JP2005155829A - シンクロナイザリング及び変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】相手部材との同期作用の低下を招くことなく相手部材との引っ掛かりを抑止できるシンクロナイザリングを提供する。
【解決手段】シンクロナイザリング２２の内周面２２−１には、溝３２が形成されることでトップランド部３４が回転軸方向に間隔をおいて形成されており、小径側２２−４のトップランド部３４が大径側２２−５より先にクラッチギヤのギヤコーン面と接触する。トップランド部３４の回転軸方向における幅Ｗは、小径側２２−４が大径側２２−５より大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、シンクロナイザ（同期噛合機構）に用いられるシンクロナイザリング、及びシンクロメッシュ式の変速機に関する。

シンクロナイザリングの摩擦摺動面には、面圧を高めるために、溝が回転軸方向に間隔をおいて形成されている。この溝が形成されたシンクロナイザリングの従来例が実開平５−１４６６０号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１のシンクロナイザリングにおいては、内周面に形成された溝により画成される歯の突出量を大径側よりも小径側の方をクラッチギヤの傾斜周面に対して大きく形成するとともに、各歯の歯先面の幅寸法を大径側よりも小径側の方を小さく形成することにより、大径側よりも小径側の方を摩耗しやすくしている。この構成によれば、使用初期はクラッチギヤの傾斜周面に対して内周面の小径側の方が大径側よりも強く当たるが、シンクロナイザリングとクラッチギヤとで同期化が繰り返されるにつれて、大径側よりも小径側の方が早く摩耗する。その後は局部的な当たりは無くなって平均的に面密着される状態が維持されるようにしている。

その他にも、特許文献２のシンクロナイザリングが開示されている。

実開平５−１４６６０号公報 実開平５−８１５３８号公報

シンクロナイザリングにおいて、摩擦摺動面に溝を形成して面圧を高くすると、相手部材との同期作用は向上するが、相手部材との引っ掛かりが発生しやすくなってしまう。そして、この引っ掛かりの発生が原因で、変速動作を円滑に行うことが困難となってしまう。一方、摩擦摺動面の面圧を低くして相手部材との引っ掛かりを抑止しようとすると、相手部材との同期作用が低下してしまう。

本発明は、相手部材との同期作用の低下を招くことなく相手部材との引っ掛かりを抑止できるシンクロナイザリングを提供することを目的とする。また、本発明は、変速動作を円滑に行うことができる変速機を提供することを目的とする。

本発明に係るシンクロナイザリングは、相手部材に対して回転軸まわりの回転運動を同期させるために、摩擦摺動面が該相手部材と接触することで該相手部材への摩擦力を発生するシンクロナイザリングであって、前記摩擦摺動面には、前記相手部材と接触するトップランド部が回転軸方向に間隔をおいて形成されており、前記摩擦摺動面は、回転軸方向の一方側が他方側より先に前記相手部材と接触し、前記トップランド部の回転軸方向における幅は、回転軸方向の一方側が他方側より大きいことを要旨とする。

本発明においては、摩擦摺動面に形成されたトップランド部の回転軸方向における幅は、相手部材と先に接触する側が相手部材と後に接触する側より大きい。これによって、相手部材と先に接触する側のトップランド部の面圧を下げることができるとともに、相手部材と後に接触する側のトップランド部の面圧を確保することができる。したがって、本発明によれば、相手部材との同期作用の低下を招くことなく相手部材との引っ掛かりを抑止することができる。

本発明に係る変速機は、第１摩擦摺動面が形成されたシンクロナイザリングと、第２摩擦摺動面が設けられた歯車と、を有し、シンクロナイザリングの第１摩擦摺動面が歯車の第２摩擦摺動面と接触することで発生する摩擦力によって、シンクロナイザリングと歯車とで回転軸まわりの回転運動の同期化が行われて変速動作が可能なシンクロメッシュ式の変速機であって、前記第１摩擦摺動面には、前記第２摩擦摺動面と接触するトップランド部が回転軸方向に間隔をおいて形成されており、前記第１摩擦摺動面は、回転軸方向の一方側が他方側より先に前記第２摩擦摺動面と接触し、前記トップランド部の回転軸方向における幅は、回転軸方向の一方側が他方側より大きいことを要旨とする。

本発明によれば、シンクロナイザリングの第１摩擦摺動面と歯車の第２摩擦摺動面との間に関して、動摩擦係数の低下を招くことなく引っ掛かりを抑止することができるので、変速動作を円滑に行うことができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１〜３は、本発明の実施形態に係るシンクロナイザリングを含む変速機の構成の概略を示す図である。図１はシンクロメッシュの概略図を示し、図２はシンクロナイザリング及びクラッチギヤの斜視図を示し、図３はシンクロナイザリングの内周面の断面図を示す。本実施形態に係る変速機は、シンクロメッシュ式の変速機であり、回転軸１０、クラッチハブ１２、スリーブ１４、セレクタ１６、シンクロナイザキー１８、ばね２０、シンクロナイザリング２２、及びクラッチギヤ２４を備えている。

クラッチギヤ２４には、コーン状の傾斜外周面であるギヤコーン面２４−１が設けられており、回転軸１０方向の両端においてギヤコーン面２４−１の外径が異なる。このギヤコーン面２４−１がシンクロナイザリング２２と接触してシンクロナイザリング２２への摩擦力を発生するための摩擦摺動面として機能する。そして、クラッチギヤ２４にはスリーブ１４と噛み合うための歯２４−２が設けられている。クラッチギヤ２４の材質としては、例えばＳＣＭ４１５が用いられ、浸炭焼入れ焼戻しが行われている。

シンクロナイザリング２２においては、その内周面２２−１がコーン状の傾斜面となっており、回転軸１０方向の両端において内周面２２−１の内径が異なる。この内周面２２−１がクラッチギヤ２４と接触してクラッチギヤ２４への摩擦力を発生するための摩擦摺動面として機能する。ここで、図３に示すように、回転軸１０方向の両側に関し、内周面２２−１の内径が小さい方の側を小径側２２−４と称し、内周面２２−１の内径が大きい方の側を大径側２２−５と称する。本実施形態においては、回転軸１０に対する内周面２２−１の傾斜角度が回転軸１０に対するギヤコーン面２４−１の傾斜角度より大きくなるようにシンクロナイザリング２２及びクラッチギヤ２４が設計されている。これによって、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１は、小径側２２−４が大径側２２−５より先にクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１と接触する。

そして、図３に示すように、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１には、溝３２が回転軸１０方向に間隔をおいて形成されている。これによって、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１には、ギヤコーン面２４−１と接触するトップランド部３４が回転軸１０方向に間隔をおいて形成され、内周面２２−１における面圧が高められる。また、シンクロナイザリング２２の外周面２２−２には、スリーブ１４と噛み合うための歯２２−３が設けられている。なお、シンクロナイザリング２２の材質としては、例えば黄銅材が用いられる。

シンクロメッシュ式の変速機においては、セレクタ１６を介してスリーブ１４がいずれかのシンクロナイザリング２２側（図１ではＡ方向側）へ動かされると、シンクロナイザキー１８がスリーブ１４と同方向に移動することにより、シンクロナイザリング２２もスリーブ１４と同方向に移動する。このシンクロナイザリング２２の移動によりシンクロナイザリング２２の内周面２２−１がクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１に接触して押し付けられることで、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１とクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１との間に摩擦力が発生し、シンクロナイザリング２２とクラッチギヤ２４とで回転軸１０まわりの回転運動の同期化が行われる。ここで、内周面２２−１の小径側２２−４が内周面２２−１の大径側２２−５より先にギヤコーン面２４−１と接触する。スリーブ１４がさらに移動すると、スリーブ１４の歯１４−１がシンクロナイザリング２２の歯２２−３に接触することで、スリーブ１４とシンクロナイザリング２２とで回転運動の同期化が行われる。このとき、シンクロナイザキー１８はスリーブ１４から外され、ばね２０の力によりスリーブ１４側へ押さえ付けられる。スリーブ１４、シンクロナイザリング２２、及びクラッチギヤ２４で回転が同期すると、スリーブ１４の歯１４−１がシンクロナイザリング２２の歯２２−３及びクラッチギヤ２４の歯２４−２と噛み合い、変速動作が完了する。なお、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１とクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１との間には、潤滑油が供給されている。

このように、本実施形態に係る変速機においては、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１がクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１と接触することで発生する摩擦力によって、シンクロナイザリング２２とクラッチギヤ２４とで回転軸１０まわりの回転運動の同期化が行われて変速動作が可能である。なお、上記に説明した同期動作及び変速機の他の構成については既知のものであるため、より詳細な説明を省略する。

本実施形態においては、図３に示すように、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１に形成されたトップランド部３４の回転軸１０方向における幅Ｗは、小径側２２−４が大径側２２−５より大きい。ここで、内周面２２−１の小径側２２−４が内周面２２−１の大径側２２−５より先にギヤコーン面２４−１と接触するため、ギヤコーン面２４−１と先に接触する側のトップランド部３４の幅が後に接触する側のトップランド部３４の幅より大きいことになる。この構成によって、ギヤコーン面２４−１と先に接触する側のトップランド部３４の面圧を下げることができるとともに、ギヤコーン面２４−１と後に接触する側のトップランド部３４の面圧を確保することができる。なお、図３では、一例として大径側２２−５から小径側２２−４へ移行するにつれてトップランド部３４の幅Ｗが大きくなる場合を示している。

さらに、ギヤコーン面２４−１と先に接触する側のトップランド部３４の幅については、０．２ｍｍより小さいと面圧を下げる効果が小さくなる傾向にあり、０．５ｍｍより大きいと面圧が下がりすぎて動摩擦係数が低下する傾向にある。したがって、ギヤコーン面２４−１と先に接触する側のトップランド部３４の幅は、０．２ｍｍ以上かつ０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

一方、ギヤコーン面２４−１と後に接触する側のトップランド部３４の幅については、０．２ｍｍより大きいと面圧が下がりすぎて動摩擦係数が低下する傾向にある。したがって、ギヤコーン面２４−１と後に接触する側のトップランド部３４の幅は、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。

また、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１に関して、トップランド部３４の幅が０．２ｍｍを超える面積比率が７０％より大きいと、面圧が下がりすぎて動摩擦係数が低下する傾向にある。したがって、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１におけるトップランド部３４の幅が０．２ｍｍを超える面積比率は、７０％以下であることが好ましい。

ここで、本願発明者は、小径側２２−４でのトップランド部３４の幅を大径側２２−５より大きくすることによる引っ掛かり抑止効果を確認するための実験を行った。

「トップランド部の形成」
まず小径側２２−４から大径側２２−５へトップランド部３４の幅が０．３ｍｍとなるように溝３２を３溝分切削加工する。次に、切削工具の送り速度を１／２に遅くすることにより、残りの部分についてトップランド部３４の幅が０．１５ｍｍとなるように溝３２を切削加工する。以上の工程によって、小径側２２−４の幅が０．３ｍｍで大径側２２−５の幅が０．１５ｍｍであるトップランド部３４をシンクロナイザリング２２の内周面２２−１に形成した。ここで、幅が０．３ｍｍであるトップランド部３４の面積比率は、略２０％であった。以下、この例を実施例１とする。

また、トップランド部３４の幅が均一に０．１５ｍｍとなるように溝３２を切削加工する。その後、図４に示すように、小径側２２−４が大径側２２−５より切削量が大きくなるようにトップランド部３４を斜めに切削加工する。以上の工程によって、大径側２２−５から小径側２２−４へ移行するにつれて幅が大きくなるトップランド部３４を形成した。ここで、最も小径側２２−４のトップランド部３４の幅は０．３ｍｍであり、最も大径側２２−５のトップランド部３４の幅は０．１５ｍｍであった。以下、この例を実施例２とする。

「引っ掛かり特性確認実験」
上記の実施例１，２及び比較例（トップランド部３４の幅が均一０．１５ｍｍ）に関して、以下に説明する引っ掛かり特性（静摩擦特性）を確認する実験を行った。まず実車相当の慣性重量が付加されたクラッチギヤ２４を回転させる。次に、回転していないシンクロナイザリング２２の内周面２２−１をクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１に所定の推力で押し付けることにより、クラッチギヤ２４の回転を停止させる。その後、停止したクラッチギヤ２４を回転させるときにシンクロナイザリング２２（あるいはクラッチギヤ２４）に作用するトルクを測定する。以上の動作を繰り返し、停止したクラッチギヤ２４を回転させるときに発生するピークトルクがどれだけ早期に（上記の動作を何回繰り返せば）なくなるかを調べた。なお、潤滑油は市販のものを使用し、潤滑油が十分に暖まった状態で実験を行った。

「動摩擦特性確認実験」
上記の実施例１，２及び比較例（トップランド部３４の幅が均一０．１５ｍｍ）に関して、以下に説明する動摩擦特性を確認する実験を行った。一定回転しているクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１にシンクロナイザリング２２の内周面２２−１を所定の推力で押し付ける。このとき、クラッチギヤ２４からシンクロナイザリング２２に伝達されるトルクを測定し、このトルクから動摩擦係数を算出した。なお、上記の動作及び動摩擦係数の算出は繰り返し行った。また、潤滑油は市販のものを使用し、潤滑油が十分に暖まった状態で実験を行った。

引っ掛かり特性確認実験の結果を図５に、動摩擦特性確認実験の結果を図６に示す。ただし、図５では、ピークトルクがなくなるまでの繰り返し回数を比較例における回数で割った値で（比較例の結果を１として）実施例１，２の結果を図示している。

図５に示すように、実施例１，２では、比較例より極めて早期に（約１／１０〜１／８の繰り返し回数で）ピークトルクがなくなっている。したがって、実施例１，２のシンクロナイザリング２２によって、静摩擦係数を低下させることができ、非常に優れた引っ掛かり特性（静摩擦特性）を得ることができる。

また、図６に示すように、実施例１，２では、比較例と同等の動摩擦係数が確保されている。したがって、実施例１，２によれば、動摩擦係数の低下を招くことなく静摩擦係数を低下させることができる。

以上説明したように、本実施形態においては、ギヤコーン面２４−１と先に接触する小径側２２−４のトップランド部３４の幅が後に接触する大径側２２−５のトップランド部３４の幅より大きい。これによって、ギヤコーン面２４−１と先に接触する小径側２２−４のトップランド部３４の面圧を低下させることができるとともに、それ以外のトップランド部３４の面圧を確保することができる。したがって、クラッチギヤ２４との引っ掛かりを抑止することができ、変速動作を円滑に行うことができる。また、その際に、動摩擦係数の低下を招くこともない。

以上の説明においては、内周面２２−１の小径側２２−４が内周面２２−１の大径側２２−５より先にギヤコーン面２４−１と接触する場合であったため、小径側２２−４のトップランド部３４の幅が大径側２２−５のトップランド部３４の幅より大きい場合を説明した。ただし、回転軸１０に対するギヤコーン面２４−１の傾斜角度が回転軸１０に対する内周面２２−１の傾斜角度より大きくなるようにシンクロナイザリング２２及びクラッチギヤ２４が設計されていることにより、内周面２２−１の大径側２２−５が内周面２２−１の小径側２２−４より先にギヤコーン面２４−１と接触する場合も考えられる。その場合は、図７に示すように、大径側２２−５のトップランド部３４の幅を小径側２２−４のトップランド部３４の幅より大きくすればよい。図７では、一例として小径側２２−４から大径側２２−５へ移行するにつれてトップランド部３４の幅Ｗが大きくなる場合を示している。

なお、特許文献１のシンクロナイザリングにおいては、歯先面の幅寸法を大径側より小径側の方を小さくしている。ただし、特許文献１では、小径側が大径側より先にクラッチギヤと接触するため、クラッチギヤと先に接触する側の方が後に接触する側より歯先面の幅寸法が小さい。一方、本実施形態はクラッチギヤと先に接触する側の方が後に接触する側よりトップランド部の幅が大きいため、特許文献１とは構成が異なる。また、特許文献２では、ねじ状連続溝を欠除するための溝を大径側の方が小径側より円周方向の幅が広くなるように形成している。ただし、トップランド部の回転軸方向における幅については特許文献２に開示がなく、本実施形態は特許文献２と構成が異なる。本実施形態のようにトップランド部の回転軸方向における幅を変更する方が特許文献２におけるねじ状連続溝を欠除するための溝を形成するより加工が容易である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

変速機のシンクロメッシュの概略構成を示す図である。 シンクロナイザリング及びクラッチギヤの概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるシンクロナイザリングの内周面の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態におけるシンクロナイザリングの内周面の加工例を説明する断面図である。 本発明の実施形態におけるシンクロナイザリングの引っ掛かり特性の実験結果を示す図である。 本発明の実施形態におけるシンクロナイザリングの動摩擦特性の実験結果を示す図である。 本発明の実施形態におけるシンクロナイザリングの内周面の他の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 回転軸、１２ クラッチハブ、１４ スリーブ、１６ セレクタ、１８ シンクロナイザキー、２０ ばね、２２ シンクロナイザリング、２４ クラッチギヤ、３２ 溝、３４ トップランド部。

Claims (2)

1. 相手部材に対して回転軸まわりの回転運動を同期させるために、摩擦摺動面が該相手部材と接触することで該相手部材への摩擦力を発生するシンクロナイザリングであって、
   前記摩擦摺動面には、前記相手部材と接触するトップランド部が回転軸方向に間隔をおいて形成されており、
   前記摩擦摺動面は、回転軸方向の一方側が他方側より先に前記相手部材と接触し、
   前記トップランド部の回転軸方向における幅は、回転軸方向の一方側が他方側より大きいことを特徴とするシンクロナイザリング。
2. 第１摩擦摺動面が形成されたシンクロナイザリングと、第２摩擦摺動面が設けられた歯車と、を有し、シンクロナイザリングの第１摩擦摺動面が歯車の第２摩擦摺動面と接触することで発生する摩擦力によって、シンクロナイザリングと歯車とで回転軸まわりの回転運動の同期化が行われて変速動作が可能なシンクロメッシュ式の変速機であって、
   前記第１摩擦摺動面には、前記第２摩擦摺動面と接触するトップランド部が回転軸方向に間隔をおいて形成されており、
   前記第１摩擦摺動面は、回転軸方向の一方側が他方側より先に前記第２摩擦摺動面と接触し、
   前記トップランド部の回転軸方向における幅は、回転軸方向の一方側が他方側より大きいことを特徴とする変速機。