JP2023155698A - トランスミッション - Google Patents

Abstract

【課題】シフタのカムピンがシフトドラムの案内溝をスムーズに動くことができる、走行車両のためのトランスミッションを提供する。【解決手段】トランスミッションは、変速操作具１９の操作に基づいて回動するとともに、ドラムの表面の周方向に沿って屈曲した案内溝９０が形成されているシフトドラム９と、案内溝に挿入されたカムピン６９ａを有するとともに、シフトドラム９の回動によるカムピン６９ａの倣い動作により移動するシフタＳ１、Ｓ２により変速段が切り替えられるギヤ式変速装置３０とが備えられ、案内溝９０の屈曲部分の内側内壁が、案内溝９０の延び方向に沿った第１エンドミル機械加工と、第１エンドミル機械加工によって形成された内側内壁の内側内壁曲率半径を拡大させる案内溝９０の延び方向に沿った第２エンドミル機械加工とによって形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、シフトドラムを用いて変速段を切り替えるトランスミッションに関する。

特許文献１に開示されたトランスミッションでは、変速のための操作具の操作に連動して回転する操作軸に外嵌しているシフトドラムが備えられている。シフトドラムのボス部に設けられたガイド溝（案内溝）に、シフタの連係ピン（カムピン）が差し込まれており、変速段の切り替え時には、シフトドラムの回転によりシフタが変位し、その結果、変速段が切り替えられる。カム孔は、変速段の切り替えに適合した形状に屈曲しながら延びている。特許文献２に開示されたトランスミッションでは、変速のための操作具の操作に連動して回転する操作軸に沿って移動可能に外嵌している移動部材（シフトドラムとシフトフォークとの一体部材）が備えられている。移動部材のボス部に設けられたカム孔（案内溝）に差し込まれた連係ピン（カムピン）が操作軸に固定されているので、変速段の切り替え時には、操作軸の回転により移動部材が移動し、その結果、変速段が切り替えられる。特許文献２のカム孔も、特許文献１のガイド溝と同様に、変速段の切り替えに適合した形状に屈曲しながら延びている。

特開２００１－０２７３２０号公報 特開２００７－１３９１７０号公報

シフタのカムピンシフトドラムの表面に形成される案内溝は、エンドミルの周方向の機械加工行程によって一定の幅で形成される。変速段の切り替え制御において、シフタの動きを素早くすることで、変速段の切り替えも素早く行われるが、それを実現するには、案内溝の屈曲部の屈曲角度を厳しくする必要がある。屈曲部の屈曲角度が厳しきなると、カムピンが案内溝に対して傾斜した際に、カムピンと案内溝の内外の周壁との接触点と、シフタの変速作用点との間でロック状態が発生し、変速段の切り替え動作が不調となる。

上記実情に鑑み、本発明の目的は、シフタのカムピンがシフトドラムの案内溝をスムーズに動くことができる、走行車両のためのトランスミッションを提供することである。

本発明による、走行車両のためのトランスミッションは、変速操作具と、前記変速操作具の操作に基づいて回動するとともに、周方向に沿って屈曲した案内溝がその表面に形成されているシフトドラムと、前記案内溝に挿入されたカムピンを有するとともに、前記シフトドラムの回動による前記カムピンの倣い動作により移動するシフタと、前記シフタの移動により変速段が切り替えられるギヤ式変速装置と、が備えられ、
前記案内溝の屈曲部分（変曲部分）の内側内壁が、前記案内溝の延び方向に沿った第１エンドミル機械加工と、前記第１エンドミル機械加工によって形成された内側内壁の内側内壁曲率半径を拡大させる前記案内溝の延び方向に沿った第２エンドミル機械加工とによって形成されている。

この構成によれば、カムピンと案内溝の内外の周壁とシフタの変速作用点との間でのロック状態が生じやすい案内溝の屈曲部分（変曲部分）における内側内壁の屈曲度を示す内側内壁曲率半径が拡大されるので、当該ロック状態が回避される。これにより、変速段の切り替え制御において、シフタの動きを最適化することが可能となり、良好な変速段の切り替えが実現する。

シフトドラムの表面に形成される案内溝は、エンドミルの周方向の機械加工行程により一定の幅をもって形成されるが、案内溝の屈曲部分では、屈曲中心側の周壁である内側内壁の内側内壁曲率半径は、その外側内壁の外側内壁曲率半径より小さくなる。これにより、内側内壁が案内溝における突起部として振る舞う可能性があり、上述したロック状態の発生原因となる。このため、内側内壁曲率半径が、外側内壁曲率半径に近づくように、内側内壁のエンドミルによる機械加工が行われる。しかしながら、余分なエンドミル加工は機械加工作業の負担を大きくするだけでなく、内側内壁曲率半径が拡大され過ぎると、カムピンの案内が不十分となり、カムピンの振れを引き起こす。このことから、好適な外側内壁曲率半径と内側内壁の内側内壁曲率半径との適正な比が、実験的に求められた。つまり、本発明の好適な実施形態では、前記屈曲部分の外側内壁の外側内壁曲率半径と内側内壁の内側内壁曲率半径との比が、２以下、好ましくは１．９以下である。例えば、外側内壁の外側内壁曲率半径が１１ｍｍであれば、内側内壁曲率半径が５．５～７ｍｍ、好ましくは６ｍｍになるように、言い換えると外側内壁曲率半径と内側内壁の内側内壁曲率半径との比が、２～１．５程度となるように、第２エンドミル機械加工が行われるとよい。このことから本発明の好適な実施形態では、前記屈曲部分の外側内壁の外側内壁曲率半径と前記内側内壁の前記内側内壁曲率半径との比が、１．９以下である。

多目的車両の全体側面図である。 多目的車両のパワートレインを示す平面視の模式図である。 ギヤ式変速装置を示す平面図である。 シフタとシフトドラムの平面図である。 シフトドラムの平面図である。 シフトドラムの表面に形成された案内溝の展開図である。

なお、本明細書では、特に断りがない限り、「前」は機体前後方向（走行方向）に関して前方を意味し、「後」は機体前後方向（走行方向）に関して後方を意味する。また、左右方向または横方向は、機体前後方向に直交する機体横断方向（機体幅方向）を意味する。「上」または「下」は、機体の鉛直方向（垂直方向）での位置関係であり、地上高さに基づく位置関係を示す。

以下、本発明の一例である実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１に示す多目的車両（「走行車両」の一例）は、荷の運搬やレクリエーション等の多様な目的に使用可能な車両として構成されている。多目的車両には、駆動可能且つ操向操作可能な走行装置としての左右一対の前車輪１１と、駆動可能な走行装置としての左右一対の後車輪１２と、が備えられている。つまり、多目的車両の走行機体は、左右一対の前車輪１１及び左右一対の後車輪１２により走行可能に構成されている。走行機体の中央部には、操縦者が搭乗して運転操作を行う運転部１３が備えられている。走行機体の後部には、荷を積載可能な荷台１４が備えられている。走行機体における荷台１４よりも下方には、原動部１５が備えられている。

運転部１３は、枠状のロプスフレーム１６で囲まれて保護されている。運転部１３には、操縦者が着座する運転座席１７が備えられている。また、運転部１３には、左右の前車輪１１の操向操作用のステアリングハンドル１８、変速レバーとして構成されている変速操作用の変速操作具１９、走行速度を変更操作可能なアクセルペダル２０、走行機体を制動操作可能なブレーキペダル２１、駐車ブレーキ操作可能なパーキングレバー２２等が備えられている。原動部１５には、水冷式のガソリンエンジン（「エンジン」の一例；以下、エンジン２３と略称する）が備えられている。

図２には、この多目的車両のパワートレインが示されている。パワートレインには、エンジン２３、ベルト式無段変速機構２９、変速装置であるノンシンクロタイプのトランスミッション２４が含まれている。エンジン２３からの動力は、ベルト式無段変速機構２９とトランスミッション２４とによって変速され、走行装置に伝達される。

図２に示すように、エンジン２３は、クランク軸が機体横向きになる姿勢で配置されている。エンジン２３には、クランク軸と一体の主出力軸２５及びクランク軸と一体の副出力軸２６が備えられている。主出力軸２５の出力は、ベルト式無段変速機構２９に入力される。副出力軸２６の出力は、オルタネータ等で構成される発電機２８を駆動する。

ベルト式無段変速機構２９の出力を入力するトランスミッション２４には、ギヤ式変速装置３０、左右の後車輪１２の間に速度差を作り出すことが可能な後輪差動機構３１、左右の前車輪１１の間に速度差を作り出すことが可能な前輪差動機構３２、ギヤ式変速装置３０からの出力を後輪差動機構３１及び前輪差動機構３２に伝達する中継伝動装置３４等が備えられている。

ベルト式無段変速機構２９には、遠心クラッチを介してエンジン２３の主出力軸２５と連動連結可能な駆動軸３６に取り付けられた駆動プーリ３７と、駆動プーリ３７の後方に位置する従動プーリ３８と、駆動プーリ３７と従動プーリ３８とに亘って巻回された無端ベルト３９と、が備えられている。

ベルト式無段変速機構２９は、駆動プーリ３７と従動プーリ３８の夫々の巻回径がエンジン２３の回転速度に応じて変化して、これにより、エンジン２３の動力を無段階に変速してギヤ式変速装置３０に出力できるようになっている。

ギヤ式変速装置３０は、ベルト式無段変速機構２９の動力を従動プーリ３８と一体回転する入力軸４０から入力し、入力軸４０から入力した動力を変速して、後車輪１２側に連動連結されるファイナルギヤ４１、及び、前車輪１１側に連動連結可能な動力取出軸４２に出力可能となっている。

後輪差動機構３１は、ファイナルギヤ４１から入力した動力を、夫々、機体左右方向に沿って延びる後輪駆動軸４３を介して、左右の後車輪１２に出力する。

左右の前車輪１１及び左右の後車輪１２には、夫々、ディスクブレーキ機構からなるブレーキ装置５０が備えられている。各ブレーキ装置５０は、マスターシリンダ（図示せず）を介して、ブレーキペダル２１（図１参照）に連動連結されている。

図２、図３に示すように、ギヤ式変速装置３０には、動力を伝達する軸として、入力軸４０、変速軸５１、中継軸５２、伝動軸５３が備えられている。入力軸４０、変速軸５１、中継軸５２、伝動軸５３は、ミッションケース３３内に回動可能に支持されている。

入力軸４０には、前進一速ギヤ機構５４の前進一速駆動ギヤ５５と、前進二速ギヤ機構５６の前進二速駆動ギヤ５７と、後進ギヤ機構５８の後進駆動ギヤ５９と、が入力軸４０と一体回転するように固定支持されている。

図３に示すように、変速軸５１には、前進一速ギヤ機構５４の変速段を構成する前進一速従動ギヤ６０と、前進二速ギヤ機構５６の変速段を構成する前進二速従動ギヤ６１と、後進ギヤ機構５８の変速段を構成する後進従動ギヤ６２とが相対回転可能な状態で支持されている。前進一速従動ギヤ６０は、前進一速駆動ギヤ５５と常時噛み合っている。前進二速従動ギヤ６１は、前進二速駆動ギヤ５７と常時噛み合っている。後進従動ギヤ６２は、バックギヤ６３（図２参照）を介して、後進駆動ギヤ５９と常時噛み合っている。

変速軸５１には、前進一速従動ギヤ６０と後進従動ギヤ６２との間に、円筒状の第一ボス部材６４が、変速軸５１と一体回転するように固定支持されている。変速軸５１には、第一伝動ギヤ６５が、変速軸５１と一体回転するように固定支持されている。変速軸５１には、第一伝動ギヤ６５と前進二速従動ギヤ６１との間に、円筒状の第二ボス部材６６が、変速軸５１と一体回転するように固定支持されている。

第一ボス部材６４の外周部には、周方向に複数の外歯を有する第一常噛スプライン６７が設けられている。第二ボス部材６６の外周部には、周方向に複数の外歯を有する第二常噛スプライン６８が設けられている。

変速軸５１上には、複数（例えば３つ）のスプライン機構７０が備えられている。スプライン機構７０は、各ギヤ機構５４，５６，５８毎に備えられている。各スプライン機構７０には、夫々、外スプライン７１と、外スプライン７１と噛み合い可能な内スプライン７２と、が備えられている。

ギヤ式変速装置３０の変速段の切り替えには、シフトスリーブ７３、７４とシフトフォーク６９、７５とからなるシフタが用いられている。シフトスリーブ７３、７４の周面に形成された中央溝７３ａ、７４ａにシフトフォーク６９、７５のフォーク部６９ｂ、７５ｂが挟み込まれ、一体的に移動可能である。この実施形態では、２つのシフタ、つまり第一シフタＳ１と第二シフタＳ２とが用いられている。第一シフタＳ１は、第一シフトフォーク６９と第一シフトスリーブ７３とからなり、第二シフタＳ２は、第二シフトフォーク７５と第二シフトスリーブ７４とからなる。

具体的には、前進一速ギヤ機構５４のスプライン機構７０には、前進一速従動ギヤ６０の外スプライン７１と、前進一速従動ギヤ６０の外スプライン７１と噛み合い可能な第一シフトスリーブ７３の一端側の内スプライン７２と、が備えられている。後進ギヤ機構５８のスプライン機構７０には、後進従動ギヤ６２の外スプライン７１と、後進従動ギヤ６２の外スプライン７１と噛み合い可能な第一シフトスリーブ７３の他端側の内スプライン７２と、が備えられている。前進二速ギヤ機構５６のスプライン機構７０には、前進二速従動ギヤ６１の外スプライン７１と、前進二速従動ギヤ６１の外スプライン７１と噛み合い可能な第二シフトスリーブ７４の一端側の内スプライン７２と、が備えられている。

第一ボス部材６４の第一常噛スプライン６７には、第一シフトスリーブ７３の内スプライン７２が常時噛み合っている。第一シフトスリーブ７３は、変速操作具１９に連動連結される第一シフトフォーク６９により、変速軸５１の軸方向Ｘに沿ってスライド移動可能となっている。これにより、第一シフトスリーブ７３の内スプライン７２を、前進一速従動ギヤ６０の外スプライン７１、または、後進従動ギヤ６２の外スプライン７１に噛み合わせることができる。

第二ボス部材６６の第二常噛スプライン６８には、第二シフトスリーブ７４の内スプライン７２が常時噛み合っている。第二シフトスリーブ７４は、変速操作具１９に連動連結されている第二シフトフォーク７５により、変速軸５１の軸方向Ｘに沿ってスライド移動可能となっている。これにより、第二シフトスリーブ７４の内スプライン７２を、前進二速従動ギヤ６１の外スプライン７１に噛み合わせることができる。

中継軸５２には、第一伝動ギヤ６５と常時噛み合う第一被伝動ギヤ７６と、第二伝動ギヤ７７とが、中継軸５２と一体回転するように固定支持されている。

図４に示すように、第一シフトフォーク６９と第二シフトフォーク７５とは、共通の摺動軸７８を外嵌している。第一シフトフォーク６９と第二シフトフォーク７５とは、摺動軸７８と変速軸５１とによって、軸方向Ｘに沿ってスライド移動可能支持されている。変速操作具１９の操作に基づいて第一シフトフォーク６９と第二シフトフォーク７５とが軸方向Ｘに沿って移動することにより、ギヤ式変速装置３０の変速段が切り替えられる。

図４には、第一シフタＳ１と第二シフタＳ２を移動させるシフトドラム９が示されている。シフトドラム９は両端に軸部９ａを有し、回動軸芯ＰＲ周りで回動可能に、ミッションケース３３に支持されている。シフトドラム９は、変速操作具１９と、連係機構７９を介して連動連結しており、変速操作具１９の操作に基づいて回動し、その結果として、ギヤ式変速装置３０の変速段が切り替えられる。

図５に示すように、シフトドラム９は、円筒体であり、その表面に、２本の案内溝９０、つまり第一案内溝９１と第二案内溝９２が、周方向に沿って形成されている。第一案内溝９１には、第一シフトフォーク６９のカムピン６９ａが挿入され、第二案内溝９２には、第二シフトフォーク７５のカムピン７５ａが挿入される。

図６は、案内溝９０の展開図である。案内溝９０は、回動軸芯ＰＲの方向で左右に偏位しながら周方向に沿って延びており、結果的に、屈曲線を描いている。その屈曲部ＢＰの形状により、シフタ（第一シフタＳ１及び第二シフタＳ２）が軸方向Ｘに沿って移動する。つまり、シフトドラム９の回動角度により、シフタの位置が決定され、変速段の切り替えが行われる。

案内溝９０は、エンドミルを用いた機械加工によって、形成される。エンドミル機械加工では、形成されるべき仮想案内溝の延び方向に沿って、エンドミルとシフトドラム９との間で相対的な送りが行われる。この案内溝９０を形成する機械加工では、案内溝９０の幅に合わせた直径を有するエンドミルが用いられ、エンドミルの横送りとシフトドラム９の回転との組み合わせで、屈曲した案内溝９０が形成される。このエンドミル機械加工（第１エンドミル機械加工）では、屈曲部ＢＰの屈曲部分（屈曲点の周辺部分）において、屈曲中心から離れたエンドミルの外側部の加工軌跡に比べて、屈曲中心に近いエンドミルの内側部の加工軌跡は短くなるので、言い換えると、エンドミルの外側部は大回りするのに対して、エンドミルの内側部は小回りするので、屈曲中心の外側の軌跡は、屈曲中心側の周壁である内側内壁の内側内壁曲率半径（図６では「ｒ１」で示されている）は、その外側内壁の外側内壁曲率半径（図６では「ｒ２」で示されている）より小さくなる。このため、このままの状態では、この内側内壁が案内溝９０における突起部となり、カムピン６９ａ、７５ａの案内溝９０におけるスムーズな通過を妨げる。これは、カムピン６９ａ、７５ａと屈曲部ＢＰの外側の周壁との接触点、カムピン６９ａ、７５ａと屈曲部ＢＰの内側の周壁との接触点、及びシフトフォーク６９、７５のフォーク部６９ｂ、７５ｂとシフトスリーブ７３、７４の中央溝７３ａ、７４ａの周壁との接触点、の間で生じるシフタのロック状態の原因となる。

この問題を解消するため、内側内壁曲率半径が、外側内壁曲率半径に近づくように、追加的に、少なくとも屈曲部ＢＰの屈曲部分のエンドミル機械加工（第２エンドミル機械加工）が行われる。この追加的な第２エンドミル機械加工により、屈曲部分の外側内壁の外側内壁曲率半径と内側内壁の内側内壁曲率半径との比が、ほぼ２以下、好ましくは１．９～１．５となる。例えば、外側内壁の外側内壁曲率半径が１１ｍｍであれば、内側内壁曲率半径が５．５～７ｍｍ、好ましくは６ｍｍとする。

次に、図３と図４とを参照して、変速段切替を具体的に説明する。変速操作具１９を前進一速位置に操作すると、シフトドラム９が回動し、第一シフトフォーク６９により第一シフトスリーブ７３が前進一速従動ギヤ６０側へスライド移動され、第一シフトスリーブ７３で前進一速従動ギヤ６０と第一ボス部材６４（変速軸５１）とが連動連結される。この際、第二シフトスリーブ７４は、前進二速従動ギヤ６１とは連動連結されない。これにより、ギヤ式変速装置３０は前進一速動力を出力する状態となる。この状態で、アクセルペダル２０を踏み込み操作すると、前進一速状態で走行機体の走行が行われる。

変速操作具１９を前進二速位置に操作すると、シフトドラム９が回動し、第二シフトフォーク７５により第二シフトスリーブ７４が前進二速従動ギヤ６１側へスライド移動され、第二シフトスリーブ７４によって前進二速従動ギヤ６１と第二ボス部材６６（変速軸５１）とが連動連結される。この際、第一シフトスリーブ７３は、前進一速従動ギヤ６０や後進従動ギヤ６２とは連動連結されない。これにより、ギヤ式変速装置３０は前進二速動力を出力可能な状態が現出される。この状態で、アクセルペダル２０を踏み込み操作すると、前進二速状態で走行機体の走行が行われる。

変速操作具１９を後進位置に操作すると、シフトドラム９が回動し、第一シフトフォーク６９により第一シフトスリーブ７３が後進従動ギヤ６２側へスライド移動され、第一シフトスリーブ７３によって後進従動ギヤ６２と第一ボス部材６４（変速軸５１）とが連動連結される。この際、第二シフトスリーブ７４は、前進二速従動ギヤ６１とは連動連結されない。これにより、トランスミッション２４が後進動力を出力する状態となる。この状態で、アクセルペダル２０を踏み込み操作すると、後進状態で走行機体の走行が行われる。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、変速操作具１９とギヤ式変速装置３０のシフトドラム９とは、リンク機構などの連係機構７９で機械的にかつ操作変位伝達可能に連結されていたが、バイ・ワイヤ方式を用いることも可能である。バイ・ワイヤ方式が用いられた場合、変速操作具１９の操作量を検出する操作検出器からの検出信号に基づいて、シフトドラム９のアクチュエータに駆動信号が送られ、シフトドラム９が回動し、変速段が切り替えられる。

（２）上述した実施形態では、シフタは、シフトスリーブ７３、７４の中央溝７３ａ，７４ａにシフトフォーク６９、７５が係入連結される構成であったが、このような構成に限定されない。例えば、シフトスリーブ７３、７４とシフトフォーク６９、７５とが一体構成されてもよい。また、シフタはさらに分割された構成体であってもよい。

（３）上述した実施形態では、ベルト式無段変速機構２９が設けられていたが、油圧式無段変速機構が採用されてもよいし、無段変速機構を省略して、単なるメインクラッチ機構が採用されてもよい。

（４）上述した実施形態では、走行装置は、左右一対の前車輪１１と左右一対の後車輪１２車輪とから構成されていたが、三輪タイプや二輪タイプで構成してもよい。

本発明は、シフトドラムを用いて変速段切替されるギヤ式変速装置を備えた走行車両に適用される。

９ ：シフトドラム
９ａ ：軸部
１９ ：変速操作具
２９ ：ベルト式無段変速機構
３０ ：ギヤ式変速装置
５１ ：変速軸
５２ ：中継軸
５３ ：伝動軸
５４ ：前進一速ギヤ機構（変速段）
５６ ：前進二速ギヤ機構（変速段）
５８ ：後進ギヤ機構（変速段）
６９ ：第一シフトフォーク（シフトフォーク）
６９ａ ：カムピン
６９ｂ ：フォーク部
７９ ：連係機構
９０ ：案内溝
９１ ：第一案内溝
９２ ：第二案内溝
ＢＰ ：屈曲部
ＰＲ ：回動軸芯
Ｓ１ ：第一シフタ
Ｓ２ ：第二シフタ
Ｘ ：軸方向

Claims (2)

1. 走行車両のためのトランスミッションであって、
   変速操作具と、
   前記変速操作具の操作に基づいて回動するとともに、ドラムの表面の周方向に沿って屈曲した案内溝が形成されているシフトドラムと、
   前記案内溝に挿入されたカムピンを有するとともに、前記シフトドラムの回動による前記カムピンの倣い動作により移動するシフタと、
   前記シフタの移動により変速段が切り替えられるギヤ式変速装置と、が備えられ、
   前記案内溝の屈曲部分の内側内壁が、前記案内溝の延び方向に沿った第１エンドミル機械加工と、前記第１エンドミル機械加工によって形成された内側内壁の内側内壁曲率半径を拡大させる前記案内溝の延び方向に沿った第２エンドミル機械加工とによって形成されているトランスミッション。
2. 前記屈曲部分の外側内壁の外側内壁曲率半径と前記内側内壁の前記内側内壁曲率半径との比が、２以下である請求項１に記載のトランスミッション。

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