JPS6117723A - 摩擦体およびその製作方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、摩擦クラッチ又はブレーキないしはその部
品、特に自動車用変速機のための同期化リング及び／又
は被同期化リングに使用される摩擦体に関する。

［従来の技術］ 摩擦クラッチ及びブレーキの大部分は構造様式、摩擦部
の組み合わせと潤滑の種類及び操作と切り換え力の種類
により区分できる。摩擦面の構造様式により特にジョー
クラッチ、円錐クラッチ及びディスククラッチに区分で
きる。摩擦部の組み合わせと潤滑の種類により、乾燥滑
り摩擦面と潤滑された摩擦面及び特別な摩擦ライニング
の有り無しに区別される。特に主として油により潤滑さ
れた摩擦ライニングにおいては、操作と切り換え力の種
類が重要な意味を有する。切り換え過程の際に高い摩擦
係数を有する摩擦結合が得られるために、油が摩擦面の
間から押し出されなければならない。このために空圧又
は液圧によるブー７タが用いられるならば、油を摩擦面
対の間から押し出す高い切り換え力が問題無く発生でき
る。これに対し例えば自動車におけや手動の同期噛み合
い変速機のような手動の摩擦クラッチ又はブレーキにお
いては、摩擦面が相互に油膜上に浮き上がる危険又は摩
擦面の間から油を押し出すのが遅過ぎる危険が存在する
。このことは望ましくない長い切り換え時間と、極端な
場合には同期装置がうまく作動しないという結果をもた
らす。

摩擦クラッチ又はブレーキの切り換え特性又は制動特性
は、特に摩擦面対の摩擦特性と実際に有効な摩擦面の大
きさとにより決定される。実際に有効な摩擦面とは噛み
合い中に相手面と実際の摩擦結合を有する幾何学的な摩
擦面の内の部分である。摩擦面は多かれ少なかれ強い表
面のなじみを有し、このことは実際に有効な摩擦面の減
少を意味する。潤滑された摩擦面は実際には、摩擦面対
の表面の間に力結合を形成する際に油を排出するために
、摩擦面に排油溝を有する。かかる溝は少なくとも手動
の摩擦クラッチ及びブレーキにおいては今日まで廃止す
ることができず、且つ実際に有効な摩擦面が幾何学的な
摩擦面の３０％ないし８０％だけ減少することを意味す
る。

特に平らでない摩擦面対においては、製作に起因する公
差又は摩擦圧力下での変形により両方の摩擦面対の表面
形状が相互に相違を生じるので、この理由からも実際に
有効な摩擦面は幾何学的な摩擦面に比べてしばしば著し
く減少する。

摩擦面は高いせん断負荷と温度負荷及び温度と共に増加
する摩耗を受ける。この摩耗を少なくするために、実際
に有効な摩擦面従って幾何学的な摩擦面はできるだけ大
きくしなければならなかった。耐摩耗性に関する高い要
求により高価な材料から成る摩擦面が一般に使用される
。しかしながら材料の節約従って費用の節約の理由から
、摩擦面はできる限り小さい面に設計される。従って高
負荷の摩擦クラッチ及びブレーキにおいては、今日上と
して例えば鋼、貧相及び種々の青銅のようなベース材料
から成る成形部品が用いられ、この成形部品の上に場合
によっては特殊な摩擦ライニングが種々の方法によりか
ぶせられる。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３１２２５２２　Ａ１
号公報には形状結合によるクラッチのための同期装置が
記載されており、この装置では同期化リング及び／又は
被同期化リングが金属から作られており、また摩擦ライ
ニングがセラミック材料から作られており、セラミック
材料は主要な要素として形状結合、摩擦結合及び／又は
材料結合により同期化リング及び／又は被同期化リング
に結合されるか、又は溶射によりかぶせられている。摩
擦ライニングは酸化物基剤及び／又はケイ化物基剤及び
／又はホウ化物基剤及び／又は炭化物基剤及び／又は窒
化物基剤及び／又はチタン酸塩基剤により作られている
。

この公報に基づく同期化リング及び被同期化リングにお
いては、前に述べた一連の困難が相変わらず発生する。

特にドイツ連邦共和国特許出願公開第３１２２５２２号
公報に基づく摩擦ライニングのための材料は、特にそれ
が自立する成形部品として形成されているときには特別
に高価である。それにもかかわらず排油溝の設置を止め
ることができない。その結果実際に有効な摩擦面が減少
するか又は幾何学的な摩擦面をより大きく従ってより高
価に寸法を設定することが強要される。同様なことがこ
の公報に基づき溶射によりかぶせられた摩擦ライニング
に対しても適用される。なぜならば実際には溶射された
摩擦ライニングの粒の先端だけが摩擦結合されるからで
ある。一般に摩擦面対の一つの面だけがこの前記の強い
研磨作用のある摩擦体により被覆されるので、このこと
は被覆されていない相手面の平均以上の強い摩耗を意味
する。更にこの構成はライニングの加熱、熱放散及び本
体上への摩擦ライニングの接着性に関して特別な問題を
与える。

ドイツ連邦共和国特許第２７４４９１１４号明細書に記
載の同期化リングの別の公知の構造によれば、同期化リ
ングは金属の本体とこの本体の上にかぶせられた摩擦体
とから成る。摩擦体は紙基剤により作られている。摩擦
体は合成樹脂を含浸した一連の有機質の摩擦材料を有す
る。

かかる摩擦ライニングは比較的安価に製作できるけれど
も、その小さい強度のために小さい摩擦圧力しか許容で
きないので、同期化リングの中で比較的大きい幾何学的
な摩擦面が使用されなければならず、このことは大型で
且つ高価なリング構造を意味する。これはまた限られた
利用可能な構成空間のために必要な大きさにすることは
しばしば不可能である。力結合を形成する際の油膜の押
し出しは大きい摩擦面ではゆっくりとしか行われず、そ
の結果長い同期化時間をもたらす。更に高い摩擦温度の
ための油の分留により生じる炭素の沈積により摩擦特性
が変化し、その結果同期装置の故障に至る。

ドイツ連邦共和国実用新案第７３４２６８０号明細書に
は焼結鋼から成る同期化リングが記載されており、この
リングの上には摩擦面の範囲に薄いモリブデン層がかぶ
せられている。モリブデン溶射材料は高価な材料である
。この材料は一般にリングの上で二次的に圧縮されなけ
ればならない。別の作業プロセスにおいて排油溝を設け
なければならないので、かかる同期化リングは非常に高
価である。このかぶせられた層は比較的大きい表面粗さ
を有するので、実際に有効な摩擦面は比較的小さい。特
にこのことにより実際には局部的にしばしば摩擦面の強
い加熱を生じ、このことが同期化リング及び被同期化リ
ングの消耗とモリブデン層の剥離とをもたらす。その結
果クラッチの著しい機能障害を生じる。

し発明が解決しようとする問題点］ 従ってとの発明は頭記の種類の摩擦休養安価−に製作で
き、幾何学的な摩擦面の高い利用度を許容し、比較的長
い寿命と大きい短時間の耐過負荷性と僅かに過ぎない初
期故障頻度とを有し、それにもかかわらず公知の構造の
前記の欠点を全く又は極僅かな程度しか示さないように
構成し、且つその製作方法を明示することを目的とする
。

［問題点を解決するための手段］ この目的はこの発明に基づき、散布焼結摩擦ライニング
と支持板とから成り、支持板の上に摩擦ライニングが焼
結され、且つ１回又は数回の摩擦体の加圧により圧縮さ
れた独立して製作された摩擦体において、内側環状摩擦
面又は外側環状摩擦面を有し、この摩擦面が潤滑される
と共に、平らでない及び／又は幾何学的に展開不能であ
る特に円錐形であるような、摩擦クラッチ又はブレーキ
特に同期装置において使用されることにより解決される
。

散布焼結摩擦ライニングは一貫して平らな円板又は薄板
として大量生産で従って安価に製作される。その線種々
の成分から成る粉末が正確に配量されて平らな支持材料
の上に塗布され、一連の処理段階の中で焼結され、加圧
且つ圧縮され、加圧焼結され、ブラッシングされ、そし
て一般に最終の処理段階において正確に望ましいライニ
ング厚さに圧縮される。必要な場合には溝は、切削法に
より後に設ける際にしばしば観察されるような切り欠き
作用及び亀裂形成の危険を生じることなく、既に製作過
程の間にライニング表面に押圧して設けることができる
。

散布焼結摩擦ライニングは、例えば良好な潤滑滑り特性
と乾燥緊急滑り特性、高い耐熱性、高い面圧と高い滑り
速度に対する耐性及び非常に長い寿命のようなその有利
な特性に基づき、広い分野に使用されている。実証済み
の使用分野はブレーキ、切り換え可能な制限装置付き差
動歯車、工作機械のクラッチ、振動ダンパーの中の摩擦
円板である。

かかる平らな散布焼結・摩擦ライニングを、その摩擦特
性及び摩耗特性を失うことなく、また特に支持体の上に
焼結された材料が製作時又は使用時にはげ落ちることが
なく、平らでない及び／又は展開不能な摩擦面に作り変
えることができるということは、非常に驚くべきことで
あったし平均的な専門家にとっては予見することができ
なかった。千゛らな散布焼結摩擦ライニングに対する上
記の使用分野においては、高い押し付け力を場合によっ
てはブースタを介して加えることが問題無く可能なので
、かかる摩擦ライニングの摩擦特性は常に先に引用した
使用分野の条件と要求の下においてだけ確かめてみられ
た。この発明に基づきそれ自体既知の摩擦ライニングを
平らでない摩擦フランチ及びブレーキに加工することは
、摩擦係数、寿命、実際に有効゛な大きな摩擦面、排油
能力、製造費用と価格の観点から、既知の技術水準に比
べてのその特性と長所について十分に信頼できる情報を
もたらした。更に後に記載する別の実験結果は技術的な
進歩を裏付ける。

この発明の有利な実施態様に基づき、平らな板として作
られた焼結摩擦ライニングが深絞りにより摩擦面に対し
望ましい形に形成される。

散布焼結摩擦ライニングのための支持板とじて深絞り可
能な鋼板を用いるのが有利である。

当初平らに形成された散布焼結摩擦ライニングが深絞り
により望ましい平らでない形状に変形されることにより
、摩擦面は数多くの使用分野に対し油を押し出すための
排油溝の付加的な形成を全く不必要にする表′面構造を
得ることができる。このことは、特に２５００　ｍｍ２
／ｓｅｃまでの粘度を有する潤滑油、すなわち普通の歯
車油に対しては約−ｉｏ’ｃの温度から潤滑油の使用の
場合に適用される。

摩擦体として散布焼結摩擦ライニングを使用することに
より、本体と摩擦体とを点溶接又はシーム溶接によりラ
イニングを貫通して材料結合により結合する可能性が生
まれる。

摩擦クラッチ又はブレーキの別の有利な実施態様により
、摩擦体は摩擦面として使用されないつばを有し、摩擦
体がこのつばの範囲で本体にろう付け又は溶接される（
第１図をも参照）。この構成は、リング状のつばの範囲
に閉鎖した溶接継目を設けることにより、本体と摩擦体
の間の技術的に特に簡単な溶接結合を可能にする。

摩擦クラッチ又はブレーキの有利な実施態様では、本体
は焼結鉄から作られる。

摩擦体の摩擦材料は金属の及び非金属無機の材料から成
るのが有利である。

この発明の別の実施態様により、摩一体は許容された寸
法誤差のために部分面だけが本体の上に形状結合、摩擦
結合及び／又は材料結合によりかふせられる。そして摩
擦クラッチの使用の際に、摩擦体は相手摩擦面の押圧の
下にその弾性により、少なくとも近似的にその全接触面
を形状結合により本体に結合される。

この構成により大きな製作公差従って価格的に有利な構
造様式が許される。それにもかかわらずこの構成は他の
要素を別として、幾何学的な摩擦面と実際に有効な摩擦
面とがほぼ等しくなることを保障する。

摩擦クラッチ又はブレーキの別の有利な実施態様に基づ
き、摩擦面対の両摩擦面の内の一方だけが散布焼結摩擦
ライニングを備え、相手摩擦面は焼き入れ鋼により作り
上げられるのが有利である。

この発明に基づく摩擦クラッチ又はブレーキの上記の特
性に基づき、摩擦クラッチ又はブレーキはブースタ無し
の手動の切り換え装置に有利に使用される。このことは
驚くべきことに、製造に起因する表面構造の外には摩擦
体に油押し出しのための付加的な排油溝を設けない有利
な構造に対しても適用される。

［実施例］ 次にこの発明に基づく摩擦クラッチの二つの実施例を示
す図面と三つの特性図とを゛参照しながら、この発明の
詳細な説明する。

この発明の実施例１の断面を示す第１図に、同期化リン
グ４とこれに従属゛する被同期化リング１４とが略示さ
れている。同期化リング４の円錐形の摩擦面２と被同期
化リング１４の摩擦面とは相互に間隔１２を有する。こ
れらの摩擦面は力結合の状態には無い。散布焼結摩擦ラ
イニングの形の摩擦体１がこの発明の有利な実施態様に
・基づき取り付けられている。すなわち摩擦体は摩擦面
として用いられないつば３を有し、リング状溶接継目５
を介して本体に材料結合により結合されている。

実施例２を示す第２図は同期化リング４の部分斜視図で
ある。このリングの円錐形の摩擦面９上には摩擦体ｌが
かぶせられている。この摩擦体はこの発明の有利な実施
態様に基づき取り付けに先立って個々の帯状の面部分６
に沿って本体上に接触し、この範囲において材料結合例
えば点溶接により本体に結合されるように、あらかじめ
溝をつけられている。溝付けに基づき摩擦体の残りの面
７は本体に接触しておらず、はぼ一定の幅の隙間７　状
の間隔８を本体に対し有している。

この有利な実施例の長所は、本体に接触していない同期
化リングの摩擦面がその弾性に基づき対応する被同期化
リングの摩擦面に完全に接触し得ることにある。それに
よって円錐形の摩擦面の寸法公差が当り模様に影響を持
たず、且つ圧力と温度による摩擦面の変形が実際に有効
な摩擦面に影響すること無く補整される。更にこの構成
により摩擦振動発生の危険が減少する。

次に幾つかの実験によって従来の構造に対するこの発明
に基づく摩擦クラッチの技術的な卓越性を明らかにする
。第３図ないし第５図は、３種類の異なる歯車油を用い
しかもそれぞれこの発明に基づく摩擦クラッチを従来の
大量生産された黄銅製の摩擦クラッチに比較して、回転
数又は滑り速度との関係において摩擦クラッチの摩擦係
数、を示す。

第１の実験では実際に近い実験装置において、一方では
この発明に基づく摩擦体をかぶせた円錐面に対し、他方
では同じ幾何学的に同じ大きさの黄銅（ＣｕＺｎ　４０
　Ａ１２　）から成る摩擦面を有する摩擦体に対し、回
転数ｎに関係して摩擦係数ｋが求められた。ここでＢは
押し付け力５ＯＮ、１００Ｎ、２０ＯＮ及び４０ＯＮの
各画つの実験からの摩擦係数の平均値を意味する。回転
数ｎは毎分当りの回転数として測定されている。ここで
１０００すｍはほぼ２．９ｍ／ｓの速度に対応する。

試験された円錐はｄ、＝５５ｍｍの平均直径を有してい
た。円錐面の幅は１０ｍｍであった。この発明に基づく
摩擦体は排油のための溝を崩していなかったが、黄銅リ
ング（大量生産された同期化リング）は排油のための軸
方向の溝と鋭いＶねじとを有していた。

実験のために相手面として１８Ｍｎｃｒ５Ｅ鋼から成り
表面粗さＲａ　／　Ｒｚ　＝０．１５／１．４１Ｌｍを
有する摩擦円錐が用いられた。

結果は第３図ないし第５図に示されており、三つの実験
シリーズは異なる歯車油の使用により区別されている。

第３図はハイポイド歯車油を用いたときの測定値を、第
４図は５％のアングラモル（Ａｎｇ　１ａＩ１１０１）
を添加したパラフィン系鉱油を用いた場合の測定値を、
また第５図は合成歯車油を用いた場合の測定値を示す。

図に記入された測定値はそれぞれ工ないし２秒負荷の間
の一定の回転数の際に測定された。

すべての三つの実験シリーズ（第３図ないし第５図）に
おいて、動摩擦係数は少なくとも技術的に対象となる回
転数範囲において、この発明に基づく摩擦体に対しては
既知の構造のものに対するより明らかに高い。従ってこ
の発明によれば、ある一定の摩擦トルクの従来予測でき
なかった範囲において既知の構造の場合に比べて非常に
小さい押し伺は力しか必要としない。実地においてはこ
のことは、摩擦クラッチ例えば同期化リングが比較聞知
い同期化時間、従って同時に比較的小さい摩擦仕事を伴
う比較的速やかな変速段切り換えを可能にすることを意
味する。この発明に基づく解決法の既知の構造に対する
第２の重要な長所は前者の明らかに少ない静摩擦係数で
あり、これは摩擦クラッチの各部分の非同期状態から同
期状態への摩耗が少なく切り換え快適性が高い移行を意
味し、従って非常に柔らかな高速段への切り換えが可能
となる。

この発明に基づく同期化リングの従来の構造に対する優
秀性を更に論証するために、実用車において生しるよう
な条件を実際に与えるクラッチシミュレータにおいて、
種々の同期化」−ングが試験された。試験は特に切り換
え力、切り換え力の増加、摩擦仕事、摩擦仕事率、回転
数及び潤滑に関するものである。

円錐形の幅１０ｍｍの摩擦面を有する同期化リング（直
径１０８ｍｍ）が試験された。この発明に基づく摩擦体
を有する同期化リングと黄銅リング及び溶射され且つ圧
縮されたモリブデン摩擦ライニングを有する焼結鉄から
成る同期化リングが比較試験された。

実用車においては暖運転時の状態において同期化リング
における正味摩擦仕事が約１．５に、＋ないし２ｋＪで
あることを出発点とすることができる。

しかしながら冷たい変速機、切り換え誤り又は完全に切
れていないクラッチのような不利な条件においては、摩
擦仕事はこの値の数倍となることがある。多数の模擬さ
れたクラッチ接続過程において、散布焼結摩擦ライニン
グを有する同期化リングが７．５ｋＪの摩擦仕事におい
てさえも、実質的に変化しない摩擦特性と摩耗特性を、
示すことが確かめられた。これに反して黄銅、から成る
同期化リングは４ｋＪ以上の摩擦仕事において、クラッ
チ接続回数と共に急激に増加する静摩擦係数を示し、且
つそのために摩擦特性と摩耗特性との非常に望ましくな
い変化を示した。モリブデンライニングを有する焼結鉄
から成る同期化リングは、５ｋＪ以上の摩擦仕事におい
て機能を損なう非常に好ましくない摩擦対の消耗を起こ
す傾向がある。

同期化リンク上にかぶせられた散布焼結摩擦ライニング
は黄銅から成る同じリングに比べて疲れ限度に関して非
常に優れており、モリブデンライニングを宥する焼結鉄
リングに僅かに優れており、しかしながら後者より明ら
かに価格的に有利に製造可能である。

１００Ｎの押し付け力と５０　Ｏｒｐｍの一定の摩擦負
荷による１時間の負荷期間において、上記の摩擦面寸法
の黄銅リンクは上記の実際に近い実験装置で２ｍｇない
し８ＩＩ１ｇの材料摩耗を示した。モリブデンライニン
グを有する焼結鉄リングは１ｍｇないし４ｍｇの材料摩
耗を示した。一方比較のために調査された散布焼結摩擦
ライニングの材料摩耗は測定不能であった・ 本体が焼結鉄から成り、その上に市販の散布焼結摩擦ラ
イニング型番ＨＳ　４３　ｔを摩擦面を貫通する点溶接
によりかぶせたこの発明に基づく同期化リングは、すべ
ての実験において耐え抜くことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に基づく摩擦クラッチの実施例１の断
面図、第２図は実施例２の同期化リングの部分斜視図、
第３図ないし第５図は、３種類の異なる歯車油を用いし
かもそれぞれこの発明に基づく摩擦クラッチを従来の大
量生産された黄銅部の摩擦クラッチに比較して、回転数
又は滑り速度との関係において摩擦クラッチの摩擦係数
をグラフで示す特性図である。 ｌ・Φ・摩擦体、　３・・・つば、　４・・・同期化リ
ング、　　５・・・溶接継目、　　１４・・・被同期化
リング。 第５図 潤滑油−合成歯車泊　　　　　　　　　二手続補正書く
自発） ２、発明の名称　摩擦体およびその製作方法；３．補正
をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　ドイツ連邦共和国フユッセン（番地なし〉名　
称　シンターシュタール、ゲゼルシャフト、ミツト、Ｊ
＼シュレンクテル、ハフツングＺＬ代理人 住　所　〒１１２東京都文京区大塚４−１６−１２５、
補正命令の日付　　　なし

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）散布焼結摩擦ライニングと支持板とから成り、支持
   板の上に摩擦ライニングが焼結さ れ、且つ１回又は数回の摩擦体の加圧により圧縮された
   独立して製作された摩擦体において、内側環状摩擦面又
   は外側環状摩擦面を有し、この摩擦面が潤滑されると共
   に、平らでない及び／又は幾何学的に展開不能である特
   に円錐形であるような、摩擦クラッチ又はブレーキ特に
   同期装置において使用されることを特徴とする摩擦体。 ２）摩擦体（１）が摩擦面（２）として使用されないつ
   ば（３）を有すると共に、このつばの範囲で本体（４）
   上にろう付け又は溶接されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の摩擦体。 ３）摩擦体が摩擦面の範囲において、摩擦体を貫通して
   摩擦クラッチ又はブレーキの本体上に溶接されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の摩擦体。 ４）摩擦体（１）があらかじめ溝付けされて形成されて
   いると共に、本体（４）の上にかぶせられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第３項記載の摩擦
   体。 ５）支持板が深絞り可能な鋼板であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の
   摩擦体。 ６）摩擦面が油押し出しのために十分な粗い表面構造を
   有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第５項のいずれかに記載の摩擦体。 ７）少なくとも近似的に摩擦面の形にされた摩擦体が、
   ロールエンボシングを含むローラ掛けにより、摩擦結合
   及び少なくとも部分面において形状結合により本体の上
   にかぶせられることを特徴とする散布焼結摩擦ライニン
   グと支持板とから成り、支持板の上に摩擦ライニングが
   焼結され、且つ１回又は数回の摩擦体の加圧により圧縮
   された摩擦体の製作方 法。