JP7422933B2 - 変速機 - Google Patents

Description

本発明は、軸に配置されたギヤを選択的に軸に結合する変速機に関する。

変速機において、第１歯が設けられたギヤと第２歯が設けられた移動部材とを軸に配置し、移動部材を軸方向に移動させ第１歯と第２歯とをかみ合わせて移動部材を介して軸にギヤを選択的に結合する先行技術は知られている（特許文献１）。先行技術では（図９参照）、第２歯のドライブトルクが作用する面の歯元に、かみ合いを解除する方向のスラスト力を発生する傾斜を設ける。第２歯のコースティングトルクが作用する面に、かみ合い面と、かみ合い面の歯先側に隣接するガイド面と、を設ける。コースティングトルクが作用すると、かみ合い面およびガイド面は、かみ合いを解除する方向のスラスト力を発生する。軸を含む平面とガイド面とのなす角は、軸を含む平面とかみ合い面とのなす角よりも大きい。

先行技術では、シフトアップのときに変速上段の第２歯と第１歯との間にドライブトルクが働き、且つ、変速下段の第２歯のガイド面と第１歯との間にコースティングトルクが働くと、変速下段の第１歯に第２歯のガイド面が加えるスラスト力によってかみ合いが外れ、シフトアップが完了する。シフトダウンのときにアクチュエータを駆動して移動部材を軸方向に移動させ、変速下段の第１歯に第２歯のガイド面が当たりながらかみ合い、変速上段のかみ合いが外れるとシフトダウンが完了する。

特開２０２０－１３３８２７号公報

先行技術は、シフトアップのときに変速下段のガイド面が当たりながら第１歯と第２歯とのかみ合いが外れるので、軸を含む平面とガイド面とのなす角が小さいと、かみ合いが外れるときの移動部材の運動エネルギーがほとんど低減しない。従って、移動部材から係合部までの部材が必要とする機械的強度が大きくなるという問題点、かみ合いが外れた移動部材を静止させるための機構が要する機械的強度が大きくなるという問題点、移動部材が静止するときに異音が発生するという問題点がある。シフトダウンのときは変速下段のガイド面が当たりながら第１歯と第２歯とがかみ合うので、軸を含む平面とガイド面とのなす角が大きいと、高出力のアクチュエータでないと変速下段のガイド面に加えるスラスト力に抗して移動部材を移動できない。従ってアクチュエータが大型化するという問題点がある。

本発明はこれらの問題点を解決するためになされたものであり、必要とする機械的強度および異音の低減、移動部材を移動させるアクチュエータの小型化ができる変速機を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の変速機は、第１歯が設けられ軸に配置されたギヤを軸に選択的に結合するものであり、第１歯にかみ合う第２歯が設けられた移動部材を備える。第１歯は、周方向の一方を向く第１面と、周方向の他方を向く第２面と、を備える。第２歯は、移動部材が軸方向に移動して第１歯と第２歯とがかみ合うときに第１面の少なくとも一部に対面する第３面と、移動部材が軸方向に移動して第１歯と第２歯とがかみ合うときに第２面の少なくとも一部に対面する第４面と、を備える。第１面および第３面は、第１面と第３面とを押し付ける方向のトルクを伝える第１部を含み、第１面および第３面の少なくとも一方は、第１部の歯元側に隣接する第２部を含む。第２面および第４面は、第３部と、第３部の歯先側に隣接する第４部と、第４部の歯先側に隣接する第５部と、を含む。第２部は、第１面と第３面とを押し付ける方向のトルクに応じてギヤと移動部材とを軸方向に離す推力を発生し、第３部および第５部は、第２面と第４面とを押し付ける方向のトルクに応じてギヤと移動部材とを軸方向に離す推力を発生する。軸を含む平面と第３部とのなす角θ１、及び、軸を含む平面と第５部とのなす角θ２は、軸を含む平面と第４部とのなす角θ３よりも小さい。

第１の態様によれば、シフトダウンのときは変速下段の第５部が当たりながら第１歯と第２歯とがかみ合う。軸を含む平面と第５部とのなす角θ２は、軸を含む平面と第４部とのなす角θ３よりも小さいので、第４部が当たりながら第１歯と第２歯とがかみ合う場合に比べ、第２面と第４面とを押し付けるコースティングトルクに応じてギヤと移動部材とを軸方向に離す推力を低減できる。よってシフトダウンのときに移動部材を移動させるアクチュエータの小型化を達成できる。

第２面および第４面に第３部と第５部とをつなぐ第４部があるので、シフトアップの変速下段においてドライブトルクによってかみ合う第１歯と第２歯とのかみ合いが外れるときに、第２面に第４面が当たり難くなる。かみ合いが外れた移動部材の軸方向の速度が速くならないようにできるので、移動部材を静止させるための機構が要する機械的強度を低減でき、移動部材が静止するときに生じる異音を低減できる。

第２の態様によれば、軸を含む平面と第２部とのなす角θ４は角θ１及び角θ２よりも大きい。これにより第２面と第４面とを押し付けるコースティングトルクが負荷されているときに、第３部や第５部による、第２面と第４面とを軸方向に離す推力を低減できるので、シフト以外でのコースティングトルクを伝え易くできる。シフトアップのときの変速下段においては、小さなドライブトルクで第２部により第１面と第３面とを軸方向に離す推力が得られるので、変速下段の第１歯と第２歯とのかみ合いが外れ易くなる。

第３の態様によれば、角θ１及び角θ２は２０°以下である。これにより第１又は第２の態様の効果に加え、第２面と第４面とを押し付けるコースティングトルクに応じてギヤと移動部材とが軸方向に離れる推力をさらに低減できる。

第４の態様によれば、角θ３は７０°以上９０°以下だから、シフトアップのときの変速下段においてかみ合いが外れるときに第４部に歯が当たると、移動部材の運動エネルギーを低減できる。

第１実施の形態における変速機のスケルトン図である。 遊転ギヤ及び移動部材の模式図である。 （ａ）はコースティングトルクを伝える変速機の模式図であり、（ｂ）はドライブトルクを伝える変速機の模式図である。 コースティングトルクを伝える変速機の模式図である。 シフトアップ途中の変速機の模式図である。 シフトアップ終了時の変速機の模式図である。 シフトダウン途中の変速機の模式図である。 第２実施の形態における変速機のシフトダウン開始時の模式図である。 シフトダウン途中の変速機の模式図である。

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。まず図１を参照して本発明の変速機１０の概略構成を説明する。図１は第１実施の形態における変速機１０のスケルトン図である。変速機１０は、動力が入力される駆動軸１１と、駆動軸１１と平行に配置される被動軸１２とを備え、被動軸１２に出力ギヤ１３が配置されている。駆動軸１１及び被動軸１２は、複数段の変速ギヤとしての１速ギヤ１４、２速ギヤ１７、３速ギヤ２０、４速ギヤ２３、５速ギヤ２６及び６速ギヤ２９を支持する。本実施形態では変速機１０は自動車（図示せず）に搭載されている。

１速ギヤ１４は、駆動軸１１に相対回転不能に固定された固定ギヤ１５と、固定ギヤ１５とかみ合いつつ被動軸１２に相対回転可能に固定された遊転ギヤ１６と、を備えている。２速ギヤ１７は、駆動軸１１に相対回転可能に固定された遊転ギヤ１８と、遊転ギヤ１８とかみ合いつつ被動軸１２に相対回転不能に固定された固定ギヤ１９と、を備えている。３速ギヤ２０は、駆動軸１１に相対回転不能に固定された固定ギヤ２１と、固定ギヤ２１とかみ合いつつ被動軸１２に相対回転可能に固定された遊転ギヤ２２と、を備えている。

４速ギヤ２３は、駆動軸１１に相対回転可能に固定された遊転ギヤ２４と、遊転ギヤ２４とかみ合いつつ被動軸１２に相対回転不能に固定された固定ギヤ２５と、を備えている。５速ギヤ２６は、駆動軸１１に相対回転可能に固定された遊転ギヤ２７と、遊転ギヤ２７とかみ合いつつ被動軸１２に相対回転不能に固定された固定ギヤ２８と、を備えている。６速ギヤ２９は、駆動軸１１に相対回転可能に固定された遊転ギヤ３０と、遊転ギヤ３０とかみ合いつつ被動軸１２に相対回転不能に固定された固定ギヤ３１と、を備えている。

遊転ギヤ１６，１８，２２，２４，２７，３０の端面には、それぞれ軸方向に突出する第１歯３２が設けられている。第１歯３２と軸方向に隣り合う位置に設けられたハブ３３は、駆動軸１１や被動軸１２に結合している。ハブ３３の外周には、ハブ３３に対して回転不能、且つ、軸方向へ移動可能に移動部材３４が配置されている。移動部材３４の端面には、第１歯３２と周方向にかみ合う第２歯３５が設けられている。移動部材３４が軸方向に移動し、遊転ギヤ１６，１８，２２，２４，２７，３０に設けられた第１歯３２と移動部材３４に設けられた第２歯３５とがかみ合うと、移動部材３４及びハブ３３を介して駆動軸１１や被動軸１２に遊転ギヤ１６，１８，２２，２４，２７，３０のいずれかが選択的に結合する。

シフト装置３６は移動部材３４の軸方向の位置を設定する。シフト装置３６は、移動部材３４にそれぞれ係合するシフトフォーク３７，３８，３９と、シフトフォーク３７，３８，３９にそれぞれ結合するシフトアーム４０，４１，４２と、円柱状のシフトドラム４３と、を備えている。シフトフォーク３７は、遊転ギヤ１８と遊転ギヤ２７との間に配置された移動部材３４に係合する。シフトフォーク３８は、遊転ギヤ２４と遊転ギヤ３０との間に配置された移動部材３４に係合する。シフトフォーク３９は、遊転ギヤ１６と遊転ギヤ２２との間に配置された移動部材３４に係合する。

シフトドラム４３はケースＣに固定されており、モータ等のアクチュエータ（図示せず）により軸回りに回転する。シフトドラム４３の外周にはカム溝４４，４５，４６が設けられている。シフトアーム４０に結合する係合部４７はカム溝４４に係合する。シフトアーム４１に結合する係合部４８はカム溝４５に係合する。シフトアーム４２に結合する係合部４９はカム溝４６に係合する。

シフトドラム４３は、シフトレバー（図示せず）の操作信号に基づき、或いはアクセルペダル（図示せず）の操作によるアクセル開度および車速信号等に基づき回転する。シフトドラム４３（円筒カム）が回転すると、カム溝４４，４５，４６に係合部４７，４８，４９がそれぞれガイドされたシフトアーム４０，４１，４２を介して、シフトフォーク３７，３８，３９は軸方向に移動する。シフトフォーク３７，３８，３９の移動に伴い移動部材３４は軸方向に移動する。

シフト装置３６は、ばね機構５０を備えている。本実施形態では、ばね機構５０は、シフトアーム４０，４１，４２の外周にそれぞれ設けられた複数の凹み５１と、凹み５１に係合するボール５２と、ボール５２を弾性力によって凹み５１に押し付けるばね５３と、を備えている。凹み５１は、軸方向に互いに向かい合う一対の傾斜面を有する。

移動部材３４が中立位置にあるとき、及び、移動部材３４に設けられた第２歯３５と第１歯３２とのかみ合いが最も深いときに、ボール５２は凹み５１の底に位置する。凹み５１の傾斜面をボール５２が乗り上げたり乗り越えたりするときに、ばね５３はシフトアーム４０，４１，４２に軸方向の力を加える。ばね機構５０は、ばね５３の弾性力によって、移動部材３４の軸方向の位置決めの補助や第１歯３２と第２歯３５とのかみ合い外れの補助をする。

ばね機構５０は、シフトドラム４３の外周に設けられた複数の凹み５１ａと、凹み５１ａに係合するボール５２ａと、ボール５２ａを弾性力によって凹み５１ａに押し付けるばね５３ａと、を備えている。凹み５１ａは、シフトドラム４３の回転方向に互いに向かい合う一対の傾斜面を有する。

移動部材３４に設けられた第２歯３５と第１歯３２とのかみ合いが最も深いときに、ボール５２ａは凹み５１ａの底に位置する。凹み５１ａの傾斜面をボール５２ａが乗り上げたり乗り越えたりするときに、ばね５３ａはシフトドラム４３に回転方向の力を加える。ばね機構５０は、ばね５３ａの弾性力によって、シフトドラム４３の回転方向の位置決めの補助をする。

図２を参照して遊転ギヤ２４及び移動部材３４について説明する。図２は駆動軸１１に配置された遊転ギヤ２４及び移動部材３４の模式図である。図２には、遊転ギヤ２４及び移動部材３４を軸直角方向から見たときの第１歯３２及び第２歯３５が模式的に図示されている。遊転ギヤ１６，１８，２２，２４，２７，３０は、遊転ギヤ２４と同様に第１歯３２が設けられているので、遊転ギヤ２４を説明して、他の遊転ギヤ１６，１８，２２，２７，３０の説明は省略する。

遊転ギヤ２４の外周には、固定ギヤ２５にかみ合う歯（図示せず）が設けられている。遊転ギヤ２４の片方の端面には、軸方向に突出する第１歯３２が設けられている。第１歯３２は、遊転ギヤ２４の中心軸の周りに、周方向に互いに間隔をあけて配置されている。第１歯３２は、周方向の一方を向く第１面５４と、周方向の他方を向く第２面５７と、を備える。

移動部材３４の両方の端面には、軸方向に突出する第２歯３５が設けられている。第２歯３５は、移動部材３４の中心軸の周りに、周方向に互いに間隔をあけて配置されている。第２歯３５は、周方向の一方を向く第４面６４と、周方向の他方を向く第３面６１と、を備える。第３面６１は、移動部材３４が軸方向に移動して第１歯３２と第２歯３５とがかみ合うときに第１面５４の少なくとも一部に対面する。第４面６４は、移動部材３４が軸方向に移動して第１歯３２と第２歯３５とがかみ合うときに第２面５７の少なくとも一部に対面する。

第１面５４は、第１面５４と第３面６１とを押し付ける方向のトルクを伝える第１部５５と、第１部５５の歯元側に隣接する第２部５６と、を含む。第２部５６は、第１面５４と第３面６１とを押し付ける方向のトルクに応じて遊転ギヤ２４と移動部材３４とを軸方向に離す推力を発生する。第１部５５は、歯元へ向かうにつれて第２面５７へ近づくように傾斜している。第２部５６は、歯元へ向かうにつれて第２面５７から離れるように傾斜している。

第３面６１は、第１面５４と第３面６１とを押し付ける方向のトルクを伝える第１部６２と、第１部６２の歯元側に隣接する第２部６３と、を含む。第２部６３は、第１面５４と第３面６１とを押し付ける方向のトルクに応じて遊転ギヤ２４と移動部材３４とを軸方向に離す推力を発生する。第１部６２は、歯元へ向かうにつれて第４面６４へ近づくように傾斜している。第２部６３は、歯元へ向かうにつれて第４面６４から離れるように傾斜している。第１部５５，６２は、第１面５４と第３面６１とを押し付ける方向のトルク（ドライブトルク）を伝える。

第２面５７は、第３部５８と、第３部５８の歯先側に隣接する第４部５９と、第４部５９の歯先側に隣接する第５部６０と、を含む。第３部５８及び第５部６０は、歯先へ向かうにつれて第１面５４へ近づくように傾斜している。第４部５９は、第３部５８と第５部６０とを接続している。

第４面６４は、第３部６５と、第３部６５の歯先側に隣接する第４部６６と、第４部６６の歯先側に隣接する第５部６７と、を含む。第３部６５及び第５部６７は、歯先へ向かうにつれて第３面６１へ近づくように傾斜している。第４部６６は、第３部６５と第５部６７とを接続している。第３部５８，６５及び第５部６０，６７は、第２面５７と第４面６４とを押し付ける方向のトルク（コースティングトルク）に応じて遊転ギヤ２４と移動部材３４とを軸方向に離す推力を発生する。

第１歯３２において、駆動軸１１（遊転ギヤ２４の中心軸）を含む平面Ｐと第３部５８とのなす角θ１、及び平面Ｐと第５部６０とのなす角θ２は、平面Ｐと第４部５９とのなす角θ３よりも小さい。平面Ｐと第２部５６とのなす角θ４は、平面Ｐと第４部５９とのなす角θ３よりも小さい。本実施形態では、平面Ｐと第１部５５とのなす角θ５はθ５＞０°である。第２部５６，６３の軸方向の長さは、第３部５８の軸方向の長さと等しい、又は、第３部５８の軸方向の長さよりも短い。

第２歯３５において、駆動軸１１（移動部材３４の中心軸）を含む平面Ｐと第３部６５とのなす角θ１、及び平面Ｐと第５部６７とのなす角θ２は、平面Ｐと第４部６６とのなす角θ３よりも小さい。平面Ｐと第２部６３とのなす角θ４は、平面Ｐと第４部６６とのなす角θ３よりも小さい。本実施形態では平面Ｐと第１部６２とのなす角θ５はθ５＞０°である。

第１歯３２及び第２歯３５において、角θ１及び角θ２は、摩擦力によってロックしない角度より大きく２０°以下が好適である。θ１＜θ３≦９０°である。平面Ｐと第４部５９とのなす角θ３は、平面Ｐと第４部６６とのなす角θ３と同じであっても良いし異なっていても良い。θ４＞θ１、且つ、θ４＞θ２が好適であり、７０°≦θ３≦９０°が好適である。

図３から図７を参照して変速機１０の動作を説明する。図３（ａ）は４速ギヤ２３においてコースティングトルクを伝える変速機１０の模式図である。図３（ｂ）は４速ギヤ２３においてドライブトルクを伝える変速機１０の模式図である。図において移動部材３４及び遊転ギヤ２４の回転方向は、紙面に沿って下向き（矢印Ｒ１方向）である（図４から図９においても同じ）。

図３（ａ）に示すように、シフトドラム４３（図１参照）のカム溝４５に係合部４８が係合している。シフトドラム４３が回転すると、カム溝４５の内側に設けられた第１カム６８及び第２カム７６によって、係合部４８及びシフトアーム４１の軸方向の位置が設定される。第１カム６８は第２カム７６と軸方向に対面する。第１カム６８は、第１歯３２と第２歯３５とがかみ合うように係合部４８を第１の軸方向に移動させる。第２カム７６は、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れるように係合部４８を第２の軸方向に移動させる。第１カム６８の圧力角（係合部４８の運動方向に一致するシフトドラム４３の軸線とカムの法線とのなす角）及び第２カム７６の圧力角は、対面する相手の圧力角に束縛されない独立した値をとる。

第１カム６８は、順に第１平面６９、第１斜面７０、第２斜面７１、第３斜面７２、第２平面７３、第４斜面７４、第５斜面７５、第１平面６９とつながる。第１斜面７０、第２斜面７１、第３斜面７２、第２平面７３、第４斜面７４及び第５斜面７５は、第１平面６９に対して軸方向に突き出ている。第１斜面７０は、第２斜面７１、第３斜面７２、第４斜面７４及び第５斜面７５の回転方向の反対側を向いている。

第１平面６９及び第２平面７３の圧力角は、例えば摩擦角（カムと係合部４８との間の静止摩擦係数の正接に等しい）以上である。第１平面６９及び第２平面７３の圧力角は、第１斜面７０、第２斜面７１、第３斜面７２及び第４斜面７４の圧力角よりも小さい。第１斜面７０の圧力角は、第２斜面７１、第３斜面７２及び第４斜面７４の圧力角よりも大きい。第５斜面７５の圧力角は、第２斜面７１、第３斜面７２及び第４斜面７４の圧力角よりも大きい。第２斜面７１の圧力角は、第２斜面７１に作用する係合部４８の摩擦力によって係合部４８がロックしない角度より大きく、コースティングトルクが作用するときに第２斜面７１に係合部４８が静止する角度以下である。第２斜面７１の圧力角は例えば８°－２０°である。

第２カム７６は、順に第３平面７７、第６斜面７８、第４平面７９、第７斜面８０、第５平面８１、第８斜面８２、第３平面７７とつながる。第６斜面７８、第４平面７９、第７斜面８０、第５平面８１及び第８斜面８２は、第３平面７７に対して軸方向に落ち込んでいる。第６斜面７８は、第７斜面８０及び第８斜面８２の回転方向の反対側を向いている。第３平面７７、第４平面７９及び第５平面８１の圧力角は、例えば摩擦角以上である。第３平面７７、第４平面７９及び第５平面８１の圧力角は、第６斜面７８、第７斜面８０及び第８斜面８２の圧力角よりも小さい。第６斜面７８及び第８斜面８２の圧力角は、第７斜面８０の圧力角よりも大きい。第６斜面７８及び第８斜面８２の圧力角は、第２斜面７１、第３斜面７２及び第４斜面７４の圧力角よりも大きい。

第１平面６９及び第３平面７７は、第１歯３２と第２歯３５とがかみ合わない中立位置に、係合部４８の位置を設定する。第３平面７７及び第６斜面７８は第１平面６９の軸方向に位置する。第４平面７９は第１斜面７０の軸方向に位置する。第７斜面８０は第２斜面７１の軸方向に位置する。第５平面８１は第３斜面７２、第２平面７３及び第４斜面７４の軸方向に位置する。第８斜面８２は第５斜面７５及び第１平面６９の軸方向に位置する。

図３（ａ）に示すように第１歯３２と第２歯３５とがかみ合い、第１歯３２の第３部５８に第２歯３５の第５部６７を押し付けて遊転ギヤ２４から移動部材３４にコースティングトルクを伝えるときは、係合部４８は第２斜面７１に接する。コースティングトルクによって押し付けられた第１歯３２の第３部５８及び第２歯３５の第５部６７は、遊転ギヤ２４と移動部材３４とを軸方向に離す推力を発生する。コースティングトルクによって第３部５８及び第５部６７が生じる軸方向の推力は、通常は、ばね機構５０によりシフトアーム４１に作用する軸方向の力よりも小さい。よってシフトアーム４１は軸方向に移動することなく、シフトアーム４１に結合した係合部４８が第２斜面７１に接した状態で、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いを維持する。

ばね機構５０によりシフトアーム４１に作用する軸方向の力とは、遊転ギヤ２４と移動部材３４とを軸方向に離す推力に抗するようにシフトアーム４１に働くばね５３の力、及び、係合部４８を介して第１カム６８の斜面に生じるシフトドラム４３を回転する力に抗するようにシフトアーム４１に働くばね５３ａの力をいう。

θ４＞θ１、且つ、θ４＞θ２であると、第２面５７と第４面６４とを押し付けるコースティングトルクが負荷されているときに、第３部５８，６５や第５部６０，６７による、第２面５７と第４面６４とを軸方向に離す推力を低減できる。よってシフト以外のときにコースティングトルクを伝え易くできる。

図３（ｂ）に示すように、第１歯３２の第１面５４（図２参照）に第２歯３５の第３面６１を押し付けて移動部材３４から遊転ギヤ２４にドライブトルクが伝わる。第１歯３２の第２部５６に第２歯３５が接する、又は、第２歯３５の第２部６３に第１歯３２が接すると、遊転ギヤ２４と移動部材３４とを軸方向に離す推力が生じる。ドライブトルクによって第２部５６，６３に生じる軸方向の推力が、ばね機構５０がシフトアーム４１に加える軸方向の力Ｅよりも大きいと、移動部材３４及びシフトアーム４１は軸方向に移動する。

θ４＞θ１、且つ、θ４＞θ２であると、小さなドライブトルクで第２部５６，６３により第１面５４と第３面６１とを軸方向に離す推力が得られる。よってシフトアップの変速下段においては、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れ易くなる。

第１歯３２の第１部５５と第２歯３５の第１部６２とが接すると、遊転ギヤ２４と移動部材３４とを軸方向に離す推力が生じなくなる。移動部材３４には、ばね機構５０によって、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いを維持する軸方向の力Ｅが作用する。第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いは、第１部５５と第１部６２との間の摩擦やばね機構５０による軸方向の力Ｅ等によって維持される。

遊転ギヤ２４と移動部材３４とを軸方向に離す推力による移動部材３４及びシフトアーム４１の軸方向の移動に伴い、シフトアーム４１に結合する係合部４８は第１カム６８の第２斜面７１に力を加える。第２斜面７１の圧力角によってシフトドラム４３（図１参照）に回転方向の力が作用する。第２斜面７１の圧力角は、この力によって係合部４８が静止しない角度に設定されているので、第２斜面７１に係合部４８が接した状態でシフトドラム４３は回転して、ばね機構５０がシフトドラム４３に加える回転方向の力と釣り合う位置でシフトドラム４３は静止する。

第１歯３２と第２歯３５との間にコースティングトルクが伝わるときも第１歯３２と第２歯３５との間にドライブトルクが伝わるときも、変速動作中を除き、ばね機構５０によってシフトアーム４１に働く軸方向の力により係合部４８は第１カム６８に接している。従ってコースティングトルクが伝わるときとドライブトルクが伝わるときの切替わり時に第１カム６８や第２カム７６に係合部４８が当たって生じる衝撃を低減できる。

第１歯３２と第２歯３５との間にコースティングトルクが伝わるときにシフトドラム４３は静止しているので、第３部５８，６７のかみ合いが維持される。θ１＜θ３であると第３部５８，６７による軸方向の推力を低減できる。

図４はコースティングトルクを伝える変速機１０の模式図である。第１歯３２の第３部５８に第２歯３５の第５部６７を押し付けて遊転ギヤ２４から移動部材３４にコースティングトルクを伝えているときに（図３（ａ）参照）、過大なコースティングトルクが加わると、第３部５８と第５部６７とによって生じる遊転ギヤ２４と移動部材３４とを軸方向に離す推力によって、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れるおそれがある。第１カム６８には、第１歯３２の第５部６０と第２歯３５の第５部６７とがかみ合うときの軸方向位置に係合部４８の位置を設定する第２平面７３が設けられている。第２平面７３は、第１平面６９に向かって軸方向に下降傾斜する第３斜面７２と第４斜面７４との間に存在する。

第２平面７３の圧力角がほぼ０°のときは、シフトアーム４１に結合する係合部４８が第２平面７３に軸方向の力を加えても、シフトドラム４３（図１参照）に回転方向の力はほとんど作用しない。第１歯３２の第３部５８と第２歯３５の第５部６７とのかみ合いが外れても、第１カム６８の第２平面７３によって、第１歯３２の第５部６０と第２歯３５の第５部６７とのかみ合いを維持できるので、過大なコースティングトルクを伝達できる。

第２平面７３の圧力角が摩擦角以上のときは、係合部４８が第２平面７３に軸方向の力を加えるとシフトドラム４３に回転方向の力が生じる。しかし、遊転ギヤ２４と移動部材３４との間の軸方向の距離が長くなる分、ばね機構５０によりシフトアーム４１に作用する軸方向の力が大きくなるので、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いを維持できる。よってコースティングトルクを伝達できる。

図５及び図６を参照して変速機１０のシフトアップの動作を説明する。一例として４速ギヤ２３から５速ギヤ２６へのシフトアップの動作を説明する。他の段の変速動作もこれと同様なので、他の段のシフトアップの動作は説明を省略する。

図５は４速ギヤ２３から５速ギヤ２６へシフトアップ途中の変速機１０の模式図である。図６は５速ギヤ２６へシフトアップ終了時の変速機１０の模式図である。図５の矢印Ｒ２は、シフトドラム４３（図１参照）の回転方向を示す（図６から図９においても同じ）。５速ギヤ２６では、シフトドラム４３が回転すると、カム溝４４に係合部４７がガイドされたシフトアーム４０を介して移動部材３４は軸方向に移動する。カム溝４４は、カム溝４５と同様に、第１カム６８及び第２カム７６が設けられている。

図５に示すように４速ギヤ２３では、シフトドラム４３が回転すると、第７斜面８０から第５平面８１に係合部４８が移動し、ばね機構５０による軸方向の力Ｅに抗して、遊転ギヤ２４から軸方向に移動部材３４が離される。これにより第１歯３２の第１部５５と第２歯３５の第１部６２とが接し、ドライブトルクが伝わる。移動部材３４には、ばね機構５０によって、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いを維持する軸方向の力Ｅが作用する。

５速ギヤ２６では、遊転ギヤ２７の第１歯３２と移動部材３４の第２歯３５とがかみ合わない中立位置からシフトドラム４３が回転すると、第１平面６９に接していた係合部４７は、第１斜面７０に押されて軸方向に移動する。係合部４７の移動に伴い、移動部材３４は遊転ギヤ２７に近づく。第１斜面７０の圧力角は、第１カム６８の第２斜面７１、第３斜面７２及び第４斜面７４の圧力角よりも大きいので、シフトドラム４３の回転に伴い、第１歯３２と第２歯３５とを速くかみ合わせることができる。

４速ギヤ２３の第１歯３２と第２歯３５とがかみ合った状態で、５速ギヤ２６の第１歯３２と第２歯３５とがかみ合うと、各ギヤ比により４速ギヤ２３はコースト状態、５速ギヤ２６はドライブ状態となる。５速ギヤ２６では第１歯３２の第１部５５と第２歯３５の第１部６２とが接するので、遊転ギヤ２７と移動部材３４とが軸方向へ離れる推力が生じない。よってシフトドラム４３がさらに回転すると、第１カム６８の第１斜面７０に係合部４７が押されて移動部材３４が遊転ギヤ２７へより近づき、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが速く深くなる。

４速ギヤ２３の第１歯３２と第２歯３５との間のトルクの向きがドライブトルクからコースティングトルクに変わると、第１歯３２の第１部５５と第２歯３５の第１部６２とのかみ合いから、第１歯３２の第４部５９と第２歯３５とのかみ合いに変わり、遊転ギヤ２４と移動部材３４とが軸方向に離れる推力が生じる。θ３＞θ１なので、第２部５６により、軸方向に移動する移動部材３４から係合部４８までの部材の運動エネルギーを低減できる。よってシフト装置３６に生じる衝撃や異音を低減できる。

４速ギヤ２３では、シフトドラム４３が回転すると、第２カム７６の第８斜面８２に係合部４８が押され、遊転ギヤ２４から移動部材３４が軸方向に離れ、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れる。第８斜面８２の圧力角は、第１カム６８の第２斜面７１、第３斜面７２及び第４斜面７４の圧力角よりも大きいので、シフトドラム４３の回転に伴い、第１歯３２から第２歯３５を速く離すことができる。

図６に示すようにシフトアップ終了時において、４速ギヤ２３の係合部４８は第１カム６８の第１平面６９に接し、５速ギヤ２６の係合部４７は第２斜面７１と第７斜面８０との間に位置する。

４速ギヤ２３において、第１歯３２の第１部５５と第２歯３５の第１部６２とが接する状態では（図５参照）、第１歯の第３部５８と第２歯３５の第５部６７との間に周方向の隙間ができる。第１歯３２の第１部５５と第２歯３５の第１部６２とが接した状態から第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れる。第１歯３２の第２面５７に第２歯３５の第４面６４が当たるよりも速く、第２カム７６の運動によって移動部材３４が移動するように、第８斜面８２の圧力角、及び、隣り合う第１歯３２の第１部５５と第５部６０との間の周方向の距離Ｓ（図２参照）が設定されている。第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れるときに、第１歯３２に第２歯３５の歯先が当たらないようにできるので、第１歯３２の第２面５７の摩耗や第２歯３５の歯先の摩耗を低減できる。

さらに第２面５７に生じるスラスト力を利用して第２歯３５のかみ合いを外す場合に比べ、第２面５７によって移動部材３４の軸方向の速度が速くならないようにできる。移動部材３４から係合部４８までの部材の運動エネルギーを低減できるので、移動部材３４から係合部４８までの部材が必要とする機械的強度、及び、移動部材３４を静止させるための機構が必要とする機械的強度を低減できる。これに伴い、移動部材３４が静止するときに生じる異音を低減できる。

４速ギヤ２３では、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れるときに、第１歯３２の第４部５９及び第５部６０に第２歯３５が触れずに、第１歯３２から第２歯３５が離れる。これは第２歯３５を第１歯３２から軸方向に離す第２カム７６の圧力角やシフトドラム４３の回転速度、第１歯３２の回転数、第１歯３２から第２歯３５を軸方向に離すために移動部材３４に作用するばねの弾性力等を考慮して、第４部５９，６６の周方向の長さ、歯元から歯先までの第１歯３２の軸方向の高さ、及び、第１部６２から第５部６７までの第２歯３５の周方向の長さを決めることにより実現できる。第１歯３２及び第２歯３５に第４部５９，６６があるので、距離Ｓを確保し、これを実現できる。

なお、シフトアップのときの変速下段（４速ギヤ２３）において第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れるときに第４部５９，６６に歯が当たるときは、角θ３は７０°以上９０°以下が好適である。移動部材３４の運動エネルギーを低減できるので、かみ合いが外れるときの移動部材３４の軸方向の速度が速くならないようにできるからである。

４速ギヤ２３では、第２歯３５と第１歯３２との間に働くトルクの向きが変わるときに係合部４８は第１カム６８に接しているので（図３（ａ）及び図３（ｂ）参照）、先行技術のように第１カム６８と第２カム７６との間に係合部４８が軸方向に移動できる隙間がある場合に比べ、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れるときの移動部材３４の初速を制御できる。これにより移動部材３４から係合部４８までの部材の運動エネルギーを制御できるので、移動部材３４から係合部４８までの部材が必要とする機械的強度や、かみ合いが外れた移動部材３４を静止させるための機構が要する機械的強度を低減できる。

図６及び図７を参照して変速機１０のシフトダウンの動作を説明する。一例として５速ギヤ２６から４速ギヤ２３へのシフトダウンの動作について説明する。他の段の変速動作もこれと同様なので、他の段のシフトダウンの動作は説明を省略する。図７は５速ギヤ２６から４速ギヤ２３へシフトダウン途中の変速機１０の模式図である。

図６に示すように５速ギヤ２６では、第１歯３２と第２歯３５とがかみ合い、ドライブトルクによって第１歯３２の第１部５５と第２歯３５の第１部６２とが押し付けられている。図７に示すように、４速ギヤ２３へのシフトダウンのためにシフトドラム４３が回転すると、中立位置において第１平面６９に接していた４速ギヤ２３の係合部４８は、第５斜面７５、第４斜面７４の順に押されて軸方向に移動する。係合部４８の軸方向の移動に伴い、移動部材３４は遊転ギヤ２４に近づく。第４斜面７４の圧力角よりも圧力角が大きい第５斜面７５によって、シフトドラム４３の回転に伴い、第１歯３２と第２歯３５とを速く近づけることができる。

第４斜面７４に係合部４８が押されて移動部材３４が遊転ギヤ２４に近づくと、４速ギヤ２３では第１歯３２の第５部６０に第２歯３５の第５部６７が当たりながら第１歯３２と第２歯３５とがかみ合い始める。平面Ｐ（図２参照）と第５部６０，６７とのなす角θ２は、平面Ｐと第４部５９，６６とのなす角θ３よりも小さいので、第４部５９，６６同士が当たりながら第１歯３２と第２歯３５とがかみ合い始める場合に比べ、移動部材３４の接近を妨げるスラスト力を小さくできる。シフトドラム４３を回転するアクチュエータ（図示せず）の出力が小さくても、かみ合いを妨げるスラスト力に抗して係合部４８を軸方向に移動させることができるので、アクチュエータを小型化できる。

第５斜面７５の圧力角よりも圧力角が小さい第１カム６８の第４斜面７４によって、シフトドラム４３の回転に伴い係合部４８を軸方向に移動させ４速ギヤ２３の第１歯３２と第２歯３５とをかみ合わせるので、第５斜面７５によって係合部４８を軸方向に移動させる場合に比べ、第１カム６８が係合部４８に加える軸方向の力を大きくできる。これにより第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いを妨げるスラスト力に抗して、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いを深くできる。

５速ギヤ２６では、シフトドラム４３の回転によって第２カム７６の第６斜面７８に係合部４７が押され、シフトアーム４０及び移動部材３４が軸方向に移動する。これにより第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れる。第６斜面７８の圧力角は、第４斜面７４の圧力角よりも大きいので、シフトドラム４３の回転に伴い、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いを速く外すことができる。

第１カム６８及び第２カム７６は、シフトドラム４３の回転に伴い、５速ギヤ２６（変速上段）の第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れたときに、４速ギヤ２３（変速下段）の第１歯３２と第２歯３５とがかみ合うように設けられている。よって切れ目のないシフトダウンができる。

第１カム６８の第２平面７３の圧力角は、第１カム６８の第３斜面７２や第４斜面７４の圧力角より小さいので、シフトドラム４３がさらに回転して、４速ギヤ２３において角θ３が大きな第４部５９，６６同士が接するときに、伝達トルクをゼロにしなくても、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いを深くできる。よって変速下段のトルク切れを防止できる。

４速ギヤ２３では、シフトドラム４３がさらに回転すると第３斜面７２に係合部４８が押され、第２歯３５の歯先が、第１歯３２の第４部５９の軸方向位置に到達する。シフトドラム４３がさらに回転すると第２斜面７１に係合部４８が押され、第２歯３５の歯先が、第１歯３２の第３部５８の軸方向位置に到達する。これにより第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いがさらに深くなる。

図８及び図９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、シフトドラム４３の回転に伴い、５速ギヤ２６の第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れたときに、４速ギヤ２３の第１歯３２と第２歯３５とがかみ合うように第１カム６８及び第２カム７６が設けられる場合について説明した。これに対し第２実施形態では、４速ギヤ２３の第１歯３２と第２歯３５とがかみ合うと、５速ギヤ２６の第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れるように第１カム９０及び第２カム９４が設けられている場合について説明する。第１実施形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。

図８は第２実施の形態における変速機１０のシフトダウン開始時の模式図である。図９はシフトダウン途中の変速機１０の模式図である。第１カム９０及び第２カム９４は、シフトドラム４３（図１参照）のカム溝４４，４５にそれぞれ設けられている。

図８に示すように、カム溝４４，４５に係合部４７，４８がそれぞれ係合している。シフトドラム４３が回転すると、カム溝４４，４５の内側に設けられた第１カム９０及び第２カム９４によって、係合部４７，４８及びシフトアーム４０，４１の軸方向の位置がそれぞれ設定される。第１カム９０は第２カム９４と軸方向に対面する。第１カム９０は、第１歯３２と第２歯３５とがかみ合うように係合部４７，４８を軸方向に移動させる。第２カム９４は、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れるように係合部４７，４８を軸方向に移動させる。

第１カム９０は、順に第１平面６９、第９斜面９１、第６平面９２、第１０斜面９３、第２斜面７１、第３斜面７２、第２平面７３、第４斜面７４、第５斜面７５、第１平面６９とつながる。第９斜面９１、第６平面９２、第１０斜面９３、第２斜面７１、第３斜面７２、第２平面７３、第４斜面７４及び第５斜面７５は、第１平面６９に対して軸方向に突き出ている。第９斜面９１及び第１０斜面９３は、第２斜面７１、第３斜面７２、第４斜面７４及び第５斜面７５の回転方向の反対側を向いている。第６平面９２の圧力角はほぼ０°である。第６平面９２は、第２斜面７１のうち第１平面６９に最も近い部分の軸方向の位置と同じ位置に設けられている。第９斜面９１の圧力角は、第１０斜面９３の圧力角よりも大きい。第１０斜面９３の圧力角は、第２斜面７１、第３斜面７２及び第４斜面７４の圧力角よりも大きい。

第２カム９４は、順に第３平面７７、第１１斜面９５、第４平面７９、第７斜面８０、第５平面８１、第８斜面８２、第３平面７７とつながる。第１１斜面９５、第４平面７９、第７斜面８０、第５平面８１及び第８斜面８２は、第３平面７７に対して軸方向に落ち込んでいる。第１１斜面９５は、第７斜面８０及び第８斜面８２の回転方向の反対側を向いている。第１１斜面９５及び第８斜面８２の圧力角は、第７斜面８０の圧力角よりも大きい。第１１斜面９５及び第８斜面８２の圧力角は、第２斜面７１、第３斜面７２及び第４斜面７４の圧力角よりも大きい。第９斜面９１、第６平面９２及び第１０斜面９３の軸方向に第４平面７９が位置する。第１１斜面９５の軸方向に第１平面６９が位置する。

図８に示すようにシフトドラム４３が回転すると、第１カム９０の第２斜面７１と第２カム９４の第７斜面８０との間にあった５速ギヤ２６の係合部４７は、第１カム９０の第６平面９２に接するまで移動する。４速ギヤ２３の係合部４８は第１カム９０の第１平面６９に接している。５速ギヤ２６の遊転ギヤ２７から移動部材３４にコースティングトルクが伝わると、第１歯３２の第２面５７に第２歯３５の第４面６４が押し付けられて生じるスラスト力により遊転ギヤ２７から軸方向に移動部材３４が離れ、第１歯３２の第５部６０に第２歯３５の第５部６７が接する。第１カム９０の第６平面９２に係合部４７が接するために移動部材３４の軸方向の移動が制限されるので、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが維持され、コースティングトルクが伝達される。

図９に示すようにシフトドラム４３がさらに回転すると、第４ギヤ２３の係合部４８は第１カム９０に押されて軸方向に移動する。５速ギヤ２６の係合部４７は第６平面９２から外れる。第４ギヤ２３では、係合部４８の軸方向の移動に伴い、第１歯３２に第２歯３５がかみ合う。５速ギヤ２６は４速ギヤ２３より速く回転するので、４速ギヤ２３の第１歯３２と第２歯３５とがかみ合うと、５速ギヤ２６の第１歯３２の第５部６０と第２歯３５の第５部６７とが押し付け合って生じるスラスト力により、第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いが外れる。これにより切れ目のないシフトダウンができる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明はこの実施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。例えば、変速機１の変速段の数、シフトドラム４３に設けられたカム溝４４，４５の形状、第１歯３２及び第２歯３５の形状などは適宜設定できる。

実施形態では、変速機１０を自動車に搭載する場合について説明したが、これに限られるものではなく、建設機械、産業車両、農業機械等に変速機１０を搭載することは当然可能である。この場合も変速機１０により変速のときのトルク切れを解消できる。その結果、コーナリング中のシフトダウン等において操縦安定性を確保できると共に、駆動軸１１の空回りをなくし燃費を改善できる。

実施形態では、第１歯３２の第１面５４に第２部５６が設けられ、且つ、第２歯３５の第３面６１に第２部６３が設けら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。第２部５６，６３の片方を省略することは当然可能である。

実施形態では、ばね機構５０が、シフトアーム４０，４１，４２の外周に設けられた凹み５１に係合するボール５２をばね５３で押し付け、シフトアーム４０，４１，４２に軸方向の力を加えるもの（以下「第１機構」と称す）、及び、シフトドラム４３の外周に設けられた凹み５１ａに係合するボール５２ａをばね５３ａで押し付け、シフトドラム４３に回転方向の力を加えるもの（以下「第２機構」と称す）を備え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。例えば第１機構、第２機構の片方を省略することは当然可能である。

第１機構に代えて、又は、第１機構に加えて、シフトアーム４０とシフトフォーク３７との間、シフトアーム４１とシフトフォーク３８との間、及び、シフトアーム４２とシフトフォーク３９との間に、シフトフォークに軸方向の弾性力を加えるばねを配置することは当然可能である。この場合、シフトアーム４０，４１，４２の軸方向の移動に伴い、ばねが、シフトフォーク３７，３８，３９を介して第１歯３２と第２歯３５とのかみ合いを外す方向の弾性力を加える。

第２機構に代えて、又は、第２機構に加えて、シフトドラム４３を回転駆動するアクチュエータにばね式のブレーキモータを採用することは当然可能である。この場合もアクチュエータのばねによってシフトドラム４３に回転方向の力が加わる。

実施形態では、第１歯３２の第１部５５が、歯元へ向かうにつれて第２面５７へ近づくように傾斜しており、第２歯３５の第１部６２が、歯元へ向かうにつれて第４面６４へ近づくように傾斜している場合について説明した（θ５＞０°）。しかし、これに限られるものではない。当然θ５＝０°でも良い。第１部５５，６２同士が接触してトルクを伝達しているときに、そのトルクによる力の軸方向の成分と、第１部５５，６２の間に生じる摩擦力のうちの軸方向の成分と、の合力が、移動部材３４を遊転ギヤ２４，２７から離隔させる方向に作用しなければ良い。この関係を満たせば、第１部５５，６２は逆向きに傾斜していても良い。

１０ 変速機
１１ 駆動軸（軸）
２４，２７ 遊転ギヤ（ギヤ）
３２ 第１歯
３４ 移動部材
３５ 第２歯
５４ 第１面
５５ 第１部
５６ 第２部
５７ 第２面
５８ 第３部
５９ 第４部
６０ 第５部
６１ 第３面
６２ 第１部
６３ 第２部
６４ 第４面
６５ 第３部
６６ 第４部
６７ 第５部
Ｐ 平面

Claims (4)

1. 第１歯が設けられ軸に配置されたギヤを前記軸に選択的に結合する変速機であって、
   前記第１歯にかみ合う第２歯が設けられた移動部材を備え、
   前記第１歯は、周方向の一方を向く第１面と、周方向の他方を向く第２面と、を備え、
   前記第２歯は、前記移動部材が軸方向に移動して前記第１歯と前記第２歯とがかみ合うときに前記第１面の少なくとも一部に対面する第３面と、前記移動部材が軸方向に移動して前記第１歯と前記第２歯とがかみ合うときに前記第２面の少なくとも一部に対面する第４面と、を備え、
   前記第１面および前記第３面は、前記第１面と前記第３面とを押し付ける方向のトルクを伝える第１部を含み、
   前記第１面および前記第３面の少なくとも一方は、前記第１部の歯元側に隣接する第２部を含み、
   前記第２面および前記第４面は、第３部と、前記第３部の歯先側に隣接する第４部と、前記第４部の歯先側に隣接する第５部と、を含み、
   前記第２部は、前記第１面と前記第３面とを押し付ける方向のトルクに応じて前記ギヤと前記移動部材とを軸方向に離す推力を発生し、
   前記第３部および前記第５部は、前記第２面と前記第４面とを押し付ける方向のトルクに応じて前記ギヤと前記移動部材とを軸方向に離す推力を発生し、
   前記軸を含む平面と前記第３部とのなす角θ１、及び、前記平面と前記第５部とのなす角θ２は、前記平面と前記第４部とのなす角θ３よりも小さい変速機。
2. 前記平面と前記第２部とのなす角θ４は、前記角θ１及び前記角θ２よりも大きい請求項１記載の変速機。
3. 前記角θ１及び前記角θ２は２０°以下である請求項１又は２に記載の変速機。
4. 前記角θ３は７０°以上９０°以下である請求項１から３のいずれかに記載の変速機。

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