JP5984898B2 - レンジ切り替え装置 - Google Patents

Description

この発明は、運転者が例えばシフトレバーによって選択したシフトレンジを、電気信号を介して設定するいわゆるシフトバイワイヤシステムを備えたレンジ切り替え装置に関するものである。

従来から、例えば特許文献１（出願中）に記載されているように、モータと減速機構部と出力軸とを外郭部材内に備えたレンジ切り替え装置が知られている。
この特許文献１に記載されているレンジ切り替え装置では、外郭部材の内部に電子制御ユニットが配置され、レンジ切り替え装置のハウジング本体には突設するコネクタが設けられており、外部ユニットからの配線を収容するコネクタをハウジング本体のコネクタに結合することにより、レンジ切り替え装置が外部ユニットに電気的に接続されるように構成されている。

特願２０１４−７８４１０号

しかしながら、上記特許文献１に記載されているレンジ切り替え装置は、減速部最終段の平行軸歯車減速部に、扇形状の外歯車を使用しているため、歯車軸間距離が大きくなり、レンジ切り替え装置が大型化する問題を生じていた。
また、レンジ切り替え機構部のトランスミッション側には、各シフトレンジに位置決め、レンジ固定できるよう、ディテントプレートやディテントスプリング等を用いたディテント機構が設けられていると共に、レンジ切り替え機構部のトランスミッション側には、レンジ位置を認識し、かつ各レンジに応じたポジショニングランプの点灯、他アクチュエータへの電源ＯＮ／ＯＦＦ等の機能を有するインヒビタスイッチが設けられている。これらディテント機構、インヒビタスイッチに加えて、レンジ切り替え装置を搭載するために、レンジ切り替え機構部全体が大型化する問題も生じていた。

さらに、レンジ切り替え装置によって各シフトレンジに位置決めする際、レンジ切り替え装置の出力軸からの逆起動トルクが、トランスミッション内に設けられたディテントトルク以下であれば、ディテントトルクに頼った各シフトレンジへの位置決めが可能であり、レンジ切り替え装置の位置決め制御が容易となるが、シフトレンジ切り替えに必要なトルクを、レンジ切り替え装置で発生させるには、モータ発生トルクを歯車等の減速機構を用いて増幅させる必要がある。
しかし、その代償としてレンジ切り替え装置のモータコギングトルクと減速機構部ロストルクによる逆起動トルクが増大するため、この逆起動トルクがディテントトルクを上回ることで、ディテントトルクに頼った制御が困難となり、レンジ切り替え装置の制御に高精度を要する問題が生じていた。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、レンジ切り替え装置内での各構成部品の大型化を抑制することで、小型軽量なレンジ切り替え装置を提供することを目的とする。
また、レンジ切り替え装置内での簡素な構成により、トランスミッション側の構成部品点数を削除可能なレンジ切り替え装置を提供することを目的とする。
さらに、レンジ切り替え装置の制御に高精度を必要とすることなく、簡素な構成で制御の容易化が可能なレンジ切り替え装置を提供することを目的とする。

この発明に係るレンジ切り替え装置は、ハウジング内に取り付けられたモータと、前記モータのシャフトに配置された小歯車と、前記小歯車に噛合する歯車が内側に形成された開口部を有する扇形状の大歯車と、前記大歯車を前記ハウジング内に回動可能に支持する出力軸と、前記シャフトに結合された太陽歯車と、この太陽歯車に噛み合い円周上に配置された複数の遊星歯車と、この遊星歯車に噛み合う内歯車と、前記遊星歯車を自転及び公転可能に支持するキャリアとを有する遊星歯車機構と、を備え、前記小歯車は、前記大歯車の前記開口部の内側に配置され配置されており、前記キャリアは、自己潤滑可能な材料で形成されており、前記シャフトと直に摺動することを特徴とするものである。

この発明によるレンジ切り替え装置によれば、小歯車に噛合する歯車が内側に形成された開口部を有する扇形状の大歯車を有し、つまり小歯車は大歯車の開口部の内側に配置されているので、歯車間の軸間距離を短くすることができるため、減速機構の小型化により、レンジ切り替え装置全体の小型化が可能となり、トランスミッション周りへの搭載性を向上させることができる。また、キャリアが、自己潤滑可能な材料で形成されており、シャフトと直に摺動されたので、軸受部材を削除することができ、結果として小歯車を大歯車の開口部内に容易に収めることが可能となり、装置全体の小型化が可能となる。

この発明の実施の形態１に係るレンジ切り替え装置及び周辺の機構を模式的に示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係るレンジ切り替え装置の外観を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態１に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の構成を示す平面概要図である。 比較例のレンジ切り替え装置における歯車減速機構の構成を示す平面概要図である。 この発明の実施の形態２に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の構成を示す平面概要図である。 この発明の実施の形態３に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の構成を示す平面概要図である。 図７のＣ−Ｃ線に沿った断面を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態４に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の構成を示す平面概要図である。 この発明の実施の形態４に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の嵌合部の構成を示す平面概要図である。 この発明の実施の形態４に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の嵌合部の変形例を示す平面概要図である。

実施の形態１．
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態１について説明する。なお、各図面において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
図１は、この発明の実施の形態１におけるレンジ切り替え装置及び周辺の機構を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、レンジ切り替え機構１は、この発明の実施の形態１の要部であるレンジ切り替え装置２、ディテント機構３、パーキング機構４、及びバルブボディ５を備えて構成されている。
ここで、レンジ切り替え装置２は、例えば車両に搭載される自動変速機に取り付けられるように構成されており、運転者によって選択されるシフトレバー（レンジ選択手段）からのシフト信号（電気信号）が供給されるコネクタ２ａを備えている。このシフト信号に基づいてレンジ切り替え装置２は、その出力軸に連結された駆動対象となるシフトシャフト６を回転駆動し、このシフトシャフト６に取り付けられた略扇形状のディテントプレート７を回動する。このディテントプレート７には、スプール弁８が係合されており、シフトシャフト６の回動によりディテントプレート７が回動すると、係合するスプール弁８がバルブボディ５内で往復移動し、これによってバルブボディ５内の油路を切り替えて、所定のシフトレンジ（Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ）を設定するように構成されている。

また、ディテントプレート７には、略扇形状の先端部に複数の凹部７ａが設けられており、この凹部７ａは、スプール弁８の各レンジ位置（Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ）に対応している。さらに、バルブボディ５に固定されたディテントスプリング９が板ばねとして作用し、その先端を凹部７ａに押圧することによってディテントプレート７を位置決め保持するように構成されている。
一方、パーキング機構４は、ディテントプレート７に連結されたパーキングロッド１０と、パーキングロッド１０の先端に設けられた円錐部１１と、パーキングポール１２と、パーキングギヤ１３とを有している。パーキングロッド１０は、ディテントプレート７の回動に伴い、パーキングロッド１０が変位することによって、その先端に設けられた円錐部１１を介してパーキングポール１２が軸１２ａを中心に上方向もしくは下方向へ揺動する。この揺動に伴いパーキングポール１２の凸部１２ｂが、パーキングギヤ１３の凹部１３ａに嵌合あるいは凹部１３ａから離脱することによって、パーキング機構４のロックとアンロックが達成され、変速機における出力部材の回転を阻止または可能とすることになる。

以上のように、このレンジ切り替え機構１においては、ディテントプレート７を介してシフトシャフト６とスプール弁８とが連動していることから、シフトシャフト６の回転角度を制御することによって、スプール弁８の位置を制御し、所定のシフトレンジを設定することが可能となるものである。
次に、この発明の要部であるレンジ切り替え装置２について図２〜図４に基づいて詳細に説明する。
図２は、この発明の実施の形態１のレンジ切り替え装置の外観を示す平面図、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面を示す要部断面図、図４は、この発明の実施の形態１に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の構成を示す平面概要図である。また、図４は、図３のＢ−Ｂ断面部分の構成を示す平面概略図である。
図３において、レンジ切り替え装置２は、シフトレバーからのシフト信号に基づいて制御信号を発生させる制御基板１４と、制御基板１４からの制御信号に基づいて制御されるモータ１５と、モータ１５に連結された減速機構１６と、減速機構１６に連結されシフトシャフト６を回転させることによってシフトレンジの切り替えを行うレンジ切り替え部１７とを備えている。

ここで、レンジ切り替え部１７の出力軸１８は、レンジ切り替え装置２のハウジングを構成するフロントボディ１９の支持筒部１９ａにその内側に設けられたメタルベアリング２０を介して回転可能に支承されている。また、出力軸１８のフロント側外周部には、凹部１８ａが設けられており、凹部１８ａとフロントボディ１９間に挟み込まれたシール部材２１によって外部とは気密または液密に保持されている。
一方、減速機構１６は、遊星歯車減速機構と平歯車減速機構によって構成されており、回転するモータシャフト２２に一体に形成された太陽歯車２３と、この太陽歯車２３に噛み合う遊星歯車２４と、この遊星歯車２４に噛み合う内歯車２５と、遊星歯車２４を自転及び公転可能に支持するキャリア２６と、キャリア２６の反遊星歯車側に一体に形成された小歯車２７と、出力軸１８に固定され、小歯車２７に噛み合う大歯車２８とを有している。

なお、小歯車２７と一体に形成されたキャリア２６は、遊星歯車側に延出したモータシャフト先端２２ａの外周上で回転可能に摺接して支承されている。また、内歯車２５は、樹脂で構成されており、インサートプレート２９がインサート成形されている。
モータ１５は、永久磁石を用いたブラシレスモータであり、回転可能に支持されたロータ３０と、このロータ３０の回転中心と同軸上に配置されたステータ３１とで構成される。
なお、ロータ３０は、モータシャフト２２に圧入固定されており、磁石３２はロータ３０内に接着等の手段により固定されている。モータシャフト２２は、第一の転がり軸受３３と第二の転がり軸受３４によってリアボディ３６に回転可能に支承されている。また、ヨーク３５はリアボディ３６に一体に成形されて構成されており、ステータ３１はヨーク３５に圧入固定されている。なお、リアボディ３６は、フロントボディ１９とともにレンジ切り替え装置２のハウジングを構成し、レンジ切り替え部１７の出力軸１８とモータシャフト２２の軸中心は、離間して配置され、小歯車２７と大歯車２８の配置を可能としている。

制御基板１４は、リアボディ３６に固定され、一端がレンジ切り替え部１７の出力軸１８に対向して配置されるとともに、他端がモータ１５のロータ３０に対向する位置に配置されている。ここで、制御基板１４の出力軸１８に対向する位置には、出力軸１８の回転角度を検出するレンジ切り替え位置検出センサ３７が、制御基板１４のロータ３０に対向する位置には、ロータ３０の回転位置を検出するモータ位置検出センサ３８が取り付けられている。すなわち、レンジ切り替え位置検出センサ３７は、制御基板１４上の出力軸１８の軸上で、出力軸１８内に埋設された磁石３９に対向する位置に配置され、磁束方位検出型の磁気センサからなり、出力軸１８の回転に伴う磁石３９の磁束変化により回転位置を検出するものである。
一方、モータ位置検出センサ３８は、制御基板１４上のロータ３０に対向する位置に配置された非接触のホールセンサからなり、ロータ３０の磁石３２による磁界を検出して制御することにより、モータ１５を脱調させることなく回転運動を行わせることができる。なお、ロータ３０の軸方向寸法は、ステータ３１の軸方向寸法より長く、モータ位置検出センサ３８側に突出する形で配置される。

また、ヨーク３５に固定されたステータ３１は、ステータコア４０及びコイル４１から構成されている。ステータコア４０は、周方向の３０度毎に径内方向に向けて突出する複数のステータティースを形成する。コイル４１は、各ステータティースに巻回されているＵ相、Ｖ相、及びＷ相のコイルから成り、三相スター結線を構成している。ここで、図３及び図４に示すように、コイル４１の各相の基板側片端であるコイル端４１ａは、ステータコア４０のボビン４２と一体に成形固定されたターミナル４３にヒュージング固定されており、ターミナル４３は制御基板１４と重なる位置で軸方向に延出しており、各ターミナル端４３ａは、制御基板１４上にはんだ等により電気的及び機械的に直結されている。スター結線の中性点は、ステータコア４０のボビン４２と一体に成形固定されたターミナル４３により構成されている。

以上のように構成された実施の形態１のレンジ切り替え装置において、モータ１５で発生したトルクは、太陽歯車２３、遊星歯車２４、内歯車２５、およびキャリア２６によって減速され、小歯車２７に伝達される。小歯車２７に伝達されたトルクは、小歯車２７と噛み合う大歯車２８によって減速され、出力軸１８に伝達される。
図４に示すように、大歯車２８の開口部２８ａには、内歯車２８ｂを構成しており、小歯車２７を大歯車２８の開口部２８ａ内に配置することにより、大歯車２８と小歯車２７の軸間距離４５を短縮でき、平行軸平歯車減速機構の構成を小型化することが可能である。その結果、レンジ切り替え装置全体が小型化するとともに、トランスミッション周りへの搭載性を向上させることが可能となる。

図５は、比較例のレンジ切り替え装置に係る歯車減速機構の構成を示す平面概要図である。図５に示すように、比較例のレンジ切り替え装置に係る歯車減速機構においては、大歯車２８として扇形状の外歯車を使用しているため、大歯車２８の外歯と小歯車２７が外接している。そのため、小歯車２７と大歯車２８との間の軸間距離４５が大きくなり、レンジ切り替え装置２が大型化するという問題点があった。
また、実施の形態１のように内歯車２８ｂを有する大歯車２８の開口部２８ａに小歯車２７を収めるには、小歯車２７の小型化が必要となる。また、キャリア２６の反遊星歯車側に一体に結合された小歯車２７は、モータシャフト先端２２ａを軸として摺動させる構成であるために、滑り軸受け等の別部材を設ける必要がある。しかし、軸受け部材４６を圧入等の手段によりキャリア２６内に固定し、圧入に耐え得る歯車歯底の肉厚４７を確保しながら、その外側に小歯車２７を構成しようとすると、小歯車２７が大型化するために、大歯車２８を内歯車として開口部２８ａに小歯車２７を配置し難くなる。

しかし、この発明の実施の形態１に係るレンジ切り替え装置２では、図４に示すように、キャリア２６を焼結等の含油可能材で構成することにより、モータシャフト２２間に軸受け部材４６の配置が不要となるため、部品点数の削減が可能である。つまり、キャリアは、自己潤滑可能な材料で形成され、シャフトと直に摺動することができる。また、それと共に、軸受け部材４６を削除できる分、歯車歯底の肉厚４７を確保しつつ、小歯車２７のモジュール、歯数等の低減が可能である。その結果として、実施の形態１においては、小歯車２７を大歯車２８の開口部２８ａ内に容易に収めることが可能であり、装置全体の小型化が可能となる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の構成を示す平面概要図である。
図６において、レンジ切り替え装置２の内部には先端にローラ４８を有するディテントスプリング４９が設けられていると共に、内周円弧部に内歯車２８ｂを有する大歯車２８の外周円弧部にはシフトレンジに応じた凹凸２８ｃが形成されており、ディテントスプリング４９のローラ４８が、大歯車２８の凹凸２８ｃに噛み合うよう構成されている。
以上のように構成された実施の形態２のレンジ切り替え装置２において、ディテントスプリング４９をレンジ切り替え装置２の内部に構成することにより、トランスミッション内部にはディテントプレート７とディテントスプリング９を構成する必要が無くなり、トランスミッションの構成を簡素化することが可能となる。
さらに、実施の形態２におけるレンジ切り替え装置２では、大歯車２８にディテントプレート７の機能を持たせていることから、実施の形態１の構成に対して、ディテントスプリング４９を追加するのみで、ディテント機構３をレンジ切り替え装置２の内部に構成可能であり、トランスミッションを含めた全体で部品の削減が可能となる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の構成を示す平面概要図である。また、図８は、図７のＣ−Ｃ線に沿った断面を示す要部断面図である。実施の形態３においては、実施の形態１および実施の形態２とは異なり、大歯車２８が内歯では無く、外歯の構成となっている。
図７において、大歯車２８は扇形状を有しており、片側平面２８ｄには、ばね性を有する接点部材５０を大歯車２８とは絶縁部材５１を介して１つもしくは複数個設けている。また、それと共に、リアボディ３６には、この接点部材５０に相対する位置に複数本の円弧状固定ターミナル５２を配置し、これら部材間の接触（通電）、非接触（非通電）により、レンジ切り替え位置に応じたスイッチ機能を有している。
以上のように構成された実施の形態３のレンジ切り替え装置２において、従来、トランスミッションに設けていたインヒビタスイッチの機能を、レンジ切り替え装置２に集約することができ、インヒビタスイッチを削除できることにより、車両レベルでの部品点数の削減、部品組み付け工数の削減が可能となる。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の構成を示す平面概要図である。また、図１０は、この発明の実施の形態４に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の嵌合部の構成を示す平面概要図である。また、図１１は、この発明の実施の形態４に係るレンジ切り替え装置における歯車減速機構の嵌合部の変形例を示す平面概要図である。
図９において、出力軸１８の外径と、大歯車２８の穴部の内径との嵌合部間には、径方向に隙間５５を設けると共に、出力軸回転方向に一定量の不感帯５３を有した当接部５４を設けている。
以上のように構成された実施の形態４のレンジ切り替え装置によって、各シフトレンジに位置決めする際、モータ１５と減速機構１６による逆起動トルクの影響を受けることなく、トランスミッションのディテントトルクに頼ったレンジ位置決め制御が可能であり、レンジ切り替え装置の高精度な制御が不要となる。

なお、嵌合部の形状は図９に示すような蝶形に限るものでは無く、図１０に示すようなＨカット形状や、図１１に示すような歯車形状でも問題なく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜、変形、省略することが可能である。
以上のように、出力軸１８と、大歯車２８との嵌合部間には出力軸回転方向に一定量の不感帯５３を設けることにより、レンジ切り替え装置２によって各シフトレンジに位置決めする際、モータコギングトルクと減速機構ロストルクによる逆起動トルクの影響を受けることなく、トランスミッションのディテントトルクに頼ったレンジ位置決め制御が可能であり、レンジ切り替え装置の高精度な制御が不要となる。
また、この発明のレンジ切り替え装置２は、車両用のシフトレンジ切り替え機構に限定されるものではなく、車両用の各種アクチュエータの駆動部、あるいは産業用ロボットや工作機械の駆動部としても用いることができる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ レンジ切り替え機構、２ レンジ切り替え装置、３ ディテント機構、４ パーキング機構、５ バルブボディ、６ シフトシャフト、７ ディテントプレート、８ スプール弁、９ ディテントスプリング、１０ パーキングロッド、１１ 円錐部、１２ パーキングポール、１３ パーキングギヤ、１４ 制御基板、１５ モータ、１６ 減速機構、１７ レンジ切り替え部、１８ 出力軸、１９ フロントボディ、２０ メタルベアリング、２１ シール部材、２２ モータシャフト、２３ 太陽歯車、２４ 遊星歯車、２５ 内歯車、２６ キャリア、２７ 小歯車、２８ 大歯車、２８ａ 開口部、２８ｂ
内歯車、２８ｃ 凹凸部、２８ｄ 片側平面部、２９ インサートプレート、３０ ロータ、３１ ステータ、３２ 磁石、３３ 第一の転がり軸受、３４ 第二の転がり軸受、３５ ヨーク、３６ リアボディ、３７ レンジ切り替え位置検出センサ、３８ モータ位置検出センサ、３９ 磁石、４０ ステータコア、４１ コイル、４２ ボビン、４３ ターミナル、４５ 軸間距離、４６ 軸受け部材、４７ 歯車歯底の肉厚、４８ ローラ、４９ ディテントスプリング、５０ 接点部材、５１ 絶縁部材、５２ 固定ターミナル、５３ 不感帯、５４ 当接部、５５ 隙間。

Claims (3)

1. ハウジング内に取り付けられたモータと、
   前記モータのシャフトに配置された小歯車と、
   前記小歯車に噛合する歯車が内側に形成された開口部を有する扇形状の大歯車と、
   前記大歯車を前記ハウジング内に回動可能に支持する出力軸と、
   前記シャフトに結合された太陽歯車と、この太陽歯車に噛み合い円周上に配置された複数の遊星歯車と、この遊星歯車に噛み合う内歯車と、前記遊星歯車を自転及び公転可能に支持するキャリアとを有する遊星歯車機構と、を備え、
   前記小歯車は、前記大歯車の前記開口部の内側に配置されており、
   前記キャリアは、自己潤滑可能な材料で形成されており、前記シャフトと直に摺動することを特徴とするレンジ切り替え装置。
2. 前記大歯車の外周円弧部に設けられた複数の凹凸形状と、
   先端にローラを有するディテントスプリングと、を備え、
   前記ディテントスプリングの前記ローラが、前記大歯車の前記凹凸形状と噛み合うように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のレンジ切り替え装置。
3. 前記出力軸と前記大歯車との嵌合部間には、前記出力軸の回転方向に不感帯が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレンジ切り替え装置。

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