JP4421447B2 - トランスミッションの同期結合装置 - Google Patents

Description

本発明は、手動変速機（マニュアルトランスミッション）の同期結合装置（シンクロ機構）に関する。

一般的に、マニュアルトランスミッションは複数段の変速ギヤ列を有しており、シフトレバーによって変速段を切り換えて各段のギヤを噛み合いさせることにより、エンジンの動力を走行条件に応じて変換して取り出し、車輪を駆動している。このようなマニュアルトランスミッションにおいては、ギヤの噛み合い状態を切り換えて変速する際に、変速を迅速且つ容易に行うために、同期結合装置を備えている。

従来のマニュアルトランスミッションの同期結合装置としては、シンクロリング（シンクロナイザーリング）とドグギヤとをテーパー面同士で当接させるシングルコーン方式の同期結合装置が一般的に使用されていたが、シンクロ荷重（シフト操作荷重）を低減する構造として、インナーリング及びアウターリングの間に挟んだシンクロコーンを内外周のテーパー面でインナーリング及びアウターリングにそれぞれ当接させるダブルコーン方式の同期結合装置が、例えば特公昭４８−２４０８６号公報により知られている。さらにトリプルコーン方式も提案されている。

上記公告公報に開示された同期結合装置では、半径方向外側に配置されたアウターリングと、半径方向内側に配置されアウターリングに相対回転不能に係止されたインナーリングと、アウターリング及びインナーリングに挟まれたシンクロコーンからブロッキングリングを構成する。

この同期結合装置は、トランスミッションの回転軸に固定したシンクロハブにスプライン結合したシンクロスリーブを軸方向に移動させ、このシンクロスリーブの内周に形成したスプライン歯の凸部でシンクロスプリングを介してブロッキングリングを半径方向内向きに押圧し、回転軸に相対回転可能に支持した変速ギヤをブロッキングリングに摩擦係合させて同期回転させることにより、シンクロスリーブのスプライン歯をブロッキングリングのドグ歯及び変速ギヤのドグ歯に噛み合せて、該変速ギヤを回転軸に結合するようになっている。
特公昭４８−２４０８６号公報 特開２０００−４６０７０号公報 特開２００１−１３２７７１号公報 特開２００２−９８１６６号公報 特開２００３−４２１８３号公報 特開２００４−１２５１１２号公報

シンクロコーンを内周側及び外周側のテーパー面でそれぞれインナーリング及びアウターリングに当接させるシンクロ機構のマルチ化は、シフト操作を実行する該当段のシフト操作荷重を低減できる反面、シフト操作以外ではシンクロ機構自体のフリクションが増加するという問題を有している。

即ち、通常走行時には、シンクロ機構をマルチ化したことによりシンクロコーンがアウターリング及びインナーリングに当接することにより引き起こされる引きずりによるフリクションが増加し、トランスミッション効率が悪化する。また、シフト時に該当段以外の引きずりによるフリクションにより、シフト荷重効率が悪化（または低減）する。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来のダブルコーン同期結合装置の同期能力を向上できるとともに引きずりによるフリクションを低減可能なトランスミッションの同期結合装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明によると、外周にドグ歯を有して回転軸に相対回転可能に支持された変速ギヤと、前記回転軸に結合されたシンクロハブと、該シンクロハブに軸方向移動可能にスプライン結合されたシンクロスリーブと、該シンクロスリーブ内周に形成されたスプライン歯に噛み合い可能なドグ歯を外周に有するとともに、前記変速ギヤとの摩擦係合を可能にして前記シンクロハブと前記変速ギヤ間に配置されたブロッキングリングと、該ブロッキングリングの外周に支持されたシンクロスプリングとを備えたトランスミッションの同期結合装置において、前記ブロッキングリングは、半径方向外側に配置されたアウターリングと、半径方向内側に配置され前記アウターリングに相対回転不能に係止されたインナーリングと、前記アウターリング及び前記インナーリングに挟まれたシンクロコーンとから構成され、前記シンクロスリーブがニュートラル位置にあるとき、前記シンクロコーンは円周方向に所定角度離間した位置で前記アウターリング及び前記インナーリングに交互に点接触するように環状波形形状に成形され、前記シンクロスリーブが軸方向に移動した際に、前記ブロッキングリングの前記アウターリングを前記変速ギヤに向けて付勢することで、前記アウターリング及び前記インナーリングの間に前記シンクロコーンが挟みつけられ、前記シンクロコーンの点接触が変形し、前記シンクロコーンのテーパ面と前記アウターリング及び前記インナーリングとが前記シンクロコーンの弾性変形により密着状態となることを特徴とするトランスミッションの同期結合装置が提供される。

本発明によると、シンクロコーンを環状波形形状に成形したことにより、シンクロコーンとアウターリング及びインナーリングとの接触面積を減少させることができ、フリクションを低減できる。

また、シフト操作荷重作用時にはシンクロコーンが弾性変形してアウターリング及びインナーリングと密着状態となることにより、従来のダブルコーン同期結合装置と同等の同期能力を発揮することができる。

図１を参照すると、本発明実施形態に係る１速−２速同期結合装置（シンクロ機構）Ｓ１の縦断面図が示されている。図２は図１の２点鎖線２で囲まれた部分の拡大断面図である。一般的に、前進５速、後進１速の車両用マニュアルトランスミッションでは、１速−２速同期結合装置のほかに３速−４速同期結合装置及び５速同期結合装置が備えられているが、これらの同期結合装置の構造は１速−２速同期結合装置Ｓ１の構造と実質的に同一である。

１速−２速同期結合装置Ｓ１は、実質的に同じ構造の１速同期結合機構及び２速同期結合機構を左右対称に備えているため、その代表として本明細書では右側の２速同期結合機構を中心に説明する。

２速同期結合機構は、カウンタシャフトＳｃの外周にカラー６１及びニードルベアリング６２を介して相対回転自在に支持されたカウンタ２速ギヤ３７をカウンタシャフトＳｃに結合するためのもので、カウンターシャフトＳｃにスプライン結合された環状のシンクロハブ６３の外周に軸方向摺動自在にスプライン結合されたシンクロスリーブ４３を備えている。

シンクロスリーブ４３は１速−２速シフトフォーク４４で図１に示すニュートラル位置から左右に移動され、左側の１速位置への移動により１速変速段を確立し、右側の２速位置への移動により２速変速段を確立する。

シンクロハブ６３の外周にはスプライン歯６４が形成されており、シンクロスリーブ４５の内周に形成されてシンクロハブ６３のスプライン歯６４に噛み合うスプライン歯は２種類の形状が存在する。

即ち、大多数のスプライン歯（図示せず）は直線的な頂面を有しているが、カウンタシャフトＳｃの軸線を中心として１２０°ずつ離間した３つの位置に２本ずつ配置された合計６本のスプライン歯６６は、その軸方向両端部に半径方向内向きに突出する凸部６６ａが形成されている。

シンクロハブ６３の側面に形成された環状の凹部６３ａに、ブロッキングリング６７が配置されている。ブロッキングリング６７は半径方向外側に配置されたアウターリング６８と、半径方向内側に配置されたインナーリング６９と、アウターリング６８及びインナーリング６９に挟まれたシンクロコーン（テーパーコーン）７０とから構成される。

アウターリング６８に形成した係止爪６８ａとインナーリング６９に形成した係止爪６９ａとの係合により、アウターリング６８及びインナーリング６９は相対回転不能に係止される。

シンクロコーン７０は半径方向外側及び内側にそれぞれテーパー面７０ａ，７０ｂを備えており、半径方向外側のテーパー面７０ａはアウターリング６８の内周面に摺動自在に接触し、半径方向内側のテーパー面７０ｂはインナーリング６９の外周面に摺動自在に接触する。

アウターリング６８の軸方向外端には半径方向外側に突出する複数のドグ歯６８ｂが形成されるとともに、このドグ歯６８ｂに臨むカウンタ２速ギヤ３７の端部にドグ歯３７ａが形成されている。

シンクロスリーブ４５が図１において右方向に移動すると、そのスプライン歯６６はアウターリング６８のドグ歯６８ｂ及びカウンタ２速ギヤ３７のドグ歯３７ａに噛み合い可能である。

同様に、シンクロスリーブ４５が図１において左方向に移動すると、そのスプライン歯６６はアウターリング６８のドグ歯６８ｂ及びカウンタ１速ギヤ３６のドグ歯３６ａに噛み合い可能である。

アウターリング６８の外周の１２０°ずつ離間した３つの位置にスプリング支持部が形成されており、これらのスプリング支持部に環状のシンクロスプリング７１が支持されている。

シンクロスリーブ４５がニュートラル位置にあるとき、シンクロスプリング７１はアウターリング６８のドグ歯６８ｂと、シンクロハブ６３の軸方向端面と、シンクロスリーブ４５のスプライン歯６６の軸方向端部とに囲まれた位置にある（図２参照）。

図３は本発明実施形態のシンクロコーン７０の正面図を示している。図４は図３の４−４線断面図である。図３からは明らかではないが、本実施形態のシンクロコーン７０は真円形状ではなく、９０°周期でうねった環状波形形状をしている。

図５（Ａ）はシンクロスリーブ４５がニュートラル位置の場合の、すなわち軸方向荷重が０の場合の、シンクロコーン７０の外周の真円度を模式的に示している。θは４５°であり、シンクロコーン７０外周の山の頂点と谷との間の距離Ｓ１は０．１〜０．１５ｍｍである。

図５（Ｂ）は２００ニュートン（Ｎ）の軸方向荷重が印加された場合の、シンクロコーン７０の外周形状を模式的に示している。このように軸方向荷重が印加された場合には、シンクロコーン７０が変形し、山の頂点と谷との間の距離Ｓ２は最大で０．０３ｍｍとなる。

図６はシンクロスリーブ４５がニュートラル位置にあり、軸方向荷重が０の場合の、アウターリング６８及びインナーリング６９に対するシンクロコーン７０の接触の様子を模式的に示している。

即ち、シンクロコーン７０は９０°周期でうねっているため、シンクロコーン７０は円周方向に４５°離間した位置Ｐ１，Ｐ２でアウターリング６８及びインナーリング６９に交互に点接触する。アウターリング６８との接触点がＰ１で示され、インナーリング６９との接触点がＰ２で示されている。

図３に示すように、シンクロコーン７０は互いに１２０°離間した３つの凸部７０ｃを有している。これらの凸部７０ｃが、カウンタ２速ギヤ３７の側面に形成した凹部３７ｂ（及びカウンタ１速ギヤ３６の側面に形成した凹部３６ｂ）に緩く係合する。

なお、アウターリング６８は、その外周から突出する３個のスプリング支持部（図示せず）をシンクロハブ６３の凹部（図示せず）に係合させることにより、ドグ歯６８ｂの半ピッチ分だけ相対回転することができる。

図２から明らかなように、シンクロスリーブ４５内周のスプライン歯６６の軸方向端部に形成された凸部６６ａは、第１傾斜面α、平坦面γ、及び第２傾斜面βを有しており、内径が一定の平坦面γの両端から延びる第１傾斜面α及び第２傾斜面βの内径は該平坦面γから遠ざかるにつれて増加している。

第１傾斜面αの長さと平坦面γの長さとを足した軸方向距離は、シンクロスプリング７１の頂点からカウンタ２速ギヤ３７のドグ歯３７ａの端部までの軸方向距離と概略同等であり、前者のほうが若干短く設定されている。

図７から明らかなように、シンクロスリーブ４５内周のスプライン歯６６の軸方向端部にはテーパー状のチャンファーＣ１が形成されており、アウターリング６８のドグ歯６８ｂ及びカウンタ２速ギヤ３７のドグ歯３７ａにはスプライン歯６６のチャンファーＣ１と逆方向にテーパーするチャンファーＣ２，Ｃ３が形成されている。

次に、上述した構造を有する本発明実施形態の同期結合装置の作用について説明する。

図２及び図７に示すように、シンクロスリーブ４５がニュートラル位置にあるときには、シンクロスリーブ４５内周のスプライン歯６６の凸部６６ａの第１傾斜面αがシンクロスプリング７１に接触しないため、シンクロスプリング７１からの荷重が作用しないブロッキングリング６７は、図６に示すようにシンクロコーン７０が円周方向に４５°離間した位置でアウターリング６８及びインナーリング６９に交互に点接触しており、シンクロコーン７０はアウターリング６８及びインナーリング６９に対して自由に相対回転できる状態にある。

従って、ブロッキングリング６７のアウターリング６８及びインナーリング６９はシンクロハブ６３と一体的に回転し、またシンクロコーン７０はカウンタ２速ギヤ３７と一体的に回転するため、シンクロスリーブ４５及びカウンタ２速ギヤ３７の同期作用は発生しない。

図８及び図９に示すように、２速変速段を確立すべくシンクロスリーブ４５をシンクロハブ６３に対して右方向に移動させると、シンクロスリーブ４５内周のスプライン歯６６の凸部６６ａの第１傾斜面αがシンクロスプリング７１の円周方向３箇所を半径方向内側に押圧する。

すると、シンクロスプリング７１は凸部６６ａとの間の摩擦力で軸方向右向きに荷重を受け、ブロッキングリング６７のアウターリング６８をカウンタ２速ギヤ３７に向けて右方向に付勢するため、アウターリング６８及びインナーリング６９間にシンクロコーン７０が挟みつけられて、シンクロコーン７０が図５（Ｂ）に示すように変形する。その結果、シンクロコーン７０のテーパー面７０ａ，７０ｂとアウターリング６８及びインナーリング６９間に摩擦力が発生する。

これと同時に、スプライン歯６６の先端のチャンファーＣ１がアウターリング６８のドグ歯６８ｂのチャンファーＣ２に押し付けられてシンクロスリーブ４５及びアウターリング６８が相対回転し、その際に両チャンファーＣ１，Ｃ２間に発生する軸方向荷重でシンクロコーン７０のテーパー面７０ａ，７０ｂとアウターリング６８及びインナーリング６９との間に大きな摩擦力が発生する。

その結果、前記摩擦力でブロッキングリング６７のシンクロコーン７０がシンクロスリーブ４５に一体化され、このシンクロコーン７０の凸部７０ｃに凹部３７ｂを係合させたカウンタ２速ギヤ３７の回転がシンクロスリーブ４５の回転に同期する。

シンクロスリーブ４５が更に右方向に移動すると、スプライン歯６６のチャンファーＣ１とアウターリング６８のドグ歯６８ｂのチャンファーＣ２との係合が外れて、スプライン歯６６とドグ歯６８ｂとが完全に噛み合い、両チャンファーＣ１，Ｃ２の係合による軸方向荷重が消滅するため、シンクロコーン７０のテーパー面７０ａ，７０ｂに作用する摩擦力は減少する。

しかしながら、このとき依然としてスプライン歯６６の凸部６６ａの平坦面γがシンクロスプリング７１を押圧しているため、平坦面γとシンクロスプリング７１との間の軸方向摩擦力により該シンクロスプリング７１でアウターリング６８に軸方向の荷重を与え、その荷重でシンクロコーン７０のテーパー面７０ａ，７０ｂに作用する摩擦力が確保され、カウンタ２速ギヤ３７及びシンクロスリーブ４５間の同期ずれが防止される。

図１０及び図１１に示すように、シンクロスリーブ４５が更に右方向に移動すると、スプライン歯６６のチャンファーＣ１とカウンタ２速ギヤ３７のドグ歯３７ａのチャンファーＣ３とが係合し、その楔作用でシンクロスリーブ４５及びカウンタ２速ギヤ３７が僅かに相対回転することにより、シンクロスリーブ４５のスプライン歯６６がカウンタ２速ギヤ３７のドグ歯３７ａに噛み合って２速変速段が確立する。

スプライン歯６６のチャンファーＣ１とカウンタ２速ギヤ３７のドグ歯３７ａのチャンファーＣ３とが係合する直前に、スプライン歯６６の凸部６６ａの第２傾斜面βがシンクロスプリング７１上に移行するため、スプライン歯６６からシンクロスプリング７１に作用する荷重が減少し、シンクロコーン７０のテーパー面７０ａ，７０ｂに作用する摩擦力が減少する。

その結果、シンクロスリーブ４５及びカウンタ２速ギヤ３７を同期させる荷重が減少し、両チャンファーＣ１，Ｃ３の接触により発生する楔作用でシンクロスリーブ４５及びカウンタ２速ギヤ３７をスムーズに相対回転させ、シンクロスリーブ４５のスプライン歯６６をカウンタ２速ギヤ３７のドグ歯３７ａに確実に噛み合わせることができる。

また、仮に平坦面γに続く第２傾斜面βが存在しないとすると、シンクロスプリング７１が平坦面γから外れると同時に、シンクロスプリング７１に加わる半径方向内向きの荷重が消滅して同期荷重が急激に減少する。

従って、特にシフトチェンジをゆっくりと行った場合に、シンクロスプリング７１に加わる半径方向内向きの荷重が消滅してからシンクロスリーブ４５のスプライン歯６６のチャンファーＣ１がカウンタ２速ギヤ３７のドグ歯３７ａのチャンファーＣ３に噛み合う前に同期作用が失われてしまい、スプライン歯６６及びドグ歯３７ａのスムーズな噛み合いができなくなる。

しかし、本実施形態によれば平坦面γに続く第２傾斜面βによってシンクロスプリング７１に加わる半径方向内向きの荷重が緩やかに減少するため、同期荷重が直ちに消滅することがない。これにより、シフト操作をゆっくりと行った場合でも、シンクロスリーブ４５のスプライン歯６６をカウンタ２速ギヤ３７のドグ歯３７ａにスムーズに噛み合わせることができる。

なお、２速変速段の確立を解除してニュートラルに戻すべくシンクロスリーブ４５が左方向に移動する際に、第２傾斜面βの作用でシンクロスプリング７１を平坦面γにスムーズに導くことができる。

上述した本実施形態によれば、シンクロコーンを環状波形形状または花びら形状に成形することにより、シンクロコーンとアウターリング及びインナーリングとの接触面積を減少させることができ、接触に起因するフリクションを低減することができる。

また、シフト操作荷重作用時には、シンクロコーンが弾性変形してアウターリング及びインナーリングと密着状態となることで、従来のダブルコーンシンクロ機構（同期結合装置）の同期能力を向上することができる。更には、シンクロコーンの弾性を利用してシンクロ機構回りの遊びを減らすことにより、フィーリングの向上も期待できる。

上述した実施形態では、シンクロコーン７０を９０°周期の波形形状に成形したが、波形形状の周期はこれに限定されるものではなく、例えば６０°周期、１２０°周期等の他の周期も取り得るものである。

１速−２速同期結合装置の縦断面図である。 図１の２点鎖線２部分で囲まれた部分の拡大断面図である。 シンクロコーンの正面図である。 図３の４−４線断面図である。 シンクロコーンの真円度を模式的に示す図であり、図５（Ａ）は軸方向荷重が０の場合の、図５（Ｂ）は軸方向荷重が２００ニュートンの場合のシンクロコーンの真円度をそれぞれ模式的に示している。 アウターリング及びインナーリングに対するシンクロコーンの接触状態を模式的に示す図である。 図２の７−７線断面図である。 ２速変速段確立前期の作用説明図である。 図８の９−９線断面図である。 ２速変速段確立後期の作用説明図である。 図１０の１１−１１線断面図である。

符号の説明

３７ カウンタ２速ギヤ
３７ａ ドグ歯
４５ シンクロスリーブ
６３ シンクロハブ
６６ スプライン歯
６６ａ 凸部
６７ ブロッキングリング
６８ アウターリング
６９ インナーリング
７０ シンクロコーン
７１ シンクロスプリング

Claims (1)

1. 外周にドグ歯を有して回転軸に相対回転可能に支持された変速ギヤと、
   前記回転軸に結合されたシンクロハブと、
   該シンクロハブに軸方向移動可能にスプライン結合されたシンクロスリーブと、
   該シンクロスリーブ内周に形成されたスプライン歯に噛み合い可能なドグ歯を外周に有するとともに、前記変速ギヤとの摩擦係合を可能にして前記シンクロハブと前記変速ギヤ間に配置されたブロッキングリングと、
   該ブロッキングリングの外周に支持されたシンクロスプリングとを備えたトランスミッションの同期結合装置において、
   前記ブロッキングリングは、半径方向外側に配置されたアウターリングと、半径方向内側に配置され前記アウターリングに相対回転不能に係止されたインナーリングと、前記アウターリング及び前記インナーリングに挟まれたシンクロコーンとから構成され、
   前記シンクロスリーブがニュートラル位置にあるとき、前記シンクロコーンは円周方向に所定角度離間した位置で前記アウターリング及び前記インナーリングに交互に点接触するように環状波形形状に成形され、
   前記シンクロスリーブが軸方向に移動した際に、
   前記ブロッキングリングの前記アウターリングを前記変速ギヤに向けて付勢することで、
   前記アウターリング及び前記インナーリングの間に前記シンクロコーンが挟みつけられ、
   前記シンクロコーンの点接触が変形し、
   前記シンクロコーンのテーパ面と前記アウターリング及び前記インナーリングとが前記シンクロコーンの弾性変形により密着状態となることを特徴とするトランスミッションの同期結合装置。

Images