JPH0478374A - 変速機のシフトフォーク - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、変速機のシフトフォークの改良に関する。

［従来の技術］ 一般に、変速機のシフトフォークは、例えば、自動車の
運転に伴う変速時に、運転者が操作するシフトレバ−か
らの操作力をハブスリーブに伝達するもので、シフト操
作を受ける変速機のシフトロンドに装着され弧状に伸び
るシフトフォーク本体と、該シフトフォーク本体の両端
部に形成されハブスリーブの外周に設【プられたリング
状溝に係合する活動爪部とをもつ。そして前記摺動爪部
は、エンジンの駆動に伴って回転するハブスリーブのリ
ング状溝に係合する摺動表面に、２０ｍ／ｓ以上の高す
べり速度で、１００ｋＱ／ｃｍ２以上の高血圧（片当り
）が作用するため、耐焼付性ｄ３よび耐摩耗性が要求さ
れている。従って前記１駆動表面に耐焼付性および耐摩
耗性を向上させるための、硬質クロムメツキ層、ポリア
ミド（ナイロン）層、モリブデン溶射層を形成したもの
や、囲動爪部全体を過共晶アルミニウム合金（△３９０
）を用いて形成したものか用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしなから、前記従来のシフトフォークは、その摺動
爪部を、ハブスリーブのリング状溝に係合させ、低粘度
潤滑油（ＡＴＦ　　ＤｅｘｒｏｎＩＩ）の飛沫潤滑シス
テム中で用いた場合、摺動爪部の摺動表面の油膜か一部
途切れたとき、充分な耐焼付性及び耐摩耗性か得られな
い。このため、活動爪部の摺動表面の摩耗量が多くなる
と、ハブスリブのリング状溝との間のクリアランスが増
してシフｌ−レバーの操作ス１へ口〜りおよびガタッキ
か大ぎく、操作性能を低下させる。

本発明の目的は、活動爪部に新しい材料を用いて従来以
上に性能を向上させた変速機のシフトフＡ−りを提供覆
−ることにある。

［課題を解決するための手段］ 第１発明の変速機のシフトフォークは、シフト操作を受
【ブる変速機のシリンダロッドに装着され弧状に伸びる
シフトフ丼−り本体と、該シフトフォーク本体の両端部
に形成されハブスリーブの外周に股（プられたリング状
溝に係合する１需動爪部とをｂつシフトフォークにおい
て、 少なくとも前記活動爪部の摺動表面を形成する部分は、
炭素マトリックス中に炭素繊維あるいは炭素繊維と金属
およびセラミックスからなる無機微小体が一体的に埋設
された組織を有し、該炭素マトリックスは偏光顕微鏡で
見て光学的異方性の微粒子が均一に密集したモザイク構
造をもち、該炭素繊維と該炭素マトリックスとの間の界
面で剥離している界面の割合が全界面に対して１０％以
下であり、かつ密度が１．６５以上である炭素繊維強化
炭素焼結体を用いて構成したことを特徴とする。

第２発明の変速機のシートフｔ−りは、シフト操作を受
ける変速機のシフトロンドに装着され弧状に伸びるシフ
トフォーク本体と、該シフトフォーク本体の両端部に形
成されハブスリーブの外周に設けられたリング状溝に係
合する摺動爪部とをもつシフトフォークにおいて、 少なくとも前記１と勤爪部の摺動表面を形成する部分は
、未炭化炭素質繊維をあるいは未炭化炭素質ＩＩｉ雑と
金属およびセラミックスからなる無機微小体とを埋設し
た自己焼結体を有する炭素質粉末とからなる複合体を焼
結して得られる炭素繊維強化炭素焼結体で構成されてい
ることを特徴とする前記変速機のシフトフォークは、シ
フトフォーク本体と、活動爪部とより構成されている。

シフトフΔ−り本体は、従来と同様に特種鋳鉄、５４５
Ｃ等の機械部品用構造鋼や、過共晶アルミニウム合金等
を用いて形成することができる。

活動爪部は、予じめシフトフォーク本体とは別体に形成
されたものを、シフトフォーク本体に対し接着、圧嵌め
、等の手段を用いて装着したものや、シフトフォーク本
体のダイカスト鋳込時に、インサートすることにより一
体化したものや、シフトフォーク本体の形成時に一体的
に形成されたものを用いることができる。

活動爪部は、全体あるいは、摺動表面を形成する部分を
、以下に詳述する特殊な炭素繊維強化焼結体で構成され
ている。なあ、摺動爪部の摺動表面のみを炭素繊維強化
焼結体で構成する場合、同特殊材料を摺動表面の全域や
、全域の一部に用いることもできる。また、前記摺動表
面の形状は、扇形状、円弧形状、長四角形状、その他の
形状とすることができる。また、摺動爪部の摺動表面の
一部が前記特殊材料で構成されている場合には、ハブス
リーブのリング状溝の摺動壁面に接近する方向に突出さ
せることができる。

炭素繊維強化炭素焼結体は、炭素マトリックス中に炭素
繊維があるいは炭素繊維無機微小体とか一体的に埋設さ
れた組織を有し、該炭素マトリックスは偏光顕微鏡で見
て光学的異方性の微粒子が均一に密集したモザイク構造
をもち、該炭素繊維と該炭素マトリックスとの間の界面
の全界面面積に対する剥離している界面の剥離面積は１
０％以下であるものである。

この炭素１ｉ１ＡＭ強化炭素焼結体を構成する炭素繊維
は、焼結体の強度を確保するためのもので、偏光顕微鏡
で見て、異方性を示すものでも等方性を示すものでもよ
い。炭素繊維は、切断された短繊維でも、長繊維でもよ
い。また、炭素ｌＩｉ＃１はマトリックス中に一定方向
に配向しているものでも逆にランダムに配向しているも
のでもよい。炭素繊維強化炭素焼結体中における炭素繊
維の配合割合は２〜５０重量％重量％上り好ましくは１
０〜４０重量％がよい。

炭素繊維強化炭素焼結体の構成部分となりうる無機微小
体としては、微小な金属や、セラミックスで構成できる
。これら無機微小体の形状は、粉末状、ウィスカ等の繊
維状、箔片等でもよい。炭素繊維強化炭素焼結体の無機
微小体の配合割り合いは３〜２３手量％、より好ましく
は５〜１０重量％がよい。

炭素繊維強化炭素焼結体の構成部分である炭素マトリッ
クスは偏光顕微鏡で見て光学的異方性の微粒子が均一に
密集したモザイク構造をもつ。偏光顕微鏡で見て光学的
異方性をもつとは、炭素か一定方向に規則的に配列した
組織をもつものと考えられる。即ち、この炭素マトリッ
クスは、光学的異方性をもつ炭素粒子か密集した状態で
押し固められた状態にある。均一に密集したとは、炭素
粒子が流動していない。流れ線等の模様が無いことを意
味する。偏光類＠鏡下でモザイク状に観察される炭素粒
子の大きさは３０μｍ以下程度か好ましい。

この炭素Ｕ＆維強化炭素焼結体を構成する炭素繊維と炭
素マトリックスとの間の全界面面積に対する剥離してい
る界面の剥離面積は、１０％以下である必要がある。炭
素マトリックスと炭素ＭＡＮとが剥離していると炭素繊
維の補強効果が充分でない。このため界面の剥離面積は
全界面の１０％以下より好ましくは５％以下がよい。

この炭素１Ｍ１ｔと炭素マトリックスとの剥離は走査型
電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと称する。）で観察測定でき
る。

また、この炭素繊維強化炭素焼結体の気孔率は１０％以
下であるのが好ましい。この焼結体の気孔は偏光顕微鏡
で観察すると黒い点として観察される。従って観察して
いる面積に占める黒い点の面積より気孔率が計算できる
。

本発明にかかる炭素繊維強化炭素焼結体の密度が１．６
５以上とは、炭素マトリックスの緻密性、気孔が少なく
かつ炭素繊維と炭素マトリックスとの界面が剥離してい
ない等が総合された特性である。従って、これらマトリ
ックスの緻密性が欠けたり、気孔率が高すぎたり、繊維
とマトリックスとの間の剥離が多いと、比重は１．６５
以下となる。

この炭素繊維強化炭素焼結体を構成する炭素繊維の配合
割り合い、無機微小体の材質および配合割り合い、炭素
繊維と炭素マトリックスとの間の剥離面積の割り合い、
気孔率は、直接にこの炭素繊維強化炭素焼結体の機械的
強度に影響する。この炭素繊維強化炭素焼結体の機械的
特性を曲げ強度で規定すると、この焼結体の曲げ強度は
６００ｋｇ／Ｃｍ２以上であるのが好ましい。

また、炭素繊維強化炭素焼結体としては、未炭化炭素貿
繊維をあるいは未炭化炭素貿繊維と金属およびセラミッ
クスからなる無機微小体とを埋設した自己焼結性を有す
る炭素質粉末とからなる複合体を焼結して得られる焼結
体を採用できる。

ここで、未炭化炭素質Ｖ＆維とは、通常の炭化処理の施
されていない状態の炭素質繊維をいう。換言すれば、ざ
らに熱処理をすることにより、さらに炭化する余地を有
する炭素質粉末をいう。具体的には、原料ピッチを使用
した場合には、紡糸したままの繊維または紡糸した繊維
を５５０’Ｃを越えない温度で不融化した繊維をいう。

ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系レーヨン系などの高
分子系の繊維では分解工程を追え、黒鉛化処理前の繊維
をいう。この種の炭素質ｍ維としては、例えば、石炭系
または石油系の原料ピッチを紡糸して得たピッチ繊維ま
たはこれを不融化して得た不融化繊維などがある。

この原料ピッチの紡糸および不融化は常法に従って行え
ばよく、条件などは特に限定されない。

通常、ピッチ繊維は、原料ピッチを紡糸器のノズルに供
給し、３００〜４００’Ｃ程度に加熱した状態で不活性
ガスによる加圧玉にてノズルから押出して１ｑることが
できる。また、このようなピッチ繊維をさらに酸化性雰
囲気中１５０〜５００℃程度で０．５・〜５時間程度保
持して不融化繊維とすることができる。なお、この原料
ピッチは、光学的等方性のものでも、光学的異方性のも
のでもよい。

未炭化炭素質繊維の繊維長さは、短繊維、長繊維に限ら
ない。しかし、短繊維の場合には０．０１〜５Ｑｒ７１
ｍのものを使用することができる。特に、０．０３〜１
０ｍｍのものが混合のしゃ暇さ、アスペクト比の関係か
ら好ましい。長すぎては繊維同士か絡みあい分散性が低
下し、ひいては製品１１■性の等方性に劣り、また０、
０１ｍｍより短くては製品の強度か急激に低下して好ま
しくない。

また、！ｌｌｉ維径としては、５〜２５μｍ程度のもの
か好ましい。さらに、これらの繊維−からなる不織布ま
たはコーティング布として使用することもてぎる。

未炭化炭素質繊維は、ざらにタール、ピッチ、有機高分
子などの粘結成分を含有する材料で表面処理し、結合材
とのなじみ性を向上させることが好ましい。この表面処
理は、炭素質繊維１００重量部に１００〜１００００重
量部程度の粘結成分含有材料を加えて撹拌し、有機溶媒
により洗浄後、乾燥して行うことかできる。

この表面処理に使用するタール、ピッチは、石炭系ａ３
よび石油系のいずれであってもよい。ピッチを使用する
場合には、撹拌時に１４０〜１７０°Ｃ程度の加熱が必
要となるので、処理材としては、タールの方がより好ま
しく、また後続の炭化および黒鉛化工程での炭化歩留り
の点からは、石炭系のものがより好ましい。

この表面処理に使用する有機高分子として、フェノール
樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールなどを挙
げることができる。

この表面処理中の洗浄において使用する有機溶媒は、ト
ルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒を使用することが
できる。未炭化炭素質繊維と粘結成分含有材料との混合
物１００重足部に対して１００〜１０００重量部程度を
加え、撹拌洗浄する。

この洗浄により、揮発成分が多く含まれる軽質油分が除
去される。洗浄を終えた未炭化炭素質繊維は、たとえば
、窒素、アルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、加熱およ
び／または減圧などの条件下に乾燥処理される。しかし
乾燥処理は、これらの方法に限定されるものではない。

ざらに、乾燥を終え表面処理された未炭化炭素質繊維は
、必要に応じて分散処理される。ずなわら、乾燥させた
繊維か、塊状化または凝集していることがあるので、こ
のような場合には、通常の粉体ミル、アトマイザ−、バ
ルバライザーなどの任意の手段により分散を行う。

無機微小体は、未炭化炭素質繊維とともに、前記炭素繊
維強化炭素焼結体の原料となる。この無機微小体は、目
的とする囲動爪部の摩擦係数μを低く安定したものとし
たり、比較的高い値の摩擦係数μであっても高耐摩耗性
、高耐焼付き特性を付与したりするために、添加するも
のである。この無機微小体は、融点１０００’Ｃ以上で
炭素と反応しないもの、より好ましくはざらにＨＶ１０
０Ｏ以上のものがよい。

かかる無機物として、無機酸化物、無機炭化物、＝ｉ窒
化物、無機ホウ化物などを挙げることができる。無機酸
化物として、たとえばＡｆＪ２ｏ３、ＴｉＯ２、Ｚｌ”
０２　、ＭｇＯなどを挙げることができる。無機炭化物
として、たとえばＢ４Ｃ，Ｔｒｃ、　Ｔａｃ、ｚｒｃな
どを挙げることができる。

無機窒化物として、たとえばＢＮ、Ｔ　ｒ　Ｎ、Ｏｒ２
　Ｎ、ＴａＮ、Ａ、ｌ）Ｎ、ＺｒＮなどを挙げることが
できる。無機ホウ化物として、たとえばＴｌＢ２　、Ｚ
ｒＢ２、Ｂ４　Ｃ，Ｎ　ｉ　Ｂ、ＣＯＢ、ＢＮ、Ｔａ８
２などを挙げることができる。さらに、ＦｅＳＭｎ、Ｍ
ＯＳＮｉ、Ｎｂ５ＳｉＳＶ、Ｔｉ、Ｗなどの無機物も使
用することができる。なお、これらの無機物は、金属の
状態で添加することも可能である。また、無機微小体と
しては、微粒子状のもののばかウィスカ、セラミックス
繊維が含まれる。

前記したように無機微小体のうちから、適切なものを選
択することによって、シフトフォークの摺動爪部の用途
に応じてその摩擦係数μ、耐摩耗特性、耐焼付き特性な
どを好適な特性に管理することができる。特に、摺動特
性を好適なものとするため、すなわち、シフトフォーク
の摺動爪部を高強度で耐摩耗性に優れ、かつ焼付き荷重
か２０ＱｋＣ１ｆ以上であって、摩擦係数が０．１５以
下を示すものとするためには、無機微小体として、ホウ
素化合物を使用覆゛ることかできる。

かかるホウ素化合物として、焼結温度以下で分解または
融解しないものが好ましいが、Ｍ　Ｑ　Ｂ　２、ＣＯＢ
のように焼結温度で分解するか、分解したホウ素が炭素
と反応して炭化ホウ素を形成するものである場合には、
焼結温度で分解するものも使用できる。このようなホウ
素化合物として、炭化ホウ素、窒化ホウ素の他、Ｏｒ、
Ｔ：、Ｔａ、７ｒ、△、１）、Ｎ　ｉ、ＭＣＩ、Ｎｂ、
Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｗなどのホウ化物を挙げることかでき
る。なあ、これらの添加物は、金属の状態で添加するこ
も可能である。

無機微小体として無機粉末を使用した場合は、マ［〜リ
ックス材とのなじみ性、分散性および出来上った焼結体
の強度と耐摩耗性を考慮して、粒径０．１〜５μｍのも
のが好ましく、より好ましくは０．２〜４μｍである。

また、無機微小体として無機繊維を使用した場合は、マ
トリックス材とのなじみ性、分散性、出来上った焼結体
の強度と耐摩耗性および繊維の離脱を考慮して、直径０
．７〜４０μｍ、長さ０゜０１〜６ｍｍのものが好まし
く、より好ましくは直径１〜１５μｍ、長さ０．０５〜
３ｍｍである。

特に、摺動特性を好適なものとするために、無機微小体
としてホウ素化合物を使用した場合は、ホウ素化合物粉
末の粒径は０．１〜１０μｍが好ましく、より好ましく
は０．３〜５μｍである。

粒径が０．１μｍより小さいと、均一混合が難しく、粒
径が１０μｍより大きいと、異常（アブレッシブ）摩耗
を起こす可能性が増す。

炭素質粉末は、本発明の炭素繊維強化炭素焼結体の結合
材を構成するものである。この炭素質粉末は自己焼結性
を有し、未炭化、または完全に炭化されていないもので
ある。この自己焼結性炭素質粉末としては、石油系およ
び石炭系のいずれであってもよく、具体的には、メソカ
ーボンマイクロビーズ、バルクメソフェーズ粉砕品、低
湿か焼コークス粉砕品などを挙げることができる。これ
らの中では、粒径および組成の均一性、安定性などの観
点から、石油系および石炭系のメソカーボンマイクロビ
ーズか好ましく、炭化歩留りの観点から石炭系のものが
より好ましい。自己焼結性炭素質粉末としては、粒径３
０μｍ以下、β−レジン徂３〜５０％程度のものが好ま
しい。なお、このβ−レジン量は、より好ましくは６〜
３０％、さらに好ましくは８〜２５％である。

本発明の焼結体は、たとえば第１図に示すような乾式混
合、乾式形成おにび焼成という簡単な工程で製造できる
。

未炭化炭素質繊維と、無機粉末または無機繊維と、自己
焼結性炭素質粉末とは、混合、成形されて複合体を構成
する。このときの混合手段は特に限定されないが、強度
および耐摩耗性を等方的にするためには、前記した原料
を均一に混合することが好ましい。また、自己焼結性炭
素質粉末と未炭化炭素質繊維との配合割合は、前者１０
０重Ｂ部に対して、後者２〜７０手量部程度であり、よ
り好ましくは前者１００重量部に対して後者１０〜５０
重量部程度である。また、無機微小体の添加量は、全体
を１００重量％としたとき３〜３０重量％が好ましく、
より好ましくは５〜１０重量％である。

特に、回動特性を好適なものとするために、無機微小体
としてホウ素化合物を使用した場合は、ホウ素化合物粉
末の添加量は、全体を１００重量％とじたとき１〜５０
重量％が好ましく、より好ましくは３〜３５重量％であ
る。ホウ素化合物粉末の添加量が５０重量％を超えると
焼結体の切削加工性が不良となり、かつ強度が若干低下
する。

本発明にかかる焼結体の成形は、常法によって行うこと
かでき、通常１〜１０　ｔ　Ｏｎ／Ｃｍ２程度の加圧下
に所定の形状に成形すればよい。または、ＣＩＰ法、Ｈ
ＩＰ法、ホットプレス法などによって成形を行ってもよ
い。成形は、常温でまたは不活性雰囲気下５００℃程度
までの加熱下に行うことができる。

複合体は、焼結されて本発明にかかる焼結体となる。な
お、ここで焼結とは、常圧で７００〜１５００’Ｃ程度
に焼成して未炭化炭素質繊維および自己焼結性炭素質粉
末を炭化固結させることをいう。なあ、必要に応じてこ
の炭化された複合体を黒鉛化炉で焼結温度以上に加熱し
て黒鉛化させてもよい。炭化の条件（ユ、特に限定され
ないか、通常非酸化性雰囲気中０．１〜３００’Ｃ／時
間程度の速度で常温から１５００’Ｃ程度の温度まで昇
温し、０．５〜１０時間程時間待して行えばよい。

なあ、焼結時においてもより高温で焼結することににり
複合体の一部は炭化の後、黒鉛化する。

また、黒鉛化の条件も、特に限定されず、非酸化性雰囲
気中で焼結時の温度から０．１〜５００°Ｃ／時間程度
の速度で１５００〜３０ｏｏ’ｃ程度の温度まで昇温し
、０．５〜１０時間程時間待ずればよい。黒鉛化を行っ
た場合には、黒鉛結晶が十分に製品の密度、強度および
耐摩耗性などがさらに向上する。

この特殊な炭素繊維強化炭素焼結体は、焼結前の複合体
を未炭化炭素質繊維および無機粉末または無機繊維と、
未炭化炭素質繊維および無機粉末または無機繊維を埋設
した自己焼結性を有する未炭化炭素質繊維とて構成した
ものである。しだがつて、複合体を焼結する場合、強化
材としての炭素質繊維が未炭化、または完全に炭化され
ていないものであるため、この未炭化炭素質繊維と自己
焼結性を有する未炭化炭素質繊維とは、炭化される際に
同程度の物理的性質（強度、収縮率など）をもつ。この
ため、これら炭素質繊維と炭素質粉末との界面密着性が
向上し、したがって、高強度および優れた耐摩耗性を得
ることができる。要するに、複合体を焼結する場合、未
炭化同士の炭素質繊維と炭素質粉末とが同程度に収縮し
て結合するので、これらの界面密着性が高まり、摺動部
材の強度および耐摩耗性が向上する。

また、無無機末または無機繊維を添加した炭素繊維強化
炭素焼結体で作られた部品は、相手材との間に機械的な
抵抗力が働き、これにより摩擦係数μが高く、安定した
ものとなる。すなわち、添加された無機粉末または無機
繊維が、相手材に対して機械的な抵抗力を及ぼすので、
摺動部材の摩擦係数μが高く、安定したものとなる。

たとえば、無機粉末を添加した場合には、粉末状である
ため荷重の増加に伴い炭素マトリックス部から離脱しや
すくなり、この無機粉末の離脱と炭素マトリックス部の
凝着とがつり合うことにより、荷重の変動に対して摩擦
係数μか安定したものとなる。また、無機繊維を添加し
た場合には、荷重が増加しても１ＩＩｉ維状であるため
炭素マトリックス部から離脱しにくく、このため摩擦係
数μが高い値となる。

また、前記したように結合材としての自己焼結性炭素質
粉末は、液状炭素質材料からなる従来の結合材の使用を
不要とする。したがって、液状結合材の使用により発生
する気孔を充填するために、含浸、焼成を繰返す必要が
なく、本発明にかかる特殊炭素繊維強化炭素焼結体は、
前記したように第１図に示す乾式混合、乾式成形、焼成
という簡単な工程などで、安価に製造することができる
。

なお、適切な無機粉末または無機繊維を選択することに
よって、炭素繊維強化炭素焼結体で作られた製品の摩擦
係数μを、その用途に応じた好適な値に管理することが
できる。特に、無機粉末としてホウ素化合物を添加した
場合、このホウ素化合物粉末が、高荷重すなわち高温に
ざらされると熱分解し、その液相が生じる。この液相に
よって、摺動部材の耐焼付き性が向上し、かつその摩擦
係数μを低く押えることができるものと考えられる。

たとえば、無機粉末を無機ホウ化物とした場合、１と動
部品の摩擦係数μを０．０５〜０．２の範囲に管理する
ことができ、無機粉末を無機炭化物とした場合、摺動部
品の摩擦係数μを０．１５〜０゜３５の範囲に管理する
ことができ、無機粉末を無機窒化物とした場合、摺動部
品の摩擦係数μを０゜１〜０．３５の範囲に管理するこ
とができ、そして無機粉末を無機酸化物とした場合、摺
動部品の摩擦係数μを０．２５〜０．５の範囲に管理す
ることかできる。

なお、添加する無機粉末または無機繊維によって摺動部
品の摩擦係数μが大きく変化するのは、摺動に伴う発熱
により、無機粉末または無機繊維の状態が変化するため
と考えられている。たとえば、酸化物は耐熱性が高いた
め、摺動時にもその粒子とか繊維の形状を残し、このた
め、高い摩擦係数μを示すものと考えられている。また
、ホウ化物は、酸化物とは逆に）占動口）の熱により、
分解し液相を形成し、摩擦係数μを低下ざゼていると考
えられている。

ざらに、未炭化炭素質繊維をタール、ピッチ、有機高分
子などの粘結成分を含有覆る月利により表面処理した場
合に（は、炭素質綴紐の界面の濡れ性か高まり、これに
より結合材としての炭素質粉末とのなじみ性が高まるの
で、これら炭素質繊維と炭素質粉末との界面密着性がさ
らに向上する。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明する。

実施例の変速機のシフトフォークの正面を第２図に示し
、摺動爪部を斜視して第３図に示す。

この変速機のシフトフォーク１は、シフトフォーク本体
２と、摺動爪部３とよりなる。

シフトフォーク本体２は、シフト操作を受（プる変速機
のシフトロッド４に装着される筒部２０と、この筒部２
０より弧状に伸びる二叉部２１とをもつ。二叉部２１に
はその内周側に摺動爪部３を取付けるための突条２１ａ
が形成されている。

摺動爪部３は、断面形状が逆コ字状のものであり、互い
に平行な２つの摺動側壁３０．３０と両摺動側壁３０．
３０を接続する底壁３１とで前記シフトフォーク本体２
の突条２１ａに取付りられる溝３２が形成されている。

この摺動爪部３は第３図に示されるように＠３２が囲路
の接着剤を介在した状態で前記シフトフォーク本体２の
突条２１ａに挿入、接＠される。この後、摺動爪部３は
、変速機の組付時にシフトフォーク本体２の筒部２０が
シフトロッド４に装着されるに伴い、第２図、第４図に
示されるように変速機のハブスリーブ５の外周に設けら
れたリング状溝５０に配置される。

そしてシフトフォーク本体２はギアシフトするに際して
エンジン駆動に伴い第２図の矢印方向に回転するハブス
リーブ５に対し、シフト操作を受けたシフトロッド４の
軸方向に連動し、第３図の基準位置Ｐより矢印×１ある
いはＸ２方向に移動する。

そして摺動爪部３の２つの摺動表面３０ａ、３Ｑａは、
そのいずれか一方がハブスリーブ５のリング状溝５０の
２つの活動側壁面５１．５１のいり′れか一方に１占接
し、かつ押圧してハブスリーブ５を前記矢印Ｘ１あるい
はＸ２方向に移動せしめキアシフトを終了する。

本実施例の前記摺動爪部３は、後述する新しい炭素綴紐
強化炭素焼結体を用いて形成されてあり、そして、シフ
トフォーク本体２はセラミックまたは金属で形成される
。

以下、この摺動爪部３の製造方法を説明する。

（実施例晶１の製造方法） 石炭系の光学的等方性ピッチから常法により紡糸してｊ
ｑられた、糸径１５μｍ、糸長さが３ｍｍの不融化繊維
からなる未炭化炭素至繊維をｒｐ＝備した。この未炭化
炭素室＄Ａ１１ｎを強化材としてこの未炭化炭素至ＩＡ
ｉ’Ｎ１００重酊部に、中心粒径７μｍのコールタール
系メソカーホンマイクロビーズからなる自己焼結性炭素
質粉末９００重量部を加えた後、均一に混合し、）ｑら
れた混合物を２１Ｏｎ／ｃｔＡの成形圧力で成形して直
径５ｃｍ、高さ５ｃｍの柱状の複合体とした。

次に、この複合体を非酸化性雰囲気中、１５０℃／時間
の速度で１０００’Ｃまで昇温し、同温度で１時間保持
して焼成して、未炭化炭素至繊維及び自己焼結性炭素質
粉末を炭化固結させた。そして、ざらに非酸化性雰囲気
中、５００°Ｃ／時間の速度で２０００　’Ｃまで加熱
し、２０分間保持して１門動爪部化した。

このようにしてｊｑられた炭素ｌｌｉ維強化炭素ブロッ
クを機械加工して、摺動爪部３を製造した（実施測量Ｌ
　５Ｔ３０ともいう）。

なお、この炭素繊維強化炭素焼結体の一部を用いて、偏
光顕微鏡による表面観察、走査型電子顕微鏡によるマト
リックスと強化繊維の界面状態の観察、密度および曲げ
強度を測定した。偏光顕微鏡による観察では、マトリッ
クスが焼結した炭素粒子が互いに密着し個々の粒子が異
なる色模様に輝くモザイク状に観察され、１１１ｉ紺は
このマトリットクス中に点在した一様の色をもつ島状に
観察された。また、気孔を示す黒い点が所々に観察され
た。これら黒い点の面積は、全体の面積を１００而積％
とじたとき約３而積％であった。走査型電子顕微鏡で観
察したマトリックスと強化繊維の界面状態は両者が一体
的に結合された状態が［！２察され、マトリックスと強
化繊維とが剥離している状態は（１１２察されなかった
。また、この炭素繊維強化炭素焼結体の密度は１．７６
Ｃ］／Ｃｍ３　、曲げ強度は９．３ｋＱ／ｍｍ２でｉｌ
）つた。

（実施測量２の製造方法） 更に、１占動爪部３および試験片として次の方法で炭素
繊維強化炭素焼結体を製作した。

炭素繊維強化炭素焼結体を製造するに当たり、まず、石
炭系の光学的等方性ピッチを紡糸ノズルに供給し、３４
０’Ｃに加熱した状態で不活性ガスによる加圧下で紡糸
ノズルから押出して得られたピッチ繊組を、更に酸化性
雰囲気中３５０℃で２時間保持して不融化し、繊維径１
５μｍ、繊維長さ０．５ｍｍの不融化未炭化炭素貿繊！
［３０重量％と、自己焼結性炭素質粉末としての中心粒
径７μｍのコールタール系メソカーボンマイクロビーズ
７０重四％とを混合したちの９５重量％に対し、粒径４
．０μｍのアルミナ粉末を５重量％加えて均一に混合し
、得られた混合物を２ｔｏｎ／ｒｍの成形圧力で成形し
て複合体を得た。

次に、この複合体を常圧の非酸化性雰囲気中で、１５０
’Ｃ，／時間の速度で１０００’Ｃまで昇温し、同温度
で１時間保持して焼成して、未炭化炭素貿繊維及び自己
焼結性炭素質粉末を炭化固結させた。

そして、ざらに非酸化性雰囲気中、５００℃／時間の速
度で２０００　’Ｃまで加熱し、２０分間保持してさら
に焼結した。１ｑられた炭素繊維強化炭素ブロックを機
械加工して、摺動爪部３を製造した（実施測量２．８丁
３０Ｃともいう）。

なお、この炭素繊維強化炭素焼結体の一部を用いて、実
施測量１と同様に、偏光顕微鏡による表面観察、走査型
電子顕微鏡によるマトリックスと強化繊維の界面状態の
観察、密度および曲げ強度を測定した。偏光顕微鏡によ
る観察では、マトリックスが焼結した炭素粒子が互いに
密着し個々の粒子が異なる色模様に輝くモザイク状に観
察され、繊維はこのマトリックス中に点在した一様の色
をもつ島状に観察され、また、アルミナ粒子は白い点状
に観察された。また、気孔を示す黒い点が所々に観察さ
れた。これら黒い点の面積は、全体の面積を１００面積
％としたとき約３而積％であった。走査型電子顕微鏡で
観察したマトリックスと強化繊維の界面状態は両者が一
体的に結合された状態が観察され、マトリックスと強化
繊維とか剥離１している状態は観察されなかった。また
、この炭素繊維強化炭素焼結体の密度は１．７６Ω／Ｃ
ｍ３、曲げ強度は８．５ｋｇ／ｍｍ２であった。

そして表に示すようにテストサンプルとしてそれぞれ異
なる材料で製造された実施測量１．２および比較測量１
．２．３の試験片を用いた試験機による耐焼付性試験が
実施され、前記実施測量１．２の回動爪部および比較測
量の回動爪部を用いた実機による耐摩耗試験が実施され
た。

なお、耐焼付性試験に用いる各テストサンプルとしては
、表に示すｖＪ斜（こより外径２５．６ｍｍ、内径２Ｑ
ｍｍ、高さ１６ｍｍの上側円筒試験片か各々作成された
。またこの上側円筒式試験片の相手側としては、ハブス
リーブ材料である５Ｃｒ２０（浸炭焼入、硬さＨＶ７０
０）を用いて３０ｍｍ角、板厚５ｍｍで、表面粗さＲＺ
２．７μｍの伺摩面をもつ下側平板試験片が作成された
。

またシフ１〜フＡ−りを用いた実機による摩耗試験で用
いるシフトフォーク本体には、アルミナ、炭化珪素、ス
テンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）よりなる複合材料製の
ものを用いた。

耐焼付試験は、機械試験新式摩擦摩耗試験機により低粘
度「ｎ滑油（ＡＴＦ　　Ｄｅｘｒｏｎｌを用いた飛沫測
滑、８０００ｒ、　ｐ、ｍ　（９，６ｍ／Ｓ）の条件下
で前記上側円筒試験片を下側平板試験片に２分間に２５
ｋｃａ毎の試験荷重を増してゆき、摩擦係数０．２以上
もしくは摩耗が大（１５０ｕｍ以上）となった時点の試
験荷重を測定し、焼付荷重とした。この結果を表１およ
び第５図に示す。

本発明にかるものでは、いずれも焼付限界が比較例量１
．２．３の約２．５倍以上となり、耐焼付性が優れてい
ることが判る。

耐摩耗試験は、前記各テストサンプル毎にシフトフォー
ク本体に取付け、変速機にあ（プる実機試験を実施した
。

なお、ハブスリーブとしては５Ｃｒ２０　（浸炭焼入、
ＨＶ６５０）が用いられ、シフトフォークの摺動爪部と
接する摺動面の而粗ざは、Ｒｚ５゜０μｍのものを用い
た。

そして低粘度側滑油（ＡＴＦ　　ＤｅｘｒｏｎＩＩ）を
用いた飛沫潤滑、ハブスリーブ回転数４８０Ｏｒ、ｐ９
ｍ、油温１２０℃、シフト荷重１００ｋｑ、１秒作動〜
１．５秒停止のサイクル３万回の条件下で前記摩耗試験
を実施し、摺動爪部およびハブスリーブの摩Ｋｍを測定
した。その結果を表１に示す。

本発明にかかるものでは、いずれも摺動爪部の摩耗量が
各比較例量１．２．３の約１／９以下となり、耐摩耗性
が優れていることがわかる。なあ、これに伴って摺動爪
部の相手方のハブスリーブの摩耗量を低下させる効果が
得られた。

また、本弁明に係る特殊炭素繊維強化炭素焼結体は摩擦
係数が低く摩耗が少ないばかりでなく、比重が小さくか
つ腐蝕に強いという合金にはない利点を有している。

上述の試験から、無機微小体としてはアルミナ、炭化珪
素が好ましく、酸化ジルコニウムは耐摩耗性か良くない
ことがわかった。

更に、ｒＡ素繊維強化炭素焼結体に混入する無機微小体
としてのセラミックの種類及び添加量を種々変更して、
ＬＦＷ摩擦摩耗試験機による試験を実施した。相手材と
して外径３５ｍｍ、内径３１ｍｍ、軸方向の長さ６．７
ｍｍの５ＵＪ２製のリングを使用し、潤滑油としてＳＡ
Ｅ規格の５Ｗ３０ベースオイルを使用し、回転速度１６
０回転／分で、相手材の外周面に縦１５．７ｍｍ、横６
゜３ｍｍ、高さ１０ｍｍの試験片を荷重１５ｋｇｆで加
圧し、１５分摺動させ、その時の摩耗量を測定した。そ
の結果を第５図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）（ｄ＞に示す。

摩耗量の点からＺｒＯ２、ＢＮは問題があるが、その他
の無機微小体を含有する炭素繊維強化炭素焼結体と合金
鋼との組合せが優れていることがわかる。

なあ、上記実施例では添加する無機微小体を一種類とし
たが、例えば摩擦係数低減に優れたものと、耐摩性に優
れたものを適切な比率で混合すれば更によい特性が得ら
れるであろう。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の変速機のシフトフォーク
は、摺動爪部を新しい炭素繊維強化炭素焼結体を用いて
製造している。

このため摺動爪部は、耐焼付性、耐摩耗性を大幅に向上
することができ、苛酷な条件下での使用に耐えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いる摺動爪部の製法を示ず工程図
、第２図は実施例の変速機のシフトフォークの構造を示
す正面図、第３図は実施例のシフトフォーク本体と摺動
爪部の接着状態を示す斜視図である。第４図は、！昼勤
爪部がハブスリーブのリング状の摺動溝に係合した状態
を示す断面図である。第５図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、
（ｄ）は、無機微小体の種類を代えた場合の摩耗量を示
す図である。 １・・・シフトフォーク ２・・・シフ１ヘフｔ−夕本体 ３・・・摺動爪部 特許出願人　　トヨタ自動車株式会社 同　　　　大阪瓦斯株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シフト操作を受ける変速機のシフトロツドに装着
   され弧状に伸びるシフトフォーク本体と、該シフトフォ
   ーク本体の両端部に形成されハブスリーブの外周に設け
   られたリング状溝に係合する摺動爪部とをもつシフトフ
   ォークにおいて、少なくとも前記摺動爪部の摺動表面を
   形成する部分は、炭素マトリックス中に炭素繊維がある
   いは炭素繊維と無機微小体とが一体的に埋設された組織
   を有し、該炭素マトリックスは偏光顕微鏡で見て光学異
   方性の微粒子が均一に密集したモザイク構造をもち、該
   炭素繊維と該炭素マトリックスとの間の界面で剥離して
   いる界面の割合が全界面に対して１０％以下であり、か
   つ密度が１．６５以上である炭素繊維強化炭素焼結体を
   用いて構成されていることを特徴とする変速機のシフト
   フォーク。
2. （２）シフト操作を受ける変速機のシフトロツドに装着
   され弧状に伸びるシフトフォーク本体と、該シフトフォ
   ーク本体の両端部に形成されハブスリーブの外周に設け
   られたリング状溝に係合する摺動爪部とをもつシフトフ
   ォークにおいて、少なくとも前記摺動爪部の摺動表面を
   形成する部分は、未炭化炭素質繊維をあるいは未炭化炭
   素質繊維と金属およびセラミックスからなる無機微小体
   とを埋設した自己焼結体を有する炭素質粉末とからなる
   複合体を焼結して得られる炭素繊維強化炭素焼結体で構
   成されていることを特徴とする変速機のシフトフォーク
   。