JP6189877B2 - 車両の自動変速機構 - Google Patents

Description

この発明は、ドグ歯を係合させることにより、相対回転する二つの部材を連結するように構成された噛み合い式係合機構を備えた車両の変速機構に関するものである。

特許文献１には、互いに対向した二つの部材にドグ歯が形成された噛み合い式係合機構が記載されている。この噛み合い式係合機構は、一方のドグ歯を移動させて他方のドグ歯に噛み合わせることにより係合させられる。このように一方のドグ歯を移動させている際に各ドグ歯の位相が一致していると、ドグ歯の先端同士が接触する歯当たりが生じて各ドグ歯を噛み合わせることができない可能性がある。そのため、特許文献１に記載された噛み合い式係合機構には、一方のドグ歯を他方のドグ歯に向けて押圧する弾性部材が設けられている。この弾性部材は、歯当たりが生じた場合に圧縮され、その状態で二つの部材が相対回転した時に一方のドグ歯を噛み合い方向に押圧して移動させるように構成されている。

特表２０１１−５１８２９１号公報

ところで、ドグ歯が噛み合ってトルクを伝達している際に、ドグ歯が離隔する方向の解放力が作用する場合がある。そのように解放力が作用する構成の噛み合い式係合機構では、特許文献１に記載されたように歯当たりを解消させるために一方のドグ歯が他方のドグ歯から離隔することができるように構成されていると、トルク伝達時の解放力によって一方のドグ歯が他方のドグ歯から離隔する可能性がある。その場合には、ドグ歯の噛み合い長さが短くなる。したがって、ドグ歯の剛性などに基づいて定められる噛み合い長さを確保するためには、噛み合い式係合機構を係合させる際に、一方のドグ歯が他方のドグ歯から離隔する分、各ドグ歯を多く噛み合わせる必要がある。そのように各ドグ歯を多く噛み合わせると、噛み合い式係合機構の係合が終了するまでの時間が長くなる。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、トルク伝達時に各ドグ歯の噛み合い長さが短くなることを抑制することができる噛み合い式係合機構を備えた車両の変速機構を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、ブレーキまたはクラッチとして機能される噛み合い式係合機構を備えた車両の変速機構において、複数の第１ドグ歯が軸線方向に向けて突出しかつ円周方向に一定の間隔を空けて形成された第１部材と、前記第１ドグ歯の間に差し込まれる複数の第２ドグ歯が軸線方向に向けて突出しかつ円周方向に一定の間隔を空けて形成された第２部材と、前記第１ドグ歯と前記第２ドグ歯とが噛み合うように前記第２部材をオイルの供給により前記第１部材側に移動させて前記噛み合い式係合機構を係合させる、または前記オイルの排出により前記第２部材を前記第１部材から離隔させて前記係合を解放させることで前記変速機構の変速比を変化させる押圧機構と、前記第１ドグ歯と前記第２ドグ歯との歯面に設けられ、前記各歯面が接触して伝達するトルクに応じて前記第１部材と前記第２部材とを軸線方向に離隔させる方向の解放力を発生させる傾斜面と、前記第１部材と前記第２部材とのいずれか一方の部材を軸線方向に摺動可能に保持するとともに、前記一方の部材と円周方向で接触することにより、その接触する面に作用する荷重に応じて前記解放力に抗する方向の反力を前記一方の部材に付与する傾斜面を有する保持部材と、を備えていることを特徴とするものである。

この発明では、前記保持部材の傾斜面は、前記解放力が発生した場合に、前記一方の部材が他方の部材から離隔しない大きさの前記反力となる傾斜角度とされてもよい。

この発明では、前記一方の部材における軸線方向に対する前記保持部材の傾斜面の傾斜角度は、前記一方の部材における軸線方向に対する前記第１ドグ歯と前記第２ドグ歯とのうち前記一方の部材に形成された一方のドグ歯の傾斜面の傾斜角度よりも大きくてもよい。

この発明では、前記反力と同一方向の弾性力を前記一方の部材に作用させる弾性部材を更に備えてもよい。

この発明によれば、各ドグ歯には、互いに対向した傾斜面が形成されており、その傾斜面に作用するトルクに応じて第１部材と第２部材とを軸線方向に離隔させる方向の解放力が発生する。一方、第１部材と第２部材とのいずれか一方の部材は、保持部材により軸線方向に摺動可能に保持されており、その保持部材は、一方の部材と円周方向で接触することにより、その接触する面に作用する荷重に応じて解放力に抗する方向の反力を一方の部材に付与するように構成されている。したがって、トルク伝達時に生じる解放力によって各ドグ歯の噛み合い長さが短くなることを抑制することができる。そのため、各ドグ歯の噛み合い長さが減少することを抑制することができるので、噛み合い式係合機構を係合させる際における第２部材の移動量が長くなることを抑制することができる。その結果、噛み合い式係合機構を係合させ終わるまでの時間を短くすることができる。

各ドグ歯および台座部ならびに回り止め部の形状を説明するための図２におけるI-I線に沿う断面図である。 この発明に係る噛み合い式係合機構の一例を説明するための模式図である。

この発明に係る噛み合い式係合機構の一例を図２に示している。図２に示す噛み合い式係合機構１は、車両の変速機構に設けられており、その変速機構の変速比を変化させる際に係合または解放するように構成されている。この噛み合い式係合機構１は、ギヤなどに連結された回転部材２と、変速機構のケース３に連結された固定部材４とにより構成されており、回転部材２と固定部材４とを係合することにより回転部材２を停止させるように構成されている。すなわち、この噛み合い式係合機構１は、ブレーキとして機能するように構成されている。

図２に示す回転部材２は、ギヤなどに連結された有底円筒状の保持部材５と、保持部材５の内側に摺動可能に保持された環状のピストン６と、保持部材５の底面とピストン６の側面との間に設けらた弾性部材７とにより構成されている。この弾性部材７は、保持部材５の底面からピストン６を離隔させる方向に弾性力を作用させる圧縮バネである。なお、この弾性部材７は、上記弾性力を発生させることができる波状座金や皿バネなどである。

上述した回転部材２では、ピストン６を保持部材５の底面側に押圧する荷重が作用する場合に、弾性部材７が圧縮されてピストン６が保持部材５の底面側に移動し、上記の荷重が作用していない場合に、弾性部材７の弾性力によりピストン６が保持部材５の底面から離隔する。このようにピストン６が弾性部材７に押圧されることにより保持部材５の開口部から離脱することを防止するためのスナップリング８が、保持部材５の開口部側の内周面に設けられている。また、保持部材５の背面には、軸線方向の荷重を受けるための環状部材９が設けられている。

上述したピストン６は、この発明の実施例における「第１部材」に相当し、内周側の部分に、円周方向に所定の間隔を空けて複数の第１ドグ歯１０が形成されている。この第１ドグ歯１０は、固定部材４に形成された後述する第２ドグ歯と噛み合うものであって、保持部材５に対向した側面とは反対側の側面から軸線方向に突出して形成されている。また、ピストン６の円周方向に向いた第１ドグ歯１０の側面１０ａは、ピストン６の軸線方向に対して傾斜しており、その傾斜角度ηが鋭角になっている。

さらに、図２に示す例では、上述したピストン６の側面のうちの外周側の部分に、保持部材５の底面側に向けて突出した台座部６ａが、円周方向に所定の間隔を空けて複数形成されている。また、保持部材５の底面には、台座部６ａの間に嵌まり込むように軸線方向に突出した複数の回り止め部５ａが形成されている。したがって、保持部材５とピストン６とは、回り止め５ａと台座部６ａとが接触することにより一体に回転し、または第１ドグ歯１０と後述する第２ドグ歯とが噛み合った場合には、回転部材２に伝達されるトルクに抗した反力トルクがピストン６を介して保持部材５に伝達される。

これら台座部６ａと回り止め部５ａとが接触してトルクを伝達する際にピストン６が保持部材５の底面から離隔する方向の軸力Ａを作用させるように構成されている。その構成を図１に示している。なお、図１は、図２におけるI-I線に沿う断面図である。図１に示す例では、台座部６ａの回転方向を向いた側面６ｂは、ピストン６の軸線方向に対して傾斜しており、その傾斜角度θが鋭角になっている。

また、回り止め部５ａと台座部６ａとが面接触するように構成されており、台座部６ａの側面６ｂに対向した面５ｂは、保持部材５の軸線方向に対して傾斜しており、その傾斜角度θが鋭角になっている。したがって、台座部６ａの側面６ｂと回り止め部５ａの側面５ｂとが接触してトルクを伝達することにより、それら側面５ｂ，６ｂの傾斜角度θに応じた軸力Ａがピストン６に作用する。

一方、図２に示すケース３は、内側に突出した第１円筒部１１と、第１円筒部１１の外径よりも内径が大きくかつ第１円筒部１１と同心円状に形成された第２円筒部１２と、第２円筒部１２の端部に段差部を介して連結されかつ第２円筒部１２よりも内径が大きく形成された第３円筒部１３とにより構成されている。また、固定部材４は、この発明の実施例における「第２部材」に相当するものであって、環状に形成されており、軸線方向における一方側の端部（以下、嵌合部と記す）１４が、第１円筒部１１と第２円筒部１２との間に摺動可能に嵌め合わされている。この嵌合部１４から軸線方向に突出した部分（以下、係合部と記す）１５が、第３円筒部１３の内面とスプライン係合している。したがって、固定部材４は、軸線方向に移動することができ、かつ回転することができないように構成されている。

係合部１５の内周部分には、上記嵌合部１４とは反対側に突出した複数の第２ドグ歯１６が形成されている。この第２ドグ歯１６は、上記第１ドグ歯１０の間に差し込まれるように構成されており、したがって、固定部材４の円周方向に所定の間隔を空けて複数形成されている。また、第２ドグ歯１６は、第１ドグ歯１０と噛み合ってトルクを伝達する際に面接触するように構成されている。すなわち、第２ドグ歯１６の円周方向を向いた側面１６ａは、固定部材４の軸線方向に対して傾斜しており、その傾斜角度ηが第１ドグ歯１０の側面１０ａの傾斜角度ηと同一に形成されている。なお、各ドグ歯１０，１６の側面１０ａ，１６ａが、この発明を実施した場合における「歯面」に相当する。

また、ケース３の内面のうち嵌合部１４に対向した部分には、環状の溝１７が形成されている。この環状の溝１７は、図示しない油圧源からオイルが供給され、その溝１７の油圧に応じた押圧力を嵌合部１４の側面に作用させるように構成されている。すなわち、ケース３の内面と嵌合部１４の側面とに囲われた空間が油圧室Ｃとなっている。したがって、固定部材４がピストンとして機能する油圧アクチュエータを構成しており、この構成がこの発明の実施例における「押圧機構」に相当する。

上記押圧力に対向して固定部材４に弾性力を作用させるリターンスプリング１８が設けられている。このリターンスプリング１８は、油圧室Ｃにオイルが供給されていないときに、固定部材４が回転部材２側に突き出ることを防止するものであり、環状に形成された座金１９と固定部材４との間に圧縮されて設けられている。なお、この座金１９の外周面と第３円筒部１３の内周面とがスプライン係合している。その座金１９を挟んで固定部材４とは反対側に第３円筒部１３に固定された環状の位置決め部材２０が設けられている。

上述した噛み合い式係合機構１を係合させる際には、まず、従来知られた噛み合い式係合機構と同様に相対回転する二つの回転数をほぼ一致させる。上述した例では、噛み合い式係合機構１がブレーキとして機能するので、回転部材２の回転数をほぼ「０」にする。この回転数の制御は、図示しない他の係合装置や動力源などを制御することにより行われる。さらに、油圧室Ｃにオイルを供給する。この油圧室Ｃに供給される油圧は、図示しない油圧制御弁などにより調圧された油圧であって、リターンスプリング１８のバネ力よりも大きい操作力が固定部材４に作用するように定められている。そして、上記のように固定部材４に操作力が作用することにより、固定部材４が回転部材２側に向けて移動する。

このように固定部材４が回転部材２側に向けて移動している過程で、回転部材２の円周方向における第１ドグ歯１０の位相と、固定部材４の円周方向における第２ドグ歯１６の位相とがほぼ一致していると、第１ドグ歯１０の先端面と第２ドグ歯１６の先端面とが接触する。各ドグ歯１０，１６の先端面が接触することによりピストン６が保持部材５の底面側に向けて押圧されて移動する。すなわち、ピストン６が、固定部材４から離隔する方向に移動する。

上述したように回転部材２の回転数を「０」にするように制御しても、回転部材２は少なからず回転している場合がある。そのため、上述したようにピストン６が保持部材５の底面側に向けて移動することにより、各ドグ歯１０，１６の先端面に生じる摩擦力が小さくなるので、回転部材２が回転して、第１ドグ歯１０の位相と、第２ドグ歯１６の位相がずれる。つまり、隣り合う第１ドグ歯１０との間に第２ドグ歯１６が移動する。その結果、ピストン６が保持部材５の底面側に押圧されなくなるので、弾性部材７の弾性力により、第１ドグ歯１０が第２ドグ歯１６の間に差し込まれる。なお、回転部材２の回転数を完全に「０」としている場合には、各ドグ歯１０，１６の先端面が接触した場合に、図示しない係合装置や動力源などを制御して、回転部材２を回転させてもよい。

上述したように回転部材２を構成することにより、第１ドグ歯１０と第２ドグ歯１６との先端面が接触した場合であっても、そのまま、回転部材２を回転させれば噛み合い式係合機構１を係合させることができる。言い換えると、回転部材２と固定部材４との回転数の偏差が比較的大きくても、噛み合い式係合機構１を係合させることができる。

上述したように固定部材４を移動させて、第１ドグ歯１０と第２ドグ歯１６との噛み合
い長さが、剛性などを考慮して設計上定められた噛み合い長さになると、油圧室Ｃにオイ
ルが封入される。すなわち、油圧室Ｃに連通する図示しない油路が閉じられ、固定部材４
の軸線方向の位置が固定される。その状態で回転部材２にトルクが入力されると、回り止
め部５ａと台座部６ａとの側面５ｂ，６ｂが接触し、かつ各ドグ歯１０，１６の側面１０
ａ，１６ａが接触してトルクが伝達される。固定部材４は上述したように回転することが
できない。したがって、回転部材２が停止させられる。なお、この回り止め部５ａの側面
５ｂが、この発明を実施した場合における「保持部材の傾斜面」に相当する。

その際にピストン６に作用する軸線方向の荷重の関係を説明する。まず、回り止め部５ａと台座部６ａとの側面５ｂ，６ｂは、上述したように傾斜しているので、トルクが入力されることにより軸力Ａがピストン６に付与される。この軸力Ａの大きさは、以下の式で表すことができる。
Ａ＝Ｆｔａｎθ …（１）
なお、この式における「Ｆ」は、側面６ｂに作用する円周方向の荷重であり、回転部材２に入力されるトルクを、回転中心から側面６ｂまでの距離で除算した値である。

一方、各ドグ歯１０，１６の側面１０ａ，１６ａも同様に傾斜しており、トルクが入力されることにより、ピストン６を保持部材５の底面側に押圧する解放力Ｂが生じる。これは、油圧室Ｃにオイルが封入されていることにより、固定部材４が反力を受け持つためである。その解放力Ｂの大きさは、以下の式で表すことができる。
Ｂ＝Ｆｔａｎη …（２）

さらに、ピストン６には、弾性部材７の弾性力Ｄが作用する。また、各ドグ歯１０，１６との側面１０ａ，１６ａとに生じる摩擦力や、回り止め部５ａと台座部６ａとの側面５ｂ，６ｂとに生じる摩擦力などの抵抗力Ｅがピストン６に作用する。この抵抗力Ｅの向きは、ピストン６が保持部材５側に押圧されるとすれば、上記軸力Ａや弾性力Ｄと同一方向に作用する。

したがって、噛み合い式係合機構１にトルクが入力されている際にピストン６が保持部材５の底面側に移動することを防止するために、軸力Ａと弾性力Ｄと抵抗力Ｅとの合力が、解放力Ｂよりも大きくなるように、回り止め部５ａと台座部６ａとの側面５ｂ，６ｂの傾斜角度θが定められている。図１に示す例では、その側面５ｂ，６ｂの傾斜角度θは、各ドグ歯１０，１６の側面１０ａ，１６ａの傾斜角度ηよりも大きく形成されている。なお、上述したように弾性力Ｄや抵抗力Ｅが、解放力Ｂに抗して作用するので、その分、軸力Ａが解放力Ｂよりも小さくてもよい。したがって、側面５ｂ，６ｂの傾斜角度θは、各ドグ歯１０，１６の側面１０ａ，１６ａの傾斜角度よりも小さくてもよい。

上述したように回り止め部５ａおよび台座部６ａの側面５ｂ，６ｂの傾斜角度θと、各ドグ歯１０，１６の側面１０ａ，１６ａの傾斜角度ηとを定めることにより、噛み合い式係合機構１にトルクが入力されている際に、ピストン６が保持部材５側に移動すること防止することができる。そのため、各ドグ歯１０，１６の噛み合い長さが減少することを防止することができるので、各ドグ歯１０，１６の噛み合い長さが減少することを想定して、予め固定部材４を回転部材２側に多く移動させるなどの噛み合い式係合機構１を係合させる際におけるピストン６の移動量の増加を抑制することができる。その結果、噛み合い式係合機構１を係合させる際の時間を短くすることができる。

つぎに、この噛み合い式係合機構１を解放させる際の作用について説明する。上述したように噛み合い式係合機構１にトルクが入力されているときには、ピストン６に解放力Ｂが作用する。これは、油圧室Ｃにオイルが封入されて固定部材４の軸線方向の位置が固定されているためである。したがって、油圧室Ｃからオイルを排出すると、解放力Ｂは、固定部材４を回転部材２から離隔させる方向に作用する。そのため、この噛み合い式係合機構１を解放させる際には、油圧室Ｃからオイルを排出するとともに、噛み合い式係合機構１にトルクを入力して固定部材４に解放力Ｂを作用させる。この際に、油圧室Ｃからオイルを排出する制御と、噛み合い式係合機構１にトルクを入力する制御とは、特に協調する必要がない。したがって、上述したように各ドグ歯１０，１６の側面１０ａ，１６ａを傾斜して形成することにより、噛み合い式係合機構１を解放させる際の制御を簡素化することができる。また、解放力Ｂを固定部材４に作用させながら解放することができるので、噛み合い式係合機構１を解放させる時間を短くすることができる。

なお、各ドグ歯１０，１６の先端面が接触した場合に、一方のドグ歯１０（１６）が、他方のドグ歯１６（１０）から離隔する構成は、特に限定されない。また、第２ドグ歯１６が第１ドグ歯１０から離隔することができる固定部材４を構成してもよく、回転部材２および固定部材４の双方を、相手側のドグ歯１０（１６）から離隔することができる構成としてもよい。さらに、上述した例におけるピストン６に弾性力を付与する構成に限らず、例えば、各ドグ歯１０，１６が接触した場合に、ピストン６が保持部材５の底面側に移動したときに、回転部材２にトルクを入力して軸力Ａを生じさせるように構成してもよく、または、ピストン６と保持部材５との隙間に空気などを吹き付けてピストン６を固定部材４側に押圧するように構成してもよい。また、この発明に係る噛み合い式係合機構は、ブレーキとして機能するものに限らず、係合させる対象となる二つの部材がそれぞれ回転可能に設けられ、噛み合い式係合機構を係合させることにより、一体に回転するように構成されたクラッチであってもよい。

１…噛み合い式係合機構、 ２…回転部材、 ４…固定部材、 ５…保持部材、 ６…ピストン、 ５ａ…台座部、 ６ａ…回り止め部、 ５ｂ…（台座部の）側面、 ６ｂ…（回り止め部の）側面、 ７…弾性部材、 １０，１６…ドグ歯、 １０ａ，１６ａ…（ドグ歯の）側面、 １４…嵌合部、 １５…係合部、 １７…溝、 η…（第１ドグ歯および第２ドグ歯の側面の）傾斜角度、 θ…（回り止め部の側面および台座部の側面の）傾斜角度。

Claims (4)

1. ブレーキまたはクラッチとして機能される噛み合い式係合機構を備えた車両の変速機構において、
   複数の第１ドグ歯が軸線方向に向けて突出しかつ円周方向に一定の間隔を空けて形成された第１部材と、
   前記第１ドグ歯の間に差し込まれる複数の第２ドグ歯が軸線方向に向けて突出しかつ円周方向に一定の間隔を空けて形成された第２部材と、
   前記第１ドグ歯と前記第２ドグ歯とが噛み合うように前記第２部材をオイルの供給により前記第１部材側に移動させて前記噛み合い式係合機構を係合させる、または前記オイルの排出により前記第２部材を前記第１部材から離隔させて前記係合を解放させることで前記変速機構の変速比を変化させる押圧機構と、
   前記第１ドグ歯と前記第２ドグ歯との歯面に設けられ、前記各歯面が接触して伝達するトルクに応じて前記第１部材と前記第２部材とを軸線方向に離隔させる方向の解放力を発生させる傾斜面と、
   前記第１部材と前記第２部材とのいずれか一方の部材を軸線方向に摺動可能に保持するとともに、前記一方の部材と円周方向で接触することにより、その接触する面に作用する荷重に応じて前記解放力に抗する方向の反力を前記一方の部材に付与する傾斜面を有する保持部材と、を備えている
   ことを特徴とする車両の変速機構。
2. 請求項１に記載の車両の変速機構において、
   前記保持部材の傾斜面は、前記解放力が発生した場合に、前記一方の部材が他方の部材から離隔しない大きさの前記反力となる傾斜角度とされていることを特徴とする車両の変速機構。
3. 請求項１に記載の車両の変速機構において、
   前記一方の部材における軸線方向に対する前記保持部材の傾斜面の傾斜角度は、前記一方の部材における軸線方向に対する前記第１ドグ歯と前記第２ドグ歯とのうち前記一方の部材に形成された一方のドグ歯の傾斜面の傾斜角度よりも大きく形成されている
   ことを特徴とする車両の変速機構。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の車両の変速機構において、
   前記反力と同一方向の弾性力を前記一方の部材に作用させる弾性部材を更に備えていることを特徴とする車両の変速機構。

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