(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持された入力部材と、
回転可能に支持された出力部材と、
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２つの第１及び第２の歯車対と、
前記入力部材と前記出力部材との間に、前記歯車対をそれぞれ解除可能に連結する、少なくとも２つの第１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非円形歯車対と、
前記入力部材と前記出力部材との間に前記非円形歯車対を解除可能に連結する非円形歯車対用クラッチと、
を備え、
前記非円形歯車対は、
前記入力部材と前記出力部材との間に前記非円形歯車対が連結され、前記非円形歯車対の一方が１回転し、前記非円形歯車対の他方が１回転以上回転して前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、
前記非円形歯車対の噛み合いにより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少なくとも２つの前記第１及び第２の歯車対がそれぞれ連結されたときの減速比と同じになる、少なくとも２つの第１及び第２の定速噛み合い区間と、
隣り合う前記定速噛み合い区間の間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が、隣り合う前記定速噛み合い区間の一方の減速比から隣り合う前記定速噛み合い区間の他方の減速比まで増加又は減少する、複数の変速噛み合い区間とを含み、
変速の開始時点から変速の終了時点までの変速区間において、入力側装置と前記入力部材との間又は前記出力部材と出力側装置との間に接続され、入力トルクの大きさが所定値以下のときには前記入力トルクと同じ大きさのトルクを出力し、前記入力トルクの大きさが前記所定値を超えるときには前記所定値の大きさのトルクを出力する限定トルク伝達装置をさらに備え、
前記限定トルク伝達装置は、前記所定値を変速の開始時点の入力トルクよりも大きな値に設定することを特徴とする、変速機。
【請求項２】
前記入力部材と前記出力部材とは、それぞれ、第１部分と第２部分とを含み、
前記歯車対は、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に配置され、
前記非円形歯車対は、前記入力部材の前記第２部分と前記出力部材の前記第２部分との間に配置され、
前記変速機は、
前記入力部材の前記第１部分と前記入力部材の前記第２部分とを回転伝達可能に結合する第１の増減速装置と、
前記出力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第２部分とを回転伝達可能に結合する第２の増減速装置と、
をさらに備え、
前記非円形歯車対用クラッチは、前記第１の増減速装置と前記入力部材の前記第２部分と前記非円形歯車対と前記出力部材の前記第２部分と前記第２の増減速装置とを介して前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間を解除可能に連結し、
前記非円形歯車対は、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に前記非円形歯車対が連結され、
前記非円形歯車対の一方が１回転し、前記非円形歯車対の他方が１回転以上回転して前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、
前記定速噛み合い区間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に前記歯車対が連結されたときの前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比と同じになり、
前記変速噛み合い区間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が、隣り合う前記定速噛み合い区間の一方の減速比から隣り合う前記定速噛み合い区間の他方の減速比まで変化することを特徴とする、請求項１に記載の変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非円形歯車対を備えた変速機に関し、詳しくは、減速比を切り替える際に用いる非円形歯車対を備えた変速機に関する。
【０００２】
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】
【０００３】
トラック・バス・自動車では、加速する際に、その途中段階で車の速度に適した歯車対を随時選択し、切り替える必要がある。ここで減速比は、１速歯車対がもっとも大きく、次に２速歯車対が大きく、３速歯車対はもっとも減速比が小さいと定義する。例えば、１速歯車対で発進し、その後、２速歯車対、３速歯車対と、順に切り替えていく。この切り替え作業を変速作業と呼ぶが、この作業中はエンジンの回転や駆動力は変速機やタイヤには伝わらないようになる。そのため、この間は、タイヤは駆動力を失う。
【０００４】
これを解決するため、減速比を切り替える際に過渡的に非円形歯車対を入力軸と出力軸との間に連結することにより、減速比を切り替える際も連続して動力が伝達されるようにすることができる、非円形歯車対を備えた変速機が提案されている。
【０００５】
例えば図１２の構成図に模式的に示すように、変速機本体１０は、入力軸１２と出力軸１４との間に、第１及び第２のクラッチ４０，４２を介して選択的に連結される第１及び第２の歯車対１６，１７と、非円形歯車対用クラッチ４４を介して選択的に連結される非円形歯車対１８とを備えている。非円形歯車対１８は、入力軸１２と出力軸１４との間に第１及び第２の歯車対１６，１７がそれぞれ連結されたときの減速比と等しくなる定速噛み合い区間と、隣接する定速噛み合い区間の間において減速比が増減する変速噛み合い区間とを含む。非円形歯車対１８は、入力軸１２と出力軸１４との間に連結する歯車対１６，１７を切り替えるとき、過渡的に入力軸１２と出力軸１４との間に連結される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００８／０６２７１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
自動車やトラック・バスでは、図１０の構成図に駆動系２ｘを模式的に示すように、駆動源となるエンジン（入力側装置）８０と、負荷となるタイヤ・車両（出力側装置）８２との間に、変速機１１が接続されている。変速機１１は、歯車対の切り替えにより、入力側（エンジン８０側）の回転速度と出力側（タイヤ・車両８２側）の回転速度の比率を変える。
【０００８】
１速歯車対→２速歯車対→３速歯車対のような変速を、アップシフトと呼ぶ。変速を行うと、エンジン回転速度と車両速度の間の比率が変化する。通常、車両の速度は短時間では変化しないため、実質的にはエンジンの回転速度が変化することとなる。すなわち、アップシフトの変速を行うと、変速前に対して変速後にはエンジンの回転速度が遅くならなければならないこととなる。
【０００９】
駆動系２ｘの変速機１１に、上述した非円形歯車を用いる変速機を採用すると、アップシフトの際の変速作業が短時間で完了する場合がある。このため、エンジンの回転速度を急激に低下させる必要がある。通常、エンジンの回転速度はエンジン用コンピュータが制御するが、このエンジン用コンピュータの制御動作が遅れると、変速の際にエンジンの慣性に起因する大きなトルクが発生する。
【００１０】
例えば図９は、変速機にかかるトルクのシミュレーション結果を示すグラフである。符号９２は変速開始時点、符号９６は変速終了時点を示す。変速機にかかるトルクは、変速開始後に急激に増加した後、変速終了まで低下し、変速終了後は一定となる。
【００１１】
このように、非円形歯車を備えた変速機には、変速開始後に大きなトルクが伝達されるため、変速機は十分な強度設計が必要となり、変速機の大型化、重量増加につながる。
【００１２】
したがって、本発明が解決しようとする第１の課題は、変速の際に大きなトルクがかからない、非円形歯車を備えた変速機を提供することである。
【００１３】
また、１速、２速、３速・・・の順で減速比は小さくなっていく。エンジントルクが一定であっても減速比が大きいほど自動車の加速度は大きく、減速比が小さいほど自動車の加速度が小さくなる。１速よりも２速、２速よりも３速の方が、自動車の加速度は小さくなる。このため、アップシフト変速において、１速から２速や、２速から３速に変速すると、変速前に比べて変速後の自動車の加速度は小さくなる。
【００１４】
このことは自動車としては適切な性質であるが、運転者は「加速したいのに加速が悪くなった」と感じることとなる。特に短時間で加速度が低下するほど、運転者は「加速が悪くなった」という印象を感じやすい。
【００１５】
例えば図１１（ａ）及び（ｂ）は、１速から２速に変速したときの車両の加速度を模式的に示すグラフである。１速区間９０から、変速区間９４を経て、２速区間９８に移行する場合、図１１（ａ）のように変速時間（変速区間９４の時間）が長い場合は「加速が悪くなった」と感じにくく、図１１（ｂ）のように変速時間（変速区間９４の時間）が短い場合には「加速が悪くなった」と感じやすい。なお、図１１（ａ）及び（ｂ）では、変速区間９４の車両の加速度の線は、１速区間９０の加速度と２速区間９８の加速度を直線的に接続しただけの線であり、正確に車両の加速度を示しているわけではない。
【００１６】
上述した非円形歯車対を備えた変速機では、アップシフトの際の変速作業が短時間で完了する場合がある。このため、変速に伴う加速度低下が短時間で発生するので、運転者が変速の際に感じる加速フィーリングが悪化する場合がある。
【００１７】
したがって、本発明が解決しようとする第２の課題は、運転者の加速フィーリングを向上させることができる非円形歯車対を備えた変速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記第１の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。
【００１９】
変速機は、（ａ）回転可能に支持された入力部材と、（ｂ）回転可能に支持された出力部材と、（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２つの第１及び第２の歯車対と、（ｄ）前記入力部材と前記出力部材との間に、前記歯車対をそれぞれ解除可能に連結する、少なくとも２つの第１及び第２のクラッチと、（ｅ）前記入力部材と前記出力部材との間に配置された非円形歯車対と、（ｆ）前記入力部材と前記出力部材との間に前記非円形歯車対を解除可能に連結する非円形歯車対用クラッチとを備える。前記非円形歯車対は、前記入力部材と前記出力部材との間に前記非円形歯車対が連結され、前記非円形歯車対の一方が１回転し、前記非円形歯車対の他方が１回転以上回転して前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、（ｉ）前記非円形歯車対の噛み合いにより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少なくとも２つの前記第１及び第２の歯車対がそれぞれ連結されたときの減速比と同じになる、少なくとも２つの第１及び第２の定速噛み合い区間と、（ii）隣り合う前記定速噛み合い区間の間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材と前記出力部材との間の減速比が、隣り合う前記定速噛み合い区間の一方の減速比から隣り合う前記定速噛み合い区間の他方の減速比まで増加又は減少する、複数の変速噛み合い区間とを含む。変速機は、（ｇ）変速の開始時点から変速の終了時点までの変速区間において、入力側装置と前記入力部材との間又は前記出力部材と出力側装置との間に接続され、入力トルクの大きさが所定値以下のときには前記入力トルクと同じ大きさのトルクを出力し、前記入力トルクの大きさが前記所定値を超えるときには前記所定値の大きさのトルクを出力する限定トルク伝達装置をさらに備える。
【００２０】
上記構成によれば、変速の開始時点から変速の終了時点までの変速区間において変速機にかかるトルクの大きさは所定値以下となり、変速機には不必要に大きなトルクが伝達されないので、変速機の強度設計が容易になり、変速機を小型軽量化することができる。
【００２１】
前記限定トルク伝達装置は、前記所定値を変速の開始時点の入力トルクよりも大きな値に設定する。
【００２３】
好ましくは、前記入力部材と前記出力部材とは、それぞれ、第１部分と第２部分とを含む。前記歯車対は、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に配置される。前記非円形歯車対は、前記入力部材の前記第２部分と前記出力部材の前記第２部分との間に配置される。前記変速機は、（ｈ）前記入力部材の前記第１部分と前記入力部材の前記第２部分とを回転伝達可能に結合する第１の増減速装置と、（ｉ）前記出力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第２部分とを回転伝達可能に結合する第２の増減速装置とをさらに備える。前記非円形歯車対用クラッチは、前記第１の増減速装置と前記入力部材の前記第２部分と前記非円形歯車対と前記出力部材の前記第２部分と前記第２の増減速装置とを介して前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間を解除可能に連結する。前記非円形歯車対は、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に前記非円形歯車対が連結され、前記非円形歯車対の一方が１回転し、前記非円形歯車対の他方が１回転以上回転して前記非円形歯車対の噛み合いが一巡するときに、（ａ）前記定速噛み合い区間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が、前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間に前記歯車対が連結されたときの前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比と同じになり、（ｂ）前記変速噛み合い区間において、前記非円形歯車対の噛み合いにより前記入力部材の前記第１部分と前記出力部材の前記第１部分との間の減速比が、隣り合う前記定速噛み合い区間の一方の減速比から隣り合う前記定速噛み合い区間の他方の減速比まで変化する。
【００２４】
この場合、入力部材の第１部分と出力部材の第１部分との間に連結する歯車対を切り換える際に、増減速装置により、非円形歯車対が入力部材の第１部分と出力部材の第１部分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、減速比の切り替えに要する時間を短く）することができる。
【００２５】
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。
【００２６】
また、非円形歯車対の設計の自由度を高くできる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、不必要に大きなトルクが変速機に伝達されなくなるので、変速機の強度設計が容易になり、変速機を小型軽量化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】駆動系を模式的に示す構成図である。（実施例１）
【図２】限定トルク伝達装置の入力トルクと出力トルクの関係を示すグラフである。（実施例１）
【図３】変速機本体にかかるトルクのシミュレーション結果を示すグラフである。（実施例１）
【図４】駆動系を模式的に示す構成図である。（実施例２）
【図５】限定トルク伝達装置の入力トルクと出力トルクの関係を示すグラフである。（実施例２）
【図６】（ａ）エンジントルクのグラフ、（ｂ）限定トルク伝達装置の出力トルクの最大値設定を示すグラフ、（ｃ）変速機本体にかかるトルクのグラフ、（ｄ）車両の加速度のグラフである。（実施例２）
【図７】変速機本体にかかるトルクのシミュレーション結果を示すグラフである。（実施例２）
【図８】車両の加速度のシミュレーション結果を示すグラフである。（実施例２）
【図９】変速機にかかるトルクのシミュレーション結果を示すグラフである。（比較例１）
【図１０】駆動系を模式的に示す構成図である。（説明例）
【図１１】車両の加速度のグラフである。（説明例）
【図１２】変速機本体の構成を模式的に示す機構図である。（実施例１）
【図１３】変速機本体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１４】（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１５】（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１６】変速機本体の構成を模式的に示す機構図である。（変形例２）
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
＜実施例１＞  実施例１の変速機について、図１〜図３、図９、図１２〜図１５を参照しながら説明する。
【００３１】
図１は、自動車の駆動系２の構成を模式的に示す構成図である。図１に示すように、駆動源となるエンジン（入力側装置）８０と、負荷となるタイヤ・車両（出力側装置）８２との間に、変速機５０が接続されている。
【００３２】
変速機５０は、限定トルク伝達装置５２と変速機本体１０とを備えている。限定トルク伝達装置５２は、エンジン８０と変速機本体１０との間に接続され、エンジン８０の回転を変速機本体１０に伝達する。変速機本体１０は、限定トルク伝達装置５２から伝達された回転を変速して、タイヤ・車両８２に伝達する。
【００３３】
変速機本体１０は、図１２〜図１５に示す非円形歯車を備えた変速機である。
【００３４】
すなわち、図１２の機構図に模式的に示すように、変速機本体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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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ＲＨ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ＲＬ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ＲＨとＲＬとを含む範囲内で変化する。
【００４２】
例えば図１３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。
【００４３】
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２４ｐ，３４ｐは、減速比ＲＨ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ＲＬ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ＲＨとＲＬ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１３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２４ｐ，３４ｐの各区間２５，３５；２６，３６；２７，３７；２８，３８同士が噛み合う。
【００４４】
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１３（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ＲＬとなり、図１３（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ＲＨとなる。第１の区間２５，３５と第３の区間２７，３７は、定速噛み合い区間である。
【００４５】
また、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、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、ＲＬとＲＨの間で変化する。第２の区間２６，３６と第４の区間２８，３８は、変速噛み合い区間である。
【００４６】
次に、変速機本体１０の動作について、図１４及び図１５を参照しながら説明する。図１４（ａ）及び図１５（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１４（ｂ）及び図１５（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１４（ｂ）及び図１５（ｂ）において、減速比ＲＨの第１の歯車対１６のクラッチ４０を「クラッチ（ＲＨ）」、減速比ＲＬの第２の歯車対１７のクラッチ４２を「クラッチ（ＲＬ）」、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。
【００４７】
減速比ＲＨ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ＲＨとなる。減速比ＲＬ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ＲＬとなる。非円形歯車対１８の減速比は、図１４（ａ）及び図１５（ａ）に示すように、入力軸１２の回転に伴って減速比ＲＨとＲＬとを含む所定範囲内で変化する。なお、図１４（ａ）及び図１５（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。
【００４８】
入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲＨからＲＬ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。
【００４９】
図１４（ａ）に示すように、減速比ＲＨ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ＲＬからＲＨに変化する区間３０１を通過し、一定の減速比ＲＨとなる区間３０２に入ったら、図１４（ｂ）に示すように、減速比ＲＨ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ＲＨからＲＬに変化する区間３０３に入る前に、減速比ＲＨ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ＲＨからＲＬ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、ＲＨからＲＬ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。
【００５０】
非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する区間３０３を通過して、一定の減速比ＲＬとなる区間３０４に入ったら、図１４（ｂ）に示すように、減速比ＲＬ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ＲＬからＲＨ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ＲＬで一定となり、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。
【００５１】
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。
【００５２】
入力軸１２と出力軸１４との間の減速比をＲＬからＲＨに変える場合も、上記と同様である。
【００５３】
すなわち、図１５（ａ）に示すように、非円形歯車対１８の減速比がＲＨからＲＬに変化する区間４０１を通過し、一定の減速比ＲＬとなる区間４０２に入ったら、図１５（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ＲＬからＲＨに変化する区間４０３に入る前に、減速比ＲＬの第２の歯車対１７のクラッチ４２をＯＦＦにする。
【００５４】
そして、非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨ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、ＲＬからＲＨ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。
【００５５】
非円形歯車対１８の減速比がＲＬからＲＨに変化する区間４０３を通過して、一定の減速比ＲＨとなる区間４０４に入ったら、図１５（ｂ）に示すように、減速比ＲＨ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ＲＨからＲＬ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ＲＨ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。
【００５６】
図２は、限定トルク伝達装置５２の入力トルクと出力トルクの関係を示すグラフである。図２のグラフに示すように、限定トルク伝達装置５２は、入力トルクの大きさが第１の値Ｔ０以下のときには、入力トルクと同じ大きさのトルクを出力する。入力トルクの大きさが第１の値Ｔ０を超えると、第１の値Ｔ０の大きさのトルクを出力する。限定トルク伝達装置５２は、例えば、摩擦伝達式カップリングなどと同様の構造により、図２に示した入力トルクと出力トルクの関係を実現できる。
【００５７】
限定トルク伝達装置５２により、変速機本体１０にかかるトルクの大きさは第１の値Ｔ０以下となるため、変速機本体１０は、変速の際に不必要に大きなトルクがかからない。
【００５８】
なお、限定トルク伝達装置に摩擦伝達式カップリングを用いる場合は、第１の値Ｔ０よりも大きなトルクを入力しようとしても、摩擦部に滑りが発生するため、結果的に第１の値Ｔ０よりも大きなトルクを入力することができず、入力トルクは第１の値Ｔ０と等しくなる。
【００５９】
図３は、エンジンと変速機本体の間に限定トルク伝達装置を設けた実施例１について、変速機本体１０にかかるトルクをシミュレーションした結果を示すグラフである。図９は、エンジンと変速機本体の間に限定トルク伝達装置を設けない比較例について、変速機本体にかかるトルクをシミュレーションした結果を示すグラフである。符号９２は、１速から２速に変速を開始する変速開始時点を示す。符号９６は、１速から２速への変速が終了する変速終了時点を示す。
【００６０】
図９に示すように、エンジンと変速機本体の間に限定トルク伝達装置を設けない比較例では、３０００Ｎｍ程度の大きなトルクが発生する。これに対し、図３のように、エンジンと変速機本体の間に限定トルク伝達装置を設けた実施例１では、１７４０Ｎｍ程度の値にトルクを下げることができる。
【００６１】
実施例１では、図１のように、エンジン８０と変速機本体１０の間に限定トルク伝達装置５２を設けることにより、変速機本体１０に大きなトルクがかからない。そのため、変速機本体１０の強度設計が容易になり、変速機本体１０を小型軽量化することができる。
【００６２】
＜変形例１＞  変速機５０の限定トルク伝達装置５２を、変速機本体１０とエンジン８０の間に設ける代わりに、変速機本体１０とタイヤ・車両８２との間に設けても、同様に、変速の際に変速機本体１０にかかるトルクを抑制することができ、変速機本体１０の強度設計が容易になり、変速機本体１０を小型軽量化することができる。
【００６３】
変速機の限定トルク伝達装置を変速機本体とタイヤ・車両との間に設ける場合には、次の実施例２のように構成すると、運転者の加速フィーリングを向上させることができる。
【００６４】
＜実施例２＞  実施例２の変速機について、図４〜図８を参照しながら説明する。
【００６５】
図４は、自動車の駆動系２ａの構成を模式的に示す構成図である。図４に示すように、駆動源となるエンジン（入力側装置）８０と、負荷となるタイヤ・車両（出力側装置）８２との間に、変速機６０が接続されている。
【００６６】
変速機６０は、限定トルク伝達装置６２と変速機本体１０とを備えている。変速機本体１０は、エンジン８０から伝達された回転を変速して、限定トルク伝達装置６２に伝達する。限定トルク伝達装置６２は、変速機本体１０とタイヤ・車両８２との間に接続され、変速機本体１０の回転をタイヤ・車両８２に伝達する。変速機本体１０は、実施例１と同じ構成である。
【００６７】
図５は、限定トルク伝達装置６２の入力トルクと出力トルクの関係を示すグラフである。図５に示すように、限定トルク伝達装置６２は、破線６０ａで示す第１の設定と、実線６０ｂで示す第２の設定とを切り替えることができる。
【００６８】
破線６０ａで示す第１の設定において、限定トルク伝達装置６２は、入力トルクの大きさが第１の値Ｔ１以下のときには、入力トルクと同じ大きさのトルクを出力する。入力トルクの大きさが第１の値Ｔ１を超えると、第１の値Ｔ１の大きさのトルクを出力する。
【００６９】
実線６０ｂで示す第２の設定において、限定トルク伝達装置６２は、入力トルクの大きさが第２の値Ｔ２以下のときには、入力トルクと同じ大きさのトルクを出力する。入力トルクの大きさが第２の値Ｔ２を超えると、第２の値Ｔ２の大きさのトルクを出力する。
【００７０】
限定トルク伝達装置６２は、例えば、摩擦部の押しつけ力を変えることができる摩擦伝達式カップリングなどと同様の構造により、図５に示した入力トルクと出力トルクの関係を実現できる。
【００７１】
次に、変速作業の手順の一例について、図６を参照しながら説明する。図６（ａ）はエンジントルクのグラフである。図６（ｂ）は限定トルク伝達装置６２の出力トルクの最大値設定を示すグラフである。図６（ｃ）は、変速機本体１０にかかるトルクを示すグラフである。図６（ｄ）は、車両の加速度のグラフである。符号９０は１速区間、符号９２は変速開始時点、符号９４は変速区間、符号９６は変速終了時点、符号９８は２速区間を示す。
【００７２】
（１）  まず、実際に変速する前に準備を開始する変速前準備開始時点９１ａから、実際に変速を開始する変速開始時点９２までの間の変速前準備区間９１に、図６（ａ）において符号８０ｂで示すように、エンジントルクを１速の時の状態８０ａから緩やかに下げる。これにより、詳しくは後述するが、図６（ｄ）に示すように変速前後の時点９２，９６で車両の加速度が略一致するようにする。なお、図６（ａ）には、変速前準備区間９１においてエンジントルクが低下するときの曲線を、模式的に図示している。
【００７３】
具体的には、変速機の制御装置は、１速から２速に変速する指令信号が入力されると、エンジン用コンピュータに、トルクを下げる指令信号を送出する。エンジン用コンピュータは、トルクを下げる指令信号を受信すると、エンジンの動作を制御し、エンジントルクを下げる。
【００７４】
これにより、図６（ｃ）において符号４ｂで示すように、変速機本体１０にかかるトルクは１速の時の状態４ａから緩やかに低下し、図６（ｄ）において符号６ｂで示すように、車両の加速度は１速の時の状態６ａから緩やかに低下する。
【００７５】
このとき、限定トルク伝達装置６２の出力トルクの最大値設定は、符号６０ａで示すように、１速に合わせた第１の値Ｔ１になる第１の設定のままとする。
【００７６】
（２）  次いで、変速開始時点９２の直前に、限定トルク伝達装置６２の出力トルクの最大値設定を、図６（ｂ）において符号６０ｃで示すように、２速に合わせた第２の値Ｔ２にする第２の設定に切り換える。限定トルク伝達装置６２の出力トルクの最大値設定が、変速開始時点９２に第２の値Ｔ２に切り換わると、図６（ｂ）において符号６０ｂで示すように、第２の値Ｔ２の設定が保たれる。
【００７７】
（３）  次いで、変速開始時点９２から変速終了時点９６までの変速区間９４において、変速作業、すなわち、変速機本体１０の歯車対１６，１７の切り替えを行う。このとき、変速に伴って、図６（ｃ）において符号４ｃで示すように、変速機本体１０にかかるトルクは多少変動するものの、限定トルク伝達装置６２により第２の値Ｔ２を超えないため、変速機本体１０にかかるトルクの大きな変動が抑制される。また、車両に伝わるトルクの変動も抑えることができる。そのため、車両の加速度は、図６（ｄ）において符号６ｃで示すように、略一定である。
【００７８】
また、一旦下げたエンジントルクは、変速区間９４では図６（ａ）において符号８０ｃで示すように大きくする。
【００７９】
（４）  変速終了時点９６に達し、変速作業、すなわち、歯車対の切り替えが完了したら、以後は、図６（ａ）において符号８０ｄで示すように、エンジントルクは一定とする。これにより、図６（ｃ）において符号４ｄで示すように、変速機本体１０にかかるトルクは一定となり、図６（ｄ）において符号６ｄで示すように、車両の加速度は一定となる。
【００８０】
以上の手順で変速すると、車両の加速度が低下するのは、図６（ｄ）において符号６ｂで示すように、変速前準備区間９１の時間帯のみにすることができる。変速前準備区間９１では、適切な時間をかけて緩やかにエンジントルクを下げることができるので、運転者は「加速が悪くなった」とは感じないようになる。すなわち、車両の加速度が変化する時間を適切な長さに調整できるので、運転者の加速フィーリングを向上させることができる。
【００８１】
また、実施例１と同様に、変速する際には、限定トルク伝達装置６２によって、変速機本体１０に不必要に大きなトルクはかからないようにすることができる。
【００８２】
図７は、上記の手順で変速作業を行ったときに変速機本体１０にかかるトルクをシミュレーションした結果を示すグラフである。図７に示すように、変速機にかかるトルクは、変速開始時点９２までの変速前準備区間９１において下がっているため、変速開始時点９２と変速終了時点９６との間の変速区間９４において上昇するものの、最大１２００Ｎｍ程度であり、図９に示した比較例の３０００Ｎｍと比べると、大きなトルクが発生しないことが分かる。
【００８３】
また、図８は、上記の手順で変速作業を行ったときの車両の加速度をシミュレーションした結果を示すグラフである。図８に示すように、歯車対を切り替える作業、すなわち、変速開始時点９２と変速終了時点９６との間の変速区間９４において変速作業を行うとき、車両の加速度に変化がないことが分かる。このため、実際に歯車対が切り替わるときに、運転者は加速度の変化を感じない。車両の加速度が変化するのは、変速前準備区間９１において意図的にエンジントルクを下げている段階のみである。変速前準備区間９１でトルクを下げるためにかける時間は適切に制御できるので、この段階においても、運転者は加速度の低下を感じることがないようにすることができる。このため、運転者の加速フィーリングを向上させることができる。
【００８４】
なお、変速作業の手順は、種々の態様で行うことが可能である。例えば、限定トルク伝達装置の出力トルクの最大値設定が第２の設定に切り換わるタイミングは、変速開始時点９２よりも多少前にずれてもかまわない。
【００８５】
＜変形例２＞  実施例１、２において用いる変形例２の変速機本体１０ａについて、図１６を参照しながら説明する。
【００８６】
変形例２の変速機本体１０ａは、変速機本体１０と略同様に構成されている。以下では、変速機本体１０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。
【００８７】
変速機本体１０ａは、変速機本体１０と異なり、増減速装置２９，３９を備える。入力軸１２ａ及び出力軸１４ａは、第１及び第２の歯車対１６，１７が配置される第１部分１２ｓ，１４ｓと、非円形歯車対１８が配置される第２部分１２ｔ，１４ｔとに分割されている。入力軸１２ａの第１部分１２ｓと入力軸１２ａの第２部分１２ｔとは、第１の増減速装置２９を介して回転伝達可能に結合されている。出力軸１４ａの第１部分１４ｓと出力軸１４ａの第２部分１４ｔとは、第２の増減速装置３９を介して回転伝達可能に結合されている。
【００８８】
ここで、第１の増減速装置２９の減速比を、入力軸１２ａの第１部分１２ｓの回転速度Ｎｉ１と入力軸１２ａの第２部分１２ｔの回転速度Ｎｉ２とを用いて、Ｎｉ１／Ｎｉ２と定義する。第２の増減速装置３９の減速比を、出力軸１４ａの第２部分１４ｔの回転速度Ｎｏ２と出力軸１４ａの第１部分１４ｓの回転速度Ｎｏ１を用いて、Ｎｏ２／Ｎｏ１と定義する。第２の増減速装置３９の減速比の定義は、Ｎｏ１／Ｎｏ２ではないことに留意する必要がある。
【００８９】
例えば、増減速装置２９，３９により、非円形歯車対１８側の回転速度を遅くすることができる。すなわち、入力軸１２ａの第１部分１２ｓと第２部分１２ｔの間に設けられた第１の増減速装置２９の減速比をＲ０とし、入力軸１２ａの第１部分１２ｓの回転速度に対して、入力軸１２ａの第２部分１２ｔの回転速度を遅くするとともに、出力軸１４ａの第２部分１４ｔと第１部分１４ｓとの間に設けられた第２の増減速装置３９の減速比を１／Ｒ０とし、出力軸１４ａの第１部分１４ｓの回転速度に対して、出力軸１４ａの第２部分１４ｔの回転速度を遅くすることで、非円形歯車対１８側の回転速度を遅くする。これによって、入力軸１２ａの第１部分１２ｓの回転が高速であっても、変速機本体１０と同様に、非円形歯車対１８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。
【００９０】
なお、増減速装置２９，３９に同じ構成の増減速装置を用い、入力側と出力側を入れ替えて、一方で減速し、他方で増速してもよい。
【００９１】
増減速装置２９，３９により、非円形歯車対１８側の回転速度を速くすることも可能である。
【００９２】
変速機本体１０ａの減速比は、増減速装置２９，３９と非円形歯車対１８とによって全体として切り換えればよいので、入力軸１２ａ側に設ける第１の増減速装置２９の減速比Ｒｉｎと、出力軸１４ａ側に設ける第２の増減速装置３９の減速比Ｒｏｕｔとが、Ｒｉｎ×Ｒｏｕｔ＝１とならなくてもかまわない。
【００９３】
例えば、第１の歯車対１６の減速比がＲ１、第２の歯車対１７の減速比がＲ２、非円形歯車対１８のある区間の減速比がＲ１'、非円形歯車対１８の他の区間の減速比がＲ２'とすると、次の２つの式、
Ｒ１＝Ｒｉｎ×Ｒ１'×Ｒｏｕｔ      （１）
Ｒ２＝Ｒｉｎ×Ｒ２'×Ｒｏｕｔ      （２）
を満たせば、変速機本体１０ａの減速比を、Ｒ１からＲ２、又はＲ２からＲ１に切り換えることができる。
【００９４】
変速機本体１０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。
【００９５】
これに対し、変速機本体１０ａ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２９，３９により非円形歯車対１８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。
【００９６】
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２９，３９により非円形歯車対１８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。
【００９７】
また、非円形歯車対１８の設計の自由度を高くすることも可能である。
【００９８】
非円形歯車対用クラッチは、第１の増減速装置２９と入力軸１２ａの第２部分１２ｔと非円形歯車対１８と出力軸１４ａの第２部分１４ｔと第２の増減速装置３９とを介して入力軸１２ａの第１部分１２ｓと出力軸１４ａの第１部分１４ｓとの間を解除可能に連結すればよい。そのため、例えば、非円形歯車対用クラッチは、入力軸１２ａの第１部分１２ｓと第１の増減速装置２９との間、第１の増減速装置２９と入力軸１２ａの第２部分１２ｔとの間、出力軸１４ａの第２部分１４ｔと第２の増減速装置３９との間、又は第２の増減速装置３９と出力軸１４ａの第１部分１４ｓとの間に設けることもできる。この場合、非円形歯車対１８が常に入力軸１２ａの第２部分１２ｔと出力軸１４ａの第２部分１４ｔとの間に連結された構成にすることができる。
【００９９】
＜まとめ＞  以上に説明したように、非円形歯車対を備えた変速機が、限定トルク伝達装置をさらに備えることにより、変速機本体にかかるトルクが抑制されるので、変速機本体の強度設計が容易になり、変速機本体を小型化することができる。
【０１００】
なお、本発明は、上記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。
【０１０１】
例えば、変速機本体は、３つ以上の歯車対や、２つ以上の非円形歯車対を備えてもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１０，１０ａ  変速機本体
１２，１２ａ  入力軸（入力部材）
１２ｓ  第１部分
１２ｔ  第２部分
１４，１４ａ  出力軸（出力部材）
１４ｓ  第１部分
１４ｔ  第２部分
１６  第１の歯車対
１７  第２の歯車対
１８  非円形歯車対
２０，２２，２４  歯車
２５  第１の区間（定速噛み合い区間）
２６  第２の区間（変速噛み合い区間）
２７  第３の区間（定速噛み合い区間）
２８  第４の区間（変速噛み合い区間）
２９  第１の増減速装置
３０，３２，３４  歯車
３５  第１の区間（定速噛み合い区間）
３６  第２の区間（変速噛み合い区間）
３７  第３の区間（定速噛み合い区間）
３８  第４の区間（変速噛み合い区間）
３９  第２の増減速装置
４０，４２，４４  クラッチ
９０  １速区間
９１  変速前準備区間
９２  変速開始時点
９４  変速区間
９６  変速終了時点
９８  ２速区間
【図１】
0005791024.tif 000002
【図２】
0005791024.tif 000003
【図３】
0005791024.tif 000004
【図４】
0005791024.tif 000005
【図５】
0005791024.tif 000006
【図６】
0005791024.tif 000007
【図７】
0005791024.tif 000008
【図８】
0005791024.tif 000009
【図９】
0005791024.tif 000010
【図１０】
0005791024.tif 000011
【図１１】
0005791024.tif 000012
【図１２】
0005791024.tif 000013
【図１３】
0005791024.tif 000014
【図１４】
0005791024.tif 000015
【図１５】
0005791024.tif 000016
【図１６】
0005791024.tif 000017