JPS63303048A - シフトフオ−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 この発明は自動車の手動変速機に使用されるシフトフォ
ークに関し、特にハブスリーブの溝部と１占動する爪部
の耐摩耗性を向上させたシフトフォークに関するもので
ある。

従来の技術 自動車の手動変速機におけるシフトフォークは、シフト
レバ−の操作を同期装置のハブスリーブに伝達するため
のものであり、その代表的な例を第６図に示す。第６図
において、基端部１には図示しないロッドが嵌挿される
ボス部２が形成され、その基端部１から二股状に分岐さ
れたフォーク部３の先端は、図示しないハブスリーブの
溝部と摺動する爪部４とされている。このようなシフト
フォークにおける爪部は、高速で回転するハブスリーブ
の溝部に高面圧ですべり接触するため、その爪部の表面
すなわち摺動面には優れた耐摩耗性が要求される。

シフトフォークの材料としては、一般に鋼、鋳鉄、Ａ２
合金などが使用されているが、これらの材料はそのまま
では爪部の摺動面に要求される耐摩耗性を満足させるこ
とができず、そこで従来のシフトフォークとしては、鋼
、鋳鉄、Ａ１合金などからなるシフトフォーク母材の爪
部の耐摩耗性を次の仏）〜（Ｄ）に示すような手段によ
って向上させたものが実用化もしくは提案されている。

（Ａ）　　ｍからなる母材の爪部表面に高周波焼入れや
軟窒化、ガス軟窒化等の硬化処理を施したシフトフォー
ク。

（Ｂ）　　母材の爪部表面に硬質クロムメッキあるいは
セラミック分散Ｎ＊−ｐメッキなどの耐摩耗メッキ処理
を施したシフトフォーク。

（Ｃ）　　母材の爪部表面にＭｏや過共晶Ａｌ−３層合
金などの耐摩耗溶射層を形成したシフトフォーク。例え
ばＭｏ溶射については特開昭５８−６４５２３号などに
示されている。

（Ｄ）　　母材の爪部表面に、ポリアミド樹脂（例えば
商品名ナイロン）あるいはフッ素樹脂（例えば商品名テ
フロン）などの樹脂をコーティングしたシフトフォーク
。例えばフッ素樹脂をコーティングしたシフトフォーク
は、特開昭５８−９７７１８＠に示されている。

発明が解決すべき問題点 前述のような従来のシフトフォークにおいては、。

爪部の耐摩耗性がある程度は良好であったが、未だ充分
とは言えず、最近の苛酷な使用条件下では早期に摩耗が
進行する問題があった。すなわち、最近の手動変速機に
おける潤滑油としては、自動変速機用のＡＴＦや乃Ｗ／
９０ギヤ油などの低粘度油を使用することが多く、この
場合油膜切れが生じて焼付によるスカッフィングによっ
て摩耗が進行しやすいという苛酷な条件下にあり、また
シフトフォーク爪部の摺動相手材であるハブスリーブ溝
部は、表面硬さがＨｖ　６００以上の高硬度の浸炭焼入
れ材を用いることが多く、この場合にハブスリーブ溝の
表面あらさが例えばＲｚ　３伽以上と大きい場合には、
シフトフｔ−り爪部の１と動面がアブレッシブ摩耗によ
り摩耗し易く、このような苛酷な条件が重なれば、シフ
トフォーク爪部表面の摩耗が著しくなり、その耐用期間
も短くならざるを得なかったのである。なおシフトフォ
ーク爪部の摩耗にとって苛酷な条件としては、前述のよ
うな低粘度油の使用や相手材の表面あらざが大きいこと
のほか、例えば相手材であるパブスリーブの回転が周速
１０　ｍ　／　５８０以上の高回転であること、摺動面
の面圧が４０Ｋｇ／ｃｒｉなるような高荷重であること
、あるいは潤滑油が１００℃以上の高温となっているこ
となどが挙げられ、これらの条件下においては従来のシ
フトフォークでは摩耗の進行が大きかったのである。

また前述のような従来のシフトフｔ−りのうち、（０）
のポリアミド樹脂やフッ素樹脂等の樹脂コーティングを
施したシフトフォークにおいては、樹脂コーティング層
に母材に対する充分な密着力を与えることが困難であっ
て、樹脂コーティング層の剥離が生じ易く、したがって
長期間にわたって優れた耐摩耗性を発揮させ得ない問題
もあった。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、前
述のような苛酷な使用条件下においても充分な耐摩耗性
を発揮して耐用期間を従来よりも大幅に延長させたシフ
トフォークを提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この発明のシフトフォークは、ハブスリーブの溝部と摺
動するシフトフｔ−り爪部の母材表面に、過共晶Ａｌ−
８１合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｍｏ（７）うちから選ばれ
た１種または２種以上の混合物からなる溶射層が形成さ
れ、ざらにその溶！）１層の上に、ポリアミド樹脂、ポ
リイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、４弗化エチレン
樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテル
サルホン樹脂のうちから選ばれた１種または２種以上か
らなる樹脂がコーティングされていることを特徴とする
ものである。

作　　　用 第１図に、この発明のシフトフォークにおける爪部の断
面を模式的に示す。第１図において、母材１０の表面に
溶射層１１が形成され、この溶射層１１の上に樹脂コー
ティング層１２が形成されている。

ここで母材１０としては、従来からシフトフォークに使
用されている材料、例えば鉄板や機械溝道用炭素鋼等の
鋼材、あるいは片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄などの鋳鉄
材料、ざらにはＡ１合金、Ｍｇ合金などを用いることが
できる。

一方浴射層１１の溶射材料としては、過共晶Ａ、＆−３
ｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｍｏのうちの１種、またはこ
れらの２種以上の混合物を用いる。

ここで過共晶ＡＺ−３ｉ合金は、過共晶組成となるよう
に３ｉを１２％程度以上含有するＡｌ−５ｉ合金であっ
て、通常は５ｉは３０％程度以下とされ、その代表的合
金としてはＡｌ−１７％３ｉ合金、Ａｌ−２４％３ｉ合
金などがある。またＦｅ−Ｃｒ合金としてはいわゆる低
炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金、高ＦｆｆｉＦｅ−Ｃｒ合金のいず
れでも良い。前者の低炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金は、Ｃｒ５５
〜７０％、Ｃ３％以下、残部実質的にＦｅよりなるもの
、また後者の高炭素１−ｅ−Ｃｒ合金は、Ｃｒ５５〜７
０％、Ｃ３〜９％残部実質的にＦｅよりなるものであり
、またいずれのＦｅ−Ｃｒ合金も、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃ以外
に必要に応じてＮ＊ｉｏ〜２５％、３ｉ　　２〜６％、
ＢＯ１１〜１．０％の１種または２種以上を合計で３０
％程度以下添加したものであっても良い。

樹脂コーティング層１２の樹脂としては、商品名ナイロ
ンとして知られるポリアミド樹脂、あるいはポリイミド
樹脂、ポリアミドイミド樹脂、４弗化エチレン樹脂、ポ
リエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）　、ポリエーテ
ルサルホン（ＰＥＳもしくはＰＥ５Ｆ）のうちから選ば
れた１種またはそれらの２種以上の混合物を用いる。

ここで、樹脂コーティング層を形成せずに過共晶Ａｉ’
−３１合金などからなる溶射層のみを爪部の母材表面に
単独形成した場合、あるいは逆に溶射層を形成せずにナ
イロン（ポリアミド樹脂）などからなる樹脂コーティン
グ層のみを爪部の母材表面に形成した場合には、従来技
術の項で説明したようにある程度の耐摩耗性は得られて
いたが、焼付きを招くような厳しい使用条件下では充分
な耐摩耗性を得ることは困難であった。すなわち溶射層
のみでは表面の凹凸が大きく、そのため油膜が形成され
にくく、また樹脂コーティング層のみでは相手材となじ
み過ぎて油膜切れが生じ易く、そのため厳しい使用条件
下では耐摩耗性が充分に得られなかったのである。これ
に対しこの発明のシフトフォークにおいては、焼付きを
招くような厳しい使用条件下でも、相手材であるハブス
リーブ溝部との摺動によって表面のコーティング樹脂に
溶融流動もしくは塑性流動が生じて、第２図に示すよう
に溶射層１１の凸部表面に樹脂の薄膜１２Ａが形成され
、この樹脂薄膜１２Ａによって潤滑が改善され、摩耗が
大幅に少なくなる。さらにこのように摺動によって溶射
層１１の凸部表面に樹脂の薄膜１２Ａが形成された状態
で、その凸部表面と凹部表面（溶射層１１の凹部内に充
填された樹脂の表面）との間に約１珈前後の段差Ｐが形
成され、その段差Ｐの部分が油だまりとして作用し、し
たがって油膜形成性に優れ、油膜切れが生じにくくなっ
てより一層優れた耐摩耗性を発揮することとなる。

なお従来溶射層を形成せずに樹脂コーティング層を直接
形成する場合、樹脂コーティング層の密着性を向上させ
るためにブラスト処理（表面あらさＲｚ　３ｔｔｍ以下
）ヤルブライト処理（化成皮膜処理）などを行なってい
るが、これらの場合は表面の凹凸が少ないため、樹脂コ
ーティング層の密着力が低く、高面圧下等の厳しい使用
条件では樹脂コーティング層が剥離易い問題があった。

これに対しこの発明の場合、溶射層１１は第１図に模式
的に示したようにその表面の凹凸が大きく、表面あらざ
Ｒｚが１０伽以上となり、しかも溶射は粒子の積層によ
って行なわれるため溶射層内には多数の気孔が存在しか
つその気孔の一部は溶射層表面に連続している。したが
って溶射層１１の上に形成される樹脂コーティング層１
２の樹脂は、溶射層１１の凹部に食い込むとともに、溶
射層表面に連続する気孔中にも侵入するため、樹脂コー
ティング層１２はアンカー効果によって溶射層１１に強
固にＶＥ着され、相手材との活動によって樹脂コーティ
ング層１２が剥れるような事態の発生を有効に防止でき
る。したがってこの発明のシフトフ４−りの場合、爪部
表面の樹脂コーティング層１２はその下地層として溶射
層１１が存在するために充分な密着力を得ることができ
たのである。なおこのような溶射層１１の存在による樹
脂コーティング層１２の密着力向上効果は、後述する実
施例２によって確認されている。

なおまた、前述のように溶射層１１の表面の凹凸が大き
く、その溶射層１１の大きな凹凸に樹脂コーティング層
１２の樹脂が食い込んだ状態となるところから、コーテ
ィング樹脂と溶射材との接触面積が著しく大きく、その
ため摩擦熱は樹脂コーティング層１２から溶射層１１（
それ自体の熱伝導性が良好）を介して母材へただちに放
熱され、表面温度が過度に上昇することを防止できる。

次にこの発明のシフトフォークにおける爪部の材料限定
理由について説明する。

この発明のシフトフォークは、既に述べたように爪部の
摩耗に対し苛酷な使用条件下でも充分な耐摩耗性を発揮
させるようにしたものであるが、ここで苛酷な使用条件
下とは例えば次のような条件を指称する。

相手材であるハブスリーブの回転が周速１０Ｔｒｔ／ｓ
ｅｃ以上の高回転であること、また相手材との間に与え
られる荷重が４０に’ｊ／ｃｍ以上の高面圧であること
、ざらに潤滑油としてＡＴＦなどの低粘度油を使用する
こと、１００℃以上の高油温で使用されること、また相
手材がＨｖ　８００以上の高硬度であって表面あらざＲ
Ｚが３ｔＩＩＲ以上と大きく、摩耗させられ易いことな
ど。

このような苛酷な条件下で使用されるシフトフォーク爪
部の材料に対する要求特性としては、油膜を形成し易く
耐スカッフィング性に優れていること、摩擦係数が小さ
く発熱が少ないこと、放熱・熱伝導性が良好であること
、１００℃以上の温度に耐えること、潤滑油中で長期間
使用しても劣化しないこと、などが挙げられる。これら
の要求特性に対してこの発明のシフトフォークの爪部は
、溶射層と樹脂コーティング層との組合せによって満た
している。

すなわち先ず溶射層の材料としては過共晶Ａｌ−３ｉ合
金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｍｏのうちの１種または２種以上
の混合物が用いられるが、これらの材料からなる溶射層
は、優れた耐スカッフィング性、耐摩耗性、および熱伝
導性を満たすことができる。これ以外にシフトフォーク
爪部に溶射する溶射材料としてはＦｅ−０，６％Ｃ５Ｆ
ｅ−０，８％Ｃ，Ｃｏ−２９％Ｃｒ−３〜１４％Ｗ−２
％Ｃ（ステライトＮＱ１〜ＮＱ６）　、Ｎ　１−３０％
Ｃｒ−９％Ｍｏ−２，３％Ｃ，ＣＵ系溶射材等が考えら
れるが、これらの場合は耐スカッフイブ性、耐摩耗性が
不充分であるため、その上に樹脂コーティングを行なっ
ても前述のような苛酷な条件下では摩耗が大きくなり、
この発明の所期の目的を達成することができない。

また樹脂コーティング層としては、ポリアミド、ポリイ
ミド、ポリアミドイミド、４弗化エチレン、ＰＥＥＫ、
ＰＥＳのうちから選ばれた１種または２種以上を用いて
いるが、これらはいずれも摩擦係数が小さくまた潤滑油
によって劣化しないものであり、しかも第２図に示した
ように摺動によって溶融流動もしくは塑性流動を生じて
溶射層の凸部に樹脂の薄膜１２Ａを形成し、潤滑を良好
にする作用を有する。これに対し上記の樹脂以外のフェ
ノール樹脂やエポキシ樹脂などでは薄膜１２Ａを形成す
る作用が得られず、摺動によって第３図に示すように溶
射層１１の凸部の表面が露出した状態となってしまい、
摩擦係数が大きくなって樹脂コーティング層１２を形成
した効果が得られない。したがって樹脂コーティング層
の樹脂材料は前述のように限定した。なおここで樹脂コ
ーティング層の樹脂はそれ自体では熱伝導性は低いが、
既に述べたようにその下地としての溶射層の表面の凹凸
が大きいために樹脂コーティング層と溶射層との接触面
積が著しく大きいから、両層間の熱伝導特性は良好であ
り、したがって表面の摩擦熱は樹脂コーティング層から
熱伝導性の良好な溶射層を介して母材へすみやかに放熱
される。

なお各層の厚みについては特に限定しないが、樹脂コー
ティング層についてはその厚みが薄過ぎたり逆に厚遇ぎ
たりすれば所期の目的を充分に得ることが困難となるお
それがあり、通常は第４図に示すように樹脂コーティン
グ層１２の厚みｔｌは１０〜１５０．ｍ程度とすること
が好ましい。また溶射層１１の厚みｔｌは２０〜１５０
．＆ｍ程度が好ましい。

但し、ここで樹脂コーティング層１２の厚みｔ１゛とは
、第４図に示しているように、樹脂コーティングを施し
たままの未使用の状態（相手材と摺動させていない状態
）で溶射層１１の凸部表面からその上の樹脂コーティン
グ層１２の凸部表面までの厚みとする。また溶射層１１
の厚みｔ２も、その凸部表面までの厚みとする。

次にこの発明のシフトフォークの製造方法について説明
する。

この発明のシフトフォークを製造するにあたっては、先
ず常法にしたがって炭素鋼、鉄板、各種鋳鉄材料あるい
はへ１合金などによってシフトフｔ−り形状の母材を作
成する。そしてそのシフトフォーク母材の爪部に必要に
応じて脱脂洗浄処理や表面を粗にするためのブラスト処
理などを施した後、過共晶Ａｌ−３ｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ
合金もしくはＭｏまたはこれらの２種以上からなる溶射
層を形成する。この溶射層の形成には、ガス溶射法ある
いはプラズマ溶射法等を用いれば良い。次いでこの溶射
層の上にポリアミド樹脂等からなる樹脂コーティング層
を形成する。この樹脂コーチインクには、プラズマ溶射
法、あるいは流動浸漬法などを適用すれば良い。ここで
流動浸漬法は、爪部を予熱（例えばナイロンコーティン
グの場合は２７０〜３３０℃）して樹脂粉末浴中に２秒
以上、必要とする膜厚に応じた時間だけ浸漬する方法で
ある。このようにして樹脂コーティング層を形成した後
には、高い爪部寸法精度が要求される場合は仕上機械加
工を行なうが、この仕上機械加工は必ずしも必要ではな
い。

実施例 ［実施例１］ ５４５Ｃ炭素鋼からなるシフトフォーク母材の爪部を溶
剤により脱脂した後、爪部表面にブラスト処理を施し、
予熱を行なってから種々の溶射材を用いてガス溶射もし
くはプラズマ溶射によって溶射層を形成した。ここで溶
射材としては、ＭｏｌＡＮ−１７％３ｉ合金、９０％［
Ａｌ−１７％Ｓｉ合金］十１０％Ｍｏ１高炭素Ｆｅ−０
ｒ合金、低炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金、もしくは３０％［高炭
素Ｆｅ−０ｒ合金］＋７０％Ｍｏを用いた。なお溶射層
の厚みはいずれも０．１．とした。さらにその溶射層の
上に、種々の樹脂を用いて樹脂コーティング層を形成し
た。樹脂としては、ナイロン１２、ポリイミド樹脂、ポ
リアミドイミド樹脂、４弗化エチレン樹脂、ＰＥＥＫ、
もしくはＰＥＳを用いた。またコーティング方法として
は流動浸漬法を適用し、コーティング厚みは一部のもの
を０．１ｍとした以外は０．０２ｍとした。各シフトフ
ォーク爪部における溶射層と樹脂コーティング層の材料
の組合せ（本発明材Ａ〜し）を第１表に示す。

またこのようにして得られたシフトフォークについて、
シンクロ耐久試験を行ない、爪部の摩耗深さを調べた結
果を第５図に示す。なおこのシンクロ耐久試験は、車速
７０ＫＩｎ／Ｈにおいて２速ｏ３速の切替をレバー上の
シフト操作力１ＯＮｇ、潤滑油温度１００°Ｃにて２５
万回行なった。

なお比較のため、金属溶射層を形成せずに、母材爪部表
面に直接ナイロン１２の樹脂コーティング層を膜厚２．
Ｏｍで形成した比較材Ｍ、および母材爪部表面にＡｌ−
１７％３ｉ合金もしくはＡｌ−２４％Ｓ：合金溶射層を
厚み０．２ｓでプラズマ溶射により形成し、その上に樹
脂コーティング層を形成しなかった比較材Ｎ、０につい
ても、前記同様なシンクロ耐久試験を行なったので、そ
の結果を第５図中に併せて示す。

第５図から明らかなように、爪部にナイロンのコーティ
ングのみを行なった比較材Ｍではシンクロ耐久試験によ
る摩耗深さが１００伽、また過共晶Ａ！−３ｉ合金であ
るＡｆｉ−１７％３ｉ合金もしくはＡｌ−２４％３ｉ合
金の溶射のみを行なった比較材Ｎ、Ｏでは摩耗深さが１
７０１Ｊ／Ｒもしくは１５０ＩＪｍとそれぞれ著しく摩
耗した。これに対し本発明材へ〜Ｌでは摩耗深さが最大
でも５０伽以下でおり、比較材Ｍ、Ｎ、Ｏと比較して格
段に摩耗の進行を抑制し得たことが明らかである。

［実施例２］ 溶射層上に樹脂コーティング層を形成したことによる樹
脂コーティング図の密着性向上効果を、次のようにして
調べた。

すなわち実施例１における本発明材Ａ　（Ｍｏ溶溶射層
ナナイロン１２コーテイング但しＭ　Ｏ溶射はガス溶射
法）および本発明材８（／１−１７％Ｓｉ溶射層十ナイ
ロン１２コーティング；但しＡｉ’−１７％Ｓｉ溶射は
プラズマ溶射法）について、前記同様なシンクロ耐久試
験後の樹脂コーティング層の密着状況を調べた。また比
較のため、表面を高周波焼入れした５５５Ｃ炭素鋼から
なる母材を用い、その爪部に脱脂のみを行なってナイロ
ン１２をコーティングした比較材Ｐ、同じ母材の爪部に
脱脂処理後ブラスト処理（表面あらざＲＺ　３伽以下）
を施してからナイロン１２をコーティングした比較材Ｑ
、および同じ母材の爪部に脱脂処理を施した後、ルブラ
イト処理（化成皮脱脂処理）を施してからナイロン１２
をコーティングした比較材Ｒについて、前記同様なシン
クロ耐久試験を行ない、樹脂コーティング層の密着状況
を調べた。

その結果を第２表に示す。なお本発明材Ａ、Ｂの樹脂コ
ーティング前の溶射層の表面あらざはいずれもＲＺ１０
伽以下である。

第２表から、溶射層の上に樹脂コーティング層を形成す
ることによって、樹脂コーティング層の密着性が極めて
良好となり、樹脂コーティング層の剥離を防止できるこ
とが明らかである。そしてこのように樹脂コーティング
層の剥離を防止できる結果、樹脂コーティング層の機能
を長期間発揮させて前述のように優れた耐摩耗性を維持
できるのでおる。

発明の効果 この発明のシフトフォークは、その爪部表面に特定の種
類の金属から選ばれた溶射材からなる溶射層が形成され
、ざらにその溶射層の上に特定の種類の樹脂から選ばれ
た樹脂からなる樹脂コーティング層が形成されたもので
あって、爪部の摩耗に対し苛酷な使用条件下においても
爪部の摩耗を有効に防止することができ、したがってシ
フトフォークの耐用期間を従来よりも大幅に延長するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のシフトフォークにおける爪部の断面
を模式的に示す断面図、第２図はこの発明のシフトフォ
ークにおける爪部の使用時の状況を模式的に示す断面図
、第３図は爪部の樹脂コーティング層としてこの発明で
規定する樹脂以外の樹脂を用いた場合のシフトフォーク
の爪部の使用時の状況を模式的に示す断面図、第４図は
この発明のシフトフォークの爪部の各層の厚みを説明す
るための模式的な断面図、第５図は実施例１によるシン
クロ耐久試験の結果を示すグラフ、第６図は一般的なシ
フトフォークの一例を示す斜視図である。 ４・・・爪部、　１０・・・母材、　１１・・・溶射層
、　１２・・・樹脂コーティング層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ハブスリーブの溝部と摺動するシフトフォーク爪部の母
   材表面に、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｍ
   ｏのうちから選ばれた１種または２種以上の混合物から
   なる溶射層が形成され、さらにその溶射層の上に、ポリ
   アミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、
   ４弗化エチレン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂
   、ポリエーテルサルホン樹脂のうちから選ばれた１種ま
   たは２種以上からなる樹脂がコーティングされているこ
   とを特徴とするシフトフォーク。