KR101167712B1

KR101167712B1 - 싱크로나이저 링

Info

Publication number: KR101167712B1
Application number: KR1020057023593A
Authority: KR
Inventors: 다카시 나카마루; 사토시 다카무라; 구니오 나카시마; 와타루 야고; 겐이치 이치다; 아츠시 야스카와; 시게유키 아부라타니
Original assignee: 쥬에츠 고킨 츄코 가부시키가이샤; 오일레스고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2012-07-23
Also published as: JP4803294B2; BRPI0411133A; EP1632688B1; EP1632688A4; JP2010007863A; US20060121235A1; JP4449902B2; US7361395B2; EP1632688A1; CN1802518B; KR20060023548A; CN1802518A; WO2004111479A1; JPWO2004111479A1

Abstract

싱크로나이저 링(1)은, 원환형 링 본체(2)와 그 링 본체(2)의 원통형 내주면(3)에 일체로 접합된 마찰재(4)와 그 마찰재(4)의 내면에 형성된 원추면(5)과 그 마찰재(4)의 원추면(5)에 형성된 복수개의 환형 홈(6)을 구비하고 있다.

Description

싱크로나이저 링{Synchronizer ring}

본 발명은, 자동차의 수동식 변속기에 사용되는 싱크로나이저 링에 관한 것이다.

싱크로나이저 링은, 자동차의 변속기에 조립되어 변속기의 기어 절환 작동시에 절환 맞물림되는 2개의 기어끼리 원활하게 맞물릴 수 있도록 2개의 기어를 동기 회전시키는 링형의 부재이다. 그리고 싱크로나이저 링에는, (1) 상대 부재인 테이퍼부에 마찰 결합되어 2개의 기어를 동기시키기 위해 상대 부재에 대한 동마찰계수(動摩擦係數)가 클 것, (2) 상대 부재와의 슬라이딩에 있어서, 내마모성을 가질 것 등의 특성이 요구되고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공보 평7-107182호 공보

특허문헌 2: 일본 특허공보 소47-24053호 공보

종래, 싱크로나이저 링으로서는, Cu-Zn계의 고력(高力) 황동제의 싱크로나이저 링(상기 특허문헌 1 참조)이나 Cu-A1계의 알루미늄 청동제의 싱크로나이저 링이 많이 사용되고 있는데, 최근 자동차 등의 고출력, 고토크화의 경향에 따라 시프트시에 싱크로나이저 링에 과대한 부하가 걸리게 되므로 Cu계의 싱크로나이저 링은, 동마찰계수가 작아 상기 특성 (1)을 만족시킬 수 없다는 문제, 또 철계 링의 테이 퍼면에 몰리브덴(Mo)을 용사(溶射)한 싱크로나이저 링에서도, 상기 특성 (1)을 만족시킬 수 없다는 문제를 가지고 있다.

상기 Cu계 싱크로나이저 링의 문제점을 해결하는 것으로서, 금속제 링의 테이퍼면에 섬유질을 주재료로 하는 마찰재를 라이닝한 싱크로나이저 링이 제안되어 있다(상기 특허문헌 2 참조). 그러나 이 특허문헌 2에 기재된 싱크로나이저 링은, 초기의 마찰계수가 매우 높고, 또 시프트 횟수의 반복에 의해 마찰계수가 급격하게 저하되어 역시 상기 특성 (1)을 만족시킬 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 마찰 마모 특성이 우수하고 상기 특성 (1) 및 (2)를 구비한 싱크로나이저 링을 제공하는 데 있다.

본 발명의 싱크로나이저 링은, 원환(圓環)형의 링 본체를 가지고 있으며, 그 링 본체의 내주면 및 외주면 중 적어도 한쪽에는 마찰재가 일체로 접합되어 있으며, 그 마찰재는 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말 40～70중량%를 분산 함유한 페놀수지를 포함하고 있다.

본 발명의 싱크로나이저 링에 의하면, 링 본체의 내주면 및 외주면 중 적어도 한쪽에 일체로 접합된 마찰재는, 페놀수지와 그 페놀수지 중에 40-70중량%의 비율로 분산 함유된 미네랄 성분을 포함한 다공질 탄소분말을 가지며, 마찰재의 표면은 그 다공질 탄소분말이 표면으로 노출되어 다공질화되어 있기 때문에 상대 부재와 기름 중에서 마찰 접촉했을 때 마찰 계면에 유막이 잘 형성되지 않으며 동마찰계수를 크게 할 수 있다.

본 발명에서, 원환형의 링 본체는 철 또는 철결합금, 구리합금 등의 비철합금 또는 그들의 소결합금으로 형성되어 있으면 좋다.

본 발명에서는, 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말은, 탄소 성분 65～75중량%와 미네랄 성분 5～10중량%와 산소 15～30중량%를 함유하고 있으면 좋다.

이 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말은, 그 다공질 탄소분말 중에 함유된 미네랄 성분(Na, Mg, P, K)이 기름 중에서의 상대 부재와의 접촉시에 마찰 계면에 개재됨으로써 마찰재의 내마모성 향상에 기여한다. 이 미네랄 성분에 의한 효과는 상세하지 않지만, 그 다공질 탄소분말 중의 탄소 성분은 전혀 흑연화되어 있지 않으며 통상의 흑연(그래파이트)과 같은 저마찰성이 없음에도 불구하고 상기 효과가 발휘됨에 따라, 미네랄 성분은 기름과의 접촉에 의해 탄소 성분과 상대 부재와의 마찰 계면에서의 직접적인 접촉을 막는 작용을 발휘하고 있는 것으로 추정된다.

페놀수지는, 본 발명에서는 노볼락형 페놀수지, 에폭시 변성 페놀수지 및 멜라민 변성 페놀수지의 1종 또는 2 종 이상으로 이루어지면 좋다.

페놀수지는, 그 수지 중에 분산 함유되는 다공질 탄소분말끼리 접합함과 동시에 마찰재를 링 본체의 내주면 및 외주면 중 적어도 한쪽에 접합하는 접합제의 역할을 수행하는 것이다. 특히 노볼락형 페놀수지는, 마찰재를 제조할 때의 성형성을 용이하게 하므로 바람직한 것이다. 또 마찰재 중에 차지하는 페놀수지량의 많고 적음은, 마찰재의 기름 중에서의 팽윤(澎潤)에 영향을 미치기 때문에 충분한 주의를 필요로 한다. 본 발명에서는 마찰재 중에 차지하는 페놀수지량이 30～60중량%가 적당하다는 것을 확인했다.

본 발명의 싱크로나이저 링에서, 마찰재는 또한 무기(無機) 휘스커(whisker) 및/또는 다공질 세라믹, 즉 무기 휘스커 및 다공질 세라믹 중 적어도 한쪽을 5～30중량%의 비율로 함유하고 있어도 좋고, 무기 휘스커는 황산칼슘 휘스커, 티탄산칼륨 휘스커,산화아연 휘스커, 황산마그네슘 휘스커, 붕산알루미늄 휘스커, 규산칼슘 휘스커 및 산화티타늄 휘스커에서 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지면 좋다.

이러한 무기 휘스커는, 상기 페놀수지 및 다공질 탄소분말에 배합됨으로써 마찰재의 내마모성을 현저하게 향상시키는 역할을 수행한다. 무기 휘스커의 섬유 길이는 1O～1OO㎛이고, 마찰재 중에 균일하게 분산되도록 하기 위해서는 그 섬유 길이는 50㎛ 전후인 것이 바람직하다.

또 다공질 세라믹은, 활성 알루미나 및 활성 마그네시아 중 적어도 하나가 선택되면 된다. 이 다공질 세라믹은 상기 페놀수지 및 다공질 탄소분말에 배합됨으로써 또는 페놀수지, 다공질 탄소분말 및 무기 휘스커에 배합됨으로써 마찰재의 내마모성을 현저하게 향상시키는 역할을 수행한다. 다공질 세라믹은 평균 입자직경은 대체로 0.5～10㎛ 정도인 것이 바람직하다.

그리고 이들 무기 휘스커 및/또는 다공질 세라믹의 배합량은, 바람직하게는 5-30중량%, 보다 바람직하게는 10-20중량%이다. 배합량이 5중량%보다 적으면 마찰재의 내마모성 향상에 바람직한 효과가 발휘되지 않으며, 또 30중량%를 초과하여 배합하면, 마찰재의 표면으로 노출되는 비율이 많아져 마찰재 중의 다공질 탄소분말의 내마모성 효과를 감소시킬 뿐 아니라 상대 부재를 손상시킨다는 결점이 나타난다.

도 1은 본 발명의 싱크로나이저 링의 일례를 나타내는 종단면도이다.

도 2는 본 발명의 싱크로나이저 링의 다른 예를 나타내는 종단면도이다.

도 3은 본 발명의 싱크로나이저 링의 다른 예를 나타내는 종단면도이다.

도 4는 본 발명의 싱크로나이저 링의 다른 예를 나타내는 종단면도이다.

도 5는 본 발명의 싱크로나이저 링의 다른 예를 나타내는 일부 종단면도이다.

도 6은 본 발명의 싱크로나이저 링의 다른 예를 나타내는 일부 종단면도이다.

도 7은 본 발명의 싱크로나이저 링의 다른 예를 나타내는 일부 종단면도이다.

도 8은 본 발명의 싱크로나이저 링의 다른 예를 나타내는 일부 종단면도이다.

도 9는 시험장치를 나타내는 설명도이다.

도 10은 팽윤량의 측정방법을 나타내는 설명도이다.

[부호의 설명]

1 싱크로나이저 링

2 링 본체

3 원통 내주면

4 마찰재

5 원추면

6 환형 홈

7 세로홈

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말에 대해서 설명하기로 한다.

<다공질 탄소입자의 제조방법>

(1) 쌀겨나 밀기울 등의 곡물찌꺼기를 탈지하여 입도(粒度)를 조정한 곡물찌꺼기를 준비하는 공정과, (2) 입도를 조정한 곡물찌꺼기에 열경화성 합성수지로서 페놀수지 및 적당량의 풀이 들어간 수용액 또는 물을 더하여 혼련시킨 후 소정 입도로 조립(造粒)하는 공정과, (3) 이 조립한 조립물을 불활성 가스 분위기 또는 진공 중에서 900～1100℃의 온도에서 탄화 소성하는 공정으로 이루어지며, 이들 (1)～(3)의 공정을 거쳐 다공질 탄소분말(입자)이 제조된다.

상기 제조방법에 의해 얻어진 다공질 탄소분말은, 탄소 성분 65～75중량%와 미네랄 성분 5～10중량%와 산소 15～30중량%를 포함하는 것으로서, 그 다공질 탄소분말의 경도는, 대략 440Hv(비커스 경도)이다. 그리고 이 다공질 탄소분말의 구체 예로서, 예를 들면 삼화유지(三和油脂) 주식회사에서 시판되고 있는 「분말RBC」는 적합한 것이라 할 수 있다.

페놀수지는, 그 수지 중에 분산 함유되는 다공질 탄소입자끼리 접합하는 역할과, 마찰재를 링 본체의 내주면 및 외주면 중 적어도 한쪽에 접합하는 접합제의 역할을 수행하는 것으로서, 노볼락형 페놀수지, 에폭시 변성 페놀수지 및 멜라민 변성 페놀수지 중 1종 또는 2종 이상으로 선택되면 좋다. 특히 노볼락형 페놀수지는 마찰재를 제조할 때의 성형성을 용이하게 하기 때문에 바람직한 것이다. 또 마찰재 중에 차지하는 페놀수지량의 많고 적음은, 마찰재의 기름 중에서의 팽윤에 영향을 미치는 것이므로 충분한 주의를 필요로 한다. 본 발명에서는 마찰재 중에 차지하는 페놀수지량이 30～60중량%가 적당하다는 것을 확인했다.

본 발명의 싱크로나이저 링에는, 상기 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말 및 페놀수지에, 또한 내마모성의 향상을 목적으로 하여, 소정량의 무기 휘스커및/또는 다공질 세라믹을 배합한 마찰재를 사용할 수 있다. 무기 휘스커는, 황산칼슘 휘스커, 티탄산칼륨 휘스커, 산화아연 휘스커, 황산마그네슘 휘스커, 붕산알루미늄 휘스커, 규산칼슘 휘스커 및 산화티타늄 휘스커의 1종 또는 2 종 이상으로 선택되면 좋다. 또 다공질 세라믹은, 활성 알루미나 및 활성 마그네시아 중 적어도 한쪽이 선택되면 좋다. 무기 휘스커 및/또는 다공질 세라믹의 배합량은, 바람직하게는 5～30중량%, 보다 바람직하게는 10～20중량%이다. 배합량이 5중량%보다 적으면 마찰재의 내마모성 향상에 바람직한 효과가 발휘되지 않으며, 또 30중량%를 초과하여 배합하면, 마찰재의 표면으로 노출되는 비율이 많아져 마찰재 중의 다공질 탄소입자의 내마모성 효과를 감소시킬 뿐만 아니라 상대 부재를 손상시킨다는 결점이 나타난다.

상기 성분 조성으로 이루어진 마찰재는, 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말과 페놀수지를, 혹은 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말과 페놀수지와 무기 휘스커를 각각 소정량의 비율로 배합하고, 이들을 헨셸믹서 등의 혼합기에 투입하여 통상의 혼합 방법으로 균일한 혼합물로서 제작된다.

다음으로, 이 혼합물을 사용한 싱크로나이저 링의 제조방법에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

<제1제조방법>

소정량의 비율로 배합한 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말과 페놀수지와의 혼합물 또는 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말과 페놀수지와 무기 휘스커 및/또는 다공질 세라믹의 혼합물을 금형 안에 충전하고, 180～300℃의 온도에서 압축 성형하여 상기 혼합물로 이루어진 원통형의 마찰재를 제작한다. 이 마찰재를, 철 또는 철합금, 비철합금 또는 그들의 소결합금으로 이루어진 링 본체의 원통형 내주면에 접착제를 사용하여 일체적으로 접합하고, 이어서 마찰재의 원통 내면을 기계 가공에 의해 원추면으로 형성하고, 링 본체의 내주면에 마찰재를 일체로 접합한 싱크로나이저 링을 제작한다. 이와 같이 제작된 싱크로나이저 링에 있어서, 마찰재의 원추면에 환형 홈을 필요로 하는 경우에는 그 마찰재의 원추면에 기계 가공을 하여 적절히 환형 홈을 형성하면 좋다.

도 1은, 상기 제1제조방법에 의해 제작된 싱크로나이저 링을 도시한 것으로 서, 싱크로나이저 링(1)은, 원환형의 링 본체(2)와 그 링 본체(2)의 원통형 내주면(3)에 일체로 접합된 마찰재(4)와 그 마찰재(4)의 내면에 형성된 원추면(5)과 그 마찰재(4)의 원추면(5)에 형성된 복수개의 환형 홈(6)을 구비하고 있다.

또 상기 제1제조방법에 있어서, 혼합물을 금형 안에 충전하고, 180～300℃의 온도로 압축 성형하여 외면에 원통면을 가지고, 내면에 원추면을 가짐과 동시에 길이방향으로 관통하는 복수개의 긴 홈을 가진 상기 혼합물로 이루어진 마찰재를 제작하고, 이 마찰재를 링 본체의 원통형 내주면에 접착제를 사용하여 일체적으로 접합해도 싱크로나이저 링을 제작할 수 있다. 이 방법에 의해 제작된 싱크로나이저 링은,상기 제조방법에 비해, 마찰재의 원통 내면을 기계 가공에 의해 원추면에 형성하는 공정을 생략할 수 있다. 그리고 마찰재의 원추면에 긴 홈에 덧붙여 환형 홈을 필요로 하는 경우에는, 그 마찰재의 원추면에 기계 가공을 하여 적당한 환형 홈을 형성하면 된다. 도 2는 이 제조방법에 의해 제작된 싱크로나이저 링을 도시한 것으로서, 싱크로나이저 링(1)은, 원환형 링 본체(2)와 그 링 본체(2)의 원통형 내주면(3)에 일체로 접합된 마찰재(4)와 그 마찰재(4)의 내면에 형성된 원추면(5)과 그 원추면(5)에 형성된 복수개의 세로홈(7)을 구비하고 있다.

또한 상기 제1제조방법에서, 혼합물을 금형 안에 충전하고, 180～300℃의 온도에서 압축 성형하여 내면 및 외면에 원추면을 가짐과 동시에 내면의 원추면에 길이방향으로 관통하는 복수개의 긴 홈을 가진 상기 혼합물로 이루어진 마찰재를 제작하고, 이 마찰재를 링 본체의 원추형의 내주면에 접착제를 사용하여 일체적으로 접합해도 싱크로나이저 링을 제작할 수 있다. 이 방법에 의해 제작된 싱크로나이저 링에서도 마찰재의 내면의 원추면에 환형 홈을 필요로 하는 경우에는, 그 마찰재 내면의 원추면에 기계 가공을 하여 적절한 환형 홈을 형성하면 된다. 도 3은 이 제조방법에 의해 제작된 싱크로나이저 링을 도시한 것으로서, 싱크로나이저 링(1)은 원환형 링 본체(2)와 그 링 본체(2)의 원추형 내주면(8)에 일체로 접합된 마찰재(4)와 그 마찰재(4) 내면의 원추면(5)과 그 원추면(5)에 형성된 복수개의 세로홈(7)을 구비하고 있다.

또 도 4는, 도 3에 도시한 싱크로나이저 링(1)의 마찰재(4) 내면의 원추면(5)에 복수개의 환형 홈을 더 형성한 싱크로나이저 링(1)을 도시한 것으로서, 싱크로나이저 링(1)은, 원환형의 링 본체(2)와 그 링 본체(2)의 원추형 내주면(8)에 일체로 접합된 마찰재(4)와 그 마찰재(4) 내면의 원추면(5)과 그 원추면(5)에 형성된 복수개의 세로홈(7)과 그 원추면(5)에 형성된 복수개의 환형 홈(6)을 구비하고 있다.

<제2제조방법>

성형 금형 안에 상기와 같은 링 본체를 배치하고, 이 링 본체의 원통형 외주면에 상기와 같은 혼합물을 충전하고, 180～300℃의 온도에서 압축 성형하여 링 본체의 외주면에, 외면에 원추면을 가짐과 동시에 길이방향으로 관통하는 복수개의 긴 홈을 가진 마찰재를 일체적으로 접합하고, 링 본체의 외주면에 마찰재를 일체로 접합한 싱크로나이저 링을 제작한다. 이 방법에 의해 제작된 싱크로나이저 링에서도, 마찰재의 원추면에 환형 홈을 필요로 하는 경우에는 그 마찰재의 원추면에 기계 가공을 하여 적당한 환형 홈을 형성하면 된다.

상기 제2제조방법에 있어서, 성형 금형 안에 내주면 및 외주면 중 적어도 한쪽을 원추형으로 형성한 링 본체를 배치하고, 이 링 본체의 원추형으로 형성한 내주면 및 외주면 중 적어도 한쪽에 혼합물을 충전하고, 180～300℃의 온도에서 압축 성형하여 링 본체의 원추형으로 형성한 내주면 및 외주면 중 적어도 한쪽에 길이방향으로 관통하는 복수개의 긴 홈을 가진 마찰재를 일체적으로 접합하고, 링 본체의 원추형으로 형성한 내주면 및 외주면 중 적어도 한쪽에 마찰재를 일체로 접합한 싱크로나이저 링을 제작해도 좋다. 이 방법에 의해 제작된 싱크로나이저 링에 있어서도, 마찰재의 원추면에 환형 홈을 필요로 하는 경우에는, 그 마찰재의 원추면에 기계 가공을 하여 적당한 환형 홈을 형성하면 된다. 도 5는 이 제조방법에 의해 제작된 싱크로나이저 링을 도시한 것으로서, 싱크로나이저 링(1)은, 원통형 내주면(3)을 가지고, 원추형 외주면(9)를 가진 링 본체(2)와 그 링 본체(2)의 원추형 외주면(9)에 일체로 접합됨과 동시에 원추면(11)을 가진 마찰재(4)와 그 마찰재(4)의 원추면(11)에 길이방향으로 관통하여 형성된 복수개의 세로홈(12)을 구비하고 있다.

또 도 6은, 도 5에 도시한 싱크로나이저 링(1)의 마찰재(4)의 원추면(11)에 복수개의 환형 홈(13)을 더 형성한 싱크로나이저 링(1)을 도시한 것으로서, 싱크로나이저 링(1)은 원통형의 내주면(3)을 가지고, 원추형의 외주면(9)을 가진 링 본체(2)와 그 링 본체(2)의 원추형 외주면(9)에 일체로 접합되어 있음과 동시에 외면에 원추면(11)을 가진 마찰재(4)와 그 마찰재(4)의 원추면(11)에 길이방향으로 관통하여 형성된 복수개의 세로홈(12)과 그 마찰재(4)의 원추면(11)에 형성된 복수개의 환형 홈(13)을 구비하고 있다.

도 7은, 상기 제2제조방법에 의해 제작된 싱크로나이저를 도시한 것으로서, 도 7에 도시한 싱크로나이저 링(1)은, 원추형의 내주면(8) 및 원추형의 외주면(9)을 가진 링 본체(2)와 그 링 본체(2)의 원추형의 내주면(8) 및 원추형의 외주면(9)에 일체적으로 접합된 마찰재(4),(4)와 그 마찰재(4),(4)에 형성된 길이방향으로 관통하여 길게 뻗은 복수개의 세로홈(7),(12)을 구비하고 있다. 도 8은, 도 7에 도시한 싱크로나이저 링(1)의 원추형의 내주면(8) 및 원추형의 외주면(9)에 일체로 접합된 마찰재(4),(4)에 복수개의 환형 홈(6),(13)을 더 형성한 싱크로나이저 링(1)을 도시한 것으로서, 싱크로나이저 링(1)은, 원추형의 내주면(8) 및 원추형의 외주면(9)을 가진 링 본체(2)와 그 링 본체(2)의 원추형의 내주면(8) 및 원추형의 외주면(9)에 일체적으로 접합된 마찰재(4),(4)와 그 마찰재(4),(4)에 형성된 길이방향으로 관통하는 복수개의 세로홈(7),(12)과 그 마찰재(4),(4)에 형성된 복수개의 환형 홈(6),(13)을 구비하고 있다.

<제3제조방법>

상기 제2제조방법에 있어서, 링 본체의 원통형의 외주면 또는 링 본체의 원추형의 내주면(8) 및 원추형의 외주면(9) 중 적어도 한쪽에 압축 성형에 의해 상기 혼합물로 이루어진 마찰재를 일체적으로 접합하는 대신에, 상기 혼합물을 링 본체의 원통형의 외주면 또는 링 본체의 원추형의 내주면(8) 및 원추형의 외주면(9) 중 적어도 한쪽에 사출성형에 의해 상기 혼합물로 이루어진 마찰재를 일체적으로 접합하여 싱크로나이저 링을 제작한다. 이 방법에 의해 제작된 싱크로나이저 링에 있어서도, 마찰재의 원추면에 환형 홈을 필요로 하는 경우에는, 그 마찰재의 원추면에 기계 가공을 하여 적절히 환형 홈을 형성하면 된다.

상기 어느 한 제조방법에 의해 제작된 싱크로나이저 링은, 링 본체의 내주면 또는 내주면 및 외주면에 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말과 페놀수지의 혼합물 또는 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말과 페놀수지와 무기 휘스커 및/또는 다공질 세라믹의 혼합물로 이루어진 마찰재가 일체적으로 접합되어 있기 때문에 상대 부재와의 마찰 슬라이딩에 있어서, 상기 (1) 상대 부재인 테이퍼부에 마찰 결합하여 2개의 기어를 동기시키기 위해 상대 부재에 대한 동마찰계수가 크고, (2) 상대 부재와의 슬라이딩에 있어서 내마모성을 가지는 등의 특성이 발휘된다.

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 실시예에 전혀 한정되지 않는다.

실시예 1～3

탄소 성분 72.8중량%, 산소 19.8중량%, 미네랄 성분 7.4중량%(Na:1.9중량%, Mg:0.8중량%, P:2.8중량%, K:1.9중량%)를 함유하는 평균 입자직경 150㎛의 다공질 탄소분말을 준비하고, 이 다공질 탄소분말 50～70중량%와 노볼락형 페놀수지 30～50중량%를 헨셸믹서에 투입하고 5분간 혼합하여 혼합물을 얻었다.

구리합금제의 링 본체를 준비하고, 그 링 본체를 미리 성형 금형 안에 배치하고, 링 본체의 내면에 상기 혼합물을 충전했다. 이어서 300℃의 온도로 가열하고 압축 성형하여 링 본체의 내면에 마찰재를 일체적으로 접합했다. 성형 후, 금형에서 꺼내어 마찰재의 내면을 원추면으로 기계 가공함과 동시에 그 마찰재의 원추면 에 기계 가공에 의해 환형 홈을 형성했다. 이와 같이 하여 링 본체의 내면에 마찰재를 일체적으로 접합한 싱크로나이저 링을 제작했다.

실시예 4～9

상기 실시예와 동일한 다공질 탄소분말을 준비했다. 내마모성 향상제로서의 무기 휘스커로서, 섬유 길이가 50㎛인 황산칼슘 휘스커, 티탄산칼륨 휘스커 및 붕산알루미늄 휘스커를 준비했다. 다공질 탄소분말 50중량%와 무기 휘스커 0～20중량%와 노볼락형 페놀수지 30～40중량%를 헨셸믹서에 투입하고, 5분간 혼합하여 혼합물을 얻었다. 이하 상기 실시예와 동일한 방법으로, 링 본체의 내면에 마찰재를 일체적으로 접합한 싱크로나이저 링을 제작했다.

실시예 10～12

상기 실시예와 동일한 다공질 탄소분말을 준비했다. 내마모성 향상제로서의 다공질 세라믹으로서 평균 입자직경 0.5㎛의 활성 알루미나를, 무기 휘스커로서 섬유 길이가 50㎛인 티탄산칼륨 휘스커를 각각 준비했다. 다공질 탄소분말 50～60중량%, 활성 알루미나 10～20중량% 및 노볼락형 페놀수지 30중량%를 헨셸믹서에 투입하고 5분간 혼합하여 얻은 혼합물과, 다공질 탄소분말 50중량%, 활성 알루미나 10중량%, 티탄산칼륨 휘스커 10중량% 및 노볼락형 페놀수지 30중량%를 헨셸믹서에 투입하고 5분간 혼합하여 얻은 혼합물을 각각 준비했다. 이하 상기 실시예와 동일한 방법으로 링 본체의 내주면에 마찰재를 일체적으로 접합한 싱크로나이저 링을 제작했다.

비교예 1

탄소섬유 40중량%, 규산칼슘 분말 20중량%, 황동분말 10중량% 및 노볼락형 페놀수지 30중량%를 헨셸믹서에 투입하고, 5분간 혼합하여 혼합물을 얻었다. 이하 상기 실시예와 동일한 방법으로 링 본체의 내면에 마찰재를 일체적으로 접합한 싱크로나이저 링을 제작했다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일한 다공질 탄소분말을 준비했다. 이 다공질 탄소분말 30중량%와 노볼락형 페놀수지 70중량%를 헨셸믹서에 투입하고, 5분간 혼합하여 혼합물을 얻었다. 이하 상기 실시예와 동일한 방법으로 링 본체의 내면에 마찰재를 일체적으로 접합한 싱크로나이저 링을 제작했다.

비교예 3

상기 실시예 1과 동일한 다공질 탄소분말을 준비했다. 이 다공질 탄소분말 80중량%와 노볼락형 페놀수지 20중량%를 헨셸믹서에 투입하고, 5분간 혼합하여 혼합물을 얻었다. 이하 상기 실시예와 동일한 방법으로 링 본체의 내면에 마찰재를 일체적으로 접합한 싱크로나이저 링을 제작했다.

비교예 4

내면에 원추면을 갖춘 황동(Zn 30중량%, A1 4.5중량%, Ni 2.0중량%, Fe 1.0중량%,Ti 0.8중량%, Nb 0.2중량%, 나머지 구리(銅))제의 싱크로나이저 링을 제작했다.

다음으로 상술한 각 실시예로 이루어진 싱크로나이저 링 및 각 비교예로 이루어진 싱크로나이저 링에 대해서, 도 9에 도시한 시험장치를 사용하여, 싱크로나 이저 링의 마찰 마모 특성을 시험한 결과를 설명하기로 한다. 도 9에서, 부호 1은 싱크로나이저 링, 15는 테이퍼콘, 16 및 17은 테이퍼콘 설치 지그, 18 및 19는 싱크로나이저 링 누름 지그이다.

<연속 회전 시험>

<시험 조건>

회전수 1500rpm

누름 하중 60kgf(면압(面壓) 8.83MPa)

<시험 방법>

도 9에 도시한 시험장치를 사용하고, 70℃에서의 윤활유[ISUZU BESCO 5W-30(상품명)〕중에서 상기 회전수로 회전하는 테이퍼콘(15)에 싱크로나이저 링(1)을 0.3초간 누르고 1.5초 동안 떼는 것을 1회로 하여 누름 횟수 2000회 수행한다. 마찰계수는, 누름 횟수 10회, 500회, 1000회, 1500회, 2000회 시점의 값을, 마모량은, 누름 횟수 2000회 시점의 값을 측정했다.

<팽윤 시험>

<시험 방법>

윤활유로서, ISUZU BESCO 5W-30(상품명)을 사용하고, 그 윤활유를 충전한 오일배스를 준비하고, 그 오일배스 중의 윤활유를 70℃의 온도로 유지한 상태에서 그 오일배스 중의 윤활유를 교반하면서 그 오일배스 중에 시험편(상기 실시예 및 비교예로 이루어진 싱크로나이저 링)을 200시간 침적하여, 상기 시험편의 시험 전과 시험 후의 내면의 변위량(㎛)을 측정한다.

상기 시험에 의한 시험편의 시험 전 및 시험 후의 내면의 변위량의 측정방법은, 도 10에 도시한 측정 지그를 사용하여 수행했다. 즉 외면에 테이퍼면(20)을 구비한 테이퍼 게이지(G)를 준비하고, 이 테이퍼 게이지(G)의 테이퍼면(20)에 상기 각 시험편(S)의 내면의 원추면을 삽입하고, 그 테이퍼 게이지(G)의 단면(21)과 각 시험편(S)의 단면(22)의 시험 전 치수(L1)과 시험 후 치수(L2)를 측정하고, 그 치수(L1) 및 치수(L2)의 차이를 변위량(팽윤량)이라고 한다.

상기 실시예 및 비교예로 이루어진 싱크로나이저 링에 대해, 상기 시험의 시험 결과를 표 1～표 6에 도시한다.

마찰재의 성분 조성			실시예 1	실시예 2	실시예 3
다공질 탄소분말(중량%)			50	60	70
<페놀수지>(중량%) 노볼락형 페놀수지			50	40	30
<무기 휘스커>(중량%) 황산칼슘 휘스커 티탄산칼륨 휘스커 붕산알루미늄 휘스커			- - -	- - -	- - -
동마찰계수	누름 횟수	10	0.116	0.127	0.132
		500	0.116	0.125	0.130
		1000	0.114	0.121	0.128
		1500	0.113	0.119	0.125
		2000	0.112	0.117	0.123
마찰재의 마모량(㎛)			146	220	220
팽윤량(㎛)			120	30	3

마찰재의 성분 조성			실시예 4	실시예 5	실시예 6
다공질 탄소분말(중량%)			50	50	50
<페놀수지>(중량%) 노볼락형 페놀수지			40	40	40
<무기 휘스커>(중량%) 황산칼슘 휘스커 티탄산칼륨 휘스커 붕산알루미늄 휘스커			10 - -	- 10 -	- - 10
동마찰계수	누름 횟수	10	0.112	0.125	0.130
		500	0.116	0.123	0.128
		1000	0.115	0.120	0.126
		1500	0.115	0.117	0.123
		2000	0.114	0.116	0.121
마찰재의 마모량(㎛)			130	180	168
팽윤량(㎛)			42	38	37

마찰재의 성분 조성			실시예 7	실시예 8	실시예 9
다공질 탄소분말(중량%)			50	50	50
<페놀수지>(중량%) 노볼락형 페놀수지			30	30	30
<무기 휘스커>(중량%) 황산칼슘 휘스커 티탄산칼륨 휘스커 붕산알루미늄 휘스커			20 - -	- 20 -	- - 20
동마찰계수	누름 횟수	10	0.114	0.125	0.127
		500	0.118	0.120	0.125
		1000	0.116	0.118	0.124
		1500	0.115	0.116	0.122
		2000	0.115	0.116	0.120
마찰재의 마모량(㎛)			104	163	132
팽윤량(㎛)			3	5	6

마찰재의 성분 조성			실시예 10	실시예 11	실시예 12
다공질 탄소분말(중량%)			60	50	50
<페놀수지>(중량%) 노볼락형 페놀수지			30	30	30
<다공질 세라믹>(중량%) 활성알루미나			10	20	10
<무기 휘스커>(중량%) 티탄산칼륨 휘스커			-	-	10
동마찰계수	누름 횟수	10	0.126	0.133	0.130
		500	0.118	0.128	0.126
		1000	0.117	0.122	0.122
		1500	0.117	0.120	0.122
		2000	0.117	0.120	0.120
마찰재의 마모량(㎛)			100	120	132
팽윤량(㎛)			100	110	78

			비교예 1	비교예 2
동마찰계수	누름 횟수	10	0.120	0.106
		500	0.115	0.105
		1000	0.110	0.104
		1500	0.093	0.103
		2000	0.086	0.102
마모량(㎛)			320	485
팽윤량(㎛)			5	270

			비교예 3	비교예 4
동마찰계수	누름 횟수	10	0.125	0.088
		500	0.125	0.088
		1000	0.120	0.086
		1500	0.118	0.086
		2000	0.115	0.087
마모량(㎛)			530	59
팽윤량(㎛)			2	0

이상의 시험 결과로부터, 실시예의 싱크로나이저 링은, 동마찰계수가 높고 내마모성이 우수한 것으로 확인되고, 또 시험 후의 상대 부재 표면(마찰면)에는 전혀 손상이 없는 것으로 확인되었다. 한편 비교예 1로 이루어진 싱크로나이저 링의 동마찰계수는 초기에 양호한 값을 나타내지만, 누름 횟수의 증가에 따라 동마찰계수가 저하된다는 문제가 있어 싱크로나이저 링으로서 사용되기 어렵다. 비교예 2로 이루어진 싱크로나이저 링은, 다공질 탄소분말을 함유하고 있음에도 불구하고 그 함유량이 적기 때문에 접합제의 페놀수지의 마찰 거동이 현저해지고 동마찰계수가 낮아 내마모성이 떨어지고 팽윤량이 대단히 큰 것으로 확인되었다. 또 비교예 3으로 이루어진 싱크로나이저 링은, 상기 비교예 2와는 반대로 다공질 탄소분말의 함유량이 지나치게 많기 때문에 마찰재의 강도가 작아지고 결과적으로 내마모성이 부족하다. 또한 비교예 4로 이루어진 싱크로나이저 링은 내마모성은 충분하지만 동마찰계수가 낮아 역시 싱크로나이저 링으로서는 문제가 있다.

본 발명의 싱크로나이저 링에 의하면, 원환형의 링 본체의 내면 및 외면 중 적어도 한쪽의 원추면에 일체로 접합된 마찰재는, 상대 부재와의 슬라이딩 마찰에 있어서, 동마찰계수가 높고 내마모성이 있기 때문에 싱크로나이저 링의 사용가능년수를 연장할 수 있고, 변속기의 기어 절환 작동시의 2개의 기어의 동기 회전을 확실히 수행시킬 수 있다.

Claims

원환형의 링 본체를 가지고 있으며, 그 링 본체의 내주면 및 외주면 중 적어도 한쪽에는 마찰재가 일체로 접합되어 있으며, 그 마찰재는, 탄소 성분 및 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말 40～70중량%를 분산 함유한 페놀수지를 포함하고 있으며,

다공질 탄소분말 중의 탄소 성분은, 흑연화되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 싱크로나이저 링.
제1항에 있어서, 링 본체는, 철 또는 철합금, 비철합금 또는 그들의 소결합금으로 이루어진 싱크로나이저 링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 미네랄 성분을 함유하는 다공질 탄소분말은, 탄소 성분 65～75중량%와 미네랄 성분 5～10중량%와 산소 15～30중량%를 포함하고 있는 싱크로나이저 링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 페놀수지는, 노볼락형 페놀수지, 에폭시 변성 페놀수지 및 멜라민 변성 페놀수지 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 싱크로나이저 링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 마찰재는 무기 휘스커 및 다공질 세라믹 중 적어도 하나를 5～30중량%의 비율로 함유하는 싱크로나이저 링.
제5항에 있어서, 무기 휘스커는 황산칼슘 휘스커, 티탄산칼륨 휘스커,산화아연 휘스커, 황산마그네슘 휘스커, 붕산알루미늄 휘스커, 규산칼슘 휘스커 및 산화티타늄 휘스커에서 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 싱크로나이저 링.
제5항에 있어서, 다공질 세라믹은, 활성 알루미나 및 활성 마그네시아 중 적어도 하나가 선택되는 싱크로나이저 링.