JP3815203B2 - 回転角度検出装置とこの回転角度検出装置を組み込んだ変速機用駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る回転角度検出装置とこの回転角度検出装置を組み込んだ変速機用駆動装置は、自動車用変速機の変速比を自動的に、或は運転者の指示に従って切り替える為の駆動装置に関する。特に本発明の回転角度検出装置は、選択したギヤを噛合状態にすべく切換シャフトを回転させるシフト動作の際に、この切換シャフトの回転角度を検出する為に使用する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の変速機として従来から、運転者がクラッチペダルと共にシフトレバーを操作する事によりギヤを切り換える手動変速機、或は運転状況に応じて変速機を自動的に切り換える自動変速機が、広く使用されている。又、このうちの自動変速機としては、複数組の遊星歯車機構を組み合わせたもの、可変式のプーリと無端ベルトとを組み合わせたもの、対となるディスク同士の間に挟持したパワーローラの傾斜角度を変えるもの等が、従来から使用されている。更に、従来手動変速機として使用されていた変速ユニットの切り換えを自動的に行なえる様にすると共に、クラッチの断接を自動的に行なえる様にした自動車用変速機も、操作が容易で、しかも伝達効率が一般的な自動変速機に比べて高い事、更には小型・軽量で低コストにできる事から、近年使用される様になっている。
【０００３】
この様な自動車用変速機で変速ユニットを構成するギヤの切り換えを行なう為の構造として従来から、油圧式のもの、或は特開平２−２７３０５１号公報に記載されている様な機械式のもの等、各種構造のものが知られている。周知の様に、上記変速ユニットは、切換シャフトを軸方向に変位する事によりセレクト動作（一般的な手動式フロアシフト車でシフトレバーを車両の幅方向に変位させる事により行なう動作で、変速の為のギヤを選択する動作）を、同じく回転させる事によりシフト動作（同じくシフトレバーを車両前後方向に変位させる事により行なう動作で、選択したギヤに対応するシンクロメッシュ機構を結合する動作）を、それぞれ行なわせる。
【０００４】
例えば、図４に示す様に、前進５段（１速〜５速）、後退１段（Ｒ）の６種類の変速状態を実現する変速ユニットで考えた場合、セレクト動作では、何れの変速状態ともならない（シンクロメッシュ機構がフリー状態となっている）ニュートラル状態のまま、図４の左右方向両端位置と左右方向中央位置との３種類の位置を選択する。又、シフト動作では、このニュートラル状態での３種類の位置から、何れかの方向（図４の上方又は下方）に変位させ、何れかのシンクロメッシュ機構を接続状態として、何れかの変速状態とする。
【０００５】
上述の様なセレクト動作とシフト動作とを自動的に行なわせる為には、変速ユニットに組み込んだ切換シャフトを軸方向に変位させるセレクト動作を行なわせる為の第一のアクチュエータと、選択したギヤを噛合状態にすべく上記切換シャフトを回転させるシフト動作を行なわせる為の第二のアクチュエータとを設ける必要がある。更に、上記第一のアクチュエータによる上記切換シャフトの軸方向に関する変位量を検出する為の軸方向変位検出装置と、上記第二のアクチュエータによるこの切換シャフトの回転角度を検出する為の回転角度検出装置とを設ける必要がある。
【０００６】
このうちの軸方向変位検出装置は、図４に示したシフトパターンの場合で、中央位置と幅方向両端位置との３個所位置を検出できるものであれば良く、上記切換シャフトの軸方向変位に基づいて断接するマイクロスイッチ等を利用した、周知の検出構造を採用できる。これに対して、上記回転角度検出装置の場合には、小型でしかも低コストの構造を実現する事は難しい。即ち、工作機械や測定装置等に組み込まれているロータリエンコーダを使用する事は、過剰品質でコストが嵩む原因となる。又、設置位置によっては、上記第一のアクチュエータと上記切換シャフトとの間に設ける動力伝達機構のがたつきに基づく誤差が入る為、回転角度検出精度が悪化する。回転角度の検出精度は、極端に高くする必要はない為、ポテンショメータ程度の変位計を使用して上記回転角度の検出を、上記動力伝達機構のがたつきの影響を受ける事なく行なえれば、比較的低廉な実用的構造を実現できるものと考えられる。この場合に、変速機用駆動装置に組み込んでシフト動作を確認する事を考慮すれば、上記回転角度検出装置は、上記切換シャフトの軸方向変位を許容しつつ、この切換シャフトの回転角度の検出を行なえるものである必要がある。
【０００７】
【本発明に先立って発明した構造】
この様な事情に鑑みて本発明者は先に、図５〜７に示す様な、回転角度検出装置を組み込んだ変速機用駆動装置を発明した。先ず、この先発明に係る構造に就いて説明する。図示しない変速ユニットの変速状態を切り替える切換シャフト１は、この変速ユニットを収納した、図示しない変速機ケースに設けた通孔から、この変速機ケース外に突出している。上記切換シャフト１を軸方向に変位させたり回転させる為の変速機用駆動装置は、上記変速機ケースの外面に取付固定するハウジング２に組み付けている。このハウジング２は、収納筒部３の基端部（図５の左端部）に取付フランジ４を設けたもので、この収納筒部３の基端側開口を上記変速機ケースの通孔に整合させた状態で、この変速機ケースの外面に結合固定される。
【０００８】
上記収納筒部３内には、特許請求の範囲に記載した回転変位部材に相当するスプラインチューブ５の両端部を、それぞれが単列深溝型である、１対の玉軸受６ａ、６ｂにより、回転のみ自在に支持している。図示の例では、上記スプラインチューブ５の基半部（図５の左半部）内周面を先半部（図５の右半部）内周面よりも少し小径にすると共に、このうちの基半部内周面を、特許請求の範囲のうちの請求項２に記載した第二の非円筒面部である、雌スプライン部７としている。この雌スプライン部７を構成するスプライン歯は、上記スプラインチューブ５の中心軸に対し平行である。従って、上記雌スプライン部７は、（ヘリカルスプラインではなく）一般的な平行スプラインである。
【０００９】
上記スプラインチューブ５内には、上記切換シャフト１の先端部に、この切換シャフト１と同心に結合された（図示の例ではこの切換シャフト１と一体に設けられた）押し引きロッド８を挿通している。図示の例では、この押し引きロッド８の基半部（図５の左半部）外周面を先半部（図５の右半部）外周面よりも少し大径にすると共に、このうちの基半部外周面を、上記請求項２に記載した第一の非円筒面部である、雄スプライン部９としている。この雄スプライン部９も、一般的な平行スプラインである。そして、この雄スプライン部９を上記雌スプライン部７に、円周方向に関してがたつきなく、軸方向に関して摺動自在にスプライン係合させている。
【００１０】
上記スプラインチューブ５と上記押し引きロッド８とのうち、押し引きロッド８の先端部（図５の右端部）には第一のアクチュエータ１０の出力部を結合し、この押し引きロッド８を軸方向に変位自在としている。この第一のアクチュエータ１０としては、油圧式リニアアクチュエータ、電動式リニアアクチュエータ等、任意のアクチュエータを使用できる。このうち、電動式リニアアクチュエータが、圧油ポンプを運転する事に伴う動力損失をなくして自動車の省燃費を図れる為、好ましく使用できる。尚、上記押し引きロッド８は、軸方向に変位すると共に回転方向に揺動変位するが、この様な押し引きロッド８をアクチュエータにより軸方向に変位させる為の構造は、従来から各種知られており、本発明の要点とも関係しないので、詳しい図示並びに説明は省略する。
【００１１】
一方、上記スプラインチューブ５の中間部基端寄り部分には揺動腕１１の基端部（図５〜６の上端部）に設けた支持環１２を、上記スプラインチューブ５に対する相対回転を不能にした状態で外嵌固定している。この為に図示の例では、上記支持環１２の内周面と上記スプラインチューブ５の外周面との間にキー１３を掛け渡している。上記揺動腕１１には、上記スプラインチューブ５の径方向に長い係合孔１４を設け、この係合孔１４に係合させた係合ピン１５を、第二のアクチュエータ１６により押し引き自在としている。変速ユニットのシフト動作を行なう際には、この第二のアクチュエータ１６により上記係合ピン１５を押し引きし、上記揺動腕１１を介して上記スプラインチューブ５を所定角度揺動変位させる。このスプラインチューブ５の揺動は、前記雌スプライン部７と前記雄スプライン部９とのスプライン係合に基づいて前記切換シャフト１に伝わり、上記シフト動作が行なわれる。
【００１２】
尚、上記第二のアクチュエータ１６も、任意のアクチュエータを使用できるが、電動式リニアアクチュエータが、好ましく使用できる。尚、前記収納筒部３の一部には通孔１７を設け、この通孔１７を通じて、上記揺動腕１１をこの収納筒部３外に突出させている。これに伴って、この収納筒部３の内周面と上記スプラインチューブ５の外周面との間部分で上記通孔１７を軸方向両側から挟む２個所位置には、それぞれシールリング１８ａ、１８ｂを設けている。これら各シールリング１８ａ、１８ｂは、上記通孔１７から上記収納筒部３内に入り込んだ異物が、前記各玉軸受６ａ、６ｂや変速機ユニット内に入り込むのを防止する。
【００１３】
又、上記シフト動作時に上記スプラインチューブ５の回転角度を検出する為に、このスプラインチューブ５の先半部で上記シールリング１８ｂと上記玉軸受６ｂとの間部分に、一般的な円形歯車である、第一の伝達ギヤ１９を設けている。又、上記収納筒部３の先半部側方に設けた副収納筒部２０の基半部（図５の左半部）内に支持軸２１を、１対の玉軸受２２、２２により回転自在に支持している。そして、この支持軸２１の中間部でこれら両玉軸受２２、２２同士の間部分に、扇形ギヤである第二の伝達ギヤ２３の基端部を固定している。そして、この第二の伝達ギヤ２３の先端縁に形成した歯と、上記第一の伝達ギヤ１９の外周縁に形成した歯とを、互いに噛合している。更に、上記副収納筒部２０の先半部に支持した、変位計であるポテンショメータ２４の入力軸２５と上記支持軸２１とを、回転力の伝達自在に結合している。
【００１４】
上述の様に構成する回転角度検出装置を組み込んだ変速機用駆動装置によれば、前記第一のアクチュエータ１０により前記切換シャフト１を軸方向に変位させる事で、変速機ユニットにセレクト動作を行なわせる。そして、所定のセレクト位置で前記第二のアクチュエータ１６により上記切換シャフト１を回転方向に揺動変位させる事により、シフト動作を行なわせる。このシフト動作に伴って上記ポテンショメータ２４の入力軸２５が、上記第一、第二の伝達ギヤ１９、２３と上記支持軸２１とを介して、所定方向に所定量だけ回転駆動される。従って、上記ポテンショメータ２４の信号を図示しない制御器に送れば、上記切換シャフト１の回転角度が求められる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様な先に考えた回転角度検出装置を組み込んだ変速機用駆動装置は、安価なポテンショメータ２４を使用して切換シャフト１の回転角度を、実用上十分な精度で測定できる反面、第一、第二の伝達ギヤ１９、２３や支持軸２１を設ける為、設置スペースが嵩む。又、これら各部材１９、２３、２１が必要になる分、コストが嵩む事が避けられない。 本発明は、この様な事情に鑑みて、ポテンショメータの如き安価な変位計を使用し、しかも構成部品が少なくて小型且つ低コストで構成できる回転角度検出装置とこの回転角度検出装置を組み込んだ変速機用駆動装置を実現すべく発明したものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転角度検出装置とこの回転角度検出装置を組み込んだ変速機用駆動装置のうち、請求項１に記載した回転角度検出装置は、軸方向に変位する事なく回転方向の揺動変位を行なう回転変位部材の回転角度を検出するものである。
特に、本発明の回転角度検出装置に於いては、この回転変位部材の周囲に、その入力軸をこの回転変位部材の中心軸に対し捩れの位置に配置した状態で支持され、この回転変位部材の中心軸に対し捩れの位置で配置されてその基端部を上記入力軸に結合固定した検出腕の揺動変位に基づいて変位量を検出する変位計と、上記回転変位部材の外周面に、円周方向に対し傾斜した方向に、且つ、この外周面から凹んだ状態で設けられたガイド凹溝と、上記検出腕の先端部でこの外周面に対向する部分に設けられてこのガイド凹溝に、このガイド凹溝に沿った変位自在に係合した係合部とを備える。
【００１７】
又、請求項２に記載した回転角度検出装置を組み込んだ変速機用駆動装置は、切換シャフトと、第一、第二のアクチュエータと、回転角度検出装置と、押し引きロッドと、回転変位部材と、変位計と、ガイド凹溝と、係合部とを備える。
このうちの切り換えシャフトは、軸方向変位及び回転に伴って変速状態を切り換える。 又、上記第一のアクチュエータは、複数のギヤのうちから所望のギヤを選択可能にすべく、上記切換シャフトを軸方向に変位させるセレクト動作を行なわせる。
又、上記第二のアクチュエータは、選択したギヤを噛合状態にすべく上記切換シャフトを回転させるシフト動作を行なわせる。
又、上記回転角度検出装置は、この第二のアクチュエータによる上記切換シャフトの回転角度を検出する。
又、上記押し引きロッドは、中間部外周面部を第一の非円筒面部とし、一端部を上記切換シャフトの端部に、この切換シャフトと同心に結合されている。
又、上記回転変位部材は、内周面に設けた第二の非円筒面部を上記第一の非円筒面部に、軸方向の相対変位自在に且つ回転力の伝達自在に係合させた状態で、上記押し引きロッドの周囲に設けられている。
又、上記変位計は、上記回転変位部材の周囲でハウジングに、その入力軸をこの回転変位部材の中心軸に対し捩れの位置に配置した状態で支持されており、この回転変位部材の中心軸に対し捩れの位置で配置されてその基端部を上記入力軸に結合固定した検出腕の揺動変位に基づいて変位量を検出する。
又、上記ガイド凹溝は、上記回転変位部材の外周面に、円周方向に対し傾斜した方向に、且つ、この外周面から凹んだ状態で設けられている。
又、上記係合部は、上記検出腕の先端部でこの外周面に対向する部分に設けられている。
そして、上記第一のアクチュエータは、上記押し引きロッドを軸方向に変位させるものであり、上記第二のアクチュエータは、上記回転変位部材を回転方向に揺動変位させるものである。
更に、上記係合部は上記ガイド凹溝に、このガイド凹溝に沿った変位自在に係合している。
【００１８】
【作用】
上述の様に構成する本発明の回転角度検出装置とこの回転角度検出装置を組み込んだ変速機用駆動装置によれば、ポテンショメータの如き安価な変位計を使用し、しかも構成部品が少なくて小型且つ低コストで構成できる。
回転変位部材が回転すると、この回転変位部材の外周面に設けたガイド凹溝に沿って係合部が、この回転変位部材の軸方向に変位する。そして、この係合部を先端部でこの回転変位部材の外周面に対向する部分に設けた検出腕が揺動変位する。そして、この揺動変位に伴って上記変位計が、上記回転変位部材の回転角度に応じた信号を発する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１〜３は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の構造のうち、変速機用駆動装置部分の構造に就いては、前述の図５〜７に示した先に考えた構造の場合と同様であるから、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略若しくは簡略にする。以下の説明は、本発明の特徴である、特許請求の範囲に記載した回転変位部材であるスプラインチューブ５の回転角度を検出する回転角度検出装置部分の構造及び作用を中心に説明する。
【００２０】
上記変速機用駆動装置の構成部材を収納するハウジング２ａを構成する収納筒部３の側方には副収納筒部２０ａを設けている。これら収納筒部３と副収納筒部２０ａとは、それぞれの中心軸の方向が互いに直角方向ではあるが互いに中心軸が交差する事はない、捩れの位置関係にある。そして、上記副収納筒部２０ａ内に、特許請求の範囲に記載した変位計であるポテンショメータ２４を設置している。即ち、このポテンショメータ２４の入力軸２５の先端面（図１〜２の下端面）を上記スプラインチューブ５の中間部外周面に対向させた状態で、上記ポテンショメータ２４の基端部（図１〜２の上端部）外周面に設けた取付フランジ２６を上記副収納筒部２０ａの端面に、ねじ止め固定している。従って、上記入力軸２５は、上記スプラインチューブ５の中心軸に対し、捩れの位置に配置されている。
【００２１】
又、上記入力軸２５の先端面には、金属板製の揺動腕２７の基部を、ねじ、リベット等により、この入力軸２５に対する相対回転を不能として結合固定している。従って上記揺動腕２７の揺動変位に伴って上記入力軸２５が、回転方向に揺動変位する。尚、図１〜３から明らかな通り、上記揺動腕２７は、上記スプラインチューブ５の中心軸に対し捩れの位置で配置されている。この様な揺動腕２７の先端部（図２〜３の左端部）で上記スプラインチューブ５の外周面に対向する側の面には、揺動変位軸２８を突設しており、この揺動変位軸２８に、ミニアチュア軸受である、深溝型の玉軸受２９の内輪を外嵌固定している。従って、この玉軸受２９の外輪は、上記揺動変位軸２８の周囲に回転自在に支持されている。図示の例では、これら揺動変位軸２８及び玉軸受２９が、特許請求の範囲に記載した係合部を構成している。
【００２２】
一方、上記スプラインチューブ５の中間部外周面で上記揺動変位軸２８及び玉軸受２９に整合する位置には、ガイド凹溝３０を、この中間部外周面から凹んだ状態で形成している。このガイド凹溝３０は、上記玉軸受２９の外径よりも僅かに大きな幅を有し、上記スプラインチューブ５の外周面の円周方向に対し傾斜した方向に設けられている。上記玉軸受２９は、この様なガイド凹溝３０内に、がたつきなく、且つこのガイド凹溝３０の長さ方向に沿った移動自在に嵌装している。
【００２３】
上述した様に構成する本例の構造で、図示しない変速機ユニットにシフト動作を行なわせるべく、上記ガイドチューブ５を回転させると、このガイドチューブ５の外周面に設けた上記ガイド凹溝３０に沿って上記玉軸受２９が、このガイドチューブ５の軸方向に変位する。即ち、上記ガイド凹溝３０が図３で左右方向に変位するのに伴って、このガイド凹溝３０に係合した上記玉軸受２９が同図の上下方向、即ち上記ガイドチューブ５の軸方向に変位する。この様な、玉軸受２９の変位に伴って、この玉軸受２９を先端部に支持した前記揺動腕２７、並びにこの揺動腕２７を先端部に結合固定したポテンショメータ２４の入力軸２５が揺動変位する。そして、この揺動変位に伴ってこのポテンショメータ２４が、上記ガイドチューブ５の回転角度に応じた信号を発する。
【００２４】
本発明の実施の形態を示した図１と、先に考えた構造を示した図５とを比較すれば明らかな通り、本発明によれば、部品点数を少なくすると共に設置空間を小さくして、小型化を図れる。又、第二のアクチュエータ１６（図６参照）と上記ガイドチューブ５との間の動力伝達部に存在するがたつきが、上記ポテンショメータ２４によるこのガイドチューブ５の回転角度検出の精度に影響を及ぼす事はない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、小型且つ低コストで、しかも実用上十分な精度で回転角度検出を行なえる回転角度検出装置とこの回転角度検出装置を組み込んだ変速機用駆動装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の１例を示す断面図。
【図２】 図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】 一部を省略して示す、図２のＢ−Ｂ視図。
【図４】 変速ユニットの変速パターンの１例を示す図。
【図５】 先に考えた構造の１例を示す断面図。
【図６】 図５のＣ−Ｃ断面図。
【図７】 同Ｄ−Ｄ断面図。
【符号の説明】
１ 切換シャフト
２、２ａ ハウジング
３ 収納筒部
４ 取付フランジ
５ スプラインチューブ
６ａ、６ｂ 玉軸受
７ 雌スプライン部
８ 押し引きロッド
９ 雄スプライン部
１０ 第一のアクチュエータ
１１ 揺動腕
１２ 支持環
１３ キー
１４ 係合孔
１５ 係合ピン
１６ 第二のアクチュエータ
１７ 通孔
１８ａ、１８ｂ シールリング
１９ 第一の伝達ギヤ
２０、２０ａ 副収納筒部
２１ 支持軸
２２ 玉軸受
２３ 第二の伝達ギヤ
２４ ポテンショメータ
２５ 入力軸
２６ 取付フランジ
２７ 揺動腕
２８ 揺動変位軸
２９ 玉軸受
３０ ガイド凹溝

Claims (2)

1. 軸方向に変位する事なく回転方向の揺動変位を行なう回転変位部材の回転角度を検出する回転角度検出装置に於いて、この回転変位部材の周囲に、その入力軸をこの回転変位部材の中心軸に対し捩れの位置に配置した状態で支持され、この回転変位部材の中心軸に対し捩れの位置で配置されてその基端部を上記入力軸に結合固定した検出腕の揺動変位に基づいて変位量を検出する変位計と、上記回転変位部材の外周面に、円周方向に対し傾斜した方向に、且つ、この外周面から凹んだ状態で設けられたガイド凹溝と、上記検出腕の先端部でこの外周面に対向する部分に設けられてこのガイド凹溝に、このガイド凹溝に沿った変位自在に係合した係合部とを備えた事を特徴とする回転角度検出装置。
2. 軸方向変位及び回転に伴って変速状態を切り換える切換シャフトと、複数のギヤのうちから所望のギヤを選択可能にすべく、この切換シャフトを軸方向に変位させるセレクト動作を行なわせる為の第一のアクチュエータと、選択したギヤを噛合状態にすべく上記切換シャフトを回転させるシフト動作を行なわせる為の第二のアクチュエータと、この第二のアクチュエータによる上記切換シャフトの回転角度を検出する為の回転角度検出装置と、中間部外周面部を第一の非円筒面部とし、一端部を上記切換シャフトの端部に、この切換シャフトと同心に結合された押し引きロッドと、内周面に設けた第二の非円筒面部を上記第一の非円筒面部に軸方向の相対変位自在に且つ回転力の伝達自在に係合させた状態で、上記押し引きロッドの周囲に設けられたハウジング内に回転のみ自在に支持された回転変位部材と、この回転変位部材の周囲でこのハウジングに、その入力軸をこの回転変位部材の中心軸に対し捩れの位置に配置した状態で支持された、この回転変位部材の中心軸に対し捩れの位置で配置されてその基端部を上記入力軸に結合固定した検出腕の揺動変位に基づいて変位量を検出する変位計と、上記回転変位部材の外周面に、円周方向に対し傾斜した方向に、且つ、この外周面から凹んだ状態で設けられたガイド凹溝と、上記検出腕の先端部でこの外周面に対向する部分に設けられた係合部とを備え、上記第一のアクチュエータは、上記押し引きロッドを軸方向に変位させるものであり、上記第二のアクチュエータは、上記回転変位部材を回転方向に揺動変位させるものであり、上記係合部は上記ガイド凹溝に、このガイド凹溝に沿った変位自在に係合している、回転角度検出装置を組み込んだ変速機用駆動装置。

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