(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸(13)に相対回転可能に設けられ前記出力軸(13)に対して傾斜する外歯を有する段ギヤ(14)と、前記段ギヤ(14)に隣接して同軸に設けられたドッグギヤ(31)と、前記出力軸(13)と一体に設けられたクラッチハブ(18)と、前記クラッチハブ(18)に軸方向に摺動可能に設けられ内歯(19a)が前記ドッグギヤ(31)の外歯(31a)に歯合可能に構成されたスリーブギヤ(19)と、前記スリーブギヤ(19)を径方向の両側から挟んで支持する一対の係合片(22a,22a)が形成されたシフタフォーク(22)とを備えた車両用変速機において、
前記一対の係合片(22a,22a)のいずれか一方を前記出力軸(13)の軸方向にずらして前記スリーブギヤ(19)を前記出力軸(13)に対して傾斜するように支持して前記ドッグギヤ(31)とギヤ入れ力が発生する領域で前記スリーブギヤ(19)を接触させることを特徴とする車両用変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シフタフォークに支持されて、そのシフタフォークとともに軸方向に移動するスリーブギヤが設けられた車両用変速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に用いられる変速機として常時噛み合い式の車両用変速機が知られている。この常時噛み合い式の変速機は、ドライブシャフトが連結される出力軸と、その出力軸に空転状態で装着されたサード歯車、セカンド歯車、ロー歯車等の段ギヤと、その段ギヤに隣接して同軸に設けられ外歯を有するドッグギヤと、出力軸と同回転するクラッチハブと、内周に例えばスプライン歯形の内歯をもってクラッチハブの外周に歯合して嵌挿されたスリーブギヤとを主要部材として構成される。
【０００３】
この車両用変速機では、スリーブギヤの外周はシフタフォークにより支持され、このシフタフォークとともにスリーブギヤを軸方向に移動させると、スリーブギヤの内歯がドッグギヤの外歯に歯合して、ギヤ入れが完了するように構成されている。
【０００４】
また、このような変速機では、ギヤ入れが行われた後のギヤ抜けが時として生じることが知られている。このギヤ抜け現象とは、走行中にドッグギヤとスリーブギヤの噛み合いが外れてしまう現象であり、このギヤ抜けが生じると、動力伝達が途切れてしまうことになる。
【０００５】
このようなギヤ抜けの発生メカニズムは複雑であるけれども、近年では、計測技術やシミュレーション技術が進化し、それらを活用した研究によって、ギヤ抜けの発生原因は少しずつ明らかになってきている（例えば、非特許文献１参照。）。そして、この研究における実機試験の結果では、稼働時におけるスリーブギヤ及びドッグギヤの挙動が、明らかにされつつあるとしている。
【０００６】
即ち、この研究において、段ギヤは、その外周に形成される歯が出力軸に対して傾斜するはすば歯車が採用されているので、トルクが入力されると、段ギヤとドッグギヤは段ギヤのねじれ角によるスラスト荷重の影響で、段ギヤと出力軸と間のラジアル隙間の分だけ傾いて回転しているとしている。
【０００７】
そして、段ギヤが出力軸に対して傾いて回転すると、図７に示すように、ドッグギヤ７に歯合するスリーブギヤ６が上面視において傾き、図８に示すように、幾何学的な関係からドッグギヤ７とスリーブギヤ６双方の回転中心がずれて、ドッグギヤ７とスリーブギヤ６との間の接触荷重分布は周方向において均一では無くなるとしている。ここで、図における符号８は、スリーブギヤ６を外周から支持するシフタフォーク８を示す。
【０００８】
また、段ギヤ４が出力軸３に対して傾いて回転すると、幾何学的な関係からドッグギヤ７とスリーブギヤ６の周方向における噛み合い領域が、接触加重がギヤ入れ方向に作用する引き戻し領域と、接触加重がギヤ抜き方向に作用する押し出し領域に分けられるとしている。そして、ギヤ抜けが頻発する車両用変速機では、図８に示すように、押し出し領域にて大きな接触荷重が発生するようにドッグギヤ７がスリーブギヤ６に対してずれ、引き戻し領域には接触していない部分もみられるとしている。
【０００９】
ここで、従来から、このようなギヤ抜けを防止する機構として、ドッグギヤ７の外歯とスリーブギヤ６の内歯の接触する面を傾斜させるスプライン噛み合い部のテーパ機構（例えば、特許文献１参照。）や、シフタフォーク８が支持されるシフタロッドの移動を禁止するロックボール機構（例えば、特許文献２参照。）等が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】自動車技術会学術講演会前刷集，２０１４５２１２  Ｎｏ．６５−１４
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平０４−３６２３１４号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、従来のスプライン噛み合い部のテーパ機構やロックボール機構であっても、時としてギヤ抜けが生じる場合があり、抜本的な対策には至っていない。このため、計測技術やシミュレーション技術を活用した上記非特許文献１における研究によって、明らかにされたギヤ抜けの発生原因から、従来のスプライン噛み合い部のテーパ機構やロックボール機構等と別の異なる考え方のギヤ抜けを抑制する手段が求められるようになった。
【００１３】
本発明の目的は、従来と別の考え方でギヤ抜けを効果的に抑制し得る車両用変速機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、出力軸に相対回転可能に設けられ出力軸に対して傾斜する外歯を有する段ギヤと、段ギヤに隣接して同軸に設けられたドッグギヤと、出力軸と一体に設けられたクラッチハブと、クラッチハブに軸方向に摺動可能に設けられ内歯がドッグギヤの外歯に歯合可能に構成されたスリーブギヤと、スリーブギヤを径方向の両側から挟んで支持する一対の係合片が形成されたシフタフォークとを備えた車両用変速機の改良である。
【００１５】
その特徴ある構成は、一対の係合片のいずれか一方を出力軸の軸方向にずらしてスリーブギヤを出力軸に対して傾斜するように支持してドッグギヤとギヤ入れ力が発生する領域でスリーブギヤを接触させるところにある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の車両用変速機では、ドッグギヤとギヤ入れ力が発生する領域でスリーブギヤを接触させるようにスリーブギヤを傾けたので、ドッグギヤとギヤ入れ力が発生する領域において、接触加重が主に集中することになる。このように、接触加重を集中させて、荷重伝達を行うことにより、スリーブギヤに段ギヤ方向へ向かう荷重を発生させ、スリーブが段ギヤから遠ざかる方向に移動することを防止する。これにより、スリーブが段ギヤから遠ざかって、ドッグギヤとスリーブギヤの噛み合いが外れてしまう現象である、いわゆるギヤ抜けを防止する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明実施形態の変速機におけるスリーブギヤとシフトフォークとドッグギヤとの関係を示す上面図である。
【図２】その段ギヤとドライブギヤとスリーブギヤとシフトフォークとドッグギヤとの関係を示す正面図である。
【図３】そのドッグギヤとスリーブギヤの噛み合い状況を示す図２をＣ方向から見た図である。
【図４】そのスリーブギヤがシフタフォークに支持される状態を示す図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】そのスリーブギヤがドッグギヤに歯合してギヤ入れが成される状態を示す図６のＡ部拡大図である。
【図６】本発明実施形態の変速機の縦断面図である。
【図７】従来の変速機におけるスリーブギヤとシフトフォークとドッグギヤとの関係を示す図１に対応する上面図である。
【図８】その従来の変速機におけるドッグギヤとスリーブギヤの噛み合い状況を示す図３に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図６に、本発明における車両用式変速機１０を示す。この変速機は常時噛み合い式の機械式変速機１０であって、この実施の形態における機械式変速機１０は、ギヤケース１１と、そのギヤケース１１内に設けられた入力軸１２と、その入力軸１２に連結してその入力軸１２に同軸に設けられた出力軸１３と、出力軸１３に支持されてその出力軸１３の周囲で空転するサード歯車、セカンド歯車、ロー歯車等の複数の段ギヤ１４とを備える。
【００２０】
ギヤケース１１には出力軸１３の下方にその出力軸１３に平行にカウンタシャフト１６が設けられ、このカウンタシャフト１６には複数のドライブギヤ１７が一体的に形成される。カウンタシャフト１６の先頭に設けられたカウンタドライブギヤ１７ｈは入力軸１２に形成されたスピードギヤ１２ａと歯合しており、これによりカウンタシャフト１６は入力軸１２とともに回転するように構成される。また、出力軸１３に回転可能に支持された複数の段ギヤ１４は、カウンタシャフト１６に形成されたドライブギヤ１７のいずれかと常時噛み合っており、複数の段ギヤ１４のそれぞれの間の出力軸１３には、円盤状のクラッチハブ１８がそれぞれ一体的に設けられる。そして、その複数のクラッチハブ１８の外周には、軸方向に伸びるスプラインが形成され、そのスプライン上にスリーブギヤ１９が摺動可能に設けられる。
【００２１】
また、この機械式変速機１０では、出力軸１３の上方にその出力軸１３に平行な複数のシフタロッド２１（図では１本のみ示す。）が長手方向に移動可能に設けられ、この複数のシフタロッド２１には、シフタフォーク２２の上端がそれぞれ取付けられる。シフタフォーク２２の下部はスリーブギヤ１９に連結され、そのシフタロッド２１を選択的に軸方向に移動させることにより、その移動するシフタロッド２１とともに移動するシフタフォーク２２は、その下端に連結されたスリーブギヤ１９を軸方向に摺動させるように構成される。このため、シフタロッド２１が軸線方向に移動すると、そのシフタロッド２１とともにシフタフォーク２２がスリーブギヤ１９とともに前進又は後退することになる。これにより、ギヤ抜き操作及び所望のギヤ入れ操作がなされることになる。
【００２２】
シフタフォーク２２とともに移動するスリーブギヤ１９周囲の構造は略同一構造であるので、そのうちの１つを代表して説明する。
【００２３】
すると、図４に詳しく示すように、スリーブギヤ１９はクラッチハブ１８に設けられるものであり、このクラッチハブ１８はリング状をなして出力軸１３に嵌着固定され、その出力軸１３に対して回転も軸方向への移動も不能に取付けられる。そして、このクラッチハブ１８の外周には外歯１８ａを形成する軸方向に延びるスプラインが形成される。
【００２４】
一方、スリーブギヤ１９はリング状をなし、クラッチハブ１８の外周における外歯１８ａに歯合するスプライン１９ａが内周に形成される。このスプラインはスリーブギヤ１９の内歯１９ａを形成するものとなる。そして、スリーブギヤ１９の外周には、シフタフォーク２２が係合される溝１９ｂが周方向に形成される。
【００２５】
図５に示すように、段ギヤ１４はクラッチハブ１８に隣接して出力軸１３に回動自在に外嵌され、段ギヤ１４には、クラッチハブ１８に対向する側にドッグギヤ３１が隣接して同軸に設けられる。段ギヤ１４の外周には、カウンタシャフト１６のドライブギヤ１７（図６）と噛み合う歯１４ａが出力軸１３に対して傾斜して形成される。
【００２６】
一方、ドッグギヤ３１は、その外周に形成された外歯３１ａを備え、クラッチハブ１８側に向かって小径となるテーパコーン３１ｃが形成される。このテーパコーン３１ｃには、この円錐面に合致する傾斜面を内周に備えたシンクロナイザリング３２が外嵌される。そして、クラッチハブ１８における外歯１８ａとドッグギヤ３１における外歯３１ａは、その外周及び周方向ピッチを同一として、スリーブギヤ１９のスプラインから成る内歯１９ａと単独で、または一連に噛み合うことができるように構成される。そして、図５（ｂ）に示すように、スリーブギヤ１９が軸方向に移動し、スリーブギヤ１９の内歯１９ａがドッグギヤ３１における外歯３１ａと歯合することによりギヤ入れが完了するように構成される。
【００２７】
スリーブギヤ１９はシフタフォーク２２（図４）に挟まれて保持される。スリーブギヤ１９の外周に形成された凹溝２６ｂに進入可能な係合片２２ａがシフタフォーク２２に形成され、シフタフォーク２２を出力軸１３の軸方向へ動かすと、これに伴いスリーブギヤ１９も軸方向に移動するように構成される。
【００２８】
そして、本発明の特徴ある構成は、図１に示すように、シフタフォーク２２がスリーブギヤ１９を出力軸１３に対して傾斜するように支持して、ドッグギヤ３１とギヤ入れ力が発生する領域でスリーブギヤ１９を接触させるようにスリーブギヤ１９を傾けるところにある。
【００２９】
ここで、ドッグギヤ３１とギヤ入れ力が発生する領域とは、段ギヤ１４が出力軸１３に対して傾いて回転することにより、ドッグギヤ３１とスリーブギヤ１９の周方向における噛み合いに領域の一部に発生する領域であって、ドッグギヤ３１とスリーブギヤ１９の接触加重がギヤ入れ方向に作用する領域である。
【００３０】
最近の研究によって、このギヤ入れ力が発生する領域は、図１に示すような上面視において、ドッグギヤ３１の左右（図では上側か下側）のいずれかに偏って形成されるものとされ、図の下側にギヤ入れ力が発生する領域が形成される場合には、その領域が形成された側のスリーブギヤ１９を支持する係合片２２ａをドッグギヤ３１側に近づけるようなシフタフォーク２２を作製し、そのようなシフタフォーク２２によりスリーブギヤ１９を傾けて支持するものとする。
【００３１】
図１に示すシフタフォーク２２は、図の下側の係合片２２ａをドッグギヤ３１側に近づけるようなものであり、スリーブギヤ１９の図の上側がドッグギヤ３１に近づくように傾斜しても、一点鎖線で示すように、そのスリーブギヤ１９はドッグギヤ３１と略平行になるに留まる程度に支持するものを例示するものである。
【００３２】
次に、このように構成された車両用変速機の動作について説明する。
【００３３】
図５（ａ）のギヤ抜き状態からギヤ入れを行うには、シフタフォーク２２を出力軸１３と平行に移動させることになる。移動するシフタフォーク２２は図５に示すスリーブギヤ１９を軸方向に動かすことになる。この時にスリーブギヤ１９に加わる力は、シンクロナイザリング３２をドッグギヤ３１のテーパコーン３１ｃへ強く押付け、その摩擦力で強いシンクロ作用（同期作用）を行なう。このシンクロ作用により、スリーブギヤ１９とドッグギヤ３１の回転速度が等しくなると、これにより同期が完了することになる。
【００３４】
すると、図５（ｂ）に示すように、スリーブギヤ１９はドッグギヤ３１側へ更に移動し、移動するスリーブギヤ１９の内側の内歯１９ａはシンクロナイザリング３２の外周ギヤ歯３２ａを押し退けて進み、ドッグギヤ３１の外歯３１ａと噛み合うことになる。これにより、変速機のギヤ入れが完了することになる。
【００３５】
このようにドッグギヤ３１とスリーブギヤ１９が噛み合ってギヤ入れが完了すると、入力軸１２の回転はカウンタシャフト１６を回転させて、カウンタシャフト１６に設けられたドライブギヤ１７も回転し、そのドライブギヤ１７と歯合する段ギヤ１４が出力軸１３とともに回転する。これにより、入力軸１２に入力された動力を出力軸１３に伝達することが可能になる。
【００３６】
ここで、近年における計測技術やシミュレーション技術を活用した研究結果から、段ギヤ１４は、その外周に形成される歯１４ａが出力軸１３に対して傾斜するはすば歯車が採用されているので、図２に示すように、ドライブギヤ１７と歯合してトルクが入力されると、段ギヤ１４とドッグギヤ３１は段ギヤ１４のねじれ角によるスラスト荷重の影響で、段ギヤ１４と出力軸１３と間のラジアル隙間の分だけ傾いて回転することになる。
【００３７】
段ギヤ１４が傾いて回転すると、図３に示すように、幾何学的な関係からドッグギヤ３１とスリーブギヤ１９との間の接触力が、二つの領域において異なる方向に生じることになる。即ち、図２のドッグギヤ３１上の任意の点Ｄは、段ギヤ１４の傾きによる回転に伴い、軸方向のプラス方向とマイナス方向に変位を繰り返すことになる。
【００３８】
ここで、点Ｄが図２のプラス側へ変位していく領域を引き戻し領域、図２のマイナス側へ変位していく領域を押し出し領域とすると、引き戻し領域においてはドッグギヤ３１がプラス側の方向に変位していくことで、スリーブギヤ１９にもプラス方向の荷重が発生する。
【００３９】
一方で、押し出し領域おいてはドッグギヤ３１がマイナス側方向に変位していくので、スリーブギヤ１９にもマイナス方向の荷重が発生する。そして、スリーブギヤ１９に段ギヤ１４方向であるプラス方向の荷重を発生させる引き戻し領域がギヤ入り方向に接触力が発生する領域となり、スリーブギヤ１９に段ギヤ１４から遠ざかる方向であるマイナス方向の荷重を発生させる押し出し領域がギヤ抜け方向に接触力が発生する領域となる。
【００４０】
そして、本発明では、図１に示すように、シフタフォーク２２がスリーブギヤ１９を出力軸１３に対して傾斜するように支持させた。そして、ドッグギヤ３１とギヤ入れ力が発生する領域でスリーブギヤ１９を接触させるようにスリーブギヤ１９を傾けた。
【００４１】
即ち、図２に示す正面視において段ギヤ１４が出力軸１３に対して傾いて回転する場合において、ドッグギヤ３１に歯合するスリーブギヤ１９を図１に示す上面視において傾けると、図３に示すように、幾何学的な関係からドッグギヤ３１とスリーブギヤ１９双方の回転中心がずれて、ドッグギヤ３１とスリーブギヤ１９との間の接触荷重分布は周方向において均一では無くなる。
【００４２】
そして、本発明では、スリーブギヤ１９を傾けることにより、ドッグギヤ３１とギヤ入れ力が発生する領域において、接触加重が主に集中するようにドッグギヤ３１にスリーブギヤ１９を歯合させること意味する。
【００４３】
このように、本発明では、スリーブギヤ１９を傾けて、ドッグギヤ３１とギヤ入れ力が発生する領域において接触加重を集中させて荷重伝達を行うことにより、スリーブギヤ１９に常に段ギヤ１４方向であるプラス方向の荷重を発生させ、これによりスリーブ１９が段ギヤ１４から遠ざかる方向に移動することを防止する。この結果、スリーブ１９が段ギヤ１４から遠ざかって、そのドッグギヤ３１とスリーブギヤ１９の噛み合いが外れてしまう現象である、いわゆるギヤ抜けを防止することが可能になるのである。
【符号の説明】
【００４４】
１０  変速機
１３  出力軸
１４  段ギヤ
１８  クラッチハブ
１９  スリーブギヤ
１９ａ  内歯
２２  シフタフォーク
３１  ドッグギヤ
３１ａ  外歯
【図１】
0006485947.tif 000002
【図２】
0006485947.tif 000003
【図３】
0006485947.tif 000004
【図４】
0006485947.tif 000005
【図５】
0006485947.tif 000006
【図６】
0006485947.tif 000007
【図７】
0006485947.tif 000008
【図８】
0006485947.tif 000009