JP2007309417A - 変速機の操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小形で簡易かつ組付が容易なダンパー機構をもち、スムーズな変速操作で操作ショックや衝突音、衝突荷重を低減することができ、操作力の伝達ロスも発生しない、変速機の操作装置を提供する。
【解決手段】複数の変速段のうち一つを選択して係合させる変速操作を行う変速操作部と、該変速操作に必要な操作力を生起する操作モータと、該操作モータの出力軸２に設けられたピニオンギヤ３と、該ピニオンギヤ３に噛合して該変速操作部に該操作力を伝達する従動ギヤと、を備える変速機の操作装置（主要部１）であって、前記出力軸２と前記ピニオンギヤ３とは間隙をもって同心円筒状に配置され、該出力軸２と該ピニオンギヤ３とを相対回転変位可能に付勢しつつ係着するねじり弾性部材（ねじりコイルスプリング４）を該間隙内に備える。
【選択図】図２

Description

本発明は車両用変速機の操作装置に関し、より詳細にはダンパー機構を有する操作装置に関する。

車両用の変速機には、運転者が変速操作を行うマニュアルトランスミッションと、自動的に変速操作が行われるようにしたオートマチックトランスミッションとがある。オートマチックトランスミッションでは、アクチュエータを用いて変速操作を行うことが一般的であり、例えば操作モータを用いてその出力軸に動力変換機構を設け変速操作部に操作力を伝達している。動力変換機構では、ピニオンギヤに別の歯数の多い平歯車を噛合させて減速したり、ピニオンギヤにラックギヤを組み合わせて回転運動を直線運動に変換したりしている。このような操作モータと動力変換機構とを備える変速機において、変速操作時の操作ショックや衝突音、衝突荷重などが問題になる場合があった。すなわち、操作ショックや衝突音は車両運転者や同乗者の快適性を低下させており、衝突荷重などの機械的なストレスは動力変換機構や変速ギヤなどの耐久性を低下させるおそれがあった。

この対策として、本願出願人は特許文献１に、変速機に用いられるアクチュエータの制御装置を開示している。この制御装置は、最大電流値検出手段を備え、アクチュエータに指示する電流値と実際に供給し得る電流値との相違を予防して、適切な変速操作を行えるようにしたものである。また、特許文献２に開示されるダンパ装置を、変速機の操作装置に適用することも考えられている。このダンパ装置は、相対回動可能な２つのスプリングホルダと、両スプリングホルダ間で回転力を伝達するための実施例では３個のダンパスプリングとを備え、例えばエンジンのクランクシャフトに設けられて、急激な回転速度変化に対して緩衝効果を発揮するものである。
特開２００２−７１０１９号公報 特開２０００−２１３５９９号公報

ところで、特許文献１の制御装置により最大電流値の相違を予防するようにしても、必ずしもスムーズな変速操作が行われるとは限らず、力学的に安定した緩衝効果を発揮するダンパー機構を備えることが必要と考えられる。また、特許文献２のダンパ装置は力学的な緩衝効果をもつが、本来エンジン出力用であって構造が複雑かつ部品点数も多く、これを操作モータの出力軸に適用するには、小形化する際の技術的困難や、部品材料費や組付作業性の問題があった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、小形で簡易かつ組付が容易なダンパー機構をもち、スムーズな変速操作で操作ショックや衝突音、衝突荷重を低減することができ、操作力の伝達ロスも発生しない、変速機の操作装置を提供する。

本発明の変速機の操作装置は、複数の変速段のうち一つを選択して係合させる変速操作を行う変速操作部と、該変速操作に必要な操作力を生起する操作モータと、該操作モータの出力軸に設けられたピニオンギヤと、該ピニオンギヤに噛合して該変速操作部に該操作力を伝達する従動ギヤと、を備える変速機の操作装置であって、前記出力軸と前記ピニオンギヤとは間隙をもって同心円筒状に配置され、該出力軸と該ピニオンギヤとを相対回転変位可能に付勢しつつ係着するねじり弾性部材を該間隙内に備えることを特徴とする。

本発明を適用する変速機本体には、例えば同期噛合式自動変速機を用いることができる。この変速機では、各変速段の変速ギヤを同期噛合させる変速操作部として、各変速段に設けられるシンクロメッシュ機構、各シンクロメッシュ機構を操作するスリーブ、スリーブのうち１つを選択（セレクト）及びシフトさせるためのシフトアンドセレクト軸などを設けることができる。また、アクチュエータにより操作を行う他の方式の変速機を用いることもできる。

操作モータは、変速操作部の操作に必要な操作力を生起するものであり、例えば直流モータを用いることができる。直流モータは、セレクト操作用とシフト操作用に各１台設けて合計２台としてもよく、１台だけとして出力を切り替えて用いるようにしてもよい。直流モータの電気入力を増減することにより操作力を調整することができ、電源極性を反転することにより操作方向を変えることができる。なお、ステッピングモータなど他の方式のモータを適用することもできる。

ピニオンギヤは、操作モータの出力軸に設けられる歯車である。ピニオンギヤは、従来出力軸に固設されていたが、本発明では間隙をもって同心円筒状に配置されている。例えば、従来の出力軸を細いものに取り替えてやれば、従来のピニオンギヤを用いても、間隔をもって配置することができる。なお、後述するように、ピニオンギヤは出力軸に対して相対回転変位可能とされている。従動ギヤは、ピニオンギヤに噛合するとともに、変速操作部に係合して操作力を伝達するものである。例えば、従動ギヤに歯数の多い平歯車を用い、減速して大きなトルクを得ることができる。また、従動ギヤに直線状のラックギヤを用いて、直線運動を得ることもできる。そして、例示したシフトアンドセレクト軸などの変速操作部に達するまでに、適宜動力変換機構を組み合わせ、操作力を望ましい形態に変換することができる。

ねじり弾性部材は、出力軸とピニオンギヤとを相対回転変位可能に付勢しつつ係着するものである。ねじり弾性部材は、同心円筒状に配置された出力軸とピニオンギヤとの間隙に配置することができる。したがって、外側のピニオンギヤは、出力軸と軸心を共有することができ、安定して回転できるようになっている。また、ねじり弾性部材の円周方向の付勢力によって、出力軸とピニオンギヤとの間には回転変位に比例した復元力が生起されるようになっている。

前記ねじり弾性部材は、一端が前記出力軸に形成された係止溝に嵌合し他端が前記ピニオンギヤに形成された係止溝に嵌合するねじりコイルスプリングであることが好ましい。

ねじりコイルスプリングは、線材をコイル状に巻いて形成した一般的なスプリングであるが、軸方向に伸縮する弾性ではなく、両端面間の円周方向のねじり弾性を利用している。ねじりコイルスプリングの一端を出力軸の係止溝に嵌合することにより、嵌合箇所ではスプリングの一端と出力軸とが一緒に回転するようになる。同様に、ねじりコイルスプリングの他端はピニオンギヤの係止溝に嵌合して一緒に回転するようになる。この構成により、出力軸とピニオンギヤとは、ねじりコイルスプリングのねじり弾性を介して相対回転変位可能に係着され、ダンパー機構をもつことになる。

なお、上述の係止溝にスプリング端を嵌合した構造では、組付作業が極めて容易になる。すなわち、ねじりコイルスプリングをその一端が係止溝に嵌合するように出力軸に差し込み、次にピニオンギヤをその係止溝がねじりコイルスプリングの他端と嵌合するように差し込み、最後に脱落を防止する押さえ部材を当ててやれば組付は終了する。したがって、ねじ締めや接着などを必要とせず、特殊な工具も用いない、極めて単純な組付作業となっている。

前記出力軸と前記ピニオンギヤとの相対回転変位が一定量に達したとき、両者の間で前記操作力を直接伝達する直結部材をもつことが好ましい。

例えば、ピニオンギヤの側端面に突出する従動部材を設け、出力軸の対向する箇所に駆動部材を設けることができる。さらに、出力軸とピニオンギヤとが相対回転変位していないときに離隔していて、相対回転変位が一定量に達したときに当接するように、従動部材と駆動部材とを配置することができる。すると、相対回転変位が小さい間、操作力は出力軸からねじり弾性部材を経由してピニオンギヤに伝達され、相対回転変位が一定量に達すると、操作力は出力軸の駆動部材からピニオンギヤの従動部材へ直接伝達されるようになる。なお、従動部材及び駆動部材にはストッパの役割もあり、一定量を超える相対回転変位は生じない。

次に、本発明の変速機の操作装置の動作、作用について説明する。変速操作指令により、操作モータが始動して出力軸が回転し始めると、出力軸はねじりコイルスプリング（以下スプリングと略称）を付勢し、スプリングはピニオンギヤを付勢する。ここで、ピニオンギヤは、従動ギヤと噛合しさらに変速操作部と係合しているため、大きな慣性を有している。したがって、出力軸のトルクはまずスプリングのねじり弾性に吸収され、スプリングが円周方向にねじれて変形する。この作用によって、ピニオンギヤの回転は出力軸よりも遅れ、かつゆっくりと動き始める。すなわちダンパー機構による緩衝効果が作用し、ピニオンギヤから変速操作部にかけての操作がスムーズになって、操作ショックや衝突音、衝突荷重を低減することができる。

次に、操作モータ始動直後に出力軸が低速で回転している状態を考える。この状態では、スプリングがある程度変形し、ピニオンギヤが出力軸に対しある程度相対回転変位し、従動部材と駆動部材とは未だ当接しておらず、トルクすなわち操作力はスプリングを経由して伝達されている。このとき、出力軸の回転速度が増加すると、スプリングの変形量が増加し、始動時と同様の緩衝効果が作用する。逆に出力軸の回転速度が減少した場合や逆転した場合には、ピニオンギヤは急には減速できないので、逆回転方向に緩衝効果が作用する。

出力軸の回転速度がさらに増加してくると、スプリングの変形量もさらに増加し、出力軸とピニオンギヤとの相対回転変位が一定量に達する。すると、駆動部材と従動部材とが当接して、直接操作力を伝達するようになる。この状態では、スプリングは操作力の伝達には関与せず、伝達ロスは発生しない。したがって、確実かつ迅速な変速操作を行うことができる。なお、スプリングは、変形量が一定量以下に保たれるので、過酷な使用によって耐久性が低下することはない。

本発明の変速機の操作装置は、従来出力軸に固設していたピニオンギヤを、ねじり弾性部材を用いて相対回転変位可能に付勢しつつ係着させたので、緩衝効果によりスムーズな変速操作を行うことができ、操作ショックや衝突音、衝突荷重を低減することができる。また、追加する部品はねじり弾性部材だけでよく、装置の大きさは従来と変わらず、組付は極めて容易である。さらに、出力軸とピニオンギヤとの間で操作力を直接伝達する直結部材を設けた構成では、伝達ロスが発生せず、確実かつ迅速な変速操作を行うことができる。

本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図５を参考にして説明する。図１は、一般的な変速機の操作装置９の一例を説明する図である。一例の操作装置９は、セレクト用モータ９１及びセレクト用動力変換機構９２と、シフト用モータ９３及びシフト用動力変換機構９４と、シフトアンドセレクト軸９５及びレバー９６とで構成され、変速機本体９９のセレクト操作及びシフト操作を行うようになっている。

セレクト用モータ９１の出力軸にはセレクト用ピニオン９２１が設けられ、セレクト用ピニオン９２１は中間歯車９２２と噛合している。中間歯車９２２と一体に回転するスライド用ピニオン９２３は、シフトアンドセレクト軸９５の図中右側に形成された円周ラック９５１と噛合して、これを左右にスライドさせるようになっている。一方、シフト用モータ９３の出力軸にはシフト用ピニオン９４１が設けられ、シフト用ピニオン９４１は中間大歯車９４２と噛合している。中間大歯車９４２と一体に回転する中間小歯車９４３は、シフトアンドセレクト軸９５の図中左側に形成されたスプライン軸９５２に嵌合しているシフト用ギヤ９５３と噛合し、シフトアンドセレクト軸９５は回転するようになっている。そして、シフトアンドセレクト軸９５に係合するレバー９６は、紙面左右のスライドで３位置、紙面前後の回転で２位置、掛け合わせると６位置の変速段を選択し、操作するようになっている。

本発明は、上述のセレクト用モータ９１の出力軸とセレクト用ピニオン９２１との組み合わせ、及び、シフト用モータ９３の出力軸とシフト用ピニオン９４１との組み合わせ、のうち、少なくとも一方に適用することができる。

図２は本発明の実施例の変速機の操作装置を説明する主要部の垂直断面図である。実施例の操作装置の主要部１は、操作モータの出力軸２と、ピニオンギヤ３と、ねじりコイルスプリング４と、押さえ部材５と、で構成されている。

出力軸２は、図２の右方向から図略の操作モータによって回転駆動されるようになっている。出力軸２の左側の先端は、図３に示されるように、切削加工が施された形状になっている。すなわち、出力軸２の先端は細く切削されてピニオン軸２１が形成されている。ピニオン軸２１の先端面には、径方向に切り欠かれた係止溝２２が形成されている。また、ピニオン軸２１の付け根の部分の対称な２箇所は、軸方向長さＬ、中心角Ａにわたって切削されずに２個の駆動部材２３として残されている。

ピニオンギヤ３は、略円筒状でその内径はピニオン軸２１の外径よりも大とされており、また外周面には図略の従動ギヤと噛合する歯を有している。ピニオンギヤ３の図２中の左側端面には切削加工が施されて、係止溝３２と、２個の従動部材３３とが形成されている。図４は、図２の主要部１を上から見た平面図である。また、図５は、図４のＹ−Ｙ矢視断面図（かつ図１のＸ−Ｘ矢視断面図）であり、ねじりコイルスプリング４は省略されている。図４及び図５に示されるように、ピニオンギヤ３の左側端は、対称な２箇所が軸方向長さＬ、中心角Ｂにわたって残され、他の部分が切削されて、２個の従動部材３３が形成されている。さらに、ピニオンギヤ３の左側端面で従動部材３３から９０°ずれた位置には径方向に切り欠かれた係止溝３２が形成されている。

ねじりコイルスプリング４は、弾性を有する線材がコイル状に巻かれて形成されており、その内径はピニオン軸２１の外径よりも大きく、その外径はピニオンギヤ３の内径よりも小とされ、その軸方向長さはピニオンギヤ３よりも少し短く形成されている。スプリング４の一端４１は径方向内側に折り曲げられ、他端４２は径方向外側に折り曲げられている。

押さえ部材５は、環状の部材であり、その内径はピニオン軸２１の外径に略等しく、その外径はピニオンギヤ３の内径よりも大とされている。

以上説明した出力軸２、ピニオンギヤ３、ねじりコイルスプリング４、押さえ部材５、の４部材は、図２に示されるように組み付けられている。すなわち、ねじりコイルスプリング４は、出力軸２の先端のピニオン軸２１の外周に配置され、その一端４１がピニオン軸２１の先端面の係止溝２２に嵌合している。またピニオンギヤ３は、スプリング４の外周に配置され、その係止溝３２はスプリング４の他端４２と嵌合している。ここで、出力軸２の２個の駆動部材２３と、ピニオンギヤ３の２個の従動部材３３とは、図５に示されるように、同一円周面内で等角度間隔に配置されている。また、押さえ部材５は、ピニオン軸２１の係止溝２２の開口端に固設され、ピニオンギヤ３及びスプリング４の脱落を防止している。

次に、上述のように構成した実施例の操作装置の主要部１の動作、作用について説明する。操作モータが始動して出力軸２が回転し始めると、ピニオン軸２１の係止溝２２に嵌合しているスプリング４の一端４１も回転し始める。しかしながら、ピニオンギヤ３は慣性をもつため、これに嵌合するスプリング４の他端４２はすぐには回転を始めない。したがって、トルクすなわち操作力によってスプリング４が円周方向にねじれて変形し、出力軸２とピニオンギヤ３とは相対回転変位する。やがて、ピニオンギヤ３も回転を始め、相対回転変位を維持しながらトルクを伝達するようになる。この緩衝作用によって、ピニオンギヤ３から変速操作部にかけての操作がスムーズになり、操作ショックや衝突音、衝突荷重を低減することができる。

次に、相対回転変位量について説明する。図５に示される初期状態は、出力軸２とピニオンギヤ３との間にトルクが伝達されていない無負荷状態を示している。このとき、スプリング４は変形しておらず、駆動部材２３と従動部材３３とは次式で求められる一定角度Ｃで離隔している。
一定角度Ｃ＝（１／２）×（１８０°−Ａ−Ｂ）

この一定角度Ｃが相対回転変位可能な一定量である。出力軸２の回転速度が増加し、スプリング３の変形量が増加し、駆動部材２３と従動部材３３との相対回転変位が一定角度Ｃに達すると、両者は円周方向に当接し、直接トルクを伝達するようになる。この状態では、トルクの伝達ロスは発生せず、確実かつ迅速な変速操作を行うことができる。

なお、スプリング４は、一定角度Ｃ以下の変形量で使用されるので、耐久性が低下することはない。

本発明の変速機の操作装置は、車両用変速機に限らず、一般機械の回転動力伝達部にもダンパー機構として適用可能である。

一般的な変速機の操作装置の一例を説明する図である。 本発明の実施例の変速機の操作装置を説明する主要部の垂直断面図である。 図２の実施例において、出力軸の先端の形状を説明する図である。 図２の実施例における主要部を上から見た平面図である。 図４の主要部のＹ−Ｙ矢視断面図である。

符号の説明

１：操作装置の主要部
２：出力軸
２１：ピニオン軸 ２２：係止溝 ２３：駆動部材
３：ピニオンギヤ ３２：係止溝 ３３：従動部材
４：ねじりコイルスプリング（ねじり弾性部材）
４１：一端 ４２：他端
５：押さえ部材
９：一般的な操作装置
Ｃ：一定角度（相対回転変位の一定量）

Claims (3)

1. 複数の変速段のうち一つを選択して係合させる変速操作を行う変速操作部と、該変速操作に必要な操作力を生起する操作モータと、該操作モータの出力軸に設けられたピニオンギヤと、該ピニオンギヤに噛合して該変速操作部に該操作力を伝達する従動ギヤと、を備える変速機の操作装置であって、
   前記出力軸と前記ピニオンギヤとは間隙をもって同心円筒状に配置され、該出力軸と該ピニオンギヤとを相対回転変位可能に付勢しつつ係着するねじり弾性部材を該間隙内に備えることを特徴とする変速機の操作装置。
2. 前記ねじり弾性部材は、一端が前記出力軸に形成された係止溝に嵌合し他端が前記ピニオンギヤに形成された係止溝に嵌合するねじりコイルスプリングである請求項１に記載の変速機の操作装置。
3. 前記出力軸と前記ピニオンギヤとの相対回転変位が一定量に達したとき、両者の間で前記操作力を直接伝達する直結部材をもつ請求項１または２に記載の変速機の操作装置。

Images