JPH0625713Y2 - 差動制限装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、車両に装備される差動制限装置に関する。更
に詳しくは、第１の摩擦板と第２の摩擦板が交互に重ね
合わされて配設される。所謂多板クラッチ装置により差
動装置の差動制限が行われる差動制限装置に関する。

〔従来の技術〕

第１図は、差動制限装置の代表的な一般構造を示す。１
はディファレンシャルケースであり最終減速ギヤ（図示
せず）と一体的に回転する。ディファレンシャルケース
１内には、同ケースの回転軸に対して垂直方向にピニオ
ンシャフト４が配設されて、ディファレンシャルケース
１に一体的に取り付けられている。ピニオンシャフト４
には一対のピニオンギヤ３、３′が回転自在に軸支され
ている。２、２′はピニオンギヤ３、３′に噛み合う一
対のサイドギヤであり、内側のスプライン７にて、周知
の如く、左右の駆動軸（図示せず）にそれぞれ連結され
ている。ディファレンシャルケース１の側壁とサイドギ
ヤ２、２の背面との間には、所謂、多板クラッチ装置が
配設されている。多板クラッチ装置はディファレンシャ
ルケース１に連結された第１の摩擦板５ａとサイドギヤ
２に連結された第２の摩擦板５ｂとで構成されており、
両摩擦板５ａ、５ｂは交互に重ね合わされて配設されて
いる。これら、第１の摩擦板５ａと第２の摩擦板５ｂと
の間の摩擦力により、左右の駆動軸間に所定以上の差動
が生じたとき、周知の如く差動制限作用が行われる。

前述したこの種の差動制限装置において、多板クラッチ
装置を構成する第１の摩擦板および第２の摩擦板は、当
初はともに冷間圧延鋼板が使用されていた。しかし、両
者共に鋼板による摩擦のときには静摩擦係数が動摩擦係
数より高く、又摩擦面の摩擦係数が大きく、かつ摩擦係
数の変動幅（バラツキ）が大きいため、スティックスリ
ップが発生し、異音が発生するという問題があった。一
般的に、スティックスリップは摩擦係数が大きいほど生
じやすく、また、摩擦面のすべり速度の変化に対する摩
擦係数の変動幅（バラツキ）が大きいほど生じやすい傾
向にある。

上記問題を解決せんとするものとして、実開昭５７−１
３００３９号公報に記載された従来技術がある。この従
来技術は摩擦係数を小さくすることにより解決せんとし
たものである。その構成は、多板クラッチ装置の摩擦板
の摩擦面に、自己潤滑性のある二硫化モリブデン粒子含
有材又はグラファイド粒子含有材等の皮膜材により表面
処理を施すものである。なお、この従来技術の摩擦面に
は、格子状の油溝が形成されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

上述した差動制限装置においては、摩擦板の摩擦面に使
用する皮膜材の材質特性から、摺動摩擦面の摩擦係数が
小さくなるため、スティックスリップ・異音の発生は減
少する。しかし、摩擦係数（μ）が小さいため、近年の
高トルク化エンジンの使用条件下では差動制限力が不足
するという問題が生じるようになった。

又、高トルク使用状態下では、従来の皮膜材は耐久性に
乏しいという問題がある。すなわち、従来の皮膜材は比
較的軟質であるため、高トルク使用下では早期摩耗や早
期剥離を生じる。早期摩耗や早期剥離が生じると鋼板同
志の摺動摩擦接触となり、再びスティックスリップを生
じるようになっている。

なお、従来技術では、皮膜材を施した摩擦面に格子状の
油溝が形成されているが、この油溝は摩擦摺動方向（回
転方向）に対しては不均一な配列となることから、摩擦
係数の変動幅（バラツキ）は比較的大きなものとなって
いる。このため、単に皮膜材として必要十分な摩擦係数
で耐久性に優れた材料を選定する対策のみでは、スティ
ックスリップが再び生じるという問題がある。

従って、本考案の技術的課題は、必要十分な摩擦係数で
耐久性に優れた皮膜材の材質を選定するとともに、皮膜
材の材料を摩擦摺動方向（回転方向）に均一な状態に配
列することにより、高トルク使用状態下においても、差
動制限装置のスティックスリップの発生を防止あるいは
減少させ、同時に摩擦係数のバラツキを小さくするとと
もに耐久性を向上させることにある。

〔課題を解決するための手段〕

そこで本考案は、上述の課題を解決するために次の手段
をとる。

すなわち、上述した差動制限装置において、摩擦接触す
る第１の摩擦板と第２の摩擦板の両摩擦面の一方の摩擦
面が、母材が炭素で強化材が炭素繊維より成るカーボン
繊維強化炭素質体複合材（以下、単にＣ／Ｃコンポジッ
トと称する）で構成され、その強化材である炭素繊維が
摩擦摺動方向と平行に配列されており、また他方の摩擦
面が、硬さＨｖ４００以上で表面あらさ１．０μRZ以下
の鋼板で形成されている。

〔作用〕

本考案は、一方の摩擦面を比較的摩擦係数の大きいＣ／
Ｃコンポジットを選定して形成したので、差動制限時に
おける摺動摩擦面の摩擦係数は、高トルク使用下におい
ても必要十分なものとなる。また、Ｃ／Ｃコンポジット
はその特性上、耐摩耗性も大きい。この結果、摩擦板の
摺動摩擦面は、長期に亘って、安定した摩擦係数状態を
維持する。また、Ｃ／Ｃコンポジットのマトリックス
が、黒鉛化したカーボンとなっているため、すべり速度
に対して摩擦係数が増加する傾向となり、静摩擦係数よ
り動摩擦係数の方が高くなる。更に、強化材である炭素
繊維は同心円状に並べられて配列され、摩擦摺動方向で
ある回転方向に対して均一な摩擦面状態となっているた
め、摩擦面のすべり速度の変化に対する変動幅（バラツ
キ）も小さなものとなる。また他方の摩擦面は、鋼板製
であって、硬さがＨｖ４００以上に設定され、かつ表面
あらさが１．０μRZ以下に設定されているから、耐摩耗
性が高くなって耐久性が向上し、また曲げ強度が高くな
って相手材との当りが均一となり、その結果、摩擦係数
のバラツキを抑制することができる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

差動制限装置の全体構成は、従来の技術で説明した第１
図の構成であるので、その詳細説明は省略する。第２図
は第１の摩擦板５ａを示す、なお、この実施例は、第１
の摩擦板５ａの摩擦面にＣ／Ｃコンポジットを施し、第
２の摩擦板５ｂの摩擦面は、鋼板のままとなっている場
合の例である。

第１の摩擦板５ａは下記の方法により製造される。先
ず、直径８μｍの長繊維の炭素繊維よりなる織物を円周
方向に配列し、円板（プレート）状に積層する。これに
フェノール樹脂を含浸させた後、これを硬化させて成形
体を得る。次に、この成形体を１０００℃で２４時間加
熱し炭化してＣ／Ｃコンポジット製の成形体を得る。次
に、Ｃ／Ｃコンポジットに樹脂の再含浸及び炭化を２〜
３回繰り返し、またＣＶＤ処理（化学蒸着処理）を行う
ことにより２．０ｇ／cm³まで高密度化する。その後さ
らに３０００℃で処理して黒鉛化する。その後、所望に
より再含浸・炭化またはＣＶＤ処理により再度高密度化
した後、再度黒鉛化を行う。このようにして得られた摩
擦材（厚さ約０．５mm）を鋼板製のプレート（厚さ約
１．０mm）の両面に熱硬化性樹脂（フェノール樹脂）に
より圧着する。これにより、第２図に示す第１の摩擦板
５ａが得られる。なお、この製造の際、Ｃ／Ｃコンポジ
ット中の強化材である炭素繊維６は同心円状に並べられ
て製造される。

上述により製造された第１の摩擦板５ａの構成は、基板
が鋼板で形成されており、摩擦面は、母材が炭素で強化
材が炭素繊維よりなるＣ／Ｃコンポジットで形成され
る。そして、強化材である炭素繊維は同心円状に並べら
れて配列された構成となっている。

次に、第３図および第４図に示す摩擦板Ａ、Ｂを比較例
として、第２図に示す本考案の摩擦板５ａの性能特性を
明らかにする試験例を示す。なお、第３図に示す比較例
（１）の摩擦板Ａは、炭素繊維６が摺動摩擦面に格子状
に配列された構成のものである。第４図に示す比較例
（２）の摩擦板Ｂは炭素繊維６が摺動摩擦面に点状に不
均一に配列された構成のものである。

試験例１ 上述の３種類の摩擦板と、スチール製（材質：ＪＩＳ規
格ＳＫ５Ｍ）で焼入れ・焼戻しを施した鋼板（硬度：Ｈ
ｖ４８０）よりなり、その表面あらさが０．５μRZであ
る別の摩擦板（外径φ７０、厚さ１．８mm）を組み合せ
てスラスト試験機により試験を行った。

試験は、差動制限ディファレンシャル用オイル（鉱物
油）中の約５rpmにて回転している摩擦板へ、比較する
各々の摩擦板を荷重４００kgfで押し付け、その時の摩
擦トルクを検出し摩擦係数を求めた。その結果を第５図
に示す。比較として、従来技術として説明した自己潤滑
油のある皮膜材にて表面処理を施した摩擦板も併せて示
した。第５図により明らかなようにＣ／Ｃコンポジット
を用いた摩擦板（本考案と比較例１、２）が従来技術の
ものよりも摩擦係数が大幅に向上していることが分る。
その中でも炭素繊維６の配列の仕方により傾向が次のよ
うに異なることがわかる。

（ｉ）炭素繊維６を摺動摩擦面に点状に不均一に配列さ
れた比較例２の摩擦板Ｂの場合は、炭素繊維６が相手部
材と接触（摺動）する面積が少ない為、他のものに比べ
摩擦係数（μ）が低く、かつ、摩擦摺動方向に対して不
均一であることから変動幅（バラツキ）も大きい。又、
炭素繊維６にかかる面圧が高く相手部材への攻撃性が大
きい。

（ii）炭素繊維６を摺動摩擦面に格子状に配列された比
較例１の摩擦板Ａの場合、上記比較例２の摩擦板Ｂに比
べ炭素繊維が相手部材に接触する面積が多い為、摩擦係
数（μ）は高くなっているが、この例の場合も炭素繊維
の配列が摩擦摺動方向に対して不均一であることから、
変動幅（バラツキ）が大きい。

（iii）これに対して、炭素繊維６を摺動摩擦面に同心
円状に配列した本考案の摩擦板５ａの場合は、摩擦板の
回転方向に炭素繊維６が均一状態に配列されているた
め、上記比較例１、２の摩擦板Ａ、Ｂに比べ摩擦係数
（μ）の変動幅（バラツキ）が小さい。

試験例２ 試験例１と同様の組み合わせで、ディファレンシャル用
オイル中で約５０rpmにて回転している別の摩擦板へ、
比較する各々の摩擦板を荷重５００kgfで押しつけ１５
０時間の摩擦試験を行った。この試験結果による摩擦板
の摩耗量（摩耗深さ）を第６図に示す。Ｃ／Ｃコンポジ
ットを使用した摩擦板の摩耗量は、従来技術の摩擦板に
比べて１／３程度まで減少していることがわかる。特
に、本考案の摩擦板５ａは従来技術の摩擦板に比べ摩耗
量が１／３以下に減少し耐摩耗性に優れていることが分
る。なお、従来技術の自己潤滑油のある皮膜材を用した
摩擦板の場合は、皮膜材が摩滅し下地（鋼板製の基板）
が露出してしまった。

上記の試験例１、２において、相手側摩擦板には、鋼板
製で硬さがＨｖ４８０を使用しており、この場合、鋼板
製の相手側摩擦板の摩耗はほとんどみられなかったが、
相手摩擦板の鋼板の硬さがＨｖ４００以下のものを使用
すると相手側摩擦板がやや摩耗しやすくなる。特にＨｖ
２００以下では摩耗が顕著である。又、相手側摩擦板の
曲げ強度が低下する為、摩擦板との当たりが不均一とな
り摩擦係数（μ）の変動幅（バラツキ）が大きくなる。
従って、相手側摩擦板の鋼板の硬さとしてはＨｖ４００
以上であることが好ましい。

又、同相手側摩擦板の鋼板の表面あらさとしては１．０
μRZ以上になると摩擦係数（μ）が大きくなり、耐摩耗
性も低下するため出来るかぎり１．０μRZ以下で小さく
なることが好ましい。

以上、本考案を特定の実施例につき説明したが、本考案
は、上記実施例に限定されるもではなく、実用新案登録
請求の範囲に記載された範囲内で種々の実施態様が考え
られるものである。

例えば、上記実施例においては、ディファレンシャルケ
ース１に連結された第１の摩擦板５ａの摩擦面をＣ／Ｃ
コンポジットにて構成したものであるが、逆にサイドギ
ヤ２に連結された第２の摩擦板５ｂの摩擦面をＣ／Ｃコ
ンポジットで構成するようにしてもよい。

又、Ｃ／Ｃコンポジット中の炭素繊維６は、同心円状に
配列されていればよく、上記実施例のように長繊維を一
個で同心円状に配列するようにしても良いし、短繊維を
つなげて、同心円状に配列するようにしても良い。

なお、本考案の実施例における摩擦板は回転方向に摩擦
摺動するため、Ｃ／Ｃコンポジット中の炭素繊維は同心
円状に配列されるが、直線方向に摩擦摺動する摩擦部材
にも適用することができ、その場合は炭素繊維も直線的
に配列すると良い。

〔考案の効果〕

以上のように本考案によれば、一方の摩擦面を、強化材
である炭素繊維を摺動方向と平行に配向したＣ／Ｃコン
ポジットで構成し、かつ他方の摩擦面を硬さＨｖ４００
以上で表面あらさ１．０μRZ以下の鋼板製としたため、
高トルク使用下においても必要十分な摩擦係数が得ら
れ、かかる使用下においても十分な差動制限作用をなす
ことができる。また、その材質の特性上、耐摩耗性が優
れていることから、摩擦板の耐久性が向上するという効
果がある。なお、摩擦面の摩擦係数が大きいほどスティ
ックスリップが生じやすい傾向にあり、本考案の摩擦係
数は従来技術のものより大きくなっているが、鋼板同志
の摩擦接触の場合より小さく、摩擦係数の変動幅（バラ
ツキ）が小さいことと相俟って、スティックスリップの
発生を効果的に防止あるいは減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案が適用される代表的な差動制限装置を示
す全体断面図、第２図は本考案にかかる摩擦板の一実施
例を示す平面図、第３図および第４図は比較例の摩擦を
示す平面図、第５図および第６図は本考案の試験例結果
を示す性能比較図である。 １……ディファレンシャルケース ２……サイドギヤ ３……ピニオンギヤ ４……ピニオンシャフト ５ａ……第１の摩擦板 ５ｂ……第２の摩擦板 ６……炭素繊維 ７……スプライン

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の摩擦板と第２の摩擦板とが交互に重
   ね合わされて配設されており、第１の摩擦板と第２の摩
   擦板は差動装置の相対回転可能な２部材に回転方向に一
   体的に係合しており、第１の摩擦板と第２の摩擦板間の
   摩擦力で差動制限を行うようにした差動制限装置におい
   て、摩擦接触する第１の摩擦板と第２の摩擦板の両摩擦
   面のうちの一方の摩擦面が、母材が炭素で強化材が炭素
   繊維よりなるカーボン繊維強化炭素質体複合材で構成さ
   れるとともに強化材である炭素繊維が摩擦摺動方向と平
   行に配列されており、かつ他方の摩擦面が、硬さＨｖ４
   ００以上で表面あらさ１．０μRZ以下の鋼板で形成され
   ていることを特徴とする差動制限装置。