JPH09144773A - ウッドセラミックスからなる摩擦材の層を具えたシンクロナイザーリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つの歯車を短時間で同期させる特性と焼き
損じないという特性とを兼ね具えたシンクロナイザーリ
ングの提供。 【解決手段】 シンクロナイザーリング１０のリング状
構造体１１のテーパ状内周側には、ウッドセラミックス
からなる摩擦材１２の層が具えられている。本発明のシ
ンクロナイザーリング１０においては、摩擦材１２がウ
ッドセラミックスからなるため、多孔性、耐摩耗性、耐
熱性及び耐焼き付け性を兼ね具えることができる。ウッ
ドセラミックスの多孔性によって摩擦界面に油膜が形成
されにくいため、動摩擦係数が大きくなり、耐熱性及び
耐焼き付け性と相俟って、焼き損じることなく、２つの
歯車を短時間で同期させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変速機に組込まれて、
変速機の歯車切換え作動時に、切換え噛合させられる２
つの歯車同士が円滑に噛合することができるように２つ
の歯車を同期させるためのシンクロナイザーリングに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シンクロナイザーリングは、リン
グ状の構造体であり、クラッチに接続された変速機の切
換え時にリング状のスリーブを介して互いに噛合させら
れるべき２つの歯車間に回転可能且つスラスト方向へ移
動可能に組込まれている。スリーブは、その内周に歯車
が形成されており、上記２つの歯車の内、一方の歯車に
常時噛合し、外部操作によってスラスト方向へ移動させ
られたとき、他方の歯車に噛合して、当該２つの歯車間
で回転力を伝達するようになっている。

【０００３】シンクロナイザーリングは、クラッチが完
全に解放され、エンジンからの動力が断たれて慣性によ
って空転する他方の歯車に制動を加え、他方の歯車が一
方の歯車と同じ回転数で回転（同期回転）するように、
スリーブを他方の歯車に円滑に噛合させ、変速機の切換
え動作を円滑に行わせる機能を具えている。

【０００４】シンクロナイザーリングは、次の一連の動
作によって、他方の歯車を一方の歯車に同期回転させ
て、スリーブを他方の歯車に円滑に噛合させる。先ず、
シンクロナイザーリングは、変速機切換え時に、外部操
作によってスラスト方向へ移動させられるスリーブに押
圧されて移動させられ、慣性によって空転している他方
の歯車に接近させられる。

【０００５】シンクロナイザーリングのテーパ状の内周
には、摩擦材からなる層が具えられており、この摩擦材
の層は、他方の歯車と一体化された相手部材の外周に押
圧されて摩擦係合させられ、相手部材に制動を加える。
相手部材が制動を受けることによって、他方の歯車は次
第に減速回転させられ、一方の歯車と同期回転させられ
ることになる。

【０００６】両方の歯車の相対速度が０に近づいた時点
で、スリーブは、外部操作によってなおもスラスト方向
へ移動させられ、シンクロナイザーリングを乗り越えて
他方の歯車に噛合させられて、最終的に、２つの歯車間
で回転力の伝達を行う。

【０００７】上記摩擦材としては、銅合金、例えば、Ｍ
ＢＡ−２及びＭＢＡ−５が多く使用され、この場合、摩
擦材の層は構造体と一体化されている。また、少数では
あるが、ペーパー材も使用されている。その他として
は、溶射によってシンクロナイザーリングの内周にモリ
ブデンを固着させる場合もある。

【０００８】一方、シンクロナイザーリングには、次の
特性が求められる。 (1) 相手部材に摩擦係合して２つの歯車を同期させるた
め、相手部材に対する動摩擦係数が大きいこと。 (2) 相手の歯車に噛合する際の衝撃を少なくするため
に、ゼロに近い相対速度での摩擦係数が大きくないこ
と。 (3) 相手部材に制動を加えたときの制動摩擦熱によっ
て、焼き損じないこと。特に、クラッチ・シフトレバー
のミス操作時に発生する制動摩擦熱によって焼き損じな
いこと。

【０００９】クラッチ・シフトレバーのミス操作とは、
クラッチペダルを確実に踏み込まずに、クラッチ・シフ
トレバーを動かすことをいい、このミス操作時には、エ
ンジントルクが他方の歯車に伝達され、クラッチが完全
に切れて空転するときのトルクよりも大きなトルクで他
方の歯車が回転させられるため、シンクロナイザーリン
グには大きな熱負荷（通常の十数倍に達する。）が発生
する。この結果、摩擦材が制動摩擦熱によって高温にな
り、炭化・異常摩耗が起き同期機能が損われる恐れがあ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記３つの
特性の内、(3) の特性が優先される傾向にあるため、摩
擦材には、銅合金が多く使用されている。しかし、銅合
金は、他の部材より動摩擦係数が小さいため、(1)，(2)
の特性が劣るという問題点を有している。そこで、銅合
金の摩擦面を二重、三重の複層にして、制動摩擦熱を吸
収するための容量を増やして動摩擦係数を大きくするこ
とによって、(1) の特性の向上を図っている。しかし、
このように摩擦面を複層にすると、変速機の機構が複
雑、大型、かつ高価になるという別の問題点が生じる。

【００１１】一方、ペーパー材は、(1)、(2)の特性を具
えているが、クラッチ・シフトレバーのミス操作時の制
動摩擦熱によって焼き損じる恐れがあるという問題点を
有している。また、モリブデンは、銅合金よりもクラッ
チ・シフトレバーのミス操作時の制動摩擦熱に耐えるこ
とができるが、(1)，(2)の特性が劣るという問題点を有
している。従って、従来、２つの歯車を短時間で同期さ
せる特性と焼き損じないという特性とを兼ね具えたシン
クロナイザーリングが待望されている。

【００１２】ところで、シンクロナイザーリングが良好
な摩擦特性を具えるためには、摩擦材に多数の微小孔が
形成されている必要がある。摩擦材に多数の微小孔が形
成されていると、シンクロナイザーリングが相手部材に
接触したとき、摩擦界面に油膜が形成されにくく、動摩
擦係数を大きくすることができる。また、摩擦材が焼き
損じないようにするためには、摩擦材は優れた耐熱性、
耐摩耗性、耐焼き付き性を具えている必要がある。

【００１３】さらに、上記のとおり、クラッチ・シフト
レバーのミス操作時にシンクロナイザーリングにかかる
熱負荷は極めて大きく、主に有機材料で構成されるペー
パー摩擦材を使用すると焼き損じないようにすることが
殆ど不可能である。そこで、焼き損じないようにするた
めに、摩擦材に金属材料が用いられることになる。しか
し、金属材料には多数の微小孔があいていない。このよ
うに、シンクロナイザーリングに使用される摩擦材とし
て、多孔性、耐熱性、耐摩耗性、耐焼き付き性を兼ね具
えた材料が求められている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、リング状構造
体のテーパ状内周側に摩擦材からなる層を有するシンク
ロナイザーリングにおいて、前記摩擦材がウッドセラミ
ックスからなることを特徴とするシンクロナイザーリン
グにより、前記の課題を解決した。なお、本発明の実施
態様としては、摩擦材の層がリング状に形成されたも
の、摩擦材の層が複数のチップからなるもの、摩擦
材の層が構造体に固着された後、炭化・焼成されたも
の、摩擦材の層が構造体に焼き付け一体化されたもの
等がある。

【００１５】

【作用】ウッドセラミックスは、木質材料にフェノール
樹脂を含浸、硬化させた後に炭化焼成を行った炭化複合
材である。ウッドセラミックスは次の特性を具えてい
る。 (1) 木質材料に由来する多くの空隙を有している。 (2) 炭素材であるため、耐熱性に優れている。 (3) 原料が木質材料で、且つ工法が簡単であるから、低
コストで、且つ軽量である。

【００１６】本発明のシンクロナイザーリングは、摩擦
材がウッドセラミックスからなるため、多孔性、耐摩耗
性、耐熱性及び耐焼き付け性を具えているとともに、軽
量である。本発明のシンクロナイザーリングの摩擦材
は、相手部材に押圧されたとき、ウッドセラミックスの
多孔性によって摩擦界面に油膜を形成しにくい。故に、
本発明における摩擦材は、動摩擦係数が大きくなる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図６に基づ
いて説明する。図１に示すシンクロナイザーリング１０
は、リング状の構造体１１のテーパ（円錐）状の内周面
２１に、外周面２２が構造体１１の内周面２１と同じテ
ーパ（円錐）状に形成されたウッドセラミックス製のリ
ング状の摩擦材１２を嵌合、接着させて摩擦材の層を形
成させている。摩擦材１２の内周面２３は、相手部材、
すなわち、テーパーコーンの外周に密着するように研削
されてテーパ状に仕上げられ、摩擦面となる。また、内
周面２３には、潤滑油を切るための溝（図示省略）も形
成される。

【００１８】次に、図２に示すシンクロナイザーリング
１１０は、リング状の構造体１１１のテーパ状の内周面
１２１に、ウッドセラミックス製の複数のチップ状の摩
擦材１１２をリング状に並べて貼り付けて摩擦材の層が
形成されている。貼り付けられた摩擦材１１２によって
形成される内周面１２３は、研削されてテーパ状に仕上
げられ、摩擦面となる。また、内周面１２３には、潤滑
油を切るための溝（図示省略）も形成される。

【００１９】次に、図３に示すシンクロナイザーリング
２１０は、リング状の構造体２１１の内周面２２１に、
フェノール樹脂を含浸、硬化させたリング状のウッドセ
ラミックス前駆体２２５を貼り付けた後、そのウッドセ
ラミックス前駆体２２５を炭化、焼成させて、ウッドセ
ラミックスの摩擦材の層２１２にして構造体２１１と一
体化したものである。ウッドセラミックス層２１２の内
周面２２３は、研削されてテーパ状に仕上げられ、摩擦
面となる。また、内周面２２３には溝（図示省略）も形
成される。

【００２０】さらに、図４に示すシンクロナイザーリン
グ３１０は、金型Ａ内にリング状の構造体３１１を装着
し、その構造体３１１のテーパ状の内周面３２３に、粉
砕して粒度を揃えた粉末状のウッドセラミックスが混入
されたフェノール樹脂３３０（又はゴム）を均一の厚さ
に塗り、金型Ａを加熱して、そのフェノール樹脂３３０
を構造体３１１に焼き付け一体化させ、ウッドセラミッ
クスの摩擦材の層３１２としたものである。このウッド
セラミックス層３１２の内周面３２３も、テーパ状に仕
上げられて摩擦面となる。また、この内周面３２３には
溝（図示省略）も形成される。

【００２１】次に、本発明のシンクロナイザーリングの
特性を実験データに基づいて説明する。図５は、摩擦材
としての銅合金、ペーパー材、ウッドセラミックスの各
試料をディスク（図示省略）に面圧３．０４〜３．１７
ＭＰａの力で押し付けて、試料とディスクとの相対移動
速度が７．３６〜７．４０ｍ／ｓｅｃになるようにディ
スクを回転させ、試料とディスクとの相対移動距離を４
９４〜９１８ｍとしたときの、ウッドセラミックスと他
材料との摩耗量を比べた図表である。図５のグラフの縦
軸の単位（ｍｍの自乗／Ｎ）は、摩耗体積（ｍｍの３
乗）を荷重（Ｎ）と摩擦距離（ｍ又はｍｍ）で除したも
のであり、耐摩耗性を比較するための単位である。

【００２２】図５の図表から明らかなように、それぞれ
３つの試験材料の試験結果の平均値（黒く塗潰した棒グ
ラフ）を比較すると、ウッドセラミックスは、ペーパー
材よりも摩耗量がはるかに少なく、銅合金と同等である
ことが分かる。

【００２３】また、図６は、ウッドセラミックス、銅合
金及びペーパー材の各すべり速度における動摩擦係数を
示したグラフである。この図６のグラフから、ウッドセ
ラミックスの動摩擦係数は、銅合金の場合より遥かに大
きく、且つ、ペーパー材と同等であることが分かる。

【００２４】なお、すべり速度が８．９ｍ／ｓ、押付け
圧６９０Ｎ、押付け時間２秒のテスト条件下で、クラッ
チ・シフトレバーのミス操作の実験を行ない、摩擦面の
焼き付きの有無、異常摩耗の有無を調べたところ、ウッ
ドセラミックスと銅合金は焼き付きが生じなかったが、
ペーパー材は、焼けと、摩耗が著しいことが分かった。

【００２５】従って、ウッドセラミックスは、焼き付き
にくいとともに、動摩擦係数が大きく、シンクロナイザ
ーリングの摩擦材としてすぐれていることが確認され
た。

【００２６】

【発明の効果】本発明のシンクロナイザーリングは、摩
擦材にウッドセラミックスを使用しているため、次の効
果を奏する。 (1) 摩擦材が相手部材に押圧されたとき、ウッドセラミ
ックスの多数の微小孔によって摩擦界面での油膜の形成
を抑制し、シンクロナイザーリングの動摩擦係数が大き
くなり、シンクロナイザーリングは２つの歯車を短時間
で同期させることができる。 (2) 同期終了後の相対速度がゼロに近い状態での摩擦係
数が大きくないため、歯車とスリーブが噛み合う変速終
了時のショックを小さくすることができる。 (3) ウッドセラミックスはフェノール樹脂を含浸させた
木質材を炭化させたものであるから、シンクロナイザー
リングの耐摩耗性、耐熱性及び耐焼き付け性を高めるこ
とができるとともに、軽量化と低コスト化を図ることが
できる。 (4) 従来、兼ね具えることができなかった、２つの歯車
を短時間で同期させる特性と、焼き損じないという特性
とを兼ね具えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例のシンクロナイザーリングの
構造体とリング状の摩擦材との分解斜視図。

【図２】 他の実施例のシンクロナイザーリングの構造
体とチップ状の摩擦材との分解斜視図。

【図３】 他の実施例のシンクロナイザーリングの構造
体と、この構造体に固着後、焼成させられるリング状の
ウッドセラミックス前駆体との分解斜視図。

【図４】 他の実施例のシンクロナイザーリングの製造
方法の説明図であり、構造体の内周にウッドセラミック
ス層を焼き付け一体化する方法を示す斜視図。

【図５】 ウッドセラミックスと他の材料との摩耗量を
比較した図表。

【図６】 ウッドセラミックス、銅合金、ペーパー材の
動摩擦係数を表わした図表。

【符号の説明】

１０，１１０，２１０，３１０ シンクロナイザーリン
グ １１，１１１，２１１，３１１ 構造体 １２，１１２ 摩擦材（ウッドセラミ
ックス層） ２１２，３１２ ウッドセラミックス層
（摩擦材）

【手続補正書】

【提出日】平成８年２月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】

【作用】ウッドセラミックスは、特開平４−１６４８０
６号公報等によって公知であり、木材、紙、チップ等の
木質材料にフェノール樹脂を含浸、硬化させた後に炭化
焼成を行なった炭化複合材である。ウッドセラミックス
は次の特性を具えている。 （１）木質材料に由来する多くの空隙を有している。 （２）炭素材であるため、耐熱性に優れている。 （３）原料が木質材料で、且つ工法が簡単であるから、
低コストで、且つ軽量である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 幸司 青森県弘前市大字袋町80 青森県工業試験 場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リング状構造体のテーパ状内周側に摩擦
   材からなる層を有するシンクロナイザーリングにおい
   て、前記摩擦材がウッドセラミックスからなることを特
   徴とする、シンクロナイザーリング。
2. 【請求項２】 前記摩擦材の層はリング状に形成されて
   いる、請求項１のシンクロナイザーリング。
3. 【請求項３】 前記摩擦材の層は複数のチップからな
   る、請求項１のシンクロナイザーリング。
4. 【請求項４】 前記摩擦材の層は前記構造体に固着され
   た後、炭化・焼成されたものである、請求項２又は３の
   シンクロナイザーリング。
5. 【請求項５】 前記摩擦材の層は前記構造体に焼き付け
   一体化されたものである、請求項２又は３のシンクロナ
   イザーリング。