JP4022376B2 - 車両用変速機のギア変速装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用変速機のギア変速装置、特に、モータによってギアシフト機構及びギアセレクト機構を作動させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バスやトラック等の大型車両では、現在でも主として手動変速機が採用されている。手動変速機では、運転席の変速レバーと変速機とがコントロールロッド等のリンク機構によって機械的に連結されている。そして、ギア変速時には、運転手がレバー操作をすることで、ギア機構が物理的に駆動される。このため、頻繁に変速を要求される場合には、ある程度の力を必要とするレバー操作は運転者にとって大きな負担になる。
【０００３】
この問題を解決するために、モータにより作動するギア変速装置を手動変速機に設けるとともに、そのギア変速装置を電気信号によって制御するためのトランスミッションＥＣＵを設けた遠隔操作式の手動変速機が開発されている。この変速機では、モータがギア機構の駆動を行うため、単に変速レバーを操作するだけの小さな力で変速を行えるようになり、変速のレバー操作に関する運転者の負担が軽減される。
【０００４】
一般に、手動変速機では、複数のスプールがセレクト方向に並んで設けられている。そして、手動変速機に設けられるギア変速装置は、ギアセレクト機構により選択したスプールをシフト方向に駆動することで、ギアの断接を行う。ギア変速装置は、通常、一端が各スプールに係合可能なシフトヨーク、シフトヨークが回転不能にスプライン係合するシャフト、シャフト上のシフトヨークをセレクト方向に移動させるギアセレクト機構、シフトヨークを揺動させてスプールをシフト方向に移動させるギアシフト機構などを備えている。ギアセレクト機構やギアシフト機構には、例えば電動ボールネジ機構が採用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
モータを使った従来のギア変速装置のギアセレクト機構においては、例えば電動ボールネジ機構によってモータの回転を直線運動に変換させている。そして、それにより直線移動する部材をシフトヨークにリンケージで連結させ、シャフト上のシフトヨークをセレクト方向に移動させている。したがって、電動ボールネジ機構は、シャフトと平行に配置されており、ギア変速装置の占有スペースが比較的大きなものとなっている。
【０００６】
また、従来のギア変速装置のギアシフト機構については、電動モータの回転をネジ送り機構を用いて直線運動に変換してシャフトと連結しているレバーをリンケージで揺動させるか、あるいは高減速比のウオームギア機構を用いて電動モータの回転を揺動に変換させる構造が採られている。これらのネジ送り機構やウオームギア機構は、シフトヨークを保持するシャフトと直角に配する必要があるため、大きなスペースが必要になる。
【０００７】
本発明の課題は、モータを用いた変速機のギア変速装置の省スペース化（コンパクト化）を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の車両用変速機のギア変速装置は、シャフトと、シフトヨークと、ギアセレクト機構と、ギアシフト機構とを備えている。シフトヨークは、シャフトの軸方向に対して移動できるように、シャフトに装着されている。また、シフトヨークは、シャフトに対して回転不能にシャフトに装着されている。ギアセレクト機構は、シフトヨークをシャフトの軸方向に移動させ、シフトヨークを任意のスプールに選択的に対応させる機構である。このギアセレクト機構は、第１電動回転駆動手段と、第１電動回転駆動手段の回転出力を直線運動に変えるネジ送り機構とを有している。ギアシフト機構は、シフトヨークを揺動させてシフトヨークからスプールに力を作用させ、スプールの動きによって変速用ギアの断接を行わせる機構である。このギアシフト機構は、第２電動回転駆動手段と、入力及び出力が同軸であり第２電動回転駆動手段の回転出力を減速して揺動運動に変える減速機構とを有している。また、ギアセレクト機構のネジ送り機構及び減速機構のそれぞれの中心軸は、シャフトと同軸であり、第１電動回転駆動手段は回転軸がシャフトと同軸である第１電動モータからなり、第２電動回転駆動手段は回転軸がシャフトと同軸である第２電動モータからなる。
【０００９】
ここでは、従来シャフトと平行に配していたギアセレクト機構のネジ送り機構をシャフトと同軸上に配置するとともに、シフトヨークを揺動させるギアシフト機構において減速機構を用い、その減速機構をシャフトと同軸上に配置している。このため、従来のギア変速装置のような大きな占有スペースが不要となり、ギア変速装置がコンパクトになる。
【００１０】
請求項２に記載の車両用変速機のギア変速装置は、請求項１に記載の装置であって、減速機構は、遊星ギア減速機構、波動歯車減速機構、又はハイポサイクロイド減速機構である。
【００１１】
車両用変速機には、通常、コーンクラッチと噛み合い機構とから成るシンクロ装置が付いている。シンクロ装置では、スプールに固定されたスプールフォークによって一定範囲内の荷重（個々の変速機によって異なる）をかけてコーンクラッチを押し、回転を同期させた後に噛み合わせる方法で変速を行う。スプールは、シャフトとスプライン係合しているシフトヨークの揺動運動によって、直線的に押される。したがって、シフトヨークの揺動に対して、シンクロ荷重相応の回転力制御が必要となる。しかし、従来のネジ送り機構やウオームギア機構から成る電動のギアシフト機構では、伝達部に大きな摩擦力が発生して伝達効率が落ち、シンクロ荷重に対するシフトヨークの揺動トルクを電動回転駆動手段の電流制御によって制御することが難しい。ネジ送り機構にボールネジを用いて摩擦力の発生を抑えたものも存在するが、コストが高く、また回転力以外の曲げ力がシャフトに作用するという不具合が残る。
【００１２】
これに対して請求項２に記載の装置では、第２電動回転駆動手段の回転出力を遊星ギア減速機構などの減速機構によって揺動運動に変えるという構造を採り、揺動させるシフトヨークが回転不能に装着されているシャフトと同軸に減速機構を配しているため、シンクロ荷重に対するシフトヨークの揺動トルクを電動回転駆動手段の電流制御によって制御することが容易となり、回転力以外の力がシャフトに作用することが抑えられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［実施形態］
＜マニュアルトランスミッション自動変速システムの概要＞
図１に、本発明の一実施形態に係るトランスミッション（車両用変速機）を含むマニュアルトランスミッション自動変速システムを示す。
【００１４】
図１において、エンジン１とトランスミッション２との間には、乾式単板クラッチディスクを含むクラッチ３が配置されている。トランスミッション２を駆動するアクチュエータとしては、ギア変速装置４が設けられている。クラッチ３を駆動するアクチュエータとしては、クラッチアクチュエータ５が設けられている。クラッチアクチュエータ５は、クラッチ３の近傍に設けられたスレーブシリンダ６に油圧回路を介して接続されたマスタシリンダを有している。
【００１５】
このシステムには、エンジンＥＣＵ５１とトランスミッションＥＣＵ５２とが設けられており、互いに通信可能となっている。例えば、両者は、エンジン回転情報やアクセル開度情報をやりとりすることができる。
【００１６】
エンジンＥＣＵ５１は、エンジン１の制御を行っており、アクセルペダル５４からのアクセル開度信号が入力されるようになっている。
【００１７】
トランスミッションＥＣＵ５２は、主にクラッチ制御と変速制御を行うためのものであり、クラッチアクチュエータ５にクラッチ制御信号を、ギア変速装置４に変速制御信号を出力するようになっている。これら制御信号は、各種モータを駆動するための信号である。
【００１８】
また、トランスミッションＥＣＵ５２には、各種センサからの信号が入力される。具体的には、アクセルペダル５４からアイドル信号、シフトレバー５５からシフトポジション信号、クラッチペダル５６からクラッチストローク信号、クラッチアクチュエータ５からのクラッチストローク信号及び液圧信号、クラッチ３からクラッチ回転信号、トランスミッション２から車速信号、ギア変速装置４からシフト・セレクトストローク信号が、トランスミッションＥＣＵ５２に入力される。
【００１９】
以上に述べたシステムでは、トランスミッションＥＣＵ５２によってクラッチ操作とギア変速操作が自動的に制御される。また、シフトレバー５５の操作によってギア変速操作を行う手動操作を選択的に用いることもできる。
【００２０】
クラッチペダル５６に連動する第２マスタシリンダ５７は、油路を介してスレーブシリンダ６に接続されている。したがって、運転者がクラッチペダル５６を操作すると、第２マスタシリンダ５７からスレーブシリンダ６に油圧が供給され、クラッチ断接動作が行われる。なお、この実施形態では、クラッチペダル５６はクラッチアクチュエータ５等の電気関係に不具合が生じたときのみに使用する
緊急用であり、通常走行時には折り畳まれている。
【００２１】
＜ギア変速装置＞
図２〜図４を用いて、ギア変速装置４について詳細に説明する。
【００２２】
（ギア変速装置の概要）
ギア変速装置４は、トランスミッションＥＣＵ５２からの変速制御信号に基づいて、トランスミッション２の変速用ギアの断接を行う装置である。図２に示すように、それぞれシフトレール９によって直線移動するように保持されているトランスミッション２のスプール１０は、セレクト方向（図２の左右方向）に並んでいる。ギア変速装置４は、これらのスプール１０の１つを選択して押すことで、そのスプール１０をシフトレール９に沿って移動させる。具体的には、ギア変速装置４のシフトヨーク１２の爪１２ｂ（後述）が、スプール１０のスプールヨーク１０ａの切欠き部１０ｂに入り、シャフト１１の揺動運動によるシフトヨーク１２の動きによってスプール１０が移動する。そして、スプール１０の直線移動により、図示しないコーンクラッチを含むシンクロ機構を介して変速用ギアの断接が行われる。
【００２３】
ギア変速装置４は、主として、シャフト１１と、シフトヨーク１２と、ギアセレクト機構１３と、ギアシフト機構１４とを備えている。
【００２４】
（シャフト）
シャフト１１は、両端近傍がラジアル軸受１９等を介してハウジング４５に軸支されている。また、シャフト１１の中央部分の外周面には、スプライン１１ａが形成されている。
【００２５】
さらに、シャフト１１のスプライン１１ａには、後述するシフトヨーク１２の爪１２ｂが各スプール１０の切欠き部１０ｂに入る位置に、それぞれ溝１１ｂが設けられている。
【００２６】
（シフトヨーク）
シフトヨーク１２は、内周のスプライン１２ａがシャフト１１のスプライン１１ａに係合している。したがって、シフトヨーク１２は、シャフト１１の軸方向に移動可能であるが、シャフト１１に対して回転が拘束されている。また、シフトヨーク１２は、揺動によって各スプール１０の切欠き部１０ｂに入り得る爪１２ｂを有している。
【００２７】
さらに、シフトヨーク１２には、シャフト１１の軸方向に直交するように筒状空洞部１２ｃが形成されている。そして、この筒状空洞部１２ｃには、位置決め機構２０が配置される。この位置決め機構２０は、シャフト１１の溝１１ｂに係合し得るボール２１と、シフトヨーク１２に固定される蓋２３と、ボール２１と蓋２３とを弾性連結するバネ２２とから構成されている。位置決め機構２０は、バネ２２の付勢力によりボール２１を溝１１ｂに押しつけることで、シフトヨーク１２の位置を一定の力でセレクト方向に保持する。
【００２８】
（ギアセレクト機構の構成）
ギアセレクト機構１３は、シフトヨーク１２をシャフト１１の軸方向（セレクト方向）に移動させ、シフトヨーク１２を任意のスプール１０に選択的に対応させる機構である。このギアセレクト機構１３は、主として、ネジ送り機構３０と、電動モータ３３とから構成されている。
【００２９】
ネジ送り機構３０は、互いに噛み合う雄ネジ部材３１及び雌ネジ部材３２から成る機構であり、シャフト１１と同軸に配置されている。
【００３０】
雄ネジ部材３１は、その筒状部が、ラジアル軸受３５，３６を介して、シャフト１１の端部の外周側に配置されている。雄ネジ部材３１の筒状部の外周面には、雄ネジ３１ｂが形成されている。また、雄ネジ部材３１の端部３１ａには、電動モータ３３の回転軸３３ａが連結されている。したがって、電動モータ３３の回転により、雄ネジ部材３１も回転運動をする。
【００３１】
雌ネジ部材３２は、筒状の部材であり、一端の内周面に形成された雌ネジ３２ａが雄ネジ部材３１の雄ネジ３１ｂと噛み合っている。また、雌ネジ部材３２の他端には、フレキシブルプレート１７の筒状部１７ａが固定されている。このフレキシブルプレート１７は、図３に示すように、筒状部１７ａの端部から６本の放射レバー１７ｂが外方に延び、各放射レバー１７ｂの外周部に孔１７ｃが形成されている。フレキシブルプレート１７の孔１７ｃを通るボルト１８によって、フレキシブルプレート１７の外周部はシフトヨーク１２の端面に固定される。すなわち、フレキシブルプレート１７は、雌ネジ部材３２とシフトヨーク１２とを、所定のセレクト方向の相対移動を許容する状態で連結している。図２に示す状態において、雌ネジ部材３２とシフトヨーク１２との間には、セレクト方向に隙間Ｓが存在する。
【００３２】
また、ギアセレクト機構１３には、セレクト方向に沿ったシフトヨーク１２の移動量を検出することのできるセンサ（図示せず）が設けられている。
【００３３】
（ギアセレクト機構の動作）
トランスミッションＥＣＵ５２からのギアセレクト信号により電動モータ３３が回転すると、電動モータ３３の回転軸３３ａに連結されている雄ネジ部材３１が、ハウジング４５に固定されたラジアル軸受３７を介してシャフト１１の回りを回転する。このとき、雄ネジ部材３１に噛み合っている雌ネジ部材３２は、スプライン係合を介してシャフト１１に連結されていることで回転が規制されているため、シャフト１１の軸方向（セレクト方向）に移動する。そして、雌ネジ部材３２が位置決め機構２０によるシフトヨーク１２の保持力を上回る力でフレキシブルプレート１７を変形させたときに、シフトヨーク１２がシャフト１１上を軸方向（セレクト方向）に移動し始める。
【００３４】
また、シフトヨーク１２の移動量を検出するセンサにより電動モータ３３の電流が遮断されても、電動モータ３３は慣性の影響ですぐには止まらず、雌ネジ部材３２は更に移動して停止することになる。この移動時間は短時間（約０．１秒）であることが要求されるが、雌ネジ部材３２の正確な停止位置を制御することは一般的に困難である。しかしながら、本実施形態のギア変速装置４ではシャフト１１のスプライン１１ａに溝１１ｂが設けられているため、シフトヨーク１２は、ボール２１やバネ２２から成る位置決め機構２０によって、正確な停止位置において強制的に固定されることになる。但し、雌ネジ部材３２の停止位置とシフトヨーク１２の正確な停止位置との差は、フレキシブルプレート１７で吸収し得る寸法以内である必要がある。
【００３５】
（ギアシフト機構）
ギアシフト機構１４は、シャフト１１を揺動させることでシフトヨーク１２からスプール１０に力を作用させ、スプール１０を移動させて変速用ギアの断接を行わせる機構である。このギアシフト機構１４は、主として、遊星ギア減速機構４０と、電動モータ４８とから構成されている。
【００３６】
遊星ギア減速機構４０は、図４に示すようにシャフト１１と同軸に配置される機構であり、第１サンギア９１と、第１遊星キャリアプレート９２と、第１遊星ギア９３と、第１リングギア９４と、第２サンギア９５と、第２遊星キャリアプレート９６と、第２遊星ギア９７と、第２リングギア９８と、ケーシング９９とから構成されており、電動モータ４８とともにシャフト１１と同軸上に配置されている。第１サンギア９１は、電動モータ４８の回転軸４８ａに固定されている。第１遊星キャリアプレート９２は、複数の第１遊星ギア９３を軸支するもので、第２サンギア９５と連動して回転するようにされている。第１遊星ギア９３は、第１サンギア９１と噛み合うとともに、外周側に配置されている第１リングギア９４と噛み合っている。第１リングギア９４は、ケーシング９９に固定されており、回転不能である。第２サンギア９５は、第１遊星キャリアプレート９２の回転に連動して回転するもので、複数の第２遊星ギア９７と噛み合っている。第２遊星キャリアプレート９６は、複数の第２遊星ギア９７を軸支するもので、シャフト１１に回転を出力する。第２遊星ギア９７は、第２サンギア９５と噛み合うとともに、外周側に配置されている第２リングギア９８と噛み合っている。第２リングギア９８は、ケーシング９９に固定されており、回転不能である。このような構成によって、遊星ギア減速機構４０は、高い減速比によって電動モータ４８の回転をシャフト１１の揺動運動に変換する。
【００３７】
なお、本実施形態では上記の遊星ギア減速機構４０を用いているが、これに代えて波動歯車減速機構やハイポサイクロイド減速機構といった高減速比を持つ機構を用いて電動モータ４８の回転をシャフト１１に伝達するようにしてもよい。
【００３８】
（ギア変速装置の特徴）
本装置４では、ギアセレクト機構１３のネジ送り機構３０及びギアシフト機構１４の遊星ギア減速機構４０をシャフト１１と同軸に配置する構成を採っているため、装置が軽量且つコンパクトになっている。
【００３９】
また、ネジ送り機構３０の両ネジ部材３１，３２をシャフト１１と同軸に配しているため、ギアセレクト機構１３からシフトヨーク１２に作用する力によってシャフト１１に装着されたシフトヨーク１２にシャフト１１の軸方向に沿った力以外の偏芯荷重が作用してしまうという不具合が抑えられる。すなわち、図２に示すようにシフトヨーク１２の中心円周部の近傍に対して雌ネジ部材３２からの力をフレキシブルプレート１７を介して作用させる構造としているため、両ネジ部材３１，３２やシフトヨーク１２に作用する力は概ね引っ張り・圧縮荷重だけとなり、ギア変速装置４の作動が確実になるとともに耐久性も向上している。
【００４０】
さらに、ギアシフト機構１４で遊星ギア減速機構４０を採用しているため、ギアの使用により力の伝達効率がよく、シンクロ荷重の制御性も向上している。
【００４１】
［参考例］
上記実施形態では、ギアセレクト機構１３に１個の電動モータ３３，ギアシフト機構１４に１個の電動モータ４８を使用しているが、図５に示すように、それぞれ２個の電動モータを配備してもよい。
【００４２】
（構成）
ここでは、ギアセレクト機構１３の駆動源として、電動回転駆動機構１３３を使用している。この電動回転駆動機構１３３は、主として、２つの電動モータ１３４，１３５と、２つの中間ギア１３６，１３７とから構成されている。中間ギア１３６，１３７は、それぞれ雄ネジ部材３１の端部に形成された歯に噛み合っている。そして、それらの中間ギア１３６，１３７には、外側から、電動モータ１３４，１３５の回転軸１３４ａ，１３５ａに固定されているギアが噛み合っている。図５に示すように、電動モータ１３４，１３５の回転軸１３４ａ，１３５ａは、シャフト１１の中心からオフセットされている。
【００４３】
また、ギアシフト機構１４の駆動源としては、電動回転駆動機構１４８を使用している。この電動回転駆動機構１４８は、主として、２つの電動モータ１４９，１５０と、２つの中間ギア１５１，１５２とから構成されている。中間ギア１５１，１５２は、それぞれ遊星ギア減速機構４０の入力軸４０ａの外周面に形成された歯に噛み合っている。そして、それらの中間ギア１５１，１５２には、外側から、電動モータ１４９，１５０の回転軸１４９ａ，１５０ａに固定されているギアが噛み合っている。図５に示すように、電動モータ１４９，１５０の回転軸１４９ａ，１５０ａは、シャフト１１の中心からオフセットされている。
【００４４】
（特徴）
量産タイプの電動モータで単独では所望の駆動トルクと回転速度とが合わない場合にも、中間ギア１３６，１３７，１５１，１５２で調整することで、ネジ送り機構３０や遊星ギア減速機構４０に対して適切な回転を伝達することができる。
【００４５】
また、１個の電動モータが故障した場合にも他の電動モータの作動によりギア変速が行われるため、車両走行に支障をきたす恐れが非常に少ない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明では、従来シャフトと平行に配していたギアセレクト機構のネジ送り機構をシャフトと同軸上に配置するとともに、シフトヨークを揺動させるギアシフト機構において減速機構を用い、その減速機構をシャフトと同軸上に配置しているため、従来のギア変速装置のような大きな占有スペースが不要となり、ギア変速装置がコンパクトになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るトランスミッション（車両用変速機）を含むマニュアルトランスミッション自動変速システム図。
【図２】 第１実施形態のギア変速装置の断面図。
【図３】 フレキシブルプレートの平面図。
【図４】 遊星ギア減速機構の模式図。
【図５】 参考例のギア変速装置の断面図。
【符号の説明】
２ トランスミッション
１０ スプール
１１ シャフト
１２ シフトヨーク
１３ ギアセレクト機構
１４ ギアシフト機構
３０ ネジ送り機構
３３ 電動モータ（第１電動回転駆動手段）
４０ 遊星ギア減速機構（減速機構）
４８ 電動モータ（第２電動回転駆動手段）

Claims (2)

1. シャフトと、
   前記シャフトの軸方向に移動可能であり且つ前記シャフトに相対回転不能であるように前記シャフトに装着されたシフトヨークと、
   前記シフトヨークを前記シャフトの軸方向に移動させ、前記シフトヨークを任意のスプールに選択的に対応させるギアセレクト機構と、
   前記シフトヨークを揺動させて前記シフトヨークから前記スプールに力を作用させ、前記スプールの動きによって変速用ギアの断接を行わせるギアシフト機構と、
   を備え、
   前記ギアセレクト機構は、第１電動回転駆動手段と、前記第１電動回転駆動手段の回転出力を直線運動に変えるネジ送り機構とを有し、
   前記ギアシフト機構は、第２電動回転駆動手段と、入力及び出力が同軸であり前記第２電動回転駆動手段の回転出力を減速して揺動運動に変える減速機構とを有し、
   前記ネジ送り機構及び前記減速機構のそれぞれの中心軸が、前記シャフトと同軸であり、
   前記第１電動回転駆動手段は回転軸が前記シャフトと同軸である第１電動モータからなり、
   前記第２電動回転駆動手段は回転軸が前記シャフトと同軸である第２電動モータからなる、
   車両用変速機のギア変速装置。
2. 前記減速機構は、遊星ギア減速機構、波動歯車減速機構、又はハイポサイクロイド減速機構である、
   請求項１に記載の車両用変速機のギア変速装置。

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