(57)【要約】【課題】車両発進時に潤滑油を速やかに温めることにより、高い動力伝達効率を確保するとともに変速操作時のシフトフィーリングを良好にする車両用歯車変速機を提供する。【解決手段】潤滑油が封入されたケーシング２と、ケーシングに軸支されて動力を伝達する軸部材（入力軸３１、カウンター軸３２、出力軸３３）と、軸部材に設けられ選択的に噛合することにより所定の変速比を実現するとともに少なくともその一部が潤滑油を掻き上げる複数組の歯車対（４０〜４３、４５）と、液相の過冷却状態から固相への相転移を生じ得る潜熱蓄熱材６１を収納して、潤滑油中に少なくとも一部が浸漬される熱放出部材６と、車両発進時に、熱放出部材６に物理的な刺激を与えて潜熱蓄熱材の相転移を生じさせる刺激手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油が封入されたケーシングと、
該ケーシングに軸支されて動力を伝達する軸部材と、
該軸部材に設けられ選択的に噛合することにより所定の変速比を実現するとともに少なくともその一部が前記潤滑油を掻き上げる複数組の歯車対と、
液相の過冷却状態から固相への相転移を生じ得る潜熱蓄熱材を収納して、前記潤滑油中に少なくとも一部が浸漬される熱放出部材と、
車両発進時に、前記熱放出部材に物理的な刺激を与えて前記潜熱蓄熱材の前記相転移を生じさせる刺激手段と、
を備えることを特徴とする車両用歯車変速機。
【請求項２】
請求項１において、前記熱放出部材は、前記物理的な刺激を前記潜熱蓄熱材に伝達する刺激伝達部を有し、前記刺激手段は、前記熱放出部材の前記刺激伝達部の外面を打突しあるいは加振する刺激部材を有する車両用歯車変速機。
【請求項３】
請求項１または２において、前記刺激手段は、前記車両の発進時における第１速への変速操作に連動して前記熱放出部材に前記物理的な刺激を与える車両用歯車変速機。
【請求項４】
請求項３において、前記第１速への変速操作を行う第１速用同期装置と、該第１速用同期装置を操作する操作伝達部材とを備え、
前記刺激手段は、中央が揺動可能に枢支され、一端が前記操作伝達部材に係合して駆動され、他端が揺動して前記熱放出部材を打突する反転レバーを含むことを特徴とする車両用歯車変速機。
【請求項５】
請求項１または２において、前記刺激手段は、エンジンの始動に連動して通電されることにより前記熱放出部材に前記物理的な刺激を与える電磁アクチュエータを有する車両用歯車変速機。
【請求項６】
請求項１または２において、前記刺激手段は、エンジンの始動の際に連結クラッチを切る操作に連動して通電されることにより前記熱放出部材に前記物理的な刺激を与える電磁アクチュエータ、あるいは前記連結クラッチを切る操作に連動してメカニカルに操作力を伝達することにより前記熱放出部材に前記物理的な刺激を与える操作機構を有する車両用歯車変速機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項において、前記潜熱蓄熱材は無機水和塩である車両用歯車変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用歯車変速機に関し、より詳細には変速機の潤滑構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に用いられる変速機の一種に、ケーシングに軸支されて動力を伝達する軸部材と、軸部材に設けられ選択的に噛合することにより所定の変速比を実現する複数組の歯車対とを備えた車両用歯車変速機がある。この種の変速機では、軸受部や噛合部の動作を円滑化し、また摩擦による温度上昇や摩耗を抑制するために、ケーシング内に潤滑油を封入して循環供給させる潤滑構造が一般的に採用されている。さらに、潤滑油を循環供給する方式として、歯車の回転による遠心力を利用しケーシング下部に滞留している潤滑油を掻き上げる方式が広く用いられている。
【０００３】
この掻き上げ方式で潤滑油を循環供給する構造で、車両の発進時には変速機内部の潤滑油の油温が低くて粘性が高く、高油温時と比較して掻き上げの際の撹拌抵抗が増加する。また、潤滑する摺動面のすべり摩擦抵抗が増加して引き摺りトルクが大きくなる。これらの要因により、変速機の動力伝達効率が低下する弊害が生じていた。また、歯車対を選択的に噛合させる同期装置では所要操作力や仕事量が増加し、さらに同期後にも粘性による回転数変化が生じて二段入りと呼ばれるショックが発生し、シフトフィーリングが悪化していた。
【０００４】
本願出願人は、潤滑油を掻き上げる際の撹拌抵抗を低減した歯車変速機を特許文献１に開示している。特許文献１の歯車変速機は、ケーシング内を歯車対に近接した掻上げ領域と歯車対から離隔した貯留領域とに区画するとともに上方に開口したオイルセパレータを備えている。オイルセパレータは、ケーシング下部に貯留された潤滑油を仕切り、撹拌する油量を減じる作用を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０６７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１の歯車変速機は、撹拌抵抗を低減することはできても、油温を上昇させるものではない。したがって、すべり摩擦抵抗及び引き摺りトルクの増加やシフトフィーリングの悪化に対しては、効果的な対策となっていない。これらの問題点に対しては、潤滑油を温めることが解決策となる。しかしながら、例えば潤滑油の加熱に電熱ヒータを用いることは、変速機の構造及び制御を複雑化させるとともに、即応性の面で不十分と考えられる。
【０００７】
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、車両発進時に潤滑油を速やかに温めることにより、高い動力伝達効率を確保するとともに変速操作時のシフトフィーリングを良好にする車両用歯車変速機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の車両用歯車変速機は、潤滑油が封入されたケーシングと、該ケーシングに軸支されて動力を伝達する軸部材と、該軸部材に設けられ選択的に噛合することにより所定の変速比を実現するとともに少なくともその一部が前記潤滑油を掻き上げる複数組の歯車対と、液相の過冷却状態から固相への相転移を生じ得る潜熱蓄熱材を収納して、前記潤滑油中に少なくとも一部が浸漬される熱放出部材と、車両発進時に、前記熱放出部材に物理的な刺激を与えて前記潜熱蓄熱材の前記相転移を生じさせる刺激手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
さらに、前記熱放出部材は、前記物理的な刺激を前記潜熱蓄熱材に伝達する刺激伝達部を有し、前記刺激手段は、前記熱放出部材の前記刺激伝達部の外面を打突しあるいは加振する刺激部材を有することが好ましい。
【００１０】
さらに、前記刺激手段は、前記車両の発進時における第１速への変速操作に連動して前記熱放出部材に前記物理的な刺激を与えることが好ましい。
【００１１】
さらに、前記第１速への変速操作を行う第１速用同期装置と、該第１速用同期装置を操作する操作伝達部材とを備え、前記刺激手段は、中央が揺動可能に枢支され、一端が前記操作伝達部材に係合して駆動され、他端が揺動して前記熱放出部材を打突する反転レバーを含むことでもよい。
【００１２】
また、前記刺激手段は、エンジンの始動に連動して通電されることにより前記熱放出部材に前記物理的な刺激を与える電磁アクチュエータを有する、ことでもよい。
【００１３】
また、前記刺激手段は、エンジンの始動の際に連結クラッチを切る操作に連動して通電されることにより前記熱放出部材に前記物理的な刺激を与える電磁アクチュエータ、あるいは前記連結クラッチを切る操作に連動してメカニカルに操作力を伝達することにより前記熱放出部材に前記物理的な刺激を与える操作機構を有する、ことでもよい。
【００１４】
また、前記前記潜熱蓄熱材は無機水和塩であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の車両用歯車変速機では、潜熱蓄熱材を収納して潤滑油中に少なくとも一部が浸漬される熱放出部材と、車両発進時に熱放出部材に物理的な刺激を与えて潜熱蓄熱材の相転移を生じさせる刺激手段と、を備える。このため、停車中に変速機が停止して潤滑油の油温が低下すると、潤滑油中に浸漬される熱放出部材の内部の潜熱蓄熱材の温度が融点よりも低下して液相の過冷却状態となる。そして車両の発進時に、刺激手段が熱放出部材に物理的な刺激を与えると、潜熱蓄熱材は固相に相転移して融解熱に相当する潜熱を放出し、潤滑油を速やかに温めることができる。したがって、潤滑油の粘性が低下して撹拌抵抗や引き摺りトルクが減少し、高い動力伝達効率を確保できるとともに変速操作時のシフトフィーリングが良好になる。
【００１６】
さらに、前記熱放出部材が刺激伝達部を有し、刺激手段が刺激伝達部の外面を打突しあるいは加振する刺激部材を有する態様では、潜熱蓄熱材に物理的な刺激を確実に伝達でき、相転移を確実に発生させて潤滑油を温めることができる。
【００１７】
さらに、刺激手段が車両の発進時における第１速への変速操作に連動して熱放出部材に物理的な刺激を与える態様では、発進の直前という最も効果的なタイミングに、潜熱蓄熱材の相転移を発生させて潤滑油を速やかに温めることができる。
【００１８】
さらに、第１速への変速操作を行う第１速用同期装置を操作する操作伝達部材で反転レバーを駆動し、この反転レバーで熱放出部材を打突する態様では、従来と比較して部品点数の増加を抑制した簡易な構成で、発進の直前に潜熱蓄熱材の相転移を発生させて潤滑油を速やかに温めることができる。
【００１９】
また、エンジンの始動に連動する電磁アクチュエータや連結クラッチの切り操作に連動する電磁アクチュエータ、あるいは連結クラッチの切り操作に連動する操作機構により熱放出部材に物理的な刺激を与える態様では、発進の直前という最も効果的なタイミングに、潜熱蓄熱材の相転移を発生させて潤滑油を速やかに温めることができる。
【００２０】
また、潜熱蓄熱材に無機水和塩を用いた態様では、無機水和塩の潜熱が大きい特性により潤滑油を温める効果が大きく、さらに、過冷却状態が安定している特性により停車中に誤って相転移を生じることがなく、車両発進時に物理的な刺激を与えることで確実に潜熱を利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態の車両用歯車変速機を説明する断面図である。
【図２】図１の実施形態において、熱放出部材を打突する反転レバー及びその操作手段を模式的に説明する図である。
【図３】図２中の操作手段を変形した変形態様を模式的に説明する図である。
【図４】車両の走行及び停止により変化する潜熱蓄熱材の状態及び作用を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態の車両用歯車変速機の刺激手段を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を実施するための第１実施形態を、図１〜図４を参考にして説明する。図１は、本発明の第１実施形態の車両用歯車変速機１を説明する断面図である。車両用歯車変速機１は、前進５速後進１速の手動変速機であり、入力軸３１、カウンター軸３２および出力軸３３の３軸を備えている。図示されるように、入力軸３１は、ケーシング２の図中の左側に軸線ＡＸ１で軸支されている。入力軸３１には、図中の左方からエンジンの動力がクラッチを介して入力されるようになっている。出力軸３３は、ケーシング２の図中の右側に軸線ＡＸ１を共有して軸支され、図中の右方に変速後の動力を出力するようになっている。また、カウンター軸３２は、ケーシング２の下方に、軸線ＡＸ１よりも低い位置の平行する副軸線ＡＸ２で軸支されている。ケーシング２には潤滑油が封入されており、変速機停止時の油面レベルＬＶは、カウンター軸３２の副軸線ＡＸ２よりも少し高くなっている。潤滑油は、カウンター軸３２の歯車により掻き上げられて、潤滑対象部位に到達するようになっている。
【００２３】
入力軸３１とカウンター軸３２との間には、常時噛合して動力を伝達する入力歯車対４０が配置されている。入力軸３１の図中の右端と出力軸３３の左端とが対向する位置には、両軸を直結して第４速を実現する軸直結部４４が配置されている。また、平行するカウンター軸３２と出力軸３３との間には、図中の左側から順番に、第３速歯車対４３、第２速歯車対４２、第１速歯車対４１、第５速歯車対４５が配置されている。さらに、第２速歯車対４２と第１速歯車対４１との間に後進用歯車セット４Ｒが配置されている。また、各歯車対を選択的に噛合して動力を伝達させるために、第３速−第４速用同期装置５２、第１速−第２速用同期装置５１、第５速用同期装置５３が設けられている。各同期装置５１、５２、５３は、運転者が操作するシフトレバー５９により操作されるようになっている。
【００２４】
ケーシング２の底面には、熱放出部材６が常時潤滑油中に浸漬される状態で固定配置されている。熱放出部材６は、第３速−第４速用同期装置５２の下側から第１速歯車対４１の下側まで延在し、その上面はカウンター軸３２の歯車に接触しないように凹凸を設けて形成されている。熱放出部材６は、外形形状を規定する金属製の骨組みと、骨組みの外側に被せられる変形容易な樹脂製の容器で構成されている。また、熱放出部材６の容器には、潜熱蓄熱材６１として無機水和塩の一種である酢酸ナトリウム３水和物が収納されている。酢酸ナトリウム３水和物は、融点ＴＭが５８℃で潤滑油の使用時の高温ＴＨと気温ＴＬとの間になっており、かつ過冷却状態が安定した物質である。また、酢酸ナトリウム３水和物の融解熱（潜熱）は２６４ｋＪ／ｋｇで、他の潜熱蓄熱材と比較して大きい。
【００２５】
次に、図２及び図３を参考にして、刺激部材に相当する反転レバー７及びその操作手段を説明する。図２は、熱放出部材６を打突する反転レバー７及びその操作手段を模式的に説明する図であり、図３は、図２中の操作手段を変形した変形態様を模式的に説明する図である。図２において、フォークシャフト５４およびシフトフォーク５５は、図１中のシフトレバー５９から第１速−第２速用同期装置５１へ操作力を伝達する操作伝達部材である。両操作伝達部材５４、５５は、図２で一体的に左右に動作するものであり、ニュートラル状態が示されている。図示されるように、シフトフォーク５５は、紙面表裏方向に平行して配置された一対の係合部５６、５６を有している。
【００２６】
反転レバー７は、両端が大きくなった棒状の部材である。反転レバー７の中央７１は、ケーシング２に固定された支持体７９によって揺動可能に枢支されている。反転レバー７の上側の大きくなった一端７２は、シフトフォーク５５の一対の係合部５６、５６の間に係入している。反転レバー７の下側の大きくなった他端７３の図中の左側には、熱放出部材６が配置されている。熱放出部材６の反転レバー７に対向する位置は、骨組みがない樹脂壁だけの刺激伝達部６２になっている。
【００２７】
図２において、第１速への変速操作が行われると、フォークシャフト５４およびシフトフォーク５５は、図中の矢印Ｚ１で示されるように右方向に動作する。これにより、係合部５６、５６が反転レバー７の一端７２を駆動し、反転レバー７は図中の白抜き矢印Ｚ２で示されるように時計回りに揺動する。すると、反転レバー７の他端７３が、熱放出部材６の刺激伝達部６２を打突して、物理的な刺激を与える。刺激伝達部６２は容易に変形するので、物理的な刺激は内部の潜熱蓄熱材６１に伝達される。
【００２８】
図３の変形態様では、一対の係合部５６、５６がフォークシャフト５４に設けられており、その他は図２と同様に構成されている。図３において、第１速への変速操作が行われると、フォークシャフト５４およびシフトフォーク５５は中の矢印Ｚ３で示されるように右方向に動作し、反転レバー７は図中の白抜き矢印Ｚ２で示されるように時計回りに揺動する。したがって、図２と同様に、反転レバー７の他端７３が熱放出部材６の刺激伝達部６２に物理的な刺激を与え、この刺激は内部の潜熱蓄熱材６１に伝達される。
【００２９】
次に、上述のように構成された第１実施形態の車両用歯車変速機１の作用について、図４を参考にして説明する。図４は、車両の走行及び停止により変化する潜熱蓄熱材６１の状態及び作用を説明する図である。図中の横軸は時間ｔ、縦軸は潜熱蓄熱材６１の温度Ｔであり、また図中のグラフに沿って付されたＳは固相、Ｌは液相を示し、Ｐ１〜Ｐ８はグラフ上の位置を示している。
【００３０】
潤滑油の油温が気温ＴＬ程度に低く、潜熱蓄熱材６１の温度Ｔ（以降は蓄熱材温度Ｔと記載）も低い固相の状態から車両が走行を開始すると、潤滑油の油温が徐々に上昇し、これに連れて蓄熱材温度Ｔも徐々に上昇する。そして、図４中のグラフ上のＰ１で蓄熱材温度Ｔが融点ＴＭに達すると潜熱蓄熱材６１は融解し始め、融解が終わったＰ２から液相で蓄熱材温度Ｔが上昇する。走行が継続して油温が概ね一定の高温ＴＨに達すると、蓄熱材温度ＴもＰ３で高温ＴＨに落ち着く。時刻ｔ４で車両が停止すると変速機も停止し、油温が徐々に下降し、これに連れて蓄熱材温度Ｔも徐々に下降する。このとき、潜熱蓄熱材６１に物理的な刺激は加わらないので、Ｐ５で蓄熱材温度Ｔが融点ＴＭより下降しても液相が保たれて、過冷却状態になる。やがて、油温及び液相の蓄熱材温度Ｔは、概ね気温ＴＬに落ち着く。
【００３１】
次に、時刻ｔ６で車両を発進させるために、第１速への変速操作を行うと、図２及び図３で説明したように反転レバー７が潜熱蓄熱材６１に物理的な刺激を与え、Ｐ６で固相への相転移が始まる。すると、潜熱蓄熱材６１は融解熱に相当する潜熱を放出し、潤滑油を速やかに温めることができる。このとき、潜熱の放出と蓄熱材の熱容量および周囲物体への熱放散の関係により、蓄熱材温度Ｔは融点ＴＭ付近まで上昇しこれを維持した後、Ｐ７から下降し始める。この時点で既に潤滑油は融解熱に相当する潜熱により温められており、さらには走行によっても温められるので、固相の蓄熱材温度ＴはＰ８から上昇に転じる。
【００３２】
第１実施形態の車両用歯車変速機１では、車両の停止中に熱放出部材６の内部の潜熱蓄熱材６１が過冷却状態となる。そして、車両の発進時の第１速への変速操作に連動して反転レバー７が熱放出部材６に物理的な刺激を与え、潜熱蓄熱材６１が固相に相転移して潜熱を放出し、潤滑油を速やかに温める。したがって、発進の直前という最も効果的なタイミングに、潤滑油の粘性が低下して撹拌抵抗や引き摺りトルクが減少し、高い動力伝達効率を確保できるとともに以降の変速操作時のシフトフィーリングが良好になる。
【００３３】
また、潜熱蓄熱材６１に無機水和塩の一種である酢酸ナトリウム３水和物を用いており、潜熱が大きい特性により潤滑油を温める効果が大きい。さらに、過冷却状態が安定している特性により停車中に誤って相転移を生じることがなく、車両発進時に物理的な刺激を与えることで確実に潜熱を利用できる。
【００３４】
さらに、反転レバー７の操作手段として、第１速−第２速用同期装置５１を操作するフォークシャフト５４およびシフトフォーク５５を兼用するので、従来と比較して部品点数の増加を抑制した簡易な構成とすることができる。
【００３５】
次に、刺激手段が異なる第２実施形態の車両用歯車変速機について、図５を参考にして第１実施形態と異なる点を主に説明する。図５は、本発明の第２実施形態の車両用歯車変速機の刺激手段を模式的に説明する図である。第２実施形態において、変速機本体の構成は図１と同様であり、刺激手段としてクラッチ操作機構８を用いている点が異なる。図５に示されるように、クラッチ操作機構８は、油圧を利用して連結クラッチ８１を継断操作する機構であり、クラッチペダル８２、油圧駆動シリンダ８３、油圧管８４、油圧従動シリンダ８５、クロスシャフト８６などで構成されている。
さらに、刺激手段として、油圧管８４を分岐し第２油圧従動シリンダ８７に油圧を伝達するようになっている。第２油圧従動シリンダ８７は、ピストン８８および付勢ばね８９を有している。ピストン８８は、図中右方に動作して熱放出部材６の刺激伝達部６２を打突するように配置されている。付勢ばね８９は、打突後のピストン８８を、油圧がなくなった時点で図中左方に押し戻す機能を有している。
図５の第２実施形態において、エンジンの始動の際にクラッチペダル８２が踏み込まれると（図中矢印Ｙ１）、油圧駆動シリンダ８３のピストンが動作し（Ｙ２）、油圧管８４に油流（Ｙ３）が発生する。これにより、油圧従動シリンダ８５のピストンが動作し（Ｙ４）、クロスシャフト８６が揺動して（Ｙ５）、連結クラッチ８１が切れる。連結クラッチ８１を切る動作に連動して、分岐した油流（Ｙ６）により、第２油圧従動シリンダ８７のピストン８８が動作し（Ｙ７）、熱放出部材６の刺激伝達部６２を打突する（Ｙ８）。
【００３６】
したがって、第１実施形態と同様に図４で説明した作用が生じ、発進の直前という最も効果的なタイミングに、潜熱蓄熱材６１の相転移を発生させて潤滑油を速やかに温めることができる。
【００３７】
なお、潜熱蓄熱材６１は、酢酸ナトリウム３水和物や無機水和塩の範囲に限定されるものではない。ただし、融解熱に相当する潜熱を利用するので融点ＴＭが潤滑油の使用時の高温ＴＨと気温ＴＬとの間にあること、及び、車両発進時に確実に潜熱を利用するために過冷却状態が安定していることが、潜熱蓄熱材６１を選定する際の必要条件となる。加えて、潜熱が大きいこと、及び材料単価が低廉であることが好ましいのは当然である。
【００３８】
また、熱放出部材６の構造や、刺激手段に相当する反転レバー７やクラッチ操作機構８なども実施形態に限定されるものではない。その他、本発明は様々な応用が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１：車両用歯車変速機
２：ケーシング
３１：入力軸    ３２：カウンター軸    ３３：出力軸
４０：入力歯車対    ４４：軸直結部
４１、４２、４３、４５：第１速、第２速、第３速、第５速歯車対
４Ｒ：後進用歯車セット
５１：第１速−第２速用同期装置    ５２：第３速−第４速用同期装置
５３：第５速用同期装置
５４：フォークシャフト    ５５：シフトフォーク    ５９：シフトレバー
６：熱放出部材    ６１：潜熱蓄熱材    ６２：刺激伝達部
７：反転レバー（刺激手段）    ７１：中央    ７２：一端    ７３：他端
８：クラッチ操作機構（刺激手段）
８１：連結クラッチ    ８２：クラッチペダル    ８３：油圧駆動シリンダ
８４：油圧管    ８５油圧従動シリンダ    ８６：クロスシャフト
８７：第２油圧従動シリンダ    ８８ピストン    ８９：付勢ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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