JP2011518291A - 油圧または空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、油圧媒体または空圧媒体を含むピストン室（２）を有し、油圧または空圧で作動可能なピストン（１）と、ドグ歯（４）を有するドグ（３）と、係合時にドグ歯（４）と噛み合う対のドグ（５）と、を備えた、油圧ないし空圧で作動され得る噛み合い式に係合するシフト要素に関する。ドグ（３）の係合速度は、ドグ（３）と対のドグ（５）とが相互に歯が当たる位置にある時にドグ（３）を油圧流量または空圧流量から遮断することによって、また、ピストン（１）に接続された機械式装置（６）によりドグ（３）に予付与力を与えることによって、増速されうる。ドグ間の空隙、すなわち、ドグ（３）が係合され得る空間は、シフト要素が作動する時にドグ（３）（５）の歯が当たる位置が高い蓋然性をもって対応し合うように、可能なかぎり狭く維持される。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に従う、油圧または空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素に関する。

特に、本発明は、負荷切換が可能なオートマチック変速機用、好ましくは遊星歯車構造やカウンターシャフト構造やそれらの混合構造のオートマチック変速機用、あるいは、マルチレンジ付きの無段変速機用、例えば静圧（ハイドロスタティック）式、機械式または電気式のマルチレンジ変速機用、の油圧または空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素に関する。

負荷切換が可能なオートマチック変速機の場合、通常、油圧で作動可能なマルチディスク式シフト要素が設けられている。これは、油圧作動されるピストンを介して、押圧されて作動される。このピストンの圧力は、油圧制御装置によって制御される。この場合、作動力すなわち摩擦トルクを目標値に調整することによって、回転数に差があっても、負荷切換は牽引力の落ち込みなしに実現され得る。

不都合なことに、このマルチディスク式シフト要素は、解除状態において、摩擦面間の距離が小さいことにより、その中に含まれるオイルやエアとオイルとの混合物によって、回転数に差があるときに、スリップトルクを有する。

噛み合い式のシフト要素、例えばドグクラッチやドグブレーキは、自動車の多くの適用例、特には変速機の多くの適用例から知られている。例えば、そのように形成されたシフト要素は、オートマチック式のカウンターシャフト構造の変速機や、シフト可能な縦方向ロック装置または横方向ロック装置に採用される。これらの適用例の場合、シフト要素は通常、空圧式か電気機械式に作動可能に設けられている。

ある程度の構造上の条件下で、マルチディスク式シフト要素を噛み合い式シフト要素によって置換することは可能である。この場合、対象となるのは、シフトアップ時において遮断されるだけのシフト要素か、あるいは、後進ギヤ段にのみ投入されるシフト要素である。

この種の変速機は、例えば、出願人のＤＥ１０２４４０２３Ａから由来している。そこでは、多数のシフト要素と、それらのシフト要素を介してパワーフローの中でシフト可能な多数の歯車と、を有するオートマチック変速機が提案されている。そこでは、ギヤ比を調整するために、それぞれ少なくとも一つのシフト要素が締結（係合）される。

この公知の変速機では、シフトアップ時に係合されるシフト要素は、摩擦係合式のシフト要素として形成されており、各シフトアップ時に遮断するだけのシフト要素に該当するシフト要素は、噛み合い式シフト要素としてドグ形状（爪形状）に形成されている。ＤＥ１０２４４０２３Ａ１によれば、噛み合い式のシフト要素は、油圧式または機械式に作動可能なシフト要素として形成され得る。

噛み合い式シフト要素、例えばドグ（爪）、を採用することによって、スリップトルクは大幅に避けられる。さらに、ドグ（爪）は、噛み合い式のパワー伝達により、マルチディスク式シフト要素よりも、必要とされる作動力が小さく、取付けスペースも小さい。

噛み合い式シフト要素、例えばドグ（爪）、をオートマチック変速機内で油圧制御装置を使って油圧式に作動させるためには、既存の油圧システムによってドグ（爪）を適切に作動させることが、特に有利である。

ドグ（爪）が油圧システムのピストンと直結されている時、そのような油圧システムには、歯と歯が接する（Zahn-auf-Zahn）位置で、油圧システムのピストンが突然停止することによって、特に多数回の反発の際、反作用が生じる、という欠点がある。さらに、歯と歯が接する（Zahn-auf-Zahn）位置を克服する場合、ドグ（爪）の入り込み速度は、場合によって、十分に短い時間で支配的な歯面を十分に網羅するには、小さすぎる。というのは、ドグの移動速度は、利用できる体積流量と、それに伴うポンプ設計およびチャネル断面と、ピストン面と、に左右されるからである。

ある程度の速度差が存在する場合において、ドグが間隙遭遇時に十分に入り込むことができて十分な網羅（カバー、係合）を保証するためには、当該速度が十分ではない、という状況も生じ得る。

この問題を解決するために、ドグ間隙（ドグ用の間隙）を広げることができる。すなわち、代替的に、あるいは、追加的に、ドグの面取り部（Anschraegung） を変更することができる。ドグ間隙を広げる場合には、負荷切換の際のシフト要素の伝達遊びが増大してしまう。このことは、不都合なことに、走行快適性やノイズ拡大に悪影響を及ぼす可能性がある。

ドグの面取り部を変更する場合には、軸方向に作用する反発力が発生する。そのことによって、ドグは、常に（所定の）圧力で保持されていなければならない。さらに、この際の軸方向の力は、対応する軸ベアリングに対して、寿命と効率とに相当の悪影響を与えてしまう。

本発明の課題は、負荷切換可能なオートマチック変速機や無段変速機での採用に適していて、従来技術から知られる言及された欠点を回避できるような、油圧または空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素を提示することである。特には、シフト要素のドグの入り込み速度（係合速度）が高められ、支配的なドグ面の十分な網羅が保証されるべきである。

前記課題は、特許請求の範囲の請求項１の特徴によって解決される。本発明に従う更なる実施形態や利点は、下位請求項から明らかになる。

それによれば、油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素が提案されるが、それは、油圧媒体または圧力媒体を含むピストン室を有し、油圧または空圧で作動可能なピストンと、ドグ歯を有するドグと、係合状態においてドグ歯が噛み合う対のドグと、を備えており、ドグの係合速度が、ドグと対のドグとが相互に歯が当たる位置にある時にドグを油圧流量または空圧流量から遮断することによって、及び、ピストンに作用接続された機械式装置によりドグに予付与力を与えることによって、増速されている。

本発明の更なる実施の形態によれば、ドグ間の空隙、すなわち、ドグが入り込むことができる空間は、シフト要素が作用する状態において双方のドグの歯と歯が当たる位置ができるだけ高い確率で対応する（再現する）ように、可能なかぎり狭く維持されている。この場合、十分に多くの体積流量を追加供給するのに十分な時間、及び、機械装置の中にそこから生じるエネルギーを貯蔵するのに十分な時間、が所定の回転数の枠内において残る。ドグが間隙に達すると、本発明に従って、当該ドグが貯蔵されたエネルギーによって非常に強く加速される。これによって、ドグ面（ドグの側面）の十分な網羅が保証される。

本発明の特に有利な実施の形態によれば、シフト要素のドグに予付与力を与えるための機械式装置をばねとして形成することが提案される。このばねは、その圧力が油圧制御装置ないし空圧制御装置によって制御される油圧または空圧で作動するピストンと、シフト要素のドグと、の間で、当該ばねがドグとピストンとを互いに引き離すように、配置されている。

シフト要素は、本発明によれば、さらに保持装置（拘束装置）を有する。この保持装置は、ピストンが作動されていないときにドグが軸方向に見て対のドグの方向に動かされることを防ぐために、当該保持装置とばねとの間でドグを捉える。

さらに、ドグを押し戻すため（シフト要素の状態が無圧状態で解除されている場合）あるいは押し込むため（シフト要素の状態が無圧状態で係合している場合）、もう一つのばねが設けられ、当該ばねは、ピストンが油圧作動されている時、ピストンに対抗するように作用する。

本発明に従う噛み合い式シフト要素の好適な一実施の形態の解除状態の概略断面図である。 本発明に従う図１の噛み合い式シフト要素の作動状態（係合状態）の概略断面図である。 本発明に従う図１の噛み合い式シフト要素の予張状態の概略断面図である。 本発明に従う図１の噛み合い式シフト要素の投入状態の概略断面図である。 本発明に従う噛み合い式シフト要素の他の好適な一実施の形態の解除状態の概略断面図である。

本発明は、以下に、添付の図面に基いて、例示的に詳述される。

図１は、本発明に従う噛み合い式シフト要素の好適な一実施の形態の解除状態の概略断面図である。

図２は、本発明に従う図１の噛み合い式シフト要素の作動状態（係合状態）の概略断面図である。

図３は、本発明に従う図１の噛み合い式シフト要素の予張状態の概略断面図である。

図４は、本発明に従う図１の噛み合い式シフト要素の投入状態の概略断面図である。

図５は、本発明に従う噛み合い式シフト要素の他の好適な一実施の形態の解除状態の概略断面図である。

図１には、本発明に従う油圧または空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素の例示的な組立構造が示されている。

このシフト要素は、内部に油圧媒体または圧力媒体が存在するピストン室２を有し、油圧または空圧で作動可能なピストン１と、ドグ歯４を有するドグ３と、係合状態においてドグ歯４が噛み合う対のドグ５と、を備えている。

本発明によれば、ドグ３に予付与力（付勢力）を与えるための機械式装置として、ばね６が設けられている。当該ばね６は、ピストン１とドグ３との間で、当該ばねがドグ３とピストン１とを互いに引き離すように、配置されている。当該ばね６により、二つのドグ３、５の歯と歯が互いに接する（Zahn auf Zahn）位置にある時に、ピストン１のさらなる送り（移動）が可能とされる。

さらに、図１から分かるように、もう一つ別の解除ばねとして機能するばね７が、ドグ３を押し戻すために（シフト要素の状態が無圧状態で解放されている場合：これは表示されている実施の形態に相当する）あるいは押し込むために（シフト要素の状態が無圧状態で締結されている場合）設けられている。この場合、当該ばね７は、ピストン１が油圧ないし空圧で作動されるとき、当該ピストン１に対抗するように作用する。

図１に示された実施の形態の場合には、シフト要素は無圧状態で解放（解除）されている。その結果、前記ばね７は、ピストンが右方に移動される時、ピストン１に抗して作用する。

無圧状態で締結ないし押し込まれているシフト要素の場合には（常時係合の構成）、ピストンルーム２とばね７とが入れ換わる。

もう一つ別の図示されていない実施の形態では、ばね７の代わりに、もう一つ別の圧力室が設けられていて、ドグの戻り（シフト要素の状態が無圧状態で解放されている場合）ないしドグの解除（シフト要素の状態が無圧状態で締結されている場合）が、ピストン１に作用する逆圧（対抗圧）を構築することによって、油圧で行われる。

本発明に従って、シフト要素において、保持装置（拘束装置）８が設けられている。この保持装置は、ピストン１が作動されていない時、ドグ３が軸方向に見て対抗ドグの方向に動かされることを防ぐために、当該保持装置とばね６との間でドグ３を捉える。図示された実施の形態では、この保持装置は、ピストン１の一部として形成されていて、噛み合い式に形成されている。すなわち、ドグ３は、ばね６と保持装置８との間に保持される。好ましくは、保持装置８はピストン１と一体に形成される。

さらに、本発明によれば、シフト要素の当接時に歯と歯が接する位置の確率性（再現性）が可能な限り高くなるように、ドグの間隙はできるだけ狭く保たれる、ということが考慮される。

図２には、図１に示された本発明に従うシフト要素が当接状態で示されている。この場合、ドグ３と対抗ドグ５の位置は、互いに歯と歯が接する位置である。ばね６には、まだ予付与力（付勢力）が与えられていない。

ピストン１が、歯と歯が接する位置にある時に、流体の体積流量に基づいて、さらに最大変位位置まで移動されると（図では右方向）、図３に示されるように、ばね６が圧縮されて、予付与力（付勢力）が与えられる。この場合、ドグ３ないしドグの歯４がさらに回転して、対抗ドグの間隙に至る時、ドグ３は、ばね６の中に蓄積されたエネルギーによって非常に強く加速され、それによって非常に速く押し込まれ、それによって主要なドグ側面の十分な網羅（カバー）が保証される。本発明に従う、押し込まれた状態のシフト要素が、図４の対象物である。

図５の対象物である、本発明のもう一つの実施の形態では、解除用ばね７が、ピストン１に直接作用するのではなく、ドグ３に直接作用して、それによってばね６を介してピストン１に間接的に作用する。すなわち、ばね６は、図１乃至図４に従う実施の形態と同様に、ドグ３とピストン１との間に設けられており、歯と歯が接する（Zahn auf Zahn）位置において、ピストンのさらなる移動と、それによって引き起こされるばね６の予張（圧縮）と、を可能にする。図５に示された実施の形態の場合、ピストン１を作動しない時のドグ３の動きはばね７によって阻止されるので、別個の保持装置は必要でない。

本発明に従えば、ばね６及びばね７は、個別のコイルばねとして、コイルばねのセット（パッケージ）として、皿ばねとして、皿ばねのセットとして、あるいは、その他の機械式ばねとして、形成され得る。

さらに、ピストンを作動させるための圧力媒体としては、オイル、空気、あるいは、その他の好適な圧力媒体が、使用され得る。

さらに、ドグの歯は、軸方向のドグとしても径方向のドグとしても形成され得る、ないしは、トルク伝達に適した任意の噛み合い式の装置として形成され得る。ドグクラッチとして採用の場合、すなわち、両側が回転する場合、有利な態様では、追加的な回転バランサーが設けられ得る。これは、例えば、解除用ばねの室内に配置され得る。

当然のことながら、いかなる構造上の形態も、特に本発明に従うシフト要素の構成部品のそれ自体ならびに相互のいかなる空間的配置も、技術的に有意である限り、たとえそれら形態が図面や前記説明の中で明確に示されていなくとも、請求項の中に記載されているようなシフト要素の機能に影響を与えずに、提示されている請求項の保護範囲に含まれる。

１ ピストン
２ ピストン室
３ ドグ
４ ドグの歯
５ 対のドグ（対抗ドグ）
６ ばね
７ 解除用ばね
８ 保持装置

Claims (13)

1. 油圧媒体または圧力媒体を含むピストン室（２）を有し、油圧または空圧で作動可能なピストン（１）と、
   ドグ歯（４）を有するドグ（３）と、
   係合状態においてドグ歯（４）が噛み合う対のドグ（５）と、
   を備えた油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素において、
   ドグ（３）の係合速度が、ドグ（３）と対のドグ（５）とが相互に歯が当たる位置にある時にドグ（３）を油圧流量または空圧流量から遮断することによって、及び、ピストン（１）に作用接続された機械式装置（６）によりドグ（３）に予付与力を与えることによって、増速されている
   ことを特徴とするシフト要素。
2. ドグ間の空隙、すなわち、ドグ（３）が入り込むことができる空間は、シフト要素が当接する状態において双方のドグ（３）（５）の歯と歯が当たる位置が高い蓋然性をもって対応し合うように、可能なかぎり狭く維持されている
   ことを特徴とする請求項１の記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。
3. 前記シフト要素のドグ（３）に予付与力を与えるための機械式装置（６）は、ばねとして形成されており、
   当該ばねは、前記シフト要素の前記ピストン（１）と前記ドグ（３）との間に、当該ばねが前記ドグ（３）と前記ピストン（１）とを互いに引き離すように配置されており、前記双方のドグ（３）（５）の歯と歯が互いに当たる（Zahn-auf-Zahn）位置において前記ピストン（１）のさらなる送りを可能にし、それによって生じる前記ドグ（３）への予めの力付与を可能にしており、その結果、前記ドグ（３）ないし前記ドグの歯（４）がさらに回転して前記対のドグ（５）の空隙に達する際、前記ドグ（３）は、前記ばね（６）に貯蔵されたエネルギーによって非常に強く加速され、それによって非常に速く押し込まれ、それにより主要なドグ面部の十分な網羅が保証される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。
4. 前記ドグ（３）を押し戻すため（前記シフト要素の状態が無圧状態で解除されている場合）、あるいは押し込むため（前記シフト要素の状態が無圧状態で係合されている場合）、一つのばね（７）が設けられており、
   当該ばね（７）は、前記ピストン（１）が油圧ないし空圧で作動されるとき、当該ピストン（１）に対抗するように作用する
   ことを特徴とする請求項３に記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。
5. 前記解除用ばね（７）は、前記ピストン（１）に直接作用する
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。
6. 前記ばね（７）の代わりに、もう一つ別の圧力室が設けられて、前記ドグ（３）の押し戻し（前記シフト要素の状態が無圧状態で解除されている場合）ないし解除（前記シフト要素の状態が無圧状態で係合されている場合）が、前記ピストン（１）に作用する逆圧の構築によって油圧で行われる
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。
7. 前記解除用ばね（７）は、直接的にドグ（３）に作用し、そしてそれによって前記ばね（６）を介して間接的に前記ピストン（１）に作用し、
   前記ドグ（３）の動きは、前記ピストン（１）の作動なしに、前記ばね（７）によって阻止される
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。
8. 保持装置（８）を更に備え、当該保持装置（８）は、前記ピストン（１）が作動されていないときに前記ドグ（３）が軸方向に見て前記対のドグ（５）の方向に動かされることを防ぐために、当該保持装置と前記ばね（６）との間で前記ドグ（３）を捉える
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。
9. 前記保持装置（８）は、前記ピストン（１）の一部として形成されており、噛み合い式に形成されている
   ことを特徴とする請求項８に記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。
10. 前記保持装置（８）は、前記ピストン（１）と一体に形成されている
    ことを特徴とする請求項８に記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。
11. 前記ばね（６）及び前記ばね（７）は、個別のコイルばねとして、コイルばねのセット（パッケージ）として、皿ばねとして、皿ばねのセットとして、あるいは、その他の機械式ばねとして、形成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。
12. 前記ドグの歯は、軸方向のドグとしても径方向のドグとしても形成されている、ないしは、トルク伝達に適した任意の噛み合い式の装置として形成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。
13. 前記シフト要素の両側が回転する場合、回転バランサーが設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の油圧ないし空圧で作動可能な噛み合い式シフト要素。

Images