JP4257704B2 - 変速機用シフト装置及びこのようなシフト装置を持つ自動車の動力分配装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、変速機軸の軸線の方向に移動可能で変速素子を伝動結合するシフトスリーブ、シフトスリーブに係合するシフトフォーク、及び変速機軸に交差して設けられるシフト軸上で回転可能でありかつ揺動可能なシフトフォークの揺動軸線に関してシフトスリーブに係合する部分とは反対側にある脚部分と共同作用する操作器としての素子から成る変速機用シフト装置に関する。

国際公開第ＷＯ／０１／５９３３１号明細書から、ピニオンを操作器とみなすことが公知であり、このピニオンの適当な歯切り部がシフトフォークの脚部分にかみ合い、シフト軸が歯車電動機により駆動される。

これは若干の欠点を持っている。即ちこの運動伝達の変速比は一定であり、このことは一般にシフトのために望まれる電動機の推移及び特性に適合せず、特にシフトスリーブが同期化装置を持っている時、適合しない。ストッパ及び歯切り部は阻止作用を持たず、即ちシフトスリーブをそれぞれの位置に固定できない。しかし、両者は電動機駆動装置において特別な意味を持っている。電動機は切換えの完了に応じて無電流状態に留まり、特定の使用事例においては、切換えがばねの常に作用する力に抗して行われても、切離し可能であるようにする。更に電動機は、位置センサ又は速度センサなしですむようにするため、制御装置を簡単化するため、ストッパへ向かって動くことができる。

ここで救済策を提供するため、国際公開第ＷＯ／０１／５９３３１号明細書の対象は、回転する素子と固定的に結合される拘束円板及び拘束凹所へはまる拘束素子を設けることである。この拘束素子は電動機の分離後回転する素子を保持し、特定の終端位置へ達した後にのみそれが可能であるようにする。しかしこの救済策は非常に費用がかかり、機能的に全く満足できるものではない。素子従って拘束円板に作用するモーメントにより（スリーブをストッパに対して固定するため、例えば同期化装置又は歯の面取り部に由来して）、切換えを妨げるか又は完全に阻止する摩擦が生じる。連結すべき２つの素子の不利な相対位置においても同じことが起こる可能性がある。その場合それぞれ他の変速段を入れることできず、スリーブが中立位置にはまったままであり、それにより危険な走行状況が生じることがあり、このようなことが起こってはならない。更に長い公差連鎖により位置ぎめが不明確である。

従って本発明の目的は、すべての機能的要求特に安全性の要求を満たす簡単かつ確実な制御装置を提案することである。本発明によれば、これは次の手段により達せられる。
ａ）回転可能な素子がカムであり、かつカムの回転軸線から測って最小半径から最大半径に達する２つの側面及び最大半径の所にある平坦面を持ち、
ｂ）シフトフォークの脚部分に、カムと共同作用する２つの駆動棒が、互いに固定間隔をおいて設けられ、
ｃ）従って一方の駆動棒がカムの一方の側面に当接し、他方の駆動棒がカムの他方の側面に当接し、少なくとも１つの終端位置で１つの駆動棒がカムの平坦面に当接する。

一方の素子のカムと他方の素子の両方の駆動棒は共同作用し、その際両方の素子が所定の極を持つと（一方は無限に遠い所にあってもよい）、適当な制御が行われる。その際一方の駆動棒は平坦面と共に、極端位置においてシフトフォークの拘束を行い、他方の駆動棒に最小半径の所で停止を行う。従って従来技術によれば異なる２つの素子対によってのみ満足することができる。２つの機能が、ただ１つの素子対にまとめられ、大きい保持力に抗してシフト可能である。継手ばねの力を受けてカムの平坦面へ押される駆動棒は、トルクをカムへ及ぼさない。更にカム形状の構成により、（変速比が一定でなければならない普通の駆動棒歯切り部とは異なり）変速比をシフトの要件に合わせることができる。

好ましい実施形態では、シフトフォークが、ハウジングに固定した軸線の周りに揺動可能な双腕レバーであり、駆動棒が、シフト軸の軸線に対して平行な軸線を持つ円筒である（請求項２）、それにより僅かな摩擦で両方の素子の精確な運動案内が行われ、駆動棒がその軸線の周りに回転可能であると、摩擦が著しく少ない。更にカムの側面が、カム及び駆動棒の共同の転がり運動の際における駆動棒の包絡線である（請求項３）。転がり運動の変速比は、カムの一方の側面の形状により決定することができ、他方の側面の形状はそれから得られる。

電動機により駆動されるシフト軸を持つ展開では、少なくとも１つの側面に、最小半径の所で肩部が設けられている（請求項４）。それにより電動機を行程制御又は速度制御なしに自動的に制御することができる。

確実なシフトを保証するため、有利に別の手段をとることができる。即ちシフトフォークが大きい直径のシフトスリーブの周りに係合する場合、シフトフォークの脚部分がシフトフォークの最も低い点に付加されている（請求項５）。それによりシフト力がシフトフォークへ対称に導入される。歯が歯上にあってシフトスリーブが係合できないという危険がある場合、シフトフォークが弾性素子を含んでいるので、脚部分が後退可能である。歯の位置が適切である時、例えば弾性素子の力によってシフトが行われる。

本発明は、不斉地走行段を持つ自動車用動力分配装置であって、シフトフォークによる、その素子の軸線方向移動により、軸線方向に交差して設けられる軸の回転によって、シフト可能であるものにも関する。動力分配装置では、最初に述べた問題が特に有害に生じる。本発明によれば、最初の請求項及びそれに続く請求項の特徴により、これらの問題が除去される。

図に基いて本発明が以下に説明される。

図１において動力分配装置のハウジングが全体を１で示され、図示しない車両の駆動装置から来る入力軸が２で示され、後車軸に伝動結合される第１の出力軸が３で示され、同様に図示しない前車軸に伝動結合される第２の出力軸が４で示されている。第２の出力軸４は、第１の歯付きベルト車５により、入力軸２の下にあって前車軸を駆動する従動軸７上に固定される第２の歯付きベルト車６を駆動する。

両方の出力軸３，４へトルクを分配するため、全体を１０で示す差動歯車装置が設けられている。更に制御装置１１が差動歯車装置１０の下に設けられ、差動歯車装置１０を固定する差動固定クラッチ１２が設けられている。図示した実施側では、差動固定クラッチには差動歯車装置１０と構造的に一体化されている。しかも差動固定クラッチは、分離していてもよく、しかもどこか別の場所で動力分配装置又は動力伝達系に設けることもできる。差動歯車装置自体も、本発明の範囲内で多様に構成することができる。

図１及び２には、動力分配装置の例として特別な構成が示されている。ここでは同時に遊星キャリヤとして役立つ差動歯車装置ハウジング１６の内部には、入力軸２と固定的に結合される太陽歯車１７、差動歯車装置ハウジング１６内に回転可能に支持される不斉地走行段の遊星歯車１８、第１の差動歯車２１及び第２の差動歯車２２がある。第１の差動歯車２１は第１の出力軸３に相対回転しないように結合され、第２の差動歯車２２は第２の出力軸４に相対回転しないように結合されている。差動歯車装置ハウジング１６は、軸線方向に移動可能で不斉地走行において差動歯車装置ハウジング１６に相対回転しないように結合される内歯環状歯車１９により包囲されている。差動歯車装置１０のこの特別な実施形態はオーストリア国特許第４０５１５７号の対象であり、そこに構造及び動作態様を詳細に説明されている。

差動固定クラッチ１２は、互いに逆向きに回転可能な２つの傾斜路環３１，３２により操作される。第１の環３１は第１の傾斜路レバー３５を持ち、第２の環３２は第２の傾斜路レバー３６を持ち、これらの傾斜路レバーは下方へ突出し、自由端３７，３８にそれぞれローラ３９を持っている。両方のローラ３９の間に回転可能な制御円板４０がある。この制御円板４０の回動の際、ローラ３９が互いに離れるように動かされ、鋏状に動かされる。傾斜路レバー３５，３６を介して、環３１，３２が互いに逆向きに回動せしめられる。

図２において、４７は電動機の回転の際適当に減速されて回転する図示しない歯車電動機の電動機出力軸である。この電動機出力軸４７に、この上へスリーブ状にはめられる担体軸４８が相対回転しないように結合され、両端をハウジング１内に支持されている。担体軸４８上に制御円板４０のボス４９及びカム５０が回転可能に支持されている。ボス４９とカム５０との間において担体軸４８上に、玉軸受案内ブシュ５１により、切換えスリーブ５２が相対回転しないけれども縦方向移動可能に設けられている。切換えスリーブ５２を移動させる切換えフォーク５３は、切換え電磁石５４（図１）により、切換えフォーク軸５５（図１）に支持されるレバーを介して操作される。切換えスリーブ５２は、両方の軸線方向端部に、ボス４９と相対回転しない結合のための第１の切換え歯５６と、カム５０と相対回転しない結合のための第２の切換え歯５７とを持っている。切換え歯５６、５７は押しのけ圧力角を持つ連結歯である。１つの変速段のみ又は１つの差動固定クラッチのみを操作すべき時には、切換えスリーブ５２は必要でない。

図３において、ハウジング内で揺動軸線６２の周りに揺動可能なシフトフォーク６３の脚部分６４に設けられている駆動棒６０，６１とカム５０が後述するように共同作用し、このシフトフォークにより、不斉地走行段への切換えのため内歯環状歯車１９が軸線方向に移動される。このため内歯環状歯車の両側にそれぞれ１つの摺動片６６が設けられている。脚部分６４には、弾性的に撓む中間区域６５が設けられている。

図示した実施例では、カム５０及び駆動棒６０，６１が両端面案内のため二重にされ（カム５０^＊及び駆動棒６０^＊，６１^＊）、シフトフォーク６３の脚部分６４が、その最も低い点従ってその対称軸の所で結合されている。それによりシフトフォーク６２両方の半分の変形が同じなので、動かなくなることはない。

図４から、カム５０と駆動棒６０，６１との共同作用の運動機構がわかる。駆動棒６０，６１は、固定相互間隔でシフトフォーク６３の脚部分６４に設けられている。駆動棒はここでは軸線７１を持つ円筒であり（他の形状も考えられる、図７参照）、これらの軸線は幾何学的軸線であるか、又は駆動棒用の回転軸線であり、この回転軸線上で駆動棒が回転し、摩擦を少なくするためカム５０上を転がることができる。カム５０はその軸により軸線７２の周りに回転可能であり、第１の側面７３、第２の側面７４、軸線７２から最大距離の所に平坦面７５、及び軸線７２から最小距離の所即ち最小半径の所に谷７６，７７を持ち、これらの谷に肩部７８，７９が続いている。側面７３，７４は、すべての中間位置で例えば図４におけるように、駆動棒６０が常に側面７３に当接し、駆動棒６１が側面７４に当接するように、形成されている。従ってこれらの側面は両方の駆動棒の包絡線である。歯切り部とは異なり、側面７３，７４の適当な形成によって、角度に関係して異なるてこ比が実現可能である。図４において、時計方向への軸線７２の周りにカム５０の時計方向の回転が、半時計方向への揺動軸線の周りにシフトフォーク６３の揺動をどのように行わせるかが、直ちにわかる。

図５では、カム５０′が一方の終端位置にある。駆動棒６１′は谷７７′を通過し、ストッパ７９′としての肩部へ達している。それによりカムを駆動する電動機が停止されて切換え制御されるので、再び付勢の際電動機が逆の方向へ回転する。この位置で他方の駆動棒６０′は平坦面７５′上に支持される。矢印８０により示す支時力がカム５０′の軸線７２′へ向いているので、カム５０′へトルクは及ぼされない。従ってシフトフォークは、電動機の作用なしにかつ鎖錠なしに図示した位置に保持されることができる。安全のため、場合によっては図示しないばねが設けられるか、又はいずれにせよ存在する連結ばねがばねとして作用する。図６の別の極端位置は、駆動棒６０″，６１″がその役割を交代しており、カム５０″がほぼ直角だけ時計方向に回動されていると点でのみ、図５の位置とは相違している。ここではシフトフォークが他の極端位置に保持される。

シフトフォーク６３の脚部分６４に弾性区域６５を設けることは、既に上述した。歯が歯の上にあって内歯環状歯車が係合不可能であると、弾性区域６５は、カム５０が終端位置まで運動するのを可能にするけれども、その際フォーク自体は動かない。内歯環状歯車の歯が相手歯車に対して少し動かされた時に初めて、弾性区域に蓄えられている力により内歯環状歯車が押込まれる。

図７の実施形態では、カム１５０が著しく広げられ、かつ厚くされている。カムは駆動棒１６０，１６１と共同作用するが、これらの駆動棒は円筒状ではなく棒状で、適当に形成された摺動面１７８，１７９を備えている。ここでも両方の素子の間に確実伝動が行われ、両方の摺動面１７８，１７９が常にカム１５０に接触している。

本発明によるシフト装置を持つ動力分配装置の垂直画面図を示す。 図１のＣ−Ｃ断面を示す。 図２の詳細を拡大して変化して示す。 図３の矢印ＩＶの方向に見た図を示す。 図４を一方の極端位置で示す。 図５を他方の極端位置で示す。 別の実施形態を図４に類似した図で示す。

Claims (12)

1. 変速機軸の軸線の方向に移動可能で変速素子を伝動結合するシフトスリーブ（１９）、シフトスリーブに係合するシフトフォーク（６３）、及び変速機軸に交差して設けられるシフト軸（４８）上で回転可能でありかつ揺動可能なシフトフォーク（６３）の揺動軸線（６２）に関してシフトスリーブ（１９）に係合する部分とは反対側にある脚部分（６４）と共同作用する操作器としての素子から成る変速機用シフト装置において、
   ａ）回転可能な素子がカム（５０，５０’；１５０）であり、かつカムの回転軸線（７２，７２’）から測って最小半径から最大半径に達する２つの側面（７３，７４；１７３，１７４）及び最大半径の所にある平坦面（７５；１７５）を持ち、
   ｂ）シフトフォーク（６３）の脚部分（６４）に、カム（５０；１５０）と共同作用する２つの駆動棒（６０，６１；１６０，１６１）が、互いに固定間隔（７０；１７０）をおいて設けられ、
   ｃ）従って一方の駆動棒（６０；１６０）がカムの一方の側面（７３，１７３）に当接し、他方の駆動棒（６１，１６１）がカムの他方の側面（７４，１７４）に当接し、カムの少なくとも１つの終端位置で１つの駆動棒（６０，６１；１６０，１６１）がカムの平坦面（７５；１７５）に当接する、
   ことを特徴とする、シフト装置。
2. シフトフォーク（６３）が、ハウジングに固定した軸線（６２）の周りに揺動可能な双腕レバーであり、駆動棒（６０，６１）が、シフト軸の軸線（７２）に対して平行な軸線（７１）を持つ円筒であることを特徴とする、請求項１に記載のシフト装置。
3. カム（５０，１５０）の側面（７３，７４；１７３，１７４）が、カム及び駆動棒の転がり運動の際における駆動棒（６０，６１；１６０，１６１）の包絡線であることを特徴とする、請求項２に記載のシフト装置。
4. シフト軸が電動機により駆動されるものにおいて、カム（５０；１５０）の少なくとも１つの側面（７３，７４；１７３，１７４）に最小半径の所で肩部（７８，７９）が続いていることを特徴とする、請求項１に記載のシフト装置。
5. シフトフォーク（６３）の脚部分（６４）がシフトフォークの最も低い所にあることを特徴とする、請求項１に記載のシフト装置。
6. シフトフォーク（６３）の脚部分（６４）に、弾性的に撓む中間区域（６５）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のシフト装置。
7. 不斉地走行段を持つ自動車用動力分配装置であって、シフトフォーク（６３）によるシフトスリーブ（１９）の軸線方向移動により、軸線方向に交差して設けられる軸（４８）の回転によって、シフト可能であるものにおいて、
   ａ）軸（４８）上にカム（５０，１５０）が取付けられ、このカムがその回転軸線（７２；７２’）から測って最小半径から最大半径に達する２つの側面（７３，７４；１７３，１７４）及び最大半径の所にある平坦面（７５，１７５）を持ち、
   ｂ）シフトフォーク（６３）が、その揺動軸線（６２）に関してシフトスリーブ（１９）に係合する部分とは反対側にある脚部分（６４）を持ち、カム（５０；１５０）と共同作用する２つの駆動棒（６０，６１；１６０，１６１）が、脚部分（６４）上に互いに固定間隔をおいて設けられ、
   ｃ）従って一方の駆動棒（６０；１６０）がカムの一方の側面（７３，１７３）に当接し、他方の駆動棒（６１，１６１）がカムの他方の側面（７４，１７４）に当接し、カムの少なくとも１つの終端位置で１つの駆動棒（６０，６１；１６０，１６１）がカムの平坦面（７５，１７５）に当接することを特徴とする、動力分配装置。
8. シフトフォーク（６３）が、ハウジングに固定した軸線（６２）の周りに揺動可能な双腕レバーであり、駆動棒（６０，６１）が、軸（４８）の軸線（７２）に対して平行な軸線（７１）を持つ円筒であることを特徴とする、請求項７に記載の動力分配装置。
9. カムの側面（７３，７４；１７３，１７４）が、カム及び駆動棒の転がり運動の際における駆動棒（６０，６１；１６０，１６１）の包絡線であることを特徴とする、請求項８に記載の動力分配装置。
10. シフト軸が電動機により駆動されるものにおいて、カム（５０；１５０）の少なくとも１つの側面（７３，７４；１７３，１７４）に、最小半径の所で肩部（７８，７９）が続いていることを特徴とする、請求項７に記載の動力分配装置。
11. シフトフォーク（６３）の脚部分（６４）がシフトフォークの最も低い所にあることを特徴とする請求項７に記載の動力分配装置。
12. シフトフォーク（６３）の脚部分（６４）に、弾性的に撓む中間区域（６５）が設けられていることを特徴とする、請求項７に記載の動力分配装置。

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