JP6141390B2 - シフト操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、デフロック装置や変速装置といった伝動装置におけるシフト操作対象に対して、操作入力に基づく操作を行うシフト操作装置に関する。

例えば特許文献１で示されたデフロック装置のためのシフト操作構造では、伝動ケースに支承された支持軸に、シフターをスライド及び相対回動自在に嵌装し、支持軸の回動操作によってシシフターを軸方向に往復摺動させる乗り上がりカム機構が備えられている。この乗り上がりカム機構はシフターのボス部に形成されたカム部と、支持軸に貫通固定されたピンとからなり、カム部とピンが咬合する状態で配置されている。支持軸に連結している操作アームを介して支持軸を回転させるとピンが回動して、ピンがカム部のカム面を押し付けてシフターを軸心一方方向に摺動し、シフターのシフトフォーク部を通じてデフロック装置を作動状態にする。また、戻しバネの付勢力により、シフターを軸心他方方向に摺動することで、デフロック装置が解除される。

特開平０７‐１２５５５７号公報（段落番号〔０００７−００１０〕、図１）

上述したような従来のシフト操作装置では、乗り上がりカム機構が、支持軸の回転変位を、シフターつまりボス部の摺動並進運動に変換する。その際、軸心周りに回動するピンがカム部のカム面を回し押しすることで、ボス部を通じてシフトフォークを移動操作するが、ピンの回転軌跡とカム面の並進軌跡との関係を考慮してカム面が形成されていないので、ピンとカム面との接触が点接触となりがちである。このため、接触圧が大きくなり、乗り上がりカム機構の耐久性が低下する。
上記実情に鑑み、本発明の目的は、シフト操作装置において、乗り上がりカム機構におけるカム面とピン部との接触面を大きくし、乗り上がりカム機構の耐久性を高めることである。

ミッションケースに回転可能に支持され、デフロックペダルの操作によって回転する支持軸と、デフロック装置をシフト操作するシフターと、前記支持軸と前記シフターとに亘って設けられ、前記支持軸の回転変位を、前記支持軸に沿った前記シフターのスライド移動変位に変換する乗り上がりカム機構と、が備えられ、前記シフターに、相対回転可能かつ前記支持軸の軸心に沿ってスライド移動可能に前記支持軸に外嵌されたボス部と、前記ボス部に連設され、前記デフロック装置における被操作体に係止されたシフトフォーク部と、が備えられ、前記乗り上がりカム機構に、前記ボス部の側端面における前記軸心を中心とした対称箇所を前記軸心方向に切り欠いて形成され、前記軸心を中心とする円周角に応じて前記軸心方向のカム深さを作り出す一対のカム面と、前記支持軸の外周部における前記軸心を中心とした対称箇所から径方向に突出し、前記一対のカム面に夫々接当する一対のピン部と、が備えられ、前記カム面は、前記支持軸の回転変位域において、前記ピン部が前記カム面の径方向でのカム面幅にわたって前記カム面に直線接触しながら前記カム面を摺動するように形成され、前記ボス部を、前記軸心方向に沿って、前記ピン部が前記カム面に接触する方向に付勢する付勢ばねが備えられ、前記支持軸の外周部における前記カム面と対向する位置に、鍔状の保護板が備えられ、前記ピン部がカム部の最深部に接触したとき、前記保護板は、前記軸心方向において前記カム面との間で前記ピン部を挟み込む状態で前記ボス部のうち前記カム面が形成された側の側端面に接触するものである。

この構成によれば、乗り上がりカム機構のカム面が、回転−並進変位変換時において、このカム面の幅にわたってピン部と線接触する。これを実現するために軸心周りで回動しながら軸心方向に移動するピン部の先端部分（稜線部分）の軌跡が作り出す曲面と位置する面がカム面となるようにカム面の形成加工が行われる。この回転−並進変位変換時におけるカム面とピン部との線接触により、接触圧が分散され、乗り上がりカム機構の耐久性が高まる。

さらに、前記カムピンの前記ボス部と相反する側の位置で前記支持軸に保護板を取り付けることで、当該カムピンが支持軸を取り付けているハウジング壁などに対して押し傷をつけることが回避される。特に本発明では、カムピンとカム面が線接触することから大きな力を伝達することができるが、このことによりカムピンには大きな反力が生じるので、カム板の裏面に保護板を配置することは利点が大きい。

本発明によるシフト操作装置の基本構成を説明する模式図である。 本発明によるシフト操作装置の実施形態の１つを搭載したトラクタの側面図である。 デフロック機構を有するディファレンシャル装置の断面側面図である。 デフロック機構を操作するシフト操作装置の斜視図である。 シフト操作装置の回転―並進変位変換過程を示す模式図である。 回転―並進変位変換過程におけるカムピンとカム面との線接触を示す模式図である。

本発明によるシフト操作装置の具体的な実施の形態を説明する前に、図１の模式図を用いて、本発明の基本構成を説明する。
このシフト操作装置は、軸心Ｘ周りに回転する第１操作体２と、この軸心Ｘの軸方向（以下単に軸心方向と称する）にスライド移動する第２操作体４と、第１操作体２と第２操作体４との間で回転変位とスライド移動変位との変位変換を行う乗り上がりカム機構３とを備えている。この例では、第１操作体２はカムピン２１を装着した支持軸として形成されており、第２操作体４はカム面３１を形成したボス部４Ａとして形成されている。このボス部４Ａは、支持軸２に軸心方向に摺動可能に外嵌している。乗り上がりカム機構３が、軸心Ｘの径方向のカム面幅を有するとともに軸心Ｘを中心とする円周角に応じて軸心方向のカム深さを作り出すカム面３１と、軸心Ｘの径方向に延びるとともにカム面３１と接当する、カムピン２１の側面であるピン部２１ａとからなる。カムピン２１は、支持軸２に設けられた径方向の貫通孔２０に挿入されており、挿入されたカムピン２１における、支持軸２の外周面から突き出した部分の側面がピン部２１ａとして機能する。カム面３１は、ボス部４Ａの端部から周方向に切り欠き形成することによって作り出される切り欠き凹部４１の境界面である切り欠き面である。ここで本発明における重要な点は、このカム面３１はカム面幅にわたってピン部２１ａと線接触で接当するように形成されていることである。図１では、その線接触を示す接当線をＣＬで示している。

ここで支持軸２の回転変位を入力変位、ボス部４Ａの摺動並進変位を出力変位とすると、図１から理解できるように、支持軸２の回転により、カムピン２１が軸心Ｘ周りに回動し、ボス部４Ａを軸心方向に押し動かす。その際のカムピン２１のピン部２１ａの軌跡に合うように、つまり、カム面３１とピン部２１ａが接当線ＣＬで線接触しながら、支持軸２の単位回転変位に対して所定量の単位並進変位が実現するようにカム面３１が形成されている。

以下、本発明の具体的な実施形態を図面に基づいて説明する。図２は、デフロック機能を有するトラクタの側面図である。このトラクタは、左右一対の操向操作及び駆動自在な左右一対の前輪１１と左右一対の駆動自在な後輪１２とによって支えられた車体フレーム１５に、エンジン１３、運転座席１４ａ及びステアリングハンドル１４ｂを有した運転部１４が装備されている。車体フレーム１５の後部は、ミッションケース１６とデフケースを含む車軸ケース１７とによって構成されている。ミッションケース１６と車軸ケース１７とは一体的に構成されている。車体フレーム１５の後部に設けられたリンク機構１８を介してロータリ耕耘装置（図示せず）が連結されることにより、このトラクタは乗用型耕耘機として機能する。運転部１４には、各種操作レバーや操作ペダルが配置されている。後で説明するが、本発明のシフト操作装置を組み込んだデフロック装置６を操作するデフロックペダル１９はフロアに配置されている。

図３には、ミッションケース１６に内装されたディファレンシャル機構７と後車軸ケース１７８に内装された後車軸ユニット９が示されている。デフロック装置６はディファレンシャル機構７に付随している。ディファレンシャル機構７は、エンジン１３からの出力を、ミッションケース１６に内装された静油圧式無段変速装置を含む変速機構で変速して送られてきた駆動力を入力とし、左右一対のデフ出力軸７０に出力する。デフ出力軸７０の外端部にはサイドブレーキ８が設けられている。サイドブレーキ８は多板ブレーキであり、図示されていないサイドブレーキペダルによって操作される。後車軸ユニット９は、左右一対の後車軸９０を備えており、デフ出力軸７０との間に、動力伝達用のギヤ伝動機構９１が設けられている。

デフロック装置６は、ディファレンシャル機構７の入力ベベルギヤ７１と一体回転するデフケース７２とデフ出力軸７０とを連結するために、かみ合いクラッチ６０を備えている。このかみ合いクラッチは、一方のデフ出力軸７０の外周に形成されたスプラインに案内されて軸方向に摺動するクラッチスリーブ６１と、このクラッチスリーブ６１の端面に形成された係合歯部とデフケース７２の端面に形成された被係合歯部とからなる噛み合い部６２とからなる。クラッチスリーブ６１には周方向に延びた矩形断面の周面溝６３が設けられている。

シフト操作装置は、この実施形態では、デフロックペダル１９の操作変位をクラッチスリーブ６１に伝達してデフロック装置６を操作する。シフト操作装置は、第１操作体２としての支持軸と、乗り上げカム機構３と、第２操作体４としてのシフターと、操作変位伝達機構５とからなる。操作体は、ここでは、ミッションケース１６の壁体に回転可能に支持された支持軸２として構成されている。シフター４は、ボス部４Ａとシフトフォーク部４Ｂとを備えている。ボス部４Ａは、そのボス孔４０を用いて相対回転可能でかつ軸方向に摺動可能に支持軸２に外嵌している。ボス部４Ａの一方の端部には切り欠き凹部４１が形成されている。この切り欠き凹部４１の切り欠き面が乗り上げカム機構３のカム面として機能する。支持軸２の回転変位をシフター４の並進（摺動）変位に変換するため、このカム面と相互作用する相手側カム体として、支持軸２にカムピン２１が径方向に差し込まれている。このカムピン２１の支持軸２から突き出たピン部２１ａが直線状に接当するように切り欠き凹部４１が形成されている。

切り欠き凹部４１の形状は、図６で模式的に示されている。図６では、図解し易いように、カムピン２１がボス部４Ａと支持軸２の共通軸心Ｘ周りの回転変位と軸方向の並進変位の両方を行っているように描画されているが、実際は支持軸２つまりカムピン２１が回転変位し、これによりボス部４Ａが並進変位する。カムピン２１がそのホームポジションである出発角度Ａ0から、中間角度Ａ1、Ａ2を経て最終角度Ａeまで回転するに伴い、カムピン２１、実際はボス部４Ａが軸方向にその出発位置Ｌsから中間角度Ｌ1、Ｌ2を経て最終角度Ｌeまで摺動変位する。その際重要なことは、カムピン２１とカム面３１がカムピン２１のピン部２１ａで直線接触して接当線ＣＬを作り出すようにカム面３１が形成加工されていることである。

ボス部４Ａにはデフロック装置６のクラッチスリーブ６１まで延びたシフトフォーク部４Ｂが連設されている。シフトフォーク部４Ｂは、ボス部４Ａと接続しているＬ字状に屈曲したブラケット４２と、このブラケット４２から半円弧形状で垂れ下がったフォーク４３とからなる。フォーク４３には左右の下端部と中央上端部の両側に軸方向に突起した接当部４４が設けられており、各接当部４４の端面が接当面４４ａとして形成されている。クラッチスリーブ６１の周面溝６３は、この接当部４４が挿入され、その接当面４４ａが周面溝６３の側面と接当するように寸法付けられている。

カムピン２１とカム面３１とが確実に接当するように、またデフロック装置６のクラッチスリーブ６１を噛み合い解除方向に付勢するために、ここではコイルばねとして形成された付勢ばね２３がボス部４Ａの他方の端部とミッションケース１６の壁体との間に介装されている。また、付勢ばね２３による付勢力によりカムピン２１がミッションケース１６の壁体等に凹み傷などをつけないようにカムピン２１のカム面とは反対側にリング板状の保護板２２が支持軸２に外嵌している。

支持軸２の端部には、デフロックペダル１９の操作変位を、リンク機構である操作ロッドアッセンブリ５０を介して受け取る操作入力アーム５１が取り付けられている。これにより、デフロックペダル１９の足踏み操作変位が、操作入力アーム５１を揺動変位し、支持軸２に回転変位を生じさせる。

デフロックペダル１９が踏み込み操作されると、支持軸２の回転に伴ってカムピン２１が回動し、ボス部４Ａのカム面３１との線接触を通じて、カム面を乗り上がるとともにボス部４Ａを付勢ばね２３に抗して摺動させる。これにより、シフトフォーク部４Ｂがクラッチスリーブ６１の係合歯部とデフケース７２の被係合歯部とを噛み合わせ、デフロック状態を作り出す。デフロックペダル１９が操作されないと、付勢ばね２３の付勢力によってシフトフォーク部４Ｂが摺動して、クラッチスリーブ６１の係合歯部とデフケース７２の被係合歯部との噛み合わせを解除し、デフ作動状態が維持される。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、支持軸２にシフター４のボス部４Ａが外嵌する形態が採用されていたが、支持軸２を筒軸として形成してカムピン２１を内周面から突き出し、この筒軸の孔にシフター４のボス部４Ａに内嵌するような形態を採用してもよい。

本発明は、トラクタ以外、種々の作業機のシフト操作装置として利用することができる。

２ 支持軸（第１操作体）
２０ 貫通孔
２１ カムピン
２１ａ ピン部
２２ 保護板
２３ 付勢ばね
３ 乗り上がりカム機構
３１ カム面
４ シフター（第２操作体）
４Ａ ボス部
４Ｂ シフトフォーク部
４０ ボス孔
４１ 切り欠き凹部
４２ ブラケット
４３ フォーク
４４ 接当部
４４ａ 接当面
５ 操作変位伝達機構
５０ 操作ロッドアッセンブリ
５１ 操作入力アーム
６ デフロック装置
１９ デフロックペダル
Ｘ 共通軸心（軸心）
ＣＬ 接触線

Claims (1)

1. ミッションケースに回転可能に支持され、デフロックペダルの操作によって回転する支持軸と、
   デフロック装置をシフト操作するシフターと、
   前記支持軸と前記シフターとに亘って設けられ、前記支持軸の回転変位を、前記支持軸に沿った前記シフターのスライド移動変位に変換する乗り上がりカム機構と、が備えられ、
   前記シフターに、相対回転可能かつ前記支持軸の軸心に沿ってスライド移動可能に前記支持軸に外嵌されたボス部と、前記ボス部に連設され、前記デフロック装置における被操作体に係止されたシフトフォーク部と、が備えられ、
   前記乗り上がりカム機構に、前記ボス部の側端面における前記軸心を中心とした対称箇所を前記軸心方向に切り欠いて形成され、前記軸心を中心とする円周角に応じて前記軸心方向のカム深さを作り出す一対のカム面と、前記支持軸の外周部における前記軸心を中心とした対称箇所から径方向に突出し、前記一対のカム面に夫々接当する一対のピン部と、が備えられ、
   前記カム面は、前記支持軸の回転変位域において、前記ピン部が前記カム面の径方向でのカム面幅にわたって前記カム面に直線接触しながら前記カム面を摺動するように形成され、
   前記ボス部を、前記軸心方向に沿って、前記ピン部が前記カム面に接触する方向に付勢する付勢ばねが備えられ、
   前記支持軸の外周部における前記カム面と対向する位置に、鍔状の保護板が備えられ、
   前記ピン部がカム部の最深部に接触したとき、前記保護板は、前記軸心方向において前記カム面との間で前記ピン部を挟み込む状態で前記ボス部のうち前記カム面が形成された側の側端面に接触するシフト操作装置。

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