JP6506655B2 - 多段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、複数の駆動歯車が設けられた入力側の歯車軸と、駆動歯車に常時噛み合う複数の従動歯車が設けられた出力側の歯車軸とを有する平行軸式の多段変速機に関する。

平行軸式の多段変速機は、入力側の歯車軸とこれと平行な出力側の歯車軸とを有し、入力側の歯車軸には複数の駆動側の歯車が設けられ、出力側の歯車軸には駆動側の歯車と常時噛み合って変速歯車対を構成する複数の従動歯車が設けられる。変速歯車対を構成する駆動側の歯車と従動側の歯車の一方が歯車軸に空転自在に装着され、他方が歯車軸に固定される。空転自在の歯車を歯車軸に連結させると、複数の変速歯車対のうち入力側の歯車軸から出力側の歯車軸へ動力を伝達する変速歯車対が選択される。

空転状態の歯車を歯車軸に連結するために同期噛み合いクラッチを備えた多段変速機が特許文献１に記載されている。この多段変速機は、３速、４速、５速の駆動歯車が空転自在に設けられた第１駆動軸と、１速、２速の駆動歯車が空転自在に設けられた第２駆動軸とを有し、それぞれの駆動歯車に常時噛み合う従動歯車は出力軸に固定されている。第１駆動軸には同期噛み合いクラッチが設けられ、第２駆動軸には２ウエイクラッチが設けられており、これらのクラッチにより空転状態の歯車は駆動軸に締結される。

空転状態の歯車を歯車軸に締結するために、ドグクラッチを備えた変速機が特許文献２に記載されている。この変速機は、複数の従動歯車が空転自在に設けられた出力側の副軸を有し、副軸の軸孔には、環状突起が設けられた変速ロッドが軸方向に移動自在に挿入されている。それぞれの従動歯車の係合溝に噛み合う結合子つまり係合ピンが副軸に径方向に移動自在に設けられ、変速ロッドの移動により環状突起が結合子を係合溝に係合させると、従動歯車は副軸に連結される。

空転状態の歯車を歯車軸に連結するために、揺動爪部材つまり揺動アームを備えた多段変速機が特許文献３に記載されている。この多段変速機は、複数の従動歯車つまり被動変速歯車が空転自在に設けられたカウンタ歯車軸を有し、揺動爪部材はカウンタ歯車軸に設けられた支持ピンに揺動自在に設けられている。カウンタ歯車軸には、コントロールロッドが軸方向に移動自在に挿入され、ピン部材が径方向に移動自在に装着されており、コントロールロッドを移動させてピン部材を径方向に突出させることにより揺動爪部材を被動変速歯車に係合させると、被動変速歯車はカウンタ歯車軸に連結される。

特開２００４−３１６８２５号公報 特公昭５８−４４８９９号公報 特開２００９−２４３６５５号公報

ドグクラッチや揺動爪部材を備えた変速機は、同期噛み合いクラッチを備えた変速機よりも、歯車軸の軸方向寸法つまり変速機の全長を短くすることができるという利点を有している。

しかしながら、ドグクラッチを備えた変速機においては、係合ピンを歯車側の係合溝に係合させるには、係合ピンと係合溝の位相を合わせる必要がある。つまり、係合させる場合には入力側と出力側の歯車軸に回転差を持たせ、位相が合った瞬間に係合ピンを係合溝に入り込ませる必要がある。このため、係合ピンが係合溝に入り込むまでは、係合ピンは変速ロッドの移動を規制するストッパとして機能するので、環状突起が係合ピンを押し上げるまで変速ロッドを移動させることができない。また、複数の係合ピンを一段飛ばして係合させる場合には、飛ばしたい係合ピンと係合溝の位相がずれている状態があるので、変速ロッドが目標とする段の位置に円滑に移動することができず、変速に時間がかかる。特に、極定速時には、飛ばしたい段の係合ピンが係合動作を経過するまで待つことになり、変速完了に時間がかかる。

一方、揺動爪部材を備えた変速機においては、揺動爪部材が歯車の係合凸部と係合しているときには、揺動爪部材は歯車から回転動力を受けているため、揺動爪部材を揺動させて係合爪部材と係合凸部との係合を迅速に解除することができず、変速特性を向上させることができない。迅速に係合を解除するには、コントロールロッドに大きな駆動力を加えるために、コントロールロッドを駆動するアクチュエータを大形化しなければならない。

本発明の目的は、変速特性に優れた多段変速機を提供することにある。

本発明の多段変速機は、駆動側の複数の歯車が設けられた入力側の歯車軸と、駆動側の前記歯車に常時噛み合って変速歯車対を形成する従動側の複数の歯車が設けられた出力側の歯車軸とを有し、変速歯車対を形成する駆動側と従動側の一方の歯車が前記歯車軸に固定され、他方の歯車が前記歯車軸に空転自在に装着され、空転自在の前記歯車を前記歯車軸に締結して変速段を切り換える多段変速機において、前記空転自在の歯車の内部に揺動自在に装着され、前記空転自在の歯車に設けられた係合面に係合する係合爪が先端に設けられた揺動アームと、前記歯車軸に設けられた中空孔に軸方向に往復動自在かつ回動自在に装着されるシフトロッドと、前記シフトロッドに設けられ、前記係合爪を前記係合面に押し付けて前記空転自在の歯車を前記歯車軸に締結する締結突起と、前記シフトロッドに設けられ、前記歯車の締結を解除するときに前記揺動アームの基端部を押し付ける強制解除突起と、前記締結突起に円周方向に隣り合わせて前記シフトロッドに設けられる迂回部と、前記シフトロッドを軸方向に駆動し、少なくとも１つの前記空転自在の歯車を飛ばして他の歯車を締結させるときには、前記シフトロッドを回動させ前記締結突起による前記揺動アームの押し付けを回避するロッド駆動機構と、を有する。

本発明においては、飛びし変速を行うときには、飛ばされる変速段の歯車の内部の揺動アーム解除状態のままに維持させることができ、揺動アームは締結動作と解除動作とを繰り返すことがないので、シフトロッドをスムーズに駆動させて変速操作を行うことができ、変速特性を向上させることができ、変速特性に優れた多段変速機が得られる。

一実施の形態である多段変速機を備えた動力伝達系を示すスケルトン図である。 図１に示された多段変速機を示す断面図である。 図２の要部を示す拡大断面図である。 図３に示された入力側の歯車軸を示す一部切欠き斜視図である。 図３における５−５線断面図である。 図５に示された歯車が揺動アームにより歯車軸に締結された状態を示す断面図である。 揺動アームが歯車の係合面に係合した状態のもとで揺動アームから係合面に加わる摩擦力を示す摩擦力特性図である。 図３および図４に示されたシフトロッドを駆動するためのロッド駆動機構を示す一部切欠き斜視図である。 図８の縦断面図である。 （Ａ１）は揺動アームの解除時における締結ボールと解除ボールの歯車軸に対する位置を示す斜視図であり、（Ｂ１）はそのときのロッド駆動機構のスリーブを示す展開図であり、（Ａ２）は揺動アームの締結時における締結ボールと解除ボールの歯車軸に対する位置を示す斜視図であり、（Ｂ２）はそのときのスリーブを示す展開図である。 （Ａ１）は飛ばし変速開始時における解除状態の揺動アームの締結ボールと解除ボールのシフトロッドに対する位置を示す斜視図であり、（Ｂ１）はそのときのスリーブを示す展開図であり、（Ａ２）はスリーブの軸方向移動によりシフトロッドが回動した状態における締結ボールと解除ボールのシフトロッドに対する位置を示す斜視図であり、（Ｂ２）はそのときのスリーブを示す展開図であり、（Ａ３）はスリーブによりシフトロッドが軸方向に移動した状態における締結ボールと解除ボールのシフトロッドに対する位置を示す斜視図であり、（Ｂ３）はそのときのスリーブを示す展開図である。 （Ａ１）は図１１（Ａ３）の状態からシフトロッドがさらに軸方向に駆動されるとともに回動された状態における締結ボールと解除ボールのシフトロッドに対する位置を示す斜視図であり、（Ｂ１）はそのときのスリーブを示す展開図であり、（Ａ２）は（Ａ１）の状態からカムピンが中立位置に戻された状態における締結ボールと解除ボールのシフトロッドに対する位置を示す斜視図であり、（Ｂ２）はそのときのスリーブを示す展開図である。 飛ばし変速時における締結ボールと解除ボールのシフトロッドに対する移動軌跡を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示される多段変速機は、入力側の歯車軸１０と、この歯車軸１０に平行に配置される出力側の歯車軸２０とを有する。入力側の歯車軸１０には、１速から６速の駆動側の歯車１１〜１６がそれぞれ空転自在に装着されている。歯車１１は１速用であり、歯車１１に隣り合う歯車１３は３速用であり、歯車１３に隣り合う歯車１５は５速用である。歯車１５に隣り合う歯車１２は２速用であり、歯車１２に隣り合う歯車１４は４速用であり、歯車１４に隣り合う歯車１６は６速用である。１速から６速の複数の歯車は、それぞれ環状となっており、上述の順に軸方向に隣り合っている。

出力側の歯車軸２０には、１速から６速の従動側の歯車２１〜２６がそれぞれ固定されている。歯車２１と歯車１１とにより１速の変速歯車対が形成され、歯車２２と歯車１２とにより２速の変速歯車対が形成され、歯車２３と歯車１３とにより３速の変速歯車対が形成され、歯車２４と歯車１４とにより４速の変速歯車対が形成され、歯車２５と歯車１５とにより５速の変速歯車対が形成され、歯車２６と歯車１６とにより６速の変速歯車対が形成される。それぞれの変速歯車対は常時噛み合っている。空転自在の複数の歯車１１〜１６のうちいずれかの歯車を入力側の歯車軸１０に締結すると、入力側の歯車軸１０から出力側の歯車軸２０に動力が伝達される。図１に示される多段変速機は、６段の変速段を有し、空転自在の歯車のうち、歯車軸１０に締結される歯車を選択することにより、変速段が切り換えられる。

エンジン３１のクランク軸と入力側の歯車軸１０の間には、入力クラッチ３２が配置され、入力クラッチ３２が図示しないアクチュエータにより締結されると、エンジン３１の動力は入力側の歯車軸１０に伝達される。出力側の歯車軸２０は中空であり、内部には前輪出力軸３３が図示しない軸受を介して回転自在に組み込まれ、歯車軸２０と前輪出力軸３３はセンタディファレンシャル装置３４により連結される。前輪出力軸３３はフロントディファレンシャル装置３５を介して図示しない前輪用のドライブシャフトに連結され、このドライブシャフトにより図示しない前輪が駆動される。センタディファレンシャル装置３４は駆動歯車３６と従動歯車３７を介して後輪出力軸３８に連結される。後輪出力軸３８は図示しないリヤディファレンシャル装置を介して図示しない後輪用のドライブシャフトに連結され、このドライブシャフトにより図示しない後輪が駆動される。

入力側の歯車軸１０は、軸受２７ａ，２７ｂにより変速機ケース１７に回転自在に支持され、出力側の歯車軸２０は軸受２８ａにより変速機ケース１７に回転自在に支持され、前輪出力軸３３は軸受２８ｂにより変速機ケース１７に回転自在に支持される。このように、図１は、前輪と後輪とを駆動輪とする四輪駆動用の動力伝達系を示す。

入力側の歯車軸１０は、図２〜図４に示されるように、中空孔４０を有し、中空孔４０にはシフトロッド４１が装着される。シフトロッド４１は、歯車軸１０と一体に回転するとともに歯車軸１０に対して軸方向に往復動自在であって歯車軸１０に対して相対的に回動自在である。シフトロッド４１を駆動することにより、複数の駆動側の歯車１１〜１６のうちいずれかの歯車が歯車軸１０に締結される。

図５および図６に示されるように、歯車軸１０には歯車１１に対応させて小径部が形成されており、歯車１１の内周面４２と小径部の外周面４３との間には、環状のスペース４４が設けられている。環状のスペース４４には、それぞれ円周方向に円弧状に伸びる３つの揺動アーム４５が円周方向に等間隔を隔てて配置される。揺動アーム４５にはその両側から支持部４６が突出しており、図４に示されるように支持部４６は歯車軸１０に設けられた支持凹部４７に揺動自在に装着される。他の歯車１２〜１６の内周面と歯車軸１０の外周面４３との間にもスペース４４が設けられ、それぞれのスペース４４には、同様に３つの揺動アーム４５が配置される。ただし、それぞれの歯車１２〜１６の内部に設けられる揺動アーム４５の数は３つに限られることなく、任意の数とすることができるが、複数の揺動アーム４５を設けると、１つの揺動アーム４５に加わる負荷を小さくすることができる。

図４は歯車軸１０の一部切欠き斜視図である。図４においては、図３に示された歯車１４，１６が取り除かれた状態で示され、歯車１５，１２の内側にそれぞれ配置される３つの揺動アーム４５のうちの１つずつが示されている。揺動アーム４５の支持部４６を支持する支持凹部４７が歯車軸１０に設けられ、支持部４６の円弧面は支持凹部４７の内面に当接し、その当接部を中心に揺動自在となっている。支持部４６は歯車軸１０に取り付けられるスナップリング４８により覆われる。スナップリング４８にはブッシュ４９が嵌合され、それぞれの歯車１１〜１６の両側面に突出して設けられたフランジ５０が、ブッシュ４９の外側に嵌合し、ブッシュ４９はそれぞれの歯車１１〜１６のスラスト反力を受ける。

それぞれの歯車１１〜１６の内周面４２には、図５および図６に示されるように、係合溝５１が設けられ、係合溝５１に入り込む係合爪５２がそれぞれの揺動アーム４５の先端部に径方向外方に突出している。揺動アーム４５が支持部４６の円弧面を中心に揺動して締結位置となると、図６に示されるように、係合爪５２の先端面５２ａが係合溝５１の係合面５１ａに当接し、歯車１１は歯車軸１０に締結されて歯車軸１０の回転トルクが歯車１１に伝達される。一方、揺動アーム４５が、図５に示されるように、締結を解除する解除位置に揺動すると、係合爪５２は係合溝５１から離れて歯車１１は歯車軸１０に対して空転状態となる。他の歯車１２〜１６についても同様に、揺動アーム４５が締結位置となると、歯車軸１０の回転トルクが歯車に伝達され、揺動アーム４５が解除位置になると、歯車は歯車軸１０に対して空転状態となる。

シフトロッド４１には、図３に示されるように、同一軸方向の位置に２つの締結突起５３が設けられている。それぞれの締結突起５３は、揺動アーム４５の先端部と支持部４６の間の部分、つまり揺動アーム４５の長手方向中央部に対応している。図３において左側に符号ａを付して示される締結突起５３（ａ）は、歯車１１，１３，１５の内側に設けられた揺動アーム４５を締結位置に駆動し、右側に符号ｂを付して示される締結突起５３（ｂ）は、歯車１２，１４，１６の内側に設けられた揺動アーム４５を締結位置に駆動する。締結突起５３（ｂ）は締結突起５３（ａ）に対して３つの歯車１１，１３，１５とニュートラル位置との軸方向寸法を含めた距離だけ離れている。それぞれの締結突起５３は、揺動アーム４５に対応させてシフトロッド４１の同一円周面に３つ設けられている。シフトロッド４１は、図３に示される位置を前進限位置とすると、図１に示されるように前進限位置と後退限位置との間のストロークＳの範囲で歯車軸１０に対して軸方向に移動する。シフトロッド４１の後退限位置は、締結突起５３（ｂ）が歯車１６の内部の揺動アーム４５を締結位置に駆動する位置である。

歯車軸１０には、図５および図６に示されるように、保持孔５４が設けられ、保持孔５４は中空孔４０と外周面４３とを貫通しており、保持孔５４には締結ボール５５が収容される。シフトロッド４１により締結突起５３が揺動アーム４５の位置に駆動されると、図６に示されるように、シフトロッド４１が締結ボール５５を径方向外方に突出させて揺動アーム４５は締結ボール５５を介してシフトロッド４１により締結位置に駆動される。図３に示されるように、シフトロッド４１の外周面には案内溝５６が軸方向に伸びて設けられている。案内溝５６はシフトロッド４１の往復動のストロークＳの範囲に渡って設けられており、締結突起５３は案内溝５６を横切る方向に径方向に突出している。締結ボール５５は、図５および図６に示されるように、揺動アーム４５の数に対応させて同一円周面に３つ設けられており、案内溝５６も円周方向に一定の間隔を隔てて３つ設けられている。

図６に示されるように揺動アーム４５が締結位置となった状態から、図５に示されるように揺動アーム４５を解除位置にまで揺動させるために、シフトロッド４１には強制解除突起５７が設けられている。強制解除突起５７の外周面は締結突起５３の外周面とほぼ同一の外径面となっている。強制解除突起５７は、揺動アーム４５の基端部に対応しており、締結突起５３に対して円周方向にずれるとともに軸方向にもずれた位置に設けられている。したがって、図６に示されるように、揺動アーム４５が締結位置となった状態のもとで、シフトロッド４１を軸方向に移動させると、図５に示されるように、揺動アーム４５の基端部が径方向外方となるように強制解除突起５７により揺動アーム４５が揺動され、揺動アーム４５は解除位置となる。

図５および図６に示されるように、歯車軸１０には保持孔５８が設けられ、保持孔５８は中空孔４０と外周面４３とを貫通しており、保持孔５８には解除ボール５９が収容される。図５に示されるように、強制解除突起５７が揺動アーム４５の位置に軸方向に駆動されると、シフトロッド４１が解除ボール５９を径方向外方に突出させて揺動アーム４５は解除ボール５９を介してシフトロッド４１により解除位置に駆動される。シフトロッド４１には、締結突起５３に対して円周方向にずれた位置に退避溝６０が設けられている。したがって、図５に示されるように、揺動アーム４５が解除位置となった状態のもとで、シフトロッド４１を軸方向に移動させると、図６に示されるように解除ボール５９が径方向内方に移動して退避溝６０内に入り込む。

図７は揺動アーム４５が歯車の係合面５１ａに係合した状態のもとで揺動アームから係合面５１ａに加わる摩擦力を示す摩擦力特性図である。揺動アーム４５の係合爪５２と係合溝５１との係合を解除するときには、揺動アーム４５の基端部に強制解除突起５７から強制解除力Ｐが加えられる。

図７に示されるように、揺動アーム４５が係合面５１ａに係合して歯車１１が歯車軸１０に締結されている状態においては、揺動アーム４５にはその揺動中心Ｏと係合面５１ａとを結ぶ線状に、締結荷重Ｆが発生する。この締結荷重Ｆにより、係合面５１ａには垂直方向に歯面荷重Ｆｘが加わる。したがって、図５に示されるように、揺動アーム４５を解除位置に駆動するときに、揺動アーム４５と歯車１１との間に駆動トルクが残留していると、揺動アーム４５には締結荷重Ｆが発生する。図７において、符号Ｔｇは歯車の係合面５１ａから揺動アーム４５の先端面５２ａに作用する残留トルクを示し、揺動アーム４５の支持部４６の揺動中心には残留トルクＴｇに対向する方向の残留トルクＴａが歯車軸１０から作用する。

この状態のもとでは、締結荷重Ｆが作用する係合面５１ａに平行な方向の荷重Ｆｙが揺動アーム４５の係合を解除する解除力となり、係合面５１ａに垂直な方向の歯面荷重Ｆｘが解除力Ｆｙの抵抗となる。歯面荷重Ｆｘが係合面５１ａに作用すると、揺動アーム４５の先端面５２ａには摩擦力ｆが加わる。

歯面荷重Ｆｘの方向が締結荷重Ｆよりも歯車の内側となるように、係合面５１ａの傾斜角度αが設定される。図示するように、歯面荷重Ｆｘは締結荷重Ｆに対して角度θだけ、内側となっている。これにより、係合面５１ａの傾斜角度αは、歯面荷重Ｆｘを締結荷重Ｆの外側とする場合よりも、シフトロッド４１の半径方向線Ｒに対して開いた角度となる。歯面荷重Ｆｘと締結荷重Ｆとのなす歯面荷重角度θは、さらに、係合面５１ａと揺動アーム４５の先端面５２ａとの摩擦係数μに基づいて以下のように設定される。

解除力Ｆｙと摩擦力ｆは、以下のように示される。

Ｆｙ＝Ｆ・ｓｉｎθ、ｆ＝Ｆｘ・μ＝Ｆ・ｃｏｓθ・μ
解除力Ｆｙを高くするには、Ｆｙ＞ｆの条件を満たす必要がある。

上記式から、Ｆ・ｓｉｎθ＞Ｆ・ｃｏｓθ・μおよびｓｉｎθ／ｃｏｓθ＞μが求められ、ｔａｎθ＞μの関係が求められる。したがって、θ＞ｔａｎ^-1・μとなるように、係合面５１ａの角度を設定すると、残留トルクＴｇが揺動アーム４５の先端面に加わったとしても、セルフロックを起こすことなく、揺動アーム４５を解除位置に駆動することができる。このように、歯面荷重Ｆｘの方向と、締結荷重Ｆの方向とのなす歯面荷重角度θが揺動アーム４５の内側であって、揺動アーム４５の先端面５２ａと係合面５１ａとの間の摩擦係数をμとすると、歯面荷重角度θがθ＞ｔａｎ^-1・μとなるように係合面５１ａの傾斜角度αが設定される。これにより、歯車が歯車軸１０に締結された締結状態から歯車を解除状態にシフトロッド４１により駆動するときには、小さな強制解除力により揺動アーム４５を解除状態に駆動することができ、アクチュエータを小型化することができるとともに、変速特性に優れた多段変速機が得られる。

図８は図３および図４に示されたシフトロッド４１を駆動するためのロッド駆動機構６１を示す一部切欠き斜視図であり、図９は図８の縦断面図である。

ロッド駆動機構６１はシフトロッド４１の外側に隙間を介して装着されるスリーブ６２を有する。図９に示されるように、歯車軸１０の中空孔４０の基端部には、スプライン６３ａが設けられており、スリーブ６２の先端部の外周面にはスプライン６３ａに軸方向に移動自在に噛み合うスプライン６３ｂが設けられている。したがって、スリーブ６２は歯車軸１０と一体に回転するとともに歯車軸１０に対して軸方向に移動自在となっている。

シフトロッド４１の基端部外周には、２つのばね受け部材６４，６５が相互に対向して取り付けられ、両方のばね受け部材６４，６５の間には圧縮コイルばね６６がばね部材として装着される。スリーブ６２の内周面には、ばね受け部材６４に当接する環状のストッパ６７と、ばね受け部材６５に当接する環状のストッパ６８とが固定される。図９に示されるように、スリーブ６２と同軸状にアクチュエータ７１が配置される。アクチュエータ７１はカップリング７２を介してスリーブ６２に連結され、回転状態のスリーブ６２に対してカップリング７２によりアクチュエータ７１の往復動がスリーブ６２に伝達される。

スリーブ６２には、図８に示されるように、カム溝７３が設けられ、カム溝７３内に入り込むカムピン７４がシフトロッド４１に固定されている。カム溝７３は、スリーブ６２の軸方向に伸びた軸方向部７３ａと、これの両端部に連なるとともに円周方向に傾斜した傾斜部７３ｂ，７３ｃとを備えている。カムピン７４がカム溝７３の軸方向部７３ａの中央部つまり中立位置となるようにシフトロッド４１に、圧縮コイルばね６６のばね力が加えられる。スリーブ６２がアクチュエータ７１により１段の変速段に相当する基準ストロークで軸方向に駆動されると、スリーブ６２の移動開始時には圧縮コイルばね６６が収縮し、締結突起５３により締結ボール５５を介して揺動アーム４５は締結位置に駆動される。

図３は、シフトロッド４１が前進限位置となった状態を示しており、このときには、全ての駆動側の歯車１１〜１６は歯車軸１０に対して空転状態つまりニュートラル状態となっている。この状態から１速の歯車１１を歯車軸１０に締結するには、アクチュエータ７１によりスリーブ６２を１段分の基準ストロークだけ図３において右方向に駆動する。

図１０（Ａ１）は、図３に示されるように、歯車１１の内部の揺動アーム４５が解除位置となっているときにおける締結ボール５５と解除ボール５９のシフトロッド４１に対する位置を示す図である。この状態のもとで、アクチュエータ７１によりスリーブ６２を基準ストロークＳ0だけ軸方向に駆動すると、スリーブ６２は、図１０（Ｂ１）に示されるように、基準ストロークＳ0移動する。この移動過程においては、カムピン７４はカム溝７３の軸方向部７３ａの範囲内を軸方向に移動し、ロッド駆動機構６１の圧縮コイルばね６６が収縮し、シフトロッド４１には軸方向にばね力が加えられる。

シフトロッド４１にばね力が加えられると、図１０（Ａ２）に示されるように、シフトロッド４１が基準ストロークＳ0だけ駆動され、締結ボール５５が締結突起５３（ａ）により径方向外方に押し出され、解除ボール５９が退避溝６０内に入り込む。これにより、図１０（Ｂ２）に示されるように、カムピン７４はカム溝７３の軸方向部７３ａの軸方向の中間位置に戻され、揺動アーム４５は、図６に示されるように、締結位置に駆動されて、１速の歯車１１は歯車軸１０に締結される。なお、図１０（Ｂ１），（Ｂ２）においては、スリーブ６２に形成されたカム溝７３は展開された状態で示されている。また、図１０（Ａ１），（Ａ２）においては、１つの揺動アーム４５に対応させて締結ボール５５と解除ボール５９とが１つずつ示されており、他の締結ボール５５と解除ボール５９は図示省略されている。

１速の歯車１１が歯車軸１０に締結されると、図３に示される締結突起５３（ｂ）は２速の歯車１２の内部の締結ボール５５に接近する。１速から２速へアップシフトするときには、同様に、アクチュエータ７１によりスリーブ６２をさらに基準ストロークＳ0だけ図３において右方向に駆動する。これにより、１速の歯車１１の内部の揺動アーム４５は図５に示されるように解除位置に駆動され、２速の歯車１２の内部の揺動アーム４５は図６に示されるように締結位置に駆動される。

このように１段分の変速動作は、２速から３速、３速から４速等にアップシフトする場合も、６速から５速、５速から４速等にダウンシフトする場合も同様である。

案内溝５６は、図１０に示されるように、締結突起５３よりも円周方向に迫り出しており、案内溝５６は締結突起５３に隣り合った迂回部５６ａを介して全体的に一直線状に連なっている。つまり全体的に迂回部５６ａを介して一直線状に連なった案内溝５６の一部を横切るように、締結突起５３が案内溝５６から径方向外方に突出している。したがって、シフトロッド４１を回動させて軸方向に駆動すると、締結ボール５５は締結突起５３を乗り上げることなく、迂回部５６ａを介して案内溝５６に締結ボール５５を転がり移動させることができる。したがって、例えば、６速から４速、あるいは６速から１速等のように、少なくとも１段分の変速を飛び越して、一気に飛ばし変速をする場合には、飛ばされる変速段の歯車の内部の揺動アーム４５を図５に示される解除状態のままに維持させることができる。これにより、飛ばされる変速段の歯車内部の揺動アームは、締結位置に駆動されることなく、スムーズに飛ばし変速を行うことができ、変速特性に優れた多段変速機となる。

図１１および図１２は、上述のように、飛ばし変速を行う場合における飛ばされる歯車の内部の締結ボール５５と解除ボール５９のシフトロッド４１に対する位置関係を示す。例えば、６速から４速等に飛ばし変速によりシフトダウンする場合について説明すると、６速の歯車１６が歯車軸１０に締結されているときには、５速の歯車１５の内部の締結ボール５５と解除ボール５９と締結突起５３（ｂ）の位置関係は、図１１（Ａ１）に示される通りであり、締結ボール５５は案内溝５６に入り込み、解除ボール５９は強制解除突起５７により径方向外方に突出している。

この状態のもとで、スリーブ６２がダウンシフト方向に駆動されると、図１１（Ｂ１）に示されるように、シフトロッド４１は軸方向に駆動されることなく、カム溝７３の軸方向部７３ａがカムピン７４に沿って軸方向に移動する。スリーブ６２の引き続く移動により、図１１（Ｂ２）に示されるように、カム溝７３の傾斜部７３ｃにカムピン７４が入り込むと、カムピン７４が傾斜部７３ｃに案内されて、シフトロッド４１は、図１１（Ａ２）に示されるように、迂回部５６ａに連なる位置に向けて回動される。このようにシフトロッド４１が回動すると、解除ボール５９はシフトロッド４１に対して円周方向に移動して、退避溝６０の軸方向延長線の位置から離れる。カムピン７４が傾斜部７３ｃの終端部に接触した状態のもとでは、圧縮コイルばね６６は最も収縮した状態となる。スリーブ６２がさらに軸方向に駆動されると、図１１（Ａ３）に示されるように、締結ボール５５は、締結突起５３に乗り上げることなく、案内溝５６の迂回部５６ａを通過する。これにより、締結ボール５５を介して締結突起５３が揺動アーム４５の押し付けが回避される。

アクチュエータ７１により駆動されたスリーブ６２が４速の位置で停止すると、図１２（Ｂ１）に示されるように、収縮した圧縮コイルばね６６のばね力によりカムピン７４が傾斜部７３ｃに沿って軸方向部７３ａに向けて駆動される。これにより、図１２（Ａ１）に示されるように、シフトロッド４１は回動されるとともに軸方向に駆動される。さらに、カムピン７４はばね力により、図１２（Ｂ２）に示されるように、軸方向部７３ａの中間位置にまで駆動される。これにより、図１２（Ａ２）に示されるように、締結ボール５５は締結突起５３（ｂ）を乗り上げることなく、迂回して案内溝５６に移動し、解除ボール５９は退避溝６０を迂回して強制解除突起５７に接触した状態を維持する。したがって、６速から４速に飛ばし変速する場合には、５速の歯車１５の内部の揺動アーム４５はシフトロッド４１が変速動作する過程においては、図５に示されるように、解除位置を維持し続ける。

図１３は、このように飛ばし変速する場合における締結ボール５５と解除ボール５９のシフトロッド４１に対する迂回移動の軌跡を示す。

６速から３速、２速、１速等に飛ばし変速する場合には、図１１（Ｂ３）に示されるように、カムピン７４が傾斜部７３ｃの終端に当接した状態のまま、歯車軸１０に締結される歯車の位置まで、一気にシフトロッド４１が駆動される。このときには、飛ばされる歯車の内部の締結ボール５５は迂回部５６ａを通過する。このように、飛ばし変速を行う場合には、飛ばされる歯車の内部の揺動アーム４５は締結位置と解除位置とに開閉動作を行うことがないので、飛ばし変速を円滑に行うことができ、変速特性を向上させることができる。

飛ばし変速でダウンシフトする場合には、図３および図９においてスリーブ６２は左方向に駆動され、飛ばし動作はカムピン７４が傾斜部７３ｃに案内されてシフトロッド４１が回動される。一方、飛ばし変速でアップシフトする場合には、スリーブ６２は右方向に駆動される。このときには、飛ばし動作はカムピン７４が傾斜部７３ｂに案内されてシフトロッド４１が回動される。ただし、ダウンシフトする場合にのみ飛ばし変速を行う場合には、傾斜部７３ｃのみを設け、傾斜部７３ｂは不要となる。

図３に示されるように、奇数段の歯車を隣り合わせて１つのグループとし、偶数段の歯車を隣り合わせて１つのグループとし、シフトロッド４１に２つの締結突起５３が設けられている。このように、歯車１１〜１６を複数のグループとして、複数の締結突起５３をシフトロッド４１に設けると、１つの締結突起とした場合よりも、シフトロッド４１の変速ストロークを短くすることができる。上述した多段変速機は、車両用の自動変速機のみならず、手動式つまりマニュアル式の変速機としても適用することができる。

図示する多段変速機においては、締結ボール５５を介して締結突起５３により揺動アーム４５を締結位置に駆動し、揺動アーム４５を解除位置に駆動するときには、解除ボール５９を介して強制解除突起５７により揺動アーム４５を揺動するようにしている。これに対して、締結ボール５５と解除ボール５９を介在させることなく、揺動アーム４５を直接係合突起により締結位置に駆動し、強制解除突起５７により直接解除位置に駆動するようにしても良いが、そのような形態に比して、ボールを介在させることにより、ボールの転がりにより、円滑に揺動アーム４５の開閉動作を行うことができる。また、図８および図９に示されるロッド駆動機構６１においては、カムピン７４がシフトロッド４１に設けられているが、カムピン７４をスリーブ６２の内面にシフトロッド４１に向けて突出させ、シフトロッド４１にカム溝７３を形成するようにしても同様に変速段の切り換えを行うことができる。つまり、カムピン７４はシフトロッド４１とスリーブ６２の一方に設けられ、カム溝７３はシフトロッド４１とスリーブ６２の他方に設けられる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図１は四輪駆動用の動力伝達系に適用される多段変速機を示すが、前輪駆動用の多段変速機等にもこの多段変速機を適用することができる。また、駆動側の歯車が入力側の歯車軸１０に空転自在に装着され、従動側の歯車が出力側の歯車軸２０に固定されているが、従動側の歯車を歯車軸２０に空転自在に装着し、シフトロッド４１を歯車軸２０に設けるようにしても良い。このように、駆動側と従動側の一方の歯車を歯車軸に固定し、他方の歯車を歯車軸に空転自在に装着することができる。

１０ 入力側の歯車軸
１１〜１６ 駆動側の歯車
２０ 出力側の歯車軸
２１〜２６ 従動側の歯車
３２ 入力クラッチ
４１ シフトロッド
４５ 揺動アーム
４６ 支持部
４７ 支持凹部
５１ 係合溝
５１ａ 係合面
５２ 係合爪
５２ａ 先端面
５３ 締結突起
５５ 締結ボール
５６ 案内溝
５６ａ 迂回部
５７ 強制解除突起
５９ 解除ボール
６０ 退避溝
６１ ロッド駆動機構
６２ スリーブ
６６ 圧縮コイルばね
７１ アクチュエータ
７３ カム溝
７３ａ 軸方向部
７３ｂ，７３ｃ 傾斜部
７４ カムピン

Claims (5)

1. 駆動側の複数の歯車が設けられた入力側の歯車軸と、駆動側の前記歯車に常時噛み合って変速歯車対を形成する従動側の複数の歯車が設けられた出力側の歯車軸とを有し、変速歯車対を形成する駆動側と従動側の一方の歯車が前記歯車軸に固定され、他方の歯車が前記歯車軸に空転自在に装着され、空転自在の前記歯車を前記歯車軸に締結して変速段を切り換える多段変速機において、
   前記空転自在の歯車の内部に揺動自在に装着され、前記空転自在の歯車に設けられた係合面に係合する係合爪が先端に設けられた揺動アームと、
   前記歯車軸に設けられた中空孔に軸方向に往復動自在かつ回動自在に装着されるシフトロッドと、
   前記シフトロッドに設けられ、前記係合爪を前記係合面に押し付けて前記空転自在の歯車を前記歯車軸に締結する締結突起と、
   前記シフトロッドに設けられ、前記歯車の締結を解除するときに前記揺動アームの基端部を押し付ける強制解除突起と、
   前記締結突起に円周方向に隣り合わせて前記シフトロッドに設けられる迂回部と、
   前記シフトロッドを軸方向に駆動し、少なくとも１つの前記空転自在の歯車を飛ばして他の歯車を締結させるときには、前記シフトロッドを回動させ前記締結突起による前記揺動アームの押し付けを回避するロッド駆動機構と、
   を有する多段変速機。
2. 請求項１記載の多段変速機において、
   前記ロッド駆動機構は、
   前記中空孔と前記シフトロッドとの間に設けられ、前記中空孔に設けられた噛み合い部に軸方向に往復動自在に噛み合うスリーブと、
   前記スリーブと前記シフトロッドとの間に装着され、前記スリーブを前記シフトロッドに対して中立位置に向けてばね力を加えるばね部材と、を備え、
   前記シフトロッドと前記スリーブとの一方に設けられたカムピンが係合するカム溝を前記シフトロッドと前記スリーブの他方に設け、
   前記カム溝は、前記シフトロッドの中立位置を中心に軸方向に伸びる軸方向部と、前記軸方向部の端部に連なって円周方向に傾斜した傾斜部とを有する、多段変速機。
3. 請求項１または２記載の多段変速機において、
   前記シフトロッドと前記揺動アームの長手方向中央部との間に締結ボールを配置し、
   前記締結ボールが入り込む案内溝を前記シフトロッドの往復動のストロークの長さに渡って設け、
   前記締結突起を前記案内溝の迂回部に円周方向に隣り合って前記案内溝を横切って前記シフトロッドに設け、
   前記シフトロッドの前記強制解除突起と前記揺動アームの基端部との間に解除ボールを配置し、
   前記締結突起の円周方向にずれた位置に、前記解除ボールが入り込む退避溝を前記シフトロッドに設けた、多段変速機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の多段変速機において、前記空転自在の歯車の内部に複数の前記揺動アームを設けた、多段変速機。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の多段変速機において、前記入力側の歯車軸に設けられる駆動側の複数の歯車を前記入力側の歯車軸に空転自在に装着し、前記シフトロッドを前記入力側の歯車軸に設けた、多段変速機。

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