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マニュアルトランスミッション (Manual transmission, MT) は、自動車、オートバイ、鉄道車両などに採用されている変速機の一種。この項では自動車のマニュアルトランスミッションについて述べる。

◆ 概要

マニュアルトランスミッションは狭義では単体の機械である。広義にはクラッチ機構および手の動きをマニュアルトランスミッションへ伝えるシフトレバー機構を含み、運転者の操作対象や自動車の運転方法を指す場合がある。マニュアルトランスミッションは、対向した歯車(ギア)の組み合わせによって定まる歯車比にその特徴を見い出すことができ、一般的には変速段数と同じ数のギアの組を持つ。これに対し自動変速機(オートマチックトランスミッション)は、遊星歯車機構の動作を切替えることで減速比の変更を実現しており、変速段数とギアの組み(遊星歯車機構)の数は一致しない。オートマチックトランスミッションが開発され普及した結果、対語として旧来の手動変速機がマニュアルトランスミッションと称されるようになった。日本では、ギア、マニュアル、ミッションと俗称されることも多い。イギリス英語では、マニュアル・ギアボックスとも呼ばれる、シフトレバーの配置は5速フロア式が主流だが、インパネ式やコラム式もある。

2007年度の国内販売台数におけるMT方式のシェアは3%未満でこそあるが、大型車や作業用車両・スポーツタイプなどを中心に、その技術は産業界とコアユーザに強く支持されている。

◆ 種類

マニュアルトランスミッションは、シンクロメッシュ機構の有無によって大きく2種類に分けられる。シンクロメッシュ機構とは、ギア組み合わせ変更の際の速度同調機構である。シンクロメッシュ機構をもたないタイプでは、運転者が変速段間のギア回転速度差を調整する必要がある。これは選択摺動式と常時かみ合い式に分けることができる。シンクロメッシュ機構が一般化した現在では、これらの2仕様をひとくくりにした「ノンシンクロ」という呼び方も用いられる。開発普及の順はノンシンクロ型選択摺動式、ノンシンクロ型常時かみ合い式、シンクロメッシュ機構付き常時かみ合い式である。

自動車に搭載されるマニュアルトランスミッションの大半は、運転者が随時、任意のギア段に飛び越して変速することを可能としている。他方、オートバイに多く見られるものやレース仕様の自動車に見られるマニュアルトランスミッションでは、1段階ずつしか変速することができないものが多い。その変速パターンを指し後者を特にシーケンシャル・マニュアルトランスミッションと呼ぶことがある。

◇ ノンシンクロ型トランスミッション

最も初期の自動車に搭載されたマニュアルトランスミッションは、シンクロメッシュ機構をもたない変速機であった。もちろん走行中に変速することができたし、後進用ギアも装備していた。しかし、ギアの選択はギア自体をスライドさせて噛み合わせる選択摺動式か、単純なドグクラッチの噛み合いで行う常時かみ合い式であり、ギアチェンジの際には、タイミングの良いギア抜き/入れ操作、変速中のデリケートなアクセルとクラッチ操作が要求された。そうしないとうまくギアが噛みあわなかったのである。

より高速のギア段に変速しようとする時、次のギアの回転速度に適するように、動力の伝わっているギアの回転速度を減速させなければならない。これはクラッチを切った時に自然と実現されることではあるが、スムーズにギアを繋ぐには、シフトレバーの振動および音によりギアがきちんとかみ合ったことを感知ししなければならず、この操作には経験と熟練を要する。また、より低速のギアに変速しようとする場合には、動力のかかっているギアを加速させなければならないため、クラッチを繋いだままにしておくことが必要だった。このとき一度ニュートラルに変速した上でギアを加速し、改めて目的のギアに入れるという、いわゆるダブルクラッチを行わなければならない場合もあった。実際のところ、このようなノンシンクロ型トランスミッションにおいては、クラッチを全く使わないで変速する方が簡単であった。その場合にはクラッチは車両静止状態から動き出すときにのみ使用されることになる。この操作方法は、ノンシンクロ型トランスミッションを搭載するレース用車で現在でも一般的に用いられている。

現在市販される乗用車のマニュアルトランスミッションは、例外無くシンクロメッシュ機構付きであるが、大型車両や建設機械では俗に「クラッシュボックス」とよばれるノンシンクロ型トランスミッションを今でも採用している事例がある。これにはいくつかの理由がある。まず、シンクロメッシュ機構の摩擦材は、摩擦相手の鋼製ギア自体の摩耗を防ぐために、鋼より柔らかい真鍮を主とする合金で作られており、定期的に分解交換が必要である。そしてシンクロメッシュ機構を無くすことで部品点数が減り、構造が単純になることで強度が上がりコストが下がるとともに信頼性も増す。

これらに加え、レース用車両では変速に要する時間がシンクロメッシュ機構付きトランスミッションよりもノンシンクロ型トランスミッションの方が速い場合もある。これに準じ、スポーツタイプの市販車両に搭載するトランスミッションの改良競争においては、シンクロメッシュ機構のうち半分のドグの耐久性を犠牲にすることで、変速を速くし「シフトフィール」を向上させることが行なわれる場合がある。

◇ シンクロ型トランスミッション

現代のトランスミッションは「常時噛み合い式」が主流である。これは、全てのギアが常に噛み合っており、選択摺動式のようにギアの噛み合わせ変更を行なう必要がなく、噛み合ったひと組のギアだけが軸に固定され、それ以外のギアは自由に回転するようになっている。この機構で、変速に要する技量は大幅に減った。

最近の自動車では、シンクロメッシュ機構を全く使うことなく常時噛み合い式トランスミッションを構築することができるにもかかわらず、変速時の振動や騒音(いわゆる変速ショック)を嫌うことから、シンクロメッシュ機構付きのトランスミッションが使われている。常時噛み合い式トランスミッションでは、各変速段用の歯車対は常に噛み合い回転しているが、歯車は取り付けられた軸とは固定されておらず、必要な歯車だけが軸に結合するようになっている。

歯車と軸の結合は、軸に付いたクラッチスリーブ(以後スリーブと略す)によって行なわれる。スリーブは横方向にスライドすることができ、その内面に付いた歯(ドグ)によって、外周に歯を持つ二つのリング(一方がギア側、もう一方は軸側)を接続するようになっている。通常一つのスリーブは二つのギアと軸との結合を受け持つ。一方向にスライドするとある歯車が、逆方向にスライドすると別の歯車と軸が結合する。二つのリングがスリーブにより接続、そのギアが軸と固定されるとトランスミッションの出力スピードが決まる。

シンクロ型トランスミッションでは、ギアが接続される時にそのギアのスピードを軸のスピードに正しく合わせるために、まずスリーブがギアに取り付けられた円錐形のクラッチ(シンクロコーンとシンクロリングからなる)に力を伝え、このクラッチが回転を同期させ、同期終了迄シンクロリング(ブロッカーリングまたはボークリングとも呼ばれる)により、スリーブが固定位置手前でブロックされる構造となっている。

シフトレバーはリンケージによって常に一つだけのギアだけが軸と結合するようスリーブを操作している、すなわち、変速時スリーブはまず一つのギアから離れ、それから別のギアに結合するのである。現代のトランスミッションでは、これらの部品の動きは極めてスムーズで高速なので、操縦者がそれを知覚することはほとんど無い。

最初のシンクロ型トランスミッションは、1929年にキャディラックに搭載されている。

現代的なコーン型のシンクロメッシュ機構は、ポルシェにより改良が進められ、1952年にポルシェ・356に搭載された。その後何年にも渡って、コーン型シンクロメッシュ機構は「ポルシェ型」と呼ばれることとなった。

1950年代初期、大部分の自動車ではシンクロメッシュ機構1つと簡単なリンケージで済む2速/3速のみシンクロ機構付のトランスミッションを搭載しており、当時の運転者マニュアルでは、2速から1速へシフトする必要がある時は一旦完全に停止し、それから1速にシフトして再発進するのが最良と書かれていた。

しかし、機械の絶え間ない改善により、1960年代には3速、そしてその後1速、4速、5速、6速などのフルシンクロメッシュ型トランスミッションが一般的となっている。一方、後退ギアは通常シンクロメッシュ機構を持たない。通常の自動車のトランスミッションでは後退ギアは1段だけであり、後退走行中に変速の必要はないからである。

ちなみにシンクロメッシュが完全に働かず、ギア鳴りを起こす事を「シンクロが弱い」と言う。現在の日本車でも、スバルの軽自動車(TM57型、TY64型などスバル内製トランスミッション)やスズキの自動車で、3速から2速へのシフトダウンを行ったときに稀に見られる。

◆ 内部構造

◇ シャフト

ほかのトランスミッションと同様に、マニュアルトランスミッションもさまざまなギアやシンクロメッシュ機構などの部品が取り付けられた幾つかのシャフト(軸)を持っている。後輪駆動のトランスミッションの場合、普通は3つのシャフトを持っている。それぞれインプットシャフト、カウンターシャフト、そしてアウトプットシャフトである。カウンターシャフトはインターミディエイトシャフトとも言う。

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