JPH02129304A - 焼結シンクロナイザリングおよびその製造方法 - 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Ｊ この発明は、自動車等の手動変速機に付帯する同期装置
部品であるシンクロナイザリングおよびその製造方法に
関するものであり、特にトラックなど中高荷重用に使用
できる鉄系焼結合金で作られたシンクロナイザリングに
係わる。

［従来の技術１ シンクロナイザリングはトランスミッションの主要機能
部品の一つであり、シフトチェンジの際に各々回転数の
異なるアウトプットギヤとアウトプットシャフトの回転
を摩擦力をｆす用して同期させるのに用いられる同期装
置部品で、第２図に示すように歯６の片方の側端面２は
チャンファ形状をしている。

シンクロナイザリングは、スリーブ側のチャンファ付き
スプラインと噛み合う際、最初に両者のチャンファ部で
噛み合うため（インデックス状態という）、機械的強度
が高く耐摩耗性が要求される部品である。

従来のシンクロナイザリングは、溶製鋼合金を一部鍛造
または縁切削加工して作られたものが最も一般的であり
１乗用車から大型トラックまで使用されている。

しかし、材料歩留りが悪く他の材料に比べ地金コストが
高いこと、および特に大型トラックにおいてはエンジの
高馬力化に伴う負荷の増大、車両の長寿命化、シフトフ
ィーリングの改善要求などにより同期装置に対する性能
向上が要望されていることから、溶製鉄系材料を熱処理
または表面処理したものを採用している例も多い。

この場合も同様に塑性加工により造形されており、リン
グ状に加工した炭素量がＯ，１〜０．５重量％の溶製鋼
材を温間または冷間鍛造して作られる。

また、粉末冶金法による造形も採用されており、同様な
炭素鋼組成の通常の焼結製品と同様な方法で作ったもの
、または焼結合金をリング状または仕上がり形状に近似
した歯付き素材に成形し、熱間鍛造により部材全体を高
密度にする方法により作られ、材料歩留まり、造形性の
面で優れている。

［発明が解決しようとする課題］ 鉄系材料で作られたシンクロナイザリングにおいて、溶
製鋼材を鍛造したものは強度、耐摩耗性および材料費の
点で良好である半面、製造する際に材料の歩留りが悪い
、何段階かの塑性加工を要するため仕上がるまでの工程
数が多い、高い塑性加工圧力を必要とするため設備が高
価であり金型寿命が短い等、総コストが高額となってい
る。

一方、焼結鍛造法によれば、素材形状を適宜仕上がり形
状に近似させることが容易であるからその分だけ歩留り
が良いという特長があるが、その他は溶製鋼材を鍛造す
る場合とほぼ同様であり、また、特性においては、鍛造
後の部材表層部分は空孔が多くなる現象があり、チャン
ファの稜線近傍の密度が低くなることによってピッチン
グ摩耗を生じやすいという欠点があった。

上述のような状況に鑑み、本発明は鉄系材料で作られた
中高荷重用のシンクロナイザリングを対象とし、通常の
焼結製品を採用し、材料歩留まりが良く、安価で、かつ
、軽量で要部の耐摩耗性が優れた鉄系焼結シンクロナイ
ザリングおよびその製造方法を提供するすることを目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段］ 本発明はトランスミッション用焼結シンクロナイザリン
グであって、鉄系焼結合金からなり、ボス部外径と歯部
チャンファ稜線の交点を基点に歯部チャンファ稜線から
歯車内部側に角度１０〜３０度の範囲内の歯部内の空孔
率３％以下の緻密域と、他の歯部およびボス部の平均空
孔率が１０〜１５％である領域とからなることを特徴と
する。

本発明の製造方法は、鉄系金属粉末を主体とする混合粉
を押型で仕上り形状に近似した歯車形状に成形し、通常
用いられるアンモニア分解ガスなどの非酸化性ガス雰囲
気中で焼結したのち、冷間で所定形状にサイジングする
工程を含む通常の製造方法を採用し、このとき、成形体
の歯部チャンファ形状を、チャンファの歯元部より順次
歯先部のコイニング化が大きくなるように、歯部チャン
ファ稜線のボス付け根を基点とするサイジング後のチャ
ンファ稜線に対して角度１５〜４０度の範囲でチャンフ
ァ稜線を高く形成しておき、かつ全体密度を６．６〜７
．１ｇ／ｃｒｎ’とすることを特徴とする。この方法で
は、チャンファ部、特にその歯先側を積極的ににコイニ
ングすることにより、シンクロナイザリングは歯部のチ
ャンファ稜線からその稜線のボス付け根を基点に角度１
０〜３０度の範囲内のチャンファ歯部内空孔率が３％以
下（密度に換算して約７．６　ｇ　／　ｃ　ｒｔ１以上
）となる。

［作用］ 本発明に係わる焼結シンクロナイザリングの材質は、高
負荷用を目標としたものであり、鉄系である０通常のＦ
　ｅ　−Ｃｕ　−Ｃ系や、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｎｉ、
Ｃｏ等を適宜添加して強靭化された材料が望ましい。

なお、このシンクロナイザリングを使用する場合は、全
体または歯部だけを熱処理するか、または軟窒化処理等
の表面処理を施すことは従来と同様である。

次に、サイジング前のチャンファ稜線を高（形成するこ
とにより、チャンファ部は他の部分よりコイニング代が
大きくなり、密度が高くなることを説明する。

第１図は第２図の焼結のシンクロナイザリングの部分断
面図である。

歯部６のチャンファ２のサイジング前の稜線３のボス付
け根部を基点とするサイジング後のチャンファ稜線４に
対する角度θ（以下コイニング角と言う）が１５度より
少ないと、チャンファ部の高密度領域が少なくなり耐摩
耗性が不十分になる。コイニング角θを４０度より大き
く形成すると、粉末成形の際に稜線３の先端部分が低密
度になり欠けを生じ易くなり、また、歯部全体が高密度
化する傾向になるにつれ、コイニング時に高い圧力を必
要とじ押型が破損する虞が増加するので好ましくない。

高密度化した部分以外の歯部およびボス部の平均密度は
５通常の粉末成形および焼結で得られる６、６〜７．１
ｇ／ｃｒｎ’である。焼結後の゛空孔率に換算すると約
ｌＯ〜１５％に相当する。この密度が低過ぎるとシンク
ロナイザリングとして強度不足であり、高すぎると成形
が困難であると共に重量が重くなって材料が無駄となり
、コストアップにつながる。また、適度な空孔は潤滑油
を充填することができ、摺動摩擦を軽減する。

焼結体をチャンファを形成させる歯形を持つグイキャビ
ティに、チャンファ部を下にして挿入し加圧すると、焼
結体は歯先チャンファ稜線部から順に塑性変形する。仕
上がりチャンファ形状になると、焼結体のチャンファ角
度と全体密度に相応してチャンファ部の近傍の密度は上
昇する。

この密度が高い領域は、チャンファ稜線部の歯筋方向断
面を顕微鏡組織で観察した空孔率で表すことができ、特
性に影響する。空孔率３％以下の部分が、チャンファ稜
線のボス付け根を基点としてチャンファ稜線４と緻密領
域＄１５とのなす角度α（以下この角度を緻密領域角と
いう）が１０度に満たないと、シンクロナイザリングを
使用したとき、へたり摩耗またはピッチング摩耗が起こ
り易く、また、剪断応力が増加するとチャンファ部が破
断することがある。

一方、緻密領域角αが３０度を越えると、特にシンクロ
ナイザリングの全体密度を高めに設定した場合に、歯部
全体の密度が過度に上昇するため、加圧力が急上昇し押
型の摩耗を早めその破損の虞が増加する。

〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明を実施例により詳細に説明
する。

まず、アトマイズ鉄粉、フェロモリブデン扮、カーボニ
ルニッケル粉、電解銅粉、黒鉛粉およびステアリン酸亜
鉛扮を準備し、焼結体の組成が４％Ｎｉ−１，５％Ｃｕ
　−０，５％Ｍ　ｏ　−０，６％Ｃ−残りＦｅ、になる
ように混合粉を作成した。

成形は通常の押型を用い、成形体の形状は、第２図に示
すような仕上がり形状に近似しており、内径寸法７７ｍ
ｍ１．全長寸法１５ｍｍ、ボス部外縁９７ｍｍ、歯先径
寸法１０１ｍｍ、でチャンファ付きである。

成形体のチャンファ形状は、第１図に示すコイニングθ
を１０＠　２０’　　３０’　　４０”の４種類とし、
全体密度を６．６ｇ／ｃｒｎ’、６．９ｇ／ｃｒｎ’、
および７．１ｇ／ｃｒｒ？とじて組み合わせ、都合１２
種類の成形体を作成した。

次いで、この成形体をブタン変成ガス中、温度１１５０
℃で焼結し、サイジング試料に供した。

サイジング方法は、第３図に示す押型で行った。第３図
（ａ）は、焼結体９をダイ１０のキャビティに挿入した
状態を示し、第３図（ｂ）はバンチ１１．１２による圧
縮完了の状態を示している。なお、密度が高くなってサ
イジング圧力が急上昇したものは、加圧を途中で中断し
た。

第１表は所定寸法にサイジングした後の歯部だけを切断
して取り出し、その密度を測定した結果を示す、また、
第４図は、歯部をチャンファの稜線から加圧方向に切断
した面を顕微鏡で観察して画像解析し、空孔の面積比が
３％以下の領域を求め、その領域を緻密領域角α（第１
図参照）で表わしたものである。

なお、素材の全体密度が７．１ｇ／ｃｒｒ？でコイニン
グ角θが４０度の試料は、サイジングの途中で加圧力が
急上昇したので測定試料にしなかった。

当然のことではあるが、素材の全体密度とコイニング角
との組合わせによって成形後の比重が材料の真比重以上
となるような条件（素材の全体密度とコイニング角の組
合わせ）は本発明から除外される。

第１表のように、コイニング角０を大きくしコイニング
量が増えると南部の密度は上昇する。

また、第４図から分かるように、コイニング角θが大き
いほど緻密領域角αが増大し、素材密度が高いほど緻密
領域角αが大きくなりやすい。

次に、緻密領域角αが７度（比較例）、１２度（実施例
）ｉ３よび３１度（実施例）の試料の内径および端面を
所定形状に切削加工し、浸炭焼き入れおよび焼き戻しし
、トランスミッションに組込んで台上試験をした。

比較材は焼結鍜造品であり、組成が同一の焼結体を加熱
したのち鍛造し、同様に所定形状に加工して熱処理した
ものである。

これら試料の性状を第２表に示す。

台上試験は、モータによりプロペラシャフトを介して、
リヤ側からトランスミッションに入力され、トルク変動
を防ぐためフライホイールを組み込んで行った。シフト
操作はリンクを介してレバーにて行うが、エアシリンダ
により自動操作される構造をしている。耐久性能は、目
標とするシフト回数終了後、シンクロナイザリングの摩
耗および精度等を調査して評価した。

その結果、試料ｌ　（比較例）が最も摩耗変形か太き（
、ついで比較材で、試料２ｉ５よび試料３（実施例）は
摩耗が少なかった。この傾向は、チャンファ部の緻密性
とその深さに関係していると考えられ、比較材のように
全体密度が高くても表面層に空孔が多いと摩耗している
。また、試料ｌのように緻密層が薄い場合は、その下層
で面圧による剪断現象を起こしピッチング摩耗し易く、
大きな摩耗量になっていると考察される。

従ってチャンファ部の緻密領域角αは１０度以上は必要
で、そのためには、コイニング角θは１５度以上が必要
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のシンクロナイザリングは、
通常の粉末冶金法を採用し、これに改良された造形手段
を付加することにより、要部を緻密化させ他の部分を比
較的に低い密度に構成したものであるから、従来品より
重量が１０〜１５％軽く、しかも耐久性が優れていると
共に、製造コストが低いという特徴があり、中高負荷用
トランスミッションの要求に合致するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法を説明するシンクロナイザリ
ングの部分断面図、第２図は一例のシンクロナイザリン
グの斜視図、第３図はサイジング方法を説明するダイの
要部断面図、第４図はコイニング角θと緻密領域角αの
関係を表わすグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　鉄系焼結合金からなり、ボス部外径と歯部チャンフ
   ァ稜線の交点を基点に歯部チャン ファ稜線から歯車内部側に角度１０〜３０度の範囲内の
   歯部内の空孔率３％以下の緻密領域と、他の歯部および
   ボス部の平均空孔率が１０〜１５％である領域とからな
   ることを特徴とするトランスミッション用焼結シンクロ
   ナイザリング。 ２　鉄系金属粉末を主体とする混合粉を押型で仕上り形
   状に近似した歯車形状に成形するに際し、成形体の歯部
   チャンファ稜線をサイジング後のチャンファ稜線に対し
   て稜線のボス付け根を基点に角度１５〜４０度になるよ
   うチャンファ丈を歯先に向かって順次高く形成するとと
   もに成形体の全体密度を６．６〜７．１ｇ／ｃｍ＾３と
   し、この成形体を非酸化性ガス雰囲気で焼結した後、冷
   間でチャンファ部を コイニングし所定歯車形状にサイジングすることを特徴
   とする焼結シンクロナイザリングの製造方法。