(57)【要約】【課題】トルク伝達が遮断される時間をなくしつつ変速のショックを抑制できる変速機を提供すること。【解決手段】シフトアップのときに、カムシャフト５０によりクラッチ装置２０の第２コロ３７が係合解除状態から係合状態に切り換えられると、第２内輪３４及び第２外輪３９は径方向に弾性変形しながら入力軌道面３５と出力軌道面４０との間隔が小さくなる方向へ軸方向に相対移動し、入力軌道面３５及び出力軌道面４９に第２コロ３７が係合する。これによりトルク伝達が遮断される時間をなくすことができる。さらに、第２内輪３４及び第２外輪３９が径方向に弾性変形することにより、シフトアップのときの変速比の変化に伴う入力回転数の変化を緩和させることができるので、入力回転数の変化に伴うイナーシャトルクによる変速のショックを抑制できる。【選択図】図２
2013245714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の平行な第１軸および第２軸に配置されると共に、互いに噛み合い異なる変速比となるように設定される複数の歯車対と、
それら複数の歯車対のそれぞれ一方の歯車を前記第１軸または第２軸に対して相対回転可能に支持すると共に、前記第１軸から入力される動力を前記第２軸に遮断可能に伝達する一方、前記第２軸から前記第１軸への動力の伝達を遮断するクラッチ装置とを備え、
そのクラッチ装置は、
前記第２軸に配置された歯車または前記第１軸に連結される入力系回転部材と、
その入力系回転部材に対して軸方向に相対移動可能に構成されると共に、前記第１軸に配置された歯車または前記第２軸に連結される出力系回転部材と、
その出力系回転部材の内周面または外周面の一方に形成された出力軌道面と、
その出力軌道面に対向すると共に前記入力系回転部材の内周面または外周面の一方に形成された入力軌道面と、
その入力軌道面と前記出力軌道面との間に介設されると共に前記入力系回転部材の中心軸に対して所定のスキュー角に設定され、前記入力軌道面および前記出力軌道面に係合して前記第１軸から前記第２軸へ動力を伝達する複数のコロと、
そのコロと前記入力軌道面および前記出力軌道面との係合または係合解除を切り換える切換手段とを備えていることを特徴とする変速機。
【請求項２】
前記入力軌道面および前記出力軌道面は、前記コロの外周面と線接触する単葉回転双曲面または円錐状面として形成されていることを特徴とする請求項１記載の変速機。
【請求項３】
前記クラッチ装置は、所定の変速比に設定された歯車対において、前記入力軌道面および前記出力軌道面に前記コロが係合することにより動力を伝達し、シフトアップのときには、動力が伝達されている歯車対の変速比より変速比の小さい歯車対において、前記切換手段により、前記入力軌道面および前記出力軌道面と前記コロとの係合が解除された状態から前記入力軌道面および前記出力軌道面と前記コロとが係合する状態に切り換えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の変速機。
【請求項４】
前記歯車対は、前記中心軸に対して歯すじが非平行となるようにねじれ方向が設定され、そのねじれ方向は、前記歯車対の噛み合いによって前記歯車に作用する軸方向力の向きが、前記入力軌道面および前記出力軌道面の間隔を狭めて前記入力軌道面および前記出力軌道面に前記コロが係合するときの軸方向における前記入力系回転部材または前記出力系回転部材の移動の向きと同一に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の変速機。
【請求項５】
前記クラッチ装置は、前記入力軌道面および前記出力軌道面と前記コロとの係合が解除された状態において前記歯車が連結された前記入力系回転部材または前記出力系回転部材と嵌合するインロー部を備え、
そのインロー部は、前記入力軌道面および前記出力軌道面と前記コロとが係合するときに生じる前記コロの転動を許容する径方向隙間を、前記入力系回転部材または前記出力系回転部材との間に有していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の変速機。
【請求項６】
前記クラッチ装置は、
前記入力軌道面および前記出力軌道面と前記コロとの係合が解除された状態で、前記歯車が連結された前記入力系回転部材または前記出力系回転部材の軸方向の一方側への移動を規制する移動規制部と、
その移動規制部に向かう軸方向の付勢力を前記入力系回転部材または前記出力系回転部材に付与する付勢手段とを備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の変速機。
【請求項７】
前記入力軌道面および前記出力軌道面と前記コロとが係合可能となる方向に前記入力系回転部材または前記出力系回転部材の少なくとも一方を付勢する弾性部材を備え、
前記切換手段は、前記弾性部材の付勢力に抗して前記入力系回転部材または前記出力系回転部材を軸方向に移動させ、前記入力軌道面および前記出力軌道面と前記コロとの係合を解除することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の変速機。
【請求項８】
前記切換手段は、前記入力軌道面および前記出力軌道面と前記コロとが係合可能または係合不能となる軸方向位置に前記入力系回転部材または前記出力系回転部材を移動させる移動機構を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は変速機に関し、特にトルク伝達が遮断される時間をなくしつつ変速のショックを抑制できる変速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、異なる変速比に設定された互いに噛み合う複数の歯車対を一対の平行な軸に配置し、これら歯車対をクラッチ装置により選択的に伝動可能にすることで変速を行う変速機が知られている。例えば特許文献１には、ボール部材の係合によって動力を伝達するクラッチ装置を備える変速機が開示されている。特許文献１に開示される変速機によれば、クラッチ装置のボール部材を径方向に移動させることにより動力の伝達または遮断を瞬時に切り換えることができるので、クラッチ装置によってトルク伝達が遮断される時間を短くできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７４６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来の技術では、クラッチ装置により動力の伝達または遮断が瞬時に切り換えられるので、変速比の変化に伴う入力回転数の変化が瞬時に生じる。この入力回転数の急激な変化に伴ってイナーシャトルクによるショックが発生するという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、トルク伝達が遮断される時間をなくしつつ変速のショックを抑制できる変速機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
この目的を達成するために請求項１記載の変速機によれば、一方を第１軸とし他方を第２軸とする一対の平行な軸に配置された互いに噛み合う複数の歯車対が、異なる変速比となるように設定される。それら複数の歯車対のそれぞれ一方の歯車が、軸に対してクラッチ装置により相対回転可能に支持される。
【０００７】
クラッチ装置は、第１軸から入力される動力が第２軸に遮断可能に伝達される一方、第２軸から第１軸への動力の伝達が遮断されるように構成される。入力系回転部材に対して出力系回転部材が軸方向に相対移動可能に構成され、出力系回転部材の内周面または外周面の一方に出力軌道面が形成される。その出力軌道面に対向すると共に入力系回転部材の内周面または外周面の一方に入力軌道面が形成される。その入力軌道面と出力軌道面との間に複数のコロが介設され、そのコロは、入力系回転部材の中心軸に対して所定のスキュー角に設定されているので、入力系回転部材を所定方向に回転させると、コロは入力軌道面および出力軌道面に案内されて自転しつつ中心軸の回りを公転する。
【０００８】
コロの回転に案内されて、入力系回転部材および出力系回転部材は径方向に弾性変形しながら、軸方向に、入力軌道面と出力軌道面との間隔が小さくなる方向へ相対移動する。その結果、入力軌道面および出力軌道面にコロが係合して、第１軸から第２軸へ動力が伝達される。入力軌道面および出力軌道面とコロとの係合が解除されていた高速段側のクラッチ装置を切換手段により係合させると、これまでトルクが伝達されていた低速段側のクラッチ装置がワンウェイクラッチとして作用し、コロの係合が自動的に解除される。そのため、変速比を変化させるときにトルク伝達が遮断される時間をなくすことができる。
【０００９】
ここで、切換手段により係合解除状態から係合状態に切り換えられると、入力系回転部材および出力系回転部材は径方向に弾性変形しながら、入力軌道面と出力軌道面との間隔が小さくなる方向へ軸方向に相対移動し、入力軌道面および出力軌道面にコロが係合する。入力系回転部材および出力系回転部材が径方向に弾性変形することにより、変速比の変化に伴う入力回転数の変化を緩和させることができるので、入力回転数の変化に伴うイナーシャトルクによる変速のショックを抑制できる。従って、トルク伝達が遮断される時間をなくしつつ変速のショックを抑制できる効果がある。
【００１０】
請求項２記載の変速機によれば、入力軌道面および出力軌道面は、コロの外周面と線接触する単葉回転双曲面または円錐状面として形成されている。入力軌道面および出力軌道面の形状を単純な円錐状面とすることにより、請求項１の効果に加え、加工を容易にできる効果がある。また、入力軌道面および出力軌道面を単葉回転双曲面とすることにより、軌道面を円錐状面とする場合と比較して、スキュー角を有するコロと軌道面とを線接触させ易く、接触面積を大きくできるので、耐久性を向上できる効果がある。
【００１１】
請求項３記載の変速機によれば、所定の変速比に設定された歯車対において、クラッチ装置により入力軌道面および出力軌道面にコロが係合されることによって動力が伝達される。シフトアップのときには、動力が伝達されている歯車対の変速比より変速比の小さい歯車対において、切換手段により、入力軌道面および出力軌道面とコロとの係合が解除された状態から入力軌道面および出力軌道面とコロとが係合する状態に切り換えられる。シフトアップされて変速比の小さい歯車対から動力が伝達されると、シフトアップ前と比較して第２軸の回転数が増加する。その結果、シフトアップ前に動力が伝達されていた歯車対におけるクラッチ装置では入力系回転部材に対して出力系回転部材が相対回転するので、ワンウェイクラッチとして作用し、自動的にそのクラッチ装置による動力の伝達が遮断される。これにより、入力軌道面および出力軌道面とコロとの係合が解除された状態から入力軌道面および出力軌道面とコロとが係合する状態に、切換手段によって切り換えられることにより変速できる。その結果、請求項１又は２の効果に加え、シフトアップのときにトルク伝達が遮断される時間をなくすことができる効果がある。
【００１２】
請求項４記載の変速機によれば、歯車対は、中心軸に対して歯すじが非平行となるようにねじれ方向が設定され、そのねじれ方向は、歯車対の噛み合いによって歯車に作用する軸方向力の向きが、入力軌道面および出力軌道面の間隔を狭めて入力軌道面および出力軌道面にコロが係合するときの軸方向における入力系回転部材または出力系回転部材の移動の向きと同一に設定されている。
【００１３】
ここで、入力軌道面および出力軌道面にコロが係合するときには、入力軌道面および出力軌道面とコロとに生じる摩擦力の軸方向分力によって、入力系回転部材および出力系回転部材の軸方向の引き寄せ力が抑制される。この軸方向分力が大きくなると、入力軌道面および出力軌道面の間隔を十分に狭くすることができず、所定のトルクを伝達できなくなることがある。
【００１４】
これに対し、歯車対の歯すじのねじれ方向が、入力軌道面および出力軌道面の間隔を狭めて入力軌道面および出力軌道面にコロが係合するときの軸方向における入力系回転部材または出力系回転部材の移動の向きと同一に設定されることにより、入力軌道面および出力軌道面にコロが係合して動力が伝達されると、歯車の反力によって、入力系回転部材または出力系回転部材は、入力軌道面および出力軌道面の間隔を狭めるように軸方向への移動が促進される。これにより入力系回転部材および出力系回転部材の軸方向の引き寄せ力を増加させることができ、請求項１から３のいずれかの効果に加え、所定のトルクを確実に伝達できる効果がある。
【００１５】
請求項５記載の変速機によれば、クラッチ装置は、入力軌道面および出力軌道面とコロとの係合が解除された状態において歯車が連結された入力系回転部材または出力系回転部材と嵌合するインロー部を備えている。インロー部は、入力軌道面および出力軌道面とコロとが係合するときに生じるコロの転動を許容する径方向隙間を、入力系回転部材または出力系回転部材との間に有しているので、インロー部により入力軌道面および出力軌道面とコロとの係合が妨げられることを抑制できる。また、入力軌道面および出力軌道面とコロとの係合が解除された状態において、入力系回転部材または出力系回転部材の径方向の移動が規制されるので、請求項１から４のいずれかの効果に加え、クラッチ装置に対して歯車が相対回転するときに生じる異音を防止できる効果がある。
【００１６】
請求項６記載の変速機によれば、入力軌道面および出力軌道面とコロとの係合が解除された状態で、歯車が連結された入力系回転部材または出力系回転部材の軸方向の一方側への移動が移動規制部により規制され、付勢手段により移動規制部に向かう軸方向の付勢力が入力系回転部材または出力系回転部材に付与される。これにより、入力軌道面および出力軌道面とコロとの係合が解除された状態では、入力系回転部材または出力系回転部材の軸方向の移動が規制され、クラッチ装置を非係合状態に保つことができる。
【００１７】
これにより、請求項１から５のいずれかの効果に加え、シフト系部材や制御系が故障した場合もフェールセーフ機能を有し、複数の歯車対が同時に係合する二重噛み合いを防止できる効果がある。また、トルクが伝達される歯車対以外のクラッチ装置は、電気信号を入力しなくても非係合状態に保たれるので、電力消費量を抑えられると共に、フリクションを小さくできる効果がある。
【００１８】
請求項７記載の変速機によれば、入力軌道面および出力軌道面とコロとが係合可能となる方向に、入力系回転部材または出力系回転部材の少なくとも一方が弾性部材により付勢される。これにより、請求項１から６のいずれかの効果に加え、クラッチ装置を係合させ易くできる効果がある。一方、入力系回転部材または出力系回転部材を、弾性部材の付勢力に抗して切換手段により軸方向に移動させることによって、入力軌道面および出力軌道面とコロとの係合が解除されるので、入力軌道面および出力軌道面とコロとの係合を確実に解除させることができる効果がある。
【００１９】
請求項８記載の変速機によれば、移動機構により入力軌道面および出力軌道面とコロとが係合可能または係合不能となる軸方向位置に入力系回転部材または出力系回転部材が移動されるので、入力系回転部材から出力系回転部材への動力の伝達を遮断することができる。その結果、請求項１から７のいずれかの効果に加え、入力系回転部材から出力系回転部材へ動力を遮断可能に伝達できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施の形態における変速機を模式的に示すスケルトン図である。
【図２】クラッチ装置の軸方向断面図である。
【図３】（ａ）はカムシャフト及びピンの位置関係を示す模式側面図であり、（ｂ）はカムシャフトの模式正面図である。
【図４】（ａ）は第１コロの配置を示す入力系回転部材および第１保持器の斜視図であり、（ｂ）は第２コロの配置を示す入力系回転部材および第２保持器の斜視図である。
【図５】（ａ）はカムシャフトを軸方向に移動させたクラッチ装置の片側断面図であり、（ｂ）は第１コロが係合状態にあるクラッチ装置の片側断面図である。
【図６】（ａ）は入力軌道面および出力軌道面の展開図であり、（ｂ）は第１コロが係合状態にある入力軌道面および出力軌道面の模式図である。
【図７】（ａ）はカムシャフトを軸方向に移動させたクラッチ装置の片側断面図であり、（ｂ）は第２コロが係合状態にあるクラッチ装置の片側断面図である。
【図８】（ａ）は歯車対の噛み合いにおける回転方向およびスラスト方向を示す模式図であり、（ｂ）は歯車対の噛み合いにおける回転方向およびスラスト方向を示す模式図である。
【図９】（ａ）は第２実施の形態における変速機を構成するクラッチ装置の片側断面図であり、（ｂ）はカムシャフトを軸方向に移動させたクラッチ装置の片側断面図であり、（ｃ）は第１コロが係合状態にあるクラッチ装置の片側断面図である。
【図１０】（ａ）はカムシャフトを軸方向に移動させたクラッチ装置の片側断面図であり、（ｂ）は第２コロが係合状態にあるクラッチ装置の片側断面図であり、（ｃ）は第１コロの係合が解除された状態にあるクラッチ装置の片側断面図である。
【図１１】（ａ）は第３実施の形態における変速機を構成するクラッチ装置の片側断面図であり、（ｂ）は第１コロが係合状態にあるクラッチ装置の片側断面図であり、（ｃ）は第２コロが係合状態にあるクラッチ装置の片側断面図である。
【図１２】（ａ）は第４実施の形態における変速機を模式的に示すスケルトン図であり、（ｂ）は歯車対の噛み合いにおける回転方向およびスラスト方向を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、車両に搭載される第１実施の形態における変速機１について説明する。図１は第１実施の形態における変速機１を模式的に示すスケルトン図である。変速機１は、エンジン等の動力源の動力が入力される駆動軸２の回転速度の比率を変えて出力軸５に出力するための装置である。変速機１は駆動軸２にメインクラッチ３を介して接続された入力軸４と、その入力軸４と平行に配設された出力軸５と、その出力軸５及び入力軸４に配置され互いに噛み合って異なる変速比となるように設定された複数の歯車対７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４とを備えて構成されている。出力軸５に伝達された動力はデファレンシャル装置１５に伝達され、車輪１６を駆動させる。
【００２２】
歯車対７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４は、入力軸４に配設されメインクラッチ３を接続することで駆動軸２から入力軸４に入力される動力により駆動される駆動歯車７ａ，８ａ，９ａ，１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａと、出力軸５に配設され駆動歯車７ａ，８ａ，９ａ，１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａにより従動駆動される被動歯車７ｂ，８ｂ，９ｂ，１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂとを備えている。ここで歯車対７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４は変速比（被動歯車の歯数÷駆動歯車の歯数）の大きなものから、駆動軸２から遠い順に第１速〜第８速とされ、歯車対７が第１速、歯車対１４が第８速である。後進用歯車対６は、入力軸４に配設される駆動歯車６ａと、アイドラ歯車を介して駆動歯車６ａの回転動力を出力軸５に伝達する被動歯車６ｂとを備えて構成されている。
【００２３】
被動歯車６ｂ，７ｂ，８ｂ，９ｂ，１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂは、それぞれ出力軸５と一体に形成されている。一方、駆動歯車６ａ，７ａ，８ａ，９ａ，１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａは、後述するクラッチ装置２０を介して入力軸４にそれぞれ配置されている。クラッチ装置２０は、入力軸４から出力軸５へ動力を遮断可能に伝達する一方、出力軸５から入力軸４への動力の伝達を遮断する装置である。クラッチ装置２０は、入力軸４の軸方向に貫設されるカムシャフト５０と、入力軸４から出力軸５への動力の伝達を遮断するためにカムシャフト５０に回転力を加えることでカムシャフト５０を軸方向に直線移動させる駆動装置６０とを備えている。
【００２４】
ここで図２から図４を参照してクラッチ装置２０の詳細構成について説明する。図２はクラッチ装置２０の軸方向断面図である。なお、図２では、駆動歯車７ａ，８ａに連結されるクラッチ装置２０を図示し、他の駆動歯車６ａ，９ａ，１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａに連結されるクラッチ装置２０の図示を省略している。また、理解を容易にするため、軸方向力を受けるスラストベアリング等の図示および駆動歯車７ａ，７ｂに形成された歯の図示を省略している。
【００２５】
図２に示すようにクラッチ装置２０は、入力軸４から駆動歯車７ａへ動力を伝達するための入力系回転部材としての第１内輪２４と、その第１内輪２４の外周側に配置されると共に駆動歯車７ａと一体に形成される出力系回転部材としての第１外輪２９と、第１内輪２４及び第１外輪２９の間に介設される複数の第１コロ２７とを備えて構成されている。また、クラッチ装置２０は、入力軸４から駆動歯車８ａへ動力を伝達するための入力系回転部材としての第２内輪３４と、その第２内輪３４の外周側に配置されると共に駆動歯車８ａと一体に形成される出力系回転部材としての第２外輪３９と、第２内輪３４及び第２外輪３９の間に介設される複数の第２コロ３７とを備えて構成されている。クラッチ装置２０に第１内輪２４及び第２内輪３４、第１外輪２９及び第２外輪３９が並設されているので、クラッチ装置２０の軸方向長を小さくすることができ、ひいては変速機１の軸方向長を小さくすることができる。
【００２６】
第１内輪２４は、入力軸４の回転動力を駆動歯車７ａに伝達するための機能を担う部材であり、中心軸Ｏ回りの単葉回転双曲面をなす入力軌道面２５が外周面に形成されている。第１内輪２４は、スプライン２４ａによって入力軸４に対して回転が規制される一方、入力軸４に対する軸方向の移動が許容されている。ストッパ２１，２２は、所定量を超える第１内輪２４の軸方向の移動を規制するための部材であり、第１内輪２４の軸方向端面と所定の間隔をあけて入力軸４の外周であって第１内輪２４の軸方向端面の軸方向外側に突設されている。第１内輪２４は、ストッパ２１と第１内輪２４との間に配設された皿ばね２６によって、軸方向端面がストッパ２２に当接するように軸方向の一方側（図２右側）に付勢されており、入力軌道面２５はストッパ２１側に向かうにつれて縮径する。
【００２７】
第１外輪２９は、第１内輪２４と共に入力軸４の動力を駆動歯車７ａに伝達するための機能を担う部材であり、中心軸Ｏ回りの単葉回転双曲面をなす出力軌道面３０が内周面に形成されている。第１外輪２９は、第１内輪２４と相対回転可能かつ軸方向に相対移動可能に構成されている。第１外輪２９は、ストッパ２１の外周面に形成されたインロー部２１ａに内周面３１が嵌合し、ストッパ２１の径方向外側に形成された鍔部２１ｂ（移動規制部）及びストッパ２２によって、所定量を超える軸方向の移動が規制される。ストッパ２１，２２は、入力軌道面２５及び出力軌道面３０に第１コロ２７が係合して捻じ込まれたときに、一定位置で第１内輪２４及び第１外輪２９の軸方向移動を停止させ、一定以上のトルクがかからないようにするトルクリミッタの機能と、第１コロ２７の抜け出しを防止する機能とを有する。
【００２８】
第１外輪２９は、第２外輪３９との間に配設されたコイルスプリング３３によって、軸方向端面３２が鍔部２１ｂに当接するように軸方向の他方側（図２左側）に付勢されている。コイルスプリング３３は、入力軌道面２５及び出力軌道面３０の間隔を広げるように第１外輪２９を軸方向に付勢するための部材である。
【００２９】
第２内輪３４は、入力軸４の回転動力を駆動歯車８ａに伝達するための機能を担う部材であり、中心軸Ｏ回りの単葉回転双曲面をなす入力軌道面３５が外周面に形成されている。第２内輪３４は、スプライン３４ａによって入力軸４に対して回転が規制される一方、入力軸４に対する軸方向の移動が許容されている。ストッパ２２，２３は、所定量を超える第２内輪３４の軸方向の移動を規制するための部材であり、第２内輪３４の軸方向端面と所定の間隔をあけて入力軸４の外周であって第２内輪３４の軸方向端面の軸方向外側に突設されている。第２内輪３４は、ストッパ２３と第２内輪３４との間に配設された皿ばね３６によって、軸方向端面がストッパ２２に当接するように軸方向の他方側（図２左側）に付勢されており、入力軌道面３５はストッパ２３側に向かうにつれて縮径する。
【００３０】
第２外輪３９は、第２内輪３４と共に入力軸４の動力を駆動歯車８ａに伝達するための機能を担う部材であり、中心軸Ｏ回りの単葉回転双曲面をなす出力軌道面４０が内周面に形成されている。第２外輪３９は、第２内輪３４と相対回転可能かつ軸方向に相対移動可能に構成されている。第２外輪３９は、ストッパ２３の外周面に形成されたインロー部２３ａに内周面４１が嵌合し、ストッパ２３の径方向外側に形成された鍔部２３ｂ（移動規制部）及びストッパ２２によって、所定量を超える軸方向の移動が規制される。ストッパ２２，２３は、入力軌道面３５及び出力軌道面４０に第２コロ３７が係合して捻じ込まれたときに、一定位置で第２内輪３４及び第２外輪３９の軸方向移動を停止させ、一定以上のトルクがかからないようにするトルクリミッタの機能と、第２コロ３７の抜け出しを防止する機能とを有する。
【００３１】
第２外輪３９は、第１外輪２９との間に配設されたコイルスプリング３３によって、軸方向端面４２が鍔部２３ｂに当接するように軸方向の一方側（図２右側）に付勢されている。コイルスプリング３３は、入力軌道面３５及び出力軌道面４０の間隔を広げるように第２外輪３９を軸方向に付勢するための部材である。
【００３２】
入力軸４は軸方向にカムシャフト５０が貫設されている。カムシャフト５０は、駆動装置６０（図１参照）によって軸方向に移動されることにより、外周に形成されたカム部５１によってピン６１，６２を入力軸４の外周に出没させるための部材である。ピン６１，６２は入力軸４の径方向に貫設される部材であり、カム部５１によって押し上げられて入力軸４の外周に先端が突出すると、第１内輪２４及び第２内輪３４の内周面に形成された傾斜面２４ｂ，３４ｂに先端が押し付けられる。第１内輪２４及び第２内輪３４の傾斜面２４ｂ，３４ｂにピン６１，６２が押し付けられることによる第１内輪２４，第２内輪３４の軸方向力は、皿ばね２６，３６の付勢力（軸方向力）より大きく設定されているので、皿ばね２６，３６の付勢力に抗して第１内輪２４がストッパ２１側（図２左側）に移動し、第２内輪３４がストッパ２３側（図２右側）に移動する。
【００３３】
図３を参照してカムシャフト５０についてさらに説明する。図３（ａ）はカムシャフト５０及びピン６１〜６４の位置関係を示す模式側面図であり、図３（ｂ）はカムシャフト５０の模式正面図である。なお、図３（ａ）ではカムシャフト５０の長手方向の一部の図示を省略している。
【００３４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、カム部５１は、中心軸Ｏを対称軸として線対称状にカムシャフト５０の外周に形成されている。カム部５２，５３，５４，５５は、他のカム部５１〜５５に対してそれぞれ軸方向および周方向にずれて配置されると共に、カム部５１と同様に、図３（ｂ）に示すように中心軸Ｏを対称軸として線対称状にカムシャフト５０の外周に形成されている。カム部５１はピン６１，６２を出没させるための部位であり、カム部５２はピン６３，６４を出没させるための部位である。ピン６１，６２の出没により、駆動歯車７ａ，８ａ（図１参照）に対応して配置されたクラッチ装置２０が操作され、ピン６３，６４の出没により、駆動歯車９ａ，１０ａに対応して配置されたクラッチ装置２０が操作される。
【００３５】
なお、カム部５３は駆動歯車１１ａ，１２ａに対応して配置されたクラッチ装置２０を操作するための部位であり、カム部５４は駆動歯車１３ａ，１４ａに対応して配置されたクラッチ装置２０を操作するための部位である。また、カム部５５は駆動歯車６ａ（後進段）に対応して配置された第１クラッチ２０を操作するための部位である。以上のようにカム部５１，５２，５３，５４，５５は、他のカム部５１〜５５に対してそれぞれ軸方向および周方向にずれて配置されているので、カムシャフト５０の軸方向移動により、各駆動歯車７ａ〜１４ａに対応して配置されたピンが、カム部５１，５２，５３，５４，５５に押し上げられて一組ずつ入力軸４から突出する。
【００３６】
次に図４を参照して第１コロ２７及び第２コロ３７について説明する。図４（ａ）は第１コロ２７の配置を示す入力系回転部材（第１内輪２４）及び第１保持器２８の斜視図であり、図４（ｂ）は第２コロ３７の配置を示す入力系回転部材（第２内輪３４）及び第２保持器３８の斜視図である。
【００３７】
図４（ａ）に示すように、第１コロ２７は円筒状に形成される部材であり、第１保持器２８によって入力軌道面２５（図２参照）と出力軌道面３０との間に保持される。第１保持器２８は、第１コロ２７が相互に干渉することなく円滑に回転するように、互いに間隔をあけて第１コロ２７を保持するための部材である。第１コロ２７は、中心軸Ｏを含む面から一定角度α（例えば１５°）傾斜して（中心軸Ｏに対して一定のスキュー角αに設定され）、入力軌道面２５及び出力軌道面３０の円周方向に複数配設され、入力軌道面２５及び出力軌道面３０に外周面が線状に接触（線接触）可能に配置される。
【００３８】
図４（ｂ）に示すように、第２コロ３７は円筒状に形成される部材であり、第２保持器３８によって入力軌道面３５（図２参照）と出力軌道面４０との間に保持される。第２保持器３８は、第２コロ３７が相互に干渉することなく円滑に回転するように、互いに間隔をあけて第２コロ３７を保持するための部材である。第２コロ３７は、中心軸Ｏを含む面から一定角度α（例えば１５°）傾斜して（スキュー角α）、入力軌道面３５及び出力軌道面４０の円周方向に複数配設され、入力軌道面３５及び出力軌道面４０に外周面が線状に接触可能に配置される。
【００３９】
図２に戻って説明する。駆動歯車７ａ，８ａは、第１外輪２９、第２外輪３９に伝達された動力を、係合する被動歯車７ｂ，８ｂ（図１参照）にそれぞれ伝達するための部材であり、第１外輪２９、第２外輪３９と一体に形成または結合されると共に、外周面に複数の歯を有し、その歯すじが中心軸Ｏに対して非平行となるように形成されている。被動歯車７ｂ，８ｂも同様に外周面に複数の歯を有し、その歯すじが中心軸Ｏに対して非平行となるように形成されている。本実施の形態では、駆動歯車７ａ，８ａ及び被動歯車７ｂ，８ｂは、互いに係合する一対のヘリカルギヤとして形成されている。
【００４０】
ストッパ２１，２２及び鍔部２１ｂの間隔は、皿ばね２６及びコイルスプリング３３の付勢力によって第１内輪２４の軸方向端面がストッパ２２に当接されると共に第１外輪２９の軸方向端面が鍔部２１ｂに当接される場合に、入力軌道面２５又は出力軌道面３０の少なくとも一方に第１コロ２７の外周面が接触しないように設定されている。この場合は入力軌道面２５及び出力軌道面３０に第１コロ２７は係合不能となる。これに対し、カムシャフト５０を軸方向の一方側（図２右側）に移動させて皿ばね２６の付勢力に抗して第１内輪２４をストッパ２１側に移動させた場合には、入力軌道面２５及び出力軌道面３０の間隔が狭くなり、入力軌道面２５及び出力軌道面３０に第１コロ２７が線状に接触するように設定されている。
【００４１】
また、ストッパ２２，２３及び鍔部２３ｂの間隔は、皿ばね３６及びコイルスプリング３３の付勢力によって第２内輪３４の軸方向端面がストッパ２２に当接されると共に第２外輪３９の軸方向端面が鍔部２３ｂに当接される場合に、入力軌道面３５又は出力軌道面４０の少なくとも一方に第２コロ３７の外周面が接触しないように設定されている。この場合は入力軌道面３５及び出力軌道面４０に第２コロ３７は係合不能となる。これに対し、カムシャフト５０を軸方向の一方側（図２右側）に移動させて皿ばね３６の付勢力に抗して第２内輪をストッパ２３側に移動させた場合には、入力軌道面３５及び出力軌道面４０の間隔が狭くなり、入力軌道面３５及び出力軌道面４０に第２コロ３７が線状に接触するように設定されている。
【００４２】
以上のように構成される変速機１について、図５から図７を参照してその動作を説明する。図５（ａ）はカムシャフト５０を軸方向に移動させたクラッチ装置２０の片側断面図であり、図５（ｂ）は第１コロ２７が係合状態にあるクラッチ装置２０の片側断面図であり、図６（ａ）は入力軌道面２５及び出力軌道面３０の展開図であり、図６（ｂ）は第１コロ２７が係合状態にある入力軌道面２５及び出力軌道面３０の模式図である。図７（ａ）はカムシャフト５０を軸方向に移動させたクラッチ装置２０の片側断面図であり、図７（ｂ）は第２コロ３７が係合状態にあるクラッチ装置２０の片側断面図である。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）では、第１内輪２４のトルクによって回転した第１コロ２７及び第１外輪２９を、第１コロ２７´及び第１外輪２９´（二点鎖線）によって図示している。
【００４３】
図５（ａ）に示すように、第１速走行時は、メインクラッチ３（図１参照）を接続した状態でカムシャフト５０を軸方向の一方側（図５（ａ）右側）に移動させ、カム部５１によりピン６１を押し上げ、ピン６１により傾斜面２４ｂを押し第１内輪２４をストッパ２１側に移動させる。これにより入力軌道面２５及び出力軌道面３０の間隔が狭くなり、入力軌道面２５及び出力軌道面３０に第１コロ２７が線状に接触する。入力軸４の回転駆動によって第１内輪２４が一方向（図４（ａ）及び図６（ａ）矢印Ｒｉ方向）に回転すると、図６（ｂ）に示すように第１コロ２７が自転しながら（図４（ｂ）時計回り）入力軌道面２５を公転する。第１コロ２７の回転によって第１コロ２７及び出力軌道面３０が径方向（図６（ｂ）上下方向）に変位（ｌ及びＬ）し、出力軌道面３０は、それらの変位によって径方向に弾性変形しながら矢印Ｋ方向（図６（ａ）参照）へ移動する。
【００４４】
その結果、第１外輪２９は、図６（ａ）に示す矢印Ｒｏ方向へ回転すると共に、軸方向における矢印Ｃ方向（入力軌道面２５と出力軌道面３０との間隔（以下「軌道間隔」と称す）を狭める方向）へ相対移動する。軸方向における第１内輪２４の移動はストッパ２１及びピン６１によって規制されているので、図５（ｂ）に示すように、第１外輪２９が、コイルスプリング３３の付勢力に抗して軌道間隔を狭める方向（図５（ｂ）右側）に移動する。これにより、入力軌道面２５及び出力軌道面３０に第１コロ２７が係合し第１内輪２４から第１外輪２９に動力が伝達される。
【００４５】
その結果、入力軸４の回転動力が駆動歯車７ａに伝達され、駆動歯車７ａと噛み合う被動歯車７ｂ（図１参照）が回転する。他の駆動歯車８ａ〜１４ａは、各クラッチ装置２０の入力軌道面２５及び出力軌道面３０に第１コロ２７又は第２コロ３７が係合できないので、入力軸４を空転する。これにより出力軸５の回転速度α１は、歯車対７の変速比に応じた速度となる。
【００４６】
なお、軸方向における第１外輪２９の相対移動が所定の位置（ストッパ２１の位置）で規制されると、それ以上は軸方向の軌道間隔は縮まらなく、第１外輪２９の径方向の弾性変形が生じるので、その軌道間隔で伝達可能なトルク（所定値）より大きなトルクを伝達できなくなる。その結果、第１内輪２４及び第１外輪２９は所定値より大きなトルクで相対回転が可能となる。即ち、クラッチ装置２０はトルクリミッタとしての機能を発揮する。
【００４７】
次に、図７（ａ）に示すように第１速走行の状態から第２速へシフトアップするときには、メインクラッチ３（図１参照）を接続した状態でカムシャフト５０を軸方向の一方側（図７（ａ）右側）に移動させ、カム部５１によりピン６１に代えてピン６２を押し上げ、ピン６２により傾斜面３４ｂを押し第２内輪３４をストッパ２３側に移動させる。これにより入力軌道面３５及び出力軌道面４０の間隔が狭くなり、入力軌道面３５及び出力軌道面４０に第２コロ３７が線状に接触する。入力軸４の回転駆動によって第２内輪３４が一方向（図４（ｂ）矢印Ｒｉ方向）に回転すると、第２コロ３７が自転しながら入力軌道面３５を公転する。第２コロ３７の回転によって第２コロ３７及び出力軌道面４０が径方向（図７（ａ）上下方向）に変位し、出力軌道面４０は、それらの変位によって径方向に弾性変形しながらストッパ２２側の軸方向へ移動する。
【００４８】
その結果、第２外輪３９は第２内輪３４の回りを回転すると共に、入力軌道面３５と出力軌道面４０との間隔（軌道間隔）を狭める方向へ相対移動する。軸方向における第２内輪３４の移動はストッパ２３及びピン６２によって規制されているので、図７（ｂ）に示すように、第２外輪３９が、コイルスプリング３３の付勢力に抗して軌道間隔を狭める方向（図７（ｂ）左側）に移動する。これにより、入力軌道面３５及び出力軌道面４０に第２コロ３７が係合し第２内輪３４から第２外輪３９に動力が伝達される。その結果、入力軸４の回転動力が駆動歯車８ａに伝達され、駆動歯車８ａと噛み合う被動歯車８ｂ（図１参照）が回転する。第２速の被動歯車８ｂの回転速度α２は、第１速の被動歯車７ｂの回転速度α１より速いため、出力軸５は歯車対８の変速比に応じた回転速度α２（＞α１）で回転する。
【００４９】
一方、第１速の歯車対７では、クラッチ装置２０の第１外輪２９に対して第１内輪２４が反対方向（図４（ａ）反矢印Ｒｉ方向）に相対回転することになり、第１コロ２７の回転による引き離し力（軌道間隔を広げる方向へ動かす力）により、第１内輪２４及び第１外輪２９は軸方向において互いに離れる方向に相対移動する。皿ばね２６及びコイルスプリング３３の付勢力は、第１外輪２９及び第１内輪２４の軸方向の相対移動を補助する。これにより、入力軌道面２５及び出力軌道面３０と第１コロ２７との係合が解除され、第１内輪２４及び第１外輪２９は相対回転（自由回転）が可能となるので、駆動歯車７ａは入力軸４を空転する。他の歯車対９〜１４（３速〜８速）においてもクラッチ装置２０の切換により同様に変速できる。
【００５０】
以上説明したようにクラッチ装置２０は、シフトアップのときに入力軌道面３５及び出力軌道面４０と第２コロ３７との係合が解除された状態から係合する状態に切り換えられると、第２内輪３４及び第２外輪３９は径方向に弾性変形しながら、入力軌道面３５と出力軌道面４０との間隔が小さくなる方向へ軸方向に相対移動する。その結果、入力軌道面３５及び出力軌道面４０に第２コロ３７が係合する。第２内輪３４及び第２外輪３９が径方向に弾性変形することにより、変速比の変化に伴う入力回転数の変化を緩和させることができるので、入力回転数の変化に伴うイナーシャトルクによる変速のショックを抑制できる。
【００５１】
また、第１速から第２速にシフトアップされて歯車対８から動力が伝達されると、シフトアップ前と比較して出力軸５の回転数が増加する。その結果、シフトアップ前に動力が伝達されていた歯車対７におけるクラッチ装置２０では第１内輪２４に対して第１外輪２９が相対回転する（第１外輪２９が第１内輪２４に対して駆動側となる）。これにより歯車対７におけるクラッチ装置２０では、ワンウェイクラッチの作用により、動力の伝達が遮断される。歯車対７，８が二重に噛み合うことが防止され、歯車対８から動力が出力軸５に伝達される。このようにカムシャフト５０を軸方向に移動させるだけで、クラッチ装置２０の動力伝達の切換を行うことができるので、変速機１の切換手段（切換機構）を簡素化できる。さらに入力軸４にカムシャフト５０が内設されるので変速機１をコンパクトにできる。
【００５２】
また、メインクラッチ３（図１参照）を接続したままカムシャフト５０を軸方向に移動させるだけで変速（シフトアップ）を行うことができるので、トルク伝達が遮断される時間をなくすことができ、変速時の駆動力抜け（所謂トルク切れ）を運転者に感じさせることがなく減速感を抑制できる。
【００５３】
なお、入力軌道面２５及び出力軌道面２９と第１コロ２７との係合が解除された状態では（図７（ｂ）参照）、カムシャフト５０は軸方向に移動されてピン６１による傾斜面２４ｂの押し付けが解除されているので、皿ばね２６及びコイルスプリング３３の付勢力によって、第１内輪２４がストッパ２２側に第１外輪２９がストッパ２１側にそれぞれ移動される。入力軌道面２５又は出力軌道面３０の少なくとも一方に第１コロ２７が接触しなくなるので、第１コロ２７は入力軌道面２５及び出力軌道面３０に係合不能となる。その結果、第１内輪２４から第１外輪２９への動力の伝達を遮断することができる。
【００５４】
また、クラッチ装置２０は、入力軌道面２５及び出力軌道面３０と第１コロ２７との係合が解除された状態において第１外輪２９の内周面３１と嵌合するインロー部２１ａを備えている。インロー部２１ａは、入力軌道面２５及び出力軌道面３０と第１コロ２７とが係合するときに生じる第１コロ２７の転動を許容する径方向隙間を、第１外輪２９の内周面３１との間に有している。この径方向隙間により、入力軌道面２５及び出力軌道面３０と第１コロ２７との係合がインロー部２１ａによって妨げられることを抑制できる。さらに、入力軌道面２５及び出力軌道面３０と第１コロ２７との係合が解除された状態において、インロー部２１ａにより第１外輪２９の径方向の移動が規制されるので、入力軸４に対して駆動歯車７ａが空転する状態にあるときに、車両の振動やフリクション等によって生じる異音（ガタつき）を防止できる。また、インロー部２３ａにより第２外輪３９における異音（ガタつき）も同様に防止できる。
【００５５】
また、入力軌道面２５及び出力軌道面３０と第１コロ２７との係合が解除された状態で、鍔部２１ｂにより第１外輪２９の軸方向の一方側への移動が規制され、コイルスプリング３３により鍔部２１ｂに向かう軸方向の付勢力が第１外輪２９に付与される。これにより、入力軌道面２５及び出力軌道面３５と第１コロ２７との係合が解除された状態で、第１外輪２９の軸方向端面と鍔部２１ｂとが当接することにより第１外輪２９の軸方向の移動が規制されるので、入力軸４に対して駆動歯車７ａが空転する状態にあるときに、クラッチ装置２０（第１コロ２７）を非係合状態に保つことができる。
【００５６】
その結果、カムシャフト５０等のシフト系部材や駆動装置６０等の制御系が故障した場合もフェールセーフ機能を有し、歯車対７〜１４の内の複数が同時に係合する二重噛み合いを防止できる。また、制御系に電気信号を入力しなくても、コイルスプリング３３によって、トルクが伝達される歯車対以外のクラッチ装置２０（第１コロ２７）を非係合状態に保つことができるので、電力消費量を抑えられると共に装置構成を簡素化でき、さらにフリクションを小さくできる。
【００５７】
次に図８を参照して、歯車対７，８の回転方向とクラッチ装置２０に作用する軸方向力（スラスト）について説明する。図８（ａ）は歯車対７の噛み合いにおける回転方向およびスラスト方向を示す模式図であり、図８（ｂ）は歯車対８の噛み合いにおける回転方向およびスラスト方向を示す模式図である。なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）では第１外輪２９及び第２外輪３９の外周面に形成された駆動歯車７ａ，８ａと、それに係合する被動歯車７ｂ，８ｂとを図示し、第１内輪２４及び第２内輪３４、第１コロ２７及び第２コロ３７等の図示を省略すると共に、駆動歯車７ａ，８ａ及び被動歯車７ｂ，８ｂにそれぞれ形成された歯７ａ１，８ａ１，７ｂ１，８ｂ１の一部の図示を省略している。
【００５８】
第１速から第２速へシフトアップをするときには、入力軌道面３５（図７（ａ）参照）及び出力軌道面４０に第２コロ３７を線状に接触させた状態で、図８（ｂ）に示すように、入力軸４を一方向（図８（ｂ）矢印Ｒｉ方向）に相対回転させると、前述のように入力軌道面３０及び出力軌道面４０に第２コロ３７が係合し第２内輪３４から第２外輪３９に動力が伝達される（矢印Ｒｏは第２外輪３９の回転方向）。第２外輪３９に伝達された動力によって駆動歯車８ａが駆動されると（回転方向は矢印Ｒｏ方向）、被動歯車８ｂ及び出力軸５に回転が伝達されると共に（回転方向は矢印Ｒｔ方向）、駆動歯車８ａ及び被動歯車８ｂに、それぞれ一定方向（図８（ｂ）矢印Ａ方向及び矢印Ｐ方向）の軸方向力が発生する。駆動歯車８ａ及び被動歯車８ｂの歯すじの方向は、駆動歯車８ａに作用する軸方向力の向き（図８（ｂ）矢印Ａ方向）が、入力軌道面３５及び出力軌道面４０の間隔を狭めるときの軸方向における第２外輪３９の移動方向（図８（ｂ）矢印Ａ方向）と同一になるように設定されている。
【００５９】
ここで、入力軌道面３５及び出力軌道面４０と第２コロ３７とに生じる摩擦力の軸方向分力は、入力軌道面３５及び出力軌道面４０に第２コロ３７が係合するときの第２内輪３４及び第２外輪３９の軸方向の引き寄せ力を抑制し、第２内輪３４から第２外輪３９へ所定のトルクを伝達できない原因となる。これに対しクラッチ装置２０によれば、第２コロ３７の回転による入力軌道面３５及び出力軌道面４０の引き寄せ力に加え、被動歯車８ｂの反力による軸方向力によって、第２外輪３９は、入力軌道面３５及び出力軌道面４０の間隔を狭めるように軸方向への移動が促進される。その結果、第２内輪３４及び第２外輪３９の軸方向の引き寄せ力を増加させることができるので、クラッチ装置２０は所定のトルクを確実に伝達できる。
【００６０】
一方、入力軌道面３５及び出力軌道面４０に第２コロ３７が係合した第２速の走行状態においては、第１速の歯車対７では、被動歯車７ｂが駆動側、駆動歯車７ａが被動側となる。この場合には、図８（ａ）に示すように、駆動歯車７ａ及び被動歯車７ｂにそれぞれ反対方向（図８（ａ）矢印Ａ方向および矢印Ｐ方向）の軸方向力が発生する。この軸方向力は、被動歯車７ｂが駆動側、駆動歯車７ａが被動側となると同時に働くので、第１コロ２７の回転による第１内輪２４及び第１外輪２９の引き離し力より第１外輪２９に早く作用する。その結果、入力軌道面２５と出力軌道面３０との軌道間隔を早く広げることができるので、入力軌道面２５及び出力軌道面３０と第１コロ２７との係合解除を素早く行うことができる。
【００６１】
また、第１内輪２４及び第１外輪２９が相対回転（自由回転）をするときには、第１コロ２７の回転による入力軌道面２５及び出力軌道面３０の引き離し力に加え、駆動歯車７ａ及び被動歯車７ｂによる反対方向（図８（ａ）矢印Ａ方向）の軸方向力が第１外輪２９に働く。その結果、第１コロ２７の回転による引き離し力によって第１内輪２４及び第１外輪２９が離れる以上に、駆動歯車７ａに働く軸方向力によって入力軌道面２５及び出力軌道面３０の間隔を広げることができる。これにより第１内輪２４及び第１外輪２９が相対回転（自由回転）をするときのトルクを減少できる。
【００６２】
次に、図８（ｂ）を参照して、駆動歯車８ａ及び被動歯車８ｂの歯面同士の摩擦について検討する。駆動歯車８ａを一方向（図８（ｂ）矢印Ｒｏ方向）に回転した場合には、被動歯車８ｂの反力によって駆動歯車８ａの歯面に、軸直角平面における円周力Ｎが作用する。一方、被動歯車８ｂの歯面にも、軸直角平面における円周力Ｎが作用する。円周力Ｎは、中心軸Ｏと垂直方向の接線力Ｆ及び中心軸Ｏと平行方向の軸方向力Ｓに分解される。駆動歯車８ａのねじれ角をβとすれば、軸方向力Ｓは式（１）で表される。
【００６３】
Ｓ＝Ｎ・ｓｉｎβ        …式（１）
また、駆動歯車８ａ及び被動歯車８ｂの歯面同士の摩擦係数をμとすれば、駆動歯車８ｂの歯面による摩擦力の軸方向分力Ｓ´は式（２）で表される。
【００６４】
Ｓ´＝μＮ・ｃｏｓβ    …式（２）
ここで、入力軌道面３５及び出力軌道面４０の間隔を狭めるように第２外輪３９を軸方向（図８（ｂ）矢印Ａ方向）へ移動させるには、被動歯車８ｂに対して駆動歯車８ａを軸方向（図８（ｂ）矢印Ａ方向）に移動させることが必要である。そのためには摩擦力の軸方向分力Ｓ´の絶対値より軸方向力Ｓの絶対値が大きいこと、即ち式（３）が成立することが必要である。なお、Ｓ＞０，Ｓ´＞０なので、式（３）では絶対値記号を省略する。
【００６５】
Ｓ−Ｓ´＞０            …式（３）
式（３）に式（１）及び式（２）を代入して解くと、式（４）が導かれる。
【００６６】
μ＜ｔａｎβ            …式（４）
式（４）に示すように駆動歯車８ａ及び被動歯車８ｂの歯面同士の摩擦係数μと駆動歯車８ａのねじれ角βとを設定すれば、被動歯車８ｂに対して駆動歯車８ａを軸方向（図８（ｂ）矢印Ａ方向）に移動させることができる。それに伴い入力軌道面３５及び出力軌道面４０の間隔を狭めるように第２外輪３９を軸方向（図８（ｂ）矢印Ａ方向）へ移動させることができるので、駆動歯車８ａ及び被動歯車８ｂの歯面同士の摩擦によって、第２内輪３４及び第２外輪３９の軸方向の引き寄せ力が抑制されることを防止できる。これによりクラッチ装置２０は所定のトルクを確実に伝達できる。
【００６７】
また、駆動歯車８ａ及び被動歯車８ｂはヘリカルギヤによって構成されているので、同じ大きさの平歯車に比べて強度を大きくできると共に、静かに回転動力を伝達できる。また、高速回転を伝達可能であると共に、駆動歯車８ａ及び被動歯車８ｂの歯数の組み合わせに制限がなく自在性に優れる。
【００６８】
次に図９及び図１０を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、カムシャフト５０によりピン６１，６２の突出量を小さくすることによってクラッチ装置２０を係合不能にする場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、カムシャフト１５０によりピン１６１，１６２の入力軸４からの突出量を大きくすることによってクラッチ装置１２０を係合不能にする場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。
【００６９】
ここで、図９（ａ）は第２実施の形態における変速機を構成するクラッチ装置１２０の片側断面図であり、図９（ｂ）はカムシャフト１５０を軸方向に移動させたクラッチ装置１２０の片側断面図であり、図９（ｃ）は第１コロ２７が係合状態にあるクラッチ装置１２０の片側断面図である。また、図１０（ａ）はカムシャフト１５０を軸方向に移動させたクラッチ装置１２０の片側断面図であり、図１０（ｂ）は第２コロ３７が係合状態にあるクラッチ装置１２０の片側断面図であり、図１０（ｃ）は第１コロ２７の係合が解除された状態にあるクラッチ装置１２０の片側断面図である。
【００７０】
図９（ａ）に示すようにクラッチ装置１２０は、入力軸４の動力の伝達を遮断するときには、カムシャフト１５０のカム部１５１，１６２によりピン１６１，１６２を入力軸４から突出させ、第１内輪１２４及び第２内輪１３４に形成された傾斜面１２４ｂ，１３４ｂにピン１６１，１６２を押し付ける。これにより第１内輪１２４及び第２内輪１３４が軸方向内側に移動し、第１内輪１２４及び第２内輪１３４がストッパ２２に当接する。これにより軌道間隔が確保され第１コロ２７及び第２コロ３７は係合不能となるので、入力軸４の動力の伝達が遮断される。
【００７１】
図９（ｂ）に示すように第１速で走行するときには、カムシャフト１５０を軸方向の一方側（図９左側）に移動させることによりピン１６１の入力軸４からの突出量を小さくする一方、ピン１６２の入力軸４からの突出を維持する。これにより第１内輪１２４の規制が解除されるので、皿ばね１２６により第１内輪１２４はストッパ２１側に移動する。その結果、第１内輪１２４及び第１外輪２９の軌道間隔が狭くなり、第１コロ２７は係合可能な状態となる。
【００７２】
第１コロ２７が回転することにより、図９（ｃ）に示すように、さらに第１内輪１２４及び第１外輪２９の軌道間隔が狭くなり、第１コロ２７が第１内輪１２４及び第１外輪２９に係合する。その結果、入力軸４の回転動力が第１外輪２９及び駆動歯車７ａに伝達され、歯車対７（図１参照）の噛み合いにより出力軸５が回転する。
【００７３】
図１０（ａ）に示すように第２速で走行するときには、カムシャフト１５０を軸方向の一方側（図１０左側）に移動させることによりピン１６１を入力軸４から突出させる一方、ピン１６２の入力軸４からの突出量を小さくする。これにより第２内輪１３４の規制が解除されるので、皿ばね１３６により第２内輪１３４はストッパ２３側に移動する。その結果、第２内輪１３４及び第２外輪３９の軌道間隔が狭くなり、第２コロ３７は係合可能な状態となる。
【００７４】
第２コロ３７が回転することにより、図１０（ｂ）に示すように、さらに第２内輪１３４及び第２外輪３９の軌道間隔が狭くなり、第２コロ３７が第２内輪１３４及び第２外輪３９に係合する。その結果、入力軸４の回転動力が第２外輪３９及び駆動歯車８ａに伝達され、歯車対８（図１参照）の噛み合いにより出力軸５が回転する。
【００７５】
第２コロ３７の係合によって第２外輪３９がストッパ２２側に移動することによりコイルスプリング３３が圧縮される。そのコイルスプリング３３の反力および第１内輪１２４に対する第１外輪２９の相対回転によって、図１０（ｃ）に示すように第２外輪３９が軸方向の一方側（図１０左側）に移動される。これにより軌道間隔が確保され第１コロ２７及び第２コロ３７は係合不能となる。以上説明した第２実施の形態によれば、第１実施の形態と同様の作用効果を実現できる。
【００７６】
また、第１内輪１２４及び第１外輪２９（第２内輪１３４及び第２外輪３９）と第１コロ２７（第２コロ３７）とが係合可能となる方向に、第１内輪１２４及び第２内輪１３４が皿ばね１２６，１３６（弾性部材）により付勢されている。これにより、クラッチ装置１２０を係合させ易くできる。一方、第１内輪１２４や第２内輪１３４を、カムシャフト１５０の軸方向移動によって皿ばね１２６，１３６の付勢力に抗して軸方向に移動させることにより、第１コロ２７や第２コロ３７の係合を解除できる。その結果、クラッチ装置１２０の係合を確実に解除させることができる。なお、第１内輪１２４及び第２内輪１３４を軸方向に付勢する弾性部材は皿ばね１２６，１３６に限られるものではなく、コイルスプリング等の他の弾性部材を用いることは当然可能である。
【００７７】
次に図１１を参照して第３実施の形態について説明する。第１及び第２実施の形態では、入力軸４に内設されたカムシャフト５０，１５０の軸方向移動によりクラッチ装置２０，１２０の係合および係合解除を行う場合について説明した。これに対し第３実施の形態では、入力軸４の径方向外側に配置されたシフトフォーク２５０の軸方向移動によりクラッチ装置２２０の係合および係合解除を行う場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図１１（ａ）は第３実施の形態における変速機を構成するクラッチ装置２２０の片側断面図であり、図１１（ｂ）は第１コロ２７が係合状態にあるクラッチ装置２２０の片側断面図であり、図１１（ｃ）は第２コロ３７が係合状態にあるクラッチ装置２２０の片側断面図である。
【００７８】
図１１（ａ）に示すようにクラッチ装置２２０は、第１内輪２２４と第２内輪２３４とが隣り合う位置にシフトフォーク２５０が配設されている。シフトフォーク２５０は第１内輪２２４及び第２内輪２３４を入力軸４に沿って軸方向に移動させるための部材であり、基部がシャフト部２５１に固定されている。シャフト部２５１は、入力軸４と平行に配設される軸状部材であり、駆動装置（図示せず）により軸方向に移動されることによりシフトフォーク２５０が入力軸４に沿って移動する。なお、駆動装置（図示せず）とシャフト部２５１との間には、シャフト部２５１の移動方向にシフトフォーク２５０を付勢する弾性部材（図示せず）が介設されている。
【００７９】
入力軸４の動力の伝達を遮断するときには、シフトフォーク２５０は中立位置にある。これにより第１内輪２２４及び第２内輪２３４は、皿ばね２２６，２３６により付勢され軸方向内側端面が互いに当接する。これにより軌道間隔が確保され第１コロ２７及び第２コロ３７は係合不能となるので、入力軸４の動力の伝達が遮断される。
【００８０】
図１１（ｂ）に示すように第１速で走行するときには、シフトフォーク２５０を軸方向の一方側（図１１左側）に移動させる。これにより第１内輪２２４は皿ばね２２６による付勢力に抗してストッパ２１側（駆動歯車７ａ側）に移動する。その結果、第１内輪２２４及び第１外輪２９の軌道間隔が狭くなり、第１コロ２７は係合可能な状態となる。
【００８１】
第１コロ２７が回転することにより、第１内輪２２４及び第１外輪２９の軌道間隔がさらに狭くなる。また、第１内輪２２４は弾性部材（図示せず）によりシャフト部２５１の移動方向（図１１左側）に付勢されているので、軌道間隔が漸次小さくなり、ついに第１コロ２７が第１内輪２２４及び第１外輪２９に係合する。その結果、入力軸４の回転動力が第１外輪２９及び駆動歯車７ａに伝達され、歯車対７（図１参照）の噛み合いにより出力軸５が回転する。
【００８２】
図１１（ｃ）に示すように第２速で走行するときには、シフトフォーク２５０を軸方向の他方側（図１１右側）に移動させる。これにより第２内輪２３４は皿ばね２３６による付勢力に抗してストッパ２３側（駆動歯車８ａ側）に移動する。その結果、第２内輪２３４及び第２外輪３９の軌道間隔が狭くなり、第２コロ３７は係合可能な状態となる。
【００８３】
第２コロ３７が回転することにより、第２内輪２２４及び第２外輪３９の軌道間隔がさらに狭くなる。また、第２内輪２３４は弾性部材（図示せず）によりシャフト部２５１の移動方向（図１１右側）に付勢されているので、軌道間隔が漸次小さくなり、ついに第２コロ３７が第２内輪２３４及び第２外輪３９に係合する。その結果、入力軸４の回転動力が第２外輪３９及び駆動歯車８ａに伝達され、歯車対８（図１参照）の噛み合いにより出力軸５が回転する。
【００８４】
一方、第１内輪２２４は、シフトフォーク２５０が軸方向の他方側（図１１右側）に移動することにより、皿ばね２２６の付勢力および第１内輪２２４に対する第１外輪２９の相対回転によって、軸方向の他方側（図１１右側）に移動する。これにより軌道間隔が確保され、第１コロ２７は第１内輪２２４及び第１外輪２９に係合不能となる。以上説明した第３実施の形態によれば、入力軸４の径方向外側に配設されたシフトフォーク２５０によりクラッチ２２０の係合および係合解除の切換を行うので、変速機の構造を簡素化できる。
【００８５】
次に図１２を参照して第４実施の形態を説明する。第１実施の形態から第３実施の形態では、駆動歯車７ａ〜１４ａがクラッチ装置２０，１２０，２２０で支持される場合について説明した。これに対し第４実施の形態では被動歯車７ｂ〜１４ｂがクラッチ装置２０で支持される場合について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。
【００８６】
図１２（ａ）は第４実施の形態における変速機３０１を模式的に示すスケルトン図であり、図１２（ｂ）は歯車対８の噛み合いにおける回転方向およびスラスト方向を示す模式図である。なお、図１２（ａ）では変速機を構成する他の歯車対９〜１４等の図示を省略し、図１２（ｂ）では第２内輪３４及び第２コロ３７等の図示を省略すると共に、駆動歯車８ａ及び被動歯車８ｂにそれぞれ形成された歯８ａ２，８ｂ２の一部の図示を省略する。
【００８７】
図１２（ａ）に示すように変速機３０１は、一対の入力軸３０４及び出力軸３０５に配置される複数の歯車対７，８を有しており、被動歯車７ｂ，８ｂは、クラッチ装置２０の入力系回転部材としての第１外輪２９（図２参照）及び第２外輪３９に連結されている。出力軸３０５はカムシャフト５０が内設され、カムシャフト５０が軸方向に移動することによりクラッチ装置２０の係合または係合解除が切り換えられるように構成されている。
【００８８】
図１２（ｂ）に示すように入力軸３０４及び駆動歯車８ａが矢印Ｒｔ方向に回転されると、被動歯車８ｂが矢印Ｒｉ方向に被動され、第２外輪３９が矢印Ｒｉに回転する。第２外輪３９及び出力系回転部材としての第２内輪３４に第２コロ３７が係合すると、出力軸３０５から矢印Ｒｏの回転動力が出力される。
【００８９】
被動歯車８ｂが矢印Ｒｉ方向に被動されるときは、駆動歯車８ａ（歯８ａ２）の反力によって、被動歯車８ｂ（歯８ｂ２）の歯面に軸直角平面における円周力Ｎが作用する。これにより、被動歯車８ｂ及び第２外輪３９に軸方向力Ｓ（矢印Ｐ方向）が発生する。変速機３０１も変速機１と同様に、被動歯車８ｂに作用する軸方向力Ｓの向き（矢印Ｐ方向）が、軌道間隔を狭めるときの軸方向における第２外輪３９の移動方向と同一になるように、被動歯車８ｂ及び駆動歯車８ａの歯すじのねじれ方向が設定されている。これにより、クラッチ装置２０の第２内輪３４及び第２外輪３９と第２コロ３７とに生じる摩擦力の軸方向分力に抗して、第２内輪３４及び第２外輪３９を軸方向に相対的に引き寄せることができる。その結果、第２コロ３７の係合により所定のトルクを確実に伝達できる。
【００９０】
なお、第４実施の形態のように第１外輪２９や第２外輪３９に被動歯車７ｂ，８ｂが連結される場合には、第１外輪２９及び第２外輪３９の出力軌道面３０，４０が入力軌道面として機能し、第１内輪２４及び第２内輪３４の入力軌道面２５，３５が出力軌道面として機能する。
【００９１】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の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、上記実施の形態で挙げた数値（例えば変速段の数等の各構成の数量や寸法等）は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。
【００９２】
上記実施の形態では、入力軸４，３０４を第１軸とし、出力軸５，３０５を第２軸とする変速機１，３０１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。例えば、入力軸および出力軸が同軸に配置されると共に、これら入力軸および出力軸と平行にカウンタ軸が配置される変速機（所謂アウトプットリダクション）に適用することは当然可能である。この変速機（アウトプットリダクション）では、入力軸を第１軸、カウンタ軸を第２軸とすることができ、歯車対により入力軸からカウンタ軸を介して出力軸にトルクを伝達できる。
【００９３】
上記実施の形態では説明を省略したが、入力軸４，３０４及び出力軸５，３０５に別の歯車対を設け、その歯車対の一方の歯車を、出力軸５，３０５から入力される動力を入力軸４，３０４に伝達する一方、入力軸４，３０４から出力軸５，３０５への動力の伝達を遮断するクラッチ装置で支持するように構成できる。これにより出力軸５，３０５から入力軸４，３０４へ動力が伝達される惰性運動時には、クラッチ装置によって出力軸５，３０５から入力軸４，３０４へ動力が伝達され、出力軸５，３０５から入力軸４，３０４を駆動する状態となる。エンジン等の動力源が出力軸５，３０５の駆動抵抗となるため出力軸５，３０５を制動できるので、惰性運動時の出力量が減少することを防止するよりも、出力軸５，３０５の制動を優先できる。
【００９４】
なお、この場合のクラッチ装置は、各実施の形態で説明したコロの係合により動力の伝達または遮断を切り換えるクラッチ装置を採用できる。また、スプラグ型ワンウェイクラッチやローラ型等のツーウェイクラッチ等を採用することは当然可能である。
【００９５】
上記実施の形態では、第１外輪２９及び第２外輪３９の外周に駆動歯車７ａ，８ａや被動歯車７ｂ，８ｂを設け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く、第１内輪２４や第２内輪３４の軸方向端面を軸方向に延設して、第１外輪２９や第２外輪３９の軸方向端面より軸方向外側に延びる延設部（図示せず）を設け、その延設部に駆動歯車７ａ，８ａや被動歯車７ｂ，８ｂを設けることは可能である。それら駆動歯車７ａ，８ａや被動歯車７ｂ，８ｂにより歯車対を形成すると共に、第１外輪２９及び第２外輪３９を軸方向に移動させてカムの係合または係合解除を切り換える構成とすることにより、軸方向長は大きくなるが、本実施の形態と同様の作用効果を実現できる。
【００９６】
上記実施の形態では、入力軌道面２５，３５及び出力軌道面３０，４０を単葉回転双曲面で形成し、円筒状の第１コロ２７及び第２コロ３７を採用す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く、他の形態における入力軌道面２５，３５、出力軌道面３０，４０、第１コロ２７及び第２コロ３７を採用することは当然可能である。他の形態としては、例えば入力軌道面２５，３５及び出力軌道面３０，４０を単葉回転双曲面で形成し第１コロ２７及び第２コロ３７を円錐状とするもの、入力軌道面２５，３５及び出力軌道面３０，４０を円錐状面とするもの、入力軌道面２５，３５又は出力軌道面３０，４０を円筒状としたり、第１コロ２７や第２コロ３７を鼓状、太鼓状や円筒状としたりするもの等が挙げられる。
【００９７】
なお、入力軌道面２５，３５及び出力軌道面３０，４０を、第１コロ２７、第２コロ３７の外周面と線接触する単葉回転双曲面または円錐状面として形成することが望ましい。軌道面の形状を単純な円錐状面とすることにより、入力軌道面２５，３５及び出力軌道面３０，４０の加工を容易にできるからである。また、軌道面を単葉回転双曲面とすることにより、軌道面を円錐状面とする場合と比較して耐久性を向上できる。即ち、スキュー角を有するコロ（第１コロ２７や第２コロ３７）を軌道面（単葉回転双曲面）に係合させるときには、コロの軸方向の撓み量が小さくてもコロと軌道面とを線接触させることができるので、コロ径を大きくすることができると同時に接触面積を大きくできる（線接触長さを大きくできる）からである。
【００９８】
上記実施の形態では、歯車対６〜１４を一対のヘリカルギヤ（斜歯ギヤ）で構成す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く、平歯車によって歯車対６〜１４を構成することは当然可能である。
【００９９】
上記第１実施の形態では、カムシャフト５０は歯車対７〜１４（１速〜８速）に対応させて各カム部５１〜５５を設ける場合、即ち、カム部５１は歯車対７，８に対応するが他の歯車対９〜１４には対応しない場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、特定のカム部の軸方向位置が複数の歯車対に対応するようにカム部を設けること、例えば、カム部５１が歯車対７，８に対応するだけでなく他の歯車対９〜１４のいずれかに対応するようにすることは当然可能である。カム部およびピンの周方向および軸方向の位置を適宜設定すれば良いからである。
【０１００】
上記第３実施の形態では、シャフト部２５１に弾性部材（図示せず）が配設されており、その弾性部材の圧縮変形によりシフトフォーク２５０をシャフト部２５１の移動方向に付勢す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。例えば、シフトフォーク２５０のアームを弾性部材で形成し、その弾性部材の曲げ変形によりシフトフォーク２５０をシャフト部２５１の移動方向に付勢することは当然可能である。この場合も第１内輪２２４及び第２内輪２３４を軸方向に付勢することが可能であり、第３実施の形態と同様の作用効果を実現できる。
【符号の説明】
【０１０１】
１，３０１            変速機
４，３０４            入力軸（第１軸）
５，３０５            出力軸（第２軸）
７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４  歯車対
２０，１２０，２２０  クラッチ装置
２１ａ，２３ａ        インロー部
２１ｂ，２３ｂ        鍔部（移動規制部）
２４                  第１内輪（入力系回転部材または出力系回転部材）
２５，３５            入力軌道面
２７                  第１コロ（コロ）
２９                  第１外輪（出力系回転部材または入力系回転部材）
３０，４０            出力軌道面
３３                  コイルスプリング（付勢手段）
３４                  第２内輪（入力系回転部材または出力系回転部材）
３７                  第２コロ（コロ）
３９                  第２外輪（出力系回転部材または入力系回転部材）
５０，１５０          カムシャフト（切換手段および移動機構の一部）
６０                  駆動装置（切換手段および移動機構の一部）
１２４，２２４        第１内輪（入力系回転部材）
１２６，１３６        皿ばね（弾性部材）
１３４，２３４        第２内輪（入力系回転部材）
２５０                シフトフォーク（切換手段および移動機構の一部）
Ｏ                    中心軸
【図１】
2013245714.tif 000003
【図２】
2013245714.tif 000004
【図３】
2013245714.tif 000005
【図４】
2013245714.tif 000006
【図５】
2013245714.tif 000007
【図６】
2013245714.tif 000008
【図７】
2013245714.tif 000009
【図８】
2013245714.tif 000010
【図９】
2013245714.tif 000011
【図１０】
2013245714.tif 000012
【図１１】
2013245714.tif 000013
【図１２】
2013245714.tif 000014