JP6231571B2 - 駆動部材の選択 - Google Patents

Description

本発明は、駆動部材（ギアなど）を選択する装置および方法とそれを組み込んだシステムとに関する。

多くのデバイスで、デバイスを駆動し、その用途および有効性を向上させるために１つまたは複数の駆動部材が選択可能である。おそらく、最も一般的な例は、エンジンによってその時々に行われる仕事に応じてギアが選択されるギアボックスである。

車両で使用されるような多段ギアボックスでは、エンジンまたは他の動力源が車輪に接続されておらず、有用な仕事を送達することが可能でない時間を最小限にするために、ギア比間の高速シフティングが極めて望ましい。したがって、高速シフトは車両の性能、特に車両の加速性を向上させる。多数の様々な形態のシフティング機構が車両の分野で使用されている。例えば、運転者がレバーまたはギア切替え装置を使用してギアを選択するマニュアルギアボックスは、一般的に「シンクロメッシュ」係合を使用する。このタイプの機構は、ギア選択器ハブごとに複雑な円錐ブレーキまたは他の摩擦ブレーキ機構を使用して、所謂噛合いクラッチの係合を許す前に、ギアボックスのシャフトの速度を選択されるべきギアと同期させる。当業者によって理解されるように、「噛合いクラッチ」とは、２つの回転する構成要素を干渉によって（例えば摩擦によってではなく）結合させるタイプのクラッチである。このプロセスは最初に、クラッチの使用によってギアボックスからエンジンを係脱することを必要とし、これも通常は運転者によって操作される。

このタイプのギアボックスは、以下でより詳しく述べられるように、択一的な自動変速装置と比較して相対的にシンプルであるという利点を有する。マニュアルギアボックスも比較的高効率であり、摩擦損失が小さく、無駄な動力損失がない。しかし、多数の動作が次々と実行されなければならないことから、シフトの回数は比較的少ない。シフトの回数は運転者の技量にも依存する。しかし、このタイプのギアボックスが軽自動車では引き続き最も一般的に使用されている。

自動ギアボックスも多くの車両で使用されている。このような自動ギアボックスは通常、多遊星ギア段を備え、そこでは様々なギア比が、一般的に油圧によって作動される多板クラッチ（板が摩擦によって結合される）を使用する機構の様々な要素を連係またはロックすることによって、選択される。典型的には、始動を可能にし、シフティングを助けるために、エンジンは、流体充填型のトルク増倍滑り機構であるトルクコンバータを介してギアボックスに接続される。

このタイプのギアボックスは高速シフティングを達成することが可能である。しかし、（ｉ）トルクコンバータ内の比較的大きな動力損失、（ｉｉ）多板クラッチ内の摩擦損失、（ｉｉｉ）油圧制御システムからの無駄な動力損失を考えると、これらは比較的低い効率しか有さない。このタイプのギアボックスは、マニュアルギアボックスよりも高重量かつ高コストとなる傾向もある。自動ギアボックスは一般的に大型で豪華な乗用車、ならびにバスを含む一部の高重量車両で使用される。

高性能の公道走行車、特に高重量の高パワー車両の高速シフティングのために、二段クラッチギアボックスが使用されることがある。これらのギアボックスは中間ギアを個別のシャフト上に有し、２つのクラッチのうちの一方によって係合される。高速シフティングのために、次のギアが予備係合され、クラッチを交換することによってシフトが行われる。細心のタイミングによるクラッチ操作によって、極めて高速のシフトが達成されることが可能である。しかし、これらのギアボックスは、必要となる追加のクラッチおよびシャフトのために高重量かつ高コストであり、クラッチを操作し、ギアを取り上げて予備選択するために複雑な制御システムも必要とする。この理由から、これらのギアボックスは現在高コストの高性能スポーツカーでしか使用されていない。

高速シフティングはレーシングカーで「クラッシュ」ギアボックス内の噛合いクラッチの構成を使用することによって達成される。クラッシュギアボックス内では、比較的大きな速度差を備えた噛合いクラッチの係合を可能にするために、大角度のバックラッシュが使用され、したがって同期化の必要度を縮小する。このタイプのギアボックスを操作するには複雑な制御システムまたは熟練した運転者のいずれかが必要になる。アップシフティングはクラッチを使用せずに行われることが可能であるが、ダウンシフティングは通常二段のクラッチ解除と「踵と爪先」の運転技術とを必要とする。クラッシュギアボックスはモータサイクルで一般的であるが、シンクロメッシュが好ましい選択肢となったことから公道走行車ではあまり使用されない。

駆動が前ギアから係脱される前に噛合いクラッチの形態を使用して次のギアで駆動を捉えるシフト機構を使用して、実質的に瞬間的なシフトが実施されることが可能である。このタイプのギアボックスについて、国際公開第０１／２９４４０Ａ１号パンフレットおよび国際公開第２００４／０９９６５４号パンフレットに記載がなされている。過去に、類似の原理で作動する変速装置用選択器についても英国特許第１４０４３８５号明細書で記載がなされている。これらの文書は参照により本明細書に組み込まれる。

国際公開第２００４／０９９６５４号パンフレットでは、ギアが対で背中合わせに、対の間に選択器ハブアセンブリが配置された状態で取り付けられているのが分かる。各ギアは、変更ハブの１つを必要なギアに向けて滑動させることによってメインシャフトに係合される。これによってそのギアは、ギアの一方側の噛合いの構成によってシャフトに結合される。ギアを変更するために、前進駆動噛合いが逆進駆動噛合いに連続的に係合され、先に選択されたギアからの前進駆動噛合いを担持する構成要素が、選択されたギア用の逆進駆動噛合いを担持する。したがって、このレイアウトは、複雑な変更ハブアセンブリ内で互いに重なり合うための様々な噛合い構成要素を必要とする。

さらにこれらの従来技術の機構は、前進駆動と逆進駆動の両方をメインシャフト上のギアの一方側で係合させる複雑で脆弱なインターロッククラッチ歯構成要素に頼っている。この機構はシフティング構成要素の制御でバネも使用するが、それらのバネは、起動力が生成される前に変位が必要なことから、何れの停止部に対しても予荷重を掛けられず、不充分な制御しか与えられない。さらに、複雑な回転アセンブリの一部としてバネおよび滑動構成要素の使用が必要となることは、速度変化と共にそれらの機能が変化しやすくなることから（求心加速度によって生成される力によって）、望ましくない。

国際公開第２００１／２９４４０号 国際公開第２００４／０９９６５４号 英国特許第１４０４３８５号明細書

従来技術は、シャフトのロッキングと潜在的な壊滅的な故障とを引き起こす不適切なギア選択に対して防護するための複雑な追加の機構をも必要とする。

本発明の第１態様によれば、少なくとも１つの駆動部材と少なくとも２つの選択器部材とを備える駆動部材選択機構であって、駆動部材は第１面および第２面を備え、各面上に少なくとも１つの突起部をさらに備え、選択器部材はその少なくとも１つの面上に、駆動部材の突起部と選択的に係合するように構成された少なくとも１つの相補的突起部を備え、その構成は、選択器部材の突起部（複数可）と駆動部材の第１面の突起部（複数可）とが第１トルク接続で駆動可能に係合されることができ、選択器部材の突起部（複数可）と駆動部材の第２面の突起部（複数可）とが第２トルク接続で駆動可能に係合されることができ、第２トルク接続は第１トルク接続と反対側になるようなものである、駆動部材選択機構が提供されてある。

したがって、本明細書で述べられる選択器部材は、少なくとも１つの駆動部材上で選択的に係合する一方向駆動クラッチとして作用することが可能である（本文脈では、用語「選択的に」はそれらが駆動部材から係脱されることも可能であることを意味する）。好ましい実施形態では、少なくとも２つの駆動部材と少なくとも３つの選択器部材とが存在する。そのような場合には、駆動部材（例えばギアボックスのギアである場合がある）の両側にこのような選択器部材を使用することの利点は、構成要素が、複雑なインターロック構成要素を使用する従来技術と比較して簡単かつ堅牢であることが可能であるということである。当業者によって理解されるように、選択器部材は、例えばギアボックス内で、シャフトと共に高速回転することができる。したがって、それらは好ましくは簡単な一部片の構成要素であり、理想的には、求心加速度によって引き起こされる力によって影響を受けるバネ構成要素、内部滑動構成要素、または類似のものを備えない。特に上述の従来技術の重なり合う噛合い構成要素と比較すると、それらは比較的幅狭であることも可能である。例えばオーバードライブ、即ちオフロード車両のローレンジと係合する、または二輪駆動から四輪駆動に係合する駆動ラインの一部として、単一駆動部材しか選択可能でない場合でも、単一噛合いクラッチ（当業者によく知られている場合がある）に勝る利点が存在する。２つの係合部材、即ち前方駆動用の部材と逆方駆動用の部材との使用は、係合中には大きなバックラッシュを、しかし完全に係合されると小さなバックラッシュを可能にして、より信頼性のある、より速い係合を実現し、係合におけるより大きな速度差を可能にする。

さらに、ある向きの相対的トルクの駆動部材と駆動可能に係合するようにそれぞれが構成された個別の選択器部材を提供することにより、選択器部材のうちの１つだけが所与のトルクの状態の駆動部材に駆動可能に係合される。このことは、他の部材が選択的に係脱されるのを可能にし、ひいては、別の駆動部材が選択的に係合されることが可能であり、それがトルク伝達の中断なく駆動を「捉える」ことが可能であることを意味する。

駆動部材選択機構は、駆動可能に係合されるとき、相補的突起部同士が確実に係合されるように構成されることができる。この「確実な係合」は、駆動係合中、選択器部材が駆動部材から離れることができないように、係脱を防止すする物理的な干渉物、例えば少なくとも１つの突起部上の「張り出し」部位などを含むこともできる。実際、好ましい実施形態では、この構成は、相補的突起部は、駆動係合中、駆動可能に係合された選択器部材と駆動部材とを一緒に引っ張り、または押し付けるように形状化されるようなものであることができる。このことは、駆動係合は選択的または意図的にしか中断されることができないことを保証する。

一部の実施例では、突起部および／または選択機構は、選択器部材と駆動部材との間の相対的回転が、駆動係合が存在するトルクの方向とは反対の方向にある場合、駆動部材と選択器部材とは離れるように強いられるように構成される。これは、「一方向駆動クラッチ」の選択器部材が意図された方向とは反対の方向に偶発的に係合されるのを防止する。これは、駆動係合中に対合面を有する傾斜台状突起部を有することによって達成されることも可能である。しかし反対方向の相対的回転が存在する場合には、傾斜台の勾配が、駆動部材と選択器部材とを歯止めの形式で互いの上に乗り上げることを可能にする。しかし、当業者によく知られているように、これだけが形式である必要はない。例えば、選択器部材と駆動部材とは、なんらかの選択機構を使用して物理的に離されることも可能である（しかし上述の「歯止め」構成と比較してこれは複雑さを増すことになる場合がある）。本明細書で使用される用語「対合面」は、別の面／構成要素と接触するように構成された任意の面または構成要素を指し、インターロック、形状化などを暗示しない。

一部の実施例では、駆動部材上の突起物は、正トルクの状態から負トルクの状態に変化するときバックラッシュを制限するように構成される。これは、駆動部材の第１側上の突起部の対合面または駆動面が、第２側上の駆動面と接近して位置合わせ、または少なくとも指定の許容値内で位置合わせされることを意味することができる。当然ながら、選択器部材もこれを達成するために正確に取り付けられなければならず、選択器部材が正確に取り付けられることを保証する１つの形式は、選択器部材から、またそれらが取り付けられるシャフトからスプラインがなくなっている取り付け構造を有することである。

駆動部材選択機構は、所与のトルク状態で駆動可能に係合されていない選択器部材が駆動部材から選択可能に離されることができるように構成されることができる。これは、選択器部材が異なった駆動部材を係合するように位置決めされることを可能にし、そのことは一部の実施形態で望ましい場合があり、さらに、駆動部材を駆動係合から切り離すために、１つの選択器部材だけが動かされればよいことを意味する。

一部の実施例では、駆動部材と選択器部材とは共通軸上に配置され、それらの相対的軸方向位置が変更されることができるように構成される。このような構成は、標準的なギアボックスから当業者によく知られるところであり、軸上に滑動可能に取り付けられる選択器部材（複数可）を備えることができる。

少なくとも１つの軸取り付け選択器部材の位置は、少なくとも２つの予荷重付きバネによって決定されることができる。バネは好ましくは固定停止部に対して予荷重が掛けられ、したがって選択器の動きに対する確実な制御がもたらされるが、機構内の最大力は実質的にバネ上の予荷重に制限される。これは特に、２つの駆動部材の間にある選択器部材にとって望ましい。「端部」選択器部材（または単一の駆動部材しか係合させない選択器部材）にとっては、単一のバネで充分である可能性が高い。

一実施形態では、少なくとも１つの選択器部材が２つの駆動部材の間に配置されることができ、それらの各面上に少なくとも１つの突起部を備えることができ、第１面上の突起部（複数可）は１つの駆動部材上の突起部（複数可）との係合を作用させることができ、第２面上の突起部（複数可）は別の駆動部材上の突起部（複数可）との係合を作用させることができる。このような「２面」選択器部材を提供することは、多段駆動部材の実施形態で必要とされる構成要素を単純化する。

一部の実施形態では、駆動部材および選択器部材の各面上に３つの突起部が設けられることができる。１面ごとに１つから多数の任意の数の突起部が存在することが可能であり、負荷を拡げるためには２つ以上が望ましいことが理解されるであろうが、突起部の数が多くなる場合、製造が複雑になり、突起部は細くかつ小さくなる必要があるので、突起部が脆弱になってしまう場合がある。望ましい突起部の数は、駆動部材選択機構の用途に応じて様々であることができる。

この機構は、少なくとも１つの選択器部材の位置を制御するように構成されたシフト機構を含み、円周トラックが切り込まれた回転ドラム部位を備えるシフト機構を備えることができ、選択器部材（複数可）は、ドラム部材の回転が選択器部材の位置（例えば軸方向位置）を決定するように取り付けられる。

駆動部材選択器ドラムは、少なくとも２つの選択器部材の位置を制御するように構成されることができ、駆動部材選択機構は、駆動係合している２つ以上の駆動部材を選択することを防止するように構成されたゲートをさらに備えることができる。これはギアの「衝突する」選択を防止する。特に、駆動部材が様々なギア比を提供し、それぞれが、結合した構成要素を駆動部材が駆動するように作用する正トルクの状態、または駆動部材を結合した構成要素が駆動する負トルクの状態であることが可能である場合には、シフト機構は好ましくは、１つのギアの負駆動の選択器部材とそれより高いギアの正駆動の選択器部材とによる同時係合を、または１つのギアの正駆動の選択器部材とそれより低いギアの負駆動の選択器部材との同時選択を防止するように構成される。

選択器部材はドラム内に形成されたトラックまたは切出しと結合して取り付けられることができる。好ましくは、トラックには湾曲（複数可）が形成されて、トラックによって形成される経路が軸方向に変化し、トラックはドラムの両側で「対称」である。シフト機構は各ドラムに結合して少なくとも２つのシフトアームを備え、シフトアームはそれぞれドラムの一方側に結合して、そこに形成されたトラックと係合するように構成される。これは、選択器部材が僅かに屈曲し、位置合わせの僅かなずれを吸収することを可能にする。「対称」の性質は、トラック内の形態またはパターン（例えば湾曲（複数可）の）が、ドラムのまわりで１８０度の変位で繰り返されるようなものである。対称形のトラックは、シフト機構が選択器部材上で実質的に軸方向に作用するのを可能にする（両方のシフトアームがトラックの作用下で同じ軸方向の変位を受けることによる）。

複数のドラムを備えた実施形態では、ドラム同士は実質的に同一であることができ、相対的回転変位を伴って取り付けられることができる。同一部品を使用することは、製造上の複雑さを軽減することから望ましい。

ドラム（複数可）はシフトシャフト上に取り付けられることができ、各ドラムは、シフトシャフトの軸に沿って作用する少なくとも２つの弾性部材によって休止位置に向けて押しやられる。弾性部材は、選択器部材の位置が安全に保持されることを保証するが、閾値を超える力が万一掛かった際には動きを可能にする。一実施例では、弾性部材はシフトシャフトの内側に取り付けられたバネであるが、他の構成も当業者に思いつかれるであろう。

本発明の第２の態様では、第１面および第２面を有する実質的に環状の本体を備える駆動部材を選択する選択器部材であって、各面上に少なくとも１つの突起部が配置され、突起部は環状本体と接触した基部、傾斜面、および対合面を有する傾斜台付きの形態を備え、第１面上の傾斜面が第２面上の傾斜面に対して反対方向に傾くように配置される、選択器部材が提供されてある。対合面（用語「対合」は、面が別の面との接触がもたらされることができることのみを意味することを思い起こされよう）は、基部を少なくとも部分的に超えて延びて張り出し部を創出するように形成されることができる。したがって、例えば、突起部は鋸歯または鈍角不等辺三角形の形態を有することができる。この構成は、好ましくはある向きのみの確実な係合のために構成された歯止めに類似する。したがって、本発明を代替的な形式で表現するために、第１面および第２面を有する実質的に環状の本体を備える駆動部材であって、各面上に少なくとも１つの突起部が配置され、突起部は、環状本体と接触した基部、傾斜面、および対合面を有する傾斜台付きの形態を備え、第１面上の対合面（複数可）は第１の向きの回転で突起部（複数可）を誘導し、第２面上の対合面（複数可）は第２の反対の向きの回転で突起部（複数可）を誘導するように構成される、駆動部材が提供される。

選択器部材は実際に、本発明の第１の態様による駆動部材選択機構内の選択器部材として作用するように構成されることができる。勾配付き傾斜台は、相対的回転が存在するところで駆動部材と選択器部材とが互いの上に乗り上げることを可能にし、設けられている場合には「張り出し部」が駆動係合中の意図しない分離を防止し、実際に歯止め装置と類似の形式で駆動系中に接近係合を強制する。

選択器部材はシャフト、例えば駆動シャフトと係合する手段を追加的に備えることができる。このような手段は、環状体の内側リングのまわりに配置された、シャフト上の相補的歯と係合するように構成された歯、または他の係合手段を備えることができる。

選択器部材は、上述の本発明の第１の態様に関して述べられた特色のいずれも有することができる。同等に、本発明の第１の態様の選択器部材は、本発明の第２の態様に関して述べられた特色のいずれも有することができる。

本発明の第３の態様によると、シャフト上に取り付けられた少なくとも２つのギアと、シャフト上に滑動可能に取り付けられ、それに回転可能に結合された少なくとも３つの選択器部材とを備えるギアボックスであって、ギアは実質的に環状であり、第１面および第２面を備え、各面上に少なくとも１つの突起部をさらに備え、選択器部材は実質的に環状であり、その少なくとも１つの面上に、ギアの突起部と選択可能に係合するように構成された少なくとも１つの相補的突起部を備え、この構成は、選択器部材とギアの第１面との突起部同士が正トルクの接続で駆動可能に係合されることができ、選択器部材とギアの第２面との突起部同士は負トルクの接続で駆動可能に係合されることができる、ギアボックスが提供されてある。

ギアボックスは、バネ負荷付選択器ドラムと不適切なギア選択を阻止する簡単な手段とを使用する簡単なギア選択機構をさらに備えることができる。したがって、本発明によるギアボックスの簡単さは、どのような車両タイプにも使用できる低コスト軽量、高効率、高速シフティングの変速装置を提供する。

シフティングを制御するのに必要なバネ機構は、好ましくは構成要素の動きへの確実な制御を与えるために予荷重が掛けられる（同じ目的で予荷重のない板バネを使用した従来技術のシステムで見られる劣った制御を回避する）。

当業者にとって明らかなように、好ましい特色は必要に応じて組み合わされることができ、本発明の態様のいずれとも組み合わされることができる。本明細書で述べられるシフト機構は、他の駆動部材選択機構と共に使用されることができる。

本発明がどのようにして実行に移されるのかを示すために、次に本発明の実施形態について添付の図面を参照してあくまで一例として以下に説明がなされる。

本発明の実施形態の主要な構成要素の完全に係脱された状態のアセンブリを示す図である。 図１の実施形態の主要な構成要素の分解図である。 噛合いハブ３ｂ上の噛合い特徴部と対応するギア２上の噛合い特徴部との詳細図である。 図１の実施形態の主要な構成要素の半係合された状態のアセンブリを示す図である。 図１の実施形態の主要な構成要素の完全に係合された状態のアセンブリを示す図である。 本発明の実施形態によるシフティング機構を含む４段ギアボックスの全体図である。 参考のため１つの噛合いハブが分解図で示された、図６のシフティング機構の構成要素を示す図である。 シフトシャフト９と選択器ドラムとの間のバネ接続を示すシフトシャフト９の軸を通した断面図である。 １つのギア比が完全に係合された、本発明の実施形態によるシフティング機構を含む４段ギアボックスの平面図である。 第３速度から第４速度へアップシフトを行うプロセスにあるところを示された、本発明によるシフティング機構を含む４段ギアボックスの平面図である。 正駆動のトルクが存在する間にダウンシフトが予備選択されているところを示された、本発明の実施形態によるシフティング機構を含む４段ギアボックスの平面図である。

図１は、完全に係脱された状態の本発明の主要な構成要素のアセンブリを示す。シャフト１は、本明細書で「噛合いハブ」３ａと呼ばれる第１選択器部材とギア２の形態の駆動部材と第２噛合いハブ３ｂとを通過する。ギア２は、この実施形態ではプレーンスラストワッシャと針状ころ軸受けとの組み合わせである低摩擦軸受（ここでは見えない）によってシャフト上に取り付けられて、シャフト１上で軸方向および半径方向に位置付けられるが、シャフト１に対して自由に回転できるようになる。

この実施形態では、駆動部材はギア２であるが、他の実施形態では、駆動部材は、シャフトに選択可能で回転可能に係合されることが必要な駆動機構の任意の部品、例えばころ入り鎖スプロケットまたはベルト駆動プーリなどであることができる。

特に図１から図３を参照して分かるように、噛合いハブ３は実質的に環状であって、２つの面とシャフト１と係合する手段、この実施例では歯付き内側リング６ａ、６ｂとを有する。それらは、それらの各面上に配置された複数（この実施例では３つ）の突起部または係合「噛合い」特徴部７ａ、７ｂ、７ｆ、７ｅも備える。ギア２も環状であって、歯付き外側面と両側に２つの面とを備える。ギアは複数（この実施例では各面上に３つ）の係合「噛合い」特徴部７ｃ、７ｄをさらに備える。ハブ３ｂの噛合い特徴部７は、以下でより詳しく述べられるように、ギア２の噛合い特徴部７と係合するように形状化される。

図１の係脱状態で、２つの噛合いハブ３ａと３ｂは、ギア２から軸方向に離して変位されて、ハブ上の噛合い特徴部７ａ、７ｂがギア２上の対応する噛合い特徴部７ｃ、７ｄから係脱されるようになる。留意されるのは、２つの噛合いハブ３ａ、３ｂの第２面（図示されるように外側面）上の噛合い特徴部７ｅおよび７ｆは、図１〜図５に示されたギア２とは係合しないが、メインシャフト上に取り付けられることのできる他のギアと係合するのを可能にするように設けられるということである（図６以降を参照）。

図２は本発明の実施形態の主要構成要素の「分解図」である。図面の下半分は、図面の上半分と同じ構成要素であるが、ギア２の第２側上の噛合い特徴部７を明らかにするように異なった角度から見たものを示す。図２の上半分では、噛合いハブ３ａ上の噛合い特徴部７ａとギア２の一方側上の対応する噛合い特徴部７ｄとが見える。図２の下半分では、噛合いハブ３ｂ上の噛合い特徴部７ｂとギア２の他方側上の対応する噛合い特徴部７ｃとが見える。

添付の図で示されたこの実施形態では、各噛合いハブ３の各面と各ギア２の各面とは、シャフトの軸を中心に実質的に均等に分配された噛合い特徴部７によってもたらされた３つのこのような突起部を有する。しかし、１面ごとに任意の数の類似の噛合い特徴部７を使用することも、本発明の範囲内で可能である。例えば、より大きな負荷容量が必要な場合、より多くの噛合い特徴部７が使用されることが可能であり、あるいは簡略化するため、またはより大きな速度差での係合を達成するために、より少ない噛合い特徴部７が使用されることが可能である。しかし、１面ごとに３つの噛合い特徴部７を提供することは、噛合い特徴部７同士間の実質的に均等な負荷分散をもたらし、噛合い特徴部７がトルクを伝達するとき自動センタリング作用を与える。４つ以上の噛合い特徴部７が使用される場合、４つ以上の噛合い特徴部７にわたる負荷分散が達成されるべきなら、噛合い特徴部の位置の誤差が負荷下の噛合い特徴部７の偏向よりも小さいことを保証するために高精度の製造が必要となる。１面ごとに３つの特徴部７を使用することは、特徴部間の大きな角度ギャップをもたらして、噛合いハブ３とギア２との間の高相対速度を伴った確実な係合を可能にする。

シャフト１は、複数の雄型スプライン歯部位６ｃ、６ｄ（その数はアセンブリ内の噛合いハブ３の数と一致する）を備え、噛合いハブ３の内側リングは対応する雌型スプライン歯６ａ、６ｂを担持する。これらの対合するスプライン６ｃ、６ｃと６ａ、６ｂとは隙間嵌めをもって係合するように許容度が付けられる。雄型スプライン歯は雌型スプライン歯よりも幅広であって（即ち軸方向にシャフト１に沿ってさらに延びる）、シャフト１上に配置された後は、噛合いハブ３ａ、３ｂは、雄型スプライン歯６ｃ、６ｄと位置合わせされると半径方向に回転可能にシャフト１に接続されるが、シャフト１へのこの接続を維持しながら軸方向に自由に動くことができる。これは、噛合いハブ３ａ、３ｂの噛合い特徴部７ａ、７ｂが、シャフト１によって駆動されながらもギア２の噛合い特徴部７ｃ、７ｄとの係合に出入りすることを可能にする。

図３は、噛合いハブ３上の噛合い特徴部７ａ、７ｂとギア２上の対応する噛合い特徴部７ｃ、７ｄとの詳細図を示す。噛合い特徴部７ａ〜ｄはそれぞれ、ギア２または噛合いハブ３の側面の上に突き出る傾斜台状ブロックから成る。噛合い特徴部７ａ〜ｄはそれぞれ、噛合いハブ３の面と同じ平面内にある基部４ｅから立ち上がり、勾配面５ｂ、５ｃと、「対合」または接触面４ｃ、４ｂとを備える。それはシャフト１の軸から離して角度付けされて、一方が回転可能に他方を駆動するとき、ハブ３の特徴部とギア２の特徴部との間に確実な係合または物理的なインターロックをもたらす。

さらに、単一ハブの実施例を取り上げると、噛合いハブ３ｂがシフティング機構（本明細書で以下に述べられる）の作用によってギア２に向けて動かされると、噛合いハブ３ｂの噛合い特徴部７ｂの先行縁部４ｂは、ギア２の噛合い特徴部７ｃの先行縁部４ｃと係合された状態になり、２つの構成要素の間にトルクを伝達する手段をもたらす。トルクの伝達から生じる対合面４ｂ、４ｃ間の接触力は、噛合いハブ３ｂをギア２に向けて引き寄せる傾向にあって（対合面４ｂ、４ｃの角度によって）、トルク伝達中に機構が係合から外れ落ちでしまう傾向のないことを保証する。

噛合い特徴部７ｂ、７ｃの勾配面５ｂ、５ｃは、比較的浅い角度で傾斜する後行縁部をもたらす。噛合いハブ３ｂとギア２との間に他方の向きでの相対的回転が存在するとき、浅い勾配面５ｂ、５ｃは容易に互いに乗り上げて、ギア２から噛合いハブ３ｂを押し離し、そのようにして２つの構成要素間の接続を係脱させる。したがって、噛合い特徴部７ａ〜ｆのこの「傾斜台付き」形態は、一方の向きの相対的回転でトルクの確実な係合および伝達を、他方の向きの相対的回転で噛合い特徴部７ａ〜ｆの係脱とトルクの無伝達とを実現する。

留意されるべきは、図２の上半分で見られるように、ギア２の一方側上の噛合い特徴部７と噛合いハブ３ａ上の対応する噛合い特徴部７とは、一方の向きの相対的回転で、噛合いハブ３ａとギア２との間に確実な係合および駆動接続を与えるように適合され、ギア２の他方側上の噛合い特徴部７と噛合いハブ３ｂ上の対応する噛合い特徴部７とは、他方の向きの相対的回転で確実な係合および駆動接続を与えるように適合されることである。したがって、両方の噛合いハブ３がシフティング機構（後で述べられる）の作用によってギア２に向けて動かされると、ギア２と噛合いハブ３ａ、３ｂとの間の両方の向きの相対的回転で、また両方の噛合いハブ３ａ、３ｂがスプラインによってシャフトに接続されるとから、シャフト１への確実な駆動係合が存在する。

図４は、本発明の主要構成要素の「半係合された」状態のアセンブリを示す。噛合いハブ３ａはギア２と接触し、噛合い特徴部７の対合面４ａ、４ｄは互いに接触している。噛合いハブ３ｂは、噛合い特徴部の突起部の先端同士の間に隙間が存在するように、ギア２から軸方向に離して変位される。したがって、この状態では、ギア２は、一方の向きの相対的回転（例えば正トルク／前方駆動）でシャフト１に回転可能に接続されるが、他方の向き（例えば負トルク／逆方駆動）では接続されない。

図５は、本発明の主要構成要素の「完全係合された」状態のアセンブリを示す。両方の噛合いハブ３ａ、３ｂがギア２と接触している。噛合いハブ３上の噛合い特徴部７ａ、７ｂの先行縁部はギア２上の噛合い特徴部７ｃ、７ｄの対応する先行縁部と係合している。したがってこの状態では、ギア２は両方の向きの相対的回転および駆動で回転可能にシャフト１に接続される。留意されるべきは、噛合いハブ３ａ、３ｂのシャフト１上への組み立ては、この完全係合の状態でのみ、噛合い特徴部７の先行縁部同士の間に接線方向の小さな隙間が存在するように選択されることである。この接線方向の小さな隙間は、この完全係合状態でギア２とシャフト１との間にほんの少量のバックラッシュしか存在しないことを保証する。公道走行車両、とりわけ乗用車両では、乗客の快適さのために小さなバックラッシュが望ましく、これによって、例えば運転者がアクセルペダルから足を外すときなど、トルクの逆転が起こる度に駆動ライン内のねじれ方向の衝撃を最小限にする。噛合い部同士間に最小限の量の隙間が設けられて、角度付きの先行縁部を有する噛合い特徴部７ａ〜ｆの係合を可能にして（この実施形態で示される通り）確実な係合を実現し、製造許容差に余裕をみれる。

図６は、本発明によるシフティング機構を含む４段ギアボックスの全体図である。メインシャフト１ａは、レイギア８とそれぞれが噛み合う様々な直径の４つのギア２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを担持する。レイギア８にはその長さに沿って４つの噛合いギアが形成される。本発明のこの実施形態では、メインシャフト１ａが入力であり、レイギア８が出力である。ギア２ａ〜ｄのうち１つが、噛合いハブ３を使用してそれをメインシャフトに回転可能に接続することによって選択されると、入力シャフト１ａとレイギア８との間に駆動接続が存在し、入力シャフト１ａのレイギア８に対する相対速度は、選択されたギア２とレイギア８上の噛合いギアとの歯数同士の比である。各ギアの直径および歯数は、隣接し合うギア対同士間で実質的に類似のギア比の差を達成するように選ばれて、シフトがなされる際に入力速度の類似の段階的変化を実現する。

シフト機構は、いくつかのシフト機構１０に接続されたシフトシャフト９を備える。この４速の例示的実施形態では、このようなシフト機構が５つ、各噛合いハブ３に１つずつ存在する。図１に示されるように、メインシャフト１ａ上の各ギア２間の噛合いハブ３には、隣接し合うギア２のいずれかと係合する噛合い特徴部７が両側に形成される。この図面内に示されたメインシャフト１ａの各端部上の噛合いハブ３は、隣接する噛合いギア２と係合する特徴部７を一方側のみに有する。しかし、便宜上、所与のギアボックス内で使用される様々な構成要素の数を最小限にするため、かつ不正確な組み立てに対して防御するために、ギア２同士の間に使用されるのと同じ「両側」噛合いハブ３がメインシャフト１ａの端部上で使用されることも可能であり、その際その外側噛合い特徴部７は不必要となる。

メインシャフト１ａ、レイギア８、およびシフトシャフト９はケーシング内で適切な軸受け上で支持され、各シャフトの端部ごとに１つの軸受けがある。この図面ではケーシングおよび軸受けは示されていないが、適切な軸受けが当業者によく知られている。

図７は、１つの噛合いハブ３に結合されるシフティング機構の構成要素の分解図である。シフトシャフト９上に選択器ドラム１１が取り付けられる。シフトアーム１２ａ、１２ｂが、１つが各選択器ドラム１１の上に、１つがその下に取り付けられ、枢動ピン１３によってギアボックスケース（図示されず）の中に位置付けられる。枢動ピン１３は、ケースと共に静止状態となるようにギアボックスケース内の穴内に位置付けられる。枢動アーム１２ａ、１２ｂそれぞれの一方端部上に、ピン１５が存在し、これが選択器ドラム１１の外側直径内に切り込まれたトラック１６と係合する（トラック１６を見るために図９も参照）。図９に示された組み立てシフティング機構でおそらくより充分に理解されることが可能であるように、トラック１６の軸方向位置はドラム１１の円周のまわりで変化する。ドラム１１がシフトシャフト９と共に回転するにつれて、したがってピン１５は軸方向に動かされ、シフトアーム１２ａ〜ｂは枢動ピン１３のまわりで枢動する。シフトアーム１２ａ、１２ｂの他方端部上にはシフトスラストリング１４が取り付けられる。シフトスラストリング１４の外側上に形成されたピン１７が、シフトアーム１２ａ、１２ｂの端部内の穴を通り抜けて、シフトスラストリング１４がアーム１２ａ、１２ｂの端部上で枢動することが可能になる。シフトスラストリング１４は、その内側直径のまわりに溝１８を有するように形成され、溝１８は、噛合いハブ３の外側直径上に形成された畝１９に取りつく。シフトスラストリング１４が噛合いハブ３に取りつくとき、溝１８の内側と畝１９の外形との間に軸方向の小さな隙間が存在して、噛合いハブ３がリング１４の内側で自由に回転することが可能であるようになるが、リング１４が軸方向に変位される場合、噛合いハブ３も軸方向に変位される。具体的には、シフトアーム１２ａ、１２ｂが、回転されている選択器ドラム１１の作用によって枢動すると、したがってシフトスラストリング１４は軸方向に変位され、それと共に噛合いハブ３も変位される。

ここに図示される実施形態では、ギアボックスには、ギアおよび軸受けの冷却用および潤滑用の油が部分的に充填されていると考えられる。したがって、この油が溝１８の内側と畝１９との間に潤滑をもたらして、ギアボックスが高速度で回転するときに、ギア選択の目的で噛合いハブ３を変位させる能力のあるスラスト軸受けを形成する。当業者によく知られているように、溝１８と畝１９との間の接触面積を縮小して摩擦を軽減し、潤滑を助けるように、溝１８の内側面の一部が、隆起したスラストパッドを残すように切り込まれることができる。

他の実施形態では、シフトスラストリング１４と噛合いハブ３との間のスラスト軸受けは任意の他の適切な形態のスラスト軸受け、例えば針状ころスラスト軸受け、玉軸受け、または球面ころ軸受けなどであることができる。当業者によく知られているように、このような軸受けはいずれも噛合いハブ３の軸方向の変位を引き起こす能力がある。

図８は、シフトシャフト９と選択器ドラム１１との間のバネの接続を明らかにするシフトシャフト９の軸を通した断面図である。シフトシャフト９は、一連のスロット２２（図９も参照）が管壁に切り抜かれた管を備える。各選択器ドラム１１の両側に１つずつあるピン２１がスロット２２を通り抜け、選択器ドラム１１の両側で切り出されたトラック２５と係合する。各選択器ドラム１１同士の間のシフトシャフト９の内側にバネ２４が装着され、各バネ２４の各端部上にバネカップ２３があり、バネカップ２３はピン２１に当てる。バネ２４は、各バネカップ２３同士の間のギャップよりも長くなるように選択されて、それらがアセンブリ上で部分的に圧縮されるようになり、そのようにしてピン２１に規定の予荷重をもたらす。バネカップ２３が当たる各ピン２１の中央部位は小直径であって、ピン２１が選択器ドラム１１の軸方向の変位によって露出される場合でも、ピン２１をシフトシャフト９内の定位置内に保持するようにバネカップ２３の両側に段が存在するようにする。留意されるべきは、シフトシャフト９内のスロット２２の端部同士のギャップと選択器ドラム１１内の切出しトラック２５同士間の材料の軸方向の厚みとは、実質的に同じであって、バネ２４からのピン２１上の予荷重がピン２１をスロット２２の端部と接触した状態で保持し、選択器ドラム１１がシフトシャフト９の軸に沿ってピン２１同士の間に確実に位置付けられるようになるということである。スロット２２を通過し選択器ドラム１１内の切出し部２５の中に至るピン２１は、シフトシャフト９とドラム１１との間に回転接続をもたらすが、スロット２２の長さの中で軸方向の変位を可能にする。バネ２４内の予荷重を超える力がシフトシャフト９に沿って選択器ドラム１１を押すように作用する場合、ピン２１はスロット２２に沿って動き、バネ２４をさらに圧縮して、回転接続を維持しながら選択器ドラム１１の軸方向の変位を可能にする。したがって選択器ドラム１１はシフトシャフト９の長さに沿って確実に位置付けられて、シフトアームと噛合いハブ３のシフト１に沿った動きとに対して確実な制御をもたらすことが可能であるが、バネ２４内の予荷重によって規定された負荷が超過される場合、選択器ドラム１１は軸方向にシフトシャフト９に沿って変位されることができる。

留意されるべきは、この実施例では、各選択器ドラム１１は、軸方向の変位を可能にするように隙間嵌めを伴ってシフトシャフト９の上に装着され、さらに、選択器ドラム１１の内部穴２８は二重円錐の形態であって、シャフト９上でのドラム１１の幾分かの位置合わせ不良を許容するということである。さらに留意されるべきことは、この例示的実施形態の２つのシフトアーム１２ａおよび１２ｂは互いに無関係に枢動することが可能であるということである。このことは、製造許容差などによる各構成要素の幾何学的形状の変化を許容する機構の柔軟度の量をもたらす。次いで噛合いハブ３が、シフト機構によって過度に抑制されずにギア２に接触するのを可能にされる。これも留意されることは、選択器ドラム１１を、そのトラック内で２つのピン１５の一方が他方に真反対に係合した状態で使用することは、選択器ドラム１１上のシフトアーム１２から生じる力がバネ２４上のシャフト９の実質的に中心線で作用することを確実にすることである。したがってこの構成は、ギア２上の噛合い特徴部７に係合する噛合いハブ３上の噛合い特徴部７の作用によってドラム１１が軸方向に変位される場合に、ドラム１１がシフトシャフト９上で固着する傾向に抵抗する。

留意されることは、この実施例では、使用される様々な構成要素の数を最小限にし、不正確な組み立てを防止することによるコスト効果の高い製造のために、シフトシャフト９に装着される選択器ドラム１１はそれぞれ同一の構成要素であること、それらの角度および軸方向位置はシフトシャフト９に切り抜かれた様々なスロット２２の位置によって決定されることである。また選択器ドラム１１同士は、適正に機能するのに特定の配向で設置される必要がないように対称であるように設計される。しかし、全ての実施例でそうである必要はない。

図７はシフトシャフト９に装着された選択器ドラム１１を示す。ドラム１１に隣接しているのはゲート２６である。ゲート２６はギアボックス（図示されず）のケースに固定され、各選択器ドラム１１の縁部が通過する一連のスロットを有する。ドラム１１とゲート２６内のスロットとの間に隙間が存在して、通常動作でドラム１１がゲート２６と接触せずに自由に回転するようになる。各ドラム１１の端面には、ゲート２６内のスロットに隣接して切出し部２７が存在する。ある種の角度位置で、ドラム１１の切出し部２７はゲート２６と位置合わせされて、選択器ドラム１１がシフトシャフト９に沿って軸方向に変位される場合、切出し部２７がゲート２６と係合し、ドラム１１とシフトシャフト９全体との回転が切出し部の角度に制限されるようになる。これは、次に述べられる通りに、ギアボックスを損傷する可能性のある、噛合いハブ３の動きのある種の組み合わせを阻止する機構を実現する。他の角度位置では、切出し部２７はゲート２６と位置合わせされずに、ドラム１１の軸方向の動きがゲート２６によって制限されるようになる。

留意されるべきことは、シャフトアーム１２上のピン１５が、ピンの軸方向の変位を引き起こすトラック１６の部位内にあって、シフトアーム１２を動かし、噛合いハブ３を動かしてギア２との係合へと至らせるとき、選択器ドラム１１内の切出し部２７はゲート２６と位置合わせされるということである。選択器ドラム１１内のトラック１６の残りの部位は軸方向の変位をもたらさず、したがってピン１５がトラックのこの部位内にあるとき、噛合いハブ３は、ギア２同士間の実質的に中間位置に保持されて、ギア２とは係合されず、切出し部２７はゲート２６と位置合わせされずに、ドラム１１の軸方向の変位はドラムの縁部とゲート２６との間の隙間に制限される。

このシフト機構は、他の駆動部材選択アセンブリ内でも使用されることが可能である。

図９は、１つのギア２が完全に係合された、本発明によるシフティング機構を含む４段ギアボックスの平面図である。具体的には、噛合いハブ３ａおよび３ｂはギア２ａと係合される。シフトシャフト９は、選択器ドラム１１ａおよび１１ｂ内のトラック１６ａおよび１６ｂ内のピン１５ａ、１５ｂがギア２ａから軸方向に離して変位されて、シフトアーム１２ａおよび１２ｃが枢動ピン１３ａ、１３ｂのまわりで枢動されて噛合いハブ３をギア２ａと係合された状態で保持するようになる角度位置にある。

ここに図示された本発明の好ましい例示的実施形態は、従来型エンジン駆動車両で使用するように構成される。この用途のために、ギアボックスは、アップシフトが実質的に正トルクの伝達で実施され（即ち入力シャフトのトルクの向きが回転の向きと同じであるとき）、ダウンシフトが実質的に負トルクで実施される（即ち入力シャフトのトルクの向きが回転の向きと反対であるとき）ように組み立てられる。アップシフトはあるギア比から別のギア比への移行であり、これは一定の出力シャフト速度に対する入力シャフト速度の低下をもたらし、通常車両が加速する際に連続的に実行される。ダウンシフトはあるギア比から別のギア比への移行であり、これは一定の出力シャフト速度に対する入力シャフト速度の上昇をもたらし、通常車両が減速する際に連続的に実行される。

図９では、留意されるべきは、各ギア２の右手側の面上の噛合い特徴部７と噛合いハブ３上の噛み合う噛合い特徴部７とは、ギア２とシャフトとの間に正駆動のトルク接続をもたらすこと、各ギア２の左手側上の噛合い特徴部７はギア２とシャフトとの間に負駆動トルクをもたらすことである。ギアボックスが正トルクを伝達するとき、したがってギア２ａの右手側上の噛合いハブ３ｂが、図９に示されるように入力シャフトからギア２にトルクを伝達するとき、レイギアとそのとき噛み合うギア２が出力を駆動する。留意されるべきは、トルクの伝達時、噛合い特徴部７の角度付き面、ならびに噛合いハブ３とシャフト１との間のスプライン接続の摩擦によって、噛合いハブ３は、ギア２をシャフトから係脱させるように即座にギア２から離されることができないということである。シフトシャフト９上のバネ２４内の予荷重が制限されて、係脱が比較的小さなトルクレベルでしか起こることが可能とならないことを保証する。

しかし図面で示されるように、噛合いハブ３ａには、正トルクが伝達されるとき負荷が掛けられずに、シフト機構によって強いられれば自由にギア２ａから離れられる。

図１０は、第３速度から第４速度にアップシフトをなすプロセスにあるところで示された本発明によるシフティング機構を含む４段ギアボックスの平面図である。シフトシャフト９は第４ギアの位置まで完全に回転されている。噛合いハブ３ｂはトルクを入力シャフトからギア２ａに伝達していて係合した状態に保持されている。関連した選択器ドラム１１ｂはシフトシャフト９に沿って変位される。別の噛合いハブ３ｃが、シフトシャフト９内のバネ２４の作用によってギア２ｂに向けて動かされている。第３ギア２ａが未だ係合されていることから、ギア２ｂはシャフト１ａおよび噛合いハブ３よりも低速で回転して、噛合い特徴部７の傾斜台付き面同士が互いに乗り上げて、噛合いハブ３を係合していないギア２ｂから押し離す。噛合いハブ３は、シフトシャフト９の内側のバネ２４を圧縮することによってギア２ｂから離れて動くことを可能にされる。さらなる噛合いハブ３ａが、シフトシャフト９の内側のバネ２４の作用によって第４ギア２ｂに向けて動かされている。第４ギア２ｂと噛合いハブ３ａとの間の噛合い特徴部７は正駆動であり、メインシャフトは第４ギアよりも高速で回転し、したがって噛合いハブ３が軸方向にギアに向けて動かされるにつれて、噛合い特徴部７の先行面同士が接触し、シャフトとギア２との間に正駆動が達成される。噛合いハブ３ａによって駆動が捉えられるにつれて、噛合いハブ３ｂ上の負荷は弛緩され、次いでギア２ａはメインシャフト１よりも速く回転している。次いで噛合い特徴部７上の傾斜台が、噛合いハブ３ｂをギア２ａから押し離されるようにし、シフトシャフト９内のバネ２４も選択器ドラム１１をニュートラルな位置に戻す。

噛合いハブ３ａがギア２ｂと係合した後は、メインシャフトはギア２ｂと同じ速度で回転し、したがって噛合いハブ３ｃはギア２ｂと完全に係合した状態に入ることが可能となる。次いで第４ギアは完全に係合され、シフティングのプロセスは完了する。

留意されるべきことは、シフトは、係合または係脱された２つのギア２同士間にある中間噛合いハブ３の軸方向の動きによって達成されるということである。この噛合いハブ３は、係脱されているギア２に対しては負駆動の構成要素であることから、自由に動いてシフトを開始し、係合されるべきギア２に対しては正駆動の構成要素であることから係合をなす。中間噛合いハブ３によって係合がなされた後は、正駆動の噛合いハブ３は前に選択されたギア２から解放され、同期化が達成されて、係合されつつあるギア２上の負駆動の噛合いハブ３が係合に完全に入ることを可能にする。

より一般的に表現すると、正駆動の選択器部材がより高いギアの駆動部材に向けて動かされる場合、各駆動部材上の突起部の先行縁部同士は異なったギア比のために互いに向かって動く。先行縁部同士が接触すると、より高いギアの駆動部材によって駆動が捉えられ、より低いギアの駆動部材用の選択器は係脱される。より低いギアからの駆動はより高いギアによって駆動が捉えられた後でのみ係脱されることから、トルク伝達に妨害が起こらず、シフトは実質的に瞬間的であることができる。

ダウンシフトは、負トルクが伝達される間に中間ギア２の動きの同じ機構によって完了される。従来型エンジン駆動の車両の場合には、これはダイバーがアクセルペダルから足を外したときに起こる。

正駆動トルクが要求されるとき、例えば車両が勾配を登っており、車両速度が降下しているときなどでダウンシフトが必要な場合、異なったシフトプロセスがとられる。ギアボックスが正トルクを伝達する間に、シフトシャフト９を次に低いギア位置に回転させることによってシングルダウンシフトが予備選択されることができる。中間噛合いハブ３は自由に動くことができない。これは、それがギア２と入力シャフトとの間の正駆動の係合であることによる。したがって中間ギア２用の選択器ドラム１１はシフトシャフト９に沿って軸方向に変位され、シフトシャフト９の内側のバネ２４はさらに圧縮される。係合されるべきより低いギアの負駆動の噛合いハブ３はギア２と接触するようにもたらされるが、ギア２よりも低速で回転しているので、係合しない。シフトを完了するために、この実施例では、運転者は少しの間駆動トルクを減少または逆転させて中間噛合いハブ３を解放する。これは、アクセルを持ち上げることによって、あるいはクラッチペダルがあればそれを下げることによって最も簡単に達成される。中間噛合いハブ３を通して伝達されるトルクが弛緩されるや否や、シフトシャフト９内の圧縮バネ２４が噛合いハブ３を動かしてより低いギアと係合させ、負噛合いハブが係合し、ギア２とシャフト１とは同期化され、前方噛合いハブは係合に入ってダウンシフトを完了する。

２つ以上のシフトが試みられるときに、トルクを低下させることによってシフトが完了されるのを可能にせずに、噛合いハブ３を係合した状態へと保持する正駆動のトルクが存在する場合、それを防止するためのステップがとられないならば、他のギアの正駆動の噛合いが未だ係合されている間に低ギア用の負駆動の噛合いハブが係合される可能性が存在する。これは、アセンブリに大きなダメージを及ぼす可能性のあるロックアップ状態をもたらすことになるが、以下で明記されるように対処されることが可能である。

図１１は、正駆動のトルクが存在する間にダウンシフトが予備選択された、本発明によるシフティング機構を含む４段ギアボックスの平面図である。噛合いハブ３ｂがギア２ａと係合した状態で保持されている。噛合いハブ３ｄはギア２ｃに向けて動かされるが、ギア２ａが未だ係合されていることによってギア２ｃがメインシャフトよりも高速で回転しているので、逆の駆動噛合いハブ３ｄは係合しない。この状態で、シフトシャフト９は、完全に係合されたより低ギアに対応する位置に回転されている。噛合いハブ３ｂがギア２ａと係合した状態で保持されながら、選択器ドラム１１ｂはシフトシャフト９に沿って変位され、切出し部２７はゲート２６と係合される。したがって、シフトシャフト９が、第２のダウンシフトを予備選択するようにさらに回転されることは可能でなく、ロックアップ状態が防止される。各選択器ドラム１１の両側に類似の切出し部が存在し、各選択器ドラム１１の両側にゲート２６が隣接する。したがって同様に、負トルクが伝達される間に２つ以上のアップシフトを予備選択することが防止される。したがって、切出し部２７は、１つのギア２の負駆動の噛合いハブ３とそれより高いギア２の正駆動の噛合いハブ３との同時係合を防止し、１つのギア２の正駆動の噛合いハブ３とそれより低いギア２の負駆動の噛合いハブ３との同時選択も防止する。

この実施例のシフトシャフト９は各シフト上で所定の角度で回転されなければならない。手動操作では、これは、当業者によく知られた任意の形態の割出し機構、例えばモータサイクルのギアボックス内の選択器ドラムの割出しに使用される歯止め機構を使用することによって最も容易に達成される。代替方法として、任意の形態の回転式アクチュエータ、例えば電気サーボモータ、油圧サーボモータ、または空気圧サーボモータも使用されることが可能である。

ギアの適切な選択を達成するために必要な噛合いハブ３の制御を提供する他のシフティング機構、例えば他の機械的な手動操作装置や、個々のアクチュエータの使用、例えば噛合いハブ３ごとに電気測定アクチュエータ、油圧アクチュエータ、または空気アクチュエータを使用することも、本発明の範囲内で当業者によって考案されることができる。本発明によるギア機構を操作するために電子的または他の形態の制御システムも使用されることができる。これは単に、シフトをなすタイミングを決定して機械的シフト機構を使用してシフトを自動化する手段の形態をとることも可能であるし、あるいは必要なシーケンスで個々の噛合いハブ３の操作を制御するシステムであることも可能である。

上述の、添付図面に示された本発明の例示的な好ましい実施形態は、本発明によるギアボックスの、その様々な構成要素および機能について述べる目的の単なる実施例として見なされるべきである。当業者には本発明によるシフティング構成要素および機構が任意の目的の多数の様々な構成のギアボックスまたは変速装置で、例えば任意の数の異なった選択可能なギアを使用して、または２つ以上のシャフト上に選択可能なギアを取り付けて使用されることができることが明らかである。

本発明によるギアボックスによって実施されるギアシフトは、クラッチを使用する必要なく（そのようにして使用の複雑さを軽減する）、駆動エンジンまたは他の回転動力源の速度で実質的に瞬間的な段階的変化をもたらす。この動力源はいくらかの慣性を有することから、接続された駆動ラインにトルクパルスが付与されてあることになる。車両の駆動ラインには、トルクパルスを吸収する様々な源のねじれ撓み性が存在し、それには例えば駆動シャフト、クラッチ板バネ、およびタイヤなどがある。高性能車両、例えばスポーツカーまたはレーシングカーの場合には、このトルクパルスは運転者に受け入れ可能であることができるが、高レベルの洗練性を必要とする車両では、駆動ライン内にさらにねじれ撓み性の高い構成要素、またはトルクを制限する構成要素を含むことが望ましい場合がある。代替方法として、シフトが完了される間にエンジンを完全または部分的に係脱させるために従来型クラッチが使用されることができる。

留意されるべきは、本発明によるギアボックスまたはいずれの構成要素も、構成要素のシャフトへの選択的結合を必要とするどのような機構にも使用されることができるということである。これも留意されるべきは、本明細書で述べられるギアボックスまたはいずれの構成要素も、例えば電気モータを車両の車輪に結合する変速装置内で、任意の回転式動力源および回転負荷と併せて使用されることができることである。本発明と併せて使用されることが可能な回転動力源の他の例には、以下に限られないが、油圧モータ、空気圧モータ、内燃エンジン、およびガスタービンエンジンが含まれる。

本明細書の教示の理解のために述べると、当業者に明らかなように、本明細書で与えられるいかなる範囲値または装置値も、求められる効果を失わずに拡大または変更されることができる。

Claims (14)

1. 少なくとも１つの駆動部材と少なくとも２つの選択器部材とを備える駆動部材選択機構であって、少なくとも１つの駆動部材と少なくとも２つの選択器部材は、選択器部材それぞれの共通軸に沿って位置が変更されうるように、共通軸の周りに配置され、駆動部材またはそのそれぞれは、第１面および第２面を備え、各面上に少なくとも１つの突起部をさらに備え、選択器部材はその少なくとも１つの面上に、駆動部材の突起部と選択的に係合するように構成された少なくとも１つの相補的突起部を備え、その構成は、そのまたは対応する駆動部材それぞれについて、使用する際に駆動部材に係合するように選択器部材を共通軸に沿って動かした後に、その第１面の少なくとも一つの突起部が第１トルク接続で選択器部材の少なくとも一つの前記突起部に駆動可能に係合されることができ、使用する際に駆動部材に係合するように選択器部材を共通軸に沿って動かした後に、その第２面の少なくとも一つの突起部が、第１トルク接続とは反対の第２トルク接続で他の選択器部材の少なくとも一つの突起部に駆動可能に係合されることができるようなものであり、
   駆動部材選択機構が、共通軸に沿って選択器部材の位置を制御するように構成されたシフト機構をさらに備え、
   シフト機構が、それぞれが一つの円周トラックを備える少なくとも二つの回転ドラムを有し、
   前記回転ドラムがそれぞれ、他の回転ドラムと実質的に同一であり、他の回転ドラムに対して回転変位を伴って取り付けられ、
   選択器部材それぞれが、対応する回転ドラムの回転が共通軸に沿った対応する選択器部材の位置を決定するように、個別のトラックに結合して取り付けられる、
   駆動部材選択機構。
2. 駆動可能に係合されるとき、突起部はそれらが確実に駆動可能に係合されるように物理的に干渉する、請求項１に記載の駆動部材選択機構。
3. 駆動可能に係合されるとき、突起部は駆動可能に係合された選択器部材と駆動部材とを一緒に引き寄せるように形状化された、請求項１または請求項２に記載の駆動部材選択機構。
4. 選択器部材と駆動部材との間の相対的回転が、駆動係合が存在するトルクの方向に反対の方向にある場合には、駆動部材と選択器部材とは押し離されるように、突起部が形状化されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動部材選択機構。
5. 所与のトルク状態で駆動可能に係合されていない選択器部材は駆動部材から選択的に離されることができる、請求項１から４のいずれか一項に記載の駆動部材選択機構。
6. 駆動部材および選択器部材の各係合面上に３つの突起部が設けられた、請求項１から５のいずれか一項に記載の駆動部材選択機構。
7. 少なくとも２つの前記駆動部材と少なくとも３つの前記選択器部材とを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の駆動部材選択機構。
8. 少なくとも１つの前記選択器部材の位置が少なくとも２つの予荷重付きバネによって決定される、請求項１から７のいずれか一項に記載の駆動部材選択機構。
9. 少なくとも１つの前記選択器部材が２つの前記駆動部材の間に配置され、その各面上に少なくとも１つの前記突起部を備え、第１面上の少なくとも一つの前記突起部は１つの駆動部材上の少なくとも一つの前記突起部との係合を作用させることができ、第２面上の少なくとも一つの前記突起部は別の他の駆動部材上の少なくとも一つの前記突起部との係合を作用させることができる、請求項７に記載の駆動部材選択機構。
10. 駆動部材がギアである、請求項７から９のいずれか一項に記載の駆動部材選択機構。
11. 駆動部材が様々なギア比をもたらし、それぞれが、駆動部材が結合した構成要素を駆動するように作用する正トルク、または結合した構成要素が駆動部材を駆動する負トルクの状態であることが可能であり、シフト機構は、１つのギアの負駆動の選択器部材とそれより高いギアの正駆動の選択器部材とによる同時係合を、または１つのギアの正駆動の選択器部材とそれより低いギアの負駆動の選択器部材との同時選択を防止するように構成される、請求項７から１０のいずれか一項に記載の駆動部材選択機構。
12. トラックのパターンが回転ドラムの両側で繰り返され、シフト機構は複数のシフトアームをさらに備え、シフトアームの少なくとも二つが、対応する前記回転ドラムそれぞれの一方側に結合して、それに形成されたトラックと係合するように構成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の駆動部材選択機構。
13. 回転ドラムがシフトシャフト上に取り付けられ、各ドラムは、シフトシャフトの軸に沿って作用する少なくとも２つの弾性部材によって休止位置に向けて押しやられる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の駆動部材選択機構。
14. 弾性部材がシフトシャフトの内側に取り付けられるバネである、請求項１３に記載の駆動部材選択機構。

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