WO2015107592A1

WO2015107592A1 - シフト操作装置

Info

Publication number: WO2015107592A1
Application number: PCT/JP2014/006084
Authority: WO
Inventors: 小野　貴敏; 野添　利幸; 正峰安井
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2015-07-23

Abstract

本発明に係るシフト操作装置（１００）は、回転により操作されるノブ（１）と、ノブ（１）に連動する第１のクラッチギア（４）と、第１のクラッチギア（４）に組み合される遊星ギア（７）を備えたリングギア（５）とを有する。さらに、遊星ギア（７）に組み合され、遊星ギア（７）の回転に連動し回転する第２のクラッチギア（６）と、第１のクラッチギア（４）或いはリングギア（５）のいずれかを回転できないようにするストッパ（８）と、ストッパ（８）が第１のクラッチギア（４）を回転できないようにしているときにリングギア（７）を回転させるモータ（２２）とを有している。

Description

シフト操作装置

　本発明は、主に車両の変速機の切換操作に用いられるシフト操作装置に関する。

　現在、シフトバイワイヤ方式によるシフト操作装置が、多くの車で採用されている。シフトバイワイヤ方式とは、シフトレバーの位置を電気信号に置き換え、電気配線を介してシフトギアへ伝達し、シフトギアの変速位置を切り換えるシフト操作方式であり、従来の方式に比べて、シフト操作装置の操作性が向上すると共に、設計の自由度が大きくなる。そのため、例えば、シフトレバーの代わりにダイヤルを備えたダイヤル式のシフト操作装置も使われている。

　特許文献１には、ダイヤル式のシフト操作装置において、誤操作を未然に防止するための構造について開示されている。具体的には、特許文献１に開示されたシフト操作装置は、ソレノイドにより駆動され、ダイヤルの回動を阻止する回動阻止プレートを有している。そして、ブレーキペダルを踏む等の一定の操作をしない場合には、回動阻止プレートによりダイヤルを回動して操作することができない状態となり、シフトの誤操作を未然に防止する。

特開２００２－２５４９４６号公報

　本発明は、シフト位置を所定位置に戻す機構を備えたシフト操作装置を提供する。

　本発明に係るシフト操作装置は、回転により操作されるノブと、ノブに連動する第１のクラッチギアと、第１のクラッチギアに組み合される遊星ギアを備えたリングギアとを有する。さらに、遊星ギアに組み合され遊星ギアの回転に連動し回転する第２のクラッチギアと、第１のクラッチギア或いはリングギアのいずれかを回転できないようにするストッパと、ストッパが第１のクラッチギアを回転できないようにしているときにリングギアを回転させる第１の動作機構とを備えている。

　本発明によれば、ノブ操作ができる時には、ストッパによりリングギアを回転できない状態とし、リングギア内の遊星ギアを介して、第１のクラッチギアの回転を第２のクラッチギアに伝える。一方、ノブ操作ができない時には、第１のクラッチギアをストッパによって回転できない状態とし、第１の動作機構を用いてリングギアを回転させることにより、第２のクラッチギアを回転させることができる。これにより、ノブ操作ができない時に、第２のクラッチギアの回転位置が、所定位置以外の位置にある場合でも、リングギアを回転させることにより、ノブ及び第１のクラッチギアを回転させることなく、第２のクラッチギアの回転位置を所定位置に戻すことができる。

図１は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の外観の斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の上カバー、下カバーを外した斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の上カバー、下カバーを外した斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の上カバー、下カバー、第３～第７のギア、第２のウォームギア、第２のモータ、ロータリーカムギアを外した斜視図である。図５は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の上カバー、下カバー、第３～第７のギア、第２のウォームギア、第２のモータ、ロータリーカムギアを外した斜視図である。図６は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の動作メカニズムを説明するための模式図である。図７は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置のノブ操作ができる時の動作メカニズムを説明するための模式図である。図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置のノブ操作ができる時の動作メカニズムを説明するための斜視図である。図９は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置に用いる第２のクラッチギアのノブ操作ができる時の動作メカニズムを説明するための模式図である。図１０は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置のノブ操作ができない時の動作メカニズムを説明するための模式図である。図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置のノブ操作ができない時の動作メカニズムを説明するための斜視図である。図１２は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置に用いる第２のクラッチギアのノブ操作ができない時の動作メカニズムを説明するための模式図である。図１３は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の第１のストッパの動作メカニズムを説明するための斜視図である。図１４（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置のリングギアの回転できない時におけるノブの中心軸から見た第１のストッパと第７のギアを示す図である。図１５（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の第１のクラッチギアの回転できない時におけるノブの中心軸から見た第１のストッパと第７のギアを示す図である。図１６は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置における固定磁石群の配置を説明するための斜視図である。図１７は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の固定磁石群の回転による磁石配置の変化を説明するための模式図である。図１８は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置のノブ回転角度と回転トルクの関係を示す図である。図１９は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の固定磁石群と可動磁石群との間隔の可変機構の動作メカニズムを説明するための斜視図である。図２０（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の可動磁石ホルダとロータリーカムギアについての構成を示す斜視図である。図２１は、本発明の実施形態に係るシフト操作装置の可動磁石ホルダとロータリーカムギアの動作メカニズムを説明するための模式図である。図２２は、本発明の変形形態に係るシフト操作装置の動作メカニズムを説明するための模式図である。図２３は、本発明の変形形態に係るシフト操作装置のノブ操作ができる時の第２のクラッチギアの内部での第１のクラッチギアと遊星ギアの動作メカニズムを説明するための模式図である。図２４は、本発明の変形形態に係るシフト操作装置のノブ操作ができない時の第２のクラッチギアの内部での第１のクラッチギアと遊星ギアの動作メカニズムを説明するための模式図である。

　本発明の実施形態が解決する課題を以下に示す。背景で述べたように、従来のシフト操作装置において、ブレーキペダルを踏む等の一定の操作をしない場合には、回動阻止プレートによりダイヤルを回動して操作することができない状態となり、シフトの誤操作を未然に防止している。

　しかしながら、従来のシフト操作装置では、例えば、シフト位置をＰ（パーキング）位置に戻さず、シフト位置がＰ位置以外の位置となっている状態でエンジンを停止するという誤操作を行った場合には、シフト位置がＰ位置以外の位置ではエンジンが作動しないため、再びエンジンを作動させる前に、シフト位置をＰ位置に戻すという操作を行わなければならなかった。
　そのため、本発明の実施形態のシフト操作装置は、シフト位置を自動で所定位置に戻す機構を備えている。

　（実施形態）
　以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、また、本発明の実施形態も種々の変更が可能である。

　＜シフト操作装置の構成＞
　本発明の実施形態に係るシフト操作装置の構成について、図１～図５を用いて説明する。

　図１は本発明の実施形態に係るシフト操作装置の外観の斜視図である。本実施形態のシフト操作装置１００は、上カバー２と下カバー３により構成される筐体から、シフト操作用のダイヤル式のノブ１が突出した形状をしている。ノブ１は、略円筒形状をしており、中心軸に対して回転する。このダイヤル式のノブ１を回転させることにより、車両の変速装置のシフト位置を変化させる。具体的には、ノブ１を時計回転方向に回転させると、シフト位置がＰ（パーキング）、Ｒ（リバース）、Ｎ（ニュートラル）、Ｄ（ドライブ）、Ｓ（セカンド）の順に変化し、その情報が変速装置に伝達される。なお、シフト操作装置は、車両のドライバーが走行時に操作可能な位置（ドライバーシートの横等）に配置される。

　図２、図３は、本実施形態に係るシフト操作装置の上カバー及び下カバーを外した斜視図である。また、図４、図５は、図２、図３の構成から、さらに、第３～第７のギア、第２のウォームギア、第２のモータ、ロータリーカムギアを外した構成の斜視図である。

　まず、図４、図５を用いて、本実施形態に係るシフト操作装置の主要構成について説明する。図４に示すように、ノブ１は第１のクラッチギア４に固定され、ノブ１を回転させることにより、第１のクラッチギア４を回転させることができる。第１のクラッチギア４の下にリングギア５が配置され、リングギア５の下に第２のクラッチギア６が配置されている。後述するように、第１のクラッチギア４と第２のクラッチギア６とは、リングギア５を介して連結されている。

　第２のクラッチギア６は、第２のギア１２と連結されており、第２のクラッチギア６の回転に伴って、第２のギア１２が回転する。第２のギア１２には、磁石が内蔵されており、第２のギア１２の回転位置は、第１の磁界検出素子２６（図５参照）により検出される。なお、第１の磁界検出素子２６は、第２のギア１２の回転による磁界強度の変化を電気信号に変換するものであり、第１の磁界検出素子２６としては、例えば、ホール素子等が用いられる。

　リングギア５の側方には、第１のストッパ８が配置されており、一対の突起部がリングギア５に向かって延びている。また、第１のクラッチギア４及びリングギア５の外周面には、第１のストッパ８の突起部に引っかかるように凹凸形状がそれぞれ形成されている。この外周面の凹凸形状に、第１のストッパ８の突起部がはまり込むことにより、リングギア５あるいは第１のクラッチギア４の回転が止められる。第１のストッパ８は、上下方向（ノブの中心軸に平行な方向）に移動することにより、リングギア５と第１のクラッチギア４の内から回転を止める対象を選択することができる。

　また、図５に示すように、第１のクラッチギア４の側方に配置された第１のモータ２２は、第１のウォームギア２０及び第１のギア１１を介してリングギア５に連結されている。そのため、第１のモータ２２を駆動することにより、リングギア５を回転させることができる。ここで、第１のモータ２２は、本発明の「第１の動作機構」の一例である。「第１の動作機構」としては、第１のモータ２２のように、回転軸を持つ電動機の他、直線的に駆動するリニアモータや、発動機等の電気によらずに駆動するものであってもよい。なお、第１のモータ２２、第１のギア１１、第１の磁界検出素子２６は、プリント基板１９上に配置される。

　次に、図２、図３を用いて、本実施形態に係るシフト操作装置のその他の構成について説明する。図２に示すように、第２のクラッチギア６の側方に配置された第２のモータ２３は、第２のウォームギア２１、第５のギア１５及び第６のギア１６を介して、第７のギア１７に連結されている。第７のギア１７は第１のストッパ８に接しており、後述するように、第７のギア１７が回転することにより、第１のストッパ８が上下に移動する。

　また、第２のモータ２３は、第２のウォームギア２１、第３のギア１３及び第４のギア１４を介して、ロータリーカムギア２４に連結されている。ここで、第２のモータ２３は、本発明の「第２の動作機構」の一例である。「第２の動作機構」としては、第２のモータ２３のように、回転軸を持つ電動機の他、直線的に駆動するリニアモータや、発動機等の電気によらずに駆動するものであってもよい。

　図３に示すように、ロータリーカムギア２４内には、可動磁石ホルダ３０が収納されており、後述するように、ロータリーカムギア２４の回転に伴って、可動磁石ホルダ３０は上下に移動する。また、第４のギア１４には、磁石が内蔵されており、第４のギア１４の回転位置は、第２の磁界検出素子２７により検出される。なお、第２の磁界検出素子２７としては、第１の磁界検出素子２６と同様にホール素子等が用いられる。

　なお、ノブ１、第１のクラッチギア４、リングギア５、第２のクラッチギア６、ロータリーカムギア２４は、固定パイプ２５の中心軸に対して回転するように配置される。

　＜シフト操作装置の動作メカニズム＞
　本発明の実施形態に係るシフト操作装置の動作メカニズムについて、図６～図２１を用いて説明する。

　図６は、本実施形態に係るシフト操作装置の動作メカニズムを説明するための模式図である。なお、図６において、リングギア５の一部を透過させて内部の第１のクラッチギア４の一部、遊星ギア７、第２のクラッチギア６の一部が見えるように記載している。図６に示すように、ノブ１は第１のクラッチギア４に固定されており、ノブ１を回転させると第１のクラッチギア４が回転する。第１のクラッチギア４には、ノブ１の中心軸を中心とし、リングギア５の方に向かって先細り形状のカサ歯車が形成されている。一方、リングギア５の内部には、その内側面に垂直な中心軸を持つカサ歯車からなる遊星ギア７が２つ設けられている。これらの遊星ギア７は、リングギア５の中心軸に対して対称な位置に配置されている。このリングギア５内の遊星ギア７は、第１のクラッチギア４のカサ歯車と組み合わされており、第１のクラッチギア４と連結されている。

　また、第２のクラッチギア６にも、リングギア５の方に向かって先細り形状のカサ歯車が形成されている。リングギア５内の遊星ギア７は、第２のクラッチギア６のカサ歯車とも組み合わされており、第２のクラッチギア６と連結されている。即ち、第１のクラッチギア４と第２のクラッチギア６とは、リングギア５内の遊星ギア７を介して連結されている。

　また、リングギア５は、第１のウォームギア２０等を介して第１のモータ２２と連結されており、第１のモータ２２を駆動することにより、リングギア５を回転させることができる。

　第２のクラッチギア６には、磁石１８を備えた第２のギア１２が連結されており、第２のクラッチギア６の回転に伴って、第２のギア１２が回転し、第１の磁界検出素子２６により第２のギア１２の回転量が検出される。

　また、第２のモータ２３によって駆動される第１のストッパ８により、第１のクラッチギア４またはリングギア５のいずれかが固定され、回転できなくなる。リングギア５が固定された場合、即ち、第１のクラッチギア４が自由に動く場合、第１のクラッチギア４に固定されたノブ１も自由に動かすことができる。一方、第１のクラッチギア４が固定された場合、第１のクラッチギア４に固定されたノブ１も固定され、回転できなくなる。

　以下では、リングギア５が固定された状態、即ち、第１のクラッチギア４及びノブ１が自由に動く状態（以後、ノブ操作ができる時と呼ぶ。）と、第１のクラッチギア４及びノブ１が固定された状態（以後、ノブ操作ができない時と呼ぶ。）での動作メカニズムについて、順に説明する。

　＜ノブ操作ができる時の動作メカニズム＞
　図７は、ノブ操作ができる時の動作メカニズムを説明するための模式図であり、図８（ａ）～（ｃ）は、具体的な構成でのノブ操作ができる時の動作メカニズムを説明するための斜視図である。ここで、図８（ａ）はシフト操作装置の上側から見た斜視図であり、図８（ｂ）はリングギア部分の斜視図であり、図８（ｃ）はシフト操作装置の下側から見た斜視図である。また、図９は、第２のクラッチギア６のノブ操作時の動作メカニズムを説明するための模式図である。図７及び図８に示すように、ノブ１を時計回転方向に回転すると、ノブ１に固定された第１のクラッチギア４が時計回転方向に回転する。ノブ操作ができる時には、第１のストッパ８によってリングギア５が固定されているため、２つの遊星ギア７の中心軸も固定されている。そのため、第１のクラッチギア４が時計回転方向に回転すると、遊星ギア７がその場で図７あるいは図８の矢印で示す方向に回転し、第２のクラッチギア６は反時計回転方向に回転する。

　第２のクラッチギア６の回転により、第２のクラッチギア６に連結された第２のギア１２が回転し、第２のギア１２に固定された磁石１８の回転が第１の磁界検出素子２６で検出される。これにより、第２のクラッチギア６の回転位置が検出される。

　このように、ノブ１の回転位置（即ち、シフト位置）は、第１のクラッチギア４、リングギア５及び第２のクラッチギア６を介して第２のギア１２の回転位置として伝達される。そして、第２のギア１２の回転位置が第１の磁界検出素子２６によって電気信号に変換されることにより、ノブ１の回転位置（即ち、シフト位置）の情報が変速装置に伝達される。

　図９に示すように、第２のクラッチギア６には、中心から外周方向に延びる突起が設けられている。この突起が第２のクラッチギア６の外側に設けられた第２のストッパ９、あるいは第３のストッパ１０に当たることにより、第２のクラッチギア６の回転角度が制限されている。本実施形態では、ノブ１の回転可能角度を９０°とし、その回転可能角度内でノブ１を時計回転方向に回転し、シフト位置をＰ（パーキング）、Ｒ（リバース）、Ｎ（ニュートラル）、Ｄ（ドライブ）、Ｓ（セカンド）の順に変化させる。一方、ノブ１が時計回転方向に回転することにより、第２のクラッチギア６は、反時計回転方向に回転する。そのため、第２のクラッチギア６の突起６ａは、ノブ１がＰ（パーキング）位置からＳ（セカンド）位置に回転するのに伴って、第２のストッパ９に接触する位置から第３のストッパ１０に接触する位置に移動する。即ち、ノブ１がＰ（パーキング）位置にある時には、第２のストッパ９に接触する位置となり、ノブ１がＳ（セカンド）位置にある時には、第３のストッパ１０に接触する位置となる。これにより、ノブ１がＰ（パーキング）位置を越えて、あるいはＳ（セカンド）位置を越えて回転しないようにしている。

　＜ノブ操作ができない時の動作メカニズム＞
　図１０は、ノブ操作ができない時の動作メカニズムを説明するための模式図であり、図１１（ａ）～（ｃ）は、具体的な構成でのノブ操作ができない時の動作メカニズムを説明するための斜視図である。ここで、図１１（ａ）はシフト操作装置の上側から見た斜視図であり、図１１（ｂ）はリングギア部分の斜視図であり、図１１（ｃ）はシフト操作装置の下側から見た斜視図である。また、図１２は、第２のクラッチギアのノブ操作ができない時の動作メカニズムを説明するための模式図である。ノブ操作ができない時とは、エンジンを停止している場合等、車両のドライバーがシフト操作をしない場合を示している。この場合、第２のモータ２３によって駆動された第１のストッパ８が、第１のクラッチギア４を固定する。これにより、第１のクラッチギア４及びノブ１は、回転できない状態となる。

　シフト位置をＰ（パーキング）位置に戻さずに、例えば、Ｄ（ドライブ）位置でエンジンを停止した場合には、次回のエンジン始動時に、シフト位置がＰ（パーキング）位置となるように、自動で第２のクラッチギア６を回転させて、シフト位置をＰ（パーキング）位置に戻すことが利便性の上で好ましい。

　図１０及び図１１に示すように、第１のクラッチギア４が固定された状態で、第１のモータ２２によってリングギア５を時計回転方向に回転させると、２つの遊星ギア７の中心軸はリングギア５の内側面に固定されているので、これらの遊星ギア７も時計回転方向に移動する。そのため、遊星ギア７は、リングギア５の中心軸に対して時計回転方向に移動しながら、自らの中心軸に対して回転する。この遊星ギア７の回転により、第２のクラッチギア６は時計回転方向に回転する。

　第２のクラッチギア６の回転により、第２のクラッチギア６に連結された第２のギア１２が回転し、第２のギア１２に固定された磁石１８の回転が第１の磁界検出素子２６で検出される。

　図１２に示すように、第２のクラッチギア６の突起が、第３のストッパ１０に接触する位置（Ｓ（セカンド）位置）にある場合であっても、第１のモータ２２を駆動することよって第２のクラッチギア６を時計回転方向に回転させることができ、第２のストッパ９に接触する位置（Ｐ（パーキング）位置）にまで戻すことができる。これにより、第２のギア１２が回転し、第１の磁界検出素子２６の回転検出位置もＰ（パーキング）位置に戻される。

　このように、物理的なノブ１の位置に関係なく、変速装置に伝達される回転位置についての信号をＰ（パーキング）位置の信号に戻すことができる。

　本実施形態によるシフト操作装置では、シフト位置の検出に関わる第２のクラッチギア６等を機械的に元の位置に戻しているため、電気回路のプログラムを使ってシフト位置の信号を元に戻す場合に比べて、信頼性が高い。さらに、もし電気回路のプログラムを使ってシフト位置の信号を下に戻す場合には、第２のクラッチギア６の突起６ａが元に戻らないため、第２のストッパ９及び第３のストッパ１０の方を回転させる必要があり、これらを回転させるための駆動機構を別途設ける必要がある。そのため、シフト操作装置の構成が複雑化し、信頼性の低下を招く恐れがある。

　なお、本実施形態では、遊星ギア７を２個用いる構成について開示したが、遊星ギア７は２個である必要はなく、１個もしくは、３個以上であってもよい。

　＜第１のストッパの動作メカニズム＞
　本実施形態に係るシフト操作装置において、第１のストッパ８を上下方向に移動させることにより、第１のクラッチギア４の回転を止めるか、リングギア５の回転を止めるかの選択を行う。第１のストッパ８を上下方向に移動させる動作メカニズムについて、図１３、図１４（ａ）～（ｂ）、図１５（ａ）～（ｂ）を用いて説明する。

　図１３は、シフト操作装置の第１のストッパ８の動作メカニズムを説明するための斜視図である。図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、リングギア５が回転できない状態において、ノブ１の中心軸から見た第１のストッパ８と第７のギア１７を示している。ここで、図１４（ｂ）は、第１のストッパ８を透視図とした場合における第１のストッパ８と第７のギア１７の図である。また、図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、第１のクラッチギア４が回転できない状態において、ノブ１の中心軸から見た第１のストッパ８と第７のギア１７を示している。ここで、図１５（ｂ）は、第１のストッパ８を透視図とした場合における第１のストッパ８と第７のギア１７の図である。

　図１３に示すように、第２のモータ２３を駆動することにより、第２のウォームギア２１が回転し、それに伴って第５のギア１５、第６のギア１６及び第７のギア１７が回転する。図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）に示すように、第７のギア１７には、らせん状の溝１７ａが設けられており、その溝１７ａに第１のストッパ８から突出したピン８ａがはめ込まれている。第１のストッパ８の移動は、上下方向に制限されているため、第７のギア１７が回転すると、第１のストッパ８のピンが第７のギア１７の中心軸に対して離れたり近づいたりする。そのため、第７のギア１７の回転に伴って、第１のストッパ８が上下方向に移動する。

　例えば、図１４（ｂ）に示すように、第１のストッパ８のピン８ａが第７のギア１７の中心に近い位置にあるとき、第７のギア１７を反時計回転方向に回転すると、第１のストッパ８のピン８ａがらせん状の溝１７ａに沿って動き、図１５（ｂ）に示すような第７のギア１７の中心から遠い位置に移動する。第１のストッパ８のピン８ａは、第７のギア１７の中心よりも上側に位置しているため、第７のギア１７を反時計回転方向に回転させることにより、第１のストッパ８は下から上に移動する。

　ここで、第１のストッパ８は、下の位置に配置されているときにリングギア５を固定し、上の位置に配置されているときに第１のクラッチギア４を固定するように配置されている。そのため、第７のギア１７を反時計回転方向に回転させることにより、第１のストッパ８が固定する対象を、リングギア５から第１のクラッチギア４に切り替えることができる。逆に、第７のギア１７を時計回転方向に回転させることにより、第１のストッパ８が固定する対象を、第１のクラッチギア４からリングギア５に切り替えることができる。

　＜回転トルクの変動メカニズム＞
　本実施形態に係るシフト操作装置において、各シフト位置において回転が止まるように、回転トルクが回転角度によって変化するようにしている。回転トルクの変動メカニズムについて、図１６、図１７、図１８を用いて説明する。

　図１６は、シフト操作装置における固定磁石群の配置を説明するための斜視図である。図１６に示すように、第２のクラッチギア６の下部には、Ｎ極とＳ極が交互に並んだ固定磁石群３１が円周状に配置されている。後述するように、その固定磁石群３１に対向する位置に、固定磁石群３１との間隔を変化できる可動磁石群３２が、固定磁石群３１と同様に円周状に配置されている。ノブ１を回転し、第２のクラッチギア６が回転すると、第２のクラッチギア６に内蔵された固定磁石群３１が、可動磁石群３２に対して回転する。

　図１７は、固定磁石群３１が、可動磁石群３２に対して回転した場合の磁石配置の変化について示している。図１７中の（ａ）の状態では、固定磁石群３１のＮ極（Ｓ極）が可動磁石群３２のＳ極（Ｎ極）に対向しており、互いに引き合う引力が最も大きい。次に、固定磁石群３１を回転し、固定磁石群３１のＮ極（Ｓ極）が可動磁石群３２のＮ極（Ｓ極）に近づく（図１７中の（ｂ）の状態）と、互いに反発しあう斥力が徐々に増加してゆき、図１７中の（ｃ）の状態のように固定磁石群３１のＮ極（Ｓ極）と可動磁石群３２のＮ極（Ｓ極）が対向する位置になると互いに反発しあう斥力が最も大きくなる。さらに、固定磁石群３１を回転し、固定磁石群３１のＮ極（Ｓ極）が可動磁石群３２のＮ極（Ｓ極）に近づく（図１７中の（ｄ）の状態）と、互いに引き合う引力が徐々に増加し、固定磁石群３１と可動磁石群３２との間の引力が最も大きい図１７中の（ａ）の状態に戻る。

　図１８には、ノブを回転していったときの回転トルクの変化を示している。図１８中の（ａ）～（ｄ）は、図１７の各状態を示している。図１８に示すように、ノブ１の回転角度（即ち、第２のクラッチギア６の回転角度）が増加するのに伴って、回転トルクとして引力と斥力が交互に発生している。図１７の状態（ａ）では、引力が最も大きく、ノブ１の回転角度の増加に伴って徐々に引力から斥力へ変化し、状態（ｂ）では引力と斥力が釣り合って力が零になっている。さらに、ノブ１の回転角度を増加させると斥力最大となる状態（ｃ）となり、その後斥力から引力に変っていき、斥力と引力が釣り合った状態（ｄ）を経て、引力が最大となる状態（ａ）に戻る。

　なお、本実施形態に係るシフト操作装置では、各シフト位置に対応する回転角度において、引力が最大となる状態（ａ）となるように、固定磁石群３１と可動磁石群３２の磁石を配置している。

　また、この引力と斥力の大きさは、固定磁石群３１と可動磁石群３２との間隔（ギャップ）によって変化し、図１８に示すように、固定磁石群３１と可動磁石群３２との間隔（ギャップ）が小さい方が、最大引力と最大斥力が共に大きくなる。また、逆に、固定磁石群３１と可動磁石群３２との間隔（ギャップ）が大きい方が、最大引力と最大斥力が共に小さくなる。

　＜固定磁石群と可動磁石群との間隔の可変機構の動作メカニズム＞
　本実施形態に係るシフト操作装置において、第１のストッパ８の上下移動に伴って、第２のクラッチギア６の固定磁石群３１と可動磁石群３２との間隔を変化できるようにしている。第２のクラッチギア６の固定磁石群３１と可動磁石群３２との間隔の可変機構の動作メカニズムについて、図１９～図２１を用いて説明する。

　図１９は、固定磁石群と可動磁石群との間隔の可変機構の動作メカニズムを説明するための斜視図である。図１９に示すように、第２のモータ２３には、第２のウォームギア２１、第３のギア１３、第４のギア１４を介してロータリーカムギア２４も連結されている。これにより、第２のモータ２３を駆動すると、第２のウォームギア２１、第３のギア１３、第４のギア１４及びロータリーカムギア２４が回転する。上述のように、第２のモータ２３は、第１のストッパ８の上下方向の移動にも利用されており、第２のモータ２３の駆動により、第１のストッパ８の移動とロータリーカムギア２４の回転が同時に行われる。

　また、図２０には、可動磁石ホルダとロータリーカムギアについての構成を示している。図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、ロータリーカムギア２４の内部には、可動磁石群３２を内蔵する可動磁石ホルダ３０が配置されている。可動磁石ホルダ３０の側面には、外方に伸びる突起３０ａが３箇所設けられており、各突起３０ａはロータリーカムギア２４に設けられた溝２４ａにはめ込まれている。ロータリーカムギア２４の溝２４ａは、回転に伴って中心軸方向の位置が変わるように斜めに形成されている。

　図２１は、可動磁石ホルダとロータリーカムギアの動作メカニズムを説明するための模式図である。図２１に示すように、ロータリーカムギア２４を反時計回転方向に回転させて、左側の図の状態から右側の図の状態に変えると、溝２４ａの中心軸方向の位置の変化に伴って、可動磁石ホルダ３０の突起３０ａが下方向に距離Ｄだけ移動し、可動磁石ホルダ３０も下方向に距離Ｄだけ移動する。それにより、可動磁石ホルダ３０に内蔵された可動磁石群３２の上面も下方向に距離Ｄだけ移動する。ここで、可動磁石ホルダ３０の突起３０ａは、ロータリーカムギア２４の回転に伴って回転しないように、ロータリーカムギア２４を覆う下ケース（図２１において線のみで記載）の切り欠き部分で上下方向の移動のみに制限している。

　また、上述とは逆に、ロータリーカムギア２４を時計回転方向に回転させた場合には、可動磁石ホルダ３０の突起３０ａは、図２１の右側の図の状態から左側の図の状態に変り、上方向に距離Ｄだけ移動する。それにより、可動磁石ホルダ３０に内蔵された可動磁石群３２の上面も上方向に距離Ｄだけ移動する。

　以上のように、ロータリーカムギア２４を回転させることにより、可動磁石群３２の上面は、ロータリーカムギア２４の中心軸方向に移動する。即ち、ロータリーカムギア２４を回転させることにより、固定磁石群３１と可動磁石群３２の間隔を最大で距離Ｄだけ変化させることができる。ここで、可動磁石群３２の上面の移動Ｄは２ｍｍ程度である。また、可動磁石ホルダ３０が最も上側に位置する場合、即ち、固定磁石群３１と可動磁石群３２の間隔が狭い時の固定磁石群３１と可動磁石群３２の間隔は、０．１～０．５ｍｍである。

　図１８に示すように、固定磁石群３１と可動磁石群３２の間隔を小さくすると回転トルクにおける最大引力と最大斥力は共に大きくなり、固定磁石群３１と可動磁石群３２の間隔を大きくすると回転トルクにおける最大引力と最大斥力は共に小さくなる。回転トルクにおける最大引力と最大斥力が大きいと、固定磁石群３１を内蔵する第２のクラッチギア６は、可動磁石群３２の影響を強く受けて、回転しにくくなる（シフト位置に対応する位置で止まりながら回転する。）。一方、回転トルクにおける最大引力と最大斥力が小さいと、固定磁石群３１を内蔵する第２のクラッチギア６は、可動磁石群３２の影響を受けにくくなり、回転がスムーズに行われる（シフト位置に対応する位置で止まらずに回転する。）。

　そのため、ロータリーカムギア２４を回転させることにより、第２のクラッチギア６を回転する際に必要な力を調整することができる。

　また、本実施形態の場合、上述のように、第１のストッパ８の移動と可動磁石ホルダ３０の移動は、第２のモータ２３を駆動することにより、同時に行われる。本実施形態では、図２１において、ロータリーカムギア２４の溝２４ａの領域Ａに可動磁石ホルダ３０の突起３０ａがあるときに、第１のストッパ８のピン８ａは、第７のギア１７のらせん状の溝１７ａの中心軸に近い側に位置する。即ち、可動磁石群３２の上面が上がり、固定磁石群３１と可動磁石群３２の間隔が小さくなっているときに、第１のストッパ８はリングギア５の回転を止める位置（下側）に配置される。そのため、第１のストッパ８がリングギア５を回転できないようにしているとき、即ち、ノブ操作ができる時に、第２のクラッチギア６の固定磁石群３１は、可動磁石群３２からの磁力の影響を大きく受けるため、各シフト位置でノブの回転が留まるように、回転トルクを変動させることができる。

　一方、図２１において、ロータリーカムギア２４の溝２４ａの領域Ｂに可動磁石ホルダ３０の突起３０ａがあるときには、第１のストッパ８のピン８ａは、第７のギア１７のらせん状の溝１７ａの中心軸から遠い側に位置する。即ち、可動磁石群３２の上面が下がり、固定磁石群３１と可動磁石群３２の間隔が大きくなっているときに、第１のストッパ８は第１のクラッチギア４の回転を止める位置（上側）に配置される。そのため、第１のストッパ８が第１のクラッチギア４を回転できないようにしているとき、即ち、ノブ操作できない時に、第２のクラッチギア６の固定磁石群３１は、可動磁石群３２からの磁力の影響を受けにくいため、第１のモータ２２として強力なものを用いなくても、第２のクラッチギア６をスムーズに回転させることができる。

　これにより、ノブ操作ができない時に第２のクラッチギア６を回転させるのには大きな力を必要としないにもかかわらず、ノブ操作ができる時にはシフト操作に適度な力を必要となるように設定することができる。

　このように、第２のモータ２３という１つの駆動源によって、第１のストッパ８の移動と固定磁石群３１と可動磁石群３２の間隔の変更を同時に行うことができ、シフト操作装置の構成の簡略化、小型化を実現できる。

　さらに、固定磁石群３１と可動磁石群３２とを接近させる際（図２１の領域Ａに可動磁石ホルダ３０の突起３０ａがあるとき）の固定磁石群３１と可動磁石群３２との間隔を、シフト操作装置の設置場所や車種によって任意に設定することができる。これにより、簡単な構成の変更のみで、シフト操作に必要な力を変更でき、シフト操作装置の設置場所や車種によるシフト操作感覚の変更を可能とする。

　また、上述の実施形態において、第１のクラッチギア４と第２のクラッチギア６との配置を入れ替え、第１のクラッチギア４に固定磁石群３１を内蔵させてもよい。この場合、第１のクラッチギア４とノブ１とは、第２のクラッチギア６を貫通する円柱状の部材等を介して固定される。

　これにより、ノブ１と固定磁石群３１とが直接的に連結されるため、遊星ギア７を介してノブ１と固定磁石群３１とが連結される場合に比べて、回転トルクの変動が直接的にノブ１に伝達し、より操作性が向上する。

　（変形形態）
　本発明の変形形態に係るシフト操作装置の構成について、図２２～図２４を用いて説明する。上述の実施形態では、遊星ギア７として、第１のクラッチギア４と第２のクラッチギア６とで挟まれるカサ歯車を用いたが、本変形形態では、遊星ギア５７として、平歯車を用いている。

　図２２は、本変形形態に係るシフト操作装置の動作メカニズムを説明するための模式図である。なお、図２２において、第２のクラッチギア５６の一部を透過させて内部の第１のクラッチギア５４の一部、遊星ギア５７が見えるように記載している。

　図２２に示すように、ノブ１は、リングギア５５を貫通する円柱状の部材を介して、第２のクラッチギア５６の近くに配置された第１のクラッチギア５４に固定されている。円柱状の部材には、第１のストッパ８で固定される凹凸を備えた円板が取り付けられている。

　リングギア５５は、第１のクラッチギア５４の上に配置され、第１のクラッチギア５４の周りを取り囲む４つの遊星ギア５７を備えている（図２３、図２４参照）。各遊星ギア５７の中心軸は、リングギア５５に固定され、リングギア５５が回転すると、それに伴って遊星ギア５７が移動する。また、リングギア５５は、側方に配置された第１のモータ２２と第１のギア１１を介して連結されている。これにより、第１のモータ２２を駆動させることにより、リングギア５５を回転させることができる。

　第２のクラッチギア５６は、内側面に歯車が形成された円環状の歯車と平歯車と固定磁石群３１を上から順に配置した構成である。円環状の歯車の内部には、４つの遊星ギア５７と第１のクラッチギア５４が配置されており、第２のクラッチギア５６の内側面の歯車と第１のクラッチギア５４とは、４つの遊星ギア５７を介して連結されている。また、円環状の歯車の下に配置された平歯車には、第２のギア６２が連結されており、第２のクラッチギア５６の回転に伴って第２のギア６２が回転する。

　第２のクラッチギア５６の下部には、固定磁石群３１が内蔵されており、固定磁石群３１に対向する位置には、可動磁石群３２が配置されている。

　なお、本変形形態におけるその他の構成については、実施形態に開示したものと同様である。

　本発明の変形形態に係るシフト操作装置の動作メカニズムについて、図２３、図２４を用いて説明する。なお、本変形形態では、遊星ギア５７を４つ用いているが、遊星ギア５７は４つである必要はなく、１つ以上あればよい。遊星ギア５７の配置は、遊星ギア５７が偶数個配置される場合には、リングギア５の中心軸に対して対称となる位置に各１個ずつ配置されることが望ましい。これによりリングギア５の中心軸に対してのバランスがよくなり、信頼性が向上する。

　＜ノブ操作ができる時の動作メカニズム＞
　図２３は、ノブ操作ができる時の第２のクラッチギア５６の内部での第１のクラッチギア５４と遊星ギア５７の動作メカニズムを説明するための模式図である。図２３に示すように、第１のクラッチギア５４は、４つの遊星ギア５７に囲まれて連結されている。また、４つの遊星ギア５７は、第２のクラッチギア５６の内側面のギアと連結されている。

　ノブ１を時計回転方向に回転すると、ノブ１に固定された第１のクラッチギア５４は、時計回転方向に回転する。ノブ操作ができる時には、リングギア５５が固定されているため、４つの遊星ギア５７の中心軸も一定位置で固定される。そのため、第１のクラッチギア５４が時計回転方向に回転すると、４つの遊星ギア５７はその場で反時計回転方向に回転し、この遊星ギア５７の回転により、第２のクラッチギア５６が反時計回転方向に回転する。

　また、図２２に示すように、第２のクラッチギア５６は、第２のギア６２と連結しているため、第２のクラッチギア５６の回転により、第２のギア６２が回転する。第２のギア６２の回転角度は、実施形態と同様にして磁界検出素子等により検出される。これにより、ノブ１の回転角度が検出され、シフト位置の情報として変速装置に伝達される。

　ここで、一例として、第１のクラッチギア５４の直径を２０ｍｍ、第２のクラッチギア５６の内側面の直径を５０ｍｍ、第２のクラッチギア５６から第２のギア６２への増速比を５倍としている。第１のクラッチギア５４の直径と第２のクラッチギア５６の内側面の直径の比から、第１のクラッチギア５４から第２のクラッチギア５６への減速比は、０．４となる。そのため、Ｐ（パーキング）位置からＳ（セカンド）位置まで変化させるのにノブ１を９０°回転させる場合には、第２のギア１２は、１８０°（-＝９０°×０．４×５）だけ回転することになる。

　＜ノブ操作ができない時の動作メカニズム＞
　図２４は、ノブ操作ができない時の第２のクラッチギア５６の内部での第１のクラッチギア５４と遊星ギア５７の動作メカニズムを説明するための模式図である。第１のモータ２２によってリングギア５５を時計回転方向に回転させると（図２２参照）、４つ遊星ギア５７は、リングギア５５の中心軸（第２のクラッチギア５６の中心軸）に対して時計回転方向に移動する。第１のクラッチギア５４は固定されているため、第１のクラッチギア５４に連結された４つ遊星ギア５７は、遊星ギア５７の移動に伴って遊星ギア５７の中心軸に対して時計回転方向に回転する。この遊星ギア５７の回転により、第２のクラッチギア５６は時計回転方向に回転する。これにより、第２のクラッチギア５６を元の回転位置に戻すことができる。

　また、第２のクラッチギア５６の回転によって、第２のギア６２が回転するため、第２のクラッチギア５６が元の位置に戻った場合、その情報が第２のギア６２を介してシフト位置の情報として変速装置に伝達される。

　なお、ストッパや可動磁石群等の他の構成要素の動作メカニズムについては、実施形態と同様である。

　以上のように、本変形形態では、遊星ギア５７として平歯車を用いているため、カサ歯車を用いた場合に比べて、シフト操作装置全体を薄くすることができる。そのため、車内におけるシフト操作装置の設置場所に対する自由度が向上する。なお、その他の作用効果については、実施形態と同様である。

　本発明によるシフト操作装置は、誤操作に対する信頼性が向上したものであり、主に車載用として有用である。

　１　　ノブ
　２　　上カバー
　３　　下カバー
　４，５４　　第１のクラッチギア
　５，５５　　リングギア
　６，５６　　第２のクラッチギア
　６ａ　　第２のクラッチギアの突起
　７，５７　　遊星ギア
　８　　第１のストッパ
　８ａ　　第１のストッパのピン
　９　　第２のストッパ
　１０　　第３のストッパ
　１１　　第１のギア
　１２，６２　　第２のギア
　１３　　第３のギア
　１４　　第４のギア
　１５　　第５のギア
　１６　　第６のギア
　１７　　第７のギア
　１７ａ　　第７のギアの溝
　１８　　磁石
　１９　　プリント基板
　２０　　第１のウォームギア
　２１　　第２のウォームギア
　２２　　第１のモータ
　２３　　第２のモータ
　２４　　ロータリーカムギア
　２４ａ　　ロータリーカムギアの溝
　２５　　固定パイプ
　２６　　第１の磁界検出素子
　２７　　第２の磁界検出素子
　３０　　可動磁石ホルダ
　３０ａ　　可動磁石ホルダの突起
　３１　　固定磁石群
　３２　　可動磁石群
　１００　　シフト操作装置

Claims

　回転により操作されるノブと、
　前記ノブに連動する第１のクラッチギアと、
　前記第１のクラッチギアに組み合される遊星ギアを備えたリングギアと、
　前記遊星ギアに組み合され、前記遊星ギアの回転に連動し回転する第２のクラッチギアと、
　前記第１のクラッチギア或いは前記リングギアのいずれかを回転できないようにするストッパと、
　前記ストッパが前記第１のクラッチギアを回転できないようにしているときに前記リングギアを回転させる第１の動作機構と、を備えたシフト操作装置。
　前記第１の動作機構はモータである、請求項１記載のシフト操作装置。
　前記第１のクラッチギアまたは前記第２のクラッチギアは固定磁石群を備え、
　さらに、前記固定磁石群に対向した可動磁石群を有する可動磁石ホルダを備える、請求項１記載のシフト操作装置。
　前記第１のクラッチギア或いは前記リングギアのいずれを回転できないようにするか選択するために前記ストッパを動かす第２の動作機構を備え、
　前記第２の動作機構は、さらに前記固定磁石群と前記可動磁石群の間隔を変化させる、請求項３記載のシフト操作装置。
　前記第２の動作機構はモータである、請求項４記載のシフト操作装置。
　前記第２の動作機構は、前記可動磁石ホルダを動かすことにより前記固定磁石群と前記可動磁石群の間隔を変化させる、請求項４記載のシフト操作装置。
　前記第２の動作機構は、複数の歯車を介して前記ストッパを動かす、請求項４記載のシフト操作装置。
　前記第２の動作機構は、複数の歯車を介して前記可動磁石ホルダを動かす、請求項６記載のシフト操作装置。