JP5182991B2 - 変速機用フォークシャフト駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、変速機用フォークシャフト駆動装置に関し、特に軸方向に移動する変速機用フォークシャフト駆動装置に関する。

自動車は、内燃機関やモーター等の動力を運転条件に応じた速度や駆動力に変換して取り出すための変速機を備えている。変速機には、一般に、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）やＣＶＴの他に、マニュアルトランスミッション（ＭＴ）がある。一般的なＭＴは、内燃機関等の回転動力を入力軸から出力軸へと変速して伝達する。変速は、平行に配置される入力軸と出力軸とに保持され常時噛み合っているギヤの組み合わせのうちの１つが選択されることで行われる。各ギヤの組み合わせは変速比が異なる。そして、各ギヤは入力軸又は出力時にそれぞれ固定又は回転自在に配置されている。このギヤの組み合わせの選択は、入力軸又は出力軸と一体回転するクラッチハブと、クラッチハブの外周側に位置しクラッチハブにスプライン嵌合しているスリーブとを用いて行われる。スリーブは、軸方向でクラッチハブの一方側に摺動、又はクラッチハブを挟んで２つ配置されるギヤとの間を軸方向に摺動する。例えば、スリーブが軸方向の一方側に摺動し、軸に対して回転自在のギヤと係合するとギヤはクラッチハブと同回転、つまり軸と同回転する。このギヤと常時噛み合っているギヤも回転し、２つのギヤの変速比に基づいて内燃機関等の回転動力が入力軸から出力軸に伝達される。

このような従来のＭＴでは、変速に際して、運転者がクラッチ操作と共にシフト操作を行う必要があり、運転者がフロア（又はコラム）シフトレバーを操作することにより、所望の変速比の変速段が選択される。シフトレバーの動きは、フォークシャフト等を介して、フォークシャフトに係止されているスリーブに伝達され、スリーブが摺動することで変速段の切り替えが行われる。最近、基本的な構造はＭＴとしながら、運転者の操作負担を軽減するために、アクチュエータによりシフト操作が行われる自動変速機が開発されるようになった。この自動変速機は、ＥＣＵ等でアクチュエータを駆動制御して、運転状況に応じた完全な自動変速を行ったり、運転者の意思に基づいて半自動的な変速が可能だったりする。例えば、特許文献１にそのような自動変速機の変速制御装置に関する構造が開示されている。

ところで、アクチュエータによってスリーブをクラッチハブの一方側又はクラッチハブの両側に軸方向に摺動させるために、図２に示すような構造が用いられる場合がある。フォークシャフト９１の一端部にスリーブ（図示略）が係合しており、フォークシャフト９１の軸方向一部にラック９１１が形成されている。このラック９１１に噛み合うピニオン９２は、ウォームギヤ９３を介してモーター９４によって回転する。ピニオン９２が回転して、フォークシャフト９１が軸方向に移動し、スリーブが摺動する。フォークシャフト９１が、１つのスリーブが係合することができるギヤの何れとも係合していない位置（基準位置）から軸方向の一方側又は軸方向の他方側に移動することで、選択された変速段の１つに切り替わる。例えば、フォークシャフト９１が基準位置から一方側に移動することで変速段が１速段に切り替わったり、他方側に移動することで２速段に切り替わったりする。

上記した図２に示されるような構造のフォークシャフト９１は、ラック９１１の歯部９１１ａとピニオン９２の歯部９２１の噛み合いにガタが発生することにより、噛み合い効率が悪化する。また、フォークシャフト９１は、軸方向に移動するための基準位置から一方向又は他方向に移動するが、ガタがあることにより移動にずれが生じてしまうため、スリーブの移動位置がずれたりする等によって制御しにくくなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、フォークシャフトをラックとピニオンによって軸方向に移動させる構造の場合、ラックとピニオンの噛み合う部分のガタを低減し、移動位置がずれにくい変速機用フォークシャフト駆動装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決するための請求項１に係る発明の構成上の特徴は、ピニオンと、
前記ピニオンを回転させるための動力源と、
軸方向の一部に、周方向の少なくとも一部に前記ピニオンの歯部と噛み合う歯部を有するラックを備え、軸方向に移動可能なフォークシャフトと、
を有する変速機用フォークシャフト駆動装置であって、
前記ラックは前記フォークシャフトの中心軸を基準に前記歯部の反対側に径方向に窪んだ少なくとも１つの凹部を有し、
前記フォークシャフトの軸方向移動不能且つ径方向に移動して前記凹部に係脱するロック部材と前記ロック部材を前記フォークシャフトに向けて付勢する付勢部材とを備えるガタ押さえ手段を有することである。

また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記凹部は、第１位置凹部、第２位置凹部及び基準位置凹部を前記軸方向に並んで備え、前記第１位置凹部及び前記第２位置凹部は、前記フォークシャフトが軸方向に移動して前記ロック部材が係合するとき、前記車両の変速段のうちの１つが選択された状態に対応し、前記基準位置凹部は、前記第１位置凹部と前記第２位置凹部との間に位置し、前記ロック部材が係合するとき、前記第１位置凹部及び前記第２位置凹部に対応する前記車両の前記変速段が選択されていない状態に対応することである。

また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記ロック部材は自転可能であることである。

請求項１に係る発明においては、フォークシャフトのラックの凹部に係合するロック部材がフォークシャフトに向けて付勢部材により付勢されることで、ラックの歯部がピニオンの歯部に押圧するようにフォークシャフトが付勢されるため、ラックの歯部とピニオンの歯部とのガタの発生が抑制され、フォークシャフトの移動位置がずれにくくなる。また、ピニオンによって軸方向に垂直な力を受ける棒状のフォークシャフトが、ピニオンの歯部が係合する反対側からガタ押さえ手段で押さえられるため、たわみが抑制されて噛み合い効率が向上する。

請求項２に係る発明においては、基準位置凹部、第１位置凹部又は第２位置凹部にロック部材が係合してフォークシャフトが軸方向に移動することができるため、フォークシャフトの位置決めが行える。

請求項３に係る発明においては、ロック部材が自転可能であるため、フォークシャフトの軸方向の移動によるロック部材と凹部との摩擦抵抗が低減し、フォークシャフトの移動がよりスムーズになる。

本発明の代表的な実施形態を図１を参照して説明する。本実施形態に係る変速機用フォークシャフト駆動装置は、車両に搭載される変速機内に設けられる。変速機としてはフォークシャフトが軸方向に移動することにより変速段を選択する機構を有するもの（例えば、ＭＴ類似の変速機）であり、そのフォークシャフトの移動をモーターにより行う装置である。

（実施形態１）
本実施形態１の変速機用フォークシャフト駆動装置１１は、図１に示されるように、ピニオン２と、モーター（動力源）３と、ギヤ４と、フォークシャフト５と、ガタ押さえ手段６とを有する。

ピニオン２は外周に歯部２１を有する。ピニオン２は、ギヤ４を介してモーター３によって回転する。

ギヤ４は、ギヤボックス４０内にウォームギヤ（図示略）が収納されており、モーター３からの回転動力がウォームに入力され、ウォームホィールからピニオン２に減速して伝達される。

フォークシャフト５は、軸方向の一部にラック５１が形成されており、軸方向に移動可能な部材である。ラック５１は、歯幅がフォークシャフト５の周方向の一部になるように形成されている歯部５１１を有している。歯部５１はピニオン２の歯部２１と噛み合う。そして、ラック５１には、フォークシャフト５の中心軸５０を基準に１８０度回転した位置に基準位置凹部５１２、第１位置凹部５１３及び第２位置凹部５１４の３つの凹部が軸方向に並んで形成されている。各凹部はそれぞれフォークシャフト５の径方向に、後述するガタ押さえ手段６のロック部材６１の一部が嵌る程度の深さで窪んでいる。基準位置凹部５１２は、軸方向で中央に位置する。第１位置凹部５１３は、基準位置凹部５１２から一方（矢印Ａ方向）側に位置する。第２位置凹部５１４は、基準位置凹部５１２から他方（矢印Ｂ方向）側に位置する。図１において、左から第１位置凹部５１３、基準位置凹部５１２、第２位置凹部５１４の並びで凹部は位置する。

ガタ押さえ手段６は、ロック部材６１と付勢部材６２とを有する。ロック部材６１は球状の部材である。ロック部材６１は、変速機のハウジングに固定されている保持部材６３の開口部６３１に、フォークシャフト５の軸方向に移動不能且つ自転可能に配置される。ロック部材６１には、付勢部材６２の一端側が当接しており、フォークシャフト５の径方向に移動する。付勢部材６２は圧縮ばねである。付勢部材６２は、開口部６３１に連通している挿入部６３２に挿入されている。開口部６３１及びフォークシャフト５の間は、ロック部材６１が開口部６３１から離脱しない程度の大きさ（例えば、ロック部材６１の直径よりも小さい）である。ロック部材６１は、付勢部材６２の付勢力によって、フォークシャフト５の径方向に付勢される。付勢されるロック部材６１は、フォークシャフト５の軸方向における移動に伴い、ラック５１の基準位置凹部５１２、第１位置凹部５１３、又は第２位置凹部の何れかに係合する。

フォークシャフト５は、第１位置凹部５１３又は第２位置凹部５１４がロック部材６１と係合する軸方向の位置にあるとき、車両の変速段のうちの１つが選択されている状態に対応する。そして、基準位置凹部５１２が係合部材６１と係合する軸方向の位置にあるとき、第１位置凹部５１３及び第２位置凹部５１４に対応する変速段のどちらも選択されていない状態に対応する。その場合、車両の変速段が何も選択されていないニュートラルの場合もあれば第１位置凹部５１３及び第２位置凹部５１４に対応する変速段以外の別の変速段が選択されている場合もある。別の変速段は、フォークシャフト５と平行に配置される本実施形態の変速機用フォークシャフト駆動装置１１と同様の装置によって駆動される別のフォークシャフトの軸方向の移動によって選択される。５速、６速まで変速段がある車両では、フォークシャフトが３つ平行に、軸方向両方への移動又は一方への移動可能に、配置される。

本実施形態１の変速機用フォークシャフト駆動装置１１は、基準位置凹部５１２がロック部材６１と係合する軸方向に位置にフォークシャフト５があるときを基準位置として、軸方向の一方（図中矢印Ａ方向）又は他方（図中矢印Ｂ方向）に移動する。フォークシャフト５が軸方向の一方に移動すると、第２位置凹部５１４がロック部材６１に係合し、１つの変速段が選択される。そして、フォークシャフト５が軸方向の他方に移動すると、第１位置凹部５１３がロック部材６１に係合し、１つの変速段が選択される。例えば、第１位置凹部５１３がロック部材６１に係合して、変速段の１速が選択され、第２位置凹部５１４がロック部材６１に係合して、変速段の２速が選択される。

変速段を切り替える指示により、変速機用フォークシャフト駆動装置１１は変速段に対応するフォークシャフト５のモーター３を駆動する。例えば、１速段に変速するとする。モーター３の駆動により、回転動力はギヤ４を介してピニオン２に伝達され、フォークシャフト５が軸方向の他方側に移動し始める。そのとき、基準位置凹部５１２に係合しているガタ押さえ手段６のロック部材６１は、付勢部材６２の付勢力に対抗して付勢部材６２を圧縮する方向に移動する。そして、フォークシャフト５の移動が進み、ロック部材６１がフォークシャフト５側に移動し、第１位置凹部５１とロック部材６１とが係合し、車両が１速段に変速する。

本実施形態１の変速機用フォークシャフト駆動装置１１によれば、フォークシャフト５のラック５１の凹部と係合するガタ押さえ手段６のロック部材６１がフォークシャフト５に向けて付勢部材６２によって付勢され、ラック５１がピニオン２側に押さえられるため、ラック５１の歯部５１１とピニオン２の歯部２１とのガタの発生が抑制される。また、棒状のフォークシャフト５は、軸方向に対してほぼ垂直な力をピニオン２から受けるが、ピニオン２の歯部２１が噛合するラック５１の歯部５１１の反対方向からラック５１をピニオン２側に付勢するようにガタ押さえ手段６によって付勢されるため、フォークシャフト５のたわみが抑制され、噛み合い効率が向上する。

そして、フォークシャフト５の軸方向に対して移動不能なガタ押さえ手段６のロック部材６１がラック５１の基準位置凹部５１２、第１位置凹部５１３、又は第２位置凹部５１４に嵌るように係合するため、フォークシャフト５は決まった位置に移動することができ、位置決めが行える。

また、ロック部材６１はフォークシャフト５の軸方向への移動はできないが、自転できるため、フォークシャフト５の軸方向に移動に対して凹部とロック部材６１との摩擦抵抗が低減し、フォークシャフト５の移動がスムーズに行える。

（実施形態２）
実施形態２の変速機用フォークシャフト駆動装置は、実施形態１の変速機用フォークシャフト駆動装置１１のフォークシャフト５のラック５１の凹部が基準位置凹部５１２の１つである以外、その他の構成及び作用効果は実施形態１の変速機用フォークシャフト駆動装置１１と同様である。

フォークシャフト５は、軸方向で基準位置凹部５１２から一方又は他方に移動する。そして、同じフォークシャフト５の反対側の変速段に切り替えられる場合、一端基準位置凹部５１２とガタ押さえ手段６のロック部材６１とが係合した後に、反対方向に移動する。または、別のフォークシャフトの変速段であれば、フォークシャフト５は基準位置凹部５１２がロック部材６１に係合する。

実施形態２の変速機用フォークシャフト駆動装置によれば、フォークシャフト５は必ず基準位置凹部５１２とロック部材６１とが係合する位置に戻ってから一方又は他方に移動することとなるため、移動方向のリセットが行われ、フォークシャフト５の位置決めが精度良く行える。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ロック部材６１はフォークシャフト５の軸方向に自転するが、自転せず凹部との係合部分を円弧状にした棒状の部材でも良い。あるいは、ロック部材６１の形状は球ではなく、フォークシャフト５の軸方向に対して垂直方向を軸として自転可能の円筒形状でも良い。

また、フォークシャフト５のラック５１の凹部を、そのフォークシャフト５における変速段が選択されていない基準位置凹部５１２と変速段が選択された状態に対応する凹部との２つとすることもできる。変速機の変速段の構成において、１つのフォークシャフト５が１つの変速段の切り替えにのみ使われることもある。

本実施形態１の変速機用フォークシャフト駆動装置１１の構成図である。 従来の変速機用フォークシャフト駆動装置１１の構成図である。

符号の説明

１１：変速機用フォークシャフト駆動装置、
２，９２：ピニオン、
３，９４：モーター、
４：ギヤ、
５，９１：フォークシャフト、
６：ガタ押さえ手段、
２１，５１１：歯部、
４０：ギヤボックス、
５１：ラック、
６１：ロック部材、６２：付勢部材、６３：保持部材、
９３：ウォームギヤ、
５１２：基準位置凹部、５１３：第１位置凹部、５１４：第２位置凹部、
６３１：開口部、６３２：挿入部、
９１１：ラック、９１１ａ：歯部、９２１：歯部。

Claims (3)

1. ピニオンと、
   前記ピニオンを回転させるための動力源と、
   軸方向の一部に、周方向の少なくとも一部に前記ピニオンの歯部と噛み合う歯部を有するラックを備え、軸方向に移動可能なフォークシャフトと、
   を有する変速機用フォークシャフト駆動装置であって、
   前記ラックは前記フォークシャフトの中心軸を基準に前記歯部の反対側に径方向に窪んだ少なくとも１つの凹部を有し、
   前記フォークシャフトの軸方向移動不能且つ径方向に移動して前記凹部に係脱するロック部材と前記ロック部材を前記フォークシャフトに向けて付勢する付勢部材とを備えるガタ押さえ手段を有することを特徴とする変速機用フォークシャフト駆動装置。
2. 前記凹部は、第１位置凹部、第２位置凹部、及び基準位置凹部を前記軸方向に並んで備え、
   前記第１位置凹部及び前記第２位置凹部は、前記フォークシャフトが軸方向に移動して前記ロック部材が係合するとき、前記車両の変速段のうちの１つが選択された状態に対応し、
   前記基準位置凹部は、前記第１位置凹部と前記第２位置凹部との間に位置し、前記ロック部材が係合するとき、前記第１位置凹部及び前記第２位置凹部に対応する前記車両の前記変速段が選択されていない状態に対応する請求項１に記載の変速機用フォークシャフト駆動装置。
3. 前記ロック部材は自転可能である請求項１又は２に記載のフォークシャフト駆動装置。

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