(57)【要約】【課題】円滑に作動することが可能な自動変速装置のシフト機構の提供。【解決手段】自動変速装置のシフト機構は、電動モータ１２により回転されるウォームギヤ１３およびこれと噛合したウォームホイール１４とを備えている。ウォームホイール１４が回転することにより、ホイールシャフト１５を介してフォークシャフトを軸方向に移動させ、変速ギヤの噛み合いを切換える。電動モータ１２およびウォームギヤ１３には支持スプリング１７が取り付けられており、ウォームギヤ１３をウォームホイール１４に向けて付勢している。ウォームギヤ１３はウォームホイール１４から離れる方向に移動可能であって、電動モータ１２からの駆動力によりウォームギヤ１３に対して過大な荷重が加わった場合、ウォームギヤ１３はウォームホイール１４の歯面上を滑り、支持スプリング１７による付勢力に抗してウォームホイール１４との噛合が解除可能に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータと、
該電動モータにより回転されるウォームギヤと、
該ウォームギヤと噛合し、前記ウォームギヤを介して前記電動モータにより回転されるウォームホイールと、
該ウォームホイールとともに回転する伝達部材と、
該伝達部材と係合し、前記伝達部材の回転により軸方向に移動可能なシフト軸と、
該シフト軸と係合し、前記シフト軸とともに移動することにより変速ギヤの噛み合いを切換えるスリーブとを備えた自動変速装置のシフト機構において、
前記ウォームホイールを回転可能に支承する基部と前記ウォームギヤとの間には、前記ウォームギヤを前記ウォームホイールに向けて付勢し、前記ウォームギヤを前記ウォームホイールに噛合させる付勢手段が設けられ、
前記ウォームギヤは前記ウォームホイールから離れる方向に移動可能であって、前記電動モータからの駆動力により前記ウォームギヤに対して所定の荷重が加えられた場合、前記ウォームギヤは前記ウォームホイールの歯面上を滑り、前記付勢手段による付勢力に抗して前記ウォームホイールとの噛合が解除可能であることを特徴とする自動変速装置のシフト機構。
【請求項２】
前記基部は前記ウォームギヤの近傍に形成された壁部を有し、前記壁部には前記ウォームギヤの移動方向に延びるガイド溝が形成されており、該ガイド溝には前記ウォームギヤに設けられたガイド凸部が移動可能に係合していることを特徴とする請求項１に記載の自動変速装置のシフト機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に使用される自動変速装置のシフト機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の自動変速装置において、変速ギヤの噛み合いを切換えるためにスリーブを移動させるシフト機構には従来より様々なものがあった。動力源により減速機構を介して作動部材を移動させ、作動部材と係合したフォークシャフトを軸方向に移動させることにより、フォークと係合したスリーブを動作させるシフト機構に関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
シフト機構においては、車両への取付スペースまたはコスト上の課題から、電動モータ等の動力源の小型化が望まれている。電動モータを小型化した場合、その出力トルクが低下するため減速機構の出力の高トルク化が必要となる。ここで、減速機構において出力のトルクを増大させるために、入出力のギヤ比を大きく設定することができるウォームギヤとウォームホイール（ギヤ）とを組み合わせて形成することが考えられる。
【特許文献１】特開２００５―２２６６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウォームギヤとウォームホイールとを使用したシフト機構において、シフト動作が完了し、スリーブがストッパに当接してフォークシャフトが停止した場合、ウォームホイールはそれ以上回転することはできなくなる。それにも拘わらず、これ以降も電動モータによりウォームギヤを駆動し続け、ウォームギヤからウォームホイールに対して過大なトルクが働くと、ウォームギヤとウォームホイールとの噛み合い部において、ギヤ歯同士の噛み込みが発生してロック状態となる恐れがあった。ウォームギヤとウォームホイールのギヤ歯同士がロック状態となると、電動モータを正逆両方向に回転させても双方を解離することが困難となり、シフト機構の円滑な作動が妨げられる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、円滑に作動することが可能な自動変速装置のシフト機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、電動モータと、電動モータにより回転されるウォームギヤと、ウォームギヤと噛合し、ウォームギヤを介して電動モータにより回転されるウォームホイールと、ウォームホイールとともに回転する伝達部材と、伝達部材と係合し、伝達部材の回転により軸方向に移動可能なシフト軸と、シフト軸と係合し、シフト軸とともに移動することにより変速ギヤの噛み合いを切換えるスリーブとを備えた自動変速装置のシフト機構において、ウォームホイールを回転可能に支承する基部とウォームギヤとの間には、ウォームギヤをウォームホイールに向けて付勢し、ウォームギヤをウォームホイールに噛合させる付勢手段が設けられ、ウォームギヤはウォームホイールから離れる方向に移動可能であって、電動モータからの駆動力によりウォームギヤに対して所定の荷重が加えられた場合、ウォームギヤはウォームホイールの歯面上を滑り、付勢手段による付勢力に抗してウォームホイールとの噛合が解除可能に形成されている。
これにより、シフト動作が完了してウォームホイールが停止した後、電動モータによりウォームギヤに対して過大なトルクが加わった場合でも、双方の噛合が解除されてロック状態となることを回避できるため、シフト機構は円滑に作動することができる。
【０００６】
また、本発明において、基部はウォームギヤの近傍に形成された壁部を有し、壁部にはウォームギヤの移動方向に延びるガイド溝が形成されており、ガイド溝にはウォームギヤに設けられたガイド凸部が移動可能に係合している。
これにより、ウォームギヤはガイド溝に沿って円滑に移動でき、ウォームギヤとウォームホイールとの噛合がスムーズに解除される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１乃至図５に基づき、本発明の一実施形態による自動変速装置のシフト機構について説明する。シフト機構を形成する駆動装置１は、ハウジング１１（本発明の基部に該当する）の外壁１１１により回転可能に支持されたホイールシャフト１５（本発明の伝達部材に該当する）を備えており、ハウジング１１の外壁１１１から突出したホイールシャフト１５の一端部にはピニオンギヤ１５ａが形成されている（図１示）。
【０００８】
自動変速装置の１速と２速間のシフトを行う第１フォークシャフト２にはフォーク２１が取り付けられており（第１フォークシャフト２およびフォーク２１を包括した構成が、本発明のシフト軸に該当する）、フォーク２１はスリーブ２２（本発明のスリーブに該当する）と係合している。スリーブ２２は自動変速装置のアウトプットシャフト（図示せず）上を移動して変速ギヤ（図示せず）と選択的に噛み合い、噛み合った変速ギヤをアウトプットシャフトと連結することにより複数の変速ギヤの噛み合いを切換えている。第１フォークシャフト２にはラック歯２ａが形成されており、ラック歯２ａは上述したホイールシャフト１５のピニオンギヤ１５ａと噛合している。これにより、ホイールシャフト１５が回転すると、第１フォークシャフト２はフォーク２１とともに軸方向に移動可能となっている。
【０００９】
第２フォークシャフト３は自動変速装置の３速と４速間のシフトを行うもので、第１フォークシャフト２と同様にスリーブ３２と係合したフォーク３１が取り付けられ（第２フォークシャフト３およびフォーク３１を包括した構成が、本発明のシフト軸に該当する）、上述した駆動装置１とは別の駆動装置のホイールシャフト（図示せず）と噛合している。
【００１０】
また、第３フォークシャフト４は自動変速装置の５速とリバース間のシフトを行うもので、第１フォークシャフト２と同様にスリーブと係合したフォーク（図示せず）が取り付けられ、上述した駆動装置１とは別の駆動装置のホイールシャフト（図示せず）と噛合している。
【００１１】
駆動装置１のハウジング１１内には電動モータ１２（図２に示し、本発明の電動モータに該当する）が設けられており、電動モータ１２にはコントローラ５内の駆動回路（図示せず）が接続されている。また、コントローラ５には回転位置センサ６、レバー位置センサ７および車速センサ８が接続されている。回転位置センサ６は例えばパルスエンコーダ等により形成され、ホイールシャフト１５の回転位置を検出している。レバー位置センサ７は自動変速装置の操作チェンジレバー９に取り付けられており、操作チェンジレバー９の操作位置を検出している。車速センサ８は自動変速装置のアウトプットシャフトに取り付けられた回転速度センサで、車両の走行速度を検出している。コントローラ５は回転位置センサ６、レバー位置センサ７および車速センサ８からの入力信号に基づき、電動モータ１２の作動を制御する。
【００１２】
図２乃至図４に示すように、駆動装置１のハウジング１１内にはウォームギヤ１３（本発明のウォームギヤに該当する）が設けられている。ウォームギヤ１３は一対のベアリング１３１により回転可能に支承されたウォーム体１３２を有しており、ウォーム体１３２の外周面にはウォームギヤ歯１３３が形成されている。ウォーム体１３２は電動モータ１２の出力シャフト１２１に接続されており、電動モータ１２により回転可能とされている。
【００１３】
ウォームホイール１４（本発明のウォームホイールに該当する）は外周面にウォームホイールギヤ歯１４１を有しており、これがウォーム体１３２のウォームギヤ歯１３３と噛合している。これによりウォームホイール１４は、ウォームギヤ１３を介して電動モータ１２により回転可能に形成されている。
【００１４】
図４に示すように、ハウジング１１内には鉛直方向に延びた第１壁部１１２（本発明の壁部に該当する）が一体に形成されている。第１壁部１１２には、上述したように一端部がハウジング１１の外壁１１１から突出したホイールシャフト１５の他端部が貫通しており、ホイールシャフト１５はベアリング１６を介して第１壁部１１２により回転可能に支承されている。ホイールシャフト１５はウォームホイール１４に対して、その中心を貫通するように固着されており、この結果、ウォームホイール１４はホイールシャフト１５とともにハウジング１１に回転可能に支承されている。
【００１５】
ハウジング１１内には、第１壁部１１２とともに電動モータ１２およびウォームギヤ１３を側方よりはさむように鉛直方向に延びた第２壁部１１３（本発明の壁部に該当する）が一体に形成されている（図３および図４示）。ウォームギヤ１３の近傍において、互いに対向する第１壁部１１２および第２壁部１１３の双方には、上下方向（後述するように、ウォームギヤ１３の移動方向に該当する）に延びる３条のガイド溝１１２ａ、１１３ａ（本発明のガイド溝に該当する）が形成されている。
【００１６】
一方、電動モータ１２の後端外周面には、一対の係合凸部１２２が形成されている。係合凸部１２２は断面が円形の電動モータ１２の外周面の内、第１壁部１１２および第２壁部１１３に最も接近した位置である、時計における３時と９時の位置に形成されている。各々の係合凸部１２２は第１壁部１１２および第２壁部１１３に形成されたガイド溝１１２ａ、１１３ａに移動可能に係合している。
また、ウォームギヤ１３の各々のベアリング１３１の両側面には一対の突条１３４（本発明のガイド凸部に該当する）が形成されており、これらはそれぞれ第１壁部１１２および第２壁部１１３に形成されたガイド溝１１２ａ、１１３ａに移動可能に係合している。
【００１７】
さらに、電動モータ１２の下端部には、ヘリカルスプリングにより形成された支持スプリング１７（本発明の付勢手段に該当する）の一端部が取り付けられ、支持スプリング１７の他端部はハウジング１１の底面１１４に固着されている。同様に、ウォームギヤ１３の一対のベアリング１３１のそれぞれの下端部にも同様の支持スプリング１７（本発明の付勢手段に該当する）の一端部が取り付けられ、各々の支持スプリング１７の他端部はハウジング１１の底面１１４に固着されている。
【００１８】
電動モータ１２およびベアリング１３１に取り付けられた支持スプリング１７は底面１１４との間で圧縮されて、ウォームギヤ１３をウォームホイール１４に向けて所定荷重により付勢しており、ウォームギヤ１３をウォームホイール１４に噛合させている。ウォームギヤ１３はガイド溝１１２ａ、１１３ａ上をウォームホイール１４から離れる方向に移動可能であって、支持スプリング１７による付勢力に抗してウォームホイール１４との噛合が解除可能に形成されている。
【００１９】
次に、本実施形態によるシフト機構の作動方法について説明する。たとえば、自動変速機が１速にある状態で車両が走行している場合に、レバー位置センサ７および車速センサ８からの検出信号に基づいて、コントローラ５が自動変速機を２速に変速すると判断すると、コントローラ５の駆動回路から電動モータ１２に対して駆動電流が供給される。駆動電流の供給を受けた電動モータ１２は一方向に回転して、ウォームギヤ１３のウォーム体１３２を回転させる。
【００２０】
この時、支持スプリング１７からの付勢力によりウォームギヤ１３と噛合したウォームホイール１４も、一方向に回転されてホイールシャフト１５を回転させる。ホイールシャフト１５の回転により、ピニオンギヤ１５ａと噛合するラック歯２ａが形成されたフォークシャフト２が軸方向に移動する。軸方向に移動したフォークシャフト２はフォーク２１を介してスリーブ２２をアウトプットシャフト上に移動させ、変速ギヤの噛合いの切換えを行う。
【００２１】
変速ギヤの噛合いの切換えが完了し、スリーブ２２がストッパ（図示せず）に当接して停止することにより、フォークシャフト２を介してウォームホイール１４の回転も停止する。ウォームホイール１４の回転が停止した後も、電動モータ１２の駆動が継続されると、ウォームギヤ１３に対して印加される荷重が徐々に増大する。ウォームギヤ１３に対して加わる荷重が所定の荷重になり、ウォームギヤ１３をウォームホイール１４から離れさせる荷重が、支持スプリング１７による所定の付勢力等による抵抗力よりも大きくなると、ウォームギヤ歯１３３がウォームホイールギヤ歯１４１の歯面上を滑り出す。これにより、支持スプリング１７の付勢力等に抗してウォームギヤ１３がウォームホイール１４に対して離れる方向に移動して、ウォームギヤ１３とウォームホイール１４との噛合いが解除され、これ以降、ウォームギヤ１３は空転してウォームホイール１４との間がロック状態となることが回避される。
【００２２】
図５に基づいて、上述したウォームギヤ１３とウォームホイール１４との間の噛合いの解除について詳述する。説明の便宜上、電動モータ１２による駆動力または支持スプリング１７による付勢力によって、ウォームギヤ歯１３３とウォームホイールギヤ歯１４１との間に発生する荷重は、歯面の１点において加えられるものとする。また、電動モータ１２およびウォームギヤ１３等に働く重力の影響は無視している。
【００２３】
いま、電動モータ１２およびウォームギヤ１３を付勢する支持スプリング１７により、ウォームギヤ歯１３３に対して図５において上向きの荷重F1が加えられているとする。また、電動モータ１２による駆動力により、ウォームギヤ歯１３３に対して図５において左向きの荷重F4が加えられているとする。
【００２４】
ここで、ウォームギヤ歯１３３の歯面およびウォームホイールギヤ歯１４１の歯面の傾きをともにθとすると、支持スプリング１７による荷重F1は、ウォームホイールギヤ歯１４１の歯面に垂直な分力F2と歯面に平行な分力F3とに分解できる。すると、ウォームホイールギヤ歯１４１の歯面に平行な分力F3は、ウォームギヤ１３をウォームホイール１４に噛合させる荷重となって働く。また、ウォームギヤ歯１３３の歯面とウォームホイールギヤ歯１４１の歯面との間の摩擦係数をμとすれば、ウォームホイールギヤ歯１４１の歯面に垂直な分力F2は、ウォームギヤ１３がウォームホイール１４に対して、その噛合が解除する方向に滑る場合に抵抗となる摩擦力μF2として働く。
【００２５】
一方、電動モータ１２の駆動によって発生する荷重F4は、ウォームホイールギヤ歯１４１の歯面に垂直な分力F5と歯面に平行な分力F6とに分解できる。すると、ウォームホイールギヤ歯１４１の歯面に平行な分力F6は、ウォームギヤ歯１３３をウォームホイールギヤ歯１４１に対して図５において下方に滑らせ、ウォームギヤ１３をウォームホイール１４に対して離れる向きに移動させる荷重となって働く。また、ウォームホイールギヤ歯１４１の歯面に垂直な分力F5は、ウォームギヤ１３がウォームホイール１４に対して、その噛合が解除する方向に滑る場合に抵抗となる摩擦力μF5として働く。
【００２６】
したがって、ウォームギヤ１３がウォームホイールギヤ歯１４１の歯面に平行な方向であって、ウォームホイール１４に対して離れる向きに移動する場合の各荷重の関係は、
F6＞F3＋μF2＋μF5  ・・・  （１）
となる。
ここで、F2＝F1×ｓｉｎθ、F3＝F1×ｃｏｓθ、F5＝F4×ｃｏｓθ、F6＝F4×ｓｉｎθであるから、上述の（１）式は、
F4×ｓｉｎθ＞F1×ｃｏｓθ＋μF1×ｓｉｎθ＋μF4×ｃｏｓθ  ・・・  （２）となる。
上述の（２）式を変形すれば、
F4＞（ｃｏｓθ＋μｓｉｎθ）F1／｜ｓｉｎθ−μｃｏｓθ｜  ・・・  （３）となる。但し、｜ｓｉｎθ−μｃｏｓθ｜はｓｉｎθ−μｃｏｓθの絶対値を表す。
【００２７】
すなわち、電動モータ１２の駆動により加えられる荷重F4が増大し、ウォームギヤ１３とウォームホイール１４との間がロック状態となる以前に（３）式が成立すれば、ウォームギヤ１３が支持スプリング１７による付勢力等に抗してウォームホイール１４から離れる方向に移動できる。
【００２８】
したがって、例えば実験により、ウォームギヤ１３とウォームホイール１４との間がロック状態となる瞬間における電動モータ１２によりウォームギヤ１３に加えられる荷重F4(0)を求め、上述した（３）式におけるF4を、各部材の寸法等の様々なばらつきを考慮して荷重F4(0)よりも所定量だけ小さな荷重F4(1)とした場合に、（３）式が成立するように支持スプリング１７による荷重F1（支持スプリング１７の自由長、セット長およびバネ定数により決定される）を設定すればよいことが分かる。ここで荷重F4(1)は、ウォームギヤ１３がウォームホイール１４から受ける負荷に抗して確実にシフト作動を完了するために、荷重F4(0)より小さく、かつ、ウォームホイール１４を駆動するために十分な値に設定することがよい。
【００２９】
本実施形態によれば、電動モータ１２と、電動モータ１２により回転されるウォームギヤ１３と、ウォームギヤ１３と噛合し、ウォームギヤ１３を介して電動モータ１２により回転されるウォームホイール１４と、ウォームホイール１４とともに回転するホイールシャフト１５と、ホイールシャフト１５と係合しホイールシャフト１５の回転により軸方向に移動可能なフォークシャフト２と、フォークシャフト２と係合しフォークシャフト２とともに移動することにより変速ギヤの噛み合いを切換えるスリーブ２２とを備え、ウォームホイール１４を回転可能に支承するハウジング１１とウォームギヤ１３との間には、ウォームギヤ１３をウォームホイール１４に向けて付勢し、ウォームギヤ１３をウォームホイール１４に噛合させる支持スプリング１７が設けられ、ウォームギヤ１３はウォームホイール１４から離れる方向に移動可能であって、電動モータ１２からの駆動力によりウォームギヤ１３に対して所定の荷重が加えられた場合、ウォームギヤ１３はウォームホイール１４の歯面上を滑り、支持スプリング１７による付勢力に抗してウォームホイール１４との噛合が解除可能に形成されている。
これにより、シフト動作が完了してウォームホイール１４が停止した後、電動モータ１２によりウォームギヤ１３に対して過大なトルクが加わった場合でも、双方の噛合が解除されてロック状態となることを回避できるため、シフト機構は円滑に作動することができる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、ハウジング１１はウォームギヤ１３の近傍に形成された第１壁部１１２および第２壁部１１３を有し、双方の壁部１１２、１１３にはウォームギヤ１３の移動方向に延びるガイド溝１１２ａ、１１３ａが形成されており、ガイド溝１１２ａ、１１３ａには電動モータ１２に設けられた係合凸部１２２およびウォームギヤ１３に設けられた突条１３４が移動可能に係合している。
これにより、電動モータ１２およびウォームギヤ１３はガイド溝１１２ａ、１１３ａに沿って円滑に移動でき、ウォームギヤ１３とウォームホイール１４との噛合がスムーズに解除される。
＜他の実施形態＞
【００３１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
セレクト機構を設けて、変速段に合わせて単一の駆動装置１を複数のフォークシャフト２に対して選択的に係合させるようにしてもよい。
支持スプリング１７は、必ずしも電動モータ１２には取り付けなくてもよく、少なくともウオームギヤ１３のみに取り付ければよい。
ウォームギヤ１３をウォームホイール１４に噛合させるために付勢する手段はヘリカルスプリングに限られず、コニカルスプリング、板ばねまたは弾性ゴム等であってもよい。
ウォームギヤ１３とウォームホイール１４との間がロック状態となる瞬間における電動モータ１２によりウォームギヤ１３に加えられる荷重F4(0)は、理論計算により求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態による自動変速装置のシフト機構の全体図
【図２】図１に示した駆動装置の内部側面図
【図３】図２の底面図
【図４】図２の側面図
【図５】図２におけるＡ部詳細図
【符号の説明】
【００３３】
図面中、２，３，４はフォークシャフト（シフト軸）、１１はハウジング（基部）、１２は電動モータ、１３はウォームギヤ、１４はウォームホイール、１５はホイールシャフト（伝達部材）、１７は支持スプリング（付勢手段）、２１，３１はフォーク、２２，３２はスリーブ、１１２は第１壁部（壁部）、１１３は第２壁部（壁部）、１１２ａ，１１３ａはガイド溝、１３３はウォームギヤ歯、１３４は突条（ガイド凸部）、１４１はウォームホイールギヤ歯を示している。
【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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