JP5220773B2 - 自動車のギヤボックス、およびギヤボックスを有する自動車 - Google Patents

自動車のギヤボックス、およびギヤボックスを有する自動車 Download PDF

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Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項1の前段部分に記載された自動車の変速機に関するものである。また、本発明は、請求項10に記載された変速機を有する車輌に関するものである。
大重量トラックおよびバスは、例えば14段にも達する多数の変速段を有するギヤボックスを必要とするが、軽量トラックなどはしばしば変速段の少ないギヤボックスを装備している。
米国特許第6105449号明細書
従来のギヤボックスは、エンジンによる駆動力が入力軸に伝達され、入力軸からギヤを介して中間軸に伝えられ、また、中間軸から主軸へ、さらに出力軸を経て推進軸に駆動力が伝達されるように、機能する。メインギヤボックスにおけるギヤ数はさまざまであるが、最も一般的には同期ギヤの数は3〜4である。車輌のメインギヤボックスに各種の追加ギヤを連結することで変速比の段数を増加することができ、これは大重量トラックや大重量トレーラー牽引車輌にとって必要なことである。入力軸に配設された係脱可能な(軸に対して拘束または非拘束状態にすることができる)2つのギヤを含む2速追加ユニットである、いわゆるスプリットギヤの接続は、メインギヤボックス中のその他のギヤの間に中間段を設けることである。さらに、大重量トラックなどの変速機は、通常、遊星ギヤまたは平歯車を介して変速比を変化させるいわゆるレンジギヤ(主軸の出力側部分に連結される2速追加ギヤ)を具備している。
最新トラックでは、配線ライン、冷却器、電子機器などの車輌構成部材が空間を占有するために、特に軸線方向にさらに小型の変速機が望まれる。スプリットギヤを備えた在来変速機の欠点は、そのスプリットギヤが付加ギヤ列となって、付加空間を占有することである。スプリットギヤ装置において、2つのギヤ(一方は低速スプリット、他方は高速スプリット)を用いる代わりに、ギヤ列の数を減らす方法は、高速スプリット入力部または低速スプリット出力部として拘束可能なスプリットギヤを変速機に配設することである。このことは、2つのスプリットギヤに代えて低速および高速スプリットのために唯一のギヤを用いて、ギヤ列の数を減らすことを意味する。この解決方法は通常の方法であり、変速機の通常部分である。
このようなスプリットギヤの欠点は、駆動ギヤまたは従動ギヤとして作動するので、ギヤ歯が両方向の負荷を受け、強度面で影響を受け易いことである。さらに、そのスプリットギヤは、一方向または他方向で拘束状態になされ、運転の間、全ギヤが回転しているので、大きな負荷と、大きな摩耗をこうむる。ギヤが回転し、潤滑油中に浸漬されていると、ギヤは勢いを殺がれて動力損失を生じる。
米国特許第6105449号は、動力伝達が2つの中間軸に分かれて行われる変速機を示している。また、この変速機は、互いに連結された入力軸と主軸/出力軸による直接駆動が行われ、動力の直接伝達によって車輌を駆動するように構成されている。したがって、スプリットギヤの同期は、全てのギヤが非拘束状態になされたニュートラル位置で行われる。これは、経済性に優れた作動をもたらし、ギヤの摩耗を低減する。しかしながら、この解決方法は、2つのスプリットギヤを必要とし、したがって余計なギヤ列を必要とする。他の欠点は、2つの後退用軸が使用され、全体として5軸が必要である。そのためにギヤ数が多数となり、高価になる。5軸および2つのスプリットギヤを有することで、この変速機は大きな空間を占有することになる。
前記変速機は後退用軸上にスプリット機能を有しており、このことは余分な後退段を意味するが、その後退段は変速段数の半数になる。長く続く後退運転では、全変速段による後退段を有することが望ましい。
本発明の目的は、良好な後退機能を有する自動車の変速機を提供することである。
本発明の別の目的は、自動車の小型変速機を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、自動車の高効率変速機を提供することである。
これらの目的および以下の説明により示されるその他の目的は、特許請求の範囲に記載された独立請求項1および請求項10における特徴部分に記載された特徴を有する前記変速機および車輌によって達成される。本発明による変速機の好適形態は、従属請求項2〜9に記載されている。
以下の自動車用変速機によって、独立した後退用ギヤ軸の必要性はなくなる。 すなわち、
車載エンジンの駆動力によって回転するように配設され、少なくとも1つの係脱可能なギヤが回転するように支持された入力軸と、
複数のギヤを支持するようになされた主軸と、
複数のギヤを支持するようになされた第1中間軸と、
係脱可能なギヤを支持するようになされた第2中間軸とを含む自動車用変速機であり、
前記第1中間軸上の前記複数のギヤのうちの少なくとも1つが係脱可能なギヤであり、
前記主軸上の前記複数ギヤの各々と、前記第1中間軸の前記複数ギヤの各々とが、対をなして互いに噛合うようになされ、
前記各対をなすギヤのうちの一方が係脱可能なギヤであり、
前記主軸が、前記入力軸から伝達される駆動力によって回転するようになされた前記自動車の変速機において、
前記第1および第2中間軸は、該第1および第2中間軸上の前記複数の係脱可能なギヤが、それぞれ互いに噛合うようになされており、
前記入力軸上のギヤが、前記第2中間軸上の前記係脱可能なギヤと噛合うようになされ、もって、作動中に、前記第1中間軸から伝達される駆動力によって、前記入力軸とは反対方向に前記主軸が回転するように構成された自動車の変速機。
主軸の回転切換えが入力軸上のギヤを介して行われることで、主軸上のギヤを後退ギヤとして使用できる。これは、作動中に、全ての変速段を後退用として使用できることを意味する。さらに、ギヤ列の数も減少し、後退用として余計なギヤ列は不要であり、小型化された変速機が得られる。
入力軸は、径の異なる第1スプリットギヤおよび第2スプリットギヤを含むことが好ましく、このことにより、低速スプリットおよび高速スプリットの状態で変速機を作動させ得るスプリットギヤに帰着する。
好適には、入力軸が主軸に直結されて直接駆動になされ、これは作動時の漸進的な変速を可能にする。
経済性に優れた作動状態において、入力軸が主軸に直接連結されたとき、入力軸上の少なくとも1つの係脱可能ギヤが非拘束状態になされることが好ましく、これにより、入力軸と出力軸(すなわち主軸)のみを回転させて車輌を運転できることになり、この結果、その他のギヤが冷却のために潤滑油中に浸漬されるようになされるので、中間軸上のギヤは回転せず、ギヤの回転で潤滑油が惹起する制動作用によって生じる動力損失を事実上解消でき、結果としてより高い効率が得られる。
入力軸が主軸に直接連結された状態から低速ギヤ状態への変速すなわちギヤ比の変化は、他の変速段の場合よりも小さいことが好ましい。これは、特に高速レンジ領域において、できるだけ長いことエンジン速度を低く保持できるようにするのであり、このことは例えば燃料消費の観点から望まれることである。例えば、全速運転において僅かな登板にかかったとき、直接駆動から低速変速段へのシフトダウンは小さな変速段差を与え、これにより比較的低いエンジン速度でその勾配を通過でき、結果として経済的な運転を行い得る。
変速機は、入力軸が主軸に直接連結されるとともに第2スプリットギヤが非拘束状態になされたとき、高速スプリット/直接駆動の状態で第1スプリットギヤが第1中間軸上のギヤと噛合して回転し、また、入力軸が主軸に直接連結されるとともに第1スプリットギヤが非拘束状態になされたとき、低速スプリット/直接駆動の状態で第2スプリットギヤが第2中間軸上のギヤと噛合して回転する。直接駆動動作時には、第1または第2スプリットギヤが拘束状態になされる、すなわち第1または第2中間軸が駆動されるという事実が、低速ギヤへの変速時の同期化を容易にし、中間軸の回転運動がギヤの速度を調和させるように働いて、円滑な移行が行われ、摩耗が低減化される。
係脱可能なギヤは継手手段によって拘束されることが好ましく、第1中間軸のギヤは第4継手手段で拘束でき、第2中間軸のギヤは第5継手手段で拘束でき、それらの手段は、後退用ギヤが拘束されたときに、第2中間軸のギヤが拘束を解除されるか、または、これとは逆になされる。このことは、後退用ギヤと第2中間軸のスプリット部分におけるギヤとが同時に拘束状態になされることはなく、安全な変速機であることを意味する。
添付図面を見ながら行う以下の詳細な説明を読めば、本発明を更によく理解できるだろう。図中、同一符号は全図を通して同一部品を示す。
本発明の好適例に係わる変速機の模式的平面図。 図1に示す変速機がニュートラル状態にある場合の平面図。 図3a〜図3fにおいて異なる拘束状態で動力伝達が行われる図1に示す変速機の平面図。 図3a〜図3fにおいて異なる拘束状態で動力伝達が行われる図1に示す変速機の平面図。 図3a〜図3fにおいて異なる拘束状態で動力伝達が行われる図1に示す変速機の平面図。 図3a〜図3fにおいて異なる拘束状態で動力伝達が行われる図1に示す変速機の平面図。 図3a〜図3fにおいて異なる拘束状態で動力伝達が行われる図1に示す変速機の平面図。 図3a〜図3fにおいて異なる拘束状態で動力伝達が行われる図1に示す変速機の平面図。 図4b、図4cと共に、図1の変速機のA−A線およびB−Bに沿う各種断面を示す模式的横断面図。 図4a、図4cと共に、図1の変速機のA−A線およびB−Bに沿う各種断面を示す模式的横断面図。 図4a、図4bと共に、図1の変速機のA−A線およびB−Bに沿う各種断面を示す模式的横断面図。
図1は本発明の好適例に係わる変速機1の平面図を模式的に示す。変速機1は、入力軸10と、入力端部12’および出力端部12’’を有する主軸12と、第1中間軸14および第2中間軸16とを含む。入力軸10と主軸12は同軸的に直列に配置され、互いに直接連結可能である。中間軸14,16は入力軸10および主軸12のそれぞれの側に互いに事実上平行に配置され、入力軸10および主軸12の長さに実質的に沿って延在しており、入力軸に隣接する領域がスプリット部分Sを構成し、主軸に隣接する領域が主部分Hを構成している。入力軸10は、自動車、例えばトラックなどのエンジンから駆動力を受けて回転するように構成される。
主部分Hにおける主軸12は、第1ギヤ24、第2ギヤ26、および第3ギヤ28を支持し、それらのギヤは係脱可能で、主軸12に沿って回転できるように支持されている。第1ギヤ24は主軸12の出力側部分に配置され、第3ギヤ28は主軸の入力側部分に配置され、また、第2ギヤ26は第1および第3ギヤの間で主軸12に配置されており、第1ギヤ24は第2ギヤ26よりも大径で、第2ギヤ26は第3ギヤ28よりも大径である。したがって第1ギヤ24が第1変速段、第2ギヤ26が第2変速段、そして第3ギヤ28が第3変速段のギヤである。
主部分において、第1中間軸は3つの固定ギヤ34,36,38を支持し、第2中間軸は3つの固定ギヤ44,46,48を支持し、ギヤ34,44は主軸の第1ギヤ24と噛合し、ギヤ36,46は主軸の第2ギヤ26と噛合し、ギヤ38,48は主軸の第3ギヤ28と噛合する。
スプリット部分において入力軸10は、第1スプリットギヤ20および第2スプリットギヤ22を支持し、それらのギヤは係脱可能で、回転できるように入力軸10に支持されている。第1スプリットギヤ20は、第2スプリットギヤ22よりも小径である。
第1中間軸14はスプリット部分Sの入力側部分において係脱可能で、回転できるように支持された後退用ギヤ30を備えており、また、第1中間軸14にはスプリット部分Sの出力側部分においてギヤ32が固定されている。第2中間軸16はスプリット部分Sの入力側部分において係脱可能で、回転できるように支持されたギヤ40を備えており、このギヤ40は入力軸10の第1スプリットギヤ20と、また、第1中間軸14のギヤ30と噛合う。第1スプリットギヤ20と、スプリット部分の入力側部分において第1中間軸に配置されているギヤ30とは、互いに引離されている。
入力軸/主軸および第1および第2中間軸は図4aに示すように、断面で実質的に正三角形に配列されている。第1および第2中間軸14,16は一平面を形成することが好ましく、これに対して入力軸10および主軸12は異なる一平面内に位置し、変速機1が車輌に搭載されたときにオイル冷却などの観点から第1および第2中間軸14,16が入力軸/主軸の実質的に直下の平面に配置されることが好ましい。中間軸の平面が入力軸/主軸の周りに回転されるような他の配向も考えられるが、例えば動力が殺がれてしまうことなどを恐らく避けることができない。これは、機能を模式的に示すため、両中間軸を入力軸/主軸と同じ平面内に位置するように入力軸/主軸から半径方向へ離して変位させているので、図1に示されていない。それらの軸の相対位置は図4に示されている。
係脱可能で、回転できるように支持されている変速機1のギヤは、継手スリーブ50,52,54,56,58とされた継手手段によって通常の方法で拘束できる。主軸12の第1および第2ギヤ24,26は第1継手スリーブ50で交互に拘束固定でき、主軸の第3ギヤ28と入力軸10および主軸12とは第2継手スリーブ52で固定でき、第1および第2スプリットギヤ20,22は第3継手スリーブ54で拘束でき、後退用ギヤ30は第4継手スリーブ56で拘束でき、また、第2中間軸16のギヤ40は第5継手スリーブ58で拘束できる。第4および第5継手スリーブ56,58は、好ましくはダブルフォークによって互いに連結され、後退用ギヤ30が噛合わされたときに第2中間軸16のギヤ40が噛合わせを解除され、またこれと逆に後退用ギヤ30が噛合わせを解除されたときにギヤ40が噛合わされることが好ましい。これは、後退用ギヤ30および第2中間軸16のギヤ40が同時に噛合わされることはできないことを意味する。
ギヤを噛合わせる時の同期化は、両軸と変速時に噛合わされる入力軸/主軸のギヤとの間の速度を適合させるために、入力軸および主軸の係脱可能なそれぞれのギヤに組合わされている同期化装置によって通常のように行われる。図1で、それらの同期化装置はアスタリスク記号(*)を付して示されている。後退用ギヤ30および第2中間軸のギヤ40は同期化を解除されることが好ましく、○(アスタリスク記号が付いていない)で示されている。
図2はニュートラル状態での図1の変速機1のさらに詳細な平面図を示している。再び述べるが、軸14,16は明瞭に示すために入力軸/主軸から離れるように半径方向に変位されている。
図3a〜図3fはさまざまな変速段での動力伝達経路を示す図1の変速機の平面図を示しており、中間軸14,16は入力軸/主軸から離れるように半径方向へ変位されている。
図3aは第1変速段において低速スプリットlで作動されるように噛合わされた変速機1の平面図を示している。したがって入力軸10の第1スプリットギヤ20は第2中間軸16に対して拘束状態にあるギヤ40と噛合うように入力軸10に対して拘束状態とされ、また、第2中間軸16のギヤ44は主軸12に対して拘束常態態になされた第1ギヤ24と噛合わされ、これによって作動中は動力F1が入力軸10の第1スプリットギヤ20から第2中間軸16のギヤ40を経て主軸12の第1ギヤ24へ伝達される。
図3bは第1変速段において高速スプリットhで作動されるように噛合わされた変速機1の平面図を同様に示している。したがって入力軸10の第2スプリットギヤ22は第1中間軸14上で拘束状態になされたギヤ32と噛合うように入力軸10に対して拘束状態になされ、また、第1中間軸14に対して拘束状態になされたギヤ34は主軸12上で拘束状態になされた第1ギヤ24と噛合わされ、これによって作動中は動力F1が入力軸10の第2スプリットギヤ22から第1中間軸14のギヤ32を経て主軸12の第1ギヤ24へ伝達される。
図3cは、いわゆる直接駆動、すなわち第4変速段において高速スプリットとの組合せで作動されるように噛合わされた本発明の概念による変速機1の平面図を示している。直接駆動を行うために、入力軸10は主軸12に対して直接連結でき、同時に入力軸10の第2スプリットギヤ22は第1中間軸14に対して拘束状態になされたギヤ32と噛合うように入力軸10に対して拘束状態になされ、これによって作動中は動力F1が入力軸10から主軸へ直接伝達され、また、入力軸10の第2スプリットギヤ22から第1中間軸14のギヤ32へ伝達される。この利点は、低変速段への、この例では第4変速段4から第3高速系変速段3hへのシフトダウン時における同期化が容易に行えることである。何故なら、第1中間軸14の回転は、滑らかな切替えが行われるようにギヤ速度の一致を助成するからである。直接駆動は低速スプリットとも同様に組合わせることができる。
図3dは、直接駆動、すなわち第4変速段4で作動するように噛合わされた本発明の概念による変速機1の平面図を示している。直接駆動を行うために、入力軸10は主軸12と直接連結されて作動中に動力F1は入力軸10から主軸12へ直接に伝達されるのであり、係脱可能なギヤはその全てが拘束状態を解除される。利点は、中間軸14,16のギヤが回転する間に潤滑油による制動作用で生じる動力損失は、ギヤが回転しないことによって実質的に減少され、結果として効率が高められる、すなわち経済的な作動を得ることである。
図3eは全てのギヤの拘束状態が解除されたニュートラル状態での変速機の平面図を示しており、これにより得られる利点は、作動中にギヤが全く回転せず、または主軸または中間軸が回転せず、摩耗が低減されることである。
図3fは、第2変速段で後退用ギヤが作動するように噛合わされた本発明の概念による変速機1の平面図を示している。後退用の変速を行うために、入力軸10上の第1スプリットギヤ20は拘束状態になされ、第2中間軸16上で非拘束状態のギヤ40と噛合わされ、また、第2中間軸16上で非拘束状態のギヤ40はさらに第1中間軸14上に拘束された後退用ギヤ30と噛合わされる。さらに、図3fの例では、第1中間軸14上に拘束されたギヤ36は主軸12に拘束された第2ギヤ26と噛合わされ、これにより作動中に動力F1は入力軸10の第1スプリットギヤ20から第2中間軸16のギヤ40を経て第1中間軸14の後退用ギヤ30へ伝達され、これにより第1中間軸14は反対方向へ回転され、第1中間軸14からの動力は第1中間軸14上のギヤ36から主軸12上の第2ギヤ26に伝達され、主軸12が回転せしめられて第2変速段での後退動作が行われる。同様に、主軸は第1変速段および第3変速段においても車輌を後退させるように回転できる。したがって、全3つの変速段での後退が行われる。
図4aは、図1の後退変速段におけるスプリット部分の入力側部分の横断面A−Aを示しており、入力軸の第1スプリットギヤ20が第2中間軸16のギヤ40と噛合い、ギヤ40は第1中間軸のギヤ30と噛合うが、ギヤ30は第1スプリットギヤ20と噛合わず、したがって後退段が機能する。
図4bは、図1の低速スプリット変速段におけるスプリット部分の入力側部分の横断面A−Aを示している。これにおいて、入力軸10の第1スプリットギヤは第2中間軸16のギヤ40と噛合い、動力を低速スプリット変速段のもとで主軸へ伝達できるようにされる。
図4cは、図1の高速スプリット変速段におけるスプリット部分の出力側部分の横断面B−Bを示している。これにおいて、入力軸10の第2スプリットギヤは第1中間軸14のギヤ32と噛合い、動力を高速スプリット変速段のもとで主軸へ伝達できるようにされる。
この変速機は、通常のように主軸の出力側部分に連結されたレンジギヤ(図示せず)を含むことが好ましく、レンジギヤは高速レンジに配設可能である。すなわち、動力は変速比を変えずにレンジギヤを通過し、変速機は高速領域または低速領域で作動され、低速領域での作動では、シフトダウンが行われて変速機が低速領域で作動するように主軸からの動力は遊星ホイールを経て伝達される。

Claims (9)

  1. 車載エンジンの駆動力によって回転するように配設され、少なくとも1つの係脱可能なギヤ(20,22)が回転するように支持された入力軸(10)と、
    複数のギヤ(24,26,28)を支持するようになされた主軸(12)と、
    複数のギヤを支持するようになされた第1中間軸(14)と、
    係脱可能なギヤ(40)を支持するようになされた第2中間軸(16)とを含む自動車の変速機であり、
    前記第1中間軸(14)上の前記複数のギヤのうちの少なくとも1つが係脱可能なギヤ(30)であり、
    前記主軸上の前記複数ギヤの各々と、前記第1中間軸(14)の前記複数ギヤの各々とが、対をなして互いに噛合うようになされ、
    前記各対をなすギヤのうちの一方が係脱可能なギヤであり、
    前記主軸(12)が、前記入力軸から伝達される駆動力によって回転するようになされた前記自動車の変速機において、
    前記第1および第2中間軸(14,16)は、該第1および第2中間軸(14,16)上の前記それぞれの係脱可能なギヤ(30,40)が、互いに噛合うように配置されており、また前記入力軸(10)上のギヤ(20)が、前記第2中間軸(16)上の前記係脱可能なギヤ(40)と噛合うようになされ、もって、作動中に、前記第1中間軸(14)から伝達される駆動力によって、前記入力軸とは反対方向に前記主軸が回転するように構成されていること、
    前記第1中間軸上の前記1つの係脱可能なギヤ(30)および前記第2中間軸上の前記係脱可能なギヤ(40)を除いて、前記第1および第2中間軸(14,16)上のギヤは係脱可能なギヤではないこと、および
    前記入力軸(10)が前記主軸(12)に直接連結された時、前記入力軸上の少なくとも1つの係脱可能なギヤ(20,22)が非拘束状態にあるようになっていること
    を特徴とする自動車の変速機。
  2. 前記入力軸(10)が前記主軸(12)に直接連結可能であることを特徴とする請求項1に記載された自動車の変速機。
  3. 前記入力軸(10)が前記主軸(12)に直接連結された状態から、最も近い低速ギヤ状態への変速段への変速すなわちギヤ比の差が、その他の変速ギヤの間のギヤ比の差よりも小さいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された自動車の変速機。
  4. 前記入力軸が、径の異なる第1スプリットギヤ(20)と第2スプリットギヤ(22)を含むことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載された自動車の変速機。
  5. 前記第1スプリットギヤ(20)および前記第2スプリットギヤ(22)が係脱可能なギヤであり、ニュートラル状態において、前記両ギヤが同時に非拘束状態にあることを特徴とする請求項4に記載された自動車の変速機。
  6. 前記入力軸(10)が前記主軸(12)に直接連結され、かつ、前記第1スプリットギヤ(20)が、高速スプリット/直接駆動の状態で、非拘束状態にある時、前記第2ギヤ(22)が前記第1中間軸(14)上のギヤと噛合い状態にあって該第1中間軸(14)が回転することを特徴とする請求項4に記載された自動車の変速機。
  7. 前記入力軸(10)が前記主軸(12)に直接連結され、かつ、前記第2スプリットギヤ(22)が、低速スプリット/直接駆動の状態で、非拘束状態にある時、前記第1ギヤ(20)が前記第2中間軸上のギヤと噛合い状態にあって該第2中間軸が回転することを特徴とする請求項4に記載された自動車の変速機。
  8. 前記係脱可能なギヤが継手手段によって錠止可能であり、前記第1中間軸(14)上の前記ギヤ(30)が第4継手手段(56)によって錠止可能であり、かつ、前記第2中間軸(16)上の前記ギヤ(40)が第5継手手段(58)によって錠止可能であり、
    前記後退用ギヤ(30)が拘束状態にある時に、前記第2中間軸(16)上の前記ギヤ(40)が非拘束状態になるか、または、逆の状態になるように、前記継手手段(56,58)が互いに連結されることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載された自動車の変速機。
  9. 請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載された自動車の変速機を含む自動車。
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