WO2021070213A1

WO2021070213A1 - 変速機

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Publication number: WO2021070213A1
Application number: PCT/JP2019/039443
Authority: WO
Inventors: 義弘山内; 忠彦加藤; 信二池谷; 寺岡　正夫
Original assignee: 株式会社ユニバンス; 株式会社イケヤフォーミュラ
Priority date: 2019-10-07
Filing date: 2019-10-07
Publication date: 2021-04-15
Also published as: JPWO2021070213A1; JP7317321B2; EP4043755A4; EP4043755A1

Abstract

変速のときに生じる音や振動を抑制できる変速機（１）を提供する。変速機（１）は、ギヤを軸に選択的に結合するかみ合いクラッチ（５）を備え、かみ合いクラッチ（５）は、軸と平行な溝（７１）が外周面に形成されるハブ（７０）と、軸と平行な歯（８８）が内周面に形成され歯（８８）が溝（７１）にはまり合うクラッチリング（８０）と、クラッチリング（８０）の位置を設定するシフト装置（９０）と、を備える。ギヤ（４１）の第１ドグ歯（４３）の第１面（４６）とクラッチリング（８０）の第２ドグ歯（８３）の第３面（８６）とによりギヤ（４１）とクラッチリング（８０）とを軸方向に離隔する推力が生じ、第１ドグ歯（４３）の第２面（４７）と第２ドグ歯（８３）の第４面（８７）との間ではその推力は生じない。

Description

変速機

　本発明は、かみ合いクラッチを備える変速機に関するものである。

　軸方向の端面にドグ歯が形成されたギヤを軸に配置し、かみ合いクラッチを用いてギヤを軸に選択的に結合する変速機が知られている（特許文献１）。特許文献１では（特に図９及び図１０参照）、軸に結合する円環状のハブの外周に、円環状のクラッチリングが配置される。ハブは、軸と平行な溝が外周面に形成され、その溝に入る円柱状のピンが、クラッチリングの内周面に設けられる。ドグ歯の円周方向の一方を向く面は、ギヤとクラッチリングとが離隔する方向の推力を発生させる傾斜面とされ、ドグ歯の円周方向の他方を向く面は、トルクを伝達するときにギヤとクラッチリングとが離隔しない面とされている。

　低速段から高速段へ変速するときに、変速比が異なる２つのギヤのドグ歯にクラッチリングのドグ歯がそれぞれかみ合うと、回転方向の力が、ドグ歯の傾斜面によって軸方向の力に換えられ、内部循環トルクにより、高速段のギヤに比べて回転数の低い低速段のギヤにかみ合うクラッチリングが軸方向へ押し出される。高速段のギヤが軸に結合し、低速段のギヤとクラッチリングとのかみ合いが外れると、変速が完了する。

特開２０１６－６１４１１号公報

　しかし、特許文献１の技術では、ハブの溝の中をクラッチリングのピンが移動してクラッチリングが軸方向に移動するときに、ピンと溝との間の径方向の隙間の分だけハブに対してクラッチリングが傾く。クラッチリングからハブにトルクを伝達するピンの位置は、クラッチリングの傾きによって軸方向の外側にずれるので、ピンにかかる力によってクラッチリングをさらに傾かせるモーメントが発生する。その結果、クラッチリングのモーメントが大きくなる。これによりピンと溝との摩擦が大きくなるので、変速のときの内部循環トルクが大きくなる。その結果、内部循環トルクが解放されて変速が完了するときに生じる音や振動が大きくなるという問題点がある。

　本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、変速のときに生じる音や振動を抑制できる変速機を提供することを目的としている。

　この目的を達成するために本発明の変速機は、軸方向の端面に第１ドグ歯が形成され軸に配置された歯数が異なる複数のギヤを、軸に選択的に結合するかみ合いクラッチを備えるものであり、かみ合いクラッチは、軸に結合し、軸と平行に形成された溝が外周面に形成される円環状のハブと、軸と平行に形成された歯が内周面に形成されると共に、歯が溝にはまり合い軸方向に移動することにより第１ドグ歯にかみ合う第２ドグ歯が端面に形成される円環状のクラッチリングと、クラッチリングの軸方向の位置を設定するシフト装置と、を備え、第１ドグ歯は、円周方向の一方を向く第１面と、円周方向の他方を向く第２面と、を備え、第２ドグ歯は、第１面と対向する第３面と、第２面と対向する第４面と、を備え、第１面および第３面は、第１面と第３面とを接触させる方向のトルクに応じてギヤとクラッチリングとが軸方向に離隔する推力を発生させる傾斜面であり、第２面および第４面は、第２面と第４面とを接触させてトルクを伝達するときに、ギヤとクラッチリングとが軸方向に離隔しない面であり、シフト装置は、変速のときに、１つのギヤの第１面とクラッチリングの第３面とが接触する状態にし、別のギヤの第２面とクラッチリングの第４面とが接触する状態にする。

　請求項１記載の変速機によれば、軸に結合する円環状のハブの外周面に軸と平行に溝が形成され、円環状のクラッチリングの内周面に軸と平行に歯が形成される。クラッチリングは歯が溝にはまり合い、トルクを伝達しながら軸方向に移動する。その結果、軸と平行な歯に力がかかるので、歯と溝との間に径方向の隙間があっても、歯の軸方向に延びる部分に溝の軸方向に延びる部分が接し、クラッチリングのモーメントを抑制できる。ハブに対するクラッチリングの傾きを抑制できるので、溝に擦れる歯の摩擦を抑制できる。その結果、内部循環トルクを抑制できるので、変速のときに内部循環トルクが解放されて生じる音や振動を抑制できる。

　請求項２記載の変速機によれば、クラッチリングは、円環状のリングの端面から第２ドグ歯が軸方向に突出する。歯は第２ドグ歯の内側に形成されているので、リングの内側のみに歯が形成される場合に比べ、歯の軸方向の長さを確保できる。その結果、ハブに対してクラッチリングをより傾き難くできるので、請求項１の効果に加え、変速のときの音や振動を抑制し易くできる。

　請求項３記載の変速機によれば、第２ドグ歯は、第３歯の軸方向の長さよりも第４歯の軸方向の長さが短い。従って、クラッチリングが軸方向に移動して第２ドグ歯が第１ドグ歯にかみ合うときは、まず、クラッチリングの第３歯がギヤの第１ドグ歯にかみ合う。歯は第３歯の内側のみに形成されているので、第１ドグ歯、第３歯および歯を介してクラッチリングとハブとの間にトルクが伝達される。従って、第３歯の内側に歯が形成されないで第４歯やリングの内側に歯が形成される場合に比べ、第３歯とリングとがなす隅を起点とするリングの破損を抑制できる。また、第３歯の内側だけでなく第４歯やリングの内側にも歯が形成される場合に比べ、歯の形成によるクラッチリングの断面積の低下を抑制できる。よって、請求項２の効果に加え、クラッチリングの耐久性を向上できる。

　請求項４記載の変速機によれば、軸に平行な仮想平面に対する第１面および第３面の傾斜角をθ、第３面の重心を通る円の半径をＲｄ、第１面と第３面との間の摩擦係数をμｄ、溝の基準円の半径をＲｈ、溝と歯との間の摩擦係数をμｈとしたときに、ｔａｎ（θ－μｄ）／Ｒｄ－μｈ／Ｒｈ＞０を満たす。傾斜角θによる軸方向の推力によって、内部循環トルクによりギヤとクラッチリングとを軸方向に離隔させることができるので、請求項１から３のいずれかの効果に加え、変速のときのショックを抑制できる。

　請求項５記載の変速機によれば、かみ合いクラッチは、第２面と第４面とを接触させてトルクを伝達するときに第１面と第３面との間に円周方向の隙間を有し、第１面と第３面とを接触させてトルクを伝達するときに第２面と第４面との間に円周方向の隙間を有する。シフト装置は、第１面と第３面とを接触させてトルクを伝達するときに、クラッチリングの軸方向の移動を規制する規制部を備えているので、請求項１から４のいずれかの効果に加え、トルク切れを防止できる。

一実施の形態における変速機のスケルトン図である。クラッチリングの斜視図である。クラッチリングが配置されたハブの斜視図である。低速段のコースト走行時の変速機の模式図である。低速段のドライブ走行時の変速機の模式図である。低速段から高速段へ変速途中の変速機の模式図である。高速段のドライブ走行時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１の概略構成を説明する。図１は一実施の形態における変速機１のスケルトン図である。変速機１は、動力が入力される駆動軸２と、駆動軸２と平行に配置される被動軸３とを備え、被動軸３に出力ギヤ４が配置されている。駆動軸２及び被動軸３は、複数段の変速ギヤとしての１速ギヤ１０、２速ギヤ２０、３速ギヤ３０、４速ギヤ４０、５速ギヤ５０及び６速ギヤ６０を支持する。本実施の形態では変速機１は自動車（図示せず）に搭載されている。

　１速ギヤ１０は、駆動軸２に相対回転不能に固定された駆動ギヤ１１と、駆動ギヤ１１とかみ合いつつ被動軸３に相対回転可能に固定された被動ギヤ１２と、を備えている。２速ギヤ２０は、駆動軸２に相対回転可能に固定された駆動ギヤ２１と、駆動ギヤ２１とかみ合いつつ被動軸３に相対回転不能に固定された被動ギヤ２２と、を備えている。３速ギヤ３０は、駆動軸２に相対回転不能に固定された駆動ギヤ３１と、駆動ギヤ３１とかみ合いつつ被動軸３に相対回転可能に固定された被動ギヤ３２と、を備えている。４速ギヤ４０は、駆動軸２に相対回転可能に固定された駆動ギヤ４１と、駆動ギヤ４１とかみ合いつつ被動軸３に相対回転不能に固定された被動ギヤ４２と、を備えている。５速ギヤ５０は、駆動軸２に相対回転可能に固定された駆動ギヤ５１と、駆動ギヤ５１とかみ合いつつ被動軸３に相対回転不能に固定された被動ギヤ５２と、を備えている。６速ギヤ６０は、駆動軸２に相対回転可能に固定された駆動ギヤ６１と、駆動ギヤ６１とかみ合いつつ被動軸３に相対回転不能に固定された被動ギヤ６２と、を備えている。

　駆動軸２や被動軸３にギヤを選択的に結合するかみ合いクラッチ５は、駆動軸２や被動軸３に結合するハブ７０と、ハブ７０に配置されるクラッチリング８０と、クラッチリング８０の軸方向の位置を設定するシフト装置９０と、を備えている。

　ハブ７０は、被動ギヤ１２と被動ギヤ３２との間の被動軸３、駆動ギヤ２１と駆動ギヤ５１との間の駆動軸２、駆動ギヤ４１と駆動ギヤ６１との間の駆動軸２にそれぞれ相対回転不能に固定される円環状の部材である。被動ギヤ１２，３２、駆動ギヤ２１，４１，５１，６１の軸方向の端面には、ハブ７０の側へ向けて軸方向に突出する第１ドグ歯１３，３３，２３，４３，５３，６３が、それぞれ設けられている。

　クラッチリング８０は、ハブ７０に装着される円環状の部材である。クラッチリング８０は、ハブ７０に対して回転不能、且つ、軸方向へ移動可能に配置されている。クラッチリング８０には、軸方向へ突出する第２ドグ歯８３（図２参照）が設けられている。クラッチリング８０が軸方向へ移動して第１ドグ歯１３，３３，２３，４３，５３，６３と第２ドグ歯８３とが選択的にかみ合うことで、１速ギヤ１０、２速ギヤ２０、３速ギヤ３０、４速ギヤ４０、５速ギヤ５０及び６速ギヤ６０のいずれかが、ハブ７０及びクラッチリング８０を介して駆動軸２に選択的に結合し、変速が行われる。

　シフト装置９０は、クラッチリング８０にそれぞれ係合するシフトフォーク９１，９２，９３と、シフトフォーク９１，９２，９３にそれぞれ結合するシフトアーム９４，９５，９６と、円柱状のシフトドラム９７と、を備えている。シフトドラム９７はケースＣに固定されており、モータ（図示せず）により軸回りに回転する。シフトアーム９４，９５，９６は、シフトドラム９７の外周に形成されたカム溝９８，９９，１００に端部が係合する。

　シフトドラム９７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９７が回転すると、カム溝９８，９９，１００にガイドされたシフトアーム９４，９５，９６を介して、シフトフォーク９１，９２，９３が軸方向に移動する。シフトフォーク９１，９２，９３によってクラッチリング８０は軸方向に移動する。

　図２を参照してクラッチリング８０について説明する。図２はクラッチリング８０の斜視図である。図２に示すようにクラッチリング８０は、中心軸Ｏの回りに円環状に延びるリング８１と、リング８１の軸方向の端面８２から軸方向の両側へ向けて突出する複数の第２ドグ歯８３と、を備えている。駆動軸２や被動軸３に配置されたクラッチリング８０の中心軸Ｏは、駆動軸２や被動軸３の中心軸と一致する。第２ドグ歯８３は、第３歯８４と、第３歯８４の長さよりも軸方向の長さが短い第４歯８５と、を備えている。第２ドグ歯８３は、円周方向の一方を向く第３面８６と、第３面８６の反対側の面であって円周方向の他方を向く第４面８７と、を備えている。

　本実施形態では、リング８１は円周方向に４つに分割されている。リング８１には、溶接等により第２ドグ歯８３が接合されている。リング８１は、円周方向に互いに間隔をあけて第２ドグ歯８３を連結している。第２ドグ歯８３は、第３歯８４と第４歯８５が、円周方向に交互に配置されている。第３面８６は、中心軸Ｏに平行な仮想平面７３（図３参照）に対して傾く傾斜面である。第４面８７は、中心軸Ｏに平行な面である。クラッチリング８０の内周面には、中心軸Ｏと平行な歯８８が形成されている。本実施形態では、歯８８は第３歯８４の内側のみに形成されており、歯８８は第３歯８４の全長に亘って延びている。

　なお、中心軸Ｏの側を向くリング８１の内面のうち第３歯８４が連なる部分には、中心軸Ｏに平行な歯８８が形成されている。歯８８は、リング８１、及び、リング８１の端面８２から突出する第３歯８４に切れ目なく連なっている。これにより歯８８が破損し難くなる。

　本実施形態では、第２ドグ歯８３のみに歯８８が形成されている。「第２ドグ歯８３のみに歯８８が形成される」というのは、第２ドグ歯８３以外に、第２ドグ歯８３の歯８８に連なる歯がリング８１の内面に形成されるものを含む。しかし、第２ドグ歯８３の歯８８に連なっていない歯が、リング８１の内面に形成されるものは含まない。

　図３はクラッチリング８０が配置されたハブ７０の斜視図である。ハブ７０の内周面には、駆動軸２や被動軸３（図１参照）に結合するスプライン７１が形成されている。ハブ７０の外周面のうちクラッチリング８０の歯８８が配置される部位に、中心軸Ｏと平行な溝７２が形成されている。溝７２は、ハブ７０の軸方向の全長に亘って形成されている。クラッチリング８０に形成された歯８８が、ハブ７０の溝７２にはまり合うので、クラッチリング８０はハブ７０に対して軸方向に移動できるが、クラッチリング８０はハブ７０の周りを回転できない。

　クラッチリング８０はハブ７０の溝７２に歯８８がはまり合い、トルクを伝達しながら軸方向に移動する。その結果、中心軸Ｏと平行な歯８８に力がかかるので、歯８８と溝７２との間に径方向の隙間があっても、歯８８の軸方向に延びる部分に溝７２の軸方向に延びる部分が接し、クラッチリング８０のモーメントを抑制し、ハブ７０の中心軸Ｏに対するクラッチリング８０の傾きを抑制できる。

　本実施形態では、溝７２はハブ７０の一部（４か所）に形成されているので、ハブ７０の全周に亘って溝７２が形成される場合に比べ、溝７２の加工量を抑制できる。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。ハブ７０の全周に亘って溝７２を形成することは当然可能である。

　溝７２及び歯８８の形状は特に限定されない。溝７２や歯８８は、側面から見て、例えばインボリュート曲線などの曲線に囲まれたものや角型など適宜設定される。また、溝７２の中を転がるボールやコロを歯８８に設けたり、歯８８が転がるボールやコロを溝７２に設けたりすることは当然可能である。これにより歯８８と溝７２との摩擦をより小さくできる。

　第２ドグ歯８３の第３面８６は、リング８１から軸方向へ離れるにつれて、第４面８７へ近づくように傾斜している。中心軸Ｏに平行な仮想平面７３に対する第３面８６の傾斜角をθとする。第３面８６の重心を通る円の半径Ｒｄ（中心軸Ｏと第３面８６の重心との間の距離）は、第２ドグ歯８３の径方向の厚さの分だけ、溝７２の基準円の半径Ｒｈ（中心軸Ｏと溝７２の基準円との間の距離）よりも大きい。

　図４から図７を参照して、高速段へ変速（シフトアップ）するときの変速機１の動作を説明する。本実施の形態では一例として４速ギヤ４０から５速ギヤ５０への変速について説明するが、他の段へ変速する動作も同様なので、他の段のシフトアップの動作やシフトダウンの動作については説明を省略する。

　まず図４及び図５を参照して、低速段（４速ギヤ４０）のときの変速機１の動作について説明する。図４は低速段（４速ギヤ４０）のコースト走行時の変速機１の模式図であり、図５は低速段（４速ギヤ４０）のドライブ走行時の変速機１の模式図である。図４から図７では、駆動ギヤ４１，５１、ハブ７０及びクラッチリング８０の回転方向は、紙面に沿って下向き（矢印Ｒ方向）である。

　図４に示すように駆動ギヤ４１には、クラッチリング８０の第２ドグ歯８３にかみ合う第１ドグ歯４３が、駆動ギヤ４１の軸方向の端面に形成されている。第１ドグ歯４３は、第１歯４４と、第１歯４４の長さよりも軸方向の長さが短い第２歯４５と、を備えている。第１ドグ歯４３は、円周方向の一方を向く第１面４６と、第１面４６の反対側の面であって円周方向の他方を向く第２面４７と、を備えている。第１面４６はクラッチリング８０の第３面８６に対向する。第２面４７はクラッチリング８０の第４面８７に対向する。

　第１面４６及び第３面８６は、第１面４６と第３面８６とを接触させる方向のトルクに応じて駆動ギヤ４１とクラッチリング８０とが軸方向に離隔する推力を発生させる傾斜面である。第１面４６は、駆動ギヤ４１から離れる方向へ向かうにつれて、第２面４７へ近づくように傾斜している。中心軸Ｏに平行な仮想平面７３（図３参照）に対する第１面４６の傾斜角θは、第３面８６の傾斜角θと同じである。

　第２面４７及び第４面８７は、第２面４７と第４面８７とを接触させてトルクを伝達するときに、駆動ギヤ４１とクラッチリング８０とが軸方向に離隔しない面である。本実施形態では、第２面４７は中心軸Ｏに平行な面である。

　駆動ギヤ５１には、クラッチリング８０の第２ドグ歯８３にかみ合う第１ドグ歯５３が、駆動ギヤ５１の軸方向の端面に形成されている。第１ドグ歯５３は、第１歯５４と、第１歯５４の長さよりも軸方向の長さが短い第２歯５５と、を備えている。第１ドグ歯５３は、円周方向の一方を向く第１面５６と、第１面５６の反対側の面であって円周方向の他方を向く第２面５７と、を備えている。第１面５６はクラッチリング８０の第３面８６に対向する。第２面５７はクラッチリング８０の第４面８７に対向する。

　第１面５６及び第３面８６は、第１面５６と第３面８６とを接触させる方向のトルクに応じて駆動ギヤ５１とクラッチリング８０とが軸方向に離隔する推力を発生させる傾斜面である。第１面５６は、駆動ギヤ５１から離れる方向へ向かうにつれて、第２面５７へ近づくように傾斜している。中心軸Ｏに平行な仮想平面７３（図３参照）に対する第１面５６の傾斜角θは、第３面８６の傾斜角θと同じである。

　第２面５７及び第４面８７は、第２面５７と第４面８７とを接触させてトルクを伝達するときに、駆動ギヤ５１とクラッチリング８０とが軸方向に離隔しない面である。本実施形態では、第２面５７は中心軸Ｏに平行な面である。

　図４に示すように４速走行時には、シフトドラム９７のカム溝９９及びシフトアーム９５によりシフトフォーク９２が４速ギヤ４０の駆動ギヤ４１へ近づき、クラッチリング８０の第２ドグ歯８３が駆動ギヤ４１の第１ドグ歯４３にかみ合う。このときはクラッチリング８０の歯８８がハブ７０の溝７２にはまり合い、クラッチリング８０が軸方向に移動する。歯８８は第２ドグ歯８３（第３歯８４）の内側に形成されているので、リング８１の内側のみに歯８８が形成される場合に比べ、歯８８の軸方向の長さを確保できる。その結果、クラッチリング８０が軸方向に移動するときに、ハブ７０に対してクラッチリング８０をより傾き難くできる。一方、５速ギヤ５０では、シフトドラム９７により、クラッチリング８０の第２ドグ歯８３と駆動ギヤ５１の第１ドグ歯５３とが軸方向に離隔している。

　４速ギヤ４０の被動ギヤ４２（図１参照）から駆動ギヤ４１へ動力が伝達されるコースト走行時には、駆動ギヤ４１はクラッチリング８０より速く回転するので、駆動ギヤ４１の第１面４６はクラッチリング８０の第３面８６に接する。このときに第２面４７と第４面８７との間に円周方向の隙間ができる。

　第１面４６及び第３面８６は、コースト時のトルクに応じて駆動ギヤ４１とクラッチリング８０とが軸方向に離隔する推力を発生させる。しかし、シフトドラム９７のカム溝９９の頂部９９ａ（規制部）が、シフトアーム９５及びシフトフォーク９２の軸方向の移動を制限するので、クラッチリング８０の第２ドグ歯８３と駆動ギヤ４１の第１ドグ歯４３とのかみ合いが保たれ、駆動ギヤ４１の第１面４６にクラッチリング８０の第３面８６が接する状態が維持される。

　図５に示すように、駆動ギヤ４１から被動ギヤ４２（図１参照）へ動力が伝達されるドライブ走行時には、クラッチリング８０は駆動ギヤ４１より速く回転するので、クラッチリング８０の第４面８７は駆動ギヤ４１の第２面４７に接する。このときに第１面４６と第３面８６との間に円周方向の隙間ができる。

　第２面４７と第４面８７とを接触させてトルクを伝達するときに、駆動ギヤ４１とクラッチリング８０とは軸方向に離隔しないので、シフトドラム９７のカム溝９９の頂部９９ａによるシフトアーム９５及びシフトフォーク９２の軸方向の移動の制限、及び、第２面４７と第４面８７との摩擦等によってギヤ抜けを防ぎ、ドライブトルクを伝達する。

　図６は低速段（４速ギヤ４０）から高速段（５速ギヤ５０）へ変速途中の変速機１の模式図であり、図７は高速段（５速ギヤ５０）のドライブ走行時の変速機１の模式図である。図６及び図７に示す矢印Ｓはシフトドラム９７のシフトアップ時の回転方向である。

　図６に示すように、駆動ギヤ４１から被動ギヤ４２（図１参照）へ動力が伝達されるドライブ走行時に、シフトドラム９７を回転して高速段（５速ギヤ５０）へのシフトアップ操作が行われると、シフトドラム９７のカム溝１００及びシフトアーム９６によりシフトフォーク９３が５速ギヤ５０の駆動ギヤ５１へ近づき、クラッチリング８０の第３歯８４の歯先が駆動ギヤ５１の第１歯５４の歯先に接する。クラッチリング８０の第３歯８４は、軸方向の長さが第４歯８５より長いので、第２ドグ歯８３の第３歯８４と駆動ギヤ５１の第１ドグ歯５３（第１歯５４）とをかみ合い易くできる。

　一方、４速ギヤ４０ではカム溝９９の頂部９９ａが、シフトアーム９６を解放する。これによりシフトアーム９６とカム溝９９との間に、クラッチリング８０が駆動ギヤ４１から軸方向へ離隔できる隙間Ｇが生じる。しかし、４速ギヤ４０において第２面４７と第４面８７とを接触させて駆動ギヤ４１から被動ギヤ４２（図１参照）へ動力が伝達されている場合には、駆動ギヤ４１とクラッチリング８０とが軸方向へ離隔する推力が生じないので、クラッチリング８０の第２ドグ歯８３と駆動ギヤ４１の第１ドグ歯４３とがかみ合った状態が維持される。

　４速ギヤ４０の駆動ギヤ４１とクラッチリング８０の第２ドグ歯８３とがかみ合った状態で、５速ギヤ５０の駆動ギヤ５１の第１ドグ歯５３（第１歯５４）とクラッチリング８０の第２ドグ歯８３（第３歯８４）とがかみ合うと、５速ギヤ５０は４速ギヤ４０より速く回転するので、内部循環トルクにより４速側はコースト状態、５速側はドライブ状態となる。

　５速ギヤ５０では、第２面５７と第４面８７とが接触したドライブ状態であり、駆動ギヤ５１とクラッチリング８０とが軸方向へ離隔する推力が生じないので、シフトドラム９７のカム溝１００及びシフトアーム９６によりシフトフォーク９３が駆動ギヤ５１へより近づき、クラッチリング８０の第２ドグ歯８３と駆動ギヤ５１の第１ドグ歯５３とのかみ合いが深くなる。

　クラッチリング８０は、第３歯８４の内側のみに歯８８が形成されているので、第３歯８４が第１ドグ歯５３とかみ合うときに、第１ドグ歯５３、第３歯８４及び歯８８を介してクラッチリング８０とハブ７０との間にトルクが伝達される。これにより、第３歯８４の内側に歯８８が形成されないで第４歯８５やリング８１の内側に歯８８が形成される場合に比べ、第３歯８４と第１ドグ歯５３（第１歯５４）とがかみ合うときに、第３歯８４に回転方向の力が加わることによる、第３歯８４とリング８１とがなす隅を起点とするリング８１の破損を抑制できる。

　また、第３歯８４の内側だけでなく第４歯８５やリング８１の内側にも歯８８が形成される場合に比べ、歯８８によるクラッチリング８０の断面積の低下を抑制できる。よって、クラッチリング８０の耐久性を向上できる。さらに、第３歯８４の内側だけでなく第４歯８５やリング８１の内側にも歯８８が形成される場合に比べ、溝７２と擦れ合う歯８８の面積を減らすことができるので、溝７２と歯８８との間の摩擦が増大しないようにできる。

　一方、４速ギヤ４０では、第１面４６と第３面８６とが接触したコースト状態であり、第１面４６及び第３面８６の傾斜角θにより、トルクに応じて駆動ギヤ４１とクラッチリング８０とが軸方向に離隔する推力が生じる。ハブ７０の外周面に形成された溝７２に、クラッチリング８０の内周面に形成された歯８８がはまり合い、その推力によってカム溝９９の隙間Ｇの分だけクラッチリング８０がトルクを伝達しながら軸方向に移動する。

　その結果、歯８８の軸方向に延びる部分に溝７２の軸方向に延びる部分が接するので、ハブ７０に対してクラッチリング８０が傾き難くなり、クラッチリング８０の力のモーメントを抑制できる。これにより溝７２に擦れて軸方向へ移動する歯８８の摩擦を抑制できるので、内部循環トルクを抑制できる。その結果、駆動ギヤ４１とクラッチリング８０とが軸方向に離隔するときに内部循環トルクが解放されることに起因して生じる音や振動を抑制できる。

　ここで、第１面４６及び第３面８６の傾斜角θ、第３面８６の重心を通る円の半径Ｒｄ、溝７２の基準円の半径Ｒｈであり、第１面４６と第３面８６との間の摩擦係数をμｄ、溝７２と歯８８との間の摩擦係数をμｈとする。このときにハブ７０及びクラッチリング８０は、ｔａｎ（θ－μｄ）／Ｒｄ－μｈ／Ｒｈ＞０を満たすように設定されている。これにより、第１面４６及び第３面８６の傾斜角θによる軸方向の推力によって、内部循環トルクにより駆動ギヤ４１とクラッチリング８０とをスムーズに軸方向に離隔させることができる。よって、変速のときのショックを抑制できる。

　図７に示すようにシフトドラム９７によって５速ギヤ５０への変速が完了すると、４速ギヤ４０では、シフトドラム９７のカム溝９９の頂部９９ｂが、シフトアーム９５及びシフトフォーク９２の軸方向の移動を制限する。これによりクラッチリング８０と駆動ギヤ４１とが分離した状態が維持される。５速ギヤ５０では、シフトドラム９７のカム溝１００の頂部１００ａが、シフトアーム９６及びシフトフォーク９３の軸方向の移動を制限するので、クラッチリング８０の第２ドグ歯８３と駆動ギヤ５１の第１ドグ歯５３とのかみ合いが保たれる。

　駆動ギヤ５１から被動ギヤ５２（図１参照）へ動力が伝達されるドライブ走行時には、クラッチリング８０は駆動ギヤ５１より速く回転するので、クラッチリング８０の第４面８７は駆動ギヤ５１の第２面５７に接する。このときに第１面５６と第３面８６との間に円周方向の隙間ができる。

　第２面５７と第４面８７とを接触させてトルクを伝達するときに、駆動ギヤ５１とクラッチリング８０とは軸方向に離隔しないので、シフトドラム９７のカム溝１００の頂部１００ａによるシフトアーム９６及びシフトフォーク９３の軸方向の移動の制限、及び、第２面５７と第４面８７との摩擦等によってギヤ抜けを防ぎ、ドライブトルクを伝達する。

　被動ギヤ５２（図１参照）から駆動ギヤ５１へ動力が伝達されるコースト走行時には、駆動ギヤ５１はクラッチリング８０より速く回転するので、駆動ギヤ５１の第１面５６はクラッチリング８０の第３面８６に接する。このときに第２面５７と第４面８７との間に円周方向の隙間ができる。

　第１面５６及び第３面８６は、コースト時のトルクに応じて駆動ギヤ５１とクラッチリング８０とが軸方向に離隔する推力を発生させる。しかし、シフトドラム９７のカム溝１００の頂部１００ａ（規制部）が、シフトアーム９６及びシフトフォーク９３の軸方向の移動を制限するので、クラッチリング８０の第２ドグ歯８３と駆動ギヤ５１の第１ドグ歯５３とのかみ合いが保たれ、駆動ギヤ５１の第１面５６にクラッチリング８０の第３面８６が接する状態が維持される。

　以上のように変速機１は、低速段から高速段への変速時に、変速比の異なる２つの変速ギヤ（４速ギヤ４０及び５速ギヤ５０）の第１ドグ歯４３，５３にクラッチリング８０の第２ドグ歯８３がそれぞれかみ合うと、内部循環トルクにより、高速段の変速ギヤ（５速ギヤ５０）に比べて回転数の低い低速段の変速ギヤ（４速ギヤ４０）に結合するクラッチリング８０が、第１面４６と第３面８６との間に生じる推力によって軸方向へ押し出される。高速段の変速ギヤ（５速ギヤ５０）とクラッチリング８０とが結合すると、低速段の変速ギヤ（４速ギヤ４０）とクラッチリング８０とが分離して高速段が成立するので、変速のときのトルク切れを解消できる。

　クラッチリング８０は歯８８がハブ７０の溝７２にはまり合い軸方向に移動するので、ハブ７０に対してクラッチリング８０が傾き難くなり、クラッチリング８０のモーメントを抑制できる。これにより溝７２に擦れる歯８８の摩擦を抑制できるので、内部循環トルクを抑制できる。その結果、変速のときに内部循環トルクが解放されて生じる音や振動を抑制できる。

　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９７に形成されたカム溝９９，１００の形状、ハブ７０に形成された溝７２の数や形状、クラッチリング８０に形成された歯８８の数や形状などは適宜設定できる。

　実施形態では、第１ドグ歯４３，５３の第１歯４４，５４と第２歯４５，５５とが交互に配置される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１歯４４，５４や第２歯４５，５５が配置される位置や数は適宜設定できる。

　実施形態では、第２ドグ歯８３の第３歯８４と第４歯８５とが交互に配置される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第３歯８４や第４歯８５が配置される位置や数は適宜設定できる。

　実施形態では、変速機１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１を搭載することは当然可能である。この場合も変速機１により変速のときのトルク切れを解消できる。その結果、駆動軸２の空回りをなくし燃費を改善できる。

　実施形態では、クラッチリング８０の第２ドグ歯８３に形成された歯８８が、リング８１のうち第２ドグ歯８３に挟まれる部分に形成された歯に連な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。歯８８のうち、リング８１のうち第２ドグ歯８３が連なる部分の歯を省略することは当然可能である。リング８１の歯を省略しても、係合を行うときに力が加わる第２ドグ歯８３に歯８８が形成されているので、第２ドグ歯８３の曲げ応力を抑制できるからである。

　実施形態では、第２ドグ歯８３のうち第３歯８４の内側のみに歯８８が形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第３歯８４の内側以外に、第４歯８５やリング８１の内側に歯８８を設けることは当然可能である。また、第３歯８４及び第４歯８５の両方に歯８８を設けることは当然可能である。

　実施形態では、駆動ギヤ４１，５１に設けられた第１ドグ歯４３，５３の第２面４７，５７及び第２ドグ歯８３の第４面８７が、中心軸Ｏに平行な面である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第２面４７，５７と第４面８７と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２面４７，５７と第４面８７との間に生じる摩擦力のうちの軸方向の成分と、の合力が、クラッチリング８０を駆動ギヤ４１，５１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２面４７，５７や第４面８７が、中心軸Ｏに平行な仮想平面７３に対して傾斜していても良い。

　１　　変速機
　２　　駆動軸（軸）
　３　　被動軸（軸）
　５　　かみ合いクラッチ
　２１，４１，５１，６１　駆動ギヤ（ギヤ）
　１２，３２　被動ギヤ（ギヤ）
　１３，３３，２３，４３，５３，６３　第１ドグ歯
　４６，５６　第１面
　４７，５７　第２面
　７０　ハブ
　７２　溝
　７３　仮想平面
　８０　クラッチリング
　８１　リング
　８２　リングの端面
　８３　第２ドグ歯
　８４　第３歯
　８５　第４歯
　８６　第３面
　８７　第４面
　８８　歯
　９０　シフト装置
　９９ａ，１００ａ　頂部（規制部）

Claims

　軸方向の端面に第１ドグ歯が形成され軸に配置されたギヤを、前記軸に選択的に結合するかみ合いクラッチを備える変速機であって、
　前記かみ合いクラッチは、前記軸に結合し、前記軸と平行に形成された溝が外周面に形成される円環状のハブと、
　前記軸と平行に形成された歯が内周面に形成されると共に、前記歯が前記溝にはまり合い軸方向に移動することにより前記第１ドグ歯にかみ合う第２ドグ歯が端面に形成される円環状のクラッチリングと、
　前記クラッチリングの軸方向の位置を設定するシフト装置と、を備え、
　前記第１ドグ歯は、円周方向の一方を向く第１面と、円周方向の他方を向く第２面と、を備え、
　前記第２ドグ歯は、前記第１面と対向する第３面と、前記第２面と対向する第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面とを接触させる方向のトルクに応じて前記ギヤと前記クラッチリングとが軸方向に離隔する推力を発生させる傾斜面であり、
　前記第２面および前記第４面は、前記第２面と前記第４面とを接触させてトルクを伝達するときに、前記ギヤと前記クラッチリングとが軸方向に離隔しない面であり、
　前記シフト装置は、変速のときに、１つの前記ギヤの前記第１面と前記クラッチリングの前記第３面とが接触する状態にし、別の前記ギヤの前記第２面と前記クラッチリングの前記第４面とが接触する状態にする変速機。
　前記クラッチリングは、円環状のリングを備え、前記第２ドグ歯は前記リングの端面から軸方向に突出し、
　前記歯は、前記第２ドグ歯の内側に形成されている請求項１記載の変速機。
　前記第２ドグ歯は、第３歯と、前記第３歯の軸方向の長さよりも軸方向の長さが短い第４歯と、を備え、
　前記歯は、前記第３歯の内側のみに形成されている請求項２記載の変速機。
　前記軸に平行な仮想平面に対する前記第１面および前記第３面の傾斜角をθ、前記第３面の重心が通る円の半径をＲｄ、前記第１面と前記第３面との間の摩擦係数をμｄ、前記溝の基準円の半径をＲｈ、前記溝と前記歯との間の摩擦係数をμｈとしたときに、
　ｔａｎ（θ－μｄ）／Ｒｄ－μｈ／Ｒｈ＞０を満たす請求項１から３のいずれかに記載の変速機。
　前記かみ合いクラッチは、前記第２面と前記第４面とを接触させてトルクを伝達するときに前記第１面と前記第３面との間に円周方向の隙間を有し、前記第１面と前記第３面とを接触させてトルクを伝達するときに前記第２面と前記第４面との間に円周方向の隙間を有し、
　前記シフト装置は、前記第１面と前記第３面とを接触させてトルクを伝達するときに、前記クラッチリングの軸方向の移動を規制する規制部を備える請求項１から４のいずれかに記載の変速機。