JPH08219174A

JPH08219174A - 変速機用同期リングとその製造方法

Info

Publication number: JPH08219174A
Application number: JP2399895A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Kondo; 勝義近藤; 由重 ▲高▼ノ; Yoshie Kouno
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 1996-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】硫黄を含有する潤滑油中で硫化腐食を生じる
ことなく、同期時に０．１を越える安定した摩擦係数を
維持でき、しかも優れた機械的特性を有する変速機用の
２層構造同期リングを経済的に提供する。【構成】２層構造同期リングは、鉄系焼結合金のリン
グ本体（１１）の内周面上に形成された銅系焼結合金の
テーパーコーン部（１３）を含み、鉄系焼結合金は４０
０ＭＰａ以上の０．２％引張り耐力と８０以上のロック
ウェルＢ硬度を有し、銅系焼結合金は旧複合銅合金粉末
の銅合金素地内に硬質粒子が均一に分散された組織を有
し、テーパーコーン部の摩擦面は潤滑油中で鋼材の相手
テーパーコーン部と同期したときに０．２以上の摩擦係
数を有することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車などのＭＴ（マニ
ュアルトランスミッション）に用いられる変速機用同期
リング（シンクロナイザリング）とその製造方法に関
し、特に、銅系焼結合金のリング内周部と鉄系焼結合金
のリング外周部とを含む２層構造同期リングにおける耐
硫化腐食性，耐摩耗性，耐焼付性，および潤滑油中にお
ける摩擦特性の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高性能化が進められている自動車
用変速機においては高トルクが負荷されるので、その変
速機に使用される部品の材料の改善や設計の見直しが行
なわれている。特に、ＭＴにおいては、シンクロ容量を
向上させるためにダブルタイプやトリプルタイプのよう
なマルチタイプのシンクロナイザリングが採用されてい
る。しかし、マルチタイプの同期リングでは、部品点数
が多くかつ機構が複雑となるので、小型化や軽量化の要
望を満たすことが困難である。

【０００３】そこで、シングルタイプの同期リングにお
いて、その内周のテーパーコーン部の摩擦係数μを向上
させてシンクロ容量を改善することによって、マルチタ
イプと同等の性能を実現させる設計が検討されている。
たとえば、溶射材，ペーパー材，樹脂材などの摩擦摺動
部材のライナーを内周部に張付けた同期リングが提案さ
れている。その一例として、特公平６−７９８３５の
「シンクロナイザ・リングの製造方法」は樹脂で含浸さ
れたペーパー材の使用を開示している。また、そのよう
なライナーを使用せずに、鉄系，Ａｌ−Ｓｉ系，アルミ
ニウム青銅系，高力黄銅系の合金の母材中に硬質粒子を
添加して摩擦係数を向上させる方法も知られている。こ
のような硬質粒子を含む合金の例は、特開平１−２５２
７４４の「Ｃｕ系焼結合金製変速機用同期リング」や特
開平５−３３１５０４の「摩擦摺動部材」などにおいて
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のシング
ルタイプの変速機用同期リングにおいては、以下のよう
な課題（１）〜（５）が存在している。

【０００５】（１）同期リングの内周テーパーコーン
部の摩擦面が潤滑油中において相手鋼材のテーパーコー
ン部に対して摺動するときに０．２を超える摩擦係数μ
を有しないので、マルチタイプの同期リングと同等の特
性をシングルタイプの同期リングで実現させることは困
難である。

【０００６】（２）非常に厳しい使用条件下において
は焼付きや磨耗損傷などを生じ、長期間の使用では摩耗
量が増大したり相手材を攻撃したりするという問題があ
る。

【０００７】（３）摩擦摺動部材として銅系合金が用
いられる場合、潤滑油中に含有されている極圧添加剤で
ある硫黄による硫化腐食が生じ、耐久性が損われる。

【０００８】（４）摩擦材として焼結合金を用いる場
合、摩擦係数を向上させるために添加する硬質粒子は単
純に母合金粉末と混合されて成形と焼結が行なわれるの
で、ミクロ的に見れば硬質粒子は焼結後においても母合
金と反応層を形成しておらず、母合金の旧粉末粒界（特
に粒界の３重点）との間に隙間を有した状態で存在して
いる。したがって、このような焼結合金の摩擦材におい
ては、摺動時に硬質粒子が旧粉末粒界から脱落して摩耗
粉となり、相手材や摩擦材自身を攻撃することによって
焼付きや摩擦損傷を生じるという問題がある。

【０００９】（５）高いμ値を得るために同期リング
の内周テーパーコーン部にペーパーや樹脂からなる摩擦
摺動材のライナーを使用する場合には耐久性に欠けると
いう問題を生じ、また溶射やメッキなどの表面処理を施
す場合には同期リングのコストアップを生じて経済性の
面で問題を生じる。

【００１０】以上のような先行技術における課題に鑑
み、本発明は、極圧添加剤の成分である硫黄を含有する
オイル中においても優れた耐硫化腐食性を有し、また、
オイル中において優れた耐摩耗性と耐焼付き性を有する
とともに、先行技術における約０．１程度の摩擦係数を
超える高い摩擦係数を安定して維持し得る銅系焼結摩擦
部材を含む変速機用同期リングとその製造方法を提供す
ることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による変速機用同
期リングは、鉄系焼結合金のリング本体と、そのリング
本体の内周面上に形成された銅系焼結合金のテーパーコ
ーン部とを含み、鉄系焼結合金は４００ＭＰａ以上の
０．２％引張耐力と８０以上のロックウェルＢ硬度を有
し、銅系焼結合金は旧複合銅合金粉末の銅合金素地内に
硬質粒子が均一に分散された組織を有し、銅系焼結合金
のテーパーコーン部の摩擦面は潤滑油中で鋼材の相手テ
ーパーコーン部と同期したときに０．２以上の摩擦係数
を有していることを特徴としている。

【００１２】硬質粒子は、３０μｍ以下の最大粒径と１
５μｍ以下の平均粒径を有していることが好ましい。

【００１３】銅系焼結合金は、硬質粒子として、１０〜
５０重量％の範囲内で鉄系金属間化合物粒子，Ｍｏ粒子
およびＮｉ基粒子の少なくとも一種を含むことが好まし
い。

【００１４】鉄系金属間化合物粒子としては、ＦｅＭ
ｏ，ＦｅＣｒ，ＦｅＴｉ，ＦｅＷ，およびＦｅＢから選
択された少なくとも１つを含み得る。

【００１５】Ｎｉ基粒子は４００以上のマイクロビッカ
ース硬度を有することが望まれる。

【００１６】銅合金素地は、好ましくは５〜４０重量％
の範囲内でＺｎとＮｉの少なくとも一方を含み、優れた
耐硫化腐食性を有している。

【００１７】銅合金素地は、好ましくは３〜２０重量％
のＳｎをさらに含み得る。銅合金素地は、好ましくは、
１〜５重量％のＳｉ，０．１〜５重量％のＡｌ，および
０．５〜３重量％のＰｂのうちの少なくとも１つをさら
に含み得る。

【００１８】銅合金素地は、好ましくは５重量％以下の
範囲内で黒鉛，ＭｏＳ₂，ＣａＦ，ＷＳ₂，およびＢＮ
のうちの少なくとも１つの固体潤滑材をさらに含み得
る。

【００１９】本発明による変速機用同期リングの製造方
法では、粒子分散型銅合金粉末の調製においては、好ま
しくは、銅合金粉末と硬質粒子を含む混合粉末が調合さ
れ、混合粉末に機械的合金化法（メカニカルアロイング
法），機械的混合法（メカニカルクライディング法），
および造粒法のうち少なくとも１つの混合粉砕処理を施
すことによって、硬質粒子は３０μｍ以下の最大粒径と
１５μｍ以下の平均粒径を有するように粉砕されるとと
もに銅合金粉末素地内に分散させられる。

【００２０】複合銅合金粉末は７０％以上の真密度比を
有する圧粉体に成形され、非酸化性雰囲気，還元性雰囲
気および不活性ガス雰囲気のいずれかの雰囲気中でその
圧粉体を６００℃以上で銅合金の溶融開始温度以下の温
度で１５分間以上焼結することによって銅系焼結合金を
得ることが望まれる。

【００２１】銅系焼結合金は、さらに熱間鍛造と熱間押
出の少なくとも１つの熱間塑性加工によって機械的特性
が向上させられてもよい。

【００２２】銅系焼結合金はテーパーコーン部に整形さ
れ、そのテーパーコーン部を鉄系焼結合金のリング本体
の内周に圧入し、非酸化性雰囲気，還元性雰囲気および
不活性ガス雰囲気のいずれかの雰囲気中において７００
℃以上でかつ銅合金素地の溶融開始温度以下の温度でリ
ング本体とテーパーコーン部とを１５分間以上拡散接合
させることが好ましい。

【００２３】概略円筒状の空孔を有する金型を準備し、
その円筒状空孔の内周部と外周部にそれぞれ複合銅合金
粉末と鉄系粉末を供給して２層粉体を形成し、その２層
粉体に加圧して２層圧粉成形体を形成し、非酸化性雰囲
気，還元性雰囲気および不活性ガス雰囲気のいずれかの
雰囲気中において１０５０℃以上でかつ銅合金素地の溶
融開始温度以下の温度で１５分間以上その２層圧粉成形
体を焼結してもよい。

【００２４】金型は円筒状空孔内を摺動する下パンチを
含み、下パンチは分割された内周部分下パンチと外周部
分下パンチとを含み、内周部分下パンチを下げて外周部
分下パンチを上げた状態で円筒状空孔の内周部に複合銅
合金粉末を供給して第１層目の粉体を形成し、次に外周
部分下パンチを下げた状態で円筒状空孔の外周部に鉄系
粉末を供給して第２層目の粉体を形成することができ
る。

【００２５】

【作用】本発明による変速機用同期リングは、リング本
体として鉄系焼結合金のリング外周部を含んでいるの
で、実際のＭＴの同期時の応力に耐え得る高強度特性を
備えている。その同期リングはまた、旧複合銅合金粉末
素地内に硬質粒子が均一に分散された組織を有する銅系
焼結合金のリング内周部をテーパーコーン部として含ん
でいるので、テーパーコーン部の摩擦面で０．２以上の
摩擦係数を生じ得る。したがって、本発明による２層構
造同期リングをＭＴ装置に用いることにより、部品数が
多くて複雑な機構を有するマルチタイプの同期リングか
ら単純な構造で安価なシングルタイプの同期リングへの
置換えが可能となる。

【００２６】上述のような優れた摩擦摺動特性を有する
銅系焼結摩擦材を得るためには、成形されて焼結される
銅合金粉末の内部に事前に微細な硬質粒子を均一に分散
させた硬質粒子分散型の複合銅合金粉末を焼結用の原料
粉末として用いることが有効であることを本発明者たち
が見出した。また、焼結摩擦材に適した硬質粒子の種
類，大きさ，添加量，および分散性や銅合金素地の組
成、さらには複合銅合金粉末の調製に関する適切な条件
が種々の実験と検討によって見出された。それらの条件
の適正な範囲の理由について以下に詳細に説明する。

【００２７】まず、銅系焼結摩擦材中の硬質粒子は、そ
の焼結摩擦材の摺動面内に微細かつ均一に分散して常温
や高温における摩擦摺動時に相手材との凝着の発生を抑
制し、耐焼付き性を改善するとともに、相手材の素地表
面と直接接触して摩擦係数を向上させる役割を果たし得
る。ただし、硬質粒子がこのような役割を果たすために
は、摩擦摺動時に硬質粒子が焼結材の摺動面素地から脱
落しないことが必要である。

【００２８】そこで、本発明者たちは、硬質粒子に優れ
た効果を発揮させるためには、焼結摩擦材が図１（Ａ）
の模式図に示されているような組織構造を有することが
理想的であろうと考えた。すなわち、所定の組成を有す
る銅合金素地の旧複合銅合金粉末素地内に微細な硬質粒
子が均一に分散し、しかもそれらの硬質粒子が銅合金素
地と強固に結合して固定された組織が望ましい。このよ
うな組織構造を有する焼結摩擦材においては、摩擦摺動
時における硬質粒子の脱落が抑制され、長期間にわたっ
て安定した摩擦摺動状態を得ることが可能になる。すな
わち、そのような銅系焼結摩擦材を含む本発明による２
層構造同期リングの摩擦摺動性能において、優れた耐久
性が実現され得る。

【００２９】本発明者たちは、図１（Ａ）に示されてい
るような組織を実現するためには、銅合金粉末の素地中
に微細な硬質粒子を事前に均一に分散させた粒子分散型
銅合金粉末を成形して焼結することが必要であると考え
た。すなわち、硬質粒子分散型銅合金粉末を用いて図１
（Ａ）に示されているような組織構造を有する摩擦材を
含む２層構造同期リングを得ることが本発明の最も重要
な特徴である。

【００３０】種々の実験と検討を繰り返した結果、微細
な硬質粒子が均一に分散された粒子分散型銅合金粉末を
経済的に調製する方法として、次のような粉末の機械的
混合粉砕合金化処理を適用するのが有効であることが見
出された。すなわち、メカニカルアロイング法，メカニ
カルクライディング法，および造粒法などを代表とする
粉末の機械的な混合粉砕処理を適用することによって、
初めて、硬質粒子である金属間化合物や金属粒子などを
微細に粉砕すると同時に、銅合金粉末素地中にこれらの
微細硬質粒子を均一に分散し得ることが見出された。

【００３１】これらの機械的な粉砕混合処理は、従来の
ボールミルによる粉砕や混合のような湿式法ではなくて
乾式法で行なわれる。また、望まれる場合には、ＰＣＡ
（プロセス制御剤）としてステアリン酸やアルコールな
どを少量添加することによって、粉末の過度の凝集を防
ぐこともできる。処理装置としては、アトライターやボ
ールミルを好ましく用いることができる。アトライター
は、粉砕効率に優れているので高速処理に適している。
ボールミルは長時間処理が必要となるが、雰囲気制御が
容易であって投入エネルギの設計を適切に行なえば比較
的経済性に優れている。

【００３２】なお、別の方法として、硬質粒子を銅合金
の溶湯中に攪拌して分散させ、これをアトマイズ法で噴
霧することによって内部に硬質粒子が分散された複合銅
合金粉末を作製することができる。しかし、アトマイズ
法では硬質粒子を微細化することができないので、事前
に微細な硬質粒子を作製して銅合金の溶湯中に添加する
必要がある。その場合、溶湯内での硬質粒子の偏析や凝
集を防止するために十分な攪拌工程が必要となり、複合
銅合金粉末の製造コストが上昇して経済性において問題
を生じる場合がある。したがって、本発明において用い
られる銅系焼結摩擦材の製造においては、機械的な粉末
混合粉砕処理を用いることが経済性の観点からは望まし
い。

【００３３】硬質粒子の望ましい大きさおよび添加量に
関しては、本発明者たちは、所定の組成を有する銅系粉
末について上述の機械的混合粉砕処理を行なう際に種々
の処理条件を変更して評価した結果、上述のような高い
摩擦係数を安定して確保するためには、以下のような硬
質粒子の大きさおよび添加量の適正範囲があることを見
出した。すなわち、３０μｍ以下の最大粒径と１５μｍ
以下の平均粒径を有する硬質粒子を焼結材中の旧複合銅
合金粉末素地内に１０〜５０重量％の範囲で含ませるこ
とによって、それらの硬質粒子が微細かつ均一に銅合金
素地内に分散して、銅系焼結摩擦材の機械的特性を低下
させることなく安定した高摩擦係数が確保され得ること
が確認された。

【００３４】他方、銅系焼結摩擦材における硬質粒子の
含有量が１０重量％未満では、オイル中において例えば
ＳＣＭ４２０のような鋼材を相手材として摺動した際に
０．２を超えるような高摩擦係数が得られず、耐摩耗性
を向上させる効果も得られない。また、硬質粒子が３０
μｍを超える最大粒径もしくは１５μｍを超える平均粒
径を有するかまたはその含有量が焼結摺動材全体の５０
重量％を超えれば硬質粒子が亀裂発生の起点となりやす
く、その結果、銅系焼結合金の強度や靱性が低下する。
さらに、５０重量％を超える硬質粒子の添加は、相手攻
撃性の観点からも、相手材を激しく摩耗させるので好ま
しくない。

【００３５】硬質粒子としては、Ｍｏ粒子，Ｎｉ基合金
粒子および鉄系金属間化合物粒子の少なくとも一種を含
むことが望ましい。鉄系金属間化合物としては、ＦｅＭ
ｏ，ＦｅＣｒ，ＦｅＴｉ，ＦｅＷ，およびＦｅＢから選
択された少なくとも１つを含むことが好ましい。なぜな
らば、これらの鉄系金属間化合物は十分な硬度を有して
いて硬質粒子として適しているとともに、脆性であるの
で粉砕性に優れており、本発明において用いられる機械
的混合粉砕処理に際して硬質粒子の微細化が容易となる
からである。

【００３６】Ｍｏ粒子とＮｉ基合金粒子も銅系焼結体の
耐摩耗性を向上させるとともに、摩擦係数の向上に寄与
する。Ｎｉ基粒子を硬質粒子として用いるためには、そ
のＮｉ基粒子が４００以上のマイクロビッカース硬度を
有することが望ましい。なぜならば、その硬度が４００
未満の場合には、銅系焼結体の耐摩耗性が十分ではな
く、目標とする高摩擦係数も得られない。このような硬
さを有するＮｉ基粒子としては、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｂ，Ｍ
ｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ｃｕなどの少なくとも１つの元素を総計
で１０重量％以上含有することが好ましい。特に、Ｃｒ
とＷは、Ｎｉ基粒子の硬さの向上に顕著な効果を生じ
る。

【００３７】なお、金属間化合物の他にＡｌ₂Ｏ₃，Ｓ
ｉＯ₂，ＺｒＯなどの金属酸化物やＳｉＣ，ＴｉＣ，Ａ
ｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄などのセラミックスも摩擦係数を向上
させる効果を生じるが、これらの粒子は鉄系金属間化合
物に比べて焼結材の被削性を劣化させるので、経済的な
面において問題が生じる場合もある。

【００３８】以上要約すれば、本発明の２層構造同期リ
ングに用いられる銅系焼結材の製造に関しては、所定の
組成の銅合金粉末と硬質粒子の混合粉末に機械的な混合
粉砕処理を施すことによって、硬質粒子を３０μｍ以下
の最大粒径と１５μｍ以下の平均粒径の微粒子に粉砕す
ると同時に、それらの微細な硬質粒子が銅合金粉末内
（粉末の素地内）に均一に分散させられる。このような
粒子分散型銅合金粉末を成形して焼結し、またはさらに
熱間鍛造もしくは熱間押出などの塑性加工を施すことに
よって、銅合金素地と硬質粒子の界面に反応層を形成し
て硬質粒子を銅合金素地中に強固に固定するとともに、
２層構造同期リングの内周部のテーパーコーン材として
十分に使用可能な機械的特性を得ることができる。すな
わち、焼結銅合金素地中の硬質粒子は摩擦摺動時に焼結
合金の摺動面素地から脱落することがなく、焼付きや摩
耗損傷が抑制されるとともに潤滑油中で０．２を超える
安定した摩擦係数を得ることができる。

【００３９】なお、従来の粉末冶金法による単純な粉末
混合方法では硬質粒子が粉砕されないので、図１（Ｂ）
の模式的な組織図に示されているように、硬質粒子は銅
合金粉末に混合された状態のままの粒径を有している。
そこで、事前に微細な硬質粒子を準備して銅合金粉末と
ともに出発原料として用いたところ、硬質粒子の凝集や
偏析による硬質粒子の脱落や、焼結材の耐摩耗性の低下
および機械的特性の低下が生じた。また、従来の単純な
粉末の混合方法においては、硬質粒子は銅合金粉末素地
内部に分散することがない。したがって、このような従
来の粉末冶金法による混合粉末を成形して焼結すれば、
硬質粒子が銅合金素地の旧粉末粒界（特に粒界３重点）
に存在した状態になる。その結果、摩擦摺動時に硬質粒
子が素地から脱落して摩耗粉となり、かえって相手材や
焼結材自身を攻撃したり焼付き現象を誘発するという問
題を生じる。また、焼結摩擦材に応力が負荷されている
場合に、硬質粒子が素地の旧粉末粒界に存在すれば、そ
れが亀裂の発生起点および伝播経路となるので、焼結体
の機械的特性を低下させるという問題を生じる。

【００４０】次に、本発明の２層構造同期リングに用い
られる銅系焼結合金の素地（マトリックス）の合金組成
と組織に関する条件を説明する。

【００４１】Ｚｎは脱酸効果を有し、これを銅合金素地
に添加すれば安定なＺｎＯ層を焼結素地の表面全体に均
一に形成することができる。そして、この酸化亜鉛層は
保護膜として働き得るので、硫黄を含む雰囲気中におい
て銅イオンとのＳとの反応を阻害し、硫化腐蝕の原因で
ある硫化銅の生成を抑制することができる。他方、銅合
金素地中へのＺｎの添加量が増大すればβ′相が現れ、
その結果として、銅合金素地は硬くて脆くなり、強度低
下を誘発するとともに冷間加工性が著しく低下するとい
う問題を生じる。

【００４２】硫化腐蝕の抑制に必要なＺｎ量は銅合金素
地の５重量％以上であり、また素地の脆化現象を抑制す
るためには４０重量％を超えるＺｎの添加は好ましくな
い。すなわち、銅合金素地におけるＺｎの好ましい添加
量は５〜４０重量％である。

【００４３】ＮｉはＺｎと同様に硫化銅の生成を抑制す
る効果を有するとともに、銅合金素地の硬度を向上さ
せ、さらに、後述するＳｉとの金属間化合物（珪化ニッ
ケル）を微細な球状粒子として存在せしめ、この珪化ニ
ッケル粒子が摩擦摺動時の抵抗を生じることによって摩
擦係数を向上させる。このような好ましい効果を生じさ
せるためには、銅合金素地中に５重量％以上のＮｉの添
加が必要である。他方、Ｎｉ添加量が４０重量％を超え
れば銅合金素地が脆くなり、その結果として冷間および
熱間における加工性が低下するという問題を生じる。す
なわち、銅合金素地における好ましいＮｉの添加量は５
〜４０重量％である。

【００４４】銅合金素地中のＺｎとＮｉの合計含有量が
４０重量％を超えれば焼結素地が著しく硬化して靱性の
低下を誘発し、焼結部材の冷間および熱間における加工
性が低下するという問題を生じる。すなわち、銅合金素
地におけるＺｎとＮｉを合わせた好ましい含有量は４０
重量％以下である。

【００４５】銅合金素地中へのＳｎの添加はその素地の
高温硬度および靱性を向上させる作用があり、また、高
温における耐焼付性を向上させる効果を生じる。したが
って、摩擦摺動条件が過酷な場合には、銅合金素地中へ
Ｓｎを添加することが好ましい。なお、Ｓｎの添加量が
３重量％未満では好ましい効果を生じず、２０重量％を
超えれば銅合金素地中に硬くて脆い相が析出するために
強度や靱性を低下させる。すなわち、銅合金素地におけ
る好ましいＳｎの添加量は３〜２０重量％である。

【００４６】ＡｌはＣｕと反応してＣｕ₆Ａｌ₄等の金
属間化合物を生成して銅合金の硬度を向上させるととも
に、摩擦摺動時における抵抗粒子を形成するので、摩擦
係数を向上させる効果を生じる。しかし、０．１重量％
未満のＡｌの添加では、十分な硬度および摩擦抵抗性の
改善が得られない。他方、５重量％を超えてＡｌを添加
すれば、銅合金の脆化を誘発して冷間加工性を低下させ
るとともに、強固な酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃）層を形成し、
焼結性を妨げたり銅合金素地の切削性を低下させるとい
う問題を生じる。すなわち、銅合金素地における好まし
いＡｌの添加量は０．１〜５重量％である。

【００４７】上述したように、ＳｉはＮｉとともに微細
な球状の金属間化合物（珪化ニッケル）を形成し、この
金属間化合物が摩擦摺動時の抵抗となって摩擦係数を向
上させる効果を生じる。１重量％未満のＳｉ添加では摩
擦係数の向上に対する十分な効果が得られず、Ｓｉの添
加量が５重量％を超えれば銅合金素地の熱間および冷間
における加工性が低下するという問題を生じる。すなわ
ち、銅合金素地におけるＳｉの好ましい添加量は１〜５
重量％である。

【００４８】Ｐｂは銅合金素地のα相の粒界やデンドラ
イトの間に均一に存在し、素地の切削性や摩擦摺動時の
潤滑性を改善する効果を生じる。そのような効果を得る
ためには０．５重量％以上のＰｂの添加が必要である
が、３重量％を超えてＰｂを添加すれば銅合金素地内部
に偏析を生じ、機械的特性を低下させるという問題を生
じる。すなわち、銅合金素地におけるＰｂの好ましい添
加量は０．５〜３重量％である。

【００４９】固体潤滑剤は、より過酷な摩擦摺動条件に
おいて相手材に対する焼結部材の攻撃性を低減するとと
もに、滑り速度や加圧力などの摩擦摺動条件が変動して
もオイル中で約０．２以上の安定した摩擦係数を維持す
る効果を有し、また、摺動面間の潤滑性を改善すること
によって摺動時の振動やビビリなどを抑制する効果をも
生じる。銅系焼結摩擦材においてこのような効果を有す
る固体潤滑成分として、経済的にも好ましい黒鉛，Ｍｏ
Ｓ₂，ＣａＦ₂，ＷＳ₂，およびＢＮを用いることがで
きる。このとき、黒鉛，ＭｏＳ₂，ＣａＦ₂，ＷＳ₂，
およびＢＮのうちの少なくとも１つを５重量％以下の範
囲で添加することが好ましい。固体潤滑剤の添加量が５
重量％を超えれば、焼結体の強度や靱性が著しく低下す
るので好ましくない。

【００５０】他方、ＭＴ用同期リング本体に用いられる
鉄系焼結合金は、優れた摩擦摺動特性を有することを必
要としないが、優れた機械的特性を有することが求めら
れる。すなわち、ＭＴの変速時においてスリーブのスプ
ラインがチャンファを介して同期リングの外周スプライ
ン部と噛み合うので、同期リング本体とその外周歯部は
優れた機械的特性を有することが要求される。より具体
的には、リング本体の割れやリング外周部のスプライン
歯部の摩耗損傷などの問題を防止するためには、リング
本体は４００ＭＰａ以上の０．２％引張耐力と８０以上
のロックウェルＢ硬度を有することが必要である。この
ような機械的特性を実現するためには、鉄系焼結合金が
０．７重量％以上のＣと１．５重量％以上のＣｕを含有
し、かつ９０％以上の真密度比を有することが求められ
る。

【００５１】図２は、本発明による２層構造同期リング
を製造する方法を示す工程図である。２層構造同期リン
グは図２中の工程（ａ）または工程（ｂ）によって製造
され得る。工程（ａ）による方法を簡単に述べれば、そ
れは、鉄系焼結合金の同期リング本体と銅系焼結合金の
テーパーコーン部を個別に作製し、同期リング本体の内
周内へテーパーコーン部を圧入して得られた２層構造体
を加熱して拡散接合する方法である。他方、工程（ｂ）
は、２層構造用に設計された押型成形金型を用いて、リ
ング本体を形成すべき鉄系粉末とテーパーコーン部を形
成すべき銅形成粉末を含む２層構造の粉体を加圧して２
層構造圧粉体を形成し、この圧粉体を加熱焼結すること
によって２層構造同期リングを得る方法である。

【００５２】工程（ａ）についてさらに詳しく説明すれ
ば、まず銅系焼結合金のテーパーコーン部を形成するた
めに、前述の硬質粒子分散型の複合銅合金粉末が型押成
形された圧粉体にされる。この複合銅合金粉末の圧粉体
は、管理された雰囲気の下において加熱焼結される。

【００５３】このとき、複合銅合金の圧粉体は７０％以
上の真密度比を有することが望ましい。なぜならば、真
密度比が７０％未満であれば十分な圧粉体強度が得られ
ないので、圧粉体を焼結するまでの搬送過程において圧
粉体の欠けや割れを生じてハンドリング性の低下を招く
からである。したがって、量産工程において複合銅合金
粉末の圧粉体が十分なハンドリング性を有するためには
真密度比が７０％以上であることが望ましい。

【００５４】複合銅合金粉末の圧粉体の加熱焼結条件と
しては、非酸化性雰囲気，還元性雰囲気，または不活性
ガス雰囲気において６００℃以上でかつ銅合金の溶融開
始温度以下の温度範囲で１５分以上加熱焼結する必要が
ある。加熱温度が６００℃未満の場合には、殆ど焼結現
象が進行しない。他方、焼結温度が銅合金の溶融開始温
度を越えれば、銅合金の液相が現れて焼結体が収縮し、
焼結体の寸法精度が低下するという問題を生じる。

【００５５】また、後述されるように、銅系焼結体のテ
ーパーコーン部は鉄系焼結体のリング本体内に圧入され
るので、銅系焼結体が十分な機械的特性を有していなけ
れば圧入時にテーパーコーン部に割れや欠けが発生す
る。したがって、銅系焼結体が十分な機械的強度を有す
るためには、複合銅合金粉末の圧粉体は６００℃以上で
かつ銅合金の溶融開始温度以下の温度範囲で１５分以上
焼結される必要がある。すなわち、加熱時間が１５分未
満の場合には、得られる銅系焼結体の強度が十分でな
く、また、２層構造同期リングのテーパーコーン部とし
て使用した場合に相手鋼材との摩擦摺動時に摩耗損傷が
生じる。

【００５６】複合銅合金粉末の圧粉体を加熱焼結する雰
囲気が非酸化性雰囲気，不活性ガス雰囲気，または還元
ガス雰囲気のいずれの雰囲気でもない場合、酸化被膜が
粉末表面に形成されて焼結現象が阻害され、銅系焼結体
の機械的特性が低下するという問題を生じる。なお、焼
結を短時間で進行させる方法として、加圧した非酸化性
雰囲気，還元性雰囲気，または不活性ガス雰囲気のいず
れかの雰囲気中において加熱焼結することが有効である
ことが本発明者たちによって見出されている。

【００５７】ところで、銅系焼結合金のテーパーコーン
部の機械的特性を向上させるためには、熱間塑性加工を
施すことが好ましい。たとえば、得られた銅系焼結体を
再び上述のような管理された雰囲気中で６００℃以上の
温度でかつ銅合金の溶融開始温度以下の温度において５
分以上加熱した後に、その銅系焼結体を閉塞金型内で熱
間鍛造するか、または直接法もしくは間接法によって熱
間押出することによって、銅系焼結合金の機械的特性を
向上させ得る。このとき、銅系焼結体を銅合金の溶融開
始温度を越えて加熱すれば銅合金内で相変化を生じ、焼
結銅合金の特性劣化を生じる可能性がある。また、熱間
加工前の加熱温度が６００℃未満の場合には、銅系焼結
体の変形抵抗が大きいので、熱間加工のために高圧力を
付加する大型設備が必要となり、経済性の問題を生じ
る。他方、適切な温度条件の下では、熱間鍛造の場合に
は３ｔ／ｃｍ²以上の鍛造面圧を用い、熱間押出の場合
には６以上の押出比を用いることによって、銅系焼結体
の機械的特性を向上させることができる。

【００５８】次に、上述のようにして得られた銅系焼結
合金のテーパーコーン部を個別に作製された鉄系焼結合
金のリング本体内に圧入して拡散接合させる条件につい
て説明する。この圧入の際の圧入代に関して特に制約は
ないが、圧入歪み（＝圧入代÷リング本体の内周半径×
１００％）が０．１％よりも小さい場合には、リング本
体とテーパーコーン部を拡散接合させるために長時間の
加熱が必要となる。他方、圧入歪みが１％を越えても、
拡散接合時間を１５分より短くすることはできない。

【００５９】圧入によって得られた２層構造体に含まれ
るリング本体とテーパーコーン部との間の接触界面で金
属学的な接合を生じさせる方法として、この２層構造体
を非酸化性雰囲気，還元性雰囲気，または不活性ガス雰
囲気のいずれかの雰囲気中において７００℃以上でかつ
銅合金の溶融開始温度以下の温度において１５分以上拡
散接合することが有効である。このような拡散接合によ
って、鉄系焼結体のリング本体と銅系焼結体のテーパー
コーン部とが互いに強固に接合され得る。すなわち、加
熱温度が７００℃未満であるか、または加熱時間が１５
分未満であれば、鉄系焼結体のリング本体と銅系焼結体
のテーパーコーン部とが十分強固に接合されないので、
同期リングとして使用するときにテーパーコーン部がリ
ング本体から剥離して脱落するという問題が生じる。一
方、加熱温度が銅系焼結合金の溶融開始温度を越えれ
ば、銅合金の液相が現れて銅系焼結体が収縮し、テーパ
ーコーン部の寸法精度が低下するという問題が生じる。
さらに、拡散接合の雰囲気が非酸化性雰囲気，還元性雰
囲気，または不活性ガス雰囲気のいずれの雰囲気でもな
い場合には、リング本体とテーパーコーン部との接触界
面に酸化膜が形成されて拡散接合が阻害され、十分な接
合強度が得られない。

【００６０】次に、図２中の工程（ｂ）による製造条件
を説明する。この工程（ｂ）においては、２層構造粉体
の形成用に設計された金型が用いられる。そのような金
型の一例は円筒状の空孔を有し、その空孔内を摺動する
下パンチを含む。下パンチは分割された内周部分下パン
チと外周部分下パンチとを含み、内周部分下パンチを下
げて外周部分下パンチを上げた状態で円筒状空孔の内周
部に前述の複合銅合金粉末を供給して第１層目の粉体が
形成される。次に、外周部下パンチを下げた状態で円筒
状空孔の外周部に鉄系粉末を供給して第２層目の粉体を
形成することによって２層構造の粉体が得られる。鉄系
粉末としては、所定の鉄合金の粉末または鉄粉末と所定
の合金元素粉末とが混合された混合粉末を用いてもよ
い。このようにして得られた２層構造の粉体に加圧する
ことによって、２層構造の圧粉成形体が得られる。２層
構造の圧粉成形体は管理された雰囲気の下で加熱焼結さ
れ、これによって２層構造同期リングが得られる。

【００６１】焼結条件としては、非酸化性雰囲気，還元
性雰囲気，または不活性ガス雰囲気のいずれかの雰囲気
において、２層構造圧粉成形体を１０５０℃以上でかつ
銅合金の溶融開始温度以下の温度範囲で１５分以上加熱
する必要がある。加熱温度が１０５０℃よりも低いかま
たは焼結時間が１５分未満であれば、鉄系圧粉体領域に
おいて焼結現象が十分に進行せず、前述のような同期リ
ング本体が備えるべき機械的特性が得られない。他方、
加熱温度が銅合金の溶融開始温度を越えれば、銅系焼結
体中に液相が現れてその銅系焼結体が収縮し、テーパー
コーン部の寸法精度が低下するという問題を生じる。

【００６２】２層構造圧粉体を加熱する雰囲気は、非酸
化性雰囲気，還元性雰囲気，または不活性ガス雰囲気で
なければ、酸化被膜が粉末表面に形成されて焼結現象が
阻害され、鉄系焼結体領域と銅系焼結体領域のいずれの
領域においても機械的特性が低下し、リング本体とテー
パーコーン部との間を強固に接合することも困難とな
る。なお、この場合にも、焼結現象を短時間で進行させ
る方法として、加圧された非酸化性雰囲気，還元性雰囲
気，または不活性ガス雰囲気における加熱を用いること
が有効であることを本発明者たちが見い出している。

【００６３】

【実施例】

【００６４】

【表１】

【００６５】

【表２】

【００６６】表１と表２は、それぞれ、本発明の実施例
と比較例とによる銅系焼結体試料に用いられる硬質粒子
分散型の複合銅合金粉末の組成を示している。これらの
表において、Ｚｎ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｐｂ，固
体潤滑材，およびＣｕに関する数値は、複合銅合金粉末
素地中の重量％を表わしている。他方、硬質粒子に関す
る数値は複合銅合金粉末全体に対する重量％を表わして
いる。また、固体潤滑材を表わす符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
およびＥは、それぞれ黒鉛，ＭｏＳ₂，ＣａＦ ₂，Ｂ
Ｎ，およびＷＳ₂を表わしている。さらに、鉄系金属間
化合物を表わす符号Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，およびＪは、それ
ぞれＦｅＭｏ，ＦｅＣｒ，ＦｅＷ，ＦｅＴｉ，およびＦ
ｅＢを表わしている。さらに、硬質粒子としてのＮｉ基
粒子は、重量％基準でＮｉ−１７％Ｃｒ−１２％Ｗ−４
％Ｓｉ−３％Ｂ−２％Ｍｏ−０．１％Ｆｅの組成を有
し、平均で９７５（最大で１０６０、最小で９１０）の
マイクロビッカース硬度を有している。

【００６７】表２の備考欄において印＊１の付された試
料３４においては、機械的混合粉砕処理によって粒子分
散型の複合銅合金粉末が得られているが、その処理条件
を変更することによって硬質粒子の最大粒径が４５μｍ
にされている。

【００６８】備考欄において印＊２が付された試料３５
においては、機械的混合粉砕処理によって複合銅合金粉
末が得られているが、その処理条件を変更することによ
って硬質粒子の平均粒径が３０μｍにされている。

【００６９】備考欄において印＊３が付された試料３６
においては、機械的混合粉砕処理を用いることなく銅合
金粉末と硬質粒子とが単純に混合された後に成形されて
焼結されている。

【００７０】

【表３】

【００７１】

【表４】

【００７２】表３と表４は、表１と表２に示された組成
を有し本発明による前述の製造工程条件に従って得られ
た銅系焼結体試料に関して、硬質粒子の最大粒径と平均
粒径，機械的特性，摩擦摺動特性，および耐硫化腐食性
を示している。ただし、表３と表４の焼結体試料は熱間
塑性加工が施されていない。

【００７３】表３において、本発明の実施例による試料
１〜２２は、いずれも３００ＭＰａを超える引張強度を
有しかつほとんどが３％以上の伸びを示す良好な靱性を
有していることがわかる。これに対して、表４中の比較
試料２３〜３６においては、ほとんどの試料が３００Ｍ
Ｐａ未満の引張強度を有するにすぎず、また、１％未満
の伸びしか示さないものが多い。すなわち、本発明の実
施例による銅系焼結合金試料は、比較例による銅系焼結
合金試料に比べて高い強度と高い靱性を有していること
がわかる。

【００７４】摩擦摺動特性は、図３に示されているよう
なリングオンディスク式摩擦試験機を用いて測定され
た。ギヤ油（Castrol-15W30 ）中において、銅系焼結体
試験片１は鋼材ＳＣＭ４２０（浸炭焼入鋼）の相手材２
に対して摺動面Ｓを介して相対的に摺動させられる。試
験片１は６０ｍｍの外径と４５ｍｍの内径と５ｍｍの厚
さを有するリング形状であって、図３において一部が切
断されて示されている。相手材２は７０ｍｍの直径と５
ｍｍの厚さを有する円板であり、軸３によって矢印のよ
うに回転させられる。試験片１は固定されており、相手
材２に対して８０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力Ｗが加えられて
いる。摺動面Ｓにおける試験片１と相手材２の相対摺動
速度は６ｍ／秒であり、摩擦時間は１時間であった。表
３と表４からわかるように、本発明の実施例による銅系
焼結体試料１〜２２のほとんどが０．３ないし０．４の
比較的高い安定した定常状態の摩擦係数μを示している
のに対して、比較例の焼結体試料２３〜３６では定常状
態における摩擦係数μの値がばらついている。特に、約
０．７以上のμ値は、焼付の結果としてのμ値を表わし
ている。

【００７５】また、焼結体試験片１と相手材２の摩耗量
に関しては、実施例による試料はいずれも安定して小さ
な摩耗量を示しているのに対して、比較例による試料で
は極めて大きな摩耗量や付着量を示しているものがあ
る。なお、表４中の摩耗量において、マイナス符号の付
されている数字の絶対値は付着による重量増加を表わし
ており、焼付が生じていることを意味する。

【００７６】耐硫化腐食性に関しては、１４０℃に保持
されたオイルCastrol −１５Ｗ３０中に銅系焼結体試料
が２４時間浸漬された後に、試料の腐食状況が光学顕微
鏡によって調べられた。表３と表４からわかるように、
実施例の試料ではいずれも腐食に関して異常が認められ
ていないが、比較試料２３においては硫化腐食が発生し
ている。

【００７７】ここで、比較例の各銅系焼結体試料２３〜
３７における具体的な欠点を述べれば以下のようであ
る。

【００７８】試料２３においては、銅合金素地における
ＺｎとＮｉの合計含有量が５重量％に達していないの
で、オイル中における焼結体試料の曝露試験で硫化腐食
が生じている。

【００７９】試料２４においては、銅合金素地における
ＺｎとＮｉの合計含有量が４０重量％を超えているの
で、焼結体の強度および靱性（伸び）が低下している。

【００８０】試料２５においては、焼結体における硬質
粒子の含有量が１０重量％に達していないので、初期の
μ値が低くて、最終的に相手材と焼付を生じている。

【００８１】試料２６においては、焼結体が５０重量％
を超える５５重量％の硬質粒子を含んでいるので、焼結
体の強度と靱性が低下している。

【００８２】試料２７においては、焼結体中の硬質粒子
の含有量がさらに６０重量％に増大しているので、焼結
体の強度がさらに低下している。

【００８３】試料２８においては、焼結体素地における
Ｓｎの含有量が２０重量％を超えているので、素地が著
しく硬化して相手材を攻撃し、焼付きを生じている。

【００８４】試料２９においては、焼結体素地における
Ｓｉの含有量が５重量％を超えているので、焼結体の強
度と靱性が低下している。

【００８５】試料３０においては、焼結体素地中のＡｌ
の含有量が５重量％を超えているので、銅合金が脆化し
て焼結体の強度と靱性が低下している。

【００８６】試料３１においては、焼結体中のＰｂの含
有量が３重量％を超えているので、焼結体の内部でＰｂ
が偏析し、その結果として焼結体の強度が低下してい
る。

【００８７】試料３２においては、焼結体における黒鉛
の固体潤滑材の含有量が５重量％を超えているので、焼
結体の強度と靱性が低下している。

【００８８】試料３３においては、焼結体におけるＭｏ
Ｓ₂の固体潤滑材の含有量が５重量％を超えているの
で、焼結体の強度と靱性が低下している。

【００８９】試料３４においては、硬質粒子の最大粒径
が３０μｍを超えているので、焼結体の強度と靱性が低
下している。

【００９０】試料３５においては、硬質粒子の平均粒径
が１５μｍを超えているので、焼結体の強度と靱性が低
下している。

【００９１】試料３６においては、機械的な粉砕混合処
理が行なわれずに単に所定の組成の合金粉末と硬質粒子
が混合された後に焼結されているので、焼結材の強度と
靱性が低下し、また硬質粒子と素地との間の反応層が形
成されずかつ粗大な硬質粒子が存在するために、摺動時
に硬質粒子が素地から脱落して相手材と焼付を生じてい
る。

【００９２】

【表５】

【００９３】

【表６】

【００９４】表５は、銅系焼結体試料に含まれるＮｉ基
硬質粒子の組成とマイクロビッカース硬度との関係を示
している。表６は、表５に示されたＮｉ基硬質粒子の最
大粒径と平均粒径およびそのような硬質粒子を含む銅系
焼結体試料の摩擦摺動特性を示している。

【００９５】表５と表６において、試料４１〜４８に用
いられた複合銅合金粉末は、重量基準でＣｕ−２５％Ｚ
ｎ−８％Ｎｉの組成を有する銅合金粉末に２５重量％の
Ｎｉ基硬質粒子と２重量％のＭｏＳ₂固体潤滑剤を添加
して、機械的合金化法によって調製された。そのような
複合銅合金粉末を用いて本発明による製造工程条件に従
って得られた銅系焼結体試料が表３および表４の場合と
同様に摩擦試験された。

【００９６】表５および表６から明らかなように、４０
０を越える平均マイクロビッカース硬度を有するＮｉ基
粒子を含む銅系焼結体試料４１〜４４は優れた耐摩耗性
を有しているのに対して、４００未満の平均硬度を有す
るＮｉ基粒子を含む試料４５〜４８においては耐摩耗性
が著しく劣っていることがわかる。

【００９７】

【表７】

【００９８】表７は、表１ないし表４に示された銅系焼
結体試料を用いて作製されたテーパーコーン部を含む２
層構造同期リングの摩擦摺動特性として、リング内面の
焼付きの有無およびテーパーコーン摩擦面における初期
（３００回まで）と安定期の摩擦係数μを示している。
すなわち、表７中の同期リング試料１Ａ〜３６Ａのそれ
ぞれのテーパーコーン部は、表１ないし表４中の銅系焼
結体試料１〜３６を用いて作製されている。

【００９９】図４は、表７中の同期リングの各々の断面
構造を示している。図４に示されているような２層構造
同期リングは、スプライン嵌合歯部１２を有する鉄系焼
結体のリング本体１１の内周面内へ摺動摩擦面１４を有
する銅系焼結体のテーパーコーン部１３を０．３％の圧
入歪みを生じるように圧入して、水素ガス雰囲気中にお
いて８８０℃で３０分間拡散接合することによって得ら
れた。なお、リング本体の鉄系焼結合金は、重量基準で
Ｆｅ−２．０％Ｃｕ−０．８％Ｃの組成，９５％の真密
度比，４５０ＭＰａの０．２％引張耐力，および８６の
ロックウェルＢ硬度を有していた。

【０１００】表７中の同期リング試料の各々は、シンク
ロリング単体試験機によって試験された。このときの試
験条件は次のとおりである。

【０１０１】相手テーパーコーンの材質：ＳＣＭ４２０
（浸炭焼入鋼）テーパーコーンの回転数：３５００ｒｐｍ押付荷重：６０ｋｇｆ／ｃｍ² 使用オイル：Castrol −１５Ｗ３０（油温８０℃）テーパーコーンの作動：１サイクルに０．８秒間の押付
と１．５秒間の引離しサイクル数：１００００サイクル表７からわかるように、本発明の実施例による同期リン
グ試料１Ａ〜２２Ａにおいては、リング内周面の焼付き
やリング割れを生じず、０．２ないし０．４の比較的大
きな初期の摩擦係数μを有するのみならず、安定期にお
いてもそれらの好ましい範囲内のμ値を維持している。

【０１０２】他方、比較試料２３Ａ〜３６Ａにおいて
は、テーパーコーン部の銅系焼結体の組成が適切ではな
かったので、テーパーコーンの摩擦面における焼付きの
発生，同期リングの割れの発生，テーパーコーン部の腐
食の発生，またはテーパーコーン部の著しい摩耗の発生
という問題を生じた。なお、同期リングに割れが生じた
場合には、試験機が停止して摩擦係数の測定が不可能で
あった。また、テーパーコーン部の摩擦面に焼付きを生
じた場合には、摩擦係数が０．７を越える異常値を示し
た。

【０１０３】

【表８】

【０１０４】表８は、２層構造同期リングのリング本体
に用いられる鉄系焼結体の組成および真密度比に依存す
る機械的特性が同期リングの性能に及ぼす影響を示して
いる。表８中の同期リング試料５１〜５６は、表１およ
び表２に示された試料１０に対応する銅系焼結体のテー
パーコーン部を含んでいる。すなわち、表８に示されて
いる機械的特性を有する鉄系焼結合金のリング本体の内
周面内へ銅系焼結合金のテーパーコーン部を０．２％の
圧入歪みを生じるように圧入し、水素ガス雰囲気中にお
いて９２０℃で２０分間の拡散接合を行なうことによっ
て、図４に示されているような２層構造同期リングが作
製された。

【０１０５】表８中の同期リングは、シンクロリング実
機耐久試験機を用いて、手動変速を想定してスリーブの
スプライン部と同期リングの外周歯部とを潤滑油中で１
００００回嵌合させることによって、リングの外周歯部
の摩耗損傷状況が調べられた。表８に示されているよう
に、リング本体の鉄系焼結体が４００ＭＰａ以上の０．
２％引張耐力と８０以上のロックウェルＢ硬度（ＨＲ
Ｂ）の十分な機械的特性を有する試料５１〜５３におい
ては、同期リングの外周歯部に摩耗損傷を生じることは
なかった。他方、試料５４〜５６においては、鉄系焼結
体の０．２％耐力が４００ＭＰａ未満、またはそのロッ
クウェル硬度が８０未満であったので、同期リングの外
周歯部はスリーブとの繰返しの嵌合によって摩耗損傷を
生じた。

【０１０６】すなわち、２層構造同期リングのリング本
体に用いられる鉄系焼結合金は、４００ＭＰａ以上の
０．２％引張耐力と８０以上のロックウェルＢ硬度を有
することが望まれる。

【０１０７】

【表９】

【０１０８】表９は、図２の工程（ａ）における製造条
件がテーパーコーン部用銅系焼結体の機械的特性に及ぼ
す影響を示している。表９中の銅系焼結体試料６１〜６
８においては、表１中の試料８の組成に対応する複合銅
合金粉末が用いられ、この粉末の銅合金素地は１０６５
℃の溶融開始温度を有している。複合銅合金粉末は所定
の面圧でもって所定の真密度比を有する圧粉体に成形さ
れ、その圧粉体は所定の雰囲気中において所定の温度と
時間で焼結された。

【０１０９】表９からわかるように、本発明によって適
切な圧粉体成形条件および適切な加熱焼結条件によって
作製された試料６１〜６３に関しては、圧粉体に欠けや
割れを生じることがなく、３００ＭＰａを越える引張強
度と３．０％以上の破断伸びを示す良好な機械的特性と
良好な寸法精度を有する銅系焼結体が得られた。

【０１１０】他方、比較試料６４〜６８においては、い
くつかの製造条件のうちの少なくとも１つが適切ではな
かったので、具体的に次のような問題を生じた。

【０１１１】まず、試料６４においては、圧粉成形体の
真密度比が７０％より小さな６１％であったので、圧粉
体の焼結のための搬送過程において圧粉体に割れや欠け
が発生し、焼結体を得ることができなかった。

【０１１２】試料６５においては、焼結温度が６００℃
より低い５５０℃であったので、焼結現象が十分に進行
しない結果として、テーパーコーン部として用い得るよ
うな十分な機械的特性が得られなかった。

【０１１３】試料６６においては、焼結時間が１５分未
満の５分であったので、焼結現象が十分に進行しない結
果として、テーパーコーン部として用い得るような十分
な機械的特性が得られなかった。

【０１１４】試料６７においては、焼結が大気中で行な
われたために焼結現象が阻害され、テーパーコーン部と
して用い得るような十分な機械的特性が得られなかっ
た。

【０１１５】試料６８においては、複合銅合金粉末の銅
合金素地の溶融開始温度である１０６５℃を越える１１
００℃において焼結が行なわれたので、焼結中に液相が
発生し、焼結体の寸法精度が著しく劣化した。

【０１１６】

【表１０】

【０１１７】表１０は、鉄系焼結体のリング本体と銅系
焼結体のテーパーコーン部との間の拡散接合の際の温
度，時間，および雰囲気が２層構造同期リングの性能に
及ぼす影響を示している。表１０中の同期リング試料７
１〜７７の各々において、表１および表３中の試料８に
対応する銅系焼結体のテーパーコーン部が用いられた。
この銅系焼結合金は、１０７５℃の溶融開始温度を有し
ている。また、リング本体の鉄系焼結合金は、表７の場
合と同様に、重量基準Ｆｅ−２．０％Ｃｕ−０．８％Ｃ
の組成，９５％の真密度比，４５０ＭＰａの０．２％引
張耐力，および８６のロックウェルＢ硬度を有してい
た。

【０１１８】試料７１〜７７の各々は、表８の場合と同
様に、シンクロリング実機耐久試験機を用いて、手動変
速を想定してスリーブのスプライン部と同期リングの外
周歯部を潤滑油中で１００００回嵌合させて、リング本
体とテーパーコーン部との接合性が評価された。

【０１１９】表１０からわかるように、本発明に従って
適切な拡散接合条件の下に作製された２層構造同期リン
グ試料７１〜７３においては、鉄系焼結体のリング本体
と銅系焼結体のテーパーコーン部が強固に結合してお
り、実機耐久試験においてリング本体からテーパーコー
ン部が剥離したり脱落することなく１００００回の嵌合
試験をクリアした。他方、比較試料７４〜７７の各々に
おいては、拡散接合の複数の条件のうちの少なくとも１
つが不適切であったので、次のような具体的な問題を生
じた。

【０１２０】まず試料７４においては、拡散接合の温度
が７００℃未満の６３０℃であったので、１５回の嵌合
の繰返しの後にテーパーコーン部がリング本体から脱落
した。

【０１２１】試料７５においては、拡散接合時間が１５
分未満の５分であったので、１８０回の嵌合の繰返しの
後にテーパーコーン部が脱落した。

【０１２２】試料７６においては、拡散接合温度が銅系
焼結合金の溶融開始温度を越える温度であったので、銅
系焼結合金中に液相が発生してテーパーコーン部の寸法
精度が劣化した。

【０１２３】試料７７においては、拡散接合が大気中で
行なわれたので、その接合が不十分となって、３６回の
嵌合の繰返しの後にテーパーコーン部が脱落した。

【０１２４】

【表１１】

【０１２５】表１１は、図２の工程（ｂ）に従って図４
に示されているような２層構造同期リングを焼結する際
の温度，時間，および雰囲気が同期リングの機械的特性
や性能に及ぼす影響を示している。表１１中の同期リン
グ試料８１〜８６の各々において、表１中の試料１５に
対応する組成と１０９５℃の溶融開始温度を有する複合
銅合金粉末と重量基準でＦｅ−１．８％Ｃｕ−０．９％
Ｃの組成を有する鉄合金粉末が用いられた。

【０１２６】２層構造同期リング試料８１〜８６の各々
は、表１０の場合と同様に、シンクロリング実機耐久試
験機を用いて１００００回の嵌合試験が行なわれ、リン
グ外周部の嵌合歯部の摩擦損傷状況およびリング本体と
テーパーコーン部との接合性が評価された。表１１から
わかるように、本発明に従って好ましい焼結条件の下に
作製された同期リング試料８１と８２においては、良好
な機械的特性と寸法精度が得られ、耐久試験においても
テーパーコーン部の脱落やリング本体の外周部の歯部の
摩耗が生じないことが確認された。

【０１２７】他方、比較試料８３〜８６においては、焼
結条件の温度，時間，または雰囲気のいずれかが不適切
であったので、次のような具体的な問題が生じた。

【０１２８】まず試料８３においては、焼結温度が１０
５０℃未満の９５０℃であったので鉄系圧粉体において
焼結現象が十分に進行しない結果として、リング本体の
十分な機械的特性が得られなかった。したがって、耐久
試験において同期リングの外周歯部に摩耗が生じた。

【０１２９】試料８４においては、焼結温度が複合銅合
金粉末の溶融開始温度を越える１１５０℃であったの
で、銅合金焼結体中に液相が発生し、テーパーコーン部
の寸法精度が著しく劣化した。

【０１３０】試料８５においては、焼結時間が１５分未
満の５分であったので、鉄系圧粉体において焼結現象が
十分に進行しない結果として、リング本体の機械的特性
が不十分であって外周歯部に摩耗が生じた。

【０１３１】試料８６においては、焼結が大気中で行な
われたので、銅系圧粉体および鉄系圧粉体の両方におい
て焼結現象が阻害されるとともに、両圧粉体間の接合界
面における拡散接合も阻害された。

【０１３２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、硫黄を
含有する潤滑油中で硫化腐食を生じることなく、同期時
に０．２を超える比較的高い安定した摩擦係数を維持で
き、しかも優れた機械的特性を有する変速機用の２層構
造同期リングを優れた経済性の下で提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に従って機械的混合粉砕処理を
利用した銅系焼結体の模式的な組織図であり、（Ｂ）は
従来の単純な粉末混合処理を利用した銅系焼結体の模式
的な組織図である。

【図２】本発明による２層構造同期リングを得るための
２通りの製造方法を示す工程図である。

【図３】銅系焼結体の摩擦摺動特性試験を説明するため
の図である。

【図４】２層構造同期リングの一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１焼結体試料２相手材３軸Ｓ摺動面Ｗ圧力荷重１１鉄系焼結体のリング本体１２スプライン嵌合歯部１３銅系焼結体のテーパーコーン部１４摺動摩擦面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄系焼結合金のリング本体と、前記リング本体の内周面上に形成された銅系焼結合金の
テーパーコーン部とを含み、前記鉄系焼結合金は４００ＭＰａ以上の０．２％引張り
耐力と８０以上のロックウェルＢ硬度を有し、前記銅系焼結合金は旧複合銅合金粉末の銅合金素地内に
硬質粒子が均一に分散された組織を有し、前記銅系焼結合金の前記テーパーコーン部の摩擦面は潤
滑油中で鋼材の相手コーン部と同期したときに０．２以
上の摩擦係数を有することを特徴とする変速機用同期リ
ング。
【請求項２】前記硬質粒子は３０μｍ以下の最大粒径
と１５μｍ以下の平均粒径を有していることを特徴とす
る請求項１に記載の変速機用同期リング。
【請求項３】前記銅系焼結合金は、前記硬質粒子とし
て、１０〜５０重量％の範囲内で鉄系金属間化合物粒
子，Ｍｏ粒子およびＮｉ基粒子の少なくとも一種を含ん
でいることを特徴とする請求項１または２に記載の変速
機用同期リング。
【請求項４】前記鉄系金属間化合物粒子は、ＦｅＭ
ｏ，ＦｅＣｒ，ＦｅＴｉ，ＦｅＷ，およびＦｅＢから選
択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項
３に記載の変速機用同期リング。
【請求項５】前記Ｎｉ基粒子は４００以上のマイクロ
ビッカース硬度を有することを特徴とする請求項３に記
載の変速機用同期リング
【請求項６】前記銅合金素地は５〜４０重量％の範囲
内でＺｎとＮｉの少なくとも一方を含み、優れた耐硫化
腐食性を有することを特徴とする請求項１ないし５のい
ずれかの項に記載された変速機用同期リング。
【請求項７】前記銅合金素地は３〜２０重量％のＳｎ
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の変速機
用同期リング。
【請求項８】前記銅合金素地は、１〜５重量％のＳ
ｉ，０．１〜５重量％のＡｌ，および０．５〜３重量％
のＰｂのうちの少なくとも１つをさらに含むことを特徴
とする請求項６または７に記載の変速機用同期リング。
【請求項９】前記銅合金素地は、５重量％以下の範囲
内で黒鉛，ＭｏＳ₂，ＣａＦ，ＷＳ₂，およびＢＮのう
ちの少なくとも１つの固体潤滑材をさらに含むことを特
徴とする請求項６ないし８のいずれかの項に記載された
変速機用同期リング。
【請求項１０】請求項１に記載の変速機用同期リング
の製造方法であって、前記複合銅合金粉末の調製において、銅合金粉末と硬質
粒子を含む混合粉末が調合され、前記混合粉末に機械的
合金化法（メカニカルアロイング法），機械的混合法
（メカニカルグラインディング法），および造粒法のう
ち少なくとも１つの混合粉砕処理を施すことによって、
前記硬質粒子は３０μｍ以下の最大粒径と１５μｍ以下
の平均粒径を有するように粉砕されるとともに前記銅合
金粉末素地内に分散させられることを特徴とする変速機
用同期リングの製造方法。
【請求項１１】前記複合銅合金粉末を７０％以上の真
密度比を有する圧粉体に成形し、非酸化性雰囲気，還元
性雰囲気および不活性ガス雰囲気のいずれかの雰囲気中
で前記圧粉体を６００℃以上で前記銅合金素地の溶融開
始温度以下の温度で１５分間以上焼結することによって
前記銅系焼結合金を得ることを特徴とする請求項１０に
記載の変速機用同期リングの製造方法。
【請求項１２】前記銅系焼結合金は熱間鍛造と熱間押
出の少なくとも１つの熱間塑性加工によって機械的特性
が向上させられることを特徴とする請求項１１に記載の
変速機用同期リングの製造方法。
【請求項１３】前記銅系焼結合金を前記テーパーコー
ン部に整形し、前記テーパーコーン部を前記鉄系焼結合
金のリング本体の内周に圧入し、非酸化性雰囲気，還元
性雰囲気および不活性ガス雰囲気のいずれかの雰囲気中
において７００℃以上で前記銅合金素地の溶融開始温度
以下の温度で前記リング本体と前記テーパーコーン部と
を１５分間以上拡散接合させることを特徴とする請求項
１１または１２に記載の変速機用同期リングの製造方
法。
【請求項１４】請求項１に記載の変速機用同期リング
の製造方法であって、概略円筒状の空孔を有する金型を
準備し、前記円筒状金型の内周部と外周部にそれぞれ前
記複合銅合金粉末と鉄系粉末を供給して２層粉体を形成
し、前記２層粉体に加圧して２層圧粉成形体を形成し、
非酸化性雰囲気，還元性雰囲気および不活性ガス雰囲気
のいずれかの雰囲気のもとにおいて１０５０℃以上でか
つ前記銅合金素地の溶融開始温度以下の温度で１５分間
以上前記２層圧粉成形体を焼結することを特徴とする請
求項１２記載の変速機用同期リングの製造方法。
【請求項１５】前記金型は前記円筒状空孔内を摺動す
る下パンチを含み、前記下パンチは分割された内周部分
下パンチと外周部分下パンチとを含み、前記内周部分下
パンチを下げて前記外周部分下パンチを上げた状態で前
記円筒状空孔の内周部に前記複合銅合金粉末を供給して
第１層目の粉体を形成し、次に前記外周部下パンチを下
げた状態で前記円筒状空孔の外周部に前記鉄系粉末を供
給して第２層目の粉体を形成することによって前記２層
粉体を形成することを特徴とする請求項１４に記載の変
速機用同期リングの製造方法。