(57)【要約】【課題】モーターサイクル、騎乗形三，四輪走行車又は小型トラクターや耕運機等の農業作業用車輌の変速ギヤ装置において、シフト部材の摩耗を低減すると共に、摺動面の表面処理コストを低減することを目的としている。【解決手段】変速軸に軸方向移動可能に嵌合する入力側３速ギヤ３３と、該入力側３速ギヤ３３に軸方向に対向する回転体を、ドグ爪式噛合い機構５６により動力伝達可能としてある車輌用変速ギヤ装置に適用される。変速入力軸５の撓み等の起因して上記入力側３速ギヤ３３に発生するスラスト力を緩和する対抗スラスト力を発生させるように、上記入力側３速ギヤ３３の歯３３ａに微小ねじれ角を付与する。微小ねじれ角は、好ましくは５°以下に設定する。これにより、シフトフォーク２１と入力側３速ギヤ３３との接触面圧を低く抑え、シフトフォーク２１の摺動面の摩耗を抑えると共に、表面処理加工のコストも低減する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変速軸に軸方向移動可能に嵌合する変速ギヤと、該変速ギヤに軸方向に対向する回転体とを、ドグ爪式噛合い機構により動力伝達可能としてある車輌用変速ギヤ装置において、
上記変速ギヤに発生するスラスト力を緩和する対抗スラスト力を発生させるように、上記変速ギヤの歯に微小ねじれ角を付与したことを特徴とする車輌用変速ギヤ装置。
【請求項２】
上記変速ギヤの微小ねじれ角は５°以下であることを特徴とする請求項１記載の車輌用変速ギヤ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてモーターサイクル、騎乗形三，四輪走行車又は小型トラクターや耕運機等の農業用作業車輌に適用される変速ギヤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の変速ギヤ装置は、周知のように変速軸上に各変速段用の変速ギヤが取り付けられており、一部の変速ギヤが、動力伝達経路を切り換えるために、シフトフォーク等のシフト部材により軸方向に移動操作され、ドグ爪式噛合い機構により、軸方向に対向する回転体（変速ギヤ等）に動力伝達可能に連結するようになっている。各変速ギヤとしてはスパーギヤ（平歯車）が使用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２１５１５１号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
変速軸に軸方向移動可能に嵌合する変速ギヤには、変速軸の撓みあるいは変速ギヤと変速軸との嵌合部のクリアランスの大きさ等に起因して、変速軸心に対し変速ギア中心が傾斜あるいは変動し、いわゆる「みそすり運動」が生じ、変速ギヤにスラスト力が発生する。
【０００５】
軸方向に移動操作される変速ギヤに発生する上記のようなスラスト力は、変速ギヤの環状溝等に係合するシフトフォークにより支えられるが、発生するスラスト力が大きい場合には、シフトフォークと環状溝の接触面圧が高くなり、摩擦によりシフトフォークの摺動面に摩耗が発生する。これに対処しようとすれば、変速ギヤの環状溝とシフトフォークの接触面の硬度を高くしたり、特殊耐摩耗材の溶射やメッキ等を行なうため、表面硬化処理コストが高くなる。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、変速ギヤの歯の形状を工夫することにより、ドグ爪式噛合い機構で発生するスラスト力によるシフト部材の摩耗量を抑えると共に、表面処理にかかるコストを低減することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項１に係る発明は、変速軸に軸方向移動可能に嵌合する変速ギヤと、該変速ギヤに軸方向に対向する回転体とを、ドグ爪式噛合い機構により動力伝達可能としてある車輌用変速ギヤ装置において、上記変速ギヤの駆動時に変速ギヤに発生するスラスト力を緩和する対抗スラスト力を発生させるように、上記変速ギヤの歯に微小ねじれ角を付与したことを特徴としている。
【０００８】
上記構成により、スラスト力に起因するシフト部材と変速ギヤとの接触面圧の増加を軽減することができ、シフト部材の摩耗量を低減できると共に、接触面の表面硬化処理コストを低く抑えることができる。また、微小ねじれ角を付与するので、シフト操作時において、変速ギヤの軸方向の動きが鈍くなることはなく、快適な操作性を維持できる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車輌用変速ギヤ装置において、上記変速ギヤの微小ねじれ角は５°以下であることを特徴としている。
【００１０】
上記のように微小ねじれ角が５°以下の場合には、いずれの車輌用変速ギヤ装置においても、必要な大きさの対抗スラスト力を発生させることができると同時に、変速ギヤの軸方向の動きの鈍化を防ぐことごできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は、本発明を適用したモータサイクル（自動二輪車）の変速ギヤ装置であり、ライダーから見た左右方向を車輌の左右方向と規定して、説明する。
【００１２】
［変速ギヤ装置全体の構成］
図１は変速ギヤ装置の各軸心を通る面で切断した断面展開図であり、この図１において、クランクケース１と一体に形成された変速ギヤケース（ミッションケース）２内には、変速入力軸５及び変速出力軸６が水平左右方向に延びる姿勢で互いに平行配置されると共に、入力軸側のシフトロッド７、出力軸側のシフトロッド８及びチェンジドラム９も平行に配置されている。
【００１３】
変速入力軸５は変速ギヤケース２から右方に突出しており、該突出部分に取り付けられたクラッチ１２及びクラッチギヤ（図示せず）等を介してエンジンのクランク軸からの動力が伝達され、矢印Ｒ１方向に回転するようになっている。
【００１４】
変速出力軸６は変速ギヤケース２から左方に突出し、出力スプロケット１３及びチェーン（図示せず）等を介して後輪に動力伝達可能に連結している。
【００１５】
入力軸側のシフトロッド７には１本のシフトフォーク（シフト部材）２１が軸方向移動可能に嵌合し、出力側のシフトロッド８には２本のシフトフォーク（シフト部材）２２，２３が軸方向移動可能に嵌合している。
【００１６】
チェンジドラム９は、チェンジ操作機構（図示せず）を介してチェンジペダルに連結し、チェンジペダルの踏込み又は引上げ動作により、所定回動量ずつ回動するようになっている。チェンジドラム９には３本のシフト用カム溝１６，１７，１８が形成されており、各カム溝１６，１７，１８には、各シフトフォーク２１，２２，２３の各シフト伝達ピンがそれぞれ係合している。
【００１７】
この変速ギヤ装置は前進６段切換であり、変速入力軸５上には、入力側変速ギヤとして、右端から順に入力側１速ギヤ３１、５速ギヤ３５、３速ギヤ３３、４速ギヤ３４、６速ギヤ３６及び２速ギヤ３２が配置されている。入力側１速ギヤ３１は、変速入力軸５の右側軸受２６に隣接配置されると共に変速入力軸５と一体成形されている。入力側５速ギヤ３５は入力側１速ギヤ３１に隣接配置されると共に変速入力軸５に対して相対回転可能に嵌合し、かつ、軸方向移動不能に係止されている。入力側３速ギヤ３３と入力側４速ギヤ３４は、一体物として形成されると共に変速入力軸５に対して軸方向移動可能にスプライン嵌合しており、かつ、両ギヤ３３，３４間にはシフト操作用の環状溝５１が形成され、該環状溝５１には前記入力側シフトフォーク２１が係合している。入力側６速ギヤ３６は、入力側２速ギヤ３２に隣接配置されると共に変速入力軸５に対して相対回転可能に嵌合し、かつ、軸方向移動不能に係止されている。入力側２速ギヤ３２は変速入力軸５の左側軸受２７に隣接配置されると共に変速入力軸５にスプライン嵌合し、かつ、軸方向移動不能に係止されている。
【００１８】
入力側３速ギヤ３３の右端面と入力側５速ギヤ３５の左端面には、互いに噛み合い可能なドグ爪６５，６６が一体に形成されており、両ドグ爪６５，６６により、入力側３速ギヤ３３と入力側５速ギヤ３５の間を動力伝達可能に連結するドグ爪式噛合い機構５６が構成されている。
【００１９】
入力側４速ギヤ３４の左端面と入力側６速ギヤ３６の右端面にも、互いに噛み合い可能なドグ爪６７，６８が一体に形成されており、両ドグ爪６７，６８により、入力側４速ギヤ３４と入力側６速ギヤ３６の間を動力伝達可能に連結するドグ爪式噛合い機構５７が構成されている。
【００２０】
変速出力軸６上には、出力側変速ギヤとして、上記各入力側変速ギヤ３１，３５，３３，３４，３６，３２にそれぞれ噛み合う位置に、右側から順に出力側１速ギヤ４１、５速ギヤ４５、３速ギヤ４３、４速ギヤ４４、６速ギヤ４６及び２速ギヤ４２が配置されている。出力側１速ギヤ４１は、変速出力軸６の右側軸受２８に隣接配置されると共に変速出力軸６に対して相対回転可能に嵌合し、かつ、軸方向移動不能に係止されている。出力側５速ギヤ４５は変速出力軸６に対して軸方向移動可能にスプライン嵌合すると共に環状溝５２が形成され、該環状溝５２には右方の出力側シフトフォーク２２が係合している。出力側３速ギヤ４３と出力側４速ギヤ４４は、互いに隣接配置されると共に変速出力軸６に対して回転可能に嵌合し、かつ、軸方向移動不能に係止されている。出力側６速ギヤ４６は変速出力軸６に対して軸方向移動可能にスプライン嵌合すると共に環状溝５３が形成され、該環状溝５３には左方の出力側シフトフォーク２３が係合している。出力側２速ギヤ４２は、変速出力軸６の左側軸受２９に隣接配置されると共に変速出力軸６に対して相対回転可能に嵌合し、かつ、軸方向移動不能に係止されている。
【００２１】
出力側５速ギヤ４５の右端面と出力側１速ギヤ４１の壁には、互いに係合可能なドグ爪７０と係合孔７１が形成されており、該ドグ爪７０と係合孔７１により、出力側５速ギヤ４５と出力側１速ギヤ４１の間を動力伝達可能に連結するドグ爪式噛合い機構５８が構成されている。
【００２２】
出力側５速ギヤ４５の左端部と出力側３速ギヤ４３の壁には、互いに係合可能なドグ爪７２と係合孔７３が形成されており、該ドグ爪７２と係合孔７３により、出力側５速ギヤ４５と出力側３速ギヤ４３の間を動力伝達可能に連結するドグ爪式噛合い機構５９が構成されている。
【００２３】
出力側６速ギヤ４６の右端部と出力側４速ギヤ４４の壁には、互いに係合可能なドグ爪７４と係合孔７５が形成されており、該ドグ爪７４と係合孔７５により、出力側６速ギヤ４６と出力側４速ギヤ４４の間を動力伝達可能に連結するドグ爪式噛合い機構６０が構成されている。
【００２４】
出力側６速ギヤ４６の左端面と出力側２速ギヤ４２の壁には、互いに係合可能なドグ爪７６と係合孔７７が形成されており、該ドグ爪７６と係合孔７７により、出力側２速ギヤ４２と出力側６速ギヤ４６の間を動力伝達可能に連結するドグ爪式噛合い機構６１が構成されている。
【００２５】
［対抗スラスト力を発生するための構成］
図１に示す変速ギヤ装置において、各シフトフォーク２１，２２，２３により軸方向に移動操作される変速ギヤ、すなわち入力側３速ギヤ３３、入力側４速ギヤ３４、出力側５速ギヤ４５及び出力側６速４６ギヤが、本発明の対象となりうる変速ギヤである。しかし、これら総ての変速ギヤに本発明を適用するのではなく、ドグ爪式噛合い機構により発生するスラスト力が、所定の大きさよりも大きく、これを緩和する対抗スラスト力が必要な変速ギヤのみに適応すればよく、該実施の形態では最も大きなスラスト力が発生する入力側３速ギヤ３３に適用している。
【００２６】
図３は入力側３速ギヤ３３の左側面図であり、前述のように入力側３速ギヤ３３は出力側３速ギヤ４３と常時噛み合っており、変速入力軸５と共に矢印Ｒ１方向に回転可能となっている。この入力側３速ギヤ３３とこれに噛み合う出力側３速ギヤ４３に、本発明にしたがって後述するねじれ角を付与し、その他の変速ギヤとしてはスパーギヤ（平歯車）を使用している。
【００２７】
図１の出力側５速ギヤ４５を左方に移動して、ドグ爪式噛合い機構５９を接続することにより第３速位置となり、変速入力軸５から入力側３速ギヤ３３、出力側３速ギヤ４３、ドグ爪式噛合い機構５９及び出力側５速ギヤ４５を介して変速出力軸６に回転トルクが伝達される状態になるが、図１の矢印ＩＩ部分の拡大図である図２に示すように、入力側３速ギヤ３３が変速入力軸５の略中央部に配置されていることと、入力側３速ギヤ３３が入力側４速ギヤ３４との共通ボス部の一方の端部に形成されていることから、該実施の形態における第３速位置では、入力側３速ギヤ３３と変速入力軸５との嵌合部のクリアランス及び変速入力軸５の撓み等に起因して、入力側３速ギヤ３３が入力側５速ギヤ３５から軸方向に離れる方向（左方）に一定の許容値以上のスラスト力Ｔ１を受けている。
【００２８】
該実施の形態では、上記スラスト力Ｔ１を緩和するために、図４に示すように入力側３速ギヤ３３の歯３３ａにねじれ角βを付与している。
【００２９】
図４は入力側３速ギヤ３３を後方から見た展開図（図３の矢印ＩＶ展開図）であり、入力側３速ギヤ３３の歯３３ａに付与されるねじれ角βは、歯３３ａの右端が左端よりも回転方向Ｒ１側にくるように形成されている。また、上記微小ねじれ角βの大きさは５°以内に設定されており、好ましくは１〜３°に設定される。さらに、入力側３速ギヤ３３のねじれ角βの付与に対応して、仮想線で示すように出力側３速ギヤ４３の歯４３ａも同様にねじれ角βが付与されている。
【００３０】
図５は入力側３速ギヤ３３の歯３３ａに生じる力関係図である。矢印Ｆは、出力側３速ギヤ４３の歯４３ａから入力側３速ギヤ３３の歯３３ａにかかる反力であり、この反力Ｆは、回転軸心Ｏ１と平行で右方に突出する軸心方向の分力Ｆｈと、該軸心方向分力Ｆｈと直角で接線方向の分力Ｆｖに分けられ、上記軸心方向の分力Ｆｈが、前記スラスト力Ｔ１を緩和する対抗スラスト力として作用する。
【００３１】
上記対抗スラスト力Ｆｈはスラスト力Ｔ１と同じ大きさである必要はなく、たとえば発生するスラスト力Ｔ１＝６００ニュートン（Ｎ）の場合には、対抗スラスト力Ｆｈとして３００ニュートン（Ｎ）程度発生するようにねじれ角βを設定し、これによりスラスト力Ｔ１を半減させるようになっている。
【００３２】
【作用】
図１において、第１速位置にシフトする場合には、出力側５速ギヤ４５を右方に移動して、出力側５速ギヤ４５と出力側１速ギヤ４１をドグ爪式噛合い機構５８により連結する。動力伝達経路は、変速入力軸５→入力側１速ギヤ３１→出力側１速ギヤ４１→ドグ爪式噛合い機構５８→出力側５速ギヤ４５→変速出力軸６となる。
【００３３】
第２速位置にシフトする場合には、出力側６速ギヤ４６を左方に移動して、出力側６速ギヤ４６と出力側２速ギヤ４２をドグ爪式噛合い機構６１により連結する。動力伝達経路は、変速入力軸５→入力側２速ギヤ３２→出力側２速ギヤ４２→ドグ爪式噛合い機構６１→出力側６速ギヤ４６→変速出力軸６となる。
【００３４】
第３速位置にシフトする場合には、出力側５速ギヤ４５を左方に移動して、出力側５速ギヤ４５と出力側３速ギヤ４３をドグ爪式噛合い機構５９により連結する。動力伝達経路は、変速入力軸５→入力側３速ギヤ３３→出力側３速ギヤ４３→ドグ爪式噛合い機構５９→出力側５速ギヤ４５→変速出力軸６となる。
【００３５】
この第３速位置においては、前述のように変速入力軸５の撓み及び入力側３速ギヤ３３と変速入力軸５との嵌合部のクリアランス等に起因して、回転トルク伝達中の入力側３速ギヤ３３に一定量以上の左向きのスラスト力Ｔ１が発生するが、図４のように入力側３速ギヤ３３の歯３３ａにねじれ角βを付与していることにより、図５のように入力側３速ギヤ３３には前記スラスト力Ｔ１に対抗する対抗スラスト力Ｆｈが発生し、スラスト力Ｔ１を緩和する。これにより、図２の入力側シフトフォーク２１と入力側３速ギヤ３３の環状溝５１との接触面Ａの面圧は下がり、シフトフォーク２１及び環状溝５１の摩耗を防止できる。
【００３６】
第４速位置にシフトする場合には、出力側６速ギヤ４６を右方に移動して、出力側６速ギヤ４６と出力側４速ギヤ４４をドグ爪式噛合い機構６０により連結する。動力伝達経路は、変速入力軸５→入力側４速ギヤ３４→出力側４速ギヤ４４→ドグ爪式噛合い機構６０→出力側６速ギヤ４６→変速出力軸６となる。
【００３７】
第５速位置にシフトする場合には、入力側３速ギヤ３３を右方に移動して、入力側３速ギヤ３３と入力側５速ギヤ３５をドグ爪式噛合い機構５６により連結する。動力伝達経路は、前述のように、変速入力軸５→入力側３速ギヤ３３→ドグ爪式噛合い機構５６→入力側５速ギヤ３５→出力側５速ギヤ４５→変速出力軸６となる。
【００３８】
第６速位置にシフトする場合には、図１の入力側３速ギヤ３３及び４速ギヤ３４を左方に移動して、入力側６速ギヤ３６と入力側４速ギヤ３４を、ドグ爪式噛合い機構５７により連結する。動力伝達経路は、変速入力軸５→入力側４速ギヤ３４→ドグ爪式噛合い機構５７→入力側６速ギヤ３６→出力側６速ギヤ４６→変速出力軸６となる。
【００３９】
【その他の発明の実施の形態】
（１）前記実施の形態では、図２の入力側３速ギヤ３３及びこれに噛み合う出力側３速ギヤ４３にねじれ角βを付与しているが、軸方向移動可能な他の変速ギヤ、たとえば入力側４速ギヤ３４、出力側５速ギヤ４５又は出力側６速ギヤ４６にもねじれ角を付与することができ、これと共に、それらに噛合う変速ギヤ、すなわち出力側４速ギヤ４４、入力側５速ギヤ３５又は入力側６速ギヤ３６にもねじれ角を付与することとなる。
【００４０】
（２）前記実施の形態では、入力側３速ギヤ３３が入力側５速ギヤ３５から離れる方向にスラスト力Ｔ１が発生する場合において、図５のようにスラスト力Ｔ１と反対方向の対抗スラスト力Ｆｈが発生するようにねじれ角βを付与したが、機種によって、図２の矢印Ｔ１方向（左方向）と反対方向のスラスト力が入力側３速ギヤ３３に発生する場合は、歯３３ａを図４とは反対側にねじり、入力側３速ギヤ３３を入力側５速ギヤ３５から離す方向に対抗スラスト力が発生するように構成する。
【００４１】
（３）図１のような変速装置において、入力側３速ギヤ３３と入力側４速ギヤ３４の軸方向の位置関係が逆の構造にも適用することは可能である。
【００４２】
（４）ねじれ角が付与される変速ギヤがドグ爪噛み合い機構を介して連結する回転体は、変速ギヤには限定されない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、（１）変速軸に軸方向移動可能に嵌合する変速ギヤ（たとえば入力側３速ギヤ３３）と、該変速ギヤに軸方向に対向する回転体とを、ドグ爪式噛合い機構により動力伝達可能としてある車輌用変速ギヤ装置において、上記変速ギヤ（入力側３速ギヤ３３）に発生するスラスト力を緩和する対抗スラスト力を発生させるように、上記変速ギヤ（入力側３速ギヤ３３）の歯に微小ねじれ角を付与したので、スラスト力に起因するシフトフォーク２１と変速ギヤ（入力側３速ギヤ３３）との接触面圧を低減することができ、これによりシフト部材の摩耗を低減できると共に、接触面の表面硬化処理コストを低く抑えることができる。
【００４４】
（２）微小ねじれ角を付与するので、シフト操作時において、変速ギヤの軸方向の動きが鈍くなることはなく、快適な操作性を維持できる。
【００４５】
（３）上記変速ギヤの微小ねじれ角は５°以下に設定すると、いずれの車輌用変速ギヤ装置においても、必要な大きさの対抗スラスト力を発生させることができると同時に、変速ギヤの軸方向の動きの鈍化を防ぐことごできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した車輌用変速ギヤ装置を、各軸を通る面で切断した断面展開図である。
【図２】図１の矢印ＩＩ部分の拡大図である。
【図３】図１の入力側３速ギヤの左側面図である。
【図４】図３の入力側３速ギヤのＩＶ矢視展開部分図である。
【図５】入力側３速ギヤと出力側３速ギヤの噛合い部における力関係図である。
【符号の説明】
２  変速ギヤケース
５  変速入力軸（変速軸）
６  変速出力軸（変速軸）
２１，２２，２３  シフトフォーク（シフト部材）
３１，３２，３３，３４，３５，３６  入力側１速、２速、３速、４速、５速、６速ギヤ
４１，４２，４３，４４，４５，４６  出力側１速、２速、３速、４速、５速、６速ギヤ
５６，５７，５８，５９，６０，６１  ドグ爪式噛合い機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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