(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シフトフォーク（１５）の移動により、動力源と出力軸（１２）との間に設けられたギヤ列（８）を切り替えて動力源の回転数と出力軸（１２）の回転数との比を変化させる変速装置において、
前記シフトフォーク（１５）を移動させるシフトドラム（１９）と、
前記動力源および前記ギヤ列（８）間に設けられたクラッチ（６）と、
外部からの変速操作で駆動されて回動されるシフトスピンドル（２１）と、
前記シフトスピンドル（２１）と一体的に回動可能に設けられたクラッチアーム（２４）およびサブアーム（３６）と、
前記シフトスピンドル（２１）上で、円周方向に回動可能に支持され、前記シフトドラム（１９）に設けられたインデックスピン（３５）に係合されるマスタアーム（３７）と、
前記マスタアーム（３７）および前記サブアーム（３６）間に介在されてロストモーションを付与するリターンスプリング（３８）と、
前記マスタアーム（３７）および前記サブアーム（３６）間に介在されてマスタアーム（３７）にプリロードを付与するプリロードスプリング（３９）とを備え、
前記クラッチの切り離しが完了する前記シフトスピンドルの第２作動角（φ３）より小さい第３作動角（φ２）で、前記プリロードスプリング（３９）による前記マスタアーム（３７）に対するプリロードが開始され、前記第２の作動角（φ３）より大きい第１の作動角（φ４）で、前記ロストモーションが終了して前記サブアーム（３６）に前記マスタアーム（３７）が追従して回動し、前記インデックスピン（３５）を介して前記シフトドラム（１９）が予定角度回動されるように前記リターンスプリング（３８）およびプリロードスプリング（３９）が構成されていることを特徴とする変速装置。
【請求項２】
前記シフトドラム（１９）の回動角度を検出するドラム位置検出手段（２８）を具備したことを特徴とする請求項１記載の変速装置。
【請求項３】
前記シフトスピンドル（２１）を駆動するモータ（２３）を具備したことを特徴とする請求項１または２に記載の変速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変速装置に関し、特に、クラッチの切り離し動作に応答して素早く変速ギヤを切り替えることができる変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シフトドラムの周りに形成されたカム溝にシフトフォークを係合させておき、シフトドラムを回動させることによりシフトフォークを移動させてギヤの噛合わせを切り換える変速装置が知られている。前記シフトフォークの移動に際しては、車両の動力源と変速装置との間の動力伝達経路を切断する必要があり、そのためにクラッチ機構が採用される。近年、クラッチ機構による動力伝達機構の切断とシフトドラムの駆動とを単一のモータにより行う電動式変速装置が知られている（例えば、特開平１１−８２７１０号公報参照）。
【０００３】
この電動式変速装置は、シフトドラムを間欠的に回動させるアーム（マスタアーム）を駆動するチェンジスピンドルを有する。チェンジスピンドルにはクラッチを断続させるクラッチレバーも結合されている。動作時は、チェンジスピンドルを予定角度回転させるとクラッチアームを介してクラッチが切り離され、その位置からさらにチェンジスピンドルを回転させると、シフトドラムが回転してシフトフォークが偏倚し、ギヤの噛合わせが切り換えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、チェンジスピンドルが予定角度回転してクラッチが切り離されるまでシフトドラムが回転しないため、シフト動作の開始から実際にギヤが切り替わるまでの時間が長くなっていた。また、シフトフォークで移動されるギヤ同士の連結部材にダボを形成するとともに、このダボが係合するダボ孔をギヤに形成し、前記連結部材のダボがどのギヤのダボ孔と結合されるかによって変速比を決定している。
【０００５】
このダボとダボ孔とは、クラッチが切れて慣性による回転が続いているときにスムーズに結合される構造を有する。しかし、クラッチが切れてからシフトドラムを回転させる従来の装置では、クラッチが切れてから前記ダボとダボ孔とを結合する動作に至るまでの時間が長い。そのために慣性が小さく、ダボとダボ孔とが結合されにくく、スムーズにギヤが切り替わらないことがある。
【０００６】
変速動作に先立って、前記シフトフォークを該シフトフォークの偏倚方向にばねで付勢しておくようにしたシフト機構が提案されている（実開昭６２−４０３４９号公報、特開平５−２０３０４８号公報参照）。しかし、これらのシフト機構では、シフトドラムを用いるのではなくシフトフォークを直接駆動するので、シフトフォーク駆動専用にモータを設けなければならない。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題点を解消し、クラッチが切り離されたならば、直ちにシフトフォークが移動して、迅速にギヤの切り替えが行われるようにすることができる変速装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、シフトフォークの移動により、動力源と出力軸との間に設けられたギヤ列を切り替えて動力源の回転数と出力軸の回転数との比を変化させる変速装置において、前記シフトフォークを移動させるシフトドラムと、前記動力源および前記ギヤ列間に設けられたクラッチと、前記シフトドラムおよび前記クラッチを付勢するシフトスピンドルと、前記シフトスピンドルおよび前記シフトドラム間に設けられ、該シフトスピンドルの第１作動角から作動開始して前記シフトドラムを予定角度回動させる間欠駆動手段と、前記シフトスピンドルおよび前記シフトドラム間に設けられ、前記クラッチの切り離しが完了する前記シフトスピンドルの第２作動角より小さい第３作動角で、前記シフトドラムを回動方向に付勢開始する付勢手段とを具備した点に第１の特徴がある。
【０００９】
第１の特徴によれば、シフトスピンドルが回動すると第２作動角でクラッチが切れる。そして、クラッチが切られるのに先立って付勢手段により第３作動角からシフトドラムにプリロードがかかり始める。したがって、クラッチが切れたならば直ちにシフトドラムが予定角度回動してギヤ列の切替えが行われる。
【００１０】
また、本発明は、前記第１作動角より大きい作動角では前記付勢手段による付勢力が解除されるように構成された点に第２の特徴がある。第２の特徴によれば、第１作動角に達した後、つまり間欠駆動手段によるシフトドラムの回動が開始された後は、シフトスピンドルの回動に対してシフトドラムが追従する。
【００１１】
また、本発明は、前記シフトドラムの回動角度を検出するドラム位置検出手段を具備した点に第３の特徴がある。第３の特徴によれば、第１作動角に至る前に前記付勢手段によってシフトドラムが回転することがあった場合にも、シフトドラムの位置を認識することができるので、この角度検出結果に基づく各種の制御を、シフトドラムの位置に対応して確実に行うことができる。
【００１２】
さらに、本発明は、前記シフトスピンドルを駆動するモータを具備した点に第４の特徴がある。第４の特徴によれば、モータによってクラッチの切り離しと、ギヤの切替えが行われる装置において、クラッチの切替えが短時間で確実に行われる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る電動式変速装置を含むエンジンの要部構成図である。同図において、ピストン１に連結されるクランク軸２は遠心クラッチ３ならびにギヤ４，５を介して位置・容量変換クラッチ６に結合される。クラッチ６の出力は変速装置の第１軸７に結合され、第１軸７は複数のギヤからなるギヤ列８を介して第２軸９に結合される。さらに、第２軸９はギヤ１０，１１を介して出力軸１２に結合される。第１軸７および第２軸９には、フォーク１３，１４，１５でこれら軸上を移動させられる連結部材（スライダ）１６，１７，１８が配置される。各スライダ１６〜１８は軸方向両端にそれぞれダボを有しているとともに、各スライダ１６〜１８の両側に位置するギヤの側面には、前記ダボと結合するダボ孔がそれぞれ設けられる。
【００１４】
フォーク１３〜１５の端部つまり前記スライダと係合する側とは反対側の端部はシフトドラム１９の円周に沿って形成されたカム溝１９ａ，１９ｂ，１９ｃに係合する。シフトドラム１９の軸１９ｄはインデックス機構部２０を介して変速操作入力部材としてのシフトスピンドル２１に結合される。
【００１５】
シフトスピンドル２１はギヤ列２２を介してモータ２３に結合される。またシフトスピンドル２１にはクラッチアーム２４が取付けられ、このクラッチアーム２４は前記位置・容量変換クラッチ６の操作軸２５に係合する。なお、クランク軸２に対向してエンジン回転数センサ２６が設けられ、第２軸９のギヤの１つに対向して車速センサ２７が設けられる。また、シフトドラム１９の軸１９ｄにはドラム位置センサ２８が設けられ、クラッチアーム２４と係合する操作軸２５にはスピンドル角度センサ２９が設けられ、吸気管にはスロットルセンサ３０が設けられる。各センサの出力は図示しないＥＣＵに接続される。ドラム位置センサ２８によって変速装置のギヤの切替え位置を検出し、例えば、表示装置にギヤポジションを表示させることができる。
【００１６】
上記構成において、変速動作時には、モータ２３を付勢してシフトスピンドル２１を回動させる。そうすると、クラッチレバー２４が回動させられてクラッチ６が切られるとともに、インデックス機構部２０が付勢されてシフトドラム１９が間欠送りされる。その結果、フォーク１３〜１５が移動してギヤ列８のギヤが切り換えられ、このギヤの切り替えに応じた変速比が得られる。
【００１７】
図１は、前記インデックス機構部つまりシフトドラム１９の間欠送り機構部２０の断面図、図３は図１のＡ−Ａ矢視図であり、プリロードアームの要部を示す図である。また、図４はプリロードアームの一部を構成するサブアームの斜視図である。図１〜図４において、シフトドラム１９は軸受３１およびこの軸受３１と対になる、図示しない軸受で回転自在に支持される。フォーク１５は、フォークガイド３２上に摺動自在に取付けられる。シフトドラム１９の端部にはボルト３３によってシフトプレート３４が取付けられる。シフトプレート３４にはボルト３３を中心として等角度間隔でインデックスピン３５が嵌合される。
【００１８】
シフトスピンドル２１上には、図１において左から順に、クラッチアーム２４、サブアーム３６、およびマスタアーム３７が配設される。クラッチアーム２４およびサブアーム３６はシフトスピンドル２１に対してスプライン結合されていて、互いに一体的に回動可能である。一方、マスタアーム３７は、サブアーム３６に対し、リターンスプリング３８およびプリロードスプリング３９を介して従動することができるよう、シフトスピンドル２１上で円周方向に回動自在に支持される。なお、サブアーム３６およびマスタアーム３７はいずれもシフトスピンドル２１を中心に角度θで２方向に延びるアーム部分を形成して全体にＶ字状をなすが、図１においては、理解の容易のため角度θを１８０°に展開して示す。
【００１９】
マスタアーム３７の一方のアーム部分（短アーム部分）３７Ａには窓３７ａが設けられ、この窓３７ａにはケーシング４０から突出して設けられるリターンピン４１が遊嵌されるとともに、サブアーム３６の一方のアーム部分（短アーム部分）３６Ａの屈曲端部３６ａが遊嵌される。マスタアーム３７の窓３７ａの上部縁は切り起こされてフック３７ｂを形成しており、これらリターンピン４１、フック３７ｂおよび屈曲端部３６ａの側面部は、コイル部分がマスタアーム３７のボス部分に遊嵌するリターンスプリング３８の両端部分で弾力的に挟まれる。
【００２０】
一方、マスタアーム３７の他方のアーム部分（長アーム部分）３７Ｂの中央部分には切り起こしによってフック３７ｃが形成され、このフック３７ｃとサブアームの他方のアーム部分（長いアーム部分）３６Ｂの屈曲端部３６ｂの側面部は、コイル部分がサブアーム３６のボス部分に遊嵌するプリロードスプリング３９の両端部分で弾力的に挟まれる。
【００２１】
マスタアーム３７の一方の面つまりシフトドラム１９側には、インデックスピン３５に係合するプレート（「送りプレート」と呼ぶ）４２が取付けられる。この送りプレート４２は長孔４２ａ，４２ｂを有する。マスタアーム３７の長アーム部分３７Ｂの長手方向中央および先端にはそれぞれ段付きのガイドピン４３，４４が固着されていて、このガイドピン４３，４４が前記送りプレート４２の長孔４２ａ，４２ｂにそれぞれ遊嵌している。したがって、送りプレート４２はガイドピン４３，４４により長アーム部分３７Ｂの長手方向に変位自在である。送りプレート４２にはインデックスプレート３４側に切り起こしたフック４２ｃが形成される。このフック４２ｃの先端は、シフトスピンドル２１を中心にマスタアーム３７が揺動したときにインデックスピン３５に係合してシフトドラム１９を予定角度回動させる。
【００２２】
なお、インデックスプレート３４の周囲には予定角度間隔で複数の凹部つまりカム溝が設けられ、このカム溝には図示しないドラムストッパが弾力的に押圧されて係合する。シフトドラム１９はドラムストッパの押圧力で位置が保持されているため、送りプレート４２によって、この押圧力以上の力でインデックスピン３５が付勢されることにより、シフトドラム１９は回動する。
【００２３】
前記ガイドピン４３には、シフトスピンドル２１の中心方向に送りプレート４２を付勢するリターンスプリング４５が設けられる。送りプレート４２のフック４２ｃは図３に示すように、互いに隣接する２本のインデックスピン３４を挟むよう設定された間口を有する鰐口状に形成されており、フック４２ｃの先端は、マスタアーム３７が一方向に揺動して戻る時に、インデックスピン３５を回避するための逃げ角度αが設けられる。
【００２４】
図５はシフトスピンドル２１の角度とシフト送り角度およびクラッチリフトとの関係を示す図である。図５を併せて参照しつつ上記構成の変速装置の動作を説明する。モータ２３が付勢されてシフトスピンドル２１が回動すると（初期角度φ０）、それに伴ってサブアーム３６が回動し、クラッチアーム２４も回動する。シフトスピンドル２１が角度φ１まで回動すると、クラッチ６がリフトを開始（切断開始）し、角度φ３でリフト最大値に達する。つまりクラッチ６が切断を完了する。
【００２５】
一方、サブアーム３６が回動しても、マスタアームの窓３７ａの幅よりサブアーム３６の屈曲端部３６ａの幅が狭いので、マスタアーム３７は直ちには回動されない。すなわち、屈曲端部３６ａと窓３７ａとの間には間隙がある。したがって、サブアーム３６が回動しても、リターンスプリング３８に抗して前記間隙が短縮し、屈曲端部３６ａの側部と窓３７ａの内面とが当接するまでマスタアーム３７はサブアーム３６の屈曲端部３６ａと１対１で回動しない。したがって、シフトスピンドル２１の回動当初、シフトスピンドル２１の回動にかかわらずシフト送り角度は進まない。この間は、プリロードスプリング３９によってマスタアーム３７にプリロードがかかっている状態である。プリロードスプリング３９によるプリロードはこの角度φ３（第２作動角）より小さい角度φ２（第３作動角）からマスタアーム３７に負荷され始めるように設定される。
【００２６】
前記プリロードにより、インデックスピン３５はフック４２ｃで押圧されるが、クラッチ６が切り離されるまでは、スライダ１６，１７，１８のダボが隣接ギヤのダボ孔とが大きい結合力で互いに結合しているのでシフトドラム１９は回転しない。したがって、クラッチ６が切り離されるまで、プリロードスプリング３９によるプリロードが、インデックスピン３５を通じてシフトドラム１９にかかっている。
【００２７】
サブアーム３６とマスタアーム３７とが１対１で回動を開始するまでの間、つまりロストモーションが終了する角度φ４までに、クラッチ６は切り離される。クラッチ６が切り離されると、スライダ１６〜１８のダボと隣接ギヤのダボ孔との間の結合力が低減し、プリロードスプリング３９の回転力によってシフトドラム１９は直ちに回転してギヤの切り替えが完了する。
【００２８】
このように、クラッチ６が切り離されて前記ダボおよびダボ孔の間の結合力が減少すると、その後短時間でギヤが切り替わるので、ギヤが惰性で回転している間にギヤの切り替えが行われ、前記ダボとダボ孔とが容易に結合される。また、シフト時間が短くなるので、車両の走行性が良好となる。
【００２９】
ギヤの切り替え後、リターンスプリング３８によってマスタアーム３７は戻されるが、このとき、送りプレート４２のフック４２ｃが、シフト方向とは反対方向に位置するインデックスピン３５に当接する。しかし、フック４２ｃの、逃げ角度αを有する面によって、送りプレート４２は押し上げられ、前記インデックスピン３５を乗り越えて（つまり回避して）初期位置に復帰する。こうして、変速の必要が生じたとき、モータ２３が予定角度回動することによってシフトドラム１９は寸動し、ギヤが切り替えられる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなとおり、本発明によれば、クラッチの切り離しに続いて迅速にギヤの切替えつまり変速動作が行われる。したがって、変速が短時間で完了するし、クラッチの切替えもスムーズである。
【００３１】
特に、請求項１の発明によれば、シフトスピンドルが回動開始して、クラッチが切られるのに先立ってシフトドラムにプリロードがかかり始める。したがって、クラッチが切れたならば直ちにシフトドラムが予定角度回動してギヤ列の切替えが行われる。
【００３２】
また、請求項２の発明によれば、間欠駆動手段によるシフトドラムの回動が開始された後は、シフトスピンドルの回動に対してシフトドラムが追従するので、安定的な変速動作が行われる。
【００３３】
また、請求項３の発明によれば、例えば第１作動角に至る前に前記付勢手段によってシフトドラムが回転することがあった場合にも、シフトドラムの位置を認識することができるので、この角度検出結果に基づく各種の制御を、シフトドラムの位置に対応して確実に行うことができる。
【００３４】
さらに、請求項４の発明によれば、モータによってクラッチの切り離しと、ギヤの切替えが行われる装置において、クラッチの切替えが短時間で確実に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る変速装置の要部断面図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係る変速装置を含むエンジンの要部構成を示す図である。
【図３】  シフトドラムのインデックス機構を示す図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】  インデックス機構のサブアームを示す斜視図である。
【図５】  シフトスピンドルの作動角とシフト送り角度およびクラッチリフトとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１…ピストン、  ２…クランク軸、  ３…遠心クラッチ、  ６…位置・容量変換クラッチ、  １２…出力軸、  １３，１４，１５…シフトフォーク、  １６，１７，１８…スライダ、  １９…シフトドラム、  ２０…インデックス機構、  ２１…シフトスピンドル、  ２３…モータ、  ２４…クラッチアーム、  ３４…シフトプレート、  ２８…ドラム位置センサ、  ３６…サブアーム、  ３７…マスタアーム、  ３８…リターンスプリング、  ３９…プリロードスプリング、  ４２…送りプレート
【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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