JPH10246246A - 変速機用同期装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シフト操作力を倍力して同期可能な車両用同期
装置における摩擦面での同期能力を向上させる。 【解決手段】同期リング４０の外周コーン部をハブ２２
から２速ギヤ１４に向かうにしたがって径が縮小するよ
うにして、２速ギヤ１４からハブ２２に向かうにしたが
って径を拡大させた２速ギヤ１４側の内周コーン部１８
に挿入した。このため同期による摩擦熱により熱膨張率
の高い同期リング４０が内周コーン部１８との熱膨張差
によって起きる耐久性の低下を防止するとともに、摩擦
面の直径を大きく設定可能になることで同期能力が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カップリングスリ
ーブの押圧力を倍力して同期可能な車両用変速機に用い
る同期装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からよく知られている車両用変速機
の同期装置としては、たとえばナツメ社から１９９５年
７月１５日に発行された青山元男著「カー・メカニズム
・マニュアル［ベーシック編］」の１０２ページに記載
されたキー式（ボルグワーナー式ともいう）同期装置等
が知られている。

【０００３】このキー式同期装置では、同期は以下のよ
うにして実行される。すなわち、シフト操作によりシフ
トフォークを介してカップリングスリーブをキーととも
に被同期歯車方向へ移動させ、キーが同期リング内周の
摩擦面を被同期歯車に一体形成したコーン部摩擦面に接
触するまで押す。同期リングが被同期歯車のコーン部に
接触すると、同期リングはキー溝の隙間分だけ回転して
カップリングスリーブのチャンファと同期リングのチャ
ンファが相対するインデックス状態となる。その後、さ
らにカップリングスリーブを移動すると、キーは同期リ
ングに当たってそれ以上進まずカップリングスリーブ内
面の溝とキーの突起との係合とが外れ上記両チャンファ
同士が接触して同期リングが被同期歯車の摩擦面を押し
つけられることで、摩擦トルクが発生しカップリングス
リーブと被同期歯車間の同期が行われる。同期終了で摩
擦トルクが消滅しカップリングスリーブが同期リングを
押し分けてさらに移動し被同期歯車のスプラインと噛み
合って変速が終了する。このキー式同期装置は、操作
性、耐久性、組み付け作業性に優れていることから現在
最も多く採用されているタイプの同期装置となってい
る。

【０００４】しかしながら、上記キー式同期装置では、
カップリングスリーブに作用する力をそのまま同期リン
グに伝える構造であり、かつチャンファの角度やコーン
部のテーパー角度の設定可能な範囲に限度があったこと
から、同期装置の径を拡大することなくシフトのための
操作力を軽減すること、あるいはより小さな摩擦係数の
摩擦材を使用して同等の同期容量を得られるようにする
ことは、困難であった。そこで、本発明者は、簡単な構
成でカップリングスリーブの押圧力を倍力して同期リン
グへ伝達できる倍力機構を備えた同期装置を発明し、特
願平０８−０７９７２３号にて出願した。この倍力機構
は、カップリングスリーブとこれを支持しながらスプラ
イン嵌合するハブと、同期リングの間に少なくとも２個
のレバー部材を設けて、シフト時にこのレバー部材の半
径方向内側部分を上記ハブの端面に当て、半径方向外側
部分をカップリングスリーブにテーパー面を介して当て
て、レバー部材におけるこれらの当接部分の途中部分を
同期リング後面に当接可能に構成することで、カップリ
ングスリーブの移動により、ハブに当たる部分を支点と
するレバー部材によるてこ機能を発揮し、カップリング
スリーブの押圧力を拡大して同期リング後面に伝える。
このようにシフト操作力に対する同期リング押圧力を拡
大することで、シフト操作力の軽減、あるいは摩擦材の
選択範囲を広げることが可能になった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記本発明者が提案し
た同期装置では、同期に利用するコーン部の摩擦面の関
係が従来一般の同期装置の摩擦面の関係と同じで、変速
ギヤ側の摩擦面がコーン部の外周にあって変速ギヤから
ハブに向かうにしたがって径が縮小するように形成さ
れ、これに対向する同期リングのコーン部の摩擦面も内
周側でハブから変速ギヤに向かうにしたがって径が拡大
するように形成されていた。このため、同期時レバー部
材でのてこ作用で同期リングの押圧力を倍力して同期能
力を向上できるものの、摩擦面での能力は変わらず、こ
の面でも同期能力の向上が望まれる。

【０００６】また、通常同期リングはアルミニューム青
銅系や高力黄銅系といった銅系の材料で作られており、
鉄ベースの変速ギヤ側コーン部に比べ熱膨張率が高い。
一方、同期作用はコーン部同士の相対回転で発生する摩
擦トルクを利用して行うものであるから、同期作用によ
り多量の熱が発生することは避けられない。この結果、
同期リングも変速ギヤ側コーン部も膨張して径が大きく
なるが、同期リングの熱膨張率の方が変速ギヤ側コーン
部より大きいため、高温時に同期リングがクラッチギヤ
側へ移動して同期リングの内周コーン部と変速ギヤ側の
外周コーン部との間で摩耗が生じたのと同じ結果にな
り、同期不能になるまでの耐久性が低下し寿命が短くな
ってしまう。本発明では、上記レバー部材の利用による
倍力機構を備えた同期装置において、摩擦面の直径を大
きくして同期能力をさらに向上させるとともに、高温時
の熱膨張差による耐久性の低下を防止することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明の変速機用同期装置では、
回転しながら動力を伝える軸と、この軸に固定されて半
径外側に延びるハブと、このハブの外周にスプライン嵌
合により支持されて軸と一体回転可能なカップリングス
リーブと、前記軸と同軸上で回転しカップリングスリー
ブがスプライン嵌合可能なクラッチギヤ及びハブに向か
うに従って径が拡大する同期のための内周摩擦面を有す
るコーン部とが前記ハブ側面に一体化された変速ギヤ
と、この変速ギヤのコーン部の内周摩擦面に押圧可能で
前記ハブから前記変速ギヤに向かうにしたがって径が縮
小する外周摩擦面を有するコーン部が形成されて変速ギ
ヤに対し相対回転可能な同期リングと、複数のレバー部
材がカップリングスリーブに向けて半径方向外側へスプ
リングで付勢された状態でハブと同期リングとの間に配
置されてカップリングスリーブの変速ギヤへ向かう移動
による押圧力をてこ作用で倍力して同期リングに伝達す
る倍力機構とを設けたことを特徴とする。

【０００８】また、請求項２に記載の本発明の変速機用
同期装置では、請求項１に記載の記載の変速機用同期装
置において、前記変速ギヤと一体化されたコーン部の内
周摩擦面を、この変速ギヤに一体化されたクラッチギヤ
の半径方向内側で軸方向にオーバーラップした位置に設
けたことを特徴とする。

【０００９】また、請求項３に記載の本発明の変速機用
同期装置では、請求項１又は２に記載の変速機用同期装
置において、前記クラッチギヤと前記内周摩擦面を有す
るコーン部とは一体で、前記変速ギヤと別体で形成し
て、前記変速機に固定したことを特徴とする。

【００１０】また、請求項４に記載の本発明の変速機用
同期装置では、請求項１乃至３に記載の変速機用同期装
置において、前記クラッチギヤと前記内周摩擦面を有す
るコーン部とは一体で、前記変速ギヤとは別材料で形成
して、前記変速機に固定したことを特徴とする。

【００１１】

【作用】カップリングスリーブを移動させると、これに
スプリングで押し付けられたレバー部材を介して同期リ
ングが変速ギヤ側へ押し付けられる。この結果、同期リ
ングが設定隙間分回転してレバー部材に当接してレバー
部材を半径方向外側へ押し広げる。さらなるカップリン
グスリーブからの押圧で同期リング外周コーン部の摩擦
面は変速ギヤと一体回転する内周コーン部の摩擦面に押
し付けられ、ここで発生する摩擦トルクにより同期作用
が実行される。通常、同期リングは変速ギヤ側コーン部
より熱膨張率の高い材料で作られているので、同期中の
摩擦熱により前記両者が膨張すれば、同期リングがクラ
ッチギヤから離れることになり熱膨張差に起因する高温
時の耐久性の低下を防止するとともに、摩擦面の直径が
大きく設定できるので同期能力（容量）が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づき説明する。図１は、本発明の同期装置の断面を示
す。図１において、１０は軸、本例では出力軸であり、
この大径部１０−２には軸受１２を介して変速ギヤであ
る２速ギヤ１４を回転自在に支持するとともに、出力軸
１０の大径部１０−２の図中右隣には外周スプライン部
１０−１を形成して半径方向外側に延びるリング状のハ
ブ２２の内周スプライン２２−１と噛み合わせること
で、ハブ２２を出力軸１０と一体回転させるようにして
ある。

【００１３】上記２速ギヤ１４には、外周に外スプライ
ン歯を有するクラッチギヤ１６とこの半径方向内側に変
速ギヤ１２からハブ２２に向かうにしたがって径が拡大
する内周面で同期のための摩擦面となるコーン部１８と
が、２速ギヤ１４と別体で形成して固定してある。この
クラッチギヤ１６と内周コーン部１８とは、鉄系の材料
で作る。

【００１４】一方、ハブ２２の外側部分には外周スプラ
イン２２−２を形成してあり、この外周スプラインにリ
ング状のカップリングスリーブ２８の内周スプライン２
８−２を噛み合わせて、カップリングスリーブ２８をハ
ブ２２、出力軸１０と常時一体回転させるとともに、ハ
ブ２２に対し軸方向移動可能とする。カップリングスリ
ーブ２８は、この外周に周方向のフォーク溝２８−１を
形成して、この溝にはめ合わせた図示しないシフトフォ
ークにて軸方向移動可能とし、内周スプライン２８−２
を、２速ギヤ１４に一体のクラッチギヤ１６と噛み合え
るような歯の大きさ、形状、スプライン径に設定してお
くことで、シフトフォークによる移動時にクラッチギヤ
１６とかみ合い可能にする。

【００１５】クラッチギヤ１６とハブ２２との間には、
クラッチギヤ１６の内側に形成した内周コーン部１８に
はめ合い可能な同期リング４０を挿入配置し、この同期
リングの外周に同期のための摩擦面を有する外周コーン
部４０−３を形成してこれをコーン部１８の摩擦面に対
向させる。したがって、外周コーン部４０−３の摩擦面
は、ハブ２２から変速ギヤ１４に向かうにしたがって径
が縮小するようにしてある。同期リング４０は、図２、
図３に示すように、リング状をして一般に銅系の材料で
作られており、この周上の対称位置でハブ２２方向に延
びる２つの突起４０−１、４０−２を備えている。

【００１６】同期リング４０とハブ２２とカップリング
スリーブ２４とで形成される空間には、２個のレバー部
材５０、５２を配置する。レバー部材５０、５２は、半
円弧状の部材でその円弧の真ん中、すなわちこの両端部
５０−１、５０−２、５２−１、５０−２から最も離れ
た位置にテーパー面５０−３、５２−３を形成した頭部
５０−６、５２−６を設ける。これら頭部は、ハブ２２
の外周スプライン２２−２の２カ所に切り欠き部２２−
３、２２−４を設け、これら切り欠き部にレバー部材５
０、５２の頭部５０−６、５２−６を軸方向、半径方向
の双方に摺動可能に係合させる。一方、カップリングス
リーブ２８の内周部にも周方向対称位置に２カ所テーパ
ー面２８−３、２８−４を形成する。これらカップリン
グスリーブのテーパー面２８−３、２８−４にはレバー
部材５０、５２のテーパー面５０−３、５２−３を対面
させ、レバー部材５０、５２の端部を、円状の一部が切
り欠かれたスプリング６０により半径方向外側へ付勢し
てレバー部材のテーパー面５０−３、５２−３をカップ
リングスリーブ２８のテーパー面２８−３、２８−４に
それぞれ押しつける力点（図３のＰ線の延長上）になる
ようにする。この組付け状態では、図２および図３で明
らかなようにレバー部材５０、５２の相対する端部５０
−１と５２−２との間、５０−２と５２−１との間に
は、同期リング４０の突起４０−１、４０−２がそれぞ
れ周方向の隙間４５−１、４５−２を有した状態で位置
する。

【００１７】また、レバー部材５０、５２の同期リング
４０側の前面で頭部５０−６、５２−６と両端部５０−
１と５０−２、５２−１と５２−２の間の途中の周上位
置には、同期リング４０に向かって延びこの後面に当接
可能な２組の押圧突起５０−４、５０−５（図３中５０
−４の後側で見えず）、５２−４、５２−５（図３中５
２−４の後側で見えず）をそれぞれ設ける。この押圧突
起５０−４、５０−５、５２−４、５２−５はてこ作用
の作用点（図３のＱ線の延長上）になる。さらに、レバ
ー部材５０の端部５０−１、５０−２は図３においてＯ
線の延長上でハブ２２の端面２２−５と接し、てこ作用
の支点になる。これはレバー部材５２も同様である。

【００１８】なお、図では省略したが、図中ハブ２２の
右側にはクラッチギヤとコーン部を一体形成した１速ギ
ヤを、ハブ２２を中心に対称に配置してある。ただし、
このクラッチギヤは２速ギヤ１４側のクラッチギヤ１６
と同形かつ同径でカップリングスリーブ２８とかみ合い
可能だが、１速ギヤそのものは当然２速ギヤ１４と径が
異なるのは言うまでもない。また、同期リング、レバー
部材、スプリングについても２速ギヤ１４側と同様に設
ける。また、１速ギヤ、２速ギヤの変速ギヤは図示しな
いカウンタ軸に一体のこれまた図示しない１速、２速用
の変速ギヤに常時かみ合い回転させられる。

【００１９】上記構成の同期装置の作動について、説明
する。１速、２速以外の状態では、図１の状態にある。
１速では、カップリングスリーブ２８は、図１の位置よ
り右に位置し図示しない１速ギヤのクラッチギヤと噛み
合っており、１速ギヤで減速した回転動力をこのクラッ
チギヤ、カップリングスリーブ２８、ハブ２２を介して
出力軸１０へ伝えている。ここで、２速へシフトするよ
うに図示しないシフトフォークを図中左動させると、こ
れとともにカップリングスリーブ２８も図中左へ移動し
１速ギヤのクラッチギヤとのかみ合いが外れ１速ギヤか
らはフリーとなる。

【００２０】図１の状態では、スプリング６０でカップ
リングスリーブ２８のテーパー面２８−３にレバー部材
５０、５２のテーパー面５０−３、５２−３が押しつけ
られているので、レバー部材５０、５２は、カップリン
グスリーブ２８と一体となって移動し、レバー部材５
０、５２の押圧突起５０−４、５０−５、５２−４、５
２−５にて同期リング４０の後面を押しこの同期リング
の外周コーン部４０−３を２速ギヤ１４の内周コーン部
１８に押しつける。この結果、２速ギヤ１４側の内周コ
ーン部１８の摩擦面と同期リング４０側の外周コーン部
４０−３の摩擦面が押しつけられてこの間で摩擦トルク
が発生する。この摩擦トルクにより２速ギヤと一体回転
している内周コーン部１８に引きずられて、同期リング
４０の突起４０−１、４０−２がレバー部材の突起５０
−１、５２−１に当たるまで隙間４５−１、４５−２の
分、連れ回りする。これらの当接により上記摩擦トルク
は、レバー部材５０、５２に伝わり、これらレバー部材
５０、５２の頭部５０−６、５２−６、ハブ２２の切り
欠き部２２−３、２２−４を介してハブ２２、出力軸１
０へ伝わるとともに、レバー部材５０、５２を半径方向
外側へ押し広げる。

【００２１】一方、カップリングスリーブ２８のさらな
る押圧により、このテーパー面２８−３、２８−４がレ
バー部材５０、５２のテーパー面５０−３、５２−３を
押圧することで、レバー部材５０、５２は図中軸方向左
向きおよび半径方向内側に押されることになる。そうす
ると、レバー部材５０、５２の端部５０−１、５２−１
とハブ２２の端面２２−５とが当たっているところを支
点とし、上記両テーパー面２８−３、２８−４と５０−
３、５２−３での押圧部分を力点とし、レバー部材５
０、５２の押圧突起５０−４、５０−５、５２−４、５
２−５が同期リング４０に当たる点を作用点とするてこ
作用で、図３に示すように作用点には力点での押圧力の
Ｌ２／Ｌ１倍に拡大した力が作用する。すなわち、同期
リング４０は、カップリングスリーブ２８を押すＬ２／
Ｌ１倍に倍力された力で押され、両コーン部４０−３と
１８の摩擦面間で強い同期作用を得ることができる。

【００２２】ここで、テーパー面２８−３、２８−４、
５０−３、５２−３の角度と摩擦面４０−３、１８の角
度の関係を、カップリングスリーブ２８がテーパー面２
８−３、２８−４、５０−３、５２−３を介してレバー
部材５０、５２を半径方向内側へ押し込もうとする力よ
り摩擦面４０−３、１８で得られる摩擦トルクによりレ
バー部材を半径方向外側へ押し広げる力が大きくなるよ
うにあらかじめ設定しておき、同期中のカップリングス
リーブ２８のさらなる進行を阻止するようにしておく。

【００２３】上記のように倍力された強力な同期作用が
続き、出力軸１０と２速ギヤ１４との回転差がなくなり
同期が完了すると、上記摩擦トルクが消滅し、この結果
摩擦トルクによりレバー部材５０、５２を半径方向外側
に押し広げていた力もなくなることから、カップリング
スリーブ２８のテーパー面２８−３、２８−４とレバー
部材５０、５２のテーパー面５０−３、５２−３とで生
じる半径方向内向きの力でレバー部材５０、５２をスプ
リング６０に抗して半径方向内側に押し込む。したがっ
て、カップリングスリーブ２８は、同期中この移動を阻
止していたレバー部材５０、５２を半径方向内側へ押し
込んで移動し２速歯車１４のクラッチギヤ１６と噛み合
うことで、２速へのシフトが完了することになる。

【００２４】上記同期作用をみてみると、同期中の摩擦
熱の多量発生で同期装置の温度が上昇しても、同期リン
グ４０の方がクラッチギヤ４と一体の内周コーン部１８
より熱膨張率が高い材料で作られているので、従来の同
期装置と反対に、同期リング４０が２速ギヤ１４側から
離れる方向に移動するので熱膨張差による見かけ上の耐
久性の低下を防止するとともに、従来に比べて摩擦面の
直径が大きくできるので同期能力が向上する。

【００２５】また、クラッチギヤ１６とこれと一体の外
周コーン部１８とが半径方向の内外関係に位置して軸方
向にオーバーラップしているので、同期装置、ひいては
変速機の軸方向寸法を小さくできる。さらに、クラッチ
１６と内周コーン部１８を、２速ギヤ１４と別体で作っ
た後、２速ギヤ１４に固定するので、これらの材料を異
ならせて性能やコストで最良なものを選べ、熱処理など
もやり易くなる。

【００２６】なお、上記例では、同期リングやコーン部
等が図１中左右にある旨、説明したが、本発明者の出願
に係る特願平０８−０７９７２３号に記載の実施例のよ
うに片方を同期作用のないリバースギヤとしても良い。
また、同期リングとレバー部材の当接による作用点を得
るため、上記例ではレバー部材に押圧突起を設けている
が、これに限られることはなく、要は両者が支点とカッ
プリングスリーブによる力点の間で当接して作用点とな
れば良い。

【００２７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の変速
機用同期装置によれば、以下のような効果を得ることが
できる。 （１）請求項１に記載の発明によれば、同期リングの外
周コーン部をハブから２速ギヤに向かうにしたがって径
が縮小するようにして、変速ギヤからハブに向かうにし
たがって径が拡大されるようにした変速ギヤ側の内周コ
ーン部に挿入して摩擦面同士を押し付けるようにしたの
で、同期時に発生する摩擦熱で同期装置の温度が上昇し
ても、同期リングの方がクラッチギヤと一体の内周コー
ン部より熱膨張率が高い材料で作られているので、同期
リングがギヤ側から離れる方向に移動するので熱膨張差
による耐久性の低下を防止することができる。また、同
期リングとクラッチギヤのコーン部との摩擦面の直径を
大きく設定することで摩擦トルク（同期容量）を大きく
することができる。

【００２８】（２）請求項２に記載の発明によれば、請
求項１の同期装置において変速ギヤ側の内周コーン部を
クラッチギヤの内側で軸方向にオーバーラップさせて形
成したので、同期装置、ひいては変速機全体の軸方向寸
法を短くできる。

【００２９】（３）請求項３に記載の発明によれば、請
求項１又は２の同期装置において、クラッチギヤと変速
ギヤ側の内周コーン部を変速ギヤと別体で一体化して作
り、変速ギヤに固定したので、材料の異なるものを使用
でき、熱処理など製造も簡単になる。

【００３０】（４）請求項４に記載の発明によれば、請
求項１乃至３の同期装置においてクラッチギヤと変速ギ
ヤ側の内周コーン部を変速ギヤと異なる材料で別体にて
一体化して作り、変速ギヤに固定したので、それぞれの
機能やコストや作り易さに合った材料を選べる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の同期装置の要部断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ面におけるカップリングスリーブ
を除いた断面図である。

【図３】図１における同期リング、レバー部材、カップ
リングスリーブ、ハブ間の関係を示す一部断面図であ
る。

【符号の説明】

１０：出力軸 １４：２速ギヤ １６：クラッチギヤ １８：コーン部 ２２：ハブ ２２−３、２２−４：ハブの切り欠き部 ２２−５：ハブの端面 ２８：カップリングスリーブ ２８−３、２８−４：カップリングスリーブのテーパー
面 ４０：同期リング ４０−１、４０−２：同期リングの突起 ５０、５２：レバー部材 ５０−３、５２−３：レバー部材のテーパー面 ５０−４、５０−５、５２−４、５２−５：レバー部材
の押圧突起 ６０：スプリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転しながら動力を伝える軸と、この軸
   に固定されて半径外側に延びるハブと、このハブの外周
   にスプライン嵌合により支持されて軸と一体回転可能な
   カップリングスリーブと、前記軸と同軸上で回転しカッ
   プリングスリーブがスプライン嵌合可能なクラッチギヤ
   及びハブに向かうに従って径が拡大する同期のための内
   周摩擦面を有するコーン部とが前記ハブ側面に一体化さ
   れた変速ギヤと、この変速ギヤのコーン部の内周摩擦面
   に押圧可能で前記ハブから前記変速ギヤに向かうにした
   がって径が縮小する外周摩擦面を有するコーン部が形成
   されて変速ギヤに対し相対回転可能な同期リングと、複
   数のレバー部材がカップリングスリーブに向けて半径方
   向外側へスプリングで付勢された状態でハブと同期リン
   グとの間に配置されてカップリングスリーブの変速ギヤ
   へ向かう移動による押圧力をてこ作用で倍力して同期リ
   ングに伝達する倍力機構とを備えたことを特徴とする変
   速機用同期機構。
2. 【請求項２】前記変速ギヤと一体化されたコーン部の内
   周摩擦面は、この変速ギヤに一体化されたクラッチギヤ
   の半径方向内側で軸方向にオーバーラップした位置にあ
   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. 【請求項３】前記クラッチギヤと前記内周摩擦面を有す
   るコーン部とは一体で、前記変速ギヤと別体で形成され
   て、前記変速機に固定されていることを特徴とする請求
   項１又は２に記載の変速機用同期装置。
4. 【請求項４】前記クラッチギヤと前記内周摩擦面を有す
   るコーン部とは一体で、前記変速ギヤと別材料で形成さ
   れて、前記変速機に固定されていることを特徴とする請
   求項１乃至３に記載の変速機用同期装置。