JP2005214215A

JP2005214215A - 変速機

Info

Publication number: JP2005214215A
Application number: JP2004017786A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yamazaki; 勝山崎; Hiroshi Kuroiwa; 弘黒岩
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-27
Also published as: JP4252905B2

Abstract

【課題】
変速時間の間延びや異音の発生を抑えた高い変速品質のシフト機構を提供すること。
【解決手段】
ドラムのガイド溝に移動可能な移動ブロックを設置し、移動ブロックの位置を変えることで、通常の変速を行うガイド溝形状（通常溝）と飛び変速を行うガイド溝形状（バイパス溝）の２系統の溝の切り換えを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の変速機に係わり、特に自動用平行軸式変速機のシフト操作を行うアクチュエータに関する。

自動車用平行軸式変速機のシフト操作を行う機構では、各変速段に対応して多数あるシフトフォークを円滑に動作させるため、円筒カムであるシフトドラムを用いた形式が従来から考案されている。シフトドラムを用いた方式では、ドラムを回転させるという単一の動作でシフトの操作を行えるため、操作機構を簡略化でき、機構の単純化と省スペース化等がおこない得る。このような利点からこの形式を採用するシステムも多い。しかし、円筒のドラム表面に形成されたガイド溝に沿ってシフトフォークが動くことで変速を行うため、変速は１速から２速、３速と順番に実行されなければならない。急速に１段以上離れた段への変速（飛び変速）を実行したい場合、この、順番に変速が実行される事が、変速時間の間延びや異音の発生の原因となり、変速品質を悪化させてしまう。そこで、例えば、最高段からニュートラルを戻る溝を設けたシフトドラムを用いる方式が考案され、最高段からニュートラルへの復帰時間を短縮するものが特許文献１に記載されている。

特開平７−１２７７４０号公報

しかしながら、上記の従来技術の構成では、最高段からニュートラルへの復帰動作は短縮化できるが、飛び変速において不使用段への経由動作を省略できるものではなかった。このことは、例えば、１速から３速に飛び変速を行いたい場合、必ず途中の２速を経由しなければならないことを意味し、この途中の経由の動作が、変速時間の間延びや異音の発生につながり、変速品質を落としてしまう懸念がある。

本発明の目的は、シフトドラムを用いたシフト機構において、
変速途中の不使用段への経由動作を省略させて、例えば１速から３速等の飛び変速動作を可能とし、迅速に変速動作を行えるシフト機構を備えた変速機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、通常溝とバイパス溝の２系統の溝を形成することが可能なシフトドラムと、シフトドラムを回転させる駆動手段と、ガイド溝に一端が噛み合い、ガイド溝の蛇行によって直線運動するシフトフォークを備える。

駆動手段を有し、該駆動手段の動力によって、ガイド溝が形成されたシフトドラムが回転させられ、該シフトドラムに形成されたガイド溝に一端が噛み合い、ガイド溝の蛇行によって直線運動がなされて変速動作を実行させるシフトフォークを有する変速機において、前記ガイド溝は、通常溝と、途中の変速段を飛び越して形成されたバイパス溝とから構成され、前記通常溝とバイパス溝の一方を前記シフトフォークが通過可能とされ、他方を閉塞する溝シフト手段が設けられた変速機を提供する。

本発明によれば、シフトドラムを用いたコンパクトなシフト機構に、例えば１速から３速等の途中段を飛び越して変速する飛び変速を可能とすることができ、変速時間の間延びや異音の発生を抑え変速品質を高めることができる。

電気モータを有し、電気モータの動力によって、ガイド溝が形成されたシフトドラムが回転させられ、該シフトドラムに形成されたガイド溝に一端が噛み合い、ガイド溝の蛇行によって直線運動がなされて変速動作を実行させるシフトフォークを有する変速機において、前記ガイド溝は、通常溝と、途中の変速段を飛び越して形成されたバイパス溝とから構成され、前記通常溝とバイパス溝の一方を前記シフトフォークが通過可能とされ、他方を閉塞する溝シフト手段が設けられ、前記ガイド溝には窪みが形成され、この窪みには該ガイド溝の溝方向に対し直角方向に移動可能な前記溝シフト手段の移動ブロックが配設され、該移動ブロックを移動させる移動ブロック移動手段が前記シフトドラムの内部に設けてある変速機が構成される。

また、前記移動ブロック移動手段は、前記移動ブロックを押し付けるばねと、該ばねの作用する向きと逆方向に前記移動ブロックを動かすアクチュエータから構成され、前記移動ブロックは前記ばね力によって前記通常溝を構成する位置に押し付けられ、前記アクチュエータによって前記バイパス溝を構成する位置に押し付けられる。
前記通常溝は、山型状に蛇行した形状をなし、前記バイパス溝は直線形状をなすようにして構成される。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は本実施例によるシフト機構を自動車用平行軸式変速機に取り付けた場合の構成を示したものである。図２はシフトドラム上に構成されるガイド溝形状をシフトドラム３０を展開して示したものである。図１をもとに構成を説明する。駆動源であるエンジン３１に変速機３３が取り付けられている。変速機３３とエンジン３１に間にはエンジンの回転トルクの伝達量を制御する発進クラッチ３２が取り付けられている。発進クラッチ３２は変速機の入力軸ＳＩに接続される、入力軸ＳＩの回転はカウンタドライブギヤＤＣ、カウンタドリブンギヤＧＣを通じてカウンタシャフトＳＣへと伝えられる。カウンタシャフトＳＣの回転は変速機の各変速段に相当する減（増）速を行うカウンタ軸上の各ギヤと出力軸上の各ギヤ（１速用ドライブギヤＤ１、１速用ドリブンギヤＧ１、２速用ドライブギヤＤ２、２速用ドリブンギヤＧ２、３速用ドライブギヤＤ３、３速用ドリブンギヤＧ３、４速用ドライブギヤＤ４、４速用ドリブンギヤＧ４、５速用ドライブギヤＤ５、５速用ドリブンギヤＧ５）を通じて減（増）速される。各ギヤは、カウンタ軸上もしくは出力軸上に配置される同期噛み合い機構（１、２速用同期噛み合い機構ＨＣ１、または、３、４速用同期噛み合い機構ＨＣ２、５速用同期噛み合い機構ＨＣ３）によって軸との締結・解放を選択的に制御できるようになっている。シフトドラム３０は３個ある同期噛み合い機構を制御するため、シフトドラム上に３本のガイド溝４１（４１ｇ、４２ｇ、４３ｇ）を持ち、各々のガイド溝の案内によってシフトシャフト６上を摺動するシフトフォーク５１、５２、５３を備える。

シフトドラム３０のガイド溝４１は外側ドラム４ｏと移動ブロック４１ｍ、４２ｍとから形成され、移動ブロック４ｍは内側ドラム４ｉと一体となっており、内側ドラム４ｉは外側ドラム４ｏに対して回転拘束され軸方向に摺動が可能である。すなわち、内側ドラム４ｉが軸方向に摺動すると、それに伴って移動ブロック４１ｍ、４２ｍが選択的に移動するようになっている。内側ドラム４ｉは図示しない戻しばねと切り換えソレノイド７によって位置制御される。ソレノイド７の通電しない状態では戻しばねの力によって初期位置にあるが、ソレノイド７に通電すると戻しばね力に打ち勝って移動し作動位置に内側ドラム４ｉは移動する。ここで移動ブロック４ｍの初期位置はシフトドラム３０のガイド溝４１が通常の溝５ｒ１となる位置、作動位置はガイド溝４１がバイパス溝５ｒ２となる位置とする。

シフトドラム３０の回転は駆動手段によって行われる。本実施例では駆動手段に電気モータ１を用いている。電気モータ１の出力軸に取り付けられた駆動ギヤ２と外側ドラム４ｏに取り付けられた従動ギヤ３が噛み合い、電気モータ１の回転トルクをシフトドラム３０へと伝え回転させる。尚、シフトドラム３０の位置は図示しないセンサ等で読み取り、図示しない上位の制御器で位置制御の演算が実施され、電気モータ１への供給電力を調整し、所定の回転角度となるように制御されているとする。また、ソレノイド７への電力供給も該制御器が実施しているとする。また、駆動手段は油圧式のシリンダであっても良いし、その他の動力源であっても良い。

さて、上記構成の本実施例でのシフト機構の動作について説明すれば以下のようである。
まず、１速から３速への飛び変速を１速、２速、続いて３速へと操作して行う場合の動作を説明する。
１速の状態では、シフトドラム上のガイド溝４１ｇによるガイドにより、１、２速用シフトフォーク５１が操作され、１、２速用同期噛み合い機構ＨＣ１が作動し、出力軸ＳＯと１速ドリブンギヤＧ１が締結されている。この状態でエンジン３１の動力は発進クラッチ３２、入力軸ＳＩ、カウンタドライブギヤＤＣ、カウンタドリブンギヤＧＣ、１速ドライブギヤＤ１、１速ドリブンギヤＧ１、１、２速用同期噛み合い機構ＨＣ１、出力軸ＳＯと伝達される。ここで、変速指令が入ると、図示しない上位の制御器によって発進クラッチ３２の伝達トルクとエンジン３１の出力を調整して、変速機入力軸にかかるトルクを小さくした状態とする。その後、モータ１に通電し、シフトドラムを２速位置へと回転させる。この際、シフトドラムの１、２速用のガイド溝４１ｇによって、１、２速用シフトフォーク５１はシフトシャフト６に沿って移動し、１、２速用同期噛み合い機構ＨＣ１を切り換え、出力軸ＳＯと１速ドリブンギヤＧ１を解放し、出力軸ＳＯと２速ドリブンギヤＧ２を締結させる。続いて、さらに３速位置へとシフトドラム３０を回転させる。この際、シフトドラムの１、２速用のガイド溝４１ｇによって、１、２速用シフトフォーク５１はシフトシャフト６に沿って移動し、１、２速用同期噛み合い機構ＨＣ１を切り換え、出力軸ＳＯと２速ドリブンギヤＧ２を解放する。同時に、シフトドラムの２、３速用のガイド溝４２ｇによって、２、３速用同期噛み合い機構ＨＣ２を切り換え、出力軸ＳＯと３速ドリブンギヤＧ３を締結させる。後に、図示しない上位の制御器によって発進クラッチ３２の伝達トルクとエンジン３１の出力を調整して、変速機入力軸にかかるトルクを通常の状態に戻し、３速の走行状態とする。ガイド溝４２ｇには移動ブロック４２ｍが配設されている。

次に、１速から３速への飛び変速を本実施例による、バイパス溝つきのシフトドラムを有するシフト機構を用いて行った場合を説明する。
１速の状態では、前述の通り、シフトドラム上のガイド溝４１ｇによるガイドにより、１、２速用シフトフォーク５１が操作され、１、２速用同期噛み合い機構ＨＣ１が作動し、出力軸ＳＯと１速ドリブンギヤＧ１が締結された状態となっている。ここで、変速指令が入ると、図示しない上位の制御器によって発進クラッチ３２の伝達トルクとエンジン３１の出力を調整して、変速機入力軸にかかるトルクを小さくした状態とする。同時に、ソレノイド７へ通電し、ソレノイドの発生する推力で内側ドラム４ｉを押し込み、１、２速ガイド溝の移動ブロック４１ｍも移動させ、バイパス通路を形成させる。その後、モータ１に通電し、シフトドラムを３速位置へと回転させる。この際、まず、シフトドラムの１、２速用のガイド溝４１ｇによって、１、２速用シフトフォーク５１はシフトシャフト６に沿って移動し、１、２速用同期噛み合い機構ＨＣ１を切り換え、出力軸ＳＯと１速ドリブンギヤＧ１を解放する。次に、シフトドラムは２速位置となるが、１、２速ガイド溝の移動ブロック４１ｍが移動し、バイパス溝が形成されている状態であるので２速への操作は行われず、同期噛み合い機構の操作は行われず、すぐに３速位置へとシフトドラムは進む。３速位置へでは、シフトドラムの２、３速用のガイド溝４２ｇによって、２、３速用同期噛み合い機構ＨＣ２を切り換え、出力軸ＳＯと３速ドリブンギヤＧ３を締結させる。後に、図示しない上位の制御器によって発進クラッチ３２の伝達トルクとエンジン３１の出力を調整して、変速機入力軸にかかるトルクを通常の状態に戻し、３速の走行状態とする。

図３ないし図７を用いて移動ブロック４ｍによって通常溝とバイパス溝の２系統を構成することについて詳細に説明する。尚、図１、図２における移動ブロック４１ｍを４ｍで、ガイド溝４１ｇを４ｇで総称して使用する。

図３は本実施例による通常溝とバイパス溝の２系統の溝を形成することが可能なシフトドラムを用いて自動車の変速機を操作するシフト機構の実施例の概略構成図である。尚、変速機ではシフト機構は、通常二つの段数に対応する機構が一体化されており、例えば前進５速、後進１速の変速では、１速２速用、３速４速用、５速後退用の３系統がある。本実施例では多数あるシフト機構の系統のうち１系統のみを示している。ここでは、図示したシフト機構は１速２速用のものであり１速と２速の切り替えを行うシフト機構であるとする。すなわち、１速と２速のシフト制御を行い、３速他の段数ではニュートラル位置となる機構である。変速機は同期噛み合い方式であるとする。同期噛み合い式では噛み合い歯付きのギヤと、シフトシャフト６に回転拘束されて軸方向に摺動可能なスリーブを設け、スリーブを軸方向に運動させることによって、スリーブの歯とギヤの噛み合い歯との締結、解放を制御し変速をおこなう。尚、ギヤ、スリーブ等は本実施例では図示していない。スリーブを動かす部材がシフトフォーク５であり、シフトフォーク５の接触部５ｂはスリーブに設けられた溝にはめられ、スリーブを回転自由としつつ、軸方向の移動を拘束する。すなわち、シフトフォーク５を軸方向に移動させることでスリーブも移動しギヤとの締結、解放が行われる。シフトフォーク５はシフトシャフト６で支持され、図示しない変速機ケースに取り付けられている。シフトシャフト６は変速機３３に軸方向に摺動可能に取り付けられている。シフトフォーク５はシフトシャフト６とスリーブによる拘束によって回転や傾きが拘束され、軸方向にのみ運動することができるようになる。シフトフォーク５の一端５aはシフトドラム３０の表面に形成されたガイド溝４ｍに噛み合っている。シフトドラム３０のガイド溝４ｇは外側ドラム４ｏと移動ブロック４ｍとから形成され、移動ブロック４ｍは内側ドラム４ｉと止め具９によって一体となっており、内側ドラム４ｉは外側ドラム４ｏに対して回転拘束され軸方向に摺動運動が可能である。すなわち、内側ドラム４ｉが軸方向に摺動すると、それに伴って移動ブロック４ｍが窪み８内を移動するようになっている。すなわち、ガイド溝４ｇには窪み８が形成され、この窪み８にはガイド溝４ｇの溝方向に対し直角方向（シフトシャフト６方向に対して直角方向）に移動可能な溝シフト手段の移動ブロック４ｍが配設され、移動ブロック移動手段によって移動される。窪み８には、移動ブロック４ｍの移動に伴って通常溝５ｒ１、バイパス溝５ｒ２が形成されるようになっている（図４、図５）。通常溝５ｒ１は、山型状に蛇行した形状を成し、バイパス溝５ｒ２は直線形状をなしている。従って、移動ブロック４ｍはこれらの通常溝５ｒ１、バイパス溝５ｒ２を形成する形状とされている。内側ドラム４ｉは図示しない戻しばねと切り換えソレノイド７によって位置制御される。ソレノイド７の通電しない状態では戻しばねの力によって初期位置にあるが、ソレノイド７に通電すると戻しばね力に打ち勝って移動し作動位置に内側ドラム４ｉは移動する。ここで移動ブロック４ｍの初期位置はシフトドラム３０のガイド溝４ｇが通常の溝５ｒ１となる位置、作動位置はガイド溝４ｇがバイパス溝５ｒ２となる位置とする。シフトドラム３０の回転は駆動手段によって行われる。本実施例では駆動手段に電気モータ１を用いている。前述のように、電気モータ１の出力軸に取り付けられた駆動ギヤ２と外側ドラムに取り付けられた従動ギヤ３が噛み合い、電気モータ１の回転トルクをシフトドラム３０へと伝え回転させる。尚、シフトドラム３０の位置はセンサ等で読み取り、図示しない上位の制御器で位置制御の演算が実施され、電気モータ１への供給電力を調整し、所定の回転角度となるように制御されているとする。また、ソレノイド７への電力供給も該制御器が実施しているとする。また、駆動手段は油圧式のシリンダであっても良いし、その他の動力源であっても良い。

さて、上記構成の本実施例でのシフト機構の動作について説明すれば以下のようである。
今、１速から２速へ、続いて３速へと連続して変速動作を行うとする。この場合、シフトドラム３０と移動ブロック４ｍの位置関係と、シフト位置の関係を図４に示す。図４は、シフトドラム３０の側面を展開して示したシフトドラム側面展開図である。図にはシフトフォークの一端５ａの１速の状態での位置ｓ１、２速の状態での位置ｓ２、３速の状態での位置ｓ３を示してある。すなわち、１速の状態では、シフトフォーク５の一端５ａは、１速の状態での位置ｓ１にあり、変速要求があり２速の状態にしたい場合は、制御器から電力を電気モータ１に供給し回転トルクを発生させてシフトドラム３０を回転させる。するとガイド溝４ｇの壁面によってシフトフォーク５の一端５ａは軸方向に動かされ通常溝５ｒ１を通過して、２速の位置ｓ２に達する。同様に２速から３速へと変速する場合は、さらにシフトドラム３０を回転させると同様に、ガイド溝の壁面でシフトフォーク５の一端５ａは動かされて軸方向に移動し、３速の位置ｓ３に達する。

次に、１速から３速へと飛び変速を行うとする。この場合、ソレノイド７に通電し、ソレノイド７の発生する推力で内側ドラム４ｉを押し込む。すると、内側ドラム４ｉの移動に伴い移動ブロック４ｍも移動する。この状態でのシフトドラム側面展開図を図５に示す。１速の状態ではシフトフォーク５の一端５ａは、１速の状態での位置ｓ１にあり、シフトドラム３０を回転させると、シフトフォーク５の一端５ａはガイド溝４ｇの壁面によって軸方に移動させられる。しかし、連続して変速する場合とは異なり、ソレノイド７への通電によって移動ブロック４ｍが移動し、ちょうど２速の場所を塞ぎ、すなわち通常溝５ｒ１を塞ぎ、１速から３速へ向かうようにバイパス溝５ｒ２内をガイドするようになる。すなわち、シフトフォーク５の一端５ａは１速の位置ｓ１から３速の位置ｓ３へと進み、結果１速から３速への飛び変速が実行できる。また、逆方向の３速から１速への飛び変速も同様の動作で飛び変速が実行できる。

以上の通常の１速、２速、３速と変速する通常の変速時の状態を図６に示す。また１速から３速へと飛び変速する状態を図７に示す。それぞれの移動ブロック４ｍによって形成される通常溝５ｒ１、バイパス溝５ｒ２は図示のようになる。

以上のように、本実施例によれば、シフトドラム３０を用いたシフト機構において、１速から３速等への飛び変速が可能とすることができ、向上させつつ、シフトドラム式の利点である機構の単純化と省スペース化を生かしたまま、変速時間の間延びや異音の発生を抑えた高い変速品質のシフト機構を構成できる。

また、本実施例では、移動ブロック４ｍの動作にばねとソレノイドを用いたが、双方がソレノイドであっても良いし、シフトドラムの回転により生じる回転力を利用しても良い。

以上のように、本実施例によれば、シフトドラムを用いたシフト機構において、１速から３速等への飛び変速を迅速に実行することができ、シフトドラム式の利点である機構の単純化と省スペース化を生かしたまま、変速時間の間延びや異音の発生を抑えた高い変速品質のシフト機構を構成できる。

本発明によるシフトドラムを用いて自動車の変速機を操作するシフト機構の変速機への搭載例の概略構成図である。本発明によるシフトドラム上のガイド溝と移動ブロックを示す。本発明によるシフトドラムを用いて自動車の変速機を操作するシフト機構の実施例の概略構成図である。移動ブロック初期位置でのシフトドラムと移動ブロックの位置関係と、シフト位置の関係を示すシフトドラムの側面展開図である。移動ブロック作動位置でのシフトドラムと移動ブロックの位置関係と、シフト位置の関係を示すシフトドラムの側面展開図である。移動ブロック初期位置でのシフト機構の概略図である。移動ブロック作動位置でのシフト機構の概略図である。

符号の説明

１…電気モータ、２…駆動ギヤ、３…従動ギヤ、４ｉ…内側ドラム、４ｏ…外側ドラム、４ｇ…ガイド溝、４ｍ…移動ブロック、５…シフトフォーク、５ａ…シフトフォークの一端、５ｂ…シフトフォークの接触部、６…シフトシャフト、７…ソレノイド、ｓ１…１の状態での位置、ｓ２…２の状態での位置、ｓ３…３の状態での位置、５ｒ１…通常溝、５ｒ２、バイパス溝、３１…エンジン、３２…発進クラッチ、３３…変速機、４１ｇ…１、２速用ガイド溝、４２ｇ…３、４速用ガイド溝、４３ｇ…５、Ｒ速用ガイド溝、４１ｍ…１、２速用ガイド溝移動ブロック、４２ｍ…３、４速用ガイド溝移動ブロック、５１…１、２速用シフトフォーク、５２…３、４速用シフトフォーク、５３…５速用シフフォーク、ＳＩ…入力軸、ＳＣ…カウンタ軸、ＳＯ…出力軸、ＤＣ…カウンタドライブギヤ、ＧＣ…カウンタドリブンギヤ、Ｄ１…１速ドライブギヤ、Ｇ１…１速ドリブンギヤ、Ｄ２…２速ドライブギヤ、Ｇ２…２速ドリブンギヤ、Ｄ３…３速ドライブギヤ、Ｇ３…３速ドリブンギヤ、Ｄ４…４速ドライブギヤ、Ｇ４…４速ドリブンギヤ、Ｄ５…５速ドライブギヤ、Ｇ５…５速ドリブンギヤ、ＨＣ１…１、２速用同期噛み合い機構、ＨＣ２…３、４速用同期噛み合い機構、ＨＣ３…５速用同期噛み合い機構、p…シフトポジション。

Claims

駆動手段を有し、該駆動手段の動力によって、ガイド溝が形成されたシフトドラムが回転させられ、該シフトドラムに形成されたガイド溝に一端が噛み合い、ガイド溝の蛇行によって直線運動がなされて変速動作を実行させるシフトフォークを有する変速機において、
前記ガイド溝は、通常溝と、途中の変速段を飛び越して形成されたバイパス溝とから構成され、前記通常溝とバイパス溝の一方を前記シフトフォークが通過可能とされ、他方を閉塞する溝シフト手段が設けられたこと
を特徴とする変速機。
請求項１において、前記ガイド溝には窪みが形成され、この窪みには該ガイド溝の溝方向に対し直角方向に移動可能な前記溝シフト手段の移動ブロックが配設され、該移動ブロックを移動させる移動ブロック移動手段が前記シフトドラムの内部に設けてあることを特徴とする変速機。
請求項２において、前記移動ブロック移動手段は、前記移動ブロックを押し付けるばねと、該ばねの作用する向きと逆方向に前記移動ブロックを動かすアクチュエータから構成され、前記移動ブロックは前記ばね力によって前記通常溝を構成する位置に押し付けられ、前記アクチュエータによって前記バイパス溝を構成する位置に押し付けられることを特徴とする変速機。
請求項１において、前記通常溝は、山型状に蛇行した形状をなし、前記バイパス溝は直線形状をなすことを特徴とする変速機。