JP2000274451A

JP2000274451A - Ｆｅ系焼結合金製シンクロナイザーリング

Info

Publication number: JP2000274451A
Application number: JP11079586A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takiguchi; 寛滝口; Takao Omiya; 隆雄大宮
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】内周面の動摩耗係数が大きく、さらに耐焼付
性がより向上した、摩擦特性および耐焼付性に優れたシ
ンクロナイザーリングを提案する。【解決手段】内周面に、熱硬化性樹脂にクルミ殻粉末
を配合した摩擦材からなる層を形成する。摩擦材からな
る層にはクルミ殻粉末に加えて、さらに固体潤滑剤およ
び／またはセラミックス等の硬質粒子を配合したものと
するのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変速機同期装置用
シンクロナイザーリングに関し、とくに、優れた動摩擦
特性および耐焼付性を有するFe系焼結合金製シンクロナ
イザーリングに関する。

【０００２】

【従来の技術】歯車の噛み合わせにより変速を行う歯車
変速機においては、一方の歯車の周速が相手方の歯車の
周速と同期しなければ変速の際に騒音を発し、ときには
歯の損傷を招くこともある。このため、従来から、歯車
を噛み合わせる際に、双方の周速を同期させるための同
期装置が用いられている。

【０００３】図５に同期装置の１例を示す。図中、１点
鎖線は回転中心軸を示す。まず、シフトレバー（図示せ
ず）を動かすことにより、回転するスリーブ２が矢印方
向（Ｓ）へ移動し、シンクロナイザーキー３がシンクロ
ナイザーリング４に当接し、これを押す。これにより、
シンクロナイザーリング４の内周テーパー面40は、相手
材としてのクラッチギア５のコーン部50に押しつけら
れ、発生する摩耗力によってクラッチギヤ５は回り始め
る。スリーブ２がさらに矢印方向（Ｓ）に移動すること
により大きな摩擦力が発生し、スリーブ２の回転とクラ
ッチギヤ５の回転はほぼ同じ周速度となる。同期が完了
し、スリーブ２とクラッチギヤ５の相対速度が無くなっ
た状態でスリーブ２をさらに矢印方向（Ｓ）に移動させ
るとスリーブ２のスプライン21とクラッチギヤ５のスプ
ラインチャンファ51が噛み合って変速が完了する。

【０００４】シンクロナイザーリング４は、回転する相
手材としてのクラッチギア５のコーン部50との同期摺動
あるいはクラッチギア５のコーン部50からの離脱を行う
摩擦環であり、図４に１例を示すように、最外周にスリ
ーブ２のスプライン21と噛み合うためのシンクロナイザ
チャンファ41を有し、通常、外周面にはシンクロナイザ
ーキーに嵌合するキー溝43が設けられる。また、クラッ
チギア５のコーン部50と接触するシンクロナイザーリン
グ４の内周面には、縦溝44と、それに直交するようにリ
ング状条溝42が設けられている。通常、シンクロナイザ
ーリング４は、摺動時の摩擦に耐えられるように銅合金
（黄銅）、あるいは鉄系材料の内周面にMo溶射したもの
などが用いられていた。

【０００５】一般に、このような構造のシンクロナイザ
ーリングには、機械的強度および精度が高いことに加
え、クラッチギア５のコーン部50と接触する内周面が、
優れた摩擦特性、とくに動摩擦係数が大きいことと、さ
らに十分な耐焼付性を有していることが要求される。銅
合金製シンクロナイザーリングは、銅合金が他の部材よ
り動摩擦係数が小さい、また、鉄系材料の内周面にMo溶
射したシンクロナイザーリングは、耐焼付性は銅合金製
のものより優れているが、依然として動摩擦係数が低
い、という問題があった。

【０００６】上記した問題に対し、例えば、特公昭47-2
4053号公報には、シンクロナイザーリングの同期表面部
層を紙質等の繊維質を主材とする摩擦材で構成した車両
用歯車変速装置の同期装置が提案されている。しかしな
がら、特公昭47-24053号公報に記載された技術では、動
摩擦係数が大きく摩擦特性は要求値を満足するが、耐焼
付性が不足しクラッチ・シフトレバーのミス操作により
生じる摩擦熱により焼付が発生するという問題があっ
た。

【０００７】また、特開平7-197948号公報には、シンク
ロナイザーリングのテーパ面近傍に係止用凹所を形成
し、熱硬化製樹脂に粒径0.1 〜2mm のコルク粒を30〜60
重量％あるいはさらに耐熱性ゴムを1 〜10重量％配合し
た樹脂組成物からなる摩擦材を、係止用凹所およびテー
パ面の表面に連続するように射出成形によって一体に形
成した金属製シンクロナイザーリングが提案されてい
る。しかし、特開平7-197948号公報に記載された技術で
は、射出成形を利用するため、射出成形設備を必要と
し、製造コストが増加し、さらに成形後に螺旋溝加工を
要し、かつ加工中に剥離、脱落等が生じるという問題が
あった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術の問題を有利に解決し、従来の黄銅製シンクロ
ナイザーリングに比べ、内周面の動摩耗係数が大きく、
さらに耐焼付性がより向上した、摩擦特性および耐焼付
性に優れたシンクロナイザーリングを提案することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、シンクロ
ナイザーリングの摩擦特性および耐焼付性を向上させる
ために、シンクロナイザーリングに使用する摩擦材につ
いて鋭意研究した。その結果、動摩擦係数を大きくする
には、熱硬化性樹脂にクルミ殻粉末を配合した摩擦材と
することがよいことに想到した。クルミ殻粉末は、油を
吸収し摩擦界面の油膜形成を抑制し、さらに弾性体であ
るため相手部材との接触に際しても衝撃を吸収できると
いう効果、および熱硬化性樹脂に配合して混合した樹脂
混合物を加熱および加圧成形するため内周面の加工が省
略できコストを低減できる、という利点を有していると
いうことを見いだした。さらに、本発明者らは、摩擦材
の密着性を向上させるには、シンクロナイザーリングの
使用材料としてFe基焼結合金材を用いるのがよいことを
思いついた。

【００１０】まず、本発明の基礎となった実験結果につ
いて、説明する。水蒸気処理を施したFe基焼結合金材
に、摩擦材として、さらにクルミ殻粉末を配合した熱硬
化性樹脂（エポキシ樹脂）を塗布し、加熱・加圧処理し
て硬化、接合させ摩擦材からなる層を表面に形成した。
これら試験片について、押しつけ回数を変えて動摩擦係
数を測定した。その結果を図１に示す。従来の銅合金
（ＭＢＡ５) 、水蒸気処理を施したFe基焼結合金材につ
いても併記した。従来の銅合金（ＭＢＡ５）にくらべ、
クルミ殻を配合した熱硬化性樹脂を接合させ摩擦材から
なる層を表面に形成した試験片では、動摩擦係数が初期
から高く安定している。これに対し、水蒸気処理を施し
たままの表面を有するFe基焼結合金材では、動摩擦係数
が小さく低下傾向である。

【００１１】本発明は、上記した知見に基づき、さらに
検討して構成されたものである。すなわち、本発明は、
Fe系焼結合金からなるシンクロナイザーリングであっ
て、該シンクロナイザーリングの内周面に、熱硬化性樹
脂にクルミ殻粉末を配合した摩擦材からなる層を有する
ことを特徴とするFe系焼結合金製シンクロナイザーリン
グであり、また、本発明では、前記摩擦材からなる層
を、熱硬化性樹脂にクルミ殻粉末を配合しさらに固体潤
滑剤またはセラミックス等の硬質粒子を配合したものと
するのが好ましい。また、本発明では、前記摩擦材から
なる層を、熱硬化性樹脂にクルミ殻粉末を配合しさらに
固体潤滑剤およびセラミックス等の硬質粒子を配合した
ものとするのが好ましい。

【００１２】また、本発明は、Fe系焼結合金製シンクロ
ナイザーリングの内周面に、熱硬化性樹脂にクルミ殻粉
末を配合して混合した樹脂混合物を載置したのち、加熱
および加圧成形して、内周面に摩擦材からなる層を形成
することを特徴とするFe系焼結合金製シンクロナイザー
リングの製造方法である。また、本発明では、前記熱硬
化性樹脂に固体潤滑剤、あるいはセラミックス等の硬質
粒子を配合してもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のシンクロナイザーリング
は、鉄粉、あるいは低合金鋼粉に、黒鉛粉、あるいは必
要に応じCu粉等の合金元素粉、あるいは合金粉を、所定
の配合量で配合し、通常の条件で混合し、金型内で加圧
して圧粉体としたのち、該圧粉体を1000〜1200℃程度の
温度で焼結したFe系合金の焼結体から製造されるのが望
ましい。なお、本発明では、Fe系合金の焼結体から製造
されたシンクロナイザーリングの内周面は、とくに処理
を必要としない。焼結のままとしても、さらに水蒸気処
理により酸化鉄皮膜層を形成しても、また、窒化処理に
よる窒化層を形成してもよい。焼結のままでは、微細な
凹凸と、無数の空孔が存在し、その表面粗さは８〜15μ
m Ｒz 程度である。なお、水蒸気処理は、 550〜 580℃
で60〜 120min とするのが好ましく、表面に、厚さ15μ
m 以下の酸化鉄皮膜を形成するのが望ましい。また、窒
化層は、厚さ10μm 以下とするのが望ましい。

【００１４】本発明のシンクロナイザーリングは、図３
に示すように、所定のFe系焼結合金製シンクロナイアー
リングの内周面（内周テーパ面40）に、摩擦材からなる
層45を形成する。本発明のシンクロナイザーリングにお
いても、内周面テーパ面40には、潤滑油を切るための
溝、縦溝44と、それに直交するようにリング状条溝42が
設けられているのはいうまでもない。

【００１５】摩擦材からなる層45は、熱硬化性樹脂45A
にクルミ殻粉末45B を配合した摩擦材からなる。図２
に、本発明のシンクロンナイザーリング内周面近傍の断
面微視組織の１例を模式的に示す。Fe基焼結合金焼結体
からなる母材（シンクロンナイザーリング）46に、水蒸
気処理により酸化鉄皮膜層46a を形成した例を示してい
るが、凹凸のある母材表面に熱硬化性樹脂45A が接合さ
れている。この熱硬化性樹脂45A 中にクルミ殻粉末45B
が分散配合されている。熱硬化性樹脂45A 中には若干の
空孔45c が見られる。本発明では、摩擦材からなる層45
の厚さは、とくに限定されないが、0.05〜 5.0mmとする
のが好ましい。厚さが0.05mm未満では、所定の耐久性が
なく、かつ加工レス不能であり、 5.0mmを超えると母材
強度が低下し、またコスト高となる問題がある。

【００１６】熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂
（ユリア樹脂、メラミン樹脂等）、シリコーン樹脂、ア
ルキド樹脂、ポリイミド樹脂などが例示され、本発明に
おいてはいずれも好適である。クルミ殻粉末は、クルミ
の殻を粉砕して粉末とし自然乾燥もしくは 100〜 130℃
に加熱して充分乾燥したものが好ましい。クルミ殻粉末
はそれ自体、弾性体であり、潤滑油を吸収する。このた
め、相手部材との接触に際し衝撃を吸収するとともに、
動摩擦係数を大きくする作用を有する。クルミ殻粉末の
配合量は、熱硬化性樹脂に、30〜80重量％配合する。よ
り好ましくは40〜60重量％である。配合量が、30重量％
未満では、動摩擦係数が低下し耐摩耗性が劣化する。一
方、80重量％を超えると、成形材料が均一化できず密着
強度が低下する傾向となる。このため、クルミ殻粉末の
配合量は、熱硬化性樹脂に、30〜80重量％の範囲に限定
するのが好ましい。

【００１７】また、配合されるクルミ殻粉末の粒径は、
50〜300 μm とするのが好ましい。粒径が50μm 未満で
は、脱落粒子による摩耗が増加する傾向となり、一方、
300μm を超えると、成形性の悪化と密着強度が低下す
る傾向となる。このため、クルミ殻粉末の粒径は、50〜
300 μm の範囲に限定するのが好ましい。熱硬化性樹脂
には、上記したクルミ殻粉末のほかに、固体潤滑剤およ
び／またはセラミックス等の硬質粒子を配合してもよ
い。

【００１８】固体潤滑剤は、シンクロナイアーリングの
内周面と相手部材との潤滑を向上させるため、必要に応
じ、配合される。配合される固体潤滑剤としては、黒
鉛、二硫化モリブデン等が好ましい。本発明では、これ
ら固体潤滑剤のうちから１種または２種以上を選んで配
合してもよい。固体潤滑剤の配合量は、熱硬化性樹脂
に、0.5 〜30重量％とするのが好ましい。配合量が、0.
5 重量％未満では、潤滑効果がなく、一方、30重量％を
超えると、動摩擦係数が低下する傾向となる。

【００１９】セラミックス等の硬質粒子は、耐焼付性向
上のために、必要に応じ、配合される。配合される硬質
粒子としては、炭化けい素（SiC ）、窒化けい素（SiN
）、四三酸化鉄（Fe₃O₄）等が好ましい。本発明で
は、これら硬質粒子のうちから１種または２種以上を選
んで配合してもよい。硬質粒子の配合量は、熱硬化性樹
脂に、 0.5〜５重量％とするのが好ましい。配合量が、
0.5重量％未満では、耐焼付性が低下する傾向にあり、
一方、５重量％を超えると、相手材の摩耗が増加する傾
向となる。

【００２０】つぎに、摩擦材からなる層45の形成方法に
ついて説明する。所定のFe系焼結合金製シンクロナイザ
ーリングの内周面に、熱硬化性樹脂にクルミ殻粉末を適
正量配合し混合して、樹脂混合物としたのち、この樹脂
混合物を所定の形状のFe系焼結合金製シンクロナイザー
リングの内周面に載置する。また、熱硬化性樹脂には、
固体潤滑剤および／またはセラミックスを適正量配合し
てもよい。

【００２１】内周面に、クルミ殻粉末を配合した熱硬化
性樹脂を載置されたシンクロナイザーリングは、ついで
所定の温度（樹脂が硬化する温度以上）に加熱された同
じテーパ角を有するコーンを挿入され加圧されて、内周
面に熱硬化性樹脂にクルミ殻粉末が配合された摩擦材か
らなる層が接合形成される。加圧によりテーパ面が形成
されるとともに加熱により樹脂が硬化し内周面に接合す
る。なお、加熱の所定温度は、樹脂の種類に応じ、樹脂
が硬化する温度以上とすればよい。

【００２２】本発明のシンクロナイザーリングは、Fe基
焼結合金製で酸化皮膜を有しているため、微細な凹凸
と、無数の空孔が存在し樹脂との接合性はよく、摩擦材
からなる層の密着性はよい。なお、本発明では、仕上テ
ーパ面と同じに加工されたコーンで加熱加圧処理を行う
ため、内周のテーパ面の加工はとくに必要としない。

【００２３】

【実施例】鉄粉に、黒鉛粉：0.9wt ％、Cu粉：20wt％、
Fe−Ｗ合金粉：10wt％を配合し混合して混合粉とした。
この混合粉をプレス成形した後、焼結処理を施し、シン
クロナイザーリングを得た。このシンクロナイザーリン
グに、水蒸気処理を施し、少なくとも内周面に厚さ：10
μm の酸化鉄皮膜を形成した。

【００２４】このような処理を行ったのち、熱硬化性樹
脂にクルミ殻粉末を配合した樹脂混合物を内周面に載置
したのち、樹脂に応じた温度に加熱し、加圧して摩擦材
からなる層を接合形成した。なお、加熱・加圧は、所定
の温度に加熱した仕上テーパ面と同じに加工されたコー
ンを、リングに挿入して行った。まず、これらシンクロ
ナイザーリングについて、動摩擦係数を測定した。

【００２５】動摩擦係数は、シンクロナイザー単体摩耗
試験機を用いて、下記に示す条件で測定した。なお、図
６において、10は回転軸、11はテーパコーン、12はシン
クロナイザーリング、13はシンクロナイザーリングホル
ダである。動摩擦係数の測定条件荷重：1000Ｎ回転数：1000rpm 慣性モーメント：0.120kg-m² 油（油温）：ＡＴＦ（80℃）本発明例は、初期の動摩擦係数が大きく、良好な摩擦特
性を有している。これに対し、銅合金（ＭＢＡ５）製の
従来例は、初期から動摩擦係数が低く、押しつけ回数が
多くなると、さらに動摩擦係数が低下している。また、
水蒸気処理を施したままの表面を有し、摩擦材からなる
層がない従来例は動摩擦係数が小さく低下傾向である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、内周面の動摩耗係数が
大きく、内周加工が不必要な、摩擦特性に優れたシンク
ロナイザーリングを、安価に製造でき、産業上格段の効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシンクロンナイザーリング内周面近傍
の断面微視組織の概略を示す模式図である。

【図２】各種シンクロナイザーリングの動摩擦係数の変
化を示すグラフである。

【図３】本発明のシンクロナイザーリングの構成の１例
を示す斜視図である。

【図４】シンクロナイザーリングの１例を示す斜視図で
ある。

【図５】同期装置の要部断面図の１例である。

【図６】シンクロナイザー単体摩耗試験機の概要を示す
説明図である。

【符号の説明】

１同期装置２スリーブ 21 スプライン３シンクロナイザーキー４シンクロナイザーリング 40 内周テーパ面 41 シンクロナイザーチャンファ 42 リング状条溝 43 キー溝 45 摩擦材からなる層 45A 熱硬化性樹脂 45B クルミ殻粉末 45C 空孔 46 母材 46a 酸化鉄皮膜５クラッチギヤ 50 コーン部 51 スプラインチャンファ 10 回転軸 11 テーパコーン 12 シンクロナイザーリング 13 シンクロナイザーリングホルダ

フロントページの続きＦターム(参考） 3J056 AA12 BA02 BC03 BE17 CA03 EA03 EA18 EA23 EA30 FA08 GA05 GA12 4K018 AA25 CA07 DA21 KA02 KA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 Fe系焼結合金からなるシンクロナイザー
リングであって、該シンクロナイザーリングの内周面
に、熱硬化性樹脂にクルミ殻粉末を配合した摩擦材から
なる層を有することを特徴とするFe系焼結合金製シンク
ロナイザーリング。
【請求項２】前記摩擦材からなる層が、さらに固体潤
滑剤および／または硬質粒子を配合したものであること
を特徴とする請求項１に記載のFe系焼結合金製シンクロ
ナイザーリング。
【請求項３】前記摩擦材からなる層が、前記シンクロ
ナイザーリング内周面に加熱・加圧接合されたものであ
ることを特徴とする請求項１または２に記載のFe系焼結
合金製シンクロナイザーリング。
【請求項４】 Fe系焼結合金製シンクロナイザーリング
の内周面に、熱硬化性樹脂にクルミ殻粉末を配合して混
合した樹脂混合物を載置したのち、加熱および加圧成形
して、内周面に摩擦材からなる層を形成することを特徴
とするFe系焼結合金製シンクロナイザーリングの製造方
法。