JP2015081674A

JP2015081674A - 変速機のシフト機構

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Publication number: JP2015081674A
Application number: JP2013221176A
Authority: JP
Inventors: 彬伊地知; Akira Ijichi; 元樹田淵; Motoki Tabuchi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2015-04-27
Anticipated expiration: 2033-10-24
Also published as: JP6052133B2

Abstract

【課題】軸長を短縮可能な変速機のシフト機構を提供する。【解決手段】中立位置を挟んだ両側の前進位置と後進位置とに前後動する送り軸７５が中立位置から軸線方向に移動する場合に回転してセレクト動作を行い、送り軸７５に設けた突出部８８が後進用フォークもしくは反転部材９３に選択的に連結される。反転部材９３は前進用フォーク９１に連結されていて、その前進用フォーク９１に対する連結部と、突出部８８が係合する部分との移動方向が反対になるように構成されている。したがって、各フォーク９１のニュートラル位置から軸線方向での移動方向が同じになる。【選択図】図２

Description

この発明は、車両などに用いられている変速機を前進状態、中立状態、さらには後進状態などに切り替えるためのシフト機構に関するものである。

変速機は、入力回転数と出力回転数との比率を適宜に変更するように構成され、車両に使用されている変速機は、更に、出力軸の回転方向を前進方向と後進方向とに切り替える前後進切替機構を備えている。前後進切替機構を備えた無段変速機の一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された無段変速機はベルト式の無段変速機であって、発進機構に連結されている入力軸と、その入力軸上に設けられた前進ギヤとをシフト機構によって連結し、その前進ギヤからカウンタ軸を介して駆動プーリにトルクを伝達し、さらに従動プーリから終減速機にトルクを出力するように構成されている。また、入力軸には後進ギヤが取り付けられる一方、これに噛み合っているギヤが従動プーリと一体の従動軸に回転可能に取り付けられ、そのギヤと従動プーリとをシフト機構によって連結することにより各プーリおよびベルトを介することく従動軸にトルクを伝達して後進状態を設定するように構成されている。そして、このシフト機構では、中立位置を挟んだ両側に前進位置と後進位置とが配置されている。

ベルト式無段変速機の他の例が特許文献２や特許文献３に記載されており、これらの特許文献２，３に記載された無段変速機では、駆動プーリと同軸上に、前進段を設定するための切替機構が配置され、また従動プーリと同軸上に後進段を設定するための切替機構が配置されている。これらの切替機構における前進位置と中立位置ならびに後進位置の配列は、それらの切替機構が半径方向に離れているとしても、軸線方向においては直列的な配列となっている。このようないわゆるシフト位置の配列は車両においては一般的であり、特許文献４にもそのようなシフト位置の配列が記載されている。

特開２００３−１３０１５７号公報特開２００１−３３００９５号公報特開２００２−３９３２１号公報特開平０８−３０３５４２号公報

上記の各特許文献１ないし４に記載されているように、前後進切替機構におけるニュートラルおよび前進ならびに後進の各シフト位置は、ニュートラルを挟んで直列に配置されている。そのため、前進状態を設定するためのシフトフォークなどの操作部材の設置および動作に要するスペースと、後進状態を設定するためのシフトフォークなどの操作部材の設置および動作に要するスペースが軸線方向に並んだ状態になる。その結果、前後進切替機構の軸長あるいは前後進切替機構を含む変速機の全体としての軸長が長くなってしまい、変速機の小型化や車載性の向上などの点で改善の余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、全体としての軸長の短縮化を図ることの可能な変速機のシフト機構を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、駆動輪にトルクを出力する出力軸の回転方向を前進方向と後進方向とに切り替えることのできる変速機のシフト機構において、ニュートラル位置では前進方向のトルクを前記出力軸に伝達せずかつ前記ニュートラル位置から前進位置に直線的に移動することにより前進方向のトルクを前記出力軸に伝達する前進用トルク伝達部材と、その前進用トルク伝達部材の直線的な移動方向に対して直交する方向にずれて配置され、かつ前記ニュートラル位置では後進方向のトルクを前記出力軸に伝達せずかつ前記ニュートラル位置から前記前進位置への方向と平行な方向の後進位置に直線的に移動することにより後進方向のトルクを前記出力軸に伝達する後進用トルク伝達部材と、前記ニュートラル位置に対応する第１の位置とその第１の位置を挟んで前記第１の位置と直線上に並んでいる前進位置および後進位置のうちの一方の位置に対応する第２の位置および前記前進位置および前記後進位置のうちの他方の位置に対応する第３の位置に直線的に前後動し、前記第１の位置から前記第２の位置および第３の位置のそれぞれに移動する間にその中心軸線を中心に回転した後に前記第２の位置および第３の位置に向けて直線的に移動するとともに、前記第２の位置および第３の位置のそれぞれから前記第１の位置に後退する間に前記直線的な移動とは反対の方向に直線的に移動した後に前記中心軸線を中心にした前記回転とは反対方向に回転する送り軸と、その送り軸から半径方向に突出して形成されかつ前記送り軸が前記第１の位置から第２の位置に移動する際に前記送り軸と共に回転して前記前進用トルク伝達部材と前記後進用トルク伝達部材とのいずれか一方の部材に係合する突出部と、前記前進用トルク伝達部材と前記後進用トルク伝達部材とのいずれか他方のトルク伝達部材を直線的に押圧するように該他方のトルク伝達部材に係合させられかつ前記送り軸が前記第１の位置から第３の位置に移動する際に前記送り軸と共に回転した前記突出部が係合し該突出部の直線的な移動方向と反対方向に前記他方のトルク伝達部材を押圧する連結反転部材とを備えていることを特徴とするものである。

この発明では、送り軸をニュートラル位置に対応する第１の位置から第２の位置へ軸線方向に移動させると、送り軸はその中心軸線を中心に回転した後に軸線方向に直線的に移動する。送り軸がこのように回転することによりその半径方向に突出させられて設けられた突出部が前進用もしくは後進用の一方のトルク伝達部材に係合し、その状態で送り軸が直線的に移動することによりそのトルク伝達部材が軸線方向に送られて出力軸に対してトルクを伝達できる状態が成立する。すなわち前進状態もしくは後進状態が設定される。送り軸をこれとは反対に第１の位置から第３の位置に移動させると、その移動開始当初、送り軸は上記の場合とは反対方向に回転し、その突出部が連結反転部材に係合する。その連結反転部材は、他方のトルク伝達部材に係合させられており、前記突出部が係合した状態で送り軸が直線的に移動することにより他方のトルク伝達部材が、前記一方のトルク伝達部材と軸線方向では同一の方向に直線的に押され、出力軸に対してトルクを伝達できる状態が成立する。すなわち後進状態もしくは前進状態が設定される。このように前進用のトルク伝達部材の前後動の方向と後進用トルク伝達部材の前後動の方向とが、出力軸にトルクを伝達しない中立の位置を起点として同じ方向になる。そのため、軸線方向に直列に配列する部材の数や軸線方向に明けておくべき動作スペースを少なくすることができ、ひいては変速機の全体としての軸長の短縮化を図ることができる。

この発明の一具体例におけるセレクト・シフト機構のうち後進状態を設定するための部分を示す断面図である。この発明の一具体例におけるセレクト・シフト機構のうち前進状態を設定するための部分を示す断面図である。送り軸の動作を説明するための模式図である。この発明の一具体例における従動軸および出力軸ならびにリバースアイドル軸の相対位置を示す配置図である。この発明の一具体例を模式的に示すスケルトン図である。この発明における二方向クラッチの一例を示す模式図である。この発明の一具体例における動力伝達切替機構および推力発生機構ならびに変速部を示す断面図である。この発明の一具体例における前後進切替機構のうち前進状態を設定するための機構を示す断面図である。この発明の一具体例における前後進切替機構のうち後進状態を設定するための機構を示す断面図である。

この発明に係るシフト機構は各種の変速機に用いることができ、その一例としてベルト式無段変速機に適用した例を説明する。図に示す無段変速機の変速部１は従来知られているものと同様に、駆動プーリ２と従動プーリ３とこれらのプーリ２，３に巻き掛けられたベルト４とを備えている。そのプーリ２，３やベルト４は、金属製でもよく、あるいは接触面を合成樹脂製とした摩擦係数の大きいいわゆる乾式のものであってもよい。この発明は、特に、乾式ベルトを備えた無段変速機に有効である。

駆動プーリ２は、駆動軸５に一体化されていて軸線方向に移動しない固定シーブ６と、その固定シーブ６に対して接近および離隔するように駆動軸５に取り付けられた可動シーブ７とによって構成されている。また、従動プーリ３は、駆動軸５とは平行な従動軸８に一体化されていて軸線方向に移動しない固定シーブ９と、その固定シーブ９に対して接近および離隔するように従動軸８に取り付けられた可動シーブ１０とによって構成されている。各プーリ２，３における固定シーブ６，９と可動シーブ７，１０との互いに対向する面はテーパ状に形成されており、したがってそれぞれの可動シーブ７，１０を軸線方向に前後動させることにより、ベルト４を巻き掛けるベルト巻き掛け溝１１，１２の幅およびベルト４が巻き掛かる半径が連続的に変化するようになっている。この発明においては、駆動プーリ２と従動プーリ３とのいずれか一方のプーリ２（３）におけるベルト巻き掛け溝１１（１２）の幅を目標とする変速比を設定する幅に制御し、また他方のプーリ３（２）においては、その可動シーブ１０（７）を固定シーブ９（６）側に押圧して、目標とする伝達トルク容量を設定するように制御される。図５に示す例では、駆動プーリ２のベルト巻き掛け溝１１の幅を変化させて目標とする変速比を設定し、また従動プーリ３における可動シーブ１０を押圧する推力を制御して目標とする伝達トルク容量を設定するように構成されている。

その構成を具体的に説明すると、可動シーブ７にはその背面側（固定シーブ６とは反対側）に延びているボス部１３が形成されており、そのボス部１３に第１のネジ部材１４が、相対回転可能でかつ軸線方向には一体化するように、軸受１５を介して取り付けられている。この第１のネジ部材１４に螺合（ネジを介して嵌合）している第２のネジ部材１６が、トランスミッションハウジングなどの固定部１７に取り付けられている。なお、駆動軸５の一方の端部は、この固定部１７によって軸受１８を介して回転自在に支持されている。これらのネジ部材１４，１６は円筒状に形成されており、一方のネジ部材１４（１６）の内周面に雌ネジが形成され、そのネジ部材１４（１６）の内側に嵌合している他方のネジ部材１６（１４）の外周面に、上記の雌ネジに螺合している雄ネジが形成されている。図５に示す例では、第１のネジ部材１４の内周側に第２のネジ部材１６が嵌合しているが、これとは反対に第１のネジ部材１４の外周側に第２のネジ部材１６が嵌合した構成とすることもできる。可動シーブ７に取り付けられている第１のネジ部材１４には、変速ギヤ１９が一体化されている。この変速ギヤ１９は、変速操作力であるトルクを第１のネジ部材１４に伝達するためのものである。上記の各ネジ部材１４，１６は従来知られている送りネジ機構であって、推力発生機構２０を構成している。

つぎに、ベルト４を挟み付ける挟圧力を発生する機構について説明すると、図５に示す例では、従動プーリ３における可動シーブ１０を、トルクカム２１およびスプリング２２によって、固定シーブ９側に押圧するように構成されている。このいわゆる押圧機構は、従来知られているものと同様に構成されている。前述した従動軸８の外周側にはカム軸２３が相対回転可能でかつ軸線方向には移動しないように嵌合されており、このカム軸２３には、可動シーブ１０の背面に向けて突出した円筒カム２４が一体化されている。この円筒カム２４は、可動シーブ１０の背面に向けた端面が、軸線方向に突出しかつ後退した滑らかな波状（ウェーブ状）のカム面、もしくは平坦面を折り曲げた状態で連続させたカム面とされた円筒体であり、そのカム面にカムフォロアー２５が、直接接触するように押し付けられ、あるいはボールもしくはローラなどの転動体を介して押し付けられている。このカムフォロアー２５は、前記可動シーブ１０の背面側に突出した状態で可動シーブ１０に一体化されている。なお、カムフォロアー２５は、円筒カム２４との間に作用するトルクによって軸線方向の推力を生じるように構成されていればよく、したがって端面を前記カム面と同形状とした円筒状の部材であってよく、あるいは先端部を前記カム面に突き当てた複数の軸状の部材であってもよい。そして、その可動シーブ１０の背面とカム軸２３との間に、スプリング２２が配置されている。このスプリング２２の弾性力によって可動シーブ１０が固定シーブ９側に押圧されている。

上述したように各シーブ６，７，９，１０の互いに対向する面がテーパ状に形成されているから、ベルト４の張力によってそれぞれのベルト巻き掛け溝１１，１２を押し広げる作用が生じる。すなわち、従動プーリ３における可動シーブ１０が円筒カム２４側に押される。その結果、カムフォロアー２５のカム面が、円筒カム２４のカム面に直接もしくは間接的に押し付けられる。その状態で従動プーリ３とカム軸２３との間にそれらを相対回転させるトルクが作用すると、カム面の作用によって、トルクに応じた軸線方向に推力すなわちベルト挟圧力が生じる。

上述した駆動プーリ２が変速部１の入力要素であって、その駆動軸５が発進クラッチ２６を介して駆動力源２７に連結されている。駆動力源２７はガソリンエンジンなどの内燃機関や電気モータ、あるいはこれらを組み合わせたハイブリッド駆動装置によって構成されている。また、発進クラッチ２６は、駆動力源２７と駆動軸５とのトルクの伝達およびその遮断を行う摩擦クラッチであって、湿式クラッチや乾式クラッチによって構成することができる。図５に示す例では、発進クラッチ２６として乾式クラッチが採用されており、ダンパー２８を介して駆動力源２７に連結されている。この発進クラッチ２６は従来知られている車両用の乾式クラッチと同様の構成であって、ダイヤフラムスプリングによって駆動側および従動側の摩擦板同士を接触させ、またレリーズ機構によってそのダイヤフラムスプリングを撓ませることにより摩擦板同士の接触圧力を減じるように構成されている。なお、レリーズ機構はダイヤフラムスプリングの内周側の端部を、梃子部材によって軸線方向に押圧するように構成されており、その梃子部材を動作させるクラッチ用アクチュエータ２９が設けられている。このアクチュエータ２９は、要は、梃子部材の力点側の端部を前後動させるためのものであり、したがって電動式もしくは油圧式の直動型シリンダやモータなどによって構成することができる。図５に示す例では、電気モータがクラッチ用アクチュエータとして採用されている。

また上述した従動プーリ３が変速部１の出力要素であって、その従動軸８から前述したカム軸２３および前後進切替機構３０を介して出力軸３１にトルクを伝達し、その出力軸３１から終減速機であるデファレンシャルギヤ３２を介して左右の駆動輪３３にトルクを伝達するように構成されている。

図に示す例では、前後進切替機構３０の切替操作と前述した駆動プーリ２のベルト巻き掛け溝１１の溝幅を変化させる変速操作とを、単一のアクチュエータが出力する操作力によって行うように構成されている。そのアクチュエータは電動式もしくは油圧式の直動型シリンダやモータなどによって構成することができ、図５に示す例では、電気モータ３４によって構成されている。そのモータ３４は動力伝達切替機構３５に連結され、この動力伝達切替機構３５から前述した変速部１と前後進切替機構３０とに操作力を伝達するように構成されている。

動力伝達切替機構３５は、モータ３４が出力したトルクを少なくとも二つの箇所に切り替えて伝達するための機構であり、図５に示す例では、二方向クラッチ（two-way-clutch）３６によって構成されている。この二方向クラッチ３６の一例を図６に模式的に示してある。モータ３４のトルクを出力するモータ軸３７に半径方向に突出したロータ３８が、キーやスプラインなどで回れ止めした状態で取り付けられており、そのロータ３８の両方の側面に、第１アーマチャ３９と第２アーマチャ４０とが配置されている。これらのアーマチャ３９，４０は、磁力によって吸引されるとともに、所定の対象物に押し付けられてトルクを伝達する摩擦板として機能する部材であって、例えばリング状に形成されている。また、これらの各アーマチャ３９，４０は、ロータ３８を軸線方向に貫通しかつロータ３８の厚さより長いロッド（もしくはピン）４１によって連結されている。なお、このロッド４１と各アーマチャ３９，４０との連結は、ボルト止めやカシメなどの手段で行うことができる。そのロッド４１は、ロータ３８に緩く嵌合しており、したがって各アーマチャ３９，４０は、ロータ３８の側面に引き寄せられた位置は、ロータ３８の側面から離れた位置とに前後動できるように構成されている。そして、一方（図６での左側）のアーマチャ３９とロータ３８の側面との間に、アーマチャ３９をロータ３８の側面から離隔させる方向に押圧するスプリング４２が配置されている。このスプリング４２はウェーブスプリングであることが好ましいが、複数のコイルスプリングなどの他の弾性体であってもよい。さらに、第１アーマチャ３９に対向した第１ドライブプレート４３と、第２アーマチャ４０に対向した第２ドライブプレート４４とが、モータ軸３７に回転可能に取り付けられている。

第１ドライブプレート４３は、変速部１に対して操作力を出力するためのものであって、その一例は、モータ軸３７に軸受４５を介して嵌合させられた変速用のドライブギヤ４６におけるディスク部分である。また、第２ドライブプレート４４は、前後進切替機構３０に対して操作力を出力するためのものであって、モータ軸３７の先端部に軸受４７を介して回転可能に嵌合させた出力ギヤ４８に一体に形成されているフランジ部である。

各アーマチャ３９，４０をそれぞれに対向するドライブプレート４３，４４に接触させ、また離隔させるための機構について説明すると、上記の第２ドライブプレート４４を挟んで第２アーマチャ４０とは反対側（図６では右側）に電磁コイル４９が配置されている。上記の各ドライブプレート４３，４４やロータ３８は、非磁性材料によって形成されており、電磁コイル４９で発生させた磁力によって、各アーマチャ３９，４０を電磁コイル４９側に吸引するようになっている。したがって、図６の（ａ）に示す電磁コイル４９に通電していないノーマル状態（非動作状態）では、第２アーマチャ４０がスプリング４２によって第２ドライブプレート４４から離隔され、かつ第１アーマチャ３９がスプリング４２の弾性力でドライブギヤ４６のディスク部（第１ドライブプレート４３）に押し付けられて、モータ３４の出力トルクがドライブギヤ４６に伝達される。また、図６の（ｂ）に示す電磁コイル４９に通電した動作状態では、第１アーマチャ３９がスプリング４２の弾性力に抗して磁気吸引されてドライブギヤ４６から離隔され、かつ第２アーマチャ４０がスプリング４２の弾性力に抗して磁気吸引されて第２ドライブプレート４４に押し付けられて、モータ３４の出力トルクが出力ギヤ４８に伝達される。なお、図６において、符号５０はクラッチケースを示す。

上記のドライブギヤ４６から変速ギヤ１９にトルクを伝達する減速ギヤ機構５１が設けられている。図５に示す例では、減速ギヤ機構５１は、３本のカウンタシャフト５２，５３，５４を備えており、第１のカウンタシャフト５２には前記ドライブギヤ４６に噛み合っている大径のギヤ５５とそれより小径のギヤ５６とが設けられており、第２のカウンタシャフト５３には第１のカウンタシャフト５２における小径のギヤ５６に噛み合っている大径のギヤ５７とそれよりも小径のギヤ５８とが設けられており、さらに第３のカウンタシャフト５４には第２カウンタシャフト５３における小径のギヤ５８に噛み合っている大径のギヤ５９とそれより小径でかつ軸長の長いドライブギヤ６０が設けられている。そして、このドライブギヤ６０に前述した変速ギヤ１９が噛み合っている。なお、上述した動力伝達切替機構３５および減速ギヤ機構５１ならびに推力発生機構２０の具体的な構成を図７に断面図で示してある。この図７に示す例では、並列的に設けられた二つの電磁クラッチ３５Ａ，３５Ｂによって動力伝達切替機構３５が構成され、変速用のクラッチ３５Ａは非通電状態で係合してトルクを伝達するように構成され、また前後進切替用のクラッチ３５Ｂは非通電状態で解放してトルクの伝達を遮断するように構成されている。

つぎに前後進切替機構３０の構成を説明する。前述したカム軸２３には、フォワードドライブギヤ６１とリバースドライブギヤ６２とが取り付けられている。そのフォワードドライブギヤ６１に噛み合っているフォワードドリブンギヤ６３が前述した出力軸３１に相対回転可能に嵌合させられている。フォワードドリブンギヤ６３と出力軸３１をトルク伝達可能に連結するためのシンクロナイザ６４が設けられている。このシンクロナイザ６４は従来の車両用変速機に広く採用されているものと同様の構成であって、その具体的な構成を図８に断面図で示してある。出力軸３１と一体のハブ６５の外周部に、軸線方向に前後動しかつハブ６５と共に回転するハブスリーブ６６がスプライン嵌合されており、そのハブ６５と同一の外径でかつハブ６５に隣接した位置に、フォワードドリブンギヤ６３側のスプライン部６７が配置されている。また、ハブスリーブ６６の内周側で前記ハブ６５とフォワードドリブンギヤ６３のボス部との間にはシンクロナイザリング６８が配置されている。さらに、ハブスリーブ６６の外周部には、リバースドリブンギヤ６９が一体に形成されている。そして、このハブスリーブ６６は、そのリバースドリブンギヤ６９が前述したカム軸２３上のリバースドライブギヤ６２の外周側に位置するように配置されている。したがって、ハブスリーブ６６を図８における左方向に移動させると、フォワードドリブンギヤ６３と出力軸３１との回転数が同期した後、ハブスリーブ６６がフォワードドリブンギヤ６３側のスプライン部６７にスプライン嵌合してフォワードドリブンギヤ６３と出力軸３１とが連結される。

その出力軸３１には、出力ギヤ７０が一体となって回転するように設けられている。この出力ギヤ７０が前述したデファレンシャルギヤ３２におけるリングギヤ７１に噛み合っている。したがって、シンクロナイザ６４によってフォワードドリブンギヤ６３と出力軸３１とを連結した場合には、カム軸２３からそのフォワードドライブギヤ６１およびこれに噛み合っているフォワードドリブンギヤ６３ならびに出力軸３１および出力ギヤ７０を介してデファレンシャルギヤ３２にトルクが伝達され、車両が前進走行する。

つぎに後進状態を設定するための機構について説明すると、前述したリバースドライブギヤ６２とハブスリーブ６６に一体に設けられているリバースドリブンギヤ６９との外周側に、これらのギヤ６２，６９に噛み合う位置とその噛み合いが外れる位置とに移動するリバースアイドルギヤ７２が設けられている。その具体的な構成を図９に部分的な断面図で示してあり、カム軸２３の中心軸線と出力軸３１の中心軸線とを通る平面から外れた位置に、これらの軸２３，３１と平行にリバースアイドル軸７３が配置されている。リバースアイドルギヤ７２はこのリバースアイドル軸７３に回転可能でかつ軸線方向に移動できるように取り付けられている。そして、前記ハブスリーブ６６が前記フォワードドリブンギヤ６３側のスプライン部６７に係合していないいわゆるニュートラル位置にある状態で、リバースアイドルギヤ７２がリバースドライブギヤ６２に噛み合う位置に移動すると、同時に、リバースアイドルギヤ７２がリバースドリブンギヤ６９に噛み合うようになっている。したがって、カム軸２３上のリバースドライブギヤ６２と出力軸３１上のリバースドリブンギヤ６９との間にリバースアイドルギヤ７２が介在することになるので、後進状態が設定される。

前述した変速用の操作力を出力するモータ３４のトルクを、上記のハブスリーブ６６およびリバースアイドルギヤ７２にこれらを軸線方向に移動させる操作力として作用させるシフト機構７４が設けられている。このシフト機構７４は、前進状態を設定するための操作と、後進状態を設定するための操作とを選択し、また選択されたそれらの操作を実行するように構成されている。その前進状態を設定するための操作および後進状態を設定するための操作は、送り軸７５が前後動することにより行うようになっている。図１および図２にその具体的な例を示してある。送り軸７５は中間部が円形断面で、両端部が非円形断面に形成された軸であって、前述した出力軸３１やリバースアイドル軸７３と平行に配置されており、さらにニュートラル位置とそのニュートラル位置を挟んだ両側の前進位置および後進位置に直線的に前後動し、かつその前後動に伴って中心軸線を中心にして所定角度回動するように支持されている。

前記モータ３４のトルクによって送り軸７５を直線移動および回動させるための機構を説明すると、モータ軸３７の先端部に取り付けられている出力ギヤ４８は、図に示す例ではベベルギヤであって、その出力ギヤ４８に噛み合っている従動側のベベルギヤ７６が、その中心軸線をモータ軸３７に対して直交する方向に向けて配置されている。そのベベルギヤ７６の中心軸線に沿って回転するようにベベルギヤ７６と一体化した円筒状もしくは円柱状のギヤ７７が設けられている。このギヤ７７に扇形のギヤ（以下、扇形ギヤと記す）７８が噛み合っており、その扇形ギヤ７８の歯車部分に対して直径方向で反対側にアーム部７９が延びており、そのアーム部７９の先端部に、アーム部７９の回転中心軸線と平行な方向に向けてピン８０が取り付けられている。

一方、前記送り軸７５の中間部にスリーブ８１が送り軸７５とは相対回転可能でかつ軸線方向に相対移動可能に嵌合させられている。このスリーブ８１の外周部に形成された溝８２に上記のピン８０が挿入されている。これらのピン８０および溝８２は、上記の扇形ギヤ７８あるいはアーム部７９の回転動作をスリーブ８１の直線的な動作に変換する連結機構であり、したがってアーム部７９に溝を形成し、その溝に係合するピンをスリーブ８１に設けてもよい。あるいはこれらのピン８０および溝８２に替えて、前記扇形ギヤ７８を円形のギヤとし、かつこれに噛み合うラックをスリーブ８１に設けてもよい。

上記のスリーブ８１と送り軸７５との間に、両者の軸線方向の相対移動を回転動作に変換するカム部が設けられている。その例を図３に模式的に示してあり、螺旋溝もしくは螺旋状貫通孔（以下、螺旋状貫通孔とする）８３とこれに嵌合しているピンなどのカムフォロアー８４とによってカム部が構成されている。すなわち、スリーブ８１には、送り軸７５をその中心軸線を中心にして回転させるべき角度に応じた長さの螺旋状貫通孔８３が形成されており、その螺旋状貫通孔８３に沿って移動するピン８４が送り軸７５に半径方向で外側に突き出た状態で設けられている。

さらに、送り軸７５の両端部には、非円形断面部の係合部８５Ｆ，８５Ｒが設けられている。この係合部８５Ｆ，８５Ｒは、送り軸７５の端部を中心軸線に沿って互いに平行な二面にカットした二面幅の部分である。これは、送り軸７５の回転を止めるためのものであり、したがってその形状は非円形断面であればよく、二面幅に限定されない。送り軸７５の両端部側に位置する所定の固定部１７には上記の係合部８５Ｆ，８５Ｒの断面形状に対応した非円形断面の中空部である嵌合部８７Ｆ，８７Ｒが形成されている。これらの係合部８５Ｆ，８５Ｒと嵌合部８７Ｆ，８７Ｒとの相対的な位相は、以下のように設定されている。

送り軸７５が、いずれの係合部８５Ｆ，８５Ｒも嵌合部８７Ｆ，８７Ｒに嵌合していないこの発明における第１の位置に相当するニュートラル位置にある状態（図３の（ｃ）に示す状態）では、一方の係合部８５Ｆとこれに対応する嵌合部８７Ｆとの位相、および他方の係合部８５Ｒとこれに対応する嵌合部８７Ｒとの位相は、一致していない。すなわち、送り軸７５に対してその軸線方向の推力もしくは押圧力が作用しても、その端部が嵌合部８７Ｆ，８７Ｒの開口端面に突き当たり、軸線方向への直線的な移動が阻止される。これに対して、前記スリーブ８１が例えば図３における左方向に移動すると、上記の螺旋状貫通孔８３とピン８４とからなるカム部の作用で送り軸７５が螺旋状貫通孔８３の長さおよびスリーブ８１のストローク量に応じた角度回転する。その状態で、スリーブ８１の移動方向での先端側の係合部８５Ｒの位相が、これに対応する一方の嵌合部８７Ｒに一致する（図３の（ｂ）に示す状態）。その結果、送り軸７５の軸線方向への直線的な移動が可能になる。このようにして送り軸７５が図１の左側の端部まで移動した位置（図３の（ａ）に示す位置）が、この発明における第２もしくは第３の位置に相当するリバース（後進）位置となっている。

これと同様に、送り軸７５がニュートラル位置にある状態から、前記スリーブ８１が例えば図３における右方向に移動すると、上記の螺旋状貫通孔８３とピン８４とからなるカム部の作用で送り軸７５が螺旋状貫通孔８３の長さおよびスリーブ８１のストローク量に応じた角度回転する。その状態で、スリーブ８１の移動方向での先端側の係合部８５Ｆの位相が、これに対応する他方の嵌合部８７Ｆに一致する（図３の（ｄ）に示す状態）。その結果、送り軸７５の軸線方向への直線的な移動が可能になる。このようにして送り軸７５が図３の右側の端部まで移動した位置（図３の（ｅ）に示す位置）が、この発明における第３もしくは第２の位置に相当するフォワード（前進）位置となっている。

送り軸７５には、更に、操作部として機能する突出部８８が設けられている。この突出部８８は、送り軸７５からその半径方向で外側に突き出た板状のアーム部であり、送り軸７５と一体となって回転し、また軸線方向に直線的に前後動する。すなわち、突出部８８は、送り軸７５がニュートラル位置にある状態での位置を中心にして、左右に、所定角度回転する。図４にはその突出部８８のニュートラル位置での回転位置、前進位置での回転位置、ならびに後進位置での回転位置を示してある。

また、図４には、前述した従動軸８およびカム軸２３と、出力軸３１と、リバースアイドル軸７３と、送り軸７５との相対位置をそれぞれの中心軸線の位置で示してある。この図４に示すように、リバースアイドル軸７３は、従動軸８およびカム軸２３の中心軸線を通る（含む）平面から外れて配置されている。したがって、リバースアイドル軸７３に嵌合させられたリバースアイドルギヤ７２は、軸線方向に移動することにより、カム軸２３上のリバースドライブギヤ６２とシンクロナイザ６４におけるハブスリーブ６６に一体のリバースドリブンギヤ６９とに噛み合うようになっている。

リバースアイドルギヤ７２を軸線方向に移動させるためのリバースフォーク８９が設けられている。このリバースフォーク８９は、従来の車両用変速機に設けられているシフトフォークと同様の部材であり、リバースアイドル軸７３に近い位置にリバースアイドル軸７３と平行でかつ軸線方向に移動可能に配置された支持軸９０に取り付けられている。図１において、符号９０Ａはセンサであって支持軸９０の位置を検出する。そのリバースフォーク８９の一方の端部がリバースアイドルギヤ７２のボス部に形成された溝に係合しており、またリバースフォーク８９の他方の端部は、セレクト動作する前記突出部８８の回転位置のうち、送り軸７５が後進位置に移動している場合の回転位置に一致する位置に延びている。すなわち、送り軸７５が後進位置に移動する場合に、突出部８８がリバースフォーク８９に係合し、軸線方向に一体となって移動するようになっている。すなわち、支持軸９０やリバースフォーク８９およびこれが係合しているリバースアイドルギヤ７２はこの発明における後進用トルク伝達部材に相当していて、ニュートラル位置と後進位置とに直線的に前後動する。

他方、シンクロナイザ６４におけるハブスリーブ６６を軸線方向に移動させるためのフォワードフォーク９１が設けられている。このフォワードフォーク９１は、従来の車両用変速機に設けられているシフトフォークと同様の部材であり、出力軸３１に近い位置に出力軸３１と平行にかつ軸線方向に移動可能に配置された支持軸９２に取り付けられている。そのフォワードフォーク９１の一方の端部がハブスリーブ６６のボス部に形成された溝に係合している。また、この支持軸９２と前記送り軸７５との間に、この発明における連結反転部材に相当する回転アーム９３が設けられている。この回転アーム９３は、送り軸７５と支持軸９２との間に配置され、これらの軸７５，９２の中心軸線に対して垂直に方向を向く取付軸９４を中心にして回転するように設けられている。この回転アーム９３の一方の端部は前述した送り軸７５の突出部８８に係合し、また他方の端部は支持軸９２を軸線方向に押すように支持軸９２に係合している。すなわち、送り軸７５の移動方向に対して支持軸の移動方向が反対になるように構成されている。そして、送り軸７５が前進位置に移動する場合に、突出部８８が回転アーム９３に係合し、その回転アーム９３が取付軸９４を中心にして回転することにより、支持軸９２およびこれと一体のフォワードフォーク９１が送り軸７５と反対の方向に直線的に移動するようになっている。すなわち、フォワードフォーク９１およびこれが係合しているハブスリーブ６６はこの発明における前進用トルク伝達部材に相当していて、ニュートラル位置と前進位置とに直線的に前後動する。

つぎに上述した無段変速機およびシフト機構の作用について説明する。車両が停止している場合、発進クラッチ２６はトルクを遮断する解放状態に制御される。これは、クラッチ用アクチュエータ２９を動作させて行う。この状態では、前後進切替機構３０にトルクが作用しないので、前進および後進あるいはニュートラルの切替が行われる。上述したように、前後進の切替および変速を単一のアクチュエータである前記モータ３４によって行うようになっており、そのために前後進切替機構３０を切替動作させるためには、先ず、前記二方向クラッチ３６を第２ドライブプレート４４にトルクを伝達する状態に動作させる。図６に示すように構成された二方向クラッチ３６においては、電磁コイル４９に通電し、各アーマチャ３９，４０を第２ドライブプレート４４側に移動させる。その結果、第１アーマチャ３９が変速用のドライブギヤ４６から離隔し、第２アーマチャ４０が出力ギヤ４８と一体のフランジ部である第２ドライブプレート４４に摩擦接触し、第２ドライブプレート４４側がトルク伝達可能な係合状態になる。

この状態でモータ３４を所定方向に回転させると、モータ３４のトルクによって前述したベベルギヤ７６とこれと一体のギヤ７７を介して扇形ギヤ７８が回転し、その結果、前記ピン８０を介して扇形ギヤ７８に連結されているスリーブ８１が軸線方向に移動する。スリーブ８１と送り軸７５とは、前述した螺旋状貫通孔８３およびピン８４からなるカム部によって連結されているから、送り軸７５がその端部の係合部８５Ｆ，８５Ｒとこれが嵌合する嵌合部８７Ｆ，８７Ｒとの作用によって送り軸７５の回転が止められていれば、送り軸７５がスリーブ８１と共に軸線方向に移動する。その場合、突出部８８がいずれかのフォーク８９，９１に係合していれば、そのフォーク８９，９１と共に支持軸９０，９２が移動し、その位置がそれぞれに対応して設けられているセンサ９０Ａによって検出される。結局、送り軸７５の位置がセンサ９０Ａからの出力信号によって判定されるので、モータ３４は目標とするシフト位置で停止する。

シフトポジションとしてニュートラルが選択されている場合には、送り軸７５がニュートラル位置に移動させられている。この状態では、送り軸７５の両端部に形成されている係合部８５Ｆ，８５Ｒがそれぞれに対応する嵌合部８７Ｅ，８７Ｒから抜け出ていて、送り軸７５は回転可能な状態になっており、また突出部８８はリバースフォーク８９およびフォワードフォーク９１のいずれにも係合していない。したがって各フォーク８９，９１およびそれぞれの支持軸９０，９２はニュートラル位置に戻されていて、リバースアイドルギヤ７２はリバースドライブギヤ６２およびリバースドリブンギヤ６９から離脱している。また、シンクロナイザ６４は解放状態になっていて、フォワードドリブンギヤ６３と出力軸３１との間のトルク伝達が遮断されている。すなわち、前後進切替機構３０の全体しては、トルクを伝達しないニュートラル状態になっている。

シフトポジションとして前進走行のためのドライブポジションが選択されると、動力伝達切替機構３５を構成している二方向クラッチ３６に通電されて二方向クラッチ３６が第２ドライブプレート４４側に係合する。この状態でモータ３４が回転して出力ギヤ７０に噛み合っている前記ベベルギヤ７６が図２の時計方向に回転し、またこれに噛み合っている扇形ギヤ７８が図２の反時計方向に回転する。そして、送り軸７５に嵌合しているスリーブ８１がニュートラル位置から前進位置に向けて（図３の右方向）に押される。その場合、送り軸７５は軸線方向に移動できずに回転できる状態になっているから、スリーブ８１と送り軸７５との間に設けられているカム部の作用によって送り軸７５が回転する。その結果、突出部８８が図４の反時計方向に回転し、前述した回転アーム９３の一方の端部に係合する。これと同時に、送り軸７５の端部に形成されている一方の係合部８５Ｆの位相が、これに対応して形成されている嵌合部８７Ｆの位相と一致し、送り軸７５がその軸線方向に移動できる状態になる。すなわち、非円形断面の係合部８５Ｆが嵌合部８７Ｆに嵌合して送り軸７５の回転が阻止されて、送り軸７５およびこれに一体化されている突出部８８がスリーブ８１と共に軸線方向に移動する。図３の（ｄ）ないし（ｅ）はこれらの過程を示している。

回転アーム９３は前述したようにその中間部を中心にして回転するように支持されているから、送り軸７５側の端部が図２の右方向に移動すると、送り軸７５側とは反対側の端部が図２の左方向に移動し、支持軸９２およびこれに取り付けられているフォーワドフォーク９１を図２の左方向に移動させる。その結果、シンクロナイザ６４におけるハブスリーブ６６がフォワードドリブンギヤ６３側に移動し、シンクロナイザ６４が係合状態になる。すなわち、フォワードドリブンギヤ６３が出力軸３１に連結される。

前進状態からニュートラル状態に切り替える場合は、モータ３４が上記の前進状態を設定する場合とは反対方向に回転する。したがって、スリーブ８１が上述した場合とは反対の図３の左方向に移動させられる。その場合、当初は、送り軸７５に形成されている係合部８５Ｆがこれに対応する嵌合部８７Ｆに嵌合していて送り軸７５の回転が止められているので、送り軸７５およびこれと一体の突出部８８がスリーブ８１と共に軸線方向に直線的に後退移動する。送り軸７５がニュートラル位置まで移動すると、その他方の端部が、他方の嵌合部８７Ｒの開口端に当接して移動が阻止され、かつ前進側の係合部８５Ｆがこれに対応する嵌合部８７Ｆから抜け出るので、送り軸７５が回転可能な状態になる。スリーブ８１が更に移動するために、スリーブ８１と送り軸７５との間に設けられているカム部の作用によって送り軸７５が回転し、その外周側に突出している突出部８８が回転アーム９３の端部から離脱してニュートラル位置に戻る。

後進状態に切り替える場合には、上記の前進状態を設定する場合と同様に、動力伝達切替機構３５を構成している二方向クラッチ３６に通電されて二方向クラッチ３６が第２ドライブプレート４４側に係合する。この状態でモータ３４が上記の前進状態を設定する場合とは反対方向に回転して出力ギヤ７０に噛み合っている前記ベベルギヤ７６が図１の反時計方向に回転し、またこれに噛み合っている扇形ギヤ７８が図１の時計方向に回転する。そして、送り軸７５に嵌合しているスリーブ８１がニュートラル位置から後進位置に向けて（図３の左方向）に押される。その場合、送り軸７５は軸線方向に移動できずに回転できる状態になっているから、スリーブ８１と送り軸７５との間に設けられているカム部の作用によって送り軸７５が回転する。その結果、突出部８８が図４の時計方向に回転し、前述したリバースフォーク８９の一方の端部に係合する。これと同時に、送り軸７５の端部に形成されている他方の係合部８５Ｒの位相が、これに対応して形成されている嵌合部８７Ｒの位相と一致し、送り軸７５がその軸線方向に移動できる状態になる。すなわち、非円形断面の係合部８５Ｒが嵌合部８７Ｒに嵌合して送り軸７５の回転が阻止されて、送り軸７５およびこれに一体化されている突出部８８がスリーブ８１と共に軸線方向に移動する。図３の（ｂ）ないし（ａ）はこれらの過程を示している。

リバースフォーク８９は前述したように支持軸９０に取り付けられて支持軸９０と共にその軸線方向に移動するように構成されているから、リバースフォーク８９は前記突出部８８に押されて図１の左方向に移動し、リバースアイドルギヤ７２がリバースドライブギヤ６２と前記ハブスリーブ６６に形成されているリバースドリブンギヤ６９との間に移動させられてこれらのギヤ６２，６９と噛み合う。その結果、これらのギヤ６２，６９がリバースアイドルギヤ７２を介して連結されるので、出力軸３１と前述した前進状態とは反対方向に回転させられ、後進状態が設定される。

後進状態からニュートラル状態に切り替える場合は、モータ３４が上記の後進状態を設定する場合とは反対方向に回転する。したがって、スリーブ８１が上述した場合とは反対の図３の右方向に移動されられる。その場合、当初は、送り軸７５に形成されている係合部８５Ｒがこれに対応する嵌合部８７Ｒに嵌合していて送り軸７５の回転が止められているので、送り軸７５およびこれと一体の突出部８８がスリーブ８１と共に軸線方向に直線的に後退移動する。送り軸７５がニュートラル位置まで移動すると、その一方の端部が、一方の嵌合部８７Ｆの開口端に当接して移動が阻止され、かつ後進側の係合部８５Ｒがこれに対応する嵌合部８７Ｒから抜け出るので、送り軸７５が回転可能な状態になる。スリーブ８１が更に移動するために、スリーブ８１と送り軸７５との間に設けられているカム部の作用によって送り軸７５が回転し、その外周側に突出している突出部８８がリバースフォーク８９の端部から離脱してニュートラル位置に戻る。

この発明に係るシフト機構では、ニュートラル位置から前進位置へのフォワードフォーク９１のシフト動作の方向と、ニュートラル位置から後進位置へのリバースフォーク８９のシフト動作の方向とが同じであるから、軸線方向に直列に並ぶ部材の数が少なくなり、またそのシフト動作のために確保する必要のある軸線方向でのスペースを削減することができる。そのため、この発明によれば、シフト機構やこれを内蔵している無段変速機の全体としての軸長の短縮化を図ることができる。特に、停車時であっても変速部１を回転させることができるように、前後進切替機構３０を従動軸８と同軸上に配置する場合には、従動軸８の中心軸線方向での軸長の増大を抑制できるので、ＦＦ車（エンジン前置き・前輪駆動車）に対する車載性に優れた変速機を得ることが可能になる。

以上、この発明を具体例に基づいて説明したが、この発明は上記の具体例に限定されないのであって、この発明は特許請求の範囲に記載されている構成の範囲で適宜に変更して実施することができる。

１…変速部、２７…駆動力源、３０…前後進切替機構、３１…出力軸、３３…駆動輪、６１…フォワードドライブギヤ、６２…リバースドライブギヤ、６３…フォワードドリブンギヤ、６４…シンクロナイザ、６５…ハブ、６６…ハブスリーブ、６７…スプライン部、６８…シンクロナイザリング、６９…リバースドリブンギヤ、７０…出力ギヤ、７１…リングギヤ、７２…リバースアイドルギヤ、７３…リバースアイドル軸、７４…シフト機構、７５…送り軸、７６…ベベルギヤ、７７…ギヤ、７８…扇形ギヤ、７９…アーム部、８０…ピン、８１…スリーブ、８２…溝、８３…螺旋状貫通孔、８４…カムフォロアー（ピン）、８５Ｆ，８５Ｒ…係合部、８７Ｆ，８７Ｒ…嵌合部、８８…突出部、８９…リバースフォーク、９０…支持軸、９１…フォワードフォーク、９２…支持軸、９３…回転アーム、９４…取付軸。

Claims

駆動輪にトルクを出力する出力軸の回転方向を前進方向と後進方向とに切り替えることのできる変速機のシフト機構において、
ニュートラル位置では前進方向のトルクを前記出力軸に伝達せずかつ前記ニュートラル位置から前進位置に直線的に移動することにより前進方向のトルクを前記出力軸に伝達する前進用トルク伝達部材と、
その前進用トルク伝達部材の直線的な移動方向に対して直交する方向にずれて配置され、かつ前記ニュートラル位置では後進方向のトルクを前記出力軸に伝達せずかつ前記ニュートラル位置から前記前進位置への方向と平行な方向の後進位置に直線的に移動することにより後進方向のトルクを前記出力軸に伝達する後進用トルク伝達部材と、
前記ニュートラル位置に対応する第１の位置とその第１の位置を挟んで前記第１の位置と直線上に並んでいる前進位置および後進位置のうちの一方の位置に対応する第２の位置および前記前進位置および前記後進位置のうちの他方の位置に対応する第３の位置に直線的に前後動し、前記第１の位置から前記第２の位置および第３の位置のそれぞれに移動する間にその中心軸線を中心に回転した後に前記第２の位置および第３の位置に向けて直線的に移動するとともに、前記第２の位置および第３の位置のそれぞれから前記第１の位置に後退する間に前記直線的な移動とは反対の方向に直線的に移動した後に前記中心軸線を中心にした前記回転とは反対方向に回転する送り軸と、
その送り軸から半径方向に突出して形成されかつ前記送り軸が前記第１の位置から第２の位置に移動する際に前記送り軸と共に回転して前記前進用トルク伝達部材と前記後進用トルク伝達部材とのいずれか一方の部材に係合する突出部と、
前記前進用トルク伝達部材と前記後進用トルク伝達部材とのいずれか他方の部材を直線的に押圧するように該他方の部材に係合させられかつ前記送り軸が前記第１の位置から第３の位置に移動する際に前記送り軸と共に回転した前記突出部が係合し該突出部の直線的な移動方向と反対方向に前記他方の部材を押圧する連結反転部材と
を備えていることを特徴とする変速機のシフト機構。