JP6580375B2 - 車両用シフトレンジ切り替え装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータを使用した車両用シフトレンジ切り替え装置に関する。

従来、オートマティックトランスミッション車（ＣＶＴ、ＡＴ、含む）において、Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄのシフトレンジの切り替えは、運転席に配置されたシフトレバーにより操作される。シフトレバーはシフトケーブルを介してマニュアルシャフトを操作し、トランスミッションのマニュアルバルブを作動させ各レンジの油路の切り替えを行う。油路の切り替えでＰ（パーキング）、Ｒ（リバース）、Ｎ（ニュートラル）、Ｄ（ドライブ）等の油圧機器を操作して車両の操作を行う。

最近、例えば、特許文献１に示すように、前記のようなシフトケーブルを廃止し、マニュアルシャフトを電動モータで直接駆動させる技術にＳＢＷ（シフト・バイ・ワイヤ）方式が提案されている。しかし、パークロック解除では大きなトルクが必要であり、そのためには電動モータそのものの高出力化、減速機の採用等の方法があるが、装置の大型化につながり、場合によっては車両搭載スペースに入らないということが起こり得る。

そのため、特許文献２や特許文献３に示すように、内歯車とその外周に噛み合う外歯車とを使用し、内歯車または外歯車のいずれかを電動モータによって揺動回転させることにより、比較的小型で大きな減速比を得られる減速機構が提案されている。

特開２００９−１２６００５号公報 特開２０１３−１６９１２５号公報 特開２００４−４４６８５号公報

しかし、前記のような従来の減速機機構は、使用する歯車の枚数が多かったり、内歯車または外歯車を揺動させるための機構が複雑であり、小型化及び部品点数の削減が困難であった。特に、従来技術では、特許文献３のように、内歯歯車や外歯歯車とは別に設けた歯車などを使用して、減速後の出力を外部に取り出しているため、そのための部品点数も多くなり、構成も複雑化する問題があった。そのため、この種の減速機構を使用した車両用シフトレンジ切り替え装置としても、機構の単純化、小型化が困難であった。

本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、小型で部品点数の少ない車両用シフトレンジ切り替え装置を提供することを目的とする。

本発明の車両用シフトレンジ切り替え装置は、次のような構成を有することを特徴とする。
(1) シフトレンジ切り替えの駆動源となる出力歯車。
(2) 電動モータと、その出力軸に設けられた偏心軸。
(3) 前記偏心軸に回転可能に支持された外歯歯車。
(4) 前記外歯歯車の外周に設けられたリング状の両歯歯車。
(5) 前記両歯歯車の内周に形成され、前記外歯歯車の外歯と噛み合う内歯。
(6) 前記両歯歯車の外周に形成され、前記出力歯車と噛み合う外歯。
(7) 前記外歯歯車の周囲に配置された固定部材。
(8) 前記外歯歯車と前記固定部材とのいずれか一方に設けられた規制部。
(9) 前記外歯歯車と前記固定部材とのいずれか他方に設けられて前記規制部と係合する被規制部。
(10) 前記規制部と被規制部は、前記外歯歯車の外歯が前記両歯歯車の内歯に噛み合った状態で、前記外歯歯車の揺動を規制する。
(11) 前記外歯歯車の外歯と前記両歯歯車の内歯は、減速比に対応した異なる歯数を有する。

本発明において、以下の構成とすると良い。
（１）前記外歯歯車、両歯歯車及び出力歯車が同一平面上に設けられる。
（２）前記規制部が固定部材に設けられた丸棒状の支持ピンであり、前記被規制部が外歯歯車に設けられた円孔であり、前記円孔内に支持ピンが嵌め込まれる。
（３）前記固定部材が減速機構のケースである。
（４）前記固定部材が電動モータに設けられる。
（５）前記電動モータの出力軸が固定部材に対して軸受によって支持される。
（６）前記両歯歯車が固定部材に設けられたリング状のスライド軸受によって支持される。
（７）前記外歯歯車の外歯と両歯歯車の内歯が、トロコイド歯型の一部を削除した歯形または円弧歯形である。

本発明によれば、外歯歯車の外周に噛み合う歯車として両歯歯車を使用したことにより、外歯歯車からの駆動力を１枚の両歯歯車によって出力歯車に伝達することができ、部品点数の削減並びに機構全体の小型化が可能になる。また、規制部と被規制部のいずれかを固定部材に設けることにより、複数の歯車に規制部や被規制部を設ける必要がなくなり、歯車を揺動するための機構の構成が単純化する。

第１実施形態の縦断面図である。 第１実施形態における歯車の噛み合いを示す拡大縦断面図。 第１実施形態における減速開始状態の水平断面図である。 第１実施形態における減速終了状態の水平断面図である。 第２実施形態の縦断面図である。 第３実施形態の縦断面図である。

［１．第１実施形態］
［１．１ 構成］
以下、本発明の第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。本実施形態において軸とは電動モータの回転軸の長手方向に向かい回転軸の中央を通る軸をいい、単に周方向あるいは軸方向と言った場合は、回転軸の周方向あるいは回転軸の軸方向を示す。

図１において、１は本実施形態の減速機構、２は電動モータ、３は減速機構１のケースである。本実施形態においては、ケース３が本発明の固定部材に相当する。

電動モータ２は、その回転軸に固定された偏心軸１１と、偏心軸１１の先端に設けられた軸端部１２とを備え、軸端部１２はベアリング軸受１３によりケース３に支持される。偏心軸１１の外周には、ベアリング軸受１４を介して外歯歯車１５が回転可能に支持される。外歯歯車１５の外周には外歯１５ａが設けられる。

外歯歯車１５には、その中心から等距離に９個の円孔１５ｂが等間隔で設けられる。ケース３には、この円孔１５ｂに対応する位置に９個の円柱状の支持ピン３１が設けられ、各支持ピン３１が各円孔１５ａ内に挿入される。支持ピン３１の外径は円孔１５ｂの外径よりも大きく、両者の寸法差は、偏心軸１１の揺動寸法に等しい。支持ピン３１が本発明の規制部に相当し、円孔１５ｂが本発明の被規制部に相当する。支持ピン３１と円孔１５ｂは、外歯歯車１５の外歯１５ａが両歯歯車１６の内歯１６ａに噛み合った状態で、偏心軸１１による外歯歯車１５の揺動範囲を規制する。

外歯歯車１５の外周にはリング状の両歯歯車１６が設けられる。両歯歯車１６の内周部には、外歯歯車１５の外歯１５ａと噛み合う内歯１６ａが設けられる。外歯歯車１５の外歯１５ａと両歯歯車１６の内歯１６ａは、減速比に対応した異なる歯数を有するものであって、例えば、外歯１５ａの歯数：内歯１６ａの歯数が６０：６１や５９：６０などである。両歯歯車１６の外周部には、後述する出力歯車と噛み合う外歯１６ｂが設けられる。

両歯歯車１６は、本実施形態においては、全体として背の低い筒状の部材から構成され、その上端に前述した内歯１６ａと外歯１６ｂが設けられる。両歯歯車１６の下端は、ケース３に設けられたリング状のスライド軸受３２に支持され、両歯歯車１６は電動モータ２の回転軸を中心として回転する。

両歯歯車１６の近傍には出力歯車１７が設けられる。出力歯車１７は扇型の部材で、扇の要の部分が、ケース３に固定された軸受３３内に回転可能に支持された出力軸１８の一端に固定される。この出力軸１８は、ＳＢＷのマニュアルシャフトなどに連結される。扇の縁の部分には、両歯歯車１６の外歯１６ｂと噛み合う歯１７ａが設けられる。図２に示すように、外歯歯車１５、両歯歯車１６の内歯１６ａと外歯１６ｂ、及び出力歯車１７は同一平面上に設けられる。

外歯歯車１５の外歯１５ａと両歯歯車１６の内歯１６ｂの歯形は、トロコイド歯型の一部を削除した歯形である。すなわち、この歯形は、例えばサークリュート歯車と呼ばれ、径の異なる単純円を内接接触させる歯形で、歯底部に高剛性が得られ、噛み合い時の接触面積が大きく面圧が極度に小さいため、長寿命と９０％を超える高効率が得られると共に、歯車を薄型にできる利点がある。

［１．２ 作用］
上記のような構成を有する第１実施形態の作用効果は、以下のとおりである。
電動モータ２を駆動すると、その回転軸が回転し、回転軸に固定された偏心軸１１が回転する。偏心軸１１には、ベアリング軸受１３を介して外歯歯車１５が取り付けられているので、偏心軸１１が回転すると、外歯歯車１５は偏心軸１１の回転に伴って揺動する。すなわち、外歯歯車１５は、その円孔１５ｂにケース３に設けた支持ピン３１が挿入されているため、外歯歯車１５の中心を軸として回転することはできない。

従って、偏心軸１１が回転すると、支持ピン３１の周囲に円孔１５ｂの内周面がスライドしながら移動すると同時に、外歯歯車１５は、その外歯１５ａが両歯歯車１６の内歯１６ａに噛み合いながら、両歯歯車１６の内周に沿ってその噛み合い位置を変化させていく。（図３参照）

このようにして、両者の噛み合い位置が移動し、外歯歯車１５が両歯歯車１６の内周に沿って１回転移動すると、外歯歯車１５の外歯１５ａと両歯歯車１６の内歯１６ａとの歯数の差に従い、両歯歯車１６がその歯数の差分だけ回動する。例えば、外歯１５ａの歯数を６０、内歯１６ａの歯数を６１とすれば、偏心軸１１が６０回転し、外歯歯車１５が６０回揺動すると、両歯歯車１６は１回転だけ回動する。このように、本実施形態によれば、モータの回転数を６０分の１に減速することができる。

すなわち、外歯歯車１５は、支持ピン３１と円孔１５ｂによって回転は規制されているが、これに噛み合う両歯歯車１６はリング状のスライド軸受３２に支持されて回転可能になっているため、外歯歯車１５が両歯歯車１６の内側で一周すると、その歯数の差分だけ両歯歯車１６がスライド軸受３２上で回動する。

両歯歯車１６が回動すると、その回動力は、両歯歯車１６の外歯１６ｂと噛み合っている出力歯車１７の歯１７ａに伝達され、両歯歯車１７に固定された出力軸１８を回動させる。以下、同様にして、電動モータ２の回転に伴い、外歯歯車１５と両歯歯車１６がその歯数に対応した減速比に従って回転し、出力歯車１７が所定の角度だけ回動する（図４参照）。

本実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１）両歯歯車１６により、入力側の外歯歯車１５との噛み合い、及び出力側の出力歯車との噛み合いを１つの歯車で兼用できるので、部品点数の削減が可能である。
（２）両歯歯車１６を用いることで、外歯歯車１５、両歯歯車１６及び出力歯車１７を同一平面上に配置できるため、減速機構を薄型にできる。
（３）同一平面上で各歯車が噛み合っているため、偏芯軸１１を支持するベアリング軸受１４を１つにできて、部品点数の削減と減速機構の薄型化を達成できる。
（４）外歯歯車１５の外歯１５ａと両歯歯車１６の内歯１６ａとしてサークリュート歯形のような歯型を用いることで、歯底部に高剛性が得られ、歯車を薄型にできる。
（５）ケース３に支持ピン３１を設けて、外歯歯車１５の回転を規制したので、外歯歯車１５の円孔１５ｂ以外には、歯車に規制部や被規制部を設ける必要がなくなり、歯車の構成の単純化や薄型化が可能になる。

［２．第２実施形態］
第２実施形態を図５に従って説明する。第２実施形態は、規制部と被規制部の構成を変更したものである。本実施形態において、外歯歯車１５には、前記円孔１５ｂに代えて、支持ピン１５ｃが設けられる。一方、ケース３側には、支持ピン１５ｃが挿入される円孔３４が形成される。これら、支持ピン１５ｃと円孔３４の寸法や位置は、第１実施形態と同様なものであり、外歯歯車１５が両歯歯車１６の内歯１６ａと噛み合いながら揺動することを可能とする。

本実施形態においても、第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。また、外歯歯車１５に円孔１５ｂがない分、外歯歯車１５の強度が高い利点がある。

［３．第３実施形態］
第３実施形態を図６に従って説明する。第３実施形態は、規制部あるいは被規制部を電動モータ２のハウジングに設けたものである。すなわち、本実施形態においては、電動モータ２のハウジングが、本発明の固定部材に相当する。本実施形態では、電動モータ２のハウジングに支持ピン３１を設け、この支持ピン３１を外歯歯車１５の円孔１５ｂ内に挿入している。

本実施形態においても、第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。特に、電動モータ２と外歯歯車１５が近接している場合、支持ピン３１の高さを低くできるので、有利である。同様に、電動モータ２のハウジングに、両歯歯車１６のスライド軸受３２や、出力軸１８の軸受３３を設けることで、ケース２と減速機構１との距離が離れている場合にも、本発明を適用できる。

［４．他の実施形態］
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではない。以上の実施形態は例として提示したものであって、その他の様々な形態で実施されることが可能である。発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲、要旨、その均等の範囲に含まれる。以下、その一例を示す。

（１）図示の実施形態では、電動モータは図示しない支持部材、例えばモータカバーなどによって支持されているが、図１の支持ピン１５ｃの先端を延長して、支持ピン１５ｃによって電動モータ２を支持することができる。
（２）規制部と被規制部の数や位置は、図示のものに限定されない。より多くても少なくても良い。
（３）外歯歯車１５の外歯１５ａや両歯歯車１６の内歯１６ａとして、サークリュート歯形以外の円弧歯形を使用することができる。また、他の歯形の歯車も使用可能である。
（４）出力歯車１７として、扇型の歯車以外に、円形の歯車を使用することができる。また、両歯歯車１６の外歯１６ｂや出力歯車１７ａの歯１７ａとして、斜歯（ヘリカルギヤ）など、外歯歯車１５の外歯１５ａや両歯歯車１６の内歯１６ａとは異なる形状の歯を使用することができる。

１…減速機構、１１…偏心軸、１２…軸端部、１３，１４…軸受、１５…外歯歯車、１５ａ…外歯、１５ｂ…円孔、１５ｃ…支持ピン、１６…両歯歯車、１６ａ…内歯、１６ｂ…外歯、１７…出力歯車、１７ａ…出力歯車の歯、１８…出力軸、２…電動モータ、３…ケース、３１…支持ピン、３２…スライド軸受、３３…軸受、３４…円孔。

Claims (7)

1. シフトレンジ切り替えの駆動源となる出力歯車と、
   電動モータと、その出力軸に設けられた偏心軸と、
   前記偏心軸に回転可能に支持された外歯歯車と、
   前記外歯歯車の外周に設けられたリング状の両歯歯車と、
   前記両歯歯車の内周に形成され、前記外歯歯車の外歯と噛み合う内歯と、
   前記両歯歯車の外周に形成され、前記出力歯車と噛み合う外歯と、
   前記外歯歯車の周囲に配置された固定部材と、
   前記外歯歯車と前記固定部材とのいずれか一方に設けられた規制部と、
   前記外歯歯車と前記固定部材とのいずれか他方に設けられて前記規制部と係合する被規制部と、を備え、
   前記規制部と被規制部は、前記外歯歯車の外歯が前記両歯歯車の内歯に噛み合った状態で、前記外歯歯車の揺動を規制し、
   前記外歯歯車の外歯と前記両歯歯車の内歯は、減速比に対応した異なる歯数を有し、
   前記外歯歯車、前記両歯歯車及び前記出力歯車が同一平面上に設けられることを特徴とする車両用シフトレンジ切り替え装置。
2. シフトレンジ切り替えの駆動源となる出力歯車と、
   電動モータと、その出力軸に設けられた偏心軸と、
   前記偏心軸に回転可能に支持された外歯歯車と、
   前記外歯歯車の外周に設けられたリング状の両歯歯車と、
   前記両歯歯車の内周に形成され、前記外歯歯車の外歯と噛み合う内歯と、
   前記両歯歯車の外周に形成され、前記出力歯車と噛み合う外歯と、
   前記外歯歯車の周囲に配置された固定部材と、
   前記外歯歯車と前記固定部材とのいずれか一方に設けられた規制部と、
   前記外歯歯車と前記固定部材とのいずれか他方に設けられて前記規制部と係合する被規制部と、を備え、
   前記規制部と被規制部は、前記外歯歯車の外歯が前記両歯歯車の内歯に噛み合った状態で、前記外歯歯車の揺動を規制し、
   前記外歯歯車の外歯と前記両歯歯車の内歯は、減速比に対応した異なる歯数を有し、
   前記両歯歯車が固定部材に設けられたリング状のスライド軸受によって支持されることを特徴とする車両用シフトレンジ切り替え装置。
3. 前記規制部が固定部材に設けられた丸棒状の支持ピンであり、前記被規制部が外歯歯車に設けられた円孔であり、前記円孔内に支持ピンが嵌め込まれる請求項１または２に記載の車両用シフトレンジ切り替え装置。
4. 前記固定部材が減速機構のケースである請求項１から請求項３に記載の車両用シフトレンジ切り替え装置。
5. 前記固定部材が電動モータに設けられる請求項１から請求項３に記載の車両用シフトレンジ切り替え装置。
6. 前記電動モータの出力軸が固定部材に対して軸受によって支持される請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両用シフトレンジ切り替え装置。
7. 前記外歯歯車の外歯と両歯歯車の内歯が、トロコイド歯型の一部を削除した歯形または円弧歯形である請求項１から請求項６のいずれかに記載の車両用シフトレンジ切り替え装置。

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