変速機のギヤシフト装置
【課題】シンクロ機構により確実に回転同期できるシリンダ駆動力を確保した上で、噛合ストロークの所要時間を短縮することで同期崩れに起因するギヤ鳴りを未然に防止できる変速機のギヤシフト装置を提供する。
【解決手段】変速スリーブ１２を駆動する油圧シリンダ１３のシリンダ室２１内に大径ピストン２２及び小径ピストン２３を内外２重に配設し、大径ピストン２２を連携スプリング２５により油圧室２４側に付勢すると共に小径ピストン２３の外周にストッパ部２３ａを形成し、油圧室２４内の油圧に応じて両ピストン２２，２３を連携作動させる。回転同期のためにスリーブ駆動に大きな駆動力を要する同期ストロークＢでは両ピストン２２，２３を一体で作動させ、その後の要求駆動力が小の噛合ストロークＣでは小径ピストン２３のみを作動させて高い速度でスリーブ１２を駆動する。
【解決手段】変速スリーブ１２を駆動する油圧シリンダ１３のシリンダ室２１内に大径ピストン２２及び小径ピストン２３を内外２重に配設し、大径ピストン２２を連携スプリング２５により油圧室２４側に付勢すると共に小径ピストン２３の外周にストッパ部２３ａを形成し、油圧室２４内の油圧に応じて両ピストン２２，２３を連携作動させる。回転同期のためにスリーブ駆動に大きな駆動力を要する同期ストロークＢでは両ピストン２２，２３を一体で作動させ、その後の要求駆動力が小の噛合ストロークＣでは小径ピストン２３のみを作動させて高い速度でスリーブ１２を駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は変速機のギヤをシリンダ駆動で切り換えるギヤシフト装置に係り、詳しくはシリンダ内に摺動可能に配設したピストン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では運転操作の省力化などを目的として、トラックやバスにも自動変速機が採用されている。これら車両重量の大きな車両にトルクコンバータ式変速機を用いると、トルクコンバータの滑りに起因する燃費悪化や動力性能の低下が顕著になることを鑑みて、従来の機械式変速機をベースとした自動変速機が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
周知のように機械式変速機は、運転者のシフト操作に応じてシンクロ機構により回転同期させながら所望の変速段への切換を行う構造を採っている。この種の機械式変速機の一つである平行軸式変速機では、併設したカウンタ軸及び出力軸間に各変速段に対応して常時噛合式のギヤ列を設け、出力軸側の各ギヤを回転自在に支持すると共に、当該出力軸に対して回転規制したスリーブを各ギヤに併設して構成されている。
【０００３】
入力軸に入力されたエンジン駆動力はカウンタ軸及び各変速段のギヤ列を経て伝達され、出力軸上の各ギヤを常に空転させている。そして、所望の変速段のスリーブをシンクロ機構により回転同期させながら対応するギヤに結合させると、当該変速段が達成されて所定ギヤ比をもって出力軸側に駆動力が伝達される。
上記特許文献１に記載の自動変速機ではこのような機械式変速機をベースとし、各変速段のスリーブにアクチュエータとして油圧シリンダや空圧シリンダなどを連結し、これらのシリンダでスリーブを駆動して変速段の切換を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０６２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、変速段を切り換える際に要するスリーブの駆動力は全ストロークにおいて均一ではなく、シンクロ機構の作動中に特に大きな駆動力が必要になり、また、このときの駆動力は変速機の油温などの要因によっても増減する。このため、如何なる条件でもシンクロ機構を正常に作動可能なようにアクチュエータの駆動力を確保する必要がある。上記特許文献１の技術のようにアクチュエータとして油圧シリンダや空圧シリンダを用いている場合、一般的にピストン径を増大して駆動力を確保する対策が講じられる。
ところが、ピストン径の増大はピストン速度の低下を引き起こし、この種のギヤシフト装置では、ピストン速度の低下は同期崩れによるギヤ鳴りという特有の問題を発生させる。
【０００６】
即ち、図２は特許文献１などに記載されている変速機（但し油圧シリンダ１３の構成を除く）の部分拡大断面図であり、詳しくは出力軸１ｃ上の５速被動ギヤ１０ｂのスリーブ１２及びシンクロ機構１５を部分的に示している。当該変速機１における変速過程は［発明を実施するための形態］で同図に基づき詳述しているため、ここでは概略説明にとどめる。
図２に示した変速段はシリンダ駆動によりスリーブ１２を左方に移動させて達成されるが、このときのスリーブ１２は、図中の（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に相当する３種のストロークを経て移動する。まず、機構的な遊びに相当する予備ストロークＡを経た後、同期ストロークＢに移行してシンクロ機構１５による回転同期が開始される。回転同期の完了により同期ストロークＢが終了すると噛合ストロークＣに移行し、この噛合ストロークＣ中でのスリーブ１２の移動により、スリーブ１２内周のスプライン部１２ａがギヤ１０ｂ外周のスプライン部１６と噛合して変速段が達成される。
【０００７】
従って、シンクロ機構１５による回転同期の完了後に、スリーブ１２はさらに噛合ストロークＣ分だけ移動してギヤ１０ｂ外周のスプライン部１６と噛合する必要があり、その間に一旦完了した回転同期は次第に崩れて回転差を生じ、スプライン噛合時の回転差が大きい場合にはギヤ鳴りを生じる。よって、噛合ストロークＣの所要時間は極力短い方が望ましいが、上記のようにピストン径を増大させたときには、ピストン速度と共にスリーブ１２の移動速度が低下することから噛合ストロークＣの所要時間が長引いてしまう。このため、特にオイル粘度が高い低油温時には、噛合ストロークＣ中に回転差が大きく増加してギヤ鳴りを発生させてしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、シンクロ機構により確実に回転同期できるシリンダ駆動力を確保した上で、噛合ストロークの所要時間を短縮することで同期崩れに起因するギヤ鳴りを未然に防止することができる変速機のギヤシフト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、回転軸上でギヤを回転自在に支持して所定のギヤ比をもってエンジンからの駆動力を伝達して空転させると共に、回転軸に対して回転規制され且つ軸方向に摺動可能なスリーブを上記ギヤに併設し、シリンダの駆動によりスリーブをギヤ側に向けて摺動させて、スリーブをシンクロ機構によりギヤと回転同期させる同期ストローク、及び同期完了後にスリーブのスプライン部をギヤのスプライン部に噛合させる噛合ストロークを経て、スリーブをギヤに結合して所定変速段を達成する変速機のギヤシフト装置において、シリンダが、シリンダ室内に摺動可能に大径ピストンを配設し、大径ピストンに貫設したシリンダ孔内に摺動可能に小径ピストンを配設し、シリンダ室内の両ピストンの一側を圧力室として、圧力室側に大径ピストンを付勢手段で付勢する一方、シリンダ孔内から他側方に突出した小径ピストンの外周にストッパ部を設けて大径ピストンの他側面を当接可能とし、小径ピストンの他側をピストンロッドとしてシリンダ室内から外部に突出させてスリーブに接続して構成されたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、小径ピストンの受圧面積が、同期ストロークでスリーブの駆動に要する駆動力よりも小さく、且つ噛合ストロークでスリーブの駆動に要する駆動力よりは大きな駆動力を達成可能なように設定され、大径ピストンの受圧面積が、付勢手段の付勢力に抗しながら小径ピストンと協調することにより、同期ストロークでスリーブの駆動に要する駆動力よりも大きな駆動力を達成可能なように設定されたものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように請求項１の発明の変速機のギヤシフト装置によれば、シリンダ室内に大径ピストン及び小径ピストンを内外２重に配設し、両ピストンをそれぞれ摺動可能として圧力室内の圧力を作用させ、大径ピストンを付勢手段により圧力室側に付勢すると共に、小径ピストンの外周に大径ピストンの他端面が当接可能なストッパ部を形成して両ピストンが連携作動するようにした。
所定変速段を達成すべくスリーブを摺動させたとき、シンクロ機構を作動させるために同期ストロークでは大きな駆動力を要するのに対し、スプライン部を噛合させる噛合ストロークではそれほど大きな駆動力は要求されない。このため、同期ストロークではシリンダの圧力室内の圧力が上昇し、付勢手段の付勢力に抗して大径ピストンが他側方に作動して他側面をストッパ部に当接させ、両ピストンが一体で作動することでスリーブの摺動に要する大きな駆動力を発生させることから、シンクロ機構による回転同期を確実に行うことができる。
【００１１】
そして、同期完了により噛合ストロークに移行すると、圧力室内の圧力が低下して付勢手段により大径ピストンの作動が中止され、小径ピストンのみの作動によりスリーブの摺動が行われる。このとき圧力室内に供給される作動流体は小径ピストンの作動だけに用いられてスリーブを高い速度で駆動することから、噛合ストロークの所要時間を短縮化して同期崩れによる回転差が生じる以前に各スプラインを迅速且つ確実に噛合でき、もってギヤ鳴りを未然に防止することができる。
請求項２の発明の変速機のギヤシフト装置によれば、小径ピストンの受圧面積を、同期ストロークでの要求駆動力よりも小さく、且つ噛合ストロークでの要求駆動力よりは大きな駆動力を達成可能なように設定し、大径ピストンの受圧面積を、付勢手段に抗しながら小径ピストンと協調して同期ストロークの要求駆動力よりも大きな駆動力を達成可能なように設定した。
従って、同期ストロークでは大径ピストン及び小径ピストンの協調により、噛合ストロークでは小径ピストンのみの作動により、何れのストロークでもスリーブを確実に摺動できると共に、同期ストロークで要求される駆動力よりも小径ピストンの駆動力が小さくなるようにその受圧面積が設定されているため、噛合ストロークでスリーブを高い速度で駆動して確実にギヤ鳴りを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態のギヤシフト装置が適用された変速機を示す全体構成図である。
【図２】５速被動ギヤのスリーブ及びシンクロ機構を示す図１の領域Ｅに相当する部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した変速機のギヤシフト装置を示す一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のギヤシフト装置が適用された変速機を示す全体構成図であり、ギヤシフト装置の説明に先立ち同図に基づき変速機の概略を述べる。なお、同図では左方が車両の前方に相当し、右方が車両の後方に相当する。
変速機１の入力軸１ａにはクラッチ２を介してエンジン３の出力軸３ａが接続され、クラッチ２にはアクチュエータとして油圧シリンダ４が接続されている。油圧シリンダ４の駆動によりクラッチ２は断接操作され、クラッチ２の断接状態に応じてエンジン３の駆動力が変速機１の入力軸１ａに入力されるようになっている。変速機１は平行軸式変速機をベースとしており、入力軸１ａと平行にカウンタ軸１ｂが回転自在に配設され、入力軸１ａの回転が駆動ギヤ５及び被動ギヤ６を介してカウンタ軸１ｂに伝達されるようになっている。カウンタ軸１ｂ上には３速駆動ギヤ７ａ、２速駆動ギヤ８ａ、１速駆動ギヤ９ａ、５速駆動ギヤ１０ａが固着されている。
【００１４】
入力軸１ａの右側には同軸上となるように出力軸１ｃ（回転軸）が回転自在に配設され、出力軸１ｃの右端は、図示しないプロペラシャフトや差動装置を介して車両の駆動輪に接続されている。出力軸１ｃ上には３速被動ギヤ７ｂ、２速被動ギヤ８ｂ、１速被動ギヤ９ｂ、５速被動ギヤ１０ｂが回転自在に支持され、各被動ギヤ７ｂ〜１０ｂはカウンタ軸１ｂ側の対応する駆動ギヤ７ａ〜１０ａと噛合して常時噛合式のギヤ列をそれぞれ構成している。各被動ギヤ７ｂ〜１０ｂはカウンタ軸１ｂ側の駆動ギヤ７ａ〜１０ａからエンジン駆動力を伝達され、上記クラッチ２の接続時には出力軸１ｃ上で常時空転している。
出力軸１ｃ上において入力軸１ａの右端と３速被動ギヤ７ｂとの間、２速被動ギヤ８ｂと１速被動ギヤ９ｂとの間、及び５速被動ギヤ１０ｂの右側には、それぞれハブ１１が回転規制された状態で設けられている。各ハブ１１上には回転規制され且つ軸方向に摺動可能なスリーブ１２がそれぞれ配設され、これらのスリーブ１２の軸方向への摺動に応じて所望の変速段が達成されるようになっている。
【００１５】
即ち、左側のスリーブ１２が中立位置から左方位置に摺動すると、出力軸１ｃと入力軸１ａとの直結により第４速が達成されてエンジン駆動力がそのまま伝達され、中立位置から右方位置に摺動すると、出力軸１ｃと３速被動ギヤ７ｂとの結合により第３速が達成されてエンジン駆動力が第３速のギヤ比をもって伝達される。同様に、中央のスリーブ１２の左方位置では２速被動ギヤ８ｂとの結合により第２速が達成され、右方位置では１速被動ギヤ９ｂとの結合により第１速が達成される。また、右側のスリーブ１２の左方位置では５速被動ギヤ１０ｂとの結合により第５速が達成される。
後に詳述するが、各スリーブ１２にはアクチュエータとして油圧シリンダ１３が接続され（代表として第５速を示す）、油圧シリンダ１３の駆動によりスリーブ１２が操作されるようになっている。
【００１６】
各スリーブ１２を入力軸１ａや各被動ギヤ７ｂ〜１０ｂに結合する際には相互の回転を同期させる必要があり、そのために各スリーブ１２にはシンクロ機構が設けられている。図２は５速被動ギヤ１０ｂのスリーブ１２及びシンクロ機構１５を示す図１の領域Ｅに相当する部分拡大断面図であり、以下、第５速を例にとってシンクロ機構１５の構成及び変速時の作動状態を述べる。
上記のように５速被動ギヤ１０ｂは、出力軸１ｃ上に回転自在に支持されると共にカウンタ軸１ｂ側の５速駆動ギヤ１０ａと噛合しており、５速被動ギヤ１０ｂの右側には出力軸１ｃ上で回転規制されたハブ１１が配設されている。上記スリーブ１２はハブ１１に対してスプライン部１２ａ，１１ａを介して外嵌され、これによりスリーブ１２はハブ１１上で回転規制され且つ軸方向に摺動し得る。５速被動ギヤ１０ｂの右側にはスプライン部１６及びシンクロコーン部１７が一体形成され、スプライン部１６はハブ１１外周のスプライン部１１ａと同形状をなしている。
【００１７】
シンクロコーン部１７にはシンクロリング１８が回転自在に外嵌され、シンクロリング１８の内周はシンクロコーン部１７の外周に対し摩擦材を介して当接し、シンクロリング１８の外周にはハブ１１のスプライン部１１ａと同形状のスプライン部１８ａが形成されている。従って、図２中の（ｃ）に示すようにハブ１１上でスリーブ１２が左方に向けて摺動すると、内周のスプライン部１２ａがシンクロリング１８のスプライン部１８ａ及び５速被動ギヤ１０ｂのスプライン部１６に順次噛合する。
ハブ１１の外周とスリーブ１２の内周との間には、周方向の等分３箇所にそれぞれシンクロキー１９が介装され（図では１つのみ示す）、各シンクロキー１９の左端はシンクロリング１８の右側に形成された凹部１８ｂ内に当接している。各シンクロキー１９は図示しないキースプリングにより常に外周側に付勢され、その外周側に形成されたカム凸部１９ａがスリーブ１２のカム凹部１２ｂ内に嵌め込まれている。スリーブ１２の左方への摺動に伴ってカム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとが係合すると、シンクロキー１９はキースプリングを撓ませて内周側に僅かに変位しながらシンクロリング１９を左方に押圧する。
【００１８】
第５速への切換は以下の過程を経て行われる。まず、変速機１のニュートラル状態では、図２中の（ａ）に破線で示すようにハブ１１上でスリーブ１２が中立位置にあり、５速被動ギヤ１０ｂやシンクロリング１９に対してスリーブ１２の相対回転が許容されている。このため、出力軸１ｃ上で５速被動ギヤ１０ｂが空転するだけでスリーブ１２側には駆動力が伝達されていない。
そして、油圧シリンダ４の駆動によりクラッチ２を切断した上で、油圧シリンダ１３を作動させてスリーブ１２を左方に向けて操作する。機構的な遊びに相当する予備ストロークＡを経た後、図２中の（ａ）に実線で示すようにカム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとの係合により各シンクロキー１９がキースプリングを撓ませて内周側に変位しながらシンクロリング１８を左方に押圧する。結果としてシンクロリング１８と５速被動ギヤ１０ｂのシンクロコーン部１７との間に摩擦が生じ、カム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとの係合が継続する同期ストロークＢの期間中において５速被動ギヤ１０ｂの回転がスリーブ１２の回転と同期する。
【００１９】
図２中の（ｂ）に示すように、同期ストロークＢが終了した時点でカム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとの係合が解除され、各シンクロキー１９がキースプリングを撓ませて内周側に変位して５速被動ギヤ１０ｂとスリーブ１２との回転同期が完了する。その後もスリーブ１２は左方への摺動を継続し、図２中の（ｃ）に示す噛合ストロークＣ中に、まず、その内周のスプライン部１２ａをシンクロリング１８のスプライン部１８ａに噛合させ、その後に５速被動ギヤ１０ｂのスプライン部１６に噛合させる。これによりスリーブ１２と５速被動ギヤ１０ｂとが結合されて第５速が達成され、油圧シリンダ４でクラッチ２が接続されると、５速の駆動ギヤ１０ａ及び被動ギヤ１０ｂのギヤ比をもってエンジン駆動力が出力軸１ｃ側に伝達される。
ここで、各ストロークＡ〜Ｃでスリーブ１２を摺動させるために要する駆動力を検証すると、予備ストロークＡでは、単にガタ詰めのためにハブ１１上でスリーブ１２を摺動させるだけのため、このときの要求駆動力は極めて小さい。また、噛合ストロークＣでは、各スプライン部１２ａ，１６，１８ａを噛合させる際にシンクロリング１８及び５速被動ギヤ１０ｂを僅かに回転させるものの、それほど大きな駆動力は要求されない。
【００２０】
これに対して同期ストロークＢでは、キースプリングの付勢力とカム係合との拮抗により生じた摺動抵抗を利用して、シンクロリング１８を左方に押圧してシンクロコーン部１７との間に摩擦を発生させることにより回転同期作用を得ている。このため同期ストロークＢでは、他のストロークＡ，Ｃに比較して格段に大きな駆動力を必要とする。
次に、以上の第５速への切換のためにスリーブ１２を駆動する油圧シリンダ１３の構成について説明する。
図２に示すように、油圧シリンダ１３のシリンダ室２１（二点差線で示す）内には、大径ピストン２２及び小径ピストン２３が内外２重に配設されている。大径ピストン２２はシリンダ室２１内で軸方向に摺動可能に配設され、大径ピストン２２の中心に貫設されたシリンダ孔２２ａ内に小径ピストン２３が軸方向に摺動可能に配設されている。これらの大径ピストン２２及び小径ピストン２３によりシリンダ室２１は左右に区画され、その右側の空間が油圧室２４として機能し、油圧室２４内に露出した両ピストン２２，２３の右端面がそれぞれ受圧面として機能する。油圧室２４には油圧管路２８を介して図示しない油圧ポンプが接続され、切換弁の切換に応じて油圧ポンプから油圧室２４内には作動油が供給されて両ピストン２２，２３の受圧面にそれぞれ作用する。大径ピストン２２の受圧面と油圧室２４内の対向面との間には一対の連携スプリング２５が配設され、これらの連携スプリング２５は引張りばねとして機能して大径ピストン２２を常に右方（油圧室２４側）に付勢している。
【００２１】
なお、連携スプリング２５の形状や配置は上記に限ることはなく任意に変更可能である。例えば大径ピストン２２の左側に圧縮ばねとして機能するように連携スプリング２５を配設してもよいし、その本数を変更してもよい。
小径ピストン２３は大径ピストン２２のシリンダ孔２２ａ内から左方に突出して外周に鍔状のストッパ部２３ａが形成され、小径ピストン２３に対して大径ピストン２２が左方に相対移動すると、大径ピストン２２の左端面がストッパ部２３ａに当接するようになっている。ストッパ部２３ａの左側には小径ピストン２３と同一径のピストンロッド２６が一体形成され、ピストンロッド２６の左端はシリンダ室２１内から外部に突出してシフトフォーク２７を介して上記スリーブ１２に接続されている。
大径ピストン２２は図示しないストッパにより右方への摺動を規制されて図中に示す位置をストローク右端とし、油圧室２４内の油圧を受けて連携スプリング２５の付勢力に抗しながら左方に摺動し得る。また、小径ピストン２３も油圧室２４内の油圧を受けて左方に摺動し得ると共に、そのストローク右端は上記のように大径ピストン２２の左端面に対するストッパ部２３ａの当接により規制される。
【００２２】
ここで、後述するように大径ピストン２２及び小径ピストン２３は、スリーブ１２を駆動するときの各ストロークＡ〜Ｃに応じて連携して作動し、要求駆動力が小さな予備ストロークＡ及び噛合ストロークＣでは主に小径ピストン２３のみが作動し、要求駆動力が大きな同期ストロークＢでは大径ピストン２２及び小径ピストン２３が一体となって作動する。このような両ピストン２２，２３の連携作動を実現するために、それぞれの受圧面積及び連携スプリング２５の付勢力は以下の条件で設定されている。
即ち、小径ピストン２３の受圧面積は、同期ストロークＢで要求される駆動力よりも小さく、予備ストロークＡ及び噛合ストロークＣで要求される駆動力よりは大きな駆動力を達成可能なように設定されている。また、大径ピストン２２の受圧面積は、連携スプリング２５の付勢力に抗しながら小径ピストン２３と協調することで、同期ストロークＢで要求される駆動力よりも大きな駆動力を達成可能なように設定されている。
【００２３】
このため、油圧室２４内への作動油供給により油圧が上昇すると、まず小径ピストン２３が左方に摺動し、小径ピストン２３のみではスリーブ１２を駆動不能なとき（具体的には主に同期ストロークＢ中）には、さらに油圧室２４内の油圧が上昇して連携スプリング２５の付勢力に抗して大径ピストン２２が左方に摺動し始める。そして、大径ピストン２２の左端面が小径ピストン２３のストッパ部２３ａに当接すると、両ピストン２２，２３が一体となって左方に摺動する。
なお、以上は変速機１の第５速に関わる構成を述べたが、他の変速段もギヤ比が相違するだけで共通の機構が採用されると共に、同様の油圧シリンダにより切換操作されるようになっている。
【００２４】
次に、以上のように構成された油圧シリンダ１３による第５速達成時のスリーブ１２の駆動状態を説明する。
例えば変速段の切換は、予め設定されたシフトマップに基づき図示しない変速制御用コントローラにより実行される。当該コントローラにより第５速への切換判定が下されると、切換弁の切換に応じて油圧シリンダ１３の油圧室２４内に作動油が供給されて、大径ピストン２２及び小径ピストン２３の受圧面に油圧が作用し始める。
油圧が作用する直前では、図２の（ａ）に破線で示すようにスリーブ１２は中立位置にあり、まず予備ストロークＡにおいてスリーブ１２が駆動される。油圧上昇による作動は連携スプリング２５の作用で大径ピストン２２よりも小径ピストン２３が先行し、且つガタ詰めのための予備ストロークＡで要求される駆動力は極めて小さく小径ピストン２３のみで達成可能であることから、大径ピストン２２を停止させたまま小径ピストン２３のみが作動してスリーブ１２を駆動する。このとき油圧室２４内に供給される作動油は小径ピストン２３の作動だけに用いられることから、小径ピストン２３によるスリーブ１２の駆動は高い速度で行われる。
【００２５】
そして、予備ストロークＡが終了して同期ストロークＢに移行すると、図２中の（ａ）に実線で示すようにカム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとの係合により回転同期が開始される。回転同期によりスリーブ１２の摺動に要する駆動力は急増して小径ピストン２３の駆動力のみではスリーブ１２を駆動不能になる。しかし、それに呼応して油圧室２４内の油圧が上昇することから、連携スプリング２５の付勢力に抗して大径ピストン２２が左方に作動し始める。
大径ピストン２２は小径ピストン２３のストッパ部２３ａとの間の空走期間を経た後、その左端面をストッパ部２３ａに当接させて左方に押圧する。その後の両ピストン２２，２３は一体となって互いに協調しながら作動し、それぞれの受圧面に油圧を受けることによりスリーブ１２の摺動に要する駆動力を達成する。同期ストロークＢ中の両ピストン２２，２３はこの作動状態を継続し、両ピストン２２，２３により生じた大きな駆動力によりスリーブ１２が左方に駆動されて確実に回転同期が行われる。
【００２６】
同期ストロークＢが終了して噛合ストロークＣに移行すると、図２中の（ｂ）に示すようにカム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとの係合が解除されて回転同期が完了する。噛合ストロークＣでは各スプライン部１２ａ，１６，１８ａを噛合させるだけのため、スリーブ１２の摺動に要する駆動力は急減して油圧室２４内の油圧が低下する。このため大径ピストン２２は作動を中止して、その時点の位置で停止するか或いは連携スプリング２５の付勢力でストローク右端に戻され、小径ピストン２３のみが作動してスリーブ１２を左方に駆動し続ける。
よって、上記した予備ストロークＡと同じく噛合ストロークＣでは、油圧室２４内に供給される作動油が小径ピストン２３の作動だけに用いられてスリーブ１２が高い速度で駆動される。噛合ストロークＣが終了した時点で各スプライン部１２ａ，１６，１８ａの噛合が完了して、第５速が達成される。
【００２７】
以上のように本実施形態の変速機１のギヤシフト装置では、油圧シリンダ１３のシリンダ室２１内に大径ピストン２２及び小径ピストン２３を内外２重に配設し、両ピストン２２，２３をそれぞれ摺動可能として油圧室２４内の油圧を作用させ、大径ピストン２２を連携スプリング２５により油圧室２４側に付勢すると共に、小径ピストン２３の外周に大径ピストン２２の右端面が当接可能なストッパ部２３ａを形成して両ピストン２２，２３を連携作動させている。これにより、要求駆動力が小さな予備ストロークＡや噛合ストロークＣでは主に小径ピストン２３のみが作動してスリーブ１２を駆動する一方、要求駆動力が大きな同期ストロークＢでは小径ピストン２３に対し大径ピストン２２が連携して作動してスリーブ１２を駆動する。
従って、同期ストロークＢでは、大径ピストン２２及び小径ピストン２３の作動により十分に大きな駆動力をスリーブ１２に作用させることができ、これにより５速被動ギヤ１０ｂとスリーブ１２との回転差が大、即ち同期負荷が大きな条件であっても確実に回転同期することができる。そして、その後の噛合ストロークＣでは、小径ピストン２３のみの作動によりスリーブ１２を高い速度で駆動し、もって噛合ストロークＣの所要時間を大幅に短縮化できる。このため、噛合ストロークＣでは、同期崩れによる回転差を生じる以前に各スプライン１２ａ，１６，１８ａを迅速且つ確実に噛合させてギヤ鳴りを未然に防止することができる。
【００２８】
加えて、小径ピストン２３のみによるスリーブ１２の駆動は予備ストロークＡでも実行され、予備ストロークＡの所要時間も短縮化される。結果として全体の変速所要時間を短縮化でき、迅速な変速操作によりフィーリングを向上できるという効果も達成できる。
一方、このようにスリーブ１２の摺動に要するストロークＡ〜Ｃ毎の駆動力に応じて自ずと油圧室２４内の油圧が増減し、それに伴って常に適切なタイミングで両ピストン２２，２３の作動状態が切り換えられて要求駆動力が達成される。例えば本実施形態と同様の機能は、大径ピストン２２及び小径ピストン２３に個別に油圧室を設けて、各油圧室への作動油の供給をそれぞれ切換弁で制御しても実現可能ではある。しかし、この場合には油圧シリンダ１３の構成が複雑になると共に、両切換弁を連携して制御する必要が生じ、しかも両切換弁の切換タイミングが不適切であると、各ストロークＡ〜Ｃに対応して両ピストン２２，２３を適切に作動できない場合もある。本実施形態によれば、これらの不具合を発生することなく、簡単な構成により安価なコストで実施できると共に、常に適切に両ピストン２２，２３を作動させて上記作用効果を確実に達成することができる。
【００２９】
また、要求駆動力に応じて両ピストン２２，２３の作動状態が切り換えられる結果、スリーブ１２は常に適切な駆動力を受けて摺動する。従って、過剰な駆動力を受けたスリーブ１２が同期ストロークＢで完全に回転同期しないまま噛合ストロークＣに移行する事態が防止され、この要因によって生じるギヤ鳴りも未然に防止することができる。
さらに、ギヤ鳴りの防止により各スプライン部１２ａ，１６，１８ａへの負担が軽減されるため、結果として変速機１の信頼性や耐久性を向上することができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では平行軸式変速機１をベースとし、シフトマップに基づき自動的に変速段を切り換えるギヤシフト装置に具体化したが、変速機１の構成や変速段の切換はこれに限らない。
【００３０】
例えば所謂デュアルクラッチ式変速機に適用してもよい。デュアルクラッチ式変速機は周知であるため詳細は省略するが、奇数段と偶数段とに分けた歯車機構をそれぞれクラッチを介してエンジン側と連結し、一方の歯車機構のクラッチを接続して動力伝達しているとき、他方の歯車機構のクラッチを切断して次に予測される変速段に予め切り換えておき、変速タイミングになると両クラッチの断接状態を逆転させて他方の歯車機構による動力伝達を開始するものである。このようなデュアルクラッチ式変速機でも、上記変速機と同じくスリーブの摺動によりシンクロ機構を作動させて所望の変速段を達成しているため、上記実施形態の油圧シリンダ１３を用いることで同様の作用効果を得ることができる。
また、例えばステアリングホイールに変速用のパドルスイッチを設け、運転者によるパドルスイッチ操作に応じて所望の変速段を達成する手動変速機のギヤシフト装置としても具体化できる。この場合でも、各変速段のスリーブ１２の駆動に上記実施形態の油圧シリンダ１３を適用すれば、同様の作用効果を得ることができる。
【００３１】
また上記実施形態では、変速機１の全ての変速段について２重ピストンを有する油圧シリンダ１３を適用したが、必ずしもその必要はない。例えば、シンクロ機構１５の同期負荷が大きくギヤ鳴りを生じる可能性が高い低ギヤ側の特定変速段のみに上記油圧シリンダ１３を適用し、他の変速段については通常の油圧シリンダを適用してもよい。
また上記実施形態では、油圧シリンダ１３によりスリーブ１２を駆動したが、内外２重の大径ピストン２２及び小径ピストン２３を備えたシリンダであれば、油圧シリンダに限定されるものではなく、例えば作動流体としてエアを用いる空圧シリンダに具体化してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１ 変速機
３ エンジン
１０ｂ 被動ギヤ（ギヤ）
１２ スリーブ
１２ａ,１６ スプライン部
１３ 油圧シリンダ（シリンダ）
１５ シンクロ機構
２１ シリンダ室
２２ 大径ピストン
２２ａ シリンダ孔
２３ 小径ピストン
２３ａ ストッパ部
２４ 油圧室（圧力室）
２５ 連携スプリング（付勢手段）
２６ ピストンロッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は変速機のギヤをシリンダ駆動で切り換えるギヤシフト装置に係り、詳しくはシリンダ内に摺動可能に配設したピストン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では運転操作の省力化などを目的として、トラックやバスにも自動変速機が採用されている。これら車両重量の大きな車両にトルクコンバータ式変速機を用いると、トルクコンバータの滑りに起因する燃費悪化や動力性能の低下が顕著になることを鑑みて、従来の機械式変速機をベースとした自動変速機が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
周知のように機械式変速機は、運転者のシフト操作に応じてシンクロ機構により回転同期させながら所望の変速段への切換を行う構造を採っている。この種の機械式変速機の一つである平行軸式変速機では、併設したカウンタ軸及び出力軸間に各変速段に対応して常時噛合式のギヤ列を設け、出力軸側の各ギヤを回転自在に支持すると共に、当該出力軸に対して回転規制したスリーブを各ギヤに併設して構成されている。
【０００３】
入力軸に入力されたエンジン駆動力はカウンタ軸及び各変速段のギヤ列を経て伝達され、出力軸上の各ギヤを常に空転させている。そして、所望の変速段のスリーブをシンクロ機構により回転同期させながら対応するギヤに結合させると、当該変速段が達成されて所定ギヤ比をもって出力軸側に駆動力が伝達される。
上記特許文献１に記載の自動変速機ではこのような機械式変速機をベースとし、各変速段のスリーブにアクチュエータとして油圧シリンダや空圧シリンダなどを連結し、これらのシリンダでスリーブを駆動して変速段の切換を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０６２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、変速段を切り換える際に要するスリーブの駆動力は全ストロークにおいて均一ではなく、シンクロ機構の作動中に特に大きな駆動力が必要になり、また、このときの駆動力は変速機の油温などの要因によっても増減する。このため、如何なる条件でもシンクロ機構を正常に作動可能なようにアクチュエータの駆動力を確保する必要がある。上記特許文献１の技術のようにアクチュエータとして油圧シリンダや空圧シリンダを用いている場合、一般的にピストン径を増大して駆動力を確保する対策が講じられる。
ところが、ピストン径の増大はピストン速度の低下を引き起こし、この種のギヤシフト装置では、ピストン速度の低下は同期崩れによるギヤ鳴りという特有の問題を発生させる。
【０００６】
即ち、図２は特許文献１などに記載されている変速機（但し油圧シリンダ１３の構成を除く）の部分拡大断面図であり、詳しくは出力軸１ｃ上の５速被動ギヤ１０ｂのスリーブ１２及びシンクロ機構１５を部分的に示している。当該変速機１における変速過程は［発明を実施するための形態］で同図に基づき詳述しているため、ここでは概略説明にとどめる。
図２に示した変速段はシリンダ駆動によりスリーブ１２を左方に移動させて達成されるが、このときのスリーブ１２は、図中の（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に相当する３種のストロークを経て移動する。まず、機構的な遊びに相当する予備ストロークＡを経た後、同期ストロークＢに移行してシンクロ機構１５による回転同期が開始される。回転同期の完了により同期ストロークＢが終了すると噛合ストロークＣに移行し、この噛合ストロークＣ中でのスリーブ１２の移動により、スリーブ１２内周のスプライン部１２ａがギヤ１０ｂ外周のスプライン部１６と噛合して変速段が達成される。
【０００７】
従って、シンクロ機構１５による回転同期の完了後に、スリーブ１２はさらに噛合ストロークＣ分だけ移動してギヤ１０ｂ外周のスプライン部１６と噛合する必要があり、その間に一旦完了した回転同期は次第に崩れて回転差を生じ、スプライン噛合時の回転差が大きい場合にはギヤ鳴りを生じる。よって、噛合ストロークＣの所要時間は極力短い方が望ましいが、上記のようにピストン径を増大させたときには、ピストン速度と共にスリーブ１２の移動速度が低下することから噛合ストロークＣの所要時間が長引いてしまう。このため、特にオイル粘度が高い低油温時には、噛合ストロークＣ中に回転差が大きく増加してギヤ鳴りを発生させてしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、シンクロ機構により確実に回転同期できるシリンダ駆動力を確保した上で、噛合ストロークの所要時間を短縮することで同期崩れに起因するギヤ鳴りを未然に防止することができる変速機のギヤシフト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、回転軸上でギヤを回転自在に支持して所定のギヤ比をもってエンジンからの駆動力を伝達して空転させると共に、回転軸に対して回転規制され且つ軸方向に摺動可能なスリーブを上記ギヤに併設し、シリンダの駆動によりスリーブをギヤ側に向けて摺動させて、スリーブをシンクロ機構によりギヤと回転同期させる同期ストローク、及び同期完了後にスリーブのスプライン部をギヤのスプライン部に噛合させる噛合ストロークを経て、スリーブをギヤに結合して所定変速段を達成する変速機のギヤシフト装置において、シリンダが、シリンダ室内に摺動可能に大径ピストンを配設し、大径ピストンに貫設したシリンダ孔内に摺動可能に小径ピストンを配設し、シリンダ室内の両ピストンの一側を圧力室として、圧力室側に大径ピストンを付勢手段で付勢する一方、シリンダ孔内から他側方に突出した小径ピストンの外周にストッパ部を設けて大径ピストンの他側面を当接可能とし、小径ピストンの他側をピストンロッドとしてシリンダ室内から外部に突出させてスリーブに接続して構成されたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、小径ピストンの受圧面積が、同期ストロークでスリーブの駆動に要する駆動力よりも小さく、且つ噛合ストロークでスリーブの駆動に要する駆動力よりは大きな駆動力を達成可能なように設定され、大径ピストンの受圧面積が、付勢手段の付勢力に抗しながら小径ピストンと協調することにより、同期ストロークでスリーブの駆動に要する駆動力よりも大きな駆動力を達成可能なように設定されたものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように請求項１の発明の変速機のギヤシフト装置によれば、シリンダ室内に大径ピストン及び小径ピストンを内外２重に配設し、両ピストンをそれぞれ摺動可能として圧力室内の圧力を作用させ、大径ピストンを付勢手段により圧力室側に付勢すると共に、小径ピストンの外周に大径ピストンの他端面が当接可能なストッパ部を形成して両ピストンが連携作動するようにした。
所定変速段を達成すべくスリーブを摺動させたとき、シンクロ機構を作動させるために同期ストロークでは大きな駆動力を要するのに対し、スプライン部を噛合させる噛合ストロークではそれほど大きな駆動力は要求されない。このため、同期ストロークではシリンダの圧力室内の圧力が上昇し、付勢手段の付勢力に抗して大径ピストンが他側方に作動して他側面をストッパ部に当接させ、両ピストンが一体で作動することでスリーブの摺動に要する大きな駆動力を発生させることから、シンクロ機構による回転同期を確実に行うことができる。
【００１１】
そして、同期完了により噛合ストロークに移行すると、圧力室内の圧力が低下して付勢手段により大径ピストンの作動が中止され、小径ピストンのみの作動によりスリーブの摺動が行われる。このとき圧力室内に供給される作動流体は小径ピストンの作動だけに用いられてスリーブを高い速度で駆動することから、噛合ストロークの所要時間を短縮化して同期崩れによる回転差が生じる以前に各スプラインを迅速且つ確実に噛合でき、もってギヤ鳴りを未然に防止することができる。
請求項２の発明の変速機のギヤシフト装置によれば、小径ピストンの受圧面積を、同期ストロークでの要求駆動力よりも小さく、且つ噛合ストロークでの要求駆動力よりは大きな駆動力を達成可能なように設定し、大径ピストンの受圧面積を、付勢手段に抗しながら小径ピストンと協調して同期ストロークの要求駆動力よりも大きな駆動力を達成可能なように設定した。
従って、同期ストロークでは大径ピストン及び小径ピストンの協調により、噛合ストロークでは小径ピストンのみの作動により、何れのストロークでもスリーブを確実に摺動できると共に、同期ストロークで要求される駆動力よりも小径ピストンの駆動力が小さくなるようにその受圧面積が設定されているため、噛合ストロークでスリーブを高い速度で駆動して確実にギヤ鳴りを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態のギヤシフト装置が適用された変速機を示す全体構成図である。
【図２】５速被動ギヤのスリーブ及びシンクロ機構を示す図１の領域Ｅに相当する部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した変速機のギヤシフト装置を示す一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のギヤシフト装置が適用された変速機を示す全体構成図であり、ギヤシフト装置の説明に先立ち同図に基づき変速機の概略を述べる。なお、同図では左方が車両の前方に相当し、右方が車両の後方に相当する。
変速機１の入力軸１ａにはクラッチ２を介してエンジン３の出力軸３ａが接続され、クラッチ２にはアクチュエータとして油圧シリンダ４が接続されている。油圧シリンダ４の駆動によりクラッチ２は断接操作され、クラッチ２の断接状態に応じてエンジン３の駆動力が変速機１の入力軸１ａに入力されるようになっている。変速機１は平行軸式変速機をベースとしており、入力軸１ａと平行にカウンタ軸１ｂが回転自在に配設され、入力軸１ａの回転が駆動ギヤ５及び被動ギヤ６を介してカウンタ軸１ｂに伝達されるようになっている。カウンタ軸１ｂ上には３速駆動ギヤ７ａ、２速駆動ギヤ８ａ、１速駆動ギヤ９ａ、５速駆動ギヤ１０ａが固着されている。
【００１４】
入力軸１ａの右側には同軸上となるように出力軸１ｃ（回転軸）が回転自在に配設され、出力軸１ｃの右端は、図示しないプロペラシャフトや差動装置を介して車両の駆動輪に接続されている。出力軸１ｃ上には３速被動ギヤ７ｂ、２速被動ギヤ８ｂ、１速被動ギヤ９ｂ、５速被動ギヤ１０ｂが回転自在に支持され、各被動ギヤ７ｂ〜１０ｂはカウンタ軸１ｂ側の対応する駆動ギヤ７ａ〜１０ａと噛合して常時噛合式のギヤ列をそれぞれ構成している。各被動ギヤ７ｂ〜１０ｂはカウンタ軸１ｂ側の駆動ギヤ７ａ〜１０ａからエンジン駆動力を伝達され、上記クラッチ２の接続時には出力軸１ｃ上で常時空転している。
出力軸１ｃ上において入力軸１ａの右端と３速被動ギヤ７ｂとの間、２速被動ギヤ８ｂと１速被動ギヤ９ｂとの間、及び５速被動ギヤ１０ｂの右側には、それぞれハブ１１が回転規制された状態で設けられている。各ハブ１１上には回転規制され且つ軸方向に摺動可能なスリーブ１２がそれぞれ配設され、これらのスリーブ１２の軸方向への摺動に応じて所望の変速段が達成されるようになっている。
【００１５】
即ち、左側のスリーブ１２が中立位置から左方位置に摺動すると、出力軸１ｃと入力軸１ａとの直結により第４速が達成されてエンジン駆動力がそのまま伝達され、中立位置から右方位置に摺動すると、出力軸１ｃと３速被動ギヤ７ｂとの結合により第３速が達成されてエンジン駆動力が第３速のギヤ比をもって伝達される。同様に、中央のスリーブ１２の左方位置では２速被動ギヤ８ｂとの結合により第２速が達成され、右方位置では１速被動ギヤ９ｂとの結合により第１速が達成される。また、右側のスリーブ１２の左方位置では５速被動ギヤ１０ｂとの結合により第５速が達成される。
後に詳述するが、各スリーブ１２にはアクチュエータとして油圧シリンダ１３が接続され（代表として第５速を示す）、油圧シリンダ１３の駆動によりスリーブ１２が操作されるようになっている。
【００１６】
各スリーブ１２を入力軸１ａや各被動ギヤ７ｂ〜１０ｂに結合する際には相互の回転を同期させる必要があり、そのために各スリーブ１２にはシンクロ機構が設けられている。図２は５速被動ギヤ１０ｂのスリーブ１２及びシンクロ機構１５を示す図１の領域Ｅに相当する部分拡大断面図であり、以下、第５速を例にとってシンクロ機構１５の構成及び変速時の作動状態を述べる。
上記のように５速被動ギヤ１０ｂは、出力軸１ｃ上に回転自在に支持されると共にカウンタ軸１ｂ側の５速駆動ギヤ１０ａと噛合しており、５速被動ギヤ１０ｂの右側には出力軸１ｃ上で回転規制されたハブ１１が配設されている。上記スリーブ１２はハブ１１に対してスプライン部１２ａ，１１ａを介して外嵌され、これによりスリーブ１２はハブ１１上で回転規制され且つ軸方向に摺動し得る。５速被動ギヤ１０ｂの右側にはスプライン部１６及びシンクロコーン部１７が一体形成され、スプライン部１６はハブ１１外周のスプライン部１１ａと同形状をなしている。
【００１７】
シンクロコーン部１７にはシンクロリング１８が回転自在に外嵌され、シンクロリング１８の内周はシンクロコーン部１７の外周に対し摩擦材を介して当接し、シンクロリング１８の外周にはハブ１１のスプライン部１１ａと同形状のスプライン部１８ａが形成されている。従って、図２中の（ｃ）に示すようにハブ１１上でスリーブ１２が左方に向けて摺動すると、内周のスプライン部１２ａがシンクロリング１８のスプライン部１８ａ及び５速被動ギヤ１０ｂのスプライン部１６に順次噛合する。
ハブ１１の外周とスリーブ１２の内周との間には、周方向の等分３箇所にそれぞれシンクロキー１９が介装され（図では１つのみ示す）、各シンクロキー１９の左端はシンクロリング１８の右側に形成された凹部１８ｂ内に当接している。各シンクロキー１９は図示しないキースプリングにより常に外周側に付勢され、その外周側に形成されたカム凸部１９ａがスリーブ１２のカム凹部１２ｂ内に嵌め込まれている。スリーブ１２の左方への摺動に伴ってカム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとが係合すると、シンクロキー１９はキースプリングを撓ませて内周側に僅かに変位しながらシンクロリング１９を左方に押圧する。
【００１８】
第５速への切換は以下の過程を経て行われる。まず、変速機１のニュートラル状態では、図２中の（ａ）に破線で示すようにハブ１１上でスリーブ１２が中立位置にあり、５速被動ギヤ１０ｂやシンクロリング１９に対してスリーブ１２の相対回転が許容されている。このため、出力軸１ｃ上で５速被動ギヤ１０ｂが空転するだけでスリーブ１２側には駆動力が伝達されていない。
そして、油圧シリンダ４の駆動によりクラッチ２を切断した上で、油圧シリンダ１３を作動させてスリーブ１２を左方に向けて操作する。機構的な遊びに相当する予備ストロークＡを経た後、図２中の（ａ）に実線で示すようにカム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとの係合により各シンクロキー１９がキースプリングを撓ませて内周側に変位しながらシンクロリング１８を左方に押圧する。結果としてシンクロリング１８と５速被動ギヤ１０ｂのシンクロコーン部１７との間に摩擦が生じ、カム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとの係合が継続する同期ストロークＢの期間中において５速被動ギヤ１０ｂの回転がスリーブ１２の回転と同期する。
【００１９】
図２中の（ｂ）に示すように、同期ストロークＢが終了した時点でカム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとの係合が解除され、各シンクロキー１９がキースプリングを撓ませて内周側に変位して５速被動ギヤ１０ｂとスリーブ１２との回転同期が完了する。その後もスリーブ１２は左方への摺動を継続し、図２中の（ｃ）に示す噛合ストロークＣ中に、まず、その内周のスプライン部１２ａをシンクロリング１８のスプライン部１８ａに噛合させ、その後に５速被動ギヤ１０ｂのスプライン部１６に噛合させる。これによりスリーブ１２と５速被動ギヤ１０ｂとが結合されて第５速が達成され、油圧シリンダ４でクラッチ２が接続されると、５速の駆動ギヤ１０ａ及び被動ギヤ１０ｂのギヤ比をもってエンジン駆動力が出力軸１ｃ側に伝達される。
ここで、各ストロークＡ〜Ｃでスリーブ１２を摺動させるために要する駆動力を検証すると、予備ストロークＡでは、単にガタ詰めのためにハブ１１上でスリーブ１２を摺動させるだけのため、このときの要求駆動力は極めて小さい。また、噛合ストロークＣでは、各スプライン部１２ａ，１６，１８ａを噛合させる際にシンクロリング１８及び５速被動ギヤ１０ｂを僅かに回転させるものの、それほど大きな駆動力は要求されない。
【００２０】
これに対して同期ストロークＢでは、キースプリングの付勢力とカム係合との拮抗により生じた摺動抵抗を利用して、シンクロリング１８を左方に押圧してシンクロコーン部１７との間に摩擦を発生させることにより回転同期作用を得ている。このため同期ストロークＢでは、他のストロークＡ，Ｃに比較して格段に大きな駆動力を必要とする。
次に、以上の第５速への切換のためにスリーブ１２を駆動する油圧シリンダ１３の構成について説明する。
図２に示すように、油圧シリンダ１３のシリンダ室２１（二点差線で示す）内には、大径ピストン２２及び小径ピストン２３が内外２重に配設されている。大径ピストン２２はシリンダ室２１内で軸方向に摺動可能に配設され、大径ピストン２２の中心に貫設されたシリンダ孔２２ａ内に小径ピストン２３が軸方向に摺動可能に配設されている。これらの大径ピストン２２及び小径ピストン２３によりシリンダ室２１は左右に区画され、その右側の空間が油圧室２４として機能し、油圧室２４内に露出した両ピストン２２，２３の右端面がそれぞれ受圧面として機能する。油圧室２４には油圧管路２８を介して図示しない油圧ポンプが接続され、切換弁の切換に応じて油圧ポンプから油圧室２４内には作動油が供給されて両ピストン２２，２３の受圧面にそれぞれ作用する。大径ピストン２２の受圧面と油圧室２４内の対向面との間には一対の連携スプリング２５が配設され、これらの連携スプリング２５は引張りばねとして機能して大径ピストン２２を常に右方（油圧室２４側）に付勢している。
【００２１】
なお、連携スプリング２５の形状や配置は上記に限ることはなく任意に変更可能である。例えば大径ピストン２２の左側に圧縮ばねとして機能するように連携スプリング２５を配設してもよいし、その本数を変更してもよい。
小径ピストン２３は大径ピストン２２のシリンダ孔２２ａ内から左方に突出して外周に鍔状のストッパ部２３ａが形成され、小径ピストン２３に対して大径ピストン２２が左方に相対移動すると、大径ピストン２２の左端面がストッパ部２３ａに当接するようになっている。ストッパ部２３ａの左側には小径ピストン２３と同一径のピストンロッド２６が一体形成され、ピストンロッド２６の左端はシリンダ室２１内から外部に突出してシフトフォーク２７を介して上記スリーブ１２に接続されている。
大径ピストン２２は図示しないストッパにより右方への摺動を規制されて図中に示す位置をストローク右端とし、油圧室２４内の油圧を受けて連携スプリング２５の付勢力に抗しながら左方に摺動し得る。また、小径ピストン２３も油圧室２４内の油圧を受けて左方に摺動し得ると共に、そのストローク右端は上記のように大径ピストン２２の左端面に対するストッパ部２３ａの当接により規制される。
【００２２】
ここで、後述するように大径ピストン２２及び小径ピストン２３は、スリーブ１２を駆動するときの各ストロークＡ〜Ｃに応じて連携して作動し、要求駆動力が小さな予備ストロークＡ及び噛合ストロークＣでは主に小径ピストン２３のみが作動し、要求駆動力が大きな同期ストロークＢでは大径ピストン２２及び小径ピストン２３が一体となって作動する。このような両ピストン２２，２３の連携作動を実現するために、それぞれの受圧面積及び連携スプリング２５の付勢力は以下の条件で設定されている。
即ち、小径ピストン２３の受圧面積は、同期ストロークＢで要求される駆動力よりも小さく、予備ストロークＡ及び噛合ストロークＣで要求される駆動力よりは大きな駆動力を達成可能なように設定されている。また、大径ピストン２２の受圧面積は、連携スプリング２５の付勢力に抗しながら小径ピストン２３と協調することで、同期ストロークＢで要求される駆動力よりも大きな駆動力を達成可能なように設定されている。
【００２３】
このため、油圧室２４内への作動油供給により油圧が上昇すると、まず小径ピストン２３が左方に摺動し、小径ピストン２３のみではスリーブ１２を駆動不能なとき（具体的には主に同期ストロークＢ中）には、さらに油圧室２４内の油圧が上昇して連携スプリング２５の付勢力に抗して大径ピストン２２が左方に摺動し始める。そして、大径ピストン２２の左端面が小径ピストン２３のストッパ部２３ａに当接すると、両ピストン２２，２３が一体となって左方に摺動する。
なお、以上は変速機１の第５速に関わる構成を述べたが、他の変速段もギヤ比が相違するだけで共通の機構が採用されると共に、同様の油圧シリンダにより切換操作されるようになっている。
【００２４】
次に、以上のように構成された油圧シリンダ１３による第５速達成時のスリーブ１２の駆動状態を説明する。
例えば変速段の切換は、予め設定されたシフトマップに基づき図示しない変速制御用コントローラにより実行される。当該コントローラにより第５速への切換判定が下されると、切換弁の切換に応じて油圧シリンダ１３の油圧室２４内に作動油が供給されて、大径ピストン２２及び小径ピストン２３の受圧面に油圧が作用し始める。
油圧が作用する直前では、図２の（ａ）に破線で示すようにスリーブ１２は中立位置にあり、まず予備ストロークＡにおいてスリーブ１２が駆動される。油圧上昇による作動は連携スプリング２５の作用で大径ピストン２２よりも小径ピストン２３が先行し、且つガタ詰めのための予備ストロークＡで要求される駆動力は極めて小さく小径ピストン２３のみで達成可能であることから、大径ピストン２２を停止させたまま小径ピストン２３のみが作動してスリーブ１２を駆動する。このとき油圧室２４内に供給される作動油は小径ピストン２３の作動だけに用いられることから、小径ピストン２３によるスリーブ１２の駆動は高い速度で行われる。
【００２５】
そして、予備ストロークＡが終了して同期ストロークＢに移行すると、図２中の（ａ）に実線で示すようにカム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとの係合により回転同期が開始される。回転同期によりスリーブ１２の摺動に要する駆動力は急増して小径ピストン２３の駆動力のみではスリーブ１２を駆動不能になる。しかし、それに呼応して油圧室２４内の油圧が上昇することから、連携スプリング２５の付勢力に抗して大径ピストン２２が左方に作動し始める。
大径ピストン２２は小径ピストン２３のストッパ部２３ａとの間の空走期間を経た後、その左端面をストッパ部２３ａに当接させて左方に押圧する。その後の両ピストン２２，２３は一体となって互いに協調しながら作動し、それぞれの受圧面に油圧を受けることによりスリーブ１２の摺動に要する駆動力を達成する。同期ストロークＢ中の両ピストン２２，２３はこの作動状態を継続し、両ピストン２２，２３により生じた大きな駆動力によりスリーブ１２が左方に駆動されて確実に回転同期が行われる。
【００２６】
同期ストロークＢが終了して噛合ストロークＣに移行すると、図２中の（ｂ）に示すようにカム凸部１９ａとカム凹部１２ｂとの係合が解除されて回転同期が完了する。噛合ストロークＣでは各スプライン部１２ａ，１６，１８ａを噛合させるだけのため、スリーブ１２の摺動に要する駆動力は急減して油圧室２４内の油圧が低下する。このため大径ピストン２２は作動を中止して、その時点の位置で停止するか或いは連携スプリング２５の付勢力でストローク右端に戻され、小径ピストン２３のみが作動してスリーブ１２を左方に駆動し続ける。
よって、上記した予備ストロークＡと同じく噛合ストロークＣでは、油圧室２４内に供給される作動油が小径ピストン２３の作動だけに用いられてスリーブ１２が高い速度で駆動される。噛合ストロークＣが終了した時点で各スプライン部１２ａ，１６，１８ａの噛合が完了して、第５速が達成される。
【００２７】
以上のように本実施形態の変速機１のギヤシフト装置では、油圧シリンダ１３のシリンダ室２１内に大径ピストン２２及び小径ピストン２３を内外２重に配設し、両ピストン２２，２３をそれぞれ摺動可能として油圧室２４内の油圧を作用させ、大径ピストン２２を連携スプリング２５により油圧室２４側に付勢すると共に、小径ピストン２３の外周に大径ピストン２２の右端面が当接可能なストッパ部２３ａを形成して両ピストン２２，２３を連携作動させている。これにより、要求駆動力が小さな予備ストロークＡや噛合ストロークＣでは主に小径ピストン２３のみが作動してスリーブ１２を駆動する一方、要求駆動力が大きな同期ストロークＢでは小径ピストン２３に対し大径ピストン２２が連携して作動してスリーブ１２を駆動する。
従って、同期ストロークＢでは、大径ピストン２２及び小径ピストン２３の作動により十分に大きな駆動力をスリーブ１２に作用させることができ、これにより５速被動ギヤ１０ｂとスリーブ１２との回転差が大、即ち同期負荷が大きな条件であっても確実に回転同期することができる。そして、その後の噛合ストロークＣでは、小径ピストン２３のみの作動によりスリーブ１２を高い速度で駆動し、もって噛合ストロークＣの所要時間を大幅に短縮化できる。このため、噛合ストロークＣでは、同期崩れによる回転差を生じる以前に各スプライン１２ａ，１６，１８ａを迅速且つ確実に噛合させてギヤ鳴りを未然に防止することができる。
【００２８】
加えて、小径ピストン２３のみによるスリーブ１２の駆動は予備ストロークＡでも実行され、予備ストロークＡの所要時間も短縮化される。結果として全体の変速所要時間を短縮化でき、迅速な変速操作によりフィーリングを向上できるという効果も達成できる。
一方、このようにスリーブ１２の摺動に要するストロークＡ〜Ｃ毎の駆動力に応じて自ずと油圧室２４内の油圧が増減し、それに伴って常に適切なタイミングで両ピストン２２，２３の作動状態が切り換えられて要求駆動力が達成される。例えば本実施形態と同様の機能は、大径ピストン２２及び小径ピストン２３に個別に油圧室を設けて、各油圧室への作動油の供給をそれぞれ切換弁で制御しても実現可能ではある。しかし、この場合には油圧シリンダ１３の構成が複雑になると共に、両切換弁を連携して制御する必要が生じ、しかも両切換弁の切換タイミングが不適切であると、各ストロークＡ〜Ｃに対応して両ピストン２２，２３を適切に作動できない場合もある。本実施形態によれば、これらの不具合を発生することなく、簡単な構成により安価なコストで実施できると共に、常に適切に両ピストン２２，２３を作動させて上記作用効果を確実に達成することができる。
【００２９】
また、要求駆動力に応じて両ピストン２２，２３の作動状態が切り換えられる結果、スリーブ１２は常に適切な駆動力を受けて摺動する。従って、過剰な駆動力を受けたスリーブ１２が同期ストロークＢで完全に回転同期しないまま噛合ストロークＣに移行する事態が防止され、この要因によって生じるギヤ鳴りも未然に防止することができる。
さらに、ギヤ鳴りの防止により各スプライン部１２ａ，１６，１８ａへの負担が軽減されるため、結果として変速機１の信頼性や耐久性を向上することができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では平行軸式変速機１をベースとし、シフトマップに基づき自動的に変速段を切り換えるギヤシフト装置に具体化したが、変速機１の構成や変速段の切換はこれに限らない。
【００３０】
例えば所謂デュアルクラッチ式変速機に適用してもよい。デュアルクラッチ式変速機は周知であるため詳細は省略するが、奇数段と偶数段とに分けた歯車機構をそれぞれクラッチを介してエンジン側と連結し、一方の歯車機構のクラッチを接続して動力伝達しているとき、他方の歯車機構のクラッチを切断して次に予測される変速段に予め切り換えておき、変速タイミングになると両クラッチの断接状態を逆転させて他方の歯車機構による動力伝達を開始するものである。このようなデュアルクラッチ式変速機でも、上記変速機と同じくスリーブの摺動によりシンクロ機構を作動させて所望の変速段を達成しているため、上記実施形態の油圧シリンダ１３を用いることで同様の作用効果を得ることができる。
また、例えばステアリングホイールに変速用のパドルスイッチを設け、運転者によるパドルスイッチ操作に応じて所望の変速段を達成する手動変速機のギヤシフト装置としても具体化できる。この場合でも、各変速段のスリーブ１２の駆動に上記実施形態の油圧シリンダ１３を適用すれば、同様の作用効果を得ることができる。
【００３１】
また上記実施形態では、変速機１の全ての変速段について２重ピストンを有する油圧シリンダ１３を適用したが、必ずしもその必要はない。例えば、シンクロ機構１５の同期負荷が大きくギヤ鳴りを生じる可能性が高い低ギヤ側の特定変速段のみに上記油圧シリンダ１３を適用し、他の変速段については通常の油圧シリンダを適用してもよい。
また上記実施形態では、油圧シリンダ１３によりスリーブ１２を駆動したが、内外２重の大径ピストン２２及び小径ピストン２３を備えたシリンダであれば、油圧シリンダに限定されるものではなく、例えば作動流体としてエアを用いる空圧シリンダに具体化してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１ 変速機
３ エンジン
１０ｂ 被動ギヤ（ギヤ）
１２ スリーブ
１２ａ,１６ スプライン部
１３ 油圧シリンダ（シリンダ）
１５ シンクロ機構
２１ シリンダ室
２２ 大径ピストン
２２ａ シリンダ孔
２３ 小径ピストン
２３ａ ストッパ部
２４ 油圧室（圧力室）
２５ 連携スプリング（付勢手段）
２６ ピストンロッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸上でギヤを回転自在に支持して所定のギヤ比をもってエンジンからの駆動力を伝達して空転させると共に、該回転軸に対して回転規制され且つ軸方向に摺動可能なスリーブを上記ギヤに併設し、シリンダの駆動により上記スリーブを上記ギヤ側に向けて摺動させて、該スリーブをシンクロ機構により上記ギヤと回転同期させる同期ストローク、及び同期完了後に上記スリーブのスプライン部を上記ギヤのスプライン部に噛合させる噛合ストロークを経て、上記スリーブを上記ギヤに結合して所定変速段を達成する変速機のギヤシフト装置において、
上記シリンダは、シリンダ室内に摺動可能に大径ピストンを配設し、該大径ピストンに貫設したシリンダ孔内に摺動可能に小径ピストンを配設し、上記シリンダ室内の両ピストンの一側を圧力室として、該圧力室側に上記大径ピストンを付勢手段で付勢する一方、上記シリンダ孔内から他側方に突出した小径ピストンの外周にストッパ部を設けて大径ピストンの他側面を当接可能とし、該小径ピストンの他側をピストンロッドとして上記シリンダ室内から外部に突出させて上記スリーブに接続して構成されたことを特徴とする変速機のギヤシフト装置。
【請求項２】
上記小径ピストンの受圧面積は、上記同期ストロークで上記スリーブの駆動に要する駆動力よりも小さく、且つ上記噛合ストロークで上記スリーブの駆動に要する駆動力よりは大きな駆動力を達成可能なように設定され、
上記大径ピストンの受圧面積は、上記付勢手段の付勢力に抗しながら上記小径ピストンと協調することにより、上記同期ストロークで上記スリーブの駆動に要する駆動力よりも大きな駆動力を達成可能なように設定されたことを特徴とする請求項１記載の変速機のギヤシフト装置。
【請求項１】
回転軸上でギヤを回転自在に支持して所定のギヤ比をもってエンジンからの駆動力を伝達して空転させると共に、該回転軸に対して回転規制され且つ軸方向に摺動可能なスリーブを上記ギヤに併設し、シリンダの駆動により上記スリーブを上記ギヤ側に向けて摺動させて、該スリーブをシンクロ機構により上記ギヤと回転同期させる同期ストローク、及び同期完了後に上記スリーブのスプライン部を上記ギヤのスプライン部に噛合させる噛合ストロークを経て、上記スリーブを上記ギヤに結合して所定変速段を達成する変速機のギヤシフト装置において、
上記シリンダは、シリンダ室内に摺動可能に大径ピストンを配設し、該大径ピストンに貫設したシリンダ孔内に摺動可能に小径ピストンを配設し、上記シリンダ室内の両ピストンの一側を圧力室として、該圧力室側に上記大径ピストンを付勢手段で付勢する一方、上記シリンダ孔内から他側方に突出した小径ピストンの外周にストッパ部を設けて大径ピストンの他側面を当接可能とし、該小径ピストンの他側をピストンロッドとして上記シリンダ室内から外部に突出させて上記スリーブに接続して構成されたことを特徴とする変速機のギヤシフト装置。
【請求項２】
上記小径ピストンの受圧面積は、上記同期ストロークで上記スリーブの駆動に要する駆動力よりも小さく、且つ上記噛合ストロークで上記スリーブの駆動に要する駆動力よりは大きな駆動力を達成可能なように設定され、
上記大径ピストンの受圧面積は、上記付勢手段の付勢力に抗しながら上記小径ピストンと協調することにより、上記同期ストロークで上記スリーブの駆動に要する駆動力よりも大きな駆動力を達成可能なように設定されたことを特徴とする請求項１記載の変速機のギヤシフト装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２１９９５３（Ｐ２０１２−２１９９５３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８１６０（Ｐ２０１１−８８１６０）
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
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