JP5405428B2 - 自動変速機のパーキング機構 - Google Patents

Description

本発明は、パーキングポールに設けた爪部がパーキングギヤの歯部に係合または解放することで、パーキングギヤを回転固定する自動変速機のパーキング機構に関するものである。

従来、自動変速機の出力軸に設けたパーキングギヤに対して、パーキングポールの爪部を係脱させて、出力軸の回転・停止を行う自動変速機のパーキング機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このパーキング機構では、パーキングポールは、一端が変速機ケースに設けられた回動軸により回動自在に保持され、他端がパーキングポールを回動させるウエッジによって係脱可能に支持されている。

特開2009-236201号公報

通常、パーキング機構における歯部及び爪部は、共にインボリュート形状である。このため、パーキングギヤを回転しようとする力が働けば、パーキングポールの爪部には垂直方向にパーキングを解除しようとする力（抜きトルク）が作用する。これにより、運転者がシフトレバーによってパーキングレンジから他のレンジに選択変更することでウエッジがパーキングポールとウエッジ軸線方向に移動し、パーキングポールとウエッジとの接触が外れれば、パーキングは必ず解除できる仕組みになっている。
しかしながら、従来の自動変速機のパーキング機構にあっては、運転者がシフトレバーによってパーキングレンジを選択し、自動変速機の出力軸を回転不能なロック状態であっても、車両傾斜状態での駐車等により、パーキングギヤを回転しようとするトルクが働くことがある。このとき、パーキングポールの爪部に垂直にかかる抜き力によって、爪部に作用する垂直荷重がパーキングポールに曲げ荷重として作用するため、パーキングポールはウエッジと回動軸を支点として弾性変形する。
さらに、車両傾斜角度がきつくなる等してこの弾性変形量が大きくなると、パーキングポールの負荷が大きくなって強度信頼性が低下するおそれがある。また、弾性変形量を抑制するためにパーキングポールの板厚を増すことが考えられるが、その場合では重量増やコスト増等の問題が生じてしまう。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、抜きトルク作用時のパーキングポールの弾性変形を抑制し、強度信頼性を高めることができる自動変速機のパーキング機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、パーキングポールに設けた爪部がパーキングギヤの歯部に係合または解放することで、前記パーキングギヤを回転固定する自動変速機のパーキング機構において、前記パーキングポールは、前記爪部に隣接して、前記パーキングポールの弾性変形により前記歯部に接触する突起部を設けたことを特徴とする。

よって、本発明にあっては、パーキングポールの爪部に隣接する位置には、このパーキングポールの弾性変形によりパーキングギヤの歯部に接触する突起部が設けられる。そのため、突起部によって垂直方向に作用する力を支持することができ、爪部の弾性変形を抑えることができる。
すなわち、爪部に隣接して設けられた突起部は、パーキングポールを支持する位置よりも、垂直方向に作用する力の力点位置に近い位置でパーキングギヤに接触して支持する。したがって、抜きトルク入力位置から抜きトルク支持位置までの距離を短縮でき、パーキングポールの曲げモーメント及び撓み量を減少させることができる。
この結果、抜きトルク作用時のパーキングポールの弾性変形を抑制し、強度信頼性を高めることができることができる。

実施例１の自動変速機のパーキング機構を示す説明図である。 (a)は実施例１の自動変速機のパーキング機構におけるパーキングギヤとパーキングポールを示す説明図であり、(b)は図２(a)におけるＡ部拡大図である。 パーキングポールを示す斜視図である。 自動変速機のパーキング機構における待ち機構を説明する説明図であり、(a)はロック状態を示し、(b)は待ち状態を示す。 登坂路パークロック時でのパーキングギヤとパーキングポールを示す説明図である。 比較例のパーキング機構でのパーキングギヤ回転力発生時を説明する説明図であり、(a)はパークロック状態を示し、(b)は抜きトルク発生時を示し、(c)はパーキングポール変形発生時を示し、(d)はパーキングギヤ乗り上げ状態を示す。 比較例のパーキング機構における曲げモーメント図である。 実施例１の自動変速機のパーキング機構でのパーキングギヤ回転力発生時を説明する説明図であり、(a)はパークロック状態を示し、(b)は抜きトルク発生時を示し、(c)はパーキングポール変形発生時を示し、(d)は突起部接触状態を示す。 実施例１の自動変速機のパーキング機構における曲げモーメント図である。 降坂時における実施例１の自動変速機のパーキング機構での突起部接触状態を示す要部拡大図である。

以下、本発明の自動変速機のパーキング機構を実施するための形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の自動変速機のパーキング機構を示す説明図である。図２は、(a)は実施例１の自動変速機のパーキング機構におけるパーキングギヤとパーキングポールを示す説明図であり、(b)は図２(a)におけるＡ部拡大図である。図３は、パーキングポールを示す斜視図である。

図１に示す自動変速機のパーキング機構１は、変速機ケース１ａ内に配置され、マニュアルレバー２と、マニュアルプレート３と、パーキングロッド４と、パーキングポール１０と、パーキングギヤ２０と、を有している。

前記マニュアルレバー２は、変速機ケース１ａに揺動可能に取り付けられ、セレクトロッド５を介してシフトレバー６に連結している。そして、運転者によるシフトレバー６の操作に連動して揺動する。

前記マニュアルプレート３は、マニュアルレバー２に連結され、マニュアルレバー２と一体に動いてパーキングロッド４を軸方向に進退移動させる。

前記パーキングロッド４は、一端がマニュアルプレート３に連結され、他端にはウエッジ７が摺動可能に嵌挿されている。このウエッジ７は、パーキングロッド４に設けられたスプリング７ａによってパーキングロッド先端４ａ側に付勢され、パーキングロッド先端で抜け止めされている。

前記パーキングポール１０は、図２に示すように、パーキングギヤ２０の外周位置に配置され、このパーキングギヤ２０の外周面に沿って周方向に延在する。このパーキングポール１０は、変速機ケース１ａに固定された回動軸１１によって、一端が回動可能に保持されている。また、パーキングポール１０の他端には、ウエッジ７に当接するウエッジ受け部１２が形成され、ウエッジ７により支持されている。さらに、パーキングポール１０の中間部には、図３に示すように、パーキングギヤ２０の歯部２１と係脱可能に係合する爪部１３と、この爪部１３の両側に位置する一対の突起部１４,１４が設けられている。爪部１３及び一対の突起部１４,１４は、パーキングギヤ２０に向かって突出している。また、この爪部１３及び一対の突起部１４,１４には高周波熱処理を行い、表面硬度を上げている。

前記一対の突起部１４,１４は、爪部１３に隣接して形成されている。各突起部１４は、爪部１３に垂直荷重がかかったときに生じるパーキングポール１０の弾性変形により、パーキングギヤ２０の歯部２１に接触するものである。このとき突起部１４は、爪部１３と噛み合った歯部２１の外径、すなわち爪部１３と噛み合った歯部２１の歯先面２１ａに接触する。ここで、回動軸１１側にある突起部１４は、登坂路でのパーキングポール解放時に歯部２１に接触し、ウエッジ受け部１２側にある突起部１４は、降坂路でのパーキングポール解放時に歯部２１に接触する。
そして、突起部１４の高さは、パーキングポール係合時（パークロック時）に、歯部２１の歯先面２１ａとの間に隙間Ｓが生じる高さとなっている（図２(b)参照）。このパーキングポール係合時に生じる突起部１４と歯部２１との隙間Ｓの間隔Ｗ１は、パーキングポール２０の弾性変形量に基づいて設定する。さらに、この突起部１４の圧力角θ２は、パーキングギヤ２０の歯数によって変更可能である。

前記パーキングギヤ２０は、変速機出力軸１ｂ上に固定されたギヤであり、パーキングポール１０に設けた爪部１３が歯部２１に係合または解放することで回転固定される。

次に、作用を説明する。
まず、「自動変速機のパーキング機構の基本動作」、「比較例のパーキング機構の技術課題」の説明を行い、続いて、実施例１の自動変速機のパーキング機構における「変形防止作用」を説明する。

[自動変速機のパーキング機構の基本動作]
図４は、自動変速機のパーキング機構における待ち機構を説明する説明図であり、(a)はロック状態を示し、(b)は待ち状態を示す。図５は、登坂路パークロック時でのパーキングギヤとパーキングポールを示す説明図である。

一般的に、パーキング機構では、シフトレバーが駐車位置（Ｐレンジ）を選択すると、マニュアルレバーが回動してパーキングロッド３０を移動させる。これにより、ウエッジ３１は、図４(a)に示すように、スプリング３９の付勢力でパーキングポール３２のウエッジ受け部３３に対向する位置に設けられたサポート３８を乗り越え、ウエッジ受け部３３を押し上げる。これにより、パーキングポール３２は回動軸３４を中心に回動して、爪部３５がパーキングギヤ３６の歯部３７に噛合する。これにより、変速機出力軸がロックされる。

一方、パーキングポール３２の爪部３５の外周がパーキングギヤ３６の歯部３７の外周とぶつかっている時にはパーキングポール３２が回動できないため、図４(b)に示すように、ウエッジ３１は、サポート３８とウエッジ受け部３３に挟まれて動くことができない。そのため、スプリング３９を押し縮めて待ち状態になる。このとき、ウエッジ３１は、スプリング３９によってロッド先端３０ａ側に付勢され、常にパークロックしようとする力が働いている。そして、パーキングポール３２の爪部３５がパーキングギヤ３６の歯間に重なったとき、スプリング３９に付勢されたウエッジ３１がサポート３８を乗り越えてパーキングポール３２を回動させパークロックする。これが、いわゆる待ち機構である。

さらに、図５に示すように、登坂路において車を止めてパークロックしている状態において、パーキングギヤ３６を回転しようとする力Ｆαが作用すると、この力Ｆαは、歯部３７から爪部３５に伝達される。このとき、歯部３７及び爪部３５は、共に圧力角が設けられたインボリュート形状であるため、力Ｆαは、パーキングを解除しようとする力（以下、「抜きトルク」という）Ｆ１と、パーキングポール３２を挟み込む力Ｆ２に分かれる。

ここで、抜きトルクＦ１は、パーキングポール３２の爪部３５に対して垂直方向に作用する力であるが、ウエッジ３１はこの抜きトルクＦ１を支えている。そして、ウエッジ３１が外れると、抜きトルクＦ１によってパーキングポール３１は回動軸３４を中心に回動し、パーキングギヤ３６から外れるようになっている。

[比較例のパーキング機構の技術課題]
図６は、比較例のパーキング機構でのパーキングギヤ回転力発生時を説明する説明図であり、(a)はパークロック状態を示し、(b)は抜きトルク発生時を示し、(c)はパーキングポール変形発生時を示し、(d)はパーキングギヤ乗り上げ状態を示す。図７は、比較例のパーキング機構における曲げモーメント図である。

図６(a)に示すように、パークロック状態では、パーキングポール４０の爪部４１がパーキングギヤ４２の歯部４３と噛み合い、爪部４１の側面と歯部４３の側面が接触している。

一方、パーキングギヤ４２を回転させる力Ｆαが作用したときには、図６(b)に示すように、歯部４３から爪部４１に垂直方向に抜きトルクＦ１が作用する。

これにより、図６(c)に示すように、パーキングポール４０は、ウエッジ４４と回動軸４５を支点として次第に弓なりに弾性変形する。パーキングポール４０に抜きトルクＦ１が作用しているときの曲げモーメント図は、図７に示すようになる。

図７において、抜きトルクＦ１の入力位置は爪部４１と歯部４３の接触位置であり、Ｌはウエッジ受け部４４による支持位置から回動軸４５による支持位置までの距離である。そして、Ｌ１はウエッジ受け部支持位置から抜きトルク入力位置までの距離であり、Ｌ２は回転軸支持位置から抜きトルク入力位置までの距離であり、Ｒａはウエッジ受け部４４における支持力であり、Ｒｂは回動軸４５における支持力である。これにより、下記式（１）〜式（４）が成り立つ。
Ｆ１＝Ｒａ＋Ｒｂ ・・・（１）
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２ ・・・（２）
Ｌ１×Ｆ１＝Ｒｂ×Ｌ ・・・（３）
Ｌ２×Ｆ１＝Ｒａ×Ｌ ・・・（４）
したがって、式（１）〜式（４）により、ウエッジ受け部４４における支持力Ｒａと、回動軸４５における支持力Ｒｂは、以下の式（５）,式（６）によって求めることができる。
Ｒａ＝Ｌ２×Ｆ１／Ｌ＝Ｌ２×Ｆ１／（Ｌ１＋Ｌ２） ・・・（５）
Ｒｂ＝Ｌ１×Ｆ１／Ｌ＝Ｌ１×Ｆ１／（Ｌ１＋Ｌ２） ・・・（６）
そして、この式（５）,式（６）により、パーキングポール４０に作用する曲げモーメントＭ１_ｍａｘ及び撓み量δ１は、下記式（７）,式（８）によってそれぞれ求められる。
Ｍ１_ｍａｘ＝Ｆ１×Ｌ１×Ｌ２／Ｌ ・・・（７）
δ１＝Ｆ１×Ｌ１^２×Ｌ２^２／３×Ｌ×Ｅ×Ｉ ・・・（８）
ここで、Ｅはヤング率、Ｉは断面二次モーメントを表す。

そして、この弾性変形量、すなわち撓み量δ１が大きくなると、図６(d)に示すように、パーキングポール４０の爪部４１が歯部４３から外れ、パーキングギヤ４２の歯部４３が爪部４１に乗り上げてしまう。この状態では、パーキングポール４０の負荷が大きくなって強度信頼性が低下し、爪部４１の基部付近に応力集中が生じてパーキングポール４０が破損するおそれもある。

なお、パーキングポール４０の弾性変形量を抑制するために、パーキングポール４０の板厚を増すことが考えられるが、その場合では重量増やコスト増等の問題が生じてしまうため好ましくない。

[変形防止作用]
図８は、実施例１の自動変速機のパーキング機構でのパーキングギヤ回転力発生時を説明する説明図であり、(a)はパークロック状態を示し、(b)は抜きトルク発生時を示し、(c)はパーキングポール変形発生時を示し、(d)は突起部接触状態を示す。図９は、実施例１の自動変速機のパーキング機構における曲げモーメント図である。

実施例１の自動変速機のパーキング機構においてパークロックすると、図８(a)に示すように、パーキングポール１０の爪部１３がパーキングギヤ２０の歯部２１と噛み合い、爪部１３の側面と歯部２１の側面が接触する。このとき、爪部１３に隣接して設けた突起部１４は、爪部１３と噛み合った歯部２１の歯先面２１ａとの間に隙間Ｓをあけた状態で対向する。

そして、パーキングギヤ２０をここでは時計回り方向に回転させる力Ｆαが作用すると、図８(b)に示すように、爪部１３に垂直方向に抜きトルクＦ１が作用する。すなわち、パーキングポール１０の爪部１３にウエッジ７と回動軸１１を支点として、垂直荷重がかかり、パーキングポール１０に曲げ荷重として作用する。

これにより、図８(c)に示すように、パーキングポール１０は、ウエッジ７と回動軸１１を支点として次第に弓なりに弾性変形する。そして、このパーキングポール１０の弾性変形量が一定以上になると、図８(d)に示すように、パーキングポール１０の回動軸１１側の突起部１４が、パーキングギヤ２０の歯部２１に接触する。ここで、突起部１４は、爪部１３と噛み合った歯部２１の歯先面１２ａに接触するが、この歯先面２１ａのうち、爪部１３から離れた外側部分に接触する。このときの曲げモーメント図は、図９に示すようになる。

図９において、抜きトルクＦ１の入力位置は爪部１３と歯部２１の接触位置であり、Ｌ´はウエッジ受け部７による支持位置から突起部１４による支持位置までの距離である。そして、Ｌ１はウエッジ受け部支持位置から抜きトルク入力位置までの距離であり、Ｌ４は突起部支持位置から抜きトルク入力位置までの距離であり、Ｒｃはウエッジ受け部７における支持力であり、Ｒｄは突起部１４における支持力である。これにより、下記式（９）〜式（１２）が成り立つ。
Ｆ１＝Ｒｃ＋Ｒｄ ・・・（９）
Ｌ´＝Ｌ１＋Ｌ４ ・・・（１０）
Ｌ１×Ｆ１＝Ｒｄ×Ｌ´ ・・・（１１）
Ｌ４×Ｆ１＝Ｒｃ×Ｌ´ ・・・（１２）
したがって、式（９）〜式（１２）により、ウエッジ受け部７における支持力Ｒｃと、突起部１４における支持力Ｒｄは、以下の式（１３）,式（１４）によって求めることができる。
Ｒｃ＝Ｌ４×Ｆ１／Ｌ´＝Ｌ４×Ｆ１／（Ｌ１＋Ｌ４） ・・・（１３）
Ｒｄ＝Ｌ１×Ｆ１／Ｌ´＝Ｌ１×Ｆ１／（Ｌ１＋Ｌ４） ・・・（１４）
そして、この式（１３）,式（１４）により、パーキングポール１０に作用する曲げモーメントＭ２_ｍａｘ及び撓み量δ２は、下記式（１５）,式（１６）によってそれぞれ求められる。
Ｍ２_ｍａｘ＝Ｆ１×Ｌ１×Ｌ４／Ｌ´ ・・・（１５）
δ２＝Ｆ１×Ｌ１^２×Ｌ４^２／３×Ｌ´×Ｅ×Ｉ ・・・（１６）
ここで、Ｅはヤング率、Ｉは断面二次モーメントを表す。

そして、この実施例１の自動変速機のパーキング機構１では、上記比較例のパーキング機構と比べてＬ２＞Ｌ４となっており、抜きトルクＦ１を支持する支点が、回動軸で支持する場合よりも抜けトルク入力位置に近い位置に移動している。そのため、抜きトルク支持間隔が、ウエッジと回動軸で支持する場合よりも短縮することができ、以下の式（１７）,式（１８）が成立する。
Ｍ１_ｍａｘ＞Ｍ２_ｍａｘ ・・・（１７）
δ１＞δ２ ・・・（１８）

したがって、突起部１４が歯部２１と接触することで、パーキングポール１０に作用する曲げモーメントＭ２_ｍａｘ及び撓み量δ２は、ウエッジと回動軸で支持する比較例の場合よりも抑えることができる。

この結果、抜きトルクＦ１が爪部１３に作用したときのパーキングポール１０の弾性変形を抑制し、パーキングポール１０の強度信頼性を高めることができることができる。

特に、この実施例１の自動変速機のパーキング機構では、突起部１４は、爪部１３と噛み合った歯部２１の外径である歯先面２１ａのうち、爪部１３から離れた外側部分に接触する。そのため、抜きトルク入力位置から最も近い位置に突起部１４が接触することができる。これにより、支持間隔を最端にすることができて、パーキングポール１０の弾性変形をさらに効果的に抑制することができる。

また、突起部１４を爪部１３の両側に設けているので、降坂路においてパークロックしたときでは、図１０に示すように、ウエッジ受け部１２側に設けた突起部１４がパーキングギヤ２０の歯部２１に接触し、抜きトルクを支持することができる。これにより、登坂路、降坂路のいずれであってもパーキングポール１０の弾性変形を抑制することができる。

そして、パーキングポール係合時に生じる突起部１４と歯部２１との隙間Ｓの間隔Ｗ１は、パーキングポール１０の弾性変形量に基づいて設定している。このため、所定の大きさの弾性変形が生じたら確実に突起部１４と歯部２１が接触して、抜きトルクＦ１を突起部１４で支持することができる。つまり、この隙間Ｓの間隔Ｗ１を調整することで、パーキングポール１０の弾性変形量を調整することが可能となる。

さらに、実施例１の自動変速機のパーキング機構では、突起部１４に高周波熱処理が行われているため、突起部１４の表面硬度が向上し、歯部２１との接触による磨耗を防止することができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の自動変速機のパーキング機構にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) パーキングポール１０に設けた爪部１３がパーキングギヤ２０の歯部２１に係合または解放することで、前記パーキングギヤ２０を回転固定する自動変速機のパーキング機構１において、前記パーキングポール１０は、前記爪部１３に隣接して、前記パーキングポール１０の弾性変形により前記歯部２１に接触する突起部１４を設けた構成とした。
このため、抜きトルク作用時のパーキングポール１０の弾性変形を抑制し、強度信頼性を高めることができる。

(2) 前記突起部１４は、前記爪部１３の両側に設けた構成とした。
このため、降坂路、登坂路のいずれであっても、爪部１３の弾性変形時に最端部位に接触でき、パーキングポール１０の支持間隔を最端にすることができて、さらに効果的にパーキングポール１０の弾性変形を抑制できる。

(3) パーキングポール係合時に生じる前記突起部１４と前記歯部２１との隙間Ｓの間隔Ｗ１は、前記パーキングポール１０の弾性変形量に基づいて設定する構成とした。
このため、所定の大きさの弾性変形で突起部１４が確実に接触することができると共に、パーキングポール１０の弾性変形量を調整することができる。

(4) 前記突起部１４は、高周波熱処理を行う構成とした。
このため、突起部１４の表面硬度が向上し、歯部２１との接触による磨耗を防止することができる。

以上、本発明の自動変速機のパーキング機構を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１のパーキング機構では、パーキングポール１０の中間部に爪部１３を設けた構成としたが、例えばパーキングポールの中間部を回動自在に保持し、端部に爪部を設けたものであってもよい。この場合であっても、爪部の両側にパーキングポールの弾性変形によりパーキングギヤの歯部に接触する突起部を設けることで、パーキングポールの弾性変形を抑制することができる。

１ パーキング機構
２ マニュアルレバー
３ マニュアルプレート
４ パーキングロッド
７ ウエッジ
１０ パーキングポール
１１ 回動軸
１２ ウエッジ受け部
１３ 爪部
１４ 突起部
２０ パーキングギヤ
２１ 歯部
２１ａ 歯先面
Ｆα パーキングギヤを回転させる力
Ｆ１ 抜きトルク

Claims (4)

1. パーキングポールに設けた爪部がパーキングギヤの歯部に係合または解放することで、前記パーキングギヤを回転固定する自動変速機のパーキング機構において、
   前記パーキングポールは、前記爪部に隣接して、前記パーキングポールの弾性変形により前記歯部に接触する突起部を設けたことを特徴とする自動変速機のパーキング機構。
2. 請求項１に記載された自動変速機のパーキング機構において、
   前記突起部は、前記爪部の両側に設けたことを特徴とする自動変速機のパーキング機構。
3. 請求項１又は請求項２に記載された自動変速機のパーキング機構において、
   パーキングポール係合時に生じる前記突起部と前記歯部との隙間の間隔は、前記パーキングポールの弾性変形量に基づいて設定することを特徴とする自動変速機のパーキング機構。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載された自動変速機のパーキング機構において、
   前記突起部は、高周波熱処理を行うことを特徴とする自動変速機のパーキング機構。