JPH10508360A - ロック型同期機構を備えた変速機用切換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はロック型同期機構を備えた変速機用切換装置に関する。回転軸と異なった回転数で回転する歯車は、切換力で軸方向に移動される環状のシフトスリーブによって、等速回転の際に互いに噛み合い結合で連結され、そのシフトスリーブの継手歯は、歯車の継手歯あるいは歯車に結合された継手体の継手歯に噛み合う。シフトスリーブと歯車との間に同期リングが配置される。歯車あるいは継手体の一部は、同期リングの一部と共に摩擦継手を形成する。非同期状態においてロック機構の拘束面を介してシフトスリーブの軸方向運動が阻止され、その継手歯（４、１２）およびロック機構（８、１６）は互いに分離されている。シフトスリーブ（６）の継手歯（４）および歯車あるいは継手体（１４）の継手歯（１２）は、先端が尖らずに形成された端部を有している。継手歯（４、１２）に弾力を与えるために、少なくとも一つの弾性要素（２６）が設けられている。導入された切換力は蓄えられる。切換力（１８）の喪失後に、シフトスリーブ（６）を弾性要素（２６）の力に抗して拘留する係止装置（２０）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 ロック型同期機構を備えた変速機用切換装置 本発明は請求の範囲第１項の上位概念部分に記載のロック型同期装置を持った 変速切換装置に関する。 駆動動力を伝達するため、およびエンジントルクを車両の需要駆動力に合わせ るために、今日において、実際には専ら歯車式多段変速機が採用されている。 変速機用切換装置は、同期機構によってかなり単純化されている。同期の際、 互いに連結すべき変速機構成要素の回転数の整合は、シフトアップないしシフト ダウンの際におけるダブルクラッチを避けるために、自動的にあるいは制御して 実施される。変速段の切換は、危険な走行状態においても迅速確実に、かつ騒音 なしにできるので、例えば下り坂走行の際、運転手の右足がシフトダウン中ブレ ーキペダル上に置かれたままであるので、走行安全性がかなり高められる。 同期機構は、次の課題を満足しなければならない。 − 異なって高速回転する二つの変速機構成要素、およびこれらに結合された部 品の回転数を、がらがら騒音なしに噛み合い結合されるように整合する。 − 噛み合い結合する切換要素のがらがら騒音および損傷を防止するために、結 合すべき変速機構成要素が等速回転になるまで噛み合い接続を阻止する。 − 等速回転になった瞬間にロックを解除する。 − 短時間、かつ非常に小さな切換力で回転数を整合させる。 − 例えば低温で粘っこいエンジンオイルの場合、あるいは変速段の極端に速い 切り離しの場合のような不利な条件のもとでも確実に作動する。 今日における同期機構を備えた車両用変速機において、主に個々の変速段に対 して同期装置が採用されている。 円錐体によるロック型同期機構が広く普及している。この装置の場合、円錐状 の摩擦体が連結すべき変速機構成要素の回転数を、互いに摩擦結合で整合する。 この種の同期方式は乗用車並びに産業用自動車の変速機に利用されている。 かかる同期機構は、例えば１９６７年３月発行の印刷物「ZF-B-Sperrsynchron isierung（ZF-B-ロック型同期機構）」42290/R 2964-367 で知られている。 ここに記載されているロック型同期機構は、外歯を備えた同期リングが、継手 体の摩擦円錐体に押圧される際、同期体のストッパによって制限される回転運動 を実施するように形成されている。この回転は、同期リングのロック歯における 傾斜した歯端面が、シフトスリーブのそれに向けて押され、これによってシフト スリーブのそれ以上の回転を阻止するという結果をもたらす。円錐摩擦面が連結 すべき部分の等速回転を生じさせたときにはじめて、シフトスリーブの保持圧力 は同期リングを回し戻させる。従ってロックが解除され、シフトスリーブが継手 体の歯に挿入される。 無負荷運転において、シフトスリーブは軸方向に中立位置にある。係止ボルト がばねによって、シフトスリーブの係止溝の中に押し込まれている。歯車が、そ の軸上で自由に回転できる。同期リングと継手体との回転数差、およびそれらの 摩擦面間の駆動トルクが、同期リングがシフトスリーブの回転ストッパに接する ように作用する。シフトスリーブおよび同期リングの傾斜した歯端面が対向して 位置している。 ロック位置において、シフトスリーブは、まず係止ボルトおよび押圧部材を介 して、同期リングを継手体の摩擦円錐体に向けて移動させる。これによって歯端 面は、切換力をシフトスリーブから直接同期リングに継続して導入する働きを負 っている。同期リングと継手体との回転数差が存在する限り、同期リングおよび 継手体の円錐摩擦面における摩擦トルクは傾斜した歯端面による復帰トルクより 大きい。従ってシフトスリーブは継手体への切換を阻止される。 同期リングと継手体との回転数差が平衡し、従って摩擦トルクが無くなったと きにはじめて、シフトスリーブが同期リングを「歯を歯溝へ」の位置に回し戻す 。 その場合、シフトスリーブは同期リングのロック歯を越えて、端面が同様に傾 斜した継手体の歯に挿入される。 この公知の同期装置について、その機能および製造コストに関してかなりの改 良が要望されている。特に、低い変速段における高い必要切換力、および切換過 程における或る種の取扱い難さ、不十分なロック解除制止、および噛み合いの際 におけるピーク力で感ずる不満足な切換感覚も改良しなればならない。同期後に 一般に「２．点」と呼ばれるピーク力が存在する。このピーク力は自由飛行段階 、ないし歯が衝突する際の衝突過程における回転数差の発生によって、大きな質 量慣性モーメントに伴って引き起こされる。ピーク力は切換レバーにおける加速 として現れる。また公知の構造様式の同期機構は、大きな構造空間も必要とする 。これは小形化および軽量化についての、現存する要求に則さない。 通常の同期機構は、次の三つの基本機能を発揮する。 − 共通軸の周りを回転する二つの構造部品を、互いに任意に、かつ頻繁に係合 結合させたりその係合を解除させたりする。 − 回転する構造部品から、エネルギを伝達するか取り去る（加速、減速）。 − 共通軸の周りを回転する二つの構造部品の回転数差を零、あるいはほぼ零の 値に調整する。 公知の同期機構の切換過程を、切換感覚への不利な影響について観察した場合 、特に同期回転到達後の段階が注目される。 ロック位置の解除は、切換レバーに力をかけた状態で、自由回転質量を継手歯 の歯ピッチの半分だけ回転することによってしかできない。同期リングは円錐角 およびロック歯の幾何学形状の選択によって、ロック確実性について設計されて いる。ロック歯にかかるロック解除トルクに、摩擦円錐体を介して慣性回転質量 の同じ大きさの反動トルクが対抗して作用し、これによって同期リングの自由回 転質量に対する単独回転を防止する。ロック解除と継手歯段階互の衝突との間に おける「自由飛行段階」においてはじめて、同期リングが摩擦円錐体から解放さ れるであろう。粘着の存在は継手歯の噛み合わせの際に、同期リングの裂き離し 、従って補助的な力需要を生じさせる。 変速装置の自由回転質量における牽引トルクが高い場合、自由飛行段階におい てトルク伝達が存在しないことによって欠点が生ずる。連結すべき回転質量間に トルク伝達が存在しない短い時間帯において、新たに回転数差が生ずる。従って 継手歯が段階互に衝突する際、硬い衝突力および拒絶力が切換レバーによって不 快に感ずる。 本発明の目的は、同期機構を備えた変速機用切換装置において、切換行程が短 く、切換力が小さく、切換力の経過が一様に推移する改善された切換感覚を得る ことにある。この目的は請求の範囲第１項における特徴事項に記載された変速機 用切換装置によって達成される。その各従属請求の範囲には有利な実施態様が記 載されている。 現存の不十分さを改善するために、まず同期段階中に継手歯の噛み合い結合を 阻止するロック機構が、継手歯から空間的に分離されている。 公知の同期機構の継手歯は、噛み合い過程を可能にしようとする傾斜面を有し ている。噛み合わせ段階において、シフトスリーブと継手体の歯の段階対位置は 重要でない（偶然的である）ので、変速機構における自由回転質量は、噛み合い 結合が行われる前に継手歯が噛み合いのために適した位置に到達するように回転 されねばならない。 これに対して本発明に基づいて提案されたロック型同期機構の継手歯は、傾斜 面を持っていない。シフトスリーブおよび継手体の歯が、互いに噛み合い可能な 位置で段階対して位置する確率は非常に僅かであり、傾斜面が無いことによって も助長されない。それにも拘わらず、運転手に切換過程が慣れたように進行する 印象を与えるために、継手歯は弾力を与えられ、軸方向切換圧力を回避できる。 切換位置において、切換機構は係止装置によって係止されているので、圧縮され たばねは、切換レバーの解放後も運転手および軸方向切換圧力の省略によって圧 縮されたままにされる。 従って、トルク伝達用に設けられた継手歯の端面は、運転手による切換過程の 完了後に、大きな確率でばねのバイアス圧のもとで対向して位置する。 偶然に噛み合わせが行われたとき、切換過程は全体として完了する。他の場合 には、歯が互いに押し合わされて対向して位置する状態において、車両のクラッ チが係合され、発生したトルクが歯を段階対回転する。そして歯の噛み合いが生 じ、切換が完了する。変速機の歯車機構における駆動トルクによっても、歯の早 期の段階対回転およびそれに続く噛み合わせができる。 継手歯における傾斜面の省略によって、切換行程が公知の同期装置に比べて短 縮される。この利点は切換レバーと継手歯との伝達比の増大に利用される。これ によって必要な切換力が著しく減少される。 以下図を参照して本発明を詳細に説明する。 第１図は従来技術における切換過程の基本的推移の流れ図、 第２図は本発明に基づく切換過程の基本的推移の流れ図、 第３図は従来技術における三段階で行われるロック・噛み合わせ過程の説明図 、 第４図は本発明に基づく四段階で行われるロック・噛み合わせ過程の説明図、 第５図は切換力経過の線図である。 第１図には公知の切換過程の基本的推移の流れ図が示されている。 第２図は本発明に基づく同期装置により変更された切換推移を示している。 第３図は公知の同期装置における原理的なロック・噛み合わせ過程を概略的に 示している。同期機構２の一部が示されている。シフトスリーブ６の歯４は、同 期リング１０の歯８および継手体１４の歯１２に対向して位置している。第３Ａ 図におけるロック位置において、シフトスリーブ６はまず同期リング１０を継手 体１４に向けて移動させる。これによって歯４、８の歯端面は、切換力をシフト スリーブ６から直接同期リング１０に継続して導入する働きを負っている。同期 リング１０と継手体１４との間に回転数差がある限り、同期リング１０と継手体 １４の、図示されない円錐摩擦面における摩擦トルクは、歯４、８の傾斜した歯 端面による復帰トルクより大きい。従ってシフトスリーブ６は、継手体１４への 切換を阻止されている。 同期リング１０と継手体１４との回転数差が平衡し、従って摩擦トルクが無く されたときにはじめて、シフトスリーブ６は同期リング１０を「歯を歯溝へ」の 位置に回し戻す。その場合、シフトスリーブ６の歯４と継手体１４の歯１２が接 触する（第３Ｂ図）。その傾斜した歯端面を介して、自由回転質量が回転され、 同期リング１０の歯８を越えて、シフトスリーブ６が同様に端面が傾斜した継手 体１４の歯１２の中に挿入される（第３Ｃ図）。 中立位置から変速段を投入するまで切り換える際に、歯４、８、１２における 過程を観察すると、全切換行程における数ｍｍの部分がトルク伝達歯４、１２に おける尖端を噛み合わせるために用意されていることが理解できる。これは機能 的に見て、切換行程が、その推移が不満足であるだけでなく、基本的機能につい て従属的であると見なされる過程によって延長されることを意味する。 この切換行程部分は、切換レバーとシフトスリーブとの間の伝達比のために、 切換力の減少ないし切換行程の短縮を伴って節約されている。 本発明に基づいて提案された同期機構は、切換レバーにおける切換運動の終了 後に、その変速段が噛み合い結合で投入される必要がないということを基礎とし ている。従って、同期過程後に偶然に対向して位置した変速装置の回転質量は、 噛み合い位置に強制的に位置させる必要はない。 第４図は、本発明に基づく同期機構における切換過程の基本的な推移を示して いる。切換過程中にロックおよびロック解除の段階は、公知の同期機構と変わっ ていない。 同期機構２のロック歯は、同期リング１０の歯８およびシフトスリーブ６の歯 １６から成っている。ロック歯は独立機能要素として作られ、継手歯と無関係に 配置される。継手歯はシフトスリーブ６の歯４および継手体１４の歯１２から形 成されている。この機能分離によって有利に、ロック歯は目的に良好に適って利 用され、円錐体直径および歯の有効直径の影響はロック確実性に利用される。 ここでもロック位置（第４Ａ図）におけるシフトスリーブ６は、まず同期リン グ１０を与えられた切換力１８によって、図示されない継手体１４の対向円錐体 に移動している。その場合、歯１６、８の拘束面は、切換力１８をシフトスリー ブ６から同期リング１０に直接継続して導く働きを負っている。同期リング１０ と継手体１４との間に回転数差が存在している限り、ここでも図示されない同期 リング１０および継手体１４の円錐摩擦面における摩擦トルクは、歯１６、８の 傾斜した拘束面による復帰トルクより大きい。従って、シフトスリーブ６は継手 体１４への通過接続(Durchschalten)を阻止されている。 同期リング１０と継手体１４との回転数差が平衡し、従って摩擦トルクが無く されたときにはじめて、シフトスリーブ６が同期リング１０を歯１６、８の歯端 面を介して「歯を歯溝へ」の位置に回し戻す（第４Ｂ図）。その場合シフトスリ ーブ６の歯４と継手体１４の歯１２とが接触する。いまや公知のものと変わった 切換推移が生ずる。シフトスリーブ６の歯４および継手体１４の歯１２による継 手歯は、尖端を有していないので、歯４、１２の直接的な段階互の噛み合わせは ほとんど生じない。 それにも拘わらず切換過程を完了するために、継手歯はばね要素２６によって 弾力を与えられ、運転手によって与えられた切換力１８によってしっかり締めつ けられる。係止機構２０は、切換レバーが切換運動の終わりに解放されるや否や （第４Ｃ図）、継手歯がしっかり締めつけられた状態にとどまるように作用する 。その係止機構２０は、第１の構成要素２２が継手体１４に配置され第２の構成 要素２４がシフトスリーブ６に設けられているように構成される。これらの両構 成要素２２、２４は互いに弾力的に噛み合わされる。ここでは他のロック方式に することも考えられる。 これによって運転手にとって変速段の切換は完了し、従って運転手は通過接続 (Durchschalten)の感覚を感じたままとなる。場合によって回転数差が生じても 歯尖端が無いので、噛み合わせの際に運転手が感じとるような拒絶力は全く生じ ない。 トルク伝達用に設けられた継手歯の歯４、１２の端面は、運転手による切換過 程の完了後に、大きな確率でばね要素２６のバイアス圧のもとで対向して位置す る。偶然に噛み合わせが行われたとき、切換過程は全体として完了する。他の場 合には、歯４、１２が互いに押し合わされて対向して位置する状態において、こ こで図示していない車両のクラッチが係合し、発生したクラッチトルク２８が歯 ４、１２を段階対回転する。変速機の歯車機構における駆動トルクによっても、 歯の早期の段階対回転ができる。そして歯４、１２の噛み合いが生じ、切換が完 了する（第４Ｄ図）。 継手歯段階互の直接的な噛み合いが達成されるとき、あるいは切換力がまだ掛 かっているので係止が必要とされないように噛み合いが迅速に行われるとき、係 止機構は省略できる。変速機切換機構における駆動トルクは、しばしばこの直接 的な噛み合いを可能にする。駆動トルクが十分でないとき、係止機構が必要であ る。これは、切換力が運転手によって与えられる場合に、この切換力がもはやか かっておらず、噛み合わせが継手の係合ではじめて行われるからである。切換が 、例えば運転手によって手動で切換ロッドにより実施されるとき、運転手によっ て 遠隔操作される切換手段によって自動切換に変更することもできる。その遠隔操 作は、切換可能な変速段に影響を与えるロジック制御を介在しても行える。運転 手によって影響されずに、自動機が変速機の全切換を負うこともでき、その場合 、特に常に最適レンジに切り換えられる。切換手段として、主に空気圧式に操作 される切換手段が採用される。 ばね要素２６は、切換力によって導入されたエネルギを受ける働きをする、あ らゆる弾性要素でよい。その場合、この弾性要素は同期装置の直ぐ近くに在って はならない。弾性要素は切換ロッドの構成部品にするか、これに配置することも できる。弾性要素として例えばばね座金、波形座金、空気ばね、ねじりばね、ゴ ム要素などが考えられる。そのねじりばねは、これが継手歯に軸方向弾力を与え るだけでなく、同時に継手歯の回転も行うように設計できる。 変速機におけるがらがら騒音を避けるために、弾性要素は同期機構の構成要素 の意図しない自由なガタツキを阻止する、所定のバイアス圧のもとに置かれる。 弾性要素のばね特性曲線は漸減的経過を有する。 第５図は、公知の変速機切換装置３０および本発明に基づく変速機切換装置３ ２を対比して、切換行程に関する切換力の経過を示している。 この図面からまず、本発明に基づく変速機切換装置の切換がかなり短い切換行 程で完了することが明らかに理解できる。 切換力も明らかに異なっている。本発明に基づく変速切換装置の必要な切換力 は明らかに従来のものより減少されている。公知の変速切換装置の経過における ピーク切換力は、継手歯の段階互の衝突および継手体の回転によって生じている 。これらの構成要素は、本発明に基づく構想において運転手における切換挙動を 害さない。係止装置の係止に起因して切換力の僅かな上昇が生ずるが、これは従 来のピーク切換力に比べて無視できるほど低い。切換力の経過はただ本発明の応 用に対する例として考慮すればよい。 本発明はここで述べた配置構造では説明し尽くせない。本発明はこの分野にお いて当該技術者が容易に考え得る本発明の基本的な考えを含むすべての変更形態 も含む。 符号の説明 ２ ロック型同期装置 ４ 歯 ６ シフトスリーブ ８ 歯 １０ 同期リング １２ 歯 １４ 継手体 １６ 歯 １８ 切換力 ２０ 係止機構 ２２ 係止機構の構成要素 ２４ 係止機構の構成要素 ２６ ばね要素 ２８ クロックトルク ３０ 公知の同期機構の切換力経過 ３２ 本発明に基づく同期機構の切換力経過

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月２８日 【補正内容】 請求の範囲 １． 回転軸と異なった回転数で回転する歯車が、切換力で軸方向に移動でき る環状のシフトスリーブ（６）によって、等速回転の際に互いに噛み合い結合で 連結され、シフトスリーブ（６）の継手歯（４）が歯車の継手歯（１４）あるい は歯車に結合された継手体（１４）の継手歯（１４）に噛み合い、シフトスリー ブ（６）と歯車との間に同期リング（１０）が配置され、歯車あるいは継手体（ １４）の一部が同期リング（１０）の一部と共に摩擦継手を形成し、非同期状態 においてロック機構（４、８）の拘束面を介してシフトスリーブ（６）の軸方向 運動が阻止されるようなロック型同期機構（２）を備えた変速機用切換装置にお いて、 継手歯（４、１２）およびロック装置（８、１６）が互いに分離され、シフト スリーブ（６）の継手歯（４）および歯車あるいは継手体（１４）の継手歯（１ ２）が鈍く（尖らずに）形成された端部を有し、継手歯（４、１２）に弾力を与 えるために少なくとも一つの弾性要素（２６）が設けられていることを特徴とす るロック型同期装置を持った変速切換装置。 ２． 切換力（１８）の喪失後に、シフトスリーブ（６）を弾性要素（２６） の力に抗して拘留する係止装置（２０）が設けられていることを特徴とする請求 の範囲第１項記載のロック型同期装置を備えた変速切換装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 回転軸と異なった回転数で回転する歯車が、切換力で軸方向に移動でき る環状のシフトスリーブによって、等速回転の際に互いに噛み合い結合で連結さ れ、シフトスリーブの継手歯が歯車の継手歯あるいは歯車に結合された継手体の 継手歯に噛み合い、シフトスリーブと歯車との間に同期リングが配置され、歯車 あるいは継手体の一部が同期リングの一部と共に摩擦継手を形成し、非同期状態 においてロック装置の拘束面を介してシフトスリーブの軸方向運動が阻止される ようなロック型同期機構を備えた変速機用切換装置において、 継手歯（４、１２）およびロック機構（８、１６）が互いに分離され、シフト スリーブ（６）の継手歯（４）および歯車あるいは継手体（１４）の継手歯（１ ２）が先端が尖らずに形成された端部を有し、継手歯（４、１２）に弾力を与え るために、少なくとも一つの弾性要素（２６）が設けられていることを特徴とす るロック型同期機構を備えた変速機用切換装置。 ２． 切換力（１８）の喪失後に、シフトスリーブ（６）を弾性要素（２６） の力に抗して拘留する係止機構（２０）が設けられていることを特徴とする請求 の範囲第１項記載のロック型同期機構を備えた変速機用切換装置。 ３． 切換力（１８）が切換手段によって与えられることを特徴とする請求の 範囲第１項又は第２項に記載のロック型同期機構を備えた変速機用切換装置。 ４． 切換手段の制御が自動式に行われることを特徴とする請求の範囲第３項 記載のロック型同期機構を備えた変速機用切換装置。 ５． 弾性要素（２６）がバイアス圧下にあることを特徴とする請求の範囲第 １項ないし第４項のいずれか１項に記載のロック型同期機構を備えた変速機用切 換装置。 ６． 弾性要素（２６）がばねであることを特徴とする請求の範囲第１項ない し第５項のいずれか１項に記載のロック型同期機構を備えた変速機用切換装置。 ７． ばねが、軸方向および円周方向に作用するねじりばねであることを特徴 とする請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載のロック型同期機構 を備えた変速機用切換装置。 ８． シフトスリーブ（６）の継手歯（４）が、少なくとも弾性要素（２６） によって弾力を与えられていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第７項 のいずれか１項に記載のロック型同期機構を備えた変速機用切換装置。 ９． 歯車あるいは継手体（１４）の継手歯（１２）が、少なくとも弾性要素 （２６）によって弾力を与えられていることを特徴とする請求の範囲第１項ない し第７項のいずれか１項に記載のロック型同期機構を備えた変速機用切換装置。 １０． 継手歯（４、８、１２、１６）あるいはその一部が後方に配置されて いることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか１項に記載のロ ック型同期機構を備えた変速機用切換装置。