JP6820440B2 - 安全機構体付き直線アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、ハウジング内に第１および第２の駆動機構体を有する自動車変速装置用の直線アクチュエータであって、第１の駆動機構体がハウジングから延びる変速装置制御部材をシフトレンジに沿う複数のシフト位置相互間で動かすための電気モータを含み、第２の駆動機構体が電力供給の遮断の場合、変速装置制御部材をシフトレンジの端位置に駆動するためのばねを含む形式の直線アクチュエータに関する。

通常、車両のドライビングモードは、歯車シャフトレバーまたは歯車シャフトボタンによって運転手により選択される。自動車歯車箱でますます一般的になっている技術は、いわゆる「シフト・バイ・ワイヤ（shift-by-wire）」技術であり、これは、変速装置モードをギヤシフト操作レバーと変速装置との間の機械的リンク装置なしで、電子制御装置により自動車内で稼働／変更するシステムである。自動歯車装置機構体（変速装置またはトランスミッション）、例えば、自動車用の従来型自動変速装置は、通常、自動変速装置の互いに異なるドライビングモードを制御するよう歯車箱に作動的に連結された変速装置制御部材の形態をしているシフト操作アクチュエータを含む。シフトレンジ内における変速装置制御部材の互いに異なるシフト操作位置は、自動変速装置のそれぞれの駆動モード、例えば、通常ドライビング（ドライブ）モード（“Ｄ”）、またはリバース（バックまたは逆進）モード（“Ｒ”）に対応している。別の位置は、パーキング位置（“Ｐ”）およびニュートラル位置（“Ｎ”）に対応している。これらの位置のうちの少なくとも幾つかは、変速装置制御部材が個々の位置を通ってシフトレンジに沿って並進するよう実質的に連続して配置されている。

ある特定の環境下において、歯車箱が自動的にパーキングモードに切り換わり、それぞれシフト操作アクチュエータ（変速装置制御部材）が強制的にパーキング位置になることが必要とされる。例えば、オペレータが所望の駐車場所に車両を駐車させた後、オペレータが自動車エンジンをターンオフしたときに歯車箱が自動的にパーキング位置にシフトすることが好ましい。さらに、予期しない電源異常の場合に、変速装置は、安全上の理由でパーキングモードに自動的に切り換わることが望ましい。

米国特許第７，９６６，９０３（Ｂ２）号明細書は、シフトレンジ変更装置の作動によりパーキング状態に切り換わるためにあらかじめ組み込まれているばねの復元力の使用によって変速装置制御部材を所定の位置に駆動する強制駐車機構体を備えたシフトレンジ制御部材を記載している。強制駐車機構体は、初期位置と最終作動位置との間で動くことができるラック歯車を備えたロッドを含む。ばねは、ロッドを作動位置に付勢するよう構成され、ロッドは、ピニオンを介して、シフトレンジ変更装置を作動させるための出力シャフトの形態をしたアクチュエータに連結されている。ロッドは、係合ピンによって定位置に保持され、この係合ピンは、別のばねのばね力によって押圧されている。電気アクチュエータを付勢することによって、ピンは、引っ込められてロッドとの係合から離れ、ロッドは、拡張中のばねによって作動位置に自由に変位することができる。その結果、制御ロッドは、回転してロック状態（パーキング状態）になる。

米国特許第９，２３９，１０８（Ｂ２）号明細書は、システム故障の場合に変速装置をパーキングモードに位置決めするシステムを備えたシフト・バイ・ワイヤ変速装置範囲セレクタシステムを記載している。フェイルセーフ解除モータが印加された電圧に応答して回転してトリガアームを案内スロット内で動かし、それによりトリガ爪が回転するようにするよう構成されている。トリガ爪の回転により、ばねは、変速装置の出力シャフトをパーキング位置に回転させることができる。このシステムは、その複雑な設計に起因して比較的大型でありかつ重い。さらに、このシステムは、電源の完全な喪失の場合にパーキングモードへの自動シフト操作を保証するのに効果的な手段を提供することはない。

欧州特許第１３３４２９７（Ｂ１）号明細書は、制御シャフトに固定されていて制御シャフトを回転させるレバーを含む調節可能な歯車装置機構体用の設定装置を記載している。トルクは、動くことができるスピンドルハウジングが設けられているウォームシャフトを備えた電気モータによって生じ、スピンドルハウジングは、スピンドルハウジングに対して動くことができるキャリジ用の案内を有する。スピンドルハウジングとキャリジは、電磁ロック要素によって一緒にロックされ、それによりキャリジがスピンドルハウジングに対してシフトすることが阻止される。張力が加えられたばねがスピンドルハウジングとキャリジとの間に設けられており、その結果、電源が遮断されると、ばねがキャリジをスピンドルハウジングに対して変位させるとともにレバーを変位させて制御シャフトを回転させるようになっている。この解決策のスペース上の要件は、かなり厳しく、電磁ロック要素がキャリジ上で並進するので、ロックの作動および解除がかなり複雑である。

米国特許第７，９６６，９０３（Ｂ２）号明細書 米国特許第９，２３９，１０８（Ｂ２）号明細書 欧州特許第１３３４２９７（Ｂ１）号明細書

本発明の目的は、コンパクトな設計および信頼性のある自動シフト操作機構体を備えた直線アクチュエータ装置を提供することにある。

この目的は、請求項１に記載された自動車変速装置用リニアアクチュエータによって達成される。

本発明によれば、第１の駆動機構体は、電気モータによって駆動可能なウォームスクリューおよびウォームスクリューによって駆動されてハウジング内で変位可能であるウォームホイールを有するウォーム駆動装置を含む。ウォームホイールは、ラック歯車と噛み合った同軸に設けられているピニオンに連結され、その結果、ウォームホイールは、回転可能に駆動されるとラック歯車に対して並進（変位）するようになっており、変速装置制御部材は、ウォームホイールがハウジング内で変位されると、ウォームホイールと動かされるようウォームホイールに結合されている。第２の駆動機構体は、ばねがハウジングとウォームホイールの変位方向に平行にハウジング内で変位可能なラック歯車との間で作用した状態で配置されている。ばねが圧縮状態にある場合に直線変位が生じないようにラック歯車を制止するよう電気作動式ロックが配置されており、その結果、ロックへの電源の遮断時に、ラック歯車が解除されて拡張中のばねによって直線的に変位し、それによりウォームホイールおよび変速装置制御部材をシフトさせて変速装置制御部材をその端位置に動かす。

電源異常の場合または電力供給が遮断された場合、直線変位が生じないようにラック歯車を制止する機構体が作動停止され、その結果、ばねが自由に拡張することができる。ラックの直線変位は、ピニオンとラック歯車が互いに係合しているのでピニオンおよびウォームホイールに伝達され、その結果、ピニオンとウォームホイールは、回転するとともにハウジングに対して直線的に変位する。ウォームホイールとピニオンがハウジング内で並進しているとき、この変位は、端位置に直線的に動かされている結合状態の変速装置制御部材に伝えられる。変速装置制御部材を端位置に駆動するためのラック歯車の変位中、ウォームホイールは、ウォームホイールに対して直線的に変位するようウォームスクリュー上で転動するよう構成されている。

変速装置制御部材、ウォームホイールおよびピニオンは、これらがラック歯車に対して長手方向またはラック歯車に対して直線方向に一致して移動するが、ウォームホイールおよびピニオンが変速装置制御部材に対して回転することができるように互いに結合されており、このことは、ウォームホイールおよびピニオンが変速装置制御部材に回転可能に結合されているということを意味している。

変速装置制御部材が変位するシフトレンジは、端位置によって制限されるのが良く、端位置を越えかつシフトレンジからはみ出る変速装置制御部材の変位は、適当な制限手段によって阻止される。

ラック歯車は、第１の位置と第２の位置との間で変位可能であり、第１の位置では、ばねが拡張し、第２の位置では、ばねが圧縮される（張力が加えられる）。ラック歯車、ウォームホイールおよびピニオンの歯は、互いに平行なかつ／あるいは一致した平面内に位置するのが良い。これにより、直線アクチュエータのコンパクトな設計の実現が可能である。本発明の別の実施形態では、ばねは、ラック歯車が第１の位置にあるときにあらかじめ張力が加えられ、このばねは、ばねを圧縮しまたはラック歯車を第２の位置に向かって動かすのに必要な力が、変速装置制御部材を変位させるために通常のシフト操作中に作動力よりも大きいように構成される。

本発明の別の実施形態では、ピニオンは、ウォームホイールに回転可能に固定されており、その結果、これら２つの要素がハウジングに対して一致して回転するとともにシフトするようになっている。

本発明の別の実施形態によれば、第１の駆動機構体は、変速装置制御部材が端位置にあるとき、ラック歯車を動かしてばねを圧縮するように構成されている。ばねを圧縮するため、第１の駆動機構体は、変速装置制御部材の端位置におけるウォームスクリューの回転によりラック歯車が変速装置制御部材に対して動いてばねに張力を加え／ばねを圧縮するよう構成されているのが良い。この目的のため、電気モータは、ウォームスクリューを一回転方向に駆動するよう制御されるのが良く、この場合、ウォームスクリューは、ウォームホイールと噛み合い、このウォームホイールは、長手方向において実質的に静止状態のままであるよう構成されているが、このウォームホイールは、回転することができ、その結果、駆動力がウォームホイールおよびピニオンを介してラック歯車に伝達され、このラック歯車は、変速装置制御部材に対してばねに向かって並進する。ウォームホイールの静止動作は、シフトレンジの設計によって達成できる。例えば、ウォームスクリューは、ウォームスクリューとウォームホイールとの係合によりウォームホイールを端位置を越えかつシフトレンジからはみ出る方向に押圧するシフト操作力が作られるように駆動されるのが良い。しかしながら、シフトレンジは、変速装置制御部材／ウォームホイールが端位置を越えかつシフトレンジからはみ出るようにシフトするのが阻止されるように定められている。その結果、ウォームホイール／ピニオン集成体／構造体（アレンジメントを集成体）はそれぞれの方向に支持されるとともに静止歯車として働き、駆動力は、ウォームホイールおよびピニオンを介してラック歯車に伝達され、ラック歯車は、変速装置制御部材に対して、ウォームスクリューの駆動力によってばねに向かって並進する。

本発明の別の実施形態では、第１および第２の駆動機構体は、変速装置制御部材が端位置にあるとき、ａ）第１の方向におけるウォームスクリューの回転により変速装置制御部材がシフトレンジに沿って端位置から動き、ｂ）第１の方向とは逆の第２の方向におけるウォームスクリューの回転によりばねが圧縮されるように構成されている。その結果、ラック歯車が第１の位置にあってロック機構体によって変位しないようロックされるとともにウォールホイールが第１の方向に回転するようウォームスクリューによって駆動されているとき、ウォームホイール／ピニオン機構体は、ウォームスクリューの回転駆動力を受けてラック歯車に沿って移動し、ピニオンは、ラック歯車上で転動し、そしてシフトレンジを通って例えば変速装置制御部材の端位置からアクティブな位置（例えば、“Ｄモード”位置）に並進する。逆方向におけるウォームスクリューの回転により、変速装置制御部材が並進して端位置に戻る。電力異常の場合、変速装置制御部材は、ラック歯車および圧縮ばねの解除パワーによってシフトされて端位置に向かって戻される。ラック歯車が第１の位置にあって第２の方向に回転するとき、ラック歯車は、第２の位置に並進してばねを圧縮する。しかる後、ウォームスクリューを第１の方向に回転させてシフトレンジを通ってウォームホイール／ピニオン／変速装置制御部材を変位させるのが良い。

本発明の別の実施形態によれば、ラック歯車は、ウォームホイールを少なくとも部分的に受け入れるよう構成されている。この目的のため、ラック歯車は、ウォームホイールの少なくとも一部、例えば円形区分が配置される凹み区分を有するのが良い。

本発明のさらに別の実施形態では、ラック歯車は、平行な関係をなして配置された２つのレール要素を有し、これら２つのレール要素相互間にウォームホイールの少なくとも一区分が受け入れられる。ウォームホイールの少なくとも一部をラック歯車内に位置決めすることによって、直線アクチュエータのコンパクトな設計が達成されかつウォームホイールの有効な案内が保証される。

直線アクチュエータは、たった１つのピニオンを備えた状態で具体化できる。原理を説明すると、２つまたは３つ以上のピニオンを具体化することができ、それにより駆動機構体の信頼性が高められる。それゆえ、本発明のさらに別の実施形態によれば、２つのピニオンは、ウォームホイールが２つのピニオン相互間に少なくとも部分的に配置されるようにウォームホイールの互いに反対側の側面に取り付けられる。両方のピニオンは、ラック歯車のそれぞれのレール要素に係合するよう構成され、ウォームホイールは、２つのレール要素相互間に延びている。

本発明のさらに別の実施形態では、ピニオンまたは複数のピニオンは、例えば射出成形によってウォームホイールに一体に形成される。

本発明のさらに別の実施形態では、駆動歯車としてのウォームスクリューと被動歯車としてのウォームホイールの歯車比は、ウォームホイールに対するウォームスクリューの回転速度を減少させるように選択されている。それにより、ウォームホイールは、ウォームスクリューよりも低い回転速度で回転する。その結果、歯車比は、トルクを駆動歯車としてのウォームスクリューおよび被動歯車としてのウォームホイールから増大させるよう選択される。換言すると、駆動歯車としてのウォームスクリューと被動歯車としてのウォームホイールの歯車比は、１よりも大きく、その結果、ウォームホイールの出力速度は、ウォームスクリューの入力速度と比較して減少する。歯車セットに関する歯車比および速度は、各歯車の歯の数および／またはこの段階の各歯車の毎分の回転数（ｒｐｍ）で表された速度に基づいて計算できる（歯車比＝駆動歯車の入力速度（ｒｐｍ）／被動歯車の入力速度（ｒｐｍ））。

本発明の別の実施形態によれば、ウォームスクリューは、電力供給が遮断されたとき（例えば、電力異常のとき）少なくとも一回転方向における回転を行わないようにロックされるよう構成されている。例えば、第１の駆動装置機構体は、ウォームホイールがラック歯車によって駆動されたときにウォームスクリューの回転を阻止するようになったセルフロッキング機構体を含むのが良い。電気モータは、ウォームスクリューを付勢されていないときに回転が生じないようにロックするよう構成されているのが良い。好ましい実施形態では、ウォームホイールには、駆動装置がウォームホイールによって逆転するのが阻止されるようセルフロッキング状態になるように螺旋角が与えられている。すなわち、ウォームホイールは、歯車装置が後方回転を行わないようそれ自体、自動的にロックするのでウォームスクリューを駆動しない。セルフロッキングウォーム駆動装置のためのそれぞれの設定が当該技術分野において知られている。このように、ウォームスクリューは、拡張中のばねによって第１および第２の駆動装置機構体の変速駆動装置機構体に導入される力によっては回転しない。電力供給がラック歯車／ピニオンウォームホイール集成体に起因して遮断されたとき、ラック歯車の直線変位により、ピニオンおよびウォームホイールは、ウォームホイール／ピニオン集成体がウォームスクリューに沿って並進するよう回転し、ウォームホイールは、ウォームスクリュー上を転動し、ウォームスクリューは、電力供給が遮断されたとき静止状態のままである。この場合、ウォームスクリューは、静止ラック歯車として機能する。ばねが解除されると、変速装置制御部材は、ばねの力を受けて端位置にシフトし、変速装置制御部材の変位は、ラック歯車の変位よりも小さい。

本発明の別の実施形態によれば、ピニオンは、小さな外径および／またはウォームホイールから変速装置制御部材への力の増大を提供するようウォームホイールよりも小さい数の歯を有する。ウォームホイールおよびピニオンに互いに異なる係合直径および／または歯の数を与えることにより、ラック歯車、ウォームホイール、ピニオンおよびウォームスクリューの集成体は、２段階変速装置と同様に機能する。上述したように、ラック歯車が変位しないようにロックされるとともに変速装置制御部材が第１の位置にあるとき、ウォームホイール／ピニオン集成体は、ウォームスクリューを第１の方向に回転させているときにラック歯車に沿って移動する。逆方向におけるウォームスクリューの回転により変速装置制御部材は、並進して端位置に向かって戻り、電力異常の場合、変速装置制御部材は、ばねによってシフトされて端位置に向かって戻る。ウォームスクリューとラック歯車との中間変速装置要素としての変速装置制御部材の構成に起因して、差動歯車機構体が形成され、この場合、変速装置制御部材の直線運動は、ラック歯車およびウォームスクリューの入力変位の合計に相当している。その結果、電力供給の遮断の場合、変速装置制御部材をアクティブ位置、例えば「Ｄモード」（ドライビングモード）位置から端位置、例えば「Ｐ」（パーキング）位置に戻すためにラック歯車に必要なストローク（変位）は、ウォームスクリューに必要なストロークよりもかなり小さい。かくして、本発明の別の実施形態によれば、ピニオンおよびラック歯車集成体は、ラック歯車ストロークが変速装置制御部材の結果としてのストローク（シフト操作変位）よりも好ましくは少なくとも１．１５倍、より好ましくは１．２１倍だけ僅かに長いように構成されているのが良い。ウォームホイールとウォームスクリューの速度伝達比は、ウォームリードがウォームホイールの結果として得られるストロークよりもかなり大きいように選択されるのが良く、それによりウォームから変速装置制御部材への力増幅もまた得られる。ウォームホイールとウォームスクリューの速度伝達比は、ウォームスクリューのストローク（回転数）がウォームホイールのストローク（回転数）の少なくとも５倍、好ましくは少なくとも５．７倍、より好ましくは５．７７倍であるように選択されるのが良い。

本発明の別の実施形態によれば、ラック歯車を制止するためのロックは、消勢時にロック解除され、好ましくは磁界／磁力を発生させる手段、例えば、磁気ロックの形態をしたフェイルセーフロック機構体を含み、ロックは、稼働／付勢時、ラック歯車を直線変位が生じないように制止するようになっている。

本発明のさらに別の実施形態によれば、ラック歯車を制止するためのロックは、トグルレバー機構体またはナックル継手（ニージョイント）機構体を含み、磁界を発生させる手段（すなわち、磁気ロック）は、トグルレバー機構体を作動時に伸長位置にロックするようになっている。電力供給が遮断されると、磁気ロックの消勢によりロック機構体が解除され、その結果、ラック歯車は、拡張中のばねの力を受けて自由に直線的に変位することができる。トグルレバーまたはナックル継手機構体によって、ラック歯車をロックするためのエネルギー消費量がかなり減少する。

本発明の別の実施形態によれば、フォーク部材が変速装置制御部材にしっかりと結合され、このフォーク部材は、アームから成り、これらアームは、これらアーム相互間でウォームホイールおよびピニオンに回転可能に結合する。アームは、ウォームホイールおよび少なくとも１つのピニオンに結合されたシャフトまたはピンに連結されるのが良く、その結果、ウォームホイールおよびピニオンは、シャフトまたはピン回りにアームに対して回転することができるようになっている。

本発明の別の実施形態では、ハウジングは、ウォームホイールの長手方向変位を案内する手段を有する。この目的のため、ハウジングは、ハウジング壁に設けられた案内溝またはウォームホイールに結合されたシャフトまたはピンと係合する案内レールを備えるのが良い。ウォームホイールについての別個の案内の一利点は、もしそのように構成されていなければピニオン‐ラック噛み合いからの大きな反発力のバランスを取るのに必要なウォームスクリューに加わる半径方向力が減少することにある。

本発明のさらに別の実施形態では、変速装置制御部材を例えばハウジングに対する並進を測定する変位センサが設けられる。変位センサは、例えばホール効果センサが変速装置制御部材の位置を効果的に識別することができる。

本発明の別の実施形態では、変位センサは、ハウジングに回転可能に取り付けられかつ変速装置制御部材に結合されたラック歯車を噛み合い係合状態にある回転センサを備えた歯車から成る。変速装置制御部材の並進は、歯車の回転にじかに対応し、回転センサは、位置フィードバックを提供する。ラック歯車は、例えばフォーク部材に形成されても良くまたはこれに取り付けられても良い。

次に、図に示された本発明の例示の実施形態を参照して本発明について説明する。

本発明の一実施形態に係る直線アクチュエータの斜視図である。 部分的に取り外された状態の直線アクチュエータの内部の平面図である。 図２の部分の拡大組立図である。 開始位置にある直線アクチュエータの内部の平面図である。 電気モータを用いてばねを圧縮した後における直線アクチュエータの内部の平面図である。 運転モード中における直線アクチュエータの内部の平面図である。 安全機構体を解除した後における直線アクチュエータの内部の平面図である。 安全機構体が解除された状態における運転モード中の直線アクチュエータの内部の平面図である。

図１では、直線アクチュエータ１は、左側では下から見た斜視図で示されるとともに右側では上から見た斜視図で示されている。右側に示されているように、直線アクチュエータ１は、ハウジング２および直線アクチュエータのハウジング２中に延びる作動または操作部材３を有する。作動部材３は、車両オペレータとの相互作用のためのインターフェースに連結されるようになっており、この作動部材は、アクチュエータモータの故障の場合に直線アクチュエータの作動を制御するのに役立つ（「マニュアルオーバーライド」）。カバープレート４がハウジング２内に配置され、このカバープレートは、ハウジング２の外壁を貫通する変速装置制御部材５の運動を制御する駆動装置機構体を覆っており、この変速装置制御部材は、両方向を示す矢印によって指示されているように前後に動くことができる。変速装置制御部材５は、車両変速装置の歯車箱（図示せず）に連結され、それによりこの歯車箱は、互いに異なる運転モード相互間で切り換わる。

図２では、カバープレートおよび作動部材は、取り外されており、その結果、変速装置制御部材５を変位させる作動機構体の構成が見えるようになっている。図３では、図２の構成が分解組立図で示されている。直線アクチュエータの内部コンポーネントは、ウォーム駆動装置のウォームスクリュー７に連結されていてこのウォームスクリューを回転させる電気モータ６を備えた第１の駆動装置機構体を含む。変速装置制御部材５は、２つの間隔を置いて位置したアーム９を備えるフォーク部材８に取り付けられている。外周面に多数の歯を備えたウォームホイール１０がアーム９に取り付けられたピン９ａによってフォーク部材８のアーム相互間に回転可能に保持されている。ウォームホイール１０は、ピニオン１１をさらに有し、このピニオンは、ウォームホイール１０およびピニオン１１が共通回転軸線回りに一致して回転するようウォームホイール１０に対して同軸に配置されている。ピン９ａは、長手方向におけるウォームホイール１０の変位を案内するようハウジング壁に形成された案内溝（図示せず）に係合する（図５参照）。

ラック歯車１２は、第２の駆動装置機構体の一部であり、このラック歯車は、ハウジング２内に変位可能に配置されている。ラック歯車１２は、２本のレール１３を有し、レール１３の各々には歯１４が設けられている。ばね１５がラック歯車とハウジング２の内壁との間でラック歯車１２の一端部のところに配置されており、その結果、ハウジング２をラック歯車１２の変位によって圧縮することができ、しかもラック歯車１２をばね１５の拡張によって変位させることができるようになっている。ラック歯車１２の反対側の端部のところでは、ナックル継手１６がピン１７によってラック歯車１２に取り付けられている。ナックル継手１６の他端部は、ハウジング２に取り付けられている。ナックル継手１６は、互いにヒンジ式に連結された２つの部分を含む。保持磁石１８が付勢時にナックル継手１６に作用するよう配置されており、その目的は、ナックル継手を所定の伸長位置にロックすることにある。回転センサ２０を備えた歯車１９がフォーク部材８に設けられたラック歯車区分２１と噛み合い、その結果、ラック歯車１２の変位方向に平行なフォーク部材８の変位により歯車１９が回転するようになっている。ラック歯車１２の変位は、回転センサ２０によって測定可能である。

図４は、直線アクチュエータの平面図であり、車両点火装置がオフに切り換えられ、その結果、保持磁石１８および電気モータ６には電力が供給されないようになっている。両方向を示すＡ，Ｂによって指示されるように、ラック歯車１２は、２つの位置相互間で長手方向２２に直線的に変位可能であり、この場合、図４は、ラック歯車１２の第１の位置を示し、ばね１５は、圧縮されておらず、ナックル継手１６は、折り畳み状態にある。フォーク部材８、ウォームホイールおよびピニオン構造体１０／１１および変速装置制御部材５の集成体はまた、シャフト範囲内における長手方向２２におけるハウジング内のラック歯車１２の変位の方向に平行に複数のシフト位置まで変位可能である。考えられるシフトレンジは、端位置によって制限される。図４は、自動車変速装置のパーキング位置（“Ｐ”）に対応した端位置にある変速装置制御部材５／フォーク部材８を示している。さらに、端位置を越える変速装置制御部材／フォーク部材のそれ以上の並進（この場合、右側への）は、阻止される。変速装置制御部材５を左側に動かすことによって、歯車箱は、パーキング位置から次の歯車段階（シフト位置）、例えば、リバースモードに切り換わる。

ピニオン１１は、ラック歯車１２の歯部１４と噛み合い、ピニオン１１よりも大きな直径を有するとともに多数の歯を有するウォームホイール１０は、ラック歯車１２の２本の互いに間隔を置いたレール（図２参照）相互間の空間中に延び、その結果、ウォームホイール１０は、ラック歯車１２内に部分的に受け入れられるようになっている。フォーク部材８がラック歯車１２に対して並進すると（変位Ｂ）、ピニオン１１は、ラック歯車１６と噛み合い、ピニオン／ウォームホイール１０／１１集成体が回転するとともにラック歯車１２に沿って転動する。

ウォームホイール１０は、ウォームスクリュー７と噛み合う。ウォームスクリュー７の回転により、ウォームホイール１０の回転が生じる。ウォームスクリューの螺旋角は、ウォームスクリューが自動ロック状態になり、その結果、駆動が逆転されてウォームホイールによって逆方向に駆動されるのが阻止されるように（ウォームホイールによって後方に駆動可能ではないように）選択されている。したがって、ウォームホイール１０が逆方向において駆動歯車として作用するとともにウォームスクリューが自動ロック性に起因して回転するのが阻止されると、ウォームホイール１０の回転により、ウォームホイール１０は、ウォームスクリュー７上を転動するとともにウォームスクリュー７に対して長手方向２２に並進する。

図５は、車両の始動手順を示している。制御機構体（図示せず）が電気モータ６を制御し、電気モータ６は、ウォームスクリュー７を右から見て時計回りの方向に回転させ始める。ウォームスクリュー７との噛み合い係合に起因して、ウォームホイール１０は、回転し始めて回転をピニオン１１に伝える。ピニオン１１は、ラック歯車１２と噛み合っている。上述したように、図示の端位置から右側へのフォーク部材／変速装置制御部材の変位が阻止される。その結果、変速装置制御部材が端位置にあるとき、時計回りの方向におけるピニオンの回転によりラック歯車１２は、ばね１５に向かって（矢印で指示されている）第２の位置に直線的に変位し、その結果、ラック歯車１２は、ばね１５を圧縮してこれに張力を加える。

それと同時に、ラック歯車１２の反対側に設けられたナックル継手１６は、保持磁石１８の前に伸長される。保持磁石１８が付勢され、この保持磁石は、ナックル継手１６を伸長位置にロックする磁力を生じさせ、その結果、ラック歯車１２は、直線変位を生じないよう制止されるとともに第２の位置から第１の位置（図４参照）に戻るのが阻止される。歯車箱をパーキングモードに自動的に切り換える安全機構体が今や稼働される。

図６では、直線アクチュエータ１は、パーキング位置（図５）から別の歯車段階に切り換わる。保持磁石１８は、付勢され、ばね１５は、圧縮（負荷が加えられた）状態にある。電気モータ６は、ウォームスクリュー７を逆の反時計回りの方向に回転させ始める。ラック歯車１２は、直線変位を行わないよう制止され、このラック歯車は、第２の位置にある。ウォームスクリュー７の回転により、ウォームホイール１０の回転が生じ、この回転は、ピニオン１１に伝えられる。回転中のピニオン１１は、静止状態のラック歯車１２と噛み合う。その結果、ウォームホイール１０、ピニオン１１、フォーク部材８および変速装置制御部材５の組立体は、矢印によって指示されるように左側に長手方向２２に並進する。変速装置制御部材の並進は、歯車箱に伝えられる。フォーク部材８と噛み合い係合状態にある回転センサ２０は、フォーク部材８の直線運動によって回転し、この回転センサは、それにより、変速装置制御部材５の変位量を指示することができる。

図７は、電力供給の遮断の場合に変速装置制御部材５を並進させて端位置／パーキング位置に戻す安全機構体の機能を示している。電力供給の遮断時、保持磁石１８は、受動型であり、ナックル継手１６を伸長状態に保持する磁力をもはや生じさせない。今や、ナックル継手１６は、ばね１５の力を受けて折り畳み状態になることができ、このばねは、ラック歯車の変位のためのロックが取り外されているので拡張する。ばね１５の拡張により、ラック歯車１２は、変位して第１の位置（ラック歯車１２上の矢印によって指示されている）に戻る。ラック歯車１２とピニオン１１の噛み合い係合に起因して、ラック歯車１２の直線変位により、ピニオン１１／ウォームホイール１０の回転が生じるとともに端位置に向かう（フォーク部材８上に矢印で指示されている）ピニオン１１／ウォームホイール１０の変位が生じる。ウォームスクリュー７は、上述の自動ロック性に起因してウォームホイール１０によって回転するのが阻止される。ウォームホイール１０は、この外側歯部がウォームスクリュー７のねじ山上を転動する状態でウォームスクリュー７に対して移動する。ウォームホイール１０およびピニオン１１の変位により、フォーク部材８および変速装置制御部材５が端位置（パーキング位置）に引き戻される。それゆえ、電力供給の遮断時、変速装置は、パーキング位置に自動的に切り換えられる。

図８は、作動停止状態の安全解除機構体を備えた直線アクチュエータを示している。保持磁石１８は、作動停止状態にあり、ラック歯車１２は、第１の位置にある。それにもかかわらず、端位置からシフト歯車への変速装置制御部材の通常の変位は、ウォームスクリューを反時計回りの方向に回転させることによって可能である。変速装置制御部材を変位させる機構体は、基本的には図６を参照して説明した機構体と同一である。しかしながら、この場合、ラック歯車は、異なる位置（第１の位置）にある。ラック歯車１２をばね力に抗して第２の位置に動かすのに必要な力は、変速装置制御部材を作動中に動かすための作動力よりも大きく、その結果、ラック歯車は、変速装置制御部材の運動にもかかわらず、第１の位置に位置したままである。

１ 直線アクチュエータ
２ ハウジング
３ 作動部材
４ カバープレート
５ 変速装置制御部材
６ 電気モータ
７ ウォームスクリュー
８ フォーク部材
９ アーム
９ａ ピン
１０ ウォームホイール
１１ ピニオン
１２ ラック歯車
１３ レール
１４ 歯部
１５ ばね
１６ ナックル継手
１７ ピン
１８ 保持磁石
１９ 歯車
２０ 回転センサ
２１ ラック歯車区分
２２ 長手方向

Claims (14)

1. ハウジング（２）内に第１および第２の駆動機構体を有する自動車変速装置用の直線アクチュエータ（１）であって、
   前記第１の駆動機構体は、前記ハウジング（２）から延びる変速装置制御部材（５）をシフトレンジに沿う複数のシフト位置相互間で動かすための電気モータ（６）を含み、
   前記第２の駆動機構体は、電力供給の遮断の場合、前記変速装置制御部材（５）を前記シフトレンジの端位置に駆動するためのばね（１５）を含む、直線アクチュエータにおいて、
   前記第１の駆動機構体は、前記電気モータ（６）によって駆動可能なウォームスクリュー（７）および前記ウォームスクリュー（７）によって駆動されて前記ハウジング（２）内で変位可能であるウォームホイール（１０）を有するウォーム駆動装置を含み、前記ウォームホイール（１０）は、ラック歯車（１２）と噛み合った同軸に設けられているピニオン（１１）に連結され、その結果、前記ウォームホイール（１０）は、回転可能に駆動されると前記ラック歯車（１２）に対して並進するようになっており、前記変速装置制御部材（５）は、前記ウォームホイール（１０）が前記ハウジング（２）内で変位すると、前記ウォームホイール（１０）と動かされるよう前記ウォームホイール（１０）に結合されており、
   前記第２の駆動機構体は、前記ばね（１５）が前記ハウジング（２）と前記ウォームホイール（１０）の変位方向に平行に前記ハウジング（２）内で変位可能な前記ラック歯車（１２）との間で作用した状態で配置され、前記第２の駆動機構体は、前記ばね（１５）が圧縮状態にある場合に直線変位が生じないように前記ラック歯車（１２）を制止するよう配置された電気作動式ロックを含み、前記ロックへの電源の遮断時に、前記ラック歯車（１２）が解除されて拡張中の前記ばね（１５）によって直線的に変位し、それにより前記ウォームホイール（１０）および前記変速装置制御部材（５）をシフトさせて前記変速装置制御部材（５）をその端位置に動かす、直線アクチュエータ。
2. 前記第１の駆動機構体は、前記変速装置制御部材（５）が前記端位置にあるとき、前記ラック歯車（１２）を動かして前記ばね（１５）を圧縮するよう構成されている、請求項１記載の直線アクチュエータ。
3. 前記第１および前記第２の駆動機構体は、前記変速装置制御部材（５）が前記端位置にあるとき、第１の方向への前記ウォームスクリュー（７）の回転により前記変速装置制御部材（５）が前記シフトレンジに沿って前記端位置から動き、前記第１の方向と逆の第２の方向における前記ウォームスクリュー（７）の回転により前記ばね（１５）が圧縮されるよう構成されている、請求項１または２記載の直線アクチュエータ。
4. 前記ラック歯車（１２）は、前記ウォームホイール（１０）に少なくとも部分的に受け入れるよう構成されている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の直線アクチュエータ。
5. 前記ラック歯車（１２）は、平行関係をなして設けられた２つのレール要素（１３）を有し、前記レール要素（１３）相互間には前記ウォームホイール（１０）の少なくとも一区分が受け入れられる、請求項４記載の直線アクチュエータ。
6. ２つのピニオン（１１）が前記ウォームホイール（１０）の互いに反対側の側面に取り付けられている、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の直線アクチュエータ。
7. 前記ピニオン（１１）は、小さな外径および／または前記ウォームホイール（１０）よりも少ない数の歯を有する、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の直線アクチュエータ。
8. 前記ウォームスクリュー（７）は、電源が遮断されると、少なくとも一回転方向における回転が生じないようにロックされるよう構成されている、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の直線アクチュエータ。
9. 前記ウォームスクリュー（７）と前記ウォームホイール（１０）の歯車比は、前記ウォームホイール（１０）に対する前記ウォームスクリュー（７）の回転速度を減少させるよう選択されている、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の直線アクチュエータ。
10. 前記ラック歯車（１２）を制止する前記ロックは、作動時に直線変位が生じないように前記ラック歯車（１２）を制止するようになった磁界（１８）を発生させる手段を含む、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の直線アクチュエータ。
11. 前記ラック歯車（１２）を制止する前記ロックは、トグルレバー機構体またはナックル継手（１６）を含み、磁界（１８）を発生させる前記手段は、作動時に伸長位置において前記トグルレバー機構体または前記ナックル継手（１６）をロックするようになっている、請求項１０記載の直線アクチュエータ。
12. フォーク部材（８）が前記変速装置制御部材（５）に結合され、前記フォーク部材は、前記フォーク部材と前記変速装置制御部材（５）との間に前記ウォームホイール（１０）および前記ピニオン（１１）を回転可能に支持するアーム（９）を有する、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の直線アクチュエータ。
13. 前記変速装置制御部材（５）の変位を測定する変位センサ（２０）を有する、請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の直線アクチュエータ。
14. 前記変位センサ（２０）は、前記ハウジング（２）に回転可能に取り付けられるとともに前記変速装置制御部材（５）に結合されたラック歯車と噛み合い係合関係をなす歯車（１９）を有する、請求項１３記載の直線アクチュエータ。

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