WO2008062718A1 - Transmission et procédé de changement de vitesse - Google Patents

Description

明 細 書

変速機及び変速方法

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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)。

特許文献 1：特開 2001— 146964号公報

非特許文献 1 :社団法人日本機械学会編、「機械工学便覧 デザイン編 13 4 機械 要素 ·トライポロジー」、初版、社団法人日本機械学会、 2005年 10月 25日、 p. 83 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 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力 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。

[0004] 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。

[0005] 一方、自動車、自転車では、すでに変速機が使われて!/、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。

[0006] 通常、減速比の異なる歯車対を同時に嚙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。

[0007] 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ょうとするものである。

課題を解決するための手段

[0008] 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。

[0009] 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 ツチとを備える。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嚙み合 い区間における第 1の減速比と等しくなる第 1の嚙み合い区間と、（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嚙み合 い区間における第 2の減速比と等しくなる第 2の嚙み合い区間とを含む。

[0010] 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) の減速比で嚙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) の嚙み合い区間で嚙み合うときに、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)の減速比で嚙み合!/、を継続して!/、る 間に、かつ、前記非円形歯車要素対が前記第 1 (又は第 2)の嚙み合い区間で嚙み 合レ、を継続して!/、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)の嚙み合い区間で嚙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)の減速比で嚙み合う状態にお!/、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)の嚙み合い区 間で嚙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)の減速比で嚙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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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 ぐ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嚙み 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嚙み合 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、力、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 、キヤリャの内、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。

[0014] 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。

[0015] 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、大減速比の順に嚙み合い区間を有し、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、小減速比の順に嚙み 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嚙み合い区間を有し、第 2の非円形歯車要素対は、大減速比と 中減速比となる嚙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。

[0016] 好ましくは、前記歯車要素対は、円形歯車要素同士が嚙み合う。

[0017] 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。

[0018] 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!/、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!、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 ツチは、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、嚙み合いクラッチ である。

[0019] 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)の減速比で嚙み合うとき、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!/、なくても、第 1 (又は第 2)の嚙み合い区間にお!/、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 嚙み合い区間において嚙み合っているとき、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 も一部の嚙み合い区間にお!/、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嚙み合うドグクラッチのような嚙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。

[0020] 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 るァクチユエータと、前記ァクチユエータの動作を制御する制御装置とを備える。

[0021] 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 ィ匕すること力 Sでさる。

[0022] 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。

[0023] 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 減すること力 Sでさる。

[0024] 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。

[0025] 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 すること力 Sでさる。

[0026] 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。

[0027] 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、少なくとも一部の嚙み 合い区間で第 1 (又は第 2)の減速比で嚙み合う第 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)の減速比で嚙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)の減速比の嚙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 減速比で嚙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 も一部の嚙み合い区間で前記第 2 (又は第 1)の減速比で嚙み合う第 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)の減速比で嚙 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)の減速比の嚙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。

[0028] 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。

[0029] 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。

[0030] 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。

[0031] 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。

[0032] 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）すること力 Sできる。

[0033] 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。

[0034] 好ましくは、前記クラッチは、ワンウェイクラッチを含む。

[0035] 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ょうとするときに、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、ワンゥ エイクラッチは OFFになる。

[0036] 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 うにすること力 Sできるので、クラッチ制徒 Pを簡単にすること力 Sできる。

[0037] 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力、ワンウェイクラ ツチである。 [0038] 上記構成にお!/、て、最も減速比が大きレ、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。

[0039] 上記構成によれば、最も減速比が大きレ、歯車要素対にっレ、てクラッチの ON/OF F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力 Sできる。

[0040] また、本発明は、以下のように構成した変速機を提供する。

[0041] 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の嚙み合い区間と、第 2の減速比になる第 2の嚙み合い 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 なくとも一部の嚙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嚙み合い区間における減速比 と等しい。

[0042] 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）すること力 Sできる。

[0043] 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。

[0044] 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。

発明の効果

[0045] 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。

図面の簡単な説明

[0046] [図 1]変速機の構成を模式的に示す機構図である。 （実施例 1)

[図 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 1)

[図 3] (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)

[図 4] (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)

[図 5]変速機の構成を示す断面図である。 （実施例 1) [図 6]変速機の動作を示す断面図である。 （実施例 1)

[図 7]変速機の動作を示す断面図である。 （実施例 1)

[図 8]変速機の構成を模式的に示す機構図である。 （実施例 2)

[図 9]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。 例 2)

[図 10]変速機の構成を模式的に示す機構図である。 （変形例 2)

[図 11]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の嚙み合い区間）

26 第 2の区間

27 第 3の区間（第 2の嚙み合い区間）

28 第 4の区間

30, 32, 34 出力側歯車

35 第 1の区間（第 1の嚙み合い区間）

36 第 2の区間

37 第 3の区間（第 2の嚙み合い区間）

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）

発明を実施するための最良の形態

[0048] 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。

[0049] <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。

[0050] 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。

[0051] 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。

[0052] 各歯車対 16, 17, 18は、それぞれ、一対の歯車 20, 30 ; 22, 32 ; 24, 34が嚙み 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。

[0053] 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。

[0054] 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 つながつている 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カ切れている OFFのときには、出力佃 J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。

[0055] 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 ツチ 40, 42, 44力 ΟΝとなっている出力佃 J歯車 30, 32, 34力、ら出力車由 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。

[0056] クラッチ 40, 42, 44には、ドグクラッチ、ジョークラッチ、歯形クラッチ等の嚙み合い 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、嚙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嚙み合い、摩擦クラッチのような滑りが発 生しないので、嚙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、ドグクラッチ等の嚙み合いクラッチに限定されるものではなぐ嚙み合いクラッチ 以外の摩擦クラッチなどを用いてもょレ、。

[0057] 図示していないが、クラッチ 40, 42, 44はァクチユエータによって駆動され、ァクチ ユエータの動作は、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。 [0058] 各歯車対 16, 17, 18は、クラッチ 40, 42, 44の ONによって、人力車由 12と出力車由 1 4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 となる。クラッチ 42の ONにより第 2の歯車対 17が入力

H

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となる。クラッチ 44の ONにより非円形歯車対 18

L

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 と Rとを含む範囲内で変化する。

H L

[0059] 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カ互レヽに接する円形歯車である。

[0060] 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 の第 1の歯車対 16のピッチ円 20

H

p, 30pの円弧と等しい第 1の区間 25, 35と、減速比 Rの第 2の歯車対のピッチ円 22

L

p, 32pの円弧と等しい第 3の区間 27, 37と、減速比が R と Rとの間で変化する第 2

H L

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, 3 4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同士力 ^歯み合ラ。

[0061] 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で嚙み合う場合は、入 力軸 12と出力軸 14との間の減速比は Rとなり、図 2 (b)で示すように、第 1の区間 25

L

, 35で嚙み合う場合は、入力軸 12と出力軸 14との間の減速比は R となる。第 2の区

H

間 26, 36、第 4の区間 28, 38で嚙み合う場合は、入力軸 12と出力軸 14との間の減 速比は、 Rと R の間で変化する。

L H

[0062] 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の状態を〇印で示し、クラッチ 40, 42, 4 4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 の第 1

H

の歯車対 16のクラッチ 40を「クラッチ (R )」、減速比 Rの第 2の歯車対 17のクラッチ

H L

42を「クラッチ (R )」、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（

L

変速）」と表している。

[0063] 減速比 R 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

H

は、入力軸 12と出力軸 14との間は、一定の減速比 R となる。減速比 Rの第 2の歯

H L

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となる。非円形歯車対 18の減速比は、図 3 (a)及び図

L

4 (a)に示すように、入力軸 12の回転に伴って減速比 R と Rとを含む所定範囲内で

H L

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。

[0064] 入力軸 12と出力軸 14との間の減速比を R力も Rに変える場合には、以下のように

H L

クラッチ 40, 42, 44を動作させる。

[0065] 図 3 (a)に示すように、減速比 R の第 1の歯車対 16のクラッチ 40が ONの状態で、

H

非円形歯車対 18の減速比が R力、ら R に変化する区間 301を通過し、一定の減速

L H

比 R となる区間 302に入ったら、図 3 (b)に示すように、減速比 R の第 1の歯車対 16

H H

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力も Rに変化する区間 303に入る前に、減速比 R

H L H

の第 1の歯車対 16のクラッチ 40を OFFにする。

[0066] そして、非円形歯車対 18の減速比が R力も Rに変化する区間 303では、非円形

H L

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力、ら R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

H L

の嚙み合いによって、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。

[0067] 非円形歯車対 18の減速比が R力も Rに変化する区間 303を通過して、一定の減 速比 Rとなる区間 304に入ったら、図 3 (b)に示すように、減速比 Rの第 2の歯車対 1

L L

7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 4 2が ONになった後、かつ、非円形歯車対 18の減速比が R力も R に変化する区間 3

L H

05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—定となり、第 2の歯車対 17の嚙み合いによって、入力軸

L

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。

[0068] 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、ドグクラッチ等の嚙み合いクラッチを問題なく 用いること力 Sでさる。

[0069] 入力軸 12と出力軸 14との間の減速比を R力も R に変える場合も、上記と同様であ

L H

[0070] 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力も Rに変化す

H L

る区間 401を通過し、一定の減速比 Rとなる区間 402に入ったら、図 4 (b)に示すよ

L

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力も R に変化する区間 403に入る前に、減速比

L H

Rの第 2の歯車対 17のクラッチ 42を〇FFにする。

L

[0071] そして、非円形歯車対 18の減速比が R力も R に変化する区間 403では、非円形

L H

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力も R 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

L H

18の嚙み合いによって、入力軸 12から出力軸 14に、回転角度を正確に伝達し、 つ動力を効率的に伝達することができる。

[0072] 非円形歯車対 18の減速比が R力も R に変化する区間 403を通過して、一定の減

L H

速比 R となる区間 404に入ったら、図 4 (b)に示すように、減速比 R の第 1の歯車対

H H

16のクラッチ 40を〇N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 ツチ 40が ONになった後、かつ、非円形歯車対 18の減速比が R力も Rに変化する

H L

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 となり、第 1の歯車対 16の嚙み合いによって、入

H

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 こと力 Sでさる。

[0073] 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。

[0074] 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のシフタ一 41が配置されている。円形歯車用クラッチ 50 0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 のシフタ一 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 のシフタ一 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力 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。

[0075] 円形歯車用及び非円形歯車用クラッチ 500, 502のシフタ一 41 , 45の外周面には 、不図示のァクチユエ一タが嵌合する溝 41x、 45xが形成されている。円形歯車用ク ラッチ 500のシフタ一 41は、溝 41xに嵌合する不図示のァクチユエータの駆動によつ 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のシフタ一 45は、溝 45xに嵌合する不図示のァクチユエータの 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。

[0076] 円形歯車用クラッチ 500のシフタ一 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のシフタ一 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のシフタ一 41が移 動したとき、円形歯車用クラッチ 500のシフタ一 41の突起 41a, 41b力 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のシフタ一 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。

[0077] 非円形歯車用クラッチ 502のシフタ一 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 1 8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のシフタ一 45に対向する側面に、非円形歯車用クラッチ 502のシフタ 一 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のシフタ一 45が移動したとき、非円 形歯車用クラッチ 502のシフタ一 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のシフタ一 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 1 4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。

[0078] 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。

[0079] 図 6 (a)に示すように、円形歯車用クラッチ 500のシフタ一 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 50 2のシフタ一 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のシフタ一 41を介して、出力軸 14に伝達され、減速比は R となる。 [0080] 減速比を R力も R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

H L

車対 18の減速比が R になる状態で、非円形歯車用クラッチ 502のシフタ

H 一 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 1 2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のシフタ一 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のシフタ一 45を介して、出力軸 14に伝達される。

[0081] 次いで、非円形歯車対 18の減速比が R力 変化する前に、図 6 (c)に示すように、

H

円形歯車用クラッチ 500のシフタ一 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のシフタ一 45を介して、出力軸 14に伝達される。そして、非円形歯車対 1 8のみが連結された状態で、非円形歯車対 18の減速比が R力も Rに変化する。

H L

[0082] 次いで、非円形歯車対 18の減速比が Rになると、図 7 (d)に示すように、円形歯車

L

用クラッチ 500のシフタ一 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のシフタ一 41を介して、及び (b)非円形歯車対 18の入力側歯車 2 4、出力側歯車 34、非円形歯車用クラッチ 502のシフタ一 45を介して、出力軸 14に 伝達される。

[0083] 次いで、非円形歯車対 18の減速比が R力 変化する前に、図 7 (e)に示すように、

L

非円形歯車用クラッチ 502のシフタ一 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 1 7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のシフタ一 41を介して、出力軸 14に伝達され、一定の減速比 Rとなり、減

L

速比の切り替えが完了する。

[0084] 次に、具体的な設計例について説明する。

[0085] 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 と最小値 Rとの間

H L

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 (又

H

は R )となる嚙み合い区間の中心位置で嚙み合う状態から、入力軸 12が π (ラジアン

L

)回転すると、減速比が R (又は R )となる嚙み合い区間の中心位置で嚙み合う状態

L Η

となるとする。

[0086] (1)減速比が R力 R に変わる過程、（2)減速比が R力 Rに変わる過程、（3)

L H H L

減速比が Rで一定、（4)減速比が Rで一定の各状態において、入力軸 12が π (ラ

L Η

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。

[表 1]

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。

[表 2]

[0088] ：で、次の状態を想定する。 m 、 m 、 m、 m は全て整数である。

LH HL

(a)減速比を R力ら R に変えることを m 回行う。すなわち、「R→R変化過程」の

LH

状態で入力軸 12が回転した角度の合計は、 π ·ιη である。

LH

(b)減速比を R力も Rに変えることを m 回行う。すなわち、「R →R変化過程」の

HL

状態で入力軸 12が回転した角度の合計は、 π ·ιη である。

HL

(c)減速比が R—定の状態で、入力軸 12が回転した角度の合計は、 π -mである。

L L

(d)減速比が R—定の状態で、入力軸 12が回転した角度の合計は、 π ·πι である。

：の場合、制約条件は、 m =m -、 m +1のいずれかである _c

[0089] 表 2の各項目に、上記（a)〜（d)を考慮して、 m 、 m 、 m 、 m を掛け合わせて加

LH HL L H

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 は、

H

K 二 7T (1/R -l)m + 7T (1/R — l)m + π (l/R — l/R )m

H H LH H HL H L 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は、

L

K 二 π (l/R -l)m + π (l/R — l)m + π (l/R — l/R )m

L L LH L HL L H 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 は、

LH

K = π (l— l/R )m + π (1— 17R )m

LH L L H H

[0090] 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 /(2 π )が、どんな m 、 m 、 m、 m に対しても、（整数）/ nとなれば、

L LH HL L H

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 /(2兀）

L

= (1/2){(1/R -l)m +(1/R l)m

L LH L HL

+ (1/R -1/R )m } …ひ）

L H H

[0091] 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 力 非円形歯車対 18の減速比が R となる嚙み合い区間の中心位置で嚙み合う状態

H

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で一定の状態での回転から開始する場合を取り上げる。

H

[0092] ここで、次の状態を想定する。 m 、 m 、 m、 m は全て整数であり、さらに m 、 m

LH HL L H L

は偶数、すなわち、 m =2m '、 m =2m '(m '， m ，は整数）である。

H L L H H L H

(a)減速比を R力ら R に変えることを m 回行う。すなわち、「R→R変化過程」の

L H LH L H

状態で入力軸 12が回転した角度の合計は、 π -m である。

LH

(b)減速比を R力も Rに変えることを m 回行う。すなわち、「R →R変化過程」の

H L HL H L

状態で入力軸 12が回転した角度の合計は、 π -m である。

HL

(c)減速比が R—定の状態で、入力軸 12が回転した角度の合計は、 π '2m 'である

(d)減速比が R—定の状態で、入力軸 12が回転した角度の合計は、 π ·2πι 'であ

Η Η

d* o

この場合、制約条件は、 m =m 、m — 1のいずれかである。

LH HL HL

[0093] 表 2の各項目に、上記（a)〜（d)を考慮して、 m 、m 、 2m，、 2m ，を掛け合わせ

LH HL L H

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 は、

H

K 二 π (1/R -l)m + π (1/R — l)m +2π (l/R — l/R )m，

H H LH H HL H L 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は、

L

K 二 π (1/R -l)m + π (1/R — l)m +2π (l/R — l/R )m ，

L L LH L HL L H 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 は、 K =2π (l l/R )m ' + 2π (l l/R )m '

LH L L H H

[0094] 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 /(2兀）が、どんな m 、 m 、 m '、 m 'に対しても、（整数）/ nとなれば

L LH HL L H

、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 /(2兀）

L

= (1/2) { (1/R -l)m + (1/R l)m

L LH L HL

+ 2(1/R -1/R )m '} ··· (1')

L H H

[0095] 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 (η'は整数。すなわち、 ηは偶数）であり、かつ、

(b) 1/R、 1/R ともに (整数)/ nで表現できる

L H

場合が考えられる。

[0096] 例えば、

(1) n' = 10. n = 20、 1/R =8/10、 1/R =12/10

H L

(2) n =10、 n = 20、 1/R =8/10、 1/R =14/10

H L

であれば、式を満たす。

[0097] (1)の解は、（1/R +1/R )/2 =1の例である。 （2)の解は、（1/R +1/R )

L H L 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の区間は短ぐ減速比 R の区間は長く

L H

する。

[0098] 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。

[0099] 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 の区間と減速比 Rの区間とを 1組有する入力側歯車 24と、

H L

減速比 R の区間と減速比 Rの区間とを 2組有する出力側歯車 34とを用いて、非円

H L 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 の区間と減速

H

比 Rの区間とを 1組有する入力側歯車 24と、減速比 R の区間と減速比 Rの区間と

L H L

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 こと力 Sでさる。

[0100] <作製例〉 実施例 1の作製例について、説明する。

[0101] 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。

[表 3]

[0102] 非円形歯車対は、同一形状の 2つの非円形歯車を嚙み合わせた。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° 土約 38° の嚙み合い区 間の基準円半径が 32mm、 180° 土約 30° の嚙み合い区間の基準円半径が 40m mとなるように作製し、中心距離 72mmで嚙み合わせた。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° 土約 38° の区間では減速比が 1. 25、 180° 土約 30° の区間では減速比が 0. 8となる。

[0103] 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 20 0の嚙み合!/、クラッチを設けた。

[0104] 作製例の変速機は、嚙み合いクラッチを 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。

[0105] く変形例 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 O FF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。これによつて、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。

[0106] <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 1 8力 S回転しないようにすることで回避すること力 Sでさる。

[0107] 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。これによつ 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。

[0108] 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 O N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。 [0109] 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。これによつて、制御装置は、クラッチ 14 4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のァクチュ 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。

[0110] <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。

[0111] 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 , R , Rであり、 R >R

1 2 3 1 2

>Rである。

3

[0112] 各歯車対 55〜59は、それぞれ、一対の歯車 60, 70 ; 62, 72 ; 64, 74 ; 66, 76 ; 6 8, 78が嚙み合う。

[0113] 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

[0114] 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と出力車由 54とは一体となって回転する。クラッチ 80, 82, 84, 86, 8 8カ切れている OFFのときには、出力佃 J歯車 70, 72, 74, 76, 78は、出力車由 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。

[0115] 図 9ίこ模式白勺 ίこ示すよう ίこ各歯車対 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 60ρ, 70ρ ; 62ρ, 72ρ ; 64ρ, 74ρカ互レヽに接する円形歯車である。

[0116] 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の第 3の歯車対 57のピッチ円 64p, 74pの円弧と

3

等し！/ヽ第 1の区間 101， 111と、減速匕 Rの第 2の歯車対 56のピッチ円 62p， 72pの

2

円弧と等しい第 3の区間 103, 113と、減速比 R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と Rとの間で変化する第 2

3 2

の区間 102, 112と、減速比が Rと Rとの間で変化する第 4の区間 104, 114と、減

2 1

速比が Rと R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

1 3

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の順に嚙み合う。すなわち、第 1の非円形歯車対 58の減速比は、 R→R→Rと変化する状態が繰り返される。

3 2 1

[0117] 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の第 3の歯車対 57のピッチ円 64p, 74pの円弧と

3

等しい第 1の区間 201 , 211と、減速 itR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の第 2の歯車対 56のピッチ円 62p,

2

72pの円弧と等しい第 5の区間 205, 215と、減速比が Rと Rとの間で変化する第 2

3 1

の区間 202, 212と、減速比が Rと Rとの間で変化する第 4の区間 204, 214と、減

1 2

速比が Rと R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

2 3

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の順に嚙み合う。すなわち、第 2の非円形歯車対 59の減速比は、 R→R→Rと変化する状態が繰り返される。

3 1 2

[0118] 第 1の非円形歯車対 58は、減速比を R力も Rに切り替える場合と、減速比を R

3 2 2 ら Rに切り替える場合とに用いる。減速比を R力 Rに切り替える場合には、例えば

1 3 1

、まず減速比を R力 Rに切り替え、次いで減速比を R力、ら Rに切り替えるようにす

3 2 2 1

[0119] 例えば、減速比を R力 Rに切り替える場合には、減速比 Rの第 3の歯車対 57の

3 2 3

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力も Rに変化する

1 3 第 6の区間 106, 116を通過し、一定の減速比 Rとなる第 1の区間 101 , 111に入つ

3

たら、減速比 R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

3

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 5 8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力も R

3 に変わる第 2の区間 102, 112に入る前に、減速比 Rの第 3の歯車対 57のクラッチ

2 3

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力も Rに変わる第

3 2

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。

[0120] 第 1の非円形歯車対 58の嚙み合いが、第 2の区間 102, 112を通過して、一定の 減速比 Rとなる第 3の区間 103, 113に入ったら、減速比 Rの第 2の歯車対 56のクラ

2 2

ツチ 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力、ら Rに変化する第 4の区間 104, 114に入

2 1

る前に、第 1の非円形歯車対 58のクラッチ 86を OFFにする。

[0121] 一方、第 2の非円形歯車対 59は、減速比を R力 Rに切り替える場合と、減速比

1 2

を R力 Rに切り替える場合とに用いる。減速比を R力 Rに切り替える場合には、

2 3 1 3

例えば、まず減速比を R力 Rに切り替え、次いで減速比を R力 Rに切り替える

1 2 2 3

ようにする。

[0122] 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 力 つだけの場合、例えば図 8において非円形歯車対 59がなぐ非円形歯車対 58 のみがある場合は、減速比を R力 Rに変化させる際に、 R→R→Rと減速比が

2 3 2 1 3

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。

[0123] クラッチの一部には、ワンウェイクラッチを用いること力 S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 転しょうとするときに 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。

[0124] 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。

[0125] 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 O N/OFFの切り換えタイミングの制御が容易になる。

[0126] 例えば、減速比が R , R (R 〉R )の間で変化する非円形歯車要素対について、

H L H L

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。

[0127] この場合、変速機の減速比を R力 Rに切り換えた後、すなわち、非円形歯車要

H L

素対の主クラッチが ONになり、変速機の減速比が R力 Rに変化し、減速比が R

H L 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 O FF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よりも大きくなると

L

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力 R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

H L

が容易になる。

[0128] 変速機の減速比を R力 R に切り換える際に、非円形歯車要素対用の主クラッチ

L H

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でないときに ON

L

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となり、減速比が Rの歯車要素対用のクラッチを OFFにすると、ワンゥ

L L

エイクラッチは自動的に ONになる。したがって、減速比を R力も R に切り換える際に

L H

、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。 [0129] 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 したあのを用いる構成としてあよレ、。

[0130] 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。

[0131] <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。

[0132] 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。

[0133] 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。

[0134] 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。

[0135] 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 と入力軸 52aの第 2部分 52tの回転速度 N とを用いて、 N /N と定義する。出 il i2 il i2

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 と出力軸

o2

54aの第 1部分 54sの回転速度 N を用いて、 N /N と定義する。出力側増減速

ol o2 ol

装置 79の減速比の定義は、 N /N ではないことに留意する必要がある。

ol o2

[0136] 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 こと力 S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とし、入力軸 52aの第 1部分 52sの回転速度に

0

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 つて、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側の嚙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 力できる。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。

[0137] 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。

[0138] 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, 5 9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 と、出力軸 54a側に設ける増減速装置 79の減速比 R と力 S、 R X R

m out m out

= 1とならなくても構わない。

[0139] 例えば、第 1の歯車対 55の減速比が R、第 2の歯車対 56の減速比が R、第 1の非

1 2

円形歯車対 58のある区間の減速比が R '、第 1の非円形歯車対 58の他の区間の減 速比が R 'とすると、変速機 50aの減速比を、 R力 R、又は R力 Rに切り換えるこ

2 1 2 2 1

とができるためには、次の 2つの式を満たせばよい。

R =R X R ' X R

1 in 1 out

R =R X R ' X R

2 in 2 out

[0140] 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。

[0141] 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 力 S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。

[0142] 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 縮すること力でさる。

[0143] 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 ることも可倉である。

[0144] <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。

[0145] 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ぐ種々変更を加え て実施することが可能である。

[0146] 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 ること力 S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

[0147] 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、クラッチとァクチユ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!/、。

[0148] 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ぐ 急激な減速比の変化があるものでもよレ、。

[0149] 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、ノ ランスゥェ イトを付けてもよい。

[0150] 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嚙み合う必要が 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、ドグクラッチ等の嚙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ぐ増速する場合、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、ドグクラッチ等の嚙み合いクラッ チを用いることができる。

[0151] 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嚙み合い区 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嚙み合い区間が 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。

[0152] 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、減速比力 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。

[0153] 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

請求の範囲

[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 ツチと、

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嚙み合い区間における第 1の減速比と等しくな る第 1の嚙み合い区間と、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嚙み合い区間における第 2の減速比と等しくなる第 2の嚙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嚙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!/、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 カ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、嚙み合い 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ァクチユエ ータと、

前記ァクチユ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

〇

[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、少なくとも一部の嚙み合い区間で第 1 (又 は第 2)の減速比で嚙み合う第 1 (又は第 2)の歯車要素対を連結して!/、る状態にお!/、 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)の減速比で嚙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)の減速比の嚙み合!/、を継続して!/、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)の減速比で嚙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、少なくとも一部の嚙み合い区間で前記第 2 (又は 第 1)の減速比で嚙み合う第 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)の減速比で嚙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)の減速比の嚙み合!/、を継続して!/、る間に、前記非円形歯車要素対につ!/、 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

V、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。

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 ツチと、

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の嚙み合い区間と、第 2の減 速比になる第 2の嚙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 の嚙み合い区間における減速比と等しぐ

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 の嚙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。