JP2015121273A - トランスファ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カップリングスリーブがニュートラル領域を通過する時間を短縮し、スリーブと変速歯車機構の係合時における差回転を縮小して、ギヤ鳴りを抑制できるトランスファ装置を提供する。
【解決手段】副変速機の低速側および高速側回転要素に択一的に嵌合するよう軸方向移動して副変速機を低速段と高速段に切り替えるカップリングスリーブと、このスリーブを軸方向に移動させるよう操作可能なシフトフォークシャフト３６と、シフトフォークシャフト３６を操作してカップリングスリーブによる副変速機の切替えを制御する電動パルスモータ６１とを備え、カップリングスリーブがいずれの回転要素にも嵌合しないニュートラル領域にあるとき、カップリングスリーブがいずれかの回転要素に嵌合するまで、電動パルスモータ６１による操作速度よりもシフトフォークシャフト３６を速く移動させる加速手段をさらに備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、トランスファ装置、特に副変速機を備えたトランスファ装置に関する。

４輪駆動車等の車両においては、トランスファ装置内に副変速機を備え、悪路や岩石路等のオフロード走行時あるいは緊急避難時にその副変速機を高速段での動作モードから低速段での動作モードに切り替えることで、通常走行時に対し高減速比として、必要な駆動力を確保しつついわゆるウォーキングスピードでの走行を可能とするものがある。

このようなトランスファ装置として、例えば主変速機からの動力を入力する入力軸をプラネタリギヤで構成される変速歯車機構のサンギヤに結合するとともに、その変速歯車機構のリングギヤを変速機ケースに支持させ、サンギヤに連結した高速側回転要素とキャリアに連結した低速側回転要素とに、出力軸側のカップリングスリーブを択一的にスプライン嵌合させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、主変速機側がニュートラル状態にあるときに、副変速機側での高速段と低速段との間の切替えが許容されるように変速制御がなされ、カップリングスリーブを軸方向に切替操作するときに入力軸側と出力軸側の間に介在する油圧多板クラッチの作動油圧によってその油圧多板クラッチの摩擦を増加させるようになっている。

特開平０７−１７２２０３号公報

しかしながら、上述のような従来のトランスファ装置にあっては、副変速機における高・低変速段の切替え時にトランスファ入力軸が回転し始めた状態で高速側または低速側への切替えがなされると、回転停止しているカップリングスリーブを、トランスファ入力軸の回転に応じ回転している変速歯車機構の高速側回転要素または低速側回転要素にスプライン嵌合させることになり、ギヤ鳴りが生じるおそれがあった。

また、このギヤ鳴りは、スリーブと変速歯車機構の各回転要素との差回転が増加する副変速機の低速段から高速段への切替え時により大きくなり、カップリングスリーブがニュートラル領域を通過する時間が長いほど大きくなるおそれがあった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、カップリングスリーブがニュートラル領域を通過する時間を短縮することにより、スリーブと変速歯車機構の係合時における差回転を縮小することができ、ギヤ鳴りを有効に抑制可能なトランスファ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るトランスファ装置は、上記目的達成のため、低速側回転要素および高速側回転要素を有する変速歯車機構を備えたトランスファ装置であって、前記低速側回転要素および前記高速側回転要素に択一的に嵌合するよう軸方向に移動して前記変速歯車機構を低速段と高速段のうち任意の一方から他方に切り替えるカップリングスリーブと、前記カップリングスリーブを前記軸方向に移動させるよう操作可能なシフトフォークシャフトと、前記シフトフォークシャフトを操作して前記カップリングスリーブによる前記変速歯車機構の切替えを制御する電動アクチュエータと、を備え、前記カップリングスリーブが前記変速歯車機構の切替え中に前記低速側回転要素および前記高速側回転要素のうちいずれにも嵌合しなくなるニュートラル領域にあるとき、前記カップリングスリーブが前記低速側回転要素および前記高速側回転要素のうちいずれかに嵌合する嵌合領域に達するまで、前記電動アクチュエータによる前記シフトフォークシャフトの操作速度よりも前記シフトフォークシャフトを速く移動させる加速手段をさらに備えていることを特徴とする。

この構成により、カップリングスリーブがニュートラル領域を通過するときの移動速度が大きくなってその通過時間が短縮され、スリーブと変速歯車機構の高速側回転要素または低速側回転要素との嵌合時における差回転が小さくなることで、ギヤ鳴りが有効に抑制されることになる。

前記加速手段は、前記シフトフォークシャフトに形成された径方向の凹凸部と、前記凹凸部に係合可能なロック部材および該ロック部材を前記シフトフォークシャフト側に付勢する第１の弾性部材を有し、前記ロック部材を前記凹凸部に係合させているときに前記シフトフォークシャフトの軸方向移動を抑制するロック機構と、前記電動アクチュエータと前記シフトフォークシャフトとの間に介在する第２の弾性部材を有し、前記ロック機構によって前記シフトフォークシャフトの軸方向移動が抑制されている状態で前記電動アクチュエータが作動するとき、前記ロック部材が前記凹凸部から離脱するまで前記第２の弾性部材を弾性変形させる待ち機構とを含んで構成されてもよい。

また、その場合、前記シフトフォークシャフトの前記凹凸部が、前記高速段側で前記ロック部材に係合する高速段側の凹凸部と、前記低速段側で前記ロック部材に係合するとともに前記高速段側の凹凸部より前記軸方向に長く形成された低速段側の凹凸部とによって構成され、前記ロック部材が前記低速段側の凹凸部に係合するときの前記第１の弾性部材の弾性変形量が、前記ロック部材が前記高速段側の凹凸部に係合するときの前記第１の弾性部材の弾性変形量より大きく設定されているのがよい。

このように構成すると、ロック機構により軸方向移動を抑制されるシフトフォークシャフトの切替え初期の操作抵抗が、高速段から低速段への切替え時よりも低速段から高速段への切替え時に大きくなり、さらに、前記ロック部材が前記凹凸部から離脱するまでの前記第２の弾性部材の弾性変形量が、高速段から低速段への切替え時よりも低速段から高速段への切替え時に大きくなる。しかも、低速段側の凹凸部が高速段側の凹凸部より前記軸方向に長く形成されることで、カップリングスリーブがニュートラル領域を通過するときの移動距離も縮小される。その結果、カップリングスリーブがニュートラル領域を通過するときの通過時間が十分に短縮されることになり、ギヤ鳴りをより有効に抑制できることになる。

本発明によれば、カップリングスリーブがニュートラル領域を通過する時間を短縮することにより、スリーブと変速歯車機構の係合時における差回転を縮小することができ、ギヤ鳴りを有効に抑制可能なトランスファ装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るトランスファ装置の全体概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るトランスファ装置の副変速機の動作を説明する要部断面図で、（ａ）はその高速段に切り替えられた状態を、（ｂ）はその低速段に切り替えられた状態を示している。 本発明の一実施形態に係るトランスファ装置の副変速機の切替操作系の要部構成を示す図で、（ａ）はそのシフトフォークシャフトの軸方向移動を抑制可能な第１の弾性部材を有するロックボール機構を示し、（ｂ）はそのシフトフォークシャフトと電動アクチュエータの間に第２の弾性部材を介在させた切替駆動部を示している。 本発明の一実施形態に係るトランスファ装置の副変速機において低速段から高速段への切替えがなされる場合のロックボール機構の作動状態と切替操作荷重の推移を対応付けて説明する操作荷重特性説明図である。 本発明の一実施形態に係るトランスファ装置の副変速機において低速段と高速段の切替えがなされる場合の電動アクチュエータからの切替操作荷重の変化と切替操作ストロークの関係を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るトランスファ装置の副変速機において低速段から高速段への切替えがなされる場合におけるカップリングスリーブのシフトストロークの時間変化を示す説明図である。 比較例のトランスファ装置の副変速機において低速段から高速段への切替えがなされる場合のシフトストロークの時間変化を示す説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１ないし図３は本発明の一実施形態に係るトランスファ装置の構成を示している。

まず、その全体の概略構成について説明する。

図１および図２に示すように、トランスファ装置１０は、図外のエンジンから出力されて主変速機２により変速された動力（回転動力）を入力するように、主変速機２の後段に配置されている。そして、このトランスファ装置１０から公知の車両の前輪側の差動装置８および後輪側の差動装置６に動力が分配されるようになっている。

主変速機２は、公知のものであり、特にその詳細な構成を図示しないが、複数の走行レンジ（複数の前進レンジ、後進レンジ）およびニュートラルレンジのうち任意のレンジに選択操作されるようになっており、選択されたレンジに応じてそれに対応する車両の走行レンジで、自動変速を行うようになっている。

トランスファ装置１０は、トランスファケース１３と、主変速機２側からの動力を入力する副変速機２０（歯車変速機構）と、その副変速機２０を高速と低速に切替操作する切替操作機構３０と、例えばプラネタリギヤタイプの差動制限機能付のディファレンシャルギヤ装置からなるセンターデフ４０とを備えている。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、副変速機２０は、主変速機２からの回転を入力する入力軸２１と、入力軸２１に一体形成されたサンギヤ２２と、サンギヤ２２の周りに配された複数のピニオン２３と、ピニオン２３を所定角度間隔で支持するキャリア２４と、トランスファケース１３に固定されたリングギヤ２５とを有するプラネタリギヤ方式の変速歯車機構である。

入力軸２１の内端部には高速段用の歯付ホイール２６（高速側回転要素）が固定されており、副変速機２０は、入力軸２１の入力回転をこの歯付ホイール２６からそのままの回転速度（速度比１：１）で出力するとき、高速出力状態となる。また、副変速機２０は、入力軸２１が例えば複数回転するとキャリア２４が１回転するという減速出力を、キャリア２４に固着された歯付の筒状体２７（低速側回転要素）から出力するとき、低速出力状態となる。歯付ホイール２６は、外歯のスプライン歯２６ａを有しており、一方、歯付の筒状体２７は、内歯のスプライン歯２７ａを有している。

切替操作機構３０は、高速側の切替位置（図２（ａ）参照）および歯付の筒状体２７にスプライン嵌合する低速側の切替位置（図２（ｂ）参照）に移動できるよう入力軸２１に対し同軸に配置されつつセンターデフ４０のハウジング４１にスプライン嵌合したカップリングスリーブ３３を有している。

このカップリングスリーブ３３は、歯付ホイール２６に係脱可能にスプライン嵌合する内歯のスプライン歯３３ａと、歯付の筒状体２７に係脱可能にスプライン嵌合する外歯のスプライン歯３３ｔとを一端側に有する一方、他端側に環状の切替操作部３３ｇを有している。すなわち、カップリングスリーブ３３は、歯付ホイール２６および歯付の筒状体２７に択一的にスプライン嵌合するよう、センターデフ４０のハウジング４１に軸方向に移動可能に支持され、副変速機２０を低速段と高速段のうち任意の一方から他方に切り替えることができる部材となっている。

切替操作機構３０は、また、カップリングスリーブ３３の環状の切替操作部３３ｇに軸方向に一体的にかつカップリングスリーブ３３の回転を許容するように係合する高低切替え用のシフトフォーク３５と、シフトフォーク３５を支持するシフトフォークシャフト３６とを有しており、シフトフォークシャフト３６は、トランスファケース１３に軸方向に移動可能に支持されている。

切替操作機構３０は、さらに、シフトフォーク３５およびシフトフォークシャフト３６を介してカップリングスリーブ３３を軸方向に移動させる電動アクチュエータユニット３８を含んで構成されており、電動アクチュエータユニット３８は、副変速機２０を高速側および低速側の切替操作位置のうち任意の一方に切替制御するようになっている。

図３に示すように、この電動アクチュエータユニット３８は、例えば減速機構が付設された電動パルスモータ６１（電動アクチュエータ）と、電動パルスモータ６１の回転をシフトフォークシャフト３６を操作する直線運動に変換する運動変換機構６３と、これら電動パルスモータ６１および運動変換機構６３の間に介在するねじりばね要素６５と、電動パルスモータ６１の回転またはそれに対応する直線変位を検出する図示しない変位検出器とを含んで構成されている。

運動変換機構６３は、例えば図３に示すようなラック６３ａおよびピニオン６３ｂによって構成されており、ピニオン６３ｂは、電動アクチュエータユニット３８のケース３８ａ（図１参照）に回転自在に支持されている。

ねじりばね要素６５は、例えばぜんまい状のうず巻きばね６５ａ（第２の弾性部材）と、その外端部および内端部から所定半径位置付近に延びる一方および他方の係合部材６５ｂ、６５ｃとで構成されている。そして、ばね定数が小さいうず巻きばね６５ａを所定量巻き上げた状態で、係合部材６５ｂ、６５ｃの間には、電動パルスモータ６１の出力部材６６に設けられた扇形の軸方向突起部６６ａと、ピニオン６３ｂに一体結合された回転部材６７の扇形の軸方向突起部６７ａとが、相対回転可能に配置されている。

このねじりばね要素６５は、カップリングスリーブ３３が歯付ホイール２６および歯付の筒状体２７に択一的にスプライン嵌合する際の双方のスプライン歯の回転位相のずれに起因して、電動パルスモータ６１側からの駆動回転に対しシフトフォークシャフト３６を軸方向移動させるピニオン６３ｂが即座に追従回転できないとき、前記双方のスプライン歯の回転位相が合うまでピニオン６３ｂの追従回転を待つ、いわゆる待ち機構としての機能を有している。

電動アクチュエータユニット３８の電動パルスモータ６１は、トランスファ切替制御用の電子制御ユニットである後述のトランスファＥＣＵ１００によって制御される。

一方、トランスファ装置１０は、カップリングスリーブ３３が副変速機２０の高速段と低速段の切替え中のニュートラル領域にあるとき、カップリングスリーブ３３が歯付ホイール２６および歯付の筒状体２７のうちいずれかに嵌合する嵌合領域に達するまで、電動アクチュエータユニット３８によるシフトフォークシャフト３６の操作速度よりも速く移動させるようシフトフォークシャフト３６を加速する加速手段７０を有している。

ここにいう高速段と低速段の切替え中のニュートラル領域とは、カップリングスリーブ３３の軸方向の移動範囲中で、カップリングスリーブ３３が歯付ホイール２６および歯付の筒状体２７のうちいずれにも嵌合しなくなる移動領域である。

具体的には、例えば低速段から高速段への切替えの場合、その切替えのために、カップリングスリーブ３３が高速側への軸方向移動により低速側回転要素である歯付ホイール２６から離脱した後、高速側回転要素である歯付の筒状体２７にスプライン嵌合する直前までの移動領域である。

また、カップリングスリーブ３３が歯付ホイール２６および歯付の筒状体２７のうちいずれかに嵌合する嵌合領域に達するまでとは、例えば低速段から高速段への切替えの場合、その切替えのために、カップリングスリーブ３３が低速側回転要素である歯付ホイール２６から離脱した後、高速側回転要素である歯付の筒状体２７にスプライン嵌合するまでを意味する。

図３に示すように、加速手段７０は、シフトフォークシャフト３６の外周に形成された高速段側のロック溝部７１（高速段側の凹凸部）および低速段側のロック溝部７２（低速段側の凹凸部）と、両ロック溝部７１、７２に択一的に係合するロックボール７３（ロック部材）と、そのロックボール７３をシフトフォークシャフト３６側に付勢する圧縮コイルばね７４（第１の弾性部材）とを含んで構成されている。

これら高速側および低速段側のロック溝部７１、７２、ロックボール７３および圧縮コイルばね７４は、ロック機構７５を構成している。このロック機構７５は、ロックボール７３をロック溝部７１または７２に係合させているときにシフトフォークシャフト３６の軸方向移動を抑制できるようになっている。

高速段側のロック溝部７１は、シフトフォークシャフト３６が高速段側に操作されたときにロックボール７３に係合するように配置されており、低速段側のロック溝部７２は、シフトフォークシャフト３６が低速段側に操作されたときにロックボール７３に係合するように配置されている。

ロックボール７３は、例えば電動アクチュエータユニット３８の近傍で、トランスファケース１３内にシフトフォークシャフト３６の径方向に変位可能に保持されている。

高速段側のロック溝部７１および低速段側のロック溝部７２は、それぞれシフトフォークシャフト３６の外周面上で径方向の凹形状をなす一方、互いにシフトフォークシャフト３６の軸方向に所定距離を隔てて離間することで、両ロック溝部７１、７２の間に凸形状部分３６ｐを形成している。

具体的には、高速段側のロック溝部７１は、シフトフォークシャフト３６の軸方向における両側の側壁面７１ａが互いに逆方向に傾斜した略Ｖ字形状の凹形状をなしており、両側壁面７１ａの間に、シフトフォークシャフト３６の軸方向に対して略平行な平面状の内底壁面７１ｂを有している。また、低速段側のロック溝部７２は、シフトフォークシャフト３６の軸方向における両側の側壁面７２ａが互いに逆方向に傾斜した凹形状をなしており、両側壁面７２ａの間に、シフトフォークシャフト３６の軸方向に対して略平行な平面状の内底壁面７２ｂを有している。なお、内底壁面７２ｂの法線に対する両側壁面７２ａの傾斜角度は、いずれも４５度未満、例えば４０度より若干小さい角度である。

高速段側のロック溝部７１と低速段側のロック溝部７２とは、シフトフォークシャフト３６の外周面からの半径方向の深さｄｐ１、ｄｐ２が互いに相違しており、低速段側のロック溝部７２の内底壁面７２ｂの深さｄｐ２は、高速段側のロック溝部７１の内底壁面７１ｂの深さｄｐ１より段差ｈｓ分だけ浅くなっている。そして、これにより、ロックボール７３が低速段側のロック溝部７２に係合しているときの圧縮コイルばね７４の弾性変形量は、ロックボール７３が高速段側のロック溝部７１に完全に係合しているときの圧縮コイルばね７４の弾性変形量より大きく設定されている。したがって、ロック機構７５がシフトフォークシャフト３６の軸方向移動を抑制する力は、ロックボール７３が高速段側のロック溝部７１に係合するときよりも、ロックボール７３が低速段側のロック溝部７２に係合するときの方が大きくなる。

また、加速手段７０は、ロック機構７５によってシフトフォークシャフト３６の軸方向移動が抑制されている状態で、電動アクチュエータユニット３８の電動パルスモータ６１が副変速機２０の切替えをなすよう作動するとき、ロックボール７３が高速段側のロック溝部７１または低速段側のロック溝部７２から離脱するまでの間、ねじりばね要素６５のうず巻きばね６５ａを弾性変形させて弾性エネルギを蓄積させるようになっている。

ロックボール７３が低速段側のロック溝部７２に係合している状態でロック機構７５がシフトフォークシャフト３６の軸方向移動を抑制する力は、ねじりばね要素６５のうず巻きばね６５ａを組付け状態からさらに巻き上げ可能な大きさに設定されている。

したがって、副変速機２０を低速段から高速段に切り替えるときには、図３に実線で示すロックボール７３の停止位置でうず巻きばね６５ａが所定量巻き上げられ始め、ねじりばね要素６５を介してピニオン６３ｂからシフトフォークシャフト３６に加えられる軸方向操作力が所定値に達してから、シフトフォークシャフト３６が軸方向移動し始めるとともにロックボール７３が低速段側のロック溝部７２内で摺動する。その結果、副変速機２０を低速段から高速段に切り替えるときには、副変速機２０を高速段から低速段に切り替えるときよりも、うず巻きばね６５ａの弾性変形量（巻き上げ角度）が大きくなり、蓄積される弾性エネルギも大きくなる。

また、高速段側のロック溝部７１と低速段側のロック溝部７２とは、シフトフォークシャフト３６の軸方向における長さも互いに相違しており、低速段側のロック溝部７２の内底壁面７２ｂの長さは、高速段側のロック溝部７１の内底壁面７１ｂの長さより大きくなっている。これにより、副変速機２０の低速段から高速段への切替えに際してロックボール７３が低速段側のロック溝部７２から離脱するとき、カップリングスリーブ３３のスプライン歯３３ｔと歯付の筒状体２７のスプライン歯２７ａとのスプライン嵌合長さは、その切替え前の低速段でのスプライン嵌合長さに対して十分に短くなる。そして、スプライン歯２７ａ、３３ｔの嵌合が外れる直前にうず巻きばね６５ａの弾性変形量が十分に増加し、既に摺動開始しているカップリングスリーブ３３をさらに十分に加速可能な状態で、スプライン歯２７ａ、３３ｔの嵌合が外れるようになっている。

センターデフ４０は、入力軸２１と同一軸線上に配置された出力軸１４に回転自在に支持されるハウジング４１を有しており、カップリングスリーブ３３は、ハウジング４１のスプライン歯４１ａにスプライン嵌合している。このハウジング４１の一端側には蓋状のキャリア４２がスプライン嵌合しており、キャリア４２に支持された複数のピニオン４３がサンギヤ４６およびリングギヤ４７に噛み合っている。サンギヤ４６は、フロント側出力部材４５を介してフロントドライブ用のチェーンスプロケット４４に回転方向一体に結合されている。一方、リングギヤ４７は、内外周にスプラインが形成された内筒部材４８を介して出力軸１４に回転方向一体に結合されている。

なお、チェーンスプロケット４４はドリブン側のチェーンスプロケット５１とチェーン５２によって連結されており、このチェーンスプロケット５１を介してフロント側のプロペラシャフトを駆動する。また、出力軸１４にリヤ側のプロペラシャフトが連結される。また、ハウジング４１にはデフロック切替え用のスリーブ５３もスプライン嵌合しており、このスリーブ５３がフロント側出力部材４５に固着された歯付ホイール５４にスプライン嵌合したとき、ハウジング４１とチェーンスプロケット４４を回転方向一体に結合することができるようになっている。

トランスファＥＣＵ１００については、詳細なハードウェア構成を図示しないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびバックアップメモリを備え、さらに、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路と、リレー回路等を含む出力インターフェース回路等と、エンジン制御および主変速機２の制御を行う他のＥＣＵや統合制御用コントロールコンピュータとの間で通信を行うための通信インターフェースを含んで構成されている。このトランスファＥＣＵ１００は、トランスミッション制御用のコントロールコンピュータの一部で構成されてもよい。

トランスファＥＣＵ１００の入力インターフェース回路には、図示しない車室側に装備された高低切替スイッチ１０１が接続されており、この高低切替スイッチ１０１は、副変速機２０の高速段と低速段のうち任意の一方から他方への切替えを要求する操作入力がなされたとき、その操作入力に対応する切替指令信号を出力する。また、トランスファＥＣＵ１００の通信インターフェースには、主変速機２を変速制御するためのＥＣＵ等から主変速機２で選択されているレンジを示すレンジ信号（例えばＤ、Ｌ、２、Ｒ等）と車速情報が取り込まれるようになっている。すなわち、トランスファＥＣＵ１００は、高低切替スイッチ１０１と協働してトランスファモードの切替え（副変速機２０の高速段と低速段の切替え）を要求する指令を検知するとともに、車速と、主変速機２のシフト位置とを検出するようになっている。

トランスファＥＣＵ１００の前記ＲＯＭには、トランスファモードの切替制御プログラムが格納されている。

トランスファＥＣＵ１００は、この切替制御プログラムに従って、車速等の車両走行状態に関する情報を入力するとともに、前記レンジ信号で示される主変速機２のレンジおよび高低切替スイッチ１０１の切替位置信号等を入力し、予め設定された切替えの条件に従ってトランスファ装置１０の副変速機２０の切替えの適否を判断する。そして、トランスファＥＣＵ１００は、副変速機２０の切替えに適した状態であると判断すると、適当な切替操作位置にシフトフォーク３５を移動させるように電動アクチュエータユニット３８の電動パルスモータ６１を駆動制御するようになっている。

ここにいう切替えの条件とは、例えば予め設定された低速の所定車速［ｋｍ／ｈ］以下、例えば車速ゼロであって、主変速機２がニュートラルレンジであることである。すなわち、トランスファＥＣＵ１００は、切替え時のギヤ鳴り防止のため、主変速機２がニュートラルレンジのときにのみ電動アクチュエータユニット３８によるトランスファモードの切替動作を開始させるようになっている。

次に、本実施形態のトランスファ装置１０における副変速機２０の切替動作の一例について説明する。

図４は、副変速機２０の低速段Ｌ（低速段の４輪駆動Ｌ４）から高速段Ｈ（高速段の４輪駆動Ｈ４）への切替え時における切替操作荷重［Ｎ］の推移を示しており、図５は、その切替操作ストロークに対する電動アクチュエータユニット３８の電動パルスモータ６１の作動による切替操作荷重の変化を示している。

図４において、まず、電動アクチュエータユニット３８の電動パルスモータ６１が作動し始めると（時刻ｔ０）、電動パルスモータ６１からの操作荷重に加えて、静止状態でねじりばね要素６５のうず巻きばね６５ａが巻き上げられることにより、切替操作荷重が増加する。

切替操作荷重が増加してロックボール７３が静止状態を脱し、低速段側のロック溝部７２内で摺動し始めると、切替操作荷重が一時的に上昇停止するが、うず巻きばね６５ａの巻き上げ状態が維持されつつ、ロックボール７３が低速段側のロック溝部７２の凸形状部分３６ｐ側の側壁面７２ａに達する（時刻ｔ１）。

そして、側壁面７２ａのきつい傾斜角とロック機構７５の圧縮コイルばね７４の作用とによって、切替操作荷重が急増し、切替操作荷重が所定の離脱荷重に達すると（時刻ｔ２）、ロックボール７３が低速段側のロック溝部７２から離脱し、その直後にカップリングスリーブ３３のスプライン歯３３ｔと歯付の筒状体２７のスプライン歯２７ａとのスプライン嵌合が解除される。

このとき、切替操作荷重が急に低下するものの、カップリングスリーブ３３は、ねじりばね要素６５に蓄積された弾性エネルギによって十分に加速され（時刻ｔ３）、図６に示すように、カップリングスリーブ３３のスプライン歯３３ｔと歯付の筒状体２７のスプライン歯２７ａとの嵌合が外れた後も、カップリングスリーブ３３がニュートラル領域を十分な移動速度で通過する（時刻ｔ４）。

次いで、カップリングスリーブ３３のスプライン歯３３ｔと歯付ホイール２６のスプライン歯２６ａとが近接した後（時刻ｔ５）、ロックボール７３が高速段側のロック溝部７１に係合すると（時刻ｔ６）、切替操作荷重が低下するとともに（時刻ｔ７）、ロックボール７３が高速段側のロック溝部７１内に落ち込み（時刻ｔ８）、次いで、電動アクチュエータユニット３８の電動パルスモータ６１が停止する（時刻ｔ９）。

この間のカップリングスリーブ３３の切替操作ストロークは、図５に示すように、電動アクチュエータユニット３８の電動パルスモータ６１の出力回動角度に対応するストローク値Ｌｓに達するものとなる。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態のトランスファ装置１０では、副変速機２０の高速段と低速段の間の切替えに際して、カップリングスリーブ３３が歯付ホイール２６および歯付の筒状体２７のうちいずれにも嵌合しなくなるニュートラル領域を通過するとき、加速手段７０によってカップリングスリーブ３３が加速され、カップリングスリーブ３３の移動速度が大きくなる。

したがって、カップリングスリーブ３３がニュートラル領域を通過する通過時間が短縮され、出力軸１４側にスプライン嵌合して回転停止しているカップリングスリーブ３３と、主変速機２側から入力軸２１に入力される引き摺りトルクにより回転し始める歯付ホイール２６もしくは歯付の筒状体２７との嵌合時における差回転が小さくなることで、ギヤ鳴りが有効に抑制される。

また、本実施形態では、ロック機構７５により軸方向移動を抑制されるシフトフォークシャフト３６の切替え初期の操作抵抗と、ねじりばね要素６５のうず巻きばね６５ａの弾性変形量とが、高速段から低速段への切替え時よりも低速段から高速段への切替え時に大きくなり、カップリングスリーブ３３がニュートラル領域を通過するときの移動速度が十分に大きくなる。それに加えて、低速段側のロック溝部７２がニュートラル領域側に拡張されて、高速段側のロック溝部７１よりシフトフォークシャフト３６の軸方向に長くなっているので、カップリングスリーブ３３がニュートラル領域を通過するときの移動距離も縮小され、その通過時間が図６に示すように十分に短縮されることになる。その結果、図６中に点線の楕円Ｎで囲んだ部分に示すように、ギヤ鳴り音圧［ｋＰａ］を有効に抑制できることになる。

このように、本実施形態においては、カップリングスリーブ３３がニュートラル領域を通過する時間を短縮することにより、カップリングスリーブ３３と副変速機２０の歯付ホイール２６または歯付の筒状体２７との係合時における差回転を縮小することができ、ギヤ鳴りを有効に抑制可能なトランスファ装置１０を提供することができる。

因みに、図７には、比較例について、その切替操作時間に対するカップリングスリーブ３３のシフトストロークの変化を示している。この比較例は、ロック機構の圧縮コイルばねのばね定数を前述の一実施形態の場合より小さくするとともに、高速段側および低速段側のロック溝を共に一実施形態のロック溝部７１のように短くしつつそれらの両側壁面の傾斜角度を４５度以上に大きくし、低速段から高速段への切替操作初期にねじりばね要素６５による弾性エネルギの蓄積を実行しないようにしたものである。

この場合、図４中の時刻ｔ１より前の荷重ピーク時にロック解除され、同図中に点線で示すように、切替操作中の切替操作荷重は時刻ｔ１からｔ３の間でも単純に低下する。そして、図７に示すように、カップリングスリーブ３３のシフトストロークが切替操作時間に略比例して変化し、カップリングスリーブ３３のニュートラル領域通過時間が長くなる。そのため、回転停止中のカップリングスリーブ３３と、カップリングスリーブ３３がニュートラル領域に入った後に主変速機２側から入力軸２１に入力される引き摺りトルクにより回転し始める歯付ホイール２６との嵌合時における差回転が大きくなり、図７中に点線の楕円Ｎ´で囲んだ部分に示すように、ギヤ鳴り音圧が大きくなってしまう。

以上説明したように、本発明は、カップリングスリーブがニュートラル領域を通過する時間を短縮することにより、スリーブと変速歯車機構の係合時における差回転を縮小することができ、ギヤ鳴りを有効に抑制可能なトランスファ装置を提供するものであり、副変速機を備えたトランスファ装置全般に有用である。

２…主変速機、１０…トランスファ装置、１３…トランスファケース、１４…出力軸、２０…副変速機（歯車変速機構）、２１…入力軸、２２…サンギヤ、２３…ピニオン、２４…キャリア、２５…リングギヤ、２６…歯付ホイール（高速側回転要素）、２６ａ…スプライン歯、２７…歯付の筒状体（低速側回転要素）、２７ａ…スプライン歯、３０…切替操作機構、３３…カップリングスリーブ、３３ａ，３３ｔ…スプライン歯、３３ｇ…環状の切替操作部、３５…シフトフォーク、３６…シフトフォークシャフト、３６ｐ…凸形状部分、３８…電動アクチュエータユニット、４０…センターデフ、４５…フロント側出力部材、６１…電動パルスモータ（電動アクチュエータ）、６３…運動変換機構、６３ａ…ラック、６３ｂ…ピニオン、６５…ねじりばね要素（待ち機構）、６５ａ…うず巻きばね（第２の弾性部材）、６６…出力部材、６６ａ…軸方向突起部、６７…回転部材、６７ａ…軸方向突起部、７０…加速手段、７１…ロック溝部（高速段側の凹凸部）、７１ａ…側壁面、７１ｂ…内底壁面、７２…ロック溝部（低速段側の凹凸部）、７２ａ…側壁面、７２ｂ…内底壁面、７３…ロックボール（ロック部材）、７４…圧縮コイルばね（第１の弾性部材）、７５…ロック機構、１００…トランスファＥＣＵ（変速制御手段）、１０１…高低切替スイッチ（切替指示操作手段）、ｄｐ１，ｄｐ２…半径方向の深さ、ｈｓ…段差

Claims (1)

1. 低速側回転要素および高速側回転要素を有する変速歯車機構を備えたトランスファ装置であって、
   前記低速側回転要素および前記高速側回転要素に択一的に嵌合するよう軸方向に移動して前記変速歯車機構を低速段と高速段のうち任意の一方から他方に切り替えるカップリングスリーブと、
   前記カップリングスリーブを前記軸方向に移動させるよう操作可能なシフトフォークシャフトと、
   前記シフトフォークシャフトを操作して前記カップリングスリーブによる前記変速歯車機構の切替えを制御する電動アクチュエータと、を備え、
   前記カップリングスリーブが前記変速歯車機構の切替え中に前記低速側回転要素および前記高速側回転要素のうちいずれにも嵌合しなくなるニュートラル領域にあるとき、前記カップリングスリーブが前記低速側回転要素および前記高速側回転要素のうちいずれかに嵌合する嵌合領域に達するまで、前記電動アクチュエータによる前記シフトフォークシャフトの操作速度よりも前記シフトフォークシャフトを速く移動させる加速手段をさらに備えていることを特徴とするトランスファ装置。

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