JP3682065B2 - 耐摩擦性の同期リング - Google Patents

Description

本発明は、焼結鋼から成る担持体と鉄をベースとしたマトリックスと固形潤滑材とを含有した、耐摩擦性の部材を造るための焼結摩擦工作材料から成る摩擦裏張りとから成る耐摩擦性の同期リング(Synchronring)に関する。
例えば自動車−変速連動装置内の同期リングは高い負荷を受け、この負荷によって生じる多くの要件および他の多くの要件を充足するのでなければならない。変速時間を充分に短くするには、同期リングの摩擦内張りが良好な摩擦挙動を備えている必要がある。更に、同期リングは充分な機械的な強度と熱に対する強度を有していなければならない。更に、摩擦内張りが機械により容易に加工できるのでなければならない。何故なら、摩擦表面が寸分違わず適合するように造られなければならないからである。このような要件が一般的に唯一の工作材料によっては充足され得ないことは明瞭である。従って、同期リングを二つの層から形成し、これにより摩擦内張りとして働く材料層が好都合な摩擦条件をうみ、他方担持体として役立つ材料は高い機械的なおよび／または熱的な強度を有している。
ドイツ連邦共和国特許第８９ ７２７号公報から、鉄粉末からこれに粉末状のニッケル、銅、鉛並びにグラフアイトを添加して粉末冶金技術により造られた、油流路のための摩擦部材、例えば同期リングが知られている。鉛の使用は摩擦部材の製造の際も、また摩擦部材の使用の際も著しく健康を阻害する危険を有している。更に、この材料が比較的僅かな含有量でしかグラフアイトを含有していないので、特に高い負荷を受けた際高い粘着現象を生じる傾向があり、この粘着現象が組立構造の不均一さとかじり現象とし現れることが知られている。
ドイツ連邦共和国実用新案第７３ ４２ ６８０号公報から、摩擦面として射出して形成された薄いモリブデン層を有する焼結鋼から成る同期リングが知られている。モリブデン−射出材料は一方では高価な材料であり、他方では一般に同期リングは研磨処理により必要とする表面性状に仕上げられなければならない。このようなことは、モリブデン層が高い硬度を有していることから、根本的に工具の摩耗を招く。
ドイツ連邦共和国特許公開第４２ ０３ ３２１号公報から、１５〜３０容量％のグラフアイト含有量を有し、特にセラミックの内容材料を含有している耐摩擦性の部材、特に同期リングが知られている。このような摩擦内張りを備えた同期リングは所望の摩擦挙動を有してはいるが、しかしセラミックの内容材料の含有量によりクラッチ体にあって極めて磨損を伴う激しい摩耗現象が生じると言うことはどうすることもできない。このことは場合によっては同様に不均一な組立構造を招く。
本発明の根底をなす課題は、冒頭に記載したような摩擦に伴う諸種の欠点を有することのない、良好な摩擦挙動を有する耐摩擦性の部材のための同期リングを提供することである。
この課題は本発明により、焼結鋼から成る担持体と鉄をベースとしたマトリックスと固形潤滑材とを含有した、耐摩擦性の部材を造るための焼結摩擦工作材料から成る摩擦裏張りとから成る耐摩擦性の同期リングにおいて、摩擦材料がマトリックスに対して０，５−１０重量％のモリブデンと固形潤滑材として２０−５０容量％のグラフアイトを含有していることを特徴とするによって解決される。
本発明による構成にあっては、モリブデン含有量は１−５重量％である。グラフアイトの含有量が２５−４５容量％であるのがのが有利である。その際組成要素は製造条件および／または回避不可能な不純物を有していてもよい。
予想外にも、高い割合で固形潤滑材を含有している、一般に構造工作材料として使用される焼結金属工作材料の混合物が一方では所望の摩擦特性を備えていることが分かった。他方、固形潤滑材の含有量が高いことから、強い負荷をうけた際或いは過度の荷重が加わった際に、クラッチ体の摩擦面の粘着現象および粘着性の応力が充分に回避される。他の利点としては、本発明による焼結摩擦工作材料が高い成形性を有していることである。従って、粉末冶金技術による方法で同期リングを造る際リングは焼結工程の後寸法を整えることが可能であり、これにより正確に適合性を有している摩擦面を造るための場合によっては引続き行なわれる切削加工を行わなくて済む。
本発明による適切な構成にあっては、マトリックスは、少なくとも部分的に、モリブデンと仕上げ合金化された鉄粉末から成る。本発明による他の構成にあっては、マトリックスは、少なくとも部分的に、モリブデンと添加して合金化された鉄粉末から成る。これらの両実施例は、加工されるべき焼結金属粉末を準備するのにモリブデンを自由な形で添加する必要はなく、従ってマトリックス粉末の取扱性が著しく容易になると言う利点を有している。
本発明による、担持体と冒頭に記載した様式の焼結摩擦工作材料から成る摩擦内張りとを備えた同期リングは、一般に油で潤滑される伝動機構内で使用される。従って、一方にあってはクラッチ体の対抗回転面が、他方では同期リングの摩擦面が切換え工程が行なわれる以前に油で湿潤されていることは避けられない。従って、同期リングの摩擦面に溝を形成し、これにより油が導出されるようにすることが知られている。このような溝の形成は摩擦内張り層の材料に左右されが高い経費の費えを伴う。
例えば真鍮−同期リングに周囲を走る溝を形成することが知られている。このような溝は主として切削加工により造られる。これは真鍮の場合容易に可能である。粉末冶金方法により造られている同期リングの場合は、軸方向で指向している溝を形成するのが有利である。この理由は特に、軸方向の溝がプレス工程により直接成形することが可能であるからである。しかし一般に、有効な摩擦面を切削により後加工する必要がある。軸方向で指向している溝或いは周囲を走る溝の形成は、従来モリブデンを含有している摩擦内張り層にあっては、その実施が極めて困難であるとされて来た。何故なら、一方にあってはこのような摩擦内張りの切削加工が、特に周囲を走る溝の製造が過度の出費を伴うからである。軸方向で指向している溝は原理上はプレス工程の際に加工され、この溝を備えた面をも含めて摩擦面をモリブデンを噴射することによりモリブデン層を形成することが可能ではあるが、この場合も必要とする切削による後加工に高い出費を伴う。
焼結摩擦工作材料は、本発明により、高いモリブデン含有量にもかかわらず焼結工程の後充分な正確さをもって寸法設定することが可能であることが分かった。従って本発明による摩擦内張りを備えた耐摩擦性の部材の摩擦面上に軸方向に整向された溝が設けられており、この溝はプレス工程により成形することが可能である。本発明による構成にあっては、摩擦面上の溝は台形に形成される。台形の溝は粉末冶金方法によるプレス工程の際同様に容易に成形することが可能である。このような台形に形成された溝は、油がそれぞれの表面から良好に導出されると言う利点を有している。
本発明による耐摩擦性の部材は同様に多層の構造部材として形成されるのが有利であり、この際摩擦内張りのための担持体は焼結鋼材料から成る。これは、比較的高価な摩擦内張りが薄い層として同期リングに形成されるに過ぎないと言う利点を有している。このような多層の同期リングの製造は、例えば結合方法により行なわれる。
本発明を実施例により、かつこれに所属するダイヤグラム並びに図面を基として詳細に説明する。
第１図は本発明の第一の実施例による摩擦内張りを備えた際の切換時間に対する摩擦係数μの依存度を示す図。
第２図は本発明の第二の実施例による摩擦内張りを備えた際の切換え時間に対する摩擦係数μの依存度を示す図。
第３図は同期リングの断面図。
第４図は第３図の矢印ＩＶの方向で見た図である。
例１
以下の組成：
マトリックス ６０容量％
グラフアイト ４０容量％
モリブデン マトリックスに対して１，５重量％
を有する焼結摩擦内張りを製造した。
第１図に図示した測定は４Ｎ／ｍｍ²の面圧縮と５ｍ／ｓの摩擦速度にあつて行なった。これと関連してこの摩擦内張りの摩擦係数変動はダイヤグラム中において参照符号１で示した。比較のため、摩擦内張りとして周囲に溝を備えているモリブデン−射出層を有している同期リングの摩擦係数変動２と、その摩擦内張りが２０容量％のグラフアイトと１０容量％のセラミック成分とを有する燐酸−合金鉄マトリックスから成る同期リングの摩擦係数変動３とを示した。このダイヤグラムから明瞭であるように、摩擦係数変動１は良好な摩擦係数変動として通用する摩擦係数変動２（モリブデン−射出層）に比される。しかも、実施例１による摩擦工作材料は極めて取扱い易く、グラフアイト含有量が高いので高い負荷を受けた場合でもクラッチ体の粘着現象が生じる危険および／または磨損を伴う摩耗が生じる危険が発生することがない。セラミック成分を有している摩擦内張りを備えた同期リングは、不都合な摩擦係数変動３を有しており、過度の荷重をこおむった際磨損を伴う摩耗現象が生じる危険がある。
例２
以下の組成：
マトリックス ７７容量％
グラフアイト ２３容量％
モリブデン マトリックスに対して１，５重量％
を有する焼結摩擦工作材料を製造した。
この摩擦工作材料の摩擦挙動を同様に、４Ｎ／ｍｍ²の面圧縮と５ｍ／ｓの摩擦速度にあつてテストした。この摩擦内張りの摩擦係数の変動は第２図に参照符号４で示した。比較のため、実施例１による摩擦工作材料およびモリブデン−射出層に関する曲線１と２とが同様に図示されている。実施例２による摩擦工作材料は切換え開始時には実施例１による摩擦工作材料の摩擦係数よりも悪い摩擦係数を有している。このことは、実施例１による摩擦工作材料が固形潤滑材含有量が高いことに基づいて、高い多孔性を有しており、従って表面に存在している油が良好に排出されることに帰される。切換え終了時にあっては、実施例１による摩擦工作材料も実施例２による摩擦工作材料も殆ど同じ摩擦係数を有している。この摩擦工作材料にあっても、固形潤滑材含有量が高いことに基づいて相手方回動体の磨損を伴う摩耗および粘着現象が充分に回避される。
第３図と第４図に図示した同期リング１０は歯１２を備えた外方の担持リング１１を有している。この担持リング１１は例えば焼結鋼材から造られている。同期リングのクラッチ体に所属している摩擦内張り１３は冒頭に記載した様式の焼結摩擦工作材料から成る。このような同期リングは例えば二段方法で造ることが可能である。
摩擦面はこのような同期リング１０にあっては一般に円錐形に形成されている。摩擦面は図面に図示した実施例にあっては、台形に形成された軸方向に整向されている溝１４を備えている。焼結金属粉末のプレス工程にあって、この台形の溝の製造を可能にするため、同期リング１０の円錐形の摩擦面の比較的大きな直径に台形の溝１４の幅広い端部１５が所属される。
溝１４の台形状の形成により、油は回転方向に対して垂直に指向していない縁部を通って摩擦面から掻出され、これにより油の導出が良好となる。更に、台形状の溝１４の対称的な形成により回転方向の摩擦挙動に対するおよび油導出に対する影響が回避される。

Claims (8)

1. 焼結鋼から成る担持体（１１）と鉄をベースとしたマトリックスと固形潤滑材とを含有した、耐摩擦性の部材を造るための焼結摩擦工作材料から成る摩擦裏張りとから成る耐摩擦性の同期リング（１０）において、摩擦材料がマトリックスに対して０，５−１０重量％のモリブデンと固形潤滑材として２０−５０容量％のグラフアイトを含有していることを特徴とする同期リング。
2. マトリックスに対するモリブデン含有量が１−５重量％であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の同期リング。
3. マトリックスに対するモリブデン含有量が１−２重量％であることを特徴とする請求の範囲第１項或いは第２項に記載の同期リング。
4. グラフアイトの含有量が３５−４５容量％であることを特徴とする請求の範囲第１項から第３項までのいずれか一つに記載の同期リング。
5. マトリックスが少なくとも部分的に、モリブデンと仕上げ合金化された鉄粉末から成ることを特徴とする請求の範囲第１項から第４項までのいずれか一つに記載の同期リング。
6. マトリックスが少なくとも部分的に、モリブデンと添加して合金化された鉄粉末から成ることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれか一つに記載の同期リング。
7. 摩擦面上に軸方向で整向された溝（１４）が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の同期リング。
8. 溝（１４）が摩擦面（１３）上に台形に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の同期リング。

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