JP2015064079A - ドグクラッチ式変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストアップを抑えつつ、スリーブ抜けの可能性を減少できるドグクラッチ式変速装置を提供する。
【解決手段】 ドグクラッチ式変速装置は、メインシャフト２３に回転可能に支承され、ドグ歯を有する第１ドグクラッチ部２８１ａを備えた第１ギヤ２８１と、第１ギヤ２８１に隣接して、メインシャフト２３に対して回転不能に、かつメインシャフト２３の軸線方向に移動可能に、メインシャフト２３に支承され、第１ドグクラッチ部２８１ａのドグ歯に噛合するスリーブ歯を有するスプライン３１２ａを備えたスリーブ３１２とを備えている。スリーブ３１２が第１ギヤ２８１に向けて軸線方向に移動することで、スリーブ３１２と第１ギヤ２８１とが係合する。スリーブ３１２は、メインシャフト２３に直接嵌合されて支承される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、車両等に用いられるドグクラッチ式変速装置に関する。

変速装置は、２つの回転軸の間で動力を伝達するための複数のギヤ組を備え、２つの回転軸の間で動力を伝達するギヤ組を変更することにより変速を行う。一方の回転軸のギヤおよびそれに噛み合う他方の回転軸のギヤは、一方が回転軸に対して相対回転可能な遊転ギヤであり、他方が回転軸にスプライン嵌合等によって固定されて回転軸に対して相対回転不能とされる固定ギヤである。回転軸に対して相対回転可能なギヤにその回転軸の回転を伝達することで、当該回転軸から他方の回転軸に回転が伝達される。

このような変速装置として、ドグクラッチを採用したドグクラッチ式変速装置がある。図１１は、従来のドグクラッチ式の変速装置の要部の断面図である。ドグクラッチ式変速装置１００では、回転軸１０１に対して回転可能な遊転ギヤ（以下、「クラッチリング」ともいう。）１０２に隣接して、その回転軸１０１に対して相対回転不能であるとともに、その回転軸の軸線方向に移動可能なスリーブ１０３が設けられる。スリーブ１０３の内周側には内歯であるスプラインが形成されており、スリーブ１０３は、回転軸１０１に固定されたハブ１０４の外周側の外歯に、当該回転軸１０１まわりの相対回転不能かつ軸線方向に相対移動可能にスプライン嵌合される。

クラッチリング１０２のスリーブ１０３と対向する面には、ドグ歯が形成されており、フォーク１０５によってスリーブ１０３が当該クラッチリング１０２に向かって回転軸１０１の軸線に沿って移動して、クラッチリング１０２のドグ歯とスリーブ１０３に形成されたスプラインとが係合することにより、当該回転軸１０１がハブ１０４およびスリーブ１０３を介してクラッチリング１０２と連結される。これにより、当該回転軸１０１が、ハブ１０４、スリーブ１０３、クラッチリング１０２、それと噛み合う他方の回転軸のギヤを介して他方の回転軸と回転連結される。

このようなドグクラッチ式変速装置において、クラッチリングとスリーブとが係合しているべきときに、クラッチリングからスリーブが脱落する「スリーブ抜け」が発生するおそれがある。特許文献１では、このスリーブ抜けの原因は、スリーブとハブとの間のクリアランスによって生じるがたつき等によってクラッチリングが傾き、それによってスリーブが傾くことによるものであるとして、この課題解決のために、スリーブの軸線方向に曲げ剛性の低い弾性変形部を設けるという解決手段を採用している。この構成により、クラッチリングが傾いた際にスリーブ端部が押し上げられても、ハブとスリーブとの嵌合部の面圧が高くならず、摩擦抵抗が増大しないため、スリーブの脱落を防止できる。

特開２０１０−２０３５８９号公報

しかしながら、上記の特許文献１の解決手段では、弾性変形部に応力が繰り返しかかると、弾性変形部が疲労して不具合が発生するおそれがある。また、スリーブの中間部分に弾性変形部を設けると、その製造コストや材料コストが嵩み、コストアップにつながる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、コストアップを抑えつつ、スリーブ抜けの可能性を減少できるドグクラッチ式変速装置を提供することを主な目的とする。

本発明のドグクラッチ式変速装置は、回転軸と、前記回転軸に回転可能に支承され、ドグ歯を有する第１ドグクラッチ部を備えた第１クラッチリングと、前記第１クラッチリングに隣接して、前記回転軸に対して回転不能に、かつ前記回転軸の軸線方向に移動可能に、前記回転軸に支承され、前記第１ドグクラッチ部の前記ドグ歯に噛合する第１スリーブ歯を有する第１スプラインを備えたスリーブとを備え、前記スリーブが前記第１クラッチリングに向けて前記軸線方向に移動することで、前記スリーブと前記第１クラッチリングとが係合し、前記スリーブは、前記回転軸に直接嵌合されて支承される構成を有している。この構成によれば、スリーブが、回転軸に直接嵌合されて、軸線方向に移動可能かつ回転不能に回転軸に支承されるので、コストアップを抑えつつ、スリーブ抜けの可能性を減少できる。

前記第１スリーブ歯は、外歯であってよい。この構成によれば、第１スリーブ歯の加工が容易となる。

前記第１スリーブ歯は、前記第１クラッチリングに向かう方向に歯厚が大きくなるテーパ形状を有していてよい。この構成によれば、スリーブ抜けの可能性を低減できる。また、スリーブを外歯とする場合には、テーパ形状の加工コストを低減できる。

前記第１クラッチリングとは反対側で前記スリーブに隣接して、前記回転軸に回転可能に支承され、ドグ歯を有する第２ドグクラッチ部を備えた第２クラッチリングをさらに備えていてよく、前記スリーブは、前記第２ドグクラッチ部の前記ドグ歯に噛合する第２スリーブ歯を有する第２スプラインを備えていてよく、前記スリーブが前記第２クラッチリングに向けて前記軸線方向に移動することで、前記スリーブと前記第２クラッチリングとが係合してよい。この構成によれば、１つのスリーブが第１クラッチリングまたは第２クラッチリングのいずれかに係合することができる。

前記第２スリーブ歯は、外歯であってよい。この構成によれば、第２スリーブ歯の加工が容易となる。

前記第２スリーブ歯は、前記第２クラッチリングに向かう方向に歯厚が大きくなるテーパ形状を有していてよい。この構成によれば、スリーブ抜けの可能性を低減できる。また、スリーブを外歯とする場合には、テーパ形状の加工コストを低減できる。

前記第１スプラインと前記第２スプラインとの間に前記スリーブを前記軸線方向に駆動するための駆動部材を受け入れる溝が形成されていてよい。この構成によれば、スリーブを駆動部材によって駆動させることができる。

前記第１スプラインは、前記第１スリーブ歯として、高歯と、前記高歯より歯丈の低い低歯とを備えていてよく、前記第２スプラインは、前記第２スリーブ歯として、高歯と、前記高歯より歯丈の低い低歯とを備えていてよく、前記第１スプラインの前記高歯と前記第２スプラインの前記高歯の周方向の位置は互いにずれていてよい。この構成によれば、変速の際に負荷がかかる場所を分散できる。

前記第１スリーブ歯と前記第２スリーブ歯とは異なる諸元を有していてよい。この構成によれば、スリーブ歯の諸元をスプラインごとに定めることができ、各スプラインのスリーブ歯をそれが係合するクラッチリングに適した諸元とすることができる。

本発明によれば、スリーブが、回転軸に直接嵌合されて、軸線方向に移動可能かつ回転不能に回転軸に支承されるので、コストアップを抑えつつ、スリーブ抜けの可能性を減少できる。

本発明の第１の実施の形態の自動変速装置を備えた車両の構成を示す概要図 本発明の第１の実施の形態の自動変速装置の構成を示すスケルトン図 本発明の第１の実施の形態のドグクラッチ変速機構の断面図 本発明の第１の実施の形態の１速ギヤおよびスリーブの斜視図 （ａ）本発明の第１の実施の形態のスリーブの正面図 （ｂ）本発明の第１の実施の形態のスリーブの側面図 （ｃ）本発明の第１の実施の形態のスリーブの背面図 （ａ）本発明の第１の実施の形態の１速ギヤの正面図 （ｂ）本発明の第１の実施の形態の１速ギヤの側面図 （ａ）本発明の第１の実施の形態のドグクラッチの動作を説明するためのシフト前の状態を示す図 （ｂ）本発明の第１の実施の形態のドグクラッチの動作を説明するための高歯とクラッチ前歯とが当接した状態を示す図 （ｃ）本発明の第１の実施の形態のドグクラッチの動作を説明するための高歯および低歯とクラッチ後歯の接触面とが当接した状態を示す図 （ｄ）本発明の第１の実施の形態のドグクラッチの動作を説明するための高歯および低歯とクラッチ後歯とが噛み合った状態を示す図 （ａ）本発明の第１の実施の形態のスリーブ歯がドグクラッチ部のクラッチ歯溝に嵌まった状態を示す図 （ｂ）本発明の第１の実施の形態のスリーブ歯とドグクラッチ部のクラッチ前歯およびクラッチ後歯とが噛み合った状態を示す図 本発明の第２の実施の形態の１速ギヤおよびスリーブの斜視図 （ａ）本発明の第２の実施の形態のスリーブの正面図 （ｂ）本発明の第２の実施の形態のスリーブの側面図 （ｃ）本発明の第２の実施の形態のスリーブの背面図 従来のドグクラッチ式の変速装置の要部の断面図

以下、本発明の実施の形態のドグクラッチ式変速装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。

１．第１の実施の形態
１−１．自動変速装置を備えた車両の構成
図１は、本発明の実施の形態の自動変速装置を備えた車両の構成を示す概要図である。図１に示すように、車両Ｍは、エンジン１１と、クラッチ１２と、自動変速装置１３と、ディファレンシャル装置１４と、制御装置１５と、駆動輪（左右前輪）Ｗｆｌ、Ｗｆｒ等を含んで構成されている。

エンジン１１は、燃料の燃焼によって駆動力を発生させるものである。エンジン１１の駆動力は、クラッチ１２、自動変速装置１３、およびディファレンシャル装置１４を介して駆動輪Ｗｆｌ、Ｗｆｒに伝達されるように構成されている。図１に示した車両は、いわゆるＦＦ車両である。クラッチ１２は、制御装置１５の指令に応じて自動で断接されるように構成されている。自動変速装置１３は、例えば前進６段、後進１段を自動的に選択するものである。ディファレンシャル装置１４は、ファイナルギヤおよびディファレンシャルギヤの両方を含んで構成されており、自動変速装置１３と一体的に形成されている。

１−２．自動変速装置の構成
図２は、自動変速装置の構成を示すスケルトン図である。図２に示すように、自動変速装置１３は、ケーシング２１、ドライブシャフト２２、メインシャフト２３、カウンタシャフト２４、ドグクラッチ変速機構２５１、２５２、２５３、２５４、および制御装置１５に設けられている変速制御装置２６等を含んで構成されている。

ケーシング２１は、ほぼ円筒状に形成された本体２１ａ、本体２１ａ内を左右方向に区画する第１壁２１ｂおよび第２壁２１ｃ等で構成されている。ドライブシャフト２２およびメインシャフト２３は、同軸で配置され、カウンタシャフト２４は、ドライブシャフト２２およびメインシャフト２３に平行に配置されている。ドライブシャフト２２、メインシャフト２３およびカウンタシャフト２４は、ケーシング２１に回転可能に支承されている。

すなわち、ドライブシャフト２２の一端（図２の左端）は、クラッチ１２を介してエンジン１１の出力軸に回転連結され、ドライブシャフト２２の他端（図２の右端）側は、軸受２７１を介して第１壁２１ｂに回転可能に支承されている。よって、エンジン１１の出力はクラッチ１２が接続されているときにドライブシャフト２２に入力される。

メインシャフト２３の一端（図２の左端）は、後述するドグクラッチ変速機構２５１を介してドライブシャフト２２の一端（図２の右端）に回転連結可能に軸支され、メインシャフト２３の他端（図２の右端）側は、軸受２７２を介して第２壁２１ｃに回転可能に支承されている。

カウンタシャフト２４の一端（図２の左端）側は、軸受２７３を介して第１壁２１ｂに回転可能に支承され、カウンタシャフト２４の他端（図２の右端）側は、軸受２７４を介して第２壁２１ｃに回転可能に支承されている。メインシャフト２３は、本発明の「回転軸」に相当する。また、カウンタシャフト２４も、本発明の「回転軸」に相当し得る。

メインシャフト２３には、クラッチ側から順に、５速またはリバースに変速するドグクラッチ変速機構２５１、２速または１速に変速するドグクラッチ変速機構２５２が配置され、カウンタシャフト２４には、クラッチ側から順に、４速または３速に変速するドグクラッチ変速機構２５３、６速に変速するドグクラッチ変速機構２５４が配置されている。各ドグクラッチ変速機構２５１、２５２、２５３、２５４は、後述する各速のギヤ２８１、２８２、２８３、２８４、２８５、２８６、２８Ｒを備えている。

ドライブシャフト２２の他端（図２の右端）には、５速ギヤ２８５の回転中心がスプライン嵌合等で固定されている。メインシャフト２３には、クラッチ１２側から順に、リバースギヤ２８Ｒが回転自在に支承され、４速ギヤ２８４の回転中心がスプライン嵌合等で固定され、３速ギヤ２８３の回転中心がスプライン嵌合等で固定され、２速ギヤ２８２が回転自在に支承され、１速ギヤ２８１が回転自在に支承され、６速ギヤ２８６の回転中心がスプライン嵌合等で固定されている。

カウンタシャフト２４には、５速ギヤ２８５に噛み合う第５カウンタギヤ２９５の回転中心がスプライン嵌合等で固定され、リバースギヤ２８Ｒと１つのギヤ２９ｒを介して噛み合う第２カウンタギヤ２９Ｒの回転中心がスプライン嵌合等で固定され、４速ギヤ２８４に噛み合う第４カウンタギヤ２９４が回転自在に支承され、３速ギヤ２８３に噛み合う第３カウンタギヤ２９３が回転自在に支承され、２速ギヤ２８２に噛み合う第２カウンタギヤ２９２の回転中心がスプライン嵌合等で固定され、１速ギヤ２８１に噛み合う第１カウンタギヤ２９１の回転中心がスプライン嵌合等で固定され、６速ギヤ２８６に噛み合う第６カウンタギヤ２９６が回転自在に支承されている。１速ギヤ２８１および第１カウンタギヤ２９１の各外周面には、互いに噛合するギヤ（ヘリカルギヤ）が形成されている。他の互いに噛合するギヤにおいても同様である。

１−３．ドグクラッチ変速機構の構成
図３は、ドグクラッチ変速機構２５２の断面図である。図３に示すように、ドグクラッチ変速機構２５２は、第１クラッチリングとしての１速ギヤ２８１、第２クラッチリングとしての２速ギヤ２８２、スリーブ３１２、軸動装置３１３等を含んで構成されている。図２に示した他のドグクラッチ変速機構２５１、２５３、２５４も同様である。ただし、ドグクラッチ変速機構２５４は、第２クラッチリングは備えておらず、第１クラッチリングとして６速ギヤ２８６のみを備えている。以下では、ドグクラッチ変速機構２５２の詳細な構成について説明する。

スリーブ３１２は、１速ギヤ２８１と２速ギヤ２８２との間にこれらと隣接して、メインシャフト２３に支承されている。すなわち、本実施の形態のスリーブ３１２は、クラッチハブを介して回転軸であるメインシャフト２３に支承されるのではなく、メインシャフト２３に直接支承されている。スリーブ３１２は、メインシャフト２３にスプライン嵌合しており、メインシャフト２３に対する相対回転は制限されるが、メインシャフト２３の軸線方向に摺動可能である。１速ギヤ２８１および２速ギヤ２８２は、メインシャフト２３に対して、軸線方向への移動は規制されているが、メインシャフト２３に対する相対回転は可能である。

１速ギヤ２８１のスリーブ３１２側の側面には、スリーブ３１２の外周面に形成されているスプライン３１２ａに係合する第１ドグクラッチ部２８１ａが形成されている。同様に、２速ギヤ２８２のスリーブ３１２側の側面には、スリーブ３１２のスプライン３１２ｂに係合する第２ドグクラッチ部２８２ｂが形成されている。

図４は、１速ギヤ２８１およびスリーブ３１２の斜視図であり、図５（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれスリーブ３１２の正面図、側面図、および背面図であり、図６（ａ）、および（ｂ）は、それぞれ１速ギヤ２８１の正面図、および側面図である。２速ギヤ２８２は１速ギヤ２８１と同様の構成であるため、以下では１速ギヤ２８１とスリーブ３１２について詳細に説明する。

図４に示すように、スリーブ３１２の内周面には、メインシャフト２３の外周面に形成されているスプラインに、軸線方向に摺動可能に係合するスプライン３１２ｃが形成されている。また、スリーブ３１２の１速ギヤ側の外周面には、１速ギヤ２８１のドグクラッチ部２８１ａに係合するスリーブ歯としてのスプライン３１２ａが形成され、スリーブ３１２の２速ギヤ側の外周面には、２速ギヤ２８２のドグクラッチ部２８２ｂ（図３参照）に係合するスリーブ歯としてのスプライン３１２ｂが形成されている。スプライン３１２ａとスプライン３１２ｂとは同一の形状である。さらに、スプライン３１２ａとスプライン３１２ｂとの間の外周面には、周方向に沿って外周溝３１２ｄが形成されている。外周溝３１２ｄには、フォーク３１３ａの先端部が周方向に沿って摺動可能に係合する（図３参照）。

図４および図５に示すように、スプライン３１２ａは、３枚の高歯３１２ａ１が残りの低歯３１２ａ２より歯丈が高く形成されている。なお、高歯３１２ａ１および低歯３１２ａ２における１速ギヤ２８１側の前端面の両端角部は、ドグクラッチ部２８１ａと当接したときに衝撃で破損しないように、一般的な４５度面取り（Ｃ形状）がされていてよい。

図４および図６に示すように、第１ギヤ２８１の第１ドグクラッチ部２８１ａには、リング状の凸部２８１ａ１およびクラッチ歯としてのドグ歯が内部に一体で形成されている。ドグ歯は、凸部２８１ａ１の内周に、内歯として形成されている。凸部２８１ａ１の内周において互いに１２０度隔てて配置された３枚のクラッチ前歯２８１ａ２と、凸部２８１ａ１の内周において３枚のクラッチ前歯２８１ａ２の間に４枚ずつ等角度間隔で配置されたクラッチ後歯２８１ａ３とを含む。クラッチ前歯２８１ａ２およびクラッチ後歯２８１ａ３は、凸部２８１ａ１の内周に一定幅のクラッチ歯溝２８１ａ４を空けて形成されている。

凸部２８１ａ１は、内径がスリーブ３１２に形成されている外側のスプライン３１２ａの高歯３１２ａ１の外径より大きくなるように形成されている。クラッチ前歯２８１ａ２は、内径がスプライン３１２ａの高歯３１２ａ１の外径より小さく、スプライン３１２ａ１の低歯３１２ａ２の外径より大きくなるように形成されている。クラッチ後歯２８１ａ３は、スプライン３１２ａの歯溝３１２ａ３と噛合可能に形成されている。すなわち、クラッチ前歯２８１ａ２は、低歯３１２ａ２とは噛み合わず、高歯３１２ａ１と噛み合い可能に形成されている。クラッチ後歯２８１ａ３は、高歯３１２ａ１および低歯３１２ａ２と噛み合い可能に形成されている。

クラッチ前歯２８１ａ２は、高歯３１２ａ１と同枚数（本実施の形態では、３枚）形成されている。スリーブ３１２の回転速度と第１ギヤ２８１の回転速度に大きな差が生じていても、３枚の高歯３１２ａ１が３枚のクラッチ前歯２８１ａ２の間に容易に入り込めるように、クラッチ前歯２８１ａ２は少歯とされている。そして、図６（ｂ）に示すように、クラッチ前歯２８１ａ２は、高歯３１２ａ１と対応する位置で凸部２８１ａ１の前端面Ｐｆからクラッチ歯溝２８１ａ４の底部Ｐｅまで延在して形成されている。クラッチ後歯２８１ａ３は、凸部２８１ａ１の前端面Ｐｆから第１所定量ｄ１後退した位置からクラッチ歯溝２８１ａ４の底部Ｐｅまで延在して形成されている。

クラッチ前歯２８１ａ２の高歯３１２ａ１と対向する前端部には、円周方向の中央位置からクラッチ歯溝２８１ａ４の底部Ｐｅに向かって両側にそれぞれ傾斜する傾斜面２８１ａ２１が形成されている。クラッチ後歯２８１ａ３には、高歯３１２ａ１および低歯３１２ａ２と当接可能な接触面２８１ａ３１が形成されている。クラッチ前歯２８１ａ２の傾斜面２８１ａ２１がクラッチ前歯２８１ａ２の側面２８１ａ２２と交差する位置Ｐｃ（図４参照）は、クラッチ後歯２８１ａ３の接触面２８１ａ３１より凸部２８１ａ１の前端面Ｐｆ側となるように、クラッチ前歯２８１ａ２の傾斜面２８１ａ２１は形成されている。なお、クラッチ前歯２８１ａ２の前端部の両傾斜面２８１ａ２１の交差部は、一般的な丸み面取り（Ｒ形状）に形成されていてよい。

１−４．軸動装置の構成
図３に示すように、軸動装置３１３は、スリーブ３１２を軸線方向に沿って往復動させるものである。軸動装置３１３は、フォーク３１３ａ、フォークシャフト３１３ｂ、および駆動装置３１３ｃ等を含んで構成されている。軸動装置３１３は、スリーブ３１２を１速ギヤ２８１または２速ギヤ２８２に押圧させている際に、１速ギヤ２８１または２速ギヤ２８２から反力が加わった場合に、スリーブ３１２がその反力によって移動することを許容するように構成されている。他のドグクラッチ変速機構２５１、２５３、２５４にも同様の構成の軸動装置が設けられているため、以下では、ドグクラッチ変速機構２５２の軸動装置３１３について説明する。

フォーク３１３ａの先端部は、スリーブ３１２の外周溝３１２ｃの外周形状に合わせて形成されている。フォーク３１３ａの基端部は、フォークシャフト３１３ｂに固定されている。フォークシャフト３１３ｂは、ケーシング２１に軸線方向に沿って摺動自在に支承されている。すなわち、フォークシャフト３１３ｂの一端（図３の右端）が軸受２１ｃ１を介して第２壁２１ｃに支承され、フォークシャフト３１３ｂの他端（図３の左端）側が軸受２１ｂ１を介して第１壁２１ｂに支承されている。フォークシャフト３１３ｂの他端部は、駆動装置３１３ｃを貫通して配設されている。

駆動装置３１３ｃは、リニアモータを駆動源とするリニア駆動装置であり、リニアモータとしては、特開２００８−２５９４１３号公報に記載されているものを採用できる。すなわち、リニア駆動装置３１３ｃは、複数のコイルが軸線方向に沿って並設されて円筒状のコアが形成され、その貫通穴を貫通しているフォークシャフト３１３ｂに複数のＮ極磁石とＳ極磁石を交互に並設することで構成されている。各コイルへの通電を制御することで、フォークシャフト３１３ｂを往復動させることも、任意の位置に位置決め固定させることも可能である。

なお、フォークシャフト３１３ｂを位置決め固定するのに、ディテント機構が採用されてよい。また、本実施の形態では、駆動装置としてリニア駆動装置を採用したが、スリーブ３１２を第１ギヤ２８１または第２ギヤ２８２に押圧させている際に、第１ギヤ２８１または第２ギヤ２８２から反力が加わった場合に、スリーブ３１２がその反力によって移動することを許容するように構成されているものであれば、他の駆動装置であるソレノイド式駆動装置や油圧式駆動装置であってもよい。

１−５．ドグクラッチ変速機構の動作
次に、ドグクラッチ変速機構２５２におけるスリーブ３１２の高歯３１２ａ１および低歯３１２ａ２、並びに第１ギヤ２８１のクラッチ前歯２８１ａ２およびクラッチ後歯２８１ａ３の動作について、図７を参照して説明する。ここで、例えば、スリーブ３１２が第２ギヤ２８２と噛み合って高速で回転し、第１ギヤ２８１が低速で回転している場合、スリーブ３１２をシフトさせて第１ギヤ２８１と噛み合わせるとスリーブ３１２は減速される。一方、スリーブ３１２が第１ギヤ２８１と噛み合って低速で回転し、第１ギヤ２８１が高速で回転している場合、スリーブ３１２をシフトさせて第２ギヤ２８２と噛み合わせるとスリーブ３１２は増速される。以下の説明では減速動作を説明する。

図７（ａ）に示すように、自動変速機のシフト前においては、スリーブ３１２は、第１ギヤ２８１から離間している。そして、スリーブ３１２が、軸動機構３１３（図示略）により軸線方向に沿って第１ギヤ２８１側に移動されると、図７（ｂ）に示すように、高歯３１２ａ１の前端面３１２ａ１１が、クラッチ前歯２８１ａ２と当接する。このとき、低歯３１２ａ２は、何にも当接していない。これにより、多少ではあるが、スリーブ３１２は、減速される。

さらに、スリーブ３１２が、軸動機構３１３により軸線方向に沿って移動されると、図７（ｃ）に示すように、高歯３１２ａ１の前端面３１２ａ１１および低歯３１２ａ２の前端面３１２ａ２１が、クラッチ後歯２８１ａ３の接触面２８１ａ３１と当接する。これにより、多少ではあるが、スリーブ３１２は、減速される。

さらに、スリーブ３１２が、軸動機構３１３により軸線方向に沿って移動されると、図７（ｄ）に示すように、高歯３１２ａ１および低歯３１２ａ２は、クラッチ後歯２８１ａ３と完全に噛み合い、スリーブ３１２と第１ギヤ２８１とは同期回転し、シフト動作が完了する。

１−６．スリーブ歯およびドグ歯の形状
スリーブ３１２のスプライン３１２ａの高歯３１２ａ１および低歯３１２ａ２は、第１ギヤ２８１に向かう方向（歯幅方向）にその歯厚が大きくなるテーパ形状を有している。また、第１ギヤ２８１の第１ドグクラッチ部２８１ａのクラッチ前歯２８１ａ２およびクラッチ後歯２８１ａ３も、スリーブ３１２に向かう方向（歯幅方向）にその歯厚が広くなるテーパ形状を有している。

図８（ａ）および（ｂ）は、スリーブ３１２の高歯３１２ａ１および低歯３１２ａ２と第１ギヤ２８１のクラッチ前歯２８１ａ２およびクラッチ後歯２８１ａ３とが噛み合った状態を、第１ギヤ２８１の中心から周方向に見た図である。図８（ａ）において、スリーブ３１２は、図８の左側から右向きに移動して、クラッチ前歯２８１ａ２およびクラッチ前歯２８１ａ３の間に挿入される。

クラッチ前歯２８１ａ２およびクラッチ後歯２８１ａ３の互いの間の距離（クラッチ歯溝２８４ｄの幅）は、スリーブ３１２の高歯３１２ａ１および低歯３１２ａ２の最も大きい歯厚よりも若干大きく確保されている。スリーブ３１２の高歯３１２ａ１および低歯３１２ａ２の側面のテーパ角と第１ギヤ２８１のクラッチ前歯２８１ａ２およびクラッチ後歯２８１ａ３の側面のテーパ角とは同じ角度である。本実施の形態ではテーパ角は４度に設計されているが、テーパ角はこれに限られない。

スリーブ３１２が第１ギヤ２８１側に移動して、図８（ａ）に示すように、スプライン３１２ａと第１ドグクラッチ部２８１ａとが完全に噛み合うとき、その回転差によって、図８（ｂ）に示すように、スリーブ３１２の高歯３１２ａ１および低歯３１２ａ２の側面（歯面）と、それに対向する第１ギヤ２８１のクラッチ前歯２８１ａ２およびクラッチ後歯２８１ａ３の側面（歯面）とが密着し、これによって、スリーブ３１２の回転が第１ギヤ２８１に伝達される。

２．第２の実施の形態
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、ドグクラッチ機構２５２のスリーブと第１ギヤとの関係を例に説明するが、他のスリーブおよびギヤも同様の構成である。本実施の形態のスリーブ３１２も、第１の実施の形態と同様に、回転軸であるメインシャフト２３に、ハブを介さずに直接スプライン嵌合する。よって、スリーブ３１２は、メインシャフト２３に対して相対回転不能であるとともに、メインシャフト２３の軸線方向に対して移動可能である。

図９は、１速ギヤ２８１およびスリーブ３１２´の斜視図であり、図１０（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれスリーブ３１２の正面図、側面図、および背面図である。図９および図１０に示すように、本実施の形態のスリーブ３１２´においても、クラッチリングである第１ギヤ２８１のドグクラッチ部２８１ａと噛み合うスプライン３１２ａは外歯として形成されている。

スリーブ３１２´の内周面には、メインシャフト２３の外周面に形成されているスプラインに、軸線方向に摺動可能に係合するスプライン３１２ｃが形成されている。また、スリーブ３１２´の１速ギヤ側の外周面には、１速ギヤ２８１のドグクラッチ部２８１ａに係合するスプライン３１２ａが形成され、スリーブ３１２´の２速ギヤ側の外周面には、２速ギヤ２８２のドグ歯２８２ｂ（図３参照）に係合するスプライン３１２ｂが形成されている。さらに、スプライン３１２ａとスプライン３１２ｂとの間の外周面には、周方向に沿って外周溝３１２ｄが形成されている。外周溝３１２ｄには、フォーク３１３ａの先端部が周方向に沿って摺動可能に係合する（図３参照）。

本実施の形態のスリーブ３１２´では、１速ギヤ側のスプライン３１２ａと、２速ギヤ側のスプライン３１２ｂとは歯車としての諸元が異なっており、それらの形状は異なっている。具体的には、高歯および低歯の各歯の歯厚、および低歯の歯数、高歯および低歯のピッチが異なっている。スプライン３１２ａもスプライン３１２ｂも高歯３１２ａ１、３１２ｂ１の数はいずれも３枚であり、高歯３１２ａ１、３１２ｂ１は、互いに１２０度の間隔で設けられているが、スプライン３１２ａでは、各高歯３１２ａ１の間に４枚の低歯３１２ａ２が２４度ピッチで等間隔に設けられているのに対して、スプライン３１２ｂでは、各高歯３１２ｂ１の間に３枚の低歯３１２ｂ２が３０度ピッチで等間隔に設けられている。また、スプライン３１２ｂの高歯３１２ｂ１および低歯３１２ｂ２の歯厚（周方向の歯の幅）は、スプライン３１２ａの高歯３１２ａ１および低歯３１２ａ２の歯厚よりも大きい。

なお、第１ギヤ２８１の第１ドグクラッチ部２８１ａはスプライン３１２ａと噛み合う形状を有し、第２ギヤ２８２の第２ドグクラッチ部２８２ｂはスプライン３１２ｂと噛み合う形状を有するので、第１ドグクラッチ部２８１ａと第２ドグクラッチ部２８１ｂの形状も異なる。

図９に示すように、第１ギヤ２８１の第１ドグクラッチ部２８１ａには、リング状の凸部２８１ａ１と、凸部２８１ａ１の内周において１２０度隔てて配置された３枚のクラッチ前歯２８１ａ２と、凸部２８１ａ１の内周において３枚のクラッチ前歯２８１ａ２の間に４枚ずつ等角度間隔で配置されたクラッチ後歯２８１ａ３とが形成されている。クラッチ前歯２８１ａ２およびクラッチ後歯２８１ａ３は、凸部２８１ａ１の内周に一定幅のクラッチ歯溝２８１ａ４を空けて形成されている。第１ドグクラッチ部２８１ａのクラッチ歯溝２８１ａ４には、スリーブ３１２´のスプライン３１２ａが嵌合可能であり、クラッチ歯溝２８１ａ４の数とスプライン３１２ａの歯数とは一致している。

これに対して、第２ドグクラッチ部２８１ｂは、図示は省略するが、第１ドグクラッチ部２８１ａと同様に、リング状の凸部と、凸部の内周において１２０度隔てて配置された３枚のクラッチ前歯と、凸部の内周において３枚のクラッチ前歯の間に等ピッチで配置されたクラッチ後歯が設けられているが、クラッチ後歯のピッチ、クラッチ後歯の歯数、クラッチ歯溝の幅は、いずれも第１ドグクラッチ部のそれらとは異なる。具体的には、クラッチ後歯は、スプライン３１２ｂの低歯３１２ｂ２の数に合わせて、３枚のみであり、それらのピッチもスプライン３１２ｂに合わせて３０度とされている。また、本実施の形態では、２つのスプライン３１２ａ、３１２ｂの高歯３１２ａ１、３１２ｂ１の周方向の位置がずれている。

このように、本実施の形態のスリーブ３１２´は、回転軸であるメインシャフト２３に対してスライド可能に支承され、２つのクラッチリングに挟まれて配置され、メインシャフト２３を軸線方向にスライドして、いずれか一方のクラッチリングと係合するが、クラッチリングと係合するためのスプラインの諸元は、両側で異なる。具体的には、一方のスプラインと他方のスプラインとで歯数、歯のピッチ、歯厚が異なる。

以上のように、上記の第１および第２の実施の形態のドグクラッチ変速機構によれば、従来はハブにスプライン嵌合されていたスリーブが、回転軸に直接スプライン嵌合している。よって、従来はハブの外歯にスプライン嵌合していたスリーブの内歯をクラッチリングのドグ歯に噛み合わせるようにしていたが、本実施の形態のドグクラッチ変速機構によれば、スリーブの外歯がクラッチリングのドグ歯に噛み合わせられることになる。

これにより、従来はスリーブの内歯に嵌合するハブの外歯の諸元（歯数、ピッチ、歯厚等）は、スリーブの内歯と噛合するドグ歯の諸元に従う必要があり、よってスリーブの内歯とハブの外歯との間のスプラインクリアランスを自由に設定することはできなかったのに対して、本実施の形態のスリーブでは、その内歯で回転軸とスプライン嵌合し、その外歯でドグ歯と噛合するので、スリーブとクラッチとの噛合のクリアランスを自由に設計できる。よって、スリーブとハブとの間のスプラインクリアランスと比較して、スリーブと回転軸との間のスプラインクリアランスが小さくすることができ、スリーブが噛合するクラッチリングが傾いても、それによってスリーブが押し上げられることがなくなり、スリーブが傾きにくくなり、スリーブ抜けの可能性が低減される。

さらに、スリーブ歯とドグ歯に、スリーブ抜け防止のために傾斜（テーパ形状）を設けた場合にも上記の実施の形態は有利である。すなわち、従来のスリーブにおいてスリーブ歯にテーパ形状を設ける場合には、このスリーブ歯が内歯であるため、すべて切削でスリーブ歯を削り出さなければならず、加工コストが高くなっていた。本実施の形態のスリーブでは、スリーブ歯は外歯であるので、テーパ形状を有するスリーブ歯の加工コストを低減できる。

また、スリーブを挟んで両側にクラッチリングおよびそのドグ歯がある場合においてスリーブ歯にテーパ形状を設けるときには、従来のスリーブでは、スリーブ歯の両側のそれぞれに歯厚が徐々に大きくなる両側テーパ形状としなければならず、形状は複雑になり、この点でも加工コストが高くなる。これに対して、本実施の形態のスリーブでは、両側のクラッチリングの各々に係合するスリーブ歯がそれぞれ分離しているので、各スプラインのスリーブ歯は一方向に（対向するクラッチリングに向かう方向に）歯厚が大きくなるような片側テーパ形状とすればよく、かつ、各スプラインのスリーブ歯をそれぞれ単独で形成することができるので、スリーブ歯を切削で削りだす必要は必ずしもなく、この点でも従来と比較してスリーブ歯の加工コストを低減できる。なお、ハブを廃止したことでその分のコストを抑えることができることはもちろんである。

また、第２の実施の形態によれば、１つのスリーブが、２つの異なるクラッチリングにそれぞれ係合するための諸元の異なる２つのスプラインを有することができる。従来のように、スリーブをハブにスプライン嵌合させる構成としてハブにスプライン嵌合する内歯をクラッチリングのドグ歯と噛合させる場合には、スリーブとハブとの間の軸方向の移動を確保するためには、スリーブの両側でスプラインの諸元を異ならせることは不可能である。これに対して、本実施の形態では、スリーブを回転軸に直接嵌合させて、スプラインを外歯としたことで、上記のように１つのスリーブが諸元の異なる２つのスプラインを有することができる。変速装置では、各クラッチリングに接続する際には回転軸にかかるトルクが異なることになるので、最適な歯数、歯のチッピ、歯厚等の緒元はクラッチリング毎に異なるが、本実施の形態によれば、２つのスプラインがそれぞれ係合するクラッチリングに適した諸元とすることができる。

さらに、第２の実施の形態では、スリーブに設けられた２つのスプラインの高歯の周方向の位置をずらしている。スリーブがクラッチリングに係合し、スリーブがクラッチリングから離脱する際には、瞬間的に高歯とクラッチ前歯のみが噛み合うことがあり（図７（ｃ）参照）、このときに高歯には大きな負荷がかかる。従って、一方のスプラインと他方のスプラインとで高歯の位置が異なっていれば、スリーブに負荷がかかる場所を分散させることができる。上記では、第２の実施の形態において両側のスリーブの高歯の位置を周方向にずらしたが、第１の実施の形態のように両側のスプラインの諸元が同じであるときも、それらのスプラインの高歯の周方向の位置をずらしてよい。

なお、上記で説明したスリーブ歯やドグ歯の角は、適宜４５度面取り（Ｃ形状）または丸み面取り（Ｒ形状）がされていてもよい。

１３ 自動変速装置
２３ メインシャフト（回転軸）
２４ カウンタシャフト
２５１、２５２、２５３、２５４ ドグクラッチ変速機構
２８１ １速ギヤ（第１クラッチリング）
２８１ａ 第１ドグクラッチ部
２８１ａ１ 凸部
２８１ａ２ クラッチ前歯（ドグ歯）
２８１ａ３ クラッチ後歯（ドグ歯）
２８１ａ４ クラッチ歯溝
２８２ ２速ギヤ（第２クラッチリング）
３１２、３１２´ スリーブ
３１２ａ スプライン（第１スプライン）
３１２ａ１ 高歯（第１スリーブ歯）
３１２ａ２ 低歯（第１スリーブ歯）
３１２ａ３ 歯溝
３１２ｂ スプライン（第２スプライン）
３１３ 軸動装置

Claims (9)

1. 回転軸と、
   前記回転軸に回転可能に支承され、内部にドグ歯を有する第１ドグクラッチ部を備えた第１クラッチリングと、
   前記第１クラッチリングに隣接して、前記回転軸に対して回転不能に、かつ前記回転軸の軸線方向に移動可能に、前記回転軸に支承され、前記第１ドグクラッチ部の前記ドグ歯に噛合する第１スリーブ歯を有する第１スプラインを備えたスリーブとを備え、
   前記スリーブが前記第１クラッチリングに向けて前記軸線方向に移動することで、前記スリーブと前記第１クラッチリングとが係合するドグクラッチ式変速装置であって、
   前記スリーブは、前記回転軸に直接嵌合されて支承される
   ことを特徴とするドグクラッチ式変速装置。
2. 前記第１スリーブ歯は、外歯であることを特徴とする請求項１に記載のドグクラッチ式変速装置。
3. 前記第１スリーブ歯は、前記第１クラッチリングに向かう方向に歯厚が大きくなるテーパ形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載のドグクラッチ式変速装置。
4. 前記第１クラッチリングとは反対側で前記スリーブに隣接して、前記回転軸に回転可能に支承され、ドグ歯を有する第２ドグクラッチ部を備えた第２クラッチリングをさらに備え、
   前記スリーブは、前記第２ドグクラッチ部の前記ドグ歯に噛合する第２スリーブ歯を有する第２スプラインを備え、
   前記スリーブが前記第２クラッチリングに向けて前記軸線方向に移動することで、前記スリーブと前記第２クラッチリングとが係合する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のドグクラッチ式変速装置。
5. 前記第２スリーブ歯は、外歯であることを特徴とする請求項４に記載のドグクラッチ式変速装置。
6. 前記第２スリーブ歯は、前記第２クラッチリングに向かう方向に歯厚が大きくなるテーパ形状を有することを特徴とする請求項４または５に記載のドグクラッチ式変速装置。
7. 前記第１スプラインと前記第２スプラインとの間に前記スリーブを前記軸線方向に駆動するための駆動部材を受け入れる溝が形成されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載のドグクラッチ式変速装置。
8. 前記第１スプラインは、前記第１スリーブ歯として、高歯と、前記高歯より歯丈の低い低歯とを備え、
   前記第２スプラインは、前記第２スリーブ歯として、高歯と、前記高歯より歯丈の低い低歯とを備え、
   前記第１スプラインの前記高歯と前記第２スプラインの前記高歯の周方向の位置は互いにずれている
   ことを特徴とする請求項４ないし７のいずれか一項に記載のドグクラッチ式変速装置。
9. 前記第１スリーブ歯と前記第２スリーブ歯とは異なる諸元を有することを特徴とする請求項４ないし８のいずれか一項に記載のドグクラッチ式変速装置。

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