JP2000274446A - ドッグクラッチ機構およびこのドッグクラッチ機構を用いた自動変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造が簡単で、軸方向寸法を短縮できるドッグ
クラッチ機構を提供する。 【解決手段】軸６と一体回転するハブ４０と、軸６上に
回転自在に支持され、ハブ４０と対向する端部に外スプ
ライン１１ａ，１２ａを有するギヤ１１，１２と、ハブ
４０に対して軸方向に移動可能に係合し、内周部に外ス
プライン１１ａ，１２ａと係合可能な内スプライン４１
ａを有するスリーブ４１とを備える。ハブ４０の外周部
にはギヤの外スプラインの外周側に沿って軸方向へ延び
る複数のガイド爪４０ｂが突設され、スリーブ４１の内
周部にはガイド爪と軸方向に摺動自在に係合するガイド
溝４１ｃが形成される。スリーブ４１を軸方向にシフト
した際、スリーブ４１の内スプラインがギヤの外スプラ
イン１１ａ，１２ａにのみ係合することで、スリーブ４
１の軸方向寸法を短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はドッグクラッチ機構
およびこのドッグクラッチ機構を用いた自動変速機に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動変速機は、一般に、遊星歯車機構と
複数の摩擦係合要素（油圧クラッチおよび油圧ブレー
キ）とを備えており、摩擦係合要素を選択的に係合させ
ることによって、複数の変速段を得るようにしている。
ところで、このような遊星歯車機構と摩擦係合要素とを
用いた自動変速機の他に、マニュアル変速機を用い、そ
の各変速段の切替を電気または油圧アクチュエータを用
いて自動的に行なうようにした自動変速機が知られてい
る。すなわち、この変速機は自動マニュアル変速機と呼
ばれるもので、エンジンの出力軸と変速機の入力軸との
間に設けられて駆動力の断接を行なうクラッチと、入力
軸と出力軸との間に配置された複数の変速ギヤ対と、所
望の変速段を確立するため各変速ギヤ対を入力軸または
出力軸と選択的に連結する複数の同期装置と、各同期装
置を切替駆動する変速用アクチュエータと、クラッチを
断接駆動するクラッチ用アクチュエータと、車両の走行
状態に応じて変速用アクチュエータおよびクラッチ用ア
クチュエータを制御するコントローラとを備えている。

【０００３】上記のように自動マニュアル変速機の場合
も、変速段の切替装置としては、通常のマニュアル変速
機と同様に同期装置が用いられている。同期装置は２部
材間の回転速度差を小さくする機能を持つものであり、
変速ギヤに一体に形成された外スプライン、ハブおよび
スリーブの他に、シンクロナイザリングやキー、キース
プリングなど多数の部品を必要とし、軸方向のスペース
が増大するという問題がある。

【０００４】一方、上記のような自動変速機の場合、エ
ンジン回転数制御やクラッチ制御によって、入力軸と出
力軸との回転速度比を比較的自由に制御できる。そのた
め、変速段の切替時に、入力軸と出力軸との回転速度比
が目標とする変速段に応じた速度比に近づくように入力
軸の回転を制御すれば、同期装置は必ずしも必要ではな
い。つまり、同期装置に代えて構造の簡単なドッグクラ
ッチ機構を用いることが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１はドッグクラッチ
機構の一例を示し、軸５０の上に第１の変速ギヤ５１と
第２の変速ギヤ５２とが回転自在に支持され、その間に
ハブ５３がスプライン嵌合されている。そのため、ハブ
５３は軸５０と一体回転する。変速ギヤ５１，５２には
それぞれ対向する部位に外スプライン５１ａ，５２ａが
設けられており、ハブ５３の外周部にもスプライン５３
ａが形成されている。そして、ハブ５３のスプライン５
３ａに嵌合したスリーブ５４を軸方向にシフトすること
により、スリーブ５４をハブ５３のスプライン５３ａと
一方の変速ギヤ５１，５２の外スプライン５１ａ，５２
ａとに跨がって噛み合わせ、軸５０といずれか一方の変
速ギヤ５１，５２とを連結するようになっている（図１
に二点鎖線で示す）。

【０００６】しかしながら、ドッグクラッチ機構は、ス
リーブ５４がハブ５３のスプライン５３ａと一方の変速
ギヤ５１，５２の外スプライン５１ａ，５２ａとの間に
跨がって噛み合うことにより、動力を伝達する構造とな
っているので、スリーブ５４の長さＬが長くなり、これ
に応じてハブ５３の軸方向長さも長くなるという欠点が
ある。そのため、軸方向寸法の短縮にはあまり効果がな
い。

【０００７】そこで、本発明の目的は、構造が簡単で、
軸方向寸法を短縮できるドッグクラッチ機構を提供する
ことにある。また、他の目的は上記ドッグクラッチ機構
を用いることにより、軸方向にコンパクトな自動変速機
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は請求項１に記
載の発明によって達成される。すなわち、軸と一体回転
するハブと、軸上に回転自在に支持され、ハブと対向す
る端部に外スプラインを有する回転体と、ハブに対して
軸方向に移動可能に係合し、内周部に回転体の外スプラ
インと係合可能な内スプラインを有するスリーブとを備
え、スリーブを軸方向にシフトすることにより、ハブと
回転体とを選択的に連結するドッグクラッチ機構におい
て、上記ハブの外周部には、回転体の外スプラインの外
周側に沿って軸方向へ延びる複数のガイド爪が突設さ
れ、上記スリーブの内周部には、上記ガイド爪と軸方向
に摺動自在に係合するガイド溝が形成され、上記スリー
ブを軸方向にシフトした際、スリーブの内スプラインが
回転体の外スプラインにのみ係合するように構成されて
いることを特徴とするドッグクラッチ機構を提供する。

【０００９】ニュートラル状態では、スリーブはハブの
中央部に位置しており、ガイド爪に係合している。ここ
で、スリーブを軸方向へシフトすると、スリーブはガイ
ド爪によってガイドされ、スリーブの内スプラインが回
転体の外スプラインと噛み合う。そして、スリーブの内
スプラインが回転体の外スプラインに完全に係合するま
でシフトさせると、スリーブの内スプラインは回転体の
外スプラインにのみ係合し、ハブに対して軸方向に外れ
た位置となる。つまり、従来のドッグクラッチのよう
に、スリーブの内スプラインがハブと回転体とに跨がっ
てスプライン嵌合する必要がない。この状態で、回転体
を入力側とすると、動力は回転体〜外スプライン〜スリ
ーブ〜ガイド爪〜ハブ〜軸へと伝達される。上記のよう
に、スリーブをシフトした時、スリーブの内スプライン
はハブと回転体の外スプラインとに跨がる必要がないの
で、スリーブの軸方向長さをトルク伝達に必要な最小の
長さに短縮でき、ハブの長さも短縮できる。その結果、
ドッグクラッチ機構の軸方向寸法を短縮できる。

【００１０】請求項２では、スリーブの内スプラインお
よび回転体の外スプラインの対向する端部に、スリーブ
と回転体との回転速度差によって相互に衝合する側とは
反対側にのみチャンファを設けてある。このようにすれ
ば、スリーブと回転体との間に多少の回転速度差があっ
ても、内スプラインと外スプラインとが衝突した時、チ
ャンファによってはね退けられることがなく、スムーズ
にかみ合わせることができる。そのため、スリーブ
（軸）と回転体との同期回転制御が簡単になるととも
に、スプラインの入り不良や異音発生を防止できる。

【００１１】請求項３は、請求項１または２のドッグク
ラッチ機構を、自動マニュアル変速機に適用したもので
ある。すなわち、入力軸と出力軸との間に配置された複
数の変速ギヤ対と、所望の変速段を確立するため各変速
ギヤ対を入力軸または出力軸と選択的に連結する複数の
切替装置と、各切替装置を切替駆動する変速用アクチュ
エータと、車両の走行状態に応じて変速用アクチュエー
タを制御するコントローラとを備えた自動変速機におい
て、上記切替装置のうちの少なくとも１つは、請求項１
または２に記載のドッグクラッチ機構で構成され、変速
段の切替時に、入力軸と出力軸との回転速度比が所望の
変速段に応じた速度比に近づくように入力軸の回転を制
御する手段が設けられていることを特徴とする自動変速
機である。この場合には、各切替装置の軸方向寸法を短
縮できるので、小形でコンパクトな自動変速機を実現で
きる。なお、入力軸の回転制御を行なう手段としては、
エンジン回転数を制御してもよいし、クラッチのすべり
制御を行なってもよい。さらに、入力軸に補助モータを
設け、このモータの回転によって入力軸の回転制御を行
なってもよい。

【００１２】本発明で回転体としては、変速ギヤに限ら
ず、プーリ、スプロケット、回転軸などであってもよ
い。したがって、本発明のドッグクラッチ機構は変速段
の切替装置に限らず、トランスファの２輪・４輪切替装
置や、高・低速切替装置など種々の用途に用いることが
できる。

【００１３】また、ハブを間にして両側に回転体が設け
られている場合には、ハブのガイド爪は両方向に突出し
ている必要があるが、回転体がハブの片側にのみ設けら
れている場合には、ガイド爪は片側にのみ突出しておれ
ばよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明にかかるドッグクラ
ッチ機構を用いた自動マニュアル変速機の一例の概略構
造を示す。エンジン１の出力軸２は、乾式クラッチ３を
介して変速機４の入力軸６に接続されている。この実施
例の変速機４は、５速仕様のＦＦ横置き式マニュアル変
速機である。変速機４のハウジング５の内部には、入力
軸６と出力軸７とが車幅方向に平行に支持されている。
入力軸６の始端側（エンジン側）には１速ギヤ８と２速
ギヤ９と後退用ギヤ１０とが固定され、入力軸６の終端
側には３速ギヤ１１と４速ギヤ１２と５速ギヤ１３とが
順に回転自在に支持されている。３速ギヤ１１および４
速ギヤ１２は３−４速用切替装置１４によって入力軸６
に対して選択的に連結され、５速ギヤ１３は５速用切替
装置１５によって選択的に入力軸６に連結される。

【００１５】出力軸７の始端側には出力ギヤ１６が固定
されている。出力ギヤ１６に隣接して１速ギヤ１７と２
速ギヤ１８とが出力軸７上に回転自在に支持され、これ
らギヤ１７，１８は１−２速用切替装置１９によって出
力軸７に選択的に連結される。１速ギヤ１７は入力軸６
上の１速ギヤ８と常時噛み合い、２速ギヤ１８は入力軸
６上の２速ギヤ９と常時噛み合っている。切替装置１９
には後退用ギヤ２０が一体に設けられており、このギヤ
２０はアイドラギヤ２１を介して入力軸６の後退用ギヤ
１０と噛み合い可能となっている。出力軸７の後部側に
は、入力軸６上の３速ギヤ１１，４速ギヤ１２および５
速ギヤ１３と夫々噛み合う３速ギヤ２２，４速ギヤ２３
および５速ギヤ２４が固定されている。出力軸７の出力
ギヤ１６はディファレンシャル装置２５のリングギヤ２
６と噛み合い、駆動力を左右の駆動軸２７，２８へ分配
している。

【００１６】上記クラッチ３および切替装置１４，１
５，１９は、それぞれクラッチ用アクチュエータ３０お
よび変速用アクチュエータ３１〜３３によって駆動さ
れ、これらアクチュエータ３０〜３３はコントローラ３
４によって車両の走行状態に応じて制御されている。す
なわち、コントローラ３４には予め走行状態に応じたプ
ログラム（変速マップおよびクラッチ制御マップ）が格
納されており、エンジン回転数、車速、スロットル開
度、走行レンジ、入出力軸の回転数などの走行条件に応
じて適切な状態を選択し、この状態となるようにクラッ
チ３および切替装置１４，１５，１９を駆動している。
なお、このような制御はそれ自体公知であるので、詳し
い説明を省略する。アクチュエータ３０〜３３は油圧式
アクチュエータを用いてもよいし、ステップモータなど
の電動式アクチュエータを用いてもよい。

【００１７】上記切替装置１４，１５，１６はドッグク
ラッチ機構で構成されている。図３，図４は切替装置１
４の詳細構造を示す。ドッグクラッチ機構よりなる切替
装置１４は、入力軸６と内スプライン４０ａによってス
プライン嵌合し、入力軸６と一体回転するハブ４０を備
えており、このハブ４０は３速ギヤ１１と４速ギヤ１２
の間に配置されている。３速ギヤ１１と４速ギヤ１２の
対向する端部には、外スプライン１１ａ，１２ａが一体
に形成されている。そして、ハブ４０の外周には、ハブ
４０に対して軸方向に移動可能に係合するスリーブ４１
が設けられ、このスリーブ４１の内周部には３速ギヤ１
１および４速ギヤ１２の外スプライン１１ａ，１２ａと
係合可能な内スプライン４１ａが設けられている。スリ
ーブ４１の外周部には変速用アクチュエータ３１のフォ
ークと係合する周溝４１ｂが形成されている。

【００１８】上記ハブ４０の外周部には、従来のような
外スプラインが設けられておらず、スプラインに代えて
複数（ここでは３個）のガイド爪４０ｂが突設されてい
る。これらガイド爪４０ｂは３速ギヤ１１および４速ギ
ヤ１２の外スプライン１１ａ，１２ａの外周側へオーバ
ーハングするように、軸方向へ延びている。また、スリ
ーブ４１の内周部には、上記ガイド爪４０ｂと軸方向に
摺動自在に係合するガイド溝４１ｃが形成されている。
そして、スリーブ４１の軸方向寸法Ｌは、スリーブ４１
を軸方向にシフトした際、スリーブ４１の内スプライン
４１ａが一方の外スプライン１１ａ，１２ａにのみ係合
する寸法に設定されている。

【００１９】ところで、ドッグクラッチ機構の場合、同
期装置とは異なり、スリーブ４１とギヤ１１，１２との
間に回転速度差があると、スムーズに噛み合うことがで
きない。そこで、この実施例ではスムーズな噛み合わせ
を行なうため、次のような２つの手段を講じている。第
１の手段は、図５の（ａ）に示すようにスリーブ４１の
内スプライン４１ａの軸方向両端に、回転方向側にのみ
チャンファ４１ｄを設けるとともに、ギヤ１１，１２の
外スプライン１１ａ，１２ａに、回転方向と反対側にの
みチャンファ１１ｂ（ギヤ１２の外スプライン１２ａは
図示せず）を形成した点である。第２の手段は、３速ギ
ヤ１１の回転速度Ｖｇがスリーブ４１の回転速度Ｖｓよ
りやや速くなるように速度調整した状態で、スリーブ４
１をシフトするようにした点である。

【００２０】すなわち、ギヤ１１の回転速度Ｖｇがスリ
ーブ４１の回転速度Ｖｓより遅い状態でスリーブ４１を
シフトすると、チャンファ４１ｄ，１１ｂどうしが衝合
し、スプラインのはね退けによってギヤ入り不良や異音
発生が生じる。これに対し、ギヤ１１の回転速度Ｖｇを
スリーブ４１の回転速度Ｖｓよりやや速くなるように速
度制御した状態で、スリーブ４１をシフトすれば、図５
の（ｂ）〜（ｃ）で示すようにチャンファ４１ｄ，１１
ｂとは反対側の平面が衝合し、容易に噛み合わせること
ができる。

【００２１】上記ギヤ１１，１２とスリーブ４１との回
転速度制御は、入力軸６の回転速度を制御することで実
施できる。入力軸６の回転制御は、例えばエンジン回転
数制御やクラッチ３のすべり制御などによって実施でき
るし、この他に、入力軸６に補助モータを設け、このモ
ータの回転によって入力軸６の回転速度制御を行なうこ
ともできる。いずれにしても、厳密な回転制御を必要と
しないので、実施が容易である。

【００２２】ここで、上記切替装置１４の作動、特に３
速から４速への切替動作を説明する。図３の二点鎖線で
示すように、３速で走行している時に４速へ変速を行な
う必要が生じた場合には、まずエンジントルクを低下さ
せ、３速ギヤ１１，２２に伝達されたトルクを低下させ
る。そして、アクチュエータ３１によってスリーブ４１
を図３の左方へシフトし、図３の実線で示すニュートラ
ル状態とする。ここで、エンジン回転数制御やクラッチ
すべり制御によって入力軸６の回転速度をＶｇ＞Ｖｓと
なるように制御し、アクチュエータ３１によってスリー
ブ４１を４速方向（図３の左方向）へシフトする。この
時、スリーブ４１はガイド爪４０ｂとガイド溝４１ｃと
によってガイドされ、軸方向へ移動する。そして、スリ
ーブ４１がハブ４０の外周部から外れ、その内スプライ
ン４１ａが４速ギヤ１２の外スプライン１２ａと噛み合
う位置までシフトされた時点、シフト終了となる。この
状態で、スリーブ４１の内スプライン４１ａは４速ギヤ
１２の外スプライン１２ａのみと噛み合う。したがっ
て、入力軸６の駆動力は、ハブ４０〜ガイド爪４０ｂ〜
スリーブ４１〜外スプライン１２ａ〜４速ギヤ１２へと
伝達され、４速状態となる。なお、スリーブ４１を図３
の右方向へシフトした場合（４速から３速への変速時）
も、上記と同様であるので、説明を省略する。

【００２３】ところで、入力軸６に補助モータを設け、
このモータの回転によって変速時に入力軸６の回転速度
制御を行なう場合には、次のようにすればよい。すなわ
ち、一旦クラッチ３を解放してスリーブ４１をニュート
ラル位置へシフトし、補助モータでＶｇ＞Ｖｓとなるよ
うに回転合わせを行なった後、スリーブ４１を所望のギ
ヤの外スプラインに噛み合わせる。その後でクラッチ３
を締結すればよい。

【００２４】図３，図４ではドッグクラッチ機構を３−
４速切替装置１４に適用した例を説明したが、同様のド
ッグクラッチ機構を５速切替装置１５や１−２速切替装
置１９に適用することもできる。ドッグクラッチ機構を
５速切替装置１５に適用した場合には、スリーブが片側
にのみシフトすればよいので、ハブのガイド爪は片側に
のみ突出しておればよい。また、ドッグクラッチ機構を
１−２速切替装置１９に適用した場合には、スリーブに
後退用ギヤ２０を一体に設ける必要がある。

【００２５】上記のようにドッグクラッチ機構のスリー
ブ４１がハブ４０と一方の外スプライン１１ａ，１２ａ
とに跨がって噛み合う必要がないので、スリーブ４１の
軸方向長さＬを従来（図１参照）に比べて短くでき、こ
れに対応してハブ４０の軸方向長さも短くすることがで
きる。その結果、このドッグクラッチ機構を装備した変
速機の軸方向長さを短くできる。特に、図２のようなＦ
Ｆ横置き式変速機の場合、その軸方向寸法はエンジンル
ームの幅寸法によって厳しく制約されている。そのた
め、変速機の軸方向寸法を少しでも短縮することが重要
な課題となっているが、上記のように切替装置をドッグ
クラッチ機構で構成することで、軸方向の大幅な短縮が
可能である。

【００２６】上記実施例では、本発明のドッグクラッチ
機構を自動マニュアル変速機の変速機構に適用した例を
示したが、その他のあらゆる動力伝達機構に適用できる
ことは勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
に記載の発明によれば、ドッグクラッチ機構のハブの外
周部に複数のガイド爪を突設し、スリーブの内周部にガ
イド爪と軸方向に摺動自在に係合するガイド溝を形成
し、スリーブを軸方向にシフトした際、スリーブの内ス
プラインが回転体の外スプラインにのみ係合するように
構成したので、スリーブの軸方向寸法を短縮でき、従来
に比べて軸方向寸法の短いドッグクラッチ機構を実現で
きる。また、上記ドッグクラッチ機構を自動マニュアル
変速機に適用することで、軸方向にコンパクトで、構造
の簡単な自動変速機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的なドッグクラッチ機構の断面図である。

【図２】本発明にかかるドッグクラッチ機構を用いた自
動マニュアル変速機の一例の概略機構図である。

【図３】図２の３−４速切替装置の断面図である。

【図４】図３の３−４速切替装置のハブとスリーブの分
解斜視図である。

【図５】スリーブの内スプラインとギヤの外スプライン
との噛み合い動作を示す平面図である。

【符号の説明】

１ エンジン ３ クラッチ ４ 変速機 ６ 入力軸 ７ 出力軸 １４，１５，１９ 切替装置（ドッグクラッチ機構） １１，１２ ギヤ（回転体） １１ａ，１２ａ 外スプライン ３０ クラッチ用アクチュエータ ３１〜３３ 変速用アクチュエータ ３４ コントローラ ４０ ハブ ４０ｂ ガイド爪 ４１ スリーブ ４１ａ 内スプライン ４１ｃ ガイド溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸と一体回転するハブと、軸上に回転自在
   に支持され、ハブと対向する端部に外スプラインを有す
   る回転体と、ハブに対して軸方向に移動可能に係合し、
   内周部に回転体の外スプラインと係合可能な内スプライ
   ンを有するスリーブとを備え、スリーブを軸方向にシフ
   トすることにより、ハブと回転体とを選択的に連結する
   ドッグクラッチ機構において、上記ハブの外周部には、
   回転体の外スプラインの外周側に沿って軸方向へ延びる
   複数のガイド爪が突設され、上記スリーブの内周部に
   は、上記ガイド爪と軸方向に摺動自在に係合するガイド
   溝が形成され、上記スリーブを軸方向にシフトした際、
   スリーブの内スプラインが回転体の外スプラインにのみ
   係合するように構成されていることを特徴とするドッグ
   クラッチ機構。
2. 【請求項２】上記スリーブの内スプラインおよび回転体
   の外スプラインの対向する端部に、スリーブと回転体と
   の回転速度差によって相互に衝合する側とは反対側にの
   みチャンファが設けられていることを特徴とする請求項
   １に記載のドッグクラッチ機構。
3. 【請求項３】入力軸と出力軸との間に配置された複数の
   変速ギヤ対と、所望の変速段を確立するため各変速ギヤ
   対を入力軸または出力軸と選択的に連結する複数の切替
   装置と、各切替装置を切替駆動する変速用アクチュエー
   タと、車両の走行状態に応じて変速用アクチュエータを
   制御するコントローラとを備えた自動変速機において、
   上記切替装置のうちの少なくとも１つは、請求項１また
   は２に記載のドッグクラッチ機構で構成され、変速段の
   切替時に、入力軸と出力軸との回転速度比が所望の変速
   段に応じた速度比に近づくように入力軸の回転を制御す
   る手段が設けられていることを特徴とする自動変速機。