JP4526327B2 - シンクロナイザクラッチ機構 - Google Patents

Description

本発明は手動変速機や歯車式自動変速機などに用いられるシンクロナイザクラッチ機構に関するものである。

従来、手動変速機の変速用クラッチとして、シンクロナイザクラッチ機構が知られている。シンクロナイザクラッチ機構には種々の方式があるが、その中でもイナーシャロック型と呼ばれるシンクロナイザクラッチ機構は乗用車に広く使用されている。
イナーシャロック型のシンクロナイザクラッチ機構の場合、軸に一体回転可能に取り付けられたクラッチハブと、軸上に回転自在に支持され、クラッチハブ側にクラッチ歯を持つ伝動歯車と、上記伝動歯車のコーン面に支持されたシンクロナイザリングと、クラッチハブに設けられたスプラインに嵌合し、軸方向にシフト移動可能なスリーブと、クラッチハブの欠歯部に嵌め込まれたシンクロナイザキーと、シンクロナイザキーを外周方向へ押しつけるスプリングとを備えている。上記スリーブが中立位置にある時、スリーブの内周溝とシンクロナイザキーの凸部とが嵌合して中立位置を保持し、上記スリーブが中立位置から係合位置へシフトする時、上記シンクロナイザキーがシンクロナイザリングの側面を押して伝動歯車のコーン面に押し付け、同期させるようになっている。

このようなイナーシャロック型のシンクロナイザクラッチ機構では、シンクロナイザキーとスプリングとが必要であり、軸方向寸法が長くなるという問題がある。また、シンクロナイザキーの軸長を短くすると、シンクロナイザキーの傾きや外れが発生しやすくなり、安定した切替動作ができなくなる。さらに、中立位置において、シンクロナイザキーの位置によっては、シンクロナイザリングがコーン面に押しつけられ、引きずりが発生しやすい。また、部品点数が多いため、組付が複雑で自動化が難しい。

特許文献１には、シンクロナイザリングにばね要素を取り付け、スリーブのスプライン歯と係合してばね要素が変形したとき、伝動歯車のコーン面との摩擦力がシンクロナイザリングに発生するように構成したシンクロナイザクラッチ機構が提案されている。
ばね要素は、その一端部がシンクロナイザリングの内側面に固定され、他端部がシンクロナイザリングの外周面にそって軸方向に延びている。軸方向に延びる他端部の途中には山形の突起部が設けられ、スリーブがシフトされた時、スリーブの歯の端部に形成された傾斜面がこの突起部に乗り上げてばね要素を変形させることで、シンクロナイザリングとコーン面との間に摩擦力を発生させる。
特開平７−１８０７３０号公報

上記構造のシンクロナイザクラッチ機構の場合は、シンクロナイザキーを省略できることから、軸方向寸法を短縮できるとともに、部品点数を削減できるので、自動組立が可能になる利点がある。
しかし、スリーブが中立位置にある時、ばね要素が変形しないため、スリーブに対してシンクロナイザリングを安定した位置に保持することが困難になるという問題がある。そのため、シンクロナイザリングとコーン面との接触による引きずりが発生する懸念があった。

そこで、本発明の目的は、スリーブが中立位置にある時、シンクロナイザリングを安定して保持できるとともに、コーン面との接触による引きずりを防止できるシンクロナイザクラッチ機構を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、軸に一体回転可能に取り付けられたクラッチハブと、軸上に回転自在に支持され、クラッチ歯を持つ伝動歯車と、上記伝動歯車のコーン面に支持されたシンクロナイザリングと、クラッチハブに設けられたスプラインに嵌合し、軸方向にシフト移動して上記シンクロナイザリングの歯部とクラッチ歯とに係合可能なスリーブと、上記シンクロナイザリングに取り付けられたばね要素とを備え、上記スリーブが中立位置から係合位置へシフトする時に上記ばね要素の作用により上記シンクロナイザリングと上記伝動歯車のコーン面との間に摩擦力を発生させるシンクロナイザクラッチ機構において、上記ばね要素にはシンクロナイザリングとスリーブとの半径方向隙間に沿って伝動歯車側へ延びた後、クラッチハブ側にＵ字形に折り返されたばね部が形成され、このばね部の先端に外周方向に突出する突起部が設けられており、上記スリーブの内周面に、中立位置で上記突起部と弾性的に係合してシンクロナイザリングを保持する内周溝が設けられており、上記ばね要素の突起部より先端側に、上記突起部より内径側に折り曲げられた引掛部が設けられ、上記シンクロナイザリングのクラッチハブ側の端部に、上記ばね要素の引掛部を係止して突起部の浮き上がりを規制する係止部が設けられていることを特徴とするシンクロナイザクラッチ機構を提供する。

スリーブが中立位置にあるとき、その内周面に形成された内周溝にばね要素の突起部が弾性的に係合しているため、シンクロナイザリングもスリーブによって軸方向位置が決定され、伝動歯車のコーン面との接触が防止される。そのため、シンクロナイザリングを安定に保持できるとともに、コーン面との引きずりを防止できる。
スリーブを係合位置へシフトしようとすると、突起部と内周溝との弾性係合によってシンクロナイザリングも一体的にシフトされ、コーン面に押しつけられる。やがて、突起部が内周溝から外れ、スリーブのスプライン歯がシンクロナイザリングの歯部とクラッチ歯とに係合してシフトが完了する。
本発明のばね要素は、Ｕ字形に折り返したばね部を有するので、特許文献１に記載のようなばね要素に比べてばね弾性を自由に確保することができる。そのため、繰り返し使用を行ってもばね弾性が劣化せず、安定した保持機能を維持できるとともに、シフト時にばね要素がスリーブの動きを阻害せず、円滑なシフト作動を実現できる。
本発明のシンクロナイザクラッチ機構の場合、イナーシャロック型のようなシンクロナイザキーを必要とせず、軸方向寸法を短縮できるとともに、ばね要素がシンクロナイザリングに固定されているので、部品数を少なくでき、自動組立が可能になるという利点がある。

シンクロナイザリングの外周面に、歯底面より内径側へ凹んだ溝部を軸方向に連続して設け、ばね要素のばね部を溝部に嵌合させるのがよい。
ばね要素のばね部はＵ字形に折り返されているため、シンクロナイザリングの外周部に突出することになる。そのため、シンクロナイザリングの歯部をさらに高くする必要があり、外径寸法が大きくなる欠点がある。これに対し、請求項２のように溝部を設け、この溝部にばね要素のばね部を嵌合させれば、シンクロナイザリングの歯部を高くする必要がなく、外径寸法が大きくなる欠点を解消できる。

本発明では、ばね要素の突起部より先端側に突起部より内径側に折り曲げられた引掛部を設け、シンクロナイザリングのクラッチハブ側の端部に、ばね要素の引掛部を係止して突起部の浮き上がりを規制する係止部を設けてある。
ばね要素のばね部の先端に設けられる突起部の突出高さが高過ぎると、突起部と内周溝との係合力が強過ぎてシフト時に突起部が内周溝を乗り越えにくくなる可能性がある。これに対し、本発明では係止部によって引掛部を係止するので、突起部の突出高さを規制でき、安定した係合力を得ることができる。

請求項２のように、ばね要素にシンクロナイザリングの内側面に固定されるリング状のベース部を設け、このベース部の外周に複数のばね部を一体に形成してもよい。
本発明では、複数のばね要素をシンクロナイザリングに個別に取り付けることも可能であるが、個々に組み付ける必要があるため手間がかかるとともに、各ばね要素の位置がばらつく可能性がある。これに対し、リング状のベース部からばね部を一体に形成すれば、一部品をシンクロナイザリングに固定するだけで組付が完了し、作業性が向上するとともに、各ばね部の位置が安定する。

以上の説明で明らかなように、請求項１に係る発明によれば、スリーブが中立位置にあるとき、その内周面に形成された内周溝にばね要素の突起部が弾性的に係合しているため、シンクロナイザリングもスリーブによって軸方向位置が決定され、伝動歯車のコーン面との接触が防止される。そのため、シンクロナイザリングを安定に保持できるとともに、コーン面との引きずりを防止できる。

以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１，図２は、本発明にかかるシンクロナイザクラッチ機構の一例を示す。この実施例は、手動変速機の変速クラッチとして用いた例である。
伝動軸１の中間部に設けられたスプライン部１ａには、クラッチハブ３が一体回転可能にスプライン結合されている。伝動軸１の上には、伝動歯４ａ，５ａとチャンファを持つクラッチ歯４ｂ，５ｂとが形成された伝動歯車４，５がニードルベアリング６，７を介して回転自在に支持されている。伝動歯車４，５のクラッチハブ側の端部には、コーン面４ｃ，５ｃが形成されている。伝動歯車４，５のコーン面４ｃ，５ｃにはそれぞれシンクロナイザリング８，９が支持されている。なお、コーン面４ｃ，５ｃとシンクロナイザリング８，９との間に、摩擦材料を配置してもよい。クラッチハブ３の外周部に設けられたスプライン（図示せず）には、スリーブ１０のスプライン歯１０ａが軸方向に移動可能に嵌合しており、このスリーブ１０を軸方向にシフトさせて、スプライン歯１０ａをシンクロナイザリング８，９の歯部８ａ，９ａおよびクラッチ歯４ｂ，５ｂに係合させることにより、クラッチハブ３といずれか一方の伝動歯車４，５とを連結できる。スリーブ１０の外周部に設けられた外周溝１０ｂには、図示しないシフトフォークが係合可能である。

シンクロナイザリング８，９には、図３に示すようなばね要素１１，１２が取り付けられている。これらばね要素１１，１２は、スリーブ１０が中立位置から係合位置へシフトする時に、ばね要素１１，１２の作用によりシンクロナイザリング８，９と伝動歯車４，５のコーン面４ｃ，５ｃとの間に摩擦力を発生させるものである。ばね要素１１，１２は同一形状であるため、以下に一方のばね要素１１についてのみ説明するが、他方のばね要素１２も全く同様である。

ばね要素１１は、図３に示すように、１枚の金属板を曲げ加工したものであり、リング状のベース部１１ａを備え、このベース部１１ａがシンクロナイザリング８の内側面に形成された段部８ｅに嵌合され、溶接、嵌め込み、カシメ、ネジ止めなどの手段で固定されている。ベース部１１ａの外周部には、複数のばね部１１ｂが等間隔で形成されている。この実施例では、ばね部１１ｂは１２０度間隔で３個設けられている。ばね部１１ｂは、シンクロナイザリング８の外周面に沿って伝動歯車４側へ延びた後、クラッチハブ３側にＵ字形に折り返されたものであり、半径方向のばね弾性を有している。ばね部１１ｂの先端には外周方向に突出する突起部１１ｃが曲げ加工されている。この実施例の突起部１１ｃは半円弧状に湾曲形成されたものである。突起部１１ｃよりさらに先端側には、突起部１１ｃから内径側に折り曲げられた引掛部１１ｄが設けられている。引掛部１１ｄはばね部１１ｂおよび突起部１１ｃより幅広に形成されている。

シンクロナイザリング８の外周面には、チャンファを持つ歯部８ａが形成され、この歯部８ａの歯底面と同一高さで軸方向に延びる縦壁部８ｂが設けられ、縦壁部８ｂの中間に軸方向に延びる溝部８ｃが設けられている。溝部８ｃはシンクロナイザリング８の外周部に上記ばね部１１ｂと同位相に形成されている。溝部８ｃは歯底面より内径側へ凹んでおり、ばね要素１１のばね部１１ｂはこの溝部８ｃに嵌合して回転方向のずれが規制されている。なお、ばね部１１ｂが溝部８ｃの底面に圧着することで、ばね要素１１をシンクロナイザリング８に固定するようにしてもよい。縦壁部８ｂはシンクロナイザリング８のクラッチハブ側端面より軸方向に突出しており、このオーバーハングした突出部の内径側に段差状の係止部８ｄが形成されている。係止部８ｄに上記ばね要素１１の引掛部１１ｄが係止され、突起部１１ｃの浮き上がりが規制されるとともに、ばね部１１ｂが溝部８ｃから外周側へ突出するのが規制される。

この実施例では、溝部８ｃはシンクロナイザリング８の歯底面まで連続しており、歯部８ａの一部が切除されている。ばね要素１１のばね部１１ｂのＵ字形折り曲げ部は歯部８ａの近傍に位置しており、ばね部１１ｂのばね長を確保している。
上記説明では、一方のシンクロナイザリング８と一方のばね要素１１との取り付け構造について説明したが、他方のシンクロナイザリング９と他方のばね要素１２との取り付け構造も全く同様であるため、説明を省略する。
なお、クラッチハブ３の外周部には、スプライン歯を持たない欠歯部３ａがシンクロナイザリング８，９の縦壁部８ｂと同一位相で設けられ、この欠歯部３ａに縦壁部８ｂが所定の周方向隙間をもって挿入されている。

スリーブ１０の内周面、特にスプライン歯１０ａには２本の内周溝１０ｃ，１０ｄが軸方向に一定間隔をあけて全周に形成されている。スリーブ１０が中立位置にある時、一方のシンクロナイザリング８に固定されたばね要素１１の突起部１１ｃが一方の内周溝１０ｃに係合し、他方のシンクロナイザリング９に固定されたばね要素１２の突起部１２ｃが他方の内周溝１０ｄに係合する。これら係合によって、シンクロナイザリング８，９をその内周面がコーン面４ｃ，５ｃと接触しないように保持することができる。そのため、引きずり現象が防止される。
この実施例の内周溝１０ｃ，１０ｄはＶ溝で構成されているが、中立位置においてばね要素１１，１２の突起部１１ｃ，１２ｃが安定して係合しうる形状であれば、円弧状断面の溝であってもよいし、矩形状断面の溝であってもよい。

ここで、上記構成よりなるシンクロナイザクラッチ機構の作動を、図２，図４，図５を参照して説明する。
中立位置においては、図２に示すように、ばね要素１１，１２の突起部１１ｃ，１２ｃがスリーブ１０の内周溝１０ｃ，１０ｄに弾性的に係合している。この係合によって、シンクロナイザリング８，９は軸方向の一定位置に保持され、シンクロナイザリング８，９の内周面が伝動歯車４，５のコーン面４ｃ，５ｃに接触するのが防止される。そのため、伝動軸１と伝動歯車４，５との間に相対回転があっても、伝動歯車４，５に引きずりトルクが発生しない。
次に、変速を行うためにスリーブ１０を図２の左方向にシフトすると、ばね要素１１，１２の突起部１１ｃ，１２ｃと内周溝１０ｃ，１０ｄとの係合によって、シンクロナイザリング８，９も一体に軸方向に移動しようとし、左側のシンクロナイザリング８の内周面は伝動歯車４のコーン面４ｃに押しつけられる。やがて、スリーブ１０のスプライン歯１０ａがシンクロナイザリング８の歯部８ａにチャンファで接触し、スリーブ１０の動きを止めて回転の同期作用が行われる（図４参照）。
同期作用の途中で、スリーブ１０の内周溝１０ｃ，１０ｄとばね要素１１，１２の突起部１１ｃ，１２ｃとの係合が外れ、突起部１１ｃ，１２ｃはスリーブ１０のスプライン歯１０ａの歯先面に乗り上げる。ばね要素１１，１２のばね部１１ｂ，１２ｂは十分なばね弾性を持つので、突起部１１ｃ，１２ｃがスプライン歯１０ａに過大な力で圧接せず、スリーブ１０のシフト移動を阻害することがない。
同期作用が完了すると、回転差がなくなるので、シンクロナイザリング８がスリーブ１０の動きを妨害する力がなくなり、スリーブ１０は伝動歯車４のクラッチ歯４ｂに噛み合い、シフト作動が完了する（図５参照）。

図６は本発明の第２実施例を示す。
この実施例では、ばね要素２０を複数の個別部品で構成したものである。なお、シンクロナイザリング８は第１実施例と同様である。
ばね要素２０は、一端側に矩形状のベース部２１を持ち、他端部にＵ字形に折り返されたばね部２２を持つものであり、ベース２１がシンクロナイザリング８の内側面に設けられた段部８ｅに溶接、カシメ、ネジ止めなどの手段によって固定され、ばね部２２は溝部８ｃに収容される。ばね部２２の先端には第１実施例と同様に突起部２３が形成され、突起部２３の先端に引掛部２４が形成されている。引掛部２４はシンクロナイザリング８の係止部８ｄに係止され、突起部２３の浮き上がりが規制される。
この場合は、ばね要素２０を小型化できる利点がある。

図７は本発明の第３実施例を示す。
この実施例では、ばね要素３０を複数の個別部品で構成するとともに、シンクロナイザリング０を第１実施例と比べて多少変更している。
ばね要素３０は、一端側に矩形状のベース部３１を持ち、他端部にＵ字形に折り返されたばね部３２を持ち、ばね部３２の先端には突起部３３が形成されている。なお、突起部３３の先端の引掛部は形成されていない。
シンクロナイザリング８Ａの外周面に形成された溝部８ｃ，８ｆは、内側面に設けられた段部８ｅ側まで延びており、この溝部８ｃにばね部３２が嵌合され、溝部８ｆにベース３１部が嵌合される。ベース部３１は溝部８ｆの底面に溶接、カシメ、ネジ止め等によって固定される。この場合は、ベース部３１が溝部８ｆに嵌合されて固定されるので、ばね要素３０が安定して固定される。

本発明は上記実施例に限定されるものではない。
上記実施例では、伝動歯車４，５にクラッチ歯４ｂ，５ｂが一体に形成されたものを示したが、別体のクラッチ歯を伝動歯車４，５に溶接、カシメ等によって固定してもよい。
また、クラッチハブ３を間にしてその両側に伝動歯車４，５を設けたシンクロナイザクラッチ機構について説明したが、片側のみに伝動歯車を設けたものでもよい。この場合には、シンクロナイザリングおよびばね要素も片側のみに設ければよい。

本発明にかかるシンクロナイザクラッチ機構の第１実施例の全体図である。 図１の要部拡大断面図である。 本発明にかかるシンクロナイザリングとばね要素の斜視図である。 図２に示すシンクロナイザクラッチ機構の変速途中の断面図である。 図２に示すシンクロナイザクラッチ機構の変速終了時の断面図である。 本発明にかかる第２実施例のシンクロナイザリングとばね要素の斜視図である。 本発明にかかる第３実施例のシンクロナイザリングとばね要素の斜視図である。

符号の説明

１ 伝動軸
３ クラッチハブ
４，５ 伝動歯車
４ｂ，５ｂ クラッチ歯
４ｃ，５ｃ コーン面
８，９ シンクロナイザリング
８ｂ 縦壁部
８ｃ 溝部
８ｄ 係止部
１０ スリーブ
１０ａ スプライン歯
１０ｃ，１０ｄ 内周溝
１１，１２ ばね要素
１１ａ ベース部
１１ｂ ばね部
１１ｃ 突起部
１１ｄ 引掛部

Claims (2)

1. 軸に一体回転可能に取り付けられたクラッチハブと、軸上に回転自在に支持され、クラッチ歯を持つ伝動歯車と、上記伝動歯車のコーン面に支持されたシンクロナイザリングと、クラッチハブに設けられたスプラインに嵌合し、軸方向にシフト移動して上記シンクロナイザリングの歯部とクラッチ歯とに係合可能なスリーブと、上記シンクロナイザリングに取り付けられたばね要素とを備え、
   上記スリーブが中立位置から係合位置へシフトする時に上記ばね要素の作用により上記シンクロナイザリングと上記伝動歯車のコーン面との間に摩擦力を発生させるシンクロナイザクラッチ機構において、
   上記ばね要素にはシンクロナイザリングとスリーブとの半径方向隙間に沿って伝動歯車側へ延びた後、クラッチハブ側にＵ字形に折り返されたばね部が形成され、このばね部の先端に外周方向に突出する突起部が設けられており、
   上記スリーブの内周面に、中立位置で上記突起部と弾性的に係合してシンクロナイザリングを保持する内周溝が設けられており、
   上記ばね要素の突起部より先端側に、上記突起部より内径側に折り曲げられた引掛部が設けられ、
   上記シンクロナイザリングのクラッチハブ側の端部に、上記ばね要素の引掛部を係止して突起部の浮き上がりを規制する係止部が設けられていることを特徴とするシンクロナイザクラッチ機構。
2. 上記ばね要素には上記シンクロナイザリングの内側面に固定されるリング状のベース部が設けられ、このベース部の外周に複数の上記ばね部が一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシンクロナイザクラッチ機構。

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