JP4953229B2 - 変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車その他車両に利用する変速装置の改良に関する。とくに変速動作のために電動機による動力または手動によるシフト操作力に加えて、空気圧を補助動力として供給する変速装置に関する。本発明は、大型自動車の自動変速装置に利用するために開発された装置であるが、広く空気圧系を変速装置の補助動力源として設ける車両用変速装置に利用することができる。

大型車両の変速装置にも自動変速装置を導入することが必要とされることになり、さまざまな角度から検討および改良が行われている。本願出願人は、変速装置のシフト方向の補助動力として、回転型の電動機を利用する倍力装置について、その倍力装置の移動速度を適正にサーボ制御する技術を開示した（特願２００５−２０９７０７（本願出願時において未公開）、以下単に「先願」という）。その先願明細書の中で一つの実施例構造として（とくに第二実施例として）、変速装置のシフト方向の駆動力として回転型の電動機を利用するとともに、そのシフト方向の動きを空気圧により倍力する構造の装置を開示した。すなわち、空気圧シリンダと、このシリンダ内を移動するピストンとを設け、回転型の電動機の出力軸をシリンダのエア導入口バルブを開閉するための入力軸に螺合させて、電動機の正方向または逆方向の回転によりこのピストンをその空気圧シリンダ内で移動させるものである。これにより、電動機による回転軸方向の動きを空気圧シリンダに供給する空気圧により倍力することができる。

本願発明者らがこの構造の装置を試作し試験したところ、大型車両では、変速装置のシフト方向の動力を電動機からのみ供給するより、空気圧シリンダを設けてこれを空気圧により補助動力を与える構造がきわめて有用であることがわかった。すなわちシフト方向の動力を電動機からのみ与えると、変速動作の期間中に、その動作に一時的に大きい負荷がかかるタイミングがある。これを電動機出力のみでカバーするには、電動機としてこの一時的な大きい負荷に対応する大型の装置を採用することが必要になるところ、空気圧を補助動力として利用してこの一時的に必要な大きい負荷を分担させて、全体として小型の装置で構成することができることがわかった。この構造の変速装置はさらに規模の大きい車両にも適用することができるものと考えられる。

特開２００３−１３９２４２（日野） 特開２００３−１４８５９９（日立ユニシア） 特開２００３−１９４２１３（日立ユニシア）

本発明は上記先願に（第二実施例として）開示した構造についてのさらなる改良に関するものである。すなわち本願発明者らは上で説明した構造、すなわち変速装置のシフト方向の駆動動力として、電動機の出力および空気圧シリンダの出力を併せて利用する構造の装置を試作し試験を繰り返した。この構造の装置では、変速装置の動作過程で電動機出力が一時的に不足しても、ピストンが供給する押圧に助けられて、シフト方向の部材の移動が円滑に実行される。そして本願発明者らは、この装置を試験する過程で、空気圧シリンダの中でピストンがハンチングを起こす現象を経験した。

この試作した装置は、上述のように電動機出力軸に螺合してその出力軸の方向に移動するシフト・ロッドを含む移動体に対して、空気圧シリンダ内を往復運動するピストンがこれを助力し後押しする形態のものである。しかしシフト・ロッドの負荷であるギヤが正常に噛みあう状態になって、変速装置のシフト方向の負荷が軽くなると、ピストンに加わる空気圧に対する負荷が急に消滅した状態となる。このとき、これによりピストンが空気圧により加圧されている方向に急に加速されるとともに逆側のバルブが開いてピストンが逆方向に跳ね返り、またピストンは正方向に反転するというハンチング現象が生ずると本願発明者は分析した。

本発明は、この電動機出力と空気圧シリンダによる出力の調和をとることができる装置を提供することを目的とする。さらに具体的には、変速機の変速動作のために電動機出力および空気圧シリンダによる出力を併用する装置について、空気圧シリンダの内部でピストンがその負荷の変動に応じて無用に加速される、あるいはハンチングを起こす、もしくは振動する、などの現象のない装置を提供することを目的とする。

本発明は、変速装置のシフト・ロッドを含む移動体に対して空気圧シリンダ内を移動するピストンにより駆動力を与える装置について、そのピストンの両面気圧を適度に連通させる空気通路を設け、ピストンの負荷が急に軽くなってもピストンの急激な移動を抑制することを特徴とするものである。

さらに詳しくは、本発明は変速機のシフト動力としてシリンダに供給する空気圧力により変位するピストンから発生する動力を利用する変速装置において、前記ピストンの両面の雰囲気を連通させる空気通路を設けたことを特徴とする。

前記空気通路は前記ピストンの中心軸に沿って設けることができる。前記空気通路にその圧力の一部を前記シリンダの外気に逃がす排気口を設ける構造が望ましい。前記空気通路は前記ピストンの両面を貫通するように設けることもできる。

前記空気通路の太さおよび長さを適当に設計することにより、反対側のシリンダに回り込む空気圧を調節もしくは加減することができる。この空気通路の太さおよび長さは最終的には試験により決めることがよい。その空気通路に排気口となる小穴を設けてその空気通路の内部圧力の一部を外部雰囲気に連通させることにより、両シリンダ内を大気圧に戻し、次のエアによる倍力動作を行えるように時間の経過とともに減衰させることができるからその動作が安定する外部雰囲気に連通させる小穴の大きさについては、動作状況から個々に現物に合わせて設定することがよい。現実には本発明を実施することによりハンチングが原因で余分に失われる空気圧がなくなり、簡単な試験および調節を繰り返すことにより適当な状態を設定することができる。いったん、連通空気通路の大きさ、および外部連通小穴の大きさおよび形状などを設定すると、同一型式の装置について製品ごとに調節する必要はなくなり、均一な設計仕様として量産することができる。

本発明により、変速装置の変速動作の動力源として電動機を利用するとともに、空気圧による動力を併用する装置について、ピストンの負荷が急に消滅しても、ピストンにハンチング現象はほとんどなくなる。前記空気通路にその圧力の一部を前記シリンダの外気に逃がす小穴を設ける構造を採用することにより、無用なピストンの往復運動を生じることなくシリンダ内圧力を急速に大気圧に戻すことができる。

図面を参照して本発明実施例装置についてさらに詳しく説明する。図１は本発明実施例シフトユニットについての構造図である。この構造図は、内部構造を理解することができるように、一部を断面図または破断図として描いてある。このシフトユニットは、大型車両の変速装置のシフト方向の変位に必要な動力を発生する装置として設けられる。この装置は電動機１、空気圧アシスト部２、および出力部３が一体的な構造物として設計された装置であり、変速装置の外殻に固定的に取付けられる。図の右端に示す出力ロッド４は、下端が矢印で示す方向および範囲で変位し、図２のシャフト５を回転中心として揺動し、これが変速装置内部のシフトフォーク９に機械的に連結される。

図２はこのシフトユニットからの出力がどのように利用されるかを簡単に説明する斜視図である。すなわち電動機１および空気圧アシスト部２で発生した出力変位は、出力部３から、出力ロッド４、シャフト５、インナーレバー６、シフターヘッド７、およびシフトフォーク９を介して、変速機回転軸１０に配置された変速機ギヤに機械的に伝達され、その変速機ギヤの軸上位置を変位させる。

図１に戻って、電動機１は正方向または逆方向に回転することにより、その回転軸に螺合している入力軸を図面の左右方向に変位させる。ここに図示する装置では、出力ロッド４の変位に必要な動力は電動機１の回転出力に加えて空気圧により補助される。すなわち、電動機１が正方向に回転して出力ロッド４下端を図の右方に移動させているときには、吸気ポート１１に図外の空気圧源から供給される空気圧を第一のエア室１２ａに適宜導入する。この第一のエア室１２ａの空気圧によりピストン１３を図の右方に移動させるように作用し、出力ロッド４下端を図の右方に変位させる補助動力を与える。電動機１が負方向に回転しているときには、吸気ポート１１に供給される空気圧を第二のエア室１２ｂに導入する。この第二のエア室１２ｂの空気圧により、ピストン１３を図の左方に移動させ、出力ロッド４が図の左方に変位するための補助動力を与える。

ここで本願発明者が試験を繰り返した装置（従来例装置）では、出力ロッド４に機械的に連結された変速装置のギヤ（図外）が噛みあってシンクロが同期した状態になると、この出力ロッド４に加わっている負荷が急に消滅した状態となる。このとき、第一のエア室１２ａに充満している空気が急速に膨張して、ピストン１３が急に加速された状態で右方に移動し、エアが排気されるが、こんどは第二のエア室１２ｂ側のバルブが開いて、第二のエア室１２ｂにエアが入りピストンが左側に移動し、これを繰り返すというハンチング現象が観測された。

図５（従来例の構造図）を参照して、この従来例装置の不具合を分析したところをさらに詳しく説明する。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は図１で説明した出力ロッド４を空気圧により補助倍力する動作の説明図である。図５（ａ）は空気圧による補助倍力の動作が開始されたときの状態である。

電動機１を正方向へ回転させると、その回転軸に螺合している入力軸を図面右方向に変位させる。この入力軸は弁座２０ａ，２０ｂと一体的に軸方向に変位するため、入力軸の右方向の変位によって、第一のエア室１２ａからエアを排気するためのバルブ（弁座２０ａと弾性リング２１ａにより形成される）を閉じるように、バネにより付勢された弾性リング２１ａに弁座２０ａを押し付ける。さらに、この押し付け力が、弁座１９ａの第一のエア室１２ａに連通する側の小部屋にかかるエア圧力と前記バネの付勢力との合力を超えたときには、吸気ポート１１からのエアを第一のエア室１２ａに導入するためのバルブ（弁座１９ａと弾性リング２１ａからなる）を開くように、弾性リング２１ａを右方向に押し進める。また、弁座１９ａは、ピストン１３および出力ロッド４の下端側の出力部と一体として左右へ変位するため、第一のエア室１２ａのエア圧が十分大きくなれば第一エア室への吸気バルブは最早開くことなく、逆に弁座１９ａが弾性リング２１ａを押圧して第一のエア室１２ａの排気用バルブ（弁座２０ａ，弾性リング２１ａ）を開くように動作する。

すなわちシリンダに導入された空気圧Ｐによりピストン１３を図の右方に移動させようとすると、図外の出力ロッドには変速装置からの負荷Ｑが加わる。この状態で電動力および空気圧力の協調動作により変速装置のシンクロが同期すると、その負荷Ｑが突然に消滅する。これによりピストン１３が図の右方に移動して、図５（ｂ）に示すように左方の排気バルブが開き矢印で示すように、ピストン１３を右方に押していた空気圧Ｐが排出され消滅する。この状態で止ればよいが、図５（ｂ）に示すようにピストン１３は、図の左方図外から電動機により移動させられている入力軸を追い越して右方に移動し、図５(ｃ)に示すように右側の吸気バルブ（弁座１９ｂ、弾性リング２１ｂ）を開く状態を作りだす。これにより吸気ポート１１からのエアが右側の第二のエア室１２ｂに入り、ピストン１３を新たに図の左方に押し返す圧力Ｐを発生することになることがわかった。

これを解決するために、図１に戻って、第一のエア室１２ａの排気エアを第二のエア室１２ｂに導入するようにした。さらに具体的には、図３に示す部分拡大図を参照して説明すると、第一のエア室１２ａに空気圧を供給して、ピストン１３を図の右方に移動させている状態のときに、図３に太い矢印で示すように、第一のエア室１２ａの気圧をピストン１３が挿通されている駆動軸との間のすき間を介して、対向する第二のエア室１２ｂに適度にリークさせる。同時に本発明を実施するために新しく設けた排気小穴１７から、ピストン１３の中心空間を介してエア室１２ａの気圧の一部を外気Ｐ_Oに放出させることにした。

この構成により、この装置の一方のエア室からのエアの排出動作中には連続的に第二のエア室１２ｂにその排気エアを送り込むことになり、変速装置の動作にしたがってピストン１３の機械的な負荷が急に軽くなることがあっても、第二のエア室１２ｂに第一のエア室１２ａからの排気エアが分岐導入されるため、それによる抵抗によってピストン１３が急激に図の右方に加速することがなくなり、吸気ポート１１から第二のエア室１２ｂにエアを送り込むためのバルブも開かない。それとともに、排気小穴１７から空気圧の一部を外部に放出させることにより、ピストン１３が図の右方に移動するにしたがって第二のエア室１２ｂの気圧が不必要に上昇して、ピストン１３の移動を阻害する、あるいはこの第二のエア室１２ｂの気圧により跳ね返るなどの現象を回避することができる。

これを図４を用いて説明する。従来は、図４（ａ）に示されるように第一のエア室１２ａのエア圧が排気されるときに、逆側の第二のエア室に吸気ポートからのエアが導入されることによってエア圧が上がり、逆側への力が生じていたが、図（ｂ）に示されるように、第一のエア室の排気が第二のエア室に一部導入されることで逆側への動きが生ずるほどのエア圧の差が生ぜず、負荷がなくなったときの加速に対する抵抗力となるようなエア圧にすることができる。

中型または大型車両であって、ブレーキまたはエア・スプリングその他のために、常時空気圧を保持するように設計された形態の車両については、本発明を実施することにより、自動変速装置を合理的な形態で実施することができるようになる。

本発明実施例装置の要部構造図。 本発明実施例装置の利用形態を説明する斜視図。 本発明実施例装置の部分拡大図。 本発明実施装置の効果を説明する図。 従来例装置で経験された問題点を説明するための図。

符号の説明

１ 電動機
２ 空気圧アシスト部
３ 出力部
４ 出力ロッド
５ シャフト
６ インナーレバー
７ シフターヘッド
８ シフトロッド
９ シフトフォーク
１０ 変速機回転軸
１１ 吸気ポート
１２ａ 第一のエア室
１２ｂ 第二のエア室
１３ ピストン
１５ 排気穴（従来例の）
１６ 排気穴（従来例の）
１７ 排気小穴（本発明実施例の）
１９ａ、１９ｂ 弁座
２０ａ、２０ｂ 弁座
２１ａ、２１ｂ 弾性リング

Claims (2)

1. 変速機のシフト動力として電動機によるシフト駆動力に加えて空気圧力シリンダ内を往復するピストンから発生する動力を利用する変速装置において、
   前記空気圧力シリンダ内のピストンの両面に第一のエア室および第二のエア室が設けられ、
   前記第一のエア室と前記第二のエア室の雰囲気を連通させる空気通路が前記ピストンの中心軸に沿って設けられ、
   前記空気通路に前記第一のエア室または第二のエア室の空気圧の一部を前記ピストンの中心空間を介して前記シリンダの外気に逃がす排気口が設けられた
   ことを特徴とする変速機装置。
2. 前記空気通路は、前記ピストンが挿通されている駆動軸とのすき間である請求項１記載の変速機装置。

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