JP7305034B2

JP7305034B2 - 切替装置

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Publication number: JP7305034B2
Application number: JP2022512498A
Authority: JP
Inventors: 忠彦加藤
Original assignee: Univance Corp
Current assignee: Univance Corp
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2023-07-07
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Description

本発明は駆動軸のトルクの伝達経路を切替える切替装置に関するものである。

特許文献１にはクラッチをつなぐか切るかの選択、及び、ブレーキを掛けるか外すかの選択により、駆動軸のトルクの伝達経路を切替える切替装置が開示されている。

特開２０１９－１３８４６２号公報

しかし上記技術では、切替装置の作動によってクラッチ板やブレーキ板が摩耗すると、伝達経路を切替えるときにクラッチをつないだり切ったりブレーキを掛けたり外したりするタイミングが、当初の設定値からずれるので、トルクの伝達経路がスムーズに切替わらなくなるおそれがある。

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、クラッチ板やブレーキ板が摩耗してもトルクの伝達経路をスムーズに切替えられる切替装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明の切替装置は、第１経路または第２経路を経て駆動軸のトルクを出力するものであって、トルクを発生するトルク発生装置と、トルク発生装置が発生したトルクをスラスト力に変換する第１変換装置と、第１変換装置が発生したスラスト力によって係合する第１摩擦クラッチと、第１摩擦クラッチが係合して駆動軸のトルクによって互いに相対回転する第１部材および第２部材を含み、第１部材と第２部材との相対回転によって発生したトルクをスラスト力に変換する第２変換装置と、第２変換装置が発生したスラスト力によってスラスト方向の弾性力が相殺されるばねと、ばねのスラスト方向の弾性力によって係合する第２摩擦クラッチと、を備え、第２摩擦クラッチがつながると第２経路を経て駆動軸のトルクを出力し、第２摩擦クラッチがトルクの伝達を遮断すると、第１摩擦クラッチ及び第２変換装置を含む第１経路を経て駆動軸のトルクを出力する。

請求項１記載の切替装置によれば、ばねのスラスト方向の弾性力によって第２摩擦クラッチがつながると、第２経路を経て駆動軸のトルクを出力する。この状態でトルク発生装置がトルクを発生すると、そのトルクを第１変換装置がスラスト力に変換し、第１摩擦クラッチが係合する。第１摩擦クラッチが係合すると、第２変換装置は、駆動軸のトルクによって第１部材と第２部材とが相対回転して生じたトルクをスラスト力に変換する。第２変換装置が発生したスラスト力によってばねのスラスト方向の弾性力が相殺されると、第２摩擦クラッチが伝達するトルクが小さくなる。第２変換装置が発生したスラスト力が大きくなって第２摩擦クラッチがトルクの伝達を遮断すると、第１摩擦クラッチ及び第２変換装置を含む第１経路を経て駆動軸のトルクを出力する。

第１摩擦クラッチや第２摩擦クラッチのクラッチ板が摩耗しても、第１変換装置、第２変換装置およびばねはクラッチ板の摩耗による摩擦面間の広がりを埋めるので、第１摩擦クラッチの伝達トルクが大きくなると、機構的に第２摩擦クラッチの伝達トルクが小さくなる。よってトルクの伝達経路をスムーズに切替えられる。

請求項２記載の切替装置によれば、第２摩擦クラッチがトルクの伝達を遮断したときに制限装置が作動して、ばねの弾性力による第２摩擦クラッチの係合を防ぐ。第１摩擦クラッチを含む第１経路を経てトルクが出力された後に、第１経路の伝達トルクが小さくなり、ばねの弾性力よりも第２変換装置のスラスト力が小さくなると、第１経路から出力されるトルクがさらに小さくなるという現象が生じる。制限装置によってこの現象を防ぐことができるので、請求項１の効果に加え、第１経路から出力されるトルクを確保できる。

請求項３記載の切替装置によれば、トルク発生装置は制限装置の作動を解除する。これにより請求項２の効果に加え、トルク発生装置によって第１経路から第２経路の切替えと第２経路から第１経路の切替えができる。

請求項４記載の切替装置によれば、第２部材は軸方向に移動してばねにスラスト力を加える。ロック部は第２部材の軸方向の移動を規制するので、請求項１から３のいずれかの効果に加え、第１部材と第２部材とを一体に回転できる。

請求項５記載の切替装置によれば、第１摩擦クラッチは、第１摩擦クラッチが切れたときに２つのハブが互いに相対回転する。第２部材は、２つのハブのうち片方のハブに回転不能かつ軸方向に移動可能に結合し、軸方向に移動してばねにスラスト力を加える。よって請求項１から４のいずれかの効果に加え、切替装置の構造を簡素化できる。

請求項６記載の切替装置によれば、トルク発生装置は、アクチュエータと、アクチュエータから第１変換装置にトルクを伝える伝達部と、を含む。伝達部はセルフロック性を有しているので、請求項１から５のいずれかの効果に加え、アクチュエータの作動を解除してもトルクを出力する経路が変わらないようにできる。

請求項７記載の切替装置によれば、第１経路および第２経路は遊星歯車を含む。第２摩擦クラッチのクラッチ板は、遊星歯車を収容するケースと第２摩擦クラッチのハブとの間に支持され、ハブは遊星歯車のいずれかの回転要素に結合する。よって請求項１から６のいずれかの効果に加え、切替装置をコンパクトにできる。

請求項８記載の切替装置によれば、第１経路および第２経路は、互いに平行な軸上に配置された２つの駆動ギヤと、駆動ギヤにかみ合う２つの被動ギヤと、を含む。よって請求項１から６のいずれかの効果に加え、切替装置の構造を簡素化できる。

請求項９記載の切替装置によれば、第１経路および第２経路は、互いに同軸上に配置される奇数段ギヤ及び偶数段ギヤを含む。よって請求項１から６のいずれかの効果に加え、奇数段と偶数段とをスムーズに切替えられる。

（ａ）は第１実施の形態における切替装置のスケルトン図であり、（ｂ）は第１変換装置の部分断面図であり、（ｃ）は第２変換装置の部分断面図である。トルク発生装置がトルクを発生した直後の切替装置のスケルトン図である。第２摩擦クラッチがトルクの伝達を遮断したときの切替装置のスケルトン図である。（ａ）は第２摩擦クラッチが係合しているときの制限装置の断面図であり、（ｂ）は制限装置が作動したときの制限装置の断面図であり、（ｃ）は制限装置の作動を解除するときの制限装置の断面図であり、（ｄ）は制限装置の作動を解除したときの制限装置の断面図である。第２実施の形態における切替装置のスケルトン図である。第３実施の形態における切替装置のスケルトン図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１（ａ）は第１実施の形態における切替装置１０のスケルトン図である。切替装置１０は、トルクの伝達経路を切替える装置であり、第１経路Ｒ１（図３参照）又は第２経路Ｒ２を経て駆動軸１１のトルクを出力する。駆動軸１１はエンジンやモータによって駆動される。図１では、駆動軸１１を境にして切替装置１０の片側の図示が省略されている（図２、図３、図５及び図６においても同じ）。切替装置１０はトルク発生装置１２、第１変換装置２０、第１摩擦クラッチ３０、第２変換装置４０、第２摩擦クラッチ５０及びばね５５を備えている。

トルク発生装置１２は、トルクを発生するモータ等のアクチュエータ１３と、トルクを伝達する伝達部１４と、を備えている。伝達部１４は、本実施形態では、アクチュエータ１３の出力軸に設けられた駆動ギヤ１５と、駆動ギヤ１５にかみ合う被動ギヤ１６と、被動ギヤ１６の隣に配置された被動ギヤ１７と、を備えている。本実施形態では駆動ギヤ１５はウォームであり、被動ギヤ１６はウォームにかみ合うウォームホイールである。これにより伝達部１４は、被動ギヤ１６から駆動ギヤ１５を回すことができないセルフロック性を有する。

操作軸１８に結合された被動ギヤ１６，１７は一体に回転する。操作軸１８は切替装置１０のケース１９に、回転自在に固定されている。被動ギヤ１７の歯数は被動ギヤ１６の歯数よりも多いので、被動ギヤ１６，１７は駆動ギヤ１５の回転を減速する。被動ギヤ１７は、第１変換装置２０の第１部材２１に設けられた歯にかみ合い、第１部材２１にトルクを伝える。なお、ケース１９は一部が図示されている。少なくとも第１変換装置２０、第１摩擦クラッチ３０、第２変換装置４０、第２摩擦クラッチ５０及びばね５５は、ケース１９に収納されている。

図１（ｂ）は第１変換装置２０の部分断面図である。第１変換装置２０は第１部材２１に設けたカム面２２と第２部材２３に設けたカム面２４との間に複数のボール２５が配置されている。ボール２５をローラに代えても良い。第１部材２１及び第２部材２３は駆動軸１１に回転可能に支持されている。第１部材２１はベアリング２６により、駆動軸１１が延びる軸方向（スラスト方向）の位置が固定されている。第１変換装置２０は、被動ギヤ１７が第１部材２１に入力したトルクを、駆動軸１１が延びる方向のスラスト力に変換して、第２部材２３が、ベアリング２７を介してスラスト力を第１摩擦クラッチ３０に加える。

図１（ａ）に戻る。第１摩擦クラッチ３０は、駆動軸１１のトルクを第２変換装置４０へ伝達または遮断する装置である。第１摩擦クラッチ３０は、駆動軸１１に結合した入力ハブ３１と、入力ハブ３１の径方向の外側に配置された出力ハブ３２と、入力ハブ３１及び出力ハブ３２にそれぞれ接続されたクラッチ板３３と、第２部材２３のスラスト力によってクラッチ板３３の相対運動面を押し付ける押付部材３４と、クラッチ板３３による入力ハブ３１と出力ハブ３２との間のトルクの伝達を遮断する方向の力を押付部材３４に加える戻しばね３５と、を備えている。本実施形態では第１摩擦クラッチ３０は湿式多板クラッチである。第１摩擦クラッチ３０の潤滑油はケース１９に充填されている。

図１（ｃ）は第２変換装置４０の部分断面図である。第２変換装置４０は、第１部材４１に設けたカム面４５と第２部材４２に設けたカム面４６との間に複数のボール４３が配置されている。ボール４３をローラに代えても良い。カム面４５，４６の端には、ボール４３の転がりを規制するロック部４７が設けられている。

図１（ａ）に戻る。第１部材４１は、駆動軸１１の周りに回転可能、かつ、駆動軸１１が延びる軸方向の位置が固定されている。第２部材４２は、第１摩擦クラッチ３０の出力ハブ３２にスプライン等で結合しており、出力ハブ３２に回転不能、かつ、軸方向に移動可能に固定されている。第２変換装置４０を第１摩擦クラッチ３０が支持するので、切替装置１０の構造を簡素化できる。

第２変換装置４０は、出力ハブ３２が第２部材４２に入力したトルクによって第１部材４１と第２部材４２との相対回転が生じると、その相対回転によって発生したトルクを軸方向のスラスト力に変換して、ベアリング４４を介して第２部材４２が第２摩擦クラッチ５０へ出力する。さらに第１部材４１と第２部材４２との相対回転によってボール４３がロック部４７（図１（ｃ）参照）に達すると、それ以上の第１部材４１と第２部材４２との相対回転が規制され、第１部材４１及び第２部材４２が一体に回転する。これにより第２変換装置４０が発生する軸方向のスラスト力が制限される。

第２摩擦クラッチ５０は、ばね５５の軸方向の弾性力によって係合する装置である。第２摩擦クラッチ５０は、ケース１９の内側に配置された円筒状のハブ５１と、ハブ５１及びケース１９にそれぞれ接続されたクラッチ板５２と、ばね５５のスラスト力によってクラッチ板５２の相対運動面を押し付ける押付部材５３と、を備えている。ばね５５は、ケース１９と押付部材５３との間に配置されている。押付部材５３のケース１９に接する外周面には、周方向に延びる溝５４が設けられている。本実施形態では第２摩擦クラッチ５０は湿式多板クラッチである。第２摩擦クラッチ５０の潤滑油はケース１９に充填されている。

第２変換装置４０の第２部材４２は、クラッチ板５２によるハブ５１とケース１９の間のトルクの伝達を遮断する方向の力を、ベアリング４４を介して押付部材５３に加える。第２摩擦クラッチ５０は、ハブ５１（回転体）とケース１９（静止体）との相互作用によってハブ５１を減速・停止し、又は、ハブ５１を停止状態に保持するブレーキの機能をもつ。

遊星歯車６０は、駆動軸１１のトルクを出力する装置である。遊星歯車６０のサンギヤ６１は駆動軸１１に結合し、リングギヤ６２は第２摩擦クラッチ５０のハブ５１に結合している。サンギヤ６１とリングギヤ６２との間に、サンギヤ６１及びリングギヤ６２にかみ合う複数のピニオン６３が配置されている。ピニオン６３に接続されたキャリヤ６４は、第２変換装置４０の第１部材４１に結合している。遊星歯車６０を収容するケース１９とハブ５１との間にクラッチ板５２が支持され、ハブ５１は遊星歯車６０のいずれかの回転要素（本実施形態ではリングギヤ６２）に結合しているので、切替装置１０をコンパクトにできる。

制限装置７０は、第２摩擦クラッチ５０の押付部材５３のスラスト方向の移動を制限するための装置である。制限装置７０は、ケース１９の穴７１に配置された棒状のストッパ７２と、ストッパ７２の一部を穴７１の外に押し出すばね７６と、穴７１の外に一部が突出したストッパ７２を元の位置に戻す操作軸１８と、を備えている。ケース１９の穴７１は、ケース１９のうち押付部材５３が接する内周面に開口している。

第２摩擦クラッチ５０が係合しているときは（クラッチ板５２が滑り状態にあるときを含む）、押付部材５３の溝５４の位置はケース１９の穴７１に一致しないので、ストッパ７２は溝５４の中に進入できない。第２摩擦クラッチ５０がトルクの伝達を遮断したときは（クラッチ板５２が滑り状態にあるときは含まない）、押付部材５３の溝５４の位置はケース１９の穴７１に一致するので、ばね７６の力でストッパ７２は溝５４の中に進入する。

図４を参照して制限装置７０を説明する。図４（ａ）は第２摩擦クラッチ５０が係合しているときの制限装置７０の断面図である。図４（ａ）に示すようにストッパ７２は、円柱状の基部７３及び先端部７４と、基部７３と先端部７４とを接続する円柱状の接続部７５と、を備えている。接続部７５は基部７３及び先端部７４よりも細い。操作軸１８は穴７１に交わるが、操作軸１８の回転中心Ｃは穴７１の外に位置する。操作軸１８には、操作軸１８の外周の一部を切り欠いた凹み７７が設けられている。凹み７７は、穴７１に交わらない位置をとることができる。第２摩擦クラッチ５０が係合しているときは、ストッパ７２の接続部７５は操作軸１８の回転中心Ｃの位置にある。ストッパ７２の基部７３はばね７６を圧縮しており、ストッパ７２の先端部７４は押付部材５３に接している。

図１に戻って切替装置１０の動作を説明する。第１摩擦クラッチ３０がトルクの伝達を遮断した状態では、ばね５５に押された押付部材５３は第２摩擦クラッチ５０を連結する。これにより切替装置１０は第２経路Ｒ２を経て駆動軸１１のトルクを出力する。トルク発生装置１２の伝達部１４は、被動ギヤ１６から駆動ギヤ１５を回すことができないセルフロック性を有するので、アクチュエータ１３を作動しなくても、トルクを出力する第２経路Ｒ２が維持される。第２摩擦クラッチ５０は、リングギヤ６２が結合するハブ５１を停止状態に保持するので、キャリヤ６４の回転数は駆動軸１１の回転数よりも小さく、キャリヤ６４のトルクは駆動軸１１のトルクよりも大きい。

図２に示すように、切替装置１０がトルクの伝達経路を第２経路Ｒ２（図１参照）から第１経路Ｒ１（図３参照）に切替えるときは、アクチュエータ１３を作動する。図２はトルク発生装置１２がトルクを発生した直後の切替装置１０のスケルトン図である。アクチュエータ１３のトルクは、駆動ギヤ１５及び被動ギヤ１６を経て、被動ギヤ１７及び操作軸１８に伝わる。ストッパ７２の接続部７５（図４（ａ）参照）は操作軸１８の回転中心Ｃの位置にあるので、操作軸１８はストッパ７２に邪魔されることなく図４（ａ）の反時計回りに回転する。アクチュエータ１３のトルクは被動ギヤ１７を経て第１変換装置２０の第１部材２１に伝わる。

第１変換装置２０が発生したスラスト力は押付部材３４に伝わり、第１摩擦クラッチ３０が係合すると、クラッチ板３３を介して入力ハブ３１と出力ハブ３２との間が連結状態になる。出力ハブ３２の回転が伝わる第２変換装置４０の第２部材４２の回転数が、キャリヤ６４に結合する第１部材４１の回転数より大きくなると、カム面にボール４３が係合して第２変換装置４０が発生するスラスト力により、第２部材４２が軸方向に押し出される。

第２部材４２はベアリング４４を介して押付部材５３を押圧し、ばね５５の軸方向の弾性力を相殺する。これにより第２摩擦クラッチ５０に加わるスラスト力が小さくなるので、第２摩擦クラッチ５０は、ハブ５１をケース１９に連結した状態から滑り状態にする。その結果、駆動軸１１のトルクは、第２変換装置４０及び第２摩擦クラッチ５０の両方から遊星歯車６０に伝えられる。

トルク発生装置１２が第１変換装置２０に加えるトルクが大きくなるにつれて、第２変換装置４０のスラスト力が大きくなり、押付部材５３は軸方向に移動してばね５５の力をさらに相殺する。ばね５５のスラスト力が小さくなるにつれて、第２摩擦クラッチ５０が伝達するトルクは次第に小さく、第２変換装置４０が伝達するトルクは次第に大きくなり、ハブ５１の回転数は駆動軸１１の回転数に近づく。

なお、ばね５５の自由長（自由高さ）は、クラッチ板５２が摩耗して、第２摩擦クラッチ５０を連結状態にするときの押付部材５３の位置がばね５５から離れても、押付部材５３を押し付けて第２摩擦クラッチ５０を連結できる長さに設定されている。また、第２変換装置４０のロック部４７は、第２摩擦クラッチ５０のトルクの伝達を遮断する（クラッチ板５２が滑り状態にあるときは含まない）位置までばね５５を押圧できるように、第１部材４１と第２部材４２とが相対回転できる位置に設けられている。

図３は第２摩擦クラッチ５０がトルクの伝達を遮断したときの切替装置１０のスケルトン図である。図４（ｂ）は制限装置７０が作動したときの制限装置７０の断面図である。

第２摩擦クラッチ５０がトルクの伝達を遮断すると、アクチュエータ１３は作動を停止する。操作軸１８の回転中心Ｃは穴７１の外に位置し、操作軸１８の凹み７７は穴７１に交わらない位置をとることができるので、押付部材５３の溝５４の位置がケース１９の穴７１に一致すると、ばね７６の復元力で、ストッパ７２の基部７３は、必要に応じてバックラッシの分だけ操作軸１８を回転させながら操作軸１８の凹み７７の位置に進入し、ストッパ７２の先端部７４は溝５４の中に進入する。ストッパ７２は押付部材５３の移動を規制するので、制限装置７０が作動すると第２摩擦クラッチ５０は係合できない。

第２摩擦クラッチ５０がトルクの伝達を遮断すると、遊星歯車６０のピニオン６３は回転しなくなり、キャリヤ６４はサンギヤ６１及びリングギヤ６２と一緒に回転する。切替装置１０は、駆動軸１１のトルクを、第１摩擦クラッチ３０及び第２変換装置４０を含む第１経路Ｒ１を経て出力する。

切替装置１０の作動によって、第１摩擦クラッチ３０や第２摩擦クラッチ５０のクラッチ板３３，５２は次第に摩耗する。しかし、第１変換装置２０、第２変換装置４０及びばね５５はクラッチ板３３，５２の摩耗による摩擦面間の広がりを埋めるので、クラッチ板３３，５２が摩耗しても摩耗しなくても、第１摩擦クラッチ３０の伝達トルクが大きくなると、機構的に第２摩擦クラッチ５０の伝達トルクが小さくなる。よってトルクの伝達経路を常にスムーズに切替えられる。

本実施形態では、クラッチ板５２が摩耗しても押付部材５３を押し付けられる長さにばね５５の自由長が設定されているので、クラッチ板５２が摩耗しても、ばね５５の弾性力で第２摩擦クラッチ５０をつなぐことができる。ばね５５の弾性力を相殺して第２摩擦クラッチ５０を切るのは、第２変換装置４０のカム面４５，４６にボール４３が押し付けられて生じるスラスト力によるので、第２摩擦クラッチ５０のクラッチ板５２が摩耗してもトルクの伝達経路を第２経路Ｒ２から第１経路Ｒ１に切れ目なく切替えられる。

ロック部４７によって第１部材４１と第２部材４２との相対回転が規制され、第２部材４２の軸方向の移動が規制されると、第２部材４２がばね５５に加えるスラスト力が制限される。これにより第１部材４１と第２部材４２とが一体に回転する。なお、ロック部４７を省略して、第１部材４１と第２部材４２との相対回転を制限する機能を、押付部材５３の軸方向の移動を規制する制限装置７０にもたせることは可能である。

切替装置１０に制限装置７０が無いと、第１摩擦クラッチ３０を含む第１経路Ｒ１を経てトルクが出力された後に、キャリヤ６４の伝達トルクが小さくなり、第２変換装置４０の第１部材４１の回転数が大きくなると、第１部材４１と第２部材４２との相対回転で生じる第２変換装置４０のスラスト力が低下する。ばね５５の弾性力よりも第２変換装置４０のスラスト力が小さくなると、第１経路Ｒ１から出力されるトルクがさらに小さくなるという現象が生じる。切替装置１０は制限装置７０を備えているので、制限装置７０が作動することによってこの現象を防ぐことができる。よって第１経路Ｒ１から出力されるトルクを確保できる。

図４（ｃ）は制限装置７０の作動を解除するときの制限装置７０の断面図である。図４（ｄ）は制限装置７０の作動を解除したときの制限装置７０の断面図である。図４（ｃ）に示すように制限装置７０の作動を解除するときは、アクチュエータ１３を作動して、トルクの出力経路を第２経路Ｒ２から第１経路Ｒ１へ切替えるときの操作軸１８の回転方向と反対（図４（ｃ）時計回り）に操作軸１８を回す。操作軸１８はストッパ７２の基部７３に凹み７７を引っ掛けて、ストッパ７２の先端部７４を溝６４から抜く。これにより第２摩擦クラッチ５０が係合可能な状態になる。

トルク発生装置１２及び第１変換装置２０は、制限装置７０の作動を解除するときの操作軸１８の回転では第１摩擦クラッチ３０の伝達トルクが減少しないように、伝達部１４の減速比および第１変換装置２０のカム面２２，２４が設定されている。これにより制限装置７０の作動を解除するときの、第１経路Ｒ１から出力されるトルクの減少を低減できる。

アクチュエータ１３の作動によって操作軸１８が同じ方向にさらに回転すると、第１変換装置２０のスラスト力が小さくなり、戻しばね３５の復元力によって第１摩擦クラッチ３０が切れる。そうすると第２変換装置４０のスラスト力が小さくなり、ばね５５が第２摩擦クラッチ５０をつなぎ、最終的に図１に示す第２経路Ｒ２に切替る。トルクの出力経路の切替えを行うトルク発生装置１２を使って、制限装置７０の作動の解除も行うことができる。

図５を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施形態では、遊星歯車６０にトルクを出力する切替装置１０について説明した。これに対し第２実施形態では、互いに平行な軸上に配置された２つの駆動ギヤ８３，８４、及び、駆動ギヤ８３，８４にかみ合う２つの被動ギヤ８６，８７にトルクを出力する切替装置８０について説明する。なお第１実施形態で説明した部分と同一の部分は、同じ符号を付して以下の説明を省略する。

図５は第２実施の形態における切替装置８０のスケルトン図である。切替装置８０はトルク発生装置１２、第１変換装置２０、第１摩擦クラッチ９０、第２変換装置１００、第２摩擦クラッチ１１０及びばね５５を備えている。切替装置８０は、駆動軸８１のトルクを駆動ギヤ８３，８４のいずれかに出力する装置である。駆動軸８１はエンジンやモータによって駆動される。

駆動ギヤ８３は、駆動軸８１に対して相対回転可能に駆動軸８１と同軸に配置された中空軸８２に結合している。駆動ギヤ８４は駆動軸８１に相対回転可能に配置されている。駆動軸８１には、駆動ギヤ８３，８４を駆動軸８１に選択的に結合するシンクロナイザ（図示せず）が配置されている。

被動ギヤ８６，８７が結合している被動軸８５は、駆動軸８１と平行に配置されている。被動ギヤ８６は常に駆動ギヤ８３にかみ合い、被動ギヤ８７は常に駆動ギヤ８４にかみ合う。被動ギヤ８７は、軸８９に配置された差動装置８８に常にかみ合う。本実施形態では駆動ギヤ８３及び被動ギヤ８６，８７の全体の減速比は、駆動ギヤ８４と被動ギヤ８７の減速比よりも小さい。

第１摩擦クラッチ９０は、駆動軸８１のトルクを第２変換装置１００へ伝達または遮断する装置である。第１摩擦クラッチ９０は、中空軸８２に結合した入力ハブ９１と、入力ハブ９１の径方向の外側に配置された出力ハブ９２と、入力ハブ９１及び出力ハブ９２にそれぞれ接続されたクラッチ板９３と、第２部材２３のスラスト力によってクラッチ板９３の相対運動面を押し付ける押付部材９４と、クラッチ板９３による入力ハブ９１と出力ハブ９２との間のトルクの伝達を遮断する方向の力を押付部材９４に加える戻しばね９５と、を備えている。

第２変換装置１００は、第１部材１０１に設けたカム面（図示せず）と第２部材１０２に設けたカム面（図示せず）との間に複数のボール１０３が配置されている。ボール１０３をローラに代えても良い。第１部材１０１は軸方向の位置が固定されており、駆動軸８１に結合している。第２部材１０２は、第１摩擦クラッチ９０の出力ハブ９２にスプライン等で結合しており、出力ハブ９２に回転不能、かつ、軸方向に移動可能に固定されている。第２変換装置１００は、駆動軸８１が第１部材１０１に入力したトルクによって第１部材１０１と第２部材１０２との相対回転が生じると、その相対回転によって発生したトルクをスラスト力に変換して、第２部材１０２を第１部材１０１から遠ざける。

第２摩擦クラッチ１１０は、ばね５５の軸方向の弾性力によって係合する装置である。第２摩擦クラッチ１１０は、第２変換装置１００の第１部材１０１及び駆動軸８１に結合した入力ハブ１１１と、入力ハブ１１１の径方向の外側に配置されると共に駆動ギヤ８４に結合した出力ハブ１１２と、入力ハブ１１１及び出力ハブ１１２にそれぞれ接続されたクラッチ板１１３と、ばね５５のスラスト力によって押付部材５３及びベアリング１１４を介してクラッチ板１１３の相対運動面を押し付ける当接部材１１５と、を備えている。当接部材１１５は、第２変換装置１００の第２部材１０２の軸方向の端面に当接している。第２部材１０２は、第２摩擦クラッチ１１１のトルクの伝達を遮断する方向の力を当接部材１１４に加える。

切替装置８０の動作を説明する。シンクロナイザ（図示せず）によって低速段の駆動ギヤ８４が駆動軸８１に結合し、かつ、第１摩擦クラッチ９０がトルクの伝達を遮断した状態では、ばね５５に押された押付部材５３は、ベアリング１１４及び当接部材１１５を介して第２摩擦クラッチ１１０を連結する。これにより切替装置８０は、第２摩擦クラッチ１１０を含む第２経路を経て、駆動軸８１のトルクを駆動ギヤ８４へ出力する。

切替装置８０がトルクの伝達経路を、第２経路から第１摩擦クラッチ９０を含む第１経路に切替えるときは、アクチュエータ１３を作動する。アクチュエータ１３のトルクを第１変換装置２０がスラスト力に変換すると、第１摩擦クラッチ９０が係合し、クラッチ板９３を介して入力ハブ９１と出力ハブ９２との間が連結状態になる。高速段の駆動ギヤ８３が結合する中空軸８２の回転数は、シンクロナイザを介して低速段の駆動ギヤ８４が結合する駆動軸８１の回転数よりも大きいので、クラッチ板９３を介して中空軸８２の回転が伝わる出力ハブ９２及び第２部材１０２と、入力ハブ１１１を介して駆動軸８１の回転が伝わる第１部材１０１と、の間に回転差が生じる。その結果、第１部材１０１及び第２部材１０２のカム面（図示せず）にボール１０３が係合して第２変換装置１００が発生するスラスト力により、第２部材１０２が軸方向に押し出される。

第２部材１０２は、当接部材１１５及びベアリング１１４を介して押付部材５３を押圧し、ばね５５の軸方向の弾性力を相殺する。これにより第２摩擦クラッチ１１０にばね５５が加えるスラスト力が小さくなるので、第２摩擦クラッチ１１０は、駆動ギヤ８４を駆動軸８１に連結した状態から滑り状態になる。トルク発生装置１２が第１変換装置２０に加えるトルクが大きくなるにつれて、第２変換装置１００のスラスト力が大きくなり、当接部材１１５及び押付部材５３は軸方向に移動してばね５５の力を相殺する。

その結果、第２摩擦クラッチ１１０が伝達するトルクは次第に小さく、第２変換装置１００及び第１摩擦クラッチ９０が伝達するトルクは次第に大きくなる。シンクロナイザ（図示せず）によって高速段の駆動ギヤ８３が駆動軸８１に結合し、かつ、第２摩擦クラッチ１１０がトルクの伝達を遮断すると、切替装置８０のトルクの伝達経路の、第２経路から第２変換装置１００及び第１摩擦クラッチ９０を含む第１経路への切替えが完了する。

図６を参照して第３実施の形態について説明する。第１実施形態および第２実施形態では、低速段と高速段の２速に切替える切替装置１０，８０について説明した。これに対し第３実施形態では、複数の奇数段ギヤ１２５と複数の偶数段ギヤ１２６との間のトルクの伝達を切替える切替装置１２０について説明する。なお第１実施形態および第２実施形態で説明した部分と同一の部分は、同じ符号を付して以下の説明を省略する。

図６は第３実施の形態における切替装置１２０のスケルトン図である。切替装置１２０はトルク発生装置１２、第１変換装置２０、第１摩擦クラッチ１４０、第２変換装置１５０、第２摩擦クラッチ１１０及びばね５５を備えている。切替装置１２０は、駆動軸１２１のトルクを奇数段ギヤ１２５又は偶数段ギヤ１２６に出力する装置である。駆動軸１２１はエンジンによって駆動される。

駆動軸１２１は中空状であり、駆動軸１２１と同軸上に配置された第１軸１２２は、駆動軸１２１と相対回転可能に駆動軸１２１に支持されている。第１軸１２２と同軸上に配置された第２軸１２３は中空状であり、第１軸１２２と相対回転可能に第１軸１２２に支持されている。第３軸１２４は、駆動軸１２１、第１軸１２２及び第２軸１２３と平行に配置されている。

奇数段ギヤ１２５は、第２軸１２３及び第３軸１２４に配置されている。偶数段ギヤ１２６は、第１軸１２２及び第３軸１２４に配置されている。１速段の駆動ギヤ１２７及び３速段の駆動ギヤ１２８は、第２軸１２３と相対回転可能に第２軸１２３に配置されている。常に駆動ギヤ１２７，１２８にそれぞれかみ合う被動ギヤ１２９，１３０は第３軸１２４に結合している。２速段の駆動ギヤ１３１及び４速段の駆動ギヤ１３２は、第１軸１２２と相対回転可能に第１軸１２２に配置されている。常に駆動ギヤ１３１，１３２にそれぞれかみ合う被動ギヤ１３３，１３４は第３軸１２４に結合している。

第２軸１２３には、駆動ギヤ１２７，１２８を第２軸１２３に選択的に結合するシンクロナイザ（図示せず）が配置されている。第１軸１２２には、駆動ギヤ１３１，１３２を第１軸１２２に選択的に結合するシンクロナイザ（図示せず）が配置されている。第２軸１２３は、第２摩擦クラッチ１１０の出力ハブ１１２に結合している。

第１摩擦クラッチ１４０は、駆動軸１２１のトルクを第２変換装置１５０へ伝達または遮断する装置である。第１摩擦クラッチ１４０は、駆動軸１２１に結合した入力ハブ１４１と、入力ハブ１４１の径方向の内側に配置され第１軸１２２に結合した出力ハブ１４２と、入力ハブ１４１及び出力ハブ１４２にそれぞれ接続されたクラッチ板１４３と、第２部材２３のスラスト力によってクラッチ板１４３の相対運動面を押し付ける押付部材１４４と、クラッチ板１４３による入力ハブ１４１と出力ハブ１４２との間のトルクの伝達を遮断する方向の力を押付部材１４４に加える戻しばね１４５と、を備えている。

第２変換装置１５０は、第１部材１５１に設けたカム面（図示せず）と第２部材１５２に設けたカム面（図示せず）との間に複数のボール１５３が配置されている。ボール１５３をローラに代えても良い。第１部材１５１は軸方向の位置が固定されており、第２摩擦クラッチ１１０の入力ハブ１１１に結合している。第２部材１５２は、第１摩擦クラッチ１４０の入力ハブ１４１にスプライン等で結合しており、入力ハブ１４１に回転不能、かつ、駆動軸１２１が延びる軸方向の位置が固定されている。

第２部材１５２の軸方向の端面には、ばね５５の弾性力によって、押付部材５３及びベアリング１１４を介して第２摩擦クラッチ１１０の当接部材１１５が押し付けられている。第２変換装置１５０は、駆動軸１２１が第１部材１５１に入力したトルクによって第１部材１５１と第２部材１５２との相対回転が生じると、その相対回転によって発生したトルクをスラスト力に変換して、第２部材１５２を第１部材１５１から遠ざける。

切替装置１２０の動作を説明する。シンクロナイザ（図示せず）によって駆動ギヤ１２７，１２８（奇数段ギヤ１２５）のいずれかが第２軸１２３に結合し、かつ、第１摩擦クラッチ１４０がトルクの伝達を遮断した状態では、ばね５５に押された押付部材５３は、ベアリング１１４及び当接部材１１５を介して第２摩擦クラッチ１１０を連結すると共に第２変換装置１５０の第１部材１５１及び第２部材１５２にボール１５３を密接させる。これにより切替装置１２０は、入力ハブ１４１、第２変換装置１５０及び第２摩擦クラッチ１１０を含む第２経路を経て、駆動軸１２１のトルクを奇数段ギヤ１２５へ出力する。

奇数段ギヤ１２５から偶数段ギヤ１２６へのシフトアップのために、切替装置１２０がトルクの伝達経路を、第２経路から第１摩擦クラッチ１４０を含む第１経路に切替えるときは、シンクロナイザ（図示せず）によって駆動ギヤ１３１，１３２（偶数段ギヤ１２６）のいずれかを第１軸１２２に結合した後、アクチュエータ１３を作動する。

アクチュエータ１３のトルクを第１変換装置２０がスラスト力に変換すると、第１摩擦クラッチ１４０が係合し、クラッチ板１４３を介して入力ハブ１４１と出力ハブ１４２との間が連結状態になる。高速段の駆動ギヤ１３１，１３２のいずれかが結合する第１軸１２２の回転数は、低速段の駆動ギヤ１２７，１２８のいずれかが結合する第２軸１２３の回転数よりも大きいので、クラッチ板１４３を介して第１軸１２２の回転が伝わる入力ハブ１４１及び第２部材１５２と、第２摩擦クラッチ１１０を介して第２軸１２３の回転が伝わる第１部材１５１と、の間に回転差が生じ、カム面にボール１５３が係合して第２変換装置１５０が発生するスラスト力により、第２部材１５２が軸方向に押し出される。

第２部材１５２は当接部材１１５及びベアリング１１４を介して押付部材５３を押圧し、ばね５５の軸方向の弾性力を相殺する。これにより第２摩擦クラッチ１１０に加わるスラスト力が小さくなるので、第２摩擦クラッチ１１０は、第２軸１２３及び出力ハブ１１２を入力ハブ１１１に連結した状態から滑り状態にする。トルク発生装置１２が第１変換装置２０に加えるトルクが大きくなるにつれて、第２変換装置１５０のスラスト力が大きくなり、当接部材１１５及び押付部材５３は軸方向に移動してばね５５の弾性力をさらに相殺する。

その結果、第２摩擦クラッチ１１０が伝達するトルクは次第に小さく、第２変換装置１５０及び第１摩擦クラッチ１４０が伝達するトルクは次第に大きくなる。第２摩擦クラッチ１５０がトルクの伝達を遮断すると、切替装置１２０のトルクの伝達経路の、第２経路から第１摩擦クラッチ１４０及び第２変換装置１５０を含む第１経路への切替えが完了する。これにより駆動軸１２１のトルクが、第１軸１２２に結合した駆動ギヤ１３１，１３２（偶数段ギヤ１２６）のいずれかに伝わり、奇数段ギヤ１２５から偶数段ギヤ１２６へのシフトアップがスムーズに行われる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

実施形態では、第１摩擦クラッチ３０，９０，１４０及び第２摩擦クラッチ５０，１１０が、係合面が円板形状のディスククラッチであって湿式多板クラッチである場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。他の摩擦クラッチを採用することは当然可能である。他の摩擦クラッチとしては例えばドラムクラッチ、円すいクラッチが挙げられる。ディスククラッチにおいても、単板クラッチ、多板クラッチ及び複板クラッチを採用可能である。さらに乾式クラッチを採用することは当然可能である。

実施形態では、アクチュエータ１３から第１変換装置２０にトルクを伝える駆動ギヤ１５をウォーム、被動ギヤ１６をウォームホイールとすることによって伝達部１４にセルフロック機能をもたせる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。伝達部１４にセルフロック機能をもたせる他の手段を採用することは当然可能である。他の手段としては、例えば内部循環トルクの利用やねじ等の摩擦の利用が挙げられる。

実施形態では、第２摩擦クラッチ５０，１１０の押付部材５３の溝５４にストッパ７２が進入して第２摩擦クラッチ５０，１１０の係合を防ぐ制限装置７０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。他の機構の制限装置を採用することは当然可能である。

実施形態では、第２変換装置４０の第１部材４１及び第２部材４２にロック部４７を設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。ロック部４７に代えて、例えば第２変換装置４０が力を加える押付部材５３の軸方向の移動を規制するロック部を設けることは可能である。この場合、ロック部が移動を規制した押付部材５３を介して第１部材４１と第２部材４２との相対回転が規制される。このロック部としては、例えば止め輪を使ってばね５５の圧縮長さを制限するものが挙げられる。ばね５５の圧縮長さを制限することにより、それ以上の押付部材５３の移動が規制される。

実施形態では、駆動ギヤ１５及び被動ギヤ１６，１７によってトルク発生装置１２の伝達部１４が構成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。伝達部１４のギヤの枚数は適宜設定可能である。また、伝達部１４にチェーン等を採用することは当然可能である。

第１実施形態では、遊星歯車６０の回転要素のうちリングギヤ６２をハブ５１に結合する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。切替装置１０が出力するトルクの要求特性に応じて、遊星歯車６０の他の回転要素（サンギヤやキャリヤ）をハブ５１に結合することは当然可能である。

１０，８０，１２０切替装置
１１，８１，１２１駆動軸
１２トルク発生装置
１３アクチュエータ
１４伝達部
１９ケース
２０第１変換装置
３０，９０，１４０第１摩擦クラッチ
３２，９２出力ハブ（片方のハブ）
４０，１００，１５０第２変換装置
４１，１０１，１５１第１部材
４２，１０２，１５２第２部材
５０，１１０第２摩擦クラッチ
５１ハブ
５５ばね
６０遊星歯車
６２リングギヤ（回転要素の一つ）
７０制限装置
８３，８４駆動ギヤ
８６，８７被動ギヤ
１２５奇数段ギヤ
１２６偶数段ギヤ
１４１入力ハブ（片方のハブ）
Ｒ１第１経路
Ｒ２第２経路

Claims

第１経路または第２経路を経て駆動軸のトルクを出力する切替装置であって、
トルクを発生するトルク発生装置と、
前記トルク発生装置が発生したトルクをスラスト力に変換する第１変換装置と、
前記第１変換装置が発生したスラスト力によって係合する第１摩擦クラッチと、
前記第１摩擦クラッチが係合して前記駆動軸のトルクによって互いに相対回転する第１部材および第２部材を含み、前記第１部材と前記第２部材との相対回転によって発生したトルクをスラスト力に変換する第２変換装置と、
前記第２変換装置が発生したスラスト力によってスラスト方向の弾性力が相殺されるばねと、
前記ばねのスラスト方向の弾性力によって係合する第２摩擦クラッチと、を備え、
前記第２摩擦クラッチがつながると前記第２経路を経て前記駆動軸のトルクを出力し、
前記第２摩擦クラッチがトルクの伝達を遮断すると、前記第１摩擦クラッチ及び前記第２変換装置を含む前記第１経路を経て前記駆動軸のトルクを出力する切替装置。
制限装置をさらに備え、
前記制限装置は、前記第２摩擦クラッチがトルクの伝達を遮断したときに作動して、前記ばねの弾性力による前記第２摩擦クラッチの係合を防ぐ請求項１記載の切替装置。
前記トルク発生装置は、前記制限装置の作動を解除する請求項２記載の切替装置。
前記第２部材は、軸方向に移動して前記ばねにスラスト力を加え、
前記第２部材の軸方向の移動を規制するロック部をさらに備える請求項１から３のいずれかに記載の切替装置。
前記第１摩擦クラッチは、前記第１摩擦クラッチが切れたときに互いに相対回転する２つのハブを備え、
前記第２部材は、前記２つのハブのうち片方のハブに回転不能かつ軸方向に移動可能に結合し、軸方向に移動して前記ばねにスラスト力を加える請求項１から４のいずれかに記載の切替装置。
前記トルク発生装置は、アクチュエータと、前記アクチュエータから前記第１変換装置にトルクを伝える伝達部と、を含み、
前記伝達部はセルフロック性を有している請求項１から５のいずれかに記載の切替装置。
前記第１経路および前記第２経路は遊星歯車を含み、
前記第２摩擦クラッチのクラッチ板は、前記遊星歯車を収容するケースと前記第２摩擦クラッチのハブとの間に支持され、
前記ハブは、前記遊星歯車のいずれかの回転要素に結合する請求項１から６のいずれかに記載の切替装置。
前記第１経路および前記第２経路は、互いに平行な軸上に配置された２つの駆動ギヤと、前記駆動ギヤにかみ合う２つの被動ギヤと、を含む請求項１から６のいずれかに記載の切替装置。
前記第１経路および前記第２経路は、互いに同軸上に配置される奇数段ギヤ及び偶数段ギヤを含む請求項１から６のいずれかに記載の切替装置。