特許 6750208 シンクロナイザーリングの同期速度評価法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6750208

(24)【登録日】2020年8月17日

(45)【発行日】2020年9月2日

(54)【発明の名称】シンクロナイザーリングの同期速度評価法

(51)【国際特許分類】

   G01M 13/022 20190101AFI20200824BHJP

   F16D 23/06 20060101ALI20200824BHJP

【ＦＩ】

   G01M13/022

   F16D23/06 C

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-233033(P2015-233033)

(22)【出願日】2015年11月30日

(65)【公開番号】特開2017-101940(P2017-101940A)

(43)【公開日】2017年6月8日

【審査請求日】2018年10月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128509

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 晴久

(74)【代理人】

【識別番号】100119356

【弁理士】

【氏名又は名称】柱山 啓之

(72)【発明者】

【氏名】石上 英征

(72)【発明者】

【氏名】竹田 敏和

【審査官】 萩田 裕介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１４７３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第２７１７７０６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４５９３０３２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４８０４３４９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特公平０４−０００２１６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第３８２７２７１（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ １３／００ − １３／０４５

Ｆ１６Ｄ ２３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シンクロ単体試験機でシンクロナイザーリングをギヤコーンに押付けてシンクロナイザーリングの摩擦特性を評価する際に、シンクロナイザーリングの摩擦面とギヤコーン面が接触する前に、その間に形成される油膜によって伝達されるトルクが発生したときから、シンクロナイザーリングの摩擦面とギヤコーン面が接触するまでの時間（Ａ）のトルク値と回転数を、時間で積分して初期吸収エネルギーを算出し、これを時間（Ａ）で割って初期吸収エネルギー速度を求め、その初期吸収エネルギー速度によってシンクロナイザーリングの同期速度を評価することを特徴とするシンクロナイザーリングの同期速度評価法。

【請求項2】

シンクロ単体試験機で一定の回転速度で回転させた後、回転軸のクラッチを切り、慣性力で回っているギヤのコーン部とシンクロナイザーリングの間に形成される油膜で伝達トルクが発生する押付速度でシンクロナイザーリングを押付けて前記初期吸収エネルギー速度を求める請求項１記載のシンクロナイザーリングの同期速度評価法。

【請求項3】

前記押付速度は、シンクロナイザーリングが用いられるトランスミッションのアクチュエータによる押付速度と同じに設定される請求項２記載のシンクロナイザーリングの同期速度評価法。

【請求項4】

初期吸収エネルギー速度は、シンクロ単体試験機でギヤコーンを一定の回転速度で回転させた後、回転軸のクラッチを切り慣性力で回転させ、そのギヤコーンにシンクロナイザーリングへの押付速度を可変にして求める請求項２記載のシンクロナイザーリングの同期速度評価法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両のトランスミッションのギヤ段の切り替え時に使用されるシンクロナイザーリングの同期速度評価法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

大型トラックで用いられる１６段トランスミッションは、本体部４段の前側にＨｉ、Ｌｏｗ２段のスプリッター、後ろ側にＨｉとＬｏｗ２段のレンジチェンジを持つ２×４×２＝１６段である。スプリッターＨｉ、Ｌｏｗは、それぞれ偶数段と奇数段の切り替えを、レンジチェンジにより、１〜８速と９〜１６速の切り替えを行っている。

【0003】

ドライバーがシフトチェンジする際に車速が落ちすぎないように早くシフトチェンジできることが求められるため、スプリッターの偶数段、奇数段の切り替えはエアーアクチュエータがスリーブを高速で移動させシフトチェンジを行っている。

【0004】

このシフトチェンジの際、異なる回転数の軸とギヤはシンクロナイザーリングの摩擦面とギヤのコーン面が接触し摩擦力により同期する。

【0005】

通常のシフトチェンジは、ギヤとシンクロナイザーリングが同期してからスリーブがギヤのドグ歯と噛合い、シフトチェンジ完了となるが、シンクロナイザーリングとギヤの同期が遅いと同期が完了する前にスリーブがギヤのドグ歯に飛び込んでしまい、回転差がある状態で接触するためギヤ鳴りを起こしてしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−３２７５４８号公報

【特許文献2】特開２０００−１７０７９１号公報

【特許文献3】特開２００３−３３７０８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

よって、シンクロナイザーリングとギヤの同期速度を適正に評価すると共にその同期速度に応じたシフトチェンジを行うことが最適である。

【0008】

しかしながら、従来は、シンクロ単体試験機を用いてシンクロナイザーリングの摩擦特性やギヤオイル特性を試験することは行われているものの、シンクロナイザーリングとギヤの同期速度の違いについては、全く考慮されていなかった。

【0009】

また従来は、なぜシンクロナイザーリングとギヤの同期速度に違いがあるのかわかっていなかったし、その評価法も無かった。

【0010】

本発明者等は、特願２０１５−００６１１６（発明の名称：摺動部品の摩擦材の製造方法及びその摩擦材）で、気孔率の高い摩擦材を提案した。

【0011】

この摩擦材は、気孔率が高く、表面にギヤオイルを保持できると共に熱伝達も良好であり、シンクロナイザーリングとギヤの同期速度が速く、上述の大型トラックに用いられる１６段トランスミッションのスプリッターのシンクロナイザーリングに用いた場合、最適な摩擦材とすることが可能である。

【0012】

そこで、本発明者等は、気孔率の高い摩擦材を用いると同期速度が速くなる原因として、シンクロナイザーリングの摩擦材の表面に形成されるギヤオイルに着目し、同期速度が、シンクロナイザーリングに形成される油膜が関与しているとして本発明に至ったものである。

【0013】

よって、本発明の目的は、上記課題を解決し、シンクロナイザーリングとギヤの同期速度を適正に評価できるシンクロナイザーリングの同期速度評価法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記目的を達成するために本発明は、シンクロ単体試験機でシンクロナイザーリングをギヤコーンに押付けてシンクロナイザーリングの摩擦特性を評価する際に、シンクロナイザーリングの摩擦面とギヤコーン面が接触する前に、その間に形成される油膜によって伝達されるトルクが発生したときから、シンクロナイザーリングの摩擦面とギヤコーン面が接触するまでの時間（Ａ）のトルク値と回転数を、時間で積分して初期吸収エネルギーを算出し、これを時間（Ａ）で割って初期吸収エネルギー速度を求め、その初期吸収エネルギー速度によってシンクロナイザーリングの同期速度を評価することを特徴とするシンクロナイザーリングの同期速度評価法である。

【0016】

シンクロ単体試験機で一定の回転速度で回転させた後、回転軸のクラッチを切り、慣性力で回っているギヤのコーン部とシンクロナイザーリングの間に形成される油膜で伝達トルクが発生する押付速度でシンクロナイザーリングを押付けて前記初期吸収エネルギー速度を求めるのが好ましい。

【0017】

前記押付速度は、シンクロナイザーリングが用いられるトランスミッションのアクチュエータによる押付速度と同じに設定される。

【0018】

初期吸収エネルギー速度は、シンクロ単体試験機でギヤコーンを一定の回転速度で回転させた後、回転軸のクラッチを切り慣性力で回転させ、そのギヤコーンにシンクロナイザーリングへの押付速度を可変にして求めるのが好ましい。

【発明の効果】

【0019】

本発明は、シンクロナイザーリングの摩擦面とギヤコーン面が接触する前に、その間に形成される油膜によるトルク伝達力を求めることで、同期速度が評価できると共に、速いシフトチェンジに対応したシンクロナイザーリングの良否判別が行えるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明のシンクロナイザーリングの同期速度評価法に用いるシンクロ単体試験機の概略を示す図である。

【図2】本発明において、シンクロ単体試験機を用いてシンクロナイザーリングを評価する際に得られたデータから初期吸収エネルギー速度の算出方法を説明する図である。

【図3】種々のシンクロナイザーリングの初期吸収エネルギー速度とギヤ鳴りの関係を示す図である。

【図4】面粗さ（Ｒｚ）と初期吸収エネルギー速度の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

【0022】

先ず、図１により本発明の初期吸収エネルギー速度の算出に用いるシンクロ単体試験機１０を説明する。

【0023】

シンクロ単体試験機１０は、試験油槽１２内に収容されたギヤコーン１３とシンクロナイザーリング１４からなるトランスミッションＴ／Ｍに対して、ギヤコーン１３を接続した入力軸１１を回転する入力軸側Ｉ／Ａと、シンクロナイザーリング１４を接続した出力軸１５を移動してシンクロナイザーリング１４をギヤコーン１３に押付ける出力軸側Ｏ／Ａが配置されて構成される。

【0024】

入力軸側Ｉ／Ａの入力軸１１には、フライホイール１６が設けられ、クラッチ１７を介してモータ１８で入力軸１１が駆動され、その回転数が回転計１９で検出される。トランスミッション側Ｔ／Ｍのシンクロナイザーリング１４は入力軸１１に連結され、シンクロナイザーリング１４は、出力軸１５に連結され、試験油槽１２内には、ギヤオイル２０が収容される。

【0025】

出力軸側Ｏ／Ａの出力軸１５は、スライド装置２１に取り付けられ、押付シリンダ２２にて軸方向に移動されて、ギヤコーン１３にシンクロナイザーリング１４を押付ける。この際の変位量は変位計２３で検出され、押付荷重は押付荷重計（ロードセル）２４で検出される。またギヤコーン１３にシンクロナイザーリング１４を押付けたときのシンクロナイザーリング１４に伝達されるトルクは、出力軸１５に取り付けたモーメントセル２５を介して回転トルク計２６で検出される。

【0026】

このシンクロ単体試験機１０は、主に２種類の試験ができる。

【0027】

１つは、モータ１８で回転するギヤコーン１３に、シンクロナイザーリング１４を押付けて、その押付け回数と共に繰り返し押付け摩擦特性がどのように変化するかを評価する連続試験と、もう一つはモータ１８でギヤコーン１３を回転させたのち、クラッチ１７を切ってフライホイール１６の慣性力で回っているギヤコーン１３にシンクロナイザーリング１４を押付シリンダ２２により押付けて、その時の摩擦特性や回転が止まるまでの時間を評価する慣性吸収試験である。

【0028】

連続試験及び慣性吸収試験ともに回転数は、回転計１９にて計測し、押付けているときのトルクを回転トルク計２６、押付ける際のストロークを変位計２３、押付けている荷重は押付荷重計（ロードセル）２４で計測している。

【0029】

また、試験油槽１２にはギヤオイル２０が収容され、試験中は、ヒーターにて油温調節ができ、ポンプでオイルを循環させ循環経路の途中のフィルターにて摩耗したスラッジを回収するようにしている。

【0030】

この２種類の試験にて、ギヤコーン１３に対するシンクロナイザーリング１４の摩擦材の静的及び動的摩擦特性とギヤオイル特性を評価することができる。

【0031】

しかし、市販のシンクロ単体試験機は、シンクロナイザーリングの押付速度が、メイン段の変速にほぼ合わせた９ｍｍ／ｓｅｃであり、この押付速度でシンクロナイザーリングを試験し、摩擦特性が同じでも、実際のトランスミッションのスプリッターに装着したときの同期速度はバラツキがある。

【0032】

そこで、この点を検討すると、トランスミッションのスプリッターの変速時のアクチュエータの押付速度は、シンクロ単体試験機の押付速度（９ｍｍ／ｓｅｃ）より、５〜７倍速い速度であり、同期速度の違いでギヤ鳴りが発生したり、ギヤ鳴りがしなかったりし、押付速度の小さいシンクロ単体試験機で摩擦特性を測定しても同期速度の評価はできない。

【0033】

この原因は、スプリッターの変速ではシンクロナイザーリングをギヤコーンに押付ける速度が速いため、シンクロ摩擦面とギヤコーン面が接触する前（油が間にいる状態）にギヤコーンの回転をシンクロナイザーリングに伝えようとする油膜による伝達トルクが発生し、この伝達トルクが同期速度に大きく影響するためである。

【0034】

そこで、油膜によるトルク伝達力を求める手法として、トルクが発生してからシンクロナイザーリングとギヤコーンが接触するまでに慣性力を吸収したエネルギーを、初期吸収エネルギーとして求める。具体的には、トルクが発生してからシンクロナイザーリングとギヤコーンが接触するまでの時間（Ａ）のトルク値、回転数（角速度）を時間で積分し、初期吸収エネルギーを算出し、それを時間（Ａ）で割り初期吸収エネルギー速度（単位時間ｔ当たりの吸収エネルギー）を下式により求める。
初期吸収エネルギー速度＝Ｅ／ｔ …（１）

【0035】

（１）式中の初期吸収エネルギーＥは、下式（２）で求める。
Ｅ＝∫Ｔ・ω・ｄｔ …（２）
Ｅ：吸収エネルギー（Ｊ）
Ｔ：トルク（Ｎ／ｍ）
ω：角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）
ｔ：時間（ｓｅｃ）

【0036】

ここで求めた、初期吸収エネルギーＥを時間（Ａ）で割って求めた、初期吸収エネルギー速度（Ｊ／ｓｅｃ）を比較することで同期速度の速さがわかる。すなわち、
初期吸収エネルギー速度大＝同期速度速い
初期吸収エネルギー速度小＝同期速度遅い
と評価することができる。

【0037】

この初期吸収エネルギーＥを求める際には、押付シリンダ２２による押付速度を可変にし、シンクロナイザーリングが用いられるトランスミッションの押付速度と同じにして求めるのがより好ましい。

【0038】

図２は、内径φ１５７ｍｍ、幅９．７ｍｍ、テーパー角７度のシンクロナイザーリングを、図１に示したシンクロ単体試験機を用い、ギヤオイルを常温、入力軸回転数を１８０ｒｐｍとし、シンクロナイザーリングの押付速度を、Ｔ／Ｍのスプリッダーの押付速度と同じ速度で、慣性吸収試験を行ったときのギヤ回転数（入力軸回転数）、リング変位、回転トルク、押付荷重の経時変化のデータを示したものである。

【0039】

この図２において、ギヤコーンとシンクロナイザーリングとは、時間ｔ₀（押付荷重が下死点ポイント）から回転トルクが上昇し、時間ｔ_cで、ギヤコーンとシンクロナイザーリングが接触し、その後は、シンクロナイザーリングの摩擦材の摩擦力と押付荷重でトルクが伝達されたときの、ギヤ回転数とリング変位と回転トルクと押付荷重の経時変化データを示している。

【0040】

そこで、この図２の試験データから上記（１）、（２）式を基に初期吸収エネルギー速度を求める。

【0041】

但し、上記（２）式中の角速度ωは、回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、
ω＝２πＮ／６０（ｒａｄ／ｓｅｃ）で求まり、ギヤ回転数と検出トルクの積を、時間ｔ_cからｔ_cまで、積分すると初期吸収エネルギーＥが求まり、これを時間（Ａ）で割ると初期吸収エネルギー速度（Ｊ／ｓｅｃ）が求まる。

【0042】

図３は、種々の面粗さの異なるカーボンコンポジットからなる摩擦材を用いてシンクロナイザーリング（試料１〜９）とし、これらシンクロナイザーリングの初期吸収エネルギー（Ｊ／ｓｅｃ）を算出し、またこれらシンクロナイザーリングをスプリッターのシンクロナイザーリングとして用いたときに、ギヤ鳴りが発生するかどうかを試験し、初期吸収エネルギーを基に各シンクロナイザーリングを棒グラフで示すと共にギヤ鳴りの有無を示したものである。

【0043】

この図３で、試料１〜６のシンクロナイザーリングは、ギヤ鳴りが有り、試料７〜９はギヤ鳴りが無かった。この原因は、試料１〜６は、接触前の初期吸収エネルギーが、１０００（Ｊ／ｓｅｃ）以下と低く、試料７〜９は、接触前の初期吸収エネルギーが、１０００（Ｊ／ｓｅｃ）を超えており、接触前の回転伝達トルクにより、シンクロナイザーリングの同期速度が速かったものと考えられる。

【0044】

図４は、試料１〜９のカーボンコンポジットからなる摩擦材の表面を１０点平均面粗さＲｚを横軸に、初期吸収エネルギーを縦軸にしてプロットしたものである。

【0045】

この図４より１０点平均面粗さＲｚが３２μｍ以上であれば、初期吸収エネルギーが、１０００（Ｊ／ｓｅｃ）を超えることが分かる。

【0046】

このことは、１０点平均面粗さＲｚが３２μｍ以上であれば、表面に形成される油膜量が十分に確保され、そのギヤオイルの粘弾性によるトラクション効果で、シンクロナイザーリングがギヤコーンに接触する前に、油膜によるトルク伝達力でシンクロナイザーリングが回転されるため、同期速度が速くなるものと考えられる。

【0047】

なお、図３、図４では、初期吸収エネルギーが、１０００（Ｊ／ｓｅｃ）を超えるものが正常品、１０００（Ｊ／ｓｅｃ）以下をギヤ鳴り品として説明したが、初期吸収エネルギーは、シンクロナイザーリングの内径や幅、テーパー角で変わり、またこれらの値が同じでも、測定条件（ギヤオイルの温度と粘度、押付速度、押付荷重、入力軸回転数）でも変わるため、測定する条件ごとに初期吸収エネルギーを求め、これを基にギヤ鳴りの有無を確かめる必要がある。

【0048】

以上において、従来では同期速度の違いを評価する方法が無かったが、本発明は、初期吸収エネルギー速度を測定することで、同期速度の違いを評価することができるようになった。また、同期速度の違いを評価できるようになることで、速いシフトチェンジに対応したシンクロナイザーリングの良否判別が行えるようになる利点がある。

【0049】

なお、上述の実施の形態では、スプリッターのシンクロナイザーリングの同期速度評価で説明したが、メインギヤ段やその他のシンクロナイザーリングの同期速度評価にも適用できることは勿論である。

【符号の説明】

【0050】

１０ シンクロ単体試験機
１３ ギヤコーン
１４ シンクロナイザーリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】