(57)【要約】【課題】  トランスファにおける駆動ギアの切替時間を短縮するシフトアクチュエータを提供する。【解決手段】  入力軸２４の回転運動をスリーブギア１６の直線運動に変換して、内燃機関の動力が伝達される動力ギア１４と共にスリーブギア１６に噛み合う駆動ギア１８，１９を切り替えるトランスファ１において用いられるシフトアクチュエータ３０であって、モータ３２と、モータ３２の回転力を入力軸２４に伝達する出力軸６０と、切替元の駆動ギア１８又は１９にスリーブギア１６が噛み合うとき弾性変形して復元力を生じ、切替元の駆動ギア１８又は１９からスリーブギア１６が離脱するときその復元力により出力軸６０を付勢して、入力軸２４に伝達される回転力を増大するトーションスプリング５０とを備える。【選択図】    図１
2005083450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸の回転運動をスリーブギアの直線運動に変換して、動力装置の動力が伝達される動力ギアと共に前記スリーブギアに噛み合う駆動ギアを切り替えるトランスファにおいて用いられるシフトアクチュエータであって、
モータと、
前記モータの回転力を前記入力軸に伝達する出力軸と、
切替元の前記駆動ギアに前記スリーブギアが噛み合うとき弾性変形して復元力を生じ、切替元の前記駆動ギアから前記スリーブギアが離脱するとき前記復元力により前記出力軸を付勢して、前記入力軸に伝達される回転力を増大する弾性部材と、
を備えることを特徴とするシフトアクチュエータ。
【請求項２】
切替先の前記駆動ギアの停止中に前記入力軸に回転運動を与えることを特徴とする請求項１に記載のシフトアクチュエータ。
【請求項３】
前記弾性部材はトーションスプリングであり、前記モータの回転力によりねじり変形して前記復元力を生じることを特徴とする請求項１又は２に記載のシフトアクチュエータ。
【請求項４】
切替元の前記駆動ギアと前記スリーブギアとの噛合部分に生じる摩擦力が前記トーションスプリングの一端部に伝達されると共に、前記モータの回転力が前記トーションスプリングの他端部に伝達される構成を有しており、
前記摩擦力の伝達により前記一端部が受ける力よりも小さなセット荷重が前記トーションスプリングに設定されることを特徴とする請求項３に記載のシフトアクチュエータ。
【請求項５】
前記トーションスプリングのねじり変形量を制限する制限手段を備えることを特徴とする請求項４に記載のシフトアクチュエータ。
【請求項６】
前記一端部及び前記他端部をそれぞれ係止して一方に対し他方が前記トーションスプリングのねじり変形方向へ相対回転可能に配置される二つの回転体を前記制御手段は有しており、
前記一方の回転体に前記他方の回転体が相対回転方向前側で係止されることにより前記ねじり変形量が制限されることを特徴とする請求項５に記載のシフトアクチュエータ。
【請求項７】
前記摩擦力が前記出力軸を通じて前記一方の回転体に伝達され、前記モータの回転力が前記他方の回転体に伝達されることを特徴とする請求項６に記載のシフトアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシフトアクチュエータに関し、特に車両のトランスファにおいて用いられるシフトアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されるように、入力軸の回転運動をスリーブギアの直線運動に変換して、内燃機関又は電気モータ等の動力装置の動力が伝達される動力ギアと共にスリーブギアに噛み合う駆動ギアを切り替えるトランスファが公知である。トランスファにおいては、入力軸に回転運動を与えるためにシフトアクチュエータが用いられている。このシフトアクチュエータは、モータと、入力軸に連結されてモータの回転力を入力軸に伝達する出力軸とを備えている。
【０００３】
特許文献１に開示のトランスファにおいて、シフトアクチュエータのモータを回転させると、スリーブギアが直線運動してその時点で噛み合っている駆動ギアから離脱するため、当該スリーブギアが動力ギアのみに噛み合うようになる。すると、動力ギアに伝達される動力装置の動力によりスリーブギアは回転し始める。さらにモータを回転させると、スリーブギアがその直線運動により別の駆動ギアに噛み合い始める。特許文献１に開示のトランスファのように駆動ギアの切替が高速駆動ギアと低速駆動ギアとの間で行われる場合、一般に車両の停止状態即ち各駆動ギアの停止状態で行われる。この場合、切替元の駆動ギアから離脱して回転しているスリーブギアが、停止している切替先の駆動ギアに噛み合うため、それらギアの回転数差に起因して衝撃音が発生する。この衝撃音を抑えるには、スリーブギアが切替元の駆動ギアから離脱して切替先の駆動ギアに噛み合うまでの時間（以下、切替時間という）を短縮する必要がある。切替時間の短縮によりスリーブギアの回転数が低いうちに駆動ギアの切替を完了させることができるので、噛み合うギア同士の回転数差が小さくなり、衝撃音が抑制されるのである。
【０００４】
【特許文献１】２００２−２６７０１３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
駆動ギアの切替時間を短縮するために、従来では、高出力のモータをシフトアクチュエータのモータとして選定することで、モータの回転力、さらにはそれに応じたスリーブギアの駆動力を増大させている。しかし、高出力のモータといえどもその回転力を瞬時に増大するには限界があり、そのことが切替時間の短縮の妨げとなっている。また、高出力のモータは高価なため、製造コストの高騰を招いている。
【０００６】
本発明の目的は、トランスファにおける駆動ギアの切替時間を短縮するシフトアクチュエータを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、製造コストを低減するシフトアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明によると、弾性部材は、切替元の駆動ギアにスリーブギアが噛み合うとき弾性変形して復元力を生じる。その復元力により弾性部材は、切替元の駆動ギアからスリーブギアが離脱するとき出力軸を付勢して、入力軸に伝達される回転力を増大する。このように弾性部材の復元力を利用して入力軸への伝達回転力を増大するので、その回転力の増大が瞬時に実現される。これにより、入力軸への伝達回転力に応じたスリーブギアの駆動力についても急増させることができるので、駆動ギアの切替時間が十分に短縮される。また、高出力のモータを用いない場合でも切替時間を短縮することができるので、製造コストの低減化が可能である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、切替先の駆動ギアの停止中に入力軸に回転運動を与えるシフトアクチュエータである。上述したように駆動ギアの切替時間が十分に短縮されるので、入力軸の回転運動により切替元の駆動ギアから離脱して回転を始めたスリーブギアをその回転数が低いうちに、切替先の駆動ギアに噛み合わせることができる。したがって、回転しているスリーブギアと停止している切替先の駆動ギアとの噛合時にそれらギアの回転数差が小さくなるので、噛合に伴う衝撃音を抑制することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によると、弾性部材はトーションスプリングであり、モータの回転力によりねじり変形して復元力を生じる。このようにねじり変形するトーションスプリングを用いることで、モータの回転力を利用して復元力を得ることができる。したがって、シフトアクチュエータの構成を簡素にして製造コストを低減することができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明によると、切替元の駆動ギアとスリーブギアとの噛合部分に生じる摩擦力の伝達によりトーションスプリングの一端部が受ける力よりも小さなセット荷重がトーションスプリングに設定される。これにより、モータの回転力がトーションスプリングの他端部に伝達されるときにトーションスプリングを確実にねじり変形させることができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、トーションスプリングのねじり変形量を制限する制限手段を備えている。これにより、駆動ギアの切替を完了するためにモータの回転を継続する一方で、モータの回転力によるねじり変形の量を制限して最大値がほぼ一定の復元力を確保することができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明によると、トーションスプリングの一端部及び他端部をそれぞれ係止して一方に対し他方がトーションスプリングのねじり変形方向へ相対回転可能に配置される二つの回転体を制限手段は有している。この制御手段において、一方の回転体に他方の回転体が相対回転方向前側で係止されることによりトーションスプリングのねじり変形量が制限される。このような請求項６に記載の発明によれば、比較的簡素な構成の制御手段によりトーションスプリングのねじり変形量が制限されるので、製造コストの低減化を促進することができる。
【００１３】
請求項７に記載のシフトアクチュエータによると、切替元の駆動ギアとスリーブギアとの噛合部分に生じる摩擦力が出力軸を通じて一方の回転体に伝達され、モータの回転力が他方の回転体に伝達される。これにより、切替元の駆動ギアとスリーブギアとが噛み合っている状態で、まずモータの回転によりトーションスプリングをねじり変形させ、所定のねじり変形量となったときに一方の回転体に他方の回転体を係止させてモータの回転力を出力軸、さらには入力軸に伝達しスリーブギアを直線運動させることができる。このスリーブギアの直線運動により切替元の駆動ギアからスリーブギアが離脱したときには、切替元の駆動ギアとスリーブギアとの噛合部分に生じる摩擦力が消滅するので、二つの回転体の係止状態が解除されトーションスプリングの復元力が解放される。この解放された復元力を一方の回転体を通じて出力軸に伝達することで、入力軸への伝達回転力を瞬時に増大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図２に示すように、本発明の一実施形態によるシフトアクチュエータ３０を備えたトランスファ１は車両２に搭載される。トランスファ１の動力ギア１４には、自動変速機３を介して動力装置としての内燃機関４の動力が伝達される。その伝達された動力は、トランスファ１において動力ギア１４と共にスリーブギア１６に選択的に噛み合う駆動ギア１８，１９を通じて、プロペラシャフト５、ディファレンシャルギア６及びドライブシャフト７へ順次伝達される。
【００１５】
図１に示すトランスファ１の切替機構１０は、入力軸としてのドラムカム２４の回転運動をスリーブギア１６の直線運動に変換して、動力ギア１４と共にスリーブギア１６に噛み合う駆動ギア１８，１９を切り替える。
具体的に切替機構１０はギア部１２及び変換部２０から構成されている。
【００１６】
ギア部１２は動力ギア１４、二つの駆動ギア１８，１９及びスリーブギア１６を備えている。動力ギア１４及び駆動ギア１８，１９はそれぞれ外歯車状に形成されている。動力ギア１４は駆動ギア１８，１９間に挟まれる形態でそれら駆動ギア１８，１９と同軸上に配置されている。スリーブギア１６は内歯車状に形成されている。スリーブギア１６は動力ギア１４の外周側に同軸上に配置され、軸方向へ直線運動可能に動力ギア１４に常時噛み合っている。スリーブギア１６の直線運動の範囲は変換部２０の作用により制限されている。図１に示すようにスリーブギア１６は、高速駆動ギア１８の外周側となる直線運動範囲の一端側へ移動したとき、動力ギア１４と共に高速駆動ギア１８とも噛み合う。このとき、車両２は高速モードで走行可能となる。また、図３に示すようにスリーブギア１６は、低速駆動ギア１９の外周側となる直線運動範囲の他端側へ移動したとき、動力ギア１４と共に低速駆動ギア１９とも噛み合う。このとき、車両２は低速モードで走行可能となる。さらに、図４に示すようにスリーブギア１６は、直線運動範囲の中央位置に移動したとき、動力ギア１４のみと噛み合う。このとき車両２は、ドライブシャフト７へ動力を伝達しないニュートラル状態となる。スリーブギア１６は、それと噛み合っているギア１４，１８，１９と一体に回転することができる。
【００１７】
変換部２０はドラムカム２４及びフォークシャフト２６を備えている。ドラムカム２４は円筒状乃至は円柱状に形成され、周方向両側へ回転可能に配置されている。ドラムカム２４の外周壁２４ａには、帯状に延びるカム溝２５が形成されている。カム溝２５は高速領域２５ａ、低速領域２５ｂ及び中間領域２５ｃを有している。高速領域２５ａは外周壁２４ａの一円周上を約１／４周の長さで延びている。低速領域２５ｂは外周壁２４ａにおいて高速領域２５ａとは別の円周上を約１／４周の長さで延びている。中間領域２５ｃは外周壁２４ａの周方向の約１／２周の区間に設けられ、高速領域２５ａ及び低速領域２５ｂの各一端部間を接続している。フォークシャフト２６の一端部はカム溝２５に摺動可能に係合し、フォークシャフト２６の他端部はスリーブギア１６に摺動可能に係合している。カム溝２５においてフォークシャフト２６が係合する領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃはドラムカム２４の回転により切り替わる。図１に示すようにフォークシャフト２６が高速領域２５ａに係合するときには、スリーブギア１６が高速駆動ギア１８及び動力ギア１４と噛み合う位置に移動する。また、図３に示すようにフォークシャフト２６が低速領域２５ｂに係合するときには、スリーブギア１６が低速駆動ギア１９及び動力ギア１４と噛み合う位置に移動する。さらに、図４に示すようにフォークシャフト２６が中間領域２５ｃに係合するときには、その係合箇所に応じてスリーブギア１６が、高速駆動ギア１８及び動力ギア１４と噛み合う位置、動力ギア１４のみと噛み合う位置、並びに低速駆動ギア１９及び動力ギア１４と噛み合う位置のいずれかに移動する。
【００１８】
図１，５に示すトランスファ１のシフトアクチュエータ３０は、入力軸としてのドラムカム２４に回転運動を与えることで、駆動ギア１８，１９の切替を実現する。
具体的にシフトアクチュエータ３０はハウジング３１、モータ３２及び減速機構４０から構成されている。
【００１９】
モータ３２は、回転軸３４及び図示しないステータコイルを備えた電動モータである。モータ３２はハウジング３１に収容され、ステータコイルを保持するケース部３５においてハウジング３１に固定されている。回転軸３４は、ケース部３５に固定された軸受によって周方向両側へ回転可能に支持されており、図示しないモータ駆動回路からステータコイルへの通電状況に応じた方向の回転力を与えられる。
【００２０】
減速機構４０は、モータ３２が回転軸３４に与える回転力（以下、モータ回転力という）を増大してドラムカム２４に伝達するギア機構である。減速機構４０は、複数のギア４２，４３，４４，４５，４６，４７、トーションスプリング５０及び出力軸６０を備えている。第一ピニオンギア４２は回転軸３４に同軸上に固定され、回転軸３４と一体に回転可能である。第一スパーギア４３はハウジング３１の支持する支軸４８に同軸上に固定され、周方向両側へ回転可能に第一ピニオンギア４２と噛み合っている。第二ピニオンギア４４は支軸４８に同軸上に固定され、第一スパーギア４３と一体に回転可能である。第二スパーギア４５はハウジング３１の支持する支軸４９により同軸上に支持され、周方向両側へ回転可能に第二ピニオンギア４４と噛み合っている。第三ピニオンギア４６は支軸４９に固定されると共に、第二スパーギア４５に対し相対回転可能且つ一体回転可能に連繋している。トーションスプリング５０は第二スパーギア４５と第三ピニオンギア４６との間に介装されている。第三スパーギア４７は出力軸６０の一端部に同軸上に固定され、周方向両側へ出力軸６０と一体回転可能に第三ピニオンギア４６と噛み合っている。出力軸６０の他端部はドラムカム２４の一端部に同軸上に連結固定され、ドラムカム２４と一体に回転可能である。
【００２１】
ここで、第二スパーギア４５、第三ピニオンギア４６及びトーションスプリング５０について図６〜１１に基づき詳細に説明する。
図６，７に示すように回転体としての第二スパーギア４５は、支軸４９に支持されて第二ピニオンギア４４と噛み合うギア本体７０、係止部７１及びストッパ部７２を有している。係止部７１はギア本体７０の一端面から軸方向へ突出し、周方向に約１／６周の長さで延びる円弧状断面を有している。係止部７１はその周方向の一端部７１ａによりトーションスプリング５０の一端部５０ａを係止し、周方向の他端部７１ｂによりトーションスプリング５０の他端部５０ｂを係止することができる。ストッパ部７２は係止部７１の場合と同じギア本体７０の一端面から軸方向へ突出し、周方向に約１／３周の長さで延びる円弧状断面を有している。
【００２２】
別の回転体としての第三ピニオンギア４６は、支軸４９に固定されて第三スパーギア４７と噛み合うギア本体７４、巻装部７５及び係止部７６を有している。巻装部７５はギア本体７４の一端面からギア本体７４と同軸の円筒状に突出している。トーションスプリング５０は巻装部７５の外周側に巻装されている。これにより、トーションスプリング５０のねじり変形方向が第三ピニオンギア４６に対する第二スパーギア４５の相対回転方向と概ね一致させられている。係止部７６は巻装部７５の場合と同じギア本体７４の一端面から軸方向へ突出し、周方向に約１／６周の長さで延びる円弧状断面を有している。ここで係止部７６の円弧状断面はストッパ部７２の円弧状断面と同一円周上を延びており、周方向において係止部７６の両端部７６ａ，７６ｂはそれぞれストッパ部７２の両端部７２ａ，７２ｂと向き合っている。係止部７６はその一端部７６ａによりトーションスプリング５０の一端部５０ａを係止し、他端部７６ｂによりトーションスプリング５０の他端部５０ｂを係止することができる。
【００２３】
第二スパーギア４５及び第三ピニオンギア４６に互いの相対回転を生む力が作用しないときには、図７に示すようにトーションスプリング５０の一端部５０ａが係止部７１，７６の端部７１ａ，７６ａに係止され、トーションスプリング５０の他端部５０ｂが係止部７１，７６の端部７１ｂ，７６ｂに係止される。
【００２４】
図７の状態でギア４６に対しギア４５を時計方向へ相対回転させる力がギア４５，４６に作用するときには、図８に示すようにトーションスプリング５０の一端部５０ａが係止部７６の端部７６ａから離れて係止部７１の端部７１ａのみに係止され、トーションスプリング５０の他端部５０ｂが係止部７１の端部７１ｂから離れて係止部７６の端部７６ｂのみに係止される。これにより、トーションスプリング５０が巻き上げられてねじり変形（即ち弾性変形）し、当該トーションスプリング５０に復元力が生じる。ギア４６に対するギア４５の時計方向への相対回転が所定角度進んだ場合、図９に示すようにストッパ部７２の端部７２ｂがトーションスプリング５０の端部５０ｂを介して相対回転方向前側の係止部７６の端部７６ｂに係止される。これにより、トーションスプリング５０のねじり変形量が制限される。
【００２５】
図７の状態でギア４６に対しギア４５を反時計方向へ相対回転させる力がギア４５，４６に作用するときには、上述した時計方向への相対回転力の作用時とは逆になる。即ち図１０に示すように、一端部５０ａが係止部７６の端部７６ａのみに係止され、他端部５０ｂが係止部７１の端部７１ｂのみに係止されることでトーションスプリング５０は、自身のねじり変形により復元力を生じる。ギア４６に対するギア４５の反時計方向への相対回転が所定角度進んだ場合、図１１に示すようにストッパ部７２の端部７２ａがトーションスプリング５０の端部５０ａを介して相対回転方向前側の係止部７６の端部７６ａに係止されるため、トーションスプリング５０のねじり変形量が制限される。
【００２６】
切替機構１０のギア部１２においては、動力を伝達される動力ギア１４と停止状態の駆動ギア１８又は１９とに噛み合ったスリーブギア１６が直線運動するとき、ギア１６とギア１８又は１９との噛合部分に各ギアのねじれによる摩擦力Ｆが生じる。この摩擦力Ｆは、切替機構１０の変換部２０、出力軸６０及び第三スパーギア４７を通じて第三ピニオンギア４６に伝達され、さらにその時点で係止部７６に係止されているトーションスプリング５０の端部５０ａ又は５０ｂに負荷として伝達される。本実施形態では、駆動ギア１８又は１９と噛み合うスリーブギア１６が直線運動して駆動ギア１８又は１９から離脱する際に摩擦力Ｆの伝達によりトーションスプリング５０の端部５０ａ又は５０ｂが受ける力よりも小さなセット荷重ｆが、トーションスプリング５０に設定されている。
以上、第二スパーギア４５及び第三ピニオンギア４６が制限手段を構成している。
【００２７】
次に、動力ギア１４と共にスリーブギア１６に噛み合うギアを高速駆動ギア１８から低速駆動ギア１９に切り替える場合を例に採り、シフトアクチュエータ３０の作動について図１，５，７〜９及び１２〜１７に基づき説明する。
本実施形態において駆動ギア１８，１９の切替は、車両２の停止状態即ち駆動ギア１８，１９の停止状態で実施される。
【００２８】
（１）運転者が駆動ギア１８，１９の切替を指令しない間は、モータ３２への通電が停止され、図７に示すようにトーションスプリング５０の両端部５０ａ，５０ｂが係止部７１，７６に係止された状態で減速機構４０の作動が停止している。これにより回転しないドラムカム２４のカム溝２５にはその高速領域２５ａにフォークシャフト２６が係合するため、スリーブギア１６が高速駆動ギア１８と噛み合ったまま保持される。
【００２９】
（２）車両２の図示しない切替スイッチにより運転者が駆動ギア１８，１９の切替を指令すると、モータ３２に通電が開始される。これにより図５の反時計方向のモータ回転力が回転軸３４に生じると、モータ回転力は第一ピニオンギア４２、第一スパーギア４３、第二ピニオンギア４４を通じて第二スパーギア４５に伝達される。このモータ回転力の伝達により係止部７１は、トーションスプリング５０の端部５０ａを図７の時計方向へ押圧する。すると、ギア１６，１８間の摩擦力Ｆが端部５０ｂに伝達されているトーションスプリング５０はそのセット荷重ｆが上述の如く設定されていることにより、端部５０ａに作用する力がセット荷重ｆを超えると、図８に示す如くギア４５，４６同士の相対回転を伴いつつねじり変形し始める。
以下（３）〜（７）の段階では、モータ３２の通電が継続される。
【００３０】
（３）トーションスプリング５０のねじり変形量が所定の閾値δとなると、図９に示すようにストッパ部７２が係止部７６に係止され、第二スパーギア４５と第三ピニオンギア４６とが直結される。これにより、モータ回転力がストッパ部７２から係止部７６、第三スパーギア４７、さらには出力軸６０を通じてドラムカム２４に伝達されるため、ドラムカム２４が回転を開始しフォークシャフト２６がカム溝２５の高速領域２５ａから中間領域２５ｃに入る。その結果、高速駆動ギア１８と噛み合うスリーブギア１６が低速駆動ギア１９側へ直線運動を開始する。
尚、トーションスプリング５０のねじり変形量を制限するための閾値δは、ねじり変形により生じる復元力がギア１６，１８間の摩擦力Ｆを超えないように設定される。
（４）係止部７６に係止されたストッパ部７２はさらなるモータ回転力の伝達によって、係止部７６と一体に図１２の時計方向へと回転する。これにより、スリーブギア１６のギア１９側への直線運動が進行する。
【００３１】
（５）直線運動するスリーブギア１６が高速駆動ギア１８から離脱すると、ギア１６，１８間の摩擦力Ｆが消滅する。これにより、トーションスプリング５０にはモータ回転力の伝達力のみが作用するようになるため、ねじり変形状態のトーションスプリング５０は図１３，１４に示す如く形状復元する。このとき、端部５０ｂによって係止部７６を図１３，１４の時計方向へ押圧するトーションスプリング５０の復元力は、第三スパーギア４７を通じて出力軸６０に伝達され、出力軸６０を図５の時計方向へ付勢する力となる。この付勢力により、出力軸６０からドラムカム２４に伝達される回転力が増大し、それに応じてスリーブギア１６をギア１９側へ直線運動させる駆動力が増大する。
【００３２】
（６）図１４に示すように両端部５０ａ，５０ｂが係止部７１，７６に係止されるまでトーションスプリング５０が形状復元した後、スリーブギア１６が低速駆動ギア１９に噛み合わない間は、モータ回転力が係止部７１からトーションスプリング５０を通じて係止部７６に伝達される。これにより、第二スパーギア４５及び第三ピニオンギア４６が図１５の時計方向へ一体回転するため、図５の時計方向への出力軸６０の回転ひいてはスリーブギア１６のギア１９側への直線運動が進行する。
【００３３】
（７）スリーブギア１６が低速駆動ギア１９に噛み合い始めると、ギア１６，１９間の摩擦力Ｆが所定値を超えるまで、上記段階（６）と同様なギア４５，４６の一体回転が生じる。ギア１６，１９間の摩擦力Ｆが所定値を超えると、係止部７１がトーションスプリング５０の端部５０ａを図１６の時計方向へ押圧しつつ第三ピニオンギア４６に対し相対回転し、トーションスプリング５０をねじり変形させる。ねじり変形したトーションスプリング５０の端部５０ｂが復元力により係止部７６を押圧することで、フォークシャフト２６がカム溝２５の中間領域２５ｃから低速領域２５ｂに移動しスリーブギア１６が低速駆動ギア１９に堅固に噛み合うようになる。
【００３４】
（８）低速領域２５ｂの所定箇所にフォークシャフト２６が到達すると、モータ３２への通電が停止される。すると、ねじり変形状態のトーションスプリング５０の端部５０ａが図１７の反時計方向へ係止部７１を押圧しつつ形状復元する。これにより、トーションスプリング５０の両端部５０ａ，５０ｂが係止部７１，７６に係止された状態で減速機構４０の作動が停止する。
【００３５】
尚、動力ギア１４と共にスリーブギア１６に噛み合うギアを低速駆動ギア１９から高速駆動ギア１８に切り替える場合の作動は、上記段階（１）〜（８）において、「端部５０ａ」、「端部５０ｂ」、「ギア１８」、「ギア１９」、「高速領域２５ａ」、「低速領域２５ｂ」、「時計方向」及び「反時計方向」をそれぞれ、「端部５０ｂ」、「端部５０ａ」、「ギア１９」、「ギア１８」、「低速領域２５ｂ」、「高速領域２５ａ」、「反時計方向」及び「時計方向」と読み替えた作動に準じたものとなる。
【００３６】
以上説明したシフトアクチュエータ３０によると、上記段階（５）においてトーションスプリング５０の復元力が出力軸６０を付勢する付勢力として解放されるため、出力軸６０からドラムカム２４に伝達される回転力が瞬時に増大する。これにより、スリーブギア１６の駆動力も瞬時に増大するため、図１８に実線グラフで示すようにスリーブギア１６の駆動速度が急激に上昇する。その結果、駆動ギア１８，１９の切替時間Ｔがトーションスプリング５０のない比較例の場合Ｔ’に比べて短縮される。切替時間Ｔの短縮は、切替元の駆動ギア１８又は１９から離脱して動力ギア１４と共に回転を始めるスリーブギア１６が低回転数のうちに切替先の駆動ギア１９又は１８と噛み合うことを意味する。したがって、回転するスリーブギア１６と停止した切替先の駆動ギア１９又は１８とが噛み合うときにそれらギアの回転数差が小さくなるので、衝撃音が抑制される。
【００３７】
また、上記段階（５）において解放されるトーションスプリング５０の復元力の最大値は、上記段階（３），（４）においてストッパ部７２が係止部７６に係止されていることにより、常にほぼ一定値となる。したがって、切替時間Ｔの短縮効果を安定して得ることができる。
このようにトーションスプリング５０の復元力を利用することで、高出力のモータ３２を用いなくても切替時間Ｔを短縮できるので、製造コストの低減化が可能である。
【００３８】
尚、上述の実施形態では、トーションスプリング５０を第二スパーギア４５と第三ピニオンギア４６との間に介装しているが、それらギア４５，４６と同様に構成したギア４３，４４の間にトーションスプリング５０を介装するようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、切替元の駆動ギアとスリーブギアとの噛合時に弾性変形して復元力を生じ、切替元の駆動ギアからスリーブギアの離脱時に出力軸を復元力で付勢して入力軸への伝達回転力を増大する弾性部材として、トーションスプリング５０を用いている。これに対し、かかる弾性部材としてトーションスプリング以外の種類のスプリングやゴム部材等を用いるようにしてもよい。
【００３９】
さらに、上述の実施形態では、入力軸の回転運動をスリーブギアの直線運動に変換する変換部２０がドラムカム２４及びそれに係合するフォークシャフト２６を用いたカム機構により構成されている。これに対し、ラックアンドピニオン機構やウォーム機構、ボールねじ機構、スライダ−クランク機構等、回転運動を直線運動に変換可能な公知の機構を変換部２０に用いてもよい。そして、いずれの種類の機構を変換部２０に採用する場合でも、上述した実施形態のように変換部２０をシフトアクチュエータ３０とは別に設けてもよいし、変換部２０をシフトアクチュエータ３０の一構成要素としてもよい。
さらにまた、上述の実施形態では、内燃機関４の動力の伝達系に設けられるトランスファ１のシフトアクチュエータ３０に本発明を適用したが、内燃機関以外の動力装置、例えば電気モータの動力の伝達系に設けられるトランスファのシフトアクチュエータに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態によるシフトアクチュエータを備えたトランスファを示す模式図である。
【図２】図１のトランスファを搭載した車両を示す模式図である。
【図３】図１のトランスファの一作動状態を示す模式図である。
【図４】図１のトランスファの一作動状態を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態によるシフトアクチュエータの内部構造を示す平面図である。
【図６】図５のVI−VI線断面図である。
【図７】図６のVII−VII線断面図である。
【図８】図５のシフトアクチュエータの一作動状態を示す図であって、図７に対応する断面図である。
【図９】図５のシフトアクチュエータの一作動状態を示す図であって、図７に対応する断面図である。
【図１０】図５のシフトアクチュエータの一作動状態を示す図であって、図７に対応する断面図である。
【図１１】図５のシフトアクチュエータの一作動状態を示す図であって、図７に対応する断面図である。
【図１２】図５のシフトアクチュエータの一作動状態を示す図であって、図７に対応する断面図である。
【図１３】図５のシフトアクチュエータの一作動状態を示す図であって、図７に対応する断面図である。
【図１４】図５のシフトアクチュエータの一作動状態を示す図であって、図７に対応する断面図である。
【図１５】図５のシフトアクチュエータの一作動状態を示す図であって、図７に対応する断面図である。
【図１６】図５のシフトアクチュエータの一作動状態を示す図であって、図７に対応する断面図である。
【図１７】図５のシフトアクチュエータの一作動状態を示す図であって、図７に対応する断面図である。
【図１８】図１のトランスファ及び比較例の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１  トランスファ、４  内燃機関（動力装置）、１０  切替機構、１２  ギア部、１４  動力ギア、１６  スリーブギア、１８  高速駆動ギア、１９  低速駆動ギア、２０  変換部、２４  ドラムカム（入力軸）、２６  フォークシャフト、３０  シフトアクチュエータ、３２  モータ、３４  回転軸、４０  減速機構、４５  第二スパーギア（回転体）、４６  第三ピニオンギア（回転体）、５０  トーションスプリング（弾性部材）、５０ａ，５０ｂ  端部、６０  出力軸、７０  ギア本体、７１  係止部、７２  ストッパ部、７４  ギア本体、７５  巻装部、７６  係止部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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