JP6183999B2 - 変速機用同期装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用変速機の変速操作(ギヤ切り替え)時に、スリーブから同期リングへの押圧力を、同期リングで発生する摩擦トルクによって増大させることにより、同期能力を高めることが可能な変速機用同期装置に関するものである。
従来、同期リングに生ずる摩擦トルクの一部を、略H字形状のスラストピースを介してハブの斜面に作用させることで自己サーボ作用を確保しながら、スリーブが中立位置にある場合にはスラストピースとハブの斜面同士が接触しないようにしたものが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
また、スラストピースの中央部に形成した径方向へ貫通する孔に挿入したボールがスリーブの内面に形成した凹部に係合し、スリーブが軸方向に移動するときボールとスラストピースを一緒に軸方向に移動させて同期リングを押圧するように構成した同期装置も知られている(たとえば、特許文献2参照)。
上記2つの従来例におけるスラストピースは、常時、環状のスリーブの内面に接してスリーブの内面にガイドされながらこのスリーブ対して揺動するようになっている。このため、スラストピースは、円筒をこの軸方向に分割した形状とされている。この結果、シフト時の揺動時には、スラストピースとスリーブの軸がずれることからスラストピースの外面とスリーブの内面との間に抵抗が発生し、これにより、同期作用の摩擦トルクがハブの斜面に伝達される際の抵抗になって、スラストピースを利用した同期性能の向上が十分に得られないという課題があった。
特許 第4609796号公報 特開2007−285400号公報
解決しようとする問題点は、スラストピースが円弧形状であったため、これが揺動する際に抵抗になって同期性能の向上を阻害するという点にある。
本発明の目的は、同期能力を自己サーボ作用によって高める作用の阻害要因を削減し、より高性能な同期装置を提供することにある。
本発明の変速機用同期装置は、自己サーボ作用によって同期能力を高める作用の阻害要因を削減するため、スラストピースの径方向内側の内面が、ハブに形成したガイド面に接するようにしたことを主要な特徴とする。
すなわち、本発明の変速機用同期装置は、動力を伝える軸と、該軸に固定したボス部から径方向外側に延ばしたフランジ部の外周に複数の切り欠きとスプラインとを形成するとともに、切り欠きの軸方向端部四隅に回転方向の力を軸方向の力に転換可能な斜面をそれぞれ形成したハブと、内周にスプラインと該スプラインの内側に斜面を有する溝部とをそれぞれ形成し、ハブのスプラインに軸方向摺動可能に支持したスリーブと、該スリーブが嵌合可能なスプラインおよび摩擦面をハブ側に一体的に設け、ハブの軸方向両側にそれぞれ配置した変速ギヤと、該変速ギヤの摩擦面に圧接可能な摩擦面を形成するとともに、外周にチャンファを有するスプラインと突起とを形成し、各変速ギヤにそれぞれ対応してハブの軸方向両側で該ハブと各変速ギヤとの間に配置した同期リングと、スリーブのスプライン内側にあって、ハブの切り欠き内で両側の同期リングの間を軸方向移動可能であるとともに、径方向で見て四隅に突起部を形成し、該突起部にハブの斜面に対応させた斜面を形成し、径方向で見て中央部に孔を形成したスラストピースと、該スラストピースの孔に、スリーブの溝部に係合するように、ボールおよび該ボールに付勢するスプリングと、を備えた変速機用同期装置において、 スラストピースの外面とスリーブの内面との間に隙間を設けて非接触とし、スラストピースの径方向内側の内面が接触しながら、スラストピースの斜面に向かう揺動をガイドするガイド面を、ハブの切り欠きの周方向両側で前記斜面との間に設けるようにした。
本発明の変速機用同期装置は、自己サーボ作用によって同期能力を高める作用の阻害要因であるスラストピースが揺動する際のスラストピースとスリーブ間で発生する抵抗を低減することで、同期能力を自己サーボ作用によって高める作用の阻害要因を削減することができる同期装置を提供することができる。
本発明の実施例1の1速、2速用同期装置における要部の断面図である。 図1から1速、2速ギヤ、同期リングを取り去って1速ギヤ側から見た部分拡大外観図である。 図1の部分拡大図である。 実施例1のハブの正面部分外観図である。 図4の上方から見た展開外観図である。 実施例1のスリーブの正面部分外観図である。 図6のスリーブ内径から上方を見た部分拡大展開外観図である。 実施例1の同期リングの断面図である。 図8の左側から見た外観図である。 図9の上方から見た部分拡大展開外観図である。 実施例1のスラストピースの拡大断面図である。 図11の上方から見た外観図である。 中立位置にある実施例1の同期装置を示す図である。 中立位置から第1速ギヤ側へ向かう途中での実施例1の作動を説明する図である 中立位置から第1速ギヤ側へ向かう途中でスラストピースを利用した自己サーボ作用が行われている状態での実施例1の作動を説明する図である。 実施例1において中立位置から第1速ギヤ側へのシフト操作が完了した状態を説明する図である。
以下、本発明の実施の形態に係る変速機用同期装置を、各実施例に基づき図とともに説明する。
図1は、本発明の1実施例に係る変速機用同期装置の主要部の断面図であって、図2におけるA−A線に沿って切断した断面に相当する部分を表す。図2は、図1におけるカウンター軸10と1速ギヤ12と2速ギヤ14および両側の同期リング16を取り去って図1中右側(1速ギヤ12側)から見た図1の上側の要部を拡大した外観図である。また、図3は図1の上側の要部を拡大し、詳細の符号を記入したものである。
カウンター軸10は、図示しない入力軸に平行に配置され、図示しない差動装置などを介して車両の車輪と連結されている。カウンター軸10にはハブ18が、これら双方にそれぞれ形成したスプライン10a、18a同士で回転方向に一体に結合されており、また同図中左側からブッシュ20がカウンター軸10に圧入されている。したがって、ハブ18はカウンター軸10に、カウンター軸10の大径部10bとブッシュ20とに挟まれた状態で軸方向に固定されている。
ハブ18は、ボス部18bと、これから半径方向外側へ延びるフランジ部18cと、このフランジ部18cの外周に設けた環状部18dとを有する。ハブ18の外周側には、スリーブ24を配置して、これら双方にそれぞれ形成されたスプライン18e、24a同士で、回転方向に一体で、かつ軸方向に相対移動可能に係合させている。
そして、カウンター軸10には、ベアリング26aを介して1速ギヤ12が、またブッシュ20の外側にはベアリング26bを介して2速ギヤ14が、それぞれハブ18を挟むように配置され、回転自在に支持されている。
なお、1速ギヤ12および2速ギヤ14は本発明の変速ギヤを構成し、それぞれ入力軸側の相手ギヤと噛み合っており、図示しないクラッチを介してエンジンと連結可能になっている。
1速ギヤ12および2速ギヤ14のハブ18側には、図3に示すように、スリーブ24の内面に形成したスプライン24aと噛み合い可能なスプライン12aおよび14aと、円錐状の摩擦面12b、14bとがそれぞれ形成してある。
スリーブ24にはこの外周にフォーク溝24bが形成され、ここに図示しないシフトフォークが摺動可能に嵌め合わされて、図示しないシフトレバーからの手動またはアクチュエーターの出力により、これに連動するシフトフォークを介してスリーブ24を軸方向に移動可能としている。
スリーブ24は、このスプライン24aが図1の状態のようにハブ18のスプライン18eのみに噛み合いスプライン12a、14aとは噛み合わない中立位置、図1の状態から右方へ所定量移動し、スリーブ24のスプライン24aの左方部分がハブ18のスプライン18eに噛み合ったままでそのスプライン24a右方部分が1速ギヤ12のスプライン12aに噛み合う1速位置、図1の状態から左方へ所定量移動し、スリーブ24のスプライン24aの右方部分がハブ18のスプライン18eに噛み合ったままでそのスプライン24aの左方部分が2速ギヤ14のスプライン14aに噛み合う2速位置となるように、スリーブ24の長さおよび位置関係を設定してある。
1速ギヤ12および2速ギヤ14とハブ18との間には、互いに同じ形状の同期リング16がそれぞれ軸方向に関し逆向きに配置されている。
これらの同期リング16には、摩擦面12b、14bに対応した摩擦面16aがそれぞれ形成されており、後述するように摩擦面12bおよび16a同士と、摩擦面14bおよび16a同士とが、圧接されたときそれぞれ同期作用を行うように構成してある。
ハブ18は、図4に示すように、フランジ部18cから環状部18dにかけて、切り欠き18fが周上に等間隔離間した状態で3カ所形成してあり、これらの切り欠き18fの中には、図1乃至図3に示すように、両方の同期リング16、16と、ハブ18と、スリーブ24との間に、3個のスラストピース28がそれぞれ配置されている。
以上のように主要な各構成部品が配置されているが、その他の構成部品を含めて、これらの形状と各構成部品間の関係を詳述する。
ハブ18は図4、図5に示してあり、図4は図2に対応したハブ18の外観図であり、図5は図4の上方から展開形状で見たハブ18の外観図である。
これらの図で分かるように、切り欠き18fの軸方向両端4カ所に斜面18h、18i、18j、18kが形成してある。
これらの斜面18h、18i、18j、18kは、後述するようにスラストピース28が当接してここに回転方向の力が作用すると、これを軸方向の力に方向変換してスラストピース28を押圧するようになっている。なお、この斜面18hと18iとの間、また18jとの18kとの間にそれぞれ切り欠き18fを挟んで、平面としたガイド面18mを形成し、スラストピース28の内面28kと面接触して、スラストピース28が斜面18h、18i、18j、18kに当接する際の揺動運動をガイドする機能を持たせる。
図6、図7はスリーブ24の形状を表し、図6はスリーブ24の正面部分外観図であり、図7は図6の内径から上方を見た部分拡大展開外観図である。図2、図3、図6、図7に見るように、スプライン24aには、軸方向両端部にそれぞれチャンファ24c、24dがそれぞれ形成されるとともに、スプライン24aのうちハブ18の切り欠き18fに対応する3個のスプライン24aには、さらに軸方向中央部の内側に斜面24e、24fを有する溝24gが形成されている。
なお、溝24gには、後述するようにボール30が係合するようにしている。
同期リング16は図8、図9、図10に示してあり、図8は図1に対応した断面図であり、図9は図8を左側から見た外観図である。
また、図10は図9を上から展開形状で見た部分拡大外観図である。
前述のように同期リング16の内面は円錐状の摩擦面16aになっており、1速ギヤ12および2速ギヤ14の摩擦面12b、14bにそれぞれ対面するようにしてある。
同期リング16の外周にはスリーブ24のスプライン24aに対応したスプライン16bを有し、スプライン16bのハブ18側の端部にはチャンファ面16c、16dが形成されている。
また、同期リング16の1速ギヤ12、2速ギヤ14に面した側の外周3カ所に、半径方向および軸方向に伸びる直方体状の突起16eが設けられており、これらの突起16eのハブ18側に端面16fを、回転方向に側面16g、16hをそれぞれ形成する。
この突起16eには後述するスラストピース28が係合する。
スラストピース28は、後述するボール30、スプリング32、ホルダー36を組み付けた状態で、図11、図12にいずれも拡大表示してある。
図11は図2に対応したスラストピース28などの、さらに拡大した断面図であり、ここでは、スラストピース28、スプリング32、ホルダー36、ボール30を断面で表している。
図12は図11を上側(径方向外側)から見た外観図である。
図12に示すように、スラストピース28はハブ18の径方向外側から見るとほぼH字形状をしており、対称2カ所の凹部28a、28aを有しており、これらの凹部28a、28aはそれぞれ底面28b、側面28cを形成している。
図12に示すように、スラストピース28の四隅には、斜面28d、28eを有する突起部28f、28gが中央の孔28hに対し対称となる位置(4箇所)に形成してある。
両側の斜面28d、28eはハブ18の斜面18h、18i、18j、18kにそれぞれ対応しているが、厳密にはやや円弧形状になっている。
スラストピース28は、図11に示すように、径方向外側の外面28jと内側の内面28kは平面であり、図2に示すように内面28kがハブ18の切り欠き18fに設けてあるガイド平面18m(図4を参照)に接している。また、本実施例では、スラストピース28の外面も平面にしてあるが、これに限られない。
なお、後述する図13は、図3におけるB−B部の周方向展開断面および外観を右へ90°回転させて描いた部分拡大図である。ここでは、分かりやすくするため、陰になる線も実線で記してあり、スプライン24aは細線で描いてある。
また、スラストピース28は周上の3箇所に配置されて、図13に示すようにハブ18の切り欠き18fに係合しているとともに、凹部28aには2個の同期リング16の突起16eがそれぞれ係合している。
さらに、孔28hに挿入されたホルダー36の更に中へ挿入されたボール30が図1乃至図3に示すようにスリーブ24の溝24gに係合して、スリーブ24に対するスラストピース28の軸方向の位置決めがされている。
なお、図2の状態では、スリーブ24のスプラインとスラストピースの外面とは直接接触することはないように隙間が向けられるように設定してある。
ボール30はスプリング32の弾性力を受けて半径方向外側に付勢されており、これらはホルダー36によって保持されている。ホルダー36は孔28hに圧入されている。
また、図11で分かるように、ホルダー36の上部の先端部部分36bはスラストピース28との径方向の位置決めとボール30を包み込むようにボール30の外径より小さくなるように図11中で上方に向かうにしたがって絞ってある。このため、図11のようにボール30、スプリング32を組み込んだ状態において、ボール30は先端部部分36bで押さえられており、図11に示したスラストピース28、ボール30、スプリング32、ホルダー36が一体となった状態において、スプリング32の弾性力で飛び出すことはない。また、先端部部分36bの先端は、周方向外側へ向けて拡げて、スラストピース28の上面28jに係止させてある。
図2および図3に示すように、スラストピース28とともに、これらをハブ18とスリーブ24の間に組み込んだ場合は、ボール30がスリーブ24の溝24gの斜面24e、24fに当接して、スプリング32の弾性力をハブ切り欠きのガイド平面18mおよび斜面24e、24fで受ける。したがって、図11の状態では、ボール30はホルダー36から最も飛び出した位置にあるが、上記のようにハブ18およびスリーブ24への装着した場合は、ボール30が半径方向内に押し込まれてスプリング32がより圧縮された状態となる。
次に、実施例1の同期装置の作動を説明する。
作動は、図3および図13以降に示す各展開図を基に説明する。
図13は、前述のように図3のB−B断面を表すもので、図3に対して90°回転させて描いてある。
図3および図13はスリーブ24が中立位置にある状態を示し、この状態ではボール30がスプリング32により半径方向外側へ押し上げられてスリーブ24の溝24gに係合している。
したがって、スラストピース28は、ボール30とともに、軸方向にスリーブ24と一体になっている。
この中立位置から、スリーブ24が1速ギヤ12側へ移動させる場合について説明する。
図3において、同期リング16の端面16fとスラストピース28の底面28bとの間の軸方向隙間Zがある。
スリーブ24が1速ギヤ12側へ移動すると、スラストピース28もスリーブ24と一緒に移動する結果、隙間Zが無くなり、スラストピース28の底面28bが同期リングの端面16fに当接してこれを軸方向に押圧するようになる。
この押圧力によって、同期リング16の摩擦面16aが1速ギヤ12の摩擦面12bに圧接される。
この際、カウンター軸10と1速ギヤ12との間に回転速度差があると、両摩擦面16a、12b間で摩擦が起きて、この摩擦力により同期リング16はハブ18に対して回転速度が大きい方へ引きずられて相対回転する。
このため、同期リング16の突起16eと係合しているスラストピース28もつられて動き、後述の図14に見るようにハブ18に対してわずかに揺動する。
スリーブ24がさらに1速ギヤ12側へ移動すると、図15に示すようにスラストピース28の凹部28aの底面28bが同期リング16の端面16fに当接するとともに、スリーブ24のチャンファ24c、24dのいずれかが同期リング16のチャンファ16c、16dの一方に当接し、これを軸方向に押圧する。
スリーブ24が、チャンファ24cで同期リング16のチャンファ16cを押すようになると、力の関係は以下のようになる。
すなわち、一般的なボーグワーナー型同期装置と同様に、チャンファ24cがチャンファ16cを押すことによって生じる摩擦面16a、12b間の摩擦トルクTfと、チャンファ24c、16c間で生じる押し分けトルクTsとの関係は、常にTfが大きくなるようにチャンファ24c、16cの角度を設定してある。
したがって、摩擦面16a、12b間に摩擦トルクTfが生じている限り、スリーブ24は同期リング16を押しのけて1速ギヤ12側へ進むことができず、チャンファ24c、16cで同期リング16を押し続ける。
このとき、摩擦トルクTfと押し分けトルクTsの差のトルクは同期リング16の突起16eからスラストピース28の側面28cに作用して、最終的に斜面28dからハブ18の斜面18iへ作用する。
この結果、斜面28d、18i間に作用した前述の差のトルクは軸方向の力に変換されてスラストピース28を1速ギヤ12側へ押し、この力は底面28bから同期リング16の端面16fを押圧することになる。
したがって、摩擦面16a、12b間の摩擦トルクは、スリーブ24から同期リング16を押す力と、斜面28d、18i間で生ずる軸方向の力との合計で生ずることになる。
すなわち、スリーブ24から同期リング16を押す力だけの一般的なボーグワーナー型同期装置と較べて、斜面28d、18i間で生ずる軸方向の力の分だけ、摩擦トルクが増大することになり、いわゆる同期性能(摩擦トルク)が向上する。
なお、スラストピース28の上記揺動は、その平面にした内面28kとハブ18の平面としたガイド面18mとが面接触してガイド面18mがスラストピース28をガイドすることで、揺動中のスラストピース28の揺動平面に対する傾動を抑える。この結果、スラストピース28の外面とスリーブ24の内面とが接触してこれら間で抵抗が発生するのを抑制する。このような揺動により後者が前者をガイドしてスラストピース28がハブ18の斜面18i、18kに当接するようにするので、スラストピース28とハブ18との抵抗を抑制して安定した挙動を確保するとともに、確実に意図した自己サーボ作用を発揮することになる。
カウンター軸10側と1速ギヤ12側の回転速度差がなくなると、摩擦面16a、12b間の摩擦トルクは生じなくなり、スリーブ24はチャンファ24cが同期リング16のチャンファ16cを押しのけて1速ギヤ12側へ進む。
この際、スリーブ24はボール30が溝24gから外れ、スプリング32の弾性力に打ち勝つようにボール30を径方向内側へ押し込みながら進行する。
このとき、同期リング16は回転方向位置が図13の状態に押し戻される。
図16はスリーブ24がさらに移動して、1速ギヤ12のスプライン12aと噛み合った状態、すなわち、第1速へのシフト操作が完了した状態における、スラストピース28の状態を示す。
なお、第2速ギヤ14へのシフト操作も移動方向は逆となるものの、上記第1速ギヤ12へのシフト操作の場合と同様に行われる。
以上の説明でわかるように、同じ同期容量(摩擦トルク)を得るためにスリーブ24が同期リング16を押圧する荷重は、一般的なボーグワーナー型同期装置と較べて、より小さく済むのでその分だけ同期性能が高くなる。
本発明の同期装置は、従来例に対して以下のようなメリットを有する。
すなわち、スラストピース28の内面28kが平面で、ハブに形成したガイド面に接するようにすることで、スラストピース28の揺動の阻害要因になりにくく、従来例に比べて同期性能が向上する。
また、それに加えて、スラストピース28が平面の板で済むので、作りやすくなるため、製造コストを削減できるうえに寸法精度が出しやすいといったメリットもある。
なお、スラストピース28の内面およびハブ18のガイド面18kは、いずれも平面としたが、これに限ることなく、互いに接触してスラストピースをガイドすることでスラストピースの望ましくない傾動を抑制可能な面であればよい。
また、実施例1は、カウンター軸10側に同期装置を配置した場合について説明したが、入力軸側に配置した場合も同様の作用をすることは言うまでもない。
また、ハブ18の斜面18h、18i、18j、18kとこれらに対応するスラストピース28の斜面28d、28eは、傾斜面として説明したが、螺旋面であってもよい。また、本発明の同期装置を適用する変速ギヤは、第1速と第2速に限らず、第3速や第4速であってもよい。
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、摩擦面における摩擦係数を高めるために同期リングの摩擦面にネジや油溝を形成するなどの変更を加えた態様で実施することができるとともに、摩擦面に適切な材料を用いることによってより、さらに高い同期性能を得ることや、マルチコーンと呼ばれる摩擦面を複数備えた同期装置に応用することができる。
同期性能をより高められるので、より高性能な同期装置を必要とする乗用車用変速機に適用することが出来るとともに、アクチュエーターで変速操作を行う同期装置を備えた変速機などにも適用することができ、製造コストの低減を要求される変速機に適用しメリットを得ることができる。
10 カウンター軸(軸)
12 1速ギヤ(変速ギヤ)
14 2速ギヤ(変速ギヤ)
16 同期リング
18 ハブ
20 ブッシュ
24 スリーブ
26 ベアリング
28 スラストピース
30 ボール
32 スプリング
36 ホルダー

Claims (3)

  1. 動力を伝える軸と、
    該軸に固定したボス部から径方向外側に延ばしたフランジ部の外周に複数の切り欠きとスプラインとを形成するとともに、前記切り欠きの軸方向端部四隅に回転方向の力を軸方向の力に転換可能な斜面をそれぞれ形成したハブと、
    内周にスプラインと該スプラインの内側に斜面を有する溝部とをそれぞれ形成し、前記ハブの前記スプラインに軸方向摺動可能に支持したスリーブと、
    該スリーブが嵌合可能なスプラインおよび摩擦面を前記ハブ側に一体的に設け、前記ハブの軸方向両側にそれぞれ配置した変速ギヤと、
    該変速ギヤの前記摩擦面に圧接可能な摩擦面を形成するとともに、外周にチャンファを有するスプラインと突起とを形成し、前記各変速ギヤにそれぞれ対応して前記ハブの軸方向両側で該ハブと前記各変速ギヤとの間に配置した同期リングと、
    前記スリーブの前記スプライン内側にあって、前記ハブの切り欠き内で前記両側の同期リングの間を軸方向移動可能であるとともに、前記同期リングの前記突起に係合し、径方向で見て四隅に突起部を形成し、該突起部に前記ハブの斜面に対応させた斜面を形成し、径方向で見て中央部に孔を形成したスラストピースと、
    該スラストピースの前記孔に、前記スリーブの前記溝部に係合するように、ボールおよび該ボールに付勢するスプリングと、
    を備えた変速機用同期装置において、
    前記スラストピースの外面と前記スリーブの内面との間に隙間を設けて非接触とし、
    前記スラストピースの径方向内側の内面が接触しながら、前記スラストピースの前記斜面に向かう揺動をガイドするガイド面を前記ハブの切り欠きの周方向両側で前記斜面との間に設けたことを特徴とする変速機用同期装置。
  2. 前記スラストピースの前記内面と前記ハブの前記ガイド面とが平面であることを特徴とする請求項1に記載の変速機用同期装置。
  3. 前記ボールは、前記スプリングとともに筒状のホルダーに挿入され、該ホルダーを前記スラストピースの前記孔に圧入することで、前記ボールが前記ホルダーから出ないようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の変速機用同期装置。
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