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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025003336
(43)【公開日】2025-01-09
(54)【発明の名称】変速機構 並びにこの変速機構を具える被動機材
(51)【国際特許分類】
F16H 3/083 20060101AFI20241226BHJP
F16H 3/091 20060101ALI20241226BHJP
F16D 11/10 20060101ALI20241226BHJP
【ＦＩ】
F16H3/083
F16H3/091
F16D11/10 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024084482
(22)【出願日】2024-05-24
(31)【優先権主張番号】P 2023103772
(32)【優先日】2023-06-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】723008817
【氏名又は名称】青山 明宏
(74)【代理人】
【識別番号】100086438
【弁理士】
【氏名又は名称】東山 喬彦
(74)【代理人】
【識別番号】100217168
【弁理士】
【氏名又は名称】東山 裕樹
(72)【発明者】
【氏名】青山 明宏
【テーマコード（参考）】
3J056
3J528
【Ｆターム（参考）】
3J056AA03
3J056CB06
3J056GA05
3J056GA14
3J528EA21
3J528EB62
3J528EB63
3J528FB04
3J528FC33
3J528FC42
3J528FC63
3J528GA01
3J528GA08
3J528GA10
3J528GA20
3J528HA23
(57)【要約】
【課題】 ドグクラッチによるシフト操作時における衝撃を軽減することのできる変速機構並びにこれを具えた被動機材を開発することを技術課題とした。
【解決手段】 本発明の変速機構１４は、入力側シャフト２２と出力側シャフト２３とに対し、ギア比を異ならせた対となったギアの組が常時噛み合い状態に設けられ、一方のギアがシャフト２３に対し固定回転するとともに、他のギアがシャフト２２に対しフリー回転状態に支持され、シャフト２２には、ヘリカルスプライン係合により回転固定状態で且つ軸方向にスライド移動できるドグクラッチ２９が設けられ、このドグクラッチ２９はフリー回転のギアに係合することにより、当該ギアをシャフト２２に回転固定状態とし、ドグクラッチ２９が、対となったギアの組を選択することによって、要求されるギア比により出力側のシャフト２３の回転比を切り替えることを特徴とする。
【選択図】 図６
【解決手段】 本発明の変速機構１４は、入力側シャフト２２と出力側シャフト２３とに対し、ギア比を異ならせた対となったギアの組が常時噛み合い状態に設けられ、一方のギアがシャフト２３に対し固定回転するとともに、他のギアがシャフト２２に対しフリー回転状態に支持され、シャフト２２には、ヘリカルスプライン係合により回転固定状態で且つ軸方向にスライド移動できるドグクラッチ２９が設けられ、このドグクラッチ２９はフリー回転のギアに係合することにより、当該ギアをシャフト２２に回転固定状態とし、ドグクラッチ２９が、対となったギアの組を選択することによって、要求されるギア比により出力側のシャフト２３の回転比を切り替えることを特徴とする。
【選択図】 図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
並列配置された入力側のシャフトと出力側のシャフトとに対し、ギア比を異ならせた対となったギアの組が、少なくとも二組以上、常時噛み合い状態に設けられ、噛み合い状態にある一方のギアは、シャフトに対し固定回転するとともに、他のギアはシャフトに対しフリー回転状態に支持され、更にフリー回転するギアに対しては、これを支持するシャフトに、スプライン係合により回転固定状態で且つシャフトの軸方向にスライド移動できるドグクラッチが設けられ、このドグクラッチはフリー回転するギアに対し係合することにより、当該フリー回転するギアをシャフトに回転固定状態とするものであり、ドグクラッチが、対となったギアの組のいずれかを選択することによって、要求されるギア比により出力側のシャフトの回転比を切り替える変速機構であって、
前記ドグクラッチと、このスライド範囲におけるシャフトとのスプライン係合は、ヘリカルスプライン係合であることを特徴とする変速機構。
前記ドグクラッチと、このスライド範囲におけるシャフトとのスプライン係合は、ヘリカルスプライン係合であることを特徴とする変速機構。
【請求項2】
前記ヘリカルスプラインの螺旋方向は、ドグクラッチの回転が、高速ギア比のギアに対しては遅れ傾向となり、低速ギア比のギアに対しては進み傾向となる方向に設定されていることを特徴とする請求項１記載の変速機構。
【請求項3】
前記シャフトに設けられるギアの組は二組であり、このギアの組は、ギアをフリー状態に支持するシャフトに対し、二組のギアの間に一基のドグクラッチを設け、このドグクラッチをシャフトの軸方向にスライドさせることにより、いずれかの組のギアを回転固定状態とすることを特徴とする請求項２記載の変速機構。
【請求項4】
前記ドグクラッチとギアとのいずれか一方または双方には、両者の係合に先立ち、緩接触して、両者の回転を同調させるシンクロナイズ機構を具えることを特徴とする請求項１または２記載の変速機構。
【請求項5】
前記入力側のシャフトまたは、この前段の入力系回転部材に回転センサを設け、この回転センサの検出値が、ドグクラッチの係合適化状態になったときに、この係合適化状態であることの告知を行うか、あるいはドグクラッチとギアとの係合を行うかの、いずれか一方または双方を行う構成であることを特徴とする請求項１または２記載の変速機構。
【請求項6】
前記入力側のシャフトに入力するパワーユニットは、電動機であることを特徴とする請求項１または２記載の変速機構。
【請求項7】
鉄道車輌、自動車、モーターサイクル、モーターアシスト自転車、風力発電機、船外機、ウインチ装置のいずれかの被動機材であって、
この被動機材は、前記請求項１または２記載の変速機構を具えることを特徴とする被動機材。
この被動機材は、前記請求項１または２記載の変速機構を具えることを特徴とする被動機材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、常時噛み合い式の変速機構に関するものであって、特に変速切替において作用するドグクラッチとギアとの噛み合い接続（係合）を円滑に行うことができるようにした変速機構並びにこれを具えた被動機材に係るものである。
【背景技術】
【0002】
内燃機エンジン駆動の自動車、モーターサイクル等の車輌にあっては、エンジンの出力特性上、多段または無段階の変速機を介して車輪への駆動が成されている。
一方で近時環境対応の要請から、電動機（モータ）駆動のいわゆる電気自動車（以下、電動車とする）の普及が目覚ましい。このような電動車にあっては、モータの出力特性上、起動時に大トルクを発揮することから、多くの場合、モータと車輪との間には機械的な変速装置を介在させていない。
一方で近時環境対応の要請から、電動機（モータ）駆動のいわゆる電気自動車（以下、電動車とする）の普及が目覚ましい。このような電動車にあっては、モータの出力特性上、起動時に大トルクを発揮することから、多くの場合、モータと車輪との間には機械的な変速装置を介在させていない。
【0003】
しかしながら、モータの出力特性を有効に利用するためには、速度上昇に伴った適切なギアレシオを得るべく、変速機を介在させることが望まれている。このために用いる歯車変速装置としては、対となっている常時噛み合い状態のギアをシャフトに対し、一方をフリー回転とし、他方のギアをシャフトに対し回転固定状態とし、フリー回転するギアに対し、シャフトに回転固定状態としたドグクラッチを噛み合わせることにより、一対となったギアの駆動噛み合い状態を現出させる構成を採る。このような構成の場合、シャフト上を移動して、ドグクラッチのドグ突起がギア側のドグ受入凹部に噛み合う際には、一定の衝撃の発生は免れず、結果的に関係するドライブトレインにも悪影響をもたらしかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１４－９８４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、このような背景を考慮してなされたものであって、ドグクラッチによるシフト操作時における衝撃を軽減することのできる変速機構並びにこれを具えた被動機材を開発することを技術課題とした。
【課題を解決するための手段】
【0006】
すなわち請求項１記載の変速機構は、
並列配置された入力側のシャフトと出力側のシャフトとに対し、ギア比を異ならせた対となったギアの組が、少なくとも二組以上、常時噛み合い状態に設けられ、噛み合い状態にある一方のギアは、シャフトに対し固定回転するとともに、他のギアはシャフトに対しフリー回転状態に支持され、更にフリー回転するギアに対しては、これを支持するシャフトに、スプライン係合により回転固定状態で且つシャフトの軸方向にスライド移動できるドグクラッチが設けられ、このドグクラッチはフリー回転するギアに対し係合することにより、当該フリー回転するギアをシャフトに回転固定状態とするものであり、ドグクラッチが、対となったギアの組のいずれかを選択することによって、要求されるギア比により出力側のシャフトの回転比を切り替える変速機構であって、
前記ドグクラッチと、このスライド範囲におけるシャフトとのスプライン係合は、ヘリカルスプライン係合であることを特徴として成るものである。
並列配置された入力側のシャフトと出力側のシャフトとに対し、ギア比を異ならせた対となったギアの組が、少なくとも二組以上、常時噛み合い状態に設けられ、噛み合い状態にある一方のギアは、シャフトに対し固定回転するとともに、他のギアはシャフトに対しフリー回転状態に支持され、更にフリー回転するギアに対しては、これを支持するシャフトに、スプライン係合により回転固定状態で且つシャフトの軸方向にスライド移動できるドグクラッチが設けられ、このドグクラッチはフリー回転するギアに対し係合することにより、当該フリー回転するギアをシャフトに回転固定状態とするものであり、ドグクラッチが、対となったギアの組のいずれかを選択することによって、要求されるギア比により出力側のシャフトの回転比を切り替える変速機構であって、
前記ドグクラッチと、このスライド範囲におけるシャフトとのスプライン係合は、ヘリカルスプライン係合であることを特徴として成るものである。
【0007】
また請求項２記載の変速機構は、前記請求項１記載の要件に加え、
前記ヘリカルスプラインの螺旋方向は、ドグクラッチの回転が、高速ギア比のギアに対しては遅れ傾向となり、低速ギア比のギアに対しては進み傾向となる方向に設定されていることを特徴として成るものである。
前記ヘリカルスプラインの螺旋方向は、ドグクラッチの回転が、高速ギア比のギアに対しては遅れ傾向となり、低速ギア比のギアに対しては進み傾向となる方向に設定されていることを特徴として成るものである。
【0008】
また請求項３記載の変速機構は、前記請求項２記載の要件に加え、
前記シャフトに設けられるギアの組は二組であり、このギアの組は、ギアをフリー状態に支持するシャフトに対し、二組のギアの間に一基のドグクラッチを設け、このドグクラッチをシャフトの軸方向にスライドさせることにより、いずれかの組のギアを回転固定状態とすることを特徴として成るものである。
前記シャフトに設けられるギアの組は二組であり、このギアの組は、ギアをフリー状態に支持するシャフトに対し、二組のギアの間に一基のドグクラッチを設け、このドグクラッチをシャフトの軸方向にスライドさせることにより、いずれかの組のギアを回転固定状態とすることを特徴として成るものである。
【0009】
また請求項４記載の変速機構は、前記請求項１または２記載の要件に加え、
前記ドグクラッチとギアとのいずれか一方または双方には、両者の係合に先立ち、緩接触して、両者の回転を同調させるシンクロナイズ機構を具えることを特徴として成るものである。
前記ドグクラッチとギアとのいずれか一方または双方には、両者の係合に先立ち、緩接触して、両者の回転を同調させるシンクロナイズ機構を具えることを特徴として成るものである。
【0010】
また請求項５記載の変速機構は、前記請求項１または２記載の要件に加え、
前記入力側のシャフトまたは、この前段の入力系回転部材に回転センサを設け、この回転センサの検出値が、ドグクラッチの係合適化状態になったときに、この係合適化状態であることの告知を行うか、あるいはドグクラッチとギアとの係合を行うかの、いずれか一方または双方を行う構成であることを特徴として成るものである。
前記入力側のシャフトまたは、この前段の入力系回転部材に回転センサを設け、この回転センサの検出値が、ドグクラッチの係合適化状態になったときに、この係合適化状態であることの告知を行うか、あるいはドグクラッチとギアとの係合を行うかの、いずれか一方または双方を行う構成であることを特徴として成るものである。
【0011】
また請求項６記載の変速機構は、前記請求項１または２記載の要件に加え、
前記入力側のシャフトに入力するパワーユニットは、電動機であることを特徴として成るものである。
前記入力側のシャフトに入力するパワーユニットは、電動機であることを特徴として成るものである。
【0012】
また請求項７記載の被動機材は、
鉄道車輌、自動車、モーターサイクル、モーターアシスト自転車、風力発電機、船外機、ウインチ装置のいずれかの被動機材であって、
この被動機材は、前記請求項１または２記載の変速機構を具えることを特徴として成るものである。
そしてこれら各請求項記載の手段をもって前記課題の解決が図られる。
鉄道車輌、自動車、モーターサイクル、モーターアシスト自転車、風力発電機、船外機、ウインチ装置のいずれかの被動機材であって、
この被動機材は、前記請求項１または２記載の変速機構を具えることを特徴として成るものである。
そしてこれら各請求項記載の手段をもって前記課題の解決が図られる。
【発明の効果】
【0013】
まず請求項１記載の発明によれば、ドグクラッチがシャフトに対しヘリカルスプライン結合するから、ドグクラッチが、シャフトに設けられたギアと係合（締結）する際、単に軸方向に摺動するだけではなく、シャフトに対する回転移動をも伴い、ギアとの係合時に回転方向の速度合わせが生じ、切り替えに伴う衝撃の緩和や解消を図ることができる。
【0014】
また請求項２または３記載の発明によれば、ダウンシフト切替時には、増速傾向の下に円滑な係合が図られ、アップシフト切替時には、減速傾向の下に円滑な係合が図られる。
【0015】
また請求項４記載の発明によれば、ドグクラッチがギアと完全に係合するのに先立ち、ドグクラッチの回転と、ギアとの回転差を縮小ないしは解消を図ることができる。すなわちドグクラッチの係合開始時点から、ドグクラッチがギアに対し徐々に接触して行くため、ドグクラッチの回転がギアに徐々に伝達されて行き、ギアの回転をドグクラッチに徐々に同調させることができ、係合に伴う急激な衝撃を抑えることができる。
【0016】
また請求項５記載の発明によれば、ドグクラッチのギアへの係合（締結）は、ドグクラッチが設けられた入力側シャフトの回転数が適化状態（係合適化状態）となってから行われるから、ドグクラッチの係合に伴う急激な衝撃を一層抑えることができる。
【0017】
また請求項６記載の発明によれば、ドグクラッチをギア側に係合させる際、衝撃の発生を極力抑えることができ、電動機の出力特性を有効に利用することができる。
【0018】
また請求項７記載の発明によれば、本発明に係る変速機構を適用した種々の被動機材、具体的には、鉄道車輌、自動車、モーターサイクル、モーターアシスト自転車、風力発電機、船外機、ウインチ装置などを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の変速機構を適用した被動機材として、車輌を示す概略図である。
【図2】同上、被動機材として船外機を示す概略図である。
【図3】同上、被動機材として自動二輪車（オートバイ）を示す概略図である。
【図4】同上、被動機材として風力発電機を示す概略図である。
【図5】本発明の変速機構の一例を示す斜視図である。
【図6】同上、平面図（ａ）、並びにドグスライド用フォークと、これを挟むように設けられる二つのフォーク固定用部材との間にウェーブプレートを設けるようにした構成例を拡大して示す平面断面図（ｂ）である。
【図7】同上、側面図である。
【図8】ドグクラッチをシャフトの軸方向から視た正面図である。
【図9】同上、側面図である。
【図11】ヘリカルスプラインシャフトを、シャフトの軸方向から視た正面断面図である。
【図12】同上、側面図である。
【図13】入力側小ギアを、シャフトの軸方向から視た投影図である。
【図14】ドグ受入凹部（嵌合溝）を全体的に傾斜状（テーパ状または円錐状の切欠き）に形成した入力側小ギア（または大ギア）を示す断面図である。
【図15】入力側小ギアのドグ受入凹部を示す断面図である。
【図16】入力側大ギアのドグ受入凹部を示す断面図である。
【図17】図１３・図１５に示す入力側小ギア、入力側大ギア、図９に示すドグクラッチ、図１２に示すヘリカルスプラインシャフトを組み合わせた断面図（ａ）、並びに当該ドグクラッチを入力側大ギアに係合（締結）する際、ドグクラッチの回転が遅れ傾向となる様子（すべり損失）を示す説明図（ｂ）である。
【図18】軸孔を延長するようにシンクロボスを形成し、その外周側にシンクロリング部を設けた入力側小ギアを示す断面図である。
【図19】軸孔を延長するようにシンクロボスを形成し、その外周側にシンクロリング部を設けた入力側大ギアを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明は、以下の実施例に示すとおりであるが、この実施例に対して本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更を加えることも可能である。
【実施例0021】
本発明たる変速機構１４は、実機として構成される場合には、所定の強度等が付与されたギアボックス内に、例えばオイルバス状に収納されることとなる。しかしながら、以下の実施例では、いわゆるデモ機としての基本構成が理解できるように、一部シンボリックな図示とする。
本実施例に示す変速機構１４は、一例として図５～図７に示すように、フレームＦ上に構成部材を配置したものであり、フレームＦは、一例として平面視ほぼ矩形枠状に構成される。
変速機構１４は、このフレームＦに対し、入力側のシャフト２２と、出力側のシャフト２３とがシャフト固定具３２を介して回転自在に且つ並列状態に取り付けられている。そして、入力側のシャフト２２に対しては、その一端に入力側の駆動部材１１が接続される。入力側の駆動部材１１としては、一例として電動機が挙げられるものであり、例えば図１に示すように第１減速ギア２１ａ、第２減速ギア２１ｂを介して、電動機の回転が減速された状態で入力側のシャフト２２に伝達される。
本実施例に示す変速機構１４は、一例として図５～図７に示すように、フレームＦ上に構成部材を配置したものであり、フレームＦは、一例として平面視ほぼ矩形枠状に構成される。
変速機構１４は、このフレームＦに対し、入力側のシャフト２２と、出力側のシャフト２３とがシャフト固定具３２を介して回転自在に且つ並列状態に取り付けられている。そして、入力側のシャフト２２に対しては、その一端に入力側の駆動部材１１が接続される。入力側の駆動部材１１としては、一例として電動機が挙げられるものであり、例えば図１に示すように第１減速ギア２１ａ、第２減速ギア２１ｂを介して、電動機の回転が減速された状態で入力側のシャフト２２に伝達される。
【0022】
更に入力側のシャフト２２に対しては、上記図５・図６に示すように、入力側の小ギア２４と大ギア２６とが、シャフト２２に対して回転方向には固定されていないフリー状態となるようベアリングＢ（図１７参照）を介在させて、取り付けられている。なお、以下述べる出力側の大ギア２５及び出力側の小ギア２７を含め、ギア部材を総称、ないしは共通的に表現する場合は、単に「ギア」と称するものであり、特許請求の範囲においても「ギア」という用語を用いている。
そして、入力側のシャフト２２において小ギア２４と大ギア２６との間には、更にドグクラッチ２９が、シャフト２２の軸方向にスライド自在に設けられている。以下、これら小ギア２４、大ギア２６、ドグクラッチ２９及びこれらを支持するシャフト２２の構成について説明する。
そして、入力側のシャフト２２において小ギア２４と大ギア２６との間には、更にドグクラッチ２９が、シャフト２２の軸方向にスライド自在に設けられている。以下、これら小ギア２４、大ギア２６、ドグクラッチ２９及びこれらを支持するシャフト２２の構成について説明する。
【0023】
まず小ギア２４及び大ギア２６は、上述したようにシャフト２２に対しベアリングＢを介して回転自在に支持されており、回転方向におけるシャフト２２との固定は、ドグクラッチ２９の締結により成される。このため小ギア２４は、例えば図１３・図１５に示すように、一例として周方向に長孔状となるドグ受入凹部２４Ｒが四カ所設けられ、同様に大ギア２６にも周方向に長孔状となるドグ受入凹部２６Ｒが一例として四カ所設けられる（図１６参照）。
【0024】
次にドグクラッチ２９と、これを支持しているシャフト２２に設けられるスプライン構造とについて説明する。両者は本発明の特徴的構成であって、スプライン構造は螺旋状のスプライン（これをヘリカルスプラインシャフト２８とする）として構成される。すなわち入力側のシャフト２２は、前記小ギア２４と大ギア２６との間の外周側が、ヘリカルスプラインシャフト２８として構成されており、螺旋状のスプライン突条２８ａが一例として四本形成されるとともに、このスプライン突条２８ａの間に、相対的に溝状となるスプライン溝２８ｂが形成される（図１１・図１２参照）。このようなヘリカルスプラインシャフト２８の構成に伴い、ドグクラッチ２９は、一例として図８に示すように、中心孔において突条の回転摺動用突起部３７が四条形成され、これにより相対的に凹部となる回転摺動用凹溝部３７１が形成されるものであり、これらはヘリカルスプラインシャフト２８に挿嵌可能なように同じリード角をもった螺旋状に形成される。このようなスプライン結合により、ドグクラッチ２９は、入力側のシャフト２２の回転に伴い回転する。
【0025】
更にドグクラッチ２９は、例えば図９・図８に示すように、両側面にギア連結用突起部３６を一例として片面四カ所、両面計八カ所具える。
これらギア連結用突起部３６は、円柱状の概形を有するように形成され、ドグクラッチ２９が小ギア２４または大ギア２６のいずれかの方向に摺動したとき、各ギア２４・２６におけるドグ受け入れ凹部２４Ｒ・２６Ｒ内に収まるように噛み合い（図１７参照）、各ギア２４・２６のいずれかを入力側のシャフト２２とともに回転させるものである。
なお、ギア２４・２６に連結するときのドグクラッチ２９の動きは、ヘリカルスプラインシャフト２８による螺旋案内を受け、回転方向に速度合わせが生じるが、これについては後述する。
これらギア連結用突起部３６は、円柱状の概形を有するように形成され、ドグクラッチ２９が小ギア２４または大ギア２６のいずれかの方向に摺動したとき、各ギア２４・２６におけるドグ受け入れ凹部２４Ｒ・２６Ｒ内に収まるように噛み合い（図１７参照）、各ギア２４・２６のいずれかを入力側のシャフト２２とともに回転させるものである。
なお、ギア２４・２６に連結するときのドグクラッチ２９の動きは、ヘリカルスプラインシャフト２８による螺旋案内を受け、回転方向に速度合わせが生じるが、これについては後述する。
【0026】
更にドグクラッチ２９は、このものに対するシフト動作を受け入れるためのフォーク受け溝２９ａをその外周縁に具える。
以下、ドグクラッチ２９のシフト構造について説明する。シフト構造の主要部材は、ドグスライド用フォーク３０であり、このものは一例として上記図８に示すように、ドグクラッチ２９に作用する先端側（自由端）側が円弧フォーク状を成す二股Ｃ字状に形成されたドグシフト用端部３０ａとして構成されるとともに、基端部３０ｂ側はフォーク摺動用シャフト３５に支持されている。
フォーク摺動用シャフト３５は、前記フレームＦに対して支持されるスクリューシャフトであって、変速制御装置１３であるシフトモータの回転により駆動され、ドグスライド用フォーク３０の基端部３０ｂに設けられたメネジとの螺合によりドグスライド用フォーク３０の軸方向移動（摺動）が成される。なお、図６（ｂ）中の符号３４ａ・３４ｂは、ドグスライド用フォーク３０を両側からピンＰを介して保持するようにして、ドグスライド用フォーク３０の固定を図るフォーク固定用部材である。
以下、ドグクラッチ２９のシフト構造について説明する。シフト構造の主要部材は、ドグスライド用フォーク３０であり、このものは一例として上記図８に示すように、ドグクラッチ２９に作用する先端側（自由端）側が円弧フォーク状を成す二股Ｃ字状に形成されたドグシフト用端部３０ａとして構成されるとともに、基端部３０ｂ側はフォーク摺動用シャフト３５に支持されている。
フォーク摺動用シャフト３５は、前記フレームＦに対して支持されるスクリューシャフトであって、変速制御装置１３であるシフトモータの回転により駆動され、ドグスライド用フォーク３０の基端部３０ｂに設けられたメネジとの螺合によりドグスライド用フォーク３０の軸方向移動（摺動）が成される。なお、図６（ｂ）中の符号３４ａ・３４ｂは、ドグスライド用フォーク３０を両側からピンＰを介して保持するようにして、ドグスライド用フォーク３０の固定を図るフォーク固定用部材である。
【0027】
以上が入力側のシャフト２２に関係する部材であり、次に出力側のシャフト２３について説明する。出力側のシャフト２３は、入力側のシャフト２２に対し、いわゆるカウンターシャフトとなるシャフトであり、シャフトの一端に出力側作用部材１２を具える。出力側作用部材１２は、具体的には、変速機構１４が設けられる対象機構に応じた接続部であり、例えば歯車、スプロケット、プーリ、対象機構への直結シャフト等である。
更に出力側のシャフト２３には、大ギア２５と小ギア２７とが、シャフト２３に対し回転固定状態に設けられる。ここで出力側の大ギア２５が、入力側シャフト２２の小ギア２４に噛み合うギアであり、出力側の小ギア２７が、入力側シャフト２２の大ギア２６に噛み合うギアである。このため入力側のシャフト２２において、ドグクラッチ２９が小ギア２４に締結されると、入力側のシャフト２２の回転が、入力側の小ギア２４、出力側の大ギア２５を介して、出力側のシャフト２３に伝達されるものである。なお、この状態は、入力側の小ギア２４と出力側の大ギア２５との組み合わせ（ギアの組み合わせ）が、回転固定状態となった状態である。
また入力側のシャフト２２において、ドグクラッチ２９が大ギア２６に締結されると、入力側のシャフト２２の回転が、入力側の大ギア２６、出力側の小ギア２７を介して、出力側のシャフト２３に伝達されるものである。なお、この状態は、入力側の大ギア２６と出力側の小ギア２７との組み合わせ（ギアの組み合わせ）が、回転固定状態となった状態である。
更に出力側のシャフト２３には、大ギア２５と小ギア２７とが、シャフト２３に対し回転固定状態に設けられる。ここで出力側の大ギア２５が、入力側シャフト２２の小ギア２４に噛み合うギアであり、出力側の小ギア２７が、入力側シャフト２２の大ギア２６に噛み合うギアである。このため入力側のシャフト２２において、ドグクラッチ２９が小ギア２４に締結されると、入力側のシャフト２２の回転が、入力側の小ギア２４、出力側の大ギア２５を介して、出力側のシャフト２３に伝達されるものである。なお、この状態は、入力側の小ギア２４と出力側の大ギア２５との組み合わせ（ギアの組み合わせ）が、回転固定状態となった状態である。
また入力側のシャフト２２において、ドグクラッチ２９が大ギア２６に締結されると、入力側のシャフト２２の回転が、入力側の大ギア２６、出力側の小ギア２７を介して、出力側のシャフト２３に伝達されるものである。なお、この状態は、入力側の大ギア２６と出力側の小ギア２７との組み合わせ（ギアの組み合わせ）が、回転固定状態となった状態である。
【0028】
本発明の変速機構１４の構成の一例は、以上述べたとおりであって、以下次のように作動して円滑なシフト操作が行われる。
〈始発状態〉
電動機の場合には、給電により円滑に駆動が開始できるが、便宜上ドグクラッチ２９は、中立位置、すなわち小ギア２４と大ギア２６とのいずれとも噛み合っていない状態とする。この非噛み合い状態で入力側のシャフト２２が駆動を受けて回転したとしても、小ギア２４・大ギア２６ともにシャフト２２との回転固定状態は得られていないから、出力側のシャフト２３に回転は伝達されない。
〈始発状態〉
電動機の場合には、給電により円滑に駆動が開始できるが、便宜上ドグクラッチ２９は、中立位置、すなわち小ギア２４と大ギア２６とのいずれとも噛み合っていない状態とする。この非噛み合い状態で入力側のシャフト２２が駆動を受けて回転したとしても、小ギア２４・大ギア２６ともにシャフト２２との回転固定状態は得られていないから、出力側のシャフト２３に回転は伝達されない。
【0029】
〈入力側シャフトとドグクラッチの回転〉
一方、入力側のシャフト２２が入力側の電動機（駆動部材１１）から回転駆動を受けると、シャフト２２が回転するとともに、ヘリカルスプラインシャフト２８とスプライン嵌合しているドグクラッチ２９も回転する（共回りする）。
一方、入力側のシャフト２２が入力側の電動機（駆動部材１１）から回転駆動を受けると、シャフト２２が回転するとともに、ヘリカルスプラインシャフト２８とスプライン嵌合しているドグクラッチ２９も回転する（共回りする）。
【0030】
〈ドグクラッチの締結〉
この状態で変速制御装置１３たるシフトモータ等を駆動し、ドグスライド用フォーク３０を一例としてドグを受け入れる小ギア２４側に移動させる。ドグクラッチ２９は、ヘリカルスプラインシャフト２８との係合が成されているから、一例として図６（ａ）に示すように、入力側のシャフト２２の回転方向に向かうような速度合わせが生じ、円滑なドグ締結が図られる（図１７（ａ）参照）。
もちろん電動機を入力側原動機としている場合には、予め小ギア２４とドグクラッチ２９とを係合させておくことができる。前述した速度合わせによる円滑なドグクラッチ２９の係合（接続）が効果的なのは、むしろ高速ギア比での駆動がされているとき、いわゆるダウンシフトすべく低速側、すなわち小ギア２４側にドグクラッチ２９を係合させる場合である。より具体的には、高速ギア比での駆動がされているとき、つまり入力側の大ギア２６と出力側の小ギア２７との接続がされている状態であっても、常時噛み合い式のギア列であるから、入力側のシャフト２２における小ギア２４が、たとえフリー回転するものであったとしても、出力側のシャフト２３に固定されている出力側の大ギア２５の回転を受けて、むしろ増速状態で回転しているからであり、このときドグクラッチ２９が、増速傾向の下に、小ギア２４と噛み合うことにより、円滑な係合が図られるのである。
この状態で変速制御装置１３たるシフトモータ等を駆動し、ドグスライド用フォーク３０を一例としてドグを受け入れる小ギア２４側に移動させる。ドグクラッチ２９は、ヘリカルスプラインシャフト２８との係合が成されているから、一例として図６（ａ）に示すように、入力側のシャフト２２の回転方向に向かうような速度合わせが生じ、円滑なドグ締結が図られる（図１７（ａ）参照）。
もちろん電動機を入力側原動機としている場合には、予め小ギア２４とドグクラッチ２９とを係合させておくことができる。前述した速度合わせによる円滑なドグクラッチ２９の係合（接続）が効果的なのは、むしろ高速ギア比での駆動がされているとき、いわゆるダウンシフトすべく低速側、すなわち小ギア２４側にドグクラッチ２９を係合させる場合である。より具体的には、高速ギア比での駆動がされているとき、つまり入力側の大ギア２６と出力側の小ギア２７との接続がされている状態であっても、常時噛み合い式のギア列であるから、入力側のシャフト２２における小ギア２４が、たとえフリー回転するものであったとしても、出力側のシャフト２３に固定されている出力側の大ギア２５の回転を受けて、むしろ増速状態で回転しているからであり、このときドグクラッチ２９が、増速傾向の下に、小ギア２４と噛み合うことにより、円滑な係合が図られるのである。
【0031】
〈低速ギアから高速ギアへ〉
この操作は前述のダウンシフト状態からアップシフト状態とするものであり、この場合には入力側の大ギア２６でみると、小ギア２４の回転数よりも低い回転数で回転している。すなわち、本発明の変速機構１４は、常時噛み合い式のギアの組み合わせ構造であるから、ダウンシフト状態では出力側の回転は減速（低回転）であり、この減速状態の回転が入力側の大ギア２６から出力側の小ギア２７に低回転で伝えられる。この結果、ドグクラッチ２９の大ギア２６への噛み合い時においては、ヘリカルスプラインシャフト２８の螺旋形状により、減速方向の速度合わせにより入力軸回転より遅い速度で、回転中の小ギア２４の動きにあった回転の下にドグクラッチ２９の噛み合いがなされる。
換言すれば入力側の小ギア２４に係合されていたドグクラッチ２９が、入力側の大ギア２６に係合される際には、一例として図１７（ｂ）に示すように、ドグクラッチ２９が、ヘリカルスプラインシャフト２８の螺旋に沿って移動するから、ドグクラッチ２９は、シャフト２２の軸方向への移動（大ギア２６への直線移動）とともに、シャフト２２の軸方向に対して垂直な方向にも移動し、この垂直移動分が、シャフト２２の回転方向とは逆方向への回転移動となる。つまり、この場合、ドグクラッチ２９の回転が遅れ傾向となるように大ギア２６との係合が成される。なお、この遅れ傾向は、ヘリカルスプラインシャフト２８の螺旋に沿って移動する（すべる）際における垂直方向成分の回転移動に起因するものであり、言わば「すべり損失」となる。
この操作は前述のダウンシフト状態からアップシフト状態とするものであり、この場合には入力側の大ギア２６でみると、小ギア２４の回転数よりも低い回転数で回転している。すなわち、本発明の変速機構１４は、常時噛み合い式のギアの組み合わせ構造であるから、ダウンシフト状態では出力側の回転は減速（低回転）であり、この減速状態の回転が入力側の大ギア２６から出力側の小ギア２７に低回転で伝えられる。この結果、ドグクラッチ２９の大ギア２６への噛み合い時においては、ヘリカルスプラインシャフト２８の螺旋形状により、減速方向の速度合わせにより入力軸回転より遅い速度で、回転中の小ギア２４の動きにあった回転の下にドグクラッチ２９の噛み合いがなされる。
換言すれば入力側の小ギア２４に係合されていたドグクラッチ２９が、入力側の大ギア２６に係合される際には、一例として図１７（ｂ）に示すように、ドグクラッチ２９が、ヘリカルスプラインシャフト２８の螺旋に沿って移動するから、ドグクラッチ２９は、シャフト２２の軸方向への移動（大ギア２６への直線移動）とともに、シャフト２２の軸方向に対して垂直な方向にも移動し、この垂直移動分が、シャフト２２の回転方向とは逆方向への回転移動となる。つまり、この場合、ドグクラッチ２９の回転が遅れ傾向となるように大ギア２６との係合が成される。なお、この遅れ傾向は、ヘリカルスプラインシャフト２８の螺旋に沿って移動する（すべる）際における垂直方向成分の回転移動に起因するものであり、言わば「すべり損失」となる。
【0032】
〔他の実施例〕
本発明は以上述べた実施例を一つの基本的な技術思想とするものであるが、更に次のような改変が考えられる。
《噛み合い円滑化の実施例》
〈シンクロナイザ〉
まず、ドグクラッチ２９を入力側小ギア２４または入力側大ギア２６に連結させる際に、回転速度の同期を図るシンクロナイズ機構を設けることが可能である。
シンクロナイズ機構は、一例として図１０・図１８・図１９・図２０に示すように、ドグクラッチ２９と、これと噛み合う入力側小ギア２４または同大ギア２６との係合部位に設けられる。すなわち小ギア２４または大ギア２６の各軸孔２４ｈ・２６ｈを延長させるようなシンクロボス３９ｂを形成し、その外周側にシンクロリング部３９を形成する（図１８・図１９参照）。また小ギア２４・大ギア２６については、ドグクラッチ２９のギア連結用突起部３６が上記シンクロリング部３９に緩接触するように、傾斜状（テーパ状または円錐状の切欠き）、つまりドグクラッチ２９に向かって拡径状態となるようなドグ受入凹部２４Ｒ・２６Ｒを形成し（図１４参照）、ドグクラッチ２９と各ギア２４・２６との噛み合いに先立ち、ドグクラッチ２９の回転と、各ギア２４・２６との回転差を縮小ないしは解消を図るものである。
すなわちドグクラッチ２９の連結開始時点から、ドグクラッチ２９が各ギア２４・２６に対し徐々に接触するようになり、両者の連結摩擦力が徐々に増大して行くものである。このためドグクラッチ２９の回転が各ギア２４・２６に徐々に伝達されることになり、急激な衝撃を抑えながら、各ギア２４・２６はドグクラッチ２９の回転と同期が図られる。
本発明は以上述べた実施例を一つの基本的な技術思想とするものであるが、更に次のような改変が考えられる。
《噛み合い円滑化の実施例》
〈シンクロナイザ〉
まず、ドグクラッチ２９を入力側小ギア２４または入力側大ギア２６に連結させる際に、回転速度の同期を図るシンクロナイズ機構を設けることが可能である。
シンクロナイズ機構は、一例として図１０・図１８・図１９・図２０に示すように、ドグクラッチ２９と、これと噛み合う入力側小ギア２４または同大ギア２６との係合部位に設けられる。すなわち小ギア２４または大ギア２６の各軸孔２４ｈ・２６ｈを延長させるようなシンクロボス３９ｂを形成し、その外周側にシンクロリング部３９を形成する（図１８・図１９参照）。また小ギア２４・大ギア２６については、ドグクラッチ２９のギア連結用突起部３６が上記シンクロリング部３９に緩接触するように、傾斜状（テーパ状または円錐状の切欠き）、つまりドグクラッチ２９に向かって拡径状態となるようなドグ受入凹部２４Ｒ・２６Ｒを形成し（図１４参照）、ドグクラッチ２９と各ギア２４・２６との噛み合いに先立ち、ドグクラッチ２９の回転と、各ギア２４・２６との回転差を縮小ないしは解消を図るものである。
すなわちドグクラッチ２９の連結開始時点から、ドグクラッチ２９が各ギア２４・２６に対し徐々に接触するようになり、両者の連結摩擦力が徐々に増大して行くものである。このためドグクラッチ２９の回転が各ギア２４・２６に徐々に伝達されることになり、急激な衝撃を抑えながら、各ギア２４・２６はドグクラッチ２９の回転と同期が図られる。
【0033】
〈チャンファー機構〉
また、図示を省略するが、ドグクラッチ２９のギア連結用突起部３６と、各ギア２４・２６との噛み合いを円滑にするため、両者の間に、互いに歯面を噛み合い易くする機構である、いわゆるチャンファーを形成することが好ましい。なお、このチャンファーについても特許請求の範囲におけるシンクロナイズ機構に包含されるものである。
また、図示を省略するが、ドグクラッチ２９のギア連結用突起部３６と、各ギア２４・２６との噛み合いを円滑にするため、両者の間に、互いに歯面を噛み合い易くする機構である、いわゆるチャンファーを形成することが好ましい。なお、このチャンファーについても特許請求の範囲におけるシンクロナイズ機構に包含されるものである。
【0034】
〈ドグクラッチの係合タイミングの適化（係合適化状態）〉
更に、ドグスライド用フォーク３０の作動タイミングを適化して、ドグクラッチ２９のギア２４・２６への係合が円滑に行えるように、シフト動作に適する回転数を設定することもできる。すなわち、一例として図６（ａ）に示すように、入力側のシャフト２２に対し、回転センサＲＣを設け、このセンサ出力を変速制御装置１３に入力して、適切なタイミング（回転数）で係合動作が行えるようにすることができ、これを本明細書では係合適化状態と称している。因みに回転センサＲＣとしては、例えば入力側のシャフト２２に歯車状の突起を設け、近接センサ等によりパルス信号を出力し、単位時間あたりのパルスカウントにより、回転数データを得るもの等が適用できる。
また、係合タイミングが適化した時点で、パイロットランプ、ブザー等によるインジケータ表示を併せて行うようにすることができる。もちろん、このような適化状態を告知するインジケータ表示や、適化状態での係合動作とは、いずれか一方を単独で行うようにしても構わない。
なお、回転センサＲＣは、必ずしも入力側のシャフト２２に設ける必要はなく、当該シャフト２２の前段における入力系回転部材に設けることも可能である。
更に、ドグスライド用フォーク３０の作動タイミングを適化して、ドグクラッチ２９のギア２４・２６への係合が円滑に行えるように、シフト動作に適する回転数を設定することもできる。すなわち、一例として図６（ａ）に示すように、入力側のシャフト２２に対し、回転センサＲＣを設け、このセンサ出力を変速制御装置１３に入力して、適切なタイミング（回転数）で係合動作が行えるようにすることができ、これを本明細書では係合適化状態と称している。因みに回転センサＲＣとしては、例えば入力側のシャフト２２に歯車状の突起を設け、近接センサ等によりパルス信号を出力し、単位時間あたりのパルスカウントにより、回転数データを得るもの等が適用できる。
また、係合タイミングが適化した時点で、パイロットランプ、ブザー等によるインジケータ表示を併せて行うようにすることができる。もちろん、このような適化状態を告知するインジケータ表示や、適化状態での係合動作とは、いずれか一方を単独で行うようにしても構わない。
なお、回転センサＲＣは、必ずしも入力側のシャフト２２に設ける必要はなく、当該シャフト２２の前段における入力系回転部材に設けることも可能である。
【0035】
《ドグスライド用フォークの作動円滑化》
更にドグクラッチ２９と、これと噛み合うギア２４・２６との間における噛み合い円滑化のほかにドグクラッチ２９を移動させるためのドグスライド用フォーク３０の作動を円滑化する実施例が挙げられる。すなわち、例えば図６（ｂ）に示すように、ドグスライド用フォーク３０の基端部３０ｂを支持するフォーク摺動用シャフト３５に緩衝構造を設けることが可能である。具体的には、フォーク摺動用シャフト３５の基端部３０ｂと、フォーク固定用部材３４ａ・３４ｂとの間に緩衝用のウェーブプレートＷＰを介在させるものである。
なおドグスライド用フォーク３０のシフト機構については、既に挙げた機構の外、例えば自動二輪車の変速機構に多用されているシフトドラムによるもの等、適宜公知の構成が適用できる。
またドグスライド用フォーク３０（つまりドグクラッチ２９）をシャフト２２に沿って摺動させる際、上述した基本の実施例では、スクリューシャフトによって構成されたフォーク摺動用シャフト３５を適用した。しかしながら、ドグクラッチ２９をスライド摺動させるにあたっては、例えばドグクラッチ２９の外周にヘリカルの溝を形成し、これに噛み合う多条ネジシャフトを新たに設け、この多条ネジシャフトを回転させることにより、ドグクラッチ２９を各ギア２４・２６に向けてスライドさせることも可能である。
更にドグクラッチ２９と、これと噛み合うギア２４・２６との間における噛み合い円滑化のほかにドグクラッチ２９を移動させるためのドグスライド用フォーク３０の作動を円滑化する実施例が挙げられる。すなわち、例えば図６（ｂ）に示すように、ドグスライド用フォーク３０の基端部３０ｂを支持するフォーク摺動用シャフト３５に緩衝構造を設けることが可能である。具体的には、フォーク摺動用シャフト３５の基端部３０ｂと、フォーク固定用部材３４ａ・３４ｂとの間に緩衝用のウェーブプレートＷＰを介在させるものである。
なおドグスライド用フォーク３０のシフト機構については、既に挙げた機構の外、例えば自動二輪車の変速機構に多用されているシフトドラムによるもの等、適宜公知の構成が適用できる。
またドグスライド用フォーク３０（つまりドグクラッチ２９）をシャフト２２に沿って摺動させる際、上述した基本の実施例では、スクリューシャフトによって構成されたフォーク摺動用シャフト３５を適用した。しかしながら、ドグクラッチ２９をスライド摺動させるにあたっては、例えばドグクラッチ２９の外周にヘリカルの溝を形成し、これに噛み合う多条ネジシャフトを新たに設け、この多条ネジシャフトを回転させることにより、ドグクラッチ２９を各ギア２４・２６に向けてスライドさせることも可能である。
【0036】
《ギア配列に関する実施例》
また先に述べた基本の実施例は、入力側のシャフト２２に支持される小ギア２４・大ギア２６をフリー状態に設ける一方、出力側のシャフト２３に設けられる大ギア２５・小ギア２７をシャフト２３に対し固定状態とし、フリー状態のシャフト２２側の各ギア２４・２６に対し、ドグクラッチ２９を噛み合わせて回転固定し、シャフト２２の回転を各ギア２５・２７のいずれかに伝達する構成を示した。
しかしながら、入力側、出力側いずれのシャフト２２・２３におけるギアをフリー保持するか、固定保持するかは適宜決定できるものであり、例えば出力側のシャフト２３に支持するギア２５・２７をフリー支持するようにしても構わない。
更には、例えば入力側のシャフト２２における小ギア２４についてはフリーとする一方、出力側のシャフト２３における小ギア２７をフリーとし、各々に別々のドグクラッチ２９を作用させるようにしても構わない。
また、以上述べたギア列は高低二段変速であったが、例えばギア比を異ならせた四組のギアを設けて四段変速等、二段以上の多段変速とすることも可能である。
また先に述べた基本の実施例は、入力側のシャフト２２に支持される小ギア２４・大ギア２６をフリー状態に設ける一方、出力側のシャフト２３に設けられる大ギア２５・小ギア２７をシャフト２３に対し固定状態とし、フリー状態のシャフト２２側の各ギア２４・２６に対し、ドグクラッチ２９を噛み合わせて回転固定し、シャフト２２の回転を各ギア２５・２７のいずれかに伝達する構成を示した。
しかしながら、入力側、出力側いずれのシャフト２２・２３におけるギアをフリー保持するか、固定保持するかは適宜決定できるものであり、例えば出力側のシャフト２３に支持するギア２５・２７をフリー支持するようにしても構わない。
更には、例えば入力側のシャフト２２における小ギア２４についてはフリーとする一方、出力側のシャフト２３における小ギア２７をフリーとし、各々に別々のドグクラッチ２９を作用させるようにしても構わない。
また、以上述べたギア列は高低二段変速であったが、例えばギア比を異ならせた四組のギアを設けて四段変速等、二段以上の多段変速とすることも可能である。
【0037】
【符号の説明】
【0038】
１１ 駆動部材
１２ 出力側作用部材
１３ 変速制御装置
１４ 変速機構
１５ タイヤ
１６ スクリュー
１７ ブレード
１８ 発電機
２１ａ 第１減速ギア
２１ｂ 第２減速ギア
２２ シャフト（入力側）
２３ シャフト（出力側）
２４ 小ギア（入力側）
２４ｈ 軸孔
２４Ｒ ドグ受入凹部
２５ 大ギア（出力側）
２６ 大ギア（入力側）
２６ｈ 軸孔
２６Ｒ ドグ受入凹部
２７ 小ギア（出力側）
２８ ヘリカルスプラインシャフト
２８ａ スプライン突条
２８ｂ スプライン溝
２９ ドグクラッチ
２９ａ フォーク受け溝
３０ ドグスライド用フォーク
３０ａ ドグシフト用端部
３０ｂ 基端部
３２ シャフト固定具
３４ａ フォーク固定用部材
３４ｂ フォーク固定用部材
３５ フォーク摺動用シャフト
３６ ギア連結用突起部
３７ 回転摺動用突起部
３７１ 回転摺動用凹溝部
３９ シンクロリング部
３９ｂ シンクロボス
Ｂ ベアリング
Ｆ フレーム
Ｐ ピン
ＷＰ ウェーブプレート
１２ 出力側作用部材
１３ 変速制御装置
１４ 変速機構
１５ タイヤ
１６ スクリュー
１７ ブレード
１８ 発電機
２１ａ 第１減速ギア
２１ｂ 第２減速ギア
２２ シャフト（入力側）
２３ シャフト（出力側）
２４ 小ギア（入力側）
２４ｈ 軸孔
２４Ｒ ドグ受入凹部
２５ 大ギア（出力側）
２６ 大ギア（入力側）
２６ｈ 軸孔
２６Ｒ ドグ受入凹部
２７ 小ギア（出力側）
２８ ヘリカルスプラインシャフト
２８ａ スプライン突条
２８ｂ スプライン溝
２９ ドグクラッチ
２９ａ フォーク受け溝
３０ ドグスライド用フォーク
３０ａ ドグシフト用端部
３０ｂ 基端部
３２ シャフト固定具
３４ａ フォーク固定用部材
３４ｂ フォーク固定用部材
３５ フォーク摺動用シャフト
３６ ギア連結用突起部
３７ 回転摺動用突起部
３７１ 回転摺動用凹溝部
３９ シンクロリング部
３９ｂ シンクロボス
Ｂ ベアリング
Ｆ フレーム
Ｐ ピン
ＷＰ ウェーブプレート
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
