JP2001173680A - シンクロナイザリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ミスシフト等による連続高負荷摺動下にもスカ
ッフィングが発生しない耐スカッフィング性に優れたＦ
ｅ系焼結合金製シンクロナイザリングを提案する。 【解決手段】シンクロナイザリングの摺動面に、ブラス
ト処理および水蒸気処理に加えてさらに浸硫窒化処理を
施す。ブラスト処理による摺動面の表面粗さを２０〜７
０μｍとするのが好ましく、また、浸硫窒化処理により
形成される浸硫窒化層の厚さを１０μｍ以上とし、表面
硬さをＨｖ４００〜７００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
シンクロナイザリングに関するものであり、特に、ミス
シフト等による連続高負荷摺動において優れた耐摩擦性
および耐スカッフィング性を有するＦｅ系焼結合金製シ
ンクロナイザリングに係るものである。

【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】同期装置にはシングルコーンタイプとマル
チコーンタイプがあり、シングルコーンタイプには単体
のシンクロナイザリングが、マルチコーンタイプにはイ
ンナリング付きシンクロナイザリングがそれぞれ用いら
れる。

【０００４】シングルコーンタイプ同期装置の１例を図
１に示す。図中、１点鎖線は回転中心軸を示す。同期装
置は、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、
シンクロナイザキー３がシンクロナイザリング４に当接
し、これを押す。これにより、シンクロナイザリング４
の内周テーパー面４０（摺動面）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
摩擦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。

【０００５】図２はマルチコーンタイプの１例であり、
シンクロナイザリング４が押されると、インナリング４
５の外周及び内周テーパ面（摺動面）４６、４７は相手
材のアウタコーン５２及びインナコーン５３に押しつけ
られ、発生する摩擦力によりクラッチギヤ５が回転す
る。

【０００６】シンクロナイザリング４は、回転する相手
材としてのクラッチギヤ５のコーン部５０との同期周動
あるいはクラッチギヤ５のコーン部５０からの離脱を行
う摩擦環であり、図３に示すように、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
キーに嵌合するキー溝４３が設けられる。また、クラッ
チギヤ５のコーン部５０と接触するシンクロナイザリン
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。

【０００７】一般に、このような構造のシンクロナイザ
リングには、機械的強度および精度が高いことに加え、
クラッチギヤ５のコーン部５０と接触する摺動面が、優
れた摩擦特性と、さらに十分な耐スカフィング性を有し
ていることが要求される。

【０００８】このような要求に対し、例えば特公昭４６
−１５０４３号公報には、溶射法により、金属層とセラ
ミックと酸化物が均一に混合され融着された層を摺動面
に形成したシンクロナイザリングが提案されている。し
かしながら、特公昭４６−１５０４３号公報に記載され
た溶射法では、溶射皮膜の材質にばらつきが発生する場
合があり、品質が不安定となることがあり、さらに必要
とする摩擦特性および耐スカッフィング性を十分に具備
していないという問題があった。また、不完全溶融粒子
や飛散粒子、跳ね返り粒子の巻き込みが生じる場合があ
り、摩擦特性が経時的に変化し易く、付着した粒子の脱
落によるミッション系各部の摩耗を招いたりするという
問題もあった。

【０００９】また、西ドイツ特許第３７０５６６１号公
報には、金属成分粉末８０質量％と非金属成分粉末２０
質量％とを含有する焼結粉体からなる摩擦ライニング
を、火炎噴射法により、摺動面に形成する摩擦リングの
製造方法が開示されている。しかしながら、西ドイツ特
許第３７０５６６１号公報に記載された火炎噴射法で
は、各金属元素の拡散が不足し、強度が不足する場合が
あり、さらに必要とする摩擦特性および耐スカッフィン
グ性を十分に具備していないという問題があった。

【００１０】又、特開平１０−７３１３２号公報には、
水蒸気処理により０．０５〜５μｍ厚の酸化鉄皮膜を内
周面に形成したシンクロナイザリングが提案されてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−７３１３２号公報に記載された技術で製造された
シンクロナイザリングは、通常の段階的なシフト変更で
は満足できる耐スカフィング性を有しているが、シフト
をスキップさせるような急激なシフト変更（スキップシ
フト）およびミスシフト等による連続高負荷摺動におい
ては、摺動面に形成した皮膜が摩耗・磨滅し急速に失わ
れスカッフィングが発生するという問題があった。

【００１２】さらに、スキップシフトを行ったとき、シ
フト時の周速が１０ｍ／ｓ以上でしかも高負荷荷重の高
速摺動状態となる場合がある。このような場合は、従来
Ｍｏ溶射等により対応しているがコスト高となる。この
ため、このような高速摺動状態においても、スカッフィ
ングを発生しない耐スカフィング性に優れたシンクロナ
イザリングが要求される。

【００１３】本発明者らは、すでに特開平１０−２７５
３７２号において、水蒸気処理により５μｍ超１５μｍ
以下の酸化鉄皮膜を摺動面に形成したシンクロナイザリ
ングを提案した。このシンクロナイザリングは通常のシ
フト操作においては、周速が１０ｍ／ｓを超える高速高
負荷摺動でも耐スカッフィング性耐摩耗性に優れたシン
クロナイザリングであるが、ミスシフト等による連続高
負荷摺動ではスカッフィングが発生し耐摩耗性が低下す
るという問題があった。

【００１４】本発明は、上記問題を有効に解決し、ミス
シフト等による連続高負荷摺動時にもスカッフィングが
発生しない耐摩耗性に優れたシンクロナイザリングを提
案することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、シンクロ
ナイザリングの摺動面に形成する表面処理層について、
鋭意検討した。その結果、シンクロナイザリングの母材
としてＦｅ系焼結合金を用い、摺動面にブラスト処理を
施し所定の表面粗さとしたのち、水蒸気処理を施し母材
の空孔を封孔して酸化皮膜を形成し、さらに浸硫窒化層
を形成することにより摩擦係数の維持と同時にミスシフ
ト等による連続高負荷摺動時の耐摩耗性が向上すること
を見いだした。

【００１６】本発明は、これら知見に基づいて構成され
たものである。

【００１７】すなわち、本発明のＦｅ系焼結合金からな
るシンクロナイザリングは、少なくともその摺動面に、
ブラスト処理および水蒸気処理に加えてさらに浸硫窒化
処理が施されたことを特徴とする。ここで、摺動面と
は、図１及び図３に示すシンクロナイザリング４の内周
テーパ面４０と、図２に示すインナリング４５の外周テ
ーパ面４６および内周テーパ面４７である。

【００１８】本発明では、前記ブラスト処理による摺動
面の表面粗さを２０〜７０μｍＲｚとするのが好まし
く、また、前記浸硫窒化処理により形成される浸硫窒化
層の表面硬さをＨｖ４００〜７００とし、厚さを１０μ
ｍ以上とするのが好ましい。この浸硫窒化層は、上中下
の３層からなり、上層は硫化物または硫化物と窒化物の
混合層、中層は窒素化合物層、下層は窒素拡散硬化層で
ある。

【００１９】ここで、摩擦係数の維持と同時にミスシフ
ト等による連続高負荷摺動時の耐摩耗性とは、ミスシフ
ト等による連続高負荷摺動時に、シンクロナイザリング
が高い摩擦係数を維持しながら、高い耐摩耗性および耐
スカッフィング性を有することを意味する。具体的に
は、その性能は、後記のシンクロナイザリング単体摩耗
試験機により評価する。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明のシンクロナイザリング
は、Ｆｅ系合金の焼結体から所定の形状に加工されたも
のである。Ｆｅ系合金の焼結体は、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１２７３〜１４７３Ｋ程度の温度で焼結
して製造されることが望ましい。

【００２１】焼結体からなるシンクロナイザリングの摺
動面は、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８〜１５μｍＲｚ程度である。
本発明では、この摺動面にブラスト処理を施す。このブ
ラスト処理により、該摺動面の表面粗さを２０〜７０μ
ｍＲｚとすることが望ましい。ブラスト処理による摺動
面の表面粗さが３０μｍＲｚ未満では、表面の凹凸が少
なく摩擦係数（μ）が低くなり、一方、７０μｍＲｚを
超えると、耐スカッフィング性が低下する。

【００２２】本発明のシンクロナイザリングは、ブラス
ト処理された摺動面に水蒸気処理が施され、酸化皮膜が
形成される。水蒸気処理は、８２３〜８７３Ｋで３０〜
１８０ｍｉｎの範囲で行うことが望ましい。この水蒸気
処理により、表面に、厚さ１０μｍ以上の酸化鉄皮膜を
形成することが好ましく、酸化皮膜の形成により母材焼
結合金の空孔が封孔される。この水蒸気処理による焼結
合金の封孔は、次の浸硫窒化処理による母材焼結合金内
部の浸硫窒化物の形成を防止、シンクロナイザリングの
耐衝撃性の維持に著しく寄与する要因となる。

【００２３】本発明のシンクロナイザリングは、ブラス
ト処理および水蒸気処理に加えて、さらに浸硫窒化処理
が施される。この浸硫窒化処理により、シンクロナイザ
リングには、浸硫窒化層が形成される。形成された浸硫
窒化層の表面硬さは、Ｈｖ４００〜７００とすることが
望ましい。浸硫窒化層の表面硬さがＨｖ４００未満で
は、耐摩耗性および耐スカッフィング性が劣化する。ま
た、Ｈｖ７００を超えると、スカッフィングが発生しや
すくなる。

【００２４】浸硫窒化処理の方法は、ガス浸硫窒化、塩
浴浸硫窒化、イオン浸硫窒化のいずれの浸硫窒化方法も
好適であるが、なかでもＮＨ3 、Ｎ2 、ＣＯ2 、Ｈ2 ガ
スにＨ2 Ｓ等の浸硫要素ガスをブレンドしたガスを利用
したガス浸硫窒化処理が、処理の簡便さ、浸硫窒化層厚
の均一性、ワーク精度等の点において好ましい。浸硫窒
化層の硬さ、厚さは、処理温度および処理時間で調整で
きる。ガス浸硫窒化処理における好ましい処理温度は６
７３〜９２３Ｋである。６７３Ｋ未満では、浸硫窒化層
の形成速度が遅く、また９２３Ｋを超えると、反応がは
やく浸硫窒化層厚の調整が難しい。なお、浸硫窒化層の
厚さは１０μｍ以上とするのが好ましい。これにより耐
摩耗性、耐スカッフィング性を維持することができる。

【００２５】このように、シンクロナイザリングの摺動
面にブラスト処理と水蒸気処理、さらに浸硫窒化処理を
施し、浸硫窒化層を形成した摺動面の表面粗さを２０〜
７０μｍＲｚにするとともに、表面硬さを増加させるこ
とにより、摺動面の相手部材との接触面に形成される油
膜を薄くする。形成される油膜が薄くなると境界潤滑状
態が生じやすく、かつその状態が維持されて、摩擦係数
の維持と同時に、浸硫窒化層の存在により、スカッフィ
ングを防止する効果が増大する。

【００２６】このように、本発明のシンクロナイザリン
グは、ミスシフト等による連続高負荷摺動に対しても優
れた耐摩耗性および耐スカッフィング性を有する浸硫窒
化層がブラスト処理および封孔処理を施した摺動面に形
成されるから、品質の安定性は極めて向上する。

【００２７】

【実施例】原料粉末として、いずれも１５０メッシュ以
下の粒度を有する鉄粉、黒鉛粉、Ｃｕ粉、Ｆｅ−Ｗ合金
粉を用意し、鉄粉に、黒鉛粉：０．９質量％、Ｃｕ粉：
２０質量％、Ｆｅ−Ｗ合金粉：１０質量％を配合し混合
して混合粉とした。この混合粉を圧力：５１０ＭＰａで
プレス成形した後、真空中で１４３３Ｋ×８０ｍｉｎの
焼結処理を施し、配合組成と実質的に同一組成を有する
シンクロナイザリング焼結体を得た。

【００２８】このシンクロナイザリング焼結体から製品
形状のシンクロナイザリングを採取し、つぎの〜に
示す処理を施し摺動面の表面状態を変化させた。 ブラスト処理および水蒸気処理（８５３Ｋ×９０ｍｉ
ｎ）を施し、さらにガス浸硫窒化処理（８４３Ｋ×３ｈ
ｒ）を施した。（試験ＮＯ．１） 水蒸気処理（８２３Ｋ×９０ｍｉｎ）を施した。（試
験ＮＯ．２） 比較材として、同一寸法の高力黄銅材製で、摺動面に
は周方向のネジ溝を形成した。（試験ＮＯ．３） このような処理により摺動面の表面状態を変化させた製
品形状のシンクロナイザリング１２と、外周面をほぼ鏡
面状としたテーパコーン１１を組み合せ、図４に示すシ
ンクロナイザ単体摩耗試験機を使用して、下記条件でシ
ンクロナイザリングにおけるスカッフィングの発生状況
を調査した。なお、図４において、１０は回転軸、１１
はテーパコーン、１２はシンクロナイザリング、１３は
シンクロナイザリングホルダである。

【００２９】試験は、はじめ周速４ｍ／ｓで回転するテ
ーパコーン１１を、太矢印で示すように、シンクロナイ
ザリング１２に荷重７５０Ｎで押しつけたり、離したり
するならし運転を２０回行ったのち、試験運転を行っ
た。試験運転は表１に示す条件でそれぞれ押付けを最高
２０００回まで行った。この試験は、変速機でのミスシ
フト等による連続高負荷摺動時のシンクロナイザリング
の耐スカッフィング性と耐摩耗性を評価できる。

【００３０】

【００３１】なお、スカッフィングの発生は、シンクロ
ナイザリング１２に発生するトルクを測定し、トルク波
形の乱れ、過大なスティックトルクの発生、および異音
の発生から判断した。さらに、試験中、テーパコーンの
停止位置を測定し、評価開始時からの停止位置の差をシ
ンクロナイザリングの摩耗量とし、最大０．６ｍｍをも
って限界摩耗量と定め、そこまでに要した押付け回数
と、そこまで達しない場合の摩耗量を測定した。試験結
果を表２に示す。

【００３２】 表２ 本発明例 比較例 比較例 試験ＮＯ． １ ２ ３ ブラスト処理 有 有 無 表面粗さＲｚ（μｍ） ５１．８ ５２．３ − 水蒸気処理 有 有 無 表面粗さＲｚ（μｍ） ４３．０ ４３．５ − 膜厚（μｍ） ５ ５ − 浸硫窒化処理 有 無 無 浸硫窒化層硬さ（Ｈｖ）５１０ − − 浸硫窒化層厚さ（μｍ）１５ − − 耐スカッフィング性 （スカッフィング発生 2000回終了 211回目発生 2000回終了 の有無） 発生なし 強制停止 発生なし 動摩擦係数（μ） ０．１１２ ０．１１７ ０．１００ 摩耗量（ｍｍ） ０．０５８ ０．６００ ０．１００

【００３３】本発明例（試験ＮＯ．１）は、ミスシフト
等による連続高負荷摺動においてもスカッフィングの発
生もなく、摩耗係数（μ）の維持と耐スカッフィング性
耐摩耗性に優れていることがわかる。試験後の内周面の
観察から、摩耗やスカッフィングによる金属光沢は観察
されず、また試験後の内周面表面粗さＲｚの低下も少な
い。一方、本発明例を外れる比較例（試験ＮＯ．２）で
は、摩耗の進行が著しく、トルク波形が乱れ、スティッ
クトルクが大きくなり、異音を発生し、スカッフィング
が発生した。また、高力黄銅材による比較例（試験Ｎ
Ｏ．３）は、スカッフィングは発生していないものの、
摺動面に形成されたネジ山の頂部の塑性流動によるラン
ド幅の拡大とバリが確認され、本発明例の約２倍の摩耗
量を示した。なお、摩擦係数を測定した結果、本発明例
は、比較例と同程度の摩擦係数を有していた。

【００３４】

【発明の効果】本発明のシンクロナイザリングは、ブラ
スト処理および水蒸気処理を施した摺動面に浸硫窒化層
が形成されているから、品質が安定し、優れた耐摩耗性
および耐スカフィング性を有し、ミスシフト等による連
続高負荷摺動の条件においてもスカッフィングが発生し
ないという優れた効果を奏する。これにより、本発明の
シンクロナイザリングは、変速機の高級化、高性能化を
促進できるという産業上格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】同期装置の要部断面図である。

【図２】別の同期装置の要部断面図である。

【図３】シンクロナイザリングの斜視図である。

【図４】シンクロナイザ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：シンクロナイザキー ４：シンクロナイザリング ４０：内周テーパ面（摺動面） ４１：シンクロナイザチャンファ ４２：リング状条溝 ４３：キー溝 ４４：縦溝 ４５：インナリング ４６：外周テーパ面（摺動面） ４７：内周テーパ面（摺動面） ５：クラッチギヤ ５０：コーン部 ５１：スプラインチャンファ ５２：アウタコーン ５３：インナコーン １０：回転軸 １１：テーパコーン １２：シンクロナイザリング １３：シンクロナイザリングホルダ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｆｅ系焼結合金からなるシンクロナイザ
   リング（４、４５）であって、少なくとも該シンクロナ
   イザリングの摺動面（４０、４６、４７）に浸硫窒化処
   理が施されたことを特徴とするシンクロナイザリング。
2. 【請求項２】 前記浸硫窒化処理により形成される浸硫
   窒化層は、硫化物層または硫化物と窒化物の混合層と、
   窒素化合物層と窒素拡散層を有し、表面硬さがＨｖ４０
   ０〜７００であることを特徴とする請求項１記載のシン
   クロナイザリング。
3. 【請求項３】 前記摺動面は、ブラスト処理およびまた
   は水蒸気処理を施された後に浸硫窒化処理が施されたこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のシンクロナイザ
   リング。
4. 【請求項４】 前記摺動面の表面粗さは、２０〜７０μ
   ｍＲｚであることを特徴とする請求項１ないし３記載の
   シンクロナイザリング。