JPWO2008062718A1 - 変速機及び変速方法 - Google Patents

Abstract

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、かつ動力を効率的に伝達することができる変速機及び変速方法を提供する。入力部材１２と出力部材１４との間に、第１及び第２のクラッチ４０，４２を介して第１及び第２の歯車要素対１６，１７が配置され、非円形歯車要素対用クラッチ４４を介して非円形歯車要素対１８が配置されている。非円形歯車要素対１８は、入力部材１２と出力部材１４との間に第１の歯車要素対１６が連結されたときの第１の減速比と等しくなる第１の噛み合い区間と、第２の歯車要素対１７が連結されたときの第２の減速比と等しくなる第２の噛み合い区間とを含む。入力部材１２と出力部材１４との間に連結する歯車要素対１６，１７を切り替えるとき、過渡的に入力部材１２と出力部材１４との間に非円形歯車要素対１８を連結する。

Description

本発明は変速機及び変速方法に関し、詳しくは、減速比を切り替える変速機及び変速方法に関する。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。

現在では、例えば、自動車のオートマチックトランスミッションなど、減速比を多段階に変えることが可能な変速機はすでに数多く開発され、確立された機械となりつつある（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
特開２００１−１４６９６４号公報 社団法人日本機械学会編、「機械工学便覧 デザイン編 β４ 機械要素・トライボロジー」、初版、社団法人日本機械学会、２００５年１０月２５日、ｐ．８３

現在、大多数のロボットは、減速比が一定の減速機を装備した電動モータによって駆動されている。この電動モータは、大トルク発生時には低速回転し、低トルク発生時には高速回転する特性を有しているが、その対応範囲は狭い。また、減速比が一定の場合、この減速比は、通常、最大負荷時においても作業可能なように大きいものが選択されるため、無負荷時においても速度が制限されてしまい、作業効率が落ちるという問題があった。そのため、広い速度範囲で効率よくモータを駆動させるためには、必要に応じて減速比を変える変速機が必要である。

ロボットにおいては、負荷状態において減速比を変えることが求められ、減速比を変える過程においても負荷を支持し続けることが必要である。さらに、高精度に作業を行う必要があることから、減速比を変えるときにおいても正確な回転角度の伝達が求められている。また、回転を止めることなく減速比を変えることが要求されている。

一方、自動車、自転車では、すでに変速機が使われているが、減速比を変える際に動力を効率よく伝達することが課題となっている。

通常、減速比の異なる歯車対を同時に噛み合わせて回転させることはできないため、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はできない。また、通常の自動車などの変速機では、減速比を変える前には、これから締結する歯車と軸の回転速度が異なるため、摩擦を利用してこれらを一致させていることから、歯車と軸の間には大きな滑りが生じ、正確な回転角度の伝達は困難であり、動力の伝達効率も悪い。

本発明は、かかる実情に鑑み、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、かつ動力を効率的に伝達することができる、変速機及び変速方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記技術的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、回転可能に支持された入力部材と出力部材との間にそれぞれ配置された、少なくとも２組の歯車要素対である第１の歯車要素対及び第２の歯車要素対と、前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも２組の前記歯車要素対をそれぞれ解除可能に連結する、少なくとも２組のクラッチである第１のクラッチ及び第２のクラッチとを備える。この変速機は、前記入力部材と前記出力部材との間に配置された、少なくとも１組の非円形歯車要素対と、前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも１組の前記非円形歯車要素対を解除可能に連結する、少なくとも１組の非円形歯車要素対用クラッチとを備える。前記非円形歯車要素対は、（ａ）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前記第１の歯車要素対が連結されたときの前記第１の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第１の減速比と等しくなる第１の噛み合い区間と、（ｂ）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前記第２の歯車要素対が連結されたときの前記第２の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第２の減速比と等しくなる第２の噛み合い区間とを含む。

この変速機は、例えば、（１）前記第１（又は第２）のクラッチが前記入力部材と前記出力部材との間に前記第１（又は第２）の歯車要素対を連結し、前記第１（又は第２）の減速比で噛み合う状態において、前記非円形歯車要素対が前記第１（又は第２）の噛み合い区間で噛み合うときに、前記非円形歯車要素対用クラッチが前記入力部材と前記出力部材との間に前記非円形歯車要素対を連結し、（２）次いで、前記第１（又は第２）の歯車要素対が前記第１（又は第２）の減速比で噛み合いを継続している間に、かつ、前記非円形歯車要素対が前記第１（又は第２）の噛み合い区間で噛み合いを継続している間に、前記第１（又は第２）のクラッチが前記第１（又は第２）の歯車要素対の連結を解除し、（３）次いで、前記非円形歯車要素対が前記第２（又は第１）の噛み合い区間で噛み合う状態において、かつ、前記第２（又は第１）の歯車要素対が前記第２（又は第１）の減速比で噛み合う状態において、前記第２（又は第１）のクラッチが前記入力部材と前記出力部材との間に前記第２（又は第１）の歯車要素対を連結し、（４）次いで、前記非円形歯車要素対が前記第２（又は第１）の噛み合い区間で噛み合いを継続している間に、かつ、前記第２（又は第１）の歯車要素対が前記第２（又は第１）の減速比で噛み合いを継続している間に、前記非円形歯車要素対用クラッチが前記非円形歯車要素対の連結を解除することにより、前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が変わる。

上記構成において、歯車要素対と非円形歯車要素対とが入力部材と出力部材との間に同時に連結されているときにそれぞれの減速比が同じであれば、回転を止めることなく負荷を支持しつつ、入力部材と出力部材との間に連結される歯車要素対を切り替えることが可能であるので、歯車要素対と非円形歯車要素対とが同時に入力部材と出力部材との間に連結されているときのそれぞれの減速比は、同期しながら変化してもよい。すなわち、第１の減速比や第２の減速比は一定でなくてもよい。

上記構成によれば、入力部材と出力部材との間に第１（又は第２）の歯車要素対が連結された第１（又は第２）の減速比の状態と、入力部材と出力部材との間に第２（又は第１）の歯車要素対が連結された第２（又は第１）の減速比の状態とを切り替える際に、過渡的に入力部材と出力部材との間に非円形歯車要素対が連結されるようにすることで、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、かつ動力を効率的に伝達することができる。

なお、本発明において、「歯車要素」は広く歯を有する要素を意味し、歯車だけでなく、スプロケットやプーリ等も含まれる。「歯車要素対」は、歯車要素の歯が直接噛み合う場合に限らず、中間歯車、歯付きベルトやチェーン等を介して間接的に噛み合い、連動する場合も含まれる。「歯車要素対」は、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、スプロケット等に限らず、かさ歯車や内歯歯車、遊星歯車装置等によって構成することも可能である。遊星歯車装置で歯車要素対を構成する場合、太陽歯車、内歯歯車、キャリヤの内、いずれか一つを固定し、他の一つに入力部材の回転を伝達し、別の一つの回転を出力部材に伝達すればよい。

好ましい一態様としては、少なくとも３組の前記歯車要素対と、少なくとも３組の前記クラッチと、少なくとも２組の前記非円形歯車要素対と、少なくとも２組の前記非円形歯車要素対用クラッチとを備える。

この場合、３組以上の歯車要素対によって、例えば、入力部材と出力部材との間の減速比を３段以上（例えば、小減速比、中減速比、大減速比）とすることができ、少なくとも２組の非円形歯車要素対を用いて円滑に減速比を切り替えることができる。例えば、ある回転方向に入力部材が回転する場合に、第１の非円形歯車要素対は、小減速比、中減速比、大減速比の順に噛み合い区間を有し、この順に減速比の変化を繰り返し、第２の非円形歯車要素対は、大減速比、中減速比、小減速比の順に噛み合い区間を有し、この順に減速比の変化を繰り返すようにしておき、小減速比から中減速比、中減速比から大減速比に減速比を変えるときには第１の非円形歯車要素対を用い、大減速比から中減速比、中減速比から小減速比に減速比を変えるときには第２の非円形歯車要素対を用いる。あるいは、第１の非円形歯車要素対は、小減速比と中減速比となる噛み合い区間を有し、第２の非円形歯車要素対は、大減速比と中減速比となる噛み合い区間を有するようにしておき、小減速比から中減速比、中減速比から小減速比に減速比を変えるときには第１の非円形歯車要素対を用い、大減速比から中減速比、中減速比から大減速比に減速比を変えるときには第２の非円形歯車要素対を用いる。

好ましくは、前記歯車要素対は、円形歯車要素同士が噛み合う。

この場合、入力部材と出力部材との間に歯車要素対が連結されているときの減速比が変化する場合、すなわち歯車要素対が非円形歯車要素で構成される場合よりも、構成が簡単になり、入力部材と出力部材との間の減速比の切り替えも容易である。

好ましくは、前記歯車要素対の一方の歯車要素は、前記入力部材又は前記出力部材のいずれか一方に相対回転可能な状態で支持される。前記歯車要素対の他方の歯車要素は、前記入力部材又は前記出力部材のいずれか他方に相対回転不可能な状態で固定される。前記クラッチは、前記歯車要素対の前記一方の歯車要素を、前記入力部材又は前記出力部材の前記いずれか一方に、解除可能に結合する。前記非円形歯車要素対の一方の非円形歯車要素は、前記入力部材又は前記出力部材のいずれか一方に相対回転可能な状態で支持される。前記非円形歯車要素対の他方の非円形歯車要素は、少なくとも前記入力部材と前記出力部材との間に連結される前記歯車要素対が切り替えられるときに前記入力部材又は前記出力部材のいずれか他方に相対回転不可能な状態で固定される。前記非円形歯車要素対用クラッチは、少なくとも、前記非円形歯車要素対の前記一方の非円形歯車要素を、前記入力部材又は前記出力部材の前記いずれか一方に、解除可能に結合する。前記クラッチ及び前記非円形歯車要素対用クラッチの少なくとも一つが、噛み合いクラッチである。

入力部材と出力部材との間に第１（又は第２）の歯車要素対が連結され、第１（又は第２）の減速比で噛み合うとき、非円形歯車要素対は、入力部材と出力部材との間に連結されていなくても、第１（又は第２）の噛み合い区間において第１（又は第２）の減速比となり、非円形歯車要素対用クラッチの駆動側と被動側との回転速度が等しくなる。非円形歯車要素対が入力部材と出力部材との間に連結され、第１（又は第２）の噛み合い区間において噛み合っているとき、入力部材と出力部材との間に第１（又は第２）の歯車要素対が連結されていなくても、第１（又は第２）の歯車要素対は少なくとも一部の噛み合い区間において第１（又は第２）の減速比で回転し、第１（又は第２）のクラッチの駆動側と被動側との回転速度が等しくなる。したがって、クラッチ及び非円形歯車要素対用クラッチに、例えば駆動側と被動側とが軸方向に接離して駆動側と被動側とが機械的に噛み合うドグクラッチのような噛み合いクラッチを用いることが可能であり、クラッチの滑りが発生しないようにすることができる。

好ましくは、前記クラッチ及び前記非円形歯車要素対用クラッチをそれぞれ駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備える。

この場合、制御装置により、入力部材と出力部材との間の減速比の切り替えを自動化することができる。

好ましくは、前記非円形歯車要素対の各非円形歯車要素に並列して摺接部材を設ける。前記摺接部材は、それぞれ、前記各非円形歯車要素と一体となって回転し、かつ、外周面同士が摩擦接触する。

この場合、非円形歯車要素のバックラッシ分の自由な動きを、摺接部材の外周面同士の摩擦接触によって、ある程度制限する。これにより、非円形歯車要素の振動を低減することができる。

好ましくは、前記非円形歯車要素対用クラッチは、前記入力部材と前記非円形歯車要素対との間の結合と、前記非円形歯車要素対と前記出力部材との間の結合とを、両方同時に解除可能である。

この場合、非円形歯車要素対への入力部材と出力部材の両方からの回転の伝達を遮断することにより、非円形歯車要素対を使用しない場合には、非円形歯車要素対の回転を停止させ、非円形歯車要素対の回転に起因する振動が発生しないようにすることができる。

また、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方法を提供する。

変速方法は、回転する入力部材と出力部材との間の減速比を変える変速方法である。変速方法は、（１）前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも一部の噛み合い区間で第１（又は第２）の減速比で噛み合う第１（又は第２）の歯車要素対を連結している状態において、前記入力部材と前記出力部材との間に、前記第１（又は第２）の歯車要素対と同時に前記第１（又は第２）の減速比で噛み合う状態で非円形歯車要素対を連結する、第１の工程と、（２）前記非円形歯車要素対と前記第１（又は第２）の歯車要素対とが同時に前記第１（又は第２）の減速比の噛み合いを継続している間に、前記第１（又は第２）の歯車要素対について、前記入力部材と前記出力部材との間の連結を解除する、第２の工程と、（３）前記非円形歯車要素対が第２（又は第１）の減速比で噛み合う状態において、前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも一部の噛み合い区間で前記第２（又は第１）の減速比で噛み合う第２（又は第１）の歯車要素対を、前記非円形歯車要素対と同時に前記第２（又は第１）の減速比で噛み合う状態で連結する、第３の工程と、（４）前記非円形歯車要素対と前記第２（又は第１）の歯車要素対が同時に前記第２（又は第１）の減速比の噛み合いを継続している間に、前記非円形歯車要素対について、前記入力部材と前記出力部材との間の連結を解除する、第４の工程と、を備える。

上記方法によれば、入力部材と出力部材との間に第１（又は第２）の歯車要素対が連結された第１（又は第２）の減速比の状態と、入力部材と出力部材との間に第２（又は第１）の歯車要素対が連結された第２（又は第１）の減速比の状態とを切り替える際に、過渡的に入力部材と出力部材との間に非円形歯車要素対が連結されるようにすることで、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、かつ動力を効率的に伝達することができる。

なお、歯車要素対と非円形歯車要素対とが入力部材と出力部材との間に同時に連結されているときにそれぞれの減速比が同じであれば、回転を止めることなく負荷を支持しつつ、入力部材と出力部材との間に連結される歯車要素対を切り替えることが可能であるので、歯車要素対と非円形歯車要素対とが同時に入力部材と出力部材との間に連結されるときに、それぞれの減速比は同期しながら変化してもよい。すなわち、第１の減速比や第２の減速比は一定でなくてもよい。

好ましくは、前記歯車要素対の一方の歯車要素が配置される前記入力部材の第１部分と前記非円形歯車要素対の一方の非円形歯車要素が配置される前記入力部材の第２部分との間を回転伝達可能に結合する入力側増減速装置と、前記歯車要素対の他方の歯車要素が配置される前記出力部材の第１部分と前記非円形歯車要素対の他方の非円形歯車要素が配置される前記出力部材の第２部分との間を回転伝達可能に結合する出力側増減速装置とを備える。

上記構成において、入力部材の第１部分の回転は、入力部材の第１部分と入力部材の第２部分との間に配置された入力側増減速装置により減速（又は、増速）され、非円形歯車要素対側の入力部材の第２部分に伝達される。入力部材の第２部分の回転は、非円形歯車要素対を介して、出力部材の第２部分に伝達される。出力部材の第２部分の回転は、出力部材の第２部分と出力部材の第１部分との間に配置された出力側増減速装置により増速（又は、減速）され、歯車要素対側の出力部材の第１部分に伝達される。

上記構成において、増減速装置により、入力部材と出力部材との間に連結する歯車要素対を切り換える際に、非円形歯車要素対が入力部材と出力部材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、短く）することができる。

上記構成によれば、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要素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要素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。

好ましくは、前記クラッチは、ワンウェイクラッチを含む。

ワンウェイクラッチは、ある方向の回転を正方向回転とする場合に、入力側が出力側よりも正方向に速く回転しようとするときに、入力側の回転を出力側に伝達する。すなわち、ワンウェイクラッチはＯＮになる。一方、入力側が出力側よりも正方向に遅く回転するときには、入力側と出力側とはそれぞれ独立に回転する。すなわち、ワンウェイクラッチはＯＦＦになる。

ワンウェイクラッチを用いると、クラッチのＯＮ／ＯＦＦ切り換えが自動的に行われるようにすることができるので、クラッチ制御を簡単にすることができる。

好ましくは、前記歯車要素対のうち最も減速比が大きい前記歯車要素対を前記入力部材と前記出力部材との間に解除可能に連結する前記クラッチが、ワンウェイクラッチである。

上記構成において、最も減速比が大きい歯車要素対のワンウェイクラッチがＯＮになった状態、すなわち、変速機の減速比が最も大きい状態で変速機の減速比を切り換えると、減速比が小さくなるため、ワンウェイクラッチの出力側の回転が入力側よりも速くなり、ワンウェイクラッチは自動的にＯＦＦとなる。逆に、変速機の減速比を最も大きくする場合、減速比の切り換えに用いた非円形歯車要素対のクラッチをＯＦＦにした段階で、ワンウェイクラッチは自動的にＯＮになる。

上記構成によれば、最も減速比が大きい歯車要素対についてクラッチのＯＮ／ＯＦＦが自動的に行われるので、クラッチ制御を簡単にすることができる。

また、本発明は、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出力部材との間にそれぞれ配置された、少なくとも２組の歯車要素対である第１の歯車要素対及び第２の歯車要素対と、（ｂ）前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも２組の前記歯車要素対をそれぞれ解除可能に連結する、少なくとも２組のクラッチである第１のクラッチ及び第２のクラッチと、（ｃ）前記入力部材と前記出力部材との間に配置された、少なくとも１組の非円形歯車要素対と、（ｄ）前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも１組の前記非円形歯車要素対を解除可能に連結する、少なくとも１組の非円形歯車要素対用クラッチと、（ｅ）前記歯車要素対の一方の歯車要素が配置される前記入力部材の第１部分と前記非円形歯車要素対の一方の非円形歯車要素が配置される前記入力部材の第２部分との間を回転伝達可能に結合する入力側増減速装置と、（ｆ）前記歯車要素対の他方の歯車要素が配置される前記出力部材の第１部分と前記非円形歯車要素対の他方の非円形歯車要素が配置される前記出力部材の第２部分との間を回転伝達可能に結合する出力側増減速装置とを備える。前記非円形歯車要素対は、第１の減速比になる第１の噛み合い区間と、第２の減速比になる第２の噛み合い区間とを含む。前記非円形歯車要素対の前記第１の減速比と前記入力側増減速装置の減速比と前記出力側増減速装置の減速比との積が、前記入力部材と前記出力部材との間に前記第１の歯車要素対が連結されたときの前記第１の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における減速比と等しい。前記非円形歯車要素対の前記第２の減速比と前記入力側増減速装置の減速比と前記出力側増減速装置の減速比との積が、前記入力部材と前記出力部材との間に前記第２の歯車要素対が連結されたときの前記第２の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における減速比と等しい。

上記構成において、増減速装置により、入力部材と出力部材との間に連結する歯車要素対を切り換える際に、非円形歯車要素対が入力部材と出力部材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、短く）することができる。

上記構成によれば、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要素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要素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、非円形歯車要素対や増減速装置の設計や選択の自由度を高くできる。

本発明によれば、非円形歯車要素を用いることにより、入力部材と出力部材との間に常に歯車要素対が連結されている状態にすることができるので、入力部材と出力部材との間の減速比を変える際に、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、かつ動力を効率的に伝達することができる。また、変速機の構造が簡易で小型軽量、低コストを図ることができる。

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図である。（実施例１） （ａ）非円形歯車対の減速比の変化を模式的に示すグラフ、（ｂ）クラッチのＯＮとＯＦＦを示す表である。（実施例１） （ａ）非円形歯車対の減速比の変化を模式的に示すグラフ、（ｂ）クラッチのＯＮとＯＦＦを示す表である。（実施例１） 変速機の構成を示す断面図である。（実施例１） 変速機の動作を示す断面図である。（実施例１） 変速機の動作を示す断面図である。（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） 変速機の歯車のピッチ円あるいはピッチ曲線を模式的に示す図である。（実施例２） 変速機の構成を模式的に示す機構図である。（変形例２） 変速機の構成を模式的に示す機構図である。（実施例３）

符号の説明

１０ 変速機
１２ 入力軸（入力部材）
１４ 出力軸（出力部材）
１６ 第１の歯車対（第１の歯車要素対）
１７ 第２の歯車対（第２の歯車要素対）
１８ 非円形歯車対（非円形歯車要素対）
２０，２２，２４ 入力側歯車
２５ 第１の区間（第１の噛み合い区間）
２６ 第２の区間
２７ 第３の区間（第２の噛み合い区間）
２８ 第４の区間
３０，３２，３４ 出力側歯車
３５ 第１の区間（第１の噛み合い区間）
３６ 第２の区間
３７ 第３の区間（第２の噛み合い区間）
３８ 第４の区間
４０ クラッチ（第１のクラッチ）
４１ シフター
４２ クラッチ（第２のクラッチ）
４４ クラッチ（非円形歯車要素対用クラッチ）
４５ シフター
５０，５０ａ 変速機
５２，５２ａ 入力軸（入力部材）
５２ｓ 入力軸（入力部材）の第１部分
５２ｔ 入力軸（入力部材）の第２部分
５４，５４ａ 出力軸（出力部材）
５４ｓ 出力軸（出力部材）の第１部分
５４ｔ 出力軸（出力部材）の第２部分
５５ 第１の歯車対（３組の歯車要素対）
５６ 第２の歯車対（３組の歯車要素対）
５７ 第３の歯車対（３組の歯車要素対）
５８ 第１の非円形歯車対（２組の非円形歯車要素対）
５９ 第２の非円形歯車対（２組の非円形歯車要素対）
６９，７９ 増減速装置
８０，８２，８４，８６，８８ クラッチ
１１０ 変速機
１４４ クラッチ（非円形歯車要素対用クラッチ）
５００ 円形歯車用クラッチ（第１のクラッチ、第２のクラッチ）
５０２ 非円形歯車用クラッチ（非円形歯車要素対用クラッチ）

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１１を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 実施例１について、図１〜図７を参照しながら説明する。

まず、実施例１の変速機の基本的な構成について、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の歯車対１６と、第２の歯車対１７と、非円形歯車対１８と、クラッチ４０，４２，４４とを備えている。

各歯車対１６，１７，１８は、それぞれ、一対の歯車２０，３０；２２，３２；２４，３４が噛み合い、回転角度の遅れがない。すなわち、回転角度を正確に伝達し、かつ動力を効率的に伝達する。

入力軸１２には、各歯車対１６，１７，１８の一方の歯車（入力側歯車）２０，２２，２４が固定され、これらの歯車２０，２２，２４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１６，１７，１８の他方の歯車（出力側歯車）３０，３２，３４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は、クラッチ４０，４２，４４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と出力軸１４とは一体となって回転する。クラッチ４０，４２，４４が切れているＯＦＦのときには、出力側歯車３０，３２，３４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がＯＮのとき、クラッチ４０，４２，４４での滑り等がなければ、クラッチ４０，４２，４４がＯＮとなっている出力側歯車３０，３２，３４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ので、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からである。なお、クラッチ４０，４２，４４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よい。

図示していないが、クラッチ４０，４２，４４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の位相は不図示のセンサにより検出され、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のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

各歯車対１６，１７，１８は、クラッチ４０，４２，４４のＯＮによって、入力軸１２と出力軸１４との間に選択的に連結される。クラッチ４０のＯＮにより第１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、相対的に大きい一定の減速比Ｒ_Ｈとなる。クラッチ４２のＯＮにより第２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、相対的に小さい一定の減速比Ｒ_Ｌとなる。クラッチ４４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、少なくとも減速比Ｒ_ＨとＲ_Ｌとを含む範囲内で変化する。

例えば図２に示すように各歯車対１６，１７，１８の歯車をかみ合いピッチ円（以下、単に「ピッチ円」という。）あるいはかみ合いピッチ曲線（以下、単に「ピッチ曲線」という。）で表し、歯面の図示を省略すると、第１及び第２の歯車対１６，１７は、対をなす歯車２０，３０；２２，３２のピッチ円２０ｐ，３０ｐ；２２ｐ，３２ｐが互いに接する円形歯車である。

非円形歯車対１８の対をなす歯車２４，３４は非円形歯車であり、非円形歯車対１８の対をなす歯車２４，３４のピッチ曲線は、減速比Ｒ_Ｈの第１の歯車対１６のピッチ円２０ｐ，３０ｐの円弧と等しい第１の区間２５，３５と、減速比Ｒ_Ｌの第２の歯車対のピッチ円２２ｐ，３２ｐの円弧と等しい第３の区間２７，３７と、減速比がＲ_ＨとＲ_Ｌとの間で変化する第２及び第４の区間２６，３６；２８，３８とを有する。非円形歯車対１８の対をなす歯車２４，３４は、図２において矢印で示す方向に回転するとき、歯車２４，３４のピッチ曲線の各区間２５，３５；２６，３６；２７，３７；２８，３８同士が噛み合う。

非円形歯車対１８が入力軸１２と出力軸１４との間に連結されている状況において、非円形歯車対１８が、図２（ａ）に示すように、第３の区間２７，３７で噛み合う場合は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ_Ｌとなり、図２（ｂ）で示すように、第１の区間２５，３５で噛み合う場合は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ_Ｈとなる。第２の区間２６，３６、第４の区間２８，３８で噛み合う場合は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、Ｒ_ＬとＲ_Ｈの間で変化する。

次に、変速機１０の動作について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）及び図４（ａ）は、非円形歯車対１８の減速比のグラフである。横軸は入力軸１２の回転角度、縦軸は入力側歯車２４と出力側歯車３４との間の減速比である。図３（ｂ）及び図４（ｂ）の表では、クラッチ４０，４２，４４のＯＮの状態を○印で示し、クラッチ４０，４２，４４のＯＦＦの状態は空欄としている。図３（ｂ）及び図４（ｂ）において、減速比Ｒ_Ｈの第１の歯車対１６のクラッチ４０を「クラッチ（Ｒ_Ｈ）」、減速比Ｒ_Ｌの第２の歯車対１７のクラッチ４２を「クラッチ（Ｒ_Ｌ）」、減速比が変化する非円形歯車対１８のクラッチ４４を「クラッチ（変速）」と表している。

減速比Ｒ_Ｈの第１の歯車対１６のクラッチ４０がＯＮ、クラッチ４２，４４がＯＦＦのときには、入力軸１２と出力軸１４との間は、一定の減速比Ｒ_Ｈとなる。減速比Ｒ_Ｌの第２の歯車対１７のクラッチ４２がＯＮ、クラッチ４０，４４がＯＦＦのときには、入力軸１２と出力軸１４との間は、一定の減速比Ｒ_Ｌとなる。非円形歯車対１８の減速比は、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、入力軸１２の回転に伴って減速比Ｒ_ＨとＲ_Ｌとを含む所定範囲内で変化する。なお、図３（ａ）及び図４（ａ）において、非円形歯車対１８の減速比が変化するときの曲線は模式的に図示されている。

入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲ_ＨからＲ_Ｌに変える場合には、以下のようにクラッチ４０，４２，４４を動作させる。

図３（ａ）に示すように、減速比Ｒ_Ｈの第１の歯車対１６のクラッチ４０がＯＮの状態で、非円形歯車対１８の減速比がＲ_ＬからＲ_Ｈに変化する区間３０１を通過し、一定の減速比Ｒ_Ｈとなる区間３０２に入ったら、図３（ｂ）に示すように、減速比Ｒ_Ｈの第１の歯車対１６のクラッチ４０に加え、減速比が変化する非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＮにする。そして、区間３０２において非円形歯車対１８のクラッチ４４がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲ_ＨからＲ_Ｌに変化する区間３０３に入る前に、減速比Ｒ_Ｈの第１の歯車対１６のクラッチ４０をＯＦＦにする。

そして、非円形歯車対１８の減速比がＲ_ＨからＲ_Ｌに変化する区間３０３では、非円形歯車対１８のクラッチ４４のみがＯＮである。区間３０３では、入力軸１２と出力軸１４との間に非円形歯車対１８が連結されているので、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、Ｒ_ＨからＲ_Ｌに変化する。この間、クラッチ４４の滑りがなければ、非円形歯車対１８の噛み合いによって、入力軸１２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。

非円形歯車対１８の減速比がＲ_ＨからＲ_Ｌに変化する区間３０３を通過して、一定の減速比Ｒ_Ｌとなる区間３０４に入ったら、図３（ｂ）に示すように、減速比Ｒ_Ｌの第２の歯車対１７のクラッチ４２をＯＮにする。そして、区間３０４において第２の歯車対１７のクラッチ４２がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲ_ＬからＲ_Ｈに変化する区間３０５に入る前に、非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＦＦにする。このようにして、入力軸１２と出力軸１４との間に第２の歯車対１７のみが連結された後は、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比はＲ_Ｌ一定となり、第２の歯車対１７の噛み合いによって、入力軸１２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は、駆動側と被動側とが同じ速度のときにＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行うので、クラッチ４０，４２，４４に、ドグクラッチ等の噛み合いクラッチを問題なく用いることができる。

入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲ_ＬからＲ_Ｈに変える場合も、上記と同様である。

すなわち、図４（ａ）に示すように、非円形歯車対１８の減速比がＲ_ＨからＲ_Ｌに変化する区間４０１を通過し、一定の減速比Ｒ_Ｌとなる区間４０２に入ったら、図４（ｂ）に示すように、第２の歯車対１７のクラッチ４２に加え、非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＮにする。そして、区間４０２において非円形歯車対１８のクラッチ４４がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲ_ＬからＲ_Ｈに変化する区間４０３に入る前に、減速比Ｒ_Ｌの第２の歯車対１７のクラッチ４２をＯＦＦにする。

そして、非円形歯車対１８の減速比がＲ_ＬからＲ_Ｈに変化する区間４０３では、非円形歯車対１８のクラッチ４４のみがＯＮである。区間４０３では、入力軸１２と出力軸１４との間に非円形歯車対１８のみが連結されているので、入力軸１２と出力軸１４との間の減速比は、Ｒ_ＬからＲ_Ｈに変化する。この間、クラッチ４４の滑りがなければ、非円形歯車対１８の噛み合いによって、入力軸１２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。

非円形歯車対１８の減速比がＲ_ＬからＲ_Ｈに変化する区間４０３を通過して、一定の減速比Ｒ_Ｈとなる区間４０４に入ったら、図４（ｂ）に示すように、減速比Ｒ_Ｈの第１の歯車対１６のクラッチ４０をＯＮにする。そして、この区間４０４において第１の歯車対１６のクラッチ４０がＯＮになった後、かつ、非円形歯車対１８の減速比がＲ_ＨからＲ_Ｌに変化する区間４０５に入る前に、非円形歯車対１８のクラッチ４４をＯＦＦにする。このようにして、入力軸１２と出力軸１４との間に第１の歯車対１６のみが連結された後は、入力軸１２と出力軸１４との間は一定の減速比Ｒ_Ｈとなり、第１の歯車対１６の噛み合いによって、入力軸１２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。

次に、変速機１０の具体的な構成例について、図５〜図７を参照しながら説明する。

図５の断面図に示すように、入力軸１２に、各歯車対１６，１７，１８の入力側歯車２０，２２，２４が順に固定されている。出力軸１４には、各歯車対１６，１７，１８の出力側歯車３０，３２，３４が相対回転可能かつ、軸方向移動不可能な状態で順に支持されている。第１の歯車対１６の出力側歯車３０と第２の歯車対１７の出力側歯車３２との間には、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が配置されている。円形歯車用クラッチ５００は、シフター４１を兼用することで、第１の歯車対１６用の第１のクラッチと第２の歯車対１７用の第２のクラッチとの両方の機能を実現している。第２の歯車対１７の出力側歯車３２と非円形歯車対１８の出力側歯車３４との間には、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が配置されている。円形歯車用及び非円形歯車用クラッチ５００，５０２のシフター４１，４５は、出力軸１４に形成されたスプライン溝に摺動自在に支持されており、出力軸１４に沿って軸方向には移動自在であるが、出力軸１４に対する相対回転はできない状態であり、出力軸１４と一体となって回転するようになっている。

円形歯車用及び非円形歯車用クラッチ５００，５０２のシフター４１，４５の外周面には、不図示のアクチュエータが嵌合する溝４１ｘ、４５ｘが形成されている。円形歯車用クラッチ５００のシフター４１は、溝４１ｘに嵌合する不図示のアクチュエータの駆動によって、図５に示した中間位置から、矢印４１ｓ，４１ｔに示すように両側に移動する。非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５は、溝４５ｘに嵌合する不図示のアクチュエータの駆動によって、図５に示した待機位置から、矢印４５ｔで示す片側だけに移動する。

円形歯車用クラッチ５００のシフター４１は、第１の歯車対１６の出力側歯車３０に対向する側面と、第２の歯車対１７の出力側歯車３２に対向する側面に、所定のピッチで突起（ドグ）４１ａ，４１ｂが形成されている。第１の歯車対１６の出力側歯車３０と第２の歯車対１７の出力側歯車３２には、円形歯車用クラッチ５００の構成要素として、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１に対向する側面に、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１の突起４１ａ，４１ｂに対応して、所定のピッチで凹部（ドグ穴）３１，３３が形成されている。矢印４１ｓ，４１ｔで示す方向に円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が移動したとき、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１の突起４１ａ，４１ｂが、出力側歯車３０，３２の凹部３１，３３に嵌合し、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して出力軸１４と出力側歯車３０，３２とが一体となって回転する。すなわち、入力軸１２と出力軸１４との間に第１又は第２の歯車対１６，１７が連結され、入力軸１２から、第１又は第２の歯車対１６，１７を介して出力軸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。

非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５は、非円形歯車対１８の出力側歯車３４に対向する側面に、所定のピッチで突起（ドグ）４５ｂが形成されている。非円形歯車対１８の出力側歯車３４には、非円形歯車用クラッチ５０２の構成要素として、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５に対向する側面に、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５の突起４５ｂに対応して、所定のピッチで凹部（ドグ穴）３５が形成されており、矢印４５ｔで示す方向に非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が移動したとき、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５の突起４５ｂが、非円形歯車対１８の出力側歯車３４の凹部３５に嵌合し、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して出力軸１４と出力側歯車３４とが一体となって回転する。すなわち、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から、非円形歯車対１８を介して出力軸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。

次に、この変速機１０の動作について、図６〜図７を参照しながら説明する。

図６（ａ）に示すように、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が矢印４１ｓで示す方向に移動して第１の歯車対１６の出力側歯車３０に嵌合し、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が待機位置にあるとき、入力軸１２と出力軸１４との間には、第１の歯車対１６のみが連結される。このとき、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から第１の歯車対１６の入力側歯車２０、出力側歯車３０、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、出力軸１４に伝達され、減速比はＲ_Ｈとなる。

減速比をＲ_ＨからＲ_Ｌに切り替える場合には、まず、図６（ｂ）に示すように、非円形歯車対１８の減速比がＲ_Ｈになる状態で、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が矢印４５ｔで示す方向に移動して非円形歯車対１８の出力側歯車３４に嵌合し、入力軸１２と出力軸１４との間に、第１の歯車対１６と非円形歯車対１８とが連結される。このとき、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から、（ａ）第１の歯車対１６の入力側歯車２０、出力側歯車３０、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、及び（ｂ）非円形歯車対１８の入力側歯車２４、出力側歯車３４、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して、出力軸１４に伝達される。

次いで、非円形歯車対１８の減速比がＲ_Ｈから変化する前に、図６（ｃ）に示すように、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が中間位置に移動し、第１の歯車対１６の出力側歯車３０との嵌合が解除され、入力軸１２と出力軸１４との間に、非円形歯車対１８のみが連結される。このとき、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から、非円形歯車対１８の入力側歯車２４、出力側歯車３４、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して、出力軸１４に伝達される。そして、非円形歯車対１８のみが連結された状態で、非円形歯車対１８の減速比がＲ_ＨからＲ_Ｌに変化する。

次いで、非円形歯車対１８の減速比がＲ_Ｌになると、図７（ｄ）に示すように、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１が矢印４１ｔで示す方向に移動して第２の歯車対１７の出力側歯車３２に嵌合し、入力軸１２と出力軸１４との間に、第２の歯車対１７と非円形歯車対１８とが連結される。このとき、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から、（ａ）第２の歯車対１７の入力側歯車２２、出力側歯車３２、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、及び（ｂ）非円形歯車対１８の入力側歯車２４、出力側歯車３４、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５を介して、出力軸１４に伝達される。

次いで、非円形歯車対１８の減速比がＲ_Ｌから変化する前に、図７（ｅ）に示すように、非円形歯車用クラッチ５０２のシフター４５が待機位置に移動し、非円形歯車対１８の出力側歯車３４との嵌合が解除され、入力軸１２と出力軸１４との間に、第２の歯車対１７のみが連結される。このとき、回転角度及び動力は、図において破線で示すように、入力軸１２から、第２の歯車対１７の入力側歯車２２、出力側歯車３２、円形歯車用クラッチ５００のシフター４１を介して、出力軸１４に伝達され、一定の減速比Ｒ_Ｌとなり、減速比の切り替えが完了する。

次に、具体的な設計例について説明する。

ここでは、簡単のため、非円形歯車対１８の減速比は最大値Ｒ_Ｈと最小値Ｒ_Ｌとの間で変化し、非円形歯車対１８の減速比の平均が１（入力側歯車２４が１回転すると、出力側歯車３４も１回転する）であるとする。また、非円形歯車対１８は、減速比がＲ_Ｈ（又はＲ_Ｌ）となる噛み合い区間の中心位置で噛み合う状態から、入力軸１２がπ（ラジアン）回転すると、減速比がＲ_Ｌ（又はＲ_Ｈ）となる噛み合い区間の中心位置で噛み合う状態となるとする。

（１）減速比がＲ_ＬからＲ_Ｈに変わる過程、（２）減速比がＲ_ＨからＲ_Ｌに変わる過程、（３）減速比がＲ_Ｌで一定、（４）減速比がＲ_Ｈで一定の各状態において、入力軸１２がπ（ラジアン）回転すると、入力軸１２、出力軸１４、第１及び第２の歯車対１６，１７の出力側歯車３０，３２、非円形歯車対１８の出力側歯車３４の回転角は次の表１のようになる。

出力軸１４と各出力側歯車３０，３２，３４との位相差は、出力軸１４を基準とすると、表１の各出力側歯車３０，３２，３４の回転角から出力軸１４の回転角を差し引いた値であり、次の表２のようになる。

ここで、次の状態を想定する。ｍ_ＬＨ、ｍ_ＨＬ、ｍ_Ｌ、ｍ_Ｈは全て整数である。
（ａ）減速比をＲ_ＬからＲ_Ｈに変えることをｍ_ＬＨ回行う。すなわち、「Ｒ_Ｌ→Ｒ_Ｈ変化過程」の状態で入力軸１２が回転した角度の合計は、π・ｍ_ＬＨである。
（ｂ）減速比をＲ_ＨからＲ_Ｌに変えることをｍ_ＨＬ回行う。すなわち、「Ｒ_Ｈ→Ｒ_Ｌ変化過程」の状態で入力軸１２が回転した角度の合計は、π・ｍ_ＨＬである。
（ｃ）減速比がＲ_Ｌ一定の状態で、入力軸１２が回転した角度の合計は、π・ｍ_Ｌである。
（ｄ）減速比がＲ_Ｈ一定の状態で、入力軸１２が回転した角度の合計は、π・ｍ_Ｈである。
この場合、制約条件は、ｍ_ＬＨ＝ｍ_ＨＬ、ｍ_ＨＬ−１、ｍ_ＨＬ＋１のいずれかである。

表２の各項目に、上記（ａ）〜（ｄ）を考慮して、ｍ_ＬＨ、ｍ_ＨＬ、ｍ_Ｌ、ｍ_Ｈを掛け合わせて加算すると、次の値が求まる。
（i）出力軸１４と第１の歯車対１６の出力側歯車３０との位相差の合計Ｋ_Ｈは、
Ｋ_Ｈ＝π（１／Ｒ_Ｈ−１）ｍ_ＬＨ＋π（１／Ｒ_Ｈ−１）ｍ_ＨＬ＋π（１／Ｒ_Ｈ−１／Ｒ_Ｌ）ｍ_Ｌ
（ii）出力軸１４と第２の歯車対１７の出力側歯車３２との位相差の合計Ｋ_Ｌは、
Ｋ_Ｌ＝π（１／Ｒ_Ｌ−１）ｍ_ＬＨ＋π（１／Ｒ_Ｌ−１）ｍ_ＨＬ＋π（１／Ｒ_Ｌ−１／Ｒ_Ｈ）ｍ_Ｈ
（iii）出力軸１４と非円形歯車対１８の出力側歯車３４との位相差の合計Ｋ_ＬＨは、
Ｋ_ＬＨ＝π（１−１／Ｒ_Ｌ）ｍ_Ｌ＋π（１−１／Ｒ_Ｈ）ｍ_Ｈ

ここで、第２の歯車対をＯＮ／ＯＦＦするためのクラッチ５００の突起４１ｂ（ドグ穴３３）の個数をｎとする。突起（ドグ穴）は、一つの円周上に等間隔に位置しているとする。例えば、Ｋ_Ｌ／（２π）が、どんなｍ_ＬＨ、ｍ_ＨＬ、ｍ_Ｌ、ｍ_Ｈに対しても、（整数）／ｎとなれば、クラッチ５００の突起４１ｂとドク穴３３を嵌合させることが可能となるので、第２の歯車対１７の出力側歯車３２について、ドグクラッチが使える。この場合、次の式を満たせばよい。
（整数）／ｎ＝Ｋ_Ｌ／（２π）
＝（１／２）｛（１／Ｒ_Ｌ−１）ｍ_ＬＨ＋（１／Ｒ_Ｌ−１）ｍ_ＨＬ
＋（１／Ｒ_Ｌ−１／Ｒ_Ｈ）ｍ_Ｈ｝ ・・・（１）

ここで、具体的な一例を取り上げる。すなわち、初期状態として、非円形歯車対１８が、非円形歯車対１８の減速比がＲ_Ｈとなる噛み合い区間の中心位置で噛み合う状態にあるとする。また、この時、どのクラッチも、突起とドグ穴を嵌合させることが可能であるとする。さらに、入力軸１２と出力軸１４との間に第１の歯車対１６のみが連結され、減速比がＲ_Ｈで一定の状態での回転から開始する場合を取り上げる。

ここで、次の状態を想定する。ｍ_ＬＨ、ｍ_ＨＬ、ｍ_Ｌ、ｍ_Ｈは全て整数であり、さらにｍ_Ｌ、ｍ_Ｈは偶数、すなわち、ｍ_Ｌ＝２ｍ_Ｌ'、ｍ_Ｈ＝２ｍ_Ｈ'（ｍ_Ｌ'，ｍ_Ｈ'は整数）である。
（ａ）減速比をＲ_ＬからＲ_Ｈに変えることをｍ_ＬＨ回行う。すなわち、「Ｒ_Ｌ→Ｒ_Ｈ変化過程」の状態で入力軸１２が回転した角度の合計は、π・ｍ_ＬＨである。
（ｂ）減速比をＲ_ＨからＲ_Ｌに変えることをｍ_ＨＬ回行う。すなわち、「Ｒ_Ｈ→Ｒ_Ｌ変化過程」の状態で入力軸１２が回転した角度の合計は、π・ｍ_ＨＬである。
（ｃ）減速比がＲ_Ｌ一定の状態で、入力軸１２が回転した角度の合計は、π・２ｍ_Ｌ'である。
（ｄ）減速比がＲ_Ｈ一定の状態で、入力軸１２が回転した角度の合計は、π・２ｍ_Ｈ'である。
この場合、制約条件は、ｍ_ＬＨ＝ｍ_ＨＬ、ｍ_ＨＬ−１のいずれかである。

表２の各項目に、上記（ａ）〜（ｄ）を考慮して、ｍ_ＬＨ、ｍ_ＨＬ、２ｍ_Ｌ'、２ｍ_Ｈ'を掛け合わせて加算すると、次の値が求まる。
（i）出力軸１４と第１の歯車対１６の出力側歯車３０との位相差の合計Ｋ_Ｈは、
Ｋ_Ｈ＝π（１／Ｒ_Ｈ−１）ｍ_ＬＨ＋π（１／Ｒ_Ｈ−１）ｍ_ＨＬ＋２π（１／Ｒ_Ｈ−１／Ｒ_Ｌ）ｍ_Ｌ'
（ii）出力軸１４と第２の歯車対１７の出力側歯車３２との位相差の合計Ｋ_Ｌは、
Ｋ_Ｌ＝π（１／Ｒ_Ｌ−１）ｍ_ＬＨ＋π（１／Ｒ_Ｌ−１）ｍ_ＨＬ＋２π（１／Ｒ_Ｌ−１／Ｒ_Ｈ）ｍ_Ｈ'
（iii）出力軸１４と非円形歯車対１８の出力側歯車３４との位相差の合計Ｋ_ＬＨは、
Ｋ_ＬＨ＝２π（１−１／Ｒ_Ｌ）ｍ_Ｌ'＋２π（１−１／Ｒ_Ｈ）ｍ_Ｈ'

ここで、第２の歯車対をＯＮ／ＯＦＦするためのクラッチ５００の突起４１ｂ（ドグ穴３３）の個数をｎとする。突起（ドグ穴）は、一つの円周上に等間隔に位置しているとする。例えば、Ｋ_Ｌ／（２π）が、どんなｍ_ＬＨ、ｍ_ＨＬ、ｍ_Ｌ'、ｍ_Ｈ'に対しても、（整数）／ｎとなれば、クラッチ５００の突起４１ｂとドク穴３３を嵌合させることが可能となるので、第２の歯車対１７の出力側歯車３２について、ドグクラッチが使える。この場合、次の式を満たせばよい。
（整数）／ｎ＝Ｋ_Ｌ／（２π）
＝（１／２）｛（１／Ｒ_Ｌ−１）ｍ_ＬＨ＋（１／Ｒ_Ｌ−１）ｍ_ＨＬ
＋２（１／Ｒ_Ｌ−１／Ｒ_Ｈ）ｍ_Ｈ'｝ ・・・（１'）

上述の式（１）あるいは式（１'）について可能な解の一例として、
（ａ）ｎ＝２ｎ'（ｎ'は整数。すなわち、ｎは偶数）であり、かつ、
（ｂ）１／Ｒ_Ｌ、１／Ｒ_Ｈともに（整数）／ｎ'で表現できる
場合が考えられる。

例えば、
（１）ｎ'＝１０、ｎ＝２０、１／Ｒ_Ｈ＝８／１０、１／Ｒ_Ｌ＝１２／１０
（２）ｎ'＝１０、ｎ＝２０、１／Ｒ_Ｈ＝８／１０、１／Ｒ_Ｌ＝１４／１０
であれば、式を満たす。

（１）の解は、（１／Ｒ_Ｌ＋１／Ｒ_Ｈ）／２＝１の例である。（２）の解は、（１／Ｒ_Ｌ＋１／Ｒ_Ｈ）／２≠１の例である。（２）については、非円形歯車対１８の減速比の平均が１となるように、例えば、非円形歯車対１８の減速比Ｒ_Ｌの区間は短く、減速比Ｒ_Ｈの区間は長くする。

したがって、ドグクラッチを用いて変速機１０を構成することが可能である。

非円形歯車対１８の減速比の平均が２（入力側歯車２４が２回転すると、出力側歯車３４が１回転する）、３（入力側歯車２４が３回転すると、出力側歯車３４が１回転する）、４、５、・・・の場合も同様に、ドグクラッチを用いて変速機１０を構成することが可能である。例えば、減速比Ｒ_Ｈの区間と減速比Ｒ_Ｌの区間とを１組有する入力側歯車２４と、減速比Ｒ_Ｈの区間と減速比Ｒ_Ｌの区間とを２組有する出力側歯車３４とを用いて、非円形歯車対１８の減速比の平均を２とすることができる。また、減速比Ｒ_Ｈの区間と減速比Ｒ_Ｌの区間とを１組有する入力側歯車２４と、減速比Ｒ_Ｈの区間と減速比Ｒ_Ｌの区間とを３組有する出力側歯車３４とを用いて、非円形歯車対１８の減速比の平均を３とすることができる。

＜作製例＞ 実施例１の作製例について、説明する。

第１及び第２の歯車対に用いた歯車の諸元を、次の表３に示す。第１の歯車対では、歯車（１）を入力側、歯車（２）を出力側とし、第２の歯車対では、歯車（１）を出力側、歯車（２）を入力側とした。第１及び第２の歯車対の減速比は、１．２５、０．８である。

非円形歯車対は、同一形状の２つの非円形歯車を噛み合わせた。非円形歯車は、モジュール２、圧力角２０°の工具を用いて、歯数３６、０°±約３８°の噛み合い区間の基準円半径が３２ｍｍ、１８０°±約３０°の噛み合い区間の基準円半径が４０ｍｍとなるように作製し、中心距離７２ｍｍで噛み合わせた。作製した非円形歯車対は、一方の非円形歯車の回転角度が０°±約３８°の区間では減速比が１．２５、１８０°±約３０°の区間では減速比が０．８となる。

第１及び第２の歯車対と非円形歯車対の出力側に、それぞれ、歯（突起）の数が２００の噛み合いクラッチを設けた。

作製例の変速機は、噛み合いクラッチをＯＮ／ＯＦＦすることにより、回転と動力を伝達しながら、減速比を円滑に切り換えることができた。

＜変形例１＞ 実施例１（図１参照）において、非円形歯車対１８は、クラッチ４４がＯＦＦの状態のときには、無負荷状態で、減速比が増減しながら回転するため、非円形歯車２４，３４がバックラッシの範囲で相対運動をし、これによる振動が問題となる可能性がある。そのような場合には、外周面の軸直角断面がそれぞれの非円形歯車２４，３４のピッチ曲線と略一致する摺接部材を非円形歯車２４，３４に並列して設け（例えば、摺接部材を非円形歯車２４，３４に固定し）、摺接部材の外周面同士が常に摩擦接触しながら、摺接部材が非円形歯車２４，３４と一体となって回転するようにすればよい。これによって、非円形歯車２４，３４のバックラッシ分の自由な動きを、摺接部材の外周面同士の摩擦接触によってある程度制限して、振動・騒音を低減することができる。

＜変形例２＞ 実施例１（図１参照）において、非円形歯車対１８は、質量のアンバランス等に起因する振動が発生する可能性がある。このような振動は、減速比を変化させる過程においてクラッチ４４がＯＮの状態のときには避けられないが、一定の減速比で回転するとき、すなわち、クラッチ４４がＯＦＦの状態のときには、非円形歯車対１８が回転しないようにすることで回避することができる。

例えば図１０に示す変速機１１０のように、図１の実施例１の構成に加え、非円形歯車対１８の一方の歯車（入力側歯車）２４と入力軸１２との間にもクラッチ１４４を設ける。そして、一定の減速比で回転するときには、クラッチ４４，１４４をＯＦＦにして、非円形歯車対１８への入力軸１２と出力軸１４の両方からの回転の伝達を遮断するとともに、不図示のブレーキを作動させて非円形歯車対１８の回転を停止させる。これによって、非円形歯車対１８の回転に起因する振動が発生しないようにすることができる。

一方、減速比を変化させる場合には、クラッチ１４４をＯＮにした後、実施例１と同様にクラッチ４０，４２，４４を動作させる。クラッチ１４４のＯＮにより、停止していた非円形歯車対１８が回転するようにしてもよいが、クラッチ１４４がＯＦＦの状態で、不図示のモータ等によって非円形歯車対１８を回転駆動し、非円形歯車対１８の一方の歯車（入力側歯車）２４の回転速度が入力軸１２の回転速度と略一致した後、クラッチ１４４をＯＮにするようにしてもよい。前者の場合には、クラッチ１４４の駆動側と被動側の回転速度に差があるため、クラッチ１４４には摩擦クラッチを用いることが必要となる可能性があるが、後者の場合には、クラッチ１４４に三角形の歯を有する歯形クラッチ等を用いて、正確に回転角度を伝達することが可能である。

また、非円形歯車対１８の位相を検出するための不図示のセンサを設け、不図示の制御装置に検出信号を入力するようにする。これによって、制御装置は、クラッチ１４４をＯＮにした後の非円形歯車対１８の位相に応じてクラッチ４０，４２，４４のアクチュエータを作動させ、減速比の切り替え制御を行うことができる。

＜実施例２＞ 実施例２について、図８及び図９を参照しながら説明する。

図８の機構図に模式的に示すように、実施例２の変速機５０は、入力軸５２と、出力軸５４と、第１の歯車対５５と、第２の歯車対５６と、第３の歯車対５７と、第１の非円形歯車対５８と、第２の非円形歯車対５９と、クラッチ８０，８２，８４，８６，８８とを備えている。第１〜第３の歯車対５５，５６，５７の減速比は、それぞれ、Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３であり、Ｒ_１＞Ｒ_２＞Ｒ_３である。

各歯車対５５〜５９は、それぞれ、一対の歯車６０，７０；６２，７２；６４，７４；６６，７６；６８，７８が噛み合う。

入力軸５２には、各歯車対５５〜５９の一方の歯車（入力側歯車）６０，６２，６４，６６，６８が固定され、入力側歯車６０，６２，６４，６６，６８は入力軸５２と一体となって回転する。

出力軸５４には、各歯車対５５〜５９の他方の歯車（出力側歯車）７０，７２，７４，７６，７８が、相対回転可能な状態で支持されている。出力側歯車７０，７２，７４，７６，７８は、クラッチ８０，８２，８４，８６，８８により、解除可能に出力軸５４に結合される。すなわち、クラッチ８０，８２，８４，８６，８８がつながっているＯＮのときには、対応する出力側歯車７０，７２，７４，７６，７８は出力軸５４に対して結合され、結合された出力側歯車７０，７２，７４，７６，７８と出力軸５４とは一体となって回転する。クラッチ８０，８２，８４，８６，８８が切れているＯＦＦのときには、出力側歯車７０，７２，７４，７６，７８は、出力軸５４の軸方向の移動が拘束されながら、出力軸５４に対して相対回転可能となる。

図９に模式的に示すように各歯車対５５，５６，５７，５８，５９の歯車６０，７０；６２，７２；６４，７４；６６，７６；６８，７８をピッチ円あるいはピッチ曲線で表し、歯面の図示を省略すると、第１〜第３の歯車対５５，５６，５７は、対をなす歯車６０，７０；６２，７２；６４，７４のピッチ円６０ｐ，７０ｐ；６２ｐ，７２ｐ；６４ｐ，７４ｐが互いに接する円形歯車である。

第１の非円形歯車対５８の対をなす歯車６６，７６は非円形歯車であり、ピッチ曲線は、図９（ａ）に示すように、減速比Ｒ_３の第３の歯車対５７のピッチ円６４ｐ，７４ｐの円弧と等しい第１の区間１０１，１１１と、減速比Ｒ_２の第２の歯車対５６のピッチ円６２ｐ，７２ｐの円弧と等しい第３の区間１０３，１１３と、減速比Ｒ_１の第１の歯車対５５のピッチ円６０ｐ，７０ｐの円弧と等しい第５の区間１０５，１１５と、減速比がＲ_３とＲ_２との間で変化する第２の区間１０２，１１２と、減速比がＲ_２とＲ_１との間で変化する第４の区間１０４，１１４と、減速比がＲ_１とＲ_３との間で変化する第６の区間１０６，１１６とを有する。第１の非円形歯車対５８は、図９（ａ）において矢印で示す方向に回転するとき、各区間１０１，１１１；１０２，１１２；１０３，１１３；１０４，１１４；１０５，１１５；１０６，１１６の順に噛み合う。すなわち、第１の非円形歯車対５８の減速比は、Ｒ_３→Ｒ_２→Ｒ_１と変化する状態が繰り返される。

第２の非円形歯車対５９の対をなす歯車６８，７８は非円形歯車であり、ピッチ曲線は、図９（ｂ）に示すように、減速比Ｒ_３の第３の歯車対５７のピッチ円６４ｐ，７４ｐの円弧と等しい第１の区間２０１，２１１と、減速比Ｒ_１の第１の歯車対５５のピッチ円６０ｐ，７０ｐの円弧と等しい第３の区間２０３，２１３と、減速比Ｒ_２の第２の歯車対５６のピッチ円６２ｐ，７２ｐの円弧と等しい第５の区間２０５，２１５と、減速比がＲ_３とＲ_１との間で変化する第２の区間２０２，２１２と、減速比がＲ_１とＲ_２との間で変化する第４の区間２０４，２１４と、減速比がＲ_２とＲ_３との間で変化する第６の区間２０６，２１６とを有する。第２の非円形歯車対５９は、図９（ｂ）において矢印で示す方向に回転するとき、各区間２０１，２１１；２０２，２１２；２０３，２１３；２０４，２１４；２０５，２１５；２０６，２１６の順に噛み合う。すなわち、第２の非円形歯車対５９の減速比は、Ｒ_３→Ｒ_１→Ｒ_２と変化する状態が繰り返される。

第１の非円形歯車対５８は、減速比をＲ_３からＲ_２に切り替える場合と、減速比をＲ_２からＲ_１に切り替える場合とに用いる。減速比をＲ_３からＲ_１に切り替える場合には、例えば、まず減速比をＲ_３からＲ_２に切り替え、次いで減速比をＲ_２からＲ_１に切り替えるようにする。

例えば、減速比をＲ_３からＲ_２に切り替える場合には、減速比Ｒ_３の第３の歯車対５７のクラッチ８４がＯＮの状態で、第１の非円形歯車対５８の減速比がＲ_１からＲ_３に変化する第６の区間１０６，１１６を通過し、一定の減速比Ｒ_３となる第１の区間１０１，１１１に入ったら、減速比Ｒ_３の第３の歯車対５７のクラッチ８４に加え、第１の非円形歯車対５８のクラッチ８６をＯＮにする。そして、第１の区間１０１，１１１において第１の非円形歯車対５８のクラッチ８６がＯＮになった後、かつ、第１の非円形歯車対５８の減速比がＲ_３からＲ_２に変わる第２の区間１０２，１１２に入る前に、減速比Ｒ_３の第３の歯車対５７のクラッチ８４をＯＦＦにする。その後、第１の非円形歯車対５８の減速比がＲ_３からＲ_２に変わる第２の区間１０２，１１２では、第１の非円形歯車対５８のクラッチ８６のみがＯＮである。

第１の非円形歯車対５８の噛み合いが、第２の区間１０２，１１２を通過して、一定の減速比Ｒ_２となる第３の区間１０３，１１３に入ったら、減速比Ｒ_２の第２の歯車対５６のクラッチ８２をＯＮにする。そして、第２の歯車対５６のクラッチ８２がＯＮになった後、かつ、第１の非円形歯車対５８の減速比がＲ_２からＲ_１に変化する第４の区間１０４，１１４に入る前に、第１の非円形歯車対５８のクラッチ８６をＯＦＦにする。

一方、第２の非円形歯車対５９は、減速比をＲ_１からＲ_２に切り替える場合と、減速比をＲ_２からＲ_３に切り替える場合とに用いる。減速比をＲ_１からＲ_３に切り替える場合には、例えば、まず減速比をＲ_１からＲ_２に切り替え、次いで減速比をＲ_２からＲ_３に切り替えるようにする。

一定の減速比となる区間を３つ以上有し、それらの減速比が異なる非円形歯車対が１つだけの場合、例えば図８において非円形歯車対５９がなく、非円形歯車対５８のみがある場合は、減速比をＲ_２からＲ_３に変化させる際に、Ｒ_２→Ｒ_１→Ｒ_３と減速比が変化する過程が必要となる。このため、回転しながら減速比を変えると、回転速度の増加と減少が発生するため、問題となる場合もある。これに対し、図８、図９のように減速比を大きくする場合と小さくする場合とで異なる非円形歯車対５８，５９を用いることにより、いずれの場合においても、円滑に減速比を切り替えることができる。

クラッチの一部には、ワンウェイクラッチを用いることができる。ワンウェイクラッチは、ある方向の回転を正方向回転とする場合に、入力側が出力側よりも正方向に速く回転しようとするときにＯＮになり、入力側の回転を出力側に伝達し、入力側と出力側とは同じ回転速度で回転する。一方、入力側が出力側よりも正方向に遅く回転する場合は、ワンウェイクラッチはＯＦＦになり、入力側と出力側はそれぞれの回転速度で回転する。

例えば、減速比が最も大きい歯車要素対について、出力側歯車と出力部材（出力軸）の間にワンウェイクラッチを用いる。この場合、ワンウェイクラッチがＯＮになった状態、すなわち、変速機の減速比が最も大きい状態で変速機の減速比を切り換えると、減速比が小さくなるため出力部材の回転速度が増し、ワンウェイクラッチの出力側の回転が入力側よりも速くなり、ワンウェイクラッチは自動的にＯＦＦとなる。逆に、変速機の減速比を最も大きくする場合、減速比の切り換えに用いた非円形歯車要素対のクラッチをＯＦＦにした段階で、ワンウェイクラッチは自動的にＯＮになる。最も減速比が大きい歯車要素対についてクラッチのＯＮ／ＯＦＦが自動的に行われるので、クラッチ制御を簡単にすることができる。

非円形歯車要素対については、ＯＮ／ＯＦＦの切り換えを制御できる主クラッチと直列にワンウェイクラッチを結合すれば、先に主クラッチをＯＮにしておき、ワンウェイクラッチが適宜なタイミングで自動的にＯＮになるようにしたり、ワンウェイクラッチが適宜なタイミングでＯＦＦになった後に主クラッチをＯＦＦにすることができ、クラッチのＯＮ／ＯＦＦの切り換えタイミングの制御が容易になる。

例えば、減速比がＲ_Ｈ，Ｒ_Ｌ（Ｒ_Ｈ＞Ｒ_Ｌ）の間で変化する非円形歯車要素対について、出力側歯車と出力部材（出力軸）との間に、主クラッチと直列にワンウェイクラッチを結合したものを用いる。

この場合、変速機の減速比をＲ_ＨからＲ_Ｌに切り換えた後、すなわち、非円形歯車要素対の主クラッチがＯＮになり、変速機の減速比がＲ_ＨからＲ_Ｌに変化し、減速比がＲ_Ｌの歯車要素対用のクラッチがＯＮになった後、非円形歯車要素対用の主クラッチをＯＦＦにするタイミングが遅れても、非円形歯車要素対の減速比がＲ_Ｌよりも大きくなると非円形歯車要素対用のワンウェイクラッチが自動的にＯＦＦとなる。したがって減速比をＲ_ＨからＲ_Ｌに切り換える際に、非円形歯車要素対用の主クラッチをＯＦＦにする制御が容易になる。

変速機の減速比をＲ_ＬからＲ_Ｈに切り換える際に、非円形歯車要素対用の主クラッチをＯＮにするタイミングが早すぎ、非円形歯車要素対の減速比がＲ_ＬでないときにＯＮになっても、ワンウェイクラッチは自動的にＯＦＦになる。その後、非円形歯車要素対の減速比がＲ_Ｌとなり、減速比がＲ_Ｌの歯車要素対用のクラッチをＯＦＦにすると、ワンウェイクラッチは自動的にＯＮになる。したがって、減速比をＲ_ＬからＲ_Ｈに切り換える際に、非円形歯車要素対用の主クラッチをＯＮにする制御が容易になる。

上述したワンウェイクラッチを設ける構成を組み合わせてもよい。例えば、減速比が最も大きい歯車要素対については出力側歯車と出力部材（出力軸）の間にワンウェイクラッチを用い、非円形歯車要素対については出力側歯車と出力部材（出力軸）の間にＯＮ／ＯＦＦの切り換えを制御できる主クラッチと直列にワンウェイクラッチを結合したものを用いる構成としてもよい。

なお、変速機の回転方向が正逆の２方向である場合には、ワンウェイクラッチの一種である両方向型ワンウェイクラッチ（例えば、ツーウェイクラッチと呼ばれるもの等）を用いてもよい。ある種の両方向型ワンウェイクラッチは、例えば、入力側と出力側がともに正方向に回転する場合も、逆にともに逆方向に回転する場合も、入力側の回転速度の絶対値が出力側の回転速度の絶対値よりも大きくなろうとするとＯＮになり、入力側と出力側が同じ速度で回転する。一方、入力側の回転速度の絶対値が出力側の回転速度の絶対値よりも小さい場合はＯＦＦになり、入力側と出力側はそれぞれの速度で回転する。

＜実施例３＞ 実施例３の変速機５０ａについて、図１１を参照しながら説明する。

実施例３の変速機５０ａは、実施例２の変速機５０と略同様に構成されている。以下では、実施例２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３の変速機５０ａは、第１〜第３の歯車対５５，５６，５７と第１及び第２の非円形歯車対５８，５９との間に、増減速装置６９，７９が設けられている。

すなわち、入力軸５２ａ及び出力軸５４ａは、第１〜第３の歯車対５５，５６，５７が配置されている第１部分５２ｓ，５４ｓと、第１及び第２の非円形歯車対５８，５９が配置されている第２部分５２ｔ，５４ｔとに分割され、第１部分５２ｓ，５４ｓと第２部分５２ｔ，５４ｔとの間が増減速装置６９，７９を介して回転伝達可能に結合されている。

ここで、入力側増減速装置６９の減速比を、入力軸５２ａの第１部分５２ｓの回転速度Ｎ_ｉ１と入力軸５２ａの第２部分５２ｔの回転速度Ｎ_ｉ２とを用いて、Ｎ_ｉ１／Ｎ_ｉ２と定義する。出力側増減速装置７９の減速比を、出力軸５４ａの第２部分５４ｔの回転速度Ｎ_ｏ２と出力軸５４ａの第１部分５４ｓの回転速度Ｎ_ｏ１を用いて、Ｎ_ｏ２／Ｎ_ｏ１と定義する。出力側増減速装置７９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６９，７９により、非円形歯車対５８，５９側の回転速度を遅くすることができる。すなわち、入力軸５２ａの第１部分５２ｓと第２部分５２ｔの間に設けられた入力側増減速装置６９の減速比をＲ_０とし、入力軸５２ａの第１部分５２ｓの回転速度に対して、入力軸５２ａの第２部分５２ｔの回転速度を遅くするとともに、出力軸５４ａの第２部分５４ｔと第１部分５４ｓとの間に設けられた出力側増減速装置７９の減速比を１／Ｒ_０とし、出力軸５４ａの第１部分５４ｓの回転速度に対して、出力軸５４ａの第２部分５４ｔの回転速度を遅くすることで、非円形歯車対５８，５９側の回転速度を遅くする。これによって、入力軸５２ａの第１部分５２ｓの回転が高速であっても、実施例２と同様に、非円形歯車対５８，５９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６９，７９に同じ構成の増減速装置を用い、一方で減速し、他方で増速してもよい。

増減速装置６９，７９により、非円形歯車対５８，５９側の回転速度を速くすることも可能である。

変速機５０ａの減速比は、増減速装置６９，７９と第１及び第２の非円形歯車対５８，５９とによって全体として切り換えればよいので、入力軸５２ａ側に設ける増減速装置６９の減速比Ｒ_ｉｎと、出力軸５４ａ側に設ける増減速装置７９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の歯車対５５の減速比がＲ_１、第２の歯車対５６の減速比がＲ_２、第１の非円形歯車対５８のある区間の減速比がＲ_１'、第１の非円形歯車対５８の他の区間の減速比がＲ_２'とすると、変速機５０ａの減速比を、Ｒ_１からＲ_２、又はＲ_２からＲ_１に切り換えることができるためには、次の２つの式を満たせばよい。
Ｒ_１＝Ｒ_ｉｎ×Ｒ_１'×Ｒ_ｏｕｔ
Ｒ_２＝Ｒ_ｉｎ×Ｒ_２'×Ｒ_ｏｕｔ

実施例１、２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。また、減速比が急激に変化し、衝撃が大きくなる場合がある。

これに対し、実施例３の変速機５０ａ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６９，７９により非円形歯車対５８，５９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。また、減速比の急激な変化を緩和して、衝撃を低減することができる。

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６９，７９により非円形歯車対５８，５９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５８，５９や増減速装置６９，７９の設計や選択の自由度を高くすることも可能である。

＜まとめ＞ 以上に説明したように、本発明の変速機及び変速方法を用いると、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、かつ動力を効率的に伝達することができる。本発明の変速機及び変速方法を用いると、減速比を変える際に、動力を効率的に伝達することができ、また、負荷を支持し続けることができるので、例えば、自転車、自動車、オートバイ等の駆動系に好適である。また、正確に回転角度を伝達できるので、例えば、ロボット、工作機械など、回転角度の制御を精度よく行う必要がある駆動系に好適である。

なお、本発明は、上記した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。

例えば、クラッチは、入力軸側に設けてもよい。減速する場合に入力軸側にクラッチを設けると、出力軸側にクラッチを設ける場合よりもトルク容量の小さいクラッチを用いることができる点では、好ましい。あるいは、歯車対ごとに、出力軸側又は入力軸側にクラッチを設けてもよい。また、出力軸側と入力軸側の両方にクラッチを設けてもよい。

クラッチは、ドグクラッチ以外のタイプのクラッチを用いてもよい。電磁クラッチのように、クラッチとアクチュエータが一体化したものを用いてもよい。電気粘性流体を用いたクラッチや、磁気粘性流体を用いたクラッチを用いてもよい。

非円形歯車要素対は、回転に対し減速比が緩やかに変化するものだけではなく、急激な減速比の変化があるものでもよい。

非円形歯車要素の質量のアンバランスによる振動を低減するために、バランスウェイトを付けてもよい。

また、変速機の減速比は１以外でもよいが、非円形歯車要素対が噛み合う必要があるので、減速比は整数、例えば２、３、４、５、６、７・・とすることが可能である。この場合でも、ドグクラッチ等の噛み合いクラッチを用いることができる。本発明の変速機は、減速する場合だけでなく、増速する場合、すなわち、入力軸よりも出力軸の回転速度が高い場合にも用いることができる。この場合でも、ドグクラッチ等の噛み合いクラッチを用いることができる。

また、３組の歯車要素対と２組の非円形歯車要素対とを用いる場合、実施例２と異なり、例えば、第１の非円形歯車要素対は、小減速比と中減速比となる噛み合い区間があり、第２の非円形歯車要素対は、大減速比と中減速比となる噛み合い区間があるようにしておき、小減速比から中減速比、中減速比から小減速比に変えるときには第１の非円形歯車要素対を用い、大減速比から中減速比、中減速比から大減速比に変えるときには第２の非円形歯車要素対を用いるようにしてもよい。

また、１速、２速、３速、４速、５速の５つの減速比（１速、２速、３速、４速、５速の順に減速比は小さくなるとする。すなわち、１速は大減速比で、５速は小減速比である。）を切り替える変速機の場合には、例えば、ある方向に回転するときに減速比が１速、２速、３速の順に変化する第１の非円形歯車要素対と、３速、２速、１速の順に変化する第２の非円形歯車要素対と、３速、４速、５速の順に変化する第３の非円形歯車要素対と、５速、４速、３速の順に変化する第４の非円形歯車要素対とを用いることができる。あるいは、減速比が１速と２速との間で変化する第１の非円形歯車要素対と、２速と３速との間で変化する第２の非円形歯車要素対と、３速と４速との間で変化する第３の非円形歯車要素対と、４速と５速との間で変化する第４の非円形歯車要素対とを用いることもできる。さらには、ある方向に回転するときに減速比が１速、２速、３速、４速、５速の順に変化する第１の非円形歯車要素対と、５速、４速、３速、２速、１速の順に変化する第２の非円形歯車要素対とを用いることも可能である。

入力部材及び出力部材の第１部分と第２部分との間に入力側及び出力側増減速装置を設ける場合、非円形歯車要素対が１組のみであれば、非円形歯車要素対用クラッチは、入力部材又は出力部材の第２部分と非円形歯車要素対との間以外に、入力側又は出力側増減速装置と入力部材又は出力部材の第２部分との間、入力側又は出力側増減速装置内、入力側又は出力側増減速装置と入力部材又は出力部材の第１部分との間などに設けることができる。

Claims (12)

1. 回転可能に支持された入力部材と出力部材との間にそれぞれ配置された、少なくとも２組の歯車要素対である第１の歯車要素対及び第２の歯車要素対と、
   前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも２組の前記歯車要素対をそれぞれ解除可能に連結する、少なくとも２組のクラッチである第１のクラッチ及び第２のクラッチと、
   を備える変速機において、
   前記入力部材と前記出力部材との間に配置された、少なくとも１組の非円形歯車要素対と、
   前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも１組の前記非円形歯車要素対を解除可能に連結する、少なくとも１組の非円形歯車要素対用クラッチと、
   を備え、
   前記非円形歯車要素対は、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前記第１の歯車要素対が連結されたときの前記第１の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第１の減速比と等しくなる第１の噛み合い区間と、前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が、前記入力部材と前記出力部材との間に前記第２の歯車要素対が連結されたときの前記第２の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における第２の減速比と等しくなる第２の噛み合い区間とを含むことを特徴とする、変速機。
2. 少なくとも３組の前記歯車要素対と、
   少なくとも３組の前記クラッチと、
   少なくとも２組の前記非円形歯車要素対と、
   少なくとも２組の前記非円形歯車要素対用クラッチと、
   を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の変速機。
3. 前記歯車要素対は、円形歯車要素同士が噛み合うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の変速機。
4. 前記歯車要素対の一方の歯車要素は、前記入力部材又は前記出力部材のいずれか一方に相対回転可能な状態で支持され、
   前記歯車要素対の他方の歯車要素は、前記入力部材又は前記出力部材のいずれか他方に相対回転不可能な状態で固定され、
   前記クラッチは、前記歯車要素対の前記一方の歯車要素を、前記入力部材又は前記出力部材の前記いずれか一方に、解除可能に結合し、
   前記非円形歯車要素対の一方の非円形歯車要素は、前記入力部材又は前記出力部材のいずれか一方に相対回転可能な状態で支持され、
   前記非円形歯車要素対の他方の非円形歯車要素は、少なくとも前記入力部材と前記出力部材との間に連結される前記歯車要素対が切り替えられるときに前記入力部材又は前記出力部材のいずれか他方に相対回転不可能な状態で固定され、
   前記非円形歯車要素対用クラッチは、少なくとも、前記非円形歯車要素対の前記一方の非円形歯車要素を、前記入力部材又は前記出力部材の前記いずれか一方に、解除可能に結合し、
   前記クラッチ及び前記非円形歯車要素対用クラッチの少なくとも一つが、噛み合いクラッチであることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の変速機。
5. 前記クラッチ及び前記非円形歯車要素対用クラッチをそれぞれ駆動するアクチュエータと、
   前記アクチュエータの動作を制御する制御装置と、
   をさらに備えたことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の変速機。
6. 前記非円形歯車要素対を構成する各非円形歯車要素に並列して摺接部材を設け、
   前記摺接部材は、それぞれ、前記各非円形歯車要素と一体となって回転し、かつ、外周面同士が摩擦接触することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の変速機。
7. 前記非円形歯車要素対用クラッチは、前記入力部材と前記非円形歯車要素対との間の結合と、前記非円形歯車要素対と前記出力部材との間の結合とを、両方同時に解除可能であることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の変速機。
8. 回転する入力部材と出力部材との間の減速比を変える変速方法であって、
   前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも一部の噛み合い区間で第１（又は第２）の減速比で噛み合う第１（又は第２）の歯車要素対を連結している状態において、前記入力部材と前記出力部材との間に、前記第１（又は第２）の歯車要素対と同時に前記第１（又は第２）の減速比で噛み合う状態で非円形歯車要素対を連結する、第１の工程と、
   前記非円形歯車要素対と前記第１（又は第２）の歯車要素対とが同時に前記第１（又は第２）の減速比の噛み合いを継続している間に、前記第１（又は第２）の歯車要素対について、前記入力部材と前記出力部材との間の連結を解除する、第２の工程と、
   前記非円形歯車要素対が第２（又は第１）の減速比で噛み合う状態において、前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも一部の噛み合い区間で前記第２（又は第１）の減速比で噛み合う第２（又は第１）の歯車要素対を、前記非円形歯車要素対と同時に前記第２（又は第１）の減速比で噛み合う状態で連結する、第３の工程と、
   前記非円形歯車要素対と前記第２（又は第１）の歯車要素対とが同時に前記第２（又は第１）の減速比の噛み合いを継続している間に、前記非円形歯車要素対について、前記入力部材と前記出力部材との間の連結を解除する、第４の工程と、
   を備えたことを特徴とする、変速方法。
9. 前記歯車要素対の一方の歯車要素が配置される前記入力部材の第１部分と前記非円形歯車要素対の一方の非円形歯車要素が配置される前記入力部材の第２部分との間を回転伝達可能に結合する入力側増減速装置と、
   前記歯車要素対の他方の歯車要素が配置される前記出力部材の第１部分と前記非円形歯車要素対の他方の非円形歯車要素が配置される前記出力部材の第２部分との間を回転伝達可能に結合する出力側増減速装置と、
   を備えたことを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の変速機。
10. 前記クラッチは、ワンウェイクラッチを含むことを特徴とする、請求項１ないし７、９のいずれか一項に記載の変速機。
11. 前記歯車要素対のうち最も減速比が大きい前記歯車要素対を前記入力部材と前記出力部材との間に解除可能に連結する前記クラッチが、ワンウェイクラッチであることを特徴とする、請求項１０に記載の変速機。
12. 回転可能に支持された入力部材と出力部材との間にそれぞれ配置された、少なくとも２組の歯車要素対である第１の歯車要素対及び第２の歯車要素対と、
    前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも２組の前記歯車要素対をそれぞれ解除可能に連結する、少なくとも２組のクラッチである第１のクラッチ及び第２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、少なくとも１組の非円形歯車要素対と、
    前記入力部材と前記出力部材との間に、少なくとも１組の前記非円形歯車要素対を解除可能に連結する、少なくとも１組の非円形歯車要素対用クラッチと、
    前記歯車要素対の一方の歯車要素が配置される前記入力部材の第１部分と前記非円形歯車要素対の一方の非円形歯車要素が配置される前記入力部材の第２部分との間を回転伝達可能に結合する入力側増減速装置と、
    前記歯車要素対の他方の歯車要素が配置される前記出力部材の第１部分と前記非円形歯車要素対の他方の非円形歯車要素が配置される前記出力部材の第２部分との間を回転伝達可能に結合する出力側増減速装置と、
    を備え、
    前記非円形歯車要素対は、第１の減速比になる第１の噛み合い区間と、第２の減速比になる第２の噛み合い区間とを含み、
    前記非円形歯車要素対の前記第１の減速比と前記入力側増減速装置の減速比と前記出力側増減速装置の減速比との積が、前記入力部材と前記出力部材との間に前記第１の歯車要素対が連結されたときの前記第１の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における減速比と等しく、
    前記非円形歯車要素対の前記第２の減速比と前記入力側増減速装置の減速比と前記出力側増減速装置の減速比との積が、前記入力部材と前記出力部材との間に前記第２の歯車要素対が連結されたときの前記第２の歯車要素対の少なくとも一部の噛み合い区間における減速比と等しいことを特徴とする、変速機。

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