【クルマのメカニズム進化論 Vol.1】トランスミッション編（１）～マニュアルトランスミッション～

初めてのガソリンエンジン車ベンツには変速機はなく、2段の減速のみで大きな車輪を駆動した。ダイムラーのそれは少し進化し2段の変速機構を備えていた。それ以後トランスミッションは多段化へと向かう。今やマニュアルトランスミッションは限られたクルマだけのものとなった。 ※この記事は、2016年発行の『オートメカニック』に掲載されたものです。

●文:オートメカニック車編集部

―― 世界で初めてガソリンエンジンを搭載したベンツの3輪車。変速機はなく、2段の減速のみで走行した。エンスト防止のために大きな横置きフライホイールを備えていた。

―― 1886年に登場した世界初のガソリンエンジン4輪車ダイムラー。1次変速は大小2個のプーリーを備えた2段切り替えで、2次伝達はチェーンと歯車で行った。

１速からはじまった変速機

世界で初めてガソリンエンジンを搭載した自動車はベンツの3輪車で、次いでダイムラーが4輪車を送り出した。ベンツのエンジンは985ccで最高出力は0.88ps/400回転と非力なものだった。低いトルクを補い、発進もできるように2次減速が行われた。クランクシャフトからの動力は二つのプーリーを持つカウンターシャフトにベルトで伝えられ、カウンターシャフトの両端に設けられた小さなスプロケットと大きな車輪に固定された大スプロケットがチェーンで連結された。

カウンターシャフトに設けられた二つのプーリーのうちの一つはアイドラプーリーで、停車時に掛け替えられた。ダイムラーのそれはわずかに進化したもので、カウンターシャフト上に大小のプーリーが設けられ、ベルトを掛け替えることによって2段の変速が可能で、カウンターシャフト両端の小さなスプロケットが車輪に固定された大きなスプロケットと噛み合っていた。

―― 1898年ルノーによってドライブシャフトとベベルギヤによる駆動方式が考案された。それ以後この方式は後輪駆動車の原型となった。写真は1902年に製造されたベンツ。

ルノーが開発したドライブシャフトギヤは多段化へと進化

1速固定と2速で始まった自動車のトランスミッションだったが、その後ギヤの噛み合わせによる多段化へと進む。ガソリンエンジンは出力こそ高いもののトルクが低い。発進や加速時に低いトルクを補うためにはトランスミッションは必須のパーツだったのだ。

今に繋がるギヤボックスとドライブシャフトが開発されたのは1898年のことで、ルイ・ルノーによるものだった。それまでのパワートレーンは噛み合わせのギヤが使われるようにはなっていたが、最終駆動にはチェーンが用いられていた。ギヤもチェーンも開放されたもので、給油が必要な他、水とほこりによる汚れにも見舞われていた。ルノーのギヤボックスとドライブシャフトはこれらの問題を一気に解決するものだった。

トランスミッションは大小のギヤを噛合わせることによって変速する。初期のそれはまさにシャフト上のギヤを移動させ、噛み合わせた。すでにルノー以前にコーンクラッチが開発されていたとはいえ、回転数の異なるギヤとギヤを噛み合わせるには経験と高い技術が求められたはずだ。

摺動式の欠点を補うものとして次に登場したのは常時噛み合い式だ。メインシャフトとカウンターシャフト上に設けられたすべてのギヤが常に噛み合って空転している。アウトプットシャフトに固定されたスリーブをこれらの各ギヤと噛み合わせることによってインプットシャフトの回転が各ギヤとスリーブを介してアウトプットシャフトに伝えられる。

常時噛み合い式とはいえ、スリーブとギヤの噛み合いは常に断続が伴う。摺動式と同様、スムーズに変速するためにはギヤとスリーブの回転を合わせる必要がある。

―― 1928年キャデラックは世界に先駆けてトランスミッションにシンクロ機構を組み込んだ。図は当時、販売店に配布されたマニュアルに掲載されたもの（GMアーカイブスから）。

シンクロメッシュの登場、キャデラックが初採用

このために使われたテクニックがダブルクラッチといわれるものだ。ギヤの回転数とエンジンの回転数をニュートラル状態で同期させ、スムーズに噛み合わせる。しかし煩わしい作業には違いない。これを簡素化したのがGMで1928年、世界で初めてキャデラックにシンクロメッシュ機構を取り入れた。

スリーブの両端にコーンクラッチを設け、シフトチェンジのためにスリーブを移動させると、ギヤ側に設けられたコーンと接触し、ギヤとスリーブの回転が同期。さらにスリーブを移動させるとギヤとスムーズに噛み合うというのが基本的な仕組みだ。

マニュアルトランスミッションの時代は長く続いた。1速から始まり、今は6速になった。しかし多くのクルマはATへと移行し、高性能スポーツカーでもツインクラッチトランスミッションへと移行している。

―― シンクロ機構の核心部。シフトフォークの左右にシンクロナイザーリングが配置されている。一つのユニットが左右に移動し、二つのギヤの同期を受け持っている。

―― 常時噛み合いとシンクロ機構による変速の一例。左はシンクロナイザーリングを左に移動させて1速ギヤを有効にした状態。右はリバース有効にした状態を示している。

―― マツダ・ロードスターに搭載されている6速マニュアルトランスミッション。シフトストロークとフライホイール慣性など、細かい部分でチューニングが施されている。

―― アウディA4用6速マニュアルトランスミッション。構造は基本的にFRのものと変わらないが、FFでは駆動軸の取り出し方が異なっている。

―― 典型的な5速ギヤのレイアウト。常時噛み合い式のためすべてのギヤが噛み合っている。シンクロ機構は3個組み込まれ、それぞれが二つのギヤに対応している。

Comments

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キャプションと本文がごっちゃになってて読みにくいな。

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芳本 美代子