(57)【要約】【課題】動力断続装置が不要で、小型化を図れる変速装置の技術を提供する。【解決手段】変速装置１００は、入力軸１１に固定される太陽歯車２２と、４個のピニオン３ａと、出力軸１２に接続するキャリア部５とを備えている。各ピニオン３ａは、太陽歯車２２と噛合する遊星歯車３３と、遊星歯車３３と歯数の異なる遊星歯車３２、３４とを有している。これらの遊星歯車３２〜３４と噛合する３個の内歯車４１〜４３は、入力軸１１の回転に伴い独立した回転運動を行えるが、変速のためのギア選択時には、アクチュエータ６５〜６７により制動部６１〜６３を押付けることで、各内歯車の回転運動に対して制動力を選択的に作用させる。この場合、制動力を徐々に増加させて回転運動を停止させるようにする。その結果、動力断続装置が不要となり、装置の小型化を図れる。【選択図】図２
2005016732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力軸である第１軸と第２軸との間でギアチェンジが可能な変速装置であって、
(a)前記第１軸に連動連結する太陽歯車と、
(b)それぞれ歯数の異なる複数の歯車を備えた複数段の遊星歯車を２以上有し、前記複数段の遊星歯車において特定段の歯車が前記太陽歯車と噛合する遊星歯車群と、
(c)前記第２軸に連動連結するとともに、前記複数段の遊星歯車を回転自在に保持するキャリアと、
(d)前記複数段の遊星歯車における前記複数の歯車それぞれに噛合する内歯車を有し、各内歯車は入力軸の回転に伴い独立した回転運動が可能な内歯車群と、
(e)前記各内歯車の回転運動に対して制動力を選択的に作用させる選択制動手段と、
を備え、
前記選択制動手段は、
(e-1)前記制動力を変化させることにより、内歯車の回転運動に関するフリー状態と制限状態と停止状態とを切替える制動力変化手段、
を有することを特徴とする変速装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変速装置において、
前記複数段の遊星歯車は、前記特定段の歯車と同じ歯数で前記太陽歯車のみと噛合する歯車をさらに備えることを特徴とする変速装置。
【請求項３】
入出力軸である第１軸と第２軸との間でギアチェンジが可能な変速装置であって、
(a)前記第１軸に連動連結するとともに、それぞれ歯数の異なる複数の歯車を有する複数段の太陽歯車と、
(b)前記複数段の太陽歯車における前記複数の歯車それぞれに噛合する遊星歯車の組を２以上有する遊星歯車群と、
(c)前記第２軸に連動連結するとともに、前記遊星歯車の組における各歯車を回転自在に保持するキャリアと、
(d)前記遊星歯車の組における各歯車に噛合する内歯車を有し、各内歯車は入力軸の回転に伴い独立した回転運動が可能な内歯車群と、
(e)前記各内歯車の回転運動に対して制動力を選択的に作用させる選択制動手段と、
を備え、
前記選択制動手段は、
(e-1)前記制動力を変化させることにより、内歯車の回転運動に関するフリー状態と制限状態と停止状態とを切替える制動力変化手段、
を有することを特徴とする変速装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の変速装置において、
前記制動力変化手段は、
内歯車に接触する部材の押圧力を変更することにより、前記制動力を変化させる手段、
を有することを特徴とする変速装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の変速装置において、
前記制動力変化手段は、
前記フリー状態と前記制限状態との間でのみ切替えが可能な限定変化手段、
を有することを特徴とする変速装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の変速装置の変速方法であって、
(a)前記制動力変化手段により、前記フリー状態から前記制限状態を経て前記停止状態に切替える工程と、
(b)前記制動力変化手段により、前記停止状態を維持する工程と、
を備えることを特徴とする変速装置の変速方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の変速装置の変速方法であって、
(a)前記制動力変化手段により、前記フリー状態から前記制限状態に切替える工程と、
(b)前記制動力変化手段により、前記制限状態を維持する工程と、
を備えることを特徴とする変速装置の変速方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入出力軸の間でギアチェンジが可能な変速装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原動機に接続される変速装置としては、自動車を例に挙げるとマニュアル・トランスミッションやオートマチック・トランスミッションが知られている。
【０００３】
マニュアル・トラスミッションでは、クラッチによって動力を切断している間にギアの噛合せを変更することで、変速が行われる(非特許文献１参照)。
【０００４】
オートマチック・トランスミッションでは、プラネタリーギアで構成されるギア式変速機とトルクコンバータとを制御することで、変速が行われる(非特許文献１参照)。
【０００５】
【非特許文献１】出射忠明、「自動車メカニズム図鑑」、株式会社グランプリ出版、１９８９年１１月２２日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のマニュアル・トランスミッションにおいては、変速の際に動力の切断・伝達を行うクラッチ(動力断続装置)が必要であるため、そのコストが増加し、設置スペースも必要となる。
【０００７】
また、オートマチック・トランスミッションにおいては、ギア式変速機とトルクコンバータとを有しているため、装置構成が複雑であり、小型化には限界がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、動力断続装置が不要で、小型化を図れる変速装置の技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、入出力軸である第１軸と第２軸との間でギアチェンジが可能な変速装置であって、(a)前記第１軸に連動連結する太陽歯車と、(b)それぞれ歯数の異なる複数の歯車を備えた複数段の遊星歯車を複数有し、前記複数段の遊星歯車において特定段の歯車が前記太陽歯車と噛合する遊星歯車群と、(c)前記第２軸に連動連結するとともに、前記複数段の遊星歯車を回転自在に保持するキャリアと、(d)前記複数段の遊星歯車における前記複数の歯車それぞれに噛合する内歯車を有し、各内歯車は入力軸の回転に伴い独立した回転運動が可能な内歯車群と、(e)前記各内歯車の回転運動に対して制動力を選択的に作用させる選択制動手段とを備え、前記選択制動手段は、(e-1)前記制動力を変化させることにより、内歯車の回転運動に関するフリー状態と制限状態と停止状態とを切替える制動力変化手段を有する。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る変速装置において、前記複数段の遊星歯車は、前記特定段の歯車と同じ歯数で前記太陽歯車のみと噛合する歯車をさらに備える。
【００１１】
また、請求項３の発明は、入出力軸である第１軸と第２軸との間でギアチェンジが可能な変速装置であって、(a)前記第１軸に連動連結するとともに、それぞれ歯数の異なる複数の歯車を有する複数段の太陽歯車と、(b)前記複数段の太陽歯車における前記複数の歯車それぞれに噛合する遊星歯車の組を複数有する遊星歯車群と、(c)前記第２軸に連動連結するとともに、前記遊星歯車の組における各歯車を回転自在に保持するキャリアと、(d)前記遊星歯車の組における各歯車に噛合する内歯車を有し、各内歯車は入力軸の回転に伴い独立した回転運動が可能な内歯車群と、(e)前記各内歯車の回転運動に対して制動力を選択的に作用させる選択制動手段とを備え、前記選択制動手段は、(e-1)前記制動力を変化させることにより、内歯車の回転運動に関するフリー状態と制限状態と停止状態とを切替える制動力変化手段を有する。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る変速装置において、前記制動力変化手段は、内歯車に接触する部材の押圧力を変更することにより、前記制動力を変化させる手段を有する。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る変速装置において、前記制動力変化手段は、前記フリー状態と前記制限状態との間でのみ切替えが可能な限定変化手段を有する。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係る変速装置の変速方法であって、(a)前記制動力変化手段により、前記フリー状態から前記制限状態を経て前記停止状態に切替える工程と、(b)前記制動力変化手段により、前記停止状態を維持する工程とを備える。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係る変速装置の変速方法であって、(a)前記制動力変化手段により、前記フリー状態から前記制限状態に切替える工程と、(b)前記制動力変化手段により、前記制限状態を維持する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１、請求項２および請求項４ないし請求項７の発明によれば、複数段の遊星歯車における複数の歯車それぞれに噛合する各内歯車の回転運動に対して制動力を選択的に作用させる選択制動手段は、制動力を変化させることにより内歯車の回転運動に関するフリー状態と制限状態と停止状態とを切替える。その結果、変速時に動力断続装置が不要で、変速装置の小型化を図れる。
【００１７】
特に、請求項２の発明においては、複数段の遊星歯車は、特定段の歯車と同じ歯数で太陽歯車のみと噛合する歯車をさらに備えるため、複数段の遊星歯車と太陽歯車との間でバランス良く力を伝達できる。
【００１８】
また、請求項３ないし請求項７の発明においては、遊星歯車の組における各歯車に噛合する各内歯車の回転運動に対して制動力を選択的に作用させる選択制動手段は、制動力を変化させることにより内歯車の回転運動に関するフリー状態と制限状態と停止状態とを切替える。その結果、変速時に動力断続装置が不要で、変速装置の小型化を図れる。
【００１９】
また、請求項４の発明においては、内歯車に接触する部材の押圧力を変更することにより制動力を変化させるため、制動力の変化を容易に行える。
【００２０】
また、請求項５の発明においては、制動力変化手段がフリー状態と制限状態との間でのみ切替えが可能な限定変化手段を有するため、各変速段の変速比と異なる変速比を容易に実現できる。また、変速装置を自動車に搭載する場合には、クリープ現象を容易に実施できる。
【００２１】
また、請求項６の発明においては、制動力変化手段によりフリー状態から制限状態を経て停止状態に切替え、停止状態を維持するため、動力断続装置を用いず適切に変速を行える。
【００２２】
また、請求項７の発明においては、制動力変化手段によりフリー状態から制限状態に切替え、制限状態を維持するため、各変速段の変速比と異なる変速比を適切に実現できる。また、変速装置を自動車に搭載する場合には、クリープ現象を適切に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
＜第１実施形態＞
＜変速装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る変速装置１００の主要部品を示す分解図である。また、図２は、変速装置１００の構成を示す断面図である。なお、図１では、アクチュエータ６５〜６８の図示を省略している。
【００２４】
変速装置１００は、ギア式の変速機構部１０と、変速機構部１０においてギアチェンジを行うためのギア選択部６とを備えており、４段変速が可能な変速機として構成されている。
【００２５】
変速機構部１０は、入力軸(第１軸)１１と、入力軸１１の先端部に固定される太陽歯車部２と、太陽歯車部２と噛合する遊星歯車部３と、遊星歯車部３と噛合する内歯車部４とを備えている。また、変速機構部１０は、遊星歯車部３を回転自在に保持するキャリア部５と、キャリア部５に連動連結する出力軸(第２軸)１２とを備えている。
【００２６】
入力軸１１は、変速装置１００の主軸１ｃを中心に回転可能であり、例えば自動車のエンジン(原動機)に連結されている。
【００２７】
太陽歯車部２は、入力軸１１に連動連結される３個の太陽歯車２１〜２３を有している。なお、太陽歯車２１と太陽歯車２２との間には、後述の遊星歯車３２の歯幅より若干大きな幅を持ち、遊星歯車３２の歯先と接触しない深さを有する溝２ｇが形成されている。
【００２８】
太陽歯車２１と太陽歯車２２とは、同一の歯数を有しているが、太陽歯車２３は、これらより少ない歯数を有している。
【００２９】
遊星歯車部(遊星歯車群)３は、４個のピニオン３ａと、４個のダブルピニオン３ｂとで構成されている。
【００３０】
４個のピニオン３ａは、それぞれの軸心３ｃが、主軸１ｃを中心とした同心円において９０度ごとの等角度で配置されている。そして、各ピニオン３ａは、軸３０に対して回動自在で、一体的に形成された多段の遊星歯車３１〜３４を有している。これらの遊星歯車３１〜３４は、それぞれ歯幅が等しくなっている。
【００３１】
遊星歯車３１、３３は、同一の歯数を有しており、太陽歯車２１、２２と噛合する。
【００３２】
遊星歯車３２は、遊星歯車３１、３３より歯数が多く、このため遊星歯車３２の歯底円と太陽歯車２１、２２の歯底円とを主軸１ｃの方向に投影した場合、両歯底円は交わることとなる。そこで、遊星歯車３２の歯先が太陽歯車部２の溝２ｇに入り込むようにし、遊星歯車３２の自由な回転を確保する。
【００３３】
遊星歯車３４は、遊星歯車３１、３３より歯数が少なく、このため太陽歯車２２と噛合しない。
【００３４】
以上のようにピニオン３ａは、それぞれ歯数の異なる３個の遊星歯車３２〜３４を備えた３段の遊星歯車を有しており、この段付き遊星歯車において特定段の遊星歯車３３が太陽歯車２２と噛合することとなる。そして、ピニオン３ａは、上記の特定段の遊星歯車３３と同じ歯数で太陽歯車２１のみと噛合する歯車をさらに備える構成となっている。
【００３５】
４個のダブルピニオン３ｂは、軸３６に対して回転自在な第１遊星歯車３７と、軸３８に対して回転自在な第２遊星歯車３９とを備えている。そして、４個のダブルピニオン３ｂは、それぞれの軸心３ｄおよび軸心３ｃが、主軸１ｃに対して９０度ごとの等角度で配置されている。
【００３６】
第１遊星歯車３７は、太陽歯車２３と噛合するとともに、第２遊星歯車３９と噛合する。
【００３７】
第２遊星歯車３９の歯数は、第１遊星歯車３７より少なくなっている。これは、主軸１ｃから遠い第２遊星歯車３９の歯数を第１遊星歯車３７より少なくすることにより、主軸１ｃ回りの慣性モーメントを小さくするためである。
【００３８】
内歯車部(内歯車群)４は、遊星歯車部３の周りにおいて主軸１ｃを中心に独立した回動運動が可能な４個のリング状の内歯車(環歯車)４１〜４４を有している。そして、内歯車４１〜４４の外周面４ａ〜４ｄはそれぞれ円筒状の曲面を有しており、その直径は等しくなっている。
【００３９】
内歯車４１は、遊星歯車３２と噛合し、内歯車４２は、遊星歯車３３と噛合する。また、内歯車４３は、遊星歯車３４と噛合するとともに、内歯車４４は、第２遊星歯車３９と噛合している。
【００４０】
このように歯数の異なる各遊星歯車３２〜３４に噛合する内歯車４１〜４３は、異なる歯数を有することとなる。すなわち、内歯車４２の歯数は、内歯車４１の歯数より少なく、内歯車４３の歯数より多くなる。
【００４１】
遊星歯車３１は、内歯車４１〜４４と噛合せず太陽歯車２１のみと噛合するが、これは太陽歯車２１、２２と噛合しない遊星歯車３２の両隣に、太陽歯車２１、２２と噛合する遊星歯車３１、３３を配置させるためである。すなわち、後述のように遊星歯車３２と噛合する内歯車４１の回転が阻止される場合でも、遊星歯車３２の両隣の遊星歯車３１、３３を介してバランス良く太陽歯車２１、２２に力を伝達できるため、軸３０等の負担を軽減できることとなる。
【００４２】
なお、遊星歯車３２と同様に遊星歯車３４も太陽歯車２１、２２と噛合しないが、この場合には、遊星歯車３４の隣に太陽歯車２２と噛合する遊星歯車３３と、太陽歯車２３と噛合するダブルピニオン３ｂとがあるため、遊星歯車３４と噛合する内歯車４３の回転が止められる時でも双方の歯車を介して太陽歯車に力を伝達できることとなる。このような場合でも、太陽歯車のみと噛合して遊星歯車３３と歯数が同じ遊星歯車を、遊星歯車３４の隣に追加するのが好ましい。
【００４３】
キャリア部５は、３個のキャリア５１〜５３を備えている。そして、各キャリア５１〜５３は、ピニオン３ａの軸３０およびダブルピニオン３ｂの各軸３６、３８によって連結されるため、主軸１ｃを中心に一体的な回転運動が可能である。
【００４４】
キャリア５１は、中央部に円形孔を持つリング状の形状を有しており、その円形孔の直径は入力軸１１の直径より大きく、主軸１ｃを中心として回動自在となっている。また、キャリア５１は、その一方の主面にピニオン３ａの各軸３０の先端を固定する４つの孔５ｈが設けられている。
【００４５】
キャリア５２は、中央部に円形孔を持つリング状の形状を有しており、その円形孔の直径は太陽歯車２３の歯先円の直径より大きく、主軸１ｃを中心として回動自在となっている。また、キャリア５２は、その一方の主面にピニオン３ａの各軸３０の先端を固定する４つの孔５ｈが設けられており、他方の主面にダブルピニオン３ｂの各軸３６、３８の先端を固定する４つの各孔５ｊ、５ｋが設けられている。
【００４６】
キャリア５３は、円板状の形状を有しており、主軸１ｃを中心として回転自在となっている。また、キャリア５３は、その一方の主面の中央部に出力軸１２が接続されており、他方の主面にダブルピニオン３ｂの各軸３６、各軸３８の先端部を固定する４つの各孔５ｊ、５ｋが設けられている。
【００４７】
ギア選択部６は、４つの制動部６１〜６４と、各制動部６１〜６４を内歯車の外周面４ａ〜４ｄに押圧させるための４つのアクチュエータ６５〜６８とを備えており、各内歯車４１〜４４の回転運動に対して制動力を選択的に作用させる選択制動手段として機能する。
【００４８】
各制動部６１〜６４は、例えばドラムブレーキのような制動部材として構成されている。すなわち、各制動部６１〜６４は、内歯車を介して対向するとともに内歯車４１〜４４の外周面４ａ〜４ｄと曲率が略等しい２個の円弧状のシューの内側面にライニング６ａ〜６ｄが固着された構造となっている。そして、各ライニング６ａ〜６ｄが内歯車の外周面４ａ〜４ｄに接触することにより摩擦が生じるため、内歯車の回転運動に対する制動力が発生し、内歯車の回転を停止させることが可能となる。
【００４９】
各アクチュエータ６５〜６８は、例えば変速装置１００のケーシングの内壁ＷＩに固設された油圧式アクチュエータとして構成されており、制動部６１〜６４を内歯車の径方向Ｈａ、Ｈｂに移動させることが可能である。これらのアクチュエータ６５〜６８を駆動することにより、各制動部６１〜６４を方向Ｈａに移動させて内歯車の回転を停止させた後に、制動部６１〜６４を方向Ｈｂに移動させて内歯車を再び回転させることが可能となる。
【００５０】
また、各アクチュエータ６５〜６８は、例えばＰＣＶ（油圧調整弁）で油圧調整を行うことにより、内歯車の外周面４ａ〜４ｄに押付けられる各制動部６１〜６４の押圧力の制御が可能となっている。このようにアクチュエータ６５〜６８では内歯車に接触する制動部６１〜６４の押圧力を変更できるため、制動力を「０」から内歯車の回転が制限される制動力を経て内歯車の回転が停止する制動力まで変化させることが可能となる。その結果、内歯車の調速を行えることとなり、内歯車の回転運動に関するフリー状態(無制動状態)と制限状態と停止状態との切替えが可能となる。
【００５１】
＜変速装置１００の変速動作＞
図３は、図２に対応しており、変速装置１００の変速動作の原理を説明するための模式（スケルトン）図である。
【００５２】
変速装置１００では、変速比が大きい順に第１速段、第２速段および第３速段からなる前進３段において変速段の選択を行えるとともに、出力軸１２の回転方向が入力軸１１と逆転する後退(リバース)１段の選択も可能となっている。以下では、いずれの変速段も選択されていない状態、つまり入力軸１１の回転に伴って各内歯車４１〜４４が独立して自由に回転している状態において、各変速段を選択する動作について説明する。なお、変速装置１００においては、変速機構部１０が壊れないように複数の変速段を同時に選択しないようにする。
【００５３】
(１)第１速段の選択について
入力軸１１が回転方向Ｒｉに回転する場合に、アクチュエータ６７を駆動して内歯車４３の回転のみを停止させると、内歯車４３および遊星歯車３４の噛合いと遊星歯車３３および太陽歯車２２の噛合いとによって規定される公転速度で、主軸１ｃを中心としたピニオン３ａの公転運動が行われる。このピニオン３ａの公転により、ピニオン３ａを軸支するキャリア部５が主軸１ｃを中心として回転するとともに、キャリア部５に連結する出力軸１２も入力軸１１と同じ回転方向Ｒｆに第１速段の変速比で回転することとなる。
【００５４】
(２)第２速段の選択について
入力軸１１が回転方向Ｒｉに回転する場合に、アクチュエータ６６を駆動して内歯車４２の回転のみを停止させると、内歯車４２および遊星歯車３３の噛合いと遊星歯車３３および太陽歯車２２の噛合いとによって規定される公転速度で、主軸１ｃを中心としたピニオン３ａの公転運動が行われる。このピニオン３ａの公転により、ピニオン３ａを軸支するキャリア部５が主軸１ｃを中心として回転するとともに、キャリア部５に連結する出力軸１２も入力軸１１と同じ回転方向Ｒｆに第２速段の変速比で回転することとなる。
【００５５】
(３)第３速段の選択について
入力軸１１が回転方向Ｒｉに回転する場合に、アクチュエータ６５を駆動して内歯車４１の回転のみを停止させると、内歯車４１および遊星歯車３２の噛合いと遊星歯車３３および太陽歯車２２の噛合いとによって規定される公転速度で、主軸１ｃを中心としたピニオン３ａの公転運動が行われる。このピニオン３ａの公転により、ピニオン３ａを軸支するキャリア部５が主軸１ｃを中心として回転するとともに、キャリア部５に連結する出力軸１２も入力軸１１と同じ回転方向Ｒｆに第３速段の変速比で回転することとなる。この第３速段については、遊星歯車３２の歯数が太陽歯車２２と噛合する遊星歯車３３の歯数より多いため、２以下の変速比に設定することも可能である。
【００５６】
(４)リバース段の選択について
入力軸１１が回転方向Ｒｉに回転する場合に、アクチュエータ６８を駆動して内歯車４４の回転のみを停止させると、内歯車４４およびダブルピニオン３ｂの噛合いとダブルピニオン３ｂおよび太陽歯車２３の噛合いとによって規定される公転速度で、主軸１ｃを中心としたダブルピニオン３ｂの公転運動が行われる。このダブルピニオン３ｂの公転により、ダブルピニオン３ｂを軸支するキャリア部５が主軸１ｃを中心として回転するとともに、キャリア部５に連結する出力軸１２も回転することとなる。この場合、出力軸１２の回転方向Ｒｖは入力軸１１の回転方向Ｒｉと逆方向となる。
【００５７】
以上のように変速装置１００では各変速段を選択できるが、入力軸１１が自動車のエンジン等に連結される場合には、その回転域(回転速度の範囲)が制限されているため、単にアクチュエータ６５〜６８を駆動して各内歯車４１〜４４の回転を急に停止させたのでは、エンジンに負担がかかりストップする場合や、激しい変速(シフト)ショックが生じる恐れがある。
【００５８】
そこで、変速装置１００が自動車に搭載される場合を考慮した変速動作を、図４を参照して説明する。
【００５９】
図４は、変速装置１００が自動車に搭載される場合の自動変速動作を説明するための概念図である。ここで、グラフＩＰは、入力軸１１の回転数（入力回転数）の時間変化を示している。また、グラフＰ１は、第１速段の内歯車４３に作用させる制動力の時間変化を示し、グラフＰ２は、第２速段の内歯車４２に作用させる制動力の時間変化を示している。
【００６０】
以下では、エンジンを始動し、セレクトレバーでドライブレンジ(Ｄレンジ)を選択した後、スロットルバルブ開度を上げるアクセルの踏み込みによって第２速段までシフトアップするケースを例に挙げて説明する。なお、出力軸１２の負荷は、便宜上、一定と考える。
【００６１】
まず、エンジンを始動した後の時間帯Ｔｎにおいては、グラフＩＰに示すように入力軸１１が比較的低速の回転数(回転速度)ｒｏで回転する。この場合、入力軸１１の回転により、全内歯車４１〜４４も回転することとなる。
【００６２】
そして、Ｄレンジが選択されると、アクチュエータ６７を駆動し制動部６３を徐々に第１速段の内歯車４３の外周面４ｃに押し付けて摺接させ、内歯車４３の回転数が若干低下する制動力Ｆｏ(グラフＰ１参照)を作用させる。
【００６３】
これにより、内歯車４３の回転は完全に停止せず一定の回転が維持されるため、出力軸１２は、内歯車４３の回転停止時より低速で回転することとなる。すなわち、Ｄレンジ選択後の時間帯Ｔｃにおいては、内歯車４３の回転運動についてフリー状態から制限状態に切替えられて制限状態を維持する動作が行われるため、マニュアルクラッチ車での半クラッチに類似した状態となり、第１速段の変速比より大きい減速比で自動車が徐々に前進するクリープ現象を実現できる。
【００６４】
次に、アクセルが踏み込まれると第１速段を選択して加速する動作が時間帯Ｔｂ１および時間帯Ｔｓ１で行われるとともに、第１速段から第２速段にシフトアップし加速する動作が時間帯Ｔｂ２および時間帯Ｔｓ２で行われる。これらの時間帯における動作について、以下で詳しく説明する。
【００６５】
時間帯Ｔｂ１では、グラフＰ１に示すように第１速段の内歯車４３の回転運動に作用させる制動力を、内歯車４３がスリップする制動力Ｆｏから内歯車４３の回転が完全に停止する制動力Ｆ１まで徐々に増加させる。そして、制動力Ｆ１に到達すると内歯車４３の回転が停止し静止するため、第１速段への変速が完了することとなり、第１速段の変速比に応じた回転数で出力軸１２が回転する。
【００６６】
時間帯Ｔｓ１では、アクセルの踏み込み量に応じてグラフＩＰに示すように入力軸１１の回転数が上昇し、それに伴って出力軸１２の回転数も上昇する。この場合にも、グラフＰ１に示すように制動部６３により制動力Ｆ１を作用させて内歯車４３の回転停止状態を維持する。なお、出力軸１２の負荷が一定で変化しない場合にはグラフＰ１に示すように一定の制動力Ｆ１によって内歯車４３の回転停止状態を維持できるものの、出力軸１２の負荷が増大する場合には、内歯車４３の回転停止に必要な制動力も増加することとなる。
【００６７】
時間帯Ｔｂ２では、まず制動部６３による第１速段の内歯車４３の拘束状態を解除する。具体的には、アクチュエータ６７を駆動して内歯車４３の外周面４ｃから制動部６３を引き離し、グラフＰ１に示すように制動力を「０」にする。
【００６８】
そして、グラフＩＰに示すように入力軸１１の回転数を低下させる。ここで、回転数の低下率Ｄｆは、次の式(１)に基づいて算出される低下率となるように、入力軸１１の回転数を制御するのが好ましい。
【００６９】
(低下率)＝１−(第２速段の変速比)／(第１速段の変速比)・・・・・・(１)：
次に、第２速段の内歯車４２の回転運動に作用させる制動力を、グラフＰ２に示すように内歯車４２が自由に回転できる制動力「０」から内歯車４２の回転が完全に停止する制動力Ｆ２まで増加させる。この場合、入力軸１１の回転数の低下率Ｄｆが上記の式(１)で算出される低下率に近いほど変速ショックが小さくなるため、制動力の増加率を大きくして変速時間Ｔｂ２の短縮を図れることとなる。そして、制動力Ｆ２に到達すると内歯車４２の回転が停止するため、第２速段への変速が完了することとなり、第２速段の変速比に応じた回転数で出力軸１２が回転する。
【００７０】
時間帯Ｔｓ２では、アクセルの踏み込み量に応じてグラフＩＰに示すように入力軸１１の回転数が上昇し、それに伴って出力軸１２の回転数も上昇する。この場合にも、グラフＰ２に示すように制動部６２により制動力Ｆ２を作用させて内歯車４２の回転停止状態を維持する。
【００７１】
以上のように時間帯Ｔｂ２および時間帯Ｔｓ２では、内歯車４２の回転運動についてフリー状態から制限状態を経て停止状態に切替えられ、停止状態を維持する動作が行われるため、動力断続装置を用いずに変速を適切に行えることとなる。
【００７２】
なお、第２速段から第３速段へのシフトアップは、上述した時間帯Ｔｂ２における第１速段から第２速段へのシフトアップと同様の動作が行われる。
【００７３】
また、リバース段が選択される場合には、まず上述した時間帯Ｔｃと同様のクリープ動作が実施され、次にアクセルが踏み込まれると、上述した時間帯Ｔｂ１、Ｔｓ１と同様の動作が行われる。
【００７４】
以上のような変速装置１００の構成および動作により、選択した変速段における内歯車の回転運動に対して徐々に制動力を作用させることで変速を行うため、動力断続装置が不要となり、変速装置の小型化を図れる。また、変速装置１００は、ギア式の変速機であるため、動力伝達効率が良い。
【００７５】
＜第２実施形態＞
＜変速装置の構成＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る変速装置２００の主要部品を示す分解図である。また、図６は、変速装置２００の構成を示す断面図である。なお、図５では、アクチュエータ６５〜６８の図示を省略している。
【００７６】
第２実施形態の変速装置２００においては、第１実施形態の変速装置１００と類似の構成を有しているが、変速機構部における太陽歯車部と遊星歯車部と内歯車部との構成が異なっている。したがって、第２実施形態では、第１実施形態と異なる点を説明し、同様の構成には第１実施形態と同じ参照符号を付して重複説明は省略する。
【００７７】
変速装置２００の変速機構部１５における太陽歯車部７は、入力軸１１の先端部に連動連結される４段の太陽歯車７１〜７４を有している。これら４個の太陽歯車７１〜７４は、一体的に形成されており、それぞれ異なる歯数を有している。具体的には、太陽歯車７１の歯数＞太陽歯車７２の歯数＞太陽歯車７３の歯数＞太陽歯車７４の歯数となっている。なお、太陽歯車７４の歯数は、第１実施形態の太陽歯車２３の歯数と等しい。
【００７８】
変速装置２００の遊星歯車部(遊星歯車群)８は、４つのピニオン群８ａと、第１実施形態と同様の４個のダブルピニオン３ｂとで構成されている。
【００７９】
４つのピニオン群８ａは、それぞれの軸心８ｃが、主軸１ｃを中心とした同心円において９０度ごとの等角度で配置されている。そして、各ピニオン群８ａは、キャリア部５に保持される軸８０に対して独立した回転が可能な３個の遊星歯車８１〜８３を有している。これらの遊星歯車８１〜８３は、それぞれ歯幅が等しくなっている。
【００８０】
遊星歯車８１は、太陽歯車７１と噛合する。この遊星歯車８１より歯数が多い遊星歯車８２は、太陽歯車７２と噛合する。また、遊星歯車８３は、遊星歯車８２より歯数が多く、太陽歯車７３と噛合する。
【００８１】
以上のようにピニオン群８ａの各遊星歯車８１〜８３は、段付き太陽歯車における３個の太陽歯車７１〜７３それぞれに噛合することとなる。
【００８２】
変速装置２００の内歯車部(内歯車群)９は、主軸１ｃを中心に独立した回動運動が可能な３個のリング状の内歯車９１〜９３と、第１実施形態と同様の内歯車４４とを有している。そして、内歯車９１〜９３、４４の外周面９ａ〜９ｃ、４ｄはそれぞれ円筒状の曲面を有しており、その直径は等しくなっている。
【００８３】
内歯車９１は、遊星歯車８１と噛合し、内歯車９２は、遊星歯車８２と噛合するとともに、内歯車９３は、遊星歯車８３と噛合している。
【００８４】
このように歯数の異なる各遊星歯車８１〜８３に噛合する内歯車９１〜９３は、それぞれ異なる歯数を有することとなる。すなわち、内歯車９２の歯数は、内歯車９１の歯数より多く、内歯車９３の歯数より少なくなる。
【００８５】
＜変速装置２００の変速動作＞
図７は、図６に対応しており、変速装置２００の変速動作の原理を説明するための模式図である。
【００８６】
変速装置２００は、４段変速が可能な変速機として構成されている。すなわち、変速装置２００では、変速比が大きい順に第１速段、第２速段および第３速段からなる前進３段において変速段の選択を行えるとともに、出力軸１２の回転方向が入力軸１１と逆転する後退(リバース)１段の選択も可能となっている。以下では、入力軸１１の回転に伴って各内歯車９１〜９３、４４が独立して自由に回転している状態において、各変速段を選択する動作、つまり内歯車９１〜９３、４４のうち１つの内歯車を選択して回転運動を停止させる動作について説明する。
【００８７】
(１)第１速段の選択について
入力軸１１が回転方向Ｒｉに回転する場合に、アクチュエータ６７を駆動して内歯車９３の回転のみを停止させると、内歯車９３および遊星歯車８３の噛合いと遊星歯車８３および太陽歯車７３の噛合いとで規定される公転速度で、主軸１ｃに対する軸８０の公転運動が行われる。この軸８０の公転により、キャリア部５が主軸１ｃを中心として回転するとともに、キャリア部５に連結する出力軸１２も入力軸１１の回転方向Ｒｉと同方向の回転方向Ｒｆに第１速段の変速比で回転することとなる。
【００８８】
(２)第２速段の選択について
入力軸１１が回転方向Ｒｉに回転する場合に、アクチュエータ６６を駆動して内歯車９２の回転のみを停止させると、内歯車９２および遊星歯車８２の噛合いと遊星歯車８２および太陽歯車７２の噛合いとで規定される公転速度で、主軸１ｃに対する軸８０の公転運動が行われる。この軸８０の公転により、キャリア部５が主軸１ｃを中心として回転するとともに、キャリア部５に連結する出力軸１２も入力軸１１の回転方向Ｒｉと同方向の回転方向Ｒｆに第２速段の変速比で回転することとなる。
【００８９】
(３)第３速段の選択について
入力軸１１が回転方向Ｒｉに回転する場合に、アクチュエータ６５を駆動して内歯車９１の回転のみを停止させると、内歯車９１および遊星歯車８１の噛合いと遊星歯車８１および太陽歯車７１の噛合いとで規定される公転速度で、主軸１ｃに対する軸８０の公転運動が行われる。この軸８０の公転により、キャリア部５が主軸１ｃを中心として回転するとともに、キャリア部５に連結する出力軸１２も入力軸１１の回転方向Ｒｉと同方向の回転方向Ｒｆに第３速段の変速比で回転することとなる。
【００９０】
(４)リバース段の選択について
リバース段の選択については、第１実施形態と同様の選択動作を行う。これにより、出力軸１２は、入力軸１１の回転方向Ｒｉと逆方向Ｒｖに回転することとなる。
【００９１】
以上のように変速装置２００では各変速段を選択できるが、入力軸１１が自動車のエンジン等に連結する場合には、その回転域(回転速度の範囲)が制限されているため、単にアクチュエータ６５〜６８を駆動して各内歯車９１〜９３、４４の回転を急に停止させたのでは、エンジンに負担がかかりストップする場合や、激しい変速ショックが生じる恐れがある。
【００９２】
そこで、変速装置２００が自動車に搭載される場合には、第１実施形態の変速装置１００と同様の変速動作(図４参照)を行うこととする。
【００９３】
以上のような変速装置２００の構成および動作により、選択した変速段における各内歯車の回転運動に対して徐々に制動力を作用させることで変速を行うため、動力断続装置が不要となり、変速装置の小型化を図れる。また、変速装置２００は、ギア式の変速機であるため、動力伝達効率が良い。
【００９４】
＜変形例＞
◎上記の各実施形態におけるギア選択部においては、内歯車と同数の制動部を設けるのは必須でなく、以下で説明する移動可能な１つの制動部を設けても良い。
【００９５】
図８は、本発明の変形例に係るギア選択部６Ａの構成を示す断面図である。
【００９６】
ギア選択部６Ａは、上記の各実施形態と同様の構成を有する制動部６１およびアクチュエータ６５と、内歯車群に対してアクチュエータ６５を主軸１ｃと平行な方向Ｊａ、Ｊｂに相対的に移動させるための移動機構６９とを備えている。
【００９７】
移動機構６９は、制動部６１およびアクチュエータ６５の移動経路を規定するガイド６９１を備えている。このガイド６９１に沿った制動部６１(アクチュエータ６５)の移動については、例えば油圧式アクチュエータ(不図示)によって行われる。
【００９８】
このような移動機構６９により、制動部６１を各内歯車の外周面上に移動させることができ、各内歯車に対して選択的に制動力を作用できることとなる。
【００９９】
◎上記の各実施形態における変速装置においては、図９および図１０に示すような２種類の制動部を有しても良い。
【０１００】
図９に示す２種類の制動部は、第１実施形態の制動部６１と同様の構成を有する制動部６０１と、制動部６１に対して弾性体(例えばバネ)６０ｐが介挿された制動部６０２とからなり、第１実施形態の内歯車４３(図１)の周囲に配置されている。この制動部６０２においては、アクチュエータにより内歯車４３に押付けられても、弾性体６０ｐで弾性変形が生じるため、内歯車４３の回転運動を完全に停止させるだけの制動力を作用できない。すなわち、制動部６０２では、弾性体による機械的な手法により制動力「０」から内歯車４３の回転が制限される制動力までの範囲内で制動力を変化させることが可能であり、内歯車４３の回転運動に関するフリー状態と制限状態との間でのみ切替えを行えることとなる。その結果、図４の時間帯Ｔｃにおけるクリープ現象の実施が容易となる。なお、内歯車４３の回転を完全に停止させるのは、制動部６０１が担当する。
【０１０１】
図１０に示す２種類の制動部は、第１各実施形態の制動部６１と同様の構成を有する制動部６０３と、例えば同期電動機の固定子として構成される制動部６０４とからなり、第１実施形態の内歯車４３(図１)の周囲に配置されている。
【０１０２】
制動部６０４は、巻線部６０５を複数有しており、内歯車４３の外周部に埋め込まれている４つの永久磁石６０６が内歯車４３とともに回転することにより、端子６０ａと端子６０ｂとの間で電力を発生させる発電機として機能する。
【０１０３】
ここで、端子６０ａと端子６０ｂとを、可変抵抗ＲｖおよびスイッチＳＷを介して電気的に接続して電気回路を形成する。これにより、スイッチＳＷをオンにして可変抵抗Ｒｖの抵抗値を増減することで、いわゆる電車の回生制動と同様に内歯車４３の回転運動に作用させる制動力を調節できることとなる。また、スイッチＳＷをオフにすると、内歯車４３に対する制動力を零にすることが可能となる。
【０１０４】
このように制動部６０４に接続されるスイッチＳＷの切替および可変抵抗Ｒｖの抵抗値の変更を行うことにより、内歯車２４３の回転停止までには至らない制動力の制御を精度良く行えることとなる。すなわち、制動部６０４では、電磁気的な手法により制動力「０」から内歯車４３の回転が制限される制動力までの範囲内で制動力を変化させることが可能であり、内歯車４３の回転運動に関するフリー状態と制限状態との間でのみ切替えを行える。その結果、図４の時間帯Ｔｃにおけるクリープ現象の実施が容易となる。なお、内歯車４３の回転を完全に停止させるのは、制動部６０３が担当する。
【０１０５】
なお、ギアを介して内歯車に同期電動機を接続して、上記と同様の動作を行うようにしても良い。この場合も同様の効果を得られることとなる。
【０１０６】
◎上記の各実施形態における遊星歯車部においては、４個のピニオン３ａ（ピニオン群８ａ）を有するのは必須でなく、３個や５個以上のピニオンを有しても良い。ただし、上記の各実施形態のように対向する２個のシューによって内歯車の外周面を押圧する場合には、バランスを考慮してピニオンの数を偶数にするのが好ましい。
【０１０７】
◎上記の各実施形態における制動部については、ドラムブレーキのような構成にするのは必須でなく、ディスクブレーキや多段クラッチなどのような構成にしても良い。
【０１０８】
◎上記の各実施形態における変速機構部においては、図１に示すような平歯車（スパーギア）を使用するのは必須でなく、はすば歯車（ヘリカルギア）を使用するようにしても良い。
【０１０９】
◎上記の各実施形態における変速装置においては、入出力軸を逆転させて、太陽歯車に出力軸を接続するとともにキャリア部に入力軸を接続するようにしても良い。
【０１１０】
◎上記の各実施形態における変速装置においては、変速タイミングを制御して自動的に変速を行うのは必須でなく、運転者等が手動で変速するようにしても良い。
【０１１１】
◎上記の各実施形態における変速装置においては、それぞれ歯数の異なる３個の遊星歯車を有するのは必須でなく、歯数の異なる２個の遊星歯車や４個以上の遊星歯車を有しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る変速装置１００の主要部品を示す分解図である。
【図２】変速装置１００の構成を示す断面図である。
【図３】変速装置１００の変速動作の原理を説明するための模式図である。
【図４】変速装置１００が自動車に搭載される場合の自動変速動作を説明するための概念図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る変速装置２００の主要部品を示す分解図である。
【図６】変速装置２００の構成を示す断面図である。
【図７】変速装置２００の変速動作の原理を説明するための模式図である。
【図８】本発明の変形例に係るギア選択部６Ａの構成を示す断面図である。
【図９】変形例に係る２種類の制動部を説明する図である。
【図１０】変形例に係る２種類の制動部を説明する図である。
【符号の説明】
【０１１３】
２，７  太陽歯車部、３，８  遊星歯車部、３ａ  ピニオン、３ｂ  ダブルピニオン、４，９  内歯車部、５  キャリア部、６、６Ａ  ギア選択部、８ａ  ピニオン群、１１  入力軸、１２  出力軸、２１〜２３，７１〜７４  太陽歯車、３１〜３４，８１〜８３  遊星歯車、４１〜４４，９１〜９３  内歯車、６１〜６４、６０１〜６０４  制動部、６５〜６８  アクチュエータ、６９  移動機構、１００，２００  変速装置。
【図１】
2005016732.tif 000003
【図２】
2005016732.tif 000004
【図３】
2005016732.tif 000005
【図４】
2005016732.tif 000006
【図５】
2005016732.tif 000007
【図６】
2005016732.tif 000008
【図７】
2005016732.tif 000009
【図８】
2005016732.tif 000010
【図９】
2005016732.tif 000011
【図１０】
2005016732.tif 000012