JP5733714B2 - 非円形歯車対を備えた変速機 - Google Patents

Description

本発明は非円形歯車対を備えた変速機に関し、詳しくは、減速比を切り替える際に用いる非円形歯車対を備えた変速機に関する。

なお、本明細書中において、「減速比」は、駆動側回転速度／被動側回転速度（あるいは、入力側回転速度／出力側回転速度）で表され、駆動側回転速度よりも被動側回転速度の方が小さくなる場合（いわゆる減速の場合）には１より大きい値となる。「減速比」は、駆動側回転速度よりも被動側回転速度の方が大きい場合（いわゆる増速の場合）についても同じ定義を用いて表し、この場合には、１より小さい値となる。「段」は、減速比が大きいほど小さくなり、減速比が小さいほど大きくなる。すなわち、第１段は第２段より、第２段は第３段より減速比が大きい段となる。また、「Ｎ速」は第Ｎ段の減速比となる状態を示す。すなわち、「１速」は第１段の減速比となる状態を示し、「２速」は第２段の減速比となる状態を示す。

従来、入力軸と出力軸との間に連結する歯車対を切り替えることにより減速比を変える一般の変速機では、減速比を切り替える際にいずれの歯車対も入力軸と出力軸との間に連結されていない状態があり、このときには動力が伝達されない。そこで、減速比を切り替える際に過渡的に非円形歯車対を入力軸と出力軸との間に連結することにより、減速比を切り替える際も連続して動力が伝達されるようにすることができる、非円形歯車対を備えた変速機が提案されている。

例えば図４の機構図に模式的に示すように、変速機５０は、入力軸５２と出力軸５４との間に、歯車対５５，５６，５７と非円形歯車対５８，５９が、クラッチ８０，８２，８４，８６，８８を介して選択的に連結される。

図５は、各歯車対５５，５６，５７，５８，５９の噛み合いピッチ円あるいは噛み合いピッチ曲線を模式的に示す説明図である。

図５に示すように、歯車対５５，５６，５７の歯車６０，７０；６２，７２；６４，７４の噛み合いピッチ円６０ｐ，７０ｐ；６２ｐ，７２ｐ；６４ｐ，７４ｐが互いに接し、一定の減速比で動力を伝達する。非円形歯車対５８，５９の歯車６６，７６；６８，７８のピッチ曲線６６ｐ，７６ｐ；６８ｐ，７８ｐは、実線で示すように、歯車対５５，５６，５７の歯車６０，７０；６２，７２；６４，７４の噛み合いピッチ円６０ｐ，７０ｐ；６２ｐ，７２ｐ；６４ｐ，７４ｐの円弧と等しい定速噛み合い区間１０１，１０３，１０５；１１１，１１３，１１５；２０１，２０３，２０５；２１１，２１３，２１５と、隣り合う定速噛み合い区間１０１，１０３，１０５；１１１，１１３，１１５；２０１，２０３，２０５；２１１，２１３，２１５の間を接続する変速噛み合い区間１０２，１０４，１０６；１１２，１１４，１１６；２０２，２０４，２０６；２１２，２１４，２１６とを含む。減速比を切り替えるとき、入力軸５２と出力軸５４との間に非円形歯車対５８，５９を連結し、非円形歯車対５８，５９が変速噛み合い区間で噛み合い、動力が途切れることなく伝達されるようにする。

自動車やトラック・バスでは変速機により歯車対の切り替えを行う場合、例えば、１速→２速→３速のようなアップシフトも、３速→２速→１速のようなダウンシフトも必要となる。

そのため、変速機５０は、図５（ａ）、（ｂ）にそれぞれの噛み合いピッチ曲線を実線で示す２つの非円形歯車対５８，５９を備えている。

すなわち、図５において矢印で示す方向に回転するとき、図５（ｂ）に示す一方の非円形歯車対は、１速→２速→３速（１周して元に戻る）と変化する。このため、１速から２速の変速、２速から３速の変速であるアップシフトの場合に用いる。

この非円形歯車対を用いて３速から２速に変速（すなわち、ダウンシフト）しようとすると、３速→１速→２速、という経由が必要となり、３速から１速に変化するプロセスを経る必要があり、適切な変速ができない。

そのため、図５（ｂ）に示す噛み合いピッチ曲線を有する一方の非円形歯車対に加えて、図５（ａ）に示す噛み合いピッチ曲線を有する他方の非円形歯車対を用いる。図５（ａ）に示す噛み合いピッチ曲線を有する他方の非円形歯車対は、３速→２速→１速（１周して元に戻る）と変化するため、３速から２速の変速、２速から１速の変速であるダウンシフトの場合に用いる（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２００８／０６２７１８号

図５（ａ）及び（ｂ）のように、アップシフトに用いる非円形歯車対と、ダウンシフトに用いる非円形歯車対とを別々に備えると、変速機は、アップシフトにもダウンシフトにも対応できる。しかしながら、２つの非円形歯車対を備えると、変速機が大型化し、重量が増え、コストも増大する。

本発明は、かかる実情に鑑み、一つの非円形歯車対をアップシフトとダウンシフトの両方に用いることができる変速機を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した変速機を提供する。

変速機は、（ａ）回転可能に支持された入力部材と、（ｂ）回転可能に支持された出力部材と、（ｃ）前記入力部材と前記出力部材との間に配置され、減速比が順に小さくなる、少なくとも３つの第１段乃至第３段の歯車対と、（ｄ）前記入力部材と前記出力部材との間に、前記歯車対をそれぞれ解除可能に連結する、少なくとも３つの第１乃至第３のクラッチと、（ｅ）前記入力部材と前記出力部材との間に配置された非円形歯車対と、（ｆ）前記入力部材と前記出力部材との間に前記非円形歯車対を解除可能に連結する１つの非円形歯車対用クラッチとを備える。前記非円形歯車対は、前記入力部材と前記出力部材との間に前記非円形歯車対が連結され、前記非円形歯車対の一方が１回転し、前記非円形歯車対の他方が１回転以上回転して前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、（ｉ）前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が、前記入力部材と前記出力部材との間に少なくとも３つの前記第１段乃至第３段の歯車対がそれぞれ連結されたときの減速比と同じになる、少なくとも３つの第１段乃至第３段の定速噛み合い区間と、（ii）隣り合う前記定速噛み合い区間の間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が、隣り合う前記定速噛み合い区間の一方の減速比から隣り合う前記定速噛み合い区間の他方の減速比まで次第に増加又は減少する、複数の変速噛み合い区間とを含む。前記定速噛み合い区間は、（１）前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が最大となる最大減速比段の前記定速噛み合い区間と、（２）前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が最小となる最小減速比段の前記定速噛み合い区間と、（３）前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が最大と最小の中間となる中間段の前記定速噛み合い区間とを含む。前記中間段の前記定速噛み合い区間は、前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、前記最大減速比段の前記定速噛み合い区間から前記最小減速比段の前記定速噛み合い区間まで前記非円形歯車対の噛み合いが進行する減速比減少領域と、前記最小減速比段の前記定速噛み合い区間から前記最大減速比段の前記定速噛み合い区間まで前記非円形歯車対の噛み合いが進行する減速比増加領域とに、それぞれ、含まれている。

上記構成において、例えば、ある段から他の段に減速比を切り換えるとき、非円形歯車対がある段の定速噛み合い区間で噛み合っているときに、入力軸と出力軸との間に非円形歯車対を連結した後、ある段の歯車対が入力軸と出力軸との間に連結された状態を解除する。そして、非円形歯車対が他の段の定速噛み合い区間で噛み合っているときに、他の段の歯車対を入力軸と出力軸との間に連結した後、非円形歯車対が入力軸と出力軸との間に連結された状態を解除する。これにより、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、かつ動力を効率よく伝達することができる。

上記構成によれば、最大減速比段の減速比から最小減速比段の減速比まで減速比が減少するときに、途中で中間段の減速比にすることができる。また、最小減速比段の減速比から最大減速比段の減速比まで減速比が増加するときに、途中で中間段の減速比にすることができる。したがって、一つの非円形歯車対をアップシフトとダウンシフトの両方に用いることができる。

減速比減少領域では巨視的には減速比は減少するが、必ずしも減速比が単調に減少する場合だけを意味するものではない。減速比増加領域では巨視的には減速比は増加するが、必ずしも減速比が単調に増加する場合だけを意味するものではない。

好ましくは、前記非円形歯車対の隣り合う前記定速噛み合い区間の減速比がすべて１段相当だけ離れている。

これであれば、減速比を１段だけ変えたい場合に、他の段を経由することなく１段だけ変えることができ、円滑に変速できる。例えば、減速比を１段上げるときに減速比を一旦下げた後に上げたり、減速比を１段下げるときに減速比を一旦上げた後に下げたりすることなく、１段だけ減速比を変えることができる。

好ましくは、前記非円形歯車対は、前記最大減速比段の前記定速噛み合い区間が１つだけであり、前記最小減速比段の前記定速噛み合い区間が１つだけであり、前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、前記減速比減少領域において、隣り合う前記定速噛み合い区間の減速比が１段ずつ減少し、前記減速比増加領域において、隣り合う前記定速噛み合い区間の減速比が１段ずつ増加する。

この場合、非円形歯車対のそれぞれの歯車は、構成が簡単になる。

好ましくは、前記入力部材と前記出力部材とは、それぞれ、第１部分と第２部分とを含む。前記第１段乃至第３段の前記歯車対は、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に配置される。前記非円形歯車対は、前記入力部材の前記第２部分と前記出力部材の前記第２部分との間に配置される。変速機は、（ａ）前記入力部材の前記第１部分と前記入力部材の前記第２部分とを回転伝達可能に結合する第１の増減速装置と、（ｂ）前記出力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第２部分とを回転伝達可能に結合する第２の増減速装置とをさらに備える。前記非円形歯車対用クラッチは、前記第１の増減速装置と前記入力部材の前記第２部分と前記非円形歯車対と前記出力部材の前記第２部分と前記第２の増減速装置とを介して前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間を解除可能に連結する。前記非円形歯車対は、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に前記非円形歯車対が連結され、前記非円形歯車対の一方が１回転し、前記非円形歯車対の他方が１回転以上回転して前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、（ａ）前記第１段乃至第３段の定速噛み合い区間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に前記第１段乃至第３段の歯車対がそれぞれ連結されたときの前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比と同じになり、（ｂ）前記変速噛み合い区間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が、隣り合う前記定速噛み合い区間の一方の減速比から隣り合う前記定速噛み合い区間の他方の減速比まで次第に増加又は減少する。前記定速噛み合い区間は、（ｉ）前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が最大となる最大減速比段の前記定速噛み合い区間と、（ii）前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が最小となる最小減速比段の前記定速噛み合い区間と、（iii）前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が最大と最小の中間となる中間段の前記定速噛み合い区間とを含む。前記中間段の前記定速噛み合い区間は、前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、前記最大減速比段の前記定速噛み合い区間から前記最小減速比段の前記定速噛み合い区間まで前記非円形歯車対の噛み合いが進行する減速比減少領域と、前記最小減速比段の前記定速噛み合い区間から前記最大減速比段の前記定速噛み合い区間まで前記非円形歯車対の噛み合いが進行する減速比増加領域とに、それぞれ、含まれている。

この場合、増減速装置により、入力部材の第１部分と出力部材の第１部分との間に連結する歯車対を切り換える際に、非円形歯車対が入力部材の第２部分と出力部材の第２部分との間に連結されている時間を長く（又は、短く）することができ、それに伴って、クラッチを作動させる時間を長く（又は、減速比の切り替えに要する時間を短く）することができる。

入力が高速回転であっても、適宜な減速比の増減速装置により非円形歯車対の回転を遅くすることで、クラッチの切り換え動作をすべき時間を長くすることができるので、容易に減速比を変えることができる。入力が低速回転である場合には、適宜な減速比の増減速装置により非円形歯車対の回転を速くすることで、減速比の切り換えに要する時間を短縮することができる。

また、非円形歯車対の設計の自由度を高くできる。

本発明によれば、一つの非円形歯車対をアップシフトとダウンシフトの両方に用いることができ、変速機の小型化、軽量化、コスト低減を図ることができる。そのため、アップシフトに用いる非円形歯車対と、ダウンシフトに用いる非円形歯車対とを別々に備える場合に比べると、体積、重量、コストの面で有利である。

変速機の構成を模式的に示す機構図である。（実施例１） 変速機の歯車のピッチ円あるいはピッチ曲線を模式的に示す説明図である。（実施例１） 変速機の構成を模式的に示す機構図である。（実施例２） 変速機の構成を模式的に示す機構図である。（従来例） 変速機の歯車のピッチ円あるいはピッチ曲線を模式的に示す説明図である。（従来例）

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 実施例１の変速機について、図１及び図２を参照しながら説明する。

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段の歯車対１５と、第２段の歯車対１６と、第３段の歯車対１７と、非円形歯車対１８と、クラッチ４０，４２，４４，４６とを備えている。

各歯車対１５，１６，１７，１８は、それぞれ、一対の歯車２０，３０；２２，３２；２４，３４；２６，３６が噛み合い、回転角度の遅れがない。

入力軸１２には、各歯車対１５，１６，１７，１８の一方の歯車（入力側歯車）２０，２２，２４，２６が固定され、これらの歯車２０，２２，２４，２６は入力軸１２と一体となって回転する。

出力軸１４には、各歯車対１５，１６，１７，１８の他方の歯車（出力側歯車）３０，３２，３４，３６が、相対回転可能な状態に支持されている。出力側歯車３０，３２，３４，３６は、クラッチ４０，４２，４４，４６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４０，４２，４４，４６がつながっているＯＮのときには、対応する出力側歯車３０，３２，３４，３６は出力軸１４に対して結合され、結合された出力側歯車３０，３２，３４，３６と出力軸１４とは一体となって回転する。クラッチ４０，４２，４４，４６が切れているＯＦＦのときには、出力側歯車３０，３２，３４，３６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。

クラッチ４０，４２，４４，４６がＯＮのとき、クラッチ４０，４２，４４，４６での滑り等がなければ、クラッチ４０，４２，４４，４６がＯＮとなっている出力側歯車３０，３２，３４，３６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。

クラッチ４０，４２，４４，４６には、ドグクラッチ、ジョークラッチ、歯形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、ドラム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、駆動側と被動側と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。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。

もっとも、クラッチ４０，４２，４４，４６は、ドグクラッチ等の噛み合いクラッチに限定されるものではなく、噛み合いクラッチ以外の摩擦クラッチなどを用いても構わない。

図示していないが、クラッチ４０，４２，４４，４６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（回転角度）は不図示のセンサにより検出され、センサからの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４０，４２，４４，４６のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

クラッチ４０のＯＮにより第１段の歯車対１５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との間の減速比は一定の減速比Ｒ１となる。クラッチ４２のＯＮにより第２段の歯車対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との間の減速比は一定の減速比Ｒ２となる。クラッチ４４のＯＮにより第３段の歯車対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との間の減速比は一定の減速比Ｒ３となる。減速比Ｒ１〜Ｒ３は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３であり、クラッチ４０がＯＮのとき１速、クラッチ４２がＯＮのとき２速、クラッチ４４がＯＮのとき３速になる。

クラッチ４６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、減速比Ｒ１とＲ３とを含む範囲内（すなわち、Ｒ３以上、かつＲ１以下の範囲内）で変化する。

図２は、各歯車対１５，１６，１７，１８の歯車の噛み合いピッチ円（以下、単に「ピッチ円」という。）あるいは噛み合いピッチ曲線（以下、単に「ピッチ曲線」という。）を模式的に示す説明図である。図２は、歯の図示を省略している。

図２に示すように、第１段の歯車対１５は、対をなす歯車２０，３０のピッチ円２０ｐ，３０ｐが互いに接する。第２段の歯車対１６は、対をなす歯車２２，３２のピッチ円２２ｐ，３２ｐが互いに接する。第３段の歯車対１７は、対をなす歯車２４，３４のピッチ円２４ｐ，３４ｐが互いに接する。第１段〜第３段の歯車対１５〜１７の対をなす歯車２０，３０；２２，３２；２４，３４は、円形の歯車である。

非円形歯車対１８の対をなす歯車２６，３６は、非円形の歯車である。非円形歯車対１８の対をなす歯車２６，３６のピッチ曲線は、複数の区間２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｓ，２６ｔ，２６ｕ，２６ｖ；３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｓ，３６ｔ，３６ｕ，３６ｖを含む。すなわち、
（ａ）減速比Ｒ１の第１段の歯車対１５のピッチ円２０ｐ，３０ｐの円弧と等しい１つの１速区間２６ａ，３６ａと、
（ｂ）減速比Ｒ２の第２段の歯車対１６のピッチ円２２ｐ，３２ｐの円弧と等しい２つの２速区間２６ｂ，２６ｄ；３６ｂ，３６ｄと、
（ｃ）減速比Ｒ３の第３段の歯車対１７のピッチ円２４ｐ，３４ｐの円弧と等しい１つの３速区間２６ｃ，３６ｃと、
（ｄ）１速区間２６ａ，３６ａと２速区間２６ｂ，２６ｄ；３６ｂ，３６ｄとの間をつなぎ、減速比がＲ１とＲ２との間で次第に増加又は減少する、２つの１−２変速区間２６ｓ，２６ｔ；３６ｓ，３６ｔと、
（ｅ）２速区間２６ｂ，２６ｄ；３６ｂ，３６ｄと３速区間２６ｃ，３６ｃとの間をつなぎ、減速比がＲ２とＲ３との間で次第に増加又は減少する、２つの２−３変速区間２６ｕ，２６ｖ；３６ｕ，３６ｖと、
を含む。

１速区間２６ａ，３６ａと、２速区間２６ｂ，２６ｄ；３６ｂ，３６ｄと、３速区間２６ｃ，３６ｃは、定速噛み合い区間である。１−２変速区間２６ｓ，２６ｔ；３６ｓ，３６ｔと、２−３変速区間２６ｕ，２６ｖ；３６ｕ，３６ｖは、変速噛み合い区間である。

非円形歯車対１８の対をなす歯車２６，３６が図２において矢印２０ｘ，３０ｘで示す方向に１回転するとき、歯車２６，３６のピッチ曲線同士は、順に、１速区間２６ａ，３６ａ、第１の１−２変速区間２６ｓ，３６ｓ、第１の２速区間２６ｂ，３６ｂ、第１の２−３変速区間２６ｕ，３６ｕ、３速区間２６ｃ，３６ｃ、第２の２−３変速区間２６ｖ，３６ｖ、第２の２速区間２６ｄ、３６ｄ、第２の１−２変速区間２６ｔ，３６ｔが噛み合う。

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、非円形歯車対１８の対をなす歯車２６，３６が図２において矢印で示す方向に回転すると、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、Ｒ１→Ｒ２→Ｒ３→Ｒ２→Ｒ１（元に戻る）の順に変化を繰り返す。

すなわち、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、非円形歯車対１８が１速区間２６ａ，３６ａで噛み合うとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ１となる。非円形歯車対１８が第１の１−２変速区間２６ｓ，３６ｓで噛み合うとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、Ｒ１からＲ２に変化する。非円形歯車対１８が第１の２速区間２６ｂ，３６ｂで噛み合うとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ２となる。非円形歯車対１８が第１の２−３変速区間２６ｕ，３６ｕで噛み合うとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ２からＲ３に変化する。非円形歯車対１８が、３速区間２６ｃ，３６ｃで噛み合うとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ３となる。

非円形歯車対１８が第２の２−３変速区間２６ｖ，３６ｖで噛み合うとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ３からＲ２に変化する。非円形歯車対１８が第２の２速区間２６ｄ，３６ｄで噛み合うとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ２となる。非円形歯車対１８が第２の１−２変速区間２６t，３６tで噛み合うとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ２からＲ１に変化する。非円形歯車対１８が、再び１速区間２６ａ，３６ａで噛み合うとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ１となる。

次に、変速機１０の動作の一例を説明する。

（１）Ｒ１
第１段の歯車対１５のクラッチ４０がＯＮ、かつ、他のすべてのクラッチ４２，４４，４６がＯＦＦのとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ１となる。

（２）Ｒ１→Ｒ２
入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲ１からＲ２に変える場合（１速から２速にアップシフトする場合）には、非円形歯車対１８が、減速比Ｒ１となる１速区間での噛み合いを開始したら、減速比Ｒ１の第１段の歯車対１５のクラッチ４０に加え、非円形歯車対１８のクラッチ４６をＯＮにする。次いで、非円形歯車対１８が１速区間で噛み合っている間に、第１段の歯車対１５のクラッチ４０をＯＦＦにする。

次いで、非円形歯車対１８は、減速比がＲ１からＲ２に変化する第１の１−２変速区間で噛み合う。このとき、非円形歯車対１８のクラッチ４６のみがＯＮであり、入力軸１２と出力軸１４との間には非円形歯車対１８のみが連結され、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、Ｒ１からＲ２に変化する。

次いで、非円形歯車対１８が、減速比Ｒ２となる第１の２速区間での噛み合いを開始したら、減速比Ｒ２の第２段の歯車対１６のクラッチ４２をＯＮにする。次いで、非円形歯車対１８が第１の２速区間で噛み合っている間に、非円形歯車対１８のクラッチ４６をＯＦＦにする。これにより、入力軸１２と出力軸１４との間に第２段の歯車対１６のみが連結され、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比がＲ２に切り替わる。

（３）Ｒ２
第２段の歯車対１６のクラッチ４２がＯＮ、かつ、他のすべてのクラッチ４０，４４，４６がＯＦＦのとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ２となる。

（４）Ｒ２→Ｒ３
入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲ２からＲ３に変える場合（２速から３速にアップシフトする場合）には、非円形歯車対１８が、減速比Ｒ２となる第１の２速区間での噛み合いを開始したら、減速比Ｒ２の第２段の歯車対１６のクラッチ４２に加え、非円形歯車対１８のクラッチ４６をＯＮにする。次いで、非円形歯車対１８が第１の２速区間で噛み合っている間に、第２段の歯車対１６のクラッチ４２をＯＦＦにする。

次いで、非円形歯車対１８は、減速比がＲ２からＲ３に変化する第１の２−３変速区間で噛み合う。このとき、非円形歯車対１８のクラッチ４６のみがＯＮであり、入力軸１２と出力軸１４との間には非円形歯車対１８のみが連結され、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、Ｒ２からＲ３に変化する。

次いで、非円形歯車対１８が、減速比Ｒ３となる３速区間での噛み合いを開始したら、減速比Ｒ３の第３段の歯車対１７のクラッチ４４をＯＮにする。次いで、非円形歯車対１８が３速区間で噛み合っている間に、非円形歯車対１８のクラッチ４６をＯＦＦにする。これにより、入力軸１２と出力軸１４との間に第３段の歯車対１７のみが連結され、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比がＲ３に切り替わる。

（５）Ｒ３
第３段の歯車対１７のクラッチ４４がＯＮ、かつ、他のすべてのクラッチ４０，４２，４６がＯＦＦのとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ３となる。

（６）Ｒ３→Ｒ２
入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲ３からＲ２に変える場合（３速から２速にダウンシフトする場合）には、非円形歯車対１８が、減速比Ｒ３となる３速区間での噛み合いを開始したら、減速比Ｒ３の第３段の歯車対１７のクラッチ４４に加え、非円形歯車対１８のクラッチ４６をＯＮにする。次いで、非円形歯車対１８が３速区間で噛み合っている間に、第３段の歯車対１７のクラッチ４４をＯＦＦにする。

次いで、非円形歯車対１８は、減速比がＲ３からＲ２に変化する第２の２−３変速区間で噛み合う。このとき、非円形歯車対１８のクラッチ４６のみがＯＮであり、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、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、Ｒ３からＲ２に変化する。

次いで、非円形歯車対１８が、減速比Ｒ２となる第２の２速区間での噛み合いを開始したら、減速比Ｒ２の第２段の歯車対１６のクラッチ４２をＯＮにする。次いで、非円形歯車対１８が第２の２速区間で噛み合っている間に、非円形歯車対１８のクラッチ４６をＯＦＦにする。これにより、入力軸１２と出力軸１４との間に第２段の歯車対１６のみが連結され、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比がＲ２に切り替わる。

（７）Ｒ２
第２段の歯車対１６のクラッチ４２がＯＮ、他のすべてのクラッチ４０，４４，４６がＯＦＦのとき、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ２となる。

（８）Ｒ２→Ｒ１
入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲ２からＲ１に変える場合（２速から１速にダウンシフトする場合）には、非円形歯車対１８が、減速比Ｒ２となる第２の２速区間での噛み合いを開始したら、減速比Ｒ２の第２段の歯車対１６のクラッチ４２に加え、非円形歯車対１８のクラッチ４６をＯＮにする。次いで、非円形歯車対１８が第２の２速区間で噛み合っている間に、第２段の歯車対１６のクラッチ４２をＯＦＦにする。

次いで、非円形歯車対１８は、減速比がＲ２からＲ１に変化する第２の１−２変速区間で噛み合う。このとき、非円形歯車対１８のクラッチ４６のみがＯＮであり、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、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、Ｒ２からＲ１に変化する。

次いで、非円形歯車対１８が、減速比Ｒ１となる１速区間での噛み合いを開始したら、減速比Ｒ１の第１段の歯車対１５のクラッチ４０をＯＮにする。次いで、非円形歯車対１８が１速区間で噛み合っている間に、非円形歯車対１８のクラッチ４６をＯＦＦにする。これにより、入力軸１２と出力軸１４との間に第１段の歯車対１５のみが連結され、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比が、Ｒ１に切り替わる。

以上の（１）〜（８）のように、変速機１０は、一つの非円形歯車対１８を１速→２速、２速→３速のアップシフトと、３速→２速、２速→１速のダウンシフトの両方に用いることができる。そのため、アップシフト用の非円形歯車対と、ダウンシフト用の非円形歯車対とを別々に設ける場合よりも、変速機１０の小型化、軽量化、コスト低減を図ることができる。

また、非円形歯車対は、隣り合う定速噛み合い区間の減速比がすべて１段相当だけ離れているため、減速比を１段だけ変えたい場合に、他の段を経由することなく１段だけ変えることができ、円滑に変速できる。例えば、減速比を上げるときに減速比を一旦下げた後に上げたり、減速比を下げるときに減速比を一旦上げた後に下げたりすることなく、１段だけ減速比を変えることができる。

非円形歯車対１８は、１段ずつ増速した後、１段ずつ減速するため、図２に示すように、非円形歯車対１８の歯車２６，３６は、各歯車２６，３６の中心、すなわち入力軸１２と出力軸１４の中心１２ｃ，１４ｃ同士を結ぶ中心線２７に関して、略対称な形状となり、構成が簡単になる。

＜実施例２＞ 実施例２の変速機１０ａについて、図３を参照しながら説明する。

実施例２の変速機１０ａは、実施例１の変速機１０と略同様に構成されている。以下では、実施例１との相違点を中心に説明し、同じ構成部分には同じ符号を用いる。

実施例２の変速機１０ａは、実施例１と異なり、増減速装置２９，３９を備える。入力軸１２ａ及び出力軸１４ａは、第１段〜第３段の歯車対１５，１６，１７が配置される第１部分１２ｓ，１４ｓと、非円形歯車対１８が配置される第２部分１２ｔ，１４ｔとに分割されている。入力軸１２ａの第１部分１２ｓと入力軸１２ａの第２部分１２ｔとは、第１の増減速装置２９を介して回転伝達可能に結合されている。出力軸１４ａの第１部分１４ｓと出力軸１４ａの第２部分１４ｔとは、第２の増減速装置３９を介して回転伝達可能に結合されている。

ここで、第１の増減速装置２９の減速比を、入力軸１２ａの第１部分１２ｓの回転速度Ｎ_ｉ１と入力軸１２ａの第２部分１２ｔの回転速度Ｎ_ｉ２とを用いて、Ｎ_ｉ１／Ｎ_ｉ２と定義する。第２の増減速装置３９の減速比を、出力軸１４ａの第２部分１４ｔの回転速度Ｎ_ｏ２と出力軸１４ａの第１部分１４ｓの回転速度Ｎ_ｏ１を用いて、Ｎ_ｏ２／Ｎ_ｏ１と定義する。第２の増減速装置３９の減速比の定義は、Ｎ_ｏ１／Ｎ_ｏ２ではないことに留意する必要がある。

例えば、増減速装置２９，３９により、非円形歯車対１８側の回転速度を遅くすることができる。すなわち、入力軸１２ａの第１部分１２ｓと第２部分１２ｔの間に設けられた第１の増減速装置２９の減速比をＲ_０とし、入力軸１２ａの第１部分１２ｓの回転速度に対して、入力軸１２ａの第２部分１２ｔの回転速度を遅くするとともに、出力軸１４ａの第２部分１４ｔと第１部分１４ｓとの間に設けられた第２の増減速装置３９の減速比を１／Ｒ_０とし、出力軸１４ａの第１部分１４ｓの回転速度に対して、出力軸１４ａの第２部分１４ｔの回転速度を遅くすることで、非円形歯車対１８側の回転速度を遅くする。これによって、入力軸１２ａの第１部分１２ｓの回転が高速であっても、実施例１と同様に、非円形歯車対１８側の噛み合いによって減速比を変化させながら回転を伝達することができる。

なお、増減速装置２９，３９に同じ構成の増減速装置を用い、入力側と出力側を入れ替えて、一方で減速し、他方で増速してもよい。

増減速装置２９，３９により、非円形歯車対１８側の回転速度を速くすることも可能である。

変速機１０ａの減速比は、増減速装置２９，３９と非円形歯車対１８とによって全体として切り換えればよいので、入力軸１２ａ側に設ける第１の増減速装置２９の減速比Ｒ_ｉｎと、出力軸１４ａ側に設ける第２の増減速装置３９の減速比Ｒ_ｏｕｔとが、Ｒ_ｉｎ×Ｒ_ｏｕｔ＝１とならなくても構わない。

例えば、第１段の歯車対１５の減速比がＲ１、第２段の歯車対１６の減速比がＲ２、非円形歯車対１８のある区間の減速比がＲ１'、非円形歯車対１８の他の区間の減速比がＲ２'とすると、次の２つの式、
Ｒ１＝Ｒ_ｉｎ×Ｒ１'×Ｒ_ｏｕｔ （１）
Ｒ２＝Ｒ_ｉｎ×Ｒ２'×Ｒ_ｏｕｔ （２）
を満たせば、変速機１０ａの減速比を、Ｒ１からＲ２、又はＲ２からＲ１に切り換えることができる。

実施例１の変速機では、入力が高速回転であると、クラッチの切り換え動作をすべき時間が短くなり、減速比の切り換えが困難になる場合がある。

これに対し、実施例２の変速機１０ａは、入力が高速回転であっても、適宜な減速比の増減速装置２９，３９により非円形歯車対１８の回転を遅くすることで、クラッチの切り換え動作をすべき時間を長くすることができるので、容易に減速比を変えることができる。

逆に、入力が低速回転である場合には、適宜な減速比の増減速装置２９，３９により非円形歯車対１８の回転を速くすることで、減速比の切り換えに要する時間を短縮することができる。

また、非円形歯車対１８の設計の自由度を高くすることも可能である。

非円形歯車対用クラッチは、第１の増減速装置２９と入力軸１２ａの第２部分１２ｔと非円形歯車対１８と出力軸１４ａの第２部分１４ｔと第２の増減速装置３９とを介して入力軸１２ａの第１部分１２ｓと出力軸１４ａの第１部分１４ｓとの間を解除可能に連結すればよい。そのため、例えば、非円形歯車対用クラッチは、入力軸１２ａの第１部分１２ｓと第１の増減速装置２９との間、第１の増減速装置２９と入力軸１２ａの第２部分１２ｔとの間、出力軸１４ａの第２部分１４ｔと第２の増減速装置３９との間、又は第２の増減速装置３９と出力軸１４ａの第１部分１４ｓとの間に設けることもできる。この場合、非円形歯車対１８が常に入力軸１２ａの第２部分１２ｔと出力軸１４ａの第２部分１４ｔとの間に連結された構成にすることができる。

＜変形例１＞ １速〜５速の第１段〜第５段の歯車対と、非円形歯車対とを備える。非円形歯車対の１周に対して、定速噛み合い区間が１速→２速→３速→４速→５速→４速→３速→２速→１速（元に戻る）の順に１段ずつ変わるように構成する。すなわち、最も減速比が大きい最大減速比段（１速）から、１段ずつ減速比が小さくなり、減速比が最も小さい最小減速比段（５速）になった後は、１段ずつ減速比が大きくなって元の最大減速比段（１速）に戻る。非円形歯車対は、減速比が最大、最小となる１速と５速の定速噛み合い区間をそれぞれ１つだけ含み、構成が簡単になる。

＜変形例２＞ １速〜５速の第１段〜第５段の歯車対と、非円形歯車対とを備える。非変形歯車対の１周に対して、定速噛み合い区間が１速→２速→３速→２速→３速→４速→５速→４速→３速→２速→１速（元に戻る）の順に１段ずつ変わるように構成することも可能である。この場合、１速（最大減速比段）から５速（最小減速比段）まで減速比が減少する途中に、一旦、３速→２速と減速比が増加した後、再び減速比が減少する。

５速（最小減速比段）から１速（最大減速比段）まで減速比が増加する途中に、一旦、減速比が減少した後、再び減速比が増加する構成も可能である。

＜変形例３＞ １速〜５速の第１段〜第５段の歯車対と、２つの非円形歯車対とを備え、一方の非円形歯車対は定速噛み合い区間が１速→２速→３速→２速→１速（元に戻る）の順に１段ずつ変わり、他方の非円形歯車対は定速噛み合い区間が３速→４速→５速→４速→３速（元に戻る）の順に１段ずつ変わるように構成してもよい。

＜まとめ＞ 一つの非円形歯車対に、最大減速比段の定速噛み合い区間から最小減速比段の定速噛み合い区間まで減速比が減少する減速比減少領域に中間段の定速噛み合い区間を設け、最小減速比段の定速噛み合い区間から最大減速比段の定速噛み合い区間まで減速比が増大する減速比増加領域に中間段の定速噛み合い区間を設けることによって、一つの非円形歯車対をアップシフトとダウンシフトの両方に用いることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

各歯車対の軸方向の配置順序は任意に選択できる。例えば、第１段の歯車対と第２段の歯車対の間に、第３段の歯車対や非円形歯車対が配置されても構わない。

各歯車対のクラッチは入力軸側に配置してもよい。

１０，１０ａ 変速機
１２，１２ａ 入力軸（入力部材）
１２ｓ 第１部分（入力部材の第１部分）
１２ｔ 第２部分（入力部材の第２部分）
１４，１４ａ 出力軸（出力部材）
１４ｓ 第１部分（出力部材の第１部分）
１４ｔ 第２部分（出力部材の第２部分）
１５，１６，１７ 歯車対（第１段乃至第３段の歯車対）
１８ 非円形歯車対
２０，２２，２４，２６ 歯車
２６ａ １速区間
２６ｂ ２速区間
２６ｃ ３速区間
２６ｄ ２速区間
２９ 増減速装置（第１の増減速装置）
２６ｓ，２６ｔ １−２変速区間
２６ｕ，２６ｖ ２−３変速区間
３０，３２，３４，３６ 歯車
３６ａ １速区間
３６ｂ ２速区間
３６ｃ ３速区間
３６ｄ ２速区間
３６ｓ，３６ｔ １−２変速区間
３６ｕ，３６ｖ ２−３変速区間
３９ 増減速装置（第２の増減速装置）
４０，４２，４４，４６ クラッチ

Claims (4)

1. 回転可能に支持された入力部材と、
   回転可能に支持された出力部材と、
   前記入力部材と前記出力部材との間に配置され、減速比が順に小さくなる、少なくとも３つの第１段乃至第３段の歯車対と、
   前記入力部材と前記出力部材との間に、前記歯車対をそれぞれ解除可能に連結する、少なくとも３つの第１乃至第３のクラッチと、
   前記入力部材と前記出力部材との間に配置された１つの非円形歯車対と、
   前記入力部材と前記出力部材との間に前記非円形歯車対を解除可能に連結する非円形歯車対用クラッチと、
   を備え、
   前記非円形歯車対は、
   前記入力部材と前記出力部材との間に前記非円形歯車対が連結され、前記非円形歯車対の一方が１回転し、前記非円形歯車対の他方が１回転以上回転して前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、
   前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が、前記入力部材と前記出力部材との間に少なくとも３つの前記第１段乃至第３段の歯車対がそれぞれ連結されたときの減速比と同じになる、少なくとも３つの第１段乃至第３段の定速噛み合い区間と、
   隣り合う前記定速噛み合い区間の間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が、隣り合う前記定速噛み合い区間の一方の減速比から隣り合う前記定速噛み合い区間の他方の減速比まで次第に増加又は減少する、複数の変速噛み合い区間とを含み、
   前記定速噛み合い区間は、
   前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が最大となる最大減速比段の前記定速噛み合い区間と、
   前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が最小となる最小減速比段の前記定速噛み合い区間と、
   前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が最大と最小の中間となる中間段の前記定速噛み合い区間と、
   を含み、
   前記中間段の前記定速噛み合い区間は、
   前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、前記最大減速比段の前記定速噛み合い区間から前記最小減速比段の前記定速噛み合い区間まで前記非円形歯車対の噛み合いが進行する減速比減少領域と、前記最小減速比段の前記定速噛み合い区間から前記最大減速比段の前記定速噛み合い区間まで前記非円形歯車対の噛み合いが進行する減速比増加領域とに、それぞれ、含まれていることを特徴とする、変速機。
2. 前記非円形歯車対の隣り合う前記定速噛み合い区間の減速比がすべて１段相当だけ離れていることを特徴とする、請求項１に記載の変速機。
3. 前記非円形歯車対は、
   前記最大減速比段の前記定速噛み合い区間が１つだけであり、
   前記最小減速比段の前記定速噛み合い区間が１つだけであり、
   前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、
   前記減速比減少領域において、隣り合う前記定速噛み合い区間の減速比が１段ずつ減少し、
   前記減速比増加領域において、隣り合う前記定速噛み合い区間の減速比が１段ずつ増加することを特徴とする、請求項１又は２に記載の変速機。
4. 前記入力部材と前記出力部材とは、それぞれ、第１部分と第２部分とを含み、
   前記第１段乃至第３段の前記歯車対は、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に配置され、
   前記非円形歯車対は、前記入力部材の前記第２部分と前記出力部材の前記第２部分との間に配置され、
   前記入力部材の前記第１部分と前記入力部材の前記第２部分とを回転伝達可能に結合する第１の増減速装置と、
   前記出力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第２部分とを回転伝達可能に結合する第２の増減速装置と、
   をさらに備え、
   前記非円形歯車対用クラッチは、前記第１の増減速装置と前記入力部材の前記第２部分と前記非円形歯車対と前記出力部材の前記第２部分と前記第２の増減速装置とを介して前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間を解除可能に連結し、
   前記非円形歯車対は、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に前記非円形歯車対が連結され、
   前記非円形歯車対の一方が１回転し、前記非円形歯車対の他方が１回転以上回転して前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、
   前記第１段乃至第３段の定速噛み合い区間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に前記第１段乃至第３段の歯車対がそれぞれ連結されたときの前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比と同じになり、
   前記変速噛み合い区間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が、隣り合う前記定速噛み合い区間の一方の減速比から隣り合う前記定速噛み合い区間の他方の減速比まで次第に増加又は減少し、
   前記定速噛み合い区間は、
   前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が最大となる最大減速比段の前記定速噛み合い区間と、
   前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が最小となる最小減速比段の前記定速噛み合い区間と、
   前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が最大と最小の中間となる中間段の前記定速噛み合い区間と、
   を含み、
   前記中間段の前記定速噛み合い区間は、
   前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、前記最大減速比段の前記定速噛み合い区間から前記最小減速比段の前記定速噛み合い区間まで前記非円形歯車対の噛み合いが進行する減速比減少領域と、前記最小減速比段の前記定速噛み合い区間から前記最大減速比段の前記定速噛み合い区間まで前記非円形歯車対の噛み合いが進行する減速比増加領域とに、それぞれ、含まれていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の変速機。

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