JP6781547B2 - 同期式手動変速機のためのシンクロナイザリングと該シンクロナイザリングの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、同期式手動変速機のためのシンクロナイザリングの製造方法と、同期式手動変速機のためのシンクロナイザリングに関し、該シンクロナザリングは、チップレス成形によって組み込まれた軸方向に延びる溝部を有する少なくとも１つの円錐摩擦面を含み、少なくとも該摩擦面の領域内が硬化されている。

本発明は、特に、そのブロッキング歯がセレクタスリーブのシフト歯と一時的に係合するのを阻止する手動変速機のための、いわゆるブロッカーリング又はブロッキングシンクロナイザリングに関する。

シンクロナイザリングは、外側シンクロナイザリング、内側シンクロナイザリング及び中間リングとして使用されるのに加えて、シングル、ダブル及びトリプルコーンシステムに区別される。いわゆるマルチコーンシステムは、多くの場合、低速ギヤを同期させるために使用されるが、高速ギヤよりも同期中の速度差が大きいため、歯車の加速時及び制動時に、より大きな摩擦力が必要とされる。外側シンクロナイザリングは、円錐形の外殻と摩擦面を有し、内側シンクロナイザリングは、円錐形の内殻と摩擦面を有する。

シンクロナイザリングは、例えば、シートメタルの成形、焼結又は鍛造によって製造される。生成される円錐摩擦面は、後続する作業工程で機械加工、具体的には、有機又はカーボン含有摩擦ライニングでコーティングされる。また、電気的又は熱的方法によって金属被覆を付加してもよい。

一般的なシンクロナイザリングは、特許文献１から公知である。平板金属材料を成形することによって製造されたこのシンクロナイザリングは、円錐摩擦面に溝部を備えており、該溝部は円錐摩擦面に対して工具を軸方向に移動させることによって製造される。

国際公開第２０１０／１３０４４２号明細書

更に、公知の製造方法、又はこの方法で製造されたシンクロナイザリングを改善することが本願発明の目的である。

この目的のために、本発明に係る方法は、次のステップを有し、該ステップは示された順序で実行されるのが好ましい。
ａ）特に、平板金属材料を成形することにより、円錐摩擦面を生成するステップと、
ｂ）最終摩擦面を生成するまでに、摩擦面に対して工具を軸方向に移動させるチップレス加工によって摩擦面に軸方向の溝部を組み込むステップと、
ｃ）少なくとも摩擦面を振動研削するステップと、
ｄ）その後、少なくとも摩擦面を硬化させるステップと、を有する。

軸方向に見られるように、溝部は軸方向に対して斜めではなく、真っ直ぐに延びる、すなわち、周方向に延びる構成要素を有さないので、それらは、すなわち円錐摩擦面に対して単に軸方向にのみ工具を移動させることによって製造するのが非常に容易であり、この時点ではまだ軸方向溝部を有していない。溝部のチップレスな組込みは、円錐摩擦面の製造中又は直後に、特に、平板材料を成形することによって行われるのが好ましい。これは、シンクロナイザリングの特に経済的な製造方法をもたらす。軸方向溝部の組み込み後に行われる摩擦面の振動研削と、その後の摩擦面の硬化は、シンクロナイザリングの性能にプラスの影響を与える。具体的には、過負荷及び摺動速度の許容量を高くすることができる。ここで特に有利なのは、振動研削によって生じるバリが存在しないこと、及び、平坦で均質な面を摩擦接触で製造することで特に過負荷の下での焼付き傾向が低減することである。振動研削は「振動仕上げ」とも呼ばれ、多数のワークのバリ取り、面取り(radius)、デスケーリング、研磨、洗浄及び増白のために使用される大量仕上げ製造工程の一種である。このバッチ式工程において、特殊な形状のペレットである媒体とワークは、例えば、振動タンブラの槽内に配置される。それから、振動タンブラの槽とその内容物の全てが振動される。振動作用によって媒体がワークを擦って研磨することで、望ましい結果がもたらされる。適用に応じて、これは乾式又は湿式工程のいずれであってもよい。振動研削又は仕上げは、ＤＩＮ８５８９に記載されている。

タンブリングとは異なり、この工程は、例えば穴のような内部形状を仕上げ加工することができる。また、それは、より速く、より静かである。本工程は、必要な仕上げ加工がなされたか否かをオペレータが容易に観察できるように、開放された槽内で実行される。

前述の優位性を実現するためには、摩擦面を振動研削及び硬化によって処理すれば十分であると述べたが、処理上の理由に応じて、シンクロナイザリング全体を処理するのが好ましい。

特に、平板材料はコーティングされていない材料であり、同様に、摩擦面はコーティングされていない。また、しかしながら、平板材料は、クラッド、具体的にはロールクラッドシートの形態で使用してもよく、円錐の生成後、別個の摩擦ライニングを付加する必要もない。クラッドシートの場合、例えば薄面として真鍮を備えるものが推奨される。

シンクロナイザリング又は少なくともその摩擦面は、最終的に硬化されるので、窒化鋼を材料として使用するのが好ましい。平板材料の例としては、Ｃ３０〜Ｃ３５鋼及び１６ＭｎＣｒ５がある。

例えばローラバニシングなどの方法ステップを追加しないようにするため、全ての溝部は、軸方向に見て、軸方向のみに延びている、すなわち周方向に延びていないことが好ましい。

好ましい実施形態では、摩擦面が深絞りによって製造され、溝部が深絞り用の相当輪郭深絞り工具(a correspondingly profiled deep-drawing tool)によって摩擦面に組み込まれる。特に、相当輪郭深絞りパンチを使用できるような、内円錐を製造する際に、これは実行し易い。

特に有利な態様によれば、各溝部は、半径方向断面で見られるように、互いに斜めに延在する２つの側壁を含む。これは、側壁が互いに鋭角をなすことを意味する。このような互いに斜めに延びる側壁を有する溝部は、製造が特に容易である。

溝部は、必ずしも周囲に均一に分散される必要はなく、周囲に不均一に分散されることが有利になることがある。

振動研削時に、溝部の縁部を丸めるのが好ましく、これによって、有益なトライボロジー効果が生じる。

振動研削後、実験が示すように、縁部は、半径方向断面で見られるように、好ましくは０．０１ミリメートルから０．２ミリメートルの範囲、特に０．０２ミリメートルから０．１ミリメートルの範囲のエッジ半径を有する必要がある。

本発明の有利な開発によれば、横長の軸方向凹部は、二つの溝部の各間の摩擦面に組み込まれており、その深さは溝部の深さよりも浅い。これらの軸方向凹部は、変速機オイル用マイクロリザーバとして機能し、シンクロナイザリングの摩擦特性にプラスの影響を与える。さらに、これはまた、焼き付き難くし、より高い摺動速度を提供する。

これらの凹部は、シンクロナイザリングの軸方向長さ全体に亘って、隣接する溝部と平行に延在するのが好ましい。

この開発は、本発明に係る方法と組み合わせた場合に特に有利であっても、それは独立した発明としてみなすことができる。例えば、摩擦面が振動研削されていないシンクロナイザリングに前記軸方向凹部を設けることが考えられる。この独立した考えは、もちろん、従属請求項の特徴によってさらに最適化することができる。

凹部は単独の溝部とみなすことができないように、凹部の深さは、隣接する溝部の深さの最大２０％であることが好ましい。

凹部は、必要に応じて、隣接する溝部の間の全てに存在してもよい。

好ましい実施形態によれば、凹部は、半径方向断面で見られるように、実質的に台形の断面を有する。当然ながら「台形」は、振動研削により丸められた縁部を有する断面にも関する。

具体的には、摩擦面を成形する壁部を据え込み加工することによって、摩擦面に溝部を組み込む際に凹部を直接製造する場合に、特に経済的な製造方法が得られる。そのため、溝部を組み込む際、材料の跳ね上げが生じることで、二つの溝部の間に横長の凹部が形成される。このために、特に、溝切り工具は特定の輪郭を備える必要がない。

溝部は、製造公差の範囲内で、同じ深さを有するのが好ましく、また、軸方向全長に亘って同じ深さであってもよい。

同様に、上述の目的は、上述のようなシンクロナイザリングによって解決され、溝部の縁部は振動研削によって丸められ、ここで、振動研削は摩擦面の硬化前にもたらされる。本発明に係るシンクロナイザリングは、性能を向上させ、過負荷及び摺動速度の許容量を高くすることができる。縁部を丸めることにより、有効なトライボロジー効果がもたらされる。本発明に係るシンクロナイザリングは、ほとんどバリが無く、平坦で均一な摩擦接触面を有しているので、過負荷の下での焼き付き傾向が低減される。また、本発明に係るシンクロナイザリングは、簡易かつ安価な製造を特徴とする。顕微鏡分析により、硬化前又は硬化後のいずれでリングが研削されたのかを判定することができる。

本発明に係るシンクロナイザリングの開発によれば、摩擦面は、隣接する２つの溝部の各間に横長の軸方向凹部を含み、その深さは、溝部の深さよりも浅く、具体的には、溝部の深さの最大２０％までである。この軸方向凹部は、変速機オイルのマイクロリザーバとして機能し、同様に、シンクロナイザリングの摩擦特性を改善し、また、この開発は、既に述べたように、独立した発明とみなすことができる。

上述のように、本発明に係るシンクロナイザリングは、具体的には、半径方向に突出したブロッキング歯を備えたブロッカーリングである。これらのブロッキング歯は、シンクロナイザリングの不可欠な部分であり、成形によって製造される。ブロッキング歯は、その後にブロッキング歯の領域で機械加工の後処理を必要としないように、平板材料を成形、例えば打ち抜き加工する前に、先に製造してもよい。したがって、本発明に係る同期ブロッカーリングは、一部材のみで構成されている。

また、本発明に係る方法に関連して言及した全ての開発及び利点は、本発明に係るシンクロナイザリングにも適用され、逆の場合も同じである。

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付図面を参照しながら、好ましい実施形態についての以下の説明から理解することができる。

図１は、本発明に係るシンクロナイザリングを示す斜視図である。 図２は、図１のシンクロナイザリングを示す断面図である。 図３は、図１及び図２のシンクロナイザリングの摩擦面を大幅に拡大した断面を示す半径方向断面図である。 図４は、本発明に係るシンクロナイザリングを成形するための平板金属材料を示す図である。 図５は、本発明に係るシンクロナイザリングを製造するための、平板材料の成形中の連続する工程を示す図である。これを参照しながら本発明に係る方法を説明する。 図６は、本発明に係るシンクロナイザリングを製造するための、平板材料の成形中の連続する工程を示す図である。これを参照しながら本発明に係る方法を説明する。

図１には、シンクロナイザリング１０がブロッカーリング又はブロッキングシンクロナイザリングの形態で示されている。同図は、いくつかのブロッキング歯１６が軸方向端部１４上に突出するリング本体１２を含んでいる。ブロッキング歯１６は、放射状に外方へ向いたつば部の一部である。

このつば部は、本来半径方向の外方に突出しており、軸方向に約９０°曲げられているタブとして、いわゆるインデックスカム１８が設けられてもよい。これらのインデックスカム１８は、ブロッキング歯１６の隣接するグループ間に配置される。

シンクロナイザリング１０は、リング本体１２に内側円錐摩擦面２０を備えた、いわゆるシングルコーンシンクロナイザリングである。このようなシンクロナイザリング１０は、いわゆる内部同期に使用される。

また、代替的又は付加的に、放射状の外殻面２２は、円錐状に設計され、摩擦面を形成することができ、これによって、いわゆるダブルコーンシステムの中間リングが得られる。

円錐摩擦面２０には、その円周上に相互に非常に密接して並べられた多数の軸方向溝部２４が設けられており、その幅は実質的に２つの隣接する溝部２４間の距離に等しい。図１及び図２において、隣接する二つの溝部２４の間の距離は、明快さを失わないようにするために、好ましい実施形態の場合よりも大きく示されている。

溝部２４は、軸方向から見ると、ただ単に軸方向に延びている、すなわち周方向に延びていない。当然ながら、溝部はまた、半径方向に延びている。

好ましい実施形態によれば、円錐摩擦面２０は、シンクロナイザリング１０全体を形成する材料で構成され、摩擦層を付加することなく設計されている。これは、摩擦面２０がシンクロナイザリング１０全体を形成する平板材料によって形成されていることを意味する。工程中、溝部２４は、逆円錐リングに溶着されるのを防止し、オイルの収納空間として機能する。

図３から分かるように、各溝部２４は、半径方向断面で見られるように、互いに斜めに延びている、すなわち鋭角をなす２つの側壁２６を有する。また、摩擦面２０に配置された少なくとも溝部２４の縁部３０は、振動研削によって丸められており、半径方向断面で見られるように、縁部は、０．０１ミリメートルから０．２ミリメートルの範囲、特に、０．０２ミリメートルから０．１ミリメートルの範囲のエッジ半径を有する。

隣接する２つの溝部２４の各間（好ましくは、全ての溝部の間）に横長の軸方向凹部３２が摩擦面２０に組み込まれており、その深さは溝部２４の深さよりも明らかに浅く、具体的には、溝部２４の深さの最大２０％である。半径方向断面で見られるように、これらの軸方向凹部３２は、同様に丸めた縁部３４を有する略台形断面を有しており、円錐表面上にある摩擦面２０を形成する壁部３６のほぼ中央に配置されている。

シンクロナイザリング１０の製造について、図４から図６を参照しながら以下に説明する。シンクロナイザリング１０は、平板金属材料から製造され、図４に示されているように、外側と内側に例えば打ち抜き加工が施される。また、打ち抜き加工後に機械加工の後処理を行わないのが好ましいので、ブロッキング歯１６は平板金属材料に既に形成されている。また、当然ながら必要に応じて、インデックスカム１８は打ち抜き加工によって形成されてもよい。平板材料は窒化鋼であり、具体的にはＣ３０からＣ３５鋼及び１６ＭｎＣｒ５が使用される。

その後、シンクロナイザリング１０は、好ましくは深絞りによって、機械加工処理を行わずに、図１に示されたその最終形状に塑性成形される。

図５に模式的に示された最初の深絞り工程では、絞りパンチ３８、押し下げクランプ４０及び絞りダイ４２を備えた深絞り工具が使用される。さらにまた、絞りダイ４２の一部となるレセプタクル４４を設けてもよい。

いくつかの成形工程の後、リブと溝部４８を備えた円錐形の端部を有し、特定の絞りパンチの形状を有する工具４６（図６参照）が最後に用いられる。ほぼ完成したシンクロナイザリング１０に対して工具４６を軸方向に移動させることにより、溝部２４は、切削することなく、摩擦面２０に形成される。溝部２４はまた、もちろん、いくつかの成形工程で製造されてもよい。

二つの溝部２４の各間の横長の軸方向凹部３２（図３参照）は、摩擦面２０に組み込まれる。凹部３２は、摩擦面２０に溝部２４を組み込む際、具体的には、摩擦面を形成する壁部３６を据え込み加工することにより、直接生成される。

したがって、溝部２４と軸方向凹部３２は共に、深絞り加工中又はこの直後に形成される。

シンクロナイザリング１０がその最終形状となった後、少なくとも摩擦面２０、好ましくはシンクロナイザリング１０全体が振動研削される。本工程では、軸方向凹部３２の縁部３４と同様に、溝部２４の縁部３０が丸められる。

その後、シンクロナイザリング１０は、少なくともブロッキング歯１６と摩擦面２０の領域が窒化によって硬化される。

溝部２４の生成後及びそれに伴う硬化後には、機械加工の後処理は行われない。

Claims (17)

1. 同期式手動変速機のためのシンクロナイザリング（１０）の製造方法であって、
   ａ）特に、平板金属材料を成形することによって円錐摩擦面（２０）を生成するステップと、
   ｂ）最終摩擦面（２０）を生成するまで、前記摩擦面（２０）に対して工具（４６）を軸方向に移動させるチップレス加工によって前記摩擦面（２０）に軸方向の溝部（２４）を組み込むステップであって、前記溝部（２４）はそれぞれ、半径方向断面で見られるように、互いに斜めに延びる２つの側壁（２６）を有する、軸方向の溝部（２４）を組み込むステップと、
   ｃ）少なくとも前記摩擦面（２０）を振動研削するステップと、
   ｄ）その後、少なくとも前記摩擦面（２０）を硬化させるステップと、を有することを特徴とするシンクロナイザリングの製造方法。
2. 窒化によって硬化させることを特徴とする請求項１に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
3. 平板金属材料を成形することによって円錐摩擦面（２０）を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
4. 少なくとも一つの溝部（２４）は、軸方向に見られるように、軸方向にのみ延在することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
5. 全ての溝部（２４）は、軸方向に見られるように、軸方向にのみ延在することを特徴とする請求項４に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
6. 前記摩擦面（２０）は深絞りによって生成され、前記溝部（２４）は、深絞りのための輪郭を有する深絞り工具を用いることによって、前記摩擦面（２０）に組み込まれることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
7. 振動研削中、前記溝部（２４）の縁部（３０）は丸められることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
8. 振動研削後、前記縁部は、０．０１ミリメートルから０．２０ミリメートルの範囲のエッジ半径を有することを特徴とする請求項７に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
9. 振動研削後、半径方向断面で見られるように、前記縁部は、０．０２ミリメートルから０．１０ミリメートルの範囲のエッジ半径を有することを特徴とする請求項８に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
10. 隣接する２つの溝部（２４）の各間の前記摩擦面（２０）には、横長の軸方向凹部（３２）が組み込まれており、その深さは前記溝部（２４）の深さよりも浅いことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
11. 前記凹部（３２）の深さは、前記溝部（２４）の深さの最大２０％に達することを特徴とする請求項１０に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
12. 半径方向断面で見られるように、前記凹部（３２）は、実質的に台形の断面を有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
13. 前記摩擦面（２０）に前記溝部（２４）を組み込む際に、前記凹部（３２）は直接的に生成されることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
14. 前記摩擦面（２０）が形成される壁部（３６）を据え込み加工することによって、前記摩擦面（２０）に前記溝部（２４）を組み込む際に、前記凹部（３２）は直接的に生成されることを特徴とする請求項１３に記載のシンクロナイザリングの製造方法。
15. チップレス成形によって組み込まれた軸方向に延在する溝部（２４）を有する少なくとも一つの円錐摩擦面（２０）を備え、少なくとも前記摩擦面（２０）の領域で硬化されており、
    前記溝部（２４）の端部（２８，３０）は、前記摩擦面（２０）の硬化前に振動研削によって丸められており、
    前記溝部（２４）はそれぞれ、半径方向断面で見られるように、互いに斜めに延びる２つの側壁（２６）を有することを特徴とするシンクロナイザリング。
16. 前記摩擦面（２０）は、隣接する二つの前記溝部（２４）の各間に横長の軸方向凹部（３２）を備え、その深さは、前記溝部（２４）の深さよりも浅く、特に、前記溝部（２４）の深さの最大２０％であることを特徴とする請求項１５に記載のシンクロナイザリング。
17. 前記シンクロナイザリング（１０）は、半径方向に突出するブロッキング歯（１６）を有するブロッカーリングであることを特徴とする請求項１５又は１６に記載のシンクロナイザリング。