JP4781305B2 - 常時噛合い式歯車変速機のドッグクラッチ構造 - Google Patents

Description

本発明は自動二輪車に多用される常時噛合い式歯車変速機のドッグクラッチ構造に関するものである。

隣り合う歯車の対向する歯車側面に歯車同士を係合する突部をお互いに軸方向に突出して形成し、この凸部同士を係合させて変速を行う歯車間の動力伝達を行う常時噛合い式歯車変速機において、一方の歯車に形成される凸部を歯車側面の周方向に所定間隔で配置するとともに、凸部の突出量を大小に変化させ、交互に配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、突出量の大きい凸部間の周方向間隔が大きいため、歯車同士の係合チャンス、つまり凸部同士が噛合い始めるきっかけが得やすい。

実開昭５９−１６４８５９号公報。

従来の技術では、突出量大小２段の凸部が歯車の周方向に等間隔で配置されているので、突出量の大きい凸部の表面で弾かれ、歯車同士の係合に失敗した場合、つぎの突出量の小さい凸部との間隔がある程度空いているため、突出量の小さい凸部でも係合しようと歯車双方の凸部同士が接近するが、凸部の突出量が小さいため係合できず、この場合も凸部の表面で弾かれてしまう可能性が高い。さらに、一度弾かれてしまうと、歯車双方の軸方向位置が離れてしまうので、凸部同士の噛合い位置まで移動できず、突出量の大きい次の凸部であっても弾かれてしまう可能性があった。また、突出量小の凸部に係合してしまった場合には、係合面積が小さいので係合時の面圧が高くなり、耐磨耗性が低下する可能性があった。本発明は、相手方の凸部が、変速操作時に、短時間かつ確実に突出量大の凸部に係合するようにしようとするものである。

本発明は上記課題を解決したものであって、請求項１に記載の発明は、
互いに隣り合う第一歯車と第二歯車、
上記第一歯車の側面の周方向に間隔をおいて突出量の大きいものと小さいものとが交互に形成される凸部、及び
上記第二歯車の側面に形成され、変速状態によって上記第一歯車の突部と係合しあるいは非係合状態となる係合凸部を備えた常時噛合い式歯車変速機のドッグクラッチ構造において、特定回転方向で、
突出量大の凸部とその後に続く突出量小の凸部との間隔が小さく、
突出量小の凸部とその後に続く突出量大の凸部との間隔が大きい
ことを特徴とする常時噛合い式歯車変速機のドッグクラッチ構造に関するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の常時噛合い式歯車変速機のドッグクラッチ構造において、
上記特定回転方向は、加速時にトルクがかかる方向であることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の常時噛合い式歯車変速機のドッグクラッチ構造において、
上記加速時にクラッチ操作を伴わず、エンジンの出力制御によって第１、第二歯車の係合トルクを低減して変速を行う常時噛合い式歯車変速機に設けられることを特徴とするものである。

請求項１の発明において、
係合凸部が突出量大の凸部で係合出来なかった場合に、次に来る突出量小の凸部との係合を回避し、その後に来る突出量大の凸部の係合の機会を高めることが出来るため、平均して、係合に要する時間を短縮することが可能となる。また、突出量の大きい凸部と接触面を形成するように係合するので、面圧が低くなり、耐磨耗性が向上する。

請求項２の発明において、
加速時には、高回転領域で変速操作を行うため、変速による回転数差が大きく、また変速開始時の回転数も高いため、第一歯車の凸部が第二歯車の凸部を通過する時間が短い。したがって、加速時に上記構成となるようにすることによって、一層、突出量大の凸部の係合の機会を高め、係合部の面圧を低減することが出来る。
また、減速時には、回転数差が小さく、変速開始時の回転数も低いので、凸部の間隔による係合チャンスの増加よりも、凸部の高さの違いによる係合の傾向の方が大きい。
この際、間隔の狭い側に係合できるので、係合状態での第一歯車の凸部間隔における第二歯車の凸部の遊びを出来るだけ低減でき、減速から加速に移る場合の応答性を向上させることが出来る。

請求項３の発明において、
加速時には、クラッチ操作によらないで、エンジン出力制御によって変速機にかかる係合トルクを低減して変速する場合は、変速に要する時間がクラッチ操作によって変速する場合に比べて短いので、さらに好適にその効果を発揮させることが出来る。

図１は本発明の一実施形態に係る常時噛合い式歯車変速機１の要部の断面図である。メイン軸２にはＭ1〜Ｍ6の６個の歯車が設けてあり、カウンタ軸３には上記Ｍ1〜Ｍ6に対応して、これらと常時噛み合うＣ1〜Ｃ6の６個の歯車が設けてある。Ｍはメイン軸付属歯車、Ｃはカウンタ軸付属歯車、添数字1〜6 は１速〜６速の変速比を決める歯車であることを示している。添字ｘは軸に固定された歯車、添字ｗは軸受７によって軸に保持され軸に対して周方向に相対回転可能であるが軸方向には移動しない歯車、添字ｔはスプライン６によって軸に保持され軸方向に移動可能であるが軸に対して周方向に相対回転しない歯車を表す。

軸方向移動可能歯車（添字ｔ）のうちの１個が軸方向へ移動し係合するときには、他の軸方向移動可能歯車は係合しない。軸方向移動可能歯車のボス中央部の周囲には、この歯車を軸方向に駆動するフォーク係合用環状隙間Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3が設けてある。フォークは図示省略してある。軸方向移動可能歯車（添字ｔ）には、隣に位置する軸周り回転可能歯車（添字ｗ）との間にドッグクラッチが構成されている。軸方向移動可能歯車に係合用の凸部が形成され、隣に位置する軸周り回転可能歯車にも係合用の凸部が形成されている。軸方向移動可能歯車が軸方向に移動して軸周り回転可能歯車に接近した時、軸周り回転可能歯車の係合凸部と係合して、軸周り回転可能歯車を軸に対して固定する。

メイン軸２はクラッチを介して伝達されたクランク軸の駆動力によって回転している。各段の動力は、運転者の変速操作で動くフォークによって軸方向に移動する軸方向移動可能歯車（添字ｔ）の移動係合に応じて次のようにメイン軸２からカウンタ軸３へ伝達される。
第１段：メイン軸−Ｍ1ｘ−（Ｃ1ｗ−Ｃ6ｔ）−カウンタ軸、
第２段：メイン軸−Ｍ2ｘ−（Ｃ2ｗ−Ｃ5ｔ）−カウンタ軸、
第３段：メイン軸−Ｍ3ｔ−（Ｃ3ｗ−Ｃ5ｔ）−カウンタ軸、
第４段：メイン軸−Ｍ4ｔ−（Ｃ4ｗ−Ｃ6ｔ）−カウンタ軸、
第５段：メイン軸−（Ｍ3ｔ−Ｍ5ｗ）−Ｃ5ｔ−カウンタ軸、
第６段：メイン軸−（Ｍ4ｔ−Ｍ6ｗ）−Ｃ6ｔ−カウンタ軸、
上記各動力伝達経路では、カッコでまとめてある歯車が係合している。即ち、添字ｔを持ち、かつ添数字が他の２個と異なる歯車が、隣の添字ｗを持つ歯車の方へ移動して係合している。変速比は上記各一連の動力伝達経路で同一の添数字を持つ歯車の歯数比で決まる。

図２は上記変速機において、第２段変速を行う際に係合する歯車Ｃ5ｔとＣ2ｗだけを取り出した部分断面図である。本発明は他の係合部に対しても適用可能なものであるが、上記の一対の歯車を代表例としてドッグクラッチの実施形態の具体例を説明する。以下の説明では歯車Ｃ5ｔを第一歯車４、歯車Ｃ2ｗを第二歯車５と呼ぶ。第二歯車５は、クランク軸によって駆動されているメイン軸２に固定され、メイン軸２と共に回転しているメイン軸固定歯車Ｍ2ｘ（図１）に駆動されて、カウンタ軸３の回りをカウンタ軸３に拘束されることなく軸受７を介して回転している。

車両運転中において、全ての軸方向移動可能歯車が中立位置にある時は、第一歯車４は、後輪から伝わる駆動力でカウンタ軸３と共に回転している。第一歯車４は、係合時にはフォーク係合用環状隙間Ｇ2に係合した図示していないフォークによって軸方向に駆動され、その係合用の凸部８を第二歯車５に近付ける。この時、回転している第二歯車５の係合用の凸部12は第一歯車の係合用の凸部８に係合し、第二歯車５は第一歯車４を駆動し、その回転を第一歯車４のスプライン６を介してカウンタ軸３に伝える。

図３は第一歯車４の左面図、図４は第二歯車５の右面図である。これらはいずれも、上記両歯車の対向面の正面図である。図２では第一歯車４の凸部８を厳密に区分しないで述べたが、実際には、図３において、第一歯車４の対向面には、突出量大の凸部即ち高凸部８Ｈと、突出量小の凸部即ち低凸部８Ｌの、２種の凸部が交互に３個ずつ設けてある。高凸部８Ｈと低凸部８Ｌの間は、規則的に交互に設けられた大間隔９または小間隔10の２種の間隔となっている。各係合凸部の間には、部材軽量化のための凹部11が設けてある。図４において、第二歯車５の対向面には同じ高さの３個の凸部12が等しい間隔13で配置されている。これらの凸部12の間には、部材軽量化のための複数の円孔14が穿設されている。

図５は図３のＶ−Ｖ断面の拡大展開図、図６は図４のＶＩ−ＶＩ断面の拡大展開図である。図５において、第一歯車４の凸部８Ｈと８Ｌには、図示のｄの高さの差が設けてある。また、凸部８Ｈ、８Ｌの間には、大間隔９と小間隔10とが交互に配置されている。図６において、第二歯車５の各凸部12の間隔13は等しい。上記第一歯車４および第二歯車５の各凸部８Ｈ、８Ｌ、12の各係合面は、係合後に上記両歯車を互いに引き寄せるスラスト荷重を発生する逆テーパ15が形成されている。

図７は第一歯車４と第二歯車５の係合直前の凸部の位置を示す断面図である。両歯車は何れも回転しているが、係合は相対運動の結果として生じるものであるから、図において第一歯車４は、回転を無視して、単に軸方向へ矢印Ｔに沿って動くものとし、第二歯車５の凸部は、両歯車の回転速度の差で、矢印Ｗの方向へ動くものとする。

高凸部８Ｈと低凸部８Ｌが交互に配置されている第一歯車４において、低凸部８Ｌから第二歯車５の回転方向Ｗに沿って高凸部８Ｈに至る間隔は大間隔９であり、高凸部８Ｈから第二歯車５の回転方向Ｗに沿って低凸部８Ｌに至る間隔は小間隔10である。係合が行われる時は、第一歯車４が矢印Ｔの方向へ動いて第二歯車５に接近する。この時。矢印Ｗで回転中の第二歯車５の凸部12は、エンジンの加速時には矢印Ａの方向で第一歯車４の凸部に係合する。エンジンの減速時には矢印Ｂの方向で第一歯車４の凸部に係合する。

エンジンの加速時には、第二歯車５の凸部12は、第一歯車４の凸部に対しては、通常噛合いチャンスの大きい高凸部８Ｈに矢印Ａに沿って移動して係合する。
もし第二歯車５の凸部12が、第一歯車４の高凸部８Ｈの表面に当接して弾かれた場合には、次の低凸部８Ｌの高さは低くかつ距離が短いので低凸部８Ｌに係合することは無く、十分な距離が存するその次の高凸部８Ｈに係合する。
もし第二歯車５の凸部12が、第一歯車４の低凸部８Ｌの表面に当接して弾かれた場合であっても、次の高凸部８Ｈへの間隔は大間隔９であり、十分な距離が存するのでその高凸部８Ｈに係合する。

エンジンの減速時には、第二歯車５の凸部12は、第一歯車４の凸部に対しては、通常噛合いチャンスの大きい高凸部８Ｈに矢印Ｂに沿って移動して係合する。
もし第二歯車５の凸部12が、第一歯車４の高凸部８Ｈの表面に当接して弾かれた場合には、次の低凸部８Ｌの高さは低いが距離が長いので低凸部８Ｌに係合する。この場合は減速中であり第二歯車５の凸部12の移動速度が小さいので、係合面積が小さいことによる係合始めの面圧の上昇は許容範囲内である。
もし第二歯車５の凸部12が、第一歯車４の低凸部８Ｌの表面に当接して弾かれた場合には、次の高凸部８Ｈへの間隔は小間隔10であるが、減速中であり第二歯車５の凸部12の移動速度が小さいのでその高凸部８Ｈに係合することが出来る。

一般に加速時はエンジンの回転数が大きいので、第二歯車５の凸部12の移動速度が大きい。そのために、矢印Ａ方向で高凸部８Ｈに達する直前の凸部間隔を大きくすることによって、高凸部８Ｈへの係合を確実にしてある。また、減速時はエンジンの回転数が小さいので、第二歯車５の凸部12の移動速度は小さい。そのために、矢印Ｂ方向で高凸部８Ｈに達する直前の凸部間隔を小さくしてあっても、高凸部８Ｈへの係合は容易である。

減速時に矢印Ｂに沿って第一歯車４の高凸部８Ｈに係合した第二歯車５の凸部12は、エンジンが加速に変わったときには、矢印Ｗの方向へ移動して低凸部８Ｌに噛合う。この時の高凸部８Ｈと低凸部８Ｌの間隔は小さいので、第二歯車の凸部の遊びが少なく、減速から加速へ移る間の空走時間が短く、ドライバビリティが上る。

通常は変速時にクラッチを切ることが行われているが、この代わりに加速時に点火カットを行い出力をダウンさせ、ドッグクラッチの係合トルクを抜くことにより軸方向移動可能歯車の軸方向移動を可能とし、変速を行う制御が行われる場合がある。点火カットの時間は短いので、変速に要する時間も短い。このためにも本実施形態のように第一歯車４の突起に高低を設けるとともに間隔に大小を設けることは、安定して係合の時間を短縮し、係合の確実性を高めると共に、点火カットの時間の設定が簡易となる。

以上詳述した本実施形態においては、次の効果がもたらされる。
（１）第二歯車５の凸部12が第一歯車４の高凸部８Ｈで係合出来なかった場合に、次に来る低凸部８Ｌとの係合を回避し、その後に来る高凸部８Ｈとの係合の機会を高めることが出来ると共に、平均して、係合に要する時間を短縮することが可能となる。高凸部８Ｈは係合面積が大きいので、高凸部８Ｈと係合すると面圧が低く、耐磨耗性が向上する。
（２）加速時には、変速による回転数差が大きく、また変速開始時の回転数も高いため、加速時に、高凸部８Ｈとその後に続く低凸部８Ｌとの間隔が小さく、低凸部８Ｌとその後に続く高凸部８Ｈとの間隔が大きい構成となるようにしてあるので、一層、高凸部８Ｈの係合の機会を高め、係合部の面圧を低減することが出来る。
また、減速時には、回転数差が小さく、変速開始時の回転数も低いので、凸部の間隔による係合チャンスの増加よりも、凸部の高さの違いによる係合の傾向の方が大きい。この際、小間隔10に続く高凸部８Ｈに係合できるので、係合状態での第一歯車４の凸部間隔における第二歯車５の凸部の遊びを出来るだけ低減でき、減速から加速に移る場合の応答性を向上させることが出来る。
（３）加速時には、クラッチ操作によらないで、エンジン出力制御によって変速機にかかる係合トルクを低減して変速する場合は、変速に要する時間がクラッチ操作によって変速する場合に比べて短いので、さらに好適にその効果を発揮させることが出来る。
（４）本実施形態の説明では、ドッグクラッチが形成される一対の部材を両方共歯車であるとして、第一歯車、第二歯車と名付けて説明したが、軸方向移動可能歯車である第一歯車は、必ずしも歯車である必要は無く、移動係合専用の、いわゆるシフタであっても本実施形態は適用できる。

本発明の一実施形態に係る常時噛合い式歯車変速機１の要部の断面図である。 上記変速機の部分断面図である。 第一歯車４の左面図である。 第二歯車５の右面図である。 図３のＶ−Ｖ断面展開図である。 図４のＶＩ−ＶＩ断面展開図である。 第一歯車４と第二歯車５の係合直前の凸部の位置を示す断面図である。

符号の説明

１…常時噛合い式歯車変速機、２…メイン軸、３…カウンタ軸、４…第一歯車、５…第二歯車、８…第一歯車の凸部、８Ｈ…高凸部、８Ｌ…低凸部、９…大間隔、10…小間隔、12…第二歯車の凸部、13…第二歯車の凸部の間隔

Claims (3)

1. 互いに隣り合う第１歯車と第２歯車、
   上記第１歯車の側面の周方向に間隔をおいて突出量の大きいものと小さいものとが交互に形成される凸部、及び
   上記第２歯車の側面に形成され、変速状態によって上記第１歯車の突部と係合しあるいは非係合状態となる係合凸部を備えた常時噛合い式歯車変速機のドッグクラッチ構造において、
   特定回転方向で、
   突出量大の凸部とその後に続く突出量小の凸部との間隔が小さく、
   突出量小の凸部とその後に続く突出量大の凸部との間隔が大きい
   ことを特徴とする常時噛合い式歯車変速機のドッグクラッチ構造。
2. 上記特定回転方向は、加速時にトルクがかかる方向であることを特徴とする請求項１に記載の常時噛合い式歯車変速機のドッグクラッチ構造。
3. 上記加速時にクラッチ操作を伴わず、エンジンの出力制御によって第１、第２歯車の係合トルクを低減して変速を行う常時噛合い式歯車変速機に設けられることを特徴とする請求項２に記載の常時噛合い式歯車変速機のドッグクラッチ構造。

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