JP6165716B2 - 回転伝動素子、動力入切式伝動装置、変速装置及び伝動システム - Google Patents

回転伝動素子、動力入切式伝動装置、変速装置及び伝動システム Download PDF

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Description

本発明は動力伝動技術に関し、更に詳細に述べると、動力入切式伝動装置又は変速装置の主要な構成要素である回転伝動素子及びこの回転伝動素子を利用して構成された動力入切式伝動装置及び変速装置に関するものである。
動力伝動装置、特に変速装置に関しては、今まで多くの技術が開発され、産業の発展に寄与しているが、特に、摩擦式クラッチを利用した変速装置、トルクコンバータを利用した変速装置、無段変速装置(CVT)は、現在でも高い技術水準を維持している。
特許文献1乃至3に開示された技術は、この技術分野の具体例を示す。この技術分野では、更に、特許文献4に開示されている一方向クラッチ(ワンウェイクラッチ)を利用した装置も提供されている。
しかし、これらの従来技術による装置は、以下の(a)乃至(d)のような欠点がある。
(a)摩擦クラッチを利用する装置
互いに噛み合った複数の歯車を有する変速装置を例として述べると、この形態の装置は、変速比率の異なる複数の歯車を用い、入力軸の回転数を複数の比で出力軸に伝達すると、歯車の噛み合わせの切り替え時に、原動機から入力軸への動力伝達を一時遮断する必要がある。従って、この形態の変速装置は、原動機側の回転の影響を緩和させるため、いったんクラッチを外して回転比の小さい噛み合わせ状態にし、その後、所定の歯車噛み合わせ状態にして再びクラッチを接続しなければならない。
(b)トルクコンバータを利用する装置
トルクコンバータは、ポンプインペラ、タービンライナ、ステータの3つのエレメントが粘性流体(例えば、専用オイル)で満たされたケーシングの内外にわたって組み立てられ、これらの3つのエレメントの稼働による粘性流体の流れを利用して原動機の出力を駆動軸側に伝えている。このトルクコンバータは、その出力軸に歯車変速装置が接続されても変速比変更時のショックが粘性流体で吸収されるので、変速がスムーズに行える。しかし、このトルクコンバータは、粘性液体の飛散防止、温度上昇防止、騒音防止などの対策が必要になるため、大型で重量が大きく、コストが高くなる。その上、流体用の複数の調整バルブの相互干渉、動作不安定、圧力変動の発生の可能性を低減するための技術的配慮が必要となるので、高度の油圧制御技術が要求される。
(c)無段変速装置(CVT)
理論上の効率がよいCVTは、理想的な変速比が常に保たれるので、パワーロスが少なく、伝動系統も小型化ですむので、軽量化することができる。しかし、これは、歯車の噛み合わせで動力伝達するのでなく、プーリとベルトとの接触圧で動力伝達するため、大きなトルクが発生する大型機械類の変速には適さない。また、常にプーリとベルトとの摩擦が発生するために、清浄化できる潤滑環境が必要になる。従って、潤滑に専用のオイルが必要になる。
変速装置や伝動装置は、高精度、高伝動効率、構成の簡潔性、製作容易性、少部品数、軽量性、コストダウン、変速比の連続可変性、入切や変速の際の衝撃緩和の如き条件を満たすことが望ましいが、このような条件をどの程度満足させるかによって製品の特性(優劣)が決定される。しかし、従来技術の伝動系統系は、上記の(a)乃至(c)の如き欠点があってこのような条件を完全に満足させることができなかった。
また、従来技術の一方向クラッチは、クラッチ係合状態からクラッチ離脱状態に切り替えする際に、大きな切り替え操作力を必要とするが、それは、クラッチ係合状態で一方向クラッチのトルクが強力に作用しているからである。更に、高速回転状態にある回転入力側を停止状態ないし低速状態にある回転出力側に伝達する際に、双方の速度差に起因して大きな衝撃が発生し、この際の衝撃が原因で部品の破損を生じること欠点があった。
特開平07−127667号公報 特開2011−085171号公報 特開2011−149470号公報 特開2010−159869号公報
本発明が解決しようとする課題は、動力伝導系統の高精度、高伝動効率、構成の簡潔性、製作容易性、少部品数、軽量化、コストダウン、変速比の連続可変性、入切や変速の際の衝撃緩和を満足させることができる回転伝動素子、動力入切式伝動装置、変速装置及び変速システムを提供することにある。
本発明の基本的な第1の課題解決手段は、
外周を通して回転動力を受け渡しするため伝動輪と、伝動軸と、 前記伝動輪と伝動軸とを一方向にのみ同方向に回転し又は前記伝動輪と伝動軸との間で回転が伝達しないようにし、伝動輪の内周と伝動軸の外周に介在することができる一方向クラッチとを備え、
前記一方向クラッチは、その内周と外周とのいずれか一方にはクラッチ装着部があり、その内周と外周とのいずれか他方にはクラッチ係合部があり、
前記伝動輪と伝動軸とは、前記伝動軸が軸心部側で、前記伝動輪が外周側に相対的に配置されて組み合わされており、
前記伝動輪内周と伝動軸外周とのいずれか一方には、前記一方向クラッチのクラッチ装着部が固定され、前記伝動輪内周と伝動軸外周とのいずれか他方には、前記一方向クラッチのクラッチ係合部に対応してクラッチ係合を達成する伝達エリア部が設けられ、
前記一方向クラッチは、前記伝達エリア部とクラッチ係合部とが相互に一致しているときには、前記伝動輪と伝動軸とを接続するクラッチ係合状態となり、前記伝達エリア部とクラッチ係合部とが不一致であるときには、前記伝動輪と伝動軸との接続を解除する状態になること
を特徴とする回転伝動素子を提供することにある。
本発明のこの基本的な課題解決手段において、前記一方向クラッチの外周にクラッチ装着部があり、前記一方向クラッチの内周にクラッチ係合部があり、前記一方向クラッチが前記伝動輪の内周に固定され、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応する前記伝達エリア部が伝動軸の外周に設けられている形態としてもよいし、前記一方向クラッチの内周にクラッチ装着部があり、前記一方向クラッチの外周にクラッチ係合部があり、前記一方向クラッチが伝動軸の外周に固定され、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応する伝達エリア部が伝動輪の内周に設けられている形態としてもよい。
本発明の第2の課題解決手段は、
外周を通して回転動力を受け渡しするための伝動輪と、回転用の軸心部材である伝動軸と、
前記伝動輪と伝動軸とを一方向にのみ同方向同回転し、又は伝動輪と伝動軸との間を回転が伝達しないようにし、前記伝動輪の内周と伝動軸の外周との間に介在することができる一方向クラッチとを備え、
前記一方向クラッチは、その内周が前記伝動軸の外周と対応し、その外周が前記伝動輪の内周と対応し、前記一方向クラッチの内周には、前記伝動軸との周方向の相対移動を拘束しつつ前記伝動軸との軸方向の相対移動を許すクラッチ装着部があり、前記一方向クラッチの外周には、前記伝動輪とクラッチ接続するクラッチ係合部があり、
前記伝動輪の内周には、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応して前記一方向クラッチとのクラッチ係合を達成する伝達エリア部が設けられ、
前記伝動軸は、その外周を通して前記一方向クラッチのクラッチ装着部と嵌め合い自在に対応しており、かつ、前記伝動軸の外周には、前記一方向クラッチとの周方向の相対的移動を拘束しつつ前記一方向クラッチとの軸方向の相対的移動を許すクラッチ案内部が設けられ、
前記伝動軸が軸心部側で前記伝動輪が外周側に相対的に配置されて、前記伝動軸と伝動輪とが互いに組み合わされ、
前記伝動軸に外周に前記一方向クラッチが嵌め込まれ、前記伝動軸の外周のクラッチ案内部と前記一方向クラッチ内周のクラッチ装着部とは、相対的に嵌め合っており、この嵌め合いにより、前記伝動軸の外周上で前記一方向クラッチが周方向の回転を拘束しつつ軸方向にスライド自在になっており、
前記伝動輪の内周内の前記伝達エリア部と前記一方向クラッチのクラッチ係合部とが相互に一致しているときには前記伝動輪と伝動軸とが前記一方向クラッチによってクラッチ係合され、前記一方向クラッチが前記伝動軸の内周外にあって前記伝達エリア部とクラッチ係合部とが相互に不一致であるときには前記伝動輪と伝動軸とのクラッチ係合が解除されていること
を特徴とする回転伝動素子を提供することにある。
本発明の第3の課題解決手段は、
外周を通して回転動力を受け渡しするための伝動輪と、回転用の軸心部材である伝動軸と、
前記伝動輪と伝動軸とを一方向にのみ同方向同回転させ、又は前記伝動輪と伝動軸との間で回転が伝達しないようにし、前記伝動輪の内周と伝動軸の外周とに介在することができる一方向クラッチとを備え、
前記一方向クラッチは、前記伝動輪内周と伝動軸外周との間でクラッチ係合したりそのクラッチ係合を解除したりし、
前記伝動軸の外周には、その軸方向に移動操作する管状の副伝動軸が設けられ、
前記一方向クラッチは、その内周と外周とのいずれか一方にクラッチ装着部があり、その内周と外周との他方にクラッチ係合部があり、
前記伝動軸は、その外周を通して前記副伝動軸と嵌め合い自在に対応していて、前記副伝動軸との周方向の相対的移動を拘束しつつ前記副伝動軸との軸方向の相対的移動を許す移動案内雄部が設けられ、
前記副伝動軸は、その内周を通して前記副伝動軸と嵌め合い自在に対応してその内周には、前記伝動軸との周方向の相対的移動を拘束しつつ前記伝動軸との軸方向の相対移動を許す移動案内雌部が設けられ、
前記伝動軸と伝動輪とは、前記伝動軸が軸心部側で、前記伝動輪が外周側になるように相対的に配置されて互いに組み合わされ、
前記伝動輪内周と副伝動軸外周とのいずれか一方には、前記一方向クラッチのクラッチ装着部が固定され、前記伝動輪内周と副伝動軸外周とのいずれか他方には、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応してそのクラッチ係合を達成する伝達エリア部が設けられ、
前記伝達エリア部と一方向クラッチとが相互に一致しているときには、前記伝動輪と伝動軸とが前記一方向クラッチによってクラッチ係合状態にあり、また前記伝達エリア部と前記一方向クラッチとが相互不一致であるときには、前記伝動輪と伝動軸との間で前記一方向クラッチによるクラッチ係合が解除状態となること
を特徴とする回転伝動素子を提供することにある。
本発明の第3の課題解決手段において、前記一方向クラッチの外周に前記クラッチ装着部があり、前記一方向クラッチの内周にクラッチ係合部があって前記一方向クラッチが前記伝動輪の内周に固定され、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応してそのクラッチ係合を達成する伝達エリア部が前記副伝動軸の外周に設けられている形態としてもよいし、前記一方向クラッチの内周にクラッチ装着部があり、前記一方向クラッチの外周にクラッチ係合部があって前記一方向クラッチが前記副伝動軸の外周に固定され、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応してそのクラッチ係合を達成する伝達エリア部が前記伝動輪の内周に設けられている形態とすることができる。
本発明の第4の課題解決手段は、
外周を通して回転動力を受け渡しするための伝動輪と、回転用の軸心部材である伝動軸と、
前記伝動輪と伝動軸とを一方向にのみ同方向に同回転させ、又は前記伝動輪と伝動軸との間の回転が伝達しないようにし、前記伝動輪の内周と伝動軸の外周との間に介在すし、内外にそれぞれクラッチ係合部を有する2重構造の一方向クラッチと、
前記一方向クラッチを軸方向に移動操作するための管状の操作部材を備え、
前記伝動輪の内周には、少なくともその一部に、外側のクラッチ係合部と対応してクラッチ係合を達成する伝達エリア部が設けられて
前記伝動軸の外周には、少なくともその一部に、内側のクラッチ係合部と対応してクラッチ係合を達成する伝達エリア部が設けられ、
前記伝動軸が軸心部側で、前記伝動輪が外周側に相対的に配置されて、前記伝動軸と伝動輪とが互いに組み合わされ、
前記伝動軸の外周には、前記一方向クラッチの内側のクラッチ係合部を介して前記一方向クラッチが嵌め込まれ、前記一方向クラッチの両端部に隣接して前記操作部材がそれぞれ嵌め込まれ、
前記伝動輪内周側の伝達エリア部と前記伝動軸外周側の伝達エリア部と前記一方向クラッチの内外のクラッチ係合部とが相互に一致しているときには、前記伝動輪と伝動軸とが前記一方向クラッチによってクラッチ係合状態になり、前記伝達エリア部とクラッチ係合部とが相互に不一致のときには、前記伝動輪と伝動軸とが前記一方向クラッチのクラッチ係合の解除状態になること
を特徴とする回転伝動素子を提供することにある。
前記第1乃至第4の課題解決手段において、1つの伝動輪と1つの伝動軸とが2つの一方向クラッチによってクラッチ係合できるように対応してもよい。
本発明の第5の課題解決手段は、
外周を通して回転動力を受け渡しするための伝動輪と前記伝動輪の軸心部に回転自在に設けられた伝動軸とを含む2つの回転伝動素子を備え、
それぞれの回転伝動素子の対応する伝動輪は、伝動連係部材を介さない直接連繋手段と伝動連係部材を介した間接連繋手段とのいずれかの連繋手段によって相互に伝動自在に連繋され、
前記2つの回転伝動素子の少なくとも1つが前記第1乃至第4のいずれかの課題解決手段によるものであり、
前記回転伝動素子の伝動輪と伝動軸とが一方向クラッチによってクラッチ係合されると、一方の回転伝動素子側から他方の回転伝動素子側へ回転が伝達され、前記回転伝動素子の伝動輪と伝動軸とのクラッチ係合が解除されると、一方の回転伝動素子側から他方の回転伝動素子側への回転が伝達しなくなるものであること
を特徴とする動力入切式伝動装置を提供することにある。
本発明の第6の課題解決手段は、
出力用回転伝動素子と入力用回転伝動素子とを備え、前記出力用回転伝動素子は、外周を通して回転動力を受け渡しするものであって隣接した複数の伝動輪と前記複数の伝動輪の軸心部に設けられ手回転自在に支持された伝動軸とを有し、前記入力用回転伝動素子も、外周を通して回転動力を受け渡しするものであって互いに隣接した複数の伝動輪と前記複数の伝動輪の軸心部に設けられて回転自在に支持された伝動軸とを有し、
前記出力用回転伝動素子と入力用回転伝動素子の少なくとも一方の回転伝動素子は、第1乃至第4の課題解決手段による回転伝動素子であって、前記回転伝動素子に付加的に設けられた伝動輪を有し、一方向クラッチによって各伝動輪と伝動軸とがクラッチ係合されたり、そのクラッチ係合が解除されたりし、
前記出力用回転伝動素子側の各伝動輪と入力用回転伝動素子側の各伝動輪とが相対応していて伝動連係部材を介さない直接連繋手段と伝動連係部材を介した間接連繋手段とのいずれかの連繋手段で伝動自在に連繋され、
前記伝動軸といずれか一方の伝動輪とが一方向クラッチによってしてクラッチ係合されると、前記入力用回転伝動素子側から前記出力用回転伝動素子側へ回転が伝達され、一方向クラッチによる前記伝動軸とのクラッチ係合が、一方の伝動輪から他方の伝動輪へと変更されることにより、変速されること
を特徴とする変速装置を提供することにある。
第6の課題解決手段において、出力用回転伝動素子と入力用回転伝動素子との間に正回転用の伝動系と逆回転用の伝動系とが設けられ、前記正逆回転の伝動系が一方向クラッチを備えた軸方向の操作手段で切り替えられる形態とすることができる。この場合、回転伝動素子の互いに隣接する伝動輪の間を接続したり切り離したりするための断続手段が設けられているのが好ましく、また回転を伝達する伝動系が遊星歯車伝動機構を含むのが好ましい。
本発明の第7の課題解決手段は、
前記第6の課題解決手段による変速装置と、前記変速装置の回転動力入力側に設けられた回転原動系と、前記変速装置の回転動力出力側に設けられた回転作動系とを備えていて、前記回転原動系の回転動力が前記変速装置を経由して前記回転作動系に伝達されるように、前記回転原動系と変速装置と回転作動系とが組み合わされている伝動システムにおいて、
前記変速装置の回転伝動素子の一方向クラッチをクラッチ係合状態からクラッチ離脱状態に切り替える際又はクラッチ離脱状態からクラッチ係合状態に切り替える際に、前記回転伝動素子の伝動輪と伝動軸に相対的な回転速度差をもたせて前記一方向クラッチのクラッチ噛み合いが行われないように前記一方向クラッチを切り替えるようにしたこと
を特徴とする伝動システムを提供することにある。
第7の課題解決手段において、前記一方向クラッチのクラッチ噛み合いが行われないようにしつつ前記一方向クラッチを切り替える際に、前記回転原動系の測定対象物の回転速度又は回転数と、前記回転作動系の測定対象物の回転速度又は回転数とをそれぞれ検出し、その検出結果に基づいて前記回転伝動素子の伝動輪と伝動軸に相対的な回転速度差をもたせることができる。
本発明に係る回転伝動素子、動力入切式伝動装置、変速装置は、上記の構成を有することによって次の(1)乃至(5)の効果を達成することができる。
(1)本発明に係る回転伝動素子は、伝達エリア部と一方向クラッチとを軸方向に相対的に移動することによって伝動輪と伝動軸とをクラッチの係合又は解除するので、この回転伝動素子を用いて構成される伝動装置や変速装置は、伝動輪以外のエレメントを軸方向にシフトさせることによって動力入切操作とか変速操作とかが行える。このように、伝動自在に対応する伝動輪相互を接続したり切り離したりするのでなく、伝動輪相互に接続したまま伝動軸のみを軸方向に移動させるだけ動力伝達、変速の操作を行うこができるので、操作をきわめて円滑に行うことができ、従って、動力の入切や変速の際の衝撃緩和を大幅に緩和することができる。
(2)本発明の回転伝動素子を多段変速装置に用いた場合、動力の入切や変速は、伝動輪を相互に接続したまま行われるので、各変速段毎に対となる伝動輪相互がすべて接続状態にあるため、各変速段にわたる伝動軸の軸方向への連続変位操作によって、変速の連続性を確保することができる。また、各段の変速比を細かな段階的な多段変速とすることによって、無段変速にほぼ同等の変速を実現することができ、従って変速比の連続可変性も得ることができる。
(3)本発明に係る動力入切式伝動装置は、例えば、伝動効率のよい歯車伝動方式を選択することができ、従って、これは摩擦伝動方式を用いた従来技術の無段変速装置に比して伝動効率が高くなり、これは、特に変速の際の動力損失が小さくなる利点がある。
(4)本発明に係る回転伝動素子、動力入切式伝動装置及び変速装置の伝動系統の主要部品は、伝動軸と伝動輪と一方向クラッチであって特殊な部品を必要とするものではないので、高品質で安定して製作することができ、従って回転伝動素子、動力入切式伝動装置、変速装置を高精度に提供することができる。
(5)本発明に係る回転伝動素子は、伝動軸、伝動輪、操作部材、一方向クラッチから構成されるので、部品数がきめて少なく、軽量である。伝動軸は、簡単な伝達エリア部を有するだけであるので、構成が簡潔で製作が容易である。従って、この回転伝動素子は、構成の簡潔性と製作の容易性と部品数の少部化と軽量化を満足することができ、従って製品の価格を低減することができ、またこの回転伝動素子を用いた本発明の動力入切式伝動装置や変速装置も同様の効果を得ることができる。
(6)本発明に係る動力入切式伝動装置や変速装置は、上記回転伝動素子を構成要素としているので、上記と同様の効果を有し、また、回転伝動素子以外の部品は、既成の伝導系部品を用いることができるので、構成が簡潔で、製作が容易であり、且つ少部品数、軽量化、コストダウンをはかることができる。
(7)本発明に係る伝動システムは、本発明の変速装置と回転原動系と回転作動系とが組み合わされるので、変速装置によるクラッチ切り替えの際には、回転伝動素子の伝動輪と伝動軸に相対的な回転速度差をもたせて、すなわち、一方向クラッチのクラッチ噛み合いが行われないようにして、クラッチ切り替えを行う。クラッチ噛み合いが行われない状態でなされるクラッチ切り替は、操作力をほとんど必要とすることなく円滑に行うことができる。また、高速回転状態にある回転入力側を停止状態又は低速状態にある回転出力側に切り替える際にも、クラッチ噛み合いが成立しない状態で切り替えが行われるために、切り替え時の衝撃が発生することがなく、円滑にクラッチ切り替えを行うことができ、従って切り替え時の部品破損も起ることがない。
(8)上述したクラッチ切り替えにおいて、回転原動系の測定対象物の回転速度又は回転数と、回転作動系の測定対象物の回転速度又は回転数とをそれぞれ検出し、その検出結果に基づいて回転伝動素子における伝動輪と伝動軸に相対的な回転速度差をもたせるので、トラブルをともなうことがない合理的で安定したクラッチ切り替えを一層的確に行うことができる。
本発明に係る回転伝動素子の第1の群の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る回転伝動素子の第2の群の実施形態を示す説明図である。 本発明に係る回転伝動素子の第3の群の実施形態を示す説明図である。 本発明に用いられる種々の一方向クラッチを要部の概略断面図である。 本発明に係る動力入切式伝動装置の第1の実施形態の断面図である。 本発明に係る動力入切式伝動装置の第2の実施形態の断面図である。 本発明に係る動力入切式伝動装置の第3の実施形態の断面図である。 本発明に係る動力入切式伝動装置の第4の実施形態の断面図である。 本発明に係る動力入切式伝動装置の第5の実施形態の断面図である。 本発明に係る変速装置の第1の実施形態の断面図である。 本発明に係る変速装置の第2の実施形態の断面図である。 本発明に係る変速装置の第3の実施形態の断面図である。 本発明に係る変速装置の第4の実施形態の断面図である。 本発明に係る変速装置の第5の実施形態の断面図である。 本発明に係る変速装置の第6の実施形態の断面図である。 本発明に係る変速装置の第7の実施形態の断面図である。 本発明に係る伝動システムの1つの実施形態の概略ブロック回路図を含む断面図であり、この伝動システムの変速装置は、減速クラッチ係合状態にある。 図17の伝動システムの変速装置のクラッチ中立状態の断面図である。 図17の伝動システムの変速装置の増速クラッチ係合状態の断面図である。 図17の伝動システムの原動機回転の制御工程のブロック図である。
本発明に係る回転伝動素子の実施形態を添付図面に基づいて最初に説明し、その後、動力入切式伝動装置及び変速装置の実施形態を順次添付図面に基づいて説明する。
本発明に係る回転伝動素子、動力入切式伝動装置及び変速装置の各構成要素(部品)は、典型的な例では、主に、炭素合金系鋼の如き金属から構成されているが、ベルト等の柔軟性の部品は、ゴム、合成樹脂などから構成されている。
本発明に係る回転伝動素子111は、図1に種々の実施形態で示されている。図1中、図1(A)(B)(F)は、歯車伝動方式に用いることができる回転伝動素子111を示し、図1(C)は、ベルト伝動方式に用いることができる回転伝動素子111を示し、また、図1(D)は、タイミングベルト伝動方式に用いることができる回転伝動素子111を示している。更に、図1(E)は、チェーン伝動方式に用いることができる回転伝動素子111を示している。
図1(A)の回転伝動素子111は、外周を通して回転動力を受け渡しするための伝動輪121と、回転用の軸心部材である伝動軸141とを備えている。伝動輪121は、平歯車から成っている。更に詳細に述べると、伝動輪121は、大歯車(ギア)や小歯車(ピニオン)の如き平歯車からなり、その軸心線と平行な多数の歯が歯車の外周にある。伝動軸141は、後述するような加工が施されている。
図1(A)の一方向クラッチ131は、フリーホイールとも称される。一方向クラッチ131は、周知のとおり、一方の方向のみに回転力を伝達するためのものである。この一方向クラッチ131は、例えば、圧入手段、焼き嵌め手段、冷やし嵌め手段、キー止め手段、ネジ止め手段、溶接手段の如き1つ又は複数の適宜の手段によって伝動輪121の内周に取り付けられている。この一方向クラッチ131の一例が図4に示されており、以下これについて簡単に説明する。
図4(A)(B)に示された一方向クラッチ131の主たる構成は、特開2007−255604号公報に開示されているものと同じである。図4(A)(B)の一方向クラッチ131は、外輪132Yとローラ133とばね部材134とを備えている。外輪132Yは、伝動輪121の内周に装着される。ローラ133は、外輪132Yと伝動軸141との間に配置されている。外輪132Yの内周面にはカム面132aが設けられている。ばね部材134は、ローラ133をクラッチ噛み合い方向に押し付けている。従って、伝動軸141が図4の時計回り方向(正方向)に回転してローラ133がカム面132aに噛み込むと、図4(A)に示すように、伝動輪121と伝動軸141との相対回転が拘束される。従って、伝動軸141の出力回転(回転トルク)が一方向クラッチ131を介して伝動輪121に伝えられる。これに対し、伝動軸141が反時計回り方向(逆方向)に回転してローラ133がカム面132aの隙間がある側へ逃げると、図4(B)に示すように、ローラ133が空転して内外両輪132、133の相対回転が許容される。従って、伝動軸141の出力回転が伝動輪121に伝わらない。この説明から明らかなように、図4(A)(B)の一方向クラッチ131は、その内周に伝動軸141とのクラッチ係合部CCがあり、かつ、その外周にクラッチ装着部CWがある。図4(A)(B)の一方向クラッチ131は、上記のように、その外周にあるクラッチ装着部CWを介して伝動輪121の内周に装着され、かつ、その内周にあるクラッチ係合部CCを介して伝動軸141の外周(後述の伝達エリア部142)とクラッチ係合する。図4(A)(B)の一方向クラッチ131は、その内周を介してクラッチ係合するので、内周係合型と称する。
図4(C)(D)に示された一方向クラッチ131の主たる構成は、特開2009−156466号公報に開示されているものと同じである。図4(C)(D)の一方向クラッチ131も、図4(A)(B)のと同じ基本的構成を有する。ただし図4(C)(D)の一方向クラッチ131は、カム面132aを有する複数の保持空間132bが外輪132Yの内周面に等間隔に分散して形成されている。各保持空間132b内にはニードル型のローラ133が介在され、このローラ133が保持空間132b内のばね部材134で所定方向に押し込まれている。図4(C)(D)の一方向クラッチ131も、伝動軸141が反時計回り方向に回転してローラ133がカム面132aに噛み込むと、図4(C)のように伝動輪121と伝動軸141との相対回転が拘束され、伝動軸141が時計回り方向に回転してローラ133がカム面132a隙間がある側へ逃げると、図4(D)のようにローラ133が空転して内外両輪132、133の相対回転が許容される。従って、図4(C)(D)の一方向クラッチ131は、同図(C)の状態では伝動軸141の回転トルクが一方向クラッチ131を介して伝動輪121に伝わり、同図(D)の状態では伝動軸141の回転トルクが伝動輪121に伝わらない。この図4(C)(D)の一方向クラッチ131も、その内周に伝動軸141のとのクラッチ係合部CCがあり、かつ、その外周にクラッチ装着部CWがある。従って、この一方向クラッチ131も、内周係合型である。
再び、図1に戻って説明すると、図1(A)の伝動軸141は、図4(A)(B)又は図4(C)(D)の一方向クラッチ131とクラッチ係合自在に対応しており、その外周に伝達エリア部142と不伝達エリア部143とが軸方向に隣接して設けられる。伝達エリア部142は、伝動輪121の一方向クラッチ131によって特定一方向の回転時にクラッチ噛み合いを行う領域であり、不伝達エリア部143は、一方向クラッチ131に対して正逆回転いずれの方向にもクラッチ噛み合いを行われない領域である。具体例を述べると、伝達エリア部142の外周は、一方向クラッチ131の内周(クラッチ係合部CC)に対してクラッチ噛み合い可能に内接し、不伝達エリア部143の外周は、一方向クラッチ131の内周との間に微少の間隙を有し、従って、一方向クラッチ131の内周(クラッチ係合部CC)と接触していない。一方向クラッチ131の内径を「D」、伝達エリア部142の外径を「d1」、不伝達エリア部143の外径を「d2」とした場合、[D≒d1>d2]の関係が成立している。この場合、D≒d1は、実質的に[D=d1]と見なして支障ないが、一方向クラッチ131と伝達エリア部142との嵌め合いがきわめて微小な径の差で成立するので、d1は、Dよりわずかに小さいことを意味する。このような伝動軸141の伝達エリア部142の外径は、不伝達エリア部143の外径よりも大きい。更に、伝動軸141の伝達エリア部142と不伝達エリア部143との間には、これらのエリア部142、143の段差を緩和するためのテーパ面又は円弧面によって段差緩和用のスロープ周面部144が形成されている。
伝動輪121と内周係合型の一方向クラッチ131と伝動軸141とから成る図1(A)の回転伝動素子111において、伝動輪121は、伝動軸141の外周に保持して嵌合されている。このようして組み合わされた伝動輪121と伝動軸141とは、軸方向の移動に対して拘束されていないので、両者の軸方向の相対移動が自由に行える。即ち、伝動輪121は、伝動軸141の伝達エリア部142に対応する位置から伝動軸141の不伝達エリア部143側へとシフトさせたり、逆に、伝動軸141の不伝達エリア部143に対応する位置から伝動軸141の伝達エリア部142側へとシフトさせたりすることができる。伝動輪121が伝動軸141の伝達エリア部142に位置するときには、特定の方向の回転を伝達することができる伝動輪121側の一方向クラッチ131がクラッチ係合部CCを介して伝動軸141の伝達エリア部142と噛み合う。この場合の特定方向とは、時計回り方向(正回転方向)と反時計回り方向(逆回転方向)とのうちのいずれか一方である。クラッチが噛み合うと、伝動輪121と伝動軸141とが特定方向にのみ一体回転する。伝動輪121が伝動軸141の不伝達エリア部143に位置すると、伝動輪121の一方向クラッチ131による伝動軸141とのクラッチ噛み合いが正逆両方向とも行われない。従ってこの場合、伝動輪121と伝動軸141との相互間で動力の伝達は行われない。
図1(B)の回転伝動素子111において、その伝動輪121は、傘歯車から成っている。図1(B)の回転伝動素子111の他の構成は、図1(A)の回転伝動素子111の構成と実質的に同じである。図1(B)の回転伝動素子111において、伝動軸141に対する一方向クラッチ131の機能は、図1(A)の回転伝動素子111のそれと実質的に同じである。
図1(C)の回転伝動素子111においては、その伝動輪121は、平ベルトのプーリから成っている。この伝動輪121には、ベルトの種類に応じてフランジ付きの平ベルト用プーリが用いられたり、Vベルト用のプーリが用いられたりする。図1(C)の回転伝動素子111が用いられた伝導系では、伝動輪121の外周に所定のベルトが掛けられる。図1(C)の回転伝動素子111の他の構成は、図1(A)の回転伝動素子111の構成と実質的に同じである。同様に、図1(C)の回転伝動素子111において、伝動軸141に対する一方向クラッチ131の機能は、図1(A)の回転伝動素子111のそれと実質的に同じである。
図1(D)の回転伝動素子111においては、その伝動輪121は、タイミングベルト車(タイミングプーリ)から成り、この回転伝動素子111が用いられる伝導系では、伝動輪121の外周にタイミングベルトが掛けられる。図1(D)の回転伝動素子111の他の構成は、図1(A)の回転伝動素子111の構成と実質的に同じであり、また伝動軸141に対する一方向クラッチ131の機能も、図1(A)の回転伝動素子111のそれと実質的に同じである。
図1(E)の回転伝動素子111においては、その伝動輪121は、スプロケット(スプロケットギアや鎖車ともいう)から成っている。この回転伝動素子111が用いられる伝導系では、伝動輪121の外周にチェーンが掛けられる。この回転伝動素子111の他の構成及び一方向クラッチ131の機能も、図1(A)の回転伝動素子111のそれと実質的に同じである。
図1(F)の回転伝動素子111の伝動輪121は、図1(A)と同様の平歯車から成っているが、その一方向クラッチ131には、図4(E)(F)の形態のものが用いられており、これに基づいて、一部の構成は、以下のように前例と異なる。
図4(E)(F)の一方向クラッチ131は、外周係合型であり、内周係合型と比べ、内周外周の構成が逆となっている。図4(E)(F)の一方向クラッチ131は、内輪132Xとローラ133とばね部材134とを備えている。内輪132Xは、伝動軸141の外周に装着され、ローラ133は、この内輪132Xと一方向クラッチ131の外周(即ち伝動輪121の内周)との間に配置されている。内輪132Xの外周面にはカム面132aが設けられている。ばね部材134は、ローラ133をクラッチ噛み合い方向に押し付けている。従って、伝動軸141が反時計回り方向(逆方向)に回転してローラ133がカム面132aに噛み込むと、図4(E)のように伝動輪121と伝動軸141との相対回転が拘束され、伝動軸141の出力回転(回転トルク)が一方向クラッチ131を介して伝動輪121に伝えられる。一方、伝動軸141が時計回り方向(正方向)に回転してローラ133がカム面132aの隙間がある側へ逃げると、図4(F)のようにローラ133が空転して内外両輪132、133の相対回転が許容され、伝動軸141の出力回転が伝動輪121に伝わらない。この説明から明らかなように、図4(E)(F)の一方向クラッチ131には、その内周に伝動軸141に対するクラッチ装着部CWがあり、外周に伝動輪121とのクラッチ係合部CCがある。図1(F)の伝動軸141がスプライン軸である場合には、同図(E)(F)の一方向クラッチ131の内周(クラッチ係合部CC)には、そのスプライン軸と対応するスプライン溝(凹凸条)が形成される。図4(E)(F)の一方向クラッチ131は、あるクラッチ装着部CWを介して伝動軸141の外周に装着され、クラッチ係合部CCを介して伝動輪121の内周(後述の伝達エリア部122)とクラッチ係合する。
図4(E)(F)の一方向クラッチ131が用いられる図1(F)の伝動軸141は、スプライン軸から成っている。従って、伝動軸141の外周には、その全周にわたり凹凸条が等間隔で形成され、一方、図4(E)(F)の一方向クラッチ131の内周(クラッチ装着部CW)には、凸凹条)が形成されている。図1(F)の伝動軸141は、一方向クラッチ131の軸心部を貫通する状態で図4(E)(F)の一方向クラッチ131と組み合わされる。この場合、一方向クラッチ131と伝動軸141とはスプライン結合しているので、軸方向には相対移動するが、周方向には相対的に拘束されて一体回転する。一方向クラッチ131の外周は、伝動輪121の内周(伝達エリア部122)とクラッチ係合自在に対応している。更に、図1(F)の伝動軸141には、管状の2つの操作部材151がスライド自在に嵌め込まれている。これらの2つの操作部材151は、伝動軸141の外周に対応した内径を有し、かつ、伝動輪121の内周に進入することができる外径を有する。これらの操作部材151は、一方向クラッチ131を軸方向に移動させるためのものであり、伝動軸141の外周において一方向クラッチ131の両端に隣接する位置にある。一方向クラッチ131をクラッチ係合したりクラッチ解除(クラッチ非係合)したりするために、この一方向クラッチ131は、両操作部材151によって移動される。
図4(E)(F)の外周係合型の一方向クラッチ131は、平歯車以外の伝動輪121を用いた図1(B)乃至(F)の回転伝動素子111にも適用することができる。図1(A)乃至(F)の回転伝動素子111は、更に、1つの伝動軸141に2つ以上の伝動輪121が組み合わされていてもよい。この場合、複数の伝動輪121と一つの伝動軸141とは、それぞれ一方向クラッチ131を介してクラッチ係合自在に対応するように設けられる。
図1(A)乃至(F)の回転伝動素子111は、既に述べたように、伝達エリア部(122、142)が伝動輪121側にあったり、伝動軸141側にあったりする。図1(A)乃至(E)の回転伝動素子111では、伝動軸141が伝達エリア部142と不伝達エリア部143とを有している。これに以外の回転伝動素子111には不伝達エリア部143がないものもある。このような回転伝動素子111の実施形態は、図2を参照して以下に述べる
図2(A)の回転伝動素子111において、伝動軸141は、伝達エリア部142の中央の両側で細径部145となっており、これらの細径部145の外周に複数のベアリング146が設けられている。これらのベアリング146は、伝動軸141の細径部145に嵌め込まれたスペーサリング147aと細径部145の端部にねじ込まれた端栓148とによって細径部145上に保持されている。この図示の伝動軸141においては、一方向クラッチ131に隣接するベアリング146が不伝達エリア部143を構成している。この伝動軸141においては、一方向クラッチ131がベアリング146上にあって、一方向クラッチ131とベアリング146とがクラッチ係合しているとしても、ベアリング146のアウタリング(ベアリング外周)が細径部145上を自由回転するだけであるので、一方向クラッチ131と伝動軸141との間で動力の伝達が行われない。伝達エリア部142の両隣のベアリング146は、それぞれ1つだけであってもよい。
図2(B)の回転伝動素子111の伝動軸141においては、ベアリング146に代えて、伝動軸細径部145の外周に管状又は筒状の回転リング149が回転自在に嵌め込まれている。細径部145の外周で回転リング149の隣には、回転リング149の抜け止め用ストッパリング147bが嵌め込まれている。これらのストッパリング147bの内周面に形成されたキー溝と伝動軸141の細径部の外周面に形成されたキー溝とが一致していてこれらのキー溝に跨ってキー150が差し込まれており、ストッパリング147bは、それよって伝動軸141に固定されている。図2(B)の伝動軸141では、伝達エリア部142に隣接する回転リング149が不伝達エリア部143を構成している。一方向クラッチ131が回転リング149上にあってこれらがクラッチ係合したとしても、回転リング149が細径部145上を自由回転するので、一方向クラッチ131と伝動軸141との間で動力の伝達は行われない。
図2(C)の回転伝動素子111においては、図4(E)(F)の外周係合型の一方向クラッチ131が伝動軸141の外周に固定されている。外周係合型の一方向クラッチ131は、その内周にクラッチ係合部CCがあって、外周にクラッチ装着部CWがある。従って、図2(C)の例では、クラッチ装着部CWを介して一方向クラッチ131が伝動軸141の外周に固定され、伝動輪121の内周は、一方向クラッチ131のクラッチ係合部CCと対応する伝達エリア部122となっている。図2(C)の伝動軸141の伝達エリア部142の形状及び構造は、図1(A)などのそれと実質的に同じであるが、この伝動軸141は、伝達エリア部142及び不伝達エリア部143を必要としない。
外周係合型の一方向クラッチ131が用いられている図2(C)の回転伝動素子111は、例えば、内周係合型の一方向クラッチ131が用いられている図1(A)の回転伝動素子111とは、一方向クラッチの構造が異なっているが、図2(C)の回転伝動素子111は、伝動輪121と伝動軸141との間で行われる動力の伝達は、他の回転伝動素子とはほとんど異ならない。即ち、図2(C)の回転伝動素子111は、伝動軸の外周にある一方向クラッチ131が伝動輪121の内周に嵌り込んで、伝達エリア部122とクラッチ係合部CCとがクラッチ係合状態にあると、伝動輪121と伝動軸141との間で動力の伝達が行われる。一方、伝動軸141を図2(C)の状態から軸方向に右又は左に移動して伝動軸の外周にある一方向クラッチ131を伝動輪121の内周から脱出させて、伝達エリア部122とクラッチ係合部CCとのクラッチ係合の解除状態(クラッチ非係合状態)となると、伝動輪121と伝動軸141との間で動力の伝達が行われない。
図2(D)の回転伝動素子111も、外周係合型の一方向クラッチ131が用いられている。従って、この回転伝動素子111は、伝動軸141の構成は、その一部を除き図2(C)のそれと実施的に同じである。この回転伝動素子111は、また、伝動輪121と伝動軸141との間の動力伝達機能やクラッチ機能も図2(C)のそれと変わらない。図2(D)の回転伝動素子111は、伝動軸141の外周の外径が一定であり、これは、図2(C)のそれと相違する。伝動軸141の一定外径は、軸全長でなくてもよく、例えば、クラッチ取付部とその両側の隣接部分のみが一定外径であってもよい。
図2(E)の回転伝動素子111は、図4(G)の一方向クラッチ131が用いられ、従ってこれに関連して一部の構成が他の例と異なっている。従って、図4(G)の一方向クラッチ131を説明し、その後、図2(E)の回転伝動素子111を詳細に説明する。
図4(G)の一方向クラッチ131は、内周係合型の一方向クラッチ131Mと外周係合型の一方向クラッチ131Nとが同心状に重ね合わされて一体化された2重クラッチの構造を有する。内周係合型の一方向クラッチ131Mは、例えば、図4(A)(B)又は図4(C)(D)に示されたものとすることができ、外周係合型の一方向クラッチ131Nは、例えば、図4(E)(F)に示されたものとすることができる。この2つのクラッチは、一方向クラッチ131Mの外周と一方向クラッチ131Nの内周とを径方向に重ね合わせて適宜の嵌め合い固定手段によって一体に組み合わせられる。従って、相対的に小さい一方向クラッチ131Mの外周(外径)と相対的に大きい一方向クラッチ131Nの内周(内径)とは、寸法上において組み立て可能に対応している。これらの2つの一方向クラッチ131M、131Nは、圧入手段、焼き嵌め手段、冷やし嵌め手段、キー止め手段、ネジ止め手段、溶接手段のうちから選択されるいずれか1つ又は複数の手段で一体化することができる。この2重クラッチ構造の一方向クラッチ131は、一方向クラッチ131Mの内周が伝動軸141の外周(伝達エリア142のある部分)とクラッチ係合自在に対応し、一方向クラッチ131Nの外周は、伝動輪121の内周(伝達エリア122のある部分)とクラッチ係合自在に対応している。従って、各伝達エリア142、122や各クラッチ係合部CCは、一方向クラッチ131Mの内周や一方向クラッチ131Nの外周に存在する。これらの2つの一方向クラッチ131M、131Nは、クラッチ係合するときの回転方向やそのクラッチ係合を解除する(クラッチ非係合にする)ときの回転方向が共通である。例えば、一方向クラッチ131Mが時計回り方向へ回転するときにクラッチ係合する場合、一方向クラッチ131Nも時計回り方向へ回転するときにクラッチ係合し、一方向クラッチ131Mが反時計回り方向へ回転するときにクラッチ係合を解除する場合、一方向クラッチ131Nも時計回り方向へ回転するときにクラッチ係合を解除する。
図2(E)の回転伝動素子111は、伝動輪121と伝動軸141と図4(G)の一方向クラッチ131とによって構成されている。伝動輪121と伝動軸141とは、伝動軸141の外周に伝動輪121が嵌合されて保持されている。2重クラッチ構造(一方向クラッチ131M、131N)の一方向クラッチ131は、伝動輪121と伝動軸141との双方に対応してこれらに組み込まれる。伝動軸141の外周を軸方向に沿って移動したり、伝動輪121の内周に進入したりすることができるように、2重クラッチ構造の一方向クラッチ131が伝動輪121や伝動軸141と組み合わされる。伝動軸141の外周には、一方向クラッチ131に両側に隣接して2つの操作部材151が軸方向及び周方向に移動自在なるように嵌め込まれている。これらの2つの操作部材151は、その外径が伝動輪121の内径より小さいので、伝動輪121の内周に進入することができる。
図2(E)の回転伝動素子111において、2重クラッチ構造の一方向クラッチ131は、操作部材151を介して伝動軸141の軸方向に沿って移動するように操作することができる。この操作によって、一方向クラッチ131M、131Nのクラッチ係合部CCが伝動輪の内周にある伝達エリア部122や伝動軸外周の伝達エリア142とそれぞれ一致すると、一方向クラッチ131Mと伝動軸141、一方向クラッチ131Nと伝動輪121とがそれぞれクラッチ係合状態になるので、伝動輪121と伝動軸141との間で動力の伝達が可能になる。図2(E)の状態にある2重クラッチ構造の一方向クラッチ131を操作部材151によって伝動輪121の内周から脱出させると、一方向クラッチ131Nのクラッチ係合部CCが伝動輪の内周の伝達エリア部122から離脱するので、上記のクラッチ係合が解除されてクラッチ非係合状態になる。このとき、伝動輪121と伝動軸141との間では動力の伝達が行われない。
図2(A)乃至(E)の各伝動軸141は、図1(A)乃至(E)で説明したいずれの回転伝動素子111にも用いることができる。図2(A)乃至(E)の回転伝動素子111において、1つの伝動軸141に2つ以上の伝動輪121が組み合わされてもよい。この場合、複数の伝動輪121と1つの伝動軸141とは、既に述べたように、それぞれ一方向クラッチ131を介してクラッチ係合自在に対応する。
上記以外の実施形態による回転伝動素子111が図3に示されている。
図3(A)の回転伝動素子111は、既に述べた実施の形態と同様に、伝動輪121と一方向クラッチ131と伝動軸141との組み合わせから成っているが、筒状の副伝動軸161を備えていることが既に述べた実施の形態と異なる。この副伝動軸161の外周には、後述のクラッチ係合部CCと対応する伝達エリア部162がある。図3(A)において、伝動軸141と副伝動軸161とは、伝動軸141が内側で副伝動軸161が外側となるように軸方向に移動自在なるように嵌合して組み合わされている。更に具体的に述べると、周方向の相対移動を拘束しつつ軸方向の相対移動のみを許すため、伝動軸141と副伝動軸161とは、スプライン嵌合によって組み合わされている。即ち、伝動軸141の外周にはスプラインの移動案内雄部152が形成され、副伝動軸161の内周にはスプラインの移動案内雌部163が形成されて、これらが相互に係合して組み合わせられている。副伝動軸161の外周には、これを操作するのに必要な操作連繋部164が更に設けられている。図3(A)の回転伝動素子111の一方向クラッチ131は、内周係合型であるので、その内周にクラッチ係合部CCがありその外周にクラッチ装着部CWがある。一方向クラッチ131は、例えば図1(A)のそれと同様に、クラッチ装着部CWを介して伝動輪121の内周に固定されている。この一方向クラッチ131の内周であるクラッチ係合部CC対応する伝達エリア部162は、副伝動軸161の外周にある。
図3(A)の回転伝動素子111において伝動輪121と伝動軸141とをクラッチ係合状態にする場合には、副伝動軸161を同図の左方へ移動させてその左端部にある伝達エリア部162を伝動輪121(一方向クラッチ131のクラッチ係合部CC)内に進入させてクラッチ係合が行われる。伝動軸141と副伝動軸161とがスプライン嵌合により常に正逆一体回転し、伝動輪121と副伝動軸161とが一方向クラッチ131でクラッチ係合されるため、伝動輪121と伝動軸141と副伝動軸161との3つの部材が一体となって正回転又は逆回転する。このように、これらの3つ部材がスプライン嵌合やクラッチ係合によって周方向に一体動作すると、伝動軸141側の動力を伝動輪121に伝達したり、伝動輪121側の動力を伝動軸141に伝達したりすることができる。一方、副伝動軸161を右方へ移動させてその左端部の伝達エリア部162を伝動輪121の内周(一方向クラッチ131のクラッチ係合部CC)から脱出させると、上記のクラッチ係合状態が解除され、伝動輪121と伝動軸141との相互間で動力の伝達が行われない。
図3(B)の回転伝動素子111は、副伝動軸161の外周に外周係合型一方向クラッチ131が固定されている点で図3(A)の回転伝動素子と異なり、その他の構成は、図3(A)とほぼ同じである。図3(B)の回転伝動素子111において、伝動輪121と伝動軸141とをクラッチ係合状態にする場合には、副伝動軸161を同図の左方へ移動させてその左端部にある一方向クラッチ131を伝動輪121の内周(伝達エリア部122)に進入させる。一方向クラッチ131のクラッチ結合部CCと伝動輪121の伝達エリア部122とが一致すると、クラッチ係合が行われる。この場合も、伝動軸141と副伝動軸161とがスプライン嵌合によって正逆一体に回転し、伝動輪121と副伝動軸161とがクラッチ係合されることにより、伝動輪121と伝動軸141と副伝動軸161との3つ部材が一体となって正回転又は逆回転する。従って、同様に、伝動軸141側の動力を伝動輪121に伝達したり、伝動輪121側の動力を伝動軸141に伝達したりすることができる。図3(B)の副伝動軸161を右方へ移動させてその左端部の一方向クラッチ131を伝動輪121の内周(伝達エリア部122)から脱出させると、同様に、クラッチ係合状態が解除されるので、伝動輪121と伝動軸141との相互間で動力の伝達が行われない。
図3(C)の回転伝動素子111は、同図(A)の回転伝動素子を変形したものである。この変形例では、外径が異なる2つの伝動輪121L、121Rと副伝動軸161とが伝動軸141の外周に設けられている。即ち、2つの伝動輪121L、121Rが伝動軸141の両端外周にあって、副伝動軸161が両伝動輪121L、121Rの間に介在されている。内周係合型の一方向クラッチ131は、両伝動輪121L、121Rの内周にそれぞれ固定されている。2つの一方向クラッチ131のクラッチ結合部CCと対応する2つの伝達エリア部162L、162Rは、副伝動軸161の両端外周にある。図3(C)の回転伝動素子111において、副伝動軸161を同図の左方へ移動させてその左端部にある伝達エリア部162Lを伝動輪121L(一方向クラッチ131のクラッチ係合部CC)内に進入させると、副伝動軸161の右端部にある伝達エリア部162Rが伝動輪121R(一方向クラッチ131のクラッチ係合部CC)から脱出する。この状態で伝動軸141の左方ではクラッチ係合が行われ、伝動軸141の右方ではクラッチ係合が行われない。従って、図3(C)の左方で伝動輪121Lと伝動軸141と副伝動軸16の一体回転(一方向回転)状態が成立し、また、図3(C)の右方では、伝動輪121Rと伝動軸141と副伝動軸161との一体回転状態が成立しない。この状態では、伝動軸141側の動力を伝動輪121Lに伝達したり、伝動輪121L側の動力を伝動軸141に伝達したりすることはできるが、伝動軸141側の動力を伝動輪121Rに伝達したり、伝動輪121R側の動力を伝動軸141に伝達することはできない。副伝動軸161を図3(C)の右方へ移動させてその右端部の伝達エリア部162Rを伝動輪121R(一方向クラッチ131のクラッチ係合部CC)内に進入させると、副伝動軸161の左端部にある伝達エリア部162Lが伝動輪121L(一方向クラッチ131のクラッチ係合部CC)から脱出し、この状態では、上記と逆に、伝動軸141の右方でクラッチ係合がお行われ、伝動軸141の左方ではクラッチ係合がお行われない。従って、伝動軸141側の動力を伝動輪121Rに伝達したり、伝動輪121R側の動力を伝動軸141に伝達したりすることができるが、伝動軸141側の動力を伝動輪121Rに伝達したり、伝動輪121R側の動力を伝動軸141に伝達したりすることができない。図3(C)の回転伝動素子111は、上記のように、伝動輪121Lと伝動軸141との間の動力伝達、又は、伝動輪121Rと伝動軸141との間の動力伝達という2系統の動力伝達を択一的に選択することができるので、伝動系の切り替え選択が行える。
図3(D)の回転伝動素子111は、図3(B)の回転伝動素子を変形したものである。この場合も、同様に、外径が異なる2つの伝動輪121L、121Rと副伝動軸161とが伝動軸141の外周に設けられる。外周係合型一方向クラッチ131が伝動軸141の両端外周に固定されており、そのクラッチ結合部CCと対応する2つの伝達エリア部122L、122Rが、両伝動輪121L、121Rの内周にある。この回転伝動素子111において、副伝動軸161を図3の左方へ移動させてその左端部にある一方向クラッチ131を伝動輪121L(伝達エリア部122L)内に進入させると、副伝動軸161の右端部にある一方向クラッチ131が伝動輪121R(伝達エリア部122R)から脱出する。この状態では、伝動軸141の左方でクラッチ係合が成立し、伝動軸141の右方ではクラッチ係合が成立しない。従って、伝動軸141側の動力を伝動輪121Lに伝達したり伝動輪121L側の動力を伝動軸141に伝達したりすることはできるが、伝動軸141側の動力を伝動輪121Rに伝達したり伝動輪121R側の動力を伝動軸141に伝達したりすることはできない。副伝動軸161を図3(D)の右方へ移動させてその右端部の一方向クラッチ131を伝動輪121R(伝達エリア部122R)内に進入させると、同様に、伝動軸141の右方でクラッチ係合が成立し、伝動軸141の左方ではクラッチ係合が成立しない。従って、伝動軸141側の動力を伝動輪121Rに伝達したり伝動輪121R側の動力を伝動軸141に伝達したりすることはできるが、伝動軸141側の動力を伝動輪121Rに伝達したり伝動輪121R側の動力を伝動軸141に伝達したりすることはできない。図3(D)の回転伝動素子111も、同様に、伝動輪121Lと伝動軸141との間の動力伝達、伝動輪121Rと伝動軸141との間の動力伝達という2系統の動力伝達を択一的に選択することができ、伝動系の切り替え選択が行えることとなる。
図3(A)乃至(D)の回転伝動素子111の伝動輪121、121L、121Rは、伝動手段の態様に応じて平歯車以外のものを用いることができる。例えば、図1(B)乃至(E)で示された各伝動輪121を用いることができる。
回転伝動素子111は、2つの一方向クラッチ131が軸方向に隣接して設けられていてもよい。これらの2つの一方向クラッチ131は、伝動軸141の外周に固定され、又は伝動輪121の内周に固定される。また、これらの2つの一方向クラッチ131は、クラッチ係合方向(噛み合い方向)が同方向でもよいし、逆方向でもよい。
図1(A)乃至(E)の回転伝動素子111を含む動力入切伝動装置の幾つかの形態が図5乃至図9に示されている。
図5(A)(B)の動力入切式伝動装置は、図1(A)の回転伝動素子111を用いている。ハウジング211には、複数の軸支持部212、213、214、215、216が設けられ、そのうち3つの軸支持部212、213、214は同じ軸線上にあり、他の2つの軸支持部215、216も他の同じ軸線上にある。伝動軸141は、3つの軸支持部212、213、214に回転自在で且つ軸方向にスライド自在に支持されている。伝動輪121は、軸支持部212、213の間でその軸心線上に配置されており、かつ2つのベアリング218によって回転自在に支持されている。伝動軸141は、軸支持部212、214にブッシュ217を介して軸方向にスライド自在かつ回転自在に支持されている。
図5(A)(B)の動力入切式伝動装置において、他の一つの伝動軸221がハウジング211に設けられ、この伝動軸221の外周に平歯車(ピニオン)から成る伝動輪222が取り付けられている。この伝動軸221は、2つの軸支持部215、216にベアリング218を介して回転自在に支持されている。伝動軸141、221は、間隔をあけて互いに平行に配置されて伝動輪121と222とが互いに噛み合っている。
図5(A)(B)の動力入切式伝動装置において、両伝動軸141、221の一方を入力側、他方を出力側に設定し、一方の伝動軸141から他方の伝動軸221、又は、他方の伝動軸221から一方の伝動軸141に、回転動力を一方的又は可逆的に伝達することができる。
図5の動力入り切式伝動装置は、伝動軸141が入力側で、伝動軸221が出力側であると想定すると、両伝動輪121、222は、同図(A)(B)に示すように、定常的に噛み合っている。伝動輪121の一方向クラッチ131と伝動軸141の伝達エリア部142とは、同図(A)のようにクラッチ係合状態であったり、同図(B)のようにクラッチ非係合状態であったりする。従って、図5(A)のクラッチ係合状態では、入力側伝動軸141の回転動力は、一方向クラッチ131、伝動輪121、伝動輪222を経て出力側伝動軸221に伝達される。
図5の動力入切式伝動装置において、上記の動力伝達を中断したり終了したりする操作は、入力側伝動軸141を手動又は機械的に軸方向に移動させて行われる。図5(A)において入力側伝動軸141を矢印方向に移動すると、図5(B)に示すように、伝動軸141の伝達エリア部142が伝動輪121の一方向クラッチ131から離脱すると同時に、伝動軸141の不伝達エリア部143が一方向クラッチ131内に入り込む。従って、一方向クラッチ131と伝動軸141の不伝達エリア部143とは、クラッチ非噛み合いの状態となるので、出力側伝動軸221側には動力が伝達されない。入力側伝動軸141の動力を出力側伝動軸221に再び伝達するためには、図5(B)の入力側伝動軸141を矢印方向に移動し、伝動輪121の一方向クラッチ131と伝動軸141の伝達エリア部142とを図5(A)のクラッチ係合状態に戻す。
図6の動力入切式伝動装置は、図1(B)の回転伝動素子111が用いられている。この装置は、2つの伝動軸141、221が直交状態に配置され、従って、2つの伝動輪121、222は、相互に噛み合う傘歯車から成っている。図6のその他の構成は、図5と実質的に同じである。
図6の動力入切式伝動装置は、同図(A)でクラッチ係合状態にあって動力は、図5(A)と同様の経路で出力側伝動軸221に伝達される。また、動力伝達を中断したり終了したりする際には、図5と同様に、入力側伝動軸141を図6(A)の矢印方向に移動し、入力側伝動軸141の動力を出力側伝動軸221側に再び伝達する際には、入力側伝動軸141を図6(B)の矢印方向に移動させる。
図7は、ベルト伝動方式の動力入切式伝動装置を示し、この装置は、図1(C)の回転伝動素子111を用いている。2つの伝動輪121、222は、平プーリの形態であってこれらの間に平ベルト225aが掛け渡されている。2つの伝動軸141、221は、平行に配置され軸受によって回転自在に支持されている。図7の装置の他の構成は、図5と実質的に同じである。伝動輪121、222は、Vプーリでもよく、この場合、ベルト225aは、Vベルトである。
図8は、タイミングベルト伝動方式の動力入切式伝動装置を示し、この装置は、図1(D)の回転伝動素子111を用いている。従って、2つの伝動輪121、222は、タイミングベルト車(タイミングプーリ)であり、両伝動輪121、222にわたってタイミングベルト225bが掛け回されている。図8の他の構成は、図5のものと実質的に同じである。
図9は、チェーン(ローラチェーン)伝動方式の動力入切式伝動装置を示し、図1(E)の回転伝動素子111を用いている。従って、2つの伝動輪121、222は、スプロケット(スプロケットギア)から成り、これらの伝動輪121、222にわたってチェーン(ローラチェーン)225cが掛け回されている。図9のその他の構成は、図5のものと実質的に同じである。
動力入切式伝動装置は、図1(F)、図2(A)乃至(E)、図3(A)(B)の回転伝動素子111のうちから任意に選択されたものを用いることができる。
図10乃至図15は、図1(A)の回転伝動素子111を含む変速装置をそれぞれ示し、以下それぞれの装置を順次説明する。
図10(A)(B)の装置において、ハウジング211は、図5と同様に、複数の軸支持部212、213、214、215、216を有し、3つの各軸受部212、213、214は、同じ軸線上にあり、2つの軸支持部214、215は、他の同じ軸線上にある。図10(A)(B)において、平歯車から成る大小2つの伝動輪121L、121Rが設けられ、これらの2つの伝動輪121L、121Rの軸心部には、一方向クラッチ131X、131Yがそれぞれ取り付けられている。
入力側伝動軸141は、各軸支持部212、213、214を貫通してその両端は、軸支持部212、214に軸受用のブッシュ217を介して軸方向にスライド自在かつ回転自在に支持されている。入力側伝動軸141上にある伝動輪121Rは、軸支持部212、213にベアリング218により回転自在に支持されている。入力側伝動軸141上にある伝動輪121Lも、同様に、軸支持部213、214にベアリング218により回転自在に支持されている。
図10(A)(B)の変速装置において、他の伝動軸221は、その外周に大小2つの平歯車から成る伝動輪222L、222Rを有する。この伝動軸221も、図5と同様に、軸支持部215、216にそれぞれベアリング218を介して回転自在に支持されている。これらの伝動軸141、221は、両伝動輪121Lと222Lが互いに噛み合い、両伝動輪121R、222Rが互いに噛み合うように平行に間隔をあけて配置されている。
この変速装置は、一方の伝動軸141から他方の伝動軸221へ、又は、その逆に回転動力を一方的又は可逆的に伝達してもよいが、図10(A)(B)の例では、伝動軸141が入力側で伝動軸221が出力側である。両伝動輪121Lと222L、伝動輪121Rと222Rは、定常的に噛み合っている。
この変速装置が図10(A)の状態にあるとき、伝動輪121R側にある一方向クラッチ131Xと伝動軸141の伝達エリア部142とはクラッチ係合状態にあり、伝動輪121L側にある一方向クラッチ131Yと伝動軸141の不伝達エリア部142とはクラッチ離脱状態にある。従って、入力側伝動軸141の回転動力は、伝動輪121Rと222Rのギア比に応じて変速され出力側伝動軸221に伝達される。
図10(A)の状態にある変速装置を図10(B)の状態に切り替えるためには、図10(A)の入力側伝動軸141を同図の矢印方向へ所定距離移動する。この変速操作にともない、伝動輪121Rの一方向クラッチ131Xは、伝動軸141の伝達エリア部142から不伝達エリア部143に変位してクラッチ離脱状態となり、伝動輪121Lの一方向クラッチ131Yは、伝動軸141の不伝達エリア部143から伝達エリア部142に変位してクラッチ係合状態となる。従って、伝動輪121L、222Lのギア比に応じて入力側伝動軸141の回転動力が出力側伝動軸221に変速して伝達される。図10(B)の入力側伝動軸141を矢印方向へ移動させると、図10(A)の元の変速比の動力伝達状態に戻る。
図11(A)乃至(C)の変速装置も図1(A)の回転伝動素子111を用いていて図10の装置と同じ基本構成を有するが、図10の装置よりも変速段数が一段増設されている。即ち、伝動軸141の外周には、外径が順次大きくなる3つの伝動輪121L、121S、121Rが並んで設けられ、各伝動輪121L、121S、121Rの内側に一方向クラッチ131Y、131Z、131Xがそれぞれ取り付けられている。各伝動輪121L、121S、121Rを支持するために、軸支持部213は、2つの部分213a、231bを含んでいる。
伝動軸221の外周には、伝動輪121L、121S、121Rにそれぞれ対応して外径が順次小さくなる3つの伝動輪222L、222S、222Rを有する。伝動軸141、221は、伝動輪121Lと222Lが互いに噛み合い、伝動輪121Sと222Sが互いに噛み合い、伝動輪121Rと222Rが互いに噛み合うように平行に間隔をあけて配置されている。図11(A)乃至(C)の変速装置の他の構成は、図10(A)(B)と同じである。
図11(A)乃至(C)の変速装置による変速は、伝動軸141を軸方向に移動して行われる。図11(A)は、一方向クラッチ131Yと伝動軸の伝達エリア部142とが一致するクラッチ係合状態を示し、この状態では、伝動輪121Lと伝動輪222Lとが噛み合いって動力を伝動するが、伝動輪121Sと222S及び伝動輪121Rと222Rの噛み合いが外れて動力伝達を遮断している。このようにして、図11(A)の状態では、両伝動輪121L、222Lのギア比に応じて、入力側伝動軸141の回転動力が出力伝動軸221に伝達される。図11(B)では、一方向クラッチ131Zと伝動軸の伝達エリア部142とが互いに一致して、伝動輪121Sと伝動輪222Sとのみが噛み合って伝動輪121S、222Sのギア比に応じて、入力側伝動軸141の回転動力が出力伝動軸221に伝達される。同様にして、図11(C)の状態では、相互に噛み合っている伝動輪121R、222Rのギア比に応じて、入力側伝動軸141の回転動力が出力伝動軸221に伝達される。
図12の変速装置は、図11の変速装置を変形したものである。この変形例では、入力側伝動軸141に相応する左側伝動輪121Lと入力側伝動軸141との間に2つの一方向クラッチ131YL、131YRが設けられ、出力側伝動軸221に相応する左側伝動輪222Lと伝動軸221との間に一方向クラッチ231が介在され、入力側伝動軸141の右端に伝動用連結部153が設けられている点で図11の装置と異なる。出力側の一方向クラッチ231は、2つの部材221、222Lを通常の一方向噛み合い態様で係合している。伝動用連結部153は、例えばスプライン軸に対応するスプライン筒であり、レバー操作で駆動側のスプライン軸(図示せず)に接続したり、切り離したりすることによって、入力側伝動軸141の動力の入切の選択が行える。
図12の変速装置は、通常では、入力側伝動軸141を正回転させる。この状態において、入力側伝動軸141の伝達エリア部142と一方向クラッチ131Xとを互いに一致させると、相互に噛み合う伝動輪121R、222Rのギア比に応じて入力側伝動軸141の回転動力が出力伝動軸221に変速して伝達される。同様に、入力側伝動軸141の伝達エリア部142と一方向クラッチ131Zとを一致させると、伝動輪121S、222Sのギア比に応じて、入力側伝動軸141の回転動力が出力伝動軸221に変速して伝達される。この場合、入力側伝動軸141からの動力は、一方向クラッチ131YL、伝動輪121Lを経て伝動輪222Lに伝達されるが、一方向クラッチ231は、この回転を出力側伝動軸221に伝えないので、伝動輪222Lは、動力伝達に関与することなく単に回転するだけである。一方向クラッチ131YRも、同様に、動力伝達に関与しない。
入力側伝動軸141を逆回転すると、入力側伝動軸141の回転動力は、一方向クラッチ131YR、伝動輪121Lを経て伝動輪222Lに伝達され、この場合、一方向クラッチ231は、この回転を出力側伝動軸221に伝えるので、出力側伝動軸221が逆回転する。この際、一方向クラッチ131YLは、動力伝達に関与しない。
上記から明らかなように、図12の変速装置は、入力側伝動軸141の正回転のみでなく、逆回転をも出力側伝動軸221に伝達することができる。
図13の変速装置は、図11乃至図12の変速装置を変形したものである。この変形例では、スプライン軸141Sとスプライン筒141Pとの組み合わせにより入力側伝動軸141が構成されている。これらの部材141S、141Pは、スプライン嵌合により軸方向に相互にスライドして伝動軸141を伸縮する。入力側伝動軸141は、また、その一端部に係合部154を有し、ハウジング211外に突出する操作レバー155の先端部がこの係合部154と係合している。操作レバー155のローラ付き先端部は、入力側伝動軸141の回転を阻害することがない。操作レバー155は、ハウジング211外にある基端部を支点にしてその先端部側を図13の左右方向に揺動することができる。
図13の変速装置は、入力側伝動軸141の正逆回転を出力側伝動軸221に伝達する機能を有する点で図12の装置と実質的に同じである。この場合、入力側伝動軸141は、一方の軸部材141Sと共に他方の軸部材141Pも同時に回転する。変速のためのクラッチ切り替えに際しては、軸部材141Pが操作レバー155を介して軸方向に移動される。軸部材141Pが軸方向に移動すると、入力側伝動軸141の伝達エリア部142は、一方向クラッチ131X又は131Yに対応する。
図14の変速装置は、図10の変速装置を変形したものである。入力側伝動軸141側の2つの伝動輪121L、121Rの間に、フランジ付の筒状ばね座156とリング状の1対のクラッチ部材157L、157Rが設けられている。ばね座156とクラッチ部材157L、157Rとの間には、クラッチ部材157L、157Rを相互に向き合う方向(各伝動輪121L、121Rから離れる方向)に付勢するクラッチ復帰用ばね158L、158Rが設けられている。クラッチ部材157L、157Rの間の断面V形の空間には、ハウジング211外からガイド孔を通してハウジング211内に入り込んだ操作レバー形態のクラッチ作動部材159が設けられている。このクラッチ作動部材159は、V形空間内に配置された球形先端部を有する。クラッチ作動部材159は、これとハウジング壁面との間に配置された復帰用ばね160によってクラッチ部材157L、157R間の空間から脱出する方向の力が付与されている。
図14の変速装置は、入力側伝動軸141の軸方向の移動による変速操作は、図10の変速装置と同じである。これに加えて、図14の変速装置は、クラッチ部材157L、157Rによって変速時の円滑性を得ることができる。入力側伝動軸141と出力側伝動軸221との間で変速を行う際、伝動輪121L、121Rの回転数が接近しているほど、クラッチ切り替えが円滑に行える。これは、クラッチ作動部材159の先端部をクラッチ部材157L、157Rの間に介入させて行われる。このようにすると、クラッチ部材157L、157Rは、クラッチ作動部材159によって押し込まれて伝動輪121L、121Rに圧接する。これは、クラッチ係合と同じ状態である。従って、クラッチ部材157L、157Rは、この圧接(クラッチ係合)によって同期回転し、伝動輪121L、121Rの回転数が近似する。その結果、入力側伝動軸141の移動操作による変速が円滑に行われる。変速処理を終えた後、復帰用ばね158L、158R、160によってクラッチ作動部材159及びクラッチ部材157L、157Rは、それぞれ元の位置に復帰する。
図15の変速装置は、遊星歯車機構を備えている。図15の変速装置において、ハウジング211の内壁面には、ギア径の異なる2つの内歯歯車171、181が軸方向に並べて設けられている。入力側伝動軸141、出力側伝動軸221は、いずれも、ハウジング211の中心で同じ軸線上に並んでおり、ハウジング211に設けられた軸支持部212、215にベアリング218によって回転自在に支持されている。入力側伝動軸1は、軸線方向に移動自在に支持されている。出力側伝動軸221は、その内端に多軸板部223を有し、その板面からは複数本の支持軸224a、224b、224cが突出している。この複数本の各支持軸224a、224b、224cには、2組の遊星歯車が回転自在に取り付けられている。内歯歯車171に対応する一群の遊星歯車172a、172b、172cは、それぞれ、内歯歯車171と噛み合っている。内歯歯車181に対応する他の一群の遊星歯車182a、182b、182cも、それぞれ、内歯歯車181と噛み合っている。遊星歯車172a、172b、172cには、これらの中心に位置する太陽歯車173が噛み合っており、遊星歯車182a、182b、182cにも、これらの中心に位置する太陽歯車183が噛み合っている。内歯歯車171と遊星歯車172a、172b、172cと太陽歯車173とが1つの遊星歯車機構を構成し、内歯歯車181と遊星歯車182a、182b、182cと太陽歯車183とが他の1つの遊星歯車機構を構成している。これらの2つの遊星歯車機構は、変速比が互いに異なっている。遊星歯車や太陽歯車は、いずれも、伝動輪に相当する。
図15の変速装置の入力側伝動軸141は、図13の形態で述べたのと同様に、スプライン型入れ子の伸縮の形態であり、係合部154に係合する操作レバー155によって軸方向に移動することができる。太陽歯車(伝動輪)173、183の内周又は伝動軸141の外周に一方向クラッチが固定されて内周係合型又は外周係合型一方向クラッチを構成している。図15の実施形態では、内周係合型の一方向クラッチ131X、131Yが用いられ、これらが太陽歯車173、183の内周に固定されている。伝動軸141の先端外周には伝達エリア部142が形成されている。
図15の変速装置において、入力側伝動軸141の伝達エリア部142を太陽歯車173の内周(一方向クラッチ131X)に進入させると、この太陽歯車173を含む遊星歯車機構を介して入力側伝動軸141の動力が出力側伝動軸221に伝達され、入力側伝動軸141の伝達エリア部142を太陽歯車183の内周(一方向クラッチ131Y)に進入させると、この太陽歯車183を含む遊星歯車機構を介して入力側伝動軸141の動力が出力側伝動軸221に伝達される。この変速のクラッチ切り替えは、同様に、操作レバー155によって出力側伝動軸221を軸方向に移動させることにより行われる。
図15の変速装置でも、変速の段数を増やしてもよいし、出力側伝動軸221の回転方向を正逆反転させてもよい。
図16の変速装置は、図3(C)の回転伝動素子111と2つの伝動輪222L、222Rを備えた伝動軸221とが用いられ、伝動輪121Lと伝動輪222Lとが噛み合い、伝動輪121Rと伝動輪222Rとが噛み合っている。操作レバー155は、副伝動軸161を軸方向に操作するのに用いられる。その他の構成は、前の実施の形態と実質的に同じである。
図16の変速装置において、操作レバー154を介して副伝動軸161を軸方向に移動して、副伝動軸161の伝達エリア部162を伝動輪121L内の一方向クラッチ131と一致させたり、また、伝動輪121R内一方向クラッチ131と一致させたりすることによって伝動切り替えが行われる。これによって入力側伝動軸141から出力側伝動軸221にわたる伝動系を変速することができる。図16の変速装置は、伝動軸141や伝動輪を移動することなく、負担少ない副伝動軸161のみの移動によって変速操作を簡易に行うことができる。
以上に述べた動力入切式伝動装置や変速装置において、入力側伝動軸141及び出力側伝動軸221に回転数計測用のエンコーダを装備することが望ましい。この場合、入出力軸の回転がそれぞれエンコーダにより検出され、これに基づいて伝動輪相互の最適な噛み合い状態を達成することができる。また、変速操作のための伝動軸や副伝動軸の移動は、手動操作や機械的な自動操作のいずれであってもよい。
図17乃至図19は、変速装置TRAと回転原動系RMSと回転作動系ROMとが組み合わされて構成された多伝動システムを示す。この伝動システムには、クラッチ切り替えを円滑に行わせるための回転制御系RCSを有する。
図17乃至図19の変速装置TRAは、図10(A)(B)の変速装置とほぼ同様の構造を有するので、その詳細な説明は、省略する。ただし、図17乃至図19の変速装置TRAの各伝動輪121L、222L、121R、222Rは、図10(A)(B)のものと比べると、大歯車(ギア)と小歯車(ピニオン)とが左右で入れ替わっていることが解る。変速装置TRAは、また、各伝動輪222L、222Rの内周面にも一方向クラッチ226X、226Yがそれぞれ設けられていてこれらの一方向クラッチ226X、226Yが伝動軸221の外周面とクラッチ噛み合い自在に対応している。
図17乃至図19の回転原動系RMSは、モータその他の適宜の形態の原動機301から成っている。典型的には、原動機301は、ブラシレスモータから成っており、原動機301の出力軸302は、カップリング、カップラー等の適宜の継手303を介して変速装置TRAの伝動軸141に連結される。継手303は、脱着式、非脱着式のいずれであってもよい。伝動軸141は、クラッチ切り替えに際してスラスト移動する。従って、継手303は、伝動軸141のスラスト移動を許す形態のものが用いられる。例えば、内周面にスプライン溝が形成された筒状の形態であり、この筒状の継手303は、出力軸302の連結端部外周に取り付けられる。伝動軸141は、継手303にスプライン結合される。従って、伝動軸141と出力軸302とは、継手303を介して回転を伝達しつつスラスト移動を許すように連結される。
図17乃至図19の回転制御系RCSは、コンピュータ401、インバータ回路404、回転速度検出用と回転数検出用との2つの測定器405、406を含んでいる。コンピュータ401は、原動機用の制御回路402を内蔵し、また所要のプログラム403が記録保存されている。インバータ回路404は、原動機(ブラシレスモータ)301を任意の周波数と任意の電圧とで駆動する半導体回路(インバータ)と、原動機駆動用の周辺回路(ドライバ)とを含んでいる。
2つの測定器405、406は、機械式パルス発生器、光学式の非接触型パルス発生器、電磁式の非接触型パルス発生器のほか、電磁式回転検出器とデジタル回転計との組み合わせであってもよい。代表的な一例では、2つの測定器405、406は、エンコーダ(ロータリーエンコーダ)である。このロータリーエンコーダは、インクリメンタル方式又はアブソリュート方式のいずれでもよい。
原動機301の回転数検出用の測定器405は、その回転軸(図示せず)が原動機301のロータ軸(図示せず)に連結され、これによって、測定器405の回転部が原動機301のロータと一体回転する。伝動軸221の回転数検出用の他方の測定器406は、その回転軸407が継手を介して伝動軸221の端部に連結され、これによって、測定器406の回転部が伝動軸221と一体回転するようになる。測定器405は、原動機301の回転数を検出してその検出信号(測定信号)をコンピュータ401の演算処理系に入力し、他方の測定器406は、伝動軸221の回転数を検出してその検出信号(測定信号)をコンピュータ401の演算処理系に入力する。コンピュータ401は、これらの測定器405、406からの測定信号を受けて原動機回転制御のための演算処理を行ない、制御信号を出力するが、これは、プログラム403の設定に基づいて行われる。コンピュータ401は、原動機制御信号をインバータ回路404に入力する。インバータ回路404は、駆動電流の位相と周波数とを変化させて原動機301を低速回転させたり高速回転させたりする。原動機301を低速回転させるときには電圧を下げながら周波数の振幅を小さくし、原動機301を高速回転させるときには電圧を上げながら周波数の振幅を大きくする。
この伝動システムも、変速装置TRAの伝動軸141を軸方向のスラスト移動操作によって一方向クラッチ131X、131Yをクラッチ係合状態からクラッチ離脱状態にしたり、又はその逆の状態に変化させたりする。このクラッチ切り替え時には原動機301が制御されるが、これに関しては後述する。伝動軸141のスラスト移動を手動で行うために、作業員が原動機制御スイッチを押すことによって回転制御系RCSが稼働状態になる。それに代えて、伝動軸141のスラスト移動をセンサなどで検出して切り替えることにより、回転制御系RCSが稼働状態になる。更に、それらに代えて、自動制御状態において回転制御系RCSが所定のタイミングで稼働状態になってもよい。
上記のように、伝動システムは、変速装置TRAの伝動軸141を軸方向に移動させることによって所要のクラッチ切り替えを行うが、図17乃至図19の伝動システムでのクラッチ切り替えが他の実施形態と異なるのは、次の通りである。即ち、図17乃至図19の実施形態の伝動システムにおいては、変速装置TRAの回転伝動素子111の一方向クラッチ131X、131Yのいずれかを「クラッチ係合状態からクラッチ離脱状態にクラッチ切り替えるとき」、又は、「クラッチ離脱状態からクラッチ係合状態にクラッチ切り替えるとき」に、当該回転伝動素子111の「伝動輪121Rと伝動軸141」又は「伝動輪121Lと伝動軸141」に相対的な回転速度差をもたせて一方向クラッチ131X又は131Yのクラッチ噛み合いが成立しないようにし、その状態を保持しながらクラッチ切り替えを行う。この一方向クラッチ131X、131Yのクラッチ噛み合いを不成立にするとき、当該一方向クラッチ131X、131Yに回転方向のトルクを発生させない。これは、原動機301の回転数と伝動軸141の回転数とを同等にするか、又は、原動機301の回転数を伝動軸221の回転数よりも少なくして、一方向クラッチ131X、131Yに噛み合いトルクが発生しないようにすることによって達成される。伝動軸141の回転数をSV1、伝動軸221の回転数をSV2とした場合のクラッチ噛み合いの成否を以下に説明する。ここで両伝動輪121R、222Rの減速比を[1:n]([1/n])とし、両伝動輪121L、222Lの倍速比を[m:1]([m]倍)とすると、[伝動軸141の回転数:伝動軸221の回転数]を[1:1]に置換してから目的の減速処理を行う必要がある。その際の計算値として、減速伝動時の伝動軸221の回転数に「n」を乗じた値や、増速伝動時の伝動軸221の回転数を「m」で除した値が用いられ、あるいは、減速伝動時の伝動軸141の回転数を「n」で除した値や、増速伝動時の伝動軸141の回転数に「m」を乗じた値が用いられる。
減速系にある一方向クラッチ131Xを基準にして主要伝動部品を原動側と従動側とにわけると、原動機301と伝動軸141とが原動側に属し、両伝動輪121R、222Rと伝動軸221とが従動側に属することとなる。同様に、増速系にある一方向クラッチ131Yを基準にして主要伝動部品を原動側と従動側とにわけると、原動機301と伝動軸141とが原動側に属し、両伝動輪121L、222Lと伝動軸221とが従動側に属することとなる。
原動機301と伝動軸141とが一体回転し、両伝動輪121R、222Rと伝動軸221とが一体回転している場合であって、伝動軸141の回転数SV1と伝動軸221の回転数SV2とが互いに等しいときは、上記した原動側と従動側には相対的な速度差がないことになる。これは上記原動側(伝動軸141側)と上記従動側(伝動軸221側)との相対関係でみると、これらの2つ伝動軸141、221間に動きがないので、両伝動軸141、121Rは停止状態にある。伝動軸141が停止状態にあると、一方向クラッチ131Xが噛み合い状態にならないので、この一方向クラッチ131Xには、伝動軸141から伝動輪121Rへと回転を伝達するようなトルクが発生しない。従って、[伝動軸141の回転数SV1=伝動軸221の回転数SV2]のときは、一方向クラッチ131Xのクラッチ噛み合いが成立しない。これは、また、上記原動側全体と上記従動側全体との関係でもいえることである。従って、[伝動軸141の回転数SV1=伝動軸221の回転数SV2]を[原動機301の回転数=伝動軸221の回転数]に置き換えても、一方向クラッチ131Xの噛み合いが不成立になることは同様である。
伝動軸141の回転は、一方向クラッチ131Xを介して伝動輪121Rに伝わるので、放置すれば停止する伝動輪121Rは、伝動軸141が一方向クラッチ131Xを介して回転方向へ強制的に牽引されていることになる。このように伝動軸141からの動力伝達を受けて回転する伝動輪121Rは、慣性で回転する傾向はあるが、伝動軸141の回転数(回転速度)を上回るような回転状態にはならい。従動的に回転する伝動輪121Rは、回転速度が低下する毎に伝動軸141によって転方向へ牽引される。これが連続的に起こるため、伝動輪121Rは、伝動軸141と同期回転する。仮に、伝動輪121Rが自力回転するのであるならば、しかも、伝動軸141と同等以上の速度で伝動軸141と同じ方向へ回転するなら、伝動軸141の回転が伝動輪121Rに伝わるようなことがない。もちろん、伝動軸141と伝動輪121Rとの回転数が同じの場合は、この両者間にトルクが発生しないので、一方向クラッチ131Xのクラッチ噛み合いが成立しない。伝動輪121Rと伝動軸221の回転数とは互いに等しいので、[伝動軸141の回転数VS1=と伝動軸221の回転数SV2]であっても「クラッチ噛み合いが不成立」となる。一般的にいうと、伝動軸141、一方向クラッチ131X、伝動輪121Rに順次回転が伝達されて伝動軸141と伝動輪121Rとが同時回転しているときには、これらの部材141、121Rの回転数(回転速度)が同じとして取り扱われる。従って、本発明においても、クラッチ噛み合い以外の事項は一般のケースと同様に取り扱うこととなる。
伝動軸141の回転数SV1が伝動軸221の回転数SV2を下回ると、両伝動軸141、221間には[SV2−SV1]の速度差が生じている。この場合のSV1やSV2に具体的数値「SV1=60rpm」と「SV2=70rpm」とを代入して検討する。この場合、[SV2−SV1=70rpm−60rpm=10rpm]から理解できるように、伝動軸141が停止していて伝動軸221が10rpmで回転していることになる。伝動軸221は、一方向クラッチ131Xの噛み合いが成立しない状態で10rpmで回転している。この場合、伝動軸141が停止していて一方向クラッチ131Xが噛み合い状態にならないので、当該一方向クラッチ131Xには、伝動軸141から伝動輪121Rへ回転を伝達するトルクが発生しない。従って、[伝動軸141の回転数SV1<伝動軸221の回転数SV2]のときも一方向クラッチ131Xのクラッチ噛み合いが成立しない。この場合、[伝動軸141の回転数SV1<伝動軸221の回転数SV2]を[原動機301の回転数<伝動軸221の回転数]に置き換えても、一方向クラッチ131Xの噛み合いが不成立になる。
伝動軸141の回転数SV1が伝動軸221の回転数SV2を上回ると、両伝動軸141、221間には[SV1−SV2]の速度差が生ずる。この場合のSV1、SV2に具体的数値「SV1=70rpm」と「SV2=60rpm」とを代入して検討すると、[SV1−SV2=70rpm−60rpm=10rpm]から理解できるように、伝動軸221が停止していて伝動軸141が10rpmで回転していることになる。伝動軸141は、一方向クラッチ131Xが噛み合う方向へ10rpmで回転している。この場合は、伝動軸141が一方向クラッチ131Xの噛み合う状態へ回転しているので、一方向クラッチ131Xにはトルク発生して噛み合い状態になる。従って、伝動軸141の回転が一方向クラッチ131Xを介して伝動輪121Rに伝達され、これにともなって伝動輪222Rや伝動軸221が所定方向へ回転する。従って、[伝動軸141の回転数SV1>伝動軸221の回転数SV2]のとき、一方向クラッチ131Xのクラッチ噛み合いが成立する。この場合において、[伝動軸141の回転数SV1>伝動軸221の回転数SV2]を[原動機301の回転数>伝動軸221の回転数]に置き換えても、一方向クラッチ131Xの噛み合いが成立することになる。
図18に示すように、伝動軸141の伝達エリア部142が右側伝動輪121Rと左側伝動輪121Lとの間にあると、伝動システムが動力を伝達しない中立状態にある。この中立状態では、一方向クラッチ131X、131Yは、いずれもクラッチ離脱状態にある。伝動システムがこのような中立状態にあると、上記原動側から上記従動側への動力伝達が行われない。伝動システムが休止又は停止状態にある状態で、一方向クラッチ131X、131Yがクラッチ切り替え途中にあるか、又は、伝動システムがアイドリング状態にあると、伝動システムが図18の中立状態になる。クラッチ切り替え地中で伝動システムが中立状態にあるときには、上記原動側の各部品は、原動機301からの動力伝達を受けて回転している。また、上記従動側の各部品も慣性とかアイドリング状態とかで回転していることがある。従って、中立状態からのクラッチ係合状態になる際には、伝動システムが休止又は停止している場合を除き、原則として上記と同様の回転数検出(回転速度検出)と、それに基づく伝動システム制御(変速装置TRAの制御)とが行われる。
原動機301と伝動軸141とが一体回転し、伝動輪121L、222Lと伝動軸221とが一体回転している場合であって、伝動軸141の回転数SV1と伝動軸221の回転数SV2とが互いに等しいときも、伝動軸141は停止状態にあるとみなすことができる。この場合も、一方向クラッチ131Yが噛み合い状態にならないので、一方向クラッチ131Yには伝動軸141から伝動輪121Rへと回転を伝達するトルクが発生しない。従って[伝動軸141の回転数SV1=伝動軸221の回転数SV2]のときは、一方向クラッチ131Yのクラッチ噛み合いが成立しない。これは上記原動側全体と上記従動側全体との関係でも当てはまる。従って、「伝動軸141の回転数SV1=伝動軸221の回転数SV2]を[原動機301の回転数=伝動軸221の回転数]に置換したとしても、一方向クラッチ131Yの噛み合いが不成立になるということになる。
伝動軸141の回転数SV1が伝動軸221の回転数SV2を下回ると、伝動軸141、221間には[SV2−SV1]の速度差が生じている。例えば、[SV1<SV2]において両伝動軸141、221間に[10rpm]の回転数の差が生じているとすると、一方向クラッチ131Yの噛み合わない状態へ伝動軸221が10rpmで回転していて伝動軸141が停止しているのと同等となる。従って、[伝動軸141の回転数SV1<伝動軸221の回転数SV2]のとき、一方向クラッチ131Yのクラッチ噛み合いが成立しない。この場合において、[伝動軸141の回転数SV1<伝動軸221の回転数SV2]を[原動機301の回転数<伝動軸221の回転数]に置き換えても、一方向クラッチ131Yの噛み合いが不成立になるということになる。
伝動軸141の回転数SV1が伝動軸221の回転数SV2を上回ると、伝動軸141、221間には[SV1−SV2]の速度差が生じている。例えば、[SV1>SV2]において両伝動軸141、221間に[10rpm]の回転数の差が生じているとすると、一方向クラッチ131Yの噛み合う状態へ伝動軸141が10rpmで回転していて伝動軸221が停止しているのと同等となる。この場合、伝動軸141の回転が一方向クラッチ131Yを介して伝動輪121Lに伝達され、これに伴って伝動輪222Lや伝動軸221が所定方向へ回転する。従って、[伝動軸141の回転数SV1>伝動軸221の回転数SV2]のときには、一方向クラッチ131Yのクラッチ噛み合いが成立する。この場合に、[伝動軸141の回転数SV1>伝動軸221の回転数SV2]を[原動機301の回転数>伝動軸221の回転数]に置き換えても、一方向クラッチ131Yの噛み合いが成立するということになる。
従って、図17乃至図19の伝動システムは、以上の説明から明らかなように、次のことが解る。[SV1>SV2]においてのみ、2つの一方向クラッチ131X、131Yのクラッチ噛み合いが成立し、かつ、[SV1≦SV2]のときには、2つの一方向クラッチ131X、131Yのクラッチ噛み合いが成立しないのである。クラッチ噛み合いが成立しない状態でのクラッチを切り替えると、トルクに起因したスラスト荷重が大幅に軽減されるので、クラッチ切り替え抵抗がほとんど発生しない。従って、所要のクラッチ切り替え操作が円滑、容易、迅速に行える。また、一方向クラッチ131X、131Yを中立状態(クラッチ離脱状態)から伝動状態(クラッチ係合状態)に移行させる際も、[SV1≦SV2]を保持して行うことが望ましい。その理由は、このような相対速度関係を保持することにおyってクラッチ係合時にトルクが発生しないので、クラッチ係合時の衝撃が緩和されるからである。
図17乃至図19の伝動システムのクラッチ操作では、伝動軸141の回転数SV1や伝動軸221の回転数SV2が[SV1=SV2]又は[SV1<SV2]となるように制御される。このうち、[SV1=SV2]は、伝動システムの動作の変動、回転数(回転速度)の検出誤差、不測の事態の発生などを考慮する際に、特段の高精度や最上の安定性などが要求されることもある。それに対し、[SV1<SV2]は、その種の精度や安定性が緩和される。[SV1<SV2]に基づく制御が採用される場合には、[SV1/SV2]が[90/100]〜「99/100」の範囲内で設定されることによって[SV1<SV2]が満足させられる。例えば、[SV1/SV2]が[95/100]に設定されることで[SV1<SV2]が満足させられる。
図20には、この伝動システムの一例にすぎないステップが示されている。図20のステップによる当該伝動システムの稼働は以下のとおりである。
図17乃至図19の伝動システムが初期状態にあるとき、原則として、図18のような中立状態にある。原動機301の回転動力を所定の減速比で伝動軸221に伝える際には、伝動軸141を図17の右方へスラスト移動させることにより、伝動軸141の伝達エリア部142が一方向クラッチ131X内に嵌め込まれる。原動機301が回転状態になると、原動機301の出力軸302、継手303、伝動軸141、一方向クラッチ131X、伝動輪121R、伝動輪222R、一方向クラッチ226Xの経路で伝動軸221に動力が伝達され、それによって出力用の伝動軸221から所要の出力が取り出される。
伝動システムが図17の状態にあるとき、原動機301の出力軸302及び伝動軸141は、一方向クラッチ131Xが噛み合う方向に回転する。同様に、一方向クラッチ226Xが噛み合う方向に伝動輪222Rが回転する。一方向クラッチ226Xは、伝動輪222Rが伝動軸221に対して能動的に正回転するときに噛み合うが、伝動輪222Rの逆回転時には噛み合わない設定される。伝動輪222Rは、能動的に正回転するのに対し、伝動軸221は伝動輪222Rから動力伝達を受けて受動的に正回転するだけである。これは、伝動輪222Rの能動的な正回転で一方向クラッチ226Xの噛み合いが成立することを意味する。換言すると、伝動輪222Rが受動的な態勢にあり、かつ、伝動軸221が能動的に正回転するときには、一方向クラッチ226Xの噛み合いが成立しない。上記のように伝動輪222Rが能動的に正回転するために一方向クラッチ226Xが噛み合う。伝動輪222Rが正回転するとき、伝動軸221も正回転する。一方向クラッチ226Yも、伝動輪222Rが正回転したときに一方向クラッチ226Lが噛み合い、伝動輪222Lが逆回転したときには噛み合わないように設定される。一方向クラッチ226Yは、伝動輪222Lが能動的に正回転するのでなく、伝動軸221が能動的に正回転しているので噛み合わない。従って、伝動輪222Lは遊び車のような状態にある。
上記のように一方向クラッチ226Xが噛み合い状態になって伝動軸221が回転しているとき、噛み合いの成立しない一方向クラッチ226Yは、伝動輪222Lを遊び車の状態を保持する。伝動輪222Lに対応する伝動輪121Lも遊び車の状態になる。伝動輪222Lや伝動輪121Lがこのような低負荷の遊び状態になるとき、実働回転中の伝動軸221に対して無用の負荷のかかることがほとんどなくなり、それがエネルギーロスを抑制したり伝動効率を高めたりする上で望ましい。
図17の状態にある伝動システムにおいて、一方向クラッチ131Xの噛み合いを解除する動作を図17及び図20を参照して述べると、次の通りである。
図17から明らかなように、一方の測定器405が原動機301の回転数SV1を実測、他方の測定器406が伝動軸221の回転数SV2を実測している。具体的には、ロータリーエンコーダから成る測定器405、406が、それぞれの測定対象物について回転数に応じて発生するパルスをカウントし、それを回転数SV1の測定信号や回転数SV2の測定信号としてコンピュータ401に入力する。一連の作業、操作、制御、処理に基づくクラッチ切り替えがスターとしたときに、図20に示すステップ1乃至ステップ9が実行される。
図20の「スタート」後のステップ1では、測定器405、406からコンピュータ401に実測値SV1の測定信号や実測値SV2の測定信号が入力される。これを受けてコンピュータ401は、ステップ2で所定の演算処理を行う。その際には、伝動輪121R、222Rの減速比が1/nであることから、SV2に「n」を乗じた計算値が用いられる。これは、主要な演算処理を簡便にするための事前の数値合わせである。これによって[SV1:SV2]を[1:1]に整える。その後、コンピュータ401は、[SV1<SV2]とするために、たとえば[SV1×0.95]の演算処理を行う。この演算処理によって、コンピュータ401は、原動機301の回転数を5%減少するための制御信号S1を得る。制御信号S1は、原動機(モータ)駆動用の電圧を制御するための信号である。図20のステップ2では、また、この御信号S1がインバータ回路404に入力される。
図示のインバータ回路404は、任意の周波数と電圧で駆動する半導体回路から成っている。制御信号S1を受けたインバータ回路404は、図20のステップ4で制御信号S1に基づく制御信号S2を発生する。このインバータ回路404は、原動機301が適切な周波数と適切な電圧とで制御されてその原動機回転数が[SV1×0.95]となるように制御信号S2をし、これを原動機301に入力する。制御信号S2を入力されて原動機301は、図20のステップ5で減速される。
コンピュータ401は、測定器405を介して原動機301の現状回転数が定常的に入力されている。このコンピュータ401は、上記ステップ1で入力された初期のSV1も記憶している。この状況において、図20のステップ6では、[SV1<SV2]が成立したか否か、即ち、原動機301の現状回転数が[SV1×0.95]になったか否かの確認が行われる。この確認結果が「NO」である場合、確認結果が「YES」になるまでステップ2乃至6が繰り返し実施される。また、図20の点線で示すように、ステップ1乃至6が繰り返される。
[SV1<SV2]の成否に関し、図20のステップ6でその確認結果が「YES」の場合は、ステップ7に示すように、クラッチ切り替えが実行される。この場合クラッチ係合状態にある一方向クラッチ131Xがクラッチ離脱状態にシフトするが、特に、それは、[SV1<SV2]の条件が満たされた状態で行われる。このクラッチ切り替えを[SV1<SV2]で行うときは、既にのべた理由により、それが円滑、容易、迅速に行える。ステップ8でこのクラッチ切り替えの完了が確認される。一方向クラッチ131Xの切り替えは、伝動軸141を軸方向に移動させることによって行われる。この軸方向の移動は、移動量、移動方向、移動時間、停止位置をセンサで検出し、その検出情報(検出信号)をコンピュータ401に入力して演算処理することにより、制御されたり、把握されたりすることができる。この例では、図17のクラッチ係合状態にあった一方向クラッチ131Xが、図18のクラッチ離脱状態にシフトされたので、伝動システムは中立状態にあって伝動軸141などがアイドリング状態を呈している。
ステップ9では、「選択1」乃至「選択3」の複数の選択肢が用意されている。「選択1」は「初期SV1の再現」である。この初期SV1の再現は、原動機301の回転数(回転速度)を減速前の状態に復活させて伝動軸141の回転数(回転速度)を元の状態に戻すことである。「選択3」は「エンド」である。このエンドは、原動機301を停止させること、即ち、伝動システムを停止させることである。「選択2」は、「リスタート」である。このリスタートは、中立状態の伝動システムにおいて、一方向クラッチ131Xを再度クラッチ係合状態にする際に選択されたり、一方向クラッチ131Yをクラッチ係合状態する際に選択されたりする。このリスタートでも、既述のステップ1乃至9が実行される。クラッチ係合にある一方向クラッチ131Xのクラッチ離脱、伝動システム中立、一方向クラッチ131Yのクラッチ係合を連続して行うときや、逆に、クラッチ係合にある一方向クラッチ131Yのクラッチ離脱、伝動システム中立、一方向クラッチ131Xのクラッチ係合を連続して行うときにこのリスタートを用いることができる。
クラッチ係合にある一方向クラッチ131Xのクラッチ離脱、伝動システム中立、一方向クラッチ131Yのクラッチ係合を一連のプロセスは、上記ステップ1乃至8の後に、当該ステップ1〜8を続け、更にその後に、初期SV1再現ステップを続けばよい。この場合の各ステップ順位は、ステップ1、ステップ2、ステップ3、ステップ4、ステップ5、ステップ6、ステップ7、ステップ8、初期SV1再現ステップとなる。クラッチ係合にある一方向クラッチ131Yのクラッチ離脱、伝動システム中立、一方向クラッチ131Xのクラッチ係合を一連のプロセスで行うときも、これと同様にステップを結合すればよい。このほか、ステップ9において一時停止のためのエンドを選択し、その後のリスタートで、減速又は増速のためのクラッチ切り替えを行うこともできる。
伝動軸141の回転を増速して伝動軸221に伝えるときの一方向クラッチ131Xをクラッチ係合させる際のクラッチ切り替えにおいても、[SV1<SV2]を演算処理するときには、伝動輪121R、222Rの増速比がm倍であることから、SV2を「m」で除した計算値が用いられる。この場合も、前に述べたのと同じように、[SV1:SV2]を[1:1]に整える。
図17乃至図20の伝動システムの場合、[SV1<SV2]を実施するための
手段として電気的な制御手段を採用したが、これについては、たとえば、伝動軸141など、回転部品に機械的なブレーキをかけて[SV1<SV2]を実施するようにしてもよい。具体的には、伝動軸141にブレーキ素子を押し付けて摩擦制動をかけ、それによって制御対象となる回転系を減速するというものである。その際の制動時間は、状況に応じて適切に設定される。
図17乃至図20の伝動システムは、図10の変速装置が用いられたが、図11乃至図16の変速装置を用いてもよい。この場合も、伝動軸141又はそれに相応する軸には、測定器405付きの原動機301が設けられ、伝動軸221又はそれに相応する軸には測定器406が取り付けられる。また、この場合、原動機301、両測定器405、406が回転制御系RCSに組み合わされる。
伝動システムは、図5乃至図9に例示された動力入切式伝動装置を用いてもよい。それは、図5乃至図9の動力入切式伝動装置の伝動軸141又は伝動軸221に原動機301が取り付けられる。この伝動システムでも、回転減速が行われる場合、クラッチ係合、クラッチ離脱の所要のクラッチ切り替え操作が円滑、容易、迅速に行える。
本発明に係る回転伝動素子、動力入切式伝動装置、変速装置は、いずれも高精度、高伝動効率、簡潔構成、製作易度、少部品数、軽量化、コストダウン、変速比の連続可変性、入切や変速の際の衝撃緩和などを満足させるものであるから、産業上の利用可能性が高いものである。
111 回転伝動素子
121 伝動輪
121L 伝動輪
121R 伝動輪
131 一方向クラッチ
131X 一方向クラッチ
131Y 一方向クラッチ
131Z 一方向クラッチ
141 伝動軸
142 伝達エリア部
143 不伝達エリア部
221 伝動軸
222L 伝動輪
222R 伝動輪
301 原動機
302 出力軸
401 コンピュータ
405 測定器
406 測定器
CC クラッチ継合部
CW クラッチ装着部
TRA 変速装置
RCS 回転制御系

Claims (16)

  1. 外周を通して回転動力を受け渡しするため伝動輪と、伝動軸と、
    前記伝動輪と伝動軸とを一方向にのみ同方向に回転し又は前記伝動輪と伝動軸との間で回転が伝達しないようにし、伝動輪の内周と伝動軸の外周に介在することができる一方向クラッチとを備え、
    前記一方向クラッチは、その内周と外周とのいずれか一方にはクラッチ装着部があり、その内周と外周とのいずれか他方にはクラッチ係合部があり、
    前記伝動輪と伝動軸とは、前記伝動軸が軸心部側で、前記伝動輪が外周側に相対的に配置されて組み合わされており、
    前記伝動輪内周と伝動軸外周とのいずれか一方には、前記一方向クラッチのクラッチ装着部が固定され、前記伝動輪内周と伝動軸外周とのいずれか他方には、前記一方向クラッチのクラッチ係合部に対応してクラッチ係合を達成する伝達エリア部が設けられ、
    前記一方向クラッチは、前記伝達エリア部とクラッチ係合部とが相互に一致しているときには、前記伝動輪と伝動軸とを接続するクラッチ係合状態となり、前記伝達エリア部とクラッチ係合部とが不一致であるときには、前記伝動輪と伝動軸との接続を解除する状態になること
    を特徴とする回転伝動素子。
  2. 請求項1に記載の回転伝動素子であって、前記一方向クラッチの外周にクラッチ装着部があり、前記一方向クラッチの内周にクラッチ係合部があり、前記一方向クラッチが前記伝動輪の内周に固定され、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応する前記伝達エリア部が伝動軸の外周に設けられている回転伝動素子。
  3. 請求項1に記載の回転伝動素子であって、前記一方向クラッチの内周にクラッチ装着部があり、前記一方向クラッチの外周にクラッチ係合部があり、前記一方向クラッチが伝動軸の外周に固定され、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応する伝達エリア部が伝動輪の内周に設けられている回転伝動素子。
  4. 外周を通して回転動力を受け渡しするための伝動輪と、回転用の軸心部材である伝動軸と、
    前記伝動輪と伝動軸とを一方向にのみ同方向同回転し、又は伝動輪と伝動軸との間を回転が伝達しないようにし、前記伝動輪の内周と伝動軸の外周との間に介在することができる一方向クラッチとを備え、
    前記一方向クラッチは、その内周が前記伝動軸の外周と対応し、その外周が前記伝動輪の内周と対応し、前記一方向クラッチの内周には、前記伝動軸との周方向の相対移動を拘束しつつ前記伝動軸との軸方向の相対移動を許すクラッチ装着部があり、前記一方向クラッチの外周には、前記伝動輪とクラッチ接続するクラッチ係合部があり、
    前記伝動輪の内周には、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応して前記一方向クラッチとのクラッチ係合を達成する伝達エリア部が設けられ、
    前記伝動軸は、その外周を通して前記一方向クラッチのクラッチ装着部と嵌め合い自在に対応しており、かつ、前記伝動軸の外周には、前記一方向クラッチとの周方向の相対的移動を拘束しつつ前記一方向クラッチとの軸方向の相対的移動を許すクラッチ案内部が設けられ、
    前記伝動軸が軸心部側で前記伝動輪が外周側に相対的に配置されて、前記伝動軸と伝動輪とが互いに組み合わされ、
    前記伝動軸外周に前記一方向クラッチが嵌め込まれ、前記伝動軸の外周のクラッチ案内部と前記一方向クラッチ内周のクラッチ装着部とは、相対的に嵌め合っており、この嵌め合いにより、前記伝動軸の外周上で前記一方向クラッチが周方向の回転を拘束しつつ軸方向にスライド自在になっており、 前記伝動輪の内周内の前記伝達エリア部と前記一方向クラッチのクラッチ係合部とが相互に一致しているときには前記伝動輪と伝動軸とが前記一方向クラッチによってクラッチ係合され、前記一方向クラッチが前記伝動軸の内周外にあって前記伝達エリア部とクラッチ係合部とが相互に不一致であるときには前記伝動輪と伝動軸とのクラッチ係合が解除されていること
    を特徴とする回転伝動素子。
  5. 外周を通して回転動力を受け渡しするための伝動輪と、回転用の軸心部材である伝動軸と、
    前記伝動輪と伝動軸とを一方向にのみ同方向同回転させ、又は前記伝動輪と伝動軸との間で回転が伝達しないようにし、前記伝動輪の内周と伝動軸の外周とに介在することができる一方向クラッチとを備え、
    前記一方向クラッチは、前記伝動輪内周と伝動軸外周との間でクラッチ係合したりそのクラッチ係合を解除したりし、
    前記伝動軸の外周には、その軸方向に移動操作する管状の副伝動軸が設けられ、
    前記一方向クラッチは、その内周と外周とのいずれか一方にクラッチ装着部があり、その内周と外周との他方にクラッチ係合部があり、
    前記伝動軸は、その外周を通して前記副伝動軸と嵌め合い自在に対応していて、前記副伝動軸との周方向の相対的移動を拘束しつつ前記副伝動軸との軸方向の相対的移動を許す移動案内雄部が設けられ、
    前記副伝動軸は、その内周を通して前記副伝動軸と嵌め合い自在に対応してその内周には、前記伝動軸との周方向の相対的移動を拘束しつつ前記伝動軸との軸方向の相対移動を許す移動案内雌部が設けられ、
    前記伝動軸と伝動輪とは、前記伝動軸が軸心部側で、前記伝動輪が外周側になるように相対的に配置されて互いに組み合わされ、
    前記伝動輪内周と副伝動軸外周とのいずれか一方には、前記一方向クラッチのクラッチ装着部が固定され、前記伝動輪内周と副伝動軸外周とのいずれか他方には、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応してそのクラッチ係合を達成する伝達エリア部が設けられ、
    前記伝達エリア部と一方向クラッチとが相互に一致しているときには、前記伝動輪と伝動軸とが前記一方向クラッチによってクラッチ係合状態にあり、また前記伝達エリア部と前記一方向クラッチとが相互不一致であるときには、前記伝動輪と伝動軸との間で前記一方向クラッチによるクラッチ係合が解除状態となること
    を特徴とする回転伝動素子。
  6. 請求項5に記載の回転伝動素子であって、前記一方向クラッチの外周に前記クラッチ装着部があり、前記一方向クラッチの内周にクラッチ係合部があって前記一方向クラッチが前記伝動輪の内周に固定され、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応してそのクラッチ係合を達成する伝達エリア部が前記副伝動軸の外周に設けられている回転伝動素子。
  7. 請求項5に記載の回転伝動素子であって、前記一方向クラッチの内周にクラッチ装着部があり、前記一方向クラッチの外周にクラッチ係合部があって前記一方向クラッチが前記副伝動軸の外周に固定され、前記一方向クラッチのクラッチ係合部と対応してそのクラッチ係合を達成する伝達エリア部が前記伝動輪の内周に設けられている回転伝動素子。
  8. 外周を通して回転動力を受け渡しするための伝動輪と、回転用の軸心部材である伝動軸と、
    前記伝動輪と伝動軸とを一方向にのみ同方向に同回転させ、又は前記伝動輪と伝動軸との間の回転が伝達しないようにし、前記伝動輪の内周と伝動軸の外周との間に介在し、内外にそれぞれクラッチ係合部を有する2重構造の一方向クラッチと、
    前記一方向クラッチを軸方向に移動操作するための管状の操作部材を備え、
    前記伝動輪の内周には、少なくともその一部に、外側のクラッチ係合部と対応してクラッチ係合を達成する伝達エリア部が設けられて
    前記伝動軸の外周には、少なくともその一部に、内側のクラッチ係合部と対応してクラッチ係合を達成する伝達エリア部が設けられ、
    前記伝動軸が軸心部側で、前記伝動輪が外周側に相対的に配置されて、前記伝動軸と伝動輪とが互いに組み合わされ、
    前記伝動軸の外周には、前記一方向クラッチの内側のクラッチ係合部を介して前記一方向クラッチが嵌め込まれ、前記一方向クラッチの両端部に隣接して前記操作部材がそれぞれ嵌め込まれ、
    前記伝動輪内周側の伝達エリア部と前記伝動軸外周側の伝達エリア部と前記一方向クラッチの内外のクラッチ係合部とが相互に一致しているときには、前記伝動輪と伝動軸とが前記一方向クラッチによってクラッチ係合状態になり、前記伝達エリア部とクラッチ係合部とが相互に不一致のときには、前記伝動輪と伝動軸とが前記一方向クラッチのクラッチ係合の解除状態になること
    を特徴とする回転伝動素子。
  9. 請求項1乃至8のいずれかに記載の回転伝動素子であって、1つの伝動輪と1つの伝動軸とが2つの一方向クラッチによってクラッチ係合できるように対応している回転伝動素子。
  10. 外周を通して回転動力を受け渡しするための伝動輪と前記伝動輪の軸心部に回転自在に設けられた伝動軸とを含む2つの回転伝動素子を備え、
    それぞれの回転伝動素子の対応する伝動輪は、伝動連係部材を介さない直接連繋手段と伝動連係部材を介した間接連繋手段とのいずれかの連繋手段によって相互に伝動自在に連繋され、
    前記2つの回転伝動素子の少なくとも1つが前記請求項1乃至4のいずれかによるものであり、
    前記回転伝動素子の伝動輪と伝動軸とが一方向クラッチによってクラッチ係合されると、一方の回転伝動素子側から他方の回転伝動素子側へ回転が伝達され、前記回転伝動素子の伝動輪と伝動軸とのクラッチ係合が解除されると、一方の回転伝動素子側から他方の回転伝動素子側への回転が伝達しなくなるものであること
    を特徴とする動力入切式伝動装置。
  11. 出力用回転伝動素子と入力用回転伝動素子とを備え、前記出力用回転伝動素子は、外周を通して回転動力を受け渡しするものであって隣接した複数の伝動輪と前記複数の伝動輪の軸心部に設けられ手回転自在に支持された伝動軸とを有し、前記入力用回転伝動素子も、外周を通して回転動力を受け渡しするものであって互いに隣接した複数の伝動輪と前記複数の伝動輪の軸心部に設けられて回転自在に支持された伝動軸とを有し、
    前記出力用回転伝動素子と入力用回転伝動素子の少なくとも一方の回転伝動素子は、請求項1乃至4のいずれかによる回転伝動素子であって、前記回転伝動素子に付加的に設けられた伝動輪を有し、一方向クラッチによって各伝動輪と伝動軸とがクラッチ係合されたり、そのクラッチ係合が解除されたりし、
    前記出力用回転伝動素子側の各伝動輪と入力用回転伝動素子側の各伝動輪とが相対応していて伝動連係部材を介さない直接連繋手段と伝動連係部材を介した間接連繋手段とのいずれかの連繋手段で伝動自在に連繋され、
    前記伝動軸といずれか一方の伝動輪とが一方向クラッチによってクラッチ係合されると、前記入力用回転伝動素子側から前記出力用回転伝動素子側へ回転が伝達され、一方向クラッチによる前記伝動軸とのクラッチ係合が、一方の伝動輪から他方の伝動輪へと変更されることにより、変速されること
    を特徴とする変速装置。
  12. 請求項11に記載の変速装置であって、出力用回転伝動素子と入力用回転伝動素子との間に正回転用の伝動系と逆回転用の伝動系とが設けられ、前記正逆回転の伝動系が一方向クラッチを備えた軸方向の操作手段で切り替えられる変速装置。
  13. 請求項11に記載の変速装置であって、回転伝動素子の互いに隣接する伝動輪の間を接続したり切り離したりするための断続手段が設けられている変速装置。
  14. 請求項10乃至13のいずれかに記載の変速装置であって、回転を伝達する伝動系が遊星歯車伝動機構を含む変速装置。
  15. 請求項10乃至14のいずれかに記載の変速装置と、前記変速装置の回転動力入力側に設けられた回転原動系と、前記変速装置の回転動力出力側に設けられた回転作動系とを備えていて、前記回転原動系の回転動力が前記変速装置を経由して前記回転作動系に伝達されるように、前記回転原動系と変速装置と回転作動系とが組み合わされている伝動システムにおいて、
    前記変速装置の回転伝動素子の一方向クラッチをクラッチ係合状態からクラッチ離脱状態に切り替える際又はクラッチ離脱状態からクラッチ係合状態に切り替える際に、前記回転伝動素子の伝動輪と伝動軸に相対的な回転速度差をもたせて前記一方向クラッチのクラッチ噛み合いが行われないように前記一方向クラッチを切り替えるようにしたこと
    を特徴とする伝動システム。
  16. 請求項15に記載の伝動システムであって、前記一方向クラッチのクラッチ噛み合いが行われないようにしつつ前記一方向クラッチを切り替える際に、前記回転原動系の測定対象物の回転速度又は回転数と、前記回転作動系の測定対象物の回転速度又は回転数とをそれぞれ検出し、その検出結果に基づいて前記回転伝動素子の伝動輪と伝動軸に相対的な回転速度差をもたせる伝動システム。
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