JP5183445B2 - 変速機 - Google Patents

Description

本発明は、２つの回転速度の異なるギヤを同調させるためのシンクロメッシュ機構を備えた変速機に関するものである。

従来、この種の変速機として、シフトフォークのフォークピースの側面と係合する環状溝の側面が軸方向に傾斜するように構成されたシンクロナイザスリーブが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このシンクロナイザスリーブでは、環状溝の傾斜する側面と係合するフォークピースの側面が、環状溝の傾斜する側面と同様に軸方向に傾斜した平面に形成される。このように構成されたシンクロナイザスリーブでは、シフトフォークの変位によりシンクロナイザスリーブを軸方向に変位させるとき、フォークピースの側面がシンクロナイザスリーブの環状溝の側面に対しシンクロナイザスリーブの中心軸を通る線接触となる。この結果、変速操作力等によりシフトフォークが撓むようなことがあっても、フォークピンの側面が環状溝の側面に対して中心軸付近で当接するため、シンクロナイザスリーブの斜め押しが少なくなって、シンクロナイズ性能が安定化し、ギヤ鳴り等の不具合の発生も容易に抑制できるようになっている。
実開平５−９２５４２号公報（請求項１、段落［０００７］、［００１０］、図２）

上記従来の特許文献１に示されたシンクロナイザスリーブでは、シフトフォークに荷重が作用しないときは、図６（ａ）に示すように、フォークピース４の側面４ｃとシンクロナイザスリーブ２の環状溝２ｂの側面２ｃとが平行状態になっている。しかし、シフトフォーク１に荷重が作用すると、図６（ｂ）に示すように、フォークピース４の側面４ｃがスリーブ２の環状溝２ｂの側面２ｃに対して平行ではなくなり、環状溝２ｂの側面２ｃに対して所定の角度をなして局部的な接触となる。これは、シフトフォーク１の剛性やシフトフォーク１の各部材間のガタツキによるものである。このようにフォークピース４の側面４ｃが環状溝２ｂの側面２ｃに対して局部的に接触しても、スリーブ２の環状溝２ｂにおける周速や、フォークピース４の側面４ｃの環状溝２ｂの側面２ｃに対する荷重がある一定以下である場合には、上記局部的な接触であっても発熱量が少ないため、問題が生じなかった。しかし、スリーブ２の大径化によってスリーブ２の環状溝２ｂにおける周速が大きくなったり、或いは同期時間の短縮化によってフォークピース４の側面４ｃの環状溝２ｂの側面２ｃに対する荷重が大きくなると、上記局部的な接触部での発熱量が多くなって、スリーブ２に割れが発生するおそれがあった。

本発明の目的は、荷重状態でフォークピースの側面がシンクロナイザスリーブの環状溝の側面に接触する角度を最適化することにより、フォークピース側面の環状溝側面への局部的接触に伴う摺動面の発熱を抑制して、シンクロナイザスリーブの割れを防止することができるとともに、フォークピースの摩耗を低減することができる、変速機を提供することにある。

請求項１に係る発明は、図１に示すように、無荷重状態でシフトフォーク１１のフォークピース１４の側面１４ｃと、このフォークピース１４の側面１４ｃと係合するシンクロナイザスリーブ１２の環状溝１２ｂの側面１２ｃとの間隔が、荷重状態でフォークピース１４の側面１４ｃがシンクロナイザスリーブ１２の環状溝１２ｂの側面１２ｃに局部的に接触しないように、シンクロメッシュ機構の中心軸から離れるに従って末広がりとなるように形成されたことを特徴とする変速機である。

請求項２に係る発明は、図１に示すように、無荷重状態のシフトフォーク１１のフォークピース１４の両側面１４ｃがシンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面に形成され、フォークピース１４の両側面１４ｃと係合するシンクロナイザスリーブ１２の環状溝１２ｂの両側面１２ｃがシンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面に対して末広がりとなる傾斜面に形成され、荷重状態でフォークピース１４の側面１４ｃがシンクロナイザスリーブ１２の環状溝１２ｂの側面１２ｃに局部的に接触しないように構成されたことを特徴とする変速機である。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、更に図１に示すように、上記末広がりの角度θが０．５〜２．０度であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、無荷重状態でフォークピースの側面とシンクロナイザスリーブの環状溝の側面との間隔を末広がりとなるように形成したので、荷重状態でフォークピースの側面がスリーブの環状溝の側面に接触する角度を最適化することができ、これにより荷重状態でフォークピースの側面とスリーブの環状溝の側面との接触面積を増大することができる。この結果、荷重状態でフォークピースの側面がスリーブの環状溝の側面に局部的に接触することがなくなり、フォークピース側面と環状溝側面とが接触して摺動する面における発熱を抑制することができるので、シンクロナイザスリーブの割れを防止できるとともに、フォークピースの摩耗を低減できる。

また請求項２に係る発明では、無荷重状態のフォークピースの両側面をシンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面に形成し、シンクロナイザスリーブの環状溝の両側面をシンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面に対して末広がりとなる傾斜面に形成したので、荷重状態でフォークピースの側面がスリーブの環状溝の側面に接触する角度を最適化することができ、これにより荷重状態でフォークピースの側面とスリーブの環状溝の側面との接触面積を増大することができる。この結果、上記と同様の効果が得られる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図２及び図３に示すように、変速機は、シフトレバー（図示せず）の操作により軸方向に移動するシフトフォークシャフト（図示せず）と、このシフトフォークシャフトの移動により回動するシフトフォーク１１と、主軸（図示せず）に遊嵌されシフトフォーク１１により主軸の軸方向に移動するシンクロナイザスリーブ１２とを備える。シンクロナイザスリーブ１２は、図示しないが主軸とともに回転するシンクロナイザリングと、変速ギヤとともに回転するクラッチギヤとに噛合して同期させるように構成される。上記シンクロナイザスリーブ１２、シンクロナイザリング及びクラッチギヤ等によりシンクロナイザ機構が構成される。

シフトフォーク１１は、略半円状に湾曲するフォーク本体１３と、このフォーク本体１３の両端にそれぞれ設けられた一対のフォークピース１４，１４と、フォーク本体１３の中央から左寄りに突出して設けられた荷重ブロック１６と、フォーク本体１３を回動可能に保持する一対の支軸１７，１７とを有する（図１〜図３）。フォーク本体１３の両端には孔心が一致するように一対の通孔１３ａ，１３ａがそれぞれ形成される。フォークピース１４は、シンクロナイズスリーブ１２の環状溝１２ｂに遊挿されるピース本体１４ａと、このピース本体１４ａと一体的に設けられフォーク本体１３の通孔１３ａに挿通されるピン部１４ｂとからなる。またフォーク本体１３の荷重ブロック１６及びフォークピース１４間には孔心が一致するように一対の透孔１３ｂ，１３ｂがそれぞれ形成される。上記一対の支軸１７，１７の基端はシンクロナイザスリーブ１２等を収容する円筒状のケース（図示せず）にそれぞれ取付けられ、一対の支軸１７，１７の先端は一対の透孔１３ｂ，１３ｂにそれぞれ挿通される。これによりフォーク本体１３は一対の支軸１７，１７により回動可能に保持される。一方、シンクロナイザスリーブ１２の内周面には上記シンクロナイザリングの外歯とクラッチギヤの外歯とに噛合する内歯１２ａが形成され、シンクロナイザスリーブ１２の外周面にはこのスリーブの円周方向に延びる環状溝１２ｂが形成される。スリーブ１２の環状溝１２ｂにはフォークピース１４のピース本体１４ａが挿入される。なお、フォーク本体１３は鋼材をプレス加工等して形成され、フォークピース１４のピース本体１４ａは表面処理された鋼材により形成され、ピン部１４ｂは表面が浸炭焼入れされた鋼材により形成される。また、シンクロナイザスリーブ１２は表面が浸炭焼入れされた鋼材により形成される。

シンクロナイザスリーブ１２をシンクロナイザリング及びクラッチギヤに噛合させる方向にシフトフォーク１１に荷重が作用していない状態、即ちシフトフォーク１１の無荷重状態で（図１（ａ））、フォークピース１４のピース本体１４ａの側面１４ｃと、このピース本体１４ａの側面１４ｃと係合するシンクロナイザスリーブ１２の環状溝１２ｂの側面１２ｃとの間隔は、シンクロメッシュ機構の中心軸（主軸の中心軸）から離れるに従って末広がりとなるように形成される（図１）。具体的には、無荷重状態のフォークピース１４のピース本体１４ａの両側面１４ｃがシンクロメッシュ機構（主軸の中心軸）の中心軸と直角方向の平面に形成され、ピース本体１４ａの両側面１４ｃと係合するシンクロナイザスリーブ１２の環状溝１２ｂの両側面１２ｃがシンクロメッシュ機構の中心軸（主軸の中心軸）と直角方向の平面に対して末広がりとなる傾斜面に形成される。この末広がり角度θ（図１）は０．５〜２．０度、好ましくは０．７〜１．３度、更に好ましくは１度に設定される。ここで、上記末広がり角度θを０．５〜２．０度の範囲内に限定したのは、０．５度未満ではピース本体１４ａの側面１４ｃ基端部が環状溝１２ｂの側面１２ｃ先端部に接触する局部的な接触となり、２．０度を越えると上記とは逆にピース本体１４ａの側面１４ｃ先端部が環状溝１２ｂの側面１２ｃ基端部に接触する局部的な接触となるからである。上記末広がり角度θはシミュレーション（ＦＥＭ：Finit Element Method）によって算出される。このシミュレーションでは、シフトフォーク１１の剛性と、フォーク本体１３及びピン部１４ｂ間のガタツキと、荷重状態におけるフォークシフト１１の変形とを考慮して、上記末広がり角度θが算出される。

このように構成された変速機の動作を説明する。シンクロナイザスリーブ１２をシンクロナイザリング及びクラッチギヤに噛合させる方向にシフトフォーク１１の荷重ブロック１６に荷重が作用していないときは、図１（ａ）に示すように、フォークピース１４のピース本体１４ａの側面１４ｃとシンクロナイザスリーブ１２の環状溝１２ｂの側面１２ｃとの間隔がシンクロメッシュ機構の中心軸（主軸の中心軸）から離れるに従って末広がりとなっている。具体的には、ピース本体１４ａの側面１４ｃがシンクロメッシュ機構の中心軸（主軸の中心軸）と直角方向の平面となり、環状溝１２ｂの側面１２ｃがシンクロメッシュ機構の中心軸（主軸の中心軸）と直角方向の平面に対して末広がりとなる傾斜面に形成される。このときスリーブ１２の大径化によってスリーブ１２の環状溝１２ｂにおける周速が大きくなり、ピース本体１４ａの側面１４ｃに対する環状溝１２ｂの側面１２ｃの相対速度が大きくなっても、ピース本体１４ａの側面１４ｃが環状溝１２ｂの側面１２ｃに対して荷重が作用していないので、発熱量は少なく、スリーブ１２に割れが発生することはなく、またピース本体１４ａが摩耗することもない。

一方、シフトフォーク１１の荷重ブロック１６に図３の実線矢印で示す方向に荷重Ｆが作用すると、シフトフォーク１１の剛性やフォーク本体１３及びピン部１４ｂ間のガタツキにより、図１（ｂ）に示すように、ピース本体１４ａの側面１４ｃが環状溝１２ｂの側面１２ｃに対して平行になるようにフォーク本体１３及びフォークピース１４が傾いて、ピース本体１４ａの側面１４ｃが環状溝１２ｂの側面１２ｃに接触する角度が最適化される。即ち、ピース本体１４ａの側面１４ｃが環状溝１２ｂの側面１２ｃに密着する方向にフォーク本体１３及びフォークピース１４が傾いて、ピース本体１４ａの側面１４ｃと環状溝１２ｂの側面１２ｃとの接触面積を増大する。この結果、荷重状態でピース本体１４ａの側面１４ｃが環状溝１２ｂの側面１２ｃに局部的に接触することがなくなるので、スリーブ１２の大径化によって環状溝１２ｂにおける周速が大きくなったり、或いは同期時間の短縮化によってピース本体１４ａの側面１４ｃの環状溝１２ｂの側面１２ｃに対する荷重が大きくなっても、ピース本体１４ａ側面１４ｃと環状溝１２ｂ側面１２ｃとが接触して摺動する面における発熱を抑制することができる。従って、シンクロナイザスリーブ１２の割れを防止できるとともに、フォークピース１４の摩耗を低減できる。

なお、上記実施の形態では、無荷重状態のフォークピースの両側面をシンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面に形成し、シンクロナイザスリーブの環状溝の両側面をシンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面に対して末広がりとなる傾斜面に形成したが、無荷重状態でフォークピースの側面と環状溝の側面との間隔をシンクロメッシュ機構の中心軸から離れるに従って末広がりとなるように形成すれば、無荷重状態のフォークピースの両側面をシンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面に対して末広がりとなる傾斜面に形成し、環状溝の両側面をシンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面にに形成してもよく、或いは無荷重状態のフォークピースの両側面をシンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面に対して末広がりとなる傾斜面に形成し、環状溝の両側面をシンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面に対して末広がりとなる傾斜面に形成し、かつフォークピースの側面の末広がり角度と環状溝の側面の末広がり角度との合計の角度がθ（０．５〜２．０度）となるように形成してもよい。また、上記実施の形態では、湾曲するフォーク本体を、荷重ブロックとフォークピースとの間の位置で一対の支軸により回動可能に支持したが、湾曲するフォーク本体を、その上方（スリーブ外方）に位置するシフトフォークシャフトに嵌入して平行移動するように構成してもよい。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１〜図３に示すように、シフトレバー（図示せず）の操作により軸方向に移動するシフトフォークシャフト（図示せず）と、このシフトフォークシャフトの移動により回動するシフトフォーク１１と、主軸（図示せず）に遊嵌されシフトフォーク１２により主軸の軸方向に移動するシンクロナイザスリーブ１２とを備えた変速機を用意した。シンクロナイザスリーブ１２の外径は２４０ｍｍであった。またフォークピース１４のピース本体１４ａを焼結金属により形成し、シンクロナイザスリーブ１２を表面が浸炭焼入れされた鋼材により形成した。更に無荷重状態のフォークピース１４のピース本体１４ａの両側面１４ｃをシンクロメッシュ機構（主軸の中心軸）の中心軸と直角方向の平面に形成し、シンクロナイザスリーブ１２の環状溝１２ｂの両側面１２ｃをシンクロメッシュ機構の中心軸（主軸の中心軸）と直角方向の平面に対して末広がりとなる傾斜面に形成した。この末広がり角度θ（図１）を１度とした。

＜比較例１＞
無荷重状態のフォークピースのピース本体の両側面をシンクロメッシュ機構（主軸の中心軸）の中心軸と直角方向の平面に形成し、シンクロナイザスリーブの環状溝の両側面をシンクロメッシュ機構の中心軸（主軸の中心軸）と直角方向の平面に形成したこと以外は、実施例１と同様に変速機を構成した。

＜比較試験１及び評価＞
実施例１及び比較例１の変速機を用いてシンクロナイザスリーブの耐久試験を行った。具体的には、所定の周期でシンクロメッシュ機構の同期及び解除を繰返し、３０時間経過後のシンクロナイザスリーブの環状溝の側面の状態を調べた。その結果を図４及び図５に示す。図４及び図５から明らかなように、比較例１のシンクロナイザスリーブの環状溝の側面には放射状に亀裂（割れ）が発生していたのに対し（図５）、実施例１のシンクロナイザスリーブの環状溝の側面には亀裂（割れ）は全く発生していなかった（図４）。なお、比較例１のシンクロナイザスリーブの環状溝の側面に放射状に亀裂（割れ）が発生したのは、ピース本体の側面が環状溝の側面に対して局部的に接触することにより発熱量が過大となり、スリーブ表面の浸炭焼入れにより抑え込まれていた内部応力が解放されて、この応力がスリーブの円周方向に作用したためであると考えられる。

本発明実施形態の変速機の要部を示す図２のＡ−Ａ線断面図であり、（ａ）はフォークピースに荷重が作用していない状態を示す図であり、（ｂ）はフォークピースに荷重が作用してシンクロナイザスリーブを押している状態を示す図である。 そのシンクロナイザスリーブの正面から見たシンクロメッシュ機構の要部を示す図である。 図２のＢ矢視図である。 耐久試験を行った後の実施例１のシンクロナイザスリーブの環状溝の側面の状態を撮影した写真図である。 耐久試験を行った後の比較例１のシンクロナイザスリーブの環状溝の側面の状態を撮影した写真図である。 従来例の変速機の要部を示す図１に対応する断面図であり、（ａ）はフォークピースに荷重が作用していない状態を示す図であり、（ｂ）はフォークピースに荷重が作用してシンクロナイザスリーブを押している状態を示す図である。

符号の説明

１１ シフトフォーク
１２ シンクロナイザスリーブ
１２ｂ 環状溝
１２ｃ 環状溝の側面
１４ フォークピース
１４ｃ フォークピースの側面

Claims (3)

1. 無荷重状態でシフトフォーク(11)のフォークピース(14)の側面(14c)と、このフォークピース(14)の側面と係合するシンクロナイザスリーブ(12)の環状溝(12b)の側面(12c)との間隔が、荷重状態で前記フォークピース(14)の側面(14c)が前記シンクロナイザスリーブ(12)の環状溝(12b)の側面(12c)に局部的に接触しないように、シンクロメッシュ機構の中心軸から離れるに従って末広がりとなるように形成されたことを特徴とする変速機。
2. 無荷重状態のシフトフォーク(11)のフォークピース(14)の両側面(14c)がシンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面に形成され、
   前記フォークピース(14)の両側面(14c)と係合するシンクロナイザスリーブ(12)の環状溝(12b)の両側面(12c)が前記シンクロメッシュ機構の中心軸と直角方向の平面に対して末広がりとなる傾斜面に形成され、
   荷重状態で前記フォークピース(14)の側面(14c)が前記シンクロナイザスリーブ(12)の環状溝(12b)の側面(12c)に局部的に接触しないように構成された
   ことを特徴とする変速機。
3. 前記末広がりの角度(θ)が０．５〜２．０度である請求項１又は２記載の変速機。