JP4740155B2 - 電気機械式ギアセレクタ - Google Patents

Description

本出願は、参照により本明細書に組み込まれ、優先権が請求される２００４年１月１４日出願の米国特許仮出願６０／５３７、２４３に関する。

本発明は、一般にポジティブエンゲージメントクラッチに関し、詳細には、自動化されたマニュアルトランスミッション用の電磁作動式ギアセレクタに関する。

同期噛合式装置は、車のギアボックスに一般に使用され、ギアチェンジの動作を簡単にし、それにより、これを未熟な運転者が、衝突とその結果の損傷を起こさずに実行できるようにする。これらの装置は通常、噛合クラッチなどのポジティブエンゲージメントクラッチおよび円錐クラッチなどの摩擦クラッチを組み込む。これらのクラッチは、主に、ギアチェンジの間、動力が一瞬遮断されるトルク中断シフトティング用に設計された。ギアおよびシャフトが最初に摩擦クラッチによって、同じ速度にされ、それからポジティブエンゲージメントクラッチを作動させることによって確実な係合が行われる。同期噛合式装置を、滑り噛合式ギアボックスに適用することができるが、ほとんど常に常時噛合式ボックスと共に使用することができる。その人気にもかかわらず、同期噛合式装置は常に難点がないわけではない。ポジティブエンゲージメントクラッチの１つの部材の顎、または歯が噛合部材の上の溝とうまく整列しない場合があり、クラッチが係合しない。さらに、同期噛合式装置は摩耗する傾向がありパワーシフティング用には適していない。

自動化されたマニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）の導入と共に、故障のないエンゲージメントおよびパワーシフティングの要求がますます強くなってきた。それは、ぜいたく品ではなくほとんど必需品となっている。

本発明は、確実で故障のないエンゲージメントおよびパワーシフティング動作を与えることができる小型のギアセレクタを提供する。

明細書の一部を形成する添付の複数の図面である。

対応する複数の参照記号は複数の図面のいくつかの図にわたって対応する複数の部品を示す。

図１および２に示されるように、ギアクラッチアセンブリ１と一般に言われる本発明の好ましい実施形態は、ギアアセンブリ２と電磁アクチュエータアセンブリ３とを含む。

ギアアセンブリ２は、ギア１０と、ニードルベアリング１１と、ハブ１２と、ハブカバー１３と、ばね１４と、内面スプライン付き傾斜リング１５と、外面スプライン付き傾斜リング１６と、一組の複数のキー１７と、一組の複数のコイルばね１８とをさらに含む。

電磁アクチュエータアセンブリ３は、ベースリング２０と、電気コイル２１と、ケース２２と、プランジリング２３と、スリーブ２４と、ケースホルダ２５と、ベアリングホルダ２６と、ボールベアリング２７とを含む。

図３に示されるように、ギア１０は、２つの内円筒面、第１内円筒面１０ａと、第２内円筒面１０ｂとを有する。第１内円筒面１０ａは、複数のキー１７の組と係合する複数の軸方向溝１０ｃを形成する。第２内円筒面１０ｂは、ギア１０用に支持を与えるニードルベアリング１１の外面１１ａに接する。

図４に示されるように、ハブ１２は、第１外円筒面１２ｃと第２外円筒面１２ｄと第３外円筒面１２ｅとを含む段付外面を有する。第２および第３外面１２ｄおよび１２ｅは、１つの端面１２ｊで開放されており複数のキーの組１７を受ける複数の軸方向溝１２ｋを形成する。第１外面１２ｃは、ベアリング１１およびギア１０を支持するためにニードルベアリング１１の内面１１ｂに接する。ハブ１２も、第１内円筒面１２ａと第２内円筒面１２ｂと第３内円筒面１２ｇとを含む段付内面を有する。第２内面１２ｂは、外面スプライン付き傾斜リング１６と係合するために、内面１２ｂの長さの半分位まで軸方向に延びる複数のスプライン溝１２ｈを形成する。図１１および１２に示されるように、ハブ１２の内面１２ａが支持シャフト３０の噛み合い面３１と、好ましくは滑り嵌めで係合する。

図５に示されるように、ハブカバー１３はカバープレート１３ａとプレート１３ａの中心から軸方向に延びるスピンドル１３ｂとを有する。組み立てられたとき、プレート１３ａは、ばね１４、内面スプライン付き傾斜リング１５、外面スプライン付き傾斜リング１６および複数のキー１７の組をハブ１２の内部に固定するために、ハブ１２の端面１２ｊにファスナ、または溶接などの適切な手段で取り付けられる。カバープレート１３ａの面１３ｆから延びる環状突起１３ｅは、組み立ての間、ハブカバー１３を適切に配置するために、ハブ１２と噛み合う。ハブカバー１３も、支持シャフト３０の噛み合い面３１と好ましくは滑り嵌めで係合する内円筒面１３ｃを有する。スナップリング溝１３ｇは、図１に示されるように、電磁アセンブリ３をギアクラッチアセンブリ２に固定するために、スナップリング２８を受ける。

図６に示されるように、各キー１７は傾斜面１７ｃで連結された上面１７ａと１７ｂとを有する。キー１７の底面１７ｆは、複数のコイルばね１８を受けるためのリセス１７ｄと１７ｅとを形成する。

図９Ａおよび９Ｂに示されるように、内面スプライン付き傾斜リング１５は、内部スプライン１５ｃを有する円筒リングである。内面スプライン付き傾斜リング１５は、平らな端面１５ａと、外面スプライン付き傾斜リング１６と噛み合う３組の２方向のらせん形の傾斜面を形成する弓形の形状の端面１５ｂとを有する。

外面スプライン付き傾斜リング１６は、外部スプライン１６ｃを有する円筒リングである。外面スプライン付き傾斜リング１６も、平らな端面１６ａと、ランプリング１５の端面１５ｂの対応する傾斜面と噛み合う３組の２方向のらせん形の傾斜面を形成する弓形の形状の端部１６ｂとを有する。

図７〜８に示されるように、ギアアセンブリ２を組み立てるために、内面スプライン付き傾斜リング１５、外面スプライン付き傾斜リング１６、ばね１４、複数のキー１７の組および複数のコイルばね１８が、ハブ１２の内部に組み立てられ、ハブカバー１３で固定される。内面スプライン付き傾斜リング１５は、平らな端面１５ａがハブ１２の環状面１２ｉ（図４）に接するまでハブ１２の内部に挿入される。リング１５の外径は、ハブ１２に滑り嵌めするように寸法決めされ、したがって、リング１５がハブ１２の内部で回転可能である。完全に組み立てられたとき、内部スプライン１５ｃは、支持シャフト３０上の対応する外部スプライン３２に係合して、内面スプライン付き傾斜リング１５を支持シャフト３０で回転可能に固定する。外面スプライン付き傾斜リング１６は、ハブ１２の中に挿入され、したがって端面１６ｂの傾斜面が内面スプライン付き傾斜リング１５の端面１５ｂの傾斜面と噛み合う。外面スプライン付き傾斜リング１６の外部スプライン１６ｃは、ハブ１２の内部スプライン１２ｈ内に嵌合され、ハブ１２で外面スプライン付き傾斜リング１６を回転可能に固定する。しかし、外面スプライン付き傾斜リング１６は、ハブ１２の内部で軸方向に移動可能である。ランプリング１６の内径は支持シャフト３０と滑り嵌めするように寸法決めされ、ランプリング１６はシャフト３０の周りを回転できる。

ばね１４がハブ１２の中に挿入され、したがって完全に組み立てられたとき、ばね１４は、ハブカバー１３のカバープレート１３ａと外面スプライン付き傾斜リング１６との間に配置される。ばね１４は、外面スプライン付き傾斜リング１６を軸方向に偏倚させ、それによってランプリング１６を確実に内面スプライン付き傾斜リング１５に押し付ける。組み立てられたとき、ばね１４ならびにランプリング１５および１６は、捩り衝撃荷重減衰装置として機能する。動作の間、捩り衝撃荷重は、以下でさらに説明されるが、係合の間、ハブ１２を通して支持シャフト３０に、またはその反対に伝達される。この捩り衝撃荷重は、２つのランプリング１５および１６に互い同士に対して回転を生じさせる。ランプリング１５および１６が回転するにつれて、端面１５ｂおよび１６ｂの傾斜面がランプリング１５および１６を軸方向に互いに離れる方向に移動させ、それによってばね１４を圧縮する。ランプリング１５および１６は、ばね１４が完全に圧縮されるまで継続して回転する。これが、ランプリング１５および対応する支持シャフト３０、複数のキー１７および対応するハブ１２の複数の溝１２ｋ、ならびにギア１０および対応する噛み合いギア（図示せず）を含めて、様々な結合された要素への衝撃荷重を効果的に低減させる、捩り衝撃荷重に対する減衰効果をもたらす。

図７および８に示されるように、各キー１７は、ハブ１２の対応する溝１２ｋに挿入され、したがって、キー１７は、円周および軸の両方向で、溝１２ｋおよびハブカバー１３のハブプレート１３ａによって閉じこめられる。各開口端の溝１２ｋに対して１つのキー１７がある。複数のコイルばね１８が各キー１７の各リセス１７ｄおよび１７ｅに挿入される。複数のコイルばね１８がキー１７を偏倚させて、複数の溝１２ｋの底の引っ込んだ位置から、ギア１０の対応する複数の溝１０ｃとの係合位置に外側に移動させる。最後に、プレート１３ａがハブ１２の端面１２ｊに取り付けられ、ばね１４、内面スプライン付き傾斜リング１５、外面スプライン付き傾斜リング１６、複数のキー１７の組をハブ１２の内部に固定する。

ギア１０の内面１０ａ上の複数の溝１０ｃの数が、ハブ１２の複数の溝１２ｋ内の複数のキー１７の数と異なることに留意することが重要である。複数のキー１７の数は、複数のキー１７の数とギア１０の内面１０ａ上の複数の溝１０ｃの数との間の差によって均等に分けられる。例えば、図１に示された実施形態では、ハブ内の複数のキー１７の数は１５で、ギアの内面上の複数の溝の数は１２である。したがって、ハブとギアとの間の任意の与えられた角度調整に対して、３つの溝１０ｃとそれぞれ１列に並び、これらの溝によって受けることができる（１５−１２＝３）３つのキー１７が常に存在する。

また、複数の溝１０ｃの幅はキー１７の幅より広く、したがってギア１０とハブ１２との間の任意の角度調整において、１列に並びギア１０の内面の少なくとも１つの溝１０ｃによって受けられる少なくとも１つのキー１７が常にある。

ハブ１２とギア１０との間の係合は、図１０に示されるように電磁アクチュエータアセンブリ３によって制御され作動される。電磁アクチュエータアセンブリ３は、ベースリング２０と、電気コイル２１と、ケース２２と、プランジリング２３と、スリーブ２４と、ケースホルダ２５と、ベアリングホルダ２６と、ボールベアリング２７とを含む。

ベースリング２０は、内周から延び角度のある面２０ｂで終わる内部リム２０ａを有する環状リングである。ベースリング２０は、電気コイル２１の正面２１ａおよび内面２１ｂに接する。スリーブ２４の外面２４ａは、ベースリング２０の内面２０ｃに接して、プランジリング２３との係合用のベアリング面２４ｂを提供する。

ケース２２は、電気コイル２１の背面２１ｃおよび外面２１ｄに接し、溶接または締り嵌めなどの適当な手段によってベースリング２０に付着するＬ字形状の断面を有する環状リングである。このようにして、ベースリング２０、ケース２２およびスリーブ２４は、プランジリング２３と噛み合う電気コイル２１の周りにハウジングを作り出す。

プランジリング２３は、ベースリング２０、ケース２２およびスリーブ２４と噛み合うために内周から突き出した段付リムを有する環状リングである。段付リムは、ランプ２３ｃで連結された第１外面２３ａと第２外面２３ｂとを有する。第２面２３ｂの外径は、スリーブ２４のベアリング面２４ｂと滑り嵌めするように適切に寸法決めされる。完全に組み立てられたとき、プランジリング２３は、電気コイル２１が付勢され、また消勢されるとき、軸方向に沿ってハブ１２に対して自由に移動可能である。

ケースホルダ２５は、プレート２５ａの外周から延びボア２５ｃを形成するリム２５ｂを有するプレート２５ａである。リム２５ｂは、締り嵌め、または溶接などの適切な手段によってケース２２の外面２２ｂと係合する。ベアリングホルダ２６は、ギアクラッチアセンブリ１のハブカバー１３上のアクチュエータアセンブリ３の支持用のボールベアリング２７を固定するためにボア２５ｃの周りでプレート２５ａに取り付けられる。ボールベアリング２７の内面２７ａは、ハブカバー１３のスピンドル１３ｂによって軸方向に固定され、またそれによって支持される。アクチュエータアセンブリ３をさらに固定するために、スナップリング２８がスピンドル１３ｂのスナップリング溝１３ｇに挿入される。

ギアアセンブリ２およびアクチュエータアセンブリ３がギアクラッチアセンブリ１を形成するために組み立てられると、ギアクラッチアセンブリ１が、図１１および１２に示されるように支持シャフト３０に取り付けられる。ギアセレクタ１は、内面スプライン付きリング１５が支持シャフト３０の対応するスプライン３２と係合しシャフト３０で回転可能にリング１５を固定するまで、支持シャフト３０の上を滑動する。したがって、図示された実施形態では、リング１５が、ギアアセンブリ２とシャフト３０との間の唯一の機械連結としての働きをする。アクチュエータアセンブリ３は、適切な手段で回転可能に固定される。

動作では、電気コイル２１が付勢され、また消勢され、したがってギア１０を支持シャフト３０とそれぞれ係合解除し、また係合する。図１１に示されるように、電気コイル２１が付勢されたとき、ケース２２とプランジリング２３との間ならびにベースリング２０とプランジリング２３との間の複数の空気ギャップ中に、電磁場が形成される。電磁場がプランジリング２３を電気コイル２１の方向に移動させて、ベースリング２０とケースとプランジリング２３との間の複数の空気ギャップを閉じる。プランジリング２３が電気コイル２１の方向に移動するにつれて、それが複数のキー１７を複数の傾斜面１７ｃに沿って押し、複数のキー１７をハブ１２内の複数の溝１２ｋに押し込み、それによって、シャフト３０からギア１０を係合解除する。

図１２に示されるように、電気コイル２１が消勢されたとき、プランジリング２３が引っ込んで、複数の引っ込んだ位置から係合位置にばね１８によって外側に押し付けられる少なくとも１つのキー１７によって、電気コイル２１から離れるように移動する。上述のように、係合位置では、複数のキー１７は、ギア１０の対応する複数の溝１０ｃ内に挿入され、それによってギア１０をシャフト３０に係合させる。この位置では、回転力が支持シャフト３０からギア１０に、またはその反対に伝達される。この実施形態では、消勢されたとき、引っ込められた位置から外側に押し付けられ、プランジリング２３を電気コイル２１から離れるように軸方向に押し出す少なくとも３つのキー１７が常に存在する。

係合の間、ハブ１２およびギア１０の速度が同期しない場合、シャフト３０に及ぼされる衝撃荷重があるであろう。上述のように、ばね１４ならびにランプリング１５および１６は、捩り衝撃荷重を大幅に低減させる。

本明細書に示された実施形態は本発明を開示する。それは本発明の範囲を決して限定するものではない。

ギアクラッチアセンブリの好ましい実施形態を示す透視断面図である。 ギアアセンブリと電磁アクチュエータアセンブリとを示す部分分解透視断面図である。 ギアの部分斜視図である。 ハブの部分斜視図である。 ハブカバーの部分斜視図である。 キーの斜視図である。 ギアアセンブリの分解部分斜視図である。 ギアアセンブリの部分斜視図である。 内部ランプリング、外部ランプリングおよびばねの正面側分解斜視図である。 内部ランプリング、外部ランプリングおよびばねの背面側分解斜視図である。 電磁アクチュエータアセンブリの分解部分斜視図である。 複数のキーがギアから係合解除されたギアクラッチアセンブリの断面図である。 複数のキーがギアと係合されたギアクラッチアセンブリの断面図である。

Claims (8)

1. 軸の周りに構成されたギアクラッチアセンブリ（２）であって、
   前記軸に向って内向きに開放され、軸方向に延びる複数の溝（１０ｃ）を有するギア（１０）と、
   前記ギア（１０）の内部に配置され、前記ギア（１０）内部で回転可能なハブ（１２）であって、前記軸から離れる方向に外向きに開放され、軸方向に延びる複数の溝（１２ｋ）を有するハブ（１２）と、
   前記ハブ（１２）の前記複数の溝（１２ｋ）の内部に配置され、前記軸に向って、そして、前記軸から離れる方向に径方向に移動可能な複数のキー（１７）であって、前記複数のキー（１７）が、前記軸から離れる方向に移動することが許容されたとき、少なくとも１つのキーが、前記ギア（１０）の前記複数の溝（１０ｃ）のうちの１つに入って、前記ギア（１０）とハブ（１２）とを、これらが同時に回転するように結合するように構成され、前記複数のキー（１７）の数が、前記ハブ（１２）と前記ギア（１０）との間の溝（１０ｃ、１２ｋ）の数の差によって割り切れるところの複数のキー（１７）と、
   前記複数のキー（１７）の径方向の変位をもたらすためのアクチュエータ（３）と
   を含むギアクラッチアセンブリであって、
   少なくとも１つのキーが、前記ギア（１０）と前記ハブ（１２）とが任意の角度調整された状態において、前記ギア（１０）の前記複数の溝（１０ｃ）のうちの１つに入るように、前記ギア（１０）の前記複数の溝（１０ｃ）が、前記ハブ（１２）の前記複数の溝（１２ｋ）の内部に配置された前記複数のキー（１７）に対して配置されている
   ことを特徴とするギアクラッチアセンブリ。
2. 前記複数のキー（１７）を前記軸から離れる方向に外側に押し付けるための複数のばね（１８）をさらに含み、前記アクチュエータ（３）が、付勢時に、前記複数のキー（１７）を前記軸に向って内側に移動させる、請求項１に記載のギアクラッチアセンブリ。
3. 前記アクチュエータ（３）が、
   前記複数のキー（１７）の周りに軸方向に固定された電気コイル（２１）と、
   前記複数のキー（１７）の周りに軸方向に移動可能なプランジリング（２３）と
   を含み、
   前記電気コイル（２１）が、付勢時に、前記プランジリング（２３）を軸方向に前記電気コイル（２１）に向って移動させて、前記プランジリング（２３）が前記複数のキー（１７）の傾斜面を押し付け、それによって前記複数のキーを軸に向って内側に移動させ、
   前記電気コイル（２１）の消勢時に、前記複数のばねが、前記複数のキーを前記軸から外側に押し付けて、前記複数のキー（１７）の前記複数の傾斜面が前記プランジリング（２３）に対して押し付けられて、前記プランジリング（２３）を前記電気コイル（２１）から軸方向に離れる方向に移動させる、請求項２に記載のギアクラッチアセンブリ。
4. 捩り衝撃荷重を吸収するための手段をさらに含む、請求項１に記載のギアクラッチアセンブリ。
5. 捩り衝撃荷重を吸収するための前記手段が、
   前記ハブの内部に配置された内面スプライン付きリング（１５）であって、傾斜面（１５ｂ）を有し、前記内面スプライン付きリングが支持シャフト（３０）と共に回転するように、前記支持シャフト（３０）に係合される複数のスプライン（１５ｃ）を有する内面スプライン付きリング（１５）と、
   前記ハブ（１２）の内部に配置された外面スプライン付きリング（１６）であって、前記内面スプライン付きリング（１５）の前記傾斜面（１５ｂ）に係合される傾斜面（１６ｂ）を有し、前記外面スプライン付きリング（１６）が前記ハブ（１２）と共に回転し、そして、前記ハブ（１２）内で軸方向に移動するように、前記ハブ（１２）と係合する複数のスプライン（１６ｃ）を有する外面スプライン付きリング（１６）と、
   前記ハブ（１２）の内部に配置され、前記外面スプライン付きリング（１６）を前記内面スプライン付きリング（１５）に対して軸方向に偏倚させるばね（１４）、
   とを含み、前記外面スプライン付きリング（１６）に対する前記内面スプライン付きリング（１５）の回転によって、ばね（１４）が圧縮される、請求項４に記載のギアクラッチアセンブリ。
6. 軸の周りに構成されたギアクラッチアセンブリ（２）を動作させる方法であって、
   前記軸に向って内向きに開放され、軸方向に延びる複数の溝（１０ｃ）を有するギア（１０）を設けるステップと、
   前記ギア（１０）の内部に、前記ギア（１０）内で回転可能なハブ（１２）を設けるステップであって、前記ハブ（１２）が、前記軸から離れる方向に外向きに開放され、軸方向に延びる複数の溝（１０ｃ）を有しているところのステップと、
   前記ハブ（１２）の前記複数の溝（１２ｋ）内に複数のキー（１７）を設けるステップであり、前記複数のキー（１７）が前記軸に向って、また、前記軸から離れる方向に径方向に移動することができ、前記キー（１７）が前記軸から離れる方向に移動することが可能なとき、前記キーの少なくとも１つが、前記ギア（１０）の前記複数の溝（１０ｃ）の１つに入って、前記ギア（１０）及びハブ（１２）が同時に回転するように、前記ギアとハブとを結合するステップであって、前記複数のキー（１７）の数が、前記ハブ（１２）と前記ギア（１０）との間の溝（１２ｋ、１０ｃ）の数の差によって割り切れるところのステップと、
   前記複数のキー（１７）の径方向の変位をもたらすためのアクチュエータ（３）を設けるステップと、
   前記アクチュエータ（３）を付勢して、前記複数のキー（１７）を前記ギア（１０）から連結解除するステップと、
   前記アクチュエータ（３）を消勢して、前記ギア（１０）から前記複数のキー（１７）を連結させるステップと
   を含む方法であって、
   少なくとも１つのキーが、前記ギア（１０）と前記ハブ（１２）とが任意の角度調整された状態において、前記ギア（１０）の前記複数の溝（１０ｃ）のうちの１つに入るように、前記ギア（１０）の前記複数の溝（１０ｃ）は、前記ハブ（１２）の前記複数の溝（１２ｋ）の内部に配置された前記複数のキー（１７）に対して配置されている
   ことを特徴とする方法。
7. 捩り衝撃荷重を吸収するための手段を設けるステップをさらに含む、請求項６の方法。
8. 捩り衝撃荷重を吸収するための前記手段が、
   前記ハブ（１２）の内部に配置された内面スプライン付きリング（１５）であって、傾斜面（１５ｂ）を有し、前記内面スプライン付きリング（１５）が支持シャフト（３０）と共に回転するように、前記支持シャフト（３０）に係合される複数のスプライン（１５ｃ）を有する内面スプライン付きリング（１５）と、
   前記ハブ（１２）の内部に配置された外面スプライン付きリング（１６）であって、前記内面スプライン付きリング（１５）の前記傾斜面（１５ｂ）に係合される傾斜面（１６ｂ）を有し、前記外面スプライン付きリング（１６）が前記ハブ（１２）と共に回転し、そして、前記ハブ（１２）内で軸方向に移動するように、前記ハブ（１２）と係合する複数のスプライン（１６ｃ）を有する外面スプライン付きリング（１６）と、
   前記ハブ（１２）の内部に配置され、前記外面スプライン付きリング（１６）を前記内面スプライン付きリング（１５）に対して軸方向に偏倚させるばね（１４）、
   とを含み、前記外面スプライン付きリング（１６）に対する前記内面スプライン付きリング（１５）の回転によって、ばね（１４）が圧縮される、請求項７に記載の方法。

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