JP3254491B2 - 同期装置用プリ・エナジャイザー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマルチレシオ変速装置に
用いられる同期メカニズムのためのプリ・エナジャイザ
ー・アセンブリに関するもので、さらには自己増力タイ
プの同期メカニズムのためのプリ・エナジャイザー・ア
センブリにも関連している。

【０００２】

【従来の技術・発明が解決しようとする課題】本発明
は、本出願人によって1990年12月24日付で提出された米
国特許出願番号632,880 号、632,881 号、632,883 号、
632,884 号、633,703 号、633,738 号、633,739 号、63
3,743 号および633,744 号に関連したものである。

【０００３】マルチレシオ変速装置に用いられるピンタ
イプの同期システムはすでによく知られている。この種
のメカニズムは、ギヤをシャフトに同期させるとともに
連動させるための噛み合い部材および摩擦部材のうちの
少なくとも１個に固定され、シャフトのフランジから放
射状に広がった開口部を貫通する複数のピン、フランジ
の噛み合う初期動作に応じて摩擦部材を噛み合わせるた
めのプリ・エナジャイザー・アセンブリ、噛み合い部材
が非同期かみ合いするのを防ぐためにフランジ開口部の
周辺部とピンのショルダーによって形成されるブロッカ
ーを備えている。

【０００４】このような同期メカニズムのためのプリ・
エナジャイザー・アセンブリは、製品許容誤差の幅をき
わめて小さくする必要があるためにコストがかかり、か
つ／または、かさが大きく、しかも／または、摩耗のた
めの誤動作が起きることが多かった。

【０００５】また、マルチレシオ変速装置の技術におい
ては、同期システムは、すべてまたはいくつかの変速ギ
ヤ比のシフトに要する時間を短縮するために利用できる
ことがよく知られている。

【０００６】さらに、自己増力タイプの同期メカニズム
を用いることで、運転者に要求されるシフトに対する労
力いいかえればシフトレバーに加える力を軽減できるこ
ともよく知られていることである。

【０００７】運転者がシフトに要する労力は、通常車両
の大きさと重量とに伴って増大するため、とくに重量ト
ラックの場合、自己増力タイプの同期メカニズムは重要
なものとなる。

【０００８】先行技術に見られるこのようなメカニズム
の例としては、米国特許2,410,511号、2,896,760 号、
3,548,983 号、4,413,715 号、4,836,348 号および4,86
9,353 号などがある。

【０００９】上記特許に見られる同期メカニズムは、ギ
ヤをシャフトに同期させ、連動させるための摩擦部材お
よび噛み合い部材、シフト力によって噛み合い部材のう
ちのひとつが噛み合う初期動作に応じ、摩擦部材を噛み
合わせるためのプリ・エナジャイザーの作動に対応して
噛み合うブロッカーを備えている。

【００１０】このブロッカーは、噛み合い部材が非同期
噛み合いするのを防ぎ、かつ、シフト力を摩擦部材に伝
達してその同期トルクを増大させるためにも用いられ
る。さらに、上記同期メカニズムには、トルクに反応し
てシフト力の方向に沿ってさらに力を与えるための自己
増力傾斜路が備わっており、摩擦部材の同期トルクをい
っそう増加させるようになっている。

【００１１】上記特許の各号に見られる同期メカニズム
の構造は、ピンタイプ構造を持つ同期メカニズムとは、
少なくとも部分的には、実質的に異なっている。このよ
うな構造上の違いのために、ピンタイプの同期メカニズ
ムに上述したような自己増力機能を与えることは困難で
あった。

【００１２】さらに、上記特許に見られる同期メカニズ
ムは、シフトに要する時間と労力を減らすことはできる
ものの、変速装置全体のシフトに関連した条件（たとえ
ば、一般に低速ギヤの場合高速ギヤに比べてシフトには
いっそう大きな力および／または多くの時間を要するこ
と、ダウンシフトの場合一般にアップシフトに比べてよ
り大きな力が必要になるなど）は考慮されていない。

【００１３】そこで本発明は自己増力手段を備え、上述
した変速装置全体のシフトに関連した条件を考慮したピ
ンタイプの同期装置用プリ・エナジャイザーの提供を目
的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段・作用】本発明は特徴は、
以下の構成を備えたことである。１個の軸を備えたシャ
フトの周囲に放射状に広がる環状のシフトフランジを備
えている。このフランジが第１噛み合い手段および第１
摩擦手段をそれぞれに動かし、第２噛み合い手段および
第２摩擦手段に噛み合わせる。第１摩擦手段は固定され
たリングを備え、その周縁からは間隔をあけて配置され
た複数のピンが延びてフランジの開口部に入り込んでい
る。それぞれのピンには小径部(40b) があって、フラン
ジとピンとの間で一定の範囲の相対的な回転が可能であ
る。また、それぞれのピンにはブロッカーの役目を果た
すショルダーがあり、これがフランジの開口部のショル
ダーとともにブロッカーを構成するようになっている。
プリ・エナジャイザー手段は、ニュートラルポジション
からギヤに向かって加えられたシフト力によるフランジ
の初期軸動に応じて摩擦手段と弾力的に連動し、摩擦手
段が噛み合うのに応じてブロッカー手段を噛み合わせる
ことにより初期同期トルクを発生させ、これがピンを通
じてフランジに伝達される。また、ブロッカーショルダ
ーを通じてシフト力が第１摩擦手段に伝達され、摩擦手
段の噛み合い力を増大させる。

【００１５】それぞれの開口部につながる細長いスロッ
トを備えたフランジ。それぞれのスロットには軸方向に
横向きに広がった部分があって、これが軸方向に向かい
合ったフランジの端面を通って延び、スロットの細長い
部分の一方の端は各フランジ開口部の中に延び、他方の
端は反応面となっている。各スロットの内部に配置さ
れ、一方の端は上記反応面に反応して動き、他方の端は
プランジャに反応するようになっている弾力手段。ニュ
ートラルポジションにおいては、フランジ開口部に配置
されたピンの細くなっている部分によってヘッド部分が
支えられるようになっているプランジャ。各プランジャ
には、軸方向に間隔をあけて配置されたスライド可能な
側壁があって、これがフランジの端面を取り囲み、フラ
ンジの軸の方向に対してプランジャが動くのを防ぐよう
になっている。

【００１６】図中、摩擦クラッチ24,36,26,38 、噛み合
いクラッチ28,14b,30,16b 、同期傾斜路( 傾斜面）を備
えたピンタイプ、２重作動式の同期装置用プリ・エナジ
ャイザー。傾斜路はシャフト12とシフトフランジ32との
間で作用を及ぼす。フランジ32はシャフト12と噛み合い
クラッチ部材28,30 に対して回転することが可能であ
る。フランジ32には放射方向に内側に延びた歯32k があ
って自己増力傾斜路32m,32n,32p,32s を形成し、これら
の傾斜路はシャフト12のスプライン2bが形成する傾斜路
12d,12e,12f,12g に対して働きかける。円周上に間隔を
あけて配置された前記ピン(40)には、噛み合いクラッチ
の非同期結合を防ぐブロッカーショルダー40c,40d 、プ
リ・エナジャイザーおよびニュートラルセンタリング・
アセンブリ42とともに作動するプリ・エナジャイザー面
40e,40f とが含まれている。自己増力傾斜路の角度を変
更することにより、マルチレシオ変速装置のすべてのギ
ヤまたはいくつかのギヤについて実質的にほぼ同一の同
期時間が得られる。

【００１７】

【実施例】まず、図１および図２を見ると、ギヤと同期
装置とのアセンブリ10が示されている。これは陸上車両
に用いられるタイプの変速装置（図示されていない）、
とくに重量トラックに用いられる変速装置のためのもの
である。ただし、このアセンブリ10は別の用途にも利用
できる。

【００１８】アセンブリ10には、中心軸12a の周囲を回
転するシャフト（回転手段は図示されていない）12が取
り付けられており、間隔を空けて配置され、回転可能な
形でシャフト12に支えられた変速ギヤ14,16 が備わって
いる。

【００１９】変速ギヤ14,16 がシャフト12に対して軸方
向に動かないよう、環状のスラスト部材18,20 が既知の
方法にしたがって、シャフト12に固定されている。ま
た、アセンブリ10は２重作動式のピンタイプの同期クラ
ッチ機構22を備えている。

【００２０】アセンブリ10は、米国特許3,648,546 号、
4,788,889 号に示されているような２重カウンターシャ
フト式変速装置の一部をなしている。

【００２１】ギヤの歯14a,14b は常時、エンジンによっ
て動かされるカウンターシャフトのギヤと噛み合い、シ
ャフト12が荷重に選択的に連結するようになっている。
先行技術において知られているとおり、シャフト12は何
らかの形で放射方向(径方向)に動くことが可能である。

【００２２】図においてはギヤ14はギヤ16よりも低速の
ギヤを示しているが、これからシフトアップが行われる
のか、シフトダウンが行われるのかは不明な状態であ
る。同期クラッチ機構22には環状の摩擦部材24,26 と、
ギヤ14,16 に噛み合う環状の噛み合いクラッチ部材14b,
16b 、噛み合う際に内側にくるスプライン状の歯28a,30
a を備えた噛み合いクラッチ部材28,30 が含まれてい
る。噛み合いクラッチ部材28,30 は、そのスプライン状
の歯28a,30a をスライドさせてシャフト12に固定された
外側のスプラインに噛み合わせる。

【００２３】また、同期クラッチ機構22には、放射状に
広がったシフトフランジ32が含まれており、シフトフラ
ンジ32の軸方向に向かい合った側面は噛み合いクラッチ
部材28,30 の軸に面した表面28b,30b に挟まれている。

【００２４】同期クラッチ機構22はさらに、Ｈ字形をし
た３個のリテーナ部材（図３に透視図が示されている）
34を備え、フランジと噛み合い部材が軸方向に相対運動
するのを防ぎ、環状の摩擦部材またはリング36,38 は、
それぞれの摩擦部材の周縁に間隔をあけて配置され軸方
向に延びた３本のピン40によってしっかり固定されてい
る。

【００２５】ピン40はフランジ開口部32c を通って延び
ている。さらに、同期クラッチ機構22には、３つのプリ
・エナジャイザー42ならびにニュートラルセンタリング
・アセンブリ42を備えている。

【００２６】プリ・エナジャイザー42はそれぞれスプリ
ング44とプランジャ46から構成され、これらはピン40が
形成する面に反応して動くようになっている。同期クラ
ッチ機構22は、単一作動式のピンタイプのものにするこ
ともできる。

【００２７】この場合、ひとつのギヤのみをシャフトに
同期させ、噛み合わせることになる。このような機構の
例は米国特許3,221,851 号に開示されている。また、リ
テーナ部材34、ピン40、アセンブリ10の数を増やしたり
減らしたりすることも可能である。

【００２８】すでに示したとおり、摩擦部材24,36 なら
びに摩擦部材26,38 は対をなして摩擦クラッチを形成
し、噛み合いクラッチが噛み合うのに先立ってギヤをシ
ャフト12に同期させる。摩擦クラッチとしてはコーンク
ラッチを用いるのが望ましいが、他のタイプの摩擦クラ
ッチを用いてもよい。

【００２９】摩擦部材24,26 を何らかの既知の方法（溶
接など）でそれぞれに対応するギヤに固定してもよく、
また、先行技術において知られているとおり、ギヤと一
体成形の摩擦クラッチを用いることもできる。

【００３０】摩擦部材24,26 は円錐状をなす内側の摩擦
面24a,26a をそなえており、それらが同じく円錐状をな
す外側の摩擦面36a,38a と一致するようになっている。
摩擦部材24,26 は同期装置のカップと呼ばれ、摩擦部材
36,38 は同期装置のリングと称される。

【００３１】円錐の角度については幅広い選択が可能で
あるが、図においては７．５度の円錐を採用した。摩擦
面36a,38a および／または摩擦面24a,26a は、ベースと
なる部材に既知の摩擦素材のいずれかを固定して作るこ
ともできる。本書においては、米国特許4,700,823 号、
4,844,218 号、4,778,548 号に開示されているような、
熱分解炭素を用いた摩擦部材を推奨する。

【００３２】ピン40については、図12および図13におい
て、プリ・エナジャイザー42のスプリングならびにプラ
ンジャ46と併せてその詳細を示した。それぞれのピン40
には、直径の大きな大径部40a と、摩擦リング36,38
（図では中央にあたる）と円錐状をなすブロッカーショ
ルダーまたはブロッカー面40c,40d との間に配置された
直径の小さな溝状の小径部40b とがある。

【００３３】大径部40a の直径は、フランジ開口部32c
の直径よりやや小さくなっている。ブロッカー面40c,40
d はピン40の軸から外側に放射状に広がっており、図で
はピン40の軸に直交する線に対してそれぞれおよそ４０
度の角度を形成している。

【００３４】独立したプリ・エナジャイザー42表面40e,
40f ならびにそこから延びた第２センタリング面40g,40
h に対しても同様の角度をなしているのが望ましいが、
必ずしもそうである必要はない。

【００３５】溝の部分は、ピン40がそれぞれに対応する
フランジ開口部32c の内部に配置された際に、固定摩擦
リングとピン40アセンブリ10とがフランジに対して一定
の範囲で回転することを可能にし、それによってピン40
のブロッカーショルダーがフランジ開口部32c により形
成されるブロッカーショルダー32d,32e と噛み合うよう
になっている。

【００３６】円錐状のブロッカーショルダー40c,40dの
一部に、その弦に沿って交わるプリ・エナジャイザー42
の表面40e,40f は、平面であることが望ましく、ピン40
の軸に対してブロッカー面の角度よりやや小さい角度を
なすようになっている。センタリング面40g,40h も平坦
な面であり、図からわかるとおり、ピン40の軸に対し
て、ブロッカーとプリ・エナジャイザー42の面の角度よ
りかなり小さい角度をなしている。

【００３７】図に開示されているとおり、平坦な面の弦
状部分は、ピン40の軸およびシャフト12の軸の同心円の
接線となる。第２センタリング面により与えられる軸方
向の力は、シフトフランジ32を動かすシフト機構による
ニュートラルポジションへの移行が完全に行われなかっ
た場合にシフトフランジ32をニュートラルポジションに
戻すことができる程度の大きさとする。

【００３８】プランジャ46は、フランジのスロット32f
に配置されたらせん形圧縮スプリング44の力によって、
ピン40のプリ・エナジャイザー42とセンタリング面に向
かって外側に放射状にバイアスしている。

【００３９】スロット32f の大部分はシャフト12の軸に
対して放射状をなしているのが望ましい。スロット32f
はフランジの側面32a,32b を通って軸方向に延び、フラ
ンジ開口部32c に達している。スプリング44はスロット
32f の内側部分の端32g に反応して動く。フランジの側
面32b の部分断面図は図２に示されている。

【００４０】スプリング44の放射方向内側の部分は、ス
ロット32f の端から外側に放射方向に延びたペグなどの
手段（図示されていない）によって固定してもよい。プ
ランジャ46の詳細については図９、図10および図11に示
されている。

【００４１】プランジャ46はシートメタル素材を用いて
作ることもできるが、構造を堅牢にし、表面の硬度を得
るため、スチールなどの鋳造または成型によって製作す
る方が望ましい。プランジャ46にはブラインドボア46a
があって、それぞれのプランジャ46に対応してスプリン
グ44の端を受けるようになっている。

【００４２】プランジャ46のヘッド部分は一定の角度を
なした面46c,46bを形成し、これらの面がピン40のプリ
・エナジャイザー42の平面とセンタリング面に相応する
ようになっている。ボアの側面は側壁46d,46eをなして
おり、これらの側壁はスライドしてスロットの壁面と協
調して作動する。

【００４３】同じくボアの側壁46f,46g はスライドして
フランジの側壁32a,32b を取り囲んでいる。側壁46f,46
g は、フランジ開口部32c よりやや小さな直径の円形を
なしており（図10参照）、アセンブリ10はフランジ開口
部32c を通って容易にスロット32f に入り込むことがで
きる。

【００４４】上述したように噛み合いクラッチ部材28,3
0 には内側に当たるスプライン28a,30a があって、これ
がスライドして、シャフト12に固定された外側に当たる
スプライン12b と噛み合うようになっている。外側のス
プラインの側面12c は内旋形(インボリュート)をなして
シャフト12の軸に平行に延びており、それが噛み合いク
ラッチ部材14b,16b のスプラインと噛み合って両者の間
の相対的な回転運動を防止する。

【００４５】Ｈ字形部材34それぞれの末端部分34a,34b
は、噛み合いクラッチ部材14b,16bの表面28c,30c に反
応して動き、中央部分34c が２つの末端部分を連結して
いる。上記末端部分と噛み合い部材の表面30c との位置
関係は図２に示されている。中央部分は噛み合いクラッ
チの軸方向に延びたスロット28d,30d にぴったりと収ま
り、扇形の開口部32h を自由に通過し、それによってフ
ランジが噛み合い部材とシャフト12に対して回転運動す
ることが可能になる。この理由については後述する。

【００４６】図４、図６、図７、図８を見るとよくわか
るように、図１および図６に示されたシャフト12の歯の
側面部分12c が、フランジのニュートラルポジションか
ら軸に沿っていずれかの方向に変化すると、シフトフラ
ンジ32から内側に放射方向に延びた内側の歯32k によっ
て形成される傾斜面（傾斜路）と同数の傾斜面が形成さ
れ、両者が連動してシャフト12のスプライン12b の間に
軸方向に広がるスペースに入り込む。

【００４７】傾斜面は、フランジが噛み合いクラッチ部
材28,30 およびシャフト12に対して一定の限度内で回転
運動を行うことができるような配置となっており、コー
ンクラッチからの同期トルクに反応して軸方向の自己増
力を提供し、当初シフトフランジ32にかかるシフト力に
よって結合されたコーンクラッチの結合力をさらに、高
める。

【００４８】１個または複数のギヤの同期力を増大させ
るため、ならびに／またはアップシフト、ダウンシフト
の際に生じるいずれかの方向のトルクに応じた同期力を
増加させるために傾斜面を利用することもできる。

【００４９】より明確にいえば（これは単にひとつの実
施例であるが）、変形された歯の部分12bは傾斜面12d,1
2eを有し、この傾斜面12d,12eがそれぞれフランジの歯3
2kの傾斜面32m,32nに当接して、軸方向の力を増大さ
せ、またはいずれかの方向のトルクに対応したギヤ16の
同期速度を高める。

【００５０】さらに、歯12b は傾斜面12f,12g があっ
て、これが傾斜面32p,32q に反応して動いて軸方向の力
を増大させ、またはいずれかの方向のトルクに対応した
ギヤ16の同期速度を高める。傾斜面の角度が異なると、
アップシフトおよびダウンシフトの際、ならびに高速ギ
ヤ比、低速ギヤ比の際に軸方向に加えられる力の大きさ
が異なってくる。

【００５１】また、１つまたは複数のギヤについて一定
方向の軸力を加えない方が望ましい場合には、傾斜面を
スプラインと平行させることもできる。そうすれば、有
効な傾斜面は形成されないわけである。このような目的
のために、たとえば、傾斜面12gと32ｓをスプラインに
対して平行になるようにし、同期トルクに対応する軸方
向の力が増大しないようにすることも可能である。

【００５２】図１および図６のようにシフトフランジ32
がニュートラルポジションにあるときは、ピン40の小径
部40b はそれぞれに対応するフランジ開口部32c と並ん
だ位置にあり、コーンクラッチの摩擦面はやや離れた位
置にある。

【００５３】このような位置関係はプランジャ46のプリ
・エナジャイザー42の角度をなす２面40e,40f が、スプ
リング44の力を利用してピン40のプリ・エナジャイザー
42面40e,40f に働きかけることにより保たれる。

【００５４】プリ・エナジャイザー42表面の提供する軸
方向の力は、コーンクラッチ表面の間にあるオイルの粘
性のために自己増力傾斜路が生じさせる、フランジに加
わる軸方向の力を中和する程度の大きさを持っているこ
とが望ましい。

【００５５】いずれかのギヤをシャフト12に結合させた
い場合には、米国特許4,920,815 号に開示されているよ
うな適当なシフト機構（図示されていない）を既知の方
法でシフトフランジ32の外縁に連結させ、フランジをシ
ャフト12の軸に沿って左に動かしてギヤ14を噛み合わせ
るか、右に動かしてギヤ16が噛み合うようにする。

【００５６】シフト機構は、リンケージシステムにより
運転者が手動で作動させるものであっても、アクチュエ
ータが選択して動かすものであっても差し支えない。あ
るいは、自動的にシフト機構を始動させるとともに、シ
フト機構にかかる力の大きさを調整できるような手段を
用いることも可能である。

【００５７】シフト機構が手動であるばあい、シフト力
は運転者がシフトレバーに及ぼす力に比例する。シフト
が自動式であれ手動式であれ、シフトフランジ32には軸
方向の力が加えられる。図14においてはこの力は矢印Ｆ
0の長さで表されている。

【００５８】オペレータが及ぼしたシフト力Ｆ0 による
フランジの軸方向への動きは、プリ・エナジャイザー42
面40f,46c によってピン40に伝達され、円錐表面38a が
円錐表面26a と摩擦によって結合する。

【００５９】円錐表面の当初の結合力は、当然ながらス
プリング44とプリ・エナジャイザー42面の角度との関数
となる。（非同期状態が存在し、自己増力傾斜路の作用
が１時的に無視された場合）初期摩擦結合によってコー
ンクラッチの結合力と同期トルクＴ0 が発生し、シフト
フランジ32と結合している摩擦リングとの間で一定の限
度内の相対回転運動がなされる。

【００６０】このようにして、フランジ開口部32c の適
当な側面に対するピン40の小径部40b の運動により、ピ
ン40のブロッカーショルダー40c とフランジのブロッカ
ーショルダー32d とが結合される。

【００６１】ブロッカーショルダーが連動すると、オペ
レータがシフトフランジ32に加えたシフト力Ｆ0 はすべ
て、ブロッカーショルダーを経由して摩擦リング38に伝
達され、コーンクラッチは全シフト力Ｆ0 によって結合
され、結果としてオペレータ同期トルクＴ0 が与えられ
る。

【００６２】このオペレータ同期トルクＴ0 は図14にお
いては矢印Ｔ0 によって表されている。ブロッカーショ
ルダーはオペレータシフト力Ｆ0 の軸方向に対して角度
をなすように配置されているため、ブロッカーショルダ
ーに対抗力または非ブロックトルクが生じ、これがコー
ンクラッチからの同期トルクを緩和するが、緩和の度合
は非同期状態の場合よりも少ない。

【００６３】事実上同期がなされると、同期トルクは非
ブロックトルク以下になり、ブロッカーショルダーが開
口部32c と同心的な関係になるようピン40を動かしてフ
ランジの軸運動と噛み合い部材30の外側の歯30e と噛み
合い部材16b の内側の歯16cとの結合を継続させる。

【００６４】先行技術において知られているとおり、ま
た、これまで噛み合い部材16b についてのみ言及してき
たことからもわかるとおり、歯の先端部分には初期接触
の間の歯のダメージを軽減させるため熊手状のエッジ16
c がついており、くさび状の面16d が歯を適当な位置に
調整するようになっている。

【００６５】このような先端部を備えた歯については、
米国特許4,246,993 号の中に、米国特許3,265,173 号
（適当なレーキ角についての説明）を引用して詳細が開
示されている。くさび状の面は非対称形であってもよ
く、歯の先端エッジが目標の歯の隣の歯と噛み合ってシ
フトが実行されるのを防ぐためのものである。

【００６６】スムースに、あまり労力を使わずにシフト
を完了できるようにするため、噛み合い部材の歯はでき
れば比較的繊細な、あるいは小型のものを、円周方向に
配置して用いるのが望ましい。

【００６７】そうすれば、歯の数や、歯をちょうど噛み
合う位置に設定するために必要な回転調整の度合を最小
限に抑えることができる。したがって、歯は実用に支障
がない範囲でできるだけ大きな直径の周りに配置するの
が望ましいことになる。

【００６８】まだ自己増力傾斜路の作用が効果を及ぼし
ていない状態では、シフト力Ｆ0 によって与えられるコ
ーンクラッチのトルクは、以下の式(1) で表される。

【００６９】Ｔ0 ＝Ｆ0 Ｒc μc ／sin α (1)上記の
式(1) に用いられた記号はＲc ＝円錐形摩擦表面の平均
半径，μc ＝円錐形摩擦表面の摩擦係数，α＝円錐形摩
擦表面の角度（図では７．５度）を示している。

【００７０】ここで自己増力傾斜路の与える効果に着目
して図６を見てみると、オペレータが与えた軸方向のシ
フト力Ｆ0 によって発生する同期トルクは、当然、ピン
40によってシフトフランジ32に伝達され、自己増力傾斜
路の傾斜面を横切るシャフト12に反応する。

【００７１】自己増殖傾斜路の傾斜面によりシャフト12
および噛み合いクラッチ部材28,30に対するフランジの
回転が制限され、軸方向の力の成分Ｆa が発生してシフ
ト力Ｆ0 同じ方向でフランジに作用する。それにより、
コーンクラッチの結合力がさらに、増強され、新たな同
期トルクＴa が発生してトルクＴ0 に加えられる。

【００７２】図６は、シフトフランジ32が図１に示した
ようなニュートラルポジションにある場合の自己増力傾
斜路の傾斜面の位置と、シャフト12のスプライン12b に
対する噛み合い部材のスプライン28a,30aの位置を示し
たものである。

【００７３】図７は、ギヤ16が結合した円錐表面26a,30
a によって同期された場合の傾斜面とスプラインの位置
を示したものである。結合した円錐表面は一定方向の同
期トルクを発生させ、フランジ部材の傾斜面32mとシャ
フト12の傾斜面12d とを結合させる。

【００７４】すなわち、図14に示されているように、コ
ーンクラッチを結合させる軸方向の力の合計はＦ0 プラ
スＦa となり、コーンクラッチによって生じる同期トル
クの合計はＴ0 プラスＴa となる。オペレータによるシ
フト力をＦ0 、オペレータ同期トルクをＴ0 とすれば、
軸方向に加えられる増力は結合した自己増力傾斜路の傾
斜面の角度の関数となることが望ましい。

【００７５】上記の角度については、同期トルクを大幅
に増加させ、オペレータがあまり労力をかけなくても同
期に要する時間が減少するような大きさの増力Ｆa を生
じさせるのに充分な角度を設定するのが理想的である。

【００７６】ただし、この角度は、軸方向の増力Ｆa を
制御できる程度、いいかえれば、力ＦaがＦ0の増減に応
じて増減する程度の角度である方が望ましい。傾斜面の
角度が急過ぎると、傾斜面は自己増力作用よりもセルフ
ロックを及ぼすことになる。

【００７７】ひとたびコーンクラッチの初期結合がなさ
れると、力Ｆa はＦ0 とは無関係に急速に増大し、力の
増大を制御できないため、コーンクラッチがロックアッ
プされてしまうからである。自己増力よりもむしろセル
フロックを生じさせるようだとシフトの質またはシフト
感が衰え、同期装置の構成部品に過剰なストレスを与
え、コーンクラッチ表面の過熱や急激な損耗が起こる恐
れがある。さらに、は、オペレータによるシフトレバー
の動きが無視される可能性も存在する。

【００７８】自己増力傾斜路の傾斜角θを計算し、オペ
レータの加えた力Ｆ0 に応じて増減する軸方向の増力Ｆ
a を提供するための変数としては、コーンクラッチ角
α、コーンクラッチの摩擦係数μc 、コーンクラッチの
平均半径Ｒcと自己増力傾斜路の平均半径Ｒr 、傾斜面
の摩擦係数μr 、自己増力傾斜路の圧力角φなどがあ
る。圧力角φはゼロであってもよい。本書の例において
は、図５に示したように、傾斜路は内旋(インボリュー
ト)形の側面を持ち、圧力角は20度である。

【００７９】コーンクラッチによる同期トルクの合計Ｔ
t は以下の式(2) のようになる。

【００８０】Ｔt ＝Ｆt Ｒc μc ／sin α (2) ただし、 Ｔt ＝Ｔ0 ＋Ｔa (3) Ｆt ＝Ｆ0 ＋Ｆa (4) 微分を考えずに軸方向の増力Ｆa を導く式は、以下のよ
うなものである。

【００８１】ＦA ＝Ｆtan ［( cos θ−μr sin θ／co
s φ) ／( sin θ＋μr cosθ／cos φ) ］ (5) 傾斜角θはシャフト12軸12a に直交する面から測定さ
れ、Ｆtan は傾斜面にかかる力で、Ｒr におけるトルク
Ｔt のタンジェント成分である。特定のトルク方向につ
いてのＴt とＦtan は、図４においてはそれぞれ矢印で
示されている。

【００８２】ゆえに Ｆtan ＝Ｔt ／Ｒr (6) 式(5) および式(6) を式(4) に代入し、Ｆt について整
理すると、以下のような式が導かれる。

【００８３】Ｆt ＝Ｆ0 ／｛（１−［( cos θ−μr si
n θ／cos φ) ／( sin θ＋μr cos θ／cos φ) ］
［Ｒc μc ／Ｒr sin α］｝ (7) Ｆt ／Ｆ0 はブーストまたは自己増力比として定義され
る。ブースト比が大きいほど、与えられたオペレータか
らの力Ｆ0 に対する同期トルクの合計Ｔt が大きくな
る、ブースト比が傾斜角θが90度の場合の数値に等しい
場合、この角度では傾斜面はシャフト12のスプラインと
平行になるため、自己増力は生じない。

【００８４】傾斜角が小さくなればなるほど、ブースト
比は大きくなる。ブースト比としては一般に１：１から
５：１までの割合が用いられている。ただし、ブースト
比は１：１よりも大きく、５：１よりも小さいのが望ま
しい。

【００８５】式(7) の分母がゼロになるとＦt ／Ｆ0 の
数値は無限大となる。当然のことながら、式(7) の分母
がマイナスの場合、答えは１に近づくということにな
る。したがって、自己増力が可能で、かつセルフロック
に陥らない傾斜面は、以下のような条件を満たしている
はずである。

【００８６】［( cos θ−μr sin θ／cos φ) ／( si
n θ＋μr cos θ／cos φ) ］［Ｒc μc ／Ｒr sin
α］＜１ (8) ジオメトリが与えられている場合、Ｒc 、μc 、Ｒr 、
αを定数Ｋに置き換えることにより、式(8) は以下のよ
うに単純化することができる。

【００８７】 ［Ｒc μc ／Ｒr sin α］＝１／Ｋ (9A） または ［Ｒr sin α／Ｒc μc ]＝Ｋ (9B) 式(9) を式(8) に代入し、傾斜角θについて整理すると
最小傾斜角を求める式(10)が得られる。この最小傾斜角
は、オペレータの与える力Ｆ0 に比例した自己増力Ｆa
を発生させ、コントロール可能な範囲で最大、かつ、セ
ルフロックが起こらないブースト比を導くためのもので
ある。

【００８８】θ＞ＴＡＮ^-1［（１−Ｋμr ／cos φ）／
（ｋ＋μr ／cos φ）］ (10) θはシャフト12の軸12b に直交する平面から測定すると
いうことを念頭におけば、傾斜角θが増大すれば当然増
力Ｆa とトルク増分Ｔaは減少し、トルク合計Ｔt 値も
減少することがわかる。したがって、Ｋが増加したのに
他のすべての変数の値は前のままだとすれば、傾斜角θ
を減少させてセルフロックを防ぎ、増力Ｆa がＦ0 に比
例するようにしなければならない。

【００８９】より明確にいえばセルフロックを防ぎ、増
力Ｆa をＦ0 に比例させるためには、Ｒc ／Ｒr の比が
増大した場合、円錐の角度αが減少した場合クラッチの
摩擦係数μc が増大した場合および傾斜路の圧力角φが
増大した場合傾斜路の摩擦係数μr が増大した場合、最
小傾斜角θの値を引き上げなければならない。

【００９０】また、ジオメトリと最大ブースト比の理想
値が決まっている場合、最小の傾斜角を産出する際に
は、安全性のためのマージンを考慮して、製造誤差や部
品の正常な損耗によりセルフロックやブースト過剰が起
こらないようにするのが望ましい。

【００９１】マルチレシオ変速装置に同期メカニズム10
を採用すると、これまで述べたことからわかるように、
合計した同期トルクが増大するため、変速ギヤの同期に
要する時間が短縮される。また、慣性における差、いい
かえれば、同期されたコンポーネントの実際の慣性プラ
ス摩擦のために、低速ギヤの同期には一般に高速ギヤの
同期よりも大きな仕事量が要求され、かつダウンシフト
の際の同期にはアップシフトの際よりも一般に大きな仕
事量が要求されるということがある。

【００９２】したがって、本書に開示された同期メカニ
ズムをマルチレシオ変速装置に採用する際には、低速ギ
ヤ用のメカニズムにはより大きなブースト比を与え、高
速ギヤ用のメカニズムには比較的小さなブースト比を与
えるのが望ましい。さらに、一定の比を持つ変速ギヤの
場合、ダウンシフト用のブースト比をアップシフト用の
数値よりも大きくすることが望ましい。

【００９３】ブースト比の設定により、自己増力同期メ
カニズムを備えた変速装置のすべてのギヤについて、実
質的にシフトを同期させるために必要な時間を割り当て
ることができる。本書に開示した同期メカニズムにおい
ては、コーンクラッチの角度α、半径比Ｒc ／Ｒr 、自
己増力傾斜路の傾斜角θを変更することによって、ブー
スト比を簡単に変更することができる。

【００９４】本書に添付した図面を参照すれば一目でわ
かるように、噛み合いクラッチ部材28,30 のいずれかが
それぞれに対応したギヤと結合しているときには、シフ
トフランジ32はシャフト12と変速ギヤ14,16 との間のト
ルク伝達経路から切り離されている。したがって、比較
的小型で摩耗しやすい自己増力傾斜路に変速ギヤの全ト
ルク荷重がかかって劣化するということはない。

【００９５】自己増力傾斜路が放射方向に内側に動く際
には、この点がとくに重要になる。シャフト12軸12a に
対する傾斜路の半径が小さくなるほど、傾斜路に作用す
る力は増大するからである。

【００９６】さらに、半径の差が原因となって、噛み合
い部材のスプライン28a,30a とシャフト12のスプライン
12b との間で作用する力は噛み合いクラッチの歯の間に
作用する力よりも大きい。したがって、噛み合い部材の
スプライン28a,30a とシャフト12のスプライン12a との
間のスプライン連結部分の軸方向の長さは、噛み合いク
ラッチの歯に充分な強さを与えるのに必要な長さよりも
大きくするのが望ましい。

【００９７】シフトフランジ32を動かすシフト機構のス
トロークを長くせずに軸方向のスプライン連結を長くす
ることは、本書に開示された実施例においては本質的な
ことである。シフトフランジ32の周縁は噛み合いクラッ
チ部材28,30 やシャフト12に固定されていないため、噛
み合い部材のスプライン28a,30a は常にシャフト12のス
プライン12b と噛み合うことができる。

【００９８】このことはとくに、車両の運転者が既知の
様式の手動シフトレバーを通じてシフト機構を動かす場
合に重要となる。上記のシフトレバーの例は、米国特許
3,850,047 号に見受けられる。このようなレバーは通常
第１種のタイプのもので、シフトストロークが増大する
とシフトレバー操作者の動作を大きくするか、あるいは
（レバーの支点を変化させると）操作者の労力は同じで
もシフト機構に作用する力が減少してしまう。

【００９９】以上、自己増力同期メカニズムのための理
想的な実施例を開示した。本書で示した理想的実施例に
ついては、当該発明の趣旨の範囲を逸脱することなく、
さまざまな変更や変化が可能であろうと思われる。以下
に示す特許請求項は本書に開示したメカニズムの革新的
な部分ならびに発明の趣旨の範囲内での改造や変更を対
象とすることを意図したものである。

【０１００】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したのでシフ
トフランジの歯によって自己増力傾斜路を形成し、自己
増力傾斜路の角度を変更することにより、マルチレシオ
変速装置のすべてまたはいくつかのギヤについて実質的
にほぼ同一の同期時間が得られる。これによりピンタイ
プの同期メカニズムに上述したような自己増力機能を容
易に、しかも変速装置全体のシフトに関連した条件を考
慮したうえで与えることができる。これにより上述した
同期メカニズムにおいて大きな力および多くの時間を要
することなく、シフトすることができるので操作性およ
び作業性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す２重作動同期システム
の断面図である。

【図２】図１の線２−２に沿って見た場合の部分断面図
である。

【図３】図１および図２に示す構成部品の透視図であ
る。

【図４】図１および図２に示す同期システムの歯を示す
詳細図である。

【図５】図４に示す歯の透視図である。

【図６】図４に示す曲線６−６に沿って見た歯の断面図
である。

【図７】図６に示す歯の異なる部分を示す詳細図であ
る。

【図８】図７に示す歯の異なる部分を示す詳細図であ
る。

【図９】図１および図２に示すプランジャ部品の詳細図
である。

【図10】図９に示す７Ｂ−７Ｂに沿って見たプランジャ
部品の断面図である。

【図11】図10と異なる部位を示すプランジャ部品の断面
図である。

【図12】図１および図２に示すピン部品の詳細図であ
る。

【図13】図12と異なる部位を示すプランジャ部品の断面
図である。

【図14】図１に示す同期装置のシフトフランジに作用す
る軸方向の力とトルクとを表した図である。

【符号の説明】

１ 位置許容値設定手段 12 シャフト 12a 軸 12b,30a 固定手段 12d,32m 傾斜面 12d 第１傾斜面 12f,32p 傾斜面 12g 第３傾斜面 14 第２ギヤ 14b 第２噛み合いクラッチ部材 16 第１ギア 16b 第１噛み合いクラッチ部材 22 同期メカニズム 24 摩擦クラッチ部材 24 第２摩擦部材 26 第１摩擦部材 28 摩擦手段 30 第１噛み合い手段 32 シフトフランジ 32a,32b 端面 32c フランジ開口部 32d,32e,40c,40d ブロッカーショルダー面 32f スロット 32g 反応面 32h,34 手段 32k 制限手段 32m 第２傾斜面 32n 第４傾斜面 36 第２摩擦手段 38 第１摩擦手段 40 ピン 40b 小径部 40d,40c 円錐形表面 40e,40f プリ・エナジャイザー面 40g,40h 第２センタリング面 42 プリ・エナジャイザー手段 44 弾性手段 46 プランジャ 46b,46c ヘッド部分 46f,46g 側壁 Ｆ0 シフト力 Ｆa 軸方向の増力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅ ｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ. Ａ. (72)発明者 トーマス ジョージ オーア アメリカ合衆国，ミシガン 49002，カ ラマズー ウィプーアウィル ドライブ 5185 (56)参考文献 実開 昭61−38329（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16D 11/00 - 23/14

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸(12a)を有するシャフト(12)の周辺に
   径方向に広がり、第１噛み合い手段(30)および第１摩擦
   手段(38)を移動させ、第２噛み合い手段(16b)および第
   ２摩擦手段(26)にクラッチ結合させて、第１ギヤ(16)を
   シャフト(12)に同期させて噛み合わせる環状のシフトフ
   ランジ(32)を備え、 前記第1摩擦手段(38)は、周方向に間隔をもって配置さ
   れて前記シフトフランジの開口部(32c)へ延びるように
   固定された複数のピン(40)を有する第１固定リング(38)
   を含み、前記各ピン(40)が、前記シフトフランジ(32)と
   当該ピン(40)との間の一定範囲内の相対回転を可能にす
   る小径部(40b)を有し、また、前記ピン(40)が、対応す
   る前記シフトフランジの開口部(32c)の周りに形成され
   た第２ブロッカーショルダー(32e)と係合する第１ブロ
   ッカーショルダー(40d)を有し、 ニュートラル位置から前記ギヤ(16)へ向かうシフト力(F
   ₀)による前記シフトフランジ(32)の軸方向の初期移動に
   応答して前記第１および第２摩擦手段(38)を係合させ、
   前記ピン(40)を介して前記シフトフランジ(32)に伝達さ
   れる初期同期トルクを生じる前記第１および第２摩擦手
   段の係合に応答して前記第１および第２ブロッカーショ
   ルダー(40d,32e)を係合させ、前記シフト力(F₀)を前記
   第１および第２ブロッカーショルダー(40d,32e)を介し
   て前記第１摩擦手段(38)へ伝達して前記第１および第２
   摩擦手段(38)の係合力を増大させるプリ・エナジャイザ
   ー手段(42)を備えたピンタイプ同期機構(22)であって、 前記シフトフランジ(32)は、前記各開口部(32c)に関連
   する細長いスロットを含み、該各スロットは、当該シフ
   トフランジ(32)の軸方向両端面(32a,32b)を貫通する横
   幅を有し、細長く延ばされた一端が関連する前記シフト
   フランジの開口(32c)内へ延び、他端が抗力面(32g)にな
   っており、 前記各スロット(32f)内に、一端が前記抗力面(32g)に作
   用し、他端がプランジャ(46)に作用する弾性手段(44)が
   配置され、 前記各プランジャ(44)は、前記シフトフランジ(32)が前
   記ニュートラル位置にあるとき、関連する前記開口部(3
   2c)に配置された前記ピンの小径部(40b)によって受入れ
   られるヘッド部分(46b,46c)を有し、また、前記シフト
   フランジ(32)の両端面(32a,32b)を摺動可能にはさんで
   当該プランジャ(46)を前記シフトフランジ(32)の軸方向
   に対して保持する軸方向に間隔をおいた側壁(46f,46g)
   を有することを特徴とするピンタイプ同期機構。
2. 【請求項２】 さらに、前記シフトフランジ(32)によっ
   て移動されて、第４噛み合い手段(14b)および第４摩擦
   手段(24)にそれぞれ係合して、第２ギヤ(14)を前記シャ
   フト12に同期および噛み合い結合させる第３噛み合い手
   段(28)および第３摩擦手段(36)を備え、 前記第３摩擦手段(36)は、周方向に間隔をもって複数の
   ピン(40)が固定された第２固定リング(36)を含み、前記
   各ピン(40)は、前記第１ブロッカーショルダー(40d)か
   ら軸方向に間隔を有し、関連するシフトフランジの開口
   部(32c)に形成された第４ブロッカーショルダー(32d)に
   係合可能な第３ブロッカーショルダー(40c)を有し、 前記プリ・エナジャイザー手段(42)は、ニュートラル位
   置から前記第２ギヤ(14)へ向かうシフト力(F₀)による前
   記シフトフランジ(32)の軸方向の初期移動に応答して、
   前記第３摩擦手段(36)と前記第４摩擦手段(24)とを弾性
   的に係合させ、前記ピン(40)を介して前記シフトフラン
   ジ(32)へ伝達される初期同期トルクを発生させる前記第
   ３摩擦手段(36)と前記第４摩擦手段(24)との係合に応答
   して、前記第３ブロッカーショルダー(40c)と前記第４
   ブロッカーショルダー(32d)とを係合させ、また、前記
   シフト力(F₀)を前記第３および第４ブロッカーショルダ
   ー(40c,32d)を介して前記第３摩擦手段(36)へ伝達し
   て、前記第３摩擦手段(36)と前記第４摩擦手段(24)との
   係合力を増大させることを特徴とする請求項１に記載の
   ピンタイプ同期機構。
3. 【請求項３】 前記各ピン(40)は、前記シャフトの軸に
   対して平行な軸と、該軸に対して所定の角度で軸方向に
   前記固定リング(38)へ向かって前記小径部(40b)から径
   方向外側へ広がるブロッカーショルダー(40d,40c)と、
   前記プランジャ(46)のヘッド部分(46c,46d)に対して作
   用するプリ・エナジャイザー面(40f,40e)とを備え、前
   記プリ・エナジャイザー面(40f,40e)は、前記ピンの軸
   に対して前記ブロッカーショルダー(40d,40c)よりも小
   さな角度で軸方向に前記固定リングに向かって径方向外
   側へ広がることを特徴とする請求項１または２に記載の
   ピンタイプ同期機構。
4. 【請求項４】 前記各ピン(40)は、前記ピンの軸に対し
   て前記プリ・エナジャイザー面(40f,40e)よりも小さな
   角度で、前記プリ・エナジャイザー面(40f,40e)の径方
   向外側縁部から径方向外側に軸方向に離れるように延び
   る第２センタリング面(40h,40g)を備えていることを特
   徴とする請求項３に記載のピンタイプ同期機構。
5. 【請求項５】 前記ピンのブロッカーショルダーは、ほ
   ぼ円錐表面(40d,40c)であり、前記プリ・エナジャイザ
   ー面は、ほぼ平坦面(40f,40e)であることを特徴とする
   請求項３に記載のピンタイプ同期機構。
6. 【請求項６】 前記各平坦面(40f,40e)は、前記各円錐
   表面(40d,40c)に対して、その弦に沿って交差するよう
   に延びていることを特徴とする請求項５に記載のピンタ
   イプ同期機構。
7. 【請求項７】 前記各ピン(40)は、前記ピンの軸に対し
   て前記プリ・エナジャイザー面(40f,40e)よりも小さな
   角度で、前記プリ・エナジャイザー面(40f,40e)の径方
   向外側縁部から径方向外側に軸方向に離れるように延び
   る第２センタリング面(40h,40g)を備え、該第２センタ
   リング面(40h,40g)は、ほぼ平坦面であることを特徴と
   する請求項６に記載のピンタイプ同期機構。
8. 【請求項８】 さらに、前記シフトフランジ(32)によっ
   て移動される前記噛み合い手段(30,28)の前記シャフト
   (12)に対する回転を阻止するための手段(12b,30a,28a)
   と、 前記シフトフランジ(32)によって移動される前記噛み合
   い手段(30,28)に対する前記シフトフランジ(32)の軸方
   向の移動を阻止するとともに、前記シフトフランジ(32)
   によって移動される前記噛み合い手段(30)に対する前記
   シフトフランジ(32)の周方向の移動を許容する手段(34,
   32h)と、 前記シャフト(12)に対する前記シフトフランジ(32)の周
   方向の移動を制限して、前記シフトフランジ(32)とシャ
   フト(12)との間に同期トルクを作用させる制限手段(32
   k,12b)とを備え、 前記制限手段(32k,12b)は、一方向の前記同期トルクに
   応答して係合可能で、前記シフトフランジ上に前記シフ
   ト力(F₀)の方向に軸方向の増力(F_a)発生させて、前記第
   １ギヤ(16)または第２ギヤ(14)に関連する前記摩擦手段
   を係合させる力を増大させる傾斜面(12d,32m;12f,32p)
   を含むことを特徴とする請求項１、２、４または７のい
   ずれかに記載のピンタイプ同期機構。
9. 【請求項９】 前記制限手段(12b,32k)は、前記一方向
   の同期トルクとは反対方向の前記第１または第２ギヤ(1
   6,14)の同期トルクに応答して係合可能で、前記シフト
   フランジ上に前記シフト力(F₀)の方向に軸方向の他の増
   力(F_a)発生させて、前記第１ギヤまたは第２ギヤ(16,1
   4)に関連する前記摩擦手段を係合させる力を増大させる
   傾斜面(12e,32n;12g,32s)を含むことを特徴とする請求
   項８に記載のピンタイプ同期機構。