JP4263719B2 - 同期噛合装置 - Google Patents

Description

本発明は、同期噛合装置に関する。

一般に、車載用の歯車変速装置には、変速操作時に互いに異なる速度で回転する２つの回転要素の回転を同期させ、滑らかな変速を可能とする同期噛合装置が設けられている。
こうした同期噛合装置として、キー式シンクロメッシュ機構を有したものがある。図６は、このようなキー式シンクロメッシュ機構を有した同期噛合装置の断面図を示している。同図に示されるように、この同期噛合装置は、大きくは、シンクロナイザハブ２２０、スリーブ２３０、シンクロナイザキー２４０、シンクロナイザリング２５０を備えて構成されている。そして、同期噛合装置のこれら各構成要素は、歯車変速装置のメインシャフト２１０に対してその外周に配設されている。

このような同期噛合装置においては、メインシャフト２１０には、スプライン係合を通じて一体回転可能にシンクロナイザハブ２２０が設けられている。また、このシンクロナイザハブ２２０には、スプライン係合を通じて一体回転可能且つ軸方向に相対変位可能にスリーブ２３０が設けられている。変速操作時のシフト操作に応じてスリーブ２３０がギア２６０側へと摺動すると、スリーブ２３０と係合するシンクロナイザキー２４０は同スリーブ２３０と一体となってギア２６０側へと変位する。これにより、シンクロナイザリング２５０はシンクロナイザキー２４０に押圧されてギア２６０側に変位し、同シンクロナイザリング２５０はギア２６０へと押し付けられる。こうしてシンクロナイザリング２５０がギア２６０に押し付けられると、シンクロナイザリング２５０とギア２６０との当接面に摩擦が生じ、ギア２６０の回転速度が上昇する。そして、この摩擦により、シンクロナイザリング２５０とギア２６０との回転速度差、すなわち上記メインシャフト２１０とギア２６０との回転速度差が次第に減少するようになる。こうしてメインシャフト２１０とギア２６０との回転速度差が減少すると、スリーブ２３０が更にギア２６０側に変位してシンクロナイザリング２５０及びギア２６０に順次係合される。スリーブ２３０とギア２６０とが係合すると、メインシャフト２１０とギア２６０とが同速で回転するようになり、同期が完了する。

ここで、同期噛合装置における同期は、シンクロナイザリング２５０とギア２６０との間に生じる摩擦力を利用して行われる。すなわち、上記キー式シンクロメッシュ機構によるように、変速動作時において、シンクロナイザリング２５０とギア２６０との一当接面においてのみ摩擦力が生じるような構成にあっては、同期時において伝達可能なトルクが比較的小さいため、滑らかな変速を行うにも自ずと限界がある。

そこで従来、図７に示されるように、径方向に３つのシンクロナイザリング３１０，３２０，３３０を重ねて配設したトリプルコーンシンクロメッシュ機構からなる同期噛合装置が提案されている。この装置によるように、径方向に３つのシンクロナイザリングを重ねて配設することにより、変速操作時におけるシンクロナイザリングとギアとの間の当接面の面積を増加させて、摩擦力を増加させることができる。このように摩擦力、いわゆるシンクロ容量を増加させることにより、同期噛合装置における同期作用を向上させるようにしている。

ところで、近年、エンジンの高出力化に伴い、同期噛合装置においてはシンクロ容量の更なる増大が望まれている。このような要求に応じて、トリプルコーンシンクロメッシュ機構にシンクロナイザリングを更に増設することによりシンクロ容量を増加させることもできるが、以下のような問題も無視できないものとなる。

すなわち、シンクロナイザリングを増設することによりシンクロ容量を増加させようとすると、複数のシンクロナイザリングを径方向に更に重ねて配設する必要がある。このように複数のシンクロナイザリングを径方向に重ねて配設すると、同期噛合装置の構造が径方向における大型化が避けられないものとなる。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、径方向における大型化を極力抑えてシンクロ容量を増加させることのできる同期噛合装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、メインシャフトと一体に回転するシンクロナイザハブと、前記シンクロナイザハブと一体に回転し且つその回転軸の方向に相対変位可能なスリーブと、同スリーブが回転軸の方向に変位して噛合することにより同スリーブと一体に回転するギアと、前記シンクロナイザハブと一体に回転し、前記スリーブと前記ギアとの噛合に際して前記スリーブとともに前記ギア側に変位して同ギアに形成されたテーパ面に押圧されることにより、前記スリーブ及び前記ギアの回転を同期させるシンクロナイザリングとを備える同期噛合装置において、前記シンクロナイザリングは前記シンクロナイザハブと一体に回転する第１のリングと、この第１のリングと一体に回転し且つ同リングに対して回転軸の方向に近接離間可能な第２のリングとによって構成され、前記ギアは前記スリーブが噛合されるギア本体と、同ギア本体と一体に回転し且つ同ギア本体に対して回転軸方向に変位可能な可動部とを含み、同可動部は前記スリーブと前記ギアとの噛合に際して前記第１のリングに形成されたテーパ面により押圧されることによって前記第２のリング側に変位し、同第２のリングを前記ギア本体及び同可動部にそれぞれ形成されたテーパ面との間で挟圧することを要旨としている。

同構成によれば、可動部はスリーブとギアとの噛合に際して第１のリングにより押圧されることによって第２のリング側に変位し同第２のリングをギア本体との間で挟圧するため、同可動部と同第２のリングとの当接面及び同ギア本体と同第２のリングとの当接面の各当接面に摩擦が生じることとなる。このため、これら当接面に生じる摩擦により、同期噛合装置におけるシンクロ容量を増加させることができる。また、ギア本体とギアの可動部との間で第２のリングを挟圧するため、シンクロナイザハブ側にシンクロナイザリングを径方向に重ねて配設することなく、ギア側にシンクロナイザリングを配設することができる。その結果、装置の径方向における大型化を極力抑えてシンクロ容量を増加させることができる。

請求項２に記載の発明は、前記ギアは前記ギア本体と一体に回転し且つ同ギア本体に対して回転軸の方向に近接離間可能な第３のリングを更に備え、前記第１のリングは前記シンクロナイザハブと一体に回転する第４のリングと、前記第４のリングと一体に回転し且つ同第４のリングに対して回転軸方向に近接離間可能に連結される第５のリングとから構成され、前記第３のリングは前記スリーブと前記ギアとの噛合に際して前記第４のリング及び前記第５のリングにそれぞれ形成されたテーパ面の間で挟圧されることを要旨としている。

シンクロナイザリングがインナシンクロナイザリング、ミドルシンクロナイザリング、及びアウタシンクロナイザリングの３つのシンクロナイザリングから構成される同期噛合装置の機構は、いわゆるトリプルコーンシンクロメッシュ機構と呼ばれる。このトリプルコーンシンクロメッシュ機構から構成される同期噛合装置は、例えばシングルコーンシンクロメッシュ機構やダブルコーンシンクロメッシュ機構からなる同期噛合装置と比較してシンクロ容量が大きいため、より効果的な同期作用を得ることができる。しかしながら、その一方で、複数のシンクロナイザリングが径方向に重ねて配設されているため、更にシンクロナイザリングを設けようとするとその径方向における大型化が避けられない。

この点、同構成によれば、径方向にシンクロナイザリングを更に配設するような構造を設けることが困難なトリプルコーンシンクロメッシュ機構を採用する同期噛合装置においても、シンクロナイザリングを更に設けることによりシンクロ容量を増加させることができる。

以下、本発明を車両用変速機の同期噛合装置に具体化した一実施の形態について図１乃至図４に基づき詳細に説明する。なお、図１は同期噛合装置の断面図であり、図２はこの同期噛合装置のシンクロナイザリング６０，７０，８０，９０及び可動部１１０の部分拡大断面図である。また、図３は第１インナシンクロナイザリング８０、第２インナシンクロナイザリング９０、及び可動部１１０の正面図及び側面図である。

図１に示されるように、同期噛合装置は、大きくは、シンクロナイザハブ２０、スリーブ３０、シンクロナイザキー４０、及びシンクロナイザリング６０，７０，８０，９０を備えて構成されている。同期噛合装置のこれら各構成要素は、変速機のメインシャフト１０に対して、その外周に配設されている。

メインシャフト１０には、スプライン係合されて一体に回転するシンクロナイザハブ２０が設けられている。このシンクロナイザハブ２０の外周にはスプラインが形成されるとともに、このスプラインにはスリーブ３０の内周面に形成されたスプライン３１が係合されている。これにより、スリーブ３０は、シンクロナイザハブ２０に対して軸方向に相対変位可能であるとともに、且つ同シンクロナイザハブ２０と一体回転可能になっている。なお、スリーブ３０の外周面には、シフトフォーク（図示略）が係合される環状の溝３２が形成されている。

シンクロナイザハブ２０の外周面には、周方向に等間隔をおいて軸方向に伸びる複数のキー溝が形成されるとともに、それら各キー溝にはシンクロナイザキー４０がそれぞれ配設されている。このシンクロナイザキー４０の軸方向の中央部には、外周側に突出した突起４１が形成されるとともに、この突起４１はスリーブ３０の内周面に形成された溝３３に係合されている。なお、シンクロナイザキー４０は、シンクロナイザハブ２０の内部に配設されたキースプリング５０によってスリーブ３０の内周面に押し付けられている。

メインシャフト１０にはベアリング１０１を介してギア１００が回転可能に設けられている。このギア１００は、ギア本体１２０とこのギア本体１２０に設けられた可動部１１０とによって構成されている。ギア本体１２０には、スリーブ３０のスプライン３１と係合可能なスプライン１２１、同スプライン１２１よりもメインシャフト１０側に位置する凹部１２２、及びこの凹部１２２よりもメインシャフト１０側に位置してシンクロナイザハブ２０側に突出するコーン部１２４がそれぞれ形成されている。コーン部１２４の内周には、シンクロナイザハブ２０側に向けて縮径するテーパ状の被押圧面１２５が形成されている。さらに、ギア本体１２０には、ベアリング１０１に当接してシンクロナイザハブ２０側に突出する突出部１２３が形成されるとともに、この突出部１２３の外周面にはスプラインが形成されている。

図２に示されるように、突出部１２３のスプラインには、可動部１１０の内周面に形成されるスプライン１１１が嵌合されている。これにより同可動部１１０はギア本体１２０に対して軸方向に相対変位可能であるとともに同ギア本体１２０と一体回転可能になっている。また、図３（ｃ）に示されるように、可動部１１０の外周面には、その中央に位置して軸方向と平行に延びる平行部１１４が形成されている。この平行部１１４から可動部１１０の一方の端部にかけてテーパ状の被押圧面１１２が形成されるとともに、同平行部１１４から可動部１１０の他方の端部にかけてはテーパ状の押圧面１１３が形成されている。

図２に示されるように、この可動部１１０とスリーブ３０との間には、複数のシンクロナイザリング６０，７０，８０，９０が介設されている。これらシンクロナイザリングは、最も外周側に配設されるアウタシンクロナイザリング６０、中間に配設されるミドルシンクロナイザリング７０、及び最も内周側に配設されるインナシンクロナイザリング８０，９０によって構成されている。なお、以下では、インナシンクロナイザリング８０，９０において、シンクロナイザハブ２０側に配設されているものを第１インナシンクロナイザリング８０とし、ギア１００側に配設されているものを第２インナシンクロナイザリング９０とする。

アウタシンクロナイザリング６０の外周面には、ギア１００と近接する位置にスリーブ３０のスプライン３１と係合可能なスプライン６１が形成されている。さらに、アウタシンクロナイザリング６０の外周面には、周方向に等間隔をおいて複数のキー溝６２が設けられている（同図２では１つのみ図示）。このキー溝６２にシンクロナイザキー４０が係合されることにより、アウタシンクロナイザリング６０はシンクロナイザハブ２０と一体に回転するようになる。また、アウタシンクロナイザリング６０には、シンクロナイザハブ２０側に向けて縮径するテーパ状の押圧面６３が形成されるとともに、シンクロナイザハブ２０側に位置してメインシャフト１０側に延びる連結部６４とが形成されている。なお、ミドルシンクロナイザリング７０には、押圧面６３と平行にテーパ状の被押圧面７１が形成されている。

ミドルシンクロナイザリング７０には、ギア１００側に向けて突出する突起７３が周方向に等間隔をおいて複数設けられるとともに、この突起７３はギア本体１２０の凹部１２２に係合されている。これによりミドルシンクロナイザリング７０はギア１００に対して軸方向に相対変位可能であるとともに、ギア１００と一体回転可能である。また、ミドルシンクロナイザリング７０の内周面には、被押圧面７１と平行にテーパ状の押圧面７２が形成されている。一方、第１インナシンクロナイザリング８０には、この押圧面７２と平行にテーパ状の被押圧面８１が形成されている。

第１インナシンクロナイザリング８０の内周面には、可動部１１０の被押圧面１１２と平行にテーパ状の押圧面８２が形成されている。図３（ａ）に示されるように、第１インナシンクロナイザリング８０には、シンクロナイザハブ２０側に向けて突出する突起８３が周方向に等間隔をおいて複数形成されるとともに、これら突起８３はアウタシンクロナイザリング６０の連結部６４に係合されている。これにより第１インナシンクロナイザリング８０はアウタシンクロナイザリング６０に対して軸方向に近接離間可能であるとともに、アウタシンクロナイザリング６０と一体回転可能である。

図２に示されるように、第２インナシンクロナイザリング９０の外周面には、コーン部１２４の被押圧面１２５と平行にテーパ状の押圧面９２が形成されている。また、第２インナシンクロナイザリング９０の内周面には、可動部１１０の押圧面１１３と平行にテーパ状の被押圧面９１が形成されている。第２インナシンクロナイザリング９０には、シンクロナイザハブ２０側に突出する突起９３が形成されるとともに、第１インナシンクロナイザリング８０には、ギア１００側に突出して第２インナシンクロナイザリング９０の突起９３と凹凸の関係により係合する突起８４が形成されている。これにより第２インナシンクロナイザリング９０は第１インナシンクロナイザリング８０に対して軸方向に近接離間可能であるとともに、且つ第１インナシンクロナイザリング８０と一体回転可能となっている。

次に、変速動作時における同期噛合装置の同期作用について、図４に基づいて詳細に説明する。
図４は、同期噛合装置の同期動作について説明する説明図である。図４において、矢印Ａ１乃至Ａ６は同期動作時における各構成要素の動作順序を示している。

ギア１００の係合開始前には、スリーブ３０はギア１００から離間した位置にあり、スリーブ３０のスプライン３１は、シンクロナイザハブ２０のスプラインにのみ係合した状態となっている。すなわち、スプライン３１は、アウタシンクロナイザリング６０のスプライン６１、及びギア本体１２０のスプライン１２１のいずれにも係合していない状態となっている。そのため、ギア１００は、シンクロナイザハブ２０に対して、すなわちメインシャフト１０に対して自由に回転可能な状態となっている。

変速操作が開始されると、まずクラッチが切られ、エンジンからメインシャフト１０への動力伝達が遮断される。そして、運転者によるシフト操作に応じてシフトフォークと係合したスリーブ３０がギア１００側に変位する。このときシンクロナイザキー４０の突起４１とスリーブ３０の溝３３とが嵌合しているため、シンクロナイザキー４０はスリーブ３０と一体となってギア１００側に変位する（Ａ１）。これにより、アウタシンクロナイザリング６０は、シンクロナイザキー４０に押されてスリーブ３０と共にギア１００側に変位する。そしてこれにより、アウタシンクロナイザリング６０の押圧面６３によりミドルシンクロナイザリング７０の被押圧面７１が押圧され（Ａ２）、それらの間に摩擦が生じるとともに、ミドルシンクロナイザリング７０がギア１００側に変位する。その結果、第１インナシンクロナイザリング８０の被押圧面８１がミドルシンクロナイザリング７０の押圧面７２により押圧され（Ａ３）、それらの間に摩擦が生じるとともに、第１インナシンクロナイザリング８０がギア１００側に変位する。これにより、可動部１１０の被押圧面１１２が第１インナシンクロナイザリング８０の押圧面８２により押圧され（Ａ４）、これらの間に摩擦が生じるとともに、同可動部１１０がギア１００側に変位する。そしてこれにより、第２インナシンクロナイザリング９０の被押圧面９１が可動部１１０の押圧面１１３により押圧され（Ａ５）、それらの間に摩擦が生じるとともに、第２インナシンクロナイザリング９０がギア１００側に変位する。その結果、コーン部１２４の被押圧面１２５が第２インナシンクロナイザリング９０の押圧面９２により押圧され（Ａ６）、それらの間に摩擦が生じる。なお、第２インナシンクロナイザリング９０と第１インナシンクロナイザリング８０とは近接離間可能に係合されているため、可動部１１０の押圧面１１３が第２インナシンクロナイザリング９０の被押圧面９１に、また第２インナシンクロナイザリング９０の押圧面９２がギア本体１２０の被押圧面１２５に密着する。

そして、上記のような摩擦により、アウタシンクロナイザリング６０、第１インナシンクロナイザリング８０、及び第２インナシンクロナイザリング９０の回転速度差と、ミドルシンクロナイザリング７０、可動部１１０、及びギア本体１２０の回転速度差とが次第に減少するようになる。

その後、上記シフトフォークによりスリーブ３０がギア１００側へ更に変位すると、スリーブ３０の溝３３に対するシンクロナイザキー４０の突起４１の嵌合が解除され、スリーブ３０のギア１００側への変位が許容されるようになる。そして、このような変位により、スリーブ３０のスプライン３１が、アウタシンクロナイザリング６０のスプライン６１と係合しようとする。

ところが、この際、アウタシンクロナイザリング６０とミドルシンクロナイザリング７０との間に摩擦が生じているため、アウタシンクロナイザリング６０はシンクロナイザキー４０とキー溝６２とのクリアランスにより許容される分だけ周方向に変位している。すなわち、スリーブ３０のスプライン３１とアウタシンクロナイザリング６０のスプライン６１との回転位相は、若干ずれた状態となっている。これによりスプライン３１のギア１００側の端面がスプライン６１のシンクロナイザハブ２０側の端面に当接するため、同スリーブ３０の変位が規制されてアウタシンクロナイザリング６０がスリーブ３０により直接押圧されるようになる。その結果、アウタシンクロナイザリング６０の押圧面６３がミドルシンクロナイザリング７０の被押圧面７１に密着して、アウタシンクロナイザリング６０とミドルシンクロナイザリング７０との間に生じる摩擦力が増大する。これに伴い、ミドルシンクロナイザリング７０と第１インナシンクロナイザリング８０との間、及び第１インナシンクロナイザリング８０と可動部１１０との間に生じる摩擦力も増大する。さらに、可動部１１０と第２インナシンクロナイザリング９０との間、及び第２インナシンクロナイザリング９０とギア本体１２０との間に生じる摩擦力も増大する。その結果、ギア１００とメインシャフト１０との回転速度が略一致して同期するようになる。

こうして同期が完了すると、スリーブ３０が更にギア１００側に変位して、アウタシンクロナイザリング６０のスプライン６１及びギア本体１２０のスプライン１２１と係合する。以上により、変速動作に伴うギア１００の係合動作がすべて完了する。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に列記する作用効果が得られる。
（１）可動部１１０はスリーブ３０とギア１００との噛合に際して、第１インナシンクロナイザリング８０により押圧されることによって第２インナシンクロナイザリング９０側に変位し、同第２インナシンクロナイザリング９０をギア本体１２０のコーン部１２４との間で挟圧する。このため、同可動部１１０と同第２インナシンクロナイザリング９０との当接面及び同ギア本体１２０と同第２インナシンクロナイザリング９０との当接面の各当接面に摩擦が生じることとなる。したがって、これら当接面に生じる摩擦により、同期噛合装置におけるシンクロ容量を増加させることができる。また、ギア本体１２０とギア１００の可動部１１０との間で第２インナシンクロナイザリング９０を挟圧するため、シンクロナイザハブ２０側にシンクロナイザリングを径方向に重ねて配設することなく、ギア１００側にシンクロナイザリングを配設することができる。その結果、同期噛合装置の径方向における大型化を極力抑えてシンクロ容量を増加させることができる。

（２）径方向にシンクロナイザリングを更に配設するような構造を設けることが困難なトリプルコーンシンクロメッシュ機構を採用する同期噛合装置においても、第２インナシンクロナイザリング９０を更に設けることによりシンクロ容量を増加させることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・図５に示されるように、ミドルシンクロナイザリング７０を省略した構成を採用することもできる。そして、この場合には、アウタシンクロナイザリング６０と第１インナシンクロナイザリング８０とを一体に形成したシンクロナイザリング９５を配設するようにする。

・上記実施形態では可動部１１０とギア本体１２０とはスプラインにより係合していたが、これらの係合はスプライン係合でなくともよい。要するに、可動部１１０がギア本体１２０に対して軸方向に相対変位可能であり、且つ同ギア本体と一体回転可能であればよい。

本発明にかかる同期噛合装置の一実施形態についてその構成を示す断面図。 図１の同期噛合装置におけるシンクロナイザリング及び可動部の拡大断面図。 （ａ）〜（ｃ）図１の同期噛合装置におけるシンクロナイザリング及び可動部の正面図及び側面図。 図１の同期噛合装置におけるギアの係合動作の概略を示す説明図。 本発明にかかる同期噛合装置の変形例を示す断面図。 従来の同期噛合装置の構成を示す断面図。 図５の同期噛合装置における他の変形例を示す断面図。

符号の説明

１０，２１０…メインシャフト、２０，２２０…シンクロナイザハブ、３０，２３０…スリーブ、３１，６１，１１１，１２１…スプライン、３２，３３…溝、４０，２４０…シンクロナイザキー、４１…突起、５０…キースプリング、６０…アウタシンクロナイザリング、６２…キー溝、６３，７２，８２，９２，１１３…押圧面、６４…連結部、７０…ミドルシンクロナイザリング、７１，８１，９１，１１２，１２５…被押圧面、７３，８３，８４，９３…突起、８０，９０…インナシンクロナイザリング、１０１…ベアリング、１１０…可動部、１１４…平行部、１２０…ギア本体、１２２…凹部、１２３…突出部、１２４…コーン部、９５，２５０，３１０，３２０，３３０…シンクロナイザリング。

Claims (2)

1. メインシャフトと一体に回転するシンクロナイザハブと、前記シンクロナイザハブと一体に回転し且つその回転軸の方向に相対変位可能なスリーブと、同スリーブが回転軸の方向に変位して噛合することにより同スリーブと一体に回転するギアと、前記シンクロナイザハブと一体に回転し、前記スリーブと前記ギアとの噛合に際して前記スリーブとともに前記ギア側に変位して同ギアに形成されたテーパ面に押圧されることにより、前記スリーブ及び前記ギアの回転を同期させるシンクロナイザリングとを備える同期噛合装置において、
   前記シンクロナイザリングは前記シンクロナイザハブと一体に回転する第１のリングと、この第１のリングと一体に回転し且つ同リングに対して回転軸の方向に近接離間可能な第２のリングとによって構成され、前記ギアは前記スリーブが噛合されるギア本体と、同ギア本体と一体に回転し且つ同ギア本体に対して回転軸方向に変位可能な可動部とを含み、同可動部は前記スリーブと前記ギアとの噛合に際して前記第１のリングに形成されたテーパ面により押圧されることによって前記第２のリング側に変位し、同第２のリングを前記ギア本体及び同可動部にそれぞれ形成されたテーパ面との間で挟圧する
   ことを特徴とする同期噛合装置。
2. 前記ギアは前記ギア本体と一体に回転し且つ同ギア本体に対して回転軸の方向に近接離間可能な第３のリングを更に備え、前記第１のリングは前記シンクロナイザハブと一体に回転する第４のリングと、前記第４のリングと一体に回転し且つ同第４のリングに対して回転軸方向に近接離間可能に連結される第５のリングとから構成され、前記第３のリングは前記スリーブと前記ギアとの噛合に際して前記第４のリング及び前記第５のリングにそれぞれ形成されたテーパ面の間で挟圧される
   ことを特徴とする請求項１に記載の同期噛合装置。

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