JP2019082215A - 変速機用同期装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同期完了後における残留摩擦トルクを緩和して、スムーズな変速ギヤとの噛み合いを実現し、ドライバーのシフトフィーリングを改善する。【解決手段】複数の支持穴１４ｅと支持面１４ｄをハブ１２側に形成した変速ギヤ１４と、該変速ギヤ１４の支持面１４ｄに接する円錐内面２０ｆと支持穴１４ｅに係合する軸方向の突起２０ｂと円錐外面２０ｄが形成され、周方向に開口部２０ａを有する中間リング２０と、円錐外面２０ｄに圧接可能な円錐摩擦面１８ｄを内面に、外周に、チャンファ面１８ａを有するスプラインと、ハブ１２の切り欠き１２ｅに回転方向の隙間を有して係合する突起１８ｃを、それぞれ形成した同期リング１８と、を備え、円錐内面の円錐角を、円錐外面の円錐角より大きくした。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用変速機の変速操作（ギヤ切り替え）時に、スリーブの押圧力で発生する円錐面の摩擦トルクによりスリーブと変速ギヤとを同期させて、スムーズな変速を可能にする同期装置に関するものである。

従来、この種の変速機用同期装置としては、周方向に開口部を有する同期リングの外周面を摩擦面として、該摩擦面とスリーブの内面との摩擦トルクで同期作用を行う例がある（たとえば、特許文献１参照）。

上記従来例にあっては、開口部を有する同期リング１５の内側にロッキングバンド１７、１８と称する部材が存在し、同期トルクによってロッキングバンド１７、１８が同期リング１５を押し広げる作用をするとともに、同期リング１５自身にもセルフサーボ作用があって高い同期トルクを得るようになっている。

米国特許第２，９３２，３７３号公報

上記従来の同期装置（特許文献１）にあっては、同期作用が終わってスリーブ５が変速ギヤ２のドッグクラッチ１０と噛み合う際に、スリーブ５と同期リング１５の間に摩擦トルクが残留してこれら間が貼り付いたようになっていて、噛み合いがブロックされる現象が発生することがあるという問題があった。この現象は、摩擦トルクを大きくすべく、摩擦面の傾斜角度を小さくすると目立って発生する。

解決しようとする問題点は、同期作用が終わってスリーブが変速ギヤと噛み合う際に、スリーブ５と同期リング１５の間に必要以上の摩擦トルクが残留することである。
本発明の目的は、同期完了後における残留摩擦トルクを緩和して、スムーズな変速ギヤとの噛み合いを実現し、ドライバーの操作フィーリングを改善することにある。

本発明の変速機用同期装置は、動力を伝える軸と、該軸に固定され、切り欠きを形成したハブと、軸方向端部にチャンファ面を有するスプラインが内周に形成され、ハブに軸方向に摺動可能に支持されたスリーブと、該スリーブが係合可能なスプライン歯と支持面と軸方向の複数の支持穴もしくは切り欠きがハブ側に一体的に形成され、ハブの軸方向に隣接して配置された変速ギヤと、該変速ギヤの支持面に接する円錐内面と支持穴または切り欠きに係合する複数の突起と円錐外面が形成され、周方向に開口部を有して、径方向の広がりを変速ギヤに規制された中間リングと、内面に円錐外面に圧接可能な円錐摩擦面を、また外周に、スリーブのチャンファ面に対抗するチャンファ面を有するスプラインと、切り欠きに回転方向の隙間を有して係合する突起とを、それぞれ形成した同期リングと、を備え、円錐内面の円錐角が、円錐外面の円錐角より大きいことを特徴とする。

本発明の変速機用同期装置は、同期作用終了後における同期リングと相手の中間リング円錐外面との貼り付き現象を軽減して、スムーズな変速ギヤとの噛み合いを実現できる。
これにより、同期性能を確保しつつ、ドライバーが変速レバーを操作する際の、いわゆるシフトフィーリングを改善するのに貢献する。

本発明の実施例１に係る変速機用同期装置の要部の断面図である。 １速ギヤの支持面を示す部分拡大断面図である。 ハブの部分拡大図である。 図１の、同期リング、中間リング、ボールユニットの拡大図である。 同期リングの部分正面図である。 中間リングの正面図である。 作動を説明する図−１である。 作動を説明する図−２である。 本発明の実施例２に係る変速機用同期装置の、中間リングの突起と１速ギヤの穴の関係を示す図である。 本発明の実施例３に係る変速機用同期装置の、中間リングと１速ギヤの連結関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る変速機用同期装置を、実施例に基づき図とともに説明する。なお、各実施例中、同じ構成の部分は省略してその説明を省くことがある。

図１は、本発明の実施例１に係る変速機用同期装置の主要部の断面図である。図１は、出力軸１０の中心から上半分を描いた拡大図である。なお、後述するように図１の一部は拡大して図４としており、一部の符号は図１に記述しないで図４に記している。
出力軸１０は図示しない差動装置を介して車輪に連結されている。
該出力軸１０には、外周にスプライン１０ａが形成され、出力軸１０に装着されたスナップリング１０ｂとともにハブ１２が一体的に固定されている。
出力軸１０はスプライン１０ａの右側に支持部１０ｃと鍔部１０ｄとが形成され、ハブ１２のボス１２ａと鍔部１０ｄとの間の支持部１０ｃには、ベアリング１０ｅに支持された１速ギヤ１４が回転自在に設けられている。

１速ギヤ１４は、そのギヤ部１４ａが図示しない入力軸と一体の１速入力ギヤと噛み合っており、該入力軸はクラッチディスクと連結している。
１速ギヤ１４には、後述のスリーブ１６のスプライン１６ａと噛み合うスプライン（ドッグギヤ）１４ｂが、ハブ１２に面した側のチャンファ１４ｃとともに形成され、ハブ１２に面した側にはさらに支持面１４ｄが形成されている。
該支持面１４ｄは円錐角θの円錐面に近い形状であるが、図２に示す拡大断面図のように外面線が半径Ｒの円弧を描くようにクラウニングされている。むろん、支持面１４ｄは一般的な円錐面であってもよい。
また、スプライン１４ｂの径方向内側には円周方向３カ所に軸方向の支持穴１４ｅが形成されており、後述の中間リング２０の突起２０ｂが係合している。また支持穴１４ｅの径方向外側は内面１４ｆである。

ハブ１２は、ボス１２ａの外側にフランジ部１２ｂが形成され、その外周にスプライン１２ｃが形成された環状部１２ｄを有し、環状部１２ｄからフランジ部１２ｂにかけて、図３の部分拡大正面図に示すように３カ所の切り欠き１２ｅを形成している。

ハブ１２の外側にはスリーブ１６が、該スリーブ１６のスプライン１６ａとハブ１２のスプライン１２ｃが嵌合して、回転方向は両者一体で軸方向にはスリーブ１６がハブ１２に対して移動可能に装着してある。
スプライン１６ａの軸方向両端部にはチャンファ１６ｃが形成してある。
スリーブ１６の外周にはリバースギヤ１６ｄとシフトフォーク溝１６ｅが形成してあり、シフトフォーク溝１６ｅには図示しないシフトフォークが係合してスリーブ１６を軸方向に移動させることができる。なお、リバースギヤ１６ｄは本同期装置の作用には関係しないので説明を省略する。
スプライン１６ａの内周にはボール溝１６ｆが形成され、該ボール溝１６ｆには後述するボールユニット２２が接している。

１速ギヤ１４とハブ１２およびスリーブ１６の間には同期リング１８と中間リング２０が装着されている。ここで、図１における同期リング１８と中間リング２０および後述のボールユニット２２の拡大図を図４に示す。
また、図５に同期リング１８のハブ１２側から見た部分正面図を、図６に中間リング２０の１速ギヤ１４側から見た正面図を、それぞれ示す。

同期リング１８は、図５に示すように、その外周にチャンファ１８ａを有するスプライン１８ｂと、ハブ１２の切り欠き１２ｅに対応した突起１８ｃが、内側には図４に見るように円錐摩擦面１８ｄが、それぞれ形成されている。チャンファ１８ａはスリーブ１６のチャンファ１６ｃに対応しており、円錐内面１８ｄは後述の中間リング２０の円錐外面２０ｄに対応している。
突起１８ｃは、ハブ１２の切り欠き１２ｅに若干の回転方向の遊びを有している。

中間リング２０は、図６に見るように全体はリング状であるが開口部２０ａを有してＣ形状になっている。
図４、図６に見るように、中間リング２０の１速ギヤ１４側には３カ所に軸方向の突起２０ｂが形成され、該突起２０ｂは１速ギヤ１４の支持穴１４ｅと係合しており、回転方向は１速ギヤ１４と一体であるとともに、突起２０ｂの外周面２０ｃは支持穴１４ｅの内面１４ｆに接しており、これにより中間リング２０は径方向への広がりを規制されている。

中間リング２０には円錐外面２０ｄが形成され、該円錐外面２０ｄには摩擦材２０ｅが貼付されている。円錐外面２０ｄと摩擦材２０ｅは同期リング１８の円錐摩擦面１８ｄに対応しており、後述の同期作用において両者間で摩擦トルクを生じる。
なお、摩擦材２０ｅは、貼付に限らず金属の溶射や樹脂の射出成形であってもよい。
また、中間リング２０の内側は円錐内面２０ｆが形成され、該円錐内面２０ｆは１速ギヤ１４の支持面１４ｄに接するようになっている。
ここで、円錐内面２０ｆの円錐角は、円錐外面２０ｄの円錐角よりやや大きくしている。

前述のように、１速ギヤ１４の支持面１４ｄはクラウニングされた円錐面であるので、中間リング２０の円錐内面２０ｆとは図２にＱで示す円周で接する。該Ｑで示した円周は、円周内面２０ｆにおいて軸方向の中央よりハブ１２側へ寄っている。
そして、中間リング２０のハブ１２側端部の外周に溝２０ｇが形成してあり、該溝２０ｇには係止リング２０ｈが係合している。溝２０ｇは、同期リング１８の中間リング２０に対する軸方向への移動を規制するような、係止リング２０ｈの位置になるように形成されている。
なお、同期リング１８と中間リング２０の軸方向の移動を規制する手段は、他の方法でもよく、要は同期リング１８の円錐摩擦面１８ｄの小径部よりやや大きな部分が中間リング２０に形成してあればよい。

ハブ１２の切り欠き１２ｅには、スリーブ１６と同期リング１８の間に、相互に軸方向に移動可能なボールユニット２２が配置されている。すなわち、ボールユニット２２は、図４に示すように、ボール２２ａとケース２２ｂとスプリング２２ｃからなっており、ケース２２ｂに収めたスプリング２２ｃの弾性力でボール２２ａをスリーブ１６のボール溝１６ｆに押しつけている。ケース２２ｂは径方向と回転方向はハブ１２の切り欠き１２ｅに接して、軸方向には若干の隙間を有して同期リング１８と接する。

図１は、ハブ１２から右側の、１速ギヤ１４とその同期装置のみを描いているが、一般的にはハブ１２の左側に２速ギヤが配置され、２速ギヤ用の同期装置もハブ１２を中心に１速ギヤ１４用と線対称に配置されるが、図示を省略している。そして、図１はスリーブ１６が中立、すなわち１速と２速の中間に存在する状態である。

なお、前述の従来例は一般的にポルシェ型と呼ばれる同期装置であるが、本発明の同期装置は基本的にボーグ・ワーナー型と呼ばれる形式であり、作動等は周知であるので細かい説明を省略する場合がある。
次に、図１に示した同期装置の作動を、図１、図４と図７、図８を中心に説明する。
図７、図８は、図１の上方から見た作動途中の部分展開図であり、スリーブ１６のスプライン１６ａは１個だけ断面で描いてあり、ハブ１２のスプライン１２ｃは省略して描いている。

図１において、出力軸１０と１速ギヤ１４との間に回転速度差があって、１速ギヤが図示しないクラッチディスク等とともに空転している状態で、ドライバーが図示しないシフトフォークを介してスリーブ１６を１速ギヤ１４側へ移動を始める。
最初はスリーブ１６とともにボールユニット２２が一緒に移動するが、やがてケース２２ｂが同期リング１８を１速ギヤ１４側へ押す。すなわち、ボール２２ａはスプリング２２ｃの弾性力でスリーブ１６のボール溝１６ｆに押しつけられているので、その張力弾性力に応じた荷重で同期リング１８は中間リング２０を介して１速ギヤ１４に押しつけられる。

１速ギヤ１４と回転方向が一体の中間リング２０と同期リング１８は、両者の円錐外面２０ｄと円錐摩擦面１８ｄとの間で摩擦トルクが生じる。この摩擦トルクにより、同期リング１８はハブ１２に対してわずかに相対回転する。すなわち、同期リング１８の突起１８ｃがハブ１２の切り欠き１２ｅに対して回転方向に隙間がある分だけ回転する。

スリーブ１６がさらに１速ギヤ１４側へ押すと、ボール溝１６ｆによりスプリング２２ｃの弾性力に抗して径方向ボール２２ａを径方向内側へ押し込みながらスリーブ１６が進行し、図７に示すようにスリーブ１６のチャンファ１６ｃが同期リング１８のチャンファ１８ａに当接してこれを押圧する。
この押圧力により前述の摩擦トルクがさらに高まって、同期作用が促進して、やがて出力軸１０と１速ギヤ１４の回転速度差がなくなる。

回転速度差がなくなると摩擦トルクも消滅するので、スリーブ１６のチャンファ１６ｃが同期リング１８のチャンファ１８ａを押しのけるように進行したのが図８の状態であり、以降はスリーブ１６が進行してやがてスプライン１６ａが１速ギヤ１４のスプライン１４ｂと噛み合って変速操作が終了する。

この変速操作中にあって、スリーブ１６のスプライン１６ａが１速ギヤ１４のスプライン１４ｂと噛み合う際に、中間リング２０の円錐外面２０ｄと同期リング１８の円錐摩擦面１８ｄとの間で貼り付きのような現象があると、スプライン１６ａのチャンファ１６ｃがスプライン１４ｂのチャンファ１４ｃをかき分けるようにして、両者を引きはがす必要がある。
そして、一般に同期性能を高めるために円錐外面２０ｄと円錐摩擦面１８ｄの円錐角を小さくすると、この貼り付き現象が起きやすく、これを引きはがすための力が必要になって、ドライバーのシフトフィーリングを悪化させる。

これに対して本実施例では、次のようにして中間リング２０と同期リング１８の貼り付き現象を低減する。
すなわち、前述したように円錐内面２０ｆの円錐角は、円錐外面２０ｄの円錐角よりやや大きくしているため、中間リング２０がＣ形状をしていることと相まって、円錐外面２０ｄと円錐摩擦面１８ｄの貼りつきが起きにくい。
さらにそれに加えて１速ギヤ１４の支持面１４ｄと中間リング２０の円錐内面２０ｆとは図２にＱで示す円周で接しており、この円周Ｑは円周内面２０ｆにおいて軸方向の中央よりハブ１２側へ寄っている。このため、円錐外面２０ｄと円錐摩擦面１８ｄに作用する軸方向の荷重が最も大きくなる、すなわち上記した同期作用の途中で中間リング２０のハブ１２側の径が大きくなる方向にわずかに変形する。そして、出力軸１０と１速ギヤ１４の回転速度差がなくなって、図７から図８に至る間で円錐外面２０ｄと円錐摩擦面１８ｄに作用する軸方向の荷重が急に下がって、その変形が元に戻る。

このため、円錐外面２０ｄと円錐摩擦面１８ｄで貼り付きのような現象が解消されるように作用するので、上記したチャンファ１６ｃがチャンファ１４ｃをかき分けるのに要する力が大幅に小さくなる。
このように、本発明の実施例１に係る変速機用同期装置によれば、円錐外面２０ｄと円錐摩擦面１８ｄの円錐角を小さくして同期能力を高めても、それによる両者間の貼り付き現象を抑制して、ドライバーのシフトフィーリングを悪化させない効果が得られる。
また、中間リング２０に設けた溝２０ｇと系止リング２０ｈにより、組み合わせた同期リング１８と中間リング２０が互いに外れないので、変速機等への組み付けがやりやすく、さらに潤滑オイルを円錐外面２０ｄと円錐摩擦面１８ｄに塗布して維持するのに役立つ。

次に、本発明の実施例２の変速機用同期装置につき説明する。
図９は、１速ギヤ１４の支持穴１４ｅと中間リング２０の突起２０ｂの関係を描いたものである。中間リング２０は１速ギヤ１４側から見た外観であり、支持穴１４ｅは分かりやすくするため破線で描いている。
実施例１との違いはこの部分だけであるので、他の構成に関しては図示と説明を省略する。

図９において、支持穴１４ｅは円周上の等分６カ所に同じ大きさで形成されているが、突起２０ｂは開口部２０ａに近い２カ所の２０ｉは他の４カ所とやや異なる。
すなわち、他の４カ所の突起２０ｂは支持穴１４ｅに対応して等分６カ所の位置に形成されているが、２カ所の突起２０ｉは開口部２０ａに近い配置にややずれて配置している。このため、中間リング２０の１速ギヤ１４に対する回転方向の位置は、この２カ所の突起２０ｉで決まることになる。

つづいて、実施例２の作動を説明する。
上記のように、実施例１との違いは１速ギヤ１４の支持穴１４ｅと中間リング２０の突起２０ｂ、２０ｉの関係のみであるので、これに絞って説明する。
同期作用において、中間リング２０の円錐外面２０ｄと同期リング１８の円錐摩擦面１８ｄとの間に摩擦トルクが作用すると、中間リング２０が１速ギヤ１４に対して相対回転するので、２カ所の突起２０ｉのうち一方の突起２０ｉの側面２０ｊが支持穴１４ｅに接して、そこに摩擦トルクが作用することになる。

これにより、内部拡張式ブレーキのように、中間リング２０は径方向外側へ押し広げられる力、いわゆるセルフサーボ力が作用する。しかし、突起２０ｂ、２０ｉと支持穴１４ｅによって１速ギヤ１４側の径方向の広がりは制約されているので、ハブ１２側がわずかに広げられることになる。

これは、実施例１で説明した、１速ギヤ１４の支持面１４ｄと中間リング２０の円錐内面２０ｆとが円周Ｑで接していることによる作用と同様の効果をもたらす。
したがって、実施例２に係る変速機用同期装置によれば、実施例１で説明した効果も相まって、円錐外面２０ｄと円錐摩擦面１８ｄの円錐角を小さくして同期能力を高めても、それによる両者間の貼り付き現象をいっそう抑制して、ドライバーのシフトフィーリングを悪化させない効果が得られる。

次に、本発明の実施例３の変速機用同期装置につき説明する。
図１０は、１速ギヤ１４と中間リング２０の連結関係のみを描いた図である。
１速ギヤ１４には、スプライン１４ｂの内側に溝１４ｇが形成してあり、該溝１４ｇには中間リングの右端部が接して径方向の広がりを規制されている。
一方、１速ギヤ１４の左端部には切り欠き１４ｈが形成され、中間リング２０に形成した内側突起２０ｊが係合して回転方向に一体になっている。

実施例１との違いはこの部分だけであり、同期作用は実施例１と基本的に同じであるので、作動の説明を省略する。
実施例３は、１速ギヤの加工工程の自由度が増える効果があり、結果的にコストが低くなる場合がある。

以上、各実施例につき説明したように、本発明の変速機用同期装置は、同期性能を高めるために円錐外面と円錐摩擦面の円錐角を小さくしても、それによるシフトフィーリングへの悪影響を抑える効果が得られるので、結果的に同期性能を高めることができ、ドライバーのシフトフィーリングも良好にすることができる。

本発明の変速機用同期装置は、当業者の一般的な知識に基づいて、摩擦面にネジや油溝を形成することや、摩擦材としてカーボン材などを貼付するなどの変更を加えた態様で実施することができる。

本発明の変速機用同期装置は、変速操作感の向上と同期装置の小型化を両立させることができるので、低い製造コストを要求される小型乗用車や、高い同期性能と小型軽量化を期待される高性能車など幅広い変速機に適用することができる。

１０ 出力軸
１２ ハブ
１４ １速ギヤ
１６ スリーブ
１８ 同期リング
２０ 中間リング
２２ ボールユニット

Claims (5)

1. 動力を伝える軸と、
   該軸に固定され、切り欠きを形成したハブと、
   軸方向端部にチャンファ面を有するスプラインが内周に形成され、前記ハブに軸方向に摺動可能に支持されたスリーブと、
   該スリーブが係合可能なスプライン歯と支持面と軸方向の複数の支持穴もしくは切り欠きが前記ハブ側に一体的に形成され、前記ハブの軸方向に隣接して配置された変速ギヤと、
   該変速ギヤの前記支持面に接する円錐内面と前記支持穴または前記切り欠きに係合する複数の突起と円錐外面が形成され、周方向に開口部を有して、径方向の広がりを前記変速ギヤに規制された中間リングと、
   内面に前記円錐外面に圧接可能な円錐摩擦面を、また外周に、前記スリーブの前記チャンファ面に対抗するチャンファ面を有するスプラインと、前記切り欠きに回転方向の隙間を有して係合する突起とを、それぞれ形成した同期リングと、を備え、
   前記円錐内面の円錐角が、前記円錐外面の円錐角より大きいことを特徴とする変速機用同期装置。
2. 動力を伝える軸と、
   該軸に固定され、切り欠きを形成したハブと、
   軸方向端部にチャンファ面を有するスプラインが内周に形成され、前記ハブに軸方向に摺動可能に支持されたスリーブと、
   該スリーブが係合可能なスプライン歯と支持面と軸方向の複数の支持穴もしくは切り欠きが前記ハブ側に一体的に形成され、前記ハブの軸方向に隣接して配置された変速ギヤと、
   該変速ギヤの前記支持面に接する円錐内面と前記支持穴または前記切り欠きに係合する複数の突起と円錐外面が形成され、周方向に開口部を有して、径方向の広がりを前記変速ギヤに規制された中間リングと、
   内面に前記円錐外面に圧接可能な円錐摩擦面を、また外周に、前記スリーブの前記チャンファ面に対抗するチャンファ面を有するスプラインと、前記切り欠きに回転方向の隙間を有して係合する突起とを、それぞれ形成した同期リングと、を備え、
   前記支持面の軸中心を通る断面の外側が円弧を形成しており、該支持面と前記円錐内面との接点が該円錐内面の軸方向中間よりも前記ハブ側寄りの位置にあることを特徴とする変速機用同期装置。
3. 前記中間リングの径方向外側への広がりを、前記支持穴の内面が前記中間リングの前記突起の外面に接して規制することを特徴とする請求項１または２に記載の変速機用同期装置。
4. 前記中間リングの前記複数の突起のうち、前記開口部に近い前記突起の側面により前記変速ギヤとの回転方向の位置関係が定まることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の変速機用同期装置。
5. 前記同期リングと前記中間リングの軸方向移動を規制する手段を前記中間リングに設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の変速機用同期装置。
   
   

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