JP6506147B2 - 回転式アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、回転式アクチュエータに関する。

従来、車両用変速機のシフトバイワイヤシステムの駆動部として用いられるアドオンタイプの回転式アクチュエータが知られている。この回転式アクチュエータは、トランスミッションケースの外壁に固定され、トランスミッションケースに設けられた接続孔を通じてシフトレンジ切換機構のコントロールロッドに接続される。シフトレンジ切換機構は、コントロールロッドの回転位置に応じて変速機のシフトレンジを切り換える。またシフトレンジ切換機構は、コントロールロッドの回転位置がパーキングレンジに対応する位置であるとき、変速機の出力軸の回転をロックする。

上述のような構成のシフトバイワイヤシステムでは、シフトレンジがパーキングレンジである状態において回転式アクチュエータが例えば故障により動作不能となった場合、シフトレンジ切換機構による変速機の出力軸ロックを解除できなくなる。この状況で車両を移動させるには、駆動輪をリフトさせなければならない。この不都合を解消するため、特許文献１に開示されたシフトバイワイヤシステムでは、作業者が手動でコントロールロッドを回転させてシフトレンジを切り換えるための補助切換レバーが設けられている。

特開２００１−２７１９２５号公報

通常、上述のような補助切換レバーは、ケーブルを介してトランスミッションケース内のコントロールロッドに接続される。この場合、トランスミッションケースにケーブルを通すための孔を開けなければならず、また、その孔とケーブルとの間の隙間をシールしなければならない。そのため、新たにシフトバイワイヤシステムを搭載する場合、専用の変速機を開発するか、あるいは既存の変速機に大幅な改良を施す必要があり、コストがかかる。したがって、アドオンタイプの回転式アクチュエータを用いることで車両にシフトバイワイヤシステムを容易に搭載できるという利点が少なくなる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、故障時に手動によるシフトレンジの切り換えを可能としつつも、車両にシフトバイワイヤシステムを容易に搭載することができる回転式アクチュエータを提供することである。

本発明は、車両用変速機のトランスミッションケースの外壁に固定され、シフトバイワイヤシステムの駆動部として用いられる回転式アクチュエータであって、モータと、減速機構と、ハウジングと、出力軸と、手動操作部とを備えている。モータおよび減速機構はハウジングに収容されている。減速機構はモータの回転速度を減速する。出力軸は、減速機構の出力部材に固定され、当該出力部材が出力する回転動力を車両用変速機のシフトレンジ切換機構に伝達する。手動操作部は、出力軸に回転伝達可能であり、ハウジングを貫通するよう設けられ、少なくとも一部がハウジング外に露出している。
本発明の第１態様では、出力部材は、軸方向へ突き出す係合ピンを有する。手動操作部は、ハウジング内で径方向外側へ突き出す係合アームを有する。ハウジングは、出力部材が全シフトレンジに対応する回転位置に回転移動する間、係合アームと係合ピンとが非接触となるよう係合アームを待避させる待避空間を有する。
本発明の第２態様では、手動操作部はシフトレンジ切換機構のコントロールロッドとは別部材である。
本発明の第３態様では、出力軸は、モータとは異なる軸上に設けられる。手動操作部は、出力軸と同軸上に設けられ、ハウジングのうちトランスミッションケースとは反対側を貫通している貫通ロッドと、ハウジング外で貫通ロッドに接続されているアウターレバーと、ハウジング内で貫通ロッドから径方向外側へ突き出す係合アームとを有する。出力部材は、貫通ロッドが軸心まわりに回転するとき係合アームと係合可能なよう、軸方向へ突き出す係合ピンを有する。ハウジングは、出力部材が全シフトレンジに対応する回転位置に回転移動する間、係合アームと係合ピンとが非接触となるよう係合アームを待避させる待避空間を有する。

このように構成された回転式アクチュエータは、動作不能となった場合であっても、手動操作部を操作して出力軸を回転させることによってシフトレンジを切り換えることができる。この回転式アクチュエータをシフトレンジ切換機構に接続するための孔は、従来からトランスミッションケースの外壁に設けられている接続孔のみでよい。つまり、特許文献１のように、補助切換レバーとコントロールロッドとを接続するケーブルを通すための孔を上記接続孔とは別個に開ける必要がなく、また、その孔とケーブルとの間の隙間をシールする必要もない。そのため、回転式アクチュエータを固定するためのねじ穴等を既存の変速機に設けるという比較的小規模な改良のみ行えばよい。したがって、本発明によれば、故障時に手動によるシフトレンジの切り換えを可能としつつも、車両にシフトバイワイヤシステムを容易に搭載することができる。

本発明の第１実施形態による回転式アクチュエータが適用されたシフトバイワイヤシステムを概念的に示す図である。 図１のシフトレンジ切換機構を説明する図である。 図１の回転式アクチュエータの断面図である。 本発明の第２実施形態による回転式アクチュエータの断面図である。 本発明の第３実施形態による回転式アクチュエータの断面図である。 図１の回転式アクチュエータを矢印ＶＩ方向から見た図であって、ハウジングの一部を切り欠いて示す図である。 図６の状態から手動操作部の貫通ロッドが回転して係合アームと係合ピンとが当接した状態を示す図である。 本発明の他の実施形態による回転式アクチュエータの断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による回転式アクチュエータを図１に示す。回転式アクチュエータ１０は、自動変速機１１のシフトバイワイヤシステム１２の駆動部として用いられている。以下、回転式アクチュエータのことを単に「アクチュエータ」と記載する。

（シフトバイワイヤシステム）
先ず、シフトバイワイヤシステム１２の構成について図１を参照して説明する。
シフトバイワイヤシステム１２は、運転者が自動変速機１１のシフトレンジを指令するためのレンジ指令部１３と、自動変速機１１のシフトレンジ切換機構１４を駆動するアクチュエータ１０と、アクチュエータ１０の駆動回路１５と、アクチュエータ１０の出力軸の回転角度を検出する回転角センサ１６と、制御回路１７とを備えている。制御回路１７は、レンジ指令部１３から入力されるシフトレンジの切換指令および回転角センサ１６の検出信号を受けて、自動変速機１１のシフトレンジが切換指令に対応したレンジとなるように駆動回路１５を介してアクチュエータ１０を駆動し、シフトレンジ切換機構１４を動作させる。

シフトレンジ切換機構１４は、自動変速機１１のシフトレンジを、パーキングレンジ、リバースレンジ、ニュートラルレンジ、ドライブレンジの各レンジに順に切り換えるための機構である。具体的には、シフトレンジ切換機構１４は、図２に示すように、自動変速機１１内の図示しない摩擦係合装置の係合および解放をシフトレンジに応じて切換制御するレンジ切換弁２０と、各レンジを保持するディテントスプリング２１およびディテントレバー２２と、シフトレンジがパーキングレンジに切り換えられたときに、自動変速機１１の出力軸に設けられたパークギヤ２３にパークポール２４を嵌合させて、出力軸の回転をロックするパークロッド２５と、ディテントレバー２２が固定されたコントロールロッド２６と、を備えている。

このシフトレンジ切換機構１４は、コントロールロッド２６の回転により、ディテントレバー２２をコントロールロッド２６の軸心まわりに回転させて、ディテントレバー２２に連結されたレンジ切換弁２０およびパークロッド２５を各レンジに対応した切換位置に制御する。シフトバイワイヤシステム１２では、こうしたシフトレンジの切り換えを電動で行うために、コントロールロッド２６にアクチュエータ１０の出力軸を直結している。

（アクチュエータ）
次に、アクチュエータ１０の構成について図１、図３を参照して説明する。
図３に示すように、アクチュエータ１０は、動力発生源としてのモータ３０と、モータ３０の回転速度を所定の減速比にて減速する減速機構３１と、モータ３０および減速機構３１を収容しているハウジング３２と、ハウジング３２により回転可能に支持され、減速機構３１により減速された回転をコントロールロッド２６に伝達する出力軸３３と、を備えている。

ハウジング３２は、カップ状の第１ハウジング部３４および第２ハウジング部３５と、それらのハウジング部の間に位置している第３ハウジング部３６とから構成されている。第１ハウジング部３４と第２ハウジング部３５と第３ハウジング部３６とは、図示しないボルトにより互いに固定されている。

また、ハウジング３２は、ボルト３８（図１参照）によりトランスミッションケース３９の外壁に固定されている。トランスミッションケース３９には接続孔４０が設けられている。第２ハウジング部３５は、接続孔４０に嵌合する筒状の突出部４１を有している。コントロールロッド２６は、接続孔４０を通じて突出部４１内に突き出すように設けられている。

モータ３０は、ハウジング３２に固定されているステータ４２と、ステータ４２の内側に設けられているロータ４３と、ロータ４３と共に回転軸心ＡＸ１まわりに回転する回転軸４４と、を有する。回転軸４４は、ロータ４３に対して軸方向へ離れた箇所に、回転軸心ＡＸ１に対して偏心する偏心部４５を有する。モータ３０は、ステータ４２を構成する３相巻線４６への通電電流を制御回路１７にて制御することにより双方向に回転でき、また、所望の回転位置で停止させることができる。

減速機構３１は、内歯車４７と、遊星歯車４８と、第１外歯車４９と、第２外歯車５０とを有する。内歯車４７は、回転軸心ＡＸ１上に設けられ、ハウジング３２に固定されている。遊星歯車４８は、軸受５１を介して偏心部４５により偏心軸心ＡＸ２まわりに回転可能に支持され、内歯車４７に内接するように噛み合っている。遊星歯車４８は、回転軸４４が回転すると、回転軸心ＡＸ１まわりに公転しながら偏心軸心ＡＸ２まわりに自転する遊星運動を行う。このときの遊星歯車４８の自転速度は、回転軸４４の回転速度に対して減速される。遊星歯車４８は、軸方向へ突き出す回転伝達用の突起５２を形成している。

第１外歯車４９は、回転軸心ＡＸ１上に設けられ、軸受５３を介して第２ハウジング部３５により回転軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持されている。また、第１外歯車４９は、突起５２が挿入されている回転伝達用の通孔５４を有している。遊星歯車４８の自転は、突起５２と通孔５４の内壁との係合により第１外歯車４９に伝達される。第２外歯車５０は、回転軸心ＡＸ１と平行であり且つ突出部４１と同軸である回転軸心ＡＸ３上に設けられ、第１外歯車４９に外接するように噛み合っている。第２外歯車５０は、第１外歯車４９が回転軸心ＡＸ１まわりに回転すると、回転軸心ＡＸ３まわりに回転する。このときの第２外歯車５０の回転速度は、第１外歯車４９の回転速度に対して減速される。

出力軸３３は、回転軸心ＡＸ３上に設けられ、減速機構３１の「出力部材」である第２外歯車５０に固定されている。また、出力軸３３は、軸受５５を介して第２ハウジング部３５により回転軸心ＡＸ３まわりに回転可能に支持されている。コントロールロッド２６は、筒状の出力軸３３の内側に挿入され、当該出力軸３３と回転伝達可能に連結されている。

アクチュエータ１０は、出力軸３３に回転伝達可能な手動操作部６０をさらに備えている。手動操作部６０は、貫通ロッド６１とアウターレバー６２とを有している。貫通ロッド６１は、出力軸３３と同軸上に設けられ、当該出力軸３３と一体に設けられている。また、貫通ロッド６１は、ハウジング３２のうちトランスミッションケース３９とは反対側であって、第３ハウジング部３６を貫通しており、一部がハウジング３２外に露出している。貫通ロッド６１と第３ハウジング部３６との隙間は、オイルシール６５によりシールされている。アウターレバー６２の一端は、ハウジング３２外で貫通ロッド６１に接続されている。また、図１に示すように、アウターレバー６２の他端は、ケーブル６３を介して、作業者が直接操作するＰロック解除用レバーとしての補助切換レバー６４に連結されている。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、アクチュエータ１０は、出力軸３３に回転伝達可能な手動操作部６０を備えている。手動操作部６０は、ハウジング３２を貫通するよう設けられ、少なくとも一部がハウジング３２外に露出している。

このように構成されたアクチュエータ１０は、動作不能となった場合であっても、手動操作部６０を操作して出力軸３３を回転させることによってシフトレンジを切り換えることができる。この回転式アクチュエータ１０をシフトレンジ切換機構１４に接続するための孔は、従来からトランスミッションケース３９の外壁に設けられている接続孔４０のみでよい。つまり、外部の補助切換レバー６４をコントロールロッド２６に接続するケーブルを通すための孔を接続孔４０とは別個に開ける必要がなく、また、その孔とケーブルとの間の隙間をシールする必要もない。そのため、アクチュエータ１０を固定するためのねじ穴等を既存の変速機に設けるという比較的小規模な改良のみ行えばよい。したがって、本実施形態によれば、故障時に手動によるシフトレンジの切り換えを可能としつつも、車両にシフトバイワイヤシステム１２を容易に搭載することができる。

また、第１実施形態では、出力軸３３は、モータ３０とは異なる軸上に設けられている。手動操作部６０は、出力軸３３と同軸上に設けられ、ハウジング３２のうちトランスミッションケース３９とは反対側であって第３ハウジング部３６を貫通している貫通ロッド６１と、ハウジング３２外で貫通ロッド６１に接続されているアウターレバー６２と、を有している。そのため、アクチュエータ１０が動作不能となった場合であっても、アウターレバー６２を操作して貫通ロッド６１を介して出力軸３３を回転させることによってシフトレンジを切り換えることができる。また、回転体である貫通ロッド６１と第３ハウジング部３６との隙間をオイルシール６５によりシールすることにより、従来のように延伸方向へ移動するケーブルとトランスミッションケースの孔との隙間をシールする場合よりも、シール性を向上させることができる。

また、第１実施形態では、貫通ロッド６１は、出力軸３３と一体に設けられている。そのため、部品点数を増やすことなく貫通ロッド６１を設けることができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、図４に示すように、貫通ロッド７１は、コントロールロッド２６と一体に設けられている。そのため、部品点数を増やすことなく貫通ロッド７１を設けることができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、図５、図６に示すように、手動操作部８０は、貫通ロッド８１と、アウターレバー６２と、係合アーム８２とを有する。アウターレバー６２は、ハウジング８４外で貫通ロッド８１に接続されている。係合アーム８２は、ハウジング８４内で貫通ロッド８１から径方向外側へ突き出している。

出力部材８７は、貫通ロッド８１が回転軸心ＡＸ３まわりに回転するとき係合アーム８２と係合可能なよう、軸方向へ突き出す係合ピン８３を有している。
ハウジング８４は、第１ハウジング部３４と第２ハウジング部８５と第３ハウジング部８６とから構成されている。本実施形態では、突出部４１は第２ハウジング部８５に設けられている。貫通ロッド８１は第２ハウジング部８５を貫通している。貫通ロッド８１と第２ハウジング部８５との隙間は、Ｏリング７９によりシールされている。

ハウジング８４は、図６に示すように出力部材８７が全シフトレンジに対応する回転位置８７ｐ、８７ｒ、８７ｎ、８７ｄに回転移動する間、係合アーム８２と係合ピン８３とが非接触となるよう係合アーム８２を待避させる待避空間８８を有している。つまり、手動操作部８０の非作動状態では、係合アーム８２と係合ピン８３とは当接しない位置関係にある。本実施形態では、係合アーム８２は、手動操作部８０の非作動状態において、第２ハウジング部８５の内壁８９に当接している。そして、係合アーム８２は、手動操作部８０の作動時には、図７に示すように貫通ロッド８１と共に回転して係合ピン８３に当接し、この係合ピン８３を押し込んで出力部材８７を回転させる。

このように構成することで、アクチュエータ１０が正常に動作している間、シフトレンジの切り換えが行われる度に補助切換レバー６４が回転することを回避できる。
そのため、正常なシフトレンジ切り換え時に補助切換レバー６４が回転しないよう空振りさせる機構を、例えばケーブル６３などに設ける必要がない。車室外に上記空振り機構を設ける場合、可動部に砂利等の異物が噛み込むことに起因するロックが懸念される。

ここで、第２実施形態のように貫通ロッド７１をコントロールロッド２６と一体に設ける場合の不都合について説明する。第２実施形態では、アクチュエータ１０をトランスミッションケース３９から取り外すとき、コントロールロッド２６のみならず貫通ロッド７１からもハウジング３２を完全に引き抜く必要がある。そのため、アクチュエータ１０に対してトランスミッションケース３９とは反対側に十分なスペースがない場合、アクチュエータ１０を取り外すことができないという不都合がある。

これに対して、第３実施形態では、貫通ロッド８１は、コントロールロッド２６とは別部材である。そのため、アクチュエータ１０をトランスミッションケース３９から取り外すとき、コントロールロッド２６からハウジング３２を完全に引き抜くだけでよい。そのため、アクチュエータ１０に対してトランスミッションケース３９とは反対側に十分なスペースがない場合であっても、アクチュエータ１０を取り外すことができる。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、図８に示すように、出力軸３３が回転軸４４と同軸上に設けられてもよい。この場合、手動操作部９０は、例えば、コントロールロッド２６から径方向外側へ突き出すように設けられたレバー９１から構成される。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・回転式アクチュエータ
１１・・・車両用変速機
１２・・・シフトバイワイヤシステム
１４・・・シフトレンジ切換機構
３０・・・モータ
３１・・・減速機構
３２、８４・・・ハウジング
３３・・・出力軸
３９・・・トランスミッションケース
６０、８０・・・手動操作部

Claims (4)

1. 車両用変速機（１１）のトランスミッションケース（３９）の外壁に固定され、シフトバイワイヤシステム（１２）の駆動部として用いられる回転式アクチュエータであって、
   モータ（３０）と、
   前記モータの回転速度を減速する減速機構（３１）と、
   前記モータおよび前記減速機構を収容しているハウジング（８４）と、
   前記減速機構の出力部材に固定され、前記出力部材が出力する回転動力を前記車両用変速機のシフトレンジ切換機構（１４）に伝達する出力軸（３３）と、
   前記出力軸に回転伝達可能であり、前記ハウジングを貫通するよう設けられ、少なくとも一部が前記ハウジング外に露出している手動操作部（８０）と、
   を備え、
   前記出力部材は、軸方向へ突き出す係合ピン（８３）を有し、
   前記手動操作部は、前記ハウジング内で径方向外側へ突き出す係合アーム（８２）を有し、
   前記ハウジングは、前記出力部材が全シフトレンジに対応する回転位置に回転移動する間、前記係合アームと前記係合ピンとが非接触となるよう前記係合アームを待避させる待避空間（８８）を有する回転式アクチュエータ。
2. 車両用変速機（１１）のトランスミッションケース（３９）の外壁に固定され、シフトバイワイヤシステム（１２）の駆動部として用いられる回転式アクチュエータであって、
   モータ（３０）と、
   前記モータの回転速度を減速する減速機構（３１）と、
   前記モータおよび前記減速機構を収容しているハウジング（３２、８４）と、
   前記減速機構の出力部材に固定され、前記出力部材が出力する回転動力を前記車両用変速機のシフトレンジ切換機構（１４）に伝達する出力軸（３３）と、
   前記出力軸に回転伝達可能であり、前記ハウジングを貫通するよう設けられ、少なくとも一部が前記ハウジング外に露出している手動操作部（６０、８０）と、
   を備え、
   前記手動操作部は前記シフトレンジ切換機構のコントロールロッド（２６）とは別部材である回転式アクチュエータ。
3. 車両用変速機（１１）のトランスミッションケース（３９）の外壁に固定され、シフトバイワイヤシステム（１２）の駆動部として用いられる回転式アクチュエータであって、
   モータ（３０）と、
   前記モータの回転速度を減速する減速機構（３１）と、
   前記モータおよび前記減速機構を収容しているハウジング（８４）と、
   前記減速機構の出力部材に固定され、前記出力部材が出力する回転動力を前記車両用変速機のシフトレンジ切換機構（１４）に伝達する出力軸（３３）と、
   前記出力軸に回転伝達可能であり、前記ハウジングを貫通するよう設けられ、少なくとも一部が前記ハウジング外に露出している手動操作部（８０）と、
   を備え、
   前記出力軸は、前記モータとは異なる軸上に設けられ、
   前記手動操作部は、前記出力軸と同軸上に設けられ、前記ハウジングのうち前記トランスミッションケースとは反対側を貫通している貫通ロッド（８１）と、前記ハウジング外で前記貫通ロッドに接続されているアウターレバー（６２）と、前記ハウジング内で前記貫通ロッドから径方向外側へ突き出す係合アーム（８２）と、を有し、
   前記出力部材は、前記貫通ロッドが軸心まわりに回転するとき前記係合アームと係合可能なよう、軸方向へ突き出す係合ピン（８３）を有し、
   前記ハウジングは、前記出力部材が全シフトレンジに対応する回転位置に回転移動する間、前記係合アームと前記係合ピンとが非接触となるよう前記係合アームを待避させる待避空間（８８）を有する回転式アクチュエータ。
4. 前記手動操作部は、前記出力軸と一体に設けられている請求項２に記載の回転式アクチュエータ。

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