変速機
【課題】短時間で噛み合いのＯＮ／ＯＦＦ作業を終えることができ、過大なトルクがかかった場合にクラッチが切れて変速機の破壊を防止する。
【解決手段】回転可能に支持された入力軸１２と出力軸１４との間にそれぞれ配置された、少なくとも２組の歯車要素対である第１の歯車要素対１６及び第２の歯車要素対１７と、入力軸と出力軸との間に、少なくとも２組の歯車要素対をそれぞれ解除可能に連結する少なくとも２組のクラッチである第１のクラッチ４０及び第２のクラッチ４２と、入力軸と出力軸との間に配置された少なくとも１組の非円形歯車要素対１８と、入力軸と出力軸との間に少なくとも１組の非円形歯車要素対を解除可能に連結する少なくとも１組の非円形歯車要素対用クラッチ４４と、を備える変速機１０において、非円形歯車要素対用クラッチが斜面のみで噛み合うように構成されたドグクラッチからなる。
【解決手段】回転可能に支持された入力軸１２と出力軸１４との間にそれぞれ配置された、少なくとも２組の歯車要素対である第１の歯車要素対１６及び第２の歯車要素対１７と、入力軸と出力軸との間に、少なくとも２組の歯車要素対をそれぞれ解除可能に連結する少なくとも２組のクラッチである第１のクラッチ４０及び第２のクラッチ４２と、入力軸と出力軸との間に配置された少なくとも１組の非円形歯車要素対１８と、入力軸と出力軸との間に少なくとも１組の非円形歯車要素対を解除可能に連結する少なくとも１組の非円形歯車要素対用クラッチ４４と、を備える変速機１０において、非円形歯車要素対用クラッチが斜面のみで噛み合うように構成されたドグクラッチからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在では、例えば自動車のオートマチックトランスミッションなど、減速比を多段に変えることが可能な変速機は既に数多く開発され、確立された機械となりつつある。この自動車の変速機では、減速比を変える際に動力を効率よく伝達することが課題となっている。
【０００３】
通常、減速比の異なる歯車対を同時に噛み合わせて回転させることはできないため、回転を止めることなく負荷を支持しつつ、減速比を変えることはできない。また、通常の自動車などの変速機では、減速比を変える前には、これから締結する歯車と軸の回転速度が異なるため、摩擦を利用してこれらを一致させていることから、歯車と軸の間には大きな滑りが生じ、正確な回転角度の伝達は困難であり、動力の伝達効率も悪い。
【０００４】
そこで、非円形歯車要素対とクラッチを使用することにより回転を止めることなく負荷を支持しつつ減速比を変えることができ、正確に回転角度を伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができるようにした変速機が提案されている（特許文献１）。前記クラッチとしては、自動車の変速機に一般的に用いられているドグクラッチが考えられる。
【０００５】
このドグクラッチは、例えば図１０に示すように、同一軸上例えば回転軸７０上で対向する対称形状の駆動側と従動側（被動側ともいう。）のクラッチ要素７１，７２を備えている。クラッチ要素７１，７２は先端が山形に形成された長尺のドグ部７４を回転軸７０の周方向に沿って所定の隙間７６を隔てて複数設けてなり、ドグ部７４は一方のドグ部７４が他方のドグ部７４間の隙間７６に嵌合し得るように互いに摺接する摺接面７３を両側面に有している。
【０００６】
ところで、非円形歯車要素対に使用するクラッチとしては、短時間で噛み合いのＯＮ／ＯＦＦ作業を終えることが求められ、また、クラッチに過大なトルクがかかった場合、クラッチが切れることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００８／０６２７１８Ａ１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記ドグクラッチは、ドグ部７４の噛合ストロークが長くなっているため、ドグクラッチの噛み合いのＯＮ／ＯＦＦに時間がかかるだけでなく、ドグクラッチに過大なトルクがかかった場合でもクラッチが切れることはないので、非円形歯車要素対の破損を含む変速機の破損を招くおそれがある。
【０００９】
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、短時間で噛み合いのＯＮ／ＯＦＦ作業を終えることができ、過大なトルクがかかった場合にクラッチが切れて変速機の破壊を防止することができる変速機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、回転可能に支持された入力軸と出力軸との間にそれぞれ配置された、少なくとも２組の歯車要素対である第１の歯車要素対及び第２の歯車要素対と、前記入力軸と前記出力軸との間に、少なくとも２組の前記歯車要素対をそれぞれ解除可能に連結する少なくとも２組のクラッチである第１のクラッチ及び第２のクラッチと、前記入力軸と前記出力軸との間に配置された少なくとも１組の非円形歯車要素対と、前記入力軸と前記出力軸との間に少なくとも１組の前記非円形歯車要素対を解除可能に連結する少なくとも１組の非円形歯車要素対用クラッチと、を備え、前記非線形歯車要素対は、前記入力軸と前記出力軸との間の減速比が、前記入力軸と前記出力軸との間に前記第１の歯車要素対が連結された時の前記第１の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第１の減速比と等しくなる第１の噛み合い区間と、前記入力軸と前記出力軸との間の減速比が、前記入力軸と前記出力軸との間に前記第２の歯車要素対が連結された時の第２の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第２の減速比と等しくなる第２の噛み合い区間とを含む変速機において、前記非円形歯車要素対用クラッチが斜面のみで噛み合うように構成されたドグクラッチからなることを特徴とする。
【００１１】
前記ドグクラッチは、同一軸上で対向する対称形状の駆動側と従動側のクラッチ要素からなり、該クラッチ要素は２つの斜面からなる山形の凸部を有するドグ部を軸の周方向に沿って複数設けることにより隣り合うドグ部の２つの傾斜面で谷形の凹部を形成して凸部と凹部を周方向に交互に形成してなり、駆動側のクラッチ要素の凸部と凹部が従動側のクラッチ要素の凹部と凸部に係合又は離間してクラッチがＯＮ又はＯＦＦになるように構成されていることが好ましい。
【００１２】
前記駆動側と従動側のクラッチ要素のうち、一方のクラッチ要素が外スプライン状に配置したドグ部を有し、他方のクラッチ要素が内スプライン状に配置したドグ部を有し、これらドグ部の凸部の稜線が同じ角度で傾斜して形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、短時間で噛み合いのＯＮ／ＯＦＦ作業を終えることができ、過大なトルクがかかった場合にクラッチが切れて変速機の破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用される変速機の一例を模式的に示す機構図である。
【図２】変速機の歯車のピッチ円或いはピッチ曲線を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）は非円形歯車対の減速比の変化を模式的に示すグラフ、（ｂ）はクラッチのＯＮとＯＦＦを示す表である。
【図４】（ａ）は非円形歯車対の減速比の変化を模式的に示すグラフ、（ｂ）はクラッチのＯＮとＯＦＦを示す表である。
【図５】変速機の構成を示す断面図である。
【図６】変速機の動作を示す断面図である。
【図７】変速機の動作を示す断面図である。
【図８】非円形歯車要素対用クラッチであるドグクラッチの一例を模式的に示す図で、（ａ）はクラッチＯＦＦ時の図、（ｂ）はクラッチＯＮ時の図である。
【図９】非円形歯車要素対用クラッチであるドグクラッチの他の例を示す図で、（ａ）はクラッチＯＦＦ時の部分的断面図、（ｂ）はクラッチＯＮ時の部分的断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図ある。
【図１０】自動車の変速機に用いられている従来のドッグクラッチの一例を模式的に示す図で、（ａ）はクラッチＯＦＦ時の図、（ｂ）はクラッチＯＮ時の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。
【００１６】
先ず、変速機の基本的な構成を図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１７】
図１の機構図に模式的に示すように、変速機１０は、回転可能に支持されている入力軸１２及び出力軸１４と、第１の歯車対１６と、第２の歯車対１７と、非円形歯車対１８と、クラッチ４０，４２，４４とを備えている。
【００１８】
各歯車対１６，１７，１８は、それぞれ、一対の歯車２０，３０；２２，３２；２４，３４が噛み合い、回転角度の遅れがない。すなわち、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達する。
【００１９】
入力軸１２には、各歯車対１６，１７，１８の一方の歯車（入力側歯車）２０，２２，２４が固定され、これらの歯車２０，２２，２４は入力軸１２と一体となって回転する。
【００２０】
出力軸１４には、各歯車対１６，１７，１８の他方の歯車（出力側歯車）３０，３２，３４が、相対回転可能な状態に支持されている。出力側歯車３０，３２，３４は、クラッチ４０，４２，４４により、選択的に出力軸１４に結合される。すなわち、クラッチ４０，４２，４４がつながっているＯＮのときには、対応する出力側歯車３０，３２，３４は出力軸１４に対して結合され、結合された出力側歯車３０，３２，３４と出力歯車１４とは一体となって回転する。クラッチ４０，４２，４４が切れているＯＦＦのときには、出力側歯車３０，３２，３４は、出力軸１４の軸方向の移動が拘束されながら、出力軸１４に対して相対回転可能となる。
【００２１】
クラッチ４０，４２，４４がＯＮのとき、クラッチ４０，４２，４４での滑り等がなければ、クラッチ４０，４２，４４がＯＮとなっている出力側歯車３０，３２，３４から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００２２】
クラッチ４０，４２，４４には、ドグクラッチ等の噛み合いクラッチを用いることが好ましい。円板クラッチなどの摩擦クラッチでは滑りが発生する可能性があるのに対して、噛み合いクラッチでは、駆動側と被動側に形成された突起や穴等の機械的構造が噛み合い、摩擦クラッチのような滑りが発生しないので、噛み合いクラッチを用いると、回転角度を極めて正確に伝達し、かつ動力を極めて効率的に伝達することができるからである。図示しないが、クラッチ４０，４２，４４はアクチュエータによって駆動され、アクチュエータの動作は、制御装置によって制御される。また、非円形歯車対１８の位相は、図示しないセンサにより検出され、検出信号は制御装置に入力される。制御装置は、回転を止めることなく減速比を切り替え、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができるように、クラッチ４０，４２，４４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００２３】
各歯車対１６，１７，１８は、クラッチ４０，４２，４４のＯＮによって、入力軸１２と出力軸１４との間に選択的に連結される。クラッチ４０のＯＮにより、第１の歯車対１６が入力軸１２と出力軸１４との間に連結されたとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、相対的に大きい一定の減速比ＲＨとなる。クラッチ４２のＯＮにより第２の歯車対１７が入力軸１２と出力軸１４との間に連結されたとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、相対的に小さい一定の減速比ＲＬとなる。クラッチ４４のＯＮにより非円形歯車対１８が入力軸１２と出力軸１４との間に連結されたとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、少なくとも減速比がＲＨとＲＬとを含む範囲内で変化する。
【００２４】
例えば図２に示すように各歯車対１６，１７，１８の歯車を噛み合いピッチ円（以下、単に「ピッチ円」という。）或いは噛み合いピッチ曲線（以下、単に「ピッチ曲線」という。）で表し、歯面の図示を省略すると、第１及び第２の歯車対１６，１７は、対をなす歯車２０，３０；２２，３２のピッチ円２０ｐ，３０ｐ；２２ｐ，３２ｐが互いに接する円形歯車である。
【００２５】
非円形歯車対１８の対をなす歯車２４，３４は非円形歯車であり、非円形歯車対１８の対をなす歯車２４，３４のピッチ曲線は、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のピッチ円２０ｐ，３０ｐの円弧と等しい第１の区間２５，３５と、減速比ＲＬの第２の歯車対のピッチ円２２ｐ，３２ｐの円弧と等しい第３の区間２７，３７と、減速比がＲＨとＲＬとの間で変化する第２及び第４の区間２６，３６；２８，３８とを有する。非円形歯車対１８の対をなす歯車２４，３４は、図２において矢印で示す方向に回転する時、歯車２４，３４のピッチ曲線の各区間２５，３５；２６，３６；２７，３７；２８，３８同士が噛み合う。
【００２６】
非円形歯車対１８が入力軸１２と出力軸１４との間に連結されている状況において、非円形歯車対１８が、図２（ａ）に示すように、第３の区間２７，３７で噛み合う場合は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲＬとなり、図２（ｂ）で示すように、第１の区間２５，３５で噛み合う場合は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲＨとなる。第２の区間２６，３６、第４の区間２８，３８で噛み合う場合は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、ＲＬとＲＨの間で変化する。
【００２７】
次に、変速機１０の動作について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）及び図４（ａ）は、非円形歯車対１８の減速比のグラフである。横軸は入力軸１２の回転角度、縦軸は入力側歯車２４と出力側歯車３４との間の減速比である。図３（ｂ）及び図４（ｂ）の表では、クラッチ４０，４２，４４のＯＮの状態を○印で示し、クラッチ４０，４２，４４のＯＦＦの状態は空欄としている。図３（ｂ）及び図４（ｂ）において、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０を「クラッチ（ＲＨ）」、減速比ＲＬの第２の歯車対１７のクラッチ４２を「クラッチ（ＲＬ）」、減速比が変化する非円形歯車対１８のクラッチ４４を「クラッチ（変速）」と表している。
【００２８】
減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０がＯＮ、クラッチ４２，４４がＯＦＦの時には、入力軸１２と出力軸１４との間は、一定の減速比ＲＨとなる。減速比ＲＬの第２の歯車対１７のクラッチ４２がＯＮ、クラッチ４０，４４がＯＦＦの時には、入力軸１２と出力軸１４との間は、一定の減速比ＲＬとなる。非円形歯車対１８の減速比は、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、入力軸１２の回転に伴って減速比ＲＨとＲＬとを含む所定範囲内で変化する。なお、図３（ａ）及び図４（ａ）において、非円形歯車対１８の減速比が変化する時の曲線は模式的に図示されている。
【００２９】
入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲＨからＲＬに変える場合には、以下のようにクラッチ４０，４２，４４を作動させる。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０がＯＮの状態で、非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨに変化する区間３０１を通過し、一定の減速比ＲＨとなる区間３０２に入ったら、図３（ｂ）に示すように、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０に加え、減速比が変化する非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＮにする。そして、区間３０２において非円形歯車対１８のクラッチ４４がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する区間３０３に入る前に、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０をＯＦＦにする。
【００３１】
そして、非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する区間３０３では、非円形歯車対１８のクラッチ４４のみがＯＮである。区間３０３では、入力軸１２と出力軸１４との間に非円形歯車対１８が連結されているので、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、ＲＨからＲＬに変化する。この間、クラッチ４４の滑りがなければ、非円形歯車対１８の噛み合いによって、入力軸１２から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００３２】
非円形歯車対１８の減速比ＲＨからＲＬに変化する区間３０３を通過して、一定の減速比ＲＬとなる区間３０４に入ったら、図３（ｂ）に示すように、減速比ＲＬの第２の歯車対１７のクラッチ４２をＯＮする。そして、区間３０４において第２の歯車対１７のクラッチ４２がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨに変化する区間３０５に入る前に、非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＦＦにする。このようにして、入力軸１２と出力軸１４との間に第２の歯車対１７のみが連結された後は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲＬ一定となり、第２の歯車対１７の噛み合いによって、入力軸１２から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００３３】
クラッチ４０，４２，４４は、駆動側と被動側とが同じ速度のときにＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行うので、クラッチ４０，４２，４４に、ドグクラッチ等の噛み合いクラッチを用いることができる。
【００３４】
入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲＬからＲＨに変える場合も、上記と同様である。すなわち、図４（ａ）に示すように、非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する区間４０１を通過し、一定の減速比ＲＬとなる区間４０２に入ったら、図４（ｂ）に示すように、第２の歯車対１７のクラッチ４２に加え、非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＮにする。そして、区間４０２において非円形歯車対１８のクラッチ４４がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨに変化する区間４０３に入る前に、減速比ＲＬの第２の歯車対１７のクラッチ４２をＯＦＦにする。
【００３５】
そして、非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨに変化する区間４０３では、非円形歯車対１８のクラッチ４４のみがＯＮである。区間４０３では、入力軸１２と出力軸１４との間に非円形歯車対１８のみが連結されているので、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、ＲＬからＲＨに変化する。この間、クラッチ４４の滑りがなければ、非円形歯車対１８の噛み合いによって、入力軸１２から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００３６】
非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨに変化する区間４０３を通過して、一定の減速比ＲＨとなる区間４０４に入ったら、図４（ｂ）に示すように、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０をＯＮにする。そして、区間４０４において第１の歯車対１６のクラッチ４０がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する区間４０５に入る前に、非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＦＦにする。このようにして、入力軸１２と出力軸１４との間に第１の歯車対１６のみが連結された後は、入力軸１２と出力軸１４との間は一定の減速比ＲＨとなり、第１の歯車対１６の噛み合いによって、入力軸１２から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００３７】
次に、変速機１０の具体的な構成例について、図５〜図７を参照しながら説明する。図５の断面図に示すように、入力軸１２に、各歯車対１６，１７，１８の入力側歯車２０，２２，２４が順に固定されている。出力軸１４には、各歯車対１６，１７，１８の出力側歯車３０，３２，３４が相対回転可能かつ、軸方向移動不可能な状態で順に支持されている。第１の歯車対１６の出力側歯車３０と第２の歯車対１７の出力側歯車３２との間には、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が配置されている。円形歯車用クラッチ５００は、シフター４１を兼用することで、第１の歯車対１６用の第１のクラッチと第２の歯車対１７用の第２のクラッチとの両方の機能を実現している。第２の歯車対１７の出力側歯車３２と非円形歯車対１８の出力側歯車３４との間には、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が配置されている。円形歯車用及び非円形歯車用クラッチ５００，５０２のシフター４１、４５は、出力軸１４に形成されたスプライン溝に摺動自在に支持されており、出力軸１４に沿って軸方向に移動自在であるが、出力軸１４に対する相対回転はできない状態であり、出力軸１４と一体となって回転するようになっている。
【００３８】
円形歯車用及び非円形歯車用クラッチ５００，５０２のシフター４１、４５の外周面には図示しないアクチュエータ（クラッチＯＮ／ＯＦＦ駆動手段）が嵌合する溝４１ｘ，４５ｘが形成されている。円形歯車用クラッチ５００のシフター４１は、溝４１ｘに嵌合する図示しないアクチュエータの駆動によって、図５に示した中間位置から矢印４１ｓ，４１ｔに示すように両側に移動する。非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５は、溝４５ｘに嵌合する図示しないアクチュエータの駆動によって、図５に示した待機位置から矢印４５ｔで示す片側だけ移動する。
【００３９】
円形歯車用クラッチ５００のシフター４１は、第１の歯車対１６の出力歯車３０に対向する側面と、第２の歯車対１７の出力側歯車３２に対向する側面に、所定のピッチで突起（ドグ）４１ａ，４１ｂが形成されている。第１の歯車対１６の出力側歯車３０と第２の歯車対１７の出力側歯車３２には、円形歯車用クラッチ５００の構成要素として、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１に対向する側面に、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１の突起４１ａ，４１ｂに対向して、所定のピッチで凹部（ドグ穴）３１，３３が形成されている。矢印４１ｓ，４１ｔで示す方向に円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が移動した時、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１の突起４１ａ，４１ｂが、出力側歯車３０，３２の凹部３１，３３に嵌合し、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して出力軸１４と出力側歯車３０，３２とが一体となって回転する。すなわち、入力軸１２と出力軸１４との間に第１又は第２の歯車対１６，１７が連結され、入力軸１２から、第１又は第２の歯車対１６，１７を介して出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００４０】
前記非円形歯車用クラッチ５０２においては、短時間で噛み合いのＯＮ／ＯＦＦ作業を終えることが求められ、また、クラッチに過大なトルクがかかった場合、クラッチが切れることが望ましいため、図８に示すように斜面５３ａのみで噛み合うように構成されたドグクラッチが採用されている。非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５は、非円形歯車対１８の出力側歯車３４に対向する側面に、ドグクラッチにおける一方（従動側）のクラッチ要素５２が設けられている。非円形歯車対１８の出力側歯車３４には、非円形歯車用クラッチ５０２の構成要素として、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５に対向する側面に、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５のクラッチ要素５２に対応する他方（駆動側）のクラッチ要素５１が設けられている。非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が移動したとき、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５のクラッチ要素５２が、非円形歯車対１８の出力側歯車３４のクラッチ要素５１に嵌合し、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して出力軸１４と出力側歯車３４とが一体となって回転する。すなわち、入力軸１２から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００４１】
前記非円形歯車用クラッチ５０２であるドグクラッチは、同一軸上で対向する対称形状の駆動側と従動側のクラッチ要素５１，５２からなる。クラッチ要素５１，５２は２つの斜面５３ａからなる山形の凸部５３を有するドグ部５４を軸の周方向に沿って複数設けることにより隣り合うドグ部５４の隣り合う２つの傾斜面５３ａで谷形の凹部５５を形成して凸部５３と凹部５５を周方向に交互に形成してなり、駆動側のクラッチ要素５１の凸部５３と凹部５５が従動側のクラッチ要素５２の凹部５５と凸部５３に係合又は離間してクラッチがＯＮ又はＯＦＦになるように構成されている。なお、前記ドグ部５４は、断面４角形（長方形）のドグ部本体５４ａの一端に断面三角形の凸部５３を形成して構成されている。隣り合うドグ部の間にはドグ本体５４ａの幅よりも小さい隙間５６が設けられている。
【００４２】
次に、この変速機１０の動作について、図６〜図７を参照しながら説明する。図６（ａ）に示すように、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が矢印４１ｓで示す方向に移動して第１の歯車対１６の出力側歯車３０に嵌合し、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が待機位置にあるとき、入力軸１２と出力軸１４との間には、第１の歯車対１６のみが連結される。この時、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から第１の歯車対１６の入力側歯車２０、出力側歯車３０、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、出力軸１４に伝達され、減速比はＲＨとなる。減速比をＲＨからＲＬに切り替える場合には、先ず、図６（ｂ）に示すように、非円形歯車対１８の減速比がＲＨになる状態で、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が矢印４５ｔで示す方向に移動してそのクラッチ要素５１が非円形歯車対１８の出力側歯車３４のクラッチ要素５２に嵌合し、入力軸１２と出力軸１４との間に、第１の歯車対１６と非円形歯車対１８とが連結される。この時、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から、（ａ）第１の歯車対１６の入力側歯車２０、出力側歯車３０、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、及び（ｂ）非円形歯車対１８の入力側歯車２４、出力側歯車３４、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して、出力軸１４に伝達される。
【００４３】
次いで、非円形歯車対１８の減速比がＲＨから変化する前に、図６（ｃ）に示すように、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が中間位置に移動し、第１の歯車対１６の出力側歯車３０との嵌合が解除され、入力軸１２と出力軸１４との間に、非円形歯車対１８のみが連結される。このとき、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から、非円形歯車対１８の入力側歯車２４、出力側歯車３４、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して、出力軸１４に伝達される。そして、非円形歯車対１８のみが連結された状態で、非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する。
【００４４】
次いで、非円形歯車対１８の減速比がＲＬになると、図７（ｄ）に示すように、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が矢印４１ｔで示す方向に移動して第２の歯車対１７の出力側歯車３２に嵌合し、入力軸１２と出力軸１４との間に、第２の歯車対１７と非円形歯車対１８とが連結される。この時、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から、（ａ）第２の歯車対１７の入力側歯車２２、出力側歯車３２、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、及び（ｂ）非円形歯車対１８の入力側歯車２４、出力側歯車３４、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して、出力軸１４に伝達される。
【００４５】
次いで、非円形歯車対１８の減速比がＲＬから変化する前に、図７（ｅ）に示すように、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が待機位置に移動し、非円形歯車対１８の出力側歯車３４との嵌合が解除され、入力軸１２と出力軸１４との間に、第２の歯車対１７のみが連結される。この時、回転角度及び動力は、図において、破線で示すように、入力軸１２から、第２の歯車対１７の入力側歯車２２、出力側歯車３２、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、出力軸１４に伝達され、一定の減速比ＲＬとなり、減速比の切り替えが完了する。
【００４６】
以上の構成からなる自動車の変速機によれば、前記非円形歯車用クラッチ５０２が斜面５３ａのみで噛み合うように構成されたドグクラッチからなるため、従来のドグクラッチからなるものと異なり、短時間で噛み合いのＯＮ／ＯＦＦ作業を終えることができ、過大なトルクがかかった場合にクラッチが切れて非円形歯車対を含む変速機の破壊を防止することができる。
【００４７】
図９は非円形歯車用クラッチであるドグクラッチの他の例を示す図で、（ａ）はクラッチＯＦＦ時の部分的断面図、（ｂ）はクラッチＯＮ時の部分的断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。図９に示すように駆動側と従動側のクラッチ要素のうち、一方のクラッチ要素５１が外スプライン状に配置したドグ部５４を有し、他方のクラッチ要素５２が内スプライン状に配置したドグ部５４を有し、これらドグ部５４の凸部５３の稜線６０が同じ角度で傾斜して形成されている。図９のドグクラッチにおいても図８のドグクラッチと同様の効果を奏することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態ないし実施例を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。例えば、本発明に係る変速機としては、少なくとも３組の前記歯車要素対と、少なくとも３組の前記クラッチと、少なくとも２組の前記非円形歯車要素対と、少なくとも２組の前記非円形歯車要素対用クラッチと、を備えていてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 変速機
１２ 入力軸
１４ 出力軸
１６ 第１の歯車対（第１の歯車要素対）
１７ 第２の歯車対（第２の歯車要素対）
１８ 非円形歯車対（非円形歯車要素対）
２５，３５ 第１の区間（第１の噛み合い区間）
２７，３７ 第２の区間（第２の噛み合い区間）
４０ クラッチ（第１のクラッチ）
４２ クラッチ（第２のクラッチ）
４４ クラッチ（非円形歯車要素対用クラッチ）
５３ａ 斜面
５３ 凸部
５４ ドグ部
５５ 凹部
５０２ 非円形歯車用クラッチ（非円形歯車要素対用クラッチ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在では、例えば自動車のオートマチックトランスミッションなど、減速比を多段に変えることが可能な変速機は既に数多く開発され、確立された機械となりつつある。この自動車の変速機では、減速比を変える際に動力を効率よく伝達することが課題となっている。
【０００３】
通常、減速比の異なる歯車対を同時に噛み合わせて回転させることはできないため、回転を止めることなく負荷を支持しつつ、減速比を変えることはできない。また、通常の自動車などの変速機では、減速比を変える前には、これから締結する歯車と軸の回転速度が異なるため、摩擦を利用してこれらを一致させていることから、歯車と軸の間には大きな滑りが生じ、正確な回転角度の伝達は困難であり、動力の伝達効率も悪い。
【０００４】
そこで、非円形歯車要素対とクラッチを使用することにより回転を止めることなく負荷を支持しつつ減速比を変えることができ、正確に回転角度を伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができるようにした変速機が提案されている（特許文献１）。前記クラッチとしては、自動車の変速機に一般的に用いられているドグクラッチが考えられる。
【０００５】
このドグクラッチは、例えば図１０に示すように、同一軸上例えば回転軸７０上で対向する対称形状の駆動側と従動側（被動側ともいう。）のクラッチ要素７１，７２を備えている。クラッチ要素７１，７２は先端が山形に形成された長尺のドグ部７４を回転軸７０の周方向に沿って所定の隙間７６を隔てて複数設けてなり、ドグ部７４は一方のドグ部７４が他方のドグ部７４間の隙間７６に嵌合し得るように互いに摺接する摺接面７３を両側面に有している。
【０００６】
ところで、非円形歯車要素対に使用するクラッチとしては、短時間で噛み合いのＯＮ／ＯＦＦ作業を終えることが求められ、また、クラッチに過大なトルクがかかった場合、クラッチが切れることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００８／０６２７１８Ａ１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記ドグクラッチは、ドグ部７４の噛合ストロークが長くなっているため、ドグクラッチの噛み合いのＯＮ／ＯＦＦに時間がかかるだけでなく、ドグクラッチに過大なトルクがかかった場合でもクラッチが切れることはないので、非円形歯車要素対の破損を含む変速機の破損を招くおそれがある。
【０００９】
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、短時間で噛み合いのＯＮ／ＯＦＦ作業を終えることができ、過大なトルクがかかった場合にクラッチが切れて変速機の破壊を防止することができる変速機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、回転可能に支持された入力軸と出力軸との間にそれぞれ配置された、少なくとも２組の歯車要素対である第１の歯車要素対及び第２の歯車要素対と、前記入力軸と前記出力軸との間に、少なくとも２組の前記歯車要素対をそれぞれ解除可能に連結する少なくとも２組のクラッチである第１のクラッチ及び第２のクラッチと、前記入力軸と前記出力軸との間に配置された少なくとも１組の非円形歯車要素対と、前記入力軸と前記出力軸との間に少なくとも１組の前記非円形歯車要素対を解除可能に連結する少なくとも１組の非円形歯車要素対用クラッチと、を備え、前記非線形歯車要素対は、前記入力軸と前記出力軸との間の減速比が、前記入力軸と前記出力軸との間に前記第１の歯車要素対が連結された時の前記第１の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第１の減速比と等しくなる第１の噛み合い区間と、前記入力軸と前記出力軸との間の減速比が、前記入力軸と前記出力軸との間に前記第２の歯車要素対が連結された時の第２の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第２の減速比と等しくなる第２の噛み合い区間とを含む変速機において、前記非円形歯車要素対用クラッチが斜面のみで噛み合うように構成されたドグクラッチからなることを特徴とする。
【００１１】
前記ドグクラッチは、同一軸上で対向する対称形状の駆動側と従動側のクラッチ要素からなり、該クラッチ要素は２つの斜面からなる山形の凸部を有するドグ部を軸の周方向に沿って複数設けることにより隣り合うドグ部の２つの傾斜面で谷形の凹部を形成して凸部と凹部を周方向に交互に形成してなり、駆動側のクラッチ要素の凸部と凹部が従動側のクラッチ要素の凹部と凸部に係合又は離間してクラッチがＯＮ又はＯＦＦになるように構成されていることが好ましい。
【００１２】
前記駆動側と従動側のクラッチ要素のうち、一方のクラッチ要素が外スプライン状に配置したドグ部を有し、他方のクラッチ要素が内スプライン状に配置したドグ部を有し、これらドグ部の凸部の稜線が同じ角度で傾斜して形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、短時間で噛み合いのＯＮ／ＯＦＦ作業を終えることができ、過大なトルクがかかった場合にクラッチが切れて変速機の破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用される変速機の一例を模式的に示す機構図である。
【図２】変速機の歯車のピッチ円或いはピッチ曲線を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）は非円形歯車対の減速比の変化を模式的に示すグラフ、（ｂ）はクラッチのＯＮとＯＦＦを示す表である。
【図４】（ａ）は非円形歯車対の減速比の変化を模式的に示すグラフ、（ｂ）はクラッチのＯＮとＯＦＦを示す表である。
【図５】変速機の構成を示す断面図である。
【図６】変速機の動作を示す断面図である。
【図７】変速機の動作を示す断面図である。
【図８】非円形歯車要素対用クラッチであるドグクラッチの一例を模式的に示す図で、（ａ）はクラッチＯＦＦ時の図、（ｂ）はクラッチＯＮ時の図である。
【図９】非円形歯車要素対用クラッチであるドグクラッチの他の例を示す図で、（ａ）はクラッチＯＦＦ時の部分的断面図、（ｂ）はクラッチＯＮ時の部分的断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図ある。
【図１０】自動車の変速機に用いられている従来のドッグクラッチの一例を模式的に示す図で、（ａ）はクラッチＯＦＦ時の図、（ｂ）はクラッチＯＮ時の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。
【００１６】
先ず、変速機の基本的な構成を図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１７】
図１の機構図に模式的に示すように、変速機１０は、回転可能に支持されている入力軸１２及び出力軸１４と、第１の歯車対１６と、第２の歯車対１７と、非円形歯車対１８と、クラッチ４０，４２，４４とを備えている。
【００１８】
各歯車対１６，１７，１８は、それぞれ、一対の歯車２０，３０；２２，３２；２４，３４が噛み合い、回転角度の遅れがない。すなわち、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達する。
【００１９】
入力軸１２には、各歯車対１６，１７，１８の一方の歯車（入力側歯車）２０，２２，２４が固定され、これらの歯車２０，２２，２４は入力軸１２と一体となって回転する。
【００２０】
出力軸１４には、各歯車対１６，１７，１８の他方の歯車（出力側歯車）３０，３２，３４が、相対回転可能な状態に支持されている。出力側歯車３０，３２，３４は、クラッチ４０，４２，４４により、選択的に出力軸１４に結合される。すなわち、クラッチ４０，４２，４４がつながっているＯＮのときには、対応する出力側歯車３０，３２，３４は出力軸１４に対して結合され、結合された出力側歯車３０，３２，３４と出力歯車１４とは一体となって回転する。クラッチ４０，４２，４４が切れているＯＦＦのときには、出力側歯車３０，３２，３４は、出力軸１４の軸方向の移動が拘束されながら、出力軸１４に対して相対回転可能となる。
【００２１】
クラッチ４０，４２，４４がＯＮのとき、クラッチ４０，４２，４４での滑り等がなければ、クラッチ４０，４２，４４がＯＮとなっている出力側歯車３０，３２，３４から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００２２】
クラッチ４０，４２，４４には、ドグクラッチ等の噛み合いクラッチを用いることが好ましい。円板クラッチなどの摩擦クラッチでは滑りが発生する可能性があるのに対して、噛み合いクラッチでは、駆動側と被動側に形成された突起や穴等の機械的構造が噛み合い、摩擦クラッチのような滑りが発生しないので、噛み合いクラッチを用いると、回転角度を極めて正確に伝達し、かつ動力を極めて効率的に伝達することができるからである。図示しないが、クラッチ４０，４２，４４はアクチュエータによって駆動され、アクチュエータの動作は、制御装置によって制御される。また、非円形歯車対１８の位相は、図示しないセンサにより検出され、検出信号は制御装置に入力される。制御装置は、回転を止めることなく減速比を切り替え、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができるように、クラッチ４０，４２，４４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００２３】
各歯車対１６，１７，１８は、クラッチ４０，４２，４４のＯＮによって、入力軸１２と出力軸１４との間に選択的に連結される。クラッチ４０のＯＮにより、第１の歯車対１６が入力軸１２と出力軸１４との間に連結されたとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、相対的に大きい一定の減速比ＲＨとなる。クラッチ４２のＯＮにより第２の歯車対１７が入力軸１２と出力軸１４との間に連結されたとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、相対的に小さい一定の減速比ＲＬとなる。クラッチ４４のＯＮにより非円形歯車対１８が入力軸１２と出力軸１４との間に連結されたとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、少なくとも減速比がＲＨとＲＬとを含む範囲内で変化する。
【００２４】
例えば図２に示すように各歯車対１６，１７，１８の歯車を噛み合いピッチ円（以下、単に「ピッチ円」という。）或いは噛み合いピッチ曲線（以下、単に「ピッチ曲線」という。）で表し、歯面の図示を省略すると、第１及び第２の歯車対１６，１７は、対をなす歯車２０，３０；２２，３２のピッチ円２０ｐ，３０ｐ；２２ｐ，３２ｐが互いに接する円形歯車である。
【００２５】
非円形歯車対１８の対をなす歯車２４，３４は非円形歯車であり、非円形歯車対１８の対をなす歯車２４，３４のピッチ曲線は、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のピッチ円２０ｐ，３０ｐの円弧と等しい第１の区間２５，３５と、減速比ＲＬの第２の歯車対のピッチ円２２ｐ，３２ｐの円弧と等しい第３の区間２７，３７と、減速比がＲＨとＲＬとの間で変化する第２及び第４の区間２６，３６；２８，３８とを有する。非円形歯車対１８の対をなす歯車２４，３４は、図２において矢印で示す方向に回転する時、歯車２４，３４のピッチ曲線の各区間２５，３５；２６，３６；２７，３７；２８，３８同士が噛み合う。
【００２６】
非円形歯車対１８が入力軸１２と出力軸１４との間に連結されている状況において、非円形歯車対１８が、図２（ａ）に示すように、第３の区間２７，３７で噛み合う場合は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲＬとなり、図２（ｂ）で示すように、第１の区間２５，３５で噛み合う場合は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲＨとなる。第２の区間２６，３６、第４の区間２８，３８で噛み合う場合は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、ＲＬとＲＨの間で変化する。
【００２７】
次に、変速機１０の動作について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）及び図４（ａ）は、非円形歯車対１８の減速比のグラフである。横軸は入力軸１２の回転角度、縦軸は入力側歯車２４と出力側歯車３４との間の減速比である。図３（ｂ）及び図４（ｂ）の表では、クラッチ４０，４２，４４のＯＮの状態を○印で示し、クラッチ４０，４２，４４のＯＦＦの状態は空欄としている。図３（ｂ）及び図４（ｂ）において、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０を「クラッチ（ＲＨ）」、減速比ＲＬの第２の歯車対１７のクラッチ４２を「クラッチ（ＲＬ）」、減速比が変化する非円形歯車対１８のクラッチ４４を「クラッチ（変速）」と表している。
【００２８】
減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０がＯＮ、クラッチ４２，４４がＯＦＦの時には、入力軸１２と出力軸１４との間は、一定の減速比ＲＨとなる。減速比ＲＬの第２の歯車対１７のクラッチ４２がＯＮ、クラッチ４０，４４がＯＦＦの時には、入力軸１２と出力軸１４との間は、一定の減速比ＲＬとなる。非円形歯車対１８の減速比は、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、入力軸１２の回転に伴って減速比ＲＨとＲＬとを含む所定範囲内で変化する。なお、図３（ａ）及び図４（ａ）において、非円形歯車対１８の減速比が変化する時の曲線は模式的に図示されている。
【００２９】
入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲＨからＲＬに変える場合には、以下のようにクラッチ４０，４２，４４を作動させる。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０がＯＮの状態で、非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨに変化する区間３０１を通過し、一定の減速比ＲＨとなる区間３０２に入ったら、図３（ｂ）に示すように、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０に加え、減速比が変化する非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＮにする。そして、区間３０２において非円形歯車対１８のクラッチ４４がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する区間３０３に入る前に、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０をＯＦＦにする。
【００３１】
そして、非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する区間３０３では、非円形歯車対１８のクラッチ４４のみがＯＮである。区間３０３では、入力軸１２と出力軸１４との間に非円形歯車対１８が連結されているので、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、ＲＨからＲＬに変化する。この間、クラッチ４４の滑りがなければ、非円形歯車対１８の噛み合いによって、入力軸１２から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００３２】
非円形歯車対１８の減速比ＲＨからＲＬに変化する区間３０３を通過して、一定の減速比ＲＬとなる区間３０４に入ったら、図３（ｂ）に示すように、減速比ＲＬの第２の歯車対１７のクラッチ４２をＯＮする。そして、区間３０４において第２の歯車対１７のクラッチ４２がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨに変化する区間３０５に入る前に、非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＦＦにする。このようにして、入力軸１２と出力軸１４との間に第２の歯車対１７のみが連結された後は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲＬ一定となり、第２の歯車対１７の噛み合いによって、入力軸１２から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００３３】
クラッチ４０，４２，４４は、駆動側と被動側とが同じ速度のときにＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行うので、クラッチ４０，４２，４４に、ドグクラッチ等の噛み合いクラッチを用いることができる。
【００３４】
入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲＬからＲＨに変える場合も、上記と同様である。すなわち、図４（ａ）に示すように、非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する区間４０１を通過し、一定の減速比ＲＬとなる区間４０２に入ったら、図４（ｂ）に示すように、第２の歯車対１７のクラッチ４２に加え、非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＮにする。そして、区間４０２において非円形歯車対１８のクラッチ４４がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨに変化する区間４０３に入る前に、減速比ＲＬの第２の歯車対１７のクラッチ４２をＯＦＦにする。
【００３５】
そして、非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨに変化する区間４０３では、非円形歯車対１８のクラッチ４４のみがＯＮである。区間４０３では、入力軸１２と出力軸１４との間に非円形歯車対１８のみが連結されているので、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、ＲＬからＲＨに変化する。この間、クラッチ４４の滑りがなければ、非円形歯車対１８の噛み合いによって、入力軸１２から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００３６】
非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨに変化する区間４０３を通過して、一定の減速比ＲＨとなる区間４０４に入ったら、図４（ｂ）に示すように、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０をＯＮにする。そして、区間４０４において第１の歯車対１６のクラッチ４０がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する区間４０５に入る前に、非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＦＦにする。このようにして、入力軸１２と出力軸１４との間に第１の歯車対１６のみが連結された後は、入力軸１２と出力軸１４との間は一定の減速比ＲＨとなり、第１の歯車対１６の噛み合いによって、入力軸１２から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００３７】
次に、変速機１０の具体的な構成例について、図５〜図７を参照しながら説明する。図５の断面図に示すように、入力軸１２に、各歯車対１６，１７，１８の入力側歯車２０，２２，２４が順に固定されている。出力軸１４には、各歯車対１６，１７，１８の出力側歯車３０，３２，３４が相対回転可能かつ、軸方向移動不可能な状態で順に支持されている。第１の歯車対１６の出力側歯車３０と第２の歯車対１７の出力側歯車３２との間には、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が配置されている。円形歯車用クラッチ５００は、シフター４１を兼用することで、第１の歯車対１６用の第１のクラッチと第２の歯車対１７用の第２のクラッチとの両方の機能を実現している。第２の歯車対１７の出力側歯車３２と非円形歯車対１８の出力側歯車３４との間には、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が配置されている。円形歯車用及び非円形歯車用クラッチ５００，５０２のシフター４１、４５は、出力軸１４に形成されたスプライン溝に摺動自在に支持されており、出力軸１４に沿って軸方向に移動自在であるが、出力軸１４に対する相対回転はできない状態であり、出力軸１４と一体となって回転するようになっている。
【００３８】
円形歯車用及び非円形歯車用クラッチ５００，５０２のシフター４１、４５の外周面には図示しないアクチュエータ（クラッチＯＮ／ＯＦＦ駆動手段）が嵌合する溝４１ｘ，４５ｘが形成されている。円形歯車用クラッチ５００のシフター４１は、溝４１ｘに嵌合する図示しないアクチュエータの駆動によって、図５に示した中間位置から矢印４１ｓ，４１ｔに示すように両側に移動する。非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５は、溝４５ｘに嵌合する図示しないアクチュエータの駆動によって、図５に示した待機位置から矢印４５ｔで示す片側だけ移動する。
【００３９】
円形歯車用クラッチ５００のシフター４１は、第１の歯車対１６の出力歯車３０に対向する側面と、第２の歯車対１７の出力側歯車３２に対向する側面に、所定のピッチで突起（ドグ）４１ａ，４１ｂが形成されている。第１の歯車対１６の出力側歯車３０と第２の歯車対１７の出力側歯車３２には、円形歯車用クラッチ５００の構成要素として、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１に対向する側面に、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１の突起４１ａ，４１ｂに対向して、所定のピッチで凹部（ドグ穴）３１，３３が形成されている。矢印４１ｓ，４１ｔで示す方向に円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が移動した時、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１の突起４１ａ，４１ｂが、出力側歯車３０，３２の凹部３１，３３に嵌合し、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して出力軸１４と出力側歯車３０，３２とが一体となって回転する。すなわち、入力軸１２と出力軸１４との間に第１又は第２の歯車対１６，１７が連結され、入力軸１２から、第１又は第２の歯車対１６，１７を介して出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００４０】
前記非円形歯車用クラッチ５０２においては、短時間で噛み合いのＯＮ／ＯＦＦ作業を終えることが求められ、また、クラッチに過大なトルクがかかった場合、クラッチが切れることが望ましいため、図８に示すように斜面５３ａのみで噛み合うように構成されたドグクラッチが採用されている。非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５は、非円形歯車対１８の出力側歯車３４に対向する側面に、ドグクラッチにおける一方（従動側）のクラッチ要素５２が設けられている。非円形歯車対１８の出力側歯車３４には、非円形歯車用クラッチ５０２の構成要素として、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５に対向する側面に、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５のクラッチ要素５２に対応する他方（駆動側）のクラッチ要素５１が設けられている。非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が移動したとき、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５のクラッチ要素５２が、非円形歯車対１８の出力側歯車３４のクラッチ要素５１に嵌合し、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して出力軸１４と出力側歯車３４とが一体となって回転する。すなわち、入力軸１２から出力軸１４に、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達することができる。
【００４１】
前記非円形歯車用クラッチ５０２であるドグクラッチは、同一軸上で対向する対称形状の駆動側と従動側のクラッチ要素５１，５２からなる。クラッチ要素５１，５２は２つの斜面５３ａからなる山形の凸部５３を有するドグ部５４を軸の周方向に沿って複数設けることにより隣り合うドグ部５４の隣り合う２つの傾斜面５３ａで谷形の凹部５５を形成して凸部５３と凹部５５を周方向に交互に形成してなり、駆動側のクラッチ要素５１の凸部５３と凹部５５が従動側のクラッチ要素５２の凹部５５と凸部５３に係合又は離間してクラッチがＯＮ又はＯＦＦになるように構成されている。なお、前記ドグ部５４は、断面４角形（長方形）のドグ部本体５４ａの一端に断面三角形の凸部５３を形成して構成されている。隣り合うドグ部の間にはドグ本体５４ａの幅よりも小さい隙間５６が設けられている。
【００４２】
次に、この変速機１０の動作について、図６〜図７を参照しながら説明する。図６（ａ）に示すように、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が矢印４１ｓで示す方向に移動して第１の歯車対１６の出力側歯車３０に嵌合し、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が待機位置にあるとき、入力軸１２と出力軸１４との間には、第１の歯車対１６のみが連結される。この時、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から第１の歯車対１６の入力側歯車２０、出力側歯車３０、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、出力軸１４に伝達され、減速比はＲＨとなる。減速比をＲＨからＲＬに切り替える場合には、先ず、図６（ｂ）に示すように、非円形歯車対１８の減速比がＲＨになる状態で、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が矢印４５ｔで示す方向に移動してそのクラッチ要素５１が非円形歯車対１８の出力側歯車３４のクラッチ要素５２に嵌合し、入力軸１２と出力軸１４との間に、第１の歯車対１６と非円形歯車対１８とが連結される。この時、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から、（ａ）第１の歯車対１６の入力側歯車２０、出力側歯車３０、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、及び（ｂ）非円形歯車対１８の入力側歯車２４、出力側歯車３４、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して、出力軸１４に伝達される。
【００４３】
次いで、非円形歯車対１８の減速比がＲＨから変化する前に、図６（ｃ）に示すように、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が中間位置に移動し、第１の歯車対１６の出力側歯車３０との嵌合が解除され、入力軸１２と出力軸１４との間に、非円形歯車対１８のみが連結される。このとき、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から、非円形歯車対１８の入力側歯車２４、出力側歯車３４、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して、出力軸１４に伝達される。そして、非円形歯車対１８のみが連結された状態で、非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する。
【００４４】
次いで、非円形歯車対１８の減速比がＲＬになると、図７（ｄ）に示すように、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が矢印４１ｔで示す方向に移動して第２の歯車対１７の出力側歯車３２に嵌合し、入力軸１２と出力軸１４との間に、第２の歯車対１７と非円形歯車対１８とが連結される。この時、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から、（ａ）第２の歯車対１７の入力側歯車２２、出力側歯車３２、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、及び（ｂ）非円形歯車対１８の入力側歯車２４、出力側歯車３４、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して、出力軸１４に伝達される。
【００４５】
次いで、非円形歯車対１８の減速比がＲＬから変化する前に、図７（ｅ）に示すように、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が待機位置に移動し、非円形歯車対１８の出力側歯車３４との嵌合が解除され、入力軸１２と出力軸１４との間に、第２の歯車対１７のみが連結される。この時、回転角度及び動力は、図において、破線で示すように、入力軸１２から、第２の歯車対１７の入力側歯車２２、出力側歯車３２、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、出力軸１４に伝達され、一定の減速比ＲＬとなり、減速比の切り替えが完了する。
【００４６】
以上の構成からなる自動車の変速機によれば、前記非円形歯車用クラッチ５０２が斜面５３ａのみで噛み合うように構成されたドグクラッチからなるため、従来のドグクラッチからなるものと異なり、短時間で噛み合いのＯＮ／ＯＦＦ作業を終えることができ、過大なトルクがかかった場合にクラッチが切れて非円形歯車対を含む変速機の破壊を防止することができる。
【００４７】
図９は非円形歯車用クラッチであるドグクラッチの他の例を示す図で、（ａ）はクラッチＯＦＦ時の部分的断面図、（ｂ）はクラッチＯＮ時の部分的断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。図９に示すように駆動側と従動側のクラッチ要素のうち、一方のクラッチ要素５１が外スプライン状に配置したドグ部５４を有し、他方のクラッチ要素５２が内スプライン状に配置したドグ部５４を有し、これらドグ部５４の凸部５３の稜線６０が同じ角度で傾斜して形成されている。図９のドグクラッチにおいても図８のドグクラッチと同様の効果を奏することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態ないし実施例を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。例えば、本発明に係る変速機としては、少なくとも３組の前記歯車要素対と、少なくとも３組の前記クラッチと、少なくとも２組の前記非円形歯車要素対と、少なくとも２組の前記非円形歯車要素対用クラッチと、を備えていてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 変速機
１２ 入力軸
１４ 出力軸
１６ 第１の歯車対（第１の歯車要素対）
１７ 第２の歯車対（第２の歯車要素対）
１８ 非円形歯車対（非円形歯車要素対）
２５，３５ 第１の区間（第１の噛み合い区間）
２７，３７ 第２の区間（第２の噛み合い区間）
４０ クラッチ（第１のクラッチ）
４２ クラッチ（第２のクラッチ）
４４ クラッチ（非円形歯車要素対用クラッチ）
５３ａ 斜面
５３ 凸部
５４ ドグ部
５５ 凹部
５０２ 非円形歯車用クラッチ（非円形歯車要素対用クラッチ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持された入力軸と出力軸との間にそれぞれ配置された、少なくとも２組の歯車要素対である第１の歯車要素対及び第２の歯車要素対と、
前記入力軸と前記出力軸との間に、少なくとも２組の前記歯車要素対をそれぞれ解除可能に連結する少なくとも２組のクラッチである第１のクラッチ及び第２のクラッチと、
前記入力軸と前記出力軸との間に配置された少なくとも１組の非円形歯車要素対と、
前記入力軸と前記出力軸との間に少なくとも１組の前記非円形歯車要素対を解除可能に連結する少なくとも１組の非円形歯車要素対用クラッチと、を備え、
前記非円形歯車要素対は、前記入力軸と前記出力軸との間の減速比が、前記入力軸と前記出力軸との間に前記第１の歯車要素対が連結された時の前記第１の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第１の減速比と等しくなる第１の噛み合い区間と、前記入力軸と前記出力軸との間の減速比が、前記入力軸と前記出力軸との間に前記第２の歯車要素対が連結された時の第２の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第２の減速比と等しくなる第２の噛み合い区間とを含む変速機において、
前記非円形歯車要素対用クラッチが斜面のみで噛み合うように構成されたドグクラッチからなることを特徴とする変速機。
【請求項２】
前記ドグクラッチは、同一軸上で対向する対称形状の駆動側と従動側のクラッチ要素からなり、該クラッチ要素は２つの斜面からなる山形の凸部を有するドグ部を軸の周方向に沿って複数設けることにより隣り合うドグ部の２つの傾斜面で谷形の凹部を形成して凸部と凹部を周方向に交互に形成してなり、駆動側のクラッチ要素の凸部と凹部が従動側のクラッチ要素の凹部と凸部に係合又は離間してクラッチがＯＮ又はＯＦＦになるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の変速機。
【請求項３】
前記駆動側と従動側のクラッチ要素のうち、一方のクラッチ要素が外スプライン状に配置したドグ部を有し、他方のクラッチ要素が内スプライン状に配置したドグ部を有し、これらドグ部の凸部の稜線が同じ角度で傾斜して形成されていることを特徴とする請求項２記載の変速機。
【請求項１】
回転可能に支持された入力軸と出力軸との間にそれぞれ配置された、少なくとも２組の歯車要素対である第１の歯車要素対及び第２の歯車要素対と、
前記入力軸と前記出力軸との間に、少なくとも２組の前記歯車要素対をそれぞれ解除可能に連結する少なくとも２組のクラッチである第１のクラッチ及び第２のクラッチと、
前記入力軸と前記出力軸との間に配置された少なくとも１組の非円形歯車要素対と、
前記入力軸と前記出力軸との間に少なくとも１組の前記非円形歯車要素対を解除可能に連結する少なくとも１組の非円形歯車要素対用クラッチと、を備え、
前記非円形歯車要素対は、前記入力軸と前記出力軸との間の減速比が、前記入力軸と前記出力軸との間に前記第１の歯車要素対が連結された時の前記第１の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第１の減速比と等しくなる第１の噛み合い区間と、前記入力軸と前記出力軸との間の減速比が、前記入力軸と前記出力軸との間に前記第２の歯車要素対が連結された時の第２の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第２の減速比と等しくなる第２の噛み合い区間とを含む変速機において、
前記非円形歯車要素対用クラッチが斜面のみで噛み合うように構成されたドグクラッチからなることを特徴とする変速機。
【請求項２】
前記ドグクラッチは、同一軸上で対向する対称形状の駆動側と従動側のクラッチ要素からなり、該クラッチ要素は２つの斜面からなる山形の凸部を有するドグ部を軸の周方向に沿って複数設けることにより隣り合うドグ部の２つの傾斜面で谷形の凹部を形成して凸部と凹部を周方向に交互に形成してなり、駆動側のクラッチ要素の凸部と凹部が従動側のクラッチ要素の凹部と凸部に係合又は離間してクラッチがＯＮ又はＯＦＦになるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の変速機。
【請求項３】
前記駆動側と従動側のクラッチ要素のうち、一方のクラッチ要素が外スプライン状に配置したドグ部を有し、他方のクラッチ要素が内スプライン状に配置したドグ部を有し、これらドグ部の凸部の稜線が同じ角度で傾斜して形成されていることを特徴とする請求項２記載の変速機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１８１００３（Ｐ２０１０−１８１００３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７２３９（Ｐ２００９−２７２３９）
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
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