JPH07197948A

JPH07197948A - シンクロナイザリング

Info

Publication number: JPH07197948A
Application number: JP29498594A
Authority: JP
Inventors: Satoru Fukuzawa; 覚福澤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】シンクロナイザリングを、所要の摩擦力が経
時的に安定し、湿式の摩擦条件に耐える性能を有するも
のとし、しかも効率よく製造でき製造コストの低減を図
り得る構成とする。【構成】シンクロナイザリング１に、内径面１ａと外
径面１ｂとを連通する穴６または溝などを形成し、穴６
に連続してリング１の外表面を覆うように摩擦材５を形
成する。摩擦材５は、熱硬化性樹脂に粒径０．１〜２ｍ
ｍのコルク粒を３０〜６０重量％配合した樹脂組成物ま
たはさらに耐熱性ゴムを１〜１０重量％配合した樹脂組
成物で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車のマニュアル
トランスミッションに用いられるシンクロナイザリング
に関し、特にそのテーパ面を覆う摩擦材を改良したシン
クロナイザリングに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車のマニュアル・トランス
ミッションにおいては、変速ギアの一側にシンクロ装置
を配して変速ギアのギアチェンジがスムーズに行なえる
ようにしている。このような同期機構として、キー式、
ピン式、サーボ式等の構造のシンクロ装置が挙げられ、
キー式には、シングルコーンシンクロのほかに、ダブル
コーンシンクロ、トリプルコーンシンクロ等のマルチコ
ーンシンクロ機構等がある。

【０００３】図１は、シングルコーン方式のシンクロ装
置の例を示しており、出力軸２０に対して回り止めされ
たハブ２１の外周に歯２２を設け、ハブ２１の外側に摺
動自在に取付けられたスリーブ２３の内周に、歯２２と
噛合する歯２４を設けている。また、出力軸２０の外側
に回転自在に設けた変速ギア２５の一側部にクラッチギ
ア２６を配し、このクラッチギア２６の側面にシンクロ
ナイザコーン２を取付け、このコーン２の外側に設けた
シンクロナイザリング１の内径面にテーパ面４を形成し
ている。

【０００４】この構造では、シンクロナイザリング１を
シンクロナイザコーン２に向けて移動させ、このリング
１のテーパ面４と、シンクロナイザコーンの外径側に設
けたテーパ面３とを接触させることにより、シンクロナ
イザリング１とスリーブ２３を変速ギア２５に同期回転
させ、その状態でスリーブ２３の歯２４をシンクロナイ
ザリング１の外周の歯２７とクラッチギア２６の歯２８
に噛合させ、変速ギア２５の回転をハブ２１を介して出
力軸２０に伝達している。

【０００５】一方、エンジンの高出力化に伴ってトラン
スミッションに加わる負荷の増大に対し、変速シフト操
作が軽く滑らかにできるように、シンクロナイザコーン
を二重構造にしたダブルコーン方式の装置においても、
前記同様のシンクロナイザリング１が装着される。

【０００６】そして、シンクロナイザリング１は、高力
黄銅を素材として鍛造したものであるが、その内径のテ
ーパ面４には、円滑な同期状態を発揮させるために、動
摩擦係数μ＝０．１２以上となるように安定した摩擦力
を発揮する機能が求められている。

【０００７】テーパ面４の摩擦力を安定化したシンクロ
ナイザリングとしては、多孔質のペーパー摩擦材を金属
製母材に接着する技術が知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のシンクロナイザリングは、耐水性が不充分で剥がれ易
く耐久性に劣り、また摩擦面が炭化して摩擦力が経時的
に減少するという問題点がある。

【０００９】また、このようなシンクロナイザリング
は、摩擦材の接着などに要する製造工程が煩雑で、製造
コストの低減を図り得る構成でないという問題点もあ
る。

【００１０】そこで、この発明は上記した問題点を解決
し、シンクロナイザリングを、所要の摩擦力が経時的に
安定し、湿式の摩擦条件に耐える性能を有するものと
し、しかも効率よく製造でき製造コストの低減を図り得
る構成とすることを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、シンクロナイザコーンに摩擦
係合するテーパ面を有する金属製シンクロナイザリング
において、前記テーパ面の近傍に係止用凹所を形成し、
熱硬化性樹脂に粒径０．１〜２ｍｍのコルク粒を３０〜
６０重量％配合した樹脂組成物からなる摩擦材を、前記
係止用凹所およびテーパ面の表面に連続するよう射出成
形によって一体に形成した構成を採用したのである。テ
ーパ面の円錐角は、約５°〜２０°程度であれば、スム
ーズな同期を得られる。

【００１２】また、前記したシンクロナイザリングにお
いて、前記した配合の樹脂組成物からなる摩擦材に代え
て、熱硬化性樹脂に粒径０．１〜２ｍｍのコルク粒を３
０〜６０重量％配合し、かつ耐熱性ゴムを１〜１０重量
％配合した樹脂組成物からなる摩擦材を採用することも
できる。

【００１３】以下に、その詳細を述べる。この発明に用
いる熱硬化性樹脂は、機械的強度および耐熱性に優れた
汎用の熱硬化性樹脂を、トランスミッションに所要の性
能に応じて適宜採用したものである。また、熱硬化性樹
脂を用いる理由は、熱硬化性樹脂が熱可塑性樹脂に比べ
て多量の充填材を配合しても成形が可能だからである。
そのような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、ジアリルフタレ
ート樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂、ポリイミド樹脂
などを例示することができる。前記したフェノール樹
脂、エポキシ樹脂は、ナチュラルのもので吸水率が約
０．０８〜０．２０％程度と低く、また、多くの薬品類
にも侵されにくく、長時間使用後の強度低下も少ないと
考えられる。

【００１４】また、この発明に用いるコルク粒は、コル
クガシまたはアベマキの樹皮から生産された軽量かつ耐
熱性に優れたコルク組織であり、粒径０．１〜２ｍｍに
破砕したものである。このようなコルク粒の粒径は、
０．１ｍｍ未満の小径では摩擦材に所期した動摩擦係数
μ＝０．１２以上を発揮させることが困難であり、２ｍ
ｍを越える大径では射出成形が困難となって好ましくな
い。

【００１５】コルク粒の熱硬化性樹脂に対する充填量
は、３０〜６０重量％であり、より好ましくは３５〜４
５重量％である。なぜなら、この範囲未満では動摩擦係
数が低くなる傾向があり、特に３０重量％未満では動摩
擦係数μ＝０．１２以上となる条件を満足できない。ま
た、前記範囲を越える多量を添加すると、成形材料が均
一化できず、特にペレットのコンパウンド化が困難とな
るからである。

【００１６】また、この発明に用いる耐熱性ゴムは、熱
硬化性樹脂に混在させて成形した場合の成形温度に耐
え、かつ摩擦材の発熱温度に耐える周知のゴム材料を採
用したものである。また、耐熱性ばかりでなく、耐油
性、耐薬品性などに優れたゴムを採用することが好まし
いのは勿論である。このようなゴムとして、たとえばニ
トリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴ
ム、アクリルゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレ
ンゴム、フッ素ゴムなどが挙げられる。

【００１７】これらの耐熱性ゴムは、少なくとも耐熱温
度が約１３０℃以上を有し、アクリルゴムや加硫処理さ
れたブチルゴム等は、約１６０℃の耐熱性を有する。

【００１８】このような耐熱性ゴムの樹脂組成物に添加
する場合の適量は、１〜１０重量％である。なぜなら、
耐熱性ゴムを１〜１０重量％添加することによって、後
述する動摩擦係数の試験法による１００００サイクル経
過後の動摩擦係数の減少量が小さくできるからである。
しかし、添加量が１重量％未満では、前記した好ましい
影響は現れず、１０重量％を越える多量の添加量では、
摩擦材の動摩擦係数が却って低下することになる。

【００１９】これらに加えて、セラミック粉末、木材粉
末、ガラス繊維、ガラスフレーク、ガラスビーズ、炭素
繊維やグラファイト等のカーボン類、フッ素系樹脂、炭
化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス粉末、青銅、
銅、鉄等の金属系粉末類等、二硫化モリブデン、モリブ
デン粉末等、硬化剤、滑剤等の１種、または２種以上を
約３〜３３重量部程度、添加してもよく、２種以上の充
填剤は、更に、約３〜１５重量部程度を添加して混合し
ても良い。このような充填材を添加することで、シンク
ロナイザリングに繰り返して、圧縮や摺動等の動きが加
わっても、耐クリープ性、耐摩耗性に優れ、安定した摩
擦係数を有するシンクロナイザリングを提供することが
できると考えられる。

【００２０】そして、これらの充填材を前記の配合量の
熱硬化性樹脂や耐熱性ゴムが適度に保持して、摺動面か
ら抜けにくくしていると考えられる。また、前記これら
の充填材を添加することにより、熱硬化性樹脂の耐熱性
を瞬間最高温度で、約２６０℃〜約３００℃程度にまで
引き上げることもでき、摺動面の摩擦熱にも充分に対応
できる。

【００２１】このような材料からなる樹脂組成物を射出
成形するには、例えばフェノール樹脂を用いた場合、原
料または低重合体を６０〜１００℃でシリンダー内に導
入し、金型の温度をこのフェノール樹脂が硬化可能な１
７０℃以上に設定すればよい。

【００２２】このようにして、リングの摺動部を耐摩耗
性樹脂製とするので、リングの金属部分は、高力黄銅や
真鍮等に限らず、炭素鋼、ニッケルクロム鋼、ニッケル
クロムモリブデン鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、
マンガン鋼、マンガンクロム鋼、アルミニウムクロムモ
リブデン鋼や、工具鋼、また耐腐食性に優れたステンレ
ス鋼、切削性に優れた快削鋼、クラッド鋼および鋳鉄、
銅系材鋳物、アルミニウム系材鋳物、マグネシウム系鋳
物等の鋳物でも良く、リングのキーや歯等の機械的強度
に充分対応できる金属系材料であれば良い。比較的、安
価で焼入れのできる炭素鋼などは好ましい。また、キ
ー、歯部の機械的強度を上げるため、樹脂材をリングに
成形する前にリングに浸炭焼入れや歯面のみに高周波焼
入れ処理を施しても良い。歯面のみの高周波焼入れは、
キー部だけ必要な焼入れ硬度が得られ、他の部分は熱の
影響を受けにくいので、寸法安定性に優れ、また、生産
性にも優れる。

【００２３】このようにして、シンクロナイザリングと
被同期歯車との摩擦面を１つしかもたないシングルコー
ンシンクロ構造にて、安定した摩擦係数と耐摩耗性を有
するシンクロナイザリングを提供できる。

【００２４】そして、高出力、高回転型エンジンを搭載
した自動車の、変速操作時の負荷が大きな変速段等に限
らず、四輪駆動車の、動力分配装置の２駆−４駆切換え
装置等にも用いることができると考えられる。

【００２５】また、四輪駆動車の動力分配装置の２駆−
４駆の切換え装置では、通常のマニュアルトランスミッ
ションの変速・切換え数よりも、繰り返しの切換え数は
少なく、充分に耐久寿命にまで使用可能であると考えら
れる。

【００２６】また、同期容量を２〜３倍程度にまで増加
させるために、シンクロナイザリングや被同期歯車のテ
ーパコーン部を複数にして、摩擦面を２部位とするダブ
ルコーンシンクロ構造や、３部位とするトリプルコーン
シンクロ構造にも応用でき、変速時の負荷を一層低減さ
せたり、変速時のショックをやわらげて、好ましい変速
フィーリングをもつようにもできる。小排気量車（例え
ば排気量約１，３００cc〜６６０cc以下、最大出力約１
００〜６４馬力以下）のような自動車や、また、フォー
クリフト等の小・中出力車であれば、特に、複雑な構造
で、コスト高となり、重量やスペースの増えるダブルコ
ーンシンクロ構造や、トリプルコーンシンクロ構造でな
く、シンプルな構造のシングルコーンシンクロ構造でも
本発明を利用して使用可能であると考えられる。

【００２７】そして、キー式の同期機構は耐久性や、組
付け作業性、操作性等の全ての点で平均して優れてお
り、コストの点から見て、広く用いられている同期機構
であり、有利である。

【００２８】もちろん、中大型トラック系用のピン式同
期機構や、スポーツ系車のサーボ式同期機構に応用して
利用しても何ら問題は無い。

【００２９】摺動部は、仕様条件により、無潤滑状態で
使用することもできるが、一般に、摩擦・摩耗特性を向
上させ、油の冷却によって摺動面の発熱を抑えるために
油潤滑をするほうが好ましい。

【００３０】

【作用】この発明に係るシンクロナイザリングは、テー
パ面に射出成形によって所定の樹脂組成物からなる摩擦
材を一体に形成したので、製造における熱処理や研削加
工、摩擦材の張りつけなどの工程を省略できるものとな
る。

【００３１】また、係止用凹所に連続する摩擦材は確実
に抜け止めされており、使用中の剥がれが防止される。

【００３２】樹脂組成物中の熱硬化性樹脂は、コルク粒
およびゴムの充填量を充分に高めてもこれらを良く結着
する。所定粒径のコルク粒は、射出成形が可能であると
共に成形後の表面に露出して動摩擦係数を効果的に高め
る。コルク粒は、耐熱性ゴムを配合した樹脂組成物にお
いて、ゴムの摩擦力を長期間安定させる作用もある。

【００３３】

【実施例】この発明の実施例の構造を以下、添付図面に
基づいて説明する。図２に示すように、実施例は、シン
クロナイザリング（以下、単にリングと略記する。）１
に、内径面１ａと外径面１ｂとを連通する穴６を形成
し、この穴６に連続してリング１の外表面を覆うように
摩擦材５を形成している。

【００３４】このようにリング１に内径面１ａと外径面
１ｂとを連通する穴６を形成してあるので、過酷な使用
条件下で例えば摂氏マイナス約４０℃からプラス約１３
０℃のような、広範囲な温度で使用しても摺動用樹脂部
材と金属系部材のリングとは常に比較的強く一体に結合
されるので、異種材の線膨張係数の差に影響されにく
く、強度的に良好な一体型リングを提供することができ
る。連通穴６は、リングの大きさ等により、選択でき、
１箇所〜１５箇所程度で係止するようにしてあれば良
く、また、この箇数は、３の倍数や５の倍数であれば、
対角線が三角形状になり比較的強固に係止できるものと
考えられる。

【００３５】図中番号２の部材は、リング１と接触する
テーパ状外径面を有するシンクロナイザコーン（以下、
単にコーンと略記する。）であり、上記リング１および
コーン２には、それぞれフランジ７、８が形成されリン
グ１の外周側には歯（図示せず。）が形成されている。

【００３６】図３に示す他の実施例は、シンクロナイザ
リング１の端面１ｃ、１ｄにそれぞれ環状溝１４、１５
を形成し、内径面１ａに形成した摩擦材１６からその各
環状溝１４、１５に連続して樹脂層を形成したものであ
る。この形状では、樹脂製摩擦材１６が、テーパ面４よ
り、緩やかな曲率形状（例えば、約Ｒ１〜Ｒ３）やＣ面
取部（例えば、約Ｃ０．３〜Ｃ３）を経て端面１Ｃ、１
ｄに回り込んで、環状溝１４、１５にまで入り込むた
め、前述のように広い温度差等、過酷な条件下でも樹脂
製摩擦材と金属系部材とは比較的、良好に結合されてい
る。また、各角部を比較的緩やかな曲率形状、あるいは
Ｃ面取部形状とすることにより、温度差による樹脂材の
膨張・収縮があっても、樹脂材の角部に応力集中が発生
することを極力防ぐことができ、良好な結合一体リング
を供給することができる。このように環状溝１４、１５
に樹脂層を連続させることにより、摩擦材１６をより強
固に保持することができる。また、樹脂層は、リング
１、コーン２のどちらにでも形成できるが、射出成形金
型に取り付け易いリング１のほうがインサート成形し易
い。

【００３７】ここで、摩擦材を構成する樹脂組成物の区
別による実施例１、２、比較例１〜５について、以下に
述べる。実施例および比較例に使用の原材料を一括して
示すと以下の通りである。なお、配合割合は全て重量％
で示した。

【００３８】（１）フェノール樹脂三井東圧化学社製：ミレックスＲＮ−９５１０（２）コルク粒（中目、平均粒径１ｍｍ）（３）ガラス繊維旭ファイバーグラス社製：チョップドストランド、繊維
径１３μｍ、繊維長３ｍｍ、アミノシランカップリング
処理品）（４）木材粉末（平均粒径１ｍｍ）（５）ゴム粉末日本合成ゴム社製：ニトリルブタジエンゴム、ＪＳＲ−
Ｐ（６）四フッ化エチレン樹脂喜多村社製：ＫＴＬ６１０（７）リンターパルプ山陽国策パルプ社製：ＫＣフロック（８）カシューダスト東北化工社製：ＦＦ−１０８１（９）硫酸バリウム（一般試薬）（１０）硬化剤三井東圧化学社製：ヘキサメチレンテトラミン、Ｓ−４（１１）滑剤大日化学社製：ステアリン酸カルシウム、ダイワックス
ＩＭＮ〔実施例１〜６、比較例１〜６〕表１または表２に示す
割合で諸原材料を配合し、ミキシングロールによって一
括混合した（ゴム粉末を除く）。この場合、前ロール１
１０℃、後ロール６０℃の温度条件で行ない、混練物は
室温まで冷却した後粉砕した。次に、実施例４〜７、比
較例３、６、７については粉砕された組成物にゴム粉末
をＶ型ブレンダーで混合した。

【００３９】以上のようにして調製された摩擦材用の成
形材料を射出成形機（東芝社製：ＩＲ−４５Ｐ）に供給
し、前部シリンダ温度１００℃、後部シリンダ温度６５
℃、金型温度１７０℃、スクリュー回転数５０ｒｐｍ、
射出圧力１１００〜１３００ｋｇ／ｃｍ²、硬化時間１
２０秒の条件で、図１に示した同じ形状の真鍮製リング
状母材に射出成形し、シンクロナイザリングを得た。

【００４０】なお、母材となる真鍮製リングは、予め、
シランカップリング剤（日本ユニカー社製：Ａ−１１０
０をメタノールで１００倍に希釈したもの）を塗布し、
室温で放置して乾燥させておき、密着性を高めて用い
た。

【００４１】なお、より寸法安定性を高めるため、約１
６０℃〜約２００℃、０．５時間〜２４時間程度の後熱
処理を施してもよい。

【００４２】また、この熱処理温度の過程は、徐々に上
温させ約１００℃〜約１２０℃で、約０．５時間〜２時
間程度、成形体内の水分を蒸発させるために温度を保持
し、その後、約０．５時間〜２時間程度、徐々に約１６
０℃〜約２００℃に昇温させ、約０．５時間〜２時間程
度、温度を保持し、その後、徐々に冷却させてもよい。
この常温〜高温〜常温までの一連の熱処理時間は、約８
時間〜約１０時間程度で行うことができる。

【００４３】得られたシンクロナイザリングについてオ
ートマックス社製シンクロ単体試験機を用いて試験当初
の動摩擦係数と、１００００サイクル経過時の動摩擦係
数を測定した。すなわち、この試験機は、シンクロ単体
品で潤滑油に依る摩耗・摩擦特性を試験するための装置
であり、機能としては、一定温度に保たれた油槽の中で
慣性回転力で回転するギヤコーンに、シンクロナイザリ
ングを繰り返し押付ける方法で試験し、その際に発生し
たシンクロトルクを計測するものである。そして、この
場合の試験条件は、主軸回転数５００ｒｐｍ、押しつけ
荷重７８４Ｎ、イナーシャ２０Ｎ・ｃｍ・ｓ²潤滑油と
して鉱油等のギアオイル７５Ｗ−８５Ｗを用い、油温７
０℃、軸芯油浴で行ない、結果を表１または表２中に併
記した。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】表１の結果から明らかなように、全ての条
件を満足する実施例１〜７は、いずれも試験当初および
１００００サイクル経過時に動摩擦係数μ＝０．１２以
上を満足し、製造時の射出成形性もよく、また金属製母
材に良く一体化されたものであった。

【００４７】これに対して、表２の結果から明らかなよ
うに、比較例１ではコルク粒が３０重量％より少ないの
で、初期の動摩擦係数はμ＝０．１２より下回ってい
た。また、コルク粒が６０重量％より多量の比較例２で
は、ペレットの造粒が不可能であった。比較例３では、
ゴム粉末を多量に添加した結果、初期の動摩擦係数が下
がっており、また１００００サイクル後でも動摩擦係数
は大きく低下した。

【００４８】比較例４では、コルク粒の代わりにブレー
キなどの摩擦材として周知のリンターパルプ、カシュー
ダストおよび硫酸バリウムを充填したが、動摩擦係数は
μ＝０．１２以下と低いものであった。また、比較例５
では、ガラス繊維を多量に添加したが、１００００サイ
クル後には極端に動摩擦係数が低下すると共に、相手材
の損傷も大きかった。

【００４９】比較例６は、乾式摩擦材に使用される木粉
末を添加したものであり、比較例３のコルク粒を木粉末
に置換したものである。この場合、同じ乾式摩擦材料の
コルク粒を添加した比較例３より、さらに動摩擦係数が
低下した。

【００５０】

【効果】この発明は、以上説明したように、熱硬化性樹
脂に所定のコルク粒を所定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
るよう射出成形によって一体に形成したシンクロナイザ
リングとしたので、このものが所要の摩擦力を有してこ
れが経時的に安定しており、湿式の摩擦条件に耐え、し
かも製造コストの低減を図り得る構成となる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】シングルコーン方式のシンクロ装置を示す断面
図

【図２】実施例を示す断面図

【図３】他の実施例を示す断面図

【符号の説明】

１シンクロナイザリング２シンクロナイザコーン３、４テーパ面５、１６摩擦材６穴１４、１５環状溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シンクロナイザコーンに摩擦係合するテ
ーパ面を有する金属製シンクロナイザリングにおいて、前記テーパ面の近傍に係止用凹所を形成し、熱硬化性樹
脂に粒径０．１〜２ｍｍのコルク粒を３０〜６０重量％
配合した樹脂組成物からなる摩擦材を、前記係止用凹所
およびテーパ面の表面に連続するよう射出成形によって
一体に形成したことを特徴とするシンクロナイザリン
グ。
【請求項２】請求項１記載のシンクロナイザリングに
おいて、前記した配合の樹脂組成物からなる摩擦材に代
えて、熱硬化性樹脂に粒径０．１〜２ｍｍのコルク粒を
３０〜６０重量％配合し、かつ耐熱性ゴムを１〜１０重
量％配合した樹脂組成物からなる摩擦材を採用してなる
シンクロナイザリング。