JP2010507053A - トランスミッションにおけるフローティング歯車の操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、容易かつ低コストで生産可能であるとともに、多くの空間を占めずに軽量である上、ギヤとして使用する際には高い効率が得られる、歯車である構成部材を操作する装置を提供すること。
【解決手段】シャフト３上で支持されつつ回転可能な構成部材を操作する装置であって、電気式アクチュエータ５，１７を備えた少なくとも１つの切換機構４Ａ，４Ｂを介して前記構成部材が接続状態に移行可能であり、該構成部材は、前記シャフト３に結合されているとともに、接続状態と非接続状態とを切り換えるための力を前記シャフト３の内部から受けるよう構成された前記装置において、少なくとも１つの前記電気式アクチュエータ５，１７の少なくとも一部を前記シャフト３の内部に配置した。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づくトランスミッションにおけるフローティング歯車の操作装置に関するものである。

公知のカウンタギヤ装置においては、フローティング歯車として機能する歯車の接続又は接続解除を行うに当たって、例えばシンクロ部材、つめ、摩擦部材などの要素をシフトフォーク、シフトスイングなどによって操作している。ここで、これらシフトフォーク、シフトスイングなどは、少なくとも１つのフローティング歯車を支持するシャフトについて外側から上記要素に係合するようになっている。

また、共通のシフト要素によって操作され、かつ、隣り合う２つのフローティング歯車間の間隔は、特に、スライドスリーブの幅と、少なくとも１つのフローティング歯車の接続のためにスライドスリーブを移動させるシフトゲートの幅とによって決められる。

しかしながら、外部からシフト要素を操作するカウンタギヤ装置においては、径方向に大きな空間が必要となってなってしまう。また、この空間は、特に自動車においては限られた用途にしか用いることができない。

そこで、トランスミッションにおける空間を削減するために、例えばツインクラッチトランスミッション、オートマチックトランスミッション、遊星歯車ギヤなどのトランスミッションのシフト要素を、フローティング歯車を支持するシャフトの内部から操作するものが知られている（特許文献１〜３）。これら特許文献１〜３には、シャフトから出たシフト要素を、油圧式、空圧式、機械式及び／又は電気機械式の制御によって操作するための様々な方法が開示されている。

従来におけるフローティング歯車として機能する歯車の接続又は接続解除を機械的又は電気機械的に操作するシフト要素においては、例えば、シフト要素をシャフトを貫通するロッドによって操作するようになっている。また、シャフトあるいはフローティング歯車を備えたギヤセットの外周側にはＨ型配線図の形成又は電気的な操作のための適当な切換システムが必要であり、これにより製造コストが大きくなる上、トランスミッションの重さも不所望な規模で大きくなってしまう。さらに、シャフトの外周部に設けられた切換システムは、その径方向に大きな空間を占めるとともに、多くの摩擦損失も発生させることになる。

独国特許出願公開第１０２０６８４号明細書 独国特許出願公開第４３２５９６４号明細書 独国特許出願公開第１０３０２５０２号明細書

本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、シャフト上に結合され回転する特にフローティング歯車として機能する歯車である構成部材を操作する装置を提供することにある。ここで、この装置は、容易かつ低コストで生産可能であるとともに、多くの空間を占めずに軽量である上、ギヤとして使用する際には高い効率が得られるものである。

上記目的は、請求項１記載の特徴を有する装置によって達成される。

本発明は、特にトランスミッションにおけるフローティング歯車として形成された歯車である、シャフト上で支持されつつ回転可能な構成部材を操作する装置であって、電気式アクチュエータを備えた少なくとも１つの切換機構を介して前記構成部材が接続状態に移行可能であり、該構成部材は、前記シャフトに結合されているとともに、接続状態と非接続状態とを切り換えるための力を前記シャフトの内部から受けるよう構成された前記装置において、少なくとも１つの前記電気式アクチュエータの少なくとも一部を前記シャフトの内部に配置したことを特徴としている。

これにより、軽量化のために通常は中空状に形成されつつフローティング歯車を支持するシャフトの内部において、この領域にフローティング歯車である歯車を操作する電気式アクチュエータを配置することで容易に従来のトランスミッションに使用されてきた空間を利用することが可能であるとともに、トランスミッションの径方向及び／又は軸方向に占める空間を容易に低減することも可能である。

また、電気式アクチュエータの使用と、フローティング歯車を支持するシャフト内部への電気式アクチュエータの配置とにより、従来用いられているスイッチング装置（Schaltmimik）を設ける必要がなくなり、シャフトの外周領域における空間を低減することが可能となる。

さらに、従来に比して構造的に簡易な切換装置によって、トランスミッション全体の重量を低減することが可能である。そして、内部で切換に必要なフローティング歯車の操作力の伝達等を行う切換システムの径が従来のものに比して小さくなっているため、フローティング歯車の操作中における摩擦損失を抑制することも可能である。

本発明に係る装置の一実施形態は、電気式アクチュエータを、回転可能にトランスミッションのケーシング部材に結合したことを特徴としている。これにより、電気式アクチュエータと、該アクチュエータと相互に作用しつつトランスミッションのケーシング部材又は本発明による装置が備えるシステム（例えばウェッジブレーキシステム）のケーシング部材に設けられた構成部材との間で容易にエネルギー交換及びデータ伝達を行うことが可能である。

このような構成に代えて、本発明の一実施形態は、電気式アクチュエータを、回転可能に、回転可能な構成部材を支持するシャフトに結合したことを特徴としている。すなわち、電気式アクチュエータは、シャフトと同回転数で回転する。このような構成によれば、電気式アクチュエータをシャフトのケーシング内への組込前にシャフトに取り付けることが可能であるとともに、該電気式アクチュエータ及びシャフトによって、規格化されたモジュールを形成することも可能である。

ここで、このモジュールとは、トランスミッション又は他のシステムの最終組立を行う際に、１つの組立ステップにおいてケーシング内に組み付けられるものである。さらに、このような実施形態における装置の機能を、トランスミッション又は他のシステムのケーシング部材外部において、適当な検査装置によって検査することができる。

本発明の他の実施形態は、切換機構を、電気式アクチュエータと構成部材の間に駆動変換装置を備える構成とし、該駆動変換装置によって電気式アクチュエータの回転運動を直線運動に変換するよう構成したことを特徴としている。このような実施形態において、前記駆動変換装置を、セルフロック式であるか、又はセルフロック式でないスピンドル−ナット機構として構成することも考えられる。このようにすることで、電気式アクチュエータの回転運動を、構成部材の切換のために必要な操作力を生む直線運動に構造的に簡易に変換することが可能となる。

また、電気式アクチュエータの駆動出力及びこの電気式アクチュエータの占める空間をできる限り小さく抑えるために、本発明の一実施形態においては、電気式アクチュエータと前記駆動変換装置との間に特に遊星歯車である歯車を設けたことを特徴としている。このような歯車により、電気式アクチュエータの駆動出力を構成部材の操作に必要な規模に変換することが可能である。

また、本発明の一実施形態は、電気式アクチュエータをモータとして形成するとともに、該モータによって構成部材の接続状態を維持することが可能であるよう構成したことを特徴としている。これにより、構成部材の接続状態を維持するための追加的な部材を設ける必要がなくなる。

このような実施形態に代えて、本発明の他の実施形態は、電気式アクチュエータによって構成部材の接続状態を維持するために、非通電時には構成部材の接続状態からの移行を阻止する電気制御式の制動部材を設けたことを特徴としている。

また、電気式アクチュエータによって操作される構成部材に応じて、電気式アクチュエータを、前記構成部材に設けられた切換機構の実際の切換状態及び／又は実際の駆動出力に応じて制御するよう構成することが可能である。仮に、電気式アクチュエータの駆動力によって例えばトランスミッションのフローティング歯車を切り換えるシフトフォークが操作されると、電気式アクチュエータは、シフトフォークの実際の位置に応じて制御される。

また、電気式アクチュエータによってトランスミッションの摩擦式多板切換要素が制御される場合には、多板式切換要素によって伝達されるトルクが摩擦要素に作用する操作力に応じて生じるため、電気式アクチュエータの駆動出力が制御される。

本発明によれば、、容易かつ低コストで生産可能であるとともに、多くの空間を占めずに軽量である上、ギヤとして使用する際には高い効率が得られる特にフローティング歯車として機能する歯車である構成部材を操作する装置を提供することが可能である。

他の効果、及び実施形態は、請求項及び図面に基づく以下の説明に記載されている。

カウンタギヤ装置を備えた本発明の一実施形態に係る装置の概要を示す軸方向断面図である。 本発明の他の実施形態に係る装置の概要を示す図１と同様な図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１にはカウンタギヤ装置として形成されたトランスミッション１の一部が長手方向断面図として示されており、このカウンタギヤ装置は、メインシャフト２及びこれに平行に設けられたカウンタシャフト３を備えている。メインシャフト２上には固定歯車である複数の歯車２Ａ〜２Ｄが設けられており、これら歯車２Ａ〜２Ｄは、回転可能に構成されつつカウンタシャフト３上にフローティング歯車として設けられた複数の歯車３Ａ〜３Ｄに噛合するようになっている。

フローティング歯車３Ａ，３Ｂは、フローティング歯車３Ａ〜３Ｄの切換を行う切換装置４における第１の切換機構４Ａを介して切換可能となっており、一方、フローティング歯車３Ｃ，３Ｄは、切換装置４における第２の切換機構４Ｂを介して切換可能となっている。これにより、フローティング歯車３Ａ〜３Ｄは、カウンタシャフト３に対して回転しないよう該カウンタシャフト３に結合されることになる。

なお、切換装置４における第１及び第２の切換機構４Ａ，４Ｂは基本的に同じ構成となっているため、図１の説明について、以下では第１の切換機構４Ａについてのみ説明する。

しかして、切換機構４Ａは、本実施の形態においてモータとして構成された電気式アクチュエータ５と、電気式アクチュエータ５に接続された電子制御ユニット６とを備える構成となっているとともに、これら電気式アクチュエータ５及び電子制御ユニット６をトランスミッション１のケーシング部材７に結合させている。

また、電気式アクチュエータ５の出力軸（不図示）はスピンドル−ナット機構８におけるスピンドル８Ａに結合されており、そのため、スピンドル８Ａは、そのアクチュエータ側で駆動されて回転するとともに、ロック（回り止め）装置（不図示）を介してすべらないよう案内されるスピンドルナット８Ｂに螺合し、カウンタシャフト３の軸方向に沿って電気式アクチュエータ５から離れるか又は近づくように摺動する。

スピンドルナット８Ｂはカウンタシャフト３に貫設された本実施の形態では２つのボルト９Ａ，９Ｂと相互に作用するよう結合されており、これらボルト９Ａ，９Ｂは、カウンタシャフト３における長孔１０Ａ，１０Ｂ内で、スピンドルナット８Ｂによって摺動するようになっている。

これらボルト９Ａ，９Ｂは、トランスミッション１の動作時に回転し、このとき、カウンタシャフト３の回転軸回りに該カウンタシャフト３の回転速度と同速度で回転する。その一方、スピンドルナット８Ｂは回転しないようになっている。すなわち、ボルト９Ａ，９Ｂとスピンドルナット８Ｂの間において、フローティング歯車３Ａ，３Ｂを操作するための回転非伝達領域が形成される。

また、フローティング歯車３Ａ又は３Ｂをカウンタシャフト３に対して回転しないよう該カウンタシャフト３に結合させ、非接続状態から接続状態へ移行させるために、ボルト９Ａ，９Ｂは、そのスピンドルナット８Ｂと反対側の端部において、カウンタシャフト３を包囲するスリーブ１１に結合されている。このスリーブ１１は、カウンシャフト３上で軸方向に摺動可能に該カウンタシャフト３に係合している。

さらに、スリーブ１１は、そのカウンタシャフト３と反対側の外周面において所定の歯１１Ａを有している。この歯１１Ａは、その軸方向の位置に応じて、フローティング歯車３Ａに結合された歯１２又はフローティング歯車３Ｂに結合された歯１３に噛合するか、あるいはこれら歯１２と歯１３の間にありこれらに噛合しないニュートラル位置にある。なお、このニュートラル位置において、フローティング歯車３Ａ，３Ｂは、いずれもカウンタシャフト３に接続されていない。

スピンドル−ナット機構８，１４は、それぞれ駆動変換装置としての機能を果たすものであり、この駆動変換装置とは、電気式アクチュエータ５の回転駆動力を、フローティング歯車３Ａ〜３Ｄの接続状態と非接続状態を切り換える運動に変換するものである。

また、フローティング歯車３Ａ〜３Ｄが接続状態と非接続状態の間で不意に切り換わるのを防ぐため、スピンドル−ナット機構８，１４は、本実施の形態においてはセルフロック式となっている。これにより、スピンドル−ナット機構８におけるスピンドルナット８Ｂ又はスピンドル−ナット機構１４におけるスピンドルナット１４Ｂは、アクチュエータ側で駆動することなくその位置が保持されることになる。

また、このようなものに代えて、シャフト上に回転可能に設けられた構成部材あるいはフローティング歯車としての歯車を操作する装置の不図示の実施形態として、上記構成部材の接続状態を、切換装置の電気式アクチュエータをアクチュエータ側で生じるロックトルクによって適当に制御することにより、維持させることが可能である。

これに加えて、又はこれに代えて、例えばフローティング歯車などの上記構成部材の接続状態を維持するためのアクチュエータに、電気的に制御可能な制動部材を設けることが考えられる。ここで、この制動部材は、非通電状態において、上記構成部材又は歯車の接続状態からの変化を防止するものである。そして、この制動部材は、電気式アクチュエータがモータである場合、該モータの出力軸に接続されている。したがって、モータに通電していない状態においては、スピンドル−ナット機構におけるスピンドルの回転が防止されるようになっている。

ところで、カウンタシャフト３の内部には、電気式アクチュエータ５及びこれに設けられた電子制御ユニット６のほかに、本実施の形態ではコンデンサである蓄電手段７Ａが設けられている。そして、このコンデンサによって、電気式アクチュエータ５へ供給される電圧変化をフラットにすることが可能となっている。さらに、これに加えて、又はこれに代えて、コンデンサとしての蓄電手段７Ａを、電気式アクチュエータ５の動作に必要なエネルギーを蓄える中間蓄電手段として使用することも可能である。

さらに、モジュールとして形成され、かつ、蓄電手段７Ａ、電子制御ユニット６及び電気式アクチュエータ５を含んで構成された構成ユニットには、油路が設けられている。この油路により、カウンタシャフト３の内部において、各構成部材の潤滑、冷却又は操作のための油圧油が各構成部材へ供給されるようになっている。

また、図１に示すトランスミッション１の他の構成として、切換機構４Ａ，４Ｂを含んで構成されつつフローティング歯車３Ａ〜３Ｄを操作する切換装置４は、電気式アクチュエータ５の出力を他の必要な部材において変換できるように、及びスピンドル８Ａ又は１４Ａを、スピンドルナット８Ｂ又は１４Ｂの軸方向の摺動に必要なトルクで駆動することができるように、電気式アクチュエータ５とスピンドル−ナット機構８の間及び電気式アクチュエータ１７とスピンドル−ナット機構１４の間で、不図示の実施形態に基づきそれぞれギヤ装置で形成されている。

＜実施の形態２＞
図２にはトランスミッション１の第２の実施形態が示されており、このトランスミッション１はフローティング歯車３Ａ〜３Ｄを操作するための切換装置４の実施形態についてのみが図１のものと異なるので、以下には基本的にこの差異についてのみ説明する。

しかして、図２に示すトランスミッション１の実施形態において、フローティング歯車３Ａ〜３Ｄを操作するための切換装置４における電気式アクチュエータ５，１７は、カウンタシャフト３に結着されているとともに、トランスミッション１の動作に付随して、すなわちカウンタシャフト３の回転数と同回転数で回転する。そのため、スピンドルナット８Ｂ，１４Ｂとボルト９Ａ，９Ｂ，１６Ａ，１６Ｂとの間の機械的な回転数についての切離しが不要である。

また、カウンタシャフト３の外部に設けられつつケーシングに固定された構成部材とカウンタシャフト３に結合された電気的アクチュエータ５，１７の間でのエネルギー伝達及び／又は制御信号伝達は、本実施の形態においては、誘導型の回転トランス１５を介して行われる。すなわち、誘導型の回転トランス１５を介して、電気式アクチュエータ５，１７を駆動するのに必要なエネルギー及び目標値と実際値としての必要な制御信号が接触なしに双方向に交換されることになる。

なお、誘導型のエネルギー伝達及び制御信号伝達に代えて、これらエネルギー及び制御信号の伝達を適当な接触手段によって行うようにしてもよい。

第１の切換機構４Ａ及び第２の切換機構４Ｂはモジュールの一部であり、このモジュールは、その全体の組付け時にカウンタシャフト３内へ挿入されるようになっている。この際、スピンドルナット８Ｂ，１４Ｂとボルト９Ａ，９Ｂ，１６Ａ，１６Ｂとの間の接続がなされるよう、組付け時にこのモジュールを軸方向の最終位置に至るまでに９０°回転させるのが好ましい。つづいて、モジュールは、例えばクリップ上の結合部材、ボルトによる締結、ピンによる接合、接着、かしめなどの適当な手段によって、カウンタシャフト３に結合される。

また、本発明による切換装置の別の好ましい形態においては、構成部材あるいはセレクトアクチュエータが接続された歯車の接続又は接続解除を行うための操作力を発生させる電気式アクチュエータのみにこの切換装置を結合している。前記セレクトアクチュエータによって、操作すべき様々な構成部材あるいは歯車の間で選択することができ、この選択された構成部材又は歯車あるいは該歯車に付設されている切換要素は、電気的アクチュエータによって発生する操作力によって操作されることになる。

ここで、セレクトアクチュエータは好ましくは切換マグネットとして形成されており、この切換マグネットは、切換装置の電気式アクチュエータと、切換装置を介して操作される構成部材又は歯車との間に、構成部材又は歯車あるいは該歯車に付設されている切換要素の操作に必要な接続を形成する。

一般的に、上記切換装置は例えばウェッジブレーキ、ウェッジクラッチなどの自動的に倍力される他のシステムに適したものとなっており、操作すべき要素を有するシステムは容易にモジュールとして動作可能であるとともに、このようなシステムを適当な箇所に取り付けることも可能である。

１ トランスミッション
２ メインシャフト
２Ａ〜２Ｄ 歯車（固定歯車）
３ カウンタシャフト
３Ａ〜３Ｄ 歯車（フローティング歯車）
４ 切換装置
４Ａ，４Ｂ 切換機構
５ 電気式アクチュエータ
６ 電子制御ユニット
７ ケーシング部材
８ スピンドル−ナット機構
８Ａ スピンドル
８Ｂ スピンドルナット
９Ａ，９Ｂ ボルト
１０Ａ，１０Ｂ 長孔
１１ スリーブ
１１Ａ 歯
１２ 歯
１３ 歯
１４ スピンドル−ナット機構
１４Ａ スピンドル
１４Ｂ スピンドルナット
１５ 回転トランス
１６Ａ，１６Ｂ ボルト
１７ 電気式アクチュエータ

Claims (16)

1. 特にトランスミッション（１）におけるフローティング歯車として形成された歯車（３Ａ〜３Ｄ）である、シャフト（３）上で支持されつつ回転可能な構成部材を操作する装置であって、電気式アクチュエータ（５，１７）を備えた少なくとも１つの切換機構（４Ａ，４Ｂ）を介して前記構成部材が接続状態に移行可能であり、該構成部材は、前記シャフト（３）に結合されているとともに、接続状態と非接続状態とを切り換えるための力を前記シャフト（３）の内部から受けるよう構成された前記装置において、
   少なくとも１つの前記電気式アクチュエータ（５，１７）の少なくとも一部を前記シャフト（３）の内部に配置したことを特徴とする装置。
2. 前記電気式アクチュエータ（５，１７）を、回転可能にケーシング部材（７）に結合したことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記電気式アクチュエータ（５，１７）を、回転可能に前記シャフト（３）に結合したことを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記切換機構（４Ａ，４Ｂ）を、前記電気式アクチュエータ（５，１７）と前記構成部材の間に駆動変換装置（８，１４）を備える構成とし、該駆動変換装置によって前記電気式アクチュエータ（５，１７）の回転運動を直線運動に変換するよう構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記駆動変換装置を、セルフロック式であるか、又はセルフロック式でないスピンドル−ナット機構として構成したことを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 前記電気式アクチュエータと前記駆動変換装置との間に特に遊星歯車である歯車を設けたことを特徴とする請求項４又は５記載の装置。
7. 前記電気式アクチュエータ（５，１７）をモータとして形成するとともに、該モータによって前記構成部材の接続状態を維持することが可能であるよう構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記電気式アクチュエータ（５，１７）によって前記構成部材の接続状態を維持するために、ロックトルクを用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記電気式アクチュエータ（５，１７）によって前記構成部材の接続状態を維持するために、非通電時には前記構成部材の接続状態からの移行を阻止する電気制御式の制動部材を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記電気式アクチュエータ（５，１７）を、前記構成部材に設けられた前記切換機構（４Ａ，４Ｂ）の実際の切換状態及び／又は実際の駆動出力に応じて制御するよう構成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 複数の電気式アクチュエータ（５，１７）を設けるとともに、これらによってモジュールを形成したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記電気式アクチュエータ（５，１７）に電子制御ユニット（６）を設け、該電子制御ユニットの少なくとも一部を前記シャフト（３）の内部に配置したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記電気式アクチュエータ（５，１７）に電子制御ユニット（６）を設け、これら電気式アクチュエータ及び電子制御ユニットで１つのモジュールを形成したことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記電気式アクチュエータ（５）に蓄電手段（７Ａ）を設け、該蓄電手段の少なくとも一部を前記シャフト（３）の内部に配置したことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記シャフト（３）の外部に設けられつつ前記ケーシング部材に結合された前記構成部材と、前記シャフト（３）に設けられた前記電気式アクチュエータ（５，１７）との間のエネルギー伝達及び／又は制御信号伝達を、接触手段又は誘導作用によって行うよう構成したことを特徴とする請求項３〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記電気式アクチュエータにおける前記シャフト内部に配置された部分に、油圧媒体を供給するための油路を設けたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。

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