JP6370385B2 - 同期装置及びギアをシフトする方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ギア変速機用の同期装置、及び同期装置においてギアをシフトする方法に関する。
先行技術から、変速機シャフトに結合した同期装置本体を含む同期装置が知られている。同期装置本体において、一般的に、スラストピースがシフト可能に配置され、シフト動作の間、スライドスリーブによって、同期リングを駆動するように動く。一方、同期リングは変速ギアと協働し、これにより、同期装置本体及び対応する変速ギアの回転速度の同期が実現できる。回転速度の同期の後、変速シャフト上に配置された同期装置本体から対応する変速機ギアへトルクを伝達できるように、スライドスリーブが更にシフトする。
スライドギアを変速ギアに噛み合わせるとき、スラストピースにより、同期リングは続けて軸方向に荷重がかけられ、摩擦モーメントが存在するが、噛み合わせ時には、これを克服する必要がある。スラストピースによる同期リングの更なる軸方向の荷重は、主に、スラストピース及びスラストピースが配置された同期装置本体の間の摩擦である。スラストピース及び同期装置本体の間の摩擦により、スラストピースの軸方向における戻り動作が妨げられる。ギアが係合するとき、スラストピースを介して同期リングにより生じる摩擦力に打ち勝つため、より大きな力の消費を要する点で不利益が生じる。特に、車両が停止状態のときに問題が生じる。
従って、本発明の目的は、円滑にギアに係合することができる同期装置を創造することにある。
本発明によれば、以下のギア変速装置用の同期装置により目的が解決される。この同期装置は、変速シャフトに結合した同期装置本体と、第1及び第2の変速ギアに結合し、シフト動作の間、同期装置本体及び対応する変速ギアの回転速度を同期可能な第1及び第2の同期リングと、同期装置本体上に回転しないように配置され、第1及び第2の変速ギアを同期装置本体に回転しないように連結するため、ニュートラルポジションから、反対の方向の第1及び第2のシフトポジションにシフト可能なスライドスリーブと、同期装置本体上にシフト可能に配置され、シフト動作の間に、対応する同期リングに軸方向の押力を印加可能な少なくとも1つのスラストピースと、を備え、スライドスリーブ及びスラストピースの間で作動する弾性的な作動要素を備え、窪み及び解放形状がスライドスリーブ上に備えられ、スライドスリーブが変速ギアの少なくとも1つに係合するようにシフトするとき、スラストピースが対応する同期リングから離れるように、解放形状が作動要素と協働し、解放形状が、ニュートラルポジション及び対応する同期リングが結合した摩擦面を押すポジションの間におけるスライドスリーブのアイドルストロ−クの2倍以下の軸方向の長さを有する。
本発明の基礎にある思想は、スラストピースを押す動作を2つの領域に分けたことにある。第1の領域では、事前同期に必要な摩擦モーメントを生成するように、スラストピースが同期リングを押す。第2の領域では、同期リングがもはや押されなくなるように、スラストピースが積極的に解放される。この結果、同期リング及び対応する変速ギアからなる摩擦パッケージにおいて、もはや摩擦が生じない。更に、より小さなコーン角度を用いることができるので、本発明に係る同期装置によって、同期容量の増加を実現できる。解放形状の長さは、摩擦パッケージを解放したとき、望まない摩擦が係らないようにするため、反対側の摩擦パッケージに荷重がかからないように設計される。
特に、作動要素が、スラストピースに配置されたスプリングを含む。スプリングを介して、作動要素の弾性が提供され、作動要素が、スライドスリーブの解放形状及び窪みに沿ってスライドできる。
本発明の1つの実施態様では、作動要素が、ニュートラルポジションで、スプリングにより窪みの中に付勢されるボールを備える。スプリングによって押しつけられるボールとしての作動要素の形成により、スライドスリーブが、窪みによってニュートラルポジションに確実に保持される。
本発明の更なる実施態様では、解放形状が、窪みに接合した側の突出部及び反対側の保持領域に隣接している。突出部は、シフト中に、作動要素が、窪みから解放形状へ移るポイントとして規定される。これにより、スラストピースが戻って、摩擦パッケージの解放が開始される。保持領域が解放形状に隣接し、摩擦パッケージの解放が維持され、加えて、他の摩擦パッケージに荷重がかからないように設計される。
特に、突出部の中心から窪みの中心への軸方向の距離が、トルクを同期装置本体から変速ギアの1つに伝達するために移動するスライドスリーブの軸方向のシフト経路よりも短い。特に、この距離は、スライドスリーブの軸方向のシフト経路から、ニュートラルポジションから対応する同期リングとの当接位置までのスラストピースの移動距離を引いた値より小さい。これにより、解放される預貸の摩擦パッケージは、既に噛み合いの開始時点で解放され、滑らかな噛み合いが実現される。
本発明の更なる実施態様では、解放形状が、同期装置の軸方向のアライメントに対して角度αを含み、角度αが10〜40度の間にあり、特に、25度である。角度αにより、作動要素を介して、解放形状からスラストピースへかかる軸方向の力が調整される。これにより、スラストピースは軸方向にシフト可能であり、摩擦パッケージはこれに応じて解放される。もし、前提とする角度の値が小さすぎると、対応してスラストピースを軸方向に押すのに十分な軸方向の力が得られない。
本発明の1つの実施態様では、第1及び第2の同期リングの各々がコーン状に形成される。コーン状に形成されることにより、摩擦値の増加が実現できる。一般的に、同期リングにより、シングルコーンまたはダブルコーンの同期装置を実現できる。
特に、変速ギアごとに、1つのコーン状中間リングまたは2つのコーン状同期リングが備えられ、同期リングの間で、中間リングが3層コーン状同期装置を形成するように配置される。トリプルコーン同期装置は有利である。何故ならば、特に、高い摩擦値を実現可能であり、これにより、速い回転速度の同期が実現できる。従って、中間リング、2つの同期リング及び結合した変速ギアにより、摩擦パッケージが形成される。
本発明の更なる実施態様では、同期装置本体に結合したスライドスリーブのサイドが、その垂直中間軸に対して鏡面対称に形成される。このことは、変速ギアごとに、1つの解放形状が備えられることを意味し、これにより、対応する摩擦パッケージを解放するため、スライドスリーブが両方のギアまたは変速ギアに噛み合うように、積極的にスラストピースをシフトすることができる。
更に、本発明は、同期装置においてギアをシフトするための方法に関する。同期装置は、変速シャフトに結合した同期装置本体と、第1及び第2の変速ギアに結合し、シフト動作の間、同期装置本体及び対応する変速ギアの回転速度を同期可能な第1及び第2の同期リングと、同期装置本体上に回転しないように配置され、第1及び第2の変速ギアを同期装置本体に回転しないように連結するため、ニュートラルポジションから、反対の方向の第1及び第2のシフトポジションにシフト可能なスライドスリーブと、同期装置本体上にシフト可能に配置され、シフト動作の間に、対応する同期リングに軸方向の押力を印加可能な少なくとも1つのスラストピースと、を備え、スライドスリーブ及びスラストピースの間で作動する弾性的な作動要素を備え、該方法は、
a) スライドスリーブをニュートラルポジションからシフトポジションへ軸方向にシフトするステップと、
b) 事前同期のため、同期装置本体とともに回転するスラストピースを、変速ギアに結合した同期リングに押しつけるステップと、
c) 同期装置本体及び対応する同期リングの回転速度を、変速ギアの回転速度に同期させるステップと、
d) 同期完了後、更に、スライドスリーブをシフトポジションの方へ軸方向にシフトさせるステップと、
e) スラストピースに対応する変速ギアから離れる方向の軸方向の力をかけ、特に、更なる軸方向のシフトの間に、作動要素において、スライドスリーブのスラストピースの解放形状により、スラストピースが対応する同期リングに対して当接しない、または押し込まないようにするステップと、
f) 作動要素がもはや解放形状に当接しないシフトポジションに達するステップと、
備える。
同期装置に関して既に述べた優位点は、本発明に係る方法によって達成される。これにより、スライドスリーブの噛み合い時及び同期の完了後、摩擦パッケージが解放され、噛み合いが円滑に行われる。
特に、加えられる軸方向の力が、スラストピース及び同期装置本体の間の摩擦力より大きい。この力の比率によって、解放形状により作動要素に、つまりスラストピースに軸方向の押力がかかり、これにより、スラストピース及び同期装置本体の間の静摩擦に打ち勝ち、摩擦パッケージが積極的に解放される。
本発明の更なる優位点や特性が 参照される以下の記述及び図面において示される。
同期装置に結合された2つの変速ギアを備えた本発明に係る同期装置の部分断面図であって、同期装置がニュートラルポジションにある場合を示す。 図1の更なる詳細図である。 図1の同期装置において、事前同期ポジションにある場合を示す図である。 上記の図の同期装置において、ブロックポジションにある場合を示す図である。 上記の図の同期装置において、時間的にブロックポジションの端部に位置するポイントを示す図である。 上記の図の同期装置において、噛み合い状態の初期を示す図である。 上記の図の同期装置において、噛み合い状態の時間的に後期のポイントを示す図である。 上記の図の同期装置において、シフト完了後を示す図である。
図1は同期装置10を示し、同期装置10は、歯14を介して、図示されていない変速シャフト上に回転しないように配置された変速装置本体12を含む。変速シャフトは、図1において、歯14の下側に水平に伸びる軸の周りを回転する。
同期装置本体12は、スラストピース18がシフト可能に配置されたハブ領域16を含む。スラストピース18に対して、作動要素20が結合され、図示された実施形態では、作動要素20は、ボール22及びスプリング24により形成される。スプリング24は、スラストピースで支持され、ボール22をスライドスリーブ26の方向、例えば、半径方向で外側に付勢する。
スライドスリーブ26は、同期装置本体12に回転しないように接続され、同期装置本体12が第1変速ギア28または第2変速ギア30に連結するように、軸方向において反対方向にシフト可能になっている。これにより、変速シャフトから対応する変速ギア28、30にトルクが伝達される。2つの変速ギア28、30は、変速シャフト上に配置される。しかし、変速ギア28、30は、スライドスリーブ26から歯14を介して変速シャフトに回転しないように接続された同期装置本体12を介して、変速シャフトに回転しないように接続されない限り、自由に変速シャフト上を回転できる。
変速ギア28、30及び同期装置本体12の回転速度を事前同期させるため、図示された実施形態の同期装置10は、各々の変速ギア28、30に対して、ブロックリング32、36、同期リング34、38、及び中間リング40、42として形成された同期リング含む。各々の同期リング34、38は、対応するブロックリング32、36に回転しないように接続される。各々の中間リング40、42は、関連する変速ギア28、30に回転しないように接続される。よって、2つの中間リング40、42は、対応する変速ギア28、30の回転速度で回転する一方、ブロックリング32、36及び同期リング34、38は、同期装置本体12の回転速度で回転する。
ブロックリング32、36、同期リング34、38及び中間リング40、42は、全て円錐状に形成される。変速ギア及び同期リングの間の摩擦面、同期リング及び中間リングの間の摩擦面、及び中間リング及びブロックリングの間の摩擦面は、各々、摩擦ライニングが施され、摩擦パッケージ44、46内のトリプルコーン同期装置の摩擦面として形成される。これにより、変速ギア28、30及び同期装置本体12の同期をとるために要するトルクを生成することができる。
スライドスリーブ26は、作動要素20と協働して、スラストピース18と結合されたサイド48を有する。このサイド48において、スライドスリーブ26は、同期装置10がニュートラルポジションの場合に、その中で、スプリング24で作動要素20のボール22が押圧される窪み50を有する。窪み50の近傍に、解放形状54及び保持領域56に隣接した突出部52が形成される(図2参照)。
同期装置10の軸方向のアライメントAに対して、解放形状54が角度αだけ傾いて形成され、概ね直線的に伸びる。更に、解放形状54は、最大、スラストピース18がブロックリング32に当接するまで、スライドスリーブ26によりカバーされる距離の2倍に対応する軸方向の長さに沿って伸びる。この距離は、アイドルストロークまたはスライドスリーブ26の事前同期パスとも称される。
図示された実施形態において、保持領域56が、同期装置10の軸アライメントAに平行に形成され、他のブロックリング36に結合するスライドスリーブ26の端部まで軸方向に伸びる。
同期装置10の作動モード、特に、解放形状54、及びスラストピース18に結合したスライドスリーブ26の全てのサイド48の作動モードについて、下記に説明する。図1に示す同期装置10がニュートラルポジションにいる状態から、図8に示す同期装置10が最終的なシフトポジションにいる状態までのシフトの進行の過程を説明する。
図3は、図1に示される同期装置10を示す。図1の状態に比べて、スライドスリーブ26が軸方向で第1の変速ギア28の方へシフトし、窪み50を介して、作動要素20のボール22を動かして、スラストピース18も、同期装置12の範囲内において、軸方向で第1の変速ギア28の方へシフトする。
スラストピース18が軸方向にシフトするので、スラストピース18が第1のブロックリング32に当接し、これにより第1の摩擦パッケージ44に荷重がかかる。これにより、スラストピース18が、ブロックリング32及びスライドスリーブ26のインデックスを有効にする。更に、これにより、変速ギア28の回転速度を同期装置12の回転速度に同期させる動作が開始される。
図4は、時間的に後のポイントにおける同期装置10を示し、同期装置10がブロックポジションにいる場合を示す。同期装置本体12及び変速ギア28の間にかかるトルクにより、スライドスリーブ26の内歯の外部ブロック歯58が内歯(より正確には、内歯のチップ60)と対向し、スライドスリーブ26が軸方向に更にシフトできない範囲において、ブロックリング32が同期装置本体12とともに回転する。
スライドスリーブ26がブロックポジションにあるとき、ボール22は、まだスライドスリーブ26の窪み59の領域内に配置されている。よって、図示された作動要素20の中心は、軸方向で、突出部52の中心よりも第1変速ギア28に近い位置にいる。
図5は、スライドスリーブ26が、ブロック位置を超えて、軸方向で変速ギア28の方へシフトしたときの同期装置10を示す。ブロック歯58及びチップ60の間の協働により、スライドスリーブ26は、ブロックリング32をブロックポジションから外して回転させる。これにより、ブロックリング32のブロック歯58は、もはやスライドスリーブ26のチップ60と当接しなくなる。変速ギア28及び同期装置本体12の回転速度が充分に同期すると、すぐにこれが可能となり、ブロックリング32上で生じる同期トルクがなくなる。
図5の状態において、スライドスリーブ26は、まだ第1変速ギア28と係合しておらず、スライドスリーブ26及び第1変速ギア28の間に隙間が見える。このとき、スライドスリーブ26は、第1ブロッククリング32とも第1変速ギア28とも係合していないので、この状態は自由飛行フェーズとも称される。
この状態では、図示するように、スライドスリーブ26の突出部52が、まだ軸方向で、作動要素20の中間位置よりも、更に第1変速ギアから離れた位置にいる。
スラストピース18も継続して第1ブロックリング32に当接し、これにより、スラストピース18は、軸方向において第1ブロックリング32に押力を印加し、第1摩擦パッケージ44に荷重がかけられる。
図6は、スライドスリーブ26が、第1変速ギア28との噛み合いを開始するときの同期装置10を示す。噛み合いの状態は、スライドスリーブ26の歯状チップ60が、第1変速ギア28の歯状チップ62と接触したところとして規定される。アライメントに関しては、第1変速ギア28のチップ62が、第1ブロックリング32のブロック歯58に類似して形成される。
この状態、つまり噛み合いの開始の状態において、作動要素20のボール22は、スライドスリーブ26の突出部52の接線部に当たり、これによりボール22は、不安定な平衡状態、例えば、死点に置かれる。このことは、噛み合い点において、ボール22の中心が、まさに窪み50及び解放形状54の間で突出部52に当接することを意味する。
スラストピース18は、引き続き軸方向で第1ブロックリング32に当接し、これにより第1摩擦パッケージ44に圧力がかけられる。
図7は、時間的に後のポイントにおける同期装置10を示す。スライドスリーブ26が、図6の位置に対して最低限動いて、ボール22が不安定な平衡状態から脱したところを示す。
ボール22は、突出部52上を滑って越えて、解放形状54に沿って、スプリング24により圧力を加えられる。角度αの斜めのアライメントにより、解放形状54は、ボール22及び作動要素20への軸方向の力を生成し、一方、スラストピース18により軸方向に圧力がかけられる。スラストピース18は、最終的に、第1変速ギア28から離れるようにされ、これにより、第1摩擦パッケージ44は非係合になるか、または解放される。
摩擦パッケージ44の解放により、同期装置本体12及び変速ギア28の間の摩擦モーメントが必ず克服されるので、第1第1変速ギア28と連結するため、スライドスリーブ26は、より滑らかに噛み合うことができる
解放形状54の角度αは、通常10〜40度の間にあり、特に25度である。よって、解放形状54により及ぼされる軸力は、スラストピース18及び同期装置本体12のハブ領域16の間の摩擦力を克服するのに十分な大きさを有する。これにより、スラストピース18は、軸方向にシフトできる。
図8には、ギアのシフトが完全になされたところを示す。スライドスリーブ26が、同期装置本体12とともに第1変速ギア28と連結し、同期装置本体12を介して、トルクを変速シャフトから第1変速ギア28へ伝達することができる。
この状態で、スラストピース18に結合するサイド48の保持領域56上の保持領域56で、ボール22がスライドスリーブ26に当接する。これにより、作動要素20にかかる軸方向の押す力はそれほど大きくないので、スラストピース18は、第1変速ギア28から大きく離れるようになる。この場合、スラストピース18は、第1ブロックリング32と反対のブロックリング36を軸方向に押す可能性があり、これにより、第2摩擦パッケージ46に荷重がかかる。よって、上述のように、解放形状54の軸方向の長さは、最大、スライドスリーブ26のアイドルストロークの2倍の長さである。
保持領域56の面は、ここで示すように、同期装置10の軸アライメントAに平行、または小さな正または負の角度を付けて形成できる。しかし、保持領域56は、ボール22にかかる軸方向の力が小さくなるように形成すべきである。力が小さいので、スラストピース18が反対側のブロックリング36に接触して、第2摩擦パッケージ46に荷重がかからないようにすべきである。
これまでに示した同期装置10の実施形態は、スライドスリーブ26上に1つの解放形状54だけを有している。しかし、窪み50の両側に、それぞれ、保持領域とともに、突起部及び解放形状を含むスライドスリーブ26を備えることもできる。これにより、両方のギアをシフトしたとき、両方の摩擦パッケージ44、46を解放することができる。このようなスライドスリーブ26は、サイド48において、鏡面対称により特徴付けられる。

Claims (10)

  1. 変速装置用の同期装置(10)であって、
    変速シャフトに結合した同期装置本体(12)と、
    第1及び第2の変速ギア(28、30)に結合し、シフト動作の間、同期装置本体(12)及び対応する変速ギア(28、30)の回転速度を同期可能な第1及び第2の同期リング(32、34、36、38)と、
    同期装置本体(12)上に回転しないように配置され、第1及び第2の変速ギア(28、30)を同期装置本体(12)に回転しないように連結するため、ニュートラルポジションから、反対の方向の第1及び第2のシフトポジションにシフト可能なスライドスリーブ(26)と、
    同期装置本体(12)上にシフト可能に配置され、シフト動作の間に、対応する同期リング(32、34、36、38)に軸方向の押力を印加可能な少なくとも1つのスラストピース(18)と、を備え、
    スライドスリーブ(26)及びスラストピース(18)の間で作動する弾性的な作動要素(20)を備え、
    窪み(50)及び解放形状(54)がスライドスリーブ(26)上に備えられ、
    スライドスリーブ(26)が変速ギア(28、30)の少なくとも1つに係合するようにシフトするとき、解放形状(54)が作動要素(20)と協働して、スラストピース(18)が対応する同期リング(32、34、36、38)から離れるようにし、
    解放形状(54)が、ニュートラルポジション及び対応する同期リング(32、34、36、38)が結合した摩擦面を押すポジションの間におけるスライドスリーブ(26)のアイドルストロ−クの2倍以下の軸方向の長さを有することを特徴とする同期装置。
  2. 作動要素(20)がスプリング(24)を介してスラストピース(18)に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の同期装置。
  3. 作動要素(20)が、ニュートラルポジションで、スプリング(24)により窪み(50)の中に付勢されるボール(22)を備えることを特徴とする請求項2に記載の同期装置。
  4. 解放形状(54)が、窪み(50)に結合した側の突出部(52)及び反対側の保持領域(56)に隣接していることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の同期装置。
  5. 突出部(52)の中心から窪み(50)の中心への軸方向の距離が、トルクを同期装置本体(12)から変速ギア(28、30)の1つに伝達するために移動するスライドスリーブ(26)の軸方向のシフト経路よりも短く、特に、スライドスリーブ(26)の軸方向のシフト経路から、スラストピース(18)がニュートラルポジションから対応する同期リング(32、36)との当接位置までの移動距離を引いた値より小さいことを特徴とする請求項4に記載の同期装置。
  6. 解放形状(54)が、同期装置(10)の軸方向のアライメント(A)に対して角度αを含み、角度αが10〜40度の間にある、特に、25度であることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の同期装置。
  7. 第1及び第2の同期リング(32、34、36、38)の各々がコーン状に形成され、特に、変速ギア(28、30)ごとに、1つのコーン状中間リング(40、42)及び2つのコーン状同期リング(32、34、36、38)が備えられ、2つのコーン状同期リング(32、34、36、38)の間で、中間リング(40、42)が3層コーン状同期装置を形成するように配置されていることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の同期装置。
  8. スライドスリーブ(26)上において、窪み(50)の両側に解放形状(54)が備えられることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の同期装置。
  9. 同期装置(10)においてギアをシフトするための方法であって、
    同期装置(10)は、
    変速シャフトに結合した同期装置本体(12)と、
    第1及び第2の変速ギア(28、30)に結合し、シフト動作の間、同期装置本体(12)及び対応する変速ギア(28、30)の回転速度を同期可能な第1及び第2の同期リング(32、34、36、38)と、
    同期装置本体(12)上に回転しないように配置され、第1及び第2の変速ギア(28、30)を同期装置本体(12)に回転しないように連結するため、ニュートラルポジションから、反対の方向の第1及び第2のシフトポジションにシフト可能なスライドスリーブ(26)と、
    同期装置本体(12)上にシフト可能に配置され、シフト動作の間に、対応する同期リング(32、34、36、38)に軸方向の押力を印加可能な少なくとも1つのスラストピース(18)と、を備え、
    スライドスリーブ(26)及びスラストピース(18)の間で作動する弾性的な作動要素(20)を備え、
    窪み(50)及び傾斜面を含む解放形状(54)がスライドスリーブ(26)上に備えられ、
    作動要素(20)が、ニュートラルポジションで、スラストピース(18)に配置されたスプリング(24)により窪み(50)の中に付勢されるボール(22)を備え、
    該方法は、
    a) スライドスリーブ(26)をニュートラルポジションからシフトポジションへ軸方向にシフトするステップと、
    b) 事前同期のため、同期装置本体(12)とともに回転するスラストピース(18)を、変速ギア(28、30)に結合した同期リング(32、34、36、38)に押しつけるステップと、
    c) 同期装置本体(12)及び対応する同期リング(32、34、36、38)の回転速度を、変速ギア(28、30)の回転速度に同期させるステップと、
    d) 同期完了後、更に、スライドスリーブ(26)をシフトポジションの方へ軸方向にシフトさせるステップと、
    e)なる軸方向のシフトの間に、付勢されたボール(22)が窪み(50)から解放形状(54)へスライドすることにより、スラストピース(18)が対応する同期リング(32、34、36、38)に対して当接しない、または押し込まないようにするステップと、
    f) 作動要素(20)がもはや解放形状(54)に当接しないシフトポジションに達するステップと、
    備える方法。
  10. 解放形状(54)からスラストピース(18)に印加された軸方向の力が、スラストピース(18)及び同期装置本体(12)の間の摩擦力より大きいことを特徴とする請求項9に記載の方法。
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