車両用常時噛合式変速機の同期切換装置
【課題】簡易な構成でギヤ抜けを抑制できる車両用常時噛合式変速機の同期切換装置を提供する。
【解決手段】前記常時噛合式の手動変速機に設けられた同期切換装置１０は、図１の軸心Ｃ方向において、ニードル長手中心とドグ歯２４の歯幅中心位置とが一致するように構成されている、すなわち、図１で「オフセット量Ｌｐ＝０」となるように構成されている。そして、図２から、様々なギヤ諸元で検討しても、ギヤ抜け力指標IDEは、「オフセット量Ｌｐ＝０」の場合に最も小さくなり、「オフセット量Ｌｐ＝０」で最もギヤ抜けが抑制されることが判る。従って、同期切換装置１０は、特別な機構を付加すること無く簡易な構成でギヤ抜けを抑制できる。
【解決手段】前記常時噛合式の手動変速機に設けられた同期切換装置１０は、図１の軸心Ｃ方向において、ニードル長手中心とドグ歯２４の歯幅中心位置とが一致するように構成されている、すなわち、図１で「オフセット量Ｌｐ＝０」となるように構成されている。そして、図２から、様々なギヤ諸元で検討しても、ギヤ抜け力指標IDEは、「オフセット量Ｌｐ＝０」の場合に最も小さくなり、「オフセット量Ｌｐ＝０」で最もギヤ抜けが抑制されることが判る。従って、同期切換装置１０は、特別な機構を付加すること無く簡易な構成でギヤ抜けを抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用常時噛合式変速機の同期切換装置においてギヤ抜けを防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
常時噛合式変速機は、車両用の手動変速機やトランスファなどとして用いられる。上記常時噛合式変速機には、駆動力を伝達する回転軸に一体的に設けられたハブと、そのハブに対し軸心方向に移動可能で且つ軸心まわりに相対回転不能に設けられたスリーブと、そのスリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有し前記回転軸に相対回転可能に支持された動力伝達歯車とを、含む同期切換装置、いわゆる、周知のシンクロ機構が備えられている。上記同期切換装置では、前記駆動力を伝達するためには、前記スリーブの内周歯と前記動力伝達歯車のドグ歯とが相互に係合している必要があるが、前記スリーブが軸心方向に移動してしまい上記内周歯とドグ歯との係合が外れるという所謂ギヤ抜けが従来から課題となっている。この課題を解決する同期切換装置が種々提案されており、例えば、特許文献１の同期切換装置でも上記ギヤ抜けの抑制が図られている。
【０００３】
前記特許文献１の同期切換装置では、前記スリーブがそのスリーブの内周歯と動力伝達歯車のドグ歯とが相互に係合する係合位置へ摺動したときに相互に対向するする孔と凹部とがそれぞれ、上記スリーブとハブに設けられている。更に、上記孔には、上記スリーブの軸心方向移動を規制するための規制部材としてロックボールが収容されている。そして、上記スリーブがシフトフォークによって前記係合位置に移動させられた場合には、そのシフトフォークに設けられた突部によって上記孔と相対向する凹部に上記ロックボールの一部が押し込められる。このように、上記ロックボールの一部が上記凹部に押し込められると、そのロックボールは上記孔と凹部との両方にわたって収容されることとなり、上記スリーブの係合位置でそのロックボールがスリーブの軸心方向移動を規制するので、前記特許文献１の同期切換装置では、前記ギヤ抜けを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８４８９８号公報
【特許文献２】特開２００５−３６８３６号公報
【特許文献３】特開２００１−２８９２６１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、前記特許文献１の同期切換装置は、特許文献１の図３および図４に示されるような構造であり、その構造は複雑なものであり、そのため、コスト高になるものであった。このような課題は未公知のことである。
【０００６】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、簡易な構成でギヤ抜けを抑制できる車両用常時噛合式変速機の同期切換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、請求項１に係る発明では、（ａ）駆動力を伝達する回転軸に一体的に設けられたハブの外周歯と噛み合う内周歯を有してそのハブに対し軸心方向に移動可能で且つ軸心まわりに相対回転不能に設けられたスリーブと、そのスリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有するギヤピースと前記駆動力を伝達するための駆動ギヤとを一体として備え前記回転軸に針状ころ軸受を介して相対回転可能に支持された動力伝達歯車とを、含み、前記スリーブの内周歯と前記ギヤピースのドグ歯とが相互に係合することにより前記回転軸と前記駆動ギヤとの間で前記駆動力が伝達される車両用変速機の同期切換装置であって、（ｂ）前記軸心方向において、前記針状ころ軸受の転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが一致するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、（ａ）駆動力を伝達する回転軸に一体的に設けられたハブの外周歯と噛み合う内周歯を有してそのハブに対し軸心方向に移動可能で且つ軸心まわりに相対回転不能に設けられたスリーブと、そのスリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有するギヤピースと前記駆動力を伝達するための駆動ギヤとを一体として備え前記回転軸に針状ころ軸受を介して相対回転可能に支持された動力伝達歯車とを、含み、前記スリーブの内周歯と前記ギヤピースのドグ歯とが相互に係合することにより前記回転軸と前記駆動ギヤとの間で前記駆動力が伝達される車両用変速機の同期切換装置であって、（ｂ）前記軸心方向において、前記針状ころ軸受の転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが一致するように構成されたものである。また、未公知のことではあるが、前記動力伝達歯車およびスリーブの挙動シミュレーションにより、上記転動体の中心位置と上記ドグ歯の歯幅中心位置との間の前記軸心方向での間隔が零にされることが、前記ギヤ抜けの抑制に有効であることが見出された。従って、本発明のように、上記転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが前記軸心方向において一致するように構成されることで、特別な機構を付加すること無く簡易な構成でギヤ抜けを抑制できる。
【０００９】
ここで、前記軸心方向において、前記転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが一致するように構成されることとは、具体的に言えば、各々の中心位置がその軸心方向で相互に略同一位置とされることである。そして、その略同一位置とされることとは、例えば、上記各々の中心位置の相互間の差を零とする設計目標で、前記同期切換装置が構成されることである。従って、前記軸心方向において、前記針状ころ軸受の転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが同一位置であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明が適用された車両用常時噛合式変速機の同期切換装置の模式的な断面図である。
【図２】車両用常時噛合式変速機の同期切換装置における相互に異なる４つのギヤ諸元のもとでの、ギヤ抜け力指標と図１に示すオフセット量Ｌｐとの関係を示した図である。
【図３】図１の同期切換装置の挙動イメージを模式的に示した挙動模式図である。
【図４】図３の挙動模式図をＸＹ平面上に平面的に表したＸＹ平面模式図である。
【図５】図３の挙動模式図をＸＺ平面上に平面的に表したＸＺ平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
エンジンなどを駆動力源とする車両では、そのエンジンと駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成する変速機が設けられている。その変速機の一種として、常時噛合式の手動変速機（以下、単に「手動変速機」という）が広く知られている。その手動変速機には、運転者によるシフトレバーの操作に従って駆動力を伝達するためのギヤが滑らかに切り換わるように、いわゆるシンクロ機構と称される同期切換装置１０が設けられている。図１は、本発明が適用された同期切換装置１０を表した模式的な断面図である。この図１の断面図では、本発明の特徴についての理解を容易にするため、本発明の特徴には拘わりの無い周知の部分および部材を省略して図示している。
【００１３】
同期切換装置１０は、図１に示すように、スリーブ１２と、駆動力を伝達する動力伝達歯車１４と、駆動力を伝達する回転軸１６に対して相対回転可能に動力伝達歯車１４を支持するために設けられた針状ころ軸受１８と、ハブ１９（図３参照）とを備えている。更に、同期切換装置１０は、図示されていないが、よく知られたシンクロナイザリングとシンクロナイザキーとを備えている。
【００１４】
ハブ１９は、回転軸１６の軸心Ｃと同じ軸心を有する短円筒状であり、その外周面に軸心Ｃに平行であってその軸心Ｃまわりに等角度間隔で突設された複数の外周歯を備えている。また、そのハブ１９は、スプライン嵌合によって回転軸１６に一体的に設けられ、その回転軸１６と一体回転させられるとともに、スナップリングや動力伝達歯車１４によって回転軸１６に対し軸心Ｃ方向へ移動不可能にされている。
【００１５】
スリーブ１２は、軸心Ｃと同じ軸心を有する短円筒状であり、ハブ１９の外周歯と噛み合う複数の内周歯を有してそのハブ１９にスプライン嵌合させられることにより、そのハブ１９に対して軸心Ｃ方向に相対移動可能で且つ軸心Ｃまわりに相対回転不能に設けられている。また、スリーブ１２は、前記シフトレバーの操作に連動して軸心Ｃと平行に移動するシフトフォークに対して軸心Ｃ方向に相対移動不能で且つ軸心Ｃまわりに相対回転可能に設けられている。
【００１６】
動力伝達歯車１４は、軸心Ｃと同じ軸心を有するギヤピース２０と駆動ギヤ２２とを一体として備えている。動力伝達歯車１４は、回転軸１６に針状ころ軸受１８を介して支持されることにより、その回転軸１６に対して軸心Ｃまわりに相対回転可能とされており、また、スナップリングなどにより、回転軸１６に対して軸心Ｃ方向に相対移動不能とされている。
【００１７】
ギヤピース２０は、前記スリーブ１２の内周歯と周方向の相対回転不能に係合可能すなわちスプライン嵌合可能な複数のドグ歯２４を有し、駆動ギヤ２２よりもハブ１９側に配置されている。そして、ギヤピース２０は、そのドグ歯２４よりもそのハブ１９側に、そのドグ歯２４に接近するほど大径となるテーパ状外周面（コーン面）２６を備えている。ドグ歯２４よりも軸心Ｃ方向でハブ１９側にその軸心Ｃと同一軸心を有して設けられた前記シンクロナイザリングがドグ歯２４側に押圧されることにより、テーパ状外周面２６は、それと相対向する前記シンクロナイザリングのテーパ状内周面と摩擦係合する。
【００１８】
駆動ギヤ２２は、回転軸１６と平行なカウンタ軸に固定された歯車と常時噛み合っている駆動力を伝達するための歯車である。
【００１９】
針状ころ軸受１８は、動力伝達歯車１４の内周面と回転軸１６の外周面との間に設けられた複数の針状ころ（ニードル）である転動体２８を備えている。その複数の転動体２８は、軸心Ｃと平行な軸心を有してその軸心Ｃまわりに例えば周方向に等間隔で配置されており、それの長手寸法は、動力伝達歯車１４の軸心Ｃ方向の幅と略同じである。
【００２０】
このように構成された同期切換装置１０では、前記シフトフォークによりスリーブ１２が軸心Ｃに沿ってギヤピース２０側に所定の変速位置にまで移動させられた場合には、前記スリーブ１２の内周歯とギヤピース２０のドグ歯２４とが相互に係合することにより、回転軸１６と駆動ギヤ２２との間で駆動力が伝達される。図１に示されたスリーブ１２は、上記所定の変速位置にまで移動させられた状態を模式的に示したものである。
【００２１】
図１に示された各寸法について説明する。図１の「Ｄｐ」は駆動ギヤ２２のピッチ円直径を示しており、「ｒｐ」はギヤピース２０のピッチ円半径を示しており、「Ｂ」は転動体２８の軸心Ｃ方向の長さであるニードル長さを示しており、「Ｌｇ」は転動体２８の軸心Ｃ方向における中心位置（ニードル長手中心）に対する駆動ギヤ２２の歯幅中心位置のオフセット量（ずれ量）を示しており、「Ｌｐ」は前記ニードル長手中心に対するドグ歯２４の歯幅中心位置のオフセット量（ずれ量）を示しており、「ｄ１」は動力伝達歯車１４の内径を示しており、「ｄ２」は回転軸１６の外径を示しており、「ｄ３」は転動体２８の外径であるニードル外径を示している。
【００２２】
本実施例において、同期切換装置１０は、軸心Ｃ方向において、前記ニードル長手中心とドグ歯２４の歯幅中心位置とが一致するように構成されている。換言すれば、同期切換装置１０では、そのニードル長手中心とその歯幅中心位置とが軸心Ｃ方向で相互に略同一位置とされている。その略同一位置とされていることとは、例えば、上記各々の中心位置の相互間の差を零とする設計目標で、同期切換装置１０が構成されていることである。望ましくは、軸心Ｃ方向において、上記ニードル長手中心とドグ歯２４の歯幅中心位置とが同一位置とされている。すなわち、同期切換装置１０の前記オフセット量Ｌｐは零である。なお、図１では、前記オフセット量Ｌｐを判り易く示すため、意図的に、実際とは異なりそのオフセット量Ｌｐが零では無いように描かれている。
【００２３】
上記のように、前記オフセット量Ｌｐを零乃至は略零とするのは、所謂ギヤ抜けを防止するためである。つまり、そのギヤ抜けの生じやすさを示すギヤ抜け力指標IDEと前記オフセット量Ｌｐとの関係から、「Ｌｐ＝０」とすることがギヤ抜けを防止する上で有効であると考えられるからである。そのギヤ抜け力指標IDEと前記オフセット量Ｌｐとの関係を示したものが、図２である。ギヤ抜け力指標IDEは、その値が大きいほどギヤ抜けが生じ易いことを示す指標である。
【００２４】
図２は、相互に異なる４つのギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのもとでの、ギヤ抜け力指標IDEと前記オフセット量Ｌｐとの関係を示した図である。上記４つのギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは何れも複数の設計パラメータから構成されている。この図２は、同期切換装置１０の種々の設計パラメータがギヤ抜け防止性能に及ぼす寄与度を明らかにするために、動力伝達歯車１４およびスリーブ１２の挙動シミュレーションに品質工学を適用して求められたものである。上記設計パラメータを具体的に例示すれば、それは、図１に示した駆動ギヤ２２のピッチ円直径Ｄｐ、ギヤピース２０のピッチ円半径ｒｐ、ニードル長さＢ、オフセット量Ｌｇ，Ｌｐ、動力伝達歯車１４の内径ｄ１、回転軸１６の外径ｄ２、ニードル外径ｄ３の他に、駆動ギヤ２２の外周歯の捩れ角Ψ、駆動ギヤ２２の外周歯の圧力角α、ギヤピース２０のドグ歯２４の圧力角αｐ、ギヤピース２０のドグ歯２４のギヤ抜け防止テーパ角αｔ、下記式（１）で算出されるラジアルクリアランスＣｒａｄなどである。
【数１】
【００２５】
前記挙動シミュレーションでは、例えば、図３の挙動模式図に示すような状態が想定される。スリーブ１２、ギヤピース２０、駆動ギヤ２２は何れも、設計上は回転軸１６の軸心Ｃと同一の軸心を有し、そうなるのが理想ではあるが、実際には、各部材間の隙間や製作誤差などに起因してその軸心Ｃに対して僅かに傾いて支持されるので、それを模式的に示したのが図３である。図３においてＸ軸が回転軸１６の軸心Ｃである。図３の矢印LN01は駆動ギヤ２２の傾きを示しており、矢印LN02はスリーブ１２の傾きを示している。そして、図４は、上記図３のＸ軸とそれに直交するＹ軸との両方を含むＸＹ平面上に、図３の挙動模式図を平面的に示した模式図である。また、図５は、上記図３のＸ軸とそのＸ軸及び上記Ｙ軸の両方に直交するＺ軸とを含むＸＺ平面上に、図３の挙動模式図を平面的に示した模式図である。図３、図４、図５の何れでも、矢印方向が各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の正方向であり、図５は、上記Ｙ軸の負方向から正方向に向かって見た図である。
【００２６】
そして、図２の各ギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでのギヤ抜け力指標IDEと前記オフセット量Ｌｐとの関係は、前記設計パラメータ（Ｄｐ，ｒｐ，Ｂなど）が、任意に設定される基準となるギヤ諸元（基準ギヤ諸元）およびギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄごとにそれぞれ設定されて、幾何学的・力学的関係式を解くことにより求められる。このとき、前記基準ギヤ諸元のもとで算出されたギヤ抜け力Ｆが「Ｆ０」として定義され、各ギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのもとでそれぞれ算出されたギヤ抜け力Ｆがそれぞれ「Ｆ１Ａ」，「Ｆ１Ｂ」，「Ｆ１Ｃ」，「Ｆ１Ｄ」として定義される。そして、各ギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでのギヤ抜け力指標IDEは、上記Ｆ０とＦ１Ａ，Ｆ１Ｂ，Ｆ１Ｃ，Ｆ１Ｄのそれぞれとの比（＝Ｆ１Ａ／Ｆ０，＝Ｆ１Ｂ／Ｆ０，＝Ｆ１Ｃ／Ｆ０，＝Ｆ１Ｄ／Ｆ０）として算出される。
【００２７】
以上のことから、本実施例によれば、前記常時噛合式の手動変速機に設けられた同期切換装置１０は、図１の軸心Ｃ方向において、前記ニードル長手中心とドグ歯２４の歯幅中心位置とが一致するように構成されている、すなわち、図１で「オフセット量Ｌｐ＝０」となるように構成されている。そして、図２から、様々なギヤ諸元で検討しても、ギヤ抜け力指標IDEは、「オフセット量Ｌｐ＝０」の場合に最も小さくなり、「オフセット量Ｌｐ＝０」で最もギヤ抜けが抑制されることが判る。従って、同期切換装置１０は、特別な機構を付加すること無く簡易な構成で前記ギヤ抜けを抑制できる。
【００２８】
また、同期切換装置１０の各設計パラメータは実際には公差を有するものであるが、「オフセット量Ｌｐ＝０」とされる同期切換装置１０では、前記オフセット量Ｌｐがその公差の範囲内で零（公差中心値）からずれたとした場合のギヤ抜け力指標IDEへの影響度は、オフセット量Ｌｐの公差中心値が零でない場合と比較して小さい。すなわち、ロバスト性が高い。この点も図２から判断できる。例えば、図２のギヤ諸元Ａで「オフセット量Ｌｐ＝０±１」の場合と「オフセット量Ｌｐ＝５±１」の場合とで、前記公差「±１」がギヤ抜け力指標IDEへ及ぼす影響度を比較してみる。その結果、図２において、「オフセット量Ｌｐ＝０（公差中心値）」の場合には、オフセット量Ｌｐの公差「±１」の変動に対してギヤ抜け力指標IDEの振れ幅が０．２程度である。これに対し、「オフセット量Ｌｐ＝５（公差中心値）」の場合には、オフセット量Ｌｐの公差「±１」の変動に対してギヤ抜け力指標IDEの振れ幅が０．５程度と増加している。このことから、「オフセット量Ｌｐ＝０（公差中心値）」の場合の方がロバスト性が高いと判断できる。従って、本実施例の同期切換装置１０は、製品のばらつきが前記ギヤ抜けに影響することを抑えて、安定的にギヤ抜けを抑制できる。
【００２９】
また、本実施例によれば、同期切換装置１０が前記手動変速機に用いられることで、ギヤ抜け防止性能の高い手動変速機を提供することができる。
【００３０】
また、同期切換装置１０では、前記ギヤ抜けを生じさせるギヤ抜け力の発生を根本的に抑制することができるので、例えば、所謂ロックボール機構の保持荷重を低減でき、その結果として、シフト操作力の軽減に寄与することが可能である。
【００３１】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０：同期切換装置
１２：スリーブ
１４：動力伝達歯車
１６：回転軸
１８：針状ころ軸受
１９：ハブ
２０：ギヤピース
２２：駆動ギヤ
２４：ドグ歯
２８：転動体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用常時噛合式変速機の同期切換装置においてギヤ抜けを防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
常時噛合式変速機は、車両用の手動変速機やトランスファなどとして用いられる。上記常時噛合式変速機には、駆動力を伝達する回転軸に一体的に設けられたハブと、そのハブに対し軸心方向に移動可能で且つ軸心まわりに相対回転不能に設けられたスリーブと、そのスリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有し前記回転軸に相対回転可能に支持された動力伝達歯車とを、含む同期切換装置、いわゆる、周知のシンクロ機構が備えられている。上記同期切換装置では、前記駆動力を伝達するためには、前記スリーブの内周歯と前記動力伝達歯車のドグ歯とが相互に係合している必要があるが、前記スリーブが軸心方向に移動してしまい上記内周歯とドグ歯との係合が外れるという所謂ギヤ抜けが従来から課題となっている。この課題を解決する同期切換装置が種々提案されており、例えば、特許文献１の同期切換装置でも上記ギヤ抜けの抑制が図られている。
【０００３】
前記特許文献１の同期切換装置では、前記スリーブがそのスリーブの内周歯と動力伝達歯車のドグ歯とが相互に係合する係合位置へ摺動したときに相互に対向するする孔と凹部とがそれぞれ、上記スリーブとハブに設けられている。更に、上記孔には、上記スリーブの軸心方向移動を規制するための規制部材としてロックボールが収容されている。そして、上記スリーブがシフトフォークによって前記係合位置に移動させられた場合には、そのシフトフォークに設けられた突部によって上記孔と相対向する凹部に上記ロックボールの一部が押し込められる。このように、上記ロックボールの一部が上記凹部に押し込められると、そのロックボールは上記孔と凹部との両方にわたって収容されることとなり、上記スリーブの係合位置でそのロックボールがスリーブの軸心方向移動を規制するので、前記特許文献１の同期切換装置では、前記ギヤ抜けを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８４８９８号公報
【特許文献２】特開２００５−３６８３６号公報
【特許文献３】特開２００１−２８９２６１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、前記特許文献１の同期切換装置は、特許文献１の図３および図４に示されるような構造であり、その構造は複雑なものであり、そのため、コスト高になるものであった。このような課題は未公知のことである。
【０００６】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、簡易な構成でギヤ抜けを抑制できる車両用常時噛合式変速機の同期切換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、請求項１に係る発明では、（ａ）駆動力を伝達する回転軸に一体的に設けられたハブの外周歯と噛み合う内周歯を有してそのハブに対し軸心方向に移動可能で且つ軸心まわりに相対回転不能に設けられたスリーブと、そのスリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有するギヤピースと前記駆動力を伝達するための駆動ギヤとを一体として備え前記回転軸に針状ころ軸受を介して相対回転可能に支持された動力伝達歯車とを、含み、前記スリーブの内周歯と前記ギヤピースのドグ歯とが相互に係合することにより前記回転軸と前記駆動ギヤとの間で前記駆動力が伝達される車両用変速機の同期切換装置であって、（ｂ）前記軸心方向において、前記針状ころ軸受の転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが一致するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、（ａ）駆動力を伝達する回転軸に一体的に設けられたハブの外周歯と噛み合う内周歯を有してそのハブに対し軸心方向に移動可能で且つ軸心まわりに相対回転不能に設けられたスリーブと、そのスリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有するギヤピースと前記駆動力を伝達するための駆動ギヤとを一体として備え前記回転軸に針状ころ軸受を介して相対回転可能に支持された動力伝達歯車とを、含み、前記スリーブの内周歯と前記ギヤピースのドグ歯とが相互に係合することにより前記回転軸と前記駆動ギヤとの間で前記駆動力が伝達される車両用変速機の同期切換装置であって、（ｂ）前記軸心方向において、前記針状ころ軸受の転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが一致するように構成されたものである。また、未公知のことではあるが、前記動力伝達歯車およびスリーブの挙動シミュレーションにより、上記転動体の中心位置と上記ドグ歯の歯幅中心位置との間の前記軸心方向での間隔が零にされることが、前記ギヤ抜けの抑制に有効であることが見出された。従って、本発明のように、上記転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが前記軸心方向において一致するように構成されることで、特別な機構を付加すること無く簡易な構成でギヤ抜けを抑制できる。
【０００９】
ここで、前記軸心方向において、前記転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが一致するように構成されることとは、具体的に言えば、各々の中心位置がその軸心方向で相互に略同一位置とされることである。そして、その略同一位置とされることとは、例えば、上記各々の中心位置の相互間の差を零とする設計目標で、前記同期切換装置が構成されることである。従って、前記軸心方向において、前記針状ころ軸受の転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが同一位置であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明が適用された車両用常時噛合式変速機の同期切換装置の模式的な断面図である。
【図２】車両用常時噛合式変速機の同期切換装置における相互に異なる４つのギヤ諸元のもとでの、ギヤ抜け力指標と図１に示すオフセット量Ｌｐとの関係を示した図である。
【図３】図１の同期切換装置の挙動イメージを模式的に示した挙動模式図である。
【図４】図３の挙動模式図をＸＹ平面上に平面的に表したＸＹ平面模式図である。
【図５】図３の挙動模式図をＸＺ平面上に平面的に表したＸＺ平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
エンジンなどを駆動力源とする車両では、そのエンジンと駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成する変速機が設けられている。その変速機の一種として、常時噛合式の手動変速機（以下、単に「手動変速機」という）が広く知られている。その手動変速機には、運転者によるシフトレバーの操作に従って駆動力を伝達するためのギヤが滑らかに切り換わるように、いわゆるシンクロ機構と称される同期切換装置１０が設けられている。図１は、本発明が適用された同期切換装置１０を表した模式的な断面図である。この図１の断面図では、本発明の特徴についての理解を容易にするため、本発明の特徴には拘わりの無い周知の部分および部材を省略して図示している。
【００１３】
同期切換装置１０は、図１に示すように、スリーブ１２と、駆動力を伝達する動力伝達歯車１４と、駆動力を伝達する回転軸１６に対して相対回転可能に動力伝達歯車１４を支持するために設けられた針状ころ軸受１８と、ハブ１９（図３参照）とを備えている。更に、同期切換装置１０は、図示されていないが、よく知られたシンクロナイザリングとシンクロナイザキーとを備えている。
【００１４】
ハブ１９は、回転軸１６の軸心Ｃと同じ軸心を有する短円筒状であり、その外周面に軸心Ｃに平行であってその軸心Ｃまわりに等角度間隔で突設された複数の外周歯を備えている。また、そのハブ１９は、スプライン嵌合によって回転軸１６に一体的に設けられ、その回転軸１６と一体回転させられるとともに、スナップリングや動力伝達歯車１４によって回転軸１６に対し軸心Ｃ方向へ移動不可能にされている。
【００１５】
スリーブ１２は、軸心Ｃと同じ軸心を有する短円筒状であり、ハブ１９の外周歯と噛み合う複数の内周歯を有してそのハブ１９にスプライン嵌合させられることにより、そのハブ１９に対して軸心Ｃ方向に相対移動可能で且つ軸心Ｃまわりに相対回転不能に設けられている。また、スリーブ１２は、前記シフトレバーの操作に連動して軸心Ｃと平行に移動するシフトフォークに対して軸心Ｃ方向に相対移動不能で且つ軸心Ｃまわりに相対回転可能に設けられている。
【００１６】
動力伝達歯車１４は、軸心Ｃと同じ軸心を有するギヤピース２０と駆動ギヤ２２とを一体として備えている。動力伝達歯車１４は、回転軸１６に針状ころ軸受１８を介して支持されることにより、その回転軸１６に対して軸心Ｃまわりに相対回転可能とされており、また、スナップリングなどにより、回転軸１６に対して軸心Ｃ方向に相対移動不能とされている。
【００１７】
ギヤピース２０は、前記スリーブ１２の内周歯と周方向の相対回転不能に係合可能すなわちスプライン嵌合可能な複数のドグ歯２４を有し、駆動ギヤ２２よりもハブ１９側に配置されている。そして、ギヤピース２０は、そのドグ歯２４よりもそのハブ１９側に、そのドグ歯２４に接近するほど大径となるテーパ状外周面（コーン面）２６を備えている。ドグ歯２４よりも軸心Ｃ方向でハブ１９側にその軸心Ｃと同一軸心を有して設けられた前記シンクロナイザリングがドグ歯２４側に押圧されることにより、テーパ状外周面２６は、それと相対向する前記シンクロナイザリングのテーパ状内周面と摩擦係合する。
【００１８】
駆動ギヤ２２は、回転軸１６と平行なカウンタ軸に固定された歯車と常時噛み合っている駆動力を伝達するための歯車である。
【００１９】
針状ころ軸受１８は、動力伝達歯車１４の内周面と回転軸１６の外周面との間に設けられた複数の針状ころ（ニードル）である転動体２８を備えている。その複数の転動体２８は、軸心Ｃと平行な軸心を有してその軸心Ｃまわりに例えば周方向に等間隔で配置されており、それの長手寸法は、動力伝達歯車１４の軸心Ｃ方向の幅と略同じである。
【００２０】
このように構成された同期切換装置１０では、前記シフトフォークによりスリーブ１２が軸心Ｃに沿ってギヤピース２０側に所定の変速位置にまで移動させられた場合には、前記スリーブ１２の内周歯とギヤピース２０のドグ歯２４とが相互に係合することにより、回転軸１６と駆動ギヤ２２との間で駆動力が伝達される。図１に示されたスリーブ１２は、上記所定の変速位置にまで移動させられた状態を模式的に示したものである。
【００２１】
図１に示された各寸法について説明する。図１の「Ｄｐ」は駆動ギヤ２２のピッチ円直径を示しており、「ｒｐ」はギヤピース２０のピッチ円半径を示しており、「Ｂ」は転動体２８の軸心Ｃ方向の長さであるニードル長さを示しており、「Ｌｇ」は転動体２８の軸心Ｃ方向における中心位置（ニードル長手中心）に対する駆動ギヤ２２の歯幅中心位置のオフセット量（ずれ量）を示しており、「Ｌｐ」は前記ニードル長手中心に対するドグ歯２４の歯幅中心位置のオフセット量（ずれ量）を示しており、「ｄ１」は動力伝達歯車１４の内径を示しており、「ｄ２」は回転軸１６の外径を示しており、「ｄ３」は転動体２８の外径であるニードル外径を示している。
【００２２】
本実施例において、同期切換装置１０は、軸心Ｃ方向において、前記ニードル長手中心とドグ歯２４の歯幅中心位置とが一致するように構成されている。換言すれば、同期切換装置１０では、そのニードル長手中心とその歯幅中心位置とが軸心Ｃ方向で相互に略同一位置とされている。その略同一位置とされていることとは、例えば、上記各々の中心位置の相互間の差を零とする設計目標で、同期切換装置１０が構成されていることである。望ましくは、軸心Ｃ方向において、上記ニードル長手中心とドグ歯２４の歯幅中心位置とが同一位置とされている。すなわち、同期切換装置１０の前記オフセット量Ｌｐは零である。なお、図１では、前記オフセット量Ｌｐを判り易く示すため、意図的に、実際とは異なりそのオフセット量Ｌｐが零では無いように描かれている。
【００２３】
上記のように、前記オフセット量Ｌｐを零乃至は略零とするのは、所謂ギヤ抜けを防止するためである。つまり、そのギヤ抜けの生じやすさを示すギヤ抜け力指標IDEと前記オフセット量Ｌｐとの関係から、「Ｌｐ＝０」とすることがギヤ抜けを防止する上で有効であると考えられるからである。そのギヤ抜け力指標IDEと前記オフセット量Ｌｐとの関係を示したものが、図２である。ギヤ抜け力指標IDEは、その値が大きいほどギヤ抜けが生じ易いことを示す指標である。
【００２４】
図２は、相互に異なる４つのギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのもとでの、ギヤ抜け力指標IDEと前記オフセット量Ｌｐとの関係を示した図である。上記４つのギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは何れも複数の設計パラメータから構成されている。この図２は、同期切換装置１０の種々の設計パラメータがギヤ抜け防止性能に及ぼす寄与度を明らかにするために、動力伝達歯車１４およびスリーブ１２の挙動シミュレーションに品質工学を適用して求められたものである。上記設計パラメータを具体的に例示すれば、それは、図１に示した駆動ギヤ２２のピッチ円直径Ｄｐ、ギヤピース２０のピッチ円半径ｒｐ、ニードル長さＢ、オフセット量Ｌｇ，Ｌｐ、動力伝達歯車１４の内径ｄ１、回転軸１６の外径ｄ２、ニードル外径ｄ３の他に、駆動ギヤ２２の外周歯の捩れ角Ψ、駆動ギヤ２２の外周歯の圧力角α、ギヤピース２０のドグ歯２４の圧力角αｐ、ギヤピース２０のドグ歯２４のギヤ抜け防止テーパ角αｔ、下記式（１）で算出されるラジアルクリアランスＣｒａｄなどである。
【数１】
【００２５】
前記挙動シミュレーションでは、例えば、図３の挙動模式図に示すような状態が想定される。スリーブ１２、ギヤピース２０、駆動ギヤ２２は何れも、設計上は回転軸１６の軸心Ｃと同一の軸心を有し、そうなるのが理想ではあるが、実際には、各部材間の隙間や製作誤差などに起因してその軸心Ｃに対して僅かに傾いて支持されるので、それを模式的に示したのが図３である。図３においてＸ軸が回転軸１６の軸心Ｃである。図３の矢印LN01は駆動ギヤ２２の傾きを示しており、矢印LN02はスリーブ１２の傾きを示している。そして、図４は、上記図３のＸ軸とそれに直交するＹ軸との両方を含むＸＹ平面上に、図３の挙動模式図を平面的に示した模式図である。また、図５は、上記図３のＸ軸とそのＸ軸及び上記Ｙ軸の両方に直交するＺ軸とを含むＸＺ平面上に、図３の挙動模式図を平面的に示した模式図である。図３、図４、図５の何れでも、矢印方向が各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の正方向であり、図５は、上記Ｙ軸の負方向から正方向に向かって見た図である。
【００２６】
そして、図２の各ギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでのギヤ抜け力指標IDEと前記オフセット量Ｌｐとの関係は、前記設計パラメータ（Ｄｐ，ｒｐ，Ｂなど）が、任意に設定される基準となるギヤ諸元（基準ギヤ諸元）およびギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄごとにそれぞれ設定されて、幾何学的・力学的関係式を解くことにより求められる。このとき、前記基準ギヤ諸元のもとで算出されたギヤ抜け力Ｆが「Ｆ０」として定義され、各ギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのもとでそれぞれ算出されたギヤ抜け力Ｆがそれぞれ「Ｆ１Ａ」，「Ｆ１Ｂ」，「Ｆ１Ｃ」，「Ｆ１Ｄ」として定義される。そして、各ギヤ諸元Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでのギヤ抜け力指標IDEは、上記Ｆ０とＦ１Ａ，Ｆ１Ｂ，Ｆ１Ｃ，Ｆ１Ｄのそれぞれとの比（＝Ｆ１Ａ／Ｆ０，＝Ｆ１Ｂ／Ｆ０，＝Ｆ１Ｃ／Ｆ０，＝Ｆ１Ｄ／Ｆ０）として算出される。
【００２７】
以上のことから、本実施例によれば、前記常時噛合式の手動変速機に設けられた同期切換装置１０は、図１の軸心Ｃ方向において、前記ニードル長手中心とドグ歯２４の歯幅中心位置とが一致するように構成されている、すなわち、図１で「オフセット量Ｌｐ＝０」となるように構成されている。そして、図２から、様々なギヤ諸元で検討しても、ギヤ抜け力指標IDEは、「オフセット量Ｌｐ＝０」の場合に最も小さくなり、「オフセット量Ｌｐ＝０」で最もギヤ抜けが抑制されることが判る。従って、同期切換装置１０は、特別な機構を付加すること無く簡易な構成で前記ギヤ抜けを抑制できる。
【００２８】
また、同期切換装置１０の各設計パラメータは実際には公差を有するものであるが、「オフセット量Ｌｐ＝０」とされる同期切換装置１０では、前記オフセット量Ｌｐがその公差の範囲内で零（公差中心値）からずれたとした場合のギヤ抜け力指標IDEへの影響度は、オフセット量Ｌｐの公差中心値が零でない場合と比較して小さい。すなわち、ロバスト性が高い。この点も図２から判断できる。例えば、図２のギヤ諸元Ａで「オフセット量Ｌｐ＝０±１」の場合と「オフセット量Ｌｐ＝５±１」の場合とで、前記公差「±１」がギヤ抜け力指標IDEへ及ぼす影響度を比較してみる。その結果、図２において、「オフセット量Ｌｐ＝０（公差中心値）」の場合には、オフセット量Ｌｐの公差「±１」の変動に対してギヤ抜け力指標IDEの振れ幅が０．２程度である。これに対し、「オフセット量Ｌｐ＝５（公差中心値）」の場合には、オフセット量Ｌｐの公差「±１」の変動に対してギヤ抜け力指標IDEの振れ幅が０．５程度と増加している。このことから、「オフセット量Ｌｐ＝０（公差中心値）」の場合の方がロバスト性が高いと判断できる。従って、本実施例の同期切換装置１０は、製品のばらつきが前記ギヤ抜けに影響することを抑えて、安定的にギヤ抜けを抑制できる。
【００２９】
また、本実施例によれば、同期切換装置１０が前記手動変速機に用いられることで、ギヤ抜け防止性能の高い手動変速機を提供することができる。
【００３０】
また、同期切換装置１０では、前記ギヤ抜けを生じさせるギヤ抜け力の発生を根本的に抑制することができるので、例えば、所謂ロックボール機構の保持荷重を低減でき、その結果として、シフト操作力の軽減に寄与することが可能である。
【００３１】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０：同期切換装置
１２：スリーブ
１４：動力伝達歯車
１６：回転軸
１８：針状ころ軸受
１９：ハブ
２０：ギヤピース
２２：駆動ギヤ
２４：ドグ歯
２８：転動体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力を伝達する回転軸に一体的に設けられたハブの外周歯と噛み合う内周歯を有して該ハブに対し軸心方向に移動可能で且つ軸心まわりに相対回転不能に設けられたスリーブと、該スリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有するギヤピースと前記駆動力を伝達するための駆動ギヤとを一体として備え前記回転軸に針状ころ軸受を介して相対回転可能に支持された動力伝達歯車とを、含み、前記スリーブの内周歯と前記ギヤピースのドグ歯とが相互に係合することにより前記回転軸と前記駆動ギヤとの間で前記駆動力が伝達される車両用常時噛合式変速機の同期切換装置であって、
前記軸心方向において、前記針状ころ軸受の転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが一致するように構成された
ことを特徴とする車両用常時噛合式変速機の同期切換装置。
【請求項１】
駆動力を伝達する回転軸に一体的に設けられたハブの外周歯と噛み合う内周歯を有して該ハブに対し軸心方向に移動可能で且つ軸心まわりに相対回転不能に設けられたスリーブと、該スリーブの内周歯と係合可能なドグ歯を有するギヤピースと前記駆動力を伝達するための駆動ギヤとを一体として備え前記回転軸に針状ころ軸受を介して相対回転可能に支持された動力伝達歯車とを、含み、前記スリーブの内周歯と前記ギヤピースのドグ歯とが相互に係合することにより前記回転軸と前記駆動ギヤとの間で前記駆動力が伝達される車両用常時噛合式変速機の同期切換装置であって、
前記軸心方向において、前記針状ころ軸受の転動体の中心位置と前記ドグ歯の歯幅中心位置とが一致するように構成された
ことを特徴とする車両用常時噛合式変速機の同期切換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１６４１６６（Ｐ２０１０−１６４１６６Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８３８４（Ｐ２００９−８３８４）
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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