(57)【要約】【課題】駆動源のトルクの条件に関係なく係合要素と被係合要素の係合状態を安定して保持する。【解決手段】係合歯１６と被係合歯２６の係合状態を保持する場合に、油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４が回転軸線方向の他方側へ並進移動して係合歯１６と被係合歯２６の噛み合いが解除されるのを防止することができる。したがって、駆動源から係合部材１２に作用するトルクの条件に関係なく、係合部材１２と被係合部材２２の係合状態を安定して保持することができる。【選択図】図４
2016183679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
係合部が設けられた可動要素と、
前記可動要素を支持する支持部が設けられた係合要素と、
被係合部が設けられた被係合要素と、
を備え、
前記係合要素または前記被係合要素に駆動源からのトルクが作用し、
前記支持部は、前記可動要素に対する前記係合要素の所定方向の相対回転に応じて前記可動要素が回転軸線方向の一方側へ移動するように前記可動要素を支持し、
前記可動要素に前記回転軸線方向の一方側への力を作用させる係合力発生装置をさらに備え、
前記可動要素が前記回転軸線方向の所定係合位置にある場合に、前記係合部が前記被係合部と係合し、前記所定係合位置より前記回転軸線方向の一方側への前記可動要素の移動が拘束部により拘束され、
前記係合力発生装置は、前記係合部が前記被係合部と係合する状態を保持する場合に、前記可動要素が前記所定係合位置より前記回転軸線方向の他方側へ移動しないように、前記可動要素に前記回転軸線方向の一方側への力を作用させる、係合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の係合装置であって、
前記支持部は、前記回転軸線方向に対しその一方側から他方側にかけて前記所定方向へ傾斜して前記係合要素に設けられ、
前記係合部が前記被係合部と係合する状態を保持する場合に、前記係合要素に作用する前記所定方向と逆方向のトルクをＴｎ、前記支持部の半径をｒ、前記回転軸線方向に対する前記支持部の傾斜角度をθとすると、前記係合力発生装置が前記可動要素に作用させる前記回転軸線方向の一方側への力は、Ｔｎ×ｔａｎ（θ）／ｒより大きい、係合装置。
【請求項３】
請求項２に記載の係合装置であって、
前記係合部が前記被係合部と係合する状態を保持する場合に、前記駆動源の抵抗トルクによって前記係合要素に前記所定方向と逆方向のトルクが作用し、
前記係合部が前記被係合部と係合する状態を保持する場合に、前記駆動源の抵抗トルクをＴｒ、前記係合要素と前記駆動源のトルク比をρとすると、前記係合力発生装置が前記可動要素に作用させる前記回転軸線方向の一方側への力は、ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒより大きい、係合装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の係合装置であって、
前記可動要素に前記回転軸線方向の他方側への力を作用させる解放力発生装置をさらに備え、
前記係合部が前記被係合部と係合する状態を保持する場合に、前記解放力発生装置が前記可動要素に作用させる前記回転軸線方向の他方側への力をＦｓとすると、前記係合力発生装置が前記可動要素に作用させる前記回転軸線方向の一方側への力は、Ｆｓ＋Ｔｎ×ｔａｎ（θ）／ｒより大きい、係合装置。
【請求項５】
駆動源からの動力を変速して出力し、複数の変速段を選択可能な自動変速機であって、
前記駆動源からのトルクが作用する回転部材の回転を許容または拘束するブレーキ装置を備え、
前記ブレーキ装置は、複数の変速段のうち、第１の変速段において前記回転部材の回転を拘束し、第２の変速段において前記回転部材の回転を許容し、
前記ブレーキ装置が、請求項１〜４のいずれか１に記載の係合装置であり、前記係合要素及び前記被係合要素の一方が前記回転部材に連結され、前記係合要素及び前記被係合要素の他方の回転が固定され、
前記第１の変速段を保持する場合に、前記係合力発生装置は、前記可動要素が前記所定係合位置より前記回転軸線方向の他方側へ移動しないように、前記可動要素に前記回転軸線方向の一方側への力を作用させる、自動変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、係合要素と被係合要素の係合／解放を切り替える係合装置、及び係合装置を備える自動変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
係合要素と被係合要素の係合／解放を切り替える係合装置の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１の係合装置は、セルフシンクロナスシフティングクラッチ（ＳＳＳクラッチ）であり、切換スリーブは、同期回転数に達するまで蒸気タービンの回転数で回転し、同期回転数に達すると発電機軸の切換部の爪によってしっかり保持される。同期回転数を超えようとすると、切換スリーブは、ねじによって蒸気タービンの方向に軸線方向移動を生じる。その短時間後に切換スリーブの歯と発電機軸の歯との係合が起き、これらの歯を介してトルクの伝達が起きる。一方、蒸気タービンの回転数が同期回転数より低下すると、切換スリーブは、ねじによって蒸気タービンと反対方向に軸線方向移動を生じ、切換スリーブの歯と発電機軸の歯との係合が解除されることで、トルクの伝達が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５０６１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の係合装置（ＳＳＳクラッチ）では、駆動源（蒸気タービン）からの駆動トルクにより切換スリーブの歯と発電機軸の歯が係合する。しかし、係合状態において駆動源が駆動トルクを発生しなくなると、切換スリーブは、駆動源の抵抗トルクによって蒸気タービンと反対方向に軸線方向移動を生じ、切換スリーブの歯と発電機軸の歯との係合が解除されて係合状態を保持できなくなる。その後、駆動源が駆動トルクを再び発生すると、切換スリーブは、蒸気タービンの方向に軸線方向移動を生じるが、切換スリーブの歯と発電機軸の歯が係合するまでは、トルクの伝達が遮断されることになる。
【０００５】
本発明は、駆動源のトルクの条件に関係なく係合要素と被係合要素の係合状態を安定して保持することができる係合装置、及びこの係合装置を備える自動変速機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】
【０００６】
本発明に係る係合装置及び自動変速機は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明に係る係合装置は、係合部が設けられた可動要素と、前記可動要素を支持する支持部が設けられた係合要素と、被係合部が設けられた被係合要素と、を備え、前記係合要素または前記被係合要素に駆動源からのトルクが作用し、前記支持部は、前記可動要素に対する前記係合要素の所定方向の相対回転に応じて前記可動要素が回転軸線方向の一方側へ移動するように前記可動要素を支持し、前記可動要素に前記回転軸線方向の一方側への力を作用させる係合力発生装置をさらに備え、前記可動要素が前記回転軸線方向の所定係合位置にある場合に、前記係合部が前記被係合部と係合し、前記所定係合位置より前記回転軸線方向の一方側への前記可動要素の移動が拘束部により拘束され、前記係合力発生装置は、前記係合部が前記被係合部と係合する状態を保持する場合に、前記可動要素が前記所定係合位置より前記回転軸線方向の他方側へ移動しないように、前記可動要素に前記回転軸線方向の一方側への力を作用させることを要旨とする。
【０００８】
本発明の一態様では、前記支持部は、前記回転軸線方向に対しその一方側から他方側にかけて前記所定方向へ傾斜して前記係合要素に設けられ、前記係合部が前記被係合部と係合する状態を保持する場合に、前記係合要素に作用する前記所定方向と逆方向のトルクをＴｎ、前記支持部の半径をｒ、前記回転軸線方向に対する前記支持部の傾斜角度をθとすると、前記係合力発生装置が前記可動要素に作用させる前記回転軸線方向の一方側への力は、Ｔｎ×ｔａｎ（θ）／ｒより大きいことが好適である。
【０００９】
本発明の一態様では、前記係合部が前記被係合部と係合する状態を保持する場合に、前記駆動源の抵抗トルクによって前記係合要素に前記所定方向と逆方向のトルクが作用し、前記係合部が前記被係合部と係合する状態を保持する場合に、前記駆動源の抵抗トルクをＴｒ、前記係合要素と前記駆動源のトルク比をρとすると、前記係合力発生装置が前記可動要素に作用させる前記回転軸線方向の一方側への力は、ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒより大きいことが好適である。
【００１０】
本発明の一態様では、前記可動要素に前記回転軸線方向の他方側への力を作用させる解放力発生装置をさらに備え、前記係合部が前記被係合部と係合する状態を保持する場合に、前記解放力発生装置が前記可動要素に作用させる前記回転軸線方向の他方側への力をＦｓとすると、前記係合力発生装置が前記可動要素に作用させる前記回転軸線方向の一方側への力は、Ｆｓ＋Ｔｎ×ｔａｎ（θ）／ｒより大きいことが好適である。
【００１１】
また、本発明に係る自動変速機は、駆動源からの動力を変速して出力し、複数の変速段を選択可能な自動変速機であって、前記駆動源からのトルクが作用する回転部材の回転を許容または拘束するブレーキ装置を備え、前記ブレーキ装置は、複数の変速段のうち、第１の変速段において前記回転部材の回転を拘束し、第２の変速段において前記回転部材の回転を許容し、前記ブレーキ装置が、本発明に係る係合装置であり、前記係合要素及び前記被係合要素の一方が前記回転部材に連結され、前記係合要素及び前記被係合要素の他方の回転が固定され、前記第１の変速段を保持する場合に、前記係合力発生装置は、前記可動要素が前記所定係合位置より前記回転軸線方向の他方側へ移動しないように、前記可動要素に前記回転軸線方向の一方側への力を作用させることを要旨とする。ここでの第１の変速段については、複数の変速段の中から任意に設定することが可能であり、第２の変速段についても、第１の変速段と異なる変速段であれば複数の変速段の中から任意に設定することが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、係合力発生装置は、係合部が被係合部と係合する状態を保持する場合に、可動要素が所定係合位置より回転軸線方向の他方側へ移動しないように、可動要素に回転軸線方向の一方側への力を作用させることで、駆動源のトルクの条件に関係なく係合要素と被係合要素の係合状態を安定して保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る係合装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る係合装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る係合装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る係合装置の動作を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態に係る係合装置の動作を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係る係合装置の動作を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態に係る係合装置の動作を説明する図である。
【図８】本発明の実施形態に係る自動変速機の概略構成を示す図である。
【図９】自動変速機の各変速段におけるクラッチ装置Ｃ１，Ｃ２及びブレーキ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の係合／解放状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１５】
図１〜３は、本発明の実施形態に係る係合装置の概略構成を示す図である。図１は係合部材１２及び被係合部材２２の中心軸と直交する方向から見た主要構成の断面図を示し、図２は係合部材１２とスリーブ１４と被係合部材２２の斜視図を示し、図３は被係合部材２２の外周面を周方向に沿って展開した展開図を示す。係合部材（係合要素）１２には、例えばエンジンやモータ等の駆動源（図示せず）からのトルクが伝動機構（図示せず）を介して作用する。駆動源が駆動トルクを発生している場合は、駆動源の駆動トルクが伝動機構を介して係合部材１２に作用し、駆動源が駆動トルクを発生していない場合は、駆動源の抵抗トルクが伝動機構を介して係合部材１２に作用する。係合部材１２は、所定方向（図２，３の矢印Ａの方向）及び所定方向と逆方向（図３の矢印Ｂの方向）に回転可能である。係合部材１２の回転軸線方向（図１の左右方向）に関する並進移動は固定されている。係合部材１２の外周には、スリーブ（可動部材）１４を支持するためのねじ溝（支持部）３０が形成されている。ねじ溝３０は、回転軸線方向に対しその一方側（図３の左側）から他方側（図３の右側）にかけて所定方向（図３の矢印Ａの方向）へ傾斜して形成されている。図１〜３は、ねじ溝３０が右ねじれである例を示している。
【００１６】
スリーブ１４の内周には、複数の被支持部１５が周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）設けられており、各被支持部１５がねじ溝３０に嵌ることで、スリーブ１４が係合部材１２に支持される。スリーブ１４の各被支持部１５がねじ溝３０の延長方向に沿って移動可能であることで、スリーブ１４は係合部材１２に対してねじ溝３０に沿って相対移動可能である。さらに、スリーブ１４の外周には、複数の係合歯（係合部）１６が周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）設けられている。
【００１７】
被係合部材（被係合要素）２２は、係合部材１２と同軸に係合部材１２の外周側に配置されている。被係合部材２２の回転は固定されており、回転軸線方向に関する並進移動も固定されている。被係合部材２２の内周には、複数の被係合歯（被係合部）２６が周方向に互いに間隔をおいて（係合歯１６と等間隔で）設けられている。スリーブ１４の係合歯１６は、被係合部材２２の被係合歯２６と回転軸線方向に対向配置され、被係合部材２２の被係合歯２６と噛合可能（係合可能）である。
【００１８】
例えばスリーブ１４の回転が停止した状態で係合部材１２が所定方向に回転する場合等、係合部材１２がスリーブ１４に対して所定方向に相対回転する場合は、スリーブ１４に対する係合部材１２の相対回転運動が回転軸線方向に沿ったスリーブ１４の並進運動に変換されることで、スリーブ１４が回転軸線方向の一方側へ並進移動する。一方、スリーブ１４の回転が停止した状態で係合部材１２が所定方向と逆方向に回転する場合等、係合部材１２がスリーブ１４に対して所定方向と逆方向に相対回転する場合は、スリーブ１４が回転軸線方向の他方側へ並進移動する。図４に示すように、スリーブ１４が回転軸線方向の所定噛合位置（所定係合位置）にある場合は、スリーブ１４の係合歯１６が被係合部材２２の被係合歯２６と噛み合う（係合する）。一方、図１に示すように、スリーブ１４が所定噛合位置より回転軸線方向の他方側の非噛合位置（解放位置）にある場合は、スリーブ１４の係合歯１６は被係合部材２２の被係合歯２６と噛み合わない（係合しない）。
【００１９】
係合部材１２におけるスリーブ１４より回転軸線方向の一方側には、ストッパ（拘束部）２９が設けられており、所定噛合位置より回転軸線方向の一方側へのスリーブ１４の並進移動がストッパ２９により拘束される。係合部材１２におけるスリーブ１４より回転軸線方向の他方側にも、ストッパ２７が設けられており、非噛合位置より回転軸線方向の他方側へのスリーブ１４の並進移動がストッパ２７により拘束される。
【００２０】
アクチュエータ（係合力発生装置）３２は、例えば油圧ピストン３３を有する油圧アクチュエータにより構成され、油圧ポンプで発生させた油圧力によって油圧ピストン３３を回転軸線方向の一方側へ押圧することで、油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させる。油圧ピストン３３には、回転軸線方向に弾性を有するリターンスプリング３４が取り付けられている。リターンスプリング３４は、油圧ピストン３３に回転軸線方向の他方側への付勢力を作用させる。係合部材１２におけるスリーブ１４より回転軸線方向の一方側には、回転軸線方向に弾性を有するばね（解放力発生装置）２８が取り付けられている。ばね２８は、スリーブ１４に回転軸線方向の他方側への並進力Ｆｓを作用させる。
【００２１】
次に、本実施形態に係る係合装置の動作、特に係合部材１２と被係合部材２２の係合／解放を切り替える動作について説明する。
【００２２】
図１に示すように、アクチュエータ３２の油圧ピストン３３がスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させておらず、スリーブ１４が回転軸線方向の非噛合位置にある場合は、スリーブ１４の係合歯１６は被係合部材２２の被係合歯２６と噛み合わない。その場合、係合部材１２と被係合部材２２は解放状態にあり、係合部材１２の回転が許容される。
【００２３】
係合部材１２と被係合部材２２を解放状態から係合状態に移行させるためには、アクチュエータ３２の油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４を非噛合位置から回転軸線方向の一方側へ並進移動させる。スリーブ１４がばね２８を押圧しながら回転軸線方向の一方側へ並進移動すると、図５に示すように、スリーブ１４の係合歯１６が被係合部材２２の被係合歯２６と噛み合い始める（係合し始める）。
【００２４】
ここで、図６に示すように、係合部材１２に所定方向（図２，３の矢印Ａの方向）のトルクＴｐが作用している場合は、スリーブ１４の被支持部１５がねじ溝３０における所定方向と反対側の側面３０ａに当接することで、ねじ溝３０の側面３０ａから被支持部１５に押圧力（反力）Ｆａが作用する。被支持部１５に作用する押圧力Ｆａは、回転軸線方向の一方側への成分を有するため、トルクＴｐに応じた回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｐがスリーブ１４に作用する。ねじ溝３０の半径（係合部材１２の回転中心軸とねじ溝３０との距離）をｒ、回転軸線方向に対するねじ溝３０の傾斜角度をθ（図３参照）とすると、Ｆｐは以下の（１）式で表される。係合部材１２と駆動源のトルク比をρとすると、駆動源の駆動トルクＴｄによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐが作用している場合は、Ｔｐ＝ρ×Ｔｄである。一方、駆動源の抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐが作用している場合は、Ｔｐ＝ρ×Ｔｒである。
【００２５】
Ｆｐ＝Ｔｐ×ｔａｎ（θ）／ｒ      （１）
【００２６】
したがって、駆動源の駆動トルクＴｄや抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐが作用している場合は、以下の（２）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４を図５の位置から回転軸線方向の一方側へさらに並進移動させることができる。その際に、係合部材１２に作用するトルクの方向については、例えばトルクセンサを用いて検出可能である。駆動源がエンジンである場合は、例えば燃料噴射量等からエンジンの駆動トルクＴｄを算出することが可能である。エンジンの抵抗トルク（引きずりトルク）Ｔｒとしては、ピストン側面やシールの摺動抵抗、軸受けの転がり抵抗、エンジンオイルの攪拌抵抗、及び吸排気損失等が含まれ、例えばエンジンの回転速度を一定に保つために必要なトルクを予め測定しておくことが可能である。なお、駆動源が発生している駆動トルクＴｄが大きい等、係合部材１２に作用する所定方向のトルクＴｐが大きく、Ｆｓ＜Ｆｐ＝Ｔｐ×ｔａｎ（θ）／ｒが成立する場合は、油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させなくても（Ｆｈ＝０）、スリーブ１４を図５の位置から回転軸線方向の一方側へさらに並進移動させることが可能である。
【００２７】
Ｆｈ＞Ｆｓ−Ｆｐ＝Ｆｓ−Ｔｐ×ｔａｎ（θ）／ｒ      （２）
【００２８】
一方、図７に示すように、係合部材１２に所定方向と逆方向（図３の矢印Ｂの方向）のトルクＴｎが作用している場合は、スリーブ１４の被支持部１５がねじ溝３０における所定方向側の側面３０ｂに当接することで、ねじ溝３０の側面３０ｂから被支持部１５に押圧力（反力）Ｆｂが作用する。被支持部１５に作用する押圧力Ｆｂは、回転軸線方向の他方側への成分を有するため、トルクＴｎに応じた回転軸線方向の他方側への並進力Ｆｎがスリーブ１４に作用する。Ｆｎは以下の（３）式で表される。駆動源の駆動トルクＴｄによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎが作用している場合は、Ｔｎ＝ρ×Ｔｄである。一方、駆動源の抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎが作用している場合は、Ｔｎ＝ρ×Ｔｒである。
【００２９】
Ｆｎ＝Ｔｎ×ｔａｎ（θ）／ｒ      （３）
【００３０】
したがって、駆動源の駆動トルクＴｄや抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎが作用している場合は、以下の（４）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４を図５の位置から回転軸線方向の一方側へさらに並進移動させることができる。
【００３１】
Ｆｈ＞Ｆｓ＋Ｆｎ＝Ｆｓ＋Ｔｎ×ｔａｎ（θ）／ｒ      （４）
【００３２】
なお、スリーブ１４を図５の位置から回転軸線方向の一方側へ並進移動させる際には、係合部材１２に作用するトルクの方向に関係なく、（４）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることも可能である。
【００３３】
スリーブ１４が図５の位置からばね２８を押圧しながら回転軸線方向の一方側へ並進移動する際には、スリーブ１４の回転が被係合部材２２の被係合歯２６により拘束されるとともに、係合部材１２が所定方向に回転する。そのため、係合部材１２と被係合部材２２の解放状態において係合部材１２の回転方向が所定方向と逆方向である場合は、スリーブ１４の係合歯１６が被係合部材２２の被係合歯２６と噛み合い始める際に、係合部材１２の回転方向が反転する。
【００３４】
図４に示すように、スリーブ１４の係合歯１６が被係合部材２２の被係合歯２６と完全に噛み合う所定噛合位置までスリーブ１４が回転軸線方向の一方側へ並進移動すると、スリーブ１４がストッパ２９に当接することで、所定噛合位置より回転軸線方向の一方側へのスリーブ１４の並進移動が拘束される。これによって、係合部材１２の回転が固定され、係合部材１２と被係合部材２２が係合状態となる。
【００３５】
係合部材１２と被係合部材２２の係合状態（係合歯１６が被係合歯２６と完全に噛み合う係合状態）を保持する場合に、駆動源が発生している駆動トルクＴｄによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｄ）が作用するときは、（２）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４が所定噛合位置より回転軸線方向の他方側へ並進移動しないようにすることが可能である。
【００３６】
一方、係合部材１２と被係合部材２２の係合状態を保持する場合に、駆動源が駆動トルクＴｄを発生しておらず、駆動源の抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｒ）が作用するときは、（４）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４が所定噛合位置より回転軸線方向の他方側へ並進移動しないようにすることが可能である。
【００３７】
そこで、係合歯１６が被係合歯２６と完全に噛み合う係合状態を保持する場合に、駆動源の駆動トルクＴｄによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｄ）が作用し、駆動源の抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｒ）が作用するときは、以下の（５）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させる。駆動源の抵抗トルクＴｒは駆動トルクＴｄに比べて小さいため、係合部材１２に作用するトルクの方向に関係なく、小さい並進力Ｆｈでスリーブ１４が所定噛合位置より回転軸線方向の他方側へ並進移動しないようにすることが可能である。
【００３８】
Ｆｈ＞Ｆｓ＋ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒ      （５）
【００３９】
係合部材１２と被係合部材２２を係合状態から解放状態に移行させる場合は、油圧ピストン３３からスリーブ１４に作用させる回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを０にする。駆動源が駆動トルクＴｄを発生しておらず、駆動源の抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｒ）が作用するときには、スリーブ１４に回転軸線方向の他方側への並進力（Ｆｓ＋ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒ）が作用し、スリーブ１４が所定噛合位置より回転軸線方向の他方側へ並進移動する。その際には、スリーブ１４の回転が被係合部材２２の被係合歯２６により拘束されるとともに、係合部材１２が所定方向と逆方向に回転する。スリーブ１４が非噛合位置まで回転軸線方向の他方側へ並進移動すると、スリーブ１４の係合歯１６と被係合部材２２の被係合歯２６との噛み合いが完全に解除され、係合部材１２と被係合部材２２が解放状態となり、係合部材１２の回転が許容される。なお、駆動源の駆動トルクＴｄによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｄ）が作用するときに並進力Ｆｈを予め０にして油圧ピストン３３を回転軸線方向の他方側へ並進移動させておくことで、スリーブ１４が並進力（Ｆｓ＋ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒ）によって回転軸線方向の他方側へ並進移動する際に油圧ピストン３３を押圧しなくなり、係合部材１２と被係合部材２２を速やかに解放することが可能となる。
【００４０】
また、係合部材１２と被係合部材２２の係合状態を保持する場合に、駆動源が発生している駆動トルクＴｄによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｄ）が作用するときは、（４）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４が所定噛合位置より回転軸線方向の他方側へ並進移動しないようにすることが可能である。
【００４１】
一方、係合部材１２と被係合部材２２の係合状態を保持する場合に、駆動源が駆動トルクＴｄを発生しておらず、駆動源の抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｒ）が作用するときは、（２）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４が所定噛合位置より回転軸線方向の他方側へ並進移動しないようにすることが可能である。
【００４２】
そこで、係合歯１６が被係合歯２６と完全に噛み合う係合状態を保持する場合に、駆動源の駆動トルクＴｄによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｄ）が作用し、駆動源の抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｒ）が作用するときは、以下の（６）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させる。
【００４３】
Ｆｈ＞Ｆｓ＋ρ×Ｔｄ×ｔａｎ（θ）／ｒ      （６）
【００４４】
係合部材１２と被係合部材２２を係合状態から解放状態に移行させる場合は、油圧ピストン３３からスリーブ１４に作用させる回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを０にする。駆動源が駆動トルクＴｄを発生しておらず、駆動源の抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｒ）が作用するときには、スリーブ１４に回転軸線方向の他方側への並進力（Ｆｓ−ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒ）が作用し、スリーブ１４が所定噛合位置より回転軸線方向の他方側へ並進移動してスリーブ１４の係合歯１６と被係合部材２２の被係合歯２６との噛み合いが解除される。その際には、Ｆｓ＞ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒが成立するように、ばね２８の並進力Ｆｓを設計する。このように、本実施形態に係る係合装置は、係合部材１２の回転を許容または拘束するブレーキ装置として機能する。
【００４５】
以上説明した本実施形態の係合装置によれば、係合歯１６と被係合歯２６の係合状態を保持する場合に、油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４が回転軸線方向の他方側へ並進移動して係合歯１６と被係合歯２６の噛み合いが解除されるのを防止することができる。したがって、駆動源から係合部材１２に作用するトルクの条件に関係なく、係合部材１２と被係合部材２２の係合状態を安定して保持することができる。例えば駆動源の駆動トルクＴｄによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｄ）が作用し、駆動源の抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｒ）が作用するときは、（５）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、駆動源から係合部材１２に作用するトルクの方向に関係なく、小さい並進力Ｆｈで係合部材１２と被係合部材２２の係合状態を安定して保持することができる。その結果、油圧ポンプの仕事を低減することができる。
【００４６】
そして、並進力Ｆｈを０にして係合部材１２と被係合部材２２を係合状態から解放状態に移行させる場合は、駆動源の抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｒ）が作用するときに、スリーブ１４に回転軸線方向の他方側への並進力（Ｆｓ＋ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒ）が作用するため、係合部材１２と被係合部材２２を解放することができる。その際には、駆動源の駆動トルクＴｄによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｄ）が作用するときに並進力Ｆｈを予め０にしておくことで、スリーブ１４が回転軸線方向の他方側へ並進移動する際に油圧ピストン３３を押圧しなくなり、係合部材１２と被係合部材２２を速やかに解放することが可能となる。
【００４７】
また、係合部材１２と被係合部材２２を解放状態から係合状態に移行させる場合に、係合部材１２に所定方向のトルクＴｐが作用しているときは、油圧ピストン３３からスリーブ１４に作用する回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈが（２）式を満たすことで、小さい並進力Ｆｈで係合部材１２と被係合部材２２を速やかに係合させることができ、油圧ポンプの仕事を低減することができる。一方、係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎが作用しているときは、油圧ピストン３３からスリーブ１４に作用する回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈが（４）式を満たすことで、トルクＴｎによって回転軸線方向の他方側（解放側）への並進力Ｆｎがスリーブ１４に作用していても、係合部材１２と被係合部材２２を係合させることができる。
【００４８】
上記の実施形態では、スリーブ１４に回転軸線方向の他方側への並進力Ｆｓを作用させる解放力発生装置としてばね２８を用いるものとした。ただし、本実施形態では、解放力発生装置としてアクチュエータを用いてスリーブ１４に回転軸線方向の他方側への並進力Ｆｓを作用させることも可能である。その場合、係合部材１２と被係合部材２２を解放状態から係合状態に移行させるときや、係合部材１２と被係合部材２２の係合状態を保持するとき等、油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させるときは、アクチュエータ（解放力発生装置）からスリーブ１４に回転軸線方向の他方側への並進力Ｆｓを作用させない（Ｆｓ＝０）。その際に、油圧ピストン３３からスリーブ１４に作用させる回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈの条件については、（２）、（４）〜（６）式においてＦｓ＝０としたものを考えればよい。また、本実施形態では、スリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させる係合力発生装置と、スリーブ１４に回転軸線方向の他方側への並進力Ｆｓを作用させる解放力発生装置として、共通のアクチュエータを用いることも可能である。
【００４９】
また、本実施形態では、係合部材１２の回転を固定し、被係合部材２２に駆動源の駆動トルクや抵抗トルクが作用し、被係合部材２２が所定方向及び所定方向と逆方向に回転可能であってもよい。その場合、本実施形態に係る係合装置は、被係合部材２２の回転を許容または拘束するブレーキ装置として機能する。
【００５０】
また、本実施形態では、係合部材１２または被係合部材２２に駆動源の駆動トルクや抵抗トルクが作用し、係合部材１２及び被係合部材２２の両方が所定方向及び所定方向と逆方向に回転可能であってもよい。その場合、本実施形態に係る係合装置は、係合部材１２と被係合部材２２間で動力の断続を行うクラッチ装置として機能する。
【００５１】
また、本実施形態に係る係合装置については自動変速機に適用することも可能である。本実施形態に係る係合装置を備える自動変速機の構成例を図８に示す。自動変速機は、複数の変速段を選択可能な有段変速機であり、複数自由度の回転自由度を有する遊星歯車機構５０と、遊星歯車機構５０の回転自由度を制限するための複数のクラッチ装置Ｃ１，Ｃ２及びブレーキ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３とを備え、例えば車両に搭載される。自動変速機では、遊星歯車機構５０の回転自由度が１自由度になるように、クラッチ装置Ｃ１，Ｃ２及びブレーキ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を変速段に応じて選択的に係合させることで、駆動源（エンジン）から入力軸３６に入力された動力を変速段に応じた変速比で変速して出力部材３７から出力することが可能である。図９に示すように、クラッチ装置Ｃ１，Ｃ２及びブレーキ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の係合／解放状態に応じて、変速比（＝入力軸３６の回転速度／出力部材３７の回転速度）がそれぞれ異なる前進６段（１ｓｔ〜６ｔｈ）及び後進１段（Ｒｅｖ）の変速段が達成される。図９において、●印は係合状態を示し、×印は解放状態を示す。なお、本実施形態に係る自動変速機において、遊星歯車機構５０の構成、クラッチ装置及びブレーキ装置の数、及び変速段の数については、任意に設計可能である。
【００５２】
クラッチ装置Ｃ１，Ｃ２は、例えば摩擦クラッチにより構成され、ブレーキ装置Ｂ１，Ｂ３は、例えば摩擦ブレーキにより構成される。一方、ブレーキ装置Ｂ２は、上記に説明した本実施形態に係る係合装置により構成される。ブレーキ装置（係合装置）Ｂ２は、遊星歯車機構５０のリングギヤ（回転部材）５２の回転を許容または拘束し、例えば係合部材１２がリングギヤ５２に連結され、被係合部材２２の回転が固定されている。ただし、被係合部材２２がリングギヤ５２に連結され、係合部材１２の回転が固定されていてもよい。リングギヤ５２には、駆動源（エンジン）からのトルクが作用する。
【００５３】
図９に示すように、クラッチ装置Ｃ１及びブレーキ装置（係合装置）Ｂ２を係合状態に制御し、クラッチ装置Ｃ２及びブレーキ装置Ｂ１，Ｂ３を解放状態に制御することで、１速ギヤ段（第１の変速段）が選択される。１速ギヤ段において、係合装置Ｂ２は、リングギヤ５２及び係合部材１２の回転が拘束された係合状態であり、アクセルオン時のエンジンの駆動トルクＴｄによってリングギヤ５２及び係合部材１２に所定方向（図２，３の矢印Ａの方向）のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｄ）が作用し、アクセルオフ時のエンジンの抵抗トルク（引きずりトルク）Ｔｒによってリングギヤ５２及び係合部材１２に所定方向と逆方向（図３の矢印Ｂの方向）のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｒ）が作用する。
【００５４】
また、クラッチ装置Ｃ１及びブレーキ装置Ｂ１を係合状態に制御し、クラッチ装置Ｃ２及びブレーキ装置Ｂ２，Ｂ３を解放状態に制御することで、２速ギヤ段（第２の変速段）が選択される。２速ギヤ段において、係合装置Ｂ２は、リングギヤ５２及び係合部材１２の回転が許容された解放状態であり、リングギヤ５２及び係合部材１２が所定方向と逆方向に回転し、アクセルオン時のエンジンの駆動トルクＴｄによってリングギヤ５２及び係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｄ）が作用し、アクセルオフ時のエンジンの抵抗トルクＴｒによってリングギヤ５２及び係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｒ）が作用する。
【００５５】
２速ギヤ段から１速ギヤ段へのダウンシフトを行う場合は、ブレーキ装置Ｂ１を係合状態から解放状態に切り替えるとともに、係合装置Ｂ２を解放状態から係合状態に切り替える。スリーブ１４の係合歯１６と被係合部材２２の被係合歯２６との噛み合い始めにおいて、係合部材１２に所定方向のトルクＴｐが作用している場合は、（２）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４を所定噛合位置まで回転軸線方向の一方側へ並進移動させることができる。一方、係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎが作用している場合は、（４）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４を所定噛合位置まで回転軸線方向の一方側へ並進移動させることができる。なお、スリーブ１４を所定噛合位置まで回転軸線方向の一方側へ並進移動させる際には、係合部材１２に作用するトルクの方向に関係なく、（４）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることも可能である。
【００５６】
１速ギヤ段を保持する場合は、係合装置Ｂ２の係合状態を保持する。その場合は、例えば（５）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させる。これによって、係合部材１２に作用するトルクの方向に関係なく、小さい並進力Ｆｈでスリーブ１４が所定噛合位置より回転軸線方向の他方側へ並進移動しないようにすることが可能である。
【００５７】
１速ギヤ段から２速ギヤ段へのアップシフトを行う場合は、ブレーキ装置Ｂ１を解放状態から係合状態に切り替えるとともに、係合装置Ｂ２を係合状態から解放状態に切り替える。その場合は、油圧ピストン３３からスリーブ１４に作用させる回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを０にする。ブレーキ装置Ｂ１を解放状態から係合状態に切り替える過程において、係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎが作用し、スリーブ１４に回転軸線方向の他方側への並進力（Ｆｓ＋ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒ）が作用する。これによって、スリーブ１４が回転軸線方向の他方側へ並進移動し、スリーブ１４の係合歯１６と被係合部材２２の被係合歯２６との噛み合いが解除される。なお、ブレーキ装置Ｂ１を解放状態から係合状態に切り替える直前に並進力Ｆｈを予め０にしておくことで、スリーブ１４が並進力（Ｆｓ＋ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒ）によって回転軸線方向の他方側へ並進移動する際に油圧ピストン３３を押圧しなくなり、係合部材１２と被係合部材２２を速やかに解放することが可能となる。
【００５８】
また、ブレーキ装置Ｂ２，Ｂ３を係合状態に制御し、クラッチ装置Ｃ１，Ｃ２及びブレーキ装置Ｂ１を解放状態に制御することで、リバースギヤ段（後進変速段）が選択される。リバースギヤ段において、係合装置Ｂ２は、リングギヤ５２及び係合部材１２の回転が拘束された係合状態であり、アクセルオン時のエンジンの駆動トルクＴｄによってリングギヤ５２及び係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｄ）が作用し、アクセルオフ時のエンジンの抵抗トルクＴｒによってリングギヤ５２及び係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｒ）が作用する。
【００５９】
クラッチ装置Ｃ１，Ｃ２及びブレーキ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のすべてが解放状態であるニュートラルからリバースギヤ段に切り替える場合は、ブレーキ装置Ｂ２，Ｂ３を解放状態から係合状態に切り替える。スリーブ１４の係合歯１６と被係合部材２２の被係合歯２６との噛み合い始めにおいて、係合部材１２に所定方向のトルクＴｐが作用している場合は、（２）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４を所定噛合位置まで回転軸線方向の一方側へ並進移動させることができる。一方、係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎが作用している場合は、（４）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、スリーブ１４を所定噛合位置まで回転軸線方向の一方側へ並進移動させることができる。なお、スリーブ１４を所定噛合位置まで回転軸線方向の一方側へ並進移動させる際には、係合部材１２に作用するトルクの方向に関係なく、（４）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることも可能である。
【００６０】
リバースギヤ段を保持する場合は、係合装置Ｂ２の係合状態を保持する。その場合は、例えば（６）式を満たすように油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させる。これによって、係合部材１２に作用するトルクの方向に関係なく、スリーブ１４が所定噛合位置より回転軸線方向の他方側へ並進移動しないようにすることが可能である。
【００６１】
リバースギヤ段からニュートラルに切り替える場合は、ブレーキ装置Ｂ２，Ｂ３を係合状態から解放状態に切り替える。その場合は、油圧ピストン３３からスリーブ１４に作用させる回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを０にする。エンジンの抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｒ）が作用するアクセルオフ時には、スリーブ１４に回転軸線方向の他方側への並進力（Ｆｓ−ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒ）が作用し、スリーブ１４が回転軸線方向の他方側へ並進移動してスリーブ１４の係合歯１６と被係合部材２２の被係合歯２６との噛み合いが解除される。
【００６２】
以上説明した自動変速機によれば、ブレーキ装置Ｂ２に本実施形態に係る係合装置を用いることで、ブレーキ装置Ｂ２に摩擦ブレーキを用いる場合と比較して、オイルの引きずり損失を低減することができる。そして、１速ギヤ段を保持する場合は、油圧ピストン３３からスリーブ１４に回転軸線方向の一方側への並進力Ｆｈを作用させることで、エンジンから係合部材１２に作用するトルクの条件に関係なく、スリーブ１４が所定噛合位置より回転軸線方向の他方側へ並進移動しないようにすることが可能である。１速ギヤ段においては、アクセルオン時のエンジンの駆動トルクＴｄによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｄ）が作用し、アクセルオフ時のエンジンの抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｒ）が作用するため、（５）式を満たすように並進力Ｆｈを作用させることで、エンジンから係合部材１２に作用するトルクの方向（アクセルのオンオフ）に関係なく、小さい並進力Ｆｈでブレーキ装置Ｂ２の係合状態を安定して保持することができる。その結果、アクセルのオンオフに対するトルク伝達の応答性を向上させることができる。
【００６３】
そして、１速ギヤ段から２速ギヤ段へのアップシフトにおいては、並進力Ｆｈを０にすることで、スリーブ１４に回転軸線方向の他方側への並進力（Ｆｓ＋ρ×Ｔｒ×ｔａｎ（θ）／ｒ）が作用するため、ブレーキ装置Ｂ２を解放することができる。その際には、ブレーキ装置Ｂ１を解放状態から係合状態に切り替える直前に並進力Ｆｈを予め０にしておくことで、スリーブ１４が回転軸線方向の他方側へ並進移動する際に油圧ピストン３３を押圧しなくなり、ブレーキ装置Ｂ２を速やかに解放することが可能となる。その結果、アップシフトの応答性を向上させることができる。
【００６４】
また、２速ギヤ段から１速ギヤ段へのダウンシフトにおいて、係合部材１２に所定方向のトルクＴｐが作用しているときは、（２）式を満たすように並進力Ｆｈを作用させることで、小さい並進力Ｆｈでブレーキ装置Ｂ２を速やかに係合させることができ、ダウンシフトの応答性を向上させることができる。一方、係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎが作用している場合は、（４）式を満たすように並進力Ｆｈを作用させることで、トルクＴｎによって回転軸線方向の他方側（解放側）への並進力Ｆｎがスリーブ１４に作用していても、ブレーキ装置Ｂ２を係合させることができる。
【００６５】
また、リバースギヤ段においては、アクセルオン時のエンジンの駆動トルクＴｄによって係合部材１２に所定方向と逆方向のトルクＴｎ（＝ρ×Ｔｄ）が作用し、アクセルオフ時のエンジンの抵抗トルクＴｒによって係合部材１２に所定方向のトルクＴｐ（＝ρ×Ｔｒ）が作用するため、（６）式を満たすように並進力Ｆｈを作用させることで、エンジンから係合部材１２に作用するトルクの方向（アクセルのオンオフ）に関係なく、ブレーキ装置Ｂ２の係合状態を安定して保持することができる。その結果、アクセルのオンオフに対するトルク伝達の応答性を向上させることができる。
【００６６】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６７】
１２  係合部材、１４  スリーブ、１５  被支持部、１６  係合歯、２２  被係合部材、２６  被係合歯、２７，２９  ストッパ、２８  ばね、３０  ねじ溝、３２  アクチュエータ、３３  油圧ピストン、３４  リターンスプリング、３６  入力軸、３７  出力部材、５０  遊星歯車機構、５２  リングギヤ、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３  ブレーキ装置、Ｃ１，Ｃ２  クラッチ装置。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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