JPH01261525A - 自動車変速機用摩擦クラツチとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分ｉ′？］ この発明は、摩擦対を形成し相Ｗに異なる材料から成る
クラッチ部品を備え潤滑された自動車変速機用摩擦クラ
ッチ、特に同期リングと対向円錐体とであって、摩擦対
の一方のｙｌｌ画面材料が摩擦特性を備えた特殊な摩擦
材料であり、他方の摩擦面の材料が通常機械４１成部品
のために用いられる材料特に鋼であるものに関する。

［従来の技術］ 自動車用変速機において特に手動変速機の場合には、近
年ますます寸法の小さい変速機又は変速機部品により一
層大きい駆動容量及び回期容置を保証しようとする要求
が強まってきた（マツチャ（Ｋ、Ｈ，Ｍａｔｕｃｈａ）
他の論文「同期リンクツタメツ改良された材料（Ｖｅｒ
ｂｅｓｓｅｒｔｅ　’ｄｅｒｋｓｔｏＨｅ　ｆｕｅｒＳ
ｙｎｃｈｒｏｎｒｉｎｇｅ　）　」、アウトモビルテヒ
こツシェツァイトシュリフト（Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｔｅ
ｃｈｎｉｓｃｈｅＺｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ　）　、第８
３￥！５、第５号（１９８１￥）、第２２７〜２３０ペ
ージ参照）、このような要求を満足するために同期リン
グをますます繊細にかつ相応に一層小さい摩擦面を備え
て構成しなければならなくなった。摩擦対の対向部品一
般に摩擦円錐体は同様にして開発された。単位面積当た
り得られる摩擦容量は、寸法公差の低減従って相互に作
用する両摩擦面の改善された接触状態によるのと同様に
、材料の改良及び表面構造の改良により向上された（例
えばドイツ連邦共和国特許第２５３８８８２号、同第３
０３３１３８号、同第２７４４９９４号及びドイツ連邦
共和国実用新案第７３４２８８０号の各明細書参照）。

一層小さい変速機寸法への要求と並んで、変速操作性を
高め特に変速時間を短くしたいという要求も存在した。

これは面積当たりの摩擦仕事を高めることになる。それ
により一方では単位時間及び単位面積当たりの摩擦熱が
増加し、この熱を放散しなければならない、他方では摩
擦結合の形成の際に相互に作用する摩擦面の間の変速機
油を。

摩擦面の中に排油溝及び／又は排油ねじを設けることに
より速やかに排除しなければならない。かかる要求に基
づき現在乗用車の手動変速機で主として用いられる黄銅
製同期リング又は同期リングの中の樹脂を含浸した紙ラ
イニングはしばしば、トラックで用いられフレーム溶射
又はプラズマ溶射され研磨されたモリブデン被膜又はモ
リブデン基準被膜を備えた鋼製同期リングと同様にその
容量限界に達している。

最近箔上に被覆された散布焼結摩擦ライニングが、同期
リングの摩擦面上に取り付けられ特に溶接されて、自動
車手動変速機の摩擦クラッチの著しい容量増加をもたら
した（ドイツ連邦共和国特許第３４１７８１３号明細書
参照）。しかしながらますます繊細に構成される同期リ
ングを指向する前記の要求にかんがみて、分散焼結摩擦
ライニングを備えあらかじめ製作された箔の溶接は、そ
れにより同期リングの厚さ自体及びその結果基体リング
上の機械的破損をもたらす力が低下されるという欠点を
有するが、それに反して同期リングの破壊強度は一層大
きい力伝達のために更に向上されるべきである。更にか
かるリングの製作コストは比較的高い。

最善の機能と寿命とを有するクラッチを得るために、摩
擦対の個々の部品に対して異なる摩擦特性を備え相互に
異なる材料を選ぶことが知られている。良好な摩擦特性
を備えた特殊な摩擦材料は、摩擦接触部で面積当たりの
大きい摩擦仕事量と同時に高い＃庁耗性を示す能力によ
り優れている。特殊な摩擦材料として種々の黄銅合金、
モリブデン被膜及び異なる材料組成の多数の焼結ライニ
ングが特に良好であることが判明している。摩擦対の寿
命に対する基準数として摩擦面のライニングＰＪ減の比
速度又はその逆数すなわち両摩擦材料の耐摩耗性が測定
される。相応の摩擦対の寿命に対して非常に研削性の強
い摩擦面を比較的柔らかい対向面に向かい合わせて置く
ことは不利であることが判明しており、摩擦挙動全体に
対して研削性の強い同じ硬さの二つの摩擦面を相互に作
用させることは同様に不利である。この知見は、従来主
として一対の両摩擦面のうちの一つの形状だけに特に同
期リングだけに特に注意が払われたということに対する
根拠であろう、対向円錐は一般に高い表面硬度の鋼種か
ら製作された。切削加工により特殊な場合には金属溶射
層により作り出された同期リング摩擦面は、表面構造特
性に関して設定された要求を満足した。

自動車手動変速機のクラッチに対して、同期リングの摩
擦面を焼き入れされた鋼から製作し、対向円錐体の摩擦
面をモリブデン層により被覆することも提案されている
。しかし同時に、同期リングの摩擦面に油排除のための
排油溝及び／又は排油ねじを設けることが必要であると
考えられた。

モリブデンを被覆された同期リングと滑らかな対向円錐
体との組み合わせに比べて、この手段により明らかな利
点は得られなかった。特に排油溝を設けることにより同
期リングの強度が減少するという欠点が相変わらず存続
した。

専門家によく知られた理由から、自動車変速機の中の摩
擦クラッチは油潤滑して動かさなければならない、これ
に応じて、一方では摩擦面の間に流体動力学的圧力を同
時に発生することなく潤滑膜の保持を保証するために、
また他方では摩擦面の間のできる限り良好な摩擦力結合
性を保証するために、専門家により一連の手段が提案さ
れた。それで既に述べたドイツ連邦共和国特許第２７４
４９９４号明細書には、紙基材の摩擦ライニングに粗い
多孔性の表面を持たせるように合成樹脂を含浸すること
が述べられており、その際この明細書の別の個所では［
用いられた摩擦ライニングが多孔性でかつ弾性を有する
ことが特に有利であることが判明している。多孔性に基
づいて摩擦ライニングは、同期過程中に摩擦面上に存在
しさもなければ妨げとなる油膜を吸収し、更に作動過程
中に油膜を排除する。Ｊと述べられている。この明細書
には更に「Ｗ、擦ライニングは軸方向に延びる溝を備え
るのが合目的であり、この溝は油排除に役立ち、溝に鋭
い縁を形成した場合には油のかき落としに役立つ、」と
述べられている。

しかしながら前記の場合には、弾性を有し圧縮可能な紙
ライニングのために細孔が摩擦過程中に押しつぶされる
。

摩擦面の粗面化による油排除に関してドイツ連邦共和国
特許第２８３４８４０号明細書には、前記のように摩擦
面を金属層の溶射により又は機械的な噴射により粗くす
る代わりに、又は二つの摩擦面の相互の保合の際に油を
受は入れ軸方向の溝へ導くことができるような細かいね
じを摩擦面に環状に設ける代わりに、２５〜５０ｇｍの
表面粗さＲＺが作られるように火花浸食により作られた
点状の凹所を摩擦面に設けることが提案されている。こ
の特許明細書によれば「同期リングの円錐面の粗面化は
、油膜を突き破り速やかに摩擦接触を形成するという目
的を有する」、この種の表面粗面化により、溶射された
モリブデン層による粗面化より又は摩擦面に設けられた
細かいねじより良好な摩擦係数を得ようとするものであ
る。実際にはこの種の粗面化はその効果を認めることが
できなかった。この種の粗面化は既に長い加工時間のた
めに変速機クラッチのような大量生産部品に対しては考
慮の対象とはならない。摩擦挙動の改善は既に利用され
ている方法に比べて大して良好ではない。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は２最新の良好な摩擦特性特に摩擦係数及び摩
耗性を利用できる摩擦クラッチが少なくとも得られ、そ
れに加えて全体として経済的に製作できかつ比較的長い
寿命を有するような、摩擦クラッチ特に潤滑された自動
車変速機用同期リング及び対向円錐体を提供することを
特徴とする特に排油ねじ及び排油溝を設けることにより
避けることができないような、又は散布焼結摩擦ライニ
ングを備え別個に取り付けられた箔を備える同期リング
を製作する場合に避けることができないような、同期リ
ングのあらゆる材料弱化を避けようとするものである。

加えるに利用可能な摩擦面をできる限り大きい有効な面
の割合まで利用可能にするものである。

［課題を解決するための手段］ この目的はこの発明に基づき潤滑された摩擦クラッチに
おいて、特殊な摩擦材料から成る摩擦面は細孔が無く又
は細孔が少なくかつ排油ねじの無いものであり、また摩
擦対抗面は特殊な摩擦材料に比べて硬い微細多孔性の焼
結材料から構成され、摩擦に有効な面の割合Ａが理論的
な全摩擦面の５０％＜Ａ＜９０％でありかつ３００μｍ
未満の平均直径の細孔を有することにより達成される。

［作用効果］ この発明に基づく潤滑された摩擦クラッチは従来例に比
べて一連の重要な長所を有する。

従来は、それぞれの−層有利な前提条件に対応して個々
の手段を一方の摩擦部品へまた別の手段を他方の摩擦部
品へ転用する際に、一対の両摩擦部品のそれぞれを論理
にかなって相互に適応するように構成することにより、
摩擦クラッチの改善のために知られた技術的可能性を利
用することは、どうやら必要であると考えられなかった
か又は見逃がされたらしい。

これに反してこの発明に基づき自動車変速機のための摩
擦クラッチに対して初めて、摩擦対の両摩擦面の一方の
摩擦面を幾何学的に有効な全摩擦面を利用しながら特殊
な摩擦材料から製作し、摩擦対の対向面を多孔性の表面
を備えた焼結体として構成することが提案される。その
際同期リングか又は対向円錐体が、焼結された多孔性の
摩擦面を有することができる。

同期リング又は同期リングの摩擦面範囲が特殊な摩擦材
料から構成されている場合に対しては。

材料選択の際に容易に摩擦挙動と機械的強度とに対して
同様に満足な妥協、が得られる。従って優先的に摩擦係
数をできるだけ高くするという観点のもとで材料を選°
択する必要はない。

従来最大の面蹟当たりの摩擦仕事量は有するが満足すべ
き機械的強度は示さない材料がまさに要求された同期容
量をもたらした場所で、いまや十分に面を利用する場合
には固有な摩擦特性は劣っているがしかし機械的強度が
一層大きい摩擦材料を用いることができる。これに対す
る根拠は容易に理解できる・ 摩擦結合の際に一対の特殊な摩擦材料はほぼ理論的に利
用可能な全摩擦面により有効に摩擦接触する。なぜなら
ば摩擦に有効な面（Ａ）は、溝又は細孔により理論的な
摩擦面に比べて従来はど減少することはなく、１０〜３
０％の割合で小さくなるにすぎないからである。従って
同期容量があらかじめ与えられた場合に面積負荷率及び
摩擦面の局部的温度上昇が小さくなる。摩擦の際に発生
し負荷能力を制限しかつ摩耗に対して重要な熱は、比較
的大きい摩擦に有効な面を経て大ｊい体積の中に排出で
きる。これにより摩擦面の耐摩耗性に対する要求が減り
クラッチの寿命が増す、排油溝及び排油ねじが無いこと
により柔らかい摩擦材料の利用可能な摩耗体積が従来の
技術に比べて２ないし３倍高められ、このことは寿命及
び変速操作性の相応の向上を意味する。

多孔性の硬い焼結体として構成された対向而は、多孔性
構造のゆえに同期過程の際に摩擦面の間の速やかな残留
油排除を受は持つ。摩擦面の間に同期化を遅らせる流体
動力学的圧力を発生するおそれがない。必要であれば微
細多孔性の摩擦面の中に補助的に少数の軸方向排油溝が
設けられる。焼結多孔性の摩擦面は摩擦結合の際に比較
的僅かにすぎない摩擦に有効な面の割合Ａ（５０％＜Ａ
＜９０％）を介して摩擦対の他の面と接触を有する。従
って微細多孔性のクラッチ部品の中の少数の溝は、一般
にクラッチの伝達可能な全摩擦容量の不利な低下を意味
しない。

既に良好な摩擦特性を備えた多孔性の材料が用いられる
限りでは、この材料は比較的柔らかい。

この材料は一般に大きいりｉ性用縮性を有する。散布焼
結摩擦ライニングを備え溶接された箔も大きい弾性を有
する。このことは同期化の際に長い変速行程を意味し、
また変速機の中で利用可老な小さい空間の結果として許
容できる軸方向の摩耗余裕が減ることを意味する。これ
に反してこの発明に基づく摩擦クラッチの構成は大きい
固有弾性を有する材料を必凹としない。自動車変速機の
同期化の際の変速行程と変速時間とは短い。精度要求と
摩耗余裕とが材料弾性により決まるということはほとん
どない。

［実施例］ この発明に基づく摩擦クラッチの有利な実施例とその長
所とを次に説明する。

大抵の場合に自動車変速機の摩擦クラッチは現在は、同
期リングが内側円錐を有し、摩擦対の対向面が変速歯車
又は速度段歯車に外側円錐を有するように構成されてい
る。しかしながら同期リングが外側円錐を有し変速歯車
が内側円錐を有するか、又はクラッチの個々の部品が外
側円錐の形の摩擦面と補助的に内側円錐の形の摩擦面と
を有する（二重円錐同期化）ような構成が知られており
、この発明に基づき製作することができる。後者の構成
に基づく摩擦面の拡大により、伝達可能な摩擦容量を著
しく増加できる。

摩擦クラッチに対し要求される構造特徴及び寸法特徴に
応じて、クラッチ部品全体をむくの焼結体として製作す
ることが有利な場合もあり、又は焼結冶金的に製作され
ていない基体上に摩擦ライニングを構成する焼結体をか
ぶせるのが有利な場合もある。従来焼結体が支持構成部
品として摩擦クラッチの中で用いられた場合には、これ
をできる限り細孔が無く一様に密でかつ達成可能な最大
の機械的強度を持たせて製作することが肝要であった。

これとは異なって摩擦面の範囲に所望の多孔性を備えた
むくの焼結体を製作するために、焼結技術の知られた方
法が用いられる。それで粉末圧縮体の摩擦面の範囲に次
に続く焼結中に揮発する細孔形成剤を添加することによ
り１例えばむくの焼結体を基体範囲では完全に密に摩擦
面の範囲では多孔性に構成することができる（ドイツ連
邦共和国特許第１８０８１２８号明細書参照）、焼結体
のために用いられ添加物を含む金属粉の形状と大Ｓさと
が相応な場合に、摩擦面の範囲に開放多孔性の骨格を作
ることができるか、又は摩擦面から０．５〜２ｍｍの深
さまで達し大部分は相互に結合されていない少数の細孔
だけを作ることもできる。かかる部品の機械的強度は一
般に、均質に圧縮された焼結部品の機械的強度より僅か
に低下するに過ぎない。

摩擦面の微細多孔性構造を備えた自動車手動変速機のた
めの潤滑された摩擦クラッチのクラッチ部品は、焼結鉄
、焼結鋼又は他の金属の及び／又は非金属の焼結材料か
ら成るむくの焼結体として製作される。クラッチ部品は
有利な実施態様に基づき心部分では密でかつ強固であり
、数ｍｍの厚さに限られた表面範囲では微細多孔性であ
り、また場合によっては補助的に表面焼き入れされる。

焼結技術により種々の母材を使用することができるばか
りでなく、微細多孔性の構造を備えた焼結体の硬度、強
度及び摩擦特性に影響を与えるために金属の及び非金属
の添加剤の均一な混入も可能である。前記材料から成る
微細多孔性の焼結体の硬度修正又は摩耗修正のために、
セラミック添加物及び／又は硬質金属添加物が有効であ
ることが判明している。かかる焼結体の摩擦特性の適合
のために例えば添加物として、無機質の物質及びグラフ
ァイト、Ｎｏ２　Ｓ、ステアリン酸鉛、硫化マンガン又
は鉛、銅、亜鉛及びスズのような純粋な金属を用いるこ
とができる。最後に、完成された焼結体は摩擦特性の適
合のためにプラスチックを含浸することもできるが、そ
の際特にこの発明に基づく多孔性構造を維持しなければ
ならない、特に鋼から成る焼結体は表面範囲を高周波焼
き入れ又は肌焼き入れできる。

中実の基体部品上に取り付けられた環状の多孔性の焼結
体としての実施例では、クラッチ部品は強固なかつ自立
性の焼結リングばかりでなく、焼きばめされた又は表面
に焼結された又はロール圧接された又は溶接された焼結
リングをも含む、中実の基体部品上の多孔性の焼結層は
、個々の場合に溶射並びに溶射層の熱的及び／又は機械
的な後処理によっても得られる。

多孔性の焼結体のＪＩ！Ｊ擦面のローラバニシング又は
圧延により、焼結体の硬度に応じて焼結材料は０．２〜
０．６ｍｍの深さまで圧縮でき、それにより表面範囲に
おける平均の細孔直径が一層深い範囲における細孔直径
よりも小さくなるように多孔性構造を変更できる。それ
により例えば多孔性の摩擦面の摩擦に有効な割合を十分
な油排出に対して必要な多孔性に関し不利とならずに高
めることができる。

多孔性の焼結体の摩擦面の直接の表面範囲では、有利な
実施例によれば機械的な変形により、両槽円軸のうちの
長軸がＪ！！！擦対の摩擦方向に７１角となった楕円形
の細孔が形成される。金属の焼結部品の中の細孔は通常
は第１次の近似では円である。

金属の成形体のための焼結技術の現在の技術水準では、
あらかじめ与えられた最終寸法を非常に小さい公差内に
維持することができる。それにもかかわらずこの発明を
適用するときには、微細多孔性の表面構造を備えた焼結
体を焼結及び場合によっては焼き入れの後に呼び寸法に
研磨することが多くの場合に有利である。焼結部品は焼
結工程により特別の補助手段なしに約０．１ｍｍの過大
寸法に製作でき、そして呼び寸法から±０．０１ｍｍの
誤差に研磨される。

更に前に述べたようにこの発明に基づ〈実施例では、か
かる狭い研磨寸法公差内の仕上げが特に有利である。な
ぜならば摩擦対の両摩擦面のために比較的弾性のない材
料を用いることができるからである。正規の摩擦結合は
明らかな弾性範囲を周囲に設けることなく形成できる。

この発明に基づく一実施例では、乗用車において今日ま
でしばしば用いられる黄銅製同期リングに対しても、従
来より著しく大きい公称の面積当たり摩擦容量が得られ
る。黄銅から成る同期リングはこの場合に表面粗面化又
は排油溝の形成を必要としない、用いるべき黄銅合金の
選択は同期リングの歯付きリムに対し要求される強度に
基づいて行われ、それぞれの黄銅合金の摩擦係数にはそ
れ程影響されない、黄銅から成る同期リングは、微細多
孔性の焼き入れされ研磨された摩擦面を備えた焼結鋼か
ら成る対向円錐体と共に用いられるのが有利である。

この発明の別の有利な実施例によれば、同期リングは１
１擦面の範囲では多孔性の焼き入れされた焼結体であり
、対向円錐体は摩擦面の範囲で滑らかな黄銅リング又は
黄銅中空円錐として構成され、この円錐体は変速歯車又
は速度段歯車の相応の突出部上に圧入、焼きばめ、ロー
ル圧接、ローラ圧着又は鍛接されている。それにより同
時に狭い公差の寸法精度及びライニングの表面の加工硬
化が得られる。自明のように黄銅の構成は対向円錐の範
囲上だけに制限される。なぜならば黄銅材料の良好な摩
擦特性は変速段歯車の他の機部分野に対しては、自動車
において伝達すべき大きい駆動′Ｂ融のために役立たな
いからである。

この発明に基づ＜　ｆｉｌ滑された摩擦クラッチの実施
例は成る幾何学的構成に制限されることはない。従来の
技術による引用文献には例えば自動車手動変速機のため
の潤滑された摩擦クラッチの幾何学的な複数の構造形式
が示されており、これらはこの発明の特徴を備えて製作
することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）摩擦対を形成し相互に異なる材料から成るクラッチ
   部品を備え潤滑された自動車変速機用摩擦クラッチであ
   って、摩擦対の一方の摩擦面の材料が摩擦特性を備えた
   特殊な摩擦材料であり、他方の摩擦面の材料が通常機械
   構成部品のために用いられる材料であるものにおいて、
   特殊な摩擦材料から成る摩擦面は細孔が無く又は細孔が
   少なくかつ排油ねじの無いものであり、また摩擦対抗面
   は特殊な摩擦材料に比べて硬い微細多孔性の焼結材料か
   ら構成され、摩擦に有効な面の割合Ａが理論的な全摩擦
   面の５０％＜Ａ＜９０％でありかつ３００μｍ未満の平
   均直径の細孔を有することを特徴とする自動車変速機用
   摩擦クラッ チ。 ２）個々のクラッチ部品が外側円錐及び／又は内側円錐
   として形成された摩擦面を有することを特徴とする請求
   項１記載のクラッチ。 ３）微細多孔性の摩擦対向面を備えたクラッチ部品がむ
   くの焼結体であることを特徴とする請求項１又は２記載
   のクラッチ。 ４）微細多孔性の摩擦対向面を備えたクラッチ部品が軸
   方向の排油溝を有することを特徴とする請求項３記載の
   クラッチ。 ５）微細多孔性の摩擦対向面を備えたクラッチ部品が中
   実の基体上に取り付けられた多孔性の焼結リングである
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のクラッチ。 ６）細孔が摩擦面から油を排除するのに適し開放された
   導管系を形成することを特徴とする請求項１ないし５の
   一つに記載のクラッ チ。 ７）細孔が摩擦面から０．５〜２ｍｍの深さまで達し大
   部分は相互に結合されていないことを特徴とする請求項
   １ないし６の一つに記載のクラッチ。 ８）摩擦面のローラバニシングにより、０．２〜０．６
   ｍｍの深さまでの表面範囲における平均の細孔直径が、
   もっと深くにある細孔の直径に比べて小さいことを特徴
   とする請求項１ないし７の一つに記載のクラッチ。 ９）摩擦面での細孔の形状が楕円形であり、その長軸が
   摩擦対の滑り方向にほぼ直角であることを特徴とする請
   求項１ないし８の一つに記載のクラッチ。 １０）特殊な摩擦材料から成る同期リングが、排油ねじ
   の無い滑らかな摩擦面を備え多孔性でない黄銅リングで
   あることを特徴とする請求項１ないし９の一つに記載の
   クラッチ。 １１）特殊な摩擦材料から成る摩擦面を形成し多孔性で
   ない黄銅リングが、鋼から成る対向円錐体上に圧入及び
   ／又は鍛接、ロール圧接、ローラ圧着又は焼きばめされ
   ていることを特徴とする請求項１ないし９の一つに記載
   のクラッチ。 １２）焼結鋼から成り焼結に基づく微細多孔性の摩擦面
   を備えたクラッチ部品が、高周波焼き入れ又は肌焼き入
   れされ続いて摩擦面が所定寸法に研磨されることを特徴
   とする請求項１ないし１１の一つに記載の潤滑された摩
   擦クラッチの製造方法。