(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸に固定の内輪１、の外径に形成した円すい面と、その外側を回動する外輪２、の内径面に形成した円すい面の間に保持器４、で回転軸に対して傾斜して転動するローラー３、を複数個配置して、トルクを負荷するとローラーが軌道輪間に食込んで接触面に閉じ込め油膜を形成して該油膜のせん断と粘性抵抗でトルクの伝達量を増減するローラークラッチにおいて、軸と軸方向に位置決めされて内輪と外輪と相対回転可能に内輪と外輪の側方に中間部材１６、を設けて、内輪１、若しくは外輪２、と中間部材１６、との間に推力に変換する曲面の凹凸のカム部材９、を介在して、中間部材１６、を支点にカム部材９、と内輪１、若しくは外輪２、との摺接面を作用点にして、カム部材９、と中間部材１６、の相対変位でカム部材９、と中間部材１６、の組幅が変化する力で前記ローラークラッチに偶力を与えて前記ローラーの緊迫力に不釣合をもたらして前記ローラークラッチにトルクが残存する半クラッチ状態を創出する前記凹凸カムを備えたローラークラッチ。
【請求項２】
請求項１のローラークラッチの凹凸カムの相対変位操作で変速する変速機。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【００１】本発明は自動車、建機、農業車両等の変速を行わせる変速に関する。
【背景技術】
【００２】  内燃機関搭載の自動車の歯車式変速機では変速時にギヤを同期させるまでに駆動力が途切れて変速ショックを伴う、これに代わるトルクコンバーター自動変速では変速時ショックを無くすため予め余分に燃料を送り込み出力側のクラッチを滑らせるため燃費ロスがある。【００３】  また２枚のディスク形クラッチを用いて変速予定のギヤを先に噛み合せてからクラッチを繋ぎ替えると変速時間が短縮して駆動力が途切れず変速ショックや加速遅れが解消する。【００４】  ところがデュアルクラッチ方式はクラッチディスクの使用頻度が高くて消耗が早い、複雑で重量が増す。
また、ドッグクラッチの自動変速機では高速で歯を衝突させるので不快な変速ショックを伴う、また変速シフトに操作用のロッドを何本も要し各ロッドの凸部を蛇行溝でガイドするので構造が複雑。
【先行技術文献】
【００５】
【特許文献１】特開２０１４−０７７５３９  図１
【特許文献２】特開２０１３−１３３９３２（当出願人による）
【特許文献３】出願番号２０１３−１１４６６８（当出願人による）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００６】  駆動系自体がエンジンからタイヤまで弾性体で繋がっているので変速比の異なるギヤＧｅａｒ  ｔｏ  Ｇｅａｒをフルトルクがかかったまま瞬時に行えば変速ショックは和らぐ。従来の変速操作のシフトフォークとロッドのリンクモーションではバックラッシュが大きく速度の異なるギヤを同期して噛み合わせるまでに０．１秒以上かかる。またシンクロナイザーリングのグリップ力がエンジンの高出力化に不足し摩滅も早い。【００７】課題はフルシンクロで軽い操作でＧｅａｒ  ｔｏ  Ｇｅａｒが可能で、油圧などの外力を要せず自己吸引力を有し自己保持のクラッチであること。加速中もシフトできること。操作ロッドのリンク系統にバックラッシュが無く剛性が高く、０．０１秒付近でＧｅａｒ  ｔｏ  Ｇｅａｒシフトができればショックもトルクの途切れも無くせる。
【課題を解決するための手段】
【００８】請求項１の手段について述べる。
軸に周設の内輪１の外径に円すい面を形成してその外側を回動する外輪２の内径を円すい面にして該内輪軌道輪１と外輪軌道輪２の間に保持器手段４で回転軸に対して傾斜して転動するローラー３を複数個周設して成るローラークラッチにおいて、内輪軌道輪１と外輪軌道輪２の間に軸と軸方向に位置決めされて回動可能の中間部材１６と、内輪１若しくは外輪輪２と中間部材１６との間にカム部材９を介在させてカム部材９と中間部材１６に凹１５凸１４を形成して、中間部材１６を支点にカム部材９と軌道輪との摺接面を作用点にして、カム部材９の力点１３の操作で凹凸を相対変位させてクラッチを嵌脱するテコの原理を内外輪の間に構成したローラークラッチ。
【請求項２】
【００９】請求項２の手段
請求項１のテコの原理を内外輪の間に構成したローラークラッチの凹凸カムの相対変位で変速する常時噛み合い式の変速機。
【発明の効果】
【０１０】  本発明は、駆動力が作用したままでも一瞬にシフトするのでトルクの途切れは無く変速ショックや加速の遅れが無い。自己保持形クラッチなので付勢するための外力が不要で軽量化に寄与する。伝達媒体は閉じ込め油膜に依存し金属接触が無いので摩耗は無い、仮にローラー転走面が摩耗しても円すい面であるのでバネ圧で自動補正される、軸方向の弾性相対変位量がトルクセンサーになるので誤差が無い。材料、部品、製造設備もＩＳＯ規格のベアリングと共通で安価。
【図面の簡単な説明】
【０１１】
【図１】・・特開２０１４−０７７５３９自動変速機用ドグクラッチ図。
【図２】・・ローラークラッチの外観略視図
【図３】・・変速機実施例略視図
【図４】・・変速機の実施例の側面図
【図５】・・ローラークラッチのトルクと弾性角度変位グラフ
【図６】・・外力負荷と伝達トルクの相関グラフ
【図７】・・ドッグクラッチとローラークラッチの実測衝撃波形
【図８】・・１速ギヤから４速ギヤのカム位相配置の実施例
【図９】・・凹凸接触角度説明図
【図１０】・・図３の拡大図
【発明を実施するための形態】
【０１２】図２の内輪１、外輪２とローラー３は軸受鋼をＨＲＣ６０〜６５に硬化しＪＩＳＢの転がり軸受円すいころ軸受の規格に準ずる精度に仕上げる、内輪１の外径は一葉回転双曲面で勾配が５°の円すい斜面のローラの転走軌道面にする。ローラーは１０〜１５°傾斜（スキュウ）させて円すい軌道上に複数個周設し転走させる。ローラーの外接円に内径が一葉回転双曲面の円すい斜面の外輪２を回動させる。内外輪を相対回転すると一方にはクサビ角１．８°付近で噛み合いはじめトルク負荷とともにクサビ角度は約３°まで変化してロックする。このときローラーの転動面下に高圧で油膜厚さが０．０００３ミリの固化転移した油膜パッドができる。同時にローラーの接触面圧のヘルツの弾性接近、外輪の膨張、内輪の圧縮弾性とでローラーは僅かに転がって内外輪は軸方向に外径寸法の約最大７％程度相対変位する。
【０１３】請求項２の変速機への適合性を説明する。
変速歯車がトルク伝達する際の歯の枚数は通常１〜２枚であるのに対してローラークラッチのトルク容量は周上のローラー全数が一斉に噛み合うので歯の強度よりも遥かに大きい。それと近時転がり接触の疲労寿命が材料の進化で面圧２．５ＧＰａ以下では永久とされ信頼性は極めて高い。  各変速比の歯車ごとにこの強力なトルク容量と柔らかな弾性を備えたクラッチを装設すれば冒頭に記載の課題は全て解消する。図３は車の二軸式歯車変速機への応用実施例で、入力軸３７と出力軸３５に各変速の歯車対が周設されて常時噛み合いさせる。各変速歯車には図２のローラークラッチがスプライン７で係合する。
【０１４】図２の支点の中間部材１６ａは図４の１６のように歯車箱の７０に固定する。これを図２の右端の中間部材１６ａと作用点の外輪２の側面との間にカムリング９ａ（図には変速ギヤ毎にサフィックスａ，ｂ，ｃ，・・を付記する）を設ける。カムリング９ａから延長したレバー１３（図には変速ギヤ毎にサフィックスａ，ｂ，ｃ，・・を付記する）の先を操作の力点にする。中間部材１６（図には変速ギヤ毎にサフィックスａ，ｂ，ｃ，・・を付記する）とカムリング中間部材には図８の凹１５、と凸１４が設けてあり力点で凹凸を相対変位させると作用点は支点の斜面に沿って緩やかに倍力されて軸方向に動く。
【０１５】  図８は説明用模式図でＡ群は１速と２速の凹凸のＯＮ−ＯＦＦ動作を示す。図１０は変速機にクラッチを正面合わせで装設した場合の力点の操作によるＣｌｕｔｃｈ  ｔｏ  Ｃｌｕｔｃｈの実施例を示す。１速のカムリング９ａの凸１４ａが中間部材１６ａの凹部１５ａに嵌合すると１速のクラッチ１４８ａは外輪側面が皿ばね８で付勢されている上外輪外径の傾斜スプラインの歯面７ａで生ずる推力とトルクによるローラーの吸引力と合わさってローラーは軌道間に食い込みロックする。中間リング１６ａの裏面（図では右側）では凹部１５ｂから凸部１４ｂが外れた位置になるので２速ギヤのクラッチ１４８ｂは内外輪の軌道間隔が徐々に広がってＯＦＦになる。１速のカムリング９ａで凹凸を外すと２速のクラッチ１４８ｂのカムリング９ｂは連動して凸凹が嵌合してＯＮになる。
１〜２速ともにＯＦＦ位置になると隣に記載のＢの３速、４速クラッチは３速がＯＮになり４速がＯＦＦになる。
【０１６】次に図３、の右端に記載のリバースギヤ５３、の動作について説明する。リバースギヤ５３、は、リバースアイドラ５１、で他の前進ギヤ郡に対して逆回転する。図３、に示す１〜４速郡のクラッチの凹凸カムが旋回連結バー１７７、でＯＦＦ側に旋回すると、全ての前進ギヤ郡の凹凸カム１４，１５、の嵌合が外れてニュートラルになる。すると旋回連結バー１７７、と一体の旋回レバー１３ｅ，で歯車を介して１３ｇ，が旋回しリバースギヤのクラッチ１４８ｄ、と１４８ｅ、の（図４、の入力軸３７、上に配置の）凹凸カム１４ｆ、と１５ｆ、がＯＮになる。かくしてリバースギヤのクラッチ１４８ｄ、と１４８ｅ、は共に締結して後退側に駆動する。前進走行中は前記リバースギヤのクラッチ１４８ｄ、と１４８ｅ、は凹凸が外れて軌道輪は離反してＯＦＦで保持されるのでギヤは入出力軸と連れ回りせず静止する。
【０１７】  図３では入力軸３７に周設の一速ギヤのみが複列タンデムにしてある。複列タンデム配置の場合ローラーのスキュウ角α°を図のように逆向きにしてある。複列タンデムにする理由は、イ）ディーゼルエンジン等の低速トルク変動を吸収するためにクラッチのダンパー効果を複列にすることで倍にしてある。ロ）変速時のトルクの流れを図３に太線で示すように、一速トルクは図の左側からタンデムの左側内輪からローラーを介して外輪に伝わり外輪から右側の内輪に伝わって一速ギヤ６ａ１に入る、タンデムにすると内外輪の相対変位は浮動する外輪で相殺されるのでスプラインが要らない。
【０１８】ハ）ローラー転走面を有機モリブデンなどの添加油剤で潤滑すると（図では簡素化のためシール材記載は省略）微速度でクリープ回転する、これにより車を停止してもエンジンはアイドリングできる、同時に微低速でのクリープ走行も可能になる。回転を僅かに上げればクラッチは繋がり駆動する。クリープする速度は油剤の選定で速くできることとタンデム複列にすることでクリープ速さは倍になる。複列ではローラーが円すい軌道面に同時に接触する必要があり複列の軌道面寸法を高い精度で同じでなければならずシム１７３で調節する。
全てのクラッチをオフにすれば軸にトルクが全く伝わらないのでニュートラルになり既存の流体継手、摩擦板クラッチは削減できる。
【０１９】クラッチのトルクの嵌脱手段については関連特許文献３の特開２０１３−１３３９３２及び、出願番号２０１３−１１４６６８がある。
クラッチのフルトルクが作用したまま遮断するとき、トルクをローラーが長さが２０ミリで約２０個とするとローラーが噛みあって３ＧＰａの高面圧で食い込んでいるので軸方向に抜くには鉄の静摩擦係数μ０を０．１２で試算すると切り離しに推力１４トン余を要し容易でない。その解決手段は、円すい斜面で転がるローラーに緊迫力の不釣合いをもたらすと図６のように伝達トルクが激減する（スベリを生ずる）つまり一瞬流体継ぎ手が介在したようにローラーが高圧の粘性油膜に浮いて僅かに転がって半クラッチ状態になる。この原理を利用してカムの凹凸斜面で偶力を与えてトルクを残存させながら切離す。トルクを受けとる側のクラッチはクラッチ自体のねじれ弾性クッションで差回転を吸収して緩やかに受け取る。
【０２０】凹凸の斜面形状を図９のように初期接点１７１の接触角度を小さくすると回転中のクラッチの外輪の側面とカムリングの摺接摩擦抵抗でクサビ作用が生じてカムリングの凸部はギヤの周速の速さに連れ回りし凹部斜面で押し出されてクラッチの外輪の一箇所が押されてクラッチに偶力が働き０．０１秒以下で外れる。
【０２１】  トルクを受け取る前段階のギヤのクラッチは、付勢ばね８の付勢力をカムリングの凸部で受けてストッパーになるので外輪とローラーは非接触状態にある、そこへ凸部位置がずれると外輪は皿ばねで押されて凹の斜面に沿って軌道輪は接近しローラーが軌道と噛み合う。噛み合うと変速比の小さい上段ギヤにシフトした場合では速度の遅い下段ギヤはオーバーラニングになる。フルトルク負荷中の上段ギヤから下段ギヤにシフトすると上段ギヤにトルクを残存したまま下段ギヤにトルクが移り、移った後上段ギヤのクラッチは外れる。走行中クラッチがオーバーラニングすると摩擦損失を伴うので凹凸位置をずらしてローラーを非接触のＯＦＦにする。
【０２２】図３、８は簡略のため４段で説明しているが多段化はギヤを適宜増やせばよい、図８では１速ギヤのクラッチのカムの凹凸が嵌合すると他のクラッチの凹凸は外れて空転する、図３では各変速ギヤのクラッチの凹凸を位相させて配置し作用点のカムリング９、から延長した操作レバー（力点）１３の端部を旋回アクチュエータのロッド１７７に連結して図３の旋回歯６０を高速応答のサーボモーター６２で駆動すると高い精度で一瞬に走行に要する変速ギヤのカム位置になる。常時噛み合い式の変速機であって飛び越し変速も可能になる、その場合は力積に見合ったクラッチ容量にする。
【０２３】サーボモーターによるカムの位置制御は、図３の二速ギヤの中間部材に取り付けた変位センサー（代表図示）のリニアポテンショメーター１７６でクラッチの外輪の側面と中間部材との間隔変位を測りこれをトルク換算し、これにエンジンの回転数と空燃比、アクセル開度信号で最適ギヤ比を選択してその変速ギヤの凹凸が嵌る位置にサーボモータを廻す。
【０２４】トルクセンサーのゼロ点リセットは逆転若しくは電源ＯＦＦ信号で行う。リセットのゼロ点の復元精度を担保するためクラッチの外輪のスプラインの歯スジの向きをオーバーラニング（逆転）で逆向きにして空転時の摩擦抵抗をスプライン歯で推力に変換してローラーを軌道に安定的に押し付ける。特に寒冷地における油の凍結、長期保管後の再始動の際のオーバーラニングでローラーのスキュウによる抜け出しなど不安定な動きを防ぐ。また万一皿ばね８の凍結固着、スプラインの歯面７ａへの異物混入、ローラーと保持器の凍結で噛み合い不能が生じてもこのアシスト推力が有効に働く。
当該構成はクラッチにスベリ発生、噛み合い不良などの異常をきたしたとき先ずトルクセンサのトルク値から異常を検知できる。
【０２５】全てのクラッチの外輪側面はカムリングの凸部と摩擦摺接するのでスラスト転がり軸受を介在する（図省略）か皿ばねの付勢圧を小さくする、一速ギヤ以外の前記クラッチの噛み合いは外径のスプラインの歯面７ａの摩擦抵抗が安定して小さいことが必須条件である、そのため歯面の７ａの間に油を包含するディンプル付きの波板ばねを介在させてトルク負荷時の歯の面圧で油をスクイズアウトさせその油膜に浮上させてズリ変位させる。（図省略）けだしズリ変位の必要距離は内外輪の軸方向相対変位量の最大５ミリ以下でよい。
【０２６】当該クラッチが変速に好適である理由を基本特性から説明する。図６はクラッチに外力を与えてローラーの緊迫力に不釣合いをもたらしたときの伝達トルクの低下の実測値を示す。図５はクラッチのトルク負荷と弾性捻れ変位（度）の実測値を示す、負荷初期はなだらかな変位でソフトな弾性で噛み合い始めて面圧３ＧＰａ付近トルク容量とする。その弾性捻れ角度は約８０°に達する。図７は、図１の従来のドッグクラッチを強制的に衝突噛み合せたときの波形で、比較のため同じ方法による図２のローラークラッチの波形を併記する。ローラークラッチにはピーク波形はなく０．０２秒で締結が始まる。
また特定の油剤、例えば二硫化モリブデン添加油では小さなトルクから巨大なトルクまで一定の速さで低速でクリープする。（図省略）
【実施例】
【０２７】請求項１の実施例を図２に示す。
力点の操作を軸方向変位に変換する代表例に凹凸を述べたが、軸方向に蛇行した溝にピンを係合するかまた曲率凹溝を向かい合わせた間にボール又はローラーを介在させてもよい、要するに内外軌道輪間にテコの原理の支点力点作用点の三要素の介装に帰する。（図省略）【０２８】請求項２の実施例を図３に示す。実施例図３、図４は変速機の断面略視図で（図省略）変速操作にサーボモーターを図示したが、各ギヤ毎に電磁ソレノイドでＯＮ−ＯＦＦ制御してもよい。（図省略）
【符号の説明】
【０２９】１ａ、１ｂ・・クラッチ内輪
２・・クラッチ外輪
３・・ローラー
４・・保持器
６ａ〜６ｄ・・車速変速ギヤ
８・・皿バネ
９ａ〜９ｆ・・カムリング
１３ａ〜１３ｆ・・カムリング操作レバー
１４ａ〜１４ｆ・・カムリングの凸部
１６ａ〜１６ｄ・・中間部材
３５・・出力軸
３７・・入力軸
５１・・リバースアイドラ
５２，５３・・リバースギヤ
６０・・旋回揺動歯車
６１・・旋回ギヤ
６２・・旋回駆動サーボモーター
１４８ａ〜１４８ｆ・・クラッチユニット
１７３・・シム
１７４・・セレーション歯
１７６・・トルクセンサー
１７７・・旋回連結バー
【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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【図６】
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【図８】
0006402403.tif 000008
【図９】
0006402403.tif 000009
【図７】
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【図１０】
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