(57)【要約】      （修正有）【課題】電動機が正常に動作しない場合でも、機械的な駆動力源を用いてシフトレンジを切り替えることができるレンジ切り替え装置を提供する。【解決手段】自動変速機のシフトシャフトに連結される出力軸１８と、電動機１４と、弾性部材２０の弾性エネルギを駆動力源とする弾性駆動機２１と、出力軸１８、電動機１４、及び弾性駆動機２１を相互に連結する連結機構６０と、を備え、弾性駆動機２１は、蓄積した弾性エネルギを保持する保持状態と、弾性エネルギを解放して出力軸を駆動する解放状態とが切り替わり可能な保持機構３９を備えているレンジ切り替え装置。【選択図】図２
2017089759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シフトレンジの切り替えを行う自動変速機のシフトシャフトに連結される出力軸と、
電動機と、
弾性部材に蓄積した弾性エネルギを駆動力源とする弾性駆動機と、
前記出力軸、前記電動機、及び前記弾性駆動機を、相互に駆動力を伝達可能に連結する連結機構と、を備え、
前記弾性駆動機は、前記連結機構を介して伝達された前記電動機の駆動力を用いて蓄積した前記弾性エネルギを保持する保持状態と、前記弾性エネルギを解放して前記出力軸を駆動する解放状態とが切り替わり可能な保持機構を備えるレンジ切り替え装置。
【請求項２】
前記保持機構が前記保持状態又は前記解放状態になるように前記保持機構を駆動する電動アクチュエータと、前記電動機及び前記電動アクチュエータを制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、前記電動機を制御して前記電動機の駆動力により前記出力軸を回転させると共に前記保持機構が前記保持状態となるように前記電動アクチュエータを制御する電動駆動モードと、前記電動機の制御を停止すると共に前記保持機構が前記解放状態となるように前記電動アクチュエータを制御して前記弾性エネルギにより前記出力軸を回転させる弾性駆動モードと、を選択実行する請求項１に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項３】
前記制御器は、供給電圧が予め設定された低電圧判定値以上である場合に、前記電動駆動モードを実行し、供給電圧が前記低電圧判定値未満である場合に、前記弾性駆動モードを実行する請求項２に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記弾性駆動モードの実行から前記電動駆動モードの実行に移行した後、前記電動機に駆動力を発生させて前記弾性部材に前記弾性エネルギを蓄積させると共に、前記保持機構が前記保持状態となるように前記電動アクチュエータを制御する請求項２又は３に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項５】
前記弾性駆動機は、前記保持機構の前記解放状態で前記弾性エネルギにより前記出力軸を予め定められた回転駆動方向に付勢し、前記保持機構の前記保持状態で前記弾性エネルギを前記出力軸に伝達しない請求項１から４のいずれか一項に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項６】
前記保持機構は、
前記弾性部材の一端に係止されると共に前記連結機構に連結された出力部材と、
前記弾性部材の他端に係止され、前記弾性駆動機を収容する装置ケースにより支持される基礎部材と、
前記電動機の駆動力を用いて前記弾性部材に前記弾性エネルギが蓄積した状態で、前記基礎部材及び前記出力部材に係合して、前記基礎部材及び前記出力部材の相対移動を阻止する係止部材と、
前記係止部材の係合を解除する係止解除部材と、を備える請求項１から５のいずれか一項に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項７】
前記弾性部材は、前記弾性駆動機の回転軸心回りにねじれるねじりばねとされ、
前記出力部材は、前記弾性部材に対して前記回転軸心の径方向の内側に配置された円筒状の筒状部を有し、前記回転軸心の周方向に回転可能であり、
前記基礎部材は、前記出力部材の筒状部の内周面と摺動する外周面を有する円筒状の筒状部を有し、前記周方向に回転可能であり、
前記係止解除部材は、前記基礎部材の筒状部の内周面と摺動する外周面を有する円筒状の筒状部を有し、前記回転軸心の軸方向に移動可能であり、
前記係止部材は、球状に形成され、
前記基礎部材の筒状部には、前記径方向に貫通する基礎部材貫通孔が形成され、
前記出力部材の筒状部の内周面には、前記径方向の外側に窪む出力部材凹部が形成され、
前記係止解除部材の筒状部の外周面には、前記径方向の内側に窪むと共に前記周方向に延びる環状凹部が形成され、
前記係止部材は、前記係止解除部材が前記軸方向の他方側の端に移動した場合に、互いに連通した前記基礎部材貫通孔と前記環状凹部とに跨る解放位置に移動して、前記基礎部材及び前記出力部材の相対回転を可能にすると共に前記係止解除部材を前記軸方向の他方側の端に保持し、
前記係止部材は、前記係止解除部材が前記係止部材により前記軸方向の他方側の端に保持されていると共に前記軸方向の一方側に付勢されている状態で、前記基礎部材に対して前記出力部材が予め定められた保持角度だけ前記周方向にねじれた場合に、互いに連通した前記出力部材凹部と前記基礎部材貫通孔とに跨る保持位置に移動して、前記基礎部材及び前記出力部材の相対回転を阻止すると共に前記係止解除部材を前記軸方向の一方側に移動可能にする請求項６に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項８】
前記係止解除部材を前記軸方向の一方側又は他方側に付勢する電動アクチュエータを備え、
前記電動アクチュエータは、前記係止解除部材に連結されたプランジャと、前記プランジャを前記軸方向の一方側に付勢するプランジャ弾性部材と、通電時に前記プランジャを前記軸方向の他方側に吸引する電磁ソレノイドと、を有する請求項７に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項９】
前記出力部材及び前記装置ケースは、前記弾性部材による前記出力部材の弾性付勢方向における前記装置ケースに対する前記出力部材の回転を、予め定められた出力部材角度で規制する出力部材ストッパ部を有し、
前記基礎部材及び前記装置ケースは、前記弾性部材による前記基礎部材の弾性付勢方向における前記装置ケースに対する前記基礎部材の回転を、予め定められた基礎部材角度で規制する基礎部材ストッパ部を有する請求項７又は８に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項１０】
前記弾性駆動機は、前記解放状態において、前記弾性エネルギにより前記出力軸をパーキングレンジに対応する回転角度に回転駆動する請求項１から９のいずれか一項に記載のレンジ切り替え装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の自動変速機のシフトレンジを、電気信号を介して操作するシフトバイワイヤシステムにおけるレンジ切り替え装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両制御において、車両操縦者の指令により車両の自動変速機のシフトレンジを電気信号で切り替えるシフトバイワイヤシステムが採用されている。車両に対しては、何らかの要因により、異常が生じた場合であっても、確実に停車させることができることが望まれる。シフトバイワイヤシステムを使用しない、従来の機械式のレンジ切り替えシステムを搭載した車両の場合には、自動変速機のシフトレバーをパーキングレンジに切り替える、又はパーキングブレーキを使用することにより、車両の停車が可能である。
【０００３】
これに対して、シフトバイワイヤシステムが適用された車両においては、自動変速機のシフトレンジが電気的に切り替えられるため、例えば、バッテリ上がりや断線など、電源または電力供給系統に異常が生じると、自動変速機のシフトレンジの切り替えが困難になる。そのため、シフトバイワイヤシステムを備えた車両においても、何らかの要因で、車両に異常が生じた場合に、自動変速機のシフトレンジを切り替えることができるレンジ切り替え装置が求められている。
【０００４】
例えば、電力供給系統に異常が生じた場合の自動変速機のシフトレンジを切り替える方法として、特許文献１のシフトバイワイヤ装置では、電動機を制御するレンジ制御手段に供給する電力を蓄えるキャパシタを備えており、そのため、バッテリや電力供給系統に異常が生じたときでも、キャパシタに蓄えられている電力を用いて、電動機により少なくとも一回は自動変速機をパーキングレンジに切り替えることができる。これにより、車両は安全かつ確実に停車される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１８０２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のシフトバイワイヤ装置では、非常時も電動機によりレンジ切り替えを実行するように構成されており、非常時のみに使用するキャパシタを備える必要があり、更に、キャパシタは、電動機を正常動作させる電力を供給可能な高性能なものである必要がある。そのため、コストの増加を招くという課題があった。
【０００７】
そこで、電動機が正常に動作しない場合でも、機械的な駆動力源を用いてシフトレンジを切り替えることができるレンジ切り替え装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレンジ切り替え装置は、シフトレンジの切り替えを行う自動変速機のシフトシャフトに連結される出力軸と、電動機と、弾性部材に蓄積した弾性エネルギを駆動力源とする弾性駆動機と、前記出力軸、前記電動機、及び前記弾性駆動機を、相互に駆動力を伝達可能に連結する連結機構と、を備え、前記弾性駆動機は、前記連結機構を介して伝達された前記電動機の駆動力を用いて蓄積した前記弾性エネルギを保持する保持状態と、前記弾性エネルギを解放して前記出力軸を駆動する解放状態とが切り替わり可能な保持機構を備えているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るレンジ切り替え装置によれば、通常時は、電動機により出力軸を回転させ、シフトレンジの切り替えを行うことができる。また、通常時に、電動機の駆動力を用いて弾性部材に弾性エネルギを蓄積させ、保持機構を弾性エネルギの保持状態にすることにより、異常時に備えることができる。一方、電動機が正常に動作しなくなった場合には、弾性駆動機の保持機構を解放状態に切り替えて、弾性部材の弾性エネルギにより出力軸を回転させ、シフトレンジの切り替えを行うことができる。よって、電動機が正常に動作しない場合でも、機械的な弾性部材を駆動力源とする弾性駆動機を用いて、シフトレンジを切り替えることできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレンジ切り替え装置を備えたシフトレンジ切り替えシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る、保持機構が保持状態である場合のレンジ切り替え装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る、保持機構が保持状態であり、ドライブレンジである場合のレンジ切り替え装置の要部を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る、保持機構が保持状態であり、パーキングレンジである場合のレンジ切り替え装置の要部を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る、保持機構が解放状態である場合のレンジ切り替え装置の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る、保持機構が解放状態であり、パーキングレンジである場合のレンジ切り替え装置の要部を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る制御器のブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る制御器の処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態１に係る制御器の概略的なハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１に係るレンジ切り替え装置２について図面を参照して説明する。レンジ切り替え装置２は、車両に搭載される自動変速機のシフトレンジの切り替えを行うシフトシャフト６に連結される。図１は、レンジ切り替え装置２が組み込まれたシフトレンジ切り替えシステム１の概略構成を示している。シフトレンジ切り替えシステム１は、レンジ切り替え装置２、ディテント機構３、パーキング機構４、バルブボディ５、及び要求レンジ入力器６７を備えている。なお、図１には、シフトレンジ切り替えシステム１に係る自動変速機の要部のみを示している。
【００１２】
要求レンジ入力器６７は、車両操縦者が要求するシフトレンジ（要求レンジ）を受け付ける機器である。すなわち、車両操縦者は、要求レンジ入力器６７を操作して、自動変速機に実現したい所望のシフトレンジを入力する。要求レンジ入力器６７が受け付けるシフトレンジには、少なくとも、パーキングレンジ（Ｐレンジ）、リバースレンジ（Ｒレンジ）、ニュートラルレンジ（Ｎレンジ）、及びドライブレンジ（Ｄレンジ）が含まれる。要求レンジ入力器６７は、シフトレバーの操作位置を検出する位置センサであってもよいし、複数のスイッチから構成されてもよい。
【００１３】
シフトシャフト６により切り替え可能な自動変速機のシフトレンジには、少なくとも、パーキングレンジ、リバースレンジ、ニュートラルレンジ、及びドライブレンジが含まれる。本実施の形態では、自動変速機のシフトシャフト６により切り替え可能なシフトレンジは、パーキングレンジ、リバースレンジ、ニュートラルレンジ、及びドライブレンジであるものとする。
【００１４】
要求レンジ入力器６７の出力信号は、コネクタ２ａを介してレンジ切り替え装置２に入力される。詳細は後述するが、レンジ切り替え装置２は、要求レンジ入力器６７の出力信号に基づいて検出した要求レンジを、自動変速機に実現するように、自動変速機のシフトシャフト６を回転駆動する。
【００１５】
シフトシャフト６には扇状のディテントプレート７が連結されており、シフトシャフト６の回転角度に比例して、ディテントプレート７の回転角度が変化する。シフトシャフト６及びディテントプレート７は、予め設定された許容角度範囲（本例では３０度程度）を一方側Ｒ１又は他方側Ｒ２に回転する。ディテントプレート７には、バルブボディ５のスプール弁８が連動するように取り付けられており、ディテントプレート７の回転角度に応じて、スプール弁８の軸方向の位置が変化する。ディテントプレート７が許容角度範囲内を一方側Ｒ１又は他方側Ｒ２に回転すると、スプール弁８が所定の範囲内を軸方向の一方側又は他方側に移動する。バルブボディ５は、自動変速機に変速段を形成するための油圧回路であり、スプール弁８の軸方向の位置を変化させることにより、各シフトレンジ（Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ）に対応した油路に切り替わるように構成されている。よって、シフトシャフト６及びディテントプレート７の回転角度に応じて、バルブボディ５内の油路が、各シフトレンジに対応する油路に切り替わる。
【００１６】
ディテントプレート７における扇の先端部には、各シフトレンジに対応する角度に凹部７ａが設けられている。バルブボディ５に固定されたディテントスプリング９が板バネとして作用し、ディテントスプリング９の先端が凹部７ａを押圧することによって、ディテントプレート７の回転角度が、先端に噛み合った凹部７ａに対応するシフトレンジに位置決めされる。レンジ切り替え装置２から伝達される回転駆動力により、ディテントプレート７が回転すると、ディテントスプリング９の先端に噛み合う凹部７ａが変化し、自動変速機のシフトレンジが切り替わる。このように、レンジ切り替え装置２の回転駆動力によりシフトシャフト６及びディテントプレート７の回転角度が変化すると、自動変速機のシフトレンジは、回転角度に対応するシフトレンジに切り替わる。なお、本実施の形態では、シフトシャフト６が、許容角度範囲内を他方側Ｒ２の端から一方側Ｒ１に回転するに従って、シフトレンジが、ドライブレンジ、ニュートラルレンジ、リバースレンジ、パーキングレンジの順に切り替わるように構成されている。
【００１７】
また、パーキング機構４は、ディテントプレート７に連結されたパーキングロッド１０と、パーキングロッド１０の先端に設けられた円錐部１１と、パーキングポール１２と、パーキングギヤ１３とを有している。ディテントプレート７の回転角度に応じて、パーキングロッド１０の軸方向の位置が変化する。軸方向の位置が変化すると、パーキングロッド１０の先端に設けられた円錐部１１が、パーキングポール１２を、回転軸１２ａを中心に上下にシーソー運動させる。ディテントプレート７がパーキングレンジに対応する一方側Ｒ１の端まで回転した場合に、パーキングポール１２の凸部１２ｂが、パーキングギヤ１３の凹部１３ａに噛み合い、パーキングギヤ１３の回転をロックし、車輪に連結される自動変速機の出力軸の回転をロックする。一方、ディテントプレート７がパーキングレンジに対応する一方側Ｒ１の端から他方側Ｒ２に回転すると、パーキングポール１２の凸部１２ｂがパーキングギヤ１３の凹部１３ａから離脱し、パーキングギヤ１３の回転ロックが解除される。
【００１８】
以上のように、このシフトレンジ切り替えシステム１においては、レンジ切り替え装置２の回転駆動力により、シフトシャフト６を介してディテントプレート７を、許容角度範囲内を一方側Ｒ１又は他方側Ｒ２に回転させることにより、バルブボディ５のスプール弁８の軸方向の位置を変化させ、自動変速機のシフトレンジを切り替えることができると共に、パーキングレンジで車輪の回転をロックすることができる。
【００１９】
次に、レンジ切り替え装置２について詳細に説明する。図２に、保持機構３９が保持状態である場合のレンジ切り替え装置２の断面図を示している。図３に、保持機構３９が保持状態であり、出力軸１８がドライブレンジに対応する回転角度に回転された状態のレンジ切り替え装置２の要部を軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に見た図を示している。図４に、保持機構３９が保持状態であり、出力軸１８がパーキングレンジに対応する回転角度に回転された状態のレンジ切り替え装置２の要部を軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に見た図を示している。図５に、保持機構３９が解放状態である場合のレンジ切り替え装置２の断面図を示している。図６に、保持機構３９が解放状態であり、出力軸１８がパーキングレンジに対応する回転角度に回転された状態のレンジ切り替え装置２の要部を軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に見た図を示している。
【００２０】
レンジ切り替え装置２は、シフトレンジの切り替えを行う自動変速機のシフトシャフト６に連結される出力軸１８と、電動機１４と、弾性部材２０に蓄積した弾性エネルギを駆動力源とする弾性駆動機２１と、出力軸１８、電動機１４、及び弾性駆動機２１を、相互に駆動力を伝達可能に連結する連結機構６０と、を備えている。
【００２１】
そして、弾性駆動機２１は、連結機構６０を介して伝達された電動機１４の駆動力を用いて蓄積した弾性エネルギを保持する保持状態と、弾性エネルギを解放して出力軸１８を駆動する解放状態とが切り替わり可能な保持機構３９を備えている。
【００２２】
この構成によれば、通常時は、電動機１４により出力軸１８を回転させ、シフトレンジの切り替えを行うことができる。一方、電動機１４が正常に動作しなくなった場合には、弾性駆動機２１の保持機構３９を解放状態に切り替えて、弾性部材２０の弾性エネルギにより出力軸１８を回転させ、シフトレンジの切り替えを行うことができる。その後、電動機１４が正常に動作する状態に復帰した場合は、電動機１４の駆動力を用いて弾性部材２０に再び弾性エネルギを蓄積させ、保持機構３９を弾性エネルギの保持状態にすることができる。
【００２３】
本実施の形態では、レンジ切り替え装置２は、保持機構３９が保持状態又は解放状態になるように保持機構３９を駆動する電動アクチュエータ６２と、電動機１４及び電動アクチュエータ６２を制御する制御器６３と、を備えている。そして、制御器６３は、電動機１４を制御して電動機１４の駆動力により出力軸１８を回転させると共に保持機構３９が保持状態となるように電動アクチュエータ６２を制御する電動駆動モードと、電動機１４の制御を停止すると共に保持機構３９が解放状態となるように電動アクチュエータ６２を制御して弾性エネルギにより出力軸１８を回転させる弾性駆動モードと、を選択実行するように構成されている。
【００２４】
この構成によれば、電動アクチュエータ６２及び制御器６３により、自動的に電動駆動モードと弾性駆動モードとを選択実行させることができ、車両操縦者にとって利便性が高く、安全性が高いものにすることができる。
【００２５】
本実施の形態では、出力軸１８の回転軸心Ｃ１、電動機１４の回転軸心Ｃ２、及び弾性駆動機２１の回転軸心Ｃ３は、別軸上に配置され、互いに平行に配置されている。軸方向Ｘは、これらの軸心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に平行な方向である。
【００２６】
レンジ切り替え装置２は、出力軸１８、電動機１４、弾性駆動機２１、連結機構６０、電動アクチュエータ６２、及び制御器６３等の各部を内側に収容し、支持する装置ケース６４を備えている。本実施の形態では、装置ケース６４は、軸方向の一方側Ｘ１に開口する有底筒状のハウジング２３と、ハウジング２３の軸方向の一方側Ｘ１の開口を覆い、ハウジング２３に固定されるカバー２４と、を有している。カバー２４には、軸方向Ｘに貫通する貫通孔６９が形成されている。出力軸１８が、貫通孔６９を軸方向の一方側Ｘ１に貫通して、装置ケース６４の外部に露出している。出力軸１８の軸方向の一方側Ｘ１の端部には、シフトシャフト６に連結される連結凹部７０が形成されている。連結凹部７０は、二面取り加工された凹部とされており、二面取り加工されたシフトシャフト６の連結部が嵌合され、一体回転するように連結される。装置ケース６４（ハウジング２３）には、コネクタ２ａのケース部分が形成されている（図１参照）。コネクタ２ａの接続端子には、要求レンジ入力器６７の出力信号を入力する接続線、直流電源８５からの電力供給線、及び外部制御装置との通信線等が接続される。
【００２７】
電動機１４は、装置ケース６４（ハウジング２３）に固定された円筒状のステータ２６と、ステータ２６の径方向の内側に配置され、装置ケース６４に対して転がり軸受２８、２９によりロータ軸１５を介して回転可能に支持された円筒状のロータ２５と、を有している。本実施の形態では、電動機１４は、ブラシレスの永久磁石同期モータとされており、ステータ２６にはコイル３３が巻装され、ロータ２５（本例ではロータ２５の外周面）には永久磁石２７が固定されている。ステータコア３２は、径方向内側に突出する複数のステータティースを備えている。コイル３３は、各ステータティースに巻回されて、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相コイルからなる三相結線を構成している。
【００２８】
連結機構６０は、電動機１４の回転速度を減速し、トルクを増幅して出力軸１８に伝達する減速歯車機構１７を備えている。本実施の形態では、減速歯車機構１７は、遊星歯車減速機構と平歯車減速機構によって構成されている。遊星歯車減速機構は、複数の遊星歯車３５を自転及び公転可能に支持するキャリア３７と、遊星歯車３５に径方向内側から噛み合う外歯の太陽歯車３４と、遊星歯車３５に径方向外側から噛み合う内歯の環状歯車３６とを有している。ロータ２５から軸方向の一方側Ｘ１に延びたロータ軸１５の外周面に太陽歯車３４が形成され、キャリア３７は、平歯車減速機構の小歯車３０に連結され、環状歯車３６は、装置ケース６４（ハウジング２３）に固定されている。
【００２９】
図３等に示すように、平歯車減速機構は、キャリア３７に連結された小歯車３０と、小歯車３０に噛み合い、出力軸１８に連結された大歯車３１と、を備えている。大歯車３１は、小歯車３０よりも単位角度あたりの歯数が多い歯車である。大歯車３１は、出力軸１８及びシフトシャフト６の許容角度範囲に対応した角度範囲に歯３１ａが形成された扇形歯車とされている。本例では、大歯車３１の歯３１ａは、内歯とされているが、外歯とされてもよい。
【００３０】
出力軸１８の軸方向の他方側Ｘ２の端部には磁石３８が設置され、磁石３８の軸方向の他方側Ｘ２に、出力軸１８の回転角度を検出する回転角度検出センサ１９が設置されている。回転角度検出センサ１９は、制御器６３の基板６８に固定されている。図７に示すように、回転角度検出センサ１９の出力信号は、制御器６３に入力される。制御器６３は、回転角度検出センサ１９の出力信号に基づいて、出力軸１８と一体回転する磁石３８の磁束の方向を検知することで、出力軸１８の回転角度を検出する。そして、制御器６３は、出力軸１８の回転角度に対応するシフトレンジを検出する。なお、制御器６３は、基板６８に複数の電子部品が実装されて、装置ケース６４内に固定されているが、図２及び図５には、基板６８の一部分しか図示されていない。なお、制御器６３は、装置ケース６４の外部に、別体で設けられてもよい。
【００３１】
連結機構６０は、弾性駆動機２１の弾性エネルギによる回転駆動力を出力軸１８に伝達する歯車機構２２を備えている（図３等を参照）。歯車機構２２は、後述する弾性駆動機２１の出力部材４０に形成された外歯４０ａと、扇形の大歯車３１の部材に形成された外歯３１ｂと、を備えており、出力部材４０の外歯４０ａと、大歯車３１の外歯３１ｂとが噛み合う。出力部材４０の外歯４０ａ及び大歯車３１の外歯３１ｂは、出力軸１８及びシフトシャフト６の許容角度範囲に対応した角度範囲に形成されている。歯車機構２２は、弾性駆動機２１（出力部材４０）の回転方向を反転して出力軸１８に伝達する。すなわち、弾性駆動機２１と出力軸１８では回転方向が反転し、弾性駆動機２１（出力部材４０）を回転方向の他方側Ｒ２に回転させると、自動変速機はパーキングレンジになる。
【００３２】
弾性駆動機２１は、保持機構３９の解放状態において弾性エネルギにより出力軸１８を予め定められた回転駆動方向に付勢し、保持機構３９の保持状態において弾性エネルギを出力軸１８に伝達しないように構成されている。本実施の形態では、弾性駆動機２１による出力軸１８の回転駆動方向は、パーキングレンジ側である回転方向の一方側Ｒ１とされており、弾性駆動機２１は、弾性駆動モードにおいて、弾性エネルギにより出力軸１８をパーキングレンジに対応する回転角度に回転駆動するように構成されている。
【００３３】
この構成によれば、電動機１４が正常に動作しなくなった場合に、弾性駆動機２１によりパーキングレンジに切り替えて、車両を安全に停車させることができる。
【００３４】
保持機構３９は、弾性部材２０の一端に係止されると共に連結機構６０に連結された出力部材４０と、弾性部材２０の他端に係止され、弾性駆動機２１を収容する装置ケース６４により支持される基礎部材４１と、電動機１４の駆動力により弾性部材２０に弾性エネルギが蓄積した状態で、基礎部材４１及び出力部材４０に係合して、基礎部材４１及び出力部材４０の相対移動を阻止する係止部材５３と、係止部材５３の係合を解除する係止解除部材５２と、を備えている。
【００３５】
係止部材５３が、基礎部材４１及び出力部材４０に係合している場合に、保持機構３９が保持状態になり、係止解除部材５２により係止部材５３の係合が解除されている場合に、保持機構３９が解放状態になる。
【００３６】
本実施の形態では、弾性部材２０は、弾性駆動機２１の回転軸心Ｃ３回りにねじれるねじりばねとされている。出力部材４０は、弾性部材２０に対して回転軸心Ｃ３の径方向の内側に配置された円筒状の筒状部４０ｄを有し、回転軸心Ｃ３の周方向に回転可能である。基礎部材４１は、出力部材４０の筒状部４０ｄの内周面と摺動する外周面を有する円筒状の筒状部４１ｄを有し、回転軸心Ｃ３の周方向に回転可能である。係止解除部材５２は、基礎部材４１の筒状部４１ｄの内周面と摺動する外周面を有する円筒状の筒状部５２ｄを有し、軸方向Ｘに移動可能である。電動アクチュエータ６２は、係止解除部材５２を、回転軸心Ｃ３の軸方向の一方側Ｘ１又は他方側Ｘ２に付勢するように構成されている。
【００３７】
基礎部材４１は、筒状部４１ｄの軸方向の一方側Ｘ１の端部から軸方向の一方側Ｘ１に延びる、筒状部４１ｄよりも小径の円柱状の軸部４２を有している。軸部４２の軸方向の一方側Ｘ１の端部が、装置ケース６４（カバー２４）に形成されたボス部に対して転がり軸受４４を介して回転軸心Ｃ３回りに回転可能に支持されている。基礎部材４１は、筒状部４１ｄの軸方向の他方側Ｘ２の端部から径方向の外側に延びる円環板状のフランジ部４１ｅを有している。フランジ部４１ｅに、弾性部材２０の他端が係止される。
【００３８】
出力部材４０の筒状部４０ｄにおける軸方向の一方側Ｘ１の端部の外周面には、所定の角度範囲に上述した歯車機構２２の外歯４０ａが形成されている。出力部材４０の筒状部４０ｄにおける軸方向の一方側Ｘ１の端部の内周面は、基礎部材４１の軸部４２の外周面に対して転がり軸受４３を介して回転軸心Ｃ３回りに相対回転可能に支持されている。よって、出力部材４０の筒状部４０ｄは、転がり軸受４３、基礎部材４１の軸部４２、及び転がり軸受４４を介して、装置ケース６４に対して回転可能に支持されている。出力部材４０は、外歯４０ａの形成部よりも軸方向の他方側Ｘ２の部分から径方向の外側に延びる円環板状のフランジ部４０ｅを有している。フランジ部４０ｅに、弾性部材２０の一端が係止される。
【００３９】
係止解除部材５２は、筒状部５２ｄの内周面に固定された円柱状の連結軸部７１を有している。連結軸部７１の軸方向の他方側Ｘ２の端部が、後述する電動アクチュエータ６２のプランジャ５０に連結されている。
【００４０】
係止部材５３は、球状に形成されている。基礎部材４１の筒状部４１ｄには、回転軸心Ｃ３の径方向に貫通する基礎部材貫通孔４１ｂが形成されている。出力部材４０の筒状部４０ｄの内周面には、径方向の外側に窪む出力部材凹部４０ｃが形成されている。係止解除部材５２の筒状部５２ｄの外周面には、径方向の内側に窪むと共に周方向に延びる環状凹部５２ａが形成されている。
【００４１】
係止部材５３は、複数（例えば４つ）設けられている。基礎部材貫通孔４１ｂは、係止部材５３と同数設けられ、同じ軸方向の位置に周方向に間隔を空けて配置されている。出力部材凹部４０ｃは、係止部材５３と同数設けられ、同じ軸方向の位置に周方向に間隔を空けて配置されている。
【００４２】
図３に示すように、各出力部材凹部４０ｃの形成位置は、基礎部材４１に対して出力部材４０が予め設定された保持角度Ａｈだけ周方向（本例では、回転方向の一方側Ｒ１）にねじれた状態で、対応する基礎部材貫通孔４１ｂと連通する位置とされている。図５に示すように、環状凹部５２ａの形成位置は、係止解除部材５２が軸方向の他方側Ｘ２の端に移動した状態で各基礎部材貫通孔４１ｂと連通する位置とされている。保持角度Ａｈは、許容角度範囲に対応した角度に設定されている。
【００４３】
まず、保持機構３９が解放状態になる場合を説明する。
図５及び図６に示すように、係止解除部材５２が電動アクチュエータ６２の付勢力により軸方向の他方側Ｘ２の端に移動した場合に、球状の係止部材５３は、互いに連通した基礎部材貫通孔４１ｂと環状凹部５２ａとに跨る解放位置に移動して、基礎部材４１及び出力部材４０の相対回転を可能にすると共に係止解除部材５２を軸方向の他方側Ｘ２の端に保持する。保持機構３９は解放状態になり、弾性部材２０の弾性エネルギにより、出力部材４０が基礎部材４１（装置ケース６４）に対して回転方向の他方側Ｒ２に付勢される。一旦、解放状態になると、係止解除部材５２が電動アクチュエータ６２により軸方向の一方側Ｘ１に付勢されていても、電動機１４の駆動力により出力部材４０が保持角度Ａｈだけ周方向にねじれない限りは、保持状態にならない。なお、図６に示すように、出力部材凹部４０ｃは、軸方向Ｘに直交する平面で切断した断面形状が、径方向の内側に向かうに従って広がる形状（本例では半円状）とされており、図３及び図４に示す保持状態で、弾性部材２０による周方向の付勢力により、出力部材凹部４０ｃは、球状の係止部材５３を径方向の内側に押圧している。この径方向の内側の押圧力により、係止部材５３は、後述する係合位置から解放位置に向かって径方向の内側に移動する。
【００４４】
次に、保持機構３９が保持状態になる場合を説明する。
係止解除部材５２が係止部材５３により軸方向の他方側Ｘ２の端に保持されている（図５参照）と共に電動アクチュエータ６２により軸方向の一方側Ｘ１に付勢されている状態で、基礎部材４１に対して出力部材４０が予め定められた保持角度Ａｈだけ周方向（本例では、回転方向の一方側Ｒ１）にねじれた場合に、球状の係止部材５３は、図３に示すように、互いに連通した出力部材凹部４０ｃと基礎部材貫通孔４１ｂとに跨る保持位置に移動して、基礎部材４１及び出力部材４０の相対回転を阻止すると共に係止解除部材５２を軸方向の一方側Ｘ１に移動可能にする。係止部材５３が保持位置に移動した後、係止解除部材５２は、図２に示すように、電動アクチュエータ６２の付勢力により軸方向の一方側Ｘ１の端に移動する。保持機構３９は保持状態なり、保持角度Ａｈのねじれにより蓄積した弾性部材２０の弾性エネルギは出力部材４０と基礎部材４１との間に保持され、出力軸１８には伝達されない。なお、図２に示すように、環状凹部５２ａは、回転軸心Ｃ３を通る平面で切断した断面形状が、径方向の外側に向かうに従って広がる形状（本例では等脚台形状）に形成されており、図５に示す解放状態で、電動アクチュエータ６２による軸方向の一方側Ｘ１の付勢力により、環状凹部５２ａは、球状の係止部材５３を径方向の外側に押圧している。この径方向の外側の押圧力により、係止部材５３は、解放位置から係合位置に向かって径方向の外側に移動する。
【００４５】
電動アクチュエータ６２は、係止解除部材５２に連結された磁性体からなるプランジャ５０と、プランジャ５０を軸方向の一方側Ｘ１に付勢するプランジャ弾性部材５１と、通電時にプランジャ５０を軸方向の他方側Ｘ２に吸引する電磁ソレノイド４５と、を有する。よって、制御器６３により電動アクチュエータ６２に電力が供給された場合に、電磁ソレノイド４５の吸引力により、係止解除部材５２が軸方向の他方側Ｘ２に付勢され、制御器６３により電動アクチュエータ６２に電力が供給されていない場合に、プランジャ弾性部材５１により、係止解除部材５２が軸方向の一方側Ｘ１に付勢される。電磁ソレノイド４５は、供給電圧が低下した場合でも、プランジャ弾性部材５１の弾性力に抗して、係止解除部材５２を軸方向の他方側Ｘ２の端まで吸引できる電磁力を発生するように設計されている。
【００４６】
電磁ソレノイド４５は、ボビン４６にコイル４７が巻回されて構成されている。電動アクチュエータ６２は、電磁ソレノイド４５の外側を覆うヨーク４８と、電磁ソレノイド４５の径方向の内側の空間における軸方向の他方側Ｘ２に配置されたコア４９と、を有している。電磁ソレノイド４５への電力供給源は、電動機１４と同じ電力供給系統（本例では、直流電源８５）、又は別に設けた電力供給系統とされてもよい。制御器６３が、電力供給源から電磁ソレノイド４５への電力供給をオン又はオフに制御する。
【００４７】
出力部材４０及び装置ケース６４は、弾性部材２０による出力部材４０の弾性付勢方向（本例では、回転方向の他方側Ｒ２）における装置ケース６４に対する出力部材４０の回転を、予め定められた出力部材角度で規制する出力部材ストッパ部６６を有している。基礎部材４１及び装置ケース６４は、弾性部材２０による装置ケース６４の弾性付勢方向（本例では、回転方向の一方側Ｒ１）における装置ケース６４に対する基礎部材４１の回転を、予め定められた基礎部材角度で規制する基礎部材ストッパ部６５を有している。
【００４８】
本実施の形態では、図３、図４及び図６に示すように、出力部材ストッパ部６６は、出力部材４０（筒状部４０ｄの軸方向の一方側Ｘ１の端部）に設けられた出力凸部６６ａと、装置ケース６４（カバー２４）に設けられたケース凸部６６ｂとにより構成されている。出力凸部６６ａが、ケース凸部６６ｂに当接することにより装置ケース６４に対する出力部材４０の回転が規制される。基礎部材ストッパ部６５は、基礎部材４１（フランジ部４１ｅ）に設けられた基礎凸部６５ａと、装置ケース６４（ハウジング２３）に設けられたケース凸部６５ｂとにより構成されている。基礎凸部６５ａが、ケース凸部６５ｂに当接することにより装置ケース６４に対する基礎部材４１の回転が規制される。
【００４９】
弾性部材２０による出力部材４０の弾性付勢方向は、回転方向の他方側Ｒ２とされており、図４及び図６に示すように、出力部材ストッパ部６６は、装置ケース６４に対する出力部材４０の回転方向の他方側Ｒ２の回転を、パーキングレンジに対応する出力部材角度で規制するように構成されている。弾性部材２０による基礎部材４１の弾性付勢方向は、回転方向の一方側Ｒ１とされており、図３に示すように、基礎部材ストッパ部６５は、装置ケース６４に対する基礎部材４１の回転方向の一方側Ｒ１の回転を、保持機構３９が係合状態であり、基礎部材４１と出力部材４０とが一体回転する状態において、ドライブレンジとなる基礎部材角度で規制するように構成されている。また、図６に示すように、基礎部材ストッパ部６５は、保持機構３９の解放状態でも、装置ケース６４に対する基礎部材４１の回転方向の一方側Ｒ１の回転を基礎部材角度で規制し、電動機１４の回転駆動力により出力部材４０を回転方向の一方側Ｒ１に回転させることにより、弾性部材２０に弾性エネルギを蓄積させるように構成されている。
【００５０】
よって、出力部材ストッパ部６６により、保持機構３９の解放状態において、弾性部材２０の弾性エネルギによる出力部材４０の回転を、パーキングレンジに対応する回転角度で規制することができる。一方、基礎部材ストッパ部６５により、保持機構３９の保持状態において、出力部材４０（基礎部材４１）の回転をドライブレンジに対応する回転角度で規制することができる。また、基礎部材ストッパ部６５により、保持機構３９の解放状態において、基礎部材４１の回転を規制し、電動機１４の回転駆動力により出力部材４０を回転させることにより、弾性部材２０に弾性エネルギを蓄積させることができる。
【００５１】
上記したように、制御器６３は、電動機１４を制御して電動機１４の駆動力により出力軸１８を回転させると共に保持機構３９が保持状態となるように電動アクチュエータ６２を制御する電動駆動モードと、電動機１４の制御を停止すると共に保持機構３９が解放状態となるように電動アクチュエータ６２を制御して弾性エネルギにより出力軸１８を回転させる弾性駆動モードと、を選択実行する。
【００５２】
本実施の形態では、制御器６３は、図７のブロック図に示すように、電動機１４の制御を行う電動機制御部８０と、電動アクチュエータ６２の制御を行う電動アクチュエータ制御部８１と、電動機制御部８０及び電動アクチュエータ制御部８１に指令して、電動駆動モードと弾性駆動モードとを選択実行させる動力源切換部８２と、を備えている。制御器６３には直流電源８５から直流電圧が供給される。また、制御器６３には、要求レンジ入力器６７及び回転角度検出センサ１９の出力信号が入力される。制御器６３は、直流電源８５から供給された直流電圧を検出する電圧センサ８６を備えている。
【００５３】
電動機制御部８０は、要求レンジ入力器６７の出力信号に基づき車両操縦者が要求している自動変速機のシフトレンジである要求レンジを判定すると共に、要求レンジを実現する出力軸１８の回転角度である目標回転角度を設定する。また、電動機制御部８０は、回転角度検出センサ１９の出力信号に基づき、出力軸１８の実回転角度を検出する。そして、電動機制御部８０は、出力軸１８の実回転角度が目標回転角度に近づくように、三相コイルに供給する電力を変化させ、電動機１４の出力トルク（回転駆動力）を変化させる。
【００５４】
電動機制御部８０は、直流電源８５から供給された直流電力を交流電力に変換して電動機１４の三相コイルに供給するインバータ８３と、インバータ８３が有するスイッチング素子をオンオフ制御するインバータ制御部８４と、を備えている。インバータ８３は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の６つのスイッチング素子によりブリッジ回路が構成された三相インバータとされている。インバータ制御部８４は、公知のベクトル制御法等を用いて、三相コイルに供給する交流電圧指令を変化させ、交流電圧指令に基づいて各スイッチング素子をオンオフ制御する。
【００５５】
本実施の形態では、電動アクチュエータ制御部８１は、保持機構３９を保持状態にする場合は、電磁ソレノイド４５への電力供給をオフし、保持機構３９を解放状態にする場合は、電磁ソレノイド４５への電力供給をオンするように構成されている。電動機１４により出力軸１８の回転角度を制御する通常状態では、電磁ソレノイド４５への電力供給がオフされているので、電磁ソレノイド４５の電力消費量を低減できる。一方、上記のように、電磁ソレノイド４５への電力供給をオンすることにより、係止解除部材５２が軸方向の他方側Ｘ２の端に移動し、保持機構３９が解放状態に移行した後は、電磁ソレノイド４５への電力供給をオフしても、解放状態が保持される。そのため、電動アクチュエータ制御部８１は、保持機構３９を解放状態にする場合に、電磁ソレノイド４５への電力供給を予め設定された期間だけオンするように構成されてもよい。
【００５６】
動力源切換部８２は、電動駆動モードを実行すると判定した場合は、電動機制御部８０に指令して電動機１４の駆動力を制御することにより、出力軸１８を要求レンジに対応する回転角度に回転させると共に、電動アクチュエータ制御部８１に指令して保持機構３９が保持状態となるように電磁ソレノイド４５への電力供給をオフさせる。一方、動力源切換部８２は、弾性駆動モードを実行すると判定した場合は、電動機制御部８０に指令して電動機１４への電力供給を停止させ、電動機１４に駆動力を発生させないようにすると共に、電動アクチュエータ制御部８１に指令して保持機構３９が解放状態となるように電磁ソレノイド４５への電力供給をオンさせる。
【００５７】
本実施の形態では、動力源切換部８２は、電圧センサ８６の出力信号により検出した供給電圧が予め設定された低電圧判定値以上である場合に、電動駆動モードを実行し、供給電圧が低電圧判定値未満である場合に、弾性駆動モードを実行するように構成されている。低電圧判定値は、電動機制御部８０により電動機１４を正常に制御できなくなる電圧に予め設定されている。
【００５８】
この構成によれば、制御器６３は、供給電圧の低下により、電動機１４によるレンジ切り替えを実行できなくなった場合に、弾性駆動モードを実行し、弾性駆動機２１の弾性エネルギによるレンジ切り替えを実行することができる。一方、制御器６３は、供給電圧が復帰した場合は、電動駆動モードを実行し、電動機１４によるレンジ切り替えを実行する。
【００５９】
また、動力源切換部８２は、弾性駆動モードの実行から電動駆動モードの実行に移行した後、電動機１４に駆動力を発生させて弾性部材２０に弾性エネルギを蓄積させると共に、保持機構３９が保持状態となるように電動アクチュエータ６２を制御するように構成されている。具体的には、動力源切換部８２は、電動機制御部８０に指令して電動機１４の駆動力を制御することにより、出力軸１８をパーキングレンジに対応する回転角度からドライブレンジに対応する回転角度に回転させて、弾性部材２０に弾性エネルギを蓄積させる。また、動力源切換部８２は、電動アクチュエータ制御部８１に指令して保持機構３９が保持状態となるように電磁ソレノイド４５への電力供給をオフさせる。動力源切換部８２は、保持機構３９を保持状態にした後、通常の電動駆動モードを開始する。
【００６０】
以上の動力源切換部８２の処理を、図８のフローチャートに示すように構成することができる。動力源切換部８２は、ステップＳ０１で、電圧センサ８６の出力信号により検出した供給電圧が予め設定された低電圧判定値以上であるか否かを判定する。そして、動力源切換部８２は、供給電圧が予め設定された低電圧判定値以上であると判定した場合に（ステップＳ０１：Ｙｅｓ）、弾性駆動モードの実行から電動駆動モードの実行に移行した直後か否かを判定する（ステップＳ０２）。そして、動力源切換部８２は、ステップＳ０３で、上記のように、電動機１４に駆動力を発生させて弾性部材２０に弾性エネルギを蓄積させると共に、保持機構３９が保持状態となるように電動アクチュエータ６２を制御して、保持機構３９を保持状態にする。その後、動力源切換部８２は、ステップＳ０４で、電動駆動モードを実行する。一方、動力源切換部８２は、供給電圧が低電圧判定値未満であると判定した場合に（ステップＳ０１：Ｎｏ）、弾性駆動モードを実行する（ステップＳ０５）。
【００６１】
制御器６３が備えるインバータ制御部８４、電動アクチュエータ制御部８１、及び動力源切換部８２等の各機能は、制御器６３が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御器６３は、図９に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
【００６２】
記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）や、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２には、要求レンジ入力器６７、回転角度検出センサ１９、及び電圧センサ８６等のセンサやスイッチが接続され、入力回路９２は、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、演算処理装置９０からインバータ８３のスイッチング素子及び電磁ソレノイド４５等の電気負荷に制御信号を出力する駆動回路等を備えている。そして、制御器６３が備えるインバータ制御部８４、電動アクチュエータ制御部８１、及び動力源切換部８２等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御器６３の他のハードウェアと協働することにより実現される。
【００６３】
以上で説明したレンジ切り替え装置２の動作についてまとめて説明する。
まず、弾性駆動機２１の弾性エネルギにより出力軸１８を回転させる弾性駆動モードが実行される場合について説明する。制御器６３は、レンジ切り替え装置２への供給電圧が低下し、電動機１４によるレンジ切り替えを実行できないと判定した場合に、弾性駆動機２１の弾性エネルギによるレンジ切り替えを実行する。この場合は、まず、制御器６３は、電磁ソレノイド４５に通電し、保持機構３９を解放状態にし、保持機構３９に保持されている弾性部材２０の弾性エネルギを解放させる。保持機構３９が解放状態になると、弾性エネルギにより基礎部材４１に対して出力部材４０が回転し、出力軸１８をパーキングレンジに対応する回転角度に回転させ、レンジ切り替えを実行することができる。
【００６４】
一方、制御器６３は、レンジ切り替え装置２への供給電圧が正常な電圧に復帰し、電動機１４によりレンジ切り替えが実行可能と判定した場合は、最初の動作として、電動機１４の回転駆動力により、出力軸１８をパーキングレンジに対応する回転角度からドライブレンジに対応する回転角度に回転させる。この出力軸１８の回転により、弾性部材２０に弾性エネルギが蓄積する。そして、制御器６３は、電磁ソレノイド４５を非通電にすることにより、保持機構３９が保持状態になる。具体的には、出力軸１８の回転に伴って歯車機構２２を介して出力部材４０が回転する。出力部材凹部４０ｃと基礎部材貫通孔４１ｂとが連通する位置まで出力部材４０が回転すると、球状の係止部材５３は、プランジャ弾性部材５１の付勢力によって、基礎部材貫通孔４１ｂと環状凹部５２ａとに跨る解放位置から、出力部材凹部４０ｃと基礎部材貫通孔４１ｂとに跨る保持位置に移動する。これにより、基礎部材４１及び出力部材４０の相対回転が阻止された保持状態になり、基礎部材４１と出力部材４０との間に弾性エネルギが保持される。
【００６５】
このように、本実施の形態に係るレンジ切り替え装置２によれば、弾性部材２０の弾性エネルギを駆動源とする弾性駆動機２１を設けることで、レンジ切り替え装置２への供給電圧が低下し、電動機１４でレンジ切り替えを行うことが困難になった場合であっても、弾性駆動機２１に保持されている弾性エネルギを解放させることで、パーキングレンジにレンジ切り替えを行うことができ、車両を安全に停車させることができる。また、電動機１４への供給電圧が復帰した場合には、復帰後の初回に電動機１４によるドライブレンジへのレンジ切り替えを行うことで、弾性駆動機２１に再び弾性エネルギを蓄積し、保持させることができる。その後は、電動機１４による通常のレンジ切り替えを実行することができる。
【００６６】
また、蓄積した弾性エネルギの保持は、２つの凹部に跨った球状の係止部材５３の係止により行うと共に、弾性エネルギの解放動作は、球状の係止部材５３の転がりを利用するので、係止の解除に際して大きな動力を必要としない。そのため、低電力の電磁ソレノイド４５による解除動作を行うことができる。
【００６７】
なお、本実施の形態においては、弾性部材２０にねじりばねが用いられている場合を説明したが、これに限定されるものではなく、弾性部材２０に、回転軸心Ｃ３回りに巻かれた渦巻きばねが用いられてもよい。或いは、弾性部材２０に、圧縮コイルばね、又は引張コイルばね等が用いられ、弾性駆動機２１に、往復運動を回転運動に変換するラックアンドピニオン機構が用いられてもよい。
【００６８】
また、本実施の形態においては、電動アクチュエータ６２に電磁ソレノイド４５が用いられている場合を説明したが、電磁ソレノイド４５に限定されるものではなく、低電力で保持機構３９の係止を解除できる別の種類、例えば、ラックアンドピニオン機構及びピニオンを回転駆動する電動モータ等の電動アクチュエータであってもよい。
【００６９】
また、電動アクチュエータ６２に替えて、係止解除部材５２を軸方向の一方側Ｘ１に付勢する弾性部材と、係止解除部材５２に繋がれたワイヤを手動で引っ張って、係止解除部材５２を軸方向の他方側Ｘ２に移動させる手動操作機構と、が備えられてもよい。係止部材５３の解除には大きな動力を必要としないので、手動により操作可能である。
【００７０】
また、本実施の形態においては、弾性駆動機２１と出力軸１８とを連結する連結機構は、互いに噛み合う２つの歯車により構成された歯車機構２２とされている場合を説明したが、歯車に限定されるものではなく、例えばベルトとプーリー、又はチェーンとスプロケットによる連結機構であってもよい。
【００７１】
さらに、歯車機構２２の変速比は、減速、同速、又は増速のいずれであってもよい。減速の場合には、弾性部材２０の弾性エネルギによるトルクを増幅して出力軸１８に伝達することが可能であり、増速の場合には、減速とした場合に比べて、弾性部材２０のねじり角度を小さくすることができると共に、弾性部材２０に弾性エネルギを再び蓄積させる動作において、電動機１４に出力させるトルクを低くすることができる。更には、歯車機構２２に、楕円歯車などの可変速比歯車を用いてもよい。
【００７２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
この発明は、車両の自動変速機のシフトレンジを、電気信号を介して操作するシフトバイワイヤシステムにおけるレンジ切り替え装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  シフトレンジ切り替えシステム、２  レンジ切り替え装置、６  シフトシャフト、７  ディテントプレート、１４  電動機、１５  ロータ軸、１７  減速歯車機構、１８  出力軸、１９  回転角度検出センサ、２０  弾性部材、２１  弾性駆動機、２２  歯車機構、３０  小歯車、３１  大歯車、３９  保持機構、４０  出力部材、４０ｃ  出力部材凹部、４０ｄ  出力部材の筒状部、４１  基礎部材、４１ｂ  基礎部材貫通孔、４１ｄ  基礎部材の筒状部、４５  電磁ソレノイド、５０  プランジャ、５１  プランジャ弾性部材、５２  係止解除部材、５２ａ  環状凹部、５２ｄ  係止解除部材の筒状部、５３  係止部材、６０  連結機構、６２  電動アクチュエータ、６３  制御器、６４  装置ケース、６５  基礎部材ストッパ部、６６  出力部材ストッパ部、６７  要求レンジ入力器、８０  電動機制御部、８１  電動アクチュエータ制御部、８２  動力源切換部、８３  インバータ、８４  インバータ制御部、８５  直流電源、８６  電圧センサ、Ａｈ  保持角度、Ｃ３  弾性駆動機の回転軸心、Ｒ１  回転方向の一方側、Ｒ２  回転方向の他方側、Ｘ  軸方向、Ｘ１  軸方向の一方側、Ｘ２  軸方向の他方側
【図１】
2017089759.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年9月13日(2016.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シフトレンジの切り替えを行う自動変速機のシフトシャフトに連結される出力軸と、
電動機と、
弾性部材に蓄積した弾性エネルギを駆動力源とする弾性駆動機と、
前記出力軸、前記電動機、及び前記弾性駆動機を、相互に駆動力を伝達可能に連結する連結機構と、
電動アクチュエータと、
前記電動機及び前記電動アクチュエータを制御する制御器と、を備え、
前記弾性駆動機は、前記連結機構を介して伝達された前記電動機の駆動力を用いて蓄積した前記弾性エネルギを保持する保持状態と、前記弾性エネルギを解放して前記出力軸を駆動する解放状態とが切り替わり可能な保持機構を備え、
前記電動アクチュエータは、前記保持機構が前記保持状態又は前記解放状態になるように前記保持機構を駆動し、
前記制御器は、前記電動機を制御して前記電動機の駆動力により前記出力軸を回転させると共に前記保持機構が前記保持状態となるように前記電動アクチュエータを制御する電動駆動モードと、前記電動機の制御を停止すると共に前記保持機構が前記解放状態となるように前記電動アクチュエータを制御して前記弾性エネルギにより前記出力軸を回転させる弾性駆動モードと、を選択実行するレンジ切り替え装置。
【請求項２】
前記制御器は、供給電圧が予め設定された低電圧判定値以上である場合に、前記電動駆動モードを実行し、供給電圧が前記低電圧判定値未満である場合に、前記弾性駆動モードを実行する請求項１に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記弾性駆動モードの実行から前記電動駆動モードの実行に移行した後、前記電動機に駆動力を発生させて前記弾性部材に前記弾性エネルギを蓄積させると共に、前記保持機構が前記保持状態となるように前記電動アクチュエータを制御する請求項１又は２に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項４】
前記弾性駆動機は、前記保持機構の前記解放状態で前記弾性エネルギにより前記出力軸を予め定められた回転駆動方向に付勢し、前記保持機構の前記保持状態で前記弾性エネルギを前記出力軸に伝達しない請求項１から３のいずれか一項に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項５】
前記保持機構は、
前記弾性部材の一端に係止されると共に前記連結機構に連結された出力部材と、
前記弾性部材の他端に係止され、前記弾性駆動機を収容する装置ケースにより支持される基礎部材と、
前記電動機の駆動力を用いて前記弾性部材に前記弾性エネルギが蓄積した状態で、前記基礎部材及び前記出力部材に係合して、前記基礎部材及び前記出力部材の相対移動を阻止する係止部材と、
前記係止部材の係合を解除する係止解除部材と、を備える請求項１から４のいずれか一項に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項６】
前記弾性部材は、前記弾性駆動機の回転軸心回りにねじれるねじりばねとされ、
前記出力部材は、前記弾性部材に対して前記回転軸心の径方向の内側に配置された円筒状の筒状部を有し、前記回転軸心の周方向に回転可能であり、
前記基礎部材は、前記出力部材の筒状部の内周面と摺動する外周面を有する円筒状の筒状部を有し、前記周方向に回転可能であり、
前記係止解除部材は、前記基礎部材の筒状部の内周面と摺動する外周面を有する円筒状の筒状部を有し、前記回転軸心の軸方向に移動可能であり、
前記係止部材は、球状に形成され、
前記基礎部材の筒状部には、前記径方向に貫通する基礎部材貫通孔が形成され、
前記出力部材の筒状部の内周面には、前記径方向の外側に窪む出力部材凹部が形成され、
前記係止解除部材の筒状部の外周面には、前記径方向の内側に窪むと共に前記周方向に延びる環状凹部が形成され、
前記係止部材は、前記係止解除部材が前記軸方向の他方側の端に移動した場合に、互いに連通した前記基礎部材貫通孔と前記環状凹部とに跨る解放位置に移動して、前記基礎部材及び前記出力部材の相対回転を可能にすると共に前記係止解除部材を前記軸方向の他方側の端に保持し、
前記係止部材は、前記係止解除部材が前記係止部材により前記軸方向の他方側の端に保持されていると共に前記軸方向の一方側に付勢されている状態で、前記基礎部材に対して前記出力部材が予め定められた保持角度だけ前記周方向にねじれた場合に、互いに連通した前記出力部材凹部と前記基礎部材貫通孔とに跨る保持位置に移動して、前記基礎部材及び前記出力部材の相対回転を阻止すると共に前記係止解除部材を前記軸方向の一方側に移動可能にする請求項５に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項７】
前記係止解除部材を前記軸方向の一方側又は他方側に付勢する電動アクチュエータを備え、
前記電動アクチュエータは、前記係止解除部材に連結されたプランジャと、前記プランジャを前記軸方向の一方側に付勢するプランジャ弾性部材と、通電時に前記プランジャを前記軸方向の他方側に吸引する電磁ソレノイドと、を有する請求項６に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項８】
前記出力部材及び前記装置ケースは、前記弾性部材による前記出力部材の弾性付勢方向における前記装置ケースに対する前記出力部材の回転を、予め定められた出力部材角度で規制する出力部材ストッパ部を有し、
前記基礎部材及び前記装置ケースは、前記弾性部材による前記基礎部材の弾性付勢方向における前記装置ケースに対する前記基礎部材の回転を、予め定められた基礎部材角度で規制する基礎部材ストッパ部を有する請求項６又は７に記載のレンジ切り替え装置。
【請求項９】
前記弾性駆動機は、前記解放状態において、前記弾性エネルギにより前記出力軸をパーキングレンジに対応する回転角度に回転駆動する請求項１から８のいずれか一項に記載のレンジ切り替え装置。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係るレンジ切り替え装置は、シフトレンジの切り替えを行う自動変速機のシフトシャフトに連結される出力軸と、電動機と、弾性部材に蓄積した弾性エネルギを駆動力源とする弾性駆動機と、前記出力軸、前記電動機、及び前記弾性駆動機を、相互に駆動力を伝達可能に連結する連結機構と、電動アクチュエータと、前記電動機及び前記電動アクチュエータを制御する制御器と、を備え、前記弾性駆動機は、前記連結機構を介して伝達された前記電動機の駆動力を用いて蓄積した前記弾性エネルギを保持する保持状態と、前記弾性エネルギを解放して前記出力軸を駆動する解放状態とが切り替わり可能な保持機構を備え、前記電動アクチュエータは、前記保持機構が前記保持状態又は前記解放状態になるように前記保持機構を駆動し、前記制御器は、前記電動機を制御して前記電動機の駆動力により前記出力軸を回転させると共に前記保持機構が前記保持状態となるように前記電動アクチュエータを制御する電動駆動モードと、前記電動機の制御を停止すると共に前記保持機構が前記解放状態となるように前記電動アクチュエータを制御して前記弾性エネルギにより前記出力軸を回転させる弾性駆動モードと、を選択実行するものである。