JP5363233B2 - 油圧アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、シリンダの内部に移動可能に支持したピストンを、前記ピストンの背面に区画した油室に作用する油圧で駆動する油圧アクチュエータに関する。

所謂ツインクラッチ式の自動変速機では、所定の変速段の確立中に次段の変速段を予めプリシフトしておき、一対のクラッチの繋ぎ代えにより前記所定の変速段を解除して前記プリシフトされている次段の変速段を確立するため、プリシフトのタイミングが遅れると従来の自動変速機に比べて変速時間が長くなる問題がある。そこで車速とスロットル開度とに基づいて次段の変速段を早期に予測し、この予測に基づいてプリシフトを行うものが、下記特許文献１により公知である。

また同期装置を油圧アクチュエータで作動させて変速を行う自動変速機において、シフトチェンジの過程で前記油圧アクチュエータに供給する油圧の大きさを変化させることで同期装置をスムーズに作動させ、変速ショックを軽減し、かつ変速に要する時間を短縮するものが下記特許文献２により公知である。

特開平１０−３１８３６１号公報 特開２００８−１７５２３６号公報

ところで、上記特許文献１に記載された発明は、次段の変速段の予測が的中した場合には所望の効果が得られるが、予想が外れた場合にはプリシフトを解除して新たなプリシフトを行う必要があるため、変速時間が大幅に長くなる可能性がある。

また上記特許文献２に記載された発明は、シフトチェンジの過程で油圧アクチュエータに供給する油圧の大きさを変化させる必要があるため、油圧制御回路の構造および制御が複雑になり、油圧アクチュエータに所望のタイミングで所望の大きさの油圧を供給することが難しいという問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、一定の油圧を供給しながら、作動ストロークの前半で大きな荷重を得るとともに、作動ストロークの後半で大きな速度を得ることが可能な、変速機の同期装置を駆動する油圧アクチュエータを提供すること目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、シリンダの内部に移動可能に支持したピストンが、前記ピストンの背面に区画した油室に作用する油圧で駆動可能であり、前記ピストンは、前記シリンダに摺動自在に嵌合する大径ピストンと、前記大径ピストンの内部に形成した副シリンダに摺動自在に嵌合して駆動力を出力する小径ピストンとからなり、前記大径ピストンの背面に前記油室が臨むとともに、前記油室は前記大径ピストンに形成した油孔を介して前記小径ピストンの背面に連通し、前記シリンダは、前記大径ピストンの移動限界を規制するストッパを備えていて、前記大径ピストンが前記ストッパに当接すると前記小径ピストンが前記大径ピストンに対して移動を開始する油圧アクチュエータであって、前記油圧で変速機の同期装置を駆動するよう、前記小径ピストンに前記同期装置が接続されており、前記大径ピストンは、前記同期装置の同期完了時に前記ストッパに当接することを特徴とする油圧アクチュエータが提案される。

また請求項２の構成によれば、請求項１の構成に加えて、前記同期装置の同期完了後に前記小径ピストンが移動を開始することを特徴とする油圧アクチュエータが提案される。

請求項１の構成によれば、油圧アクチュエータのシリンダに摺動自在に嵌合する大径ピストンの内部に形成した副シリンダに小径ピストンを摺動自在に嵌合させ、大径ピストンの背面に油室を臨ませるとともに、油室を大径ピストンの背面に形成した油孔を介して小径ピストンの背面に連通させたので、油室に一定の油圧を供給するだけで、油圧アクチュエータのストロークの前半で大径ピストンを移動させて大きな荷重を発生させ、油圧アクチュエータのストロークの後半で小径ピストンを移動させて大きな作動速度を得ることができる。

また、シリンダに大径ピストンの移動限界を規制するストッパを設けたので、大径ピストンが移動してストッパに当接するまでは大径ピストンに大きな荷重を発生させることができ、大径ピストンがストッパに当接した後は小径ピストンを大きな速度で移動させることができる。

また、油圧アクチュエータを変速機の同期装置の駆動用として使用し、同期装置の同期完了時に大径ピストンがストッパに当接するので、同期装置の作動前半の大きな同期荷重が要求される領域で、大径ピストンを作動させて大きな同期荷重を得ることができる。

また請求項２の構成によれば、同期装置の同期完了後に小径ピストンが移動を開始するので、同期装置の作動後半の大きな作動速度が要求される領域で、小径ピストンを作動させて大きな作動速度を得ることができる。

油圧アクチュエータおよび同期装置の構造を示す図（第１の実施の形態）。 油圧アクチュエータの作用説明図（第１の実施の形態）。 同期装置のストローク量と必要荷重との関係を示す図（第１の実施の形態）。 湿式クラッチを備える変速機の同期装置の作動説明図（第１の実施の形態）。 乾式クラッチを備える変速機の同期装置の作動説明図（第２の実施の形態）。 油圧アクチュエータの構造を示す図（第３の実施の形態）。 油圧アクチュエータの構造を示す図（第４の実施の形態）。 油圧アクチュエータの構造を示す図（第５の実施の形態）。

以下、図１〜図４に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１に示すように、本実施の形態の油圧アクチュエータＡ，Ａは、変速機の同期装置Ｓを駆動する目的で用いられる。油圧アクチュエータＡ，Ａは同期装置Ｓを挟んで２個設けられており、図中左側の油圧アクチュエータＡが作動してシフトフォーク１７を右動させると第１の変速段が確立し、図中右側の油圧アクチュエータＡが作動してシフトフォーク１７を左動させると第２の変速段が確立する。図１において、第１の変速段の確立に関わる部分と第２の変速段の確立に関わる部分とは実質的に同じ構造および作用であるため、第２の変速段の確立に関わる部分は鎖線で表示し、第１の変速段の確立に関わる部分を中心に説明する。

同期装置Ｓは周知の構造を有するもので、変速機の回転軸（不図示）に結合されたハブ１１と、ハブ１１の外周面に軸方向摺動自在にスプライン嵌合する環状のスリーブ１２と、前記回転軸に相対回転自在に支持されたギヤ１３（ギヤ本体部分は不図示）と、ハブ１１およびギヤ１３間に相対回転自在に配置された環状のブロッキングリング１４と、ハブ１１およびブロッキングリング１４間に配置された環状のシンクロナイザースプリング１５とを備える。

スリーブ１２の内周面にはハブ１１の外周面にスプライン嵌合するチャンファ１２ａ…が形成され、ブロッキングリング１４の外周面にはスリーブ１２のチャンファ１２ａ…に係合可能なチャンファ１４ａ…が形成され、ギヤ１３の外周面にはスリーブ１２のチャンファ１２ａ…に係合可能なドグ歯１３ａ…が形成される。ブロッキングリング１４の内周にはテーパーコーン面１４ｂが形成され、ギヤ１３の外周には前記ブロッキングリング１４のテーパーコーン面１４ｂに当接するテーパーコーン面１３ｂが形成される。

同期装置Ｓおよび油圧アクチュエータＡ間に軸方向に配置されたシフトガイドロッド１６にシフトフォーク１７のガイド部１７ａが摺動自在に支持される。シフトフォーク１７は、ガイド部１７ａを挟む一端側に油圧アクチュエータＡにより駆動される被駆動部１７ｂを備えるとともに、他端側にスリーブ１２の外周に形成した環状溝１２ｂに係合するフォーク状の駆動部１７ｃを備える。

油圧アクチュエータＡは、カップ状のシリンダ部材１８と、シリンダ部材１８の内周面により構成されるシリンダ１８ａに摺動自在に嵌合するカップ状の大径ピストン１９と、大径ピストン１９の内周面により構成される副シリンダ１９ａに摺動自在に嵌合するカップ状の小径ピストン２０と、大径ピストン１９の移動端を規制するクリップよりなるストッパ２１とを備える。

シリンダ部材１８は、大径ピストン１９の背面との間に油室２２を備えており、この油室２２が図示せぬ油圧回路に油孔１８ｂを介して接続される。大径ピストン１９はシール部材２３によりシリンダ１８ａとの間をシールされ、小径ピストン２０はシール部材２４により副シリンダ１９ａとの間をシールされる。大径ピストン１９と小径ピストン２０との間には副油室２５が区画され、油室２２と副油室２５とが大径ピストン１９に形成した油孔１９ｂを介して連通する。そして小径ピストン２０の正面が前記シフトフォーク１７の被駆動部１７ｂに当接する。

図２（Ａ）は油圧アクチュエータＡが不作動の状態を示すもので、大径ピストン１９はシリンダ１８ａの内部を図中左側に後退してストッパ２１から離間しており、小径ピストン２０は大径ピストン１９の副シリンダ１９ａの内部を図中左側に後退して底付きしている。この状態から油室２２に作動油を供給すると、その油圧が油室２２および副油室２５に伝達されるが、大径ピストン１９の受圧面積は小径ピストン２０の受圧面積よりも大きく、かつ小径ピストン２０はシフトフォーク１７から反力を受けているため、大径ピストン１９が小径ピストン２０と一体になって前進する。そして大径ピストン１９はストッパ２１に当接する位置で前進を阻止されて停止する（図２（Ｂ）参照）。

図２（Ａ）の状態から図２（Ｂ）の状態まで大径ピストン１９が小径ピストン２０と一体になって前進するとき、その推力は油室２２に臨む大径ピストン１９の大きい受圧面により発生するため、大径ピストン１９および小径ピストン２０は大きい推力で低速で前進する。

大径ピストン１９がストッパ２１に当接して停止すると、油室２２から大径ピストン１９の油孔１９ｂを介して副油室２５に作動油が流入し、停止した大径ピストン１９に対して小径ピストン２０が図中右方向に前進する（図２（Ｃ）参照）。小径ピストン２０の前進限界位置は、小径ピストン２０によってシフトフォーク１７を介して作動する同期装置Ｓにより規制されるため、特別のストッパは不要である。

図２（Ｂ）の状態から図２（Ｃ）の状態まで大径ピストン１９に対して小径ピストン２０が前進するとき、その推力は副油室２５に臨む小径ピストン２０の小さい受圧面により発生するため、小径ピストン２０は小さい推力で高速で前進する。

以上のように本実施の形態の油圧アクチュエータＡは、油圧回路から供給される油圧が一定であっても、その作動の前半（第１作動領域）では大きい推力を発生するが作動速度が小さく、その作動の後半（第２作動領域）では小さい推力しか発生しないが作動速度が大きいという特性を有している。

次に、変速機の変速時における油圧アクチュエータＡおよび同期装置Ｓの作用を説明する。

本実施の形態の変速機は所謂ツインクラッチ式のもので、エンジンの駆動力が第１クラッチを介して伝達される第１入力軸と、エンジンの駆動力が第２クラッチを介して伝達される第２入力軸とを備えており、第１入力軸と出力軸との間に配置されたギヤ列で奇数変速段（１速、３速、５速…）を確立し、第２入力軸と出力軸との間に配置されたギヤ列で偶数変速段（２速、４速、６速…）を確立する。例えば、１速変速段での走行中には第１クラッチが係合して第２クラッチが係合解除しており、１速変速段での走行中に予め２速変速段をプリシフトしておく。そして１速変速段から２速変速段へシフトアップするときには、第１クラッチを係合解除して第２クラッチを係合するだけで、前記プリシフト済みの２速変速段を確立して遅滞なく駆動力を伝達し、駆動力の途切れのないシフトアップを可能にすることができる。

本実施の形態では、前記第１、第２クラッチに湿式クラッチを採用している。湿式クラッチは摩擦係合要素に作動油の粘性による引きずり力が作用するため、第１、第２入力軸に設けた同期装置Ｓが作動する際に比較的に大きな同期荷重が必要になる。

図４は変速機の前記プリシフト時における油圧アクチュエータＡおよび同期装置Ｓの作用を経時的に示すもので、図４（Ａ）の状態から油圧アクチュエータＡを駆動すると、その小径ピストン２０に押圧されたシフトフォーク１７が前進し、回転軸に固定したハブ１１にスプライン嵌合するスリーブ１２が前進する。スリーブ１２が前進する荷重がシンクロナイザースプリング１５を介してブロッキングリング１４に伝達され、ブロッキングリング１４がギヤ１３に向けて付勢される（図４（Ｂ）参照）。

スリーブ１２が更に前進すると、スリーブ１２のチャンファ１２ａ…の歯先とブロッキングリング１４のチャンファ１４ａ…の歯先とが当接し、かつギヤ１３のテーパーコーン面１３ｂとブロッキングリング１４のテーパーコーン面１４ｂとが接触して摩擦力によるトルクが発生する（図４（Ｃ）参照）。スリーブ１２が更に前進すると、前記トルクによりギヤ１３の回転にスリーブ１２の回転（つまり回転軸の回転）が同期し、スリーブ１２のチャンファ１２ａ…がブロッキングリング１４のチャンファ１４ａ…を掻き分けることが可能になる（図４（Ｄ）参照）。

ギヤ１３の回転にスリーブ１２の回転が同期すると前記トルクが消滅するため、スリーブ１２が更に前進すると、スリーブ１２のチャンファ１２ａ…がブロッキングリング１４のチャンファ１４ａ…を掻き分けてスリーブ１２およびブロッキングリング１４が一体に結合され、更にスリーブ１２のチャンファ１２ａ…の歯先がギヤ１３のドグ歯１３ａ…の歯先に係合する（図４（Ｅ）参照）。スリーブ１２が更に前進すると、スリーブ１２のチャンファ１２ａ…がギヤ１３のドグ歯１３ａ…を掻き分け（図４（Ｆ）参照）、最終的にスリーブ１２のチャンファ１２ａ…がギヤ１３のドグ歯１３ａ…に係合してプリシフトが完了する（図４（Ｇ）参照）。

図３は、上述したプリシフトの過程で油圧アクチュエータＡが発生すべき荷重の大きさを示すもので、前半の第１作動領域では、ボーク時（図４（Ｃ）参照）、ブロッキングリング掻き分け時（図４（Ｄ）参照）およびドグ歯掻き分け時（図４（Ｆ）参照）に大きな荷重が必要であり、ドグ歯掻き分け時よりも後の後半の第２作動領域では、比較的に小さい荷重しか必要としないが、速やかなシフトチェンジを行うためには油圧アクチュエータＡは高い作動速度を必要とする。

以上のように、湿式クラッチを用いた変速機では、プリシフトの前半の比較的に長い第１作動領域で大きな同期荷重を必要とし、プリシフトの後半の比較的に短い第２作動領域で素早い作動が必要となるが、第１作動領域で油圧アクチュエータＡの大径ピストン１９が作動し、第２作動領域で油圧アクチュエータＡの小径ピストン２０が作動するように、大径ピストン１９が移動を開始してからストッパ２１に当接するまでのストロークを設定すれば、一定の油圧を油圧アクチュエータＡに供給するだけで、第１作動領域ではスリーブ１２を大荷重でゆっくりと駆動し、第２作動領域ではスリーブ１２を小荷重で素早く駆動することが可能となり、確実で速やかなシフトチェンジを可能にすることができる。

しかも一定の油圧を油圧アクチュエータＡに供給するだけで良いため、油圧回路を複雑化する必要がなく、低コストで実現可能である。

次に、図５に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態では変速機の第１、第２入力軸（回転軸）にエンジンの駆動力を伝達する第１、第２クラッチに湿式クラッチを採用しているが、第２の実施の形態は乾式クラッチを採用したものである。乾式クラッチは湿式クラッチと異なって作動油の引きずりがないため、同期装置Ｓの同期のために大荷重が必要な第１作動領域は図５（Ｃ）のボーク時までであり、それ以後は高速の作動が必要な第２作動領域となる。

つまり、第１の実施の形態では第１作動領域が長くなって第２作動領域が短くなるが、第２の実施の形態では第１作動領域が短くなって第２作動領域が長くなる。

油圧アクチュエータＡに上記作動特性を与えるには、大径ピストン１９が移動を開始してからストッパ２１に当接するまでのストロークを、第１の実施の形態に比べて短く設定すれば良い。

次に、図６に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態では、大径ピストン１９および小径ピストン２０間に区画された副油室２５の容積が比較的に大きく設定されているが、第３の実施の形態では前記副油室２５の容積が比較的に小さく設定されている。

このように、副油室２５の容積を小さく設定することで、副油室２５に作動油が流入して小径ピストン２０が移動を開始するまでのタイムラグを最小限に抑え、小径ピストン２０の作動応答性を高めることができる。

次に、図７に基づいて本発明の第４の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態ではストッパ２１をシリンダ部材１８とは別部材のクリップで構成しているが、第４の実施の形態ではストッパ２１をシリンダ部材１８と一体に構成している。これにより部品点数の削減が可能になる。

次に、図８に基づいて本発明の第５の実施の形態を説明する。

上述した各実施の形態では、シフトガイドロッド１６に摺動自在に支持したシフトフォーク１７を油圧アクチュエータＡの小径ピストン２０で駆動しているが、第５の実施の形態では、油圧アクチュエータＡの小径ピストン２０と一体に形成したシフトロッド２６にシフトフォーク１７を固定している。尚、シフトロッド２６の支持を安定したものとするために、一対の油圧アクチュエータＡ，Ａの２個の小径ピストン２０，２０にシフトロッド２６の両端を接続することが望ましい。

この第５の実施の形態によれば、シフトガイドロッド１６を廃止し、かつシフトフォーク１７を小型化することができるので、変速機の小型化に寄与することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

１８ａ シリンダ
１９ 大径ピストン
１９ａ 副シリンダ
１９ｂ 油孔
２０ 小径ピストン
２１ ストッパ
２２ 油室
Ａ 油圧アクチュエータ
Ｓ 同期装置

Claims (2)

1. シリンダ（１８ａ）の内部に移動可能に支持したピストン（１９，２０）が、前記ピストン（１９，２０）の背面に区画した油室（２２）に作用する油圧で駆動可能であり、
   前記ピストン（１９，２０）は、前記シリンダ（１８ａ）に摺動自在に嵌合する大径ピストン（１９）と、前記大径ピストン（１９）の内部に形成した副シリンダ（１９ａ）に摺動自在に嵌合して駆動力を出力する小径ピストン（２０）とからなり、
   前記大径ピストン（１９）の背面に前記油室（２２）が臨むとともに、前記油室（２２）は前記大径ピストン（１９）に形成した油孔（１９ｂ）を介して前記小径ピストン（２０）の背面に連通し、
   前記シリンダ（１８ａ）は、前記大径ピストン（１９）の移動限界を規制するストッパ（２１）を備えていて、前記大径ピストン（１９）が前記ストッパ（２１）に当接すると前記小径ピストン（２０）が前記大径ピストン（１９）に対して移動を開始する油圧アクチュエータであって、
   前記油圧で変速機の同期装置（Ｓ）を駆動するよう、前記小径ピストン（２０）に前記同期装置（Ｓ）が接続されており、
   前記大径ピストン（１９）は、前記同期装置（Ｓ）の同期完了時に前記ストッパ（２１）に当接することを特徴とする油圧アクチュエータ。
2. 前記同期装置（Ｓ）の同期完了後に前記小径ピストン（２０）が移動を開始することを特徴とする、請求項１に記載の油圧アクチュエータ。

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