JPS60228646A - アルミニウム合金製変速機用シンクロナイザ−リング - 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） この発明は、自動車等における同期噛合式変速機に用い
られるシンクロナイザ−リングに関する。

（従来の技術） 歯車変速機構の一つである同期噛合式変速機では、第１
図及び第２図にその一例を示すように、回転主軸（１）
のスプライン（１ａ）にハブ（２）が、またハブ（２）
の外周に設けられたスプライン（図示せず）にスリーブ
（３）がそれぞれ噛み合った状態で設けられ、スリーブ
−２＝ （３）はフォークレバー（４）によって主軸（１）の軸
方向に移動自在となされている。

（５）はシンクロナイザ−リングであり、変速歯車（６
）のコーン部（７）に外嵌されている。

このシンクロナイザ−リング（５）は第３図に示ずＪ：
うに、外周にスプライン（５ａ）を有すると共にその内
周面（５ｂ）はテーパ状をなし、さらに内周面（５ｂ）
には、コーン部（７）とのなじみを自くするため細かい
ネジが形成されている。シンクロナイプーリング（５）
は変速機の非作動時には、ハブ（２）とスリーブ（３）
との間に配設されたキー（８）によってコーン部（７）
の影響を受けることなく自由に回転するようになされて
いる。この状態で、スリーブ（３）を左方向く第１図及
び第２図において）へ移動さけると、スリーブ（３）の
内径スプライン（３ａ）とシンクロナイザ−リング（５
）のスプライン（５ａ）とが噛み合い、さらに移動させ
るとシンクロナイザ−リング（５）がコーン部（７）上
を左方向に摺動する結果、シンクロ＝　３　− ナイザーリング（５）とコーン部（７）とが摩擦結合し
、変速歯車（６）はシンクロナイザ−リング（５）と同
一回転数で回転づる。ぞしてスリーブ（３）をさらに左
方向へ移動させると、スリーブ（３）の内径スプライン
（３ａ）が変速歯車（６）のスプライン（６ａ）と噛み
合い、これにより主軸（１）と変速歯車（６）との連結
が完了する。

このＪ：うに、シンクロナイザ−リング（５）は、スリ
ーブ（３）の移動によってコーン部（７）上を摺動しか
つ瞬間的にコーン部（７）と摩擦結合して変速歯車を同
期回転せしめ、しかもこの同期状態をスリーブ（３）の
スプライン（３ａ）と変速歯車（６）のスプライン（６
ａ）とが噛み合うまで保持しなければならないため、シ
ンクロナイザ−リング（５）の性質どして高度な耐摩耗
性及び安定した摺動性が要求される。

そこで、従来、シンクロナイザ−リング（５）の材料と
して、耐摩耗性が良好でかつ摺動性の安定したマンガン
青銅等の銅合金が一般に用い−４− られており、また最近では鉄合金系の焼鈍合金を使用し
たものも出現してきている。

（従来技術の問題点） しかしながら、上記合金製のシンクロナイザ−リングは
、ｆｆ１ｌが■いためシンクロナイザ−リングを回転さ
ぼるキーや主軸等に大きな負荷がかかり、キー、主軸、
クラッチ等の耐久性を損うというような欠点があった。

しかも、自動車等における部品の軽量化という一般的要
求を妨げる大きな要因でもあった。また消耗部品的要素
を有しているにも拘わらず、材料費が高いため高価であ
るというような問題もあった。また鉄台金製のシンクロ
ナイザ−リングの場合には、相手摺動部材であるコーン
部とのなじみ性が悪く、］−ン部の面荒れを生じ、摺動
５トルクが不安定となるというような問題もあった。

勿論、シンクロナイザ−リングの軽量化を図るために、
従来既知のＡρ−８ｌ系アルミニウム合金鋳物やダイカ
スト品を用いることも検討されたが、これらはアルミニ
ウム合金鋳物ある＝　５　− いはダイカスト品であるために、アルミニウムマトリッ
クス中に粗大な初晶及び共晶Ｓｉ粒子が分散し、耐摩耗
性、強度等のばらつぎが大きいうえ、充分なものではな
かった。しかもダイカスト加工に際して、溶湯を瞬間的
に圧入凝固させるため空気やガスの完全排出が困難であ
り、従って鋳物内部に鋳巣が存在し、これを除去し難い
という問題もあって、シンクロナイーｆ−リング材とし
て適するものではなかった。

（発明の目的） この発明は、上記のような問題点を解決することを目的
とするものである。即ち、シンクロナイザ−リングの材
料としてアルミニウム合金を用いて軽量化及びコストダ
ウンを図ると共にアルミニウム合金の成分とその合金組
織による材質改善により、それ自体できわめて優れた耐
摩耗性を有し、かつ強度にも優れていて耐荷重性が良く
、しかも鍛造加工性、切削加工性の改善によって製造を
簡易とづるアルミニウム合金製シンクロナイザ−リング
を提供することを目−６− 的とするものである。

（発明の構成） この発明は、シンクロプイザーリングの材質どして、過
共晶領域にＳｉを含有する高シリコンアルミニウム合金
であって、しかもそのアルミニウム７１〜リツクス中の
初晶Ｓｉ粒子及び共晶Ｓｉ粒子の粒径と分布状態を特定
の範囲に制御したものを用いることを概要とするもので
あり、更に具体的には、３ｉを１６〜３ｏｗｔ％、ＣＬ
Ｉを０．３〜７．Ｑｗｔ％含み、あるいは更にＭｇを０
．３〜２．０ｗｔ％を含み、残部が実質的にアルミニウ
ムであるアルミニウム合金であって、該合金のアルミニ
ウム７１〜リツクス中に、粒径４０〜８０μｍの初晶Ｓ
１粒子が全初晶Ｓｉ粒子百栢の６０％以−トの面積を占
めて均一に分布し、かつ粒径１０μｍ以下の共晶Ｓｉ粒
子が全共晶Ｓ１粒子面積中の６０％以上の面積を占めて
均一に分布している材料をもって形成されているアルミ
ニウム合金製シンクロナイザ−リングを提供するもので
ある。

−７− （構成の具体的な説明と作用） この発明のシンクロナイザ−リングに用いられる上記の
ようなアルミニウム合金は、一般的には既知の鋳造法に
よって鋳造される鋳塊を、更に熱間にて押出すことによ
り組織を特定の範囲に制御して製造されるものである。

先ず、この発明に用いる合金の各成分の範囲限定につい
て、その理由を説明すれば次のとおりである。

主要な添加元素であるＳｉは、いうまでもなく合金の耐
摩耗性を向上するのに有効なものである。従って、一般
的にはＳｉの含有量が増えるに従って耐摩耗性が向上せ
られるが、この発明に用いるへρ−８ｉ系合金は、過共
晶領域に３ｉを多量に含んで、アルミニウムマトリック
ス中に比較的多くの初晶Ｓｉ粒子を分散せしめるものと
することが必要である。従って、３ｉの含有量は少なく
ども１６ｗｔ％以上であることを要し、１６ｗｔ％未満
では、シンクロナイザ−リングに必要な耐摩耗性をその
材料自体ににつ−　８　− て１りることができない。Ｓｉの含有量は、合金材料の
製造条件を特殊な範囲に選ぶことによって、相当多くの
量にまで増大しうるが、３ｏｗｔ％をこえて含有せしめ
るときは、鋳造が著しく回能なものとなるため、それ未
満が許容範囲であり、最も好適には１８〜２０ｗｔ％程
度含有せしめるのが良い。

Ｃ１ｌ及びＭｆＪは、合金の強度の向上に寄与するもの
であり、０．３ｗｔ％未満では、シンクロナイリ゛−リ
ングに所要の機械的強度を付与することができない。し
かしＣ０が７ｗｔ％をこえるときは、耐食性が著しく悪
くなる。またＭ（］が２２ｗｔをこえる場合は、上記の
効果を格別増大せず、むしろ粗大な晶出物を生成して機
械的性質を劣化する。実験結果から得られた最も好適な
ＣＬＩの含有量は、概ね３〜ｅｗｔ％程度であり、また
Ｍｇの含有量は０．４５〜０゜６５Ｗ【％程度である。

その伯の任意的添加元素として、好ましくは例えばＳｒ
および（または）Ｐが添加されつる。

−９− これらの元素はいずれも鋳造時に初晶３ｉ粒子を微細化
づる微細化剤として作用覆るものである点で均等物であ
り、いずれか少なくとし一方を含有すれば足るが、それ
ぞれ０．００５ｗｔ％未満では−Ｆ記効果に乏しく、Ｑ
、１ｗｔ％をこえても格別効果の増大を望めない。

更に他の任意的添加元素として用いうるものどしてＮｉ
、Ｆｅ、Ｍｎを挙げることができる。

これらの元素は、いずれも合金の耐熱性の自−１−に有
効に寄与するものであり、この作用の面からいずれも均
等物であって、少なくとも１種または２種以上を含有す
れば足りるが、各成分がＱ、５ｗｔ％未満では上記の効
果の実現性に乏しく、逆に３ｗｔ％をこえると切削性が
著しく悪くなる欠点を派生する。

上記のような成分範囲をもつこの発明に係る合金材料は
、その組織を特定範囲に制御するｌ、：めに、鋳造後押
出し工程とを経て製造されるものである。即ち、先ず、
上記のアルミニウム合金を従来の常法に従う溶解鋳造に
よりアルミニー　１０　− ウへ合金鋳塊に製作する。この鋳造工程によって得られ
る鋳塊に含まれる初晶Ｓｉ粒子は、上記３ｒおＪ：びく
または）Ｐの添加によりある程度微細化したものとなし
うるが、それでもなおその粒径は、１００μ７五にも達
するものを含んで全体として未だ相当に大きいものであ
る。また、」ξ晶ＳＩ粒子−ｂ１粒径３０μｍ程度のも
のを含む全体としてかなり大きいものであり、かつその
形態も剣状を呈するものである。

そこで、これらの比較的粗大な初晶及び共晶３ｉ粒子を
含む鋳塊を更に３５０〜４２０℃程度の熱間にて押出し
加工する。そして、この熱間押出しにより、合金中に含
む粗大な初晶Ｓｉ粒子の一部を破壊し、そのほとんどす
べての粒径が１０〜８０μｍの範囲で、かつ４０μｍ以
上の粒子が全初晶３ｉ粒子面積に対し６０％以上の面積
比を占める範囲に微細化し、かつその分布を均一化せし
めると共に、共晶Ｓｔ粉粒子、釘状結晶を長さ方向に分
断して形状を粒状化し、またこれをほとんどすべてが粒
径１５１１ｍ以下−１１− の範囲で、かつ１０７１７７１以下の粒子が全共晶Ｓｉ
粒子面積に対し６０％以上の面積比を占める範囲に微細
化せしめたｂのどする。上記に、はとんどづべてという
のは、極めて稀に上記粒径範囲を逸脱するものを含むこ
とを許容する趣旨であるが、好ましい製造条件が採用さ
れる場合には、上記粒径範囲を逸脱するような初品Ｓｔ
粉粒子び共晶Ｓｉ粒子は実際上全く含まないものとする
ことができる。

このような好ましい製造条件は、殊に押出し条件として
、ビレッ（一温度：３５０〜４２０℃、ラム速度：　０
．０３〜０．２ｍ　／ｍｉｎ　、押出：１０〜４０に設
定Ｊることであり、さらに好ましくは押出ダイスにベア
リング長さ５〜１５ｍｍのものを用いること等が挙げら
れる。

ところで、合金相域中における初晶３ｉ粒子の粒径が上
記のように４０〜８０μｍの範囲において６０％以−に
の面積化を占めることが限定されるのは、４０μＴｎ未
満のものを多く含む場合には所期する優れた耐摩耗性、
摺動性が得ら−１２− れず、逆に８０μｍをこえる粗大なものを多く含む場合
には、その分布が不均一かつ粗いものとなって耐摩耗性
のばらつきを大きくし、かつ切削性、鍛造加工性を低下
させることになるためである。また、共晶３ｉ粒子が粒
径１５μｍ以下でかつ１０μｍ以下のものを面積比６０
％以上含むことに限定されるのは、初晶Ｓｉ粒子の粒径
を上記のよ−うな範囲にコントロールすることによって
必然的に上記範囲に微細化されることになるためであり
、あえてその効果を挙げるどＪれば、少なくとも共晶Ｓ
ｉ粒子が１５μＴｎをこえる粗大なものとして多く残存
するときは、少なくとも切削性、鍛造加工性に欠陥が派
生してくるものと予想され、従ってその反面効果どして
、切削性、鍛造加工性向上の効果を挙げることができる
。

本発明に係るシンクロナイザ−リングを製作する場合に
は、上記押出をパイプ形状に行えば以後の加工に有利で
ある。そして所定寸法に切断したパイプ状押出材を熱間
鍛造にて完成品形−１３＝ 状に近い形に成形した後、熱処理を施し、テーパー面の
ねじ切り等所定の機械加工を行いシンクロナイザ−リン
グを完成する。

（発明の効果） この発明にＪ：るシンクロナイザ−リングは、前記のよ
うな成分と組織になる高シリコンアルミニウム合金材料
をもって形成されたしのであることにＪ：す、それ自身
が材質的に極めて優れた耐摩耗性、摺動性、機械的強度
を有するものであるから、シンク［ｌナイザーリングと
して要求される耐摩耗性、安定した摺動性、強度を保有
しつつその重量を大幅に軽減でき、シンクロナイザ−リ
ング自体のみならず自動車等適用装置の全体の軽量化を
も実現し得る。しかもキー、主軸等にかかる負荷が軽く
なるためこれらの耐久性を格段に向上し得る。さらには
重量の大幅軽減によって、シンクロナイザ−リング１個
に要する材料費を大幅に抑制でき、低価格なシンクロナ
イザ−リングを提供し得る。さらには、切削性も極めて
良好であるのみならず、押出材−１４− どし゛（製造される材料であるため、鍛造加工性にも極
めＣ侵れており、従ってダイカスト製品において不可避
な＃１果の生成という不都合を回避しつつ、加工精度の
高い品質的に安定したシンク１ナイザ−リングを提供し
１ｑるなど優れた効果を奏するものである。

（実施例〉 以下、この発明の実施例を示１゜ 第１表 上記第１表に示す組成のアルミニウム基合金について、
本発明材では、該合金を先ず溶解半一　１５　一 連続鋳造にＪ：つて心（４１２０ｍｍのピレノ１へに製
し、次いでこのピレノ］〜を押出温度４１５℃、押出し
ラム速度０．１ｍ／ｍｉｎの条件でパイプに押出したも
のを熱間にて鍛造成形し、その後Ｔ６熱処理、機械加工
を施してシンクロノ−イリ゛−リングとした。

そして上記シンクロナイデーリングど従来のマンガン青
銅ににつて製作されたジンクロノ”イザーリングとを変
速機と同じ動作をする試験機のコーン部に組込んで、ぞ
れぞれ繰返し耐久試験を実施した。試験は主軸回転数３
００Ｏｒｐｍ、ストローク速度１．５秒／スト〇−りで
シンクロナイザ−リングをコーン部に繰返し結合さμ、
リング内周面のネジ部のランド幅摩耗増加吊と、コーン
部に対する摩擦１〜ルクの測定を行った。

その結果は下記第２表、第３表に示すとおりであった。

［以下余白］ −１６− 第２表 第３表 −１７− 上記試験結果から明らかなように、本発明Ｈによるシン
クロナイザ−リングは、従来のマンガン青銅製シンクロ
ナイザ−リングと比較して、ネジ部のランド幅摩耗増加
吊が少なく耐摩耗性に優れているものであった。また摩
耗１ヘルクについてもほぼ同等の値を示すものであった
。また試験中にシンク［］ナイザーリング及びコーン部
の表面状態も同時に観察したが、両部材とｂカジリによ
る傷の発生は認められなかった。

従って、本発明材を用いて第１図に示したような同期噛
合式変速機において、シンクロナイザ−リング（５）を
製作した場合には、コーン部（７）に対づる充分な耐摩
耗性、安定した摺動性、強度等を備え、型組、価格とも
従来品の約１／３程度の軽量かつ安価な−ｂのに製作で
きるものであった。また切削性、鍛造加工製等に優れて
いることから加工精度の高いシンク１］ナイザーリング
が容易に得られるものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車に用いられＣいる同期噛合式％式％ 変速機の正面断面図、第２図はシンクロナイザ−リング
の動作を説明するための図で、（ａ　）はコーン部どの
摩擦結合前の状態を示す断面図、（ｂ　）は摩擦結合後
の状態を示す断面図、第３図はシンクロナイザ−リング
の断面図である。 （１）・・・主軸、（１ａ）・・・スプライン、（２）
・・・ハブ、（３）・・・スリーブ、（３ａ）・・・ス
プライン、（４）・・・フォークレバー、（５）・・・
シンクロナイザ−リング、（５ａ）・・・スプライン、
（５ｂ）・・・内周面、（６）・・・変速歯車、（６ａ
）・・・スプライン、（７）・・・コーン部、（８）・
・・キー。 以　上 特許出願人　昭和アルミニウム株式会社代　理　人　弁
理士　清　水　久　義 １９− 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ｓｉを１６〜３０ｗｔ％、Ｃｕを０．３〜７、
   □ｗｔ％含み、残部が実質的にアルミニウムであるアル
   ミニウム合金であって、該合金のアルミニウムマトリッ
   クス中に、粒径４０〜８０μｍの初晶３ｉ粒子が全初晶
   ３ｉ粒子面積の６０％以上の面積を占めて均一に分布し
   、かつ粒径１０μｍ以下の共晶Ｓｉ粒子が全共晶３ｉ粒
   子面積中の６０％以上の面積を占めて均一に分布してい
   る材料をもって形成されていることを特徴とするアルミ
   ニウム合金製変速機用シンクロナイザ−リング。
2. （２）　Ｓｉを１６〜３Ｑｗｔ％、Ｃｕを０．３〜７゜
   □ｗｔ％、及びＭ９を０．３〜２．０ｗｔ％含み、残部
   が実質的にアルミニウムであるアルミニウム合金であっ
   て、該合金のアルミニー　１　− ラムマトリックス中に、粒径４０〜８０μｍの初晶Ｓｉ
   粒子が全初晶Ｓｉ粒子面積の６０％以上の面積を占めて
   均一に分布し、かつ粒径１０μｍ以下の共晶３ｉ粒子が
   全共晶Ｓｉ粒子面積中の６０％以上の面積を占めて均一
   に分布している材料をもって形成されていることを特徴
   とするアルミニウム合金製変速機用シンクロナイザ−リ
   ング。