来よ
り使用されている摩擦板材料よりなるスラストワッシャ
ー及びクラッチ板は摩擦係数が低い為、近年の高出力エ
ンジンに適応した摩擦トルクが得られにくい。また、充
分な摩擦トルクを得るにはスラストワッシャーの枚数を
多くする方法があるが、ディファレンシャルケースが大
きくなる等の問題がある。

さらに、スラストワッシャーが相手クラッチ板との摺動
において、低速旋回時等にスティックスリップ現象によ
る異音を発生するという問題がある。

また、上記従来の摩擦板材料は耐摩耗性が低いため、長
期使用のうちには摩擦板が摩滅するという問題もある。

従って、本発明は上記従来の問題を解決し、充分な摩擦
トルクが得られ、摩擦板の耐摩耗性が高く、スティック
スリップ現象による異音が生じることのない多板式ＬＳ
Ｄを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の多板式リミテッ
ドスリップディファレンシャルは、互いに摺動する第一
の摩擦板と第二の摩擦板め少なくとも一方の摩擦面が、
３０〜７０容量％の配合割合で炭素繊維が含まれている
炭素繊維強化樹脂で構成されていることを特徴とする。

繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）用の炭素繊維としては、フィ
ラメントの直径が６〜１２μｍの長繊維を使用するのが
好ましい。繊維はフィラメントを適当数、例えば１００
００〜２００００本引き揃えたストランド（繊維束）と
して用いるとよい。

繊維強化樹脂は、例えば複数束の炭素繊維を張力を与え
ながら適当な間隔で引き揃え、これに樹脂を含浸するこ
とにより、または炭素繊維を２次元または３次元に織っ
たものに樹脂を含浸することによりプリプレグを製造し
、これを鋼板製のプレートに積層し、加圧下で加熱硬化
することにより、摩擦板上に被覆することができる。

上記プリプレグの積層枚数は、摩擦板自身の変形強度と
軽量化の関係から自由に選定できる。

適当な間隔で引き揃えられた炭素繊維の束に樹脂を含浸
してなるプリプレグにおいて、繊維束の配向は、種々の
向きでありうる。また、該プリプレグを複数積層する場
合、各プリプレグ間で繊維の配向が互いに直交するよう
に積層するのが好ましい。

強化樹脂用の樹脂としては、プリプレグとすることがで
きる熱硬化性樹脂が好ましく、例えばエポキシ樹脂等が
使用できる。

第二の摩擦板として強化樹脂層を形成しないものの場合
には、摺動面の表面粗さが０．５〜１．０μＲｚである
鋼板を使用するのが好ましい。

また、相手クラッチプレートの硬さとしては、変形強度
及び経時による表面粗さの大幅低下を防ぐ為、最低ＦＩ
Ｖ４５０以上であるのが好ましい。

炭素繊維の配合割合は、３０容量％未満では目的とする
耐摩耗性及びμ−υ特性が得られず、また、７０容量％
を超えると炭素繊維を支えるバインダーとしての樹脂、
例えばエポキシ樹脂の量が不足するため、ＣＦＲＰのシ
ートの形成が困難になることから、３０〜７０容量％と
した。さらに、４０〜６０容量％とするのが、性能及び
コストの点から好ましい。

（作用） 本発明の多板式ＬＳＤは、摩擦板の少なくとも一方が炭
素繊維強化樹脂により被覆されているため、摩擦係数及
び耐摩耗性が高い。

（実施例） 実羞津Ｌｌ二刊 上記に従来例として記載したものと同じ構成の多板式Ｌ
ＳＤに使用されるスラストワッシャーとして、スチール
製プレートの表面に、炭素繊維配合率が３０〜７０容量
％であり、母材がエポキシ樹脂である炭素繊維強化樹脂
をライニングしてなる摩擦板Ａを製造する 以下、該摩擦板Ａの製造方法について詳細に説明する。

まず、フィラメント直径１０ｕｍ、フィラメント数１２
０００の炭素繊維（日本カーボン製）８０本を張力を与
えながら４ｍｍのピッチに引き揃えたものに、エポキシ
樹脂（２０部のシェル化学製エピコート＃８２８と８０
部の同＃１００１とを１００部のメチルエチルケトンに
溶解し、これに硬化剤として外割りで４％のジシアンシ
アミドと０．５％のイミダゾールを添加したもの）を炭
素繊維の配合割合が下記の第１表に記載したものとなる
ように含浸し、風乾後、巾３５０　ｍ、厚み０．２ｍ＋
＋＋、長さ５０＋ｓのプリプレグシートとして巻き取る
０次に、このプリプレグシートを３５０＋ｎ１ｌ（巾）
　Ｘ　５００ｍｍ　（長さ）の寸法に切断し、この２枚
を第４図のスラストワッシャー９９の表面に積層する。

このＣＲＦＰ層は、第４図の部分Ｂの拡大図として第６
図に示すように、炭素繊維４の繊維方向が互いに９０＠
となる向きで積層したもの（厚さ約０．４　ａｍ）を、
表面をブラスト処理したスラストワッシャー基板として
の鋼板製のプレート　（厚さ約０．８　ｉｎ）の両面に
配し加圧下で１６０℃、２時間加熱硬化してスラストワ
ッシャー９°を得た（実施例１〜６）。

第１表：摩擦材料 また、炭素繊維の配合割合を約５０容量％で一定とし、
配向方向を、第７図〜第１０図（実施例７〜１０）に示
すように変えて、スラストワッシャーを製造した。

跋脹■工： 前記の実施例１〜６により製造された摩擦板Ａと鋼製（
材質：ＪＩＳ規格５Ｋ５）で焼入れ焼戻しを施した鋼板
（ＨＶ４５０）より、その表面粗さが０．８　ａｍＲｚ
の摩擦板Ｂ（外径１２０ｍｎ＋　、内径１００　ｗｕ＋
＋、厚さ１．８ａ＋ｍ）を組み合わせて摩擦摩耗特性を
調べた。

なお、比較のために、下地処理としてリン酸マンガン処
理を施した、第２図に示すように表面に縦横に油溝１２
を有するスチール製のプレート１３上にエアースプレー
により表１の比較例１に示す組成の乾性被膜をコーティ
ング（約３０問〉し、その後、１５０℃で６０分間加熱
硬化させた摩擦板を比較例１の摩擦板Ａとして使用した
。また、比較例２として添加材を入れていないエポキシ
樹脂をコーティングし、加熱硬化させた摩擦板を比較例
２の摩擦板Ａとして使用した。

１、摩擦試験 上記の実施例１〜６並びに比較例１及び２の摩擦板Ａ及
び上記の摩擦板Ｂを組み合わせてスラスト試験機により
摩擦試験を行った。試験条件としては、ＬＳＤオイル中
で摩擦板Ｂに対し、摩擦板Ａを荷重４００ｋｇｆで押し
つけた状態で摩擦板Ｂを約５ｒ、ｐ、＋＋＋にて回転さ
せ、その時に発生する摩擦トルクから摩擦係数（静μと
動μ）を調べた。

２、摩耗試験 摩擦試験と同様にしてＬＳＤＳビオイル中約５Ｏｒ、ｐ
、＋ｓにて回転している摩擦板Ｂに対し、摩擦板Ａを荷
重５００ｋｇｆで押し付け、２００時間テスト後の摩擦
板Ａの摩耗量（摩耗深さ）を調べた。

摩擦試験及び摩耗試験の結果を第３図のグラフに示す。

グラフより明らかなように実施例１〜６の摩擦板の摩擦
係数は、比較例１．２のものに比べて大幅に高くしかも
炭素繊維の配合割合が大きくなるに従って、高くなり、
約３０容量％でビークとなり、飽和する傾向を示す。ま
た、比較例１及び２のものでは静μが動μの平均値より
高くスティックスリップ現象による異音が発生しやすい
特性を示すのに対し、実施例２〜６のものは特に静μ≦
動μとなっており、異音発生に対して良好な特性を有し
ている。

一方、摩耗特性についても本実施例１〜６の摩擦板は比
較例１，２のものに比べ大幅に摩耗量が少なく、特に炭
素繊維の配合割合が３０容量％以上ではほぼ一定の摩耗
量となることが確認される。

以上の結果から、炭素繊維の配合割合としては、３０容
量％〜７０容量％が良好である。

試験例２： さらに、本発明の炭素繊維の配合割合である３０〜７０
容量％が特に優れていることを示すために、下記の方法
により、配合割合を種々に変えて摩擦特性を試験した。

まず、ＬＳＤＳビオイル中擦板Ｂに対して摩擦板Ａを荷
重４００ｋｇｆで押し付けた状態で摩擦板Ｂを約３ｒ、
ｐ、ｍ　〜２０ｒ、ｐ、ｍまで回転させ、その時に発生
する摩擦トルクから摩擦係数（動μ）を調べた。炭素繊
維の配合量とμｍυ特性との関係を第２表に示す。

第２表 表より、炭素繊維の配合割合が２０容量％以下では、μ
−υ特性がすべり速度の増加とともにμが低下する負の
勾配を示すのに対し、３０〜７０容量％ではフラットで
あるかまたは逆に正の勾配を示すことがわかる。スティ
ックスリップ現象による異音発生に対しては、μ−υ特
性がより正勾配となることが求められ、その意味におい
て、配合割合は４０〜６０容量％が最も良好な特性を有
することがわかる。

試験例３： 上記実施例４、及び７〜１０の摩擦板Ａと上記の摩擦板
Ｂと組み合わせて、上記試験例１と同様の方法により摩
擦摩耗特性を試験した。

まず、摩擦特性については、炭素繊維の配向による大き
な差は見られないが、摩擦係数（動μ）が下記の順とな
る。

実施例４≧実施例７≧実施例９≧実施例８≧実施例１０
（μｗａｘ　＝０．１）　　　　　　　　　　　（μ５
ａｘ−０，０９）上記試験結果において実施例４及び実
施例７の動μが高いのは、炭素繊維を回転方向に対し垂
直となるように配向させた場合、油切れを生じやすいた
めと考えられる。

次に、摩耗試験結果を、第１１図のグラフに示す。グラ
フより明らかなように、実施例７．−４は摩耗量が小さ
く、繊維を一方向にのみ配向させた実施例８，９．１０
はこれらに比べ大きくなっている。これは一方向配向の
ため炭素繊維同士のからみによる強度が低く、相手材と
の摺動により繊維が一部折れて脱落しやすくなるためと
考えられる。

該試験の結果において、実施例４が特に良好な耐摩耗性
を示したのは、スラストワッシャー９′は、摩擦板の心
金の役割をしているスチール製プレートのプレス加工時
の影響から第４図のＡ−Ａ　”断面図である第５図に示
すように、中央部が凸となるように変形しており、この
ため相手材との摺動において中央部付近が強くあたるた
め、その部分における炭素繊維の密度を若干高くしであ
るためである。

以上の結果より、摺動面における炭素繊維の配向として
は実施例４及び７のような配向が特に摩擦摩耗特性に優
れていることがわかる。

（発明の効果） 本発明の多板式リミテッドスリップディファレンシャル
は、第一の摩擦板と第二の摩擦板の少なくとも一方の摩
擦面が、３０〜７０容量％の配合割合で炭素繊維が含ま
れている炭素繊維強化樹脂で構成されているため、摩擦
特性が従来の乾性被膜処理品に比べて約２倍であり、そ
のため非常に高い摩擦トルクが得られ、ＬＳＤ性能が大
幅に向上する。また、これにより摩擦板の枚数を低減す
ることができ、さらに、摩擦板自身の重量もスチールの
一部が炭素繊維強化樹脂に置き代わるため軽くなり、Ｌ
ＳＤ全体の軽量化を図ることができる。さらに、本発明
の摩擦板は、動μが静μより常に高い傾向を示すため、
スティックスリップ現象による異音の発生が殆どない、
また、耐摩耗性についても従来のものに比べて著しく向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は多板式リミテッドスリップディファレンシャル
を示す断面図、第２図は第１図の多板式リミテッドスリ
ップディファレンシャルのスラストワッシャーを製造す
るためのスチール製プレートを示す正面図、第３図は本
発明の実施例の摩擦板の摩擦係数及び摩耗量を示すグラ
フ、第４図は該実施例の摩擦板を示す正面図、第５図は
第４図の摩擦板のＡ−Ａ　”断面図、第６図ないし第１
０図は第４図の部分Ｂの拡大図、第１１図は第４図の摩
擦板の最大摩耗量を示すグラフである。 １・・・ディファレンシ中ルケース ４・・・炭素繊維 ９゜ １・・・スラストワッシャー １０・・・クラッチ板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　互いに摺動する第一の摩擦板と第二の摩擦板の少なく
   とも一方の摩擦面が、３０〜７０容量％の配合割合で炭
   素繊維が含まれている炭素繊維強化樹脂で構成されてい
   ることを特徴とする多板式リミテッドスリップディフア
   レンシャル。