JP2016142307A - 動力伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】動力伝達における総合的な効率を向上させることができる動力伝達機構を提供する。
【解決手段】第一シャフトと、第一シャフトと平行に配置された第二シャフトと、第一シャフトに配置されたギヤと、第二シャフトに配置され、かつ第一シャフトのギヤと噛み合うギヤと、をそれぞれ有する複数のギヤ対と、複数のギヤ対のうち第一シャフトと第二シャフトとの動力伝達を行う伝達ギヤ対を切り替える切替機構４０と、第一シャフトとケースとを接続する接続部材１５と、を備え、接続部材は、切替機構が伝達ギヤ対を切り替える動作により発生する力Ｙ１で第二シャフトに対する第一シャフトの相対位置を変化させ、伝達ギヤ対のミスアライメント量を調節する。
【選択図】図４

Description

本発明は、動力伝達機構に関する。

従来、平行に配置されたシャフト間でギヤを介して動力を伝達する動力伝達機構がある。このような動力伝達機構として、例えば、特許文献１には、一対の回転軸が互いに噛み合っている一対の歯車によってトルク伝達可能な動力伝達機構において、各回転軸には、それらの回転軸の軸間距離が増大しないように規制部材が巻き掛けられている動力伝達機構の技術が開示されている。特許文献１の動力伝達機構によれば、各回転軸には、それらの回転軸の軸間距離が増大しないように規制部材が巻き掛けられていることから、各回転軸の撓みを抑制できると記載されている。

特開２０１１−１６３５０９号公報

複数のギヤ対を有する動力伝達機構では、ギヤ対によって適切なミスアライメント量が異なる場合がある。シャフトの撓みを抑制することによってあるギヤ対において適切なミスアライメント量を実現できたとしても、他のギヤ対ではミスアライメント量が適切でなければ、動力伝達機構の総合的な効率低下や、騒音・振動の悪化を招く可能性がある。

本発明の目的は、動力伝達における総合的な効率を向上させることができる動力伝達機構を提供することである。

本発明の他の目的は、騒音・振動を低減することができる動力伝達機構を提供することである。

本発明の動力伝達機構は、第一シャフトと、前記第一シャフトと平行に配置された第二シャフトと、前記第一シャフトに配置されたギヤと、前記第二シャフトに配置され、かつ前記第一シャフトのギヤと噛み合うギヤと、をそれぞれ有する複数のギヤ対と、前記複数のギヤ対のうち前記第一シャフトと前記第二シャフトとの動力伝達を行う伝達ギヤ対を切り替える切替機構と、前記第一シャフトとケースとを接続する接続部材と、を備え、前記接続部材は、前記切替機構が前記伝達ギヤ対を切り替える動作により発生する力で前記第二シャフトに対する前記第一シャフトの相対位置を変化させ、前記伝達ギヤ対のミスアライメント量を調節することを特徴とする。

上記動力伝達機構の接続部材は、切替機構が伝達ギヤ対を切り替える動作により発生する力を利用して、伝達ギヤ対に応じた適切なミスアライメント量に調節することができる。よって、上記動力伝達機構は、動力伝達における総合的な効率を向上させることができる。

本発明に係る動力伝達機構は、切替機構が伝達ギヤ対を切り替える動作により発生する力で第二シャフトに対する第一シャフトの相対位置を変化させ、伝達ギヤ対のミスアライメント量を調節する。本発明に係る動力伝達機構によれば、動力伝達における総合的な効率を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る動力伝達機構の断面図である。 図２は、実施形態に係るリングの断面図である。 図３は、スリーブが中立位置にある状態を示す図である。 図４は、スリーブが係合位置にある状態を示す図である。 図５は、スリーブの移動量を説明する図である。 図６は、効率マップを示す図である。 図７は、かみあい伝達誤差のマップを示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係る動力伝達機構につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１から図７を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、動力伝達機構に関する。図１は、本発明の実施形態に係る動力伝達機構の断面図である。

図１に示す動力伝達機構１は、有段の手動変速機である。本実施形態の動力伝達機構１は、前進４速の変速が可能である。動力伝達機構１は、第一シャフト３と、第二シャフト４と、複数のギヤ対３１，３２，３３，３４と、切替機構４０と、リング１５と、を含む。動力伝達機構１の各構成部材は、ケース２内に配置されている。本実施形態のリング１５は、第一シャフト３とケース２とを接続する接続部材としての機能を有する。

第一シャフト３は、動力伝達機構１のメインシャフトである。第一シャフト３は、車両の動力源、例えば内燃機関やモータに接続されている。動力源が発生するトルクは、第一シャフト３に入力される。車両の前進走行時に第一シャフト３に入力されるトルクは、ギヤ対３１，３２，３３，３４の何れかを介して第二シャフト４に伝達される。第一シャフト３から第二シャフト４に伝達されたトルクは、デファレンシャルギヤ、駆動軸等を介して車両の駆動輪に伝達される。

第二シャフト４は、第一シャフト３と平行に配置されている。すなわち、第一シャフト３の中心軸線Ｘ１と第二シャフト４の中心軸線Ｘ２とは平行である。第一シャフト３は、軸受２１，２２を介してケース２によって回転自在に支持されている。第二シャフト４は、軸受２３，２４を介してケース２によって回転自在に支持されている。

複数のギヤ対３１，３２，３３，３４は、第一シャフト３に配置されたドライブギヤ５，６，７，８と、第二シャフト４に配置され、かつ第一シャフト３のドライブギヤ５，６，７，８と噛合うドリブンギヤ９，１０，１１，１２と、をそれぞれ有する。第一ギヤ対３１は、１速変速段のギヤ対であり、第一ドライブギヤ５と第一ドリブンギヤ９を有する。第二ギヤ対３２は、２速変速段のギヤ対であり、第二ドライブギヤ６と第二ドリブンギヤ１０を有する。第三ギヤ対３３は、３速変速段のギヤ対であり、第三ドライブギヤ７と第三ドリブンギヤ１１を有する。第四ギヤ対３４は、４速変速段のギヤ対であり、第四ドライブギヤ８と第四ドリブンギヤ１２を有する。ギヤ対３１，３２，３３，３４は、互いにギヤ比が異なる。第一ギヤ対３１、第二ギヤ対３２、第三ギヤ対３３、第四ギヤ対３４は、この順で変速比が小さくなる。

各ドライブギヤ５，６，７，８は、軸受を介して第一シャフト３によって支持されており、第一シャフト３に対して相対回転自在である。各ドリブンギヤ９，１０，１１，１２は、第二シャフト４に対して相対回転不能に接続されており、第二シャフト４と一体回転する。各ドライブギヤ５，６，７，８は、各ドリブンギヤ９，１０，１１，１２とそれぞれ噛み合っている。本実施形態の各ドライブギヤ５，６，７，８および各ドリブンギヤ９，１０，１１，１２は、はすば歯車である。

切替機構４０は、複数のギヤ対３１，３２，３３，３４のうち第一シャフト３と第二シャフト４との動力伝達を行う伝達ギヤ対を切り替える。本実施形態の切替機構４０は、スリーブ１３およびシンクロナイザーリング１４を有する。スリーブ１３は、第一シャフト３に対して軸方向に相対移動自在かつ第一シャフト３に対して相対回転不能である。スリーブ１３は、例えば、スプラインによって第一シャフト３と接続されている。スリーブ１３は、第一ドライブギヤ５と第二ドライブギヤ６との間、および第三ドライブギヤ７と第四ドライブギヤ８との間にそれぞれ配置されている。スリーブ１３は、シフトフォークを介してシフトレバーと連結されている。ドライバによってシフトレバーに対するシフト操作がなされると、シフトフォークがスリーブ１３を軸方向に押圧する。なお、本明細書において、特に記載しない場合、「軸方向」は第一シャフト３および第二シャフト４の軸方向を示し、「径方向」は軸方向と直交する方向を示すものとする。

スリーブ１３と各ドライブギヤ５，６，７，８との間には、シンクロナイザーリング１４が配置されている。シフトフォークによってスリーブ１３が軸方向に押圧されると、シンクロナイザーリング１４が各ドライブギヤ５，６，７，８と第一シャフト３の回転を同期させる。例えば、スリーブ１３が第三ドライブギヤ７に向けて押圧されると、スリーブ１３がシンクロナイザーリング１４を第三ドライブギヤ７に押しつける。これにより、第三ドライブギヤ７の回転速度が第一シャフト３の回転速度に同期する。スリーブ１３が第三ドライブギヤ７に向けて更に押し込まれると、スリーブ１３が第三ドライブギヤ７と噛合って第一シャフト３と第三ドライブギヤ７とを連結する。これにより、３速変速段が形成され、第一シャフト３に入力されるトルクは第三ギヤ対３３を介して第二シャフト４に伝達される。

噛合式のギヤ対３１，３２，３３，３４によってトルクを伝達する動力伝達機構１では、平行度誤差や食い違い誤差が効率や騒音・振動に影響する。従来、ギヤを正規位置で噛み合わせるため、ミスアライメントが０となるように設計においてケース剛性、ベアリング剛性等の調整がなされた。本願の発明者は、平行度誤差や食い違い誤差を０とした場合よりも効率が向上する誤差範囲や、騒音・振動が低減する誤差範囲が存在することを見出した。本実施形態の動力伝達機構１は、この知見に基づいて開発されたものであり、それぞれのギヤ対において最適なミスアライメント量を実現可能である。

本実施形態の動力伝達機構１は、リング１５およびフック１６によって、第三ギヤ対３３が伝達ギヤ対となるときの第三ギヤ対３３のミスアライメント量を調節する。ここで、伝達ギヤ対とは、第一シャフト３と第二シャフト４との動力伝達を行うギヤ対である。言い換えると、伝達ギヤ対は、各ギヤ対３１，３２，３３，３４のうち、ドライブギヤ５，６，７，８がスリーブ１３を介して第一シャフト３と連結されているギヤ対である。

リング１５は、第一シャフト３とケース２とを接続する接続部材である。リング１５は、例えば、金属製のリング部材である。ケース２の内周側には、フック１６が設けられている。本実施形態のフック１６は、軸方向に延在する棒状の部材であり、屈曲した端部１６ａがケース２の内周面に固定されている。フック１６は、第一シャフト３を挟んで第二シャフト４側と反対側に配置されている。リング１５は、フック１６とスリーブ１３にそれぞれ掛けられている。言い換えると、スリーブ１３および第一シャフト３は、リング１５およびフック１６を介してケース２によって支持される。リング１５は、例えば、スリーブ１３が中立位置にある場合に所定の張力が発生してスリーブ１３とフック１６に対して互いに引き寄せる力を作用させるように設けられている。

図２に示すように、スリーブ１３には、リング１５用の溝１３ｃが形成されている。スリーブ１３の断面形状は、径方向の外側に向けて開口する略Ｃ字形状である。溝１３ｃは、スリーブ１３の外周面に設けられた凹部１３ａの底面１３ｂに形成されている。軸方向における溝１３ｃの幅は、リング１５の素線の直径と同じか、わずかに大きい。リング１５は、この溝１３ｃに掛けられる。溝１３ｃは、スリーブ１３に対するリング１５の軸方向への相対移動を規制する。

図３に示すように、スリーブ１３が中立位置にある場合、リング１５は、軸方向と直交する。すなわち、リング１５において、フック１６に接触している部分１５ａと、スリーブ１３に接触している部分１５ｂとは軸方向の同じ位置にある。スリーブ１３が中立位置にある状態から、シフト操作に応じて軸方向に移動すると、図４に示すようにリング１５が径方向に対して傾斜する。言い換えると、リング１５において、フック１６に接触している部分１５ａと、スリーブ１３に接触している部分１５ｂとが軸方向において異なる位置となる。これにより、スリーブ１３に対して矢印Ｙ１方向の力、すなわちフック１６に向かう力が作用する。リング１５は、スリーブ１３が軸方向に移動する際に、リング１５の伸張を抑制するように、スリーブ１３をフック１６に向けて引っ張る。従って、スリーブ１３は、軸方向に移動するに従ってフック１６に近づく方向に移動する。また、この移動は、スリーブ１３を第二シャフト４から離間させる。

フック１６へと向かうスリーブ１３の移動は、第二シャフト４に対する第一シャフト３の相対位置変化を発生させる。この相対位置変化は、第一シャフト３全体が第二シャフト４から離間する位置変化、および第一シャフト３の曲げ変形によって第一シャフト３の一部が第二シャフト４から離間する位置変化を含む。第二シャフト４に対する第一シャフト３の相対位置の変化は、伝達ギヤ対のミスアライメント（平行度誤差や食い違い誤差）を変化させる。

本実施形態の動力伝達機構１では、３速変速段が成立している状態における第三ギヤ対３３の平行度誤差および食い違い誤差が予め定められた値となるようにリング１５の剛性等が定められている。スリーブ１３が第三ドライブギヤ７に係合して３速変速段が形成されている状態において、リング１５が発生させる平行度誤差および食い違い誤差は、第三ギヤ対３３の伝達効率を高効率とし、かつ騒音・振動を低レベルとするものである。ここで、高効率とは、平行度誤差および食い違い誤差が０である場合と比較して高効率であることを示し、低レベルとは、平行度誤差および食い違い誤差が０である場合と比較して低レベルであることを示す。

本実施形態のリング１５は、以下に図５から図７を参照して説明するように、３速変速段において第三ギヤ対３３の伝達効率および騒音・振動レベルを最適化するように平行度誤差および食い違い誤差を発生させる。

図５を参照して、スリーブ１３の移動量について説明する。リング１５の長さＬは、フック１６に接触している部分１５ａからスリーブ１３に接触している部分１５ｂまでの投影長さである。リング１５の長さＬが不変であるとすると、スリーブ１３の径方向の移動量ｖ（図４参照）は、リング１５の長さＬと、リング１５の傾斜角θから、下記式（１）によって算出される。なお、図５のｕは、中立位置からのスリーブ１３の軸方向移動量である。
ｖ ＝ Ｌ×（１−ｃｏｓθ）…（１）

リング１５の長さＬは、３速変速段において移動量ｖを最適化するように定められている。最適な移動量ｖは、例えば、図６の効率マップに基づいて定められる。図６は、三次元マップであり、縦軸は第三ギヤ対３３の伝達効率［％］を示す。第一の横軸は食い違い誤差［μｒａｄ］、第二の横軸は平行度誤差［μｒａｄ］を示す。効率マップは、例えば、第三ギヤ対３３の歯面形状を測定した後で、実歯面形状を用いた接触シミュレーションにより求められる。第三ギヤ対３３では、食い違い誤差および平行度誤差がそれぞれ０と異なる値で伝達効率が最大値を示す。伝達効率が最大値となる食い違い誤差および平行度誤差に基づいて、第三ギヤ対３３に対して付与するミスアライメント量（目標ミスアライメント量）が決定される。なお、図７に示すように、伝達効率が最大値となる食い違い誤差および平行度誤差において、かみあい伝達誤差［μｒａｄ］が最小値となる。図７の縦軸は、第三ギヤ対３３のかみあい伝達誤差を示す。かみあい伝達誤差は、ギヤ対において発生する騒音・振動の大きさを表す。つまり、ギヤ対のミスアライメント量を伝達効率が最大値となる値に調節することで、騒音・振動を最小化することができる。

最適な移動量ｖは、第三ギヤ対３３が伝達ギヤ対であるときの第三ギヤ対３３の目標ミスアライメント量を発生させる移動量である。リング１５は、第三ギヤ対３３が伝達ギヤ対となるときに第三ギヤ対３３に関する最適な移動量ｖだけスリーブ１３を径方向に移動させる。

設計時において、ケース２内におけるフック１６の配置や取付位置が決定されると、第三ギヤ対３３の目標ミスアライメント量（最適な移動量ｖ）および３速変速段への変速操作によるスリーブ１３の移動量ｕに基づいて、リング１５の長さＬが決定される。

本実施形態の動力伝達機構１では、第三ギヤ対３３以外のギヤ対、一例として第一ギヤ対３１、第二ギヤ対３２、および第四ギヤ対３４において適切なミスアライメント量となるように、ケース２の剛性や軸受２１，２２，２３，２４の剛性等が定められている。言い換えると、第一シャフト３と第二シャフト４の相対位置は、１速変速段、２速変速段、および４速変速段において高効率で動力の伝達がなされ、また騒音・振動が低減されるように予め定められている。一方で、３速変速段への変速操作がなされると、リング１５が第二シャフト４に対する第一シャフト３の相対位置を変化させて、第三ギヤ対３３において適切なミスアライメント量を実現する。従って、全ての変速段においてギヤ対に適切なミスアライメント量が付与されることで、動力伝達機構１の動力伝達における総合的な効率が向上する。また、全ての変速段においてギヤ対に適切なミスアライメント量が付与されることで、騒音・振動が低減される。

以上説明したように、本実施形態の動力伝達機構１のリング１５は、切替機構４０が伝達ギヤ対を切り替える動作により発生する力（図４の矢印Ｙ１参照）で第二シャフト４に対する第一シャフト３の相対位置を変化させ、伝達ギヤ対のミスアライメント量を調節する。本実施形態の動力伝達機構１は、各ギヤ対３１，３２，３３，３４に最適なミスアライメントを発生させることができる。従来のようにケース２や軸受２１，２２，２３，２４の剛性等でミスアライメントを調節する場合、ある変速段のギヤ対にとって適したミスアライメント量であっても、他の変速段のギヤ対にとっては効率の低下や騒音・振動の悪化を招くことがある。これに対して、本実施形態の動力伝達機構１によれば、各ギヤ対３１，３２，３３，３４に最適なミスアライメント量を付与することができる。

［実施形態の第１変形例］
実施形態の第１変形例について説明する。第一シャフト３とケース２とを接続する接続部材は、リング１５には限定されない。接続部材は、切替機構４０が伝達ギヤ対を切り替える動作に連動して第二シャフト４に対する第一シャフト３の相対位置を変化させるものであればよい。

上記実施形態では、リング１５が第三ギヤ対３３のミスアライメント量を調整したが、これに代えて、リング１５はその他のギヤ対３１，３２，３４のミスアライメント量を調節するものであってもよい。また、複数のギヤ対３１，３２，３３，３４に対してそれぞれリング１５が設けられてもよい。

［実施形態の第２変形例］
上記実施形態では、第一シャフト３が動力伝達機構１のインプットシャフトであったが、これに代えて、第一シャフト３が動力伝達機構１のアウトプットシャフトであってもよい。また、動力伝達機構１は、手動変速機に代えて、スリーブ１３がアクチュエータによって自動的に駆動される変速機であってもよい。動力伝達機構１のギヤ対の数は４には限定されず、複数であればよい。

上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１ 動力伝達機構
２ ケース
３ 第一シャフト
４ 第二シャフト
５ 第一ドライブギヤ
６ 第二ドライブギヤ
７ 第三ドライブギヤ
８ 第四ドライブギヤ
９ 第一ドリブンギヤ
１０ 第二ドリブンギヤ
１１ 第三ドリブンギヤ
１２ 第四ドリブンギヤ
１３ スリーブ
１４ シンクロナイザーリング
１５ リング（接続部材）
１６ フック
３１ 第一ギヤ対
３２ 第二ギヤ対
３３ 第三ギヤ対
３４ 第四ギヤ対
４０ 切替機構

Claims (1)

1. 第一シャフトと、
   前記第一シャフトと平行に配置された第二シャフトと、
   前記第一シャフトに配置されたギヤと、前記第二シャフトに配置され、かつ前記第一シャフトのギヤと噛み合うギヤと、をそれぞれ有する複数のギヤ対と、
   前記複数のギヤ対のうち前記第一シャフトと前記第二シャフトとの動力伝達を行う伝達ギヤ対を切り替える切替機構と、
   前記第一シャフトとケースとを接続する接続部材と、
   を備え、
   前記接続部材は、前記切替機構が前記伝達ギヤ対を切り替える動作により発生する力で前記第二シャフトに対する前記第一シャフトの相対位置を変化させ、前記伝達ギヤ対のミスアライメント量を調節する
   ことを特徴とする動力伝達機構。

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