JP6019974B2 - シンクロメッシュ機構と、それを搭載する車両用の変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸と一体に回転するクラッチハブを、シンクロナイザーリングを介してギヤに設けたシンクロナイザコーンと同期回転させるシンクロメッシュ機構と、それを搭載する車両用の変速装置に関する。

車両用の変速装置であるマニュアルトランスミッションなどには、動力を伝達するメインシャフトと、変速により連結されるべき変速段のギヤとの回転を予め同期させることで、ギヤの変速を円滑、且つ、迅速に行い、運転手の負担を軽減するための装置として、シンクロメッシュ機構（同期噛合機構ともいう）を備えている。

この種のシンクロメッシュ機構には、複数の摩擦面を有する、所謂マルチコーン式のシンクロメッシュ機構がある。内周面と外周面の二つのテーパー面を摩擦面として利用しているものをダブルコーン式のシンクロメッシュ機構といい、三つのテーパー面を摩擦面として利用しているものをトリプルコーン式のシンクロメッシュ機構という。

ここで、従来のトリプルコーン式のシンクロメッシュ機構について、図６を参照しながら説明する。この車両用の変速装置に設けられるシンクロメッシュ機構１Ｘは、メインシャフトＳと一体に回転するクラッチハブ２と、クラッチハブ２の外周で軸方向に摺動可能にスプライン結合されたスリーブ３と、ギヤＧ１又はＧ２と一体に回転するシンクロナイザコーン４と、クラッチハブ２とシンクロナイザコーン４との間に配設され、クラッチハブ２とシンクロナイザコーン４とを同期するシンクロナイザーリング群５Ｘとを備える。そのシンクロナイザーリング群５Ｘは、アウターリング６Ｘ、中間リング７Ｘ、及びインナーリング８Ｘと、を備える。

スリーブ３がシフト入力を受けて移動することにより、アウターリング６Ｘと接触し、アウターリング６Ｘを中間リング７Ｘに押し付ける。それと同時に、中間リング７Ｘは、インナーリング８Ｘをシンクロナイザコーン４に押し付ける。

アウターリング６Ｘとインナーリング８Ｘはクラッチハブ２と、中間リング７Ｘはシンクロナイザコーン４とそれぞれ接続されており、三面の摩擦トルクでクラッチハブ２とシンクロナイザコーン４の回転数を同期させている。

このようなシンクロメッシュ機構１Ｘのシンクロナイザーリング群５Ｘのシンクロナイザーリングとして、チャンファ部がすぐれた疲労強度を有する銅合金製熱間型鍛造シンクロナイザーリング（例えば、特許文献１参照）や、従来よりも高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング（例えば、特許文献２参照）がある。

しかしながら、変速装置は、一層の高性能化が要求されており、それに伴って、シンクロナイザーリングにかかる負担は一層大きくなり、高負荷がかかっても耐え得るシンクロナイザーリングが求められている。上記の特許文献１又は２に記載のシンクロナイザーリングは銅合金で形成されており、機械的強度が低いという問題がある。

そこで、銅合金よりも機械的強度の高い鉄合金を用いた、強度および耐摩耗性に優れる鉄基燒結合金製シンクロナイザーリング（例えば、特許文献３、又は特許文献４参照）もある。

シンクロナイザーリング自体の機械的強度、つまりはシンクロメッシュ機構の機械的強度を向上するためには、特許文献３又は４のように、シンクロナイザーリングを鉄又は鉄合金で形成するとよいが、鉄又は鉄合金は機械的強度が高くなる反面、銅又は銅合金で形成されたシンクロナイザーリングと比べると製造が難しくなるという問題が発生する。また、銅又は銅合金で形成されたシンクロナイザーリングと比べるとコストも高くなってしまう。

一方、同様の問題はクラッチハブにも存在する。シンクロメッシュ機構の機械的強度を高くする為にクラッチハブを鉄又は鉄合金で形成すると、シンクロナイザーリングよりもさらに複雑な形状を有するクラッチハブの製造は難しくなる。また、クラッチハブの製造を容易にするために鉄又は鉄合金よりも機械的強度の低い材料を用いると、シンクロメッシュ機構の機械的強度が低くなる。

特開２００１−３５５０３０号公報 特開２００５−１６３１０１号公報 特開２００１−１７３６８１号公報 特開２００３−０２７１８３号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、機械的強度の高い材料と機械的強度の低い材料を使い分けて組み合わせることにより、機械的強度を保つことができ、且つ、容易に製造することができるシンクロメッシュ機構と、それを備える車両用の変速装置を提供することである。

上記の目的を解決するための本発明のシンクロメッシュ機構は、回転軸に一体回転するクラッチハブと、該クラッチハブの外周の軸方向に摺動可能にスプライン係合されたスリーブと、ギヤと一体に回転するシンクロナイザコーンと、前記クラッチハブと前記シンクロナイザコーンとの間に配設され、前記クラッチハブと前記シンクロナイザコーンとを同期する複数のシンクロナイザーリングと、を備えるシンクロメッシュ機構において、
前記クラッチハブが、焼結金属で形成されていると共に、前記複数のシンクロナイザーリングの中で一番外周側に配置されて前記クラッチハブと接続される外側シンクロナイザーリング以外のシンクロナイザーリングが、鉄、又は鉄合金で形成されており、前記クラッチハブを形成する焼結金属の機械的強度が、前記外側シンクロナイザーリング以外のシンクロナイザーリングを形成する鉄、又は鉄合金の機械的強度よりも低い。

また、上記のシンクロメッシュ機構において、前記クラッチハブが、前記外側シンクロナイザーリング以外のシンクロナイザーリングと同じ材料で形成した場合と略同等の機械的強度を保持するように、前記クラッチハブの、前記スリーブ、前記複数のシンクロナイザーリング、又は前記シンクロナイザコーンのいずれかと接触する部分を厚く形成することが好ましい。

加えて、上記のシンクロメッシュ機構において、前記外側シンクロナイザーリング以外のシンクロナイザーリングを、中間シンクロナイザーリングと内側シンクロナイザーリングで構成し、前記内側シンクロナイザーリングと前記中間シンクロナイザーリングのそれぞれを鉄、又は鉄合金で形成すると共に、前記クラッチハブを焼結合金で形成することが好ましい。

この構成によれば、内側シンクロナイザーリングと中間シンクロナイザーリングを機械
的強度の比較的高い鉄又は鉄合金で形成し、クラッチハブをそれよりも機械的強度の低い焼結金属で形成すると共に、そのクラッチハブの形状を工夫することにより、機械的強度を保つことができ、且つ、どのシンクロナイザーリングよりも複雑な形状のクラッチハブを容易に製造することができる。

クラッチハブを鉄又は鉄合金よりも機械的強度の低い材料である焼結金属で形成すると、クラッチハブの機械的強度が低下してしまうが、このクラッチハブはどのシンクロナイザーリングよりも外側にあり、且つ形状の自由度が大きいため、その形状を工夫することで強度を保つことができる。

具体的には、クラッチハブは内周面及び外周面が摩擦接触するわけではなく制約が無いため、力を受ける部分（スリーブ、シンクロナイザーリング、又はシンクロナイザコーンのいずれかと接触する部分）の径方向の厚みを大きくすることにより、機械的強度を保つことができる。

一方、内側シンクロナイザーリングと中間シンクロナイザーリングは、内側及び外側の両方に自身が接触する他の部品があるため、径方向又は軸方向の厚みは制約されてしまうため、形状を工夫することができない。そこで、機械的強度が高い鉄又は鉄合金で形成することで、機械的強度を保つことができる。

よって、機械的強度の高い材料と低い材料とを組み合わすことで、機械的強度を保つことと、容易に製造することという二律背反の効果を得ることができる。

また、クラッチハブを焼結金属で形成することにより、全てのシンクロナイザーリングとクラッチハブを鉄又は鉄合金で形成するよりも、コストを低減することができる。

さらに、上記のシンクロメッシュ機構において、前記外側シンクロナイザーリングが、焼結金属で形成されており、前記外側シンクロナイザーリングを形成する焼結金属の機械的強度が、前記外側シンクロナイザーリング以外のシンクロナイザーリングを形成する鉄、又は鉄合金の機械的強度よりも低いと、クラッチハブと同様に、機械的強度を保つことができ、且つ、内側シンクロナイザーリングと中間シンクロナイザーリングよりも複雑な形状の外側シンクロナイザーリングを容易に製造することができる。

その上、上記の目的を解決するための本発明の車両用の変速装置は、上記に記載のシンクロメッシュ機構を備えて構成される。この構成によれば、マルチコーン式のシンクロメッシュ機構の各部品の材料を用途に合わせて組み合わせることで、機械的強度を保つと共に、容易に製造することができる。

本発明によれば、各部品によって、機械的強度の高い材料と機械的強度の低い材料を使い分けて組み合わせることにより、機械的強度を保つことができ、且つ、容易に製造することができる。また、機械的強度の低い材料を用いることで、コストを低減することができる。

本発明に係る第１の実施の形態のシンクロメッシュ機構の構成を示す斜視図である。 本発明に係る第１の実施の形態のシンクロメッシュ機構の材料の組合せを示す表である。 本発明に係る第１の実施の形態のシンクロメッシュ機構の断面を示す断面図である。 本発明に係る第２の実施の形態のシンクロメッシュ機構の材料の組合せを示す表である。 本発明に係る第２の実施の形態のシンクロメッシュ機構の断面を示す断面図である。 従来のシンクロメッシュ機構の断面を示す断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態のシンクロメッシュ機構とそれを備える車両用の変速装置について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態として、トリプルコーン式のシンクロメッシュ機構（同期噛合装置）を例に説明するが、本発明はこれに限らず、例えばダブルコーン式のシンクロメッシュ機構などのマルチコーン式のシンクロメッシュ機構に用いることができる。

まず、本発明に係る第１の実施の形態のトリプルコーン式のシンクロメッシュ機構の構成について、図１を参照しながら説明する。このシンクロメッシュ機構１は、図６に示す従来のシンクロメッシュ機構１Ｘの構成と同様に、図１に示すように、クラッチハブ２、スリーブ３、シンクロナイザコーン４、及びシンクロナイザーリング群５を備える。また、そのシンクロナイザーリング群５は、アウターリング（外側シンクロナイザーリング）６、中間リング（中間シンクロナイザーリング）７、及びインナーリング（内側シンクロナイザーリング）８を備える。

クラッチハブ２は、図示しないメインシャフトを挿通する挿通孔９を有するリング状に形成され、その挿通孔９の内周面に設けられたメインシャフトと係合する内歯スプライン１０と、外周面に設けられたスリーブ３と係合する外歯スプライン１１とを備える。その外歯スプライン１１は外周の周方向１２０°間隔で隙間を設ける。

スリーブ３は、クラッチハブ２の外歯スプライン１１に係合する内歯スプライン１２を有するリング状に形成され、その内歯スプライン１２に後述する凸部１５と係合する凹部１３を備える。

アウターリング６は、外周にスリーブ３の内歯スプライン１２と係合するチャンファ１４を有するリング状に形成され、外周の周方向１２０°間隔で外歯スプライン１１の隙間で係合し、且つ凹部１３と係合する凸部１５を備える。また、アウターリング６の内周面１６は、テーパー状（円錐状）の面であり、接触摩擦を強化するためのハッチを刻むとよい。

中間リング７は、シンクロナイザコーン４と係合する軸方向に突出した突起部１７を有するリング状に形成され、アウターリング６と摩擦接触する外周面１８とインナーリング８と摩擦接触する内周面１９のそれぞれはテーパー状の面に形成される。

インナーリング８は、クラッチハブ２と係合する軸方向に突出した突起部２０を有するリング状に形成され、中間リング７と摩擦接触する外周面２１と、シンクロナイザコーン４と摩擦接触する内周面２２のそれぞれはテーパー状の面であり、接触摩擦を強化するためのハッチを刻むとよい。

シンクロナイザコーン４は、ギヤＧ２と一体に回転するように、ギヤＧ２に接合され、スリーブ３と係合するチャンファ２３と、中間リング７の突起部１７と係合する挿入孔２４と、インナーリング８と摩擦接触するテーパー状に形成されたコーン面２５を備える。

上記のシンクロメッシュ機構１の構成は、一例であり、本発明はシンクロメッシュ機構１の構成は限定せず、複数のシンクロナイザーリングを備える、あるいは複数の摩擦面を有する周知の技術のシンクロメッシュ機構に適用することができる。

クラッチハブ２を、アウターリング６、中間リング７、及びインナーリング８からなるシンクロナイザーリング群５と同等の機械的強度の高い鉄又は鉄合金で形成すると、シンクロメッシュ機構１の機械的強度を向上することはできるが、形状が複雑なクラッチハブ２を容易に製造することはできなくなる。また、コストも高くなる。一方、クラッチハブ２とシンクロナイザーリング群５を、機械的強度の低い焼結金属で形成すると、クラッチハブ２を容易に製造することはできるが、シンクロメッシュ機構１の機械的強度を保つことができない。

そこで、本発明に係る第１の実施の形態のシンクロメッシュ機構１は、従来では、同じ材料で形成されていたクラッチハブ２とシンクロナイザーリング群５を、図２に示すように、アウターリング６と中間リング７とインナーリング８とを機械的強度の高い鉄又は鉄合金で形成すると共に、クラッチハブ２を、鉄又は鉄合金よりも機械的強度の低い焼結金属で形成することを特徴とする。

なお、ここでいう鉄合金とは、鉄を主成分とする合金であり、例えば、鋼、モリブデン鋼、又はステンレス鋼などのことをいう。また、焼結金属とは、金属の粉末を所要の形に圧縮し、圧粉体を作りそれを高温で焼き固めた合金のことであり、溶解や鋳造の工程を行わずに生成されるため、複雑な形状を容易に製造することができる。この焼結金属は、内周に内歯スプライン１０と外周に外歯スプライン１１を有し、複雑な形状のクラッチハブ２を形成する材料として適している。

加えて、機械的強度とは、材料に応力が加えられたときの変形挙動を表す指標であり、弾性率 、降伏強さ、塑性、引張強さ、伸び、破壊エネルギー、及び硬度などの様々な材
料の変形挙動に対する総合的な強度のことをいう。例えば、鉄又は鉄合金よりも硬度の高い焼結金属の場合でも、その他の変形挙動に対する強度が、鉄又は鉄合金よりも低い場合がある。

クラッチハブ２は、前述したように、外周にスリーブ３の内歯スプライン１２と係合し、且つアウターリング６の凸部１５と係合する外歯スプライン１１や、挿通孔９の内周面の内歯スプライン１０を備え、シンクロナイザーリング群５と比べると複雑な形状を有している。また、クラッチハブ２は、シンクロナイザーリング群５とは異なり、摩擦接触することがない。

よって、クラッチハブ２は形状の自由度が大きく、機械的強度の劣る材料で形成しても、形状の工夫次第で機械的強度を保つことができる。具体的には、クラッチハブ２は、内周面及び外周面が摩擦接触するわけではなくスプライン係合するため、制約が無く、力を受ける部分の径方向の厚みを大きくすることにより、機械的強度を保つことができる。

詳しくは、図３に示すように、スリーブ３と係合する外歯スプライン１１を含む外周部の厚さＤ１を厚く形成することを特徴とする。この厚さＤ１は、図６に示す従来のスリーブ３と係合する外歯スプライン１１を含む外周部の厚さＤｘ１よりも、径方向に厚くなっている。この外歯スプライン１１を含む外周部を厚くすると、アウターリング６の凸部１５との係合に対する機械的強度を向上することができる。

これにより、クラッチハブ２を機械的強度が低い焼結金属で形成しても、クラッチハブ
２の形状を工夫すること、つまり、鉄又は鉄合金で形成した場合と略同等の機械的強度を保持するように、クラッチハブ２の力を受ける部分を径方向に厚く形成することで、機械的強度を保つことができる。

また、クラッチハブ２を焼結金属で形成することにより、機械的強度が高い鉄又は鉄合金で製造するよりも、複雑な形状のクラッチハブ２を容易に製造することができる。

一方、中間リング７は、外周面１８がアウターリング６と摩擦接触し、内周面１９がインナーリング８と摩擦接触する。また、インナーリング８は、外周面２１が中間リング７と摩擦接触し、内周面２２がシンクロナイザコーン４と摩擦接触する。よって中間リング７及びインナーリング８は、内側と外側の両方に摩擦接触する部品がある為、径方向の厚みは制約されてしまう。さらに、中間リング７の軸方向に突出した突起部１７と、インナーリング８の軸方向に突出した突起部２０は、係合したさいに力を受けると変形や破損が発生し易い。

よって、中間リング７及びインナーリング８は、アウターリング６のように、形状を工夫して機械的強度を保つことができないため、本発明では、機械的強度が高い鉄又は鉄合金で形成することによって、機械的強度を向上することができる。

本発明のシンクロメッシュ機構１は、クラッチハブ２と、アウターリング６、中間リング７、及びインナーリング８とを、前述したように、それぞれに適した材料で形成することにより、つまり機械的強度の高い材料と低い材料とを組み合わすことで、機械的強度を保つことと、容易に製造することという二律背反の効果を得ることができる。

また、全て鉄又は鉄合金で形成したものと比較すると、クラッチハブ２を焼結金属で形成した分、コストを抑えることができる。

なお、この実施の形態では、焼結金属で形成したクラッチハブ２の力を受ける部分の厚みを径方向に大きくしたが、クラッチハブ２の形状を工夫することで、機械的強度を保つように構成すればよく、本発明は上記の構成に限定しない。例えば、クラッチハブ２の全体の厚みを軸方向に大きくして、力を受ける部分の厚みを軸方向に大きくして、機械的強度を保ってもよい。

次に、本発明に係る第２の実施の形態のシンクロメッシュ機構３０について、図４及び図５を参照しながら説明するが、第１の実施の形態と構成は同じであるため同じ符号を用いることにする。このシンクロメッシュ機構３０は、図２の組合せに代えて、図４に示すように、アウターリング６を鉄又は鉄合金よりも機械的強度が低い焼結金属で形成することを特徴とする。

アウターリング６は、クラッチハブ２と同様に、中間リング７及びインナーリング８と比べると複雑な形状を有している。また、アウターリング６の外周面は、中間リング７の外周面１８及びインナーリング８の外周面２１とは異なり、摩擦接触することがない。

よって、アウターリング６も形状の自由度が大きく、機械的強度の劣る材料で形成しても、形状の工夫次第で機械的強度を保つことができる。詳しくは、図５に示すように、中間リング７と摩擦接触する内周面１６の部分の厚さＤ２を厚く形成することを特徴とする。また、図示しない凸部１５の径方向の厚みも大きくする。この厚さＤ２は、図６に示す従来の中間リング７Ｘと摩擦接触する内周面１６Ｘの部分の厚さＤｘ２よりも、径方向に厚くなっている。

これにより、アウターリング６を機械的強度が低い焼結金属で形成しても、アウターリング６の形状を工夫すること、つまり、鉄又は鉄合金で形成した場合と略同等の機械的強度を保持するように、アウターリング６の力を受ける部分を径方向に厚く形成することで、機械的強度を保つことができる。

また、アウターリング６を焼結金属で形成することにより、機械的強度が高い鉄又は鉄合金で製造するよりも、複雑な形状のアウターリング６を容易に製造することができる。

本発明のシンクロメッシュ機構３０は、クラッチハブ２及びアウターリング６と、中間リング７及びインナーリング８を、前述したように、それぞれに適した材料で形成することにより、つまり機械的強度の高い材料と低い材料とを組み合わすことで、機械的強度を保つことと、容易に製造することという二律背反の効果を得ることができる。

また、全て鉄又は鉄合金で形成したものと比較すると、クラッチハブ２を焼結金属で形成し、アウターリング６を銅、銅合金、又は焼結金属で形成した分、コストを抑えることができる。

上記のシンクロメッシュ機構１又は３０を備える車両用の変速装置は、マルチコーン式のシンクロメッシュ機構１又は３０のシンクロナイザーリング群５の材料を用途に合わせて組み合わせることで、機械的強度を保つことができ、且つ、容易に製造することができる。

本発明のシンクロメッシュ機構は、機械的強度の高い材料と機械的強度の低い材料を使い分けて組み合わせることにより、機械的強度を保つことができ、且つ、容易に製造することができるので、特に高性能化が進み高負荷がかかる車両用の変速装置に利用することができる。

１、３０ シンクロメッシュ機構
２ クラッチハブ
３ スリーブ
４ シンクロナイザコーン
５ シンクロナイザーリング群
６ アウターリング（外側シンクロナイザーリング）
７ 中間リング（中間シンクロナイザーリング）
８ インナーリング（内側シンクロナイザーリング）

Claims (3)

1. 回転軸に一体回転するクラッチハブと、該クラッチハブの外周の軸方向に摺動可能にスプライン係合されたスリーブと、ギヤと一体に回転するシンクロナイザコーンと、前記クラッチハブと前記シンクロナイザコーンとの間に配設され、前記クラッチハブと前記シンクロナイザコーンとを同期する複数のシンクロナイザーリングと、を備えるシンクロメッシュ機構において、
   前記クラッチハブが、焼結金属で形成されていると共に、前記複数のシンクロナイザーリングの中で一番外周側に配置されて前記クラッチハブと接続される外側シンクロナイザーリング以外のシンクロナイザーリングが、鉄、又は鉄合金で形成されており、
   前記クラッチハブを形成する焼結金属の機械的強度が、前記外側シンクロナイザーリング以外のシンクロナイザーリングを形成する鉄、又は鉄合金の機械的強度よりも低いことを特徴とするシンクロメッシュ機構。
2. 前記外側シンクロナイザーリングが、焼結金属で形成されており、
   前記外側シンクロナイザーリングを形成する焼結金属の機械的強度が、前記外側シンクロナイザーリング以外のシンクロナイザーリングを形成する鉄、又は鉄合金の機械的強度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のシンクロメッシュ機構。
3. 請求項１又は２に記載のシンクロメッシュ機構を備えることを特徴とする車両用の変速装置。

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