JP2013194751A - 変速機及び変速機を備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のものに比して安価で、かつフリクションスプリングの発熱を抑えたロータリストッパ機構を得ること。
【解決手段】クラッチ１４を介してエンジンのクランク軸４と連動して回転する入力軸７と、駆動輪と連動して回転する出力軸８と、少なくとも入力軸７に嵌め合わされたスライドギア及び出力軸８に嵌め合わされたスライドギアのいずれかを駆動するシフトフォークと噛み合うロータリ式のシフトドラム９を有する変速機であって、出力軸８の外周上に形成された円周状の凹溝２６に摩擦係合されるフリクションスプリング１０と、出力軸８の回転に伴い、フリクションスプリング１０によりシフトドラム９に向かって付勢されるロックアーム１１と、シフトドラム９の外周に形成され、ロックアーム１１と係合することによりシフトドラム９の回転を規制する係合凹部２８を備えたロータリストッパ機構を有する変速機。
【選択図】図３

Description

本発明は、変速機及び変速機を備えた車両に関する。

自動二輪車等の原動機付き車両に用いられる変速機であって、ロータリ式のシフトドラムを採用した形式のものの中に、ロータリストッパと呼ばれる機構を備えたものがある。これは、ニュートラルポジションから１速、２速とギア比を増速する方向にシフトチェンジしていくと、最高速（例えば、４速）から直接ニュートラルポジションへとシフトチェンジされる変速機において、例えば走行中に４速からニュートラルポジションへと変速し、さらに１速へと変速すると急激なエンジンブレーキが発生するため、車両の走行中は最高速からニュートラルポジションへのシフトチェンジが行えないよう制限するためのものである。

かかる機構として、例えば、特許文献１には、高速ドリブンギアの側面に形成された凹溝に装着され摩擦係合されたフリクションスプリングにより、該高速ドリブンギアの回転中はロック片を揺動するように付勢し、かかるロック片がシフトドラムの係合部と係合することによりシフトドラムの低速シフト位置への回転を阻止するロータリストッパを備えた自動２輪車用変速装置が記載されている。

また、特許文献２には、第２ギア２９Ｂのボス部６２に摩擦係合されたフリクションスプリングにより付勢されるロックアームがシフトフォークシャフトに枢着されるロータリストッパを備えた車両の変速装置が記載されている。

特許文献３には、出力軸にスプライン結合されたセンターボスに摩擦係合されたフリクションスプリングによりロック片を付勢するロータリストッパを備えた自動二輪車用変速装置が記載されている。

特開昭５７−１３８４８４公報 特開昭６４−４９７４３号公報 特開昭５７−１２１６３号公報

上掲の機構では、フリクションスプリングを摩擦係合させる部材として、凹溝或いはボス部等の特別の構造を付加したギアや、スプライン溝加工を施したセンターボス等の加工に手間及びコストを要する部材が必要であり、ロータリストッパ機構の価格の上昇を招いている。

また、フリクションスプリングは変速機の出力軸に結合された部材に摩擦係合されるため、出力軸の回転中はフリクションスプリングの摺動部が摩擦により発熱する。エンジンの動作中はフリクションスプリングの摺動部にも潤滑油が十分に供給されるため、その潤滑及び冷却がなされるが、エンジンが停止している場合、例えば、エンジンを止め、ニュートラルの状態で下り斜面を高速で走行するなどすると、フリクションスプリングの摺動部が高温になる恐れがある。

本発明はかかる観点に鑑みてなされたものであって、その目的は、従来のものに比して安価で、かつフリクションスプリングの発熱を抑えたロータリストッパ機構を得ることである。

本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。
（１）クラッチを介してエンジンのクランク軸と連動して回転する入力軸と、駆動輪と連動して回転する出力軸と、少なくとも前記入力軸に嵌め合わされたスライドギア及び前記出力軸に嵌め合わされたスライドギアのいずれかを駆動するシフトフォークと噛み合うロータリ式のシフトドラムを有する変速機であって、前記出力軸の外周上に形成された円周状の凹溝に摩擦係合されるフリクションスプリングと、前記出力軸の回転に伴い、前記フリクションスプリングにより前記シフトドラムに向かって付勢されるロックアームと、前記シフトドラムの外周に形成され、前記ロックアームと係合することにより前記シフトドラムの回転を規制する係合凹部を備えたロータリストッパ機構を有する変速機。
（２）（１）において、前記凹溝は、前記出力軸に取り付けられ、前記出力軸に対し軸方向・回転方向ともに固定された出力軸側固定ギアと、前記出力軸に取り付けられ、前記出力軸に対し軸方向に固定され回転方向に自由である出力軸側回転ギアの間に設けられる変速機。
（３）（２）において、前記入力軸に嵌め合わされる前記スライドギアが軸方向に移動することにより、前記出力軸側固定ギアと前記入力軸とが連動して回転する状態と、前記出力軸側回転ギアと前記入力軸とが連動して回転する状態とが切り替えられる変速機。
（４）（２）又は（３）において、前記凹溝は、前記出力軸側固定ギアに隣接する位置に設けられる変速機。
（５）（２）乃至（４）のいずれかにおいて、前記出力軸側固定ギアは、前記凹溝に対し反対の方向から前記出力軸に圧入されることにより、前記出力軸に固定される変速機。
（６）（１）乃至（５）のいずれかにおいて、前記ロックアームは、前記出力軸と異なる位置を中心として回転可能に支持される変速機。
（７）（１）乃至（６）のいずれかの変速機を備えた車両。

上記本発明の（１）の側面によれば、ギアに凹溝或いはボス部等の特別の構造を付加したり、スプライン溝加工を施したセンターボス等の加工に手間及びコストを要する部材を追加したりする必要が無いため、従来のものに比して安価で、かつ、フリクションスプリングが挟み込むべき部材の径が小さくなり、摩擦係合する部材との相対速度が低くなるため、フリクションスプリングの発熱を抑えたロータリストッパ機構を得られる。

上記本発明の（２）又は（３）の側面によれば、構造上必然的に生じる出力軸側固定ギアと出力軸側回転ギアの間の隙間を利用してフリクションスプリングを配置できるため、ロータリストッパ機構を設けることによる変速機の全長の増加が無いか又は抑制される。そのため、上述の（１）の効果に加え、変速機の全長の増加によるコスト増や変速機の大型化が抑制される。

上記本発明の（４）の側面によれば、フリクションスプリングを配置する凹溝が出力軸の応力緩和構造を兼ねるため、追加の構成や加工を伴わずに出力軸側固定ギアに作用するトルクにより出力軸に生じる応力を低減できる。そのため、上述の（２）又は（３）の効果に加え、出力軸に生じる応力を緩和するための追加の構成や加工によるコスト増が抑制される。

上記本発明の（５）の側面によれば、出力軸側固定ギアを圧入する際に凹溝を乗り越えることが無いので、出力軸側固定ギアを圧入する際に凹溝に引っ掛かり、当該ギア或いは出力軸の損傷を避けられる。そのため、上述の（２）乃至（４）のいずれかの効果に加え、製造時の歩留まりが良く、不良品の発生によるコスト増が抑制される。

上記本発明の（６）の側面によれば、ロックアームを出力軸を回転中心として取り付ける場合に比べ、その支点と作用点との間の距離を小さくすることができる。これにより、フリクションスプリングを従来のものよりも小径の出力軸の外周に取り付けることにより、ロックアームを付勢するトルクの減少が生じたとしても、ロックアームをシフトドラムに付勢するトルク自体の減少は抑制される。そのため、フリクションスプリングが出力軸を挟み込む力を増大させる必要が無く、上述の（１）乃至（５）のいずれかの効果に加え、フリクションスプリングの発熱を抑えることができる。

上記本発明の（７）の側面によれば、上述の（１）乃至（６）のいずれかの効果を有するロータリストッパ機構を備えた車両が得られる。

本発明の実施形態に係る車両の側面図である。 本発明の実施形態に係る車両のエンジン及び減速機のクランク軸と垂直な面における部分断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。 本発明の変形例に係る車両のエンジン及び減速機のクランク軸と垂直な面における部分断面図である。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両１の側面図である。本実施形態において、車両１は、自動二輪車である。しかしながら、本発明が対象とする車両は自動二輪車に限定されるものではなく、ロータリ式のシフトドラムを採用した変速機を備えた原動機付き車両であればどのようなものであってもよい。かかるロータリ式のシフトドラムを採用する車両は一般に比較的小型軽量のものが多く、例えば、自動二輪車、自動三輪車、ＡＴＶ（Ａｌｌ Ｔｅｒｒａｉｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等と呼ばれる三輪又は四輪バギーやスノーモービルを含む、乗員が跨るように着座するサドルを有する各種の鞍乗型車両や、スポーツカー、レーシングカー等が挙げられる。

なお、ロータリ式のシフトドラムを採用した変速機は、いわゆるドグクラッチ式の変速機であることが多く、本実施形態に係る変速機もドグクラッチ式であるが、必ずしもかかる形式に限定するものではない。

図２は、車両１のエンジン及び減速機のクランク軸と垂直な面における部分断面図である。図中クランクケースとミッションケースを兼ねるエンジンケース２内のクランクルーム３内部には、クランク軸４とクランク軸４に接続されたピストン５が部分的に示されている。また、ミッションルーム６内には、クラッチを介してクランク軸４と連動して回転する入力軸７、駆動輪である後輪と連動して回転する出力軸８、そして入力軸７と出力軸８に嵌め合わされたスライドギアを駆動するシフトフォークと噛み合うロータリ式のシフトドラム９が示されている。また、出力軸８の外周上に摩擦係合されるフリクションスプリング１０と、フリクションスプリング１０により付勢されるロックアーム１１が示されている。ロックアーム１１は、ピボットボルト１２によりエンジンケース２に回転可能に支持される。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線は、ピストン５の中心線から、クランク軸４、入力軸７、出力軸８、ピボットボルト１２、及び、シフトドラム９のそれぞれの中心を通過する。

クランク軸４の回転として得られるエンジンの回転駆動力は、クラッチ１３を介してクランク軸４の端部に固定されたドライブギア１４と噛み合うドリブンギア１５により入力軸７に伝達される。入力軸７にはドリブンギア１５側から順に、第１入力歯車１６、第４入力歯車１７、第３入力歯車１８及び第２入力歯車１９が設けられている。そして、入力軸７と平行に配置された出力軸８には、第１入力歯車１６と噛み合う位置に第１出力歯車２０が、第４入力歯車１７と噛み合う位置に第４出力歯車２１が、第３入力歯車１８と噛み合う位置に第３出力歯車２２が、そして、第２入力歯車１９と噛み合う位置に第２出力歯車２３が設けられる。それぞれの歯車による変速比は、第１入力歯車１６と第１出力歯車２０が１速、第２入力歯車１９と第２出力歯車２３が２速、第３入力歯車１８と第３出力歯車２２が３速、そして、第４入力歯車１７と第４出力歯車２１が４速となるよう定められている。出力軸８の端部には、チェーンスプロケット２４が固定されており、出力軸８は図示しないチェーン及び最終減速機構を介して駆動輪と連動して回転する。

ここで、第１入力歯車１６は入力軸７に対し軸方向・回転方向ともに固定された入力軸側固定ギアであり、第４入力歯車１７及び第２入力歯車１９は入力軸７に対し軸方向に固定され回転方向に自由である入力軸側回転ギアであり、第３入力歯車１８は、入力軸７に対し軸方向に移動可能であり回転方向に拘束される入力軸側スライドギアである。また、第１出力歯車２０及び第３出力歯車２２は出力軸８に対し軸方向に固定され回転方向に自由である出力軸側回転ギアであり、第４出力歯車２１は出力軸８に対し軸方向に移動可能であり回転方向に拘束される出力軸側スライドギアであり、第２出力歯車２３は出力軸８に対し軸方向・回転方向ともに固定された出力軸側固定ギアである。本実施形態では、第１入力歯車１６は入力軸７と一体に設けられており、第２出力歯車２３は、出力軸８に圧入されることにより出力軸８と互いに固定されている。なお、本明細書において、「固定ギア」とは、当該ギアが係合される軸に対して軸方向・回転方向共に固定された歯車を指す。また、「回転ギア」とは、当該ギアが係合される軸に対して軸方向に固定され回転方向に自由である（すなわち、空転する）歯車を指す。さらに、「スライドギア」とは、当該ギアが係合される軸に対して軸方向に移動可能であり回転方向に拘束される歯車を指す。

さらに入力軸７及び出力軸８と平行に配置されたシフトドラム９の表面にはカム溝２５が設けられており、図示しないシフトフォークがカム溝２５と噛み合っている。本実施形態では、シフトフォークは２本設けられており、一のシフトフォークはさらにスライドギアである第３入力歯車１８に噛み合い、他のシフトフォークはさらに第４出力歯車２１に噛み合っている。これにより、シフトドラム９の回転に伴い、２本のシフトフォークが軸方向に平行移動し、その結果、スライドギアである第３入力歯車１８と第４出力歯車２１をそれぞれ軸方向に駆動する。かかる構造により、乗員がシフト操作を行いシフトドラム９を所定の角度だけ回転させると、スライドギアが軸方向に移動し、隣接するギアとドグによる噛み合いがなされたり、解除されたりし、変速比の変更が行われる。図示の状態は入力軸７から出力軸８への動力が伝達されないニュートラルの状態であるが、ここからシフトドラムを一定の方向に回転させていくと、順番に１速、２速、３速、４速と順に変速比が変化し、さらに回転させるとシフトドラム９が一回転して再び図示のニュートラルの状態に戻る。

ここで、出力軸８の外周上には円周状の凹溝２６が設けられており、かかる凹溝上にフリクションスプリング１０が摩擦係合されている。フリクションスプリング１０は適当な材料、例えば鋼の線材を曲げて作成されており、図２に示すような形状とすることにより、出力軸８を自身の弾性力により締め付けている。そのため、フリクションスプリング１０と出力軸８間には摩擦力が働き、出力軸８が回転すれば、フリクションスプリング１０もまた出力軸８に連れて同方向に回転しようとする。フリクションスプリング１０の一端は軸方向に折り曲げられており、ロックアーム１１に設けられた係合穴２７と係合している。ロックアーム１１はピボットボルト１２により出力軸８の回転中心とは異なる位置を中心として回転可能に支持されており、出力軸８が回転することにより、フリクションスプリング１０により付勢され、出力軸８及びフリクションスプリング１０とは反対の方向に回転する方向に付勢される。この実施形態では、車両１が進行方向に走行している場合に出力軸８は図２上で時計回りに回転するため、この状態ではロックアーム１１は反時計回りに付勢されることになる。そして、ロックアーム１１の先端はシフトドラム９に向かって延びており、ロックアーム１１が反時計回りに付勢されると、ロックアーム１１の先端はシフトドラム９に押し付けられる。すなわち、ロックアーム１１は、出力軸８の回転に伴い、フリクションスプリング１０によりシフトドラム９に向かって付勢される。さらに、シフトドラム９のロックアーム１１の先端と接触する位置の一部分には、窪みである係合凹部２８が設けられており、ロックアーム１１の先端と係合凹部２８とが図２に示したように噛み合った場合には、シフトドラム９の一方向への回転、図示の例では時計回りの回転が阻止される。係合凹部２８の位置及び方向は、シフトドラム９を４速からニュートラルの位置へと回転させる際にロックアーム１１の先端が通過する位置とされる。これにより、出力軸８が回転している間は、４速からニュートラルへの変速が禁止される。従って、出力軸８の外周上に設けられた凹溝２６に摩擦係合されたフリクションスプリング１０、ロックアーム１１及び、シフトドラム９に形成された係合凹部２８が、ロータリストッパ機構を構成することになる。

図３を参照すると、フリクションスプリング１０が摩擦係合される凹溝２６は、第２出力歯車２３と第３出力歯車２７の間であって、なおかつ、第２出力歯車２３に隣接する位置において、出力軸８の外周に直接設けられ、フリクションスプリング１０の一端は、第２出力歯車２３から遠ざかる方向に折り曲げられている。これらの点について説明すると、まず、凹溝２６及びフリクションスプリング１０を出力軸８の外周上に直接設けることにより、フリクションスプリング１０を別の部材、例えば、出力軸８に設けられたギアの一部分やカラー等の部材上に設ける場合に比べ、フリクションスプリング１０が挟み込むべき部材の径が小さくなる。このことは、出力軸８が回転している場合に、フリクションスプリング１０が摩擦係合する部材との相対速度が、前述の別の部材上に設ける場合に比べて小さくなることを意味している。そして、摩擦による発熱量はこすれあう部材間の相対速度に依存するため、フリクションスプリング１０を直接出力軸８の外周上に設ける構成が、摩擦による発熱量を最も小さくすることができるのである。さらに、凹溝２６を出力軸８上に形成する加工は簡便で安価であるため、ギアを特別な形状としたり、カラー等の部材を用意する必要が無く低コストである。

また、出力軸側固定ギアである第２出力歯車２３と出力軸側回転ギアである第３出力歯車２２との間には、第３出力歯車２２と噛み合う入力軸側スライドギアである第３入力歯車１８の軸方向の移動しろが必要であるため、構造上若干の隙間を設けなければならない。この部分に凹溝２６及びフリクションスプリング１０を設けることにより、ロータリストッパ機構を設けるために出力軸８を延長する必要が無いか又は最小限に留めることができ、コスト及び重量の増加が避けられる。

さらに、凹溝２６を第２出力歯車２３に隣接する位置に設けることにより、第２出力歯車２３と出力軸８との結合部の隅に生じる応力を緩和できる。すなわち、第２出力歯車２３に作用するトルクにより出力軸８に生じる応力を緩和する構造を凹溝２６が兼ねる。

なお、本実施形態では前述のとおり、第２出力歯車２３は圧入により出力軸８に固定されるが、このとき、凹溝２６とは反対の方向から圧入するようにすることにより、製造時に第２出力歯車２３が凹溝２６を跨ぐことによる第２出力歯車２３或いは出力軸８の損傷を避けられる。

ところで、フリクションスプリング１０を出力軸８上に直接摩擦係合させ、フリクションスプリング１０が挟み込むべき部材の径が小さくなると、摩擦力が作用する半径方向の位置がより中心に近くなるため、フリクションスプリング１０に作用するトルクが若干小さくなり、ロックアーム１１を付勢する力が若干小さくなる。このトルクは、フリクションスプリング１０による締め付け力を大きくすることによっても増加させられるが、かかる方法は発熱量の増大を招くため、得策でない場合がある。そこで、本実施形態のように、ロックアーム１１を出力軸８と異なる位置を中心として回転可能に支持することにより、ロックアーム１１を出力軸８と同軸に設ける場合に比べ、ロックアーム１１の先端をシフトドラム９に押し付ける力を強いものとすることができる。

なお、以上の説明した実施形態では、エンジンケース２がクランクケースとミッションケースを兼ねており、エンジンと減速機が一体となっていたが、これに限定されず、エンジンと減速機がそれぞれ独立したものとしてもよい。また、本実施形態において減速機とは、エンジンケース２のうちミッションケースとして機能する部分及び、その内部に納められた部材を指す。さらに、本実施形態では、エンジンとして、単気筒の４ストロークエンジンを例として説明したが、これに限定されず、エンジンは多気筒であっても、２ストロークであってもよい。

図４は、本発明の変形例に係る車両１のエンジン及び減速機のクランク軸と垂直な面における部分断面図である。本図に示した構成では、ロックアーム１１が出力軸８と同軸に、且つ、出力軸８に対し回転可能に設けられている点が先の例とは異なっている。フリクションスプリング１１によりロックアーム１１の付勢力が、ロータリストッパ機構を確実に作動させる上で問題ない場合には、先の例のようにロックアーム１１を別途ピボット支持することなく本例の構成を採用して差し支えない。本例では、ロックアーム１１を別途ピボット支持するための構成が不要となるため、ロータリストッパ機構がシンプルとなるメリットがある。もちろん、本例においても、フリクションスプリング１０は出力軸８の外周上に形成された円周状の凹溝に摩擦係合される。

以上説明した実施形態及び変形例は、本発明に係る変速機及び車両の一例を示すものであり、これら例示された具体例に本発明が限定されるものではない。各部材の詳細な形状や配置、その数は当業者が必要に応じて任意に変更してよい。例えば、上記した実施形態及び変形例においては、変速機の変速段は４段であったが、これをさらに多段、例えば、５段又は６段あるいはそれ以上としてもよく、あるいは３段としてもよい。また、上記した実施形態及び変形例においては、入力軸７及び出力軸８の双方にスライドギアが設けられていたが、これに限られず、スライドギアを入力軸７及び出力軸８のいずれか片方に設けるようにしてもよい。すなわち、少なくとも入力軸７及び出力軸８のいずれかにスライドギアが設けられていればよい。さらに、出力軸側固定ギアである第２出力歯車２３は出力軸８に圧入されて固定されるものとして示したが、これに限定されず、焼ばめやキーによる固定、いわゆるメカロック等の機械式の固定であってもよい。

１ 車両、２ エンジンケース、３ クランクルーム、４ クランク軸、５ ピストン、６ ミッションルーム、７ 入力軸、８ 出力軸、９ シフトドラム、１０ フリクションスプリング、１１ ロックアーム、１２ ピボットボルト、１３ クラッチ、１４ ドライブギア、１５ ドリブンギア、１６ 第１入力歯車、１７ 第４入力歯車、１８ 第３入力歯車、１９ 第２入力歯車、２０ 第１出力歯車、２１ 第４出力歯車、２２ 第３出力歯車、２３ 第２出力歯車、２４ チェーンスプロケット、２５ カム溝、２６ 凹溝、２７ 係合穴、２８ 係合凹部。

Claims (7)

1. クラッチを介してエンジンのクランク軸と連動して回転する入力軸と、
   駆動輪と連動して回転する出力軸と、
   少なくとも前記入力軸に嵌め合わされたスライドギア及び前記出力軸に嵌め合わされたスライドギアのいずれかを駆動するシフトフォークと噛み合うロータリ式のシフトドラムを有する変速機であって、
   前記出力軸の外周上に形成された円周状の凹溝に摩擦係合されるフリクションスプリングと、
   前記出力軸の回転に伴い、前記フリクションスプリングにより前記シフトドラムに向かって付勢されるロックアームと、
   前記シフトドラムの外周に形成され、前記ロックアームと係合することにより前記シフトドラムの回転を規制する係合凹部を備えたロータリストッパ機構を有する変速機。
2. 前記凹溝は、前記出力軸に取り付けられ、前記出力軸に対し軸方向・回転方向ともに固定された出力軸側固定ギアと、前記出力軸に取り付けられ、前記出力軸に対し軸方向に固定され回転方向に自由である出力軸側回転ギアの間に設けられる請求項１記載の変速機。
3. 前記入力軸に嵌め合わされる前記スライドギアが軸方向に移動することにより、前記出力軸側固定ギアと前記入力軸とが連動して回転する状態と、前記出力軸側回転ギアと前記入力軸とが連動して回転する状態とが切り替えられる請求項２記載の変速機。
4. 前記凹溝は、前記出力軸側固定ギアに隣接する位置に設けられる請求項２又は３記載の変速機。
5. 前記出力軸側固定ギアは、前記凹溝に対し反対の方向から前記出力軸に圧入されることにより、前記出力軸に固定される請求項２乃至４のいずれかに記載の変速機。
6. 前記ロックアームは、前記出力軸と異なる位置を中心として回転可能に支持される請求項１乃至５のいずれかに記載の変速機。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の変速機を備えた車両。

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