JP2012072829A - シフトフォーク - Google Patents

Abstract

【課題】構造のコンパクト化を図るとともに、縮小化することを可能にしたシフトフォークを提供する。
【解決手段】シフトフォーク１は、シフトロッド４０に挿通支持されるシフトフォーク本体１０と、そのシフトロッド４０と同軸上に挿通支持される一対の摺動脚部２２を介してシフトフォーク本体１０に相対移動可能な摺動ホルダ２０とを備えている。シフトフォーク本体１０の摺動脚部２２と対応する部位には一対のバネ荷重受部１４が一体に形成されている。一対の摺動脚部２２の対向内面には、シフトロッド４０と同軸上に配置されたコイルバネ３０と、一対のバネ荷重受部１４のいずれか一方を押圧することでコイルバネ３０を圧縮させる方向に変位するワッシャ２３とが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両の動力伝達装置に好適に用いられるシフトフォークに関する。

四輪駆動車の動力伝達装置は、主変速機からの回転動力を高速段と低速段との２速に切換える副変速機と、その副変速機の切換え操作を行う変速段切換用シフトフォークとを備えるとともに、この副変速機からの回転動力を２輪駆動と４輪駆動とに切換える２輪・４輪駆動切換機構と、その２輪・４輪駆動切換機構の切換え操作を行う２輪・４輪切換用シフトフォークとを備えていることが一般的である。

この種のシフトフォークの一例としては、半割円筒管状のシフトフォーク本体を有しており、そのシフトフォーク本体に対して半割円筒管状のブラケットを相対移動可能に組み付けたシフトフォークが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１記載のシフトフォークは、単一のシフトロッド上を、シフトフォーク本体が半割円筒管の長さ方向両側に形成された一対の端部フランジの貫通孔を介して移動するとともに、その一対の端部フランジ間に相手方のブラケットが半割円筒管の長さ方向両側に形成された一対の端部フランジの貫通孔を介して移動するように構成されている。

このシフトフォーク本体の一対の端部フランジ間に半円弧面状フランジが形成されるとともに、この半円弧面状フランジに対応して、ブラケットの一対の端部フランジ間には半円弧面状フランジが形成されている。これらの半円弧面状フランジの間に形成された円筒状空間内には、シフト操作力を蓄積する待ち機構となるコイルバネがシフトロッド軸周りに収容されている。

このブラケットの外周面には、モータの回転運動を直線運動に変換するシフトカムのカム溝に係合するシフトピンが突出して形成されている。モータの回転駆動により回転するシフトカムの回転運動は、カム溝に沿って移動するシフトピンを介してブラケットへと伝達され、このブラケットの直線運動に変換される。この直線運動は、コイルバネを介してシフトロッドに沿ってシフトフォーク本体を直線運動させる。このシフトフォーク本体が拘束停止した場合は、シフトカムの回転により直線運動するブラケットの半円弧面状フランジでコイルバネの両側のいずれか一方をコイルバネの弾力に抗して押圧し、シフトフォーク本体にシフト操作力を蓄積する。

米国特許第６６１９１５３号明細書

上記特許文献１に記載された従来のシフトフォークは、シフトロッド上を移動する長さ方向両側一対の端部フランジとコイルバネを押圧する長さ方向両側一対の半円弧面状フランジとの二部材をブラケットに所定の間隔をもって直列的に配置しており、その二部材をシフトフォーク本体の半割円筒管内に移動可能に組み付けている。

このような組み付けの場合は、シフトフォーク本体の端部フランジとブラケットの端部フランジとの干渉を避けるため、シフトフォーク本体のシフトロッド軸方向の長さは、少なくともブラケットの両側一対の半円弧面状フランジ移動ストロークに等しい寸法に、少なくともブラケットの両側一対の端部フランジ移動ストロークを越える値を加えた寸法を必要とする。

本発明は、上記従来の課題を解消すべくなされたものであり、その目的は、構造のコンパクト化を図るとともに、縮小化することを可能にしたシフトフォークを提供することにある。

［１］本発明は、シフトロッドに移動可能に挿通支持されるシフトフォーク本体と、前記シフトロッドと同軸上に挿通支持される一対の摺動脚部を介して前記シフトフォーク本体に相対移動可能に設けられた摺動ホルダと、前記シフトフォーク本体及び前記摺動ホルダの間にバネ部材を収容するバネ収容部と、前記シフトフォーク本体の前記バネ収容部内に形成され、前記バネ部材によるバネ荷重を受ける一対のバネ荷重受部と、前記一対の摺動脚部の対向内面に設けられ、前記一対のバネ荷重受部のいずれか一方を押圧することで前記バネ部材を圧縮させる方向に変位するバネ作動部と、を備えたことを特徴とするシフトフォークにある。

［２］上記［１］記載の発明にあって、前記摺動ホルダの一端部には、シフトロッド軸方向へ延びる腕部が一体に形成され、前記腕部には、前記シフトロッドとは同軸上に配置されて回転駆動するシフトカムのカム溝に沿って移動するシフターピンが突出して設けられたことを特徴としている。

［３］上記［１］又は［２］記載の発明にあって、前記シフトフォーク本体は、前記摺動ホルダの移動を案内する一対のホルダ案内用板リブが突出して形成されてなることを特徴としている。

［４］上記［１］記載の発明にあって、前記バネ作動部は、前記シフトロッドと同軸上に設けられたワッシャからなることを特徴としている。

［５］上記［１］記載の発明にあって、前記バネ部材、前記バネ荷重受部、及び前記摺動脚部が、前記シフトフォーク本体が拘束停止したとき前記シフトフォーク本体にシフト操作力を蓄積する待ち機構を構成してなることを特徴としている。

本発明は、構造を簡略化してコンパクト化及びスリム化を実現することができるとともに、必要な最小限の長さを有するシフトフォークが得られる。

本発明に係わる典型的な実施の形態であるシフトフォークの一構造例を部分的に示す分解斜視図である。 （ａ）はシフトフォークの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線矢視断面図である。 シフトフォークの一作動例を模式的に示す説明図であり、（ａ）はシフト操作前を示す図、（ｂ）はシフト操作開始を示す図、（ｃ）はシフト操作を示す図であり、（ｄ）はシフト操作途中を示す図、（ｅ）はシフト操作終了を示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

（シフトフォークの全体構成）
図１において、全体を示す符号1は、この実施の形態に係る典型的なシフトフォークの全体構成を模式的に示している。このシフトフォーク１は、シフトフォーク本体１０及び摺動ホルダ２０が単一のバネ部材であるコイルバネ３０を介して相対移動可能な二部材により主に構成されている。図示例によるシフトフォーク１としては、材質的に従来のものと変わるところはなく、例えば鋼材からなり、アルミダイカスト、打抜き加工、プレス加工などの各種方法によって製作することができる。

この実施の形態に係る基本の構成は、両側に相対する一対のバネ保持部と、バネ部材を作動させるバネ作動部とを集約化して配置させ、シフトフォーク本体１０と摺動ホルダ２０とを相対移動可能に組み付けた構造、及びその構成部材にある。

（シフトフォーク本体の構成）
このシフトフォーク本体１０は、図１及び図２に示すように、４つの平板状の立設側壁に囲まれて摺動ホルダ２０側を開放したシフトロッド軸方向に長い直方形の箱体からなる。シフトフォーク本体１０の長さ方向両側（シフトロッド軸方向両側）に相対する立設側壁には、シフトロッド４０に摺動可能に挿通支持される一対の摺動孔１１，１１が形成されている。このシフトロッド４０は、図示しないトランスファケースにベアリング４３を介して取り付けられている。

このシフトフォーク本体１０の幅方向両側に相対する立設側壁の開口端縁には、図１及び図２に示すように、摺動ホルダ２０の移動を案内する一対のホルダ案内用板リブ１２，１２が突出して形成されている。この一対のホルダ案内用板リブ１２の対向内面には、段差をもつ階段状をなす案内面１２ａが形成されている。この案内面１２ａは、シフトフォーク本体１０の幅方向両側に相対する立設側壁対向内面の設定幅寸法より幅広に設定されている。一対のホルダ案内用板リブ１２は、摺動ホルダ２０にシフトロッド回りの回転力が加わったときに、シフトロッド４０との相対回転を不能にする回り止め部としての機能をも有している。

このシフトフォーク本体１０の幅方向両側に相対する立設側壁の外面には、図１及び図２に示すように、二股状のフォーク部１３，１３が摺動ホルダ２０の反対側に向けて延出されている。そのフォーク部１３の先端部内面には、図示しない副変速機の変速ギヤ切換えスリーブに係合する爪部１５，１５が互いに対向して突出されている。

このシフトフォーク本体１０の幅方向両側に相対する立設側壁の内面には、図１及び図２に示すように、内方に膨出した細長い柱状の一対のバネ荷重受部１４，１４がシフトロッド軸方向両側にそれぞれ形成されている。この４つのバネ荷重受部１４の間には、シフトロッド４０と同軸上に介装された単一のコイルバネ３０を収容するバネ収容空間１６が形成されている。このバネ荷重受部１４のシフトロッド軸方向の対向内面は、コイルバネ３０の弾力を受けるバネ荷重受面とされている。

（摺動ホルダの構成）
一方の摺動ホルダ２０は、図１及び図２に示すように、シフトロッド軸方向に長い矩形体により構成されている。この摺動ホルダ２０の長さ方向両側の裏面には、一対の摺動脚部２２，２２が形成されている。この摺動脚部２２は、シフトフォーク本体１０とは共通のシフトロッド４０に摺動可能に挿通支持される摺動孔２２ａを有している。

この摺動脚部２２は、図１及び図２に示すように、シフトフォーク本体１０の幅方向両側一対のバネ荷重受部１４間の間隔より僅かに小さく設定されるとともに、この一対の摺動脚部２２の間の間隔は、シフトフォーク本体１０の長さ方向両側一対のバネ荷重受部１４間の間隔に略等しく設定されている。かかる構成により、バネ荷重受部１４に干渉することなく、摺動ホルダ２０とシフトフォーク本体１０とを所定の移動ストロークをもって相対移動可能に組み付けることができる。

この一対の摺動脚部２２の間に形成されたバネ収容空間１６には、図１及び図２に示すように、一対の円形のワッシャ２３，２３がシフトロッド４０と同軸上に配されている。このワッシャ２３には、シフトロッド４０の外径と略同一の内径をもつ孔が形成されており、ワッシャ２３の外径は、シフトフォーク本体１０の幅方向両側一対のバネ荷重受部１４間の間隔より大径に形成されている。

この一対の摺動脚部２２及びワッシャ２３は、コイルバネ３０の両端を保持するバネ保持機能と、コイルバネ３０を作動させるバネ作動機能とを兼ね備えている。図示例では、摺動脚部２２は、円形のワッシャ２３を介してコイルバネ３０の両端を保持するバネ保持面とされるとともに、コイルバネ３０の両端を弾力に抗して押圧するバネ押圧面とされている。シフトフォーク本体１０のバネ荷重受部１４と摺動ホルダ２０の摺動脚部２２との相対移動で生じるコイルバネ３０の圧縮力及び復元力によってシフト操作力を蓄積する待ち機構が構成される。

この摺動ホルダ２０の幅方向両側部には、図１及び図２に示すように、シフトロッド４０に沿って延びる短尺直線状の摺動リブ２１，２１が一体に突出形成されている。この摺動リブ２１は、摺動ホルダ２０の設定幅寸法より幅広に設定されている。摺動リブ２１の先端には、シフトフォーク本体１０のホルダ案内用板リブ１２に形成された案内面１２ａに当接する当接面２１ａが形成されている。

この一対の摺動リブ２１は、シフトロッド回りの回転を不能にする回り止め部としての機能をも有している。かかる構成により、摺動リブ２１の摺動により摺動ホルダ２０の動きが滑らかになる。

この摺動ホルダ２０の長さ方向一端部には、図１及び図２に示すように、シフトロッド４０に沿って延びるアーム部２４が一体に形成されている。このアーム部２４の先端部裏面には円柱状のシフトピン２５が突出形成されている。このシフトピン２５は、カラー２６を介してシフトカム４１の回転運動をシフトフォーク１の直線運動に変換するカム溝４２内に摺動自在に所定の隙間をもって遊嵌されている。シフトピン２５は、アーム部２４を介してシフトフォーク本体１０よりもシフトカム４１側に配置される構成となっており、装置内の狭小な設置空間を合理的に使用することができる。

このシフトカム４１は、図１及び図２に示すように、シフトロッド４０の外周を貫通して挿入されるピン４４により、シフトカム４１に対して回転不能に固定されている。このシフトカム４１のカム溝４２は、互いに平行な内側面を有しており、シフトカム４１の周方向に延びる直線部とシフトカム４１の軸方向に傾いて延びる傾斜部とから構成されている。このカム溝４２の直線部は、シフトフォーク１をシフトロッド軸方向に摺動させないカム溝として構成されている。そのカム溝４２の傾斜部は、シフトカム４１の回転運動をシフトフォーク１の直線運動に変換するカム溝として構成されている。そのカム溝４２の直線部を副変速機の高速段及び低速段の切換え位置に対応して設けることで、シフトフォーク本体１０の移動が拘束停止しても、摺動ホルダ２０だけをカム溝４２の直線部に移動させ、その直線部において回転駆動するシフトカム４１に対して非可逆的に停止状態（待機状態）に保つことができる。

（待ち機構）
シフトカム４１の回転運動は、カム溝４２の傾斜部に沿って移動するシフトピン２５及びカラー２６を介して摺動ホルダ２０へと伝達され、摺動ホルダ２０の直線運動に変換される。この直線運動は、コイルバネ３０を介してシフトロッド４０に沿ってシフトフォーク本体１０を直線運動させる。このシフトフォーク本体１０の直線運動により、シフトフォーク本体１０を介して副変速機の高速用ギヤと低速用ギヤとの間で駆動力の連結・切断を行う切換えスリーブをシフトさせ、高速と低速の切換えを行う。

図示例によるシフトフォーク１は、シフトフォーク本体１０と摺動ホルダ２０との相対移動で生じるコイルバネ３０の変形及び復元力によってシフト操作力を蓄積することができるバネ部材による待ち機構を備えている。この待ち機構としては、シフトフォーク本体１０が拘束停止した場合に、シフトフォーク本体１０と摺動ホルダ２０との間でコイルバネ３０の両側端のいずれか一方を付勢力に抗して押圧することでシフトフォーク本体１０にシフト操作力を一時的に蓄積することができる。

この待ち機構の作用によりコイルバネ３０を圧縮状態に保つことができるので、簡単な構成で摺動ホルダ２０の直線運動をシフトフォーク本体１０に蓄えることができる。この単一のコイルバネ３０をモータの正逆回転方向の双方に作動させ、両待ち機構として機能させることができる。

（シフトフォークの切換え動作）
図３を参照すると、図３には、主変速機からの回転動力を高速段Ｈと低速段Ｌとの２速に切換える副変速機の切換え操作を行う変速段切換用シフトフォーク１の切換え動作の一例が模式的に例示されている。

いま、シフトフォーク１が、図３（ａ）に示す高速段Ｈ位置にある状態で、図示しないモータを回転駆動させると、モータの駆動回転は、同じく図示を省略した減速歯車機構を介してシフトカム４１に伝わり、図１に示すシフトカム４１が回転する。シフトカム４１が回転すると、シフトカム４１のカム溝４２の直線部からカム溝４２の傾斜部にならって、シフトフォーク１の摺動ホルダ２０のシフトピン２５をシフトロッド軸方向に移動させる。

摺動ホルダ２０の移動は、図３（ｂ）に示すように、摺動ホルダ２０の摺動脚部２２及びワッシャ２３を介してコイルバネ３０の端部の一方を押圧する。コイルバネ３０の端部の他方は、ワッシャ２３を介してシフトフォーク本体１０のバネ荷重受部１４の内面を押圧し、コイルバネ３０は撓んで圧縮状態となる。このとき、シフトフォーク本体１０にはコイルバネ３０の付勢力が伝達されるが、摺動ホルダ２０だけが、コイルバネ３０の弾力に抗してシフトフォーク本体１０の長さ方向の立設側壁内面に向けて移動する。

摺動ホルダ２０の移動に伴い、摺動ホルダ２０は、図３（ｃ）に示すように、ワッシャ２３を介してシフトフォーク本体１０のバネ荷重受部１４の内面に向けてコイルバネ３０を圧縮させながら、シフトフォーク本体長さ方向の立設側壁内面に当接して押圧する。摺動ホルダ２０のシフトピン２５は、シフトカム４１のカム溝４２の傾斜部からカム溝４２の直線部にならって移動しており、摺動ホルダ２０は、シフト完了位置に到達する。このとき、コイルバネ３０は最大圧縮状態となり、摺動ホルダ２０の移動荷重は、シフトフォーク本体１０に加わることになる。

摺動ホルダ２０の移動荷重がシフトフォーク本体１０に加わると、シフトフォーク本体１０は、図３（ｄ）に示すように、シフトロッド４０に沿って移動する。シフトフォーク本体１０の移動に伴い、シフトフォーク本体１０の爪部１５と係合する切換えスリーブが、シフトロッド軸方向に移動する。

切換えスリーブのスプラインと低速用ギヤのスプラインとの位相が一致するまでの間は、摺動ホルダ２０の摺動脚部２２、ワッシャ２３、及びシフトフォーク本体１０のバネ荷重受部１４からなる待ち機構の作用によりコイルバネ３０を圧縮状態に保持しており、コイルバネ３０にシフト操作力を一時的に蓄えた状態にある。このとき、モータへの通電は遮断される。

切換えスリーブのスプラインと低速用ギヤのスプラインとの位相が一致すると、図３（ｅ）に示すように、シフト操作力を蓄積していたコイルバネ３０の復元弾発力により、シフトフォーク本体１０はシフトロッド４０上に沿って瞬時に移動する。そして、切換えスリーブは、歯車のスプライン上を摺動して低速段Ｌ位置へと速やかに切換わる。以上のシフト操作により高速段Ｈから低速段Ｌへの切換えが完了する。

なお、上記シフト操作とは逆に低速段Ｌから高速段Ｈへ切換える際は、上記シフト操作とは逆のシフト操作となる。このため、シフトフォーク１を低速段Ｌから高速段Ｈへ切換える作動の説明は省略する。

（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、上記特許文献１に記載された従来のシフトフォークのように、シフトロッド上を移動する一対の端部フランジとコイルバネを押圧する一対の半円弧面状フランジとの二部材をブラケット（摺動ホルダ）に所定の間隔をもって直列的に配置した構成を排除することで、以下の効果が得られる。

（１）摺動ホルダ２０の摺動脚部２２に、ワッシャ２３を介してコイルバネ３０の両端を保持する機能と、コイルバネ３０を作動する機能とを集約化して配置させることにより、シフトフォーク本体１０に対する摺動ホルダ２０のシフトロッド軸方向への移動ストロークに余裕をもたせるようにしている。摺動ホルダ２０に必要な移動ストロークが確保され、シフトフォーク本体１０の長さ方向が不必要に長くなることもない。
（２）この摺動ホルダ２０の摺動脚部２２にバネ保持機能とバネ作動機能とを備えることにより、シフトフォーク本体１０のシフトロッド軸方向の長さは、少なくとも摺動脚部２２がシフトフォーク本体１０のバネ荷重受部１４を通過する移動ストローク分の長さを確保するとともに、摺動ホルダ２０及びコイルバネ３０の組み付けに必要な最小限の内部空間を確保すれば、シフトフォーク本体１０の小型化と短縮化という二つの利点を併せ持つシフトフォーク１を得ることができる。
（３）シフトフォーク本体１０のシフトロッド軸方向長さが短い寸法に設定されるにもかかわらず、シフトフォーク本体１０の支持スパン及び摺動ホルダ２０の支持スパンを大きく設定することができる。これにより、摺動構成部分のフリクションが小さくなり、小さな操作力をもってシフトフォーク本体１０を操作させることができる。それに加えて、操作力の伝達効率を向上させることができるとともに、モータや減速歯車機構等のアクチュエータを小型化することができる。
（４）シフトカム４１と同軸のシフトロッド４０上にシフトフォーク本体１０を配置できるので、シフトカム４１専用のシフトロッドを設ける場合に比べると、部品点数が少なくなり、製作コストを削減させることが可能となる。それに加えて、トランスファなどの前輪駆動用チェーンの間にシフトフォーク１を配置する場合は、前輪駆動用チェーンとの干渉を避けて十分な設置スペースを確保することができる。

なお、上記実施の形態にあっては、副変速機の切換え操作を行う変速段切換用のシフトフォークについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。マニュアルトランスミッションにおける変速切換えに用いられるシフトフォーク、差動制限装置の作動をロックするデフロック機構用のシフトフォークなどについても同一構造で適用することができることは勿論であり、本発明の初期の目的を十分に達成することができる。

本発明のシフトフォークは、自動車、自動二輪車あるいは農業機械、建設土木機械、運搬機械等の作業用車両などの各種車両に効果的に使用することができる。従って、本発明は、上記実施の形態や図示例に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲内で様々に設計変更が可能である。

１ シフトフォーク
１０ シフトフォーク本体
１１ 摺動孔
１２ ホルダ案内用板リブ
１２ａ 案内面
１３ フォーク部
１４ バネ荷重受部
１５ 爪部
１６ バネ収容空間
２０ 摺動ホルダ
２１ 摺動リブ
２１ａ 当接面
２２ 摺動脚部
２２ａ 摺動孔
２３ ワッシャ
２４ アーム部
２５ シフトピン
２６ カラー
３０ コイルバネ
４０ シフトロッド
４１ シフトカム
４２ カム溝
４３ ベアリング
４４ ピン

Claims (5)

1. シフトロッドに移動可能に挿通支持されるシフトフォーク本体と、
   前記シフトロッドと同軸上に挿通支持される一対の摺動脚部を介して前記シフトフォーク本体に相対移動可能に設けられた摺動ホルダと、
   前記シフトフォーク本体及び前記摺動ホルダの間にバネ部材を収容するバネ収容部と、
   前記シフトフォーク本体の前記バネ収容部内に形成され、前記バネ部材によるバネ荷重を受ける一対のバネ荷重受部と、
   前記一対の摺動脚部の対向内面に設けられ、前記一対のバネ荷重受部のいずれか一方を押圧することで前記バネ部材を圧縮させる方向に変位するバネ作動部と、
   を備えたことを特徴とするシフトフォーク。
2. 前記摺動ホルダの一端部には、シフトロッド軸方向へ延びる腕部が一体に形成され、
   前記腕部には、前記シフトロッドとは同軸上に配置されて回転駆動するシフトカムのカム溝に沿って移動するシフターピンが突出して設けられたことを特徴とする請求項１記載のシフトフォーク。
3. 前記シフトフォーク本体は、前記摺動ホルダの移動を案内する一対のホルダ案内用板リブが突出して形成されてなることを特徴とする請求項１又は２記載のシフトフォーク。
4. 前記バネ作動部は、前記シフトロッドと同軸上に設けられたワッシャからなることを特徴とする請求項１記載のシフトフォーク。
5. 前記バネ部材、前記バネ荷重受部、及び前記摺動脚部が、前記シフトフォーク本体が拘束停止したとき前記シフトフォーク本体にシフト操作力を蓄積する待ち機構を構成してなることを特徴とする請求項１記載のシフトフォーク。

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