JP2909587B2 - かみ合いクラッチ装置およびその設計方法 - Google Patents
かみ合いクラッチ装置およびその設計方法Info
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16D21/00—Systems comprising a plurality of actuated clutches
- F16D21/02—Systems comprising a plurality of actuated clutches for interconnecting three or more shafts or other transmission members in different ways
- F16D21/04—Systems comprising a plurality of actuated clutches for interconnecting three or more shafts or other transmission members in different ways with a shaft carrying a number of rotatable transmission members, e.g. gears, each of which can be connected to the shaft by a clutching member or members between the shaft and the hub of the transmission member
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- F16H2063/3093—Final output elements, i.e. the final elements to establish gear ratio, e.g. dog clutches or other means establishing coupling to shaft
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Y10T74/19—Gearing
- Y10T74/19219—Interchangeably locked
- Y10T74/19237—Internal-external gears
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mechanical Operated Clutches (AREA)
- Structure Of Transmissions (AREA)
- Gears, Cams (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、かみ合い（positive）クラッチであって、
ある程度の回転自由度をもって第１回転体に対し回転可
能に固定され、かつ、第２回転体と共に回転自在な第２
クラッチ部材と選択的に係合され得るようにした第１ク
ラッチ部材を備えるタイプの、かみ合いクラッチ装置お
よびその設計方法に関する。
ある程度の回転自由度をもって第１回転体に対し回転可
能に固定され、かつ、第２回転体と共に回転自在な第２
クラッチ部材と選択的に係合され得るようにした第１ク
ラッチ部材を備えるタイプの、かみ合いクラッチ装置お
よびその設計方法に関する。
特に、この発明はかみ合いクラッチ装置におけるクラ
ッチ部材間の、バックラッシの配分または相互回転の形
態に関する。
ッチ部材間の、バックラッシの配分または相互回転の形
態に関する。
（従来の技術） ギア等の第２回転体をシャフト等の第１回転体に選択
的、かつ、第２回転体と共に回転可能に係合、離脱する
かみ合いクラッチ装置は、従来から良く知られている技
術であり、コスト、サイズおよび／または構造の複雑性
を最低限に抑えるために同期構造を用いない。このよう
なかみ合いクラッチを利用する変速ギア型変速機（伝動
装置）は、従来から良く知られている技術であり、たと
えば米国特許明細書第2,951,395号、第3,105,395号、第
3,335,616号、第3,500,695号、第3,799,002号および第
4,388,838号に示されており、その開示内容は参考の為
にここに包含される。
的、かつ、第２回転体と共に回転可能に係合、離脱する
かみ合いクラッチ装置は、従来から良く知られている技
術であり、コスト、サイズおよび／または構造の複雑性
を最低限に抑えるために同期構造を用いない。このよう
なかみ合いクラッチを利用する変速ギア型変速機（伝動
装置）は、従来から良く知られている技術であり、たと
えば米国特許明細書第2,951,395号、第3,105,395号、第
3,335,616号、第3,500,695号、第3,799,002号および第
4,388,838号に示されており、その開示内容は参考の為
にここに包含される。
非同期型かみ合いクラッチ装置のクラッチ部材は、好
ましくは先導端構造を有するクラッチ歯を備えている。
このクラッチ歯は、クラッチ係合時にクラッチ部材の相
対回転速度が所定値を上回る場合には、クラッチ部材を
係合させるのではなくその歯止めをするように働く。こ
の種のクラッチ歯構造の例は、米国特許明細書第3,265,
173号に示されており、その開示内容は参考の為にここ
に包含される。公知のように、所定の係合力が付与され
たとき、かみ合いクラッチが適切に係合する最大非同期
回転数（クラッチ部材同士が非同期状態でありながら、
十分な貫入状態を生じうる該クラッチ部材間の回転速度
差の最大値）は、クラッチ装置における総有効バックラ
ッシの量に正比例する関数として表すことができる。し
たがって、総有効バックラッシは、最も過酷な係合可能
条件を考慮して選択される。
ましくは先導端構造を有するクラッチ歯を備えている。
このクラッチ歯は、クラッチ係合時にクラッチ部材の相
対回転速度が所定値を上回る場合には、クラッチ部材を
係合させるのではなくその歯止めをするように働く。こ
の種のクラッチ歯構造の例は、米国特許明細書第3,265,
173号に示されており、その開示内容は参考の為にここ
に包含される。公知のように、所定の係合力が付与され
たとき、かみ合いクラッチが適切に係合する最大非同期
回転数（クラッチ部材同士が非同期状態でありながら、
十分な貫入状態を生じうる該クラッチ部材間の回転速度
差の最大値）は、クラッチ装置における総有効バックラ
ッシの量に正比例する関数として表すことができる。し
たがって、総有効バックラッシは、最も過酷な係合可能
条件を考慮して選択される。
（発明が解決しようとする課題） 従来の非同期型かみ合いクラッチ装置を利用する変速
ギア型変速機であって、特に重荷重車両用のものは、商
業的に極めて成功した状態にあるが、この種の変速機お
よびクラッチ構造は未だ完璧とは言えないものである。
その理由は、従来与えられていた総有効バックラッシ量
では、最も過酷なクラッチの係合可能条件で、最大非同
期回転数が所望の値より小さくなり、シフト操作を困難
にしているからである。
ギア型変速機であって、特に重荷重車両用のものは、商
業的に極めて成功した状態にあるが、この種の変速機お
よびクラッチ構造は未だ完璧とは言えないものである。
その理由は、従来与えられていた総有効バックラッシ量
では、最も過酷なクラッチの係合可能条件で、最大非同
期回転数が所望の値より小さくなり、シフト操作を困難
にしているからである。
本発明は上記課題を解決する為になされたものであ
り、かみ合いクラッチの各部材間におけるバックラッシ
の量を適切に配分し、最大非同期回転数を可能な限り大
きくするかみ合いクラッチ装置を提供するものである。
り、かみ合いクラッチの各部材間におけるバックラッシ
の量を適切に配分し、最大非同期回転数を可能な限り大
きくするかみ合いクラッチ装置を提供するものである。
（課題を解決するための手段） 上記課題は、最も過酷な係合可能条件に応じた総有効
バックラッシ量を決定し、クラッチ装置を構築すること
により解決することができる。
バックラッシ量を決定し、クラッチ装置を構築すること
により解決することができる。
ところで、前記総有効バックラッシの一部は、前記回
転体間の相対的な回転方向に応じてバックラッシの有効
量（実質的にクラッチ部材の係合に寄与するバックラッ
シ量）を増減させる成分（第１成分）として与えられ
る。また、前記総有効バックラッシの残りの部分は、前
記回転体間の相対的な回転方向とは無関係で、バックラ
ッシの有効量が一定の成分（第２成分）として与えられ
る。すなわち、総有効バックラッシの量は、かみ合いク
ラッチによって回転可能に係合される回転体同士の相対
的な回転方向に応じた、いわゆるステップ関数として表
される。
転体間の相対的な回転方向に応じてバックラッシの有効
量（実質的にクラッチ部材の係合に寄与するバックラッ
シ量）を増減させる成分（第１成分）として与えられ
る。また、前記総有効バックラッシの残りの部分は、前
記回転体間の相対的な回転方向とは無関係で、バックラ
ッシの有効量が一定の成分（第２成分）として与えられ
る。すなわち、総有効バックラッシの量は、かみ合いク
ラッチによって回転可能に係合される回転体同士の相対
的な回転方向に応じた、いわゆるステップ関数として表
される。
（作 用） かみ合いクラッチの第１、第２回転体同士が第１相対
回転条件にあるときの、クラッチ装置の総有効バックラ
ッシの量は、前記総システムバックラッシ量（第１、第
２成分の最大値の和）に等しい。また、他の相対回転条
件（第２相対回転条件）にある場合には、総有効バック
ラッシの量は、前記相対回転とは無関係に存在する成分
と等しい。そこで、総システムバックラッシが一定の条
件で、総システムバックラッシにおける総有効バックラ
ッシの第１成分の比率を最小とし、第２成分の比率を増
やす。前述のごとく、最大非同期回転数は総有効バック
ラッシの量と正比例するので、前記相対回転とは無関係
に存在する第２成分の比率を増やすことにより、第１相
対回転条件における最大非同期回転数の値は一定のま
ま、第２相対回転条件における最大非同期回転数の値を
増加させ、以て最大非同期回転数の全体的範囲を広げ
る。
回転条件にあるときの、クラッチ装置の総有効バックラ
ッシの量は、前記総システムバックラッシ量（第１、第
２成分の最大値の和）に等しい。また、他の相対回転条
件（第２相対回転条件）にある場合には、総有効バック
ラッシの量は、前記相対回転とは無関係に存在する成分
と等しい。そこで、総システムバックラッシが一定の条
件で、総システムバックラッシにおける総有効バックラ
ッシの第１成分の比率を最小とし、第２成分の比率を増
やす。前述のごとく、最大非同期回転数は総有効バック
ラッシの量と正比例するので、前記相対回転とは無関係
に存在する第２成分の比率を増やすことにより、第１相
対回転条件における最大非同期回転数の値は一定のま
ま、第２相対回転条件における最大非同期回転数の値を
増加させ、以て最大非同期回転数の全体的範囲を広げ
る。
（実施例） かみ合いクラッチは、係合自在なクラッチ歯または類
似物により、相対回転自在な部材を連結、離脱するもの
である。このかみ合いクラッチは、スリップクラッチ、
すなわち摩擦、流体、磁場または類似の手段によって連
結、離脱を行うと共に、典型的には接続された部材間に
継続的な相対回転またはスリップを可能とするものとは
区別されている。このかみ合いクラッチは、ジョークラ
ッチおよびドッグクラッチとしても用いられる。
似物により、相対回転自在な部材を連結、離脱するもの
である。このかみ合いクラッチは、スリップクラッチ、
すなわち摩擦、流体、磁場または類似の手段によって連
結、離脱を行うと共に、典型的には接続された部材間に
継続的な相対回転またはスリップを可能とするものとは
区別されている。このかみ合いクラッチは、ジョークラ
ッチおよびドッグクラッチとしても用いられる。
この発明のかみ合いクラッチ構造が有効に用いられる
タイプの、典型的な変速ギア型非同期変速機が第１図に
示されている。この発明のかみ合いクラッチ構造は、第
１図に示されるタイプの変速ギア型変速機に用いられる
場合に特に適したものであるが、本発明のかみ合いクラ
ッチ構造は、かみ合いクラッチが一般的に用いられてい
る他の実施例においても利用可能なものである。
タイプの、典型的な変速ギア型非同期変速機が第１図に
示されている。この発明のかみ合いクラッチ構造は、第
１図に示されるタイプの変速ギア型変速機に用いられる
場合に特に適したものであるが、本発明のかみ合いクラ
ッチ構造は、かみ合いクラッチが一般的に用いられてい
る他の実施例においても利用可能なものである。
第１図に示される変速機10は、単純な５段変速前進速
度と１段後退速度を発生させるツイン・カウンタシャフ
ト型変速機である。また本発明のかみ合いクラッチ装置
は、シングル・カウンタシャフト型変速機にも同様に用
いることができる。変速機10は入力シャフト12を備え、
この入力シャフト12はマスター摩擦クラッチ（図示しな
い）を介して、原動機（図示しない）により駆動される
ように設計されている。変速機10はハウジング14および
マスタークラッチ・ハウジング部分16を包含している。
駆動手段である入力ギア18が入力シャフト12に対し、共
に回転するように固定されている。一対のカウンタシャ
フト20（その一方のみが図示されている）およびメイン
シャフト22が、変速機ハウジング14に回転自在に支持さ
れている。
度と１段後退速度を発生させるツイン・カウンタシャフ
ト型変速機である。また本発明のかみ合いクラッチ装置
は、シングル・カウンタシャフト型変速機にも同様に用
いることができる。変速機10は入力シャフト12を備え、
この入力シャフト12はマスター摩擦クラッチ（図示しな
い）を介して、原動機（図示しない）により駆動される
ように設計されている。変速機10はハウジング14および
マスタークラッチ・ハウジング部分16を包含している。
駆動手段である入力ギア18が入力シャフト12に対し、共
に回転するように固定されている。一対のカウンタシャ
フト20（その一方のみが図示されている）およびメイン
シャフト22が、変速機ハウジング14に回転自在に支持さ
れている。
カウンタシャフト20はそれぞれ、カウンタシャフトギ
ア24,26,28,30,32,34を有し、これらギアはカウンタシ
ャフト上で回転可能に支持されている。メインシャフト
ギア36,38,40,42がメインシャフト22を包囲すると共
に、それぞれカウンタシャフトギア対26−26、28−28、
30−30、32−32に定常的に係合し、かつそれにより支持
されている。メインシャフトギア44はメインシャフト22
を包囲すると共に、一対の逆転アイドルギア46に定常的
に係合し、かつそれにより支持されており、また逆転ア
イドルギア46はカウンタシャフトギア対34−34と定常的
にかみ合っている。入力ギア18はギア対24−24と定常的
にかみ合っている。追加ギア48がカウンタシャフト20に
設けられて、当該技術において良く知られているよう
に、動力取り出し装置を駆動するようになっている。
ア24,26,28,30,32,34を有し、これらギアはカウンタシ
ャフト上で回転可能に支持されている。メインシャフト
ギア36,38,40,42がメインシャフト22を包囲すると共
に、それぞれカウンタシャフトギア対26−26、28−28、
30−30、32−32に定常的に係合し、かつそれにより支持
されている。メインシャフトギア44はメインシャフト22
を包囲すると共に、一対の逆転アイドルギア46に定常的
に係合し、かつそれにより支持されており、また逆転ア
イドルギア46はカウンタシャフトギア対34−34と定常的
にかみ合っている。入力ギア18はギア対24−24と定常的
にかみ合っている。追加ギア48がカウンタシャフト20に
設けられて、当該技術において良く知られているよう
に、動力取り出し装置を駆動するようになっている。
軸方向に摺動自在なクラッチカラー50,52,54は、メイ
ンシャフト22にスプライン係合されて、メインシャフト
22と共転可能となっている。また、それぞれが外クラッ
チ歯を有し、該外クラッチ歯がメインシャフトギアに設
けられた内クラッチ歯およびおよび入力ギア18にかみ合
い係合して、これらのギアをメインシャフト22に選択的
に確実にクラッチ作動させるようになっている。また、
摺動自在なクラッチカラー50,52,54は、夫々シフトフォ
ーク56,58,60に係合する手段を有し、これらシフトフォ
ークは図示しないシフトバーハウジング装置から延び
て、周知のごとくクラッチカラーを選択的に移動するよ
うになっている。
ンシャフト22にスプライン係合されて、メインシャフト
22と共転可能となっている。また、それぞれが外クラッ
チ歯を有し、該外クラッチ歯がメインシャフトギアに設
けられた内クラッチ歯およびおよび入力ギア18にかみ合
い係合して、これらのギアをメインシャフト22に選択的
に確実にクラッチ作動させるようになっている。また、
摺動自在なクラッチカラー50,52,54は、夫々シフトフォ
ーク56,58,60に係合する手段を有し、これらシフトフォ
ークは図示しないシフトバーハウジング装置から延び
て、周知のごとくクラッチカラーを選択的に移動するよ
うになっている。
これまで述べた、いわゆる「浮動」メインシャフトお
よび複数カウンタシャフト型変速機は周知のものであ
り、その詳細な説明は、前述の米国特許明細書第3,105,
395号、第3,335,616号、第4,388,838号に示されてい
る。ここで、米国特許明細書第4,034,620号に示される
タイプのギアリテーナ（図示省略）を用いることによ
り、各メインシャフトギアがメインシャフト22上で軸方
向に保持されるか、メインシャフト22に対してその半径
方向に所定量だけ移動自在とすることが望ましく、また
前記米国特許明細書第4,034,620号の開示内容は参考の
ためにここに包含される 第２図において、第１回転体の一例としてメインシャ
フト22を、第２回転体の一例としてメインシャフトギア
38を、又かみ合いクラッチ装置の一例として、メインシ
ャフトギア38をメインシャフト22に対して選択的かつ共
転可能に接続するかみ合いクラッチ装置100を示してい
る。かみ合いクラッチ装置100は、復動クラッチカラー5
2の図１における左端部すなわち前端部102を包含してい
る。クラッチカラー52には内スプライン歯104が設けら
れており、この内スプライン歯104はメインシャフト22
に設けられた外スプライン歯106と協働して、クラッチ
カラー52をメインシャフト22と共転可能に、かつ軸方向
には摺動可能に係合するようになっている。したがっ
て、外クラッチ歯108を有しかつメインシャフト22と共
転可能に固定される前端部102を有するクラッチカラー5
2は、かみ合いクラッチの第１クラッチ部材であり、ギ
ア38のハブ部分に設けられた内クラッチ歯110は第２ク
ラッチ部材であり、これらによってメインシャフトギア
38をメインシャフト22に選択的に係合、離脱するように
なっている。
よび複数カウンタシャフト型変速機は周知のものであ
り、その詳細な説明は、前述の米国特許明細書第3,105,
395号、第3,335,616号、第4,388,838号に示されてい
る。ここで、米国特許明細書第4,034,620号に示される
タイプのギアリテーナ（図示省略）を用いることによ
り、各メインシャフトギアがメインシャフト22上で軸方
向に保持されるか、メインシャフト22に対してその半径
方向に所定量だけ移動自在とすることが望ましく、また
前記米国特許明細書第4,034,620号の開示内容は参考の
ためにここに包含される 第２図において、第１回転体の一例としてメインシャ
フト22を、第２回転体の一例としてメインシャフトギア
38を、又かみ合いクラッチ装置の一例として、メインシ
ャフトギア38をメインシャフト22に対して選択的かつ共
転可能に接続するかみ合いクラッチ装置100を示してい
る。かみ合いクラッチ装置100は、復動クラッチカラー5
2の図１における左端部すなわち前端部102を包含してい
る。クラッチカラー52には内スプライン歯104が設けら
れており、この内スプライン歯104はメインシャフト22
に設けられた外スプライン歯106と協働して、クラッチ
カラー52をメインシャフト22と共転可能に、かつ軸方向
には摺動可能に係合するようになっている。したがっ
て、外クラッチ歯108を有しかつメインシャフト22と共
転可能に固定される前端部102を有するクラッチカラー5
2は、かみ合いクラッチの第１クラッチ部材であり、ギ
ア38のハブ部分に設けられた内クラッチ歯110は第２ク
ラッチ部材であり、これらによってメインシャフトギア
38をメインシャフト22に選択的に係合、離脱するように
なっている。
前述の米国特許明細書第3,265,173号に詳細に記載さ
れているように、クラッチ歯108,110の先導端はメイン
シャフト22の回転軸芯に対して傾斜し、好ましくはメイ
ンシャフト22の回転軸芯に対して35゜に傾斜している。
これによって形成される傾斜面は、前端部102とメイン
シャフトギア38間の相対回転数が所定の限度を越えてい
る場合にクラッチ係合操作が開始されると、クラッチ歯
の先導端は、クラッチ部材を係合状態へ導かずにその歯
止めをするように働く。そして、設定した係合条件から
外れた過酷な条件でのシフトを防ぎ、クラッチ部材の破
損を防止するようになっている。すなわち、クラッチ部
材同士が適切に係合する最大非同期回転数（クラッチ部
材同士が非同期状態でありながら、十分な貫入状態を生
じうる該クラッチ部材間の回転速度差の最大値）は、軸
方向係合力が一定と仮定した場合、かみ合いクラッチ装
置100の総有効バックラッシ量、または回転方向の遊び
量によって決定される（これらの間には、正比例の関係
がある）。
れているように、クラッチ歯108,110の先導端はメイン
シャフト22の回転軸芯に対して傾斜し、好ましくはメイ
ンシャフト22の回転軸芯に対して35゜に傾斜している。
これによって形成される傾斜面は、前端部102とメイン
シャフトギア38間の相対回転数が所定の限度を越えてい
る場合にクラッチ係合操作が開始されると、クラッチ歯
の先導端は、クラッチ部材を係合状態へ導かずにその歯
止めをするように働く。そして、設定した係合条件から
外れた過酷な条件でのシフトを防ぎ、クラッチ部材の破
損を防止するようになっている。すなわち、クラッチ部
材同士が適切に係合する最大非同期回転数（クラッチ部
材同士が非同期状態でありながら、十分な貫入状態を生
じうる該クラッチ部材間の回転速度差の最大値）は、軸
方向係合力が一定と仮定した場合、かみ合いクラッチ装
置100の総有効バックラッシ量、または回転方向の遊び
量によって決定される（これらの間には、正比例の関係
がある）。
ところで、かみ合いクラッチ装置100において総シス
テムバックラッシ量は、クラッチカラー52およびメイン
シャフト22間のスプライン結合部におけるバックラッシ
量と、クラッチカラー52およびギア38のクラッチ歯108,
110間のバックラッシ量との和である。一例として、メ
インシャフト22およびクラッチカラー52間のスプライン
結合部のピッチ径112が約5.33cm（2.10in.）に等しく、
かつ相互に係合するクラッチ歯108,110のピッチ径114が
7.62cm（3.00in.）に等しいタイプの従来の典型的変速
機において、クラッチ装置における総システムバックラ
ッシ量は0.61mm（0.024in.）（1.11゜の回転量）として
選定され、そのうちの半分（第１成分）である0.305mm
（0.012in）（0.65゜の回転量）がメインシャフト22お
よびクラッチカラー52間のスプライン結合部に与えら
れ、また残り（第２成分）の0.305mm（0.012in）（0.46
゜の回転量）がクラッチ歯108,110に与えられる。
テムバックラッシ量は、クラッチカラー52およびメイン
シャフト22間のスプライン結合部におけるバックラッシ
量と、クラッチカラー52およびギア38のクラッチ歯108,
110間のバックラッシ量との和である。一例として、メ
インシャフト22およびクラッチカラー52間のスプライン
結合部のピッチ径112が約5.33cm（2.10in.）に等しく、
かつ相互に係合するクラッチ歯108,110のピッチ径114が
7.62cm（3.00in.）に等しいタイプの従来の典型的変速
機において、クラッチ装置における総システムバックラ
ッシ量は0.61mm（0.024in.）（1.11゜の回転量）として
選定され、そのうちの半分（第１成分）である0.305mm
（0.012in）（0.65゜の回転量）がメインシャフト22お
よびクラッチカラー52間のスプライン結合部に与えら
れ、また残り（第２成分）の0.305mm（0.012in）（0.46
゜の回転量）がクラッチ歯108,110に与えられる。
ここで、クラッチ装置100を単純化して概略的に示し
た第6A図、第6B図、第7A図、第7B図および第7C図に基づ
いて、以下の説明を行う。後述のごとく、クラッチ歯10
8,110間のバックラッシ120の効果は、シャフト22および
ギア38間の相対的な回転方向には無関係に発揮されるの
に対し、スプライン歯104,106間のバックラッシ122の効
果は、シャフト22およびギア38間の相対的な回転方向に
応じたステップ関数として表される。
た第6A図、第6B図、第7A図、第7B図および第7C図に基づ
いて、以下の説明を行う。後述のごとく、クラッチ歯10
8,110間のバックラッシ120の効果は、シャフト22および
ギア38間の相対的な回転方向には無関係に発揮されるの
に対し、スプライン歯104,106間のバックラッシ122の効
果は、シャフト22およびギア38間の相対的な回転方向に
応じたステップ関数として表される。
第6A図および第6B図において、ギア38はシャフト22
（1200RPM）と同一方向ではあるが、それより低速（100
0RPM）で回転している。クラッチカラー52はシャフト22
と同一速度（1200RPM）で駆動されると共に、スプライ
ン歯104の左側面104Aがスプライン歯106の右側面106Bに
駆動接触される。ギア38がクラッチ52方向へ強制される
と、クラッチ歯108,110は距離140だけ自由に貫入し、最
終的にギア38はバックラッシ120に等しい距離だけ、ク
ラッチ52に対して相対的に左方向に移動し、クラッチ歯
110の左側面110Aが右側面108Bに駆動接触される。この
点においては第6B図に示されるように、更なる自由貫入
状態は生じない。このように、シャフト22に対するギア
38の相対回転数が小である（相対的な回転方向が負であ
る）条件を、第２相対回転条件と称す。後述する第３図
乃至第５図では、横軸の正の範囲がこの第２相対回転条
件にあたる。
（1200RPM）と同一方向ではあるが、それより低速（100
0RPM）で回転している。クラッチカラー52はシャフト22
と同一速度（1200RPM）で駆動されると共に、スプライ
ン歯104の左側面104Aがスプライン歯106の右側面106Bに
駆動接触される。ギア38がクラッチ52方向へ強制される
と、クラッチ歯108,110は距離140だけ自由に貫入し、最
終的にギア38はバックラッシ120に等しい距離だけ、ク
ラッチ52に対して相対的に左方向に移動し、クラッチ歯
110の左側面110Aが右側面108Bに駆動接触される。この
点においては第6B図に示されるように、更なる自由貫入
状態は生じない。このように、シャフト22に対するギア
38の相対回転数が小である（相対的な回転方向が負であ
る）条件を、第２相対回転条件と称す。後述する第３図
乃至第５図では、横軸の正の範囲がこの第２相対回転条
件にあたる。
第7A図、第7B図、第7C図においては、ギア38はシャフ
ト22（1000RPM）と同一方向ではあるが、それより高速
（1200RPM）で回転している。クラッチ52はギア38との
係合前に、シャフト22と同一速度（1000RPM）で駆動さ
れており、スプライン歯104の左側面104Aはスプライン
歯106の右側面106Bと駆動接触状態にある。ギア38がク
ラッチ52の方向に強制されると、クラッチ歯108,110は
距離140だけ貫入し、最終的にギア38はバックラッシ120
に等しい距離だけ、クラッチ52に対して相対的に右方向
に移動し、歯110の右側面110Bが第7B図に示されるよう
に、歯108の左側面108Aに駆動接触状態となる。
ト22（1000RPM）と同一方向ではあるが、それより高速
（1200RPM）で回転している。クラッチ52はギア38との
係合前に、シャフト22と同一速度（1000RPM）で駆動さ
れており、スプライン歯104の左側面104Aはスプライン
歯106の右側面106Bと駆動接触状態にある。ギア38がク
ラッチ52の方向に強制されると、クラッチ歯108,110は
距離140だけ貫入し、最終的にギア38はバックラッシ120
に等しい距離だけ、クラッチ52に対して相対的に右方向
に移動し、歯110の右側面110Bが第7B図に示されるよう
に、歯108の左側面108Aに駆動接触状態となる。
この時点において、クラッチ歯108,110は、ギア38の
方が回転速度が早いことから、クラッチ52がギア38によ
りバックラッシ122に等しい距離だけ右方向に駆動され
る。すると、比較的自由に大きい距離142（第7C図参
照）だけ貫入作動を継続し、スプライン歯104の右側面1
04Bはスプライン歯106の左側面106Aと駆動接触する。
方が回転速度が早いことから、クラッチ52がギア38によ
りバックラッシ122に等しい距離だけ右方向に駆動され
る。すると、比較的自由に大きい距離142（第7C図参
照）だけ貫入作動を継続し、スプライン歯104の右側面1
04Bはスプライン歯106の左側面106Aと駆動接触する。
この時点では、それ以上の自由なクラッチ歯の貫入作
動は行われない。以上のごとく、シャフト22に対するギ
ア38の相対回転数が大である（相対的な回転方向が正で
ある）条件を、第１相対回転条件と称す。後述する第３
図乃至第５図では、横軸の負の範囲がこの第１相対回転
条件にあたる。
動は行われない。以上のごとく、シャフト22に対するギ
ア38の相対回転数が大である（相対的な回転方向が正で
ある）条件を、第１相対回転条件と称す。後述する第３
図乃至第５図では、横軸の負の範囲がこの第１相対回転
条件にあたる。
以上の説明から明らかなように、クラッチ装置100に
おいて、クラッチ係合時のクラッチ歯108,110の間のバ
ックラッシ120は、ギア38およびシャフト22間の相対回
転方向には無関係に、常にクラッチ部材の係合に寄与す
るものであり、バックラッシ120の有効量は常に一定で
ある。ところが、スプライン結合部104,106におけるバ
ックラッシ122は、その有効量がギア38およびシャフト2
2間の相対回転方向により変化する。すなわち、バック
ラッシ122は、第１、第２相対回転方向により零（最小
値）、または、総システムバックラッシから総有効バッ
クラッシの第２成分120を差し引いた既知の値（最大
値）を有する、いわゆるステップ関数である。
おいて、クラッチ係合時のクラッチ歯108,110の間のバ
ックラッシ120は、ギア38およびシャフト22間の相対回
転方向には無関係に、常にクラッチ部材の係合に寄与す
るものであり、バックラッシ120の有効量は常に一定で
ある。ところが、スプライン結合部104,106におけるバ
ックラッシ122は、その有効量がギア38およびシャフト2
2間の相対回転方向により変化する。すなわち、バック
ラッシ122は、第１、第２相対回転方向により零（最小
値）、または、総システムバックラッシから総有効バッ
クラッシの第２成分120を差し引いた既知の値（最大
値）を有する、いわゆるステップ関数である。
ギア38およびメインキャフト22が共に時計方向に回転
しているものと仮定した場合の、総システムバックラッ
シ量をスプライン歯結合部およびクラッチ歯間に等しく
分配した場合の効果は、図３に示されている。図中太線
で示される値が、総有効バックラッシである。図示のご
とく、ギア38がメインシャフト22より高速で回転してい
る限り（第１相対回転条件）、かみ合いクラッチ装置10
0の総有効バックラッシの量は、相互に係合するクラッ
チ歯108,110間のバックラッシ120（第２成分）と、スプ
ライン104,106間のバックラッシ122（第１成分）との和
に等しい。すなわち、総有効バックラッシ＝総システム
バックラッシとなる。しかし、ギア38の時計方向回転数
がメインシャフト22の時計方向回転数より小さい状態
（第２相対回転条件）では、クラッチカラー52はシャフ
ト22と共に回転しようとし、それにより第6B図に示すよ
うに、スプライン歯106の時計方向面106Bはスプライン1
04の反時計方向面104Aと確実に係合させられる。よっ
て、クラッチカラー52とメインシャフト22との間のバッ
クラッシ122は、ギア38とメインシャフト22との係合に
対する有効量が零となる。したがって、ギア38が加速さ
れてメインシャフト22との同期回転数を越えることがな
い限り、第３図に示されるように総有効バックラッシの
量は、クラッチ歯108,110においてのみもたらされるバ
ックラッシ120（第２成分）に等しい。このように、総
有効バックラッシ124の量は、バックラッシ122の影響の
みを受けて増減する。
しているものと仮定した場合の、総システムバックラッ
シ量をスプライン歯結合部およびクラッチ歯間に等しく
分配した場合の効果は、図３に示されている。図中太線
で示される値が、総有効バックラッシである。図示のご
とく、ギア38がメインシャフト22より高速で回転してい
る限り（第１相対回転条件）、かみ合いクラッチ装置10
0の総有効バックラッシの量は、相互に係合するクラッ
チ歯108,110間のバックラッシ120（第２成分）と、スプ
ライン104,106間のバックラッシ122（第１成分）との和
に等しい。すなわち、総有効バックラッシ＝総システム
バックラッシとなる。しかし、ギア38の時計方向回転数
がメインシャフト22の時計方向回転数より小さい状態
（第２相対回転条件）では、クラッチカラー52はシャフ
ト22と共に回転しようとし、それにより第6B図に示すよ
うに、スプライン歯106の時計方向面106Bはスプライン1
04の反時計方向面104Aと確実に係合させられる。よっ
て、クラッチカラー52とメインシャフト22との間のバッ
クラッシ122は、ギア38とメインシャフト22との係合に
対する有効量が零となる。したがって、ギア38が加速さ
れてメインシャフト22との同期回転数を越えることがな
い限り、第３図に示されるように総有効バックラッシの
量は、クラッチ歯108,110においてのみもたらされるバ
ックラッシ120（第２成分）に等しい。このように、総
有効バックラッシ124の量は、バックラッシ122の影響の
みを受けて増減する。
前述のごとく、所定の係合力に対して、かみ合いクラ
ッチが適切に係合する最大非同期回転数は、クラッチ装
置の総有効バックラッシの正比例関数として表すことが
できる。言い替えれば、総有効バックラッシの量が多い
ほど、最大非同期回転数も大きくなる。よって、総有効
バックラッシとして、第３図で示される第２成分120の
みが得られる場合（第２相対回転条件の時）には、前記
最大非同期回転数は小さな値となり、ギア38およびメイ
ンシャフト22の相対回転速度が比較的小さい場合にの
み、かみ合いクラッチの係合が可能となる。また、総有
効バックラッシが第３図で示される第２成分120に加え
て、第１成分122をも含む場合（第１相対回転条件の
時）には、前記最大非同期回転数の値は大きくなり、前
記相対回転速度が比較的大きい場合でもかみ合いクラッ
チの係合が可能となる。尚、第３図の例では、第１、第
２成分の配分が略1:1となっているので、第１相対回転
条件における総有効バックラッシ124の量は、第２相対
回転条件における総有効バックラッシ124の量の略２倍
となる。
ッチが適切に係合する最大非同期回転数は、クラッチ装
置の総有効バックラッシの正比例関数として表すことが
できる。言い替えれば、総有効バックラッシの量が多い
ほど、最大非同期回転数も大きくなる。よって、総有効
バックラッシとして、第３図で示される第２成分120の
みが得られる場合（第２相対回転条件の時）には、前記
最大非同期回転数は小さな値となり、ギア38およびメイ
ンシャフト22の相対回転速度が比較的小さい場合にの
み、かみ合いクラッチの係合が可能となる。また、総有
効バックラッシが第３図で示される第２成分120に加え
て、第１成分122をも含む場合（第１相対回転条件の
時）には、前記最大非同期回転数の値は大きくなり、前
記相対回転速度が比較的大きい場合でもかみ合いクラッ
チの係合が可能となる。尚、第３図の例では、第１、第
２成分の配分が略1:1となっているので、第１相対回転
条件における総有効バックラッシ124の量は、第２相対
回転条件における総有効バックラッシ124の量の略２倍
となる。
第４図は、本発明の実施例に係るものであり、第３図
と同量の総システムバックラッシとしながら、第２成分
220（すなわち、クラッチ歯108,110におけるバックラッ
シ）と、第１成分222（すなわち、スプライン結合部10
4,106におけるバックラッシ）との比率を、適切な摺動
および製造の際に必要とされる寸法公差を得るに必要な
バックラッシを考慮して、第１成分222の比率を可能な
限り小さくした場合を示している。このときの第１成分
の値を所定最小値という。図中太線で示される値が、総
有効バックラッシ124である。この場合でも、第１相対
回転条件における総有効バックラッシ（第１成分222＋
第２成分220）の量は図３の例と同じであるが、第１成
分222が図３の第１成分122に比して減少した分だけ、第
２成分220は図３の第２成分120に比して増加する。第４
図から明らかなように、第１相対回転条件にある時に得
られる総有効バックラッシの量（222＋220）は、第３図
の場合と同じであるが、第２相対回転条件にある時の総
有効バックラッシの量（220）は、第３図の第２成分120
に比べて増大している。この効果は第５図に示されてい
る。
と同量の総システムバックラッシとしながら、第２成分
220（すなわち、クラッチ歯108,110におけるバックラッ
シ）と、第１成分222（すなわち、スプライン結合部10
4,106におけるバックラッシ）との比率を、適切な摺動
および製造の際に必要とされる寸法公差を得るに必要な
バックラッシを考慮して、第１成分222の比率を可能な
限り小さくした場合を示している。このときの第１成分
の値を所定最小値という。図中太線で示される値が、総
有効バックラッシ124である。この場合でも、第１相対
回転条件における総有効バックラッシ（第１成分222＋
第２成分220）の量は図３の例と同じであるが、第１成
分222が図３の第１成分122に比して減少した分だけ、第
２成分220は図３の第２成分120に比して増加する。第４
図から明らかなように、第１相対回転条件にある時に得
られる総有効バックラッシの量（222＋220）は、第３図
の場合と同じであるが、第２相対回転条件にある時の総
有効バックラッシの量（220）は、第３図の第２成分120
に比べて増大している。この効果は第５図に示されてい
る。
第５図は、第３図に示す従来技術に係る最大非同期回
転数の全体的範囲をバー300で、第４図に示す本発明に
係る最大非同期回転数の全体的範囲をバー302で、概略
的に示して比較したものである。バー300を参照する
と、第１相対回転条件での最大非同期回転数がX1である
のに対し、第２相対回転条件での最大非同期回転数はほ
ぼ1/2X1であることがわかる。これに対し、本発明に係
るバー302を参照すると、第１相対回転条件における最
大非同期回転数はX1に維持したまま、第２相対回転条件
における最大非同期回転数を、1/2X1を越えてX1に近い
値まで向上させていることがわかる。
転数の全体的範囲をバー300で、第４図に示す本発明に
係る最大非同期回転数の全体的範囲をバー302で、概略
的に示して比較したものである。バー300を参照する
と、第１相対回転条件での最大非同期回転数がX1である
のに対し、第２相対回転条件での最大非同期回転数はほ
ぼ1/2X1であることがわかる。これに対し、本発明に係
るバー302を参照すると、第１相対回転条件における最
大非同期回転数はX1に維持したまま、第２相対回転条件
における最大非同期回転数を、1/2X1を越えてX1に近い
値まで向上させていることがわかる。
すなわち、相対回転条件に応じて総有効バックラッシ
の量を増減させる成分（第１成分122）を、適切な摺動
および製造の為の寸法公差を得るに必要なバックラッシ
を考慮しつつ可能な限り小さくすることにより、総有効
バックラッシの量を変えることなく、かつ、最大非同期
回転数の全体的範囲（バー302）を広げることができ
る。
の量を増減させる成分（第１成分122）を、適切な摺動
および製造の為の寸法公差を得るに必要なバックラッシ
を考慮しつつ可能な限り小さくすることにより、総有効
バックラッシの量を変えることなく、かつ、最大非同期
回転数の全体的範囲（バー302）を広げることができ
る。
また、第５図には、かみ合いクラッチ装置としての品
質を向上させる為に、総システムバックラッシの量を減
少させた例を示している。総システムバックラッシの量
が減少すると総有効バックラッシの量も減少し、総有効
バックラッシに正比例する最大非同期回転数の全体的範
囲もバー304に示すように狭くなる。よって、第１相対
回転条件における最大非同期回転数がバー302のX1からX
2へと減少している。ところで、バー304に示す例でも、
本発明に係るバックラッシの第１、第２成分の配分方法
を利用することにより、第２相対回転条件における最大
非同期回転数は、第１相対回転条件のX1からX2への減少
とほぼ同様の比率で減少していることがわかる。
質を向上させる為に、総システムバックラッシの量を減
少させた例を示している。総システムバックラッシの量
が減少すると総有効バックラッシの量も減少し、総有効
バックラッシに正比例する最大非同期回転数の全体的範
囲もバー304に示すように狭くなる。よって、第１相対
回転条件における最大非同期回転数がバー302のX1からX
2へと減少している。ところで、バー304に示す例でも、
本発明に係るバックラッシの第１、第２成分の配分方法
を利用することにより、第２相対回転条件における最大
非同期回転数は、第１相対回転条件のX1からX2への減少
とほぼ同様の比率で減少していることがわかる。
（発明の効果） 本発明によると、総システムバックラッシにおける相
対回転方向に対応して変化するバックラッシ成分を最小
にし、かつ相対回転に関係ないバックラッシ成分を最大
にするように配分されることにより、クラッチ係合の容
易性を向上させることができる。すなわち、シフトの困
難性を増加させることなく、クラッチ部材同士の係合を
許容する相対回転速度域を拡大することができる。ま
た、シフトの容易性を失うことなく、すなわち、クラッ
チ部材同士の係合を許容する相対回転速度域を狭めず、
クラッチ係合を容易に行うことができる。
対回転方向に対応して変化するバックラッシ成分を最小
にし、かつ相対回転に関係ないバックラッシ成分を最大
にするように配分されることにより、クラッチ係合の容
易性を向上させることができる。すなわち、シフトの困
難性を増加させることなく、クラッチ部材同士の係合を
許容する相対回転速度域を拡大することができる。ま
た、シフトの容易性を失うことなく、すなわち、クラッ
チ部材同士の係合を許容する相対回転速度域を狭めず、
クラッチ係合を容易に行うことができる。
第１図は本発明のかみ合いクラッチ構造が有利に利用さ
れる従来の変速ギア型変速機の上断面図、 第２図は、本発明のかみ合いクラッチ装置の拡大断面
図、 第３図は従来のかみ合いクラッチ装置における、シャフ
ト22に対するギア38の時計方向回転数と、総有効バック
ラッシとの関係を示す表示図、 第４図は本発明のかみ合いクラッチ装置における、シャ
フト22に対するギア38の時計方向回転数と、総有効バッ
クラッシとの関係を示す表示図、 第５図は従来および本発明の、クラッチ部材同士の係合
を許容する相対回転速度域を示す比較図、 第6A、6B、7A、7Bおよび7C図はかみ合いクラッチ装置の
かみ合い関係を示す作動図である。 22……第１回転体、38……第２回転体、52……第１クラ
ッチ部材、100……かみ合いクラッチ装置、108……第１
クラッチ歯、110……第２クラッチ歯、120……第２成
分、122……第１成分、124……総有効バックラッシ、22
2……第１成分、220……第２成分
れる従来の変速ギア型変速機の上断面図、 第２図は、本発明のかみ合いクラッチ装置の拡大断面
図、 第３図は従来のかみ合いクラッチ装置における、シャフ
ト22に対するギア38の時計方向回転数と、総有効バック
ラッシとの関係を示す表示図、 第４図は本発明のかみ合いクラッチ装置における、シャ
フト22に対するギア38の時計方向回転数と、総有効バッ
クラッシとの関係を示す表示図、 第５図は従来および本発明の、クラッチ部材同士の係合
を許容する相対回転速度域を示す比較図、 第6A、6B、7A、7Bおよび7C図はかみ合いクラッチ装置の
かみ合い関係を示す作動図である。 22……第１回転体、38……第２回転体、52……第１クラ
ッチ部材、100……かみ合いクラッチ装置、108……第１
クラッチ歯、110……第２クラッチ歯、120……第２成
分、122……第１成分、124……総有効バックラッシ、22
2……第１成分、220……第２成分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16D 11/00 - 23/14 F16H 1/10 F16H 55/18
Claims (9)
- 【請求項１】第１、第２回転体（22,38）を選択的に係
合、離脱するかみ合いクラッチ装置（100）であって、 前記第１回転体と共に回転する第１クラッチ部材（52）
と、前記第２回転体と共に回転する第２クラッチ部材
（110）とを備えており、前記第１、第２クラッチ部材
が第１、第２の係合自在なクラッチ歯（108,110）を有
するとともに、前記第１回転体と前記第１クラッチ部材
との間に所定のバックラッシ（122）を有し、 また、前記クラッチ装置は、前記第１、第２回転体間に
総有効バックラッシ（124）を有し、該総有効バックラ
ッシは、前記第１、第２回転体間の相対回転方向に応じ
て有効量が変化する第１成分（122）と、第１、第２回
転体間の相対回転方向とは無関係で有効量が一定の第２
成分（120）とを含み、かつ、前記クラッチ装置の総シ
ステムバックラッシは、前記第１、第２成分の最大値の
和に等しい値を有しており、 前記総システムバックラッシの前記第２成分（220）の
値を前記第１成分（222）の値より大きくし、かつ、前
記第１成分（222）が占める割合を所定最小値としたこ
とを特徴とするかみ合いクラッチ装置。 - 【請求項２】前記第２成分の値が前記第１成分の値の少
なくとも２倍の大きさを有している請求項１記載のクラ
ッチ装置。 - 【請求項３】前記第２成分の値が前記第１、第２回転体
間の相対回転方向によらず一定であり、かつ前記第１成
分の値が、前記第１、第２回転体間の相対回転方向によ
り零または既知の値を有するステップ関数である請求項
１記載のクラッチ装置。 - 【請求項４】前記クラッチ装置が非同期型であり、かつ
前記各クラッチ部材を一定の力で係合方向に付勢する
と、総有効バックラッシに正比例する最大非同期回転数
で係合可能とした請求項３記載のクラッチ装置。 - 【請求項５】前記第１部材がシャフト（22）であり、前
記第２部材が前記シャフトを包囲するギア（38）であ
り、かつ前記第１クラッチ部材（52）が前記シャフトに
対して軸方向に移動可能となっている請求項４記載のク
ラッチ装置。 - 【請求項６】前記第１クラッチ部材が軸方向に延びるス
プライン（104,106）により前記シャフトと共に回転可
能に設けられている請求項５記載のクラッチ装置。 - 【請求項７】前記第２クラッチ部材（110）が前記ギア
（38）と一体になっている請求項６記載のクラッチ装
置。 - 【請求項８】第１、第２の回転体を、選択的に係合、離
脱するかみ合いクラッチ装置を設計する方法であって、 第１回転体と共に回転する第１クラッチ部材と、第２回
転体と共に回転する第２クラッチ部材とを備えており、
前記第１、第２クラッチ部材が第１、第２の係合自在な
クラッチ歯を有するとともに、前記第１回転体と前記第
１クラッチ部材との間に所定のバックラッシを有し、 また、前記クラッチ装置は、第１、第２回転体間に総有
効バックラッシを有し、該総有効バックラッシは、前記
第１、第２回転体間の相対回転方向に応じて有効量が変
化する第１成分と、第１、第２回転体間の相対回転方向
とは無関係で有効量が一定の第２成分とを含み、かつ、
前記クラッチ装置の総システムバックラッシは、前記第
１、第２成分の最大値の和に等しい値を有しているかみ
合いクラッチ装置において、 前記各クラッチ部材を所定の力で係合方向に付勢したと
きの、クラッチ装置の最大非同期回転数に比例する総シ
ステムバックラッシの、前記第２成分の値を前記第１成
分の値より大きくし、かつ、第１成分が占めるバックラ
ッシ量の許容最小値を設定し、 さらに該許容最小値を、前記第１成分の変動範囲の最大
値としたことを特徴とするかみ合いクラッチ装置の設計
方法。 - 【請求項９】前記第１部材がシャフトであり、前記第２
部材が前記シャフトを包囲するギアであり、かつ前記第
１クラッチ部材が、前記シャフトに対して軸方向に移動
可能であると共に軸方向に延びるスプラインにより前記
シャフトに取付けられており、前記最小許容値が、摺動
および製造の際の寸法公差を得るに必要なバックラッシ
を考慮して決定されるようにした、請求項８記載の方
法。
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