JP2001099316A - 自動車用変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変速操作を比較的容易に行うことができ、ま
た、従来の油圧式のものに比べて、安価、軽量、かつコ
ンパクトで、小型車に十分に適用可能な自動車用変速機
を提供する。 【解決手段】 変速操作を行うための変速操作機構Ｃ
は、シフトフォークを有する複数のシフト機構部１a，
１b，１cと、各シフト機構部１a，１b，１cの内の一つ
と選択的に係合されるセレクト機構部２とを備える。こ
のセレクト機構部２には、この機構部２をシフト機構部
１a，１b，１cの内の一つと選択的に係合するように駆
動するセレクト用モータ１４と、選択された一つのシフ
ト機構部１a，１b，１cを駆動してシフトフォークによ
る変速操作を行わせるシフト用モータ１５とが共に連結
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用変速機に
係り、特に、変速操作を行うための変速操作機構部分の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、手動式変速機においては、運転
者によるシフトレバー操作とアクセルの踏み込み加減に
よって自動車の走行具合を制御できるので、トルクコン
バータ付きの自動変速機を使用する場合よりも自動車を
自在に扱っているという満足感を運転者に与える。ま
た、手動式変速機は、自動変速機に比較して動力の伝達
効率が高く、構造も簡単であるので、耐久性や信頼性が
高いという利点があるものの、市街地等では頻繁にシフ
トレバーを動かして変速操作を繰り返さねばならず、変
速操作が繁雑になる。

【０００３】一方、自動変速機は前記の手動式変速機の
ようなクラッチやシフトレバーを使用した変速操作を行
う必要がないため、運転が容易になるという利点がある
ものの、手動式変速機に比較して、運転者に変速操作の
満足感を与える点で不十分であり、また、動力の伝達効
率が低いなどの問題がある。

【０００４】そこで、従来技術では、運転者に変速操作
の満足感を与えつつ、高い伝達効率を確保し、かつ、変
速操作を比較的容易に行えるようにするため、足踏み式
クラッチと手動式変速機を用いながら、マイクロコンピ
ュータ等で制御された油圧式アクチュエータによって発
進や変速を行えるようにした、いわゆるＮＡＶＩ(newad
vanced vehicle with intelligence)と称される変速機
が提供されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな油圧式アクチュエータを使用した自動車用変速機
は、変速機全体の構造が大型化するとともに、部品点数
も多くなるため、大型車には適用できても、小型車には
適用し難いという問題がある。このような油圧式のもの
に代えて、電動式のもので変速操作を行うようにするこ
とも考えられるが、単純に油圧式のものを電動式に置き
換えるだけでは、依然として変速機全体の構造が大型化
するとともに、部品点数も多くなるという問題がある。
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたもの
で、運転者に変速操作の満足感を与えつつ、高い動力伝
達効率を確保し、かつ、変速操作も比較的容易に行え、
さらに、変速操作を行う機構部分の部品点数も少なくて
済み、軽量、コンパクトで、小型車にも十分に適用可能
な自動車用変速機を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を解決するた
め、本発明の自動車用変速機は、変速操作を行うための
変速操作機構がシフトフォークを有する複数のシフト機
構部と、前記各シフト機構部の内の一つと選択的に係合
されるセレクト機構部とを備えており、前記セレクト機
構部には、この機構部を前記シフト機構部の内の一つと
選択的に係合するように駆動するセレクト用モータと、
選択されたシフト機構部を駆動して前記シフトフォーク
による変速操作を行わせるシフト用モータとが共に連結
されていることを特徴としている(請求項１)。

【０００７】この構成においては、従来の手動式の変速
機を基本としているため、高い伝達効率を確保できる。
また、変速操作はモータの動力を利用した電動式のもの
となるため、変速操作を比較的容易に行える。さらに、
前記セレクト機構部にセレクト用モータとシフト用モー
タとが共に連結されているので、従来の油圧式のものと
比較して安価、軽量、かつコンパクトになり、小型車に
も十分に適用可能となる。

【０００８】本発明の自動車用変速機は、前記シフト用
モータが直流モータであるのが好ましく(請求項２)、こ
の場合には、前記直流モータが荷重制御可能であるの
で、シフト動作に必要な力を容易に得ることができる。

【０００９】前記シフト用モータの出力は、摩擦式電磁
クラッチを介して前記シフト機構部に伝達するのが好ま
しい（請求項３）。この構成においては、シフト機構部
からシフト用モータに対して一定値以上のトルクが作用
した場合に、電磁クラッチの摩擦部分を滑らせることに
より、シフト用モータに過大トルクが作用するのを防止
することができる。また、シフト状態でシフト用モータ
が故障した場合でも、前記電磁クラッチによって当該モ
ータとシフト機構部とを切り離すことにより、シフト状
態を容易に解除することができる。

【００１０】前記自動車用変速機は、前記シフト用モー
タの出力を、合成樹脂材或いは油含浸焼結材からなる歯
車を備えるシフト側減速機構を介して前記シフト機構部
に伝達するものであってもよい（請求項２）。この場合
には、前記シフト側減速機構の歯車に対してオイルやグ
リス等の潤滑剤を供給する必要がないとともに、低温時
でも円滑な作動状態を確保することができる。

【００１１】前記自動車用変速機は、前記セレクト用モ
ータの出力を、平歯車からなるセレクト側減速機構を介
して前記セレクト機構部に伝達するものであってもよい
（請求項５）。この場合には、セレクト側減速機構を逆
効率が良好な平歯車で構成しているので、セレクト用モ
ータが異常停止した場合でも、当該平歯車を外力により
容易に回転させることができる。このため、セレクト用
モータの異常時においても、外力によりセレクト操作を
支障なく行うことができる。

【００１２】前記セレクト側減速機構を構成する平歯車
は、合成樹脂材或いは油含浸焼結材からなるのが好まし
く（請求項６）、この場合には、セレクト側減速機構の
平歯車に対してオイルやグリス等の潤滑剤を供給する必
要がないとともに、低温時でも円滑な作動状態を確保す
ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示し
て、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。図
１は、自動車用変速機の一例として、４段変速の場合の
変速パターンを示す説明図である。同図中、符号“１”
〜“４”は、１速〜４速までの各々の変速位置を、ま
た、“Ｎ”は中立位置を、“Ｒ”は後退位置をそれぞれ
示している。そして、図中の上下方向が後述のシフトシ
ャフト３を軸方向に沿って移動させるシフト方向に対応
し、また、左右方向が後述のセレクトシャフト７を軸方
向に沿って移動させるセレクト方向に対応している。

【００１４】図２は、図１に示した変速パターンに対応
する変速操作機構の一部を示す斜視図である。この実施
の形態の変速操作機構Ｃは、複数(ここでは３つ)のシフ
ト機構部１a，１b，１cと、セレクト機構部２とを備え
る。各々のシフト機構部１a〜１cは、図１の変速パター
ンの各列にそれぞれ対応しており、図示しないシフトフ
ォークが取り付けられたシフトシャフト３と、このシフ
トシャフト３のシフトフォークから離れた他端側に固定
されたシフトレバー４とを備え、各シフトレバー４の下
端にはダルマ型の凹部５が形成されている。

【００１５】一方、セレクト機構部２は、セレクトシャ
フト７と、このセレクトシャフト７の途中に固定された
セレクトレバー８とを有し、セレクトレバー８の上部９
は、シフトレバー４の凹部５に合致した形状に形成され
ている。そして、セレクトシャフト７がセレクト方向に
移動することでセレクトレバー８の上部９がシフトレバ
ー４の凹部５に嵌まり込んで各シフト機構部１a〜１cの
内の一つが選択され、また、セレクトシャフト７が周方
向に正逆転されることで、シフトシャフト３がシフト方
向に沿って移動され、その結果、図示しないシフトフォ
ークがトランスミッション歯車の組み合わせを切り換え
ることで、変速されるようになっている。

【００１６】図３は本発明の実施の形態における自動車
用変速機において、変速操作機構Ｃを駆動するための電
気系統の全体構成を示すブロック図である。同図中、１
２は図１に示した変速段を設定するための設定スイッ
チ、１３はこの設定スイッチ１２からの設定信号に応じ
て各部を制御する制御回路、１４はセレクトシャフト７
をセレクト方向に駆動するためのセレクト用モータ、１
５はセレクトシャフト７を正逆転することでシフトシャ
フト３をシフト方向に駆動して前記シフトフォークによ
る変速操作を行わせるためのシフト用モータである。

【００１７】この実施の形態では、両モータ１４，１５
は直流モータにより構成されており、いずれも正逆転が
可能となるように、ブリッジ接続等による正逆転回路
(図示せず)を備えた構成となっている。また、１７はシ
フト用モータ１５を変速操作機構Ｃに連係させる摩擦式
電磁クラッチ、１８は信号レベル反転用のインバータで
ある。そして、制御回路１３からの制御信号およびイン
バータ１８によって、シフト操作と同時に電磁クラッチ
１７がオンとなり、シフト用モータ１５の動力が電磁ク
ラッチ１７を介して変速操作機構Ｃのシフトシャフト３
の駆動源として伝達される。２１はセレクトシャフト７
のセレクト方向の移動量を検出するためのセレクトセン
サ、２２はシフトシャフト３のシフト方向の移動量(実
際にはセレクトシャフト７の回転量)を検出するための
シフトセンサである。

【００１８】なお、２３は車載バッテリであり、この車
載バッテリ２３の配線経路は、この実施の形態の場合、
通常運転時に必要な電気系統と、変速操作時に前記の各
モータ１４，１５等に通電する電気系統とが分離して設
けられている。これは、通常運転時の電気系統について
は、常時通電が必要である一方、変速操作のための電気
系統は、変速が必要となる場合にのみ制御回路１３から
の制御信号によって各モータ１４，１５等に間欠的に通
電すればよく、使用形態が異なるためである。

【００１９】図４は、自動車用変速機の変速操作機構Ｃ
の詳細を示す正面図、図５は、図４のＡ矢視図、図６
は、図４のＢ矢視図であり、図２および図３に対応する
部分には同一の符号を付す。図４ないし図６において、
１４はセレクト用モータ、１５はシフト用モータ、２６
はケーシングである。セレクト用モータ１４の出力軸に
は平歯車２７が取り付けられ、この平歯車２７は、ケー
シング２６に回転自在に取り付けられた歯車シャフト２
９の下部に固定された平歯車２８に噛合している。さら
に、歯車シャフト２９には平歯車２８よりも上部に平歯
車３０が固定され、この平歯車３０には扇形の平歯車３
１が噛合し、この平歯車３１にレバー３４の一端が一体
回動可能に連結され、レバー３４の他端はピン３５およ
びスリーブ３６を介してセレクトシャフト７に連結され
ている。なお、前記各平歯車２７，２８，３０，３１
は、セレクト側減速機構Ｘを構成している。また、セレ
クトシャフト７の端部には、スプラインシャフト３７が
延設されており、その末端部がケーシング２６に回転自
在に支持されている。スリーブ３６は、セレクトシャフ
ト７に相対回転可能に外嵌され、ピン３５がスリーブ３
６を貫通してセレクトシャフト７の周方向に沿って形成
された図示しない周溝に嵌め込まれることで、セレクト
シャフト７の回動を許容する一方、レバー３４の揺動で
セレクトシャフト７を軸方向に駆動できるようになって
いる。

【００２０】したがって、この構成において、セレクト
用モータ１４が正転或いは逆転駆動セレクト側減速機構
されると、その動力が平歯車２７，２８、歯車シャフト
２９および平歯車３０，３１を介してレバー３４に伝え
られ、レバー３４が揺動することでスリーブ３６および
ピン３５を介してセレクトシャフト７が軸方向、すなわ
ちセレクト方向に移動される。この際、セレクト用モー
タ１４の回転は、各平歯車２７，２８，３０，３１によ
って減速されて、レバー３４に伝達される。なお、前記
の扇形の歯車３１の一部には切欠部３２が設けられると
ともに、この切欠部３２に対向するケーシング２６の位
置にはセレクトセンサ２１が配置され、平歯車３１の回
転量をセレクトセンサ２１で検出することで、制御回路
１３がセレクトシャフト７のセレクト方向の移動量を制
御するようにしている。

【００２１】一方、シフト用モータ１５の出力軸には、
前述の電磁クラッチ１７が設けられており、この電磁ク
ラッチ１７の軸端にはベベル歯車４１が設けられ、この
ベベル歯車４１は、ケーシング２６に回転自在に取り付
けられたウォームシャフト４３の下端に固定されたベベ
ル歯車４２に噛合している。そして、このウォームシャ
フト４３のベベル歯車４２よりも上方にはウォーム４４
が設けられ、このウォーム４４に扇形のウォーム歯車４
５が噛合している。このウォーム歯車４５の軸心部は、
前述のスプラインシャフト３７の中間部にスプライン嵌
合されている。前記ベベル歯車４１，４２、ウォーム４
４およびウォーム歯車４５は、シフト側減速機構Ｙを構
成している。

【００２２】したがって、この構成において、シフト用
モータ１５が正転或いは逆転駆動されると、その動力が
ベベル歯車４１，４２、ウォームシャフト４３、ウォー
ム４４、およびウォーム歯車４５に伝えられ、ウォーム
歯車４５が揺動することでスプラインシャフト３７およ
びセレクトシャフト７が共に回動され、その結果、図２
に示したように、セレクトレバー８がシフトレバー４に
対して嵌合状態にあるときに、選択されたシフトシャフ
ト３がシフト方向に移動されて、シフト動作が行われ
る。

【００２３】なお、ウォーム歯車４５の一部には切欠部
４６が設けられるとともに、この切欠部４６に対向する
ケーシング２６の位置にはシフトセンサ２２が配置さ
れ、ウォーム歯車４５の回転量をシフトセンサ２２で検
出することで、制御回路１３がシフトシャフト３のシフ
ト方向の移動量を制御するようにしている。また、前記
電磁クラッチ１７は、前記シフト動作時にシンクロの噛
み合い不良等が生じて、シフト機構部１ａ〜１ｃからシ
フト用モータ１５に対して一定値以上のトルクが作用す
ると、その摩擦部分が滑るように設定されており、これ
により、シフト用モータ１５に過大トルクが作用するの
を防止している。

【００２４】次に、前記構成の自動車用変速機における
変速操作時の全体的な動作について説明する。まず、エ
ンジンの始動後、一例として、中立位置(ニュートラル
状態)から１速の位置(ロー状態)に変速する場合の動作
について説明する。図１に示した変速パターンの中立位
置“Ｎ”では、セレクトシャフト７に取り付けられてい
るセレクトレバー８は、各シフト機構部１a〜１cのいず
れのシフトレバー４の凹部５にも嵌合されておらず、離
間した状態にある。次に、変速段設定スイッチ１２によ
り１速を選択すると、制御回路１３は、まず、セレクト
用モータ１４を起動する。このセレクト用モータ１４の
起動により、前述のように、セレクトシャフト７がセレ
クト方向に移動される。そして、制御回路１３は、セレ
クトセンサ２１の検出結果に基づいて、セレクトレバー
８の上部９がシフト機構部１aのシフトレバー４の凹部
５に嵌まり込んだことを検出すると、セレクト用モータ
１４への通電を停止する。

【００２５】引き続いて、制御回路１３は、電磁クラッ
チ１７をオンすると同時にシフト用モータ１５を起動す
る。このシフト用モータ１５の起動により、前述のよう
に、セレクトシャフト７が回動される。この際、前記シ
フト用モータ１５が直流モータであるので、シフト動作
に必要な力を容易に得ることができる。そして、制御回
路１３は、シフトセンサ２２の検出結果に基づいて、セ
レクトシャフト７の回動に伴ってシフトシャフト３がシ
フト方向に移動されて図外のシフトフォークが１速目の
トランスミッション歯車を所定位置まで移動したことを
検出すると、シフト用モータ１５への通電を停止する。
なお、ここでは、一例として、中立位置(ニュートラル
状態)から１速の位置(ロー状態)に変速する場合につい
て説明したが、他の変速操作を行う場合も基本的な動作
は同じである。

【００２６】前記自動車用変速機は、前記セレクト用モ
ータ１５の出力を、逆効率が良好な平歯車２７，２８，
３０，３１からなるセレクト側減速機構Ｘを介して前記
セレクト機構部２に伝達するので、セレクト用モータ１
４が異常停止した場合でも、当該平歯車２７，２８，３
０，３１を外力により容易に回転させることができる。
このため、セレクト用モータ１４の異常時においても、
外力によりセレクト操作を支障なく行うことができる。
また、シフト状態でシフト用モータ１５が故障した場合
には、電磁クラッチ１７を非励磁状態にしてウォーム４
４を回動させることにより、シフト動作を行わせること
ができ、シフト状態でシフト用モータ１５が故障した場
合には、前記電磁クラッチ１７によって当該モータ１５
とシフト機構部１ａ〜１ｃとを切り離して、ウォーム４
４を回動させることにより、シフト状態を容易に解除す
ることができる。

【００２７】前記の実施の形態では、シフト用モータ１
５を正逆転可能な構成としたが、一方向にのみ回転する
汎用のモータを使用する場合には、図７に示すように、
このシフト用モータ１５と電磁クラッチ１７との間にサ
ブギヤボックス５０を設けて、正逆転が可能な構成とす
ることができる。すなわち、このサブギヤボックス５０
は、第１、第２、第３の各シャフト５１，５２，５３が
並列配置され、各シャフト５１，５２，５３に正逆転切
換用の歯車５５〜５８がそれぞれ取り付けられ、また、
第１シャフト５１は、シフト用モータ１５の出力軸に対
して、軸方向に移動可能に連結されており、さらにこの
第１シャフト５１にはボールネジ６１を介して正逆転切
換用モータ６２が接続されている。

【００２８】そして、正転の場合には、正逆転切換用モ
ータ６２とボールネジ６１とによって図示のように３つ
の歯車５５，５６，５８が組み合わされて、第３シャフ
ト５３がシフト用モータ１５と同じ方向に回転される。
また、逆転の場合には、第１、第３シャフト５１，５３
の他方の各歯車５４，５７が組み合わされて、第３シャ
フト５３がシフト用モータ１５と逆方向に回転される。
このような構成により、一方向のみに回転する汎用のシ
フト用モータ１５を適用して、これをシフト用モータと
して兼用することが可能になる。

【００２９】前記の実施の形態では、セレクト側減速機
構Ｘを構成する平歯車２７，２８，３０，３１、および
シフト側減速機構Ｙを構成する歯車４１，４２，４４，
４５等は全て金属製のものを使用しているが、合成樹脂
製のものや、或いは油含浸焼結材を使用することも可能
である。このような材質のものを使用する場合には、オ
イルやグリスといった潤滑剤が不要であり、かつ、低温
時でも円滑な作動状態を確保することができるといった
利点がある。

【００３０】この実施の形態では、便宜上、４段変速の
場合について説明したが、変速段数はこれに限定される
ものではない。その他の点においても前記の実施の形態
に限定されるものではなく、変速操作機構Ｃの部分に関
して発明の要旨の範囲内において種々の応用、変形を加
えることが可能である。たとえば、この実施の形態で
は、セレクトシャフト７のセレクト方向の移動でシフト
機構部１a〜１cの選択を行い、セレクトシャフト７の回
転でシフトシャフト３を駆動するようにしているが、こ
れとは逆に、セレクトシャフト７の回転でシフト機構部
１a〜１cの選択を行い、セレクトシャフト７の移動でシ
フトシャフト３を駆動するような構成とすることもでき
る。また、セレクト用モータ１４として、直流モータに
代えてステッピングモータを使用することもできる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。請
求項１に係る自動車用変速機によれば、変速操作を行う
ための変速操作機構がシフトフォークを有する複数のシ
フト機構部と、各シフト機構部の内の一つと選択的に係
合されるセレクト機構部とを備え、このセレクト機構部
には、シフト機構部の内の一つを選択するためのセレク
ト用モータと、選択されたシフト機構部を駆動するため
のシフト用モータとが共に連結されているものであり、
従来の手動式の変速機を基本構成とするため、高い伝達
効率を確保できるとともに、変速操作がモータの動力を
利用した電動式のものとなるため、変速操作も比較的容
易に行え、かつ安価、軽量、コンパクトになり、小型車
にも十分に適用可能となる。

【００３２】請求項２に係る自動車用変速機によれば、
直流モータにより、シフト動作に必要な力を容易に得る
ことができるので、電気制御方式の変速機を容易に実現
できる。

【００３３】請求項３に係る自動車用変速機によれば、
シフト機構部からシフト用モータに対して一定値以上の
トルクが作用した場合に、電磁クラッチの摩擦部分を滑
らせて、シフト用モータに過大トルクが作用するのを防
止することができる。このため、シフト用モータが破損
するのを防止することができる。また、シフト状態でシ
フト用モータが故障した場合でも、前記電磁クラッチに
よって当該モータとシフト機構部とを切り離すことによ
り、シフト状態を容易に解除することができる。

【００３４】請求項４に係る自動車用変速機によれば、
シフト側減速機構を構成する歯車に対してオイルやグリ
ス等の潤滑剤を供給する必要がないので、メンテナンス
フリーを達成することができるとともに、低温時でも円
滑な作動状態を確保することができる。

【００３５】請求項５に係る自動車用変速機によれば、
セレクト側減速機構を逆効率が良好な平歯車で構成して
いるので、セレクト用モータが異常停止した場合でも、
当該平歯車を外力により容易に回転させることができ
る。このため、セレクト用モータの異常時においても、
外力によりセレクト操作を支障なく行うことができる。

【００３６】請求項５に係る自動車用変速機によれば、
前記セレクト側減速機構を構成する平歯車に対してオイ
ルやグリス等の潤滑剤を供給する必要がないので、メン
テナンスフリーを達成することができるとともに、低温
時でも円滑な作動状態を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動車用変速機における変速パターン
の一例を示す説明図である。

【図２】図１に示した変速パターンに対応する変速操作
機構の要部を示す斜視図である。

【図３】変速操作機構を駆動するための電気系統の全体
構成を示すブロック図である。

【図４】変速操作機構の詳細を示す正面図である。

【図５】図４のＡ矢視図である。

【図６】図４のＢ矢視図である。

【図７】本発明の自動車用変速機の他の実施の形態を示
す正面図である。

【符号の説明】 １ａ シフト機構部 １ｂ シフト機構部 １ｃ シフト機構部 ２ セレクト機構部 ３ シフトシャフト ７ セレクトシャフト １４ セレクト用モータ １５ シフト用モータ １７ 摩擦式電磁クラッチ ２７，２８，３０，３１ 平歯車 ４１，４２ ベベル歯車 ４４ ウォーム ４５ ウォーム歯車 ５０ サブギヤボックス Ｃ 変速操作機構 Ｘ セレクト側減速機構 Ｙ シフト側減速機構

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】変速操作を行うための変速操作機構が、シ
   フトフォークを有する複数のシフト機構部と、前記各シ
   フト機構部の内の一つと選択的に係合されるセレクト機
   構部とを備え、 前記セレクト機構部には、この機構部を前記シフト機構
   部の内の一つと選択的に係合するように駆動するセレク
   ト用モータと、選択されたシフト機構部を駆動して前記
   シフトフォークによる変速操作を行わせるシフト用モー
   タとが共に連結されていることを特徴とする自動車用変
   速機。
2. 【請求項２】前記シフト用モータが直流モータである請
   求項１記載の自動車用変速機。
3. 【請求項３】前記シフト用モータの出力を、摩擦式電磁
   クラッチを介して前記シフト機構部に伝達する請求項１
   記載の自動車用変速機。
4. 【請求項４】前記シフト用モータの出力を、合成樹脂材
   或いは油含浸焼結材からなる歯車を備えるシフト側減速
   機構を介して前記シフト機構部に伝達する請求項１記載
   の自動車用変速機。
5. 【請求項５】前記セレクト用モータの出力を、平歯車か
   らなるセレクト側減速機構を介して前記セレクト機構部
   に伝達する請求項１記載の自動車用変速機。
6. 【請求項６】前記平歯車が、合成樹脂材或いは油含浸焼
   結材からなる請求項５記載の自動車用変速機。