JP2005299881A - 車両用変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 歯車配列を簡素化でき且つ軸方向寸法を短縮化可能な車両用変速機を提供する。
【解決手段】 機関によりサンギヤ１３若しくはリングギヤ１６が駆動される遊星歯車組１０と、遊星歯車組１０の残りの要素を夫々出力軸１７およびケース１８に選択的に連結する締結手段Ａ〜Ｄとを備え、締結手段Ｂにより残りの要素であるリングギヤ１６若しくはサンギヤ１３をケース１８に連結することによりキャリア１５から締結手段Ｃを介して減速された出力を出力軸１７に取出す低速モードと、残りの要素夫々を締結手段Ｃ、Ｄを介して出力軸１７に連結して減速されない出力を出力軸１７に取出す高速モードと、残りの要素であるキャリア１５を締結手段Ａを介してケース１８に連結し、残ったリングギヤ１６若しくはサンギヤ１３から締結手段Ｄを介して減速された逆回転の出力を取出す低速後進モードと、を備えるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンのクランクシャフトにトルクコンバータを介在させることなく入力軸を直結し、内蔵する遊星歯車組を利用して所望の変速段を達成する車両用変速機に関し、特に、フォークリフト等の産業車両に好適な車両用変速機に関するものである。

従来からエンジンのクランクシャフトにトルクコンバータを介在させることなく入力軸を直結し、内蔵する遊星歯車組を利用して所望の変速段を達成する車両用変速機は知られている（特許文献１、２参照）。

これは、前後進切換え用遊星歯車組と変速段切換え用遊星歯車組とをシリーズに配列して備え、必要に応じてその後段に高速・低速切換え可能な副変速用歯車組を備えるよう構成している。そして、前後進切換え用遊星歯車組により進行方向が選択操作され、変速段切換え用遊星歯車組と副変速用歯車組との組合せにより多段階の変速段を得るようにしている。
特開昭６１−１０３０４４号公報 特開平５−２２３１４９号公報

しかしながら、上記従来例では、前後進切換え用遊星歯車組と変速段切換え用遊星歯車組との複数の遊星歯車組を配列するものであり、しかも各遊星歯車組が副列構成となっているため、変速機の歯車配列が複雑であるとともに軸方向寸法が長くなる不具合があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、歯車配列を簡素化でき且つ軸方向寸法を短縮化可能な車両用変速機を提供することを目的とする。

本発明は、サンギヤと遊星歯車とこの遊星歯車を保持するキャリアおよびリングギヤとからなり、機関によりサンギヤ若しくはリングギヤが駆動される遊星歯車組と、前記遊星歯車組の残りの要素を夫々出力軸に選択的に連結する締結手段と、前記遊星歯車組の残りの要素を夫々ケースに選択的に連結する締結手段とを備え、前記締結手段により残りの要素であるリングギヤ若しくはサンギヤをケースに連結することによりキャリアから締結手段を介して減速された出力を出力軸に取出す低速モードと、前記残りの要素夫々を締結手段を介して出力軸に連結して減速されない出力を出力軸に取出す高速モードと、前記残りの要素であるキャリアを締結手段を介してケースに連結し、残ったリングギヤ若しくはサンギヤから締結手段を介して減速された逆回転の出力を取出す低速後進モードと、を備えるようにした。

したがって、本発明では、サンギヤと遊星歯車とこの遊星歯車を保持するキャリアおよびリングギヤとからなり、機関によりサンギヤ若しくはリングギヤが駆動される遊星歯車組を備え、締結手段により残りの要素であるリングギヤ若しくはサンギヤをケースに連結することによりキャリアから締結手段を介して減速された出力を出力軸に取出す低速モードと、前記残りの要素夫々を締結手段を介して出力軸に連結して減速されない出力を出力軸に取出す高速モードと、前記残りの要素であるキャリアを締結手段を介してケースに連結し、残ったリングギヤ若しくはサンギヤから締結手段を介して減速された逆回転の出力を取出す低速後進モードと、を備える。このため、従来技術の前後進選択のための遊星歯車組および変速のための遊星歯車組を個別に備えるものでなく、一つの遊星歯車組により前進２段後進１段の変速段を達成させることができ、歯車配列を簡素化でき且つ軸方向寸法を短縮化可能な車両用変速機を提供することができる。

以下、本発明の車両用変速機を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３は、本発明を適用した車両用変速機の第１実施形態を示し、図１は車両用変速機のギヤトレーンのスケルトン図、図２は第１実施例の主変速用遊星歯車組の摩擦係合要素の係合状態および各要素の角速度を示す図、図３は第１実施例の副変速用歯車組も含めた各モードにおける減速比を示す図である。

図１において、車両用変速機は、主変速用遊星歯車組１０と副変速用歯車組２０とを備え、エンジンの駆動力を主変速用遊星歯車組１０に入力し、主変速用遊星歯車組１０の出力を副変速用歯車組２０に入力し、副変速用歯車組２０の出力により図示しない終減速機を駆動するよう構成している。

前記主変速用歯車組１０の入力軸１１は、ＰＴＯ入力歯車３１を一体に備え、回転振動を吸収するダンパ１２を介して図示しないエンジンのクランクシャフトに連結されている。前記ＰＴＯ入力歯車３１（チェーン駆動の場合には、スプロケット）はチェーン若しくはアイドラ歯車３２を介して油圧ポンプ等のＰＴＯ装置３０の駆動歯車３３（チェーン駆動の場合には、スプロケット）を駆動するよう構成している。ＰＴＯ装置３０としてポンプが装備される場合には、ポンプより吐出された作動油は、各荷役装置を作動させるのに利用される。

前記主変速用遊星歯車組１０は、サンギヤ１３、遊星歯車１４を保持するキャリア１５、および、リングギヤ１６とからなる一般的な遊星歯車組で構成しており、コスト的に有利な自動車のものを活用することができ、遊星歯車ユニットそのものを部品として共用してもよい。前記主変速用遊星歯車組１０は、その入力軸１１をサンギヤ１３に連結し、キャリア１５とリングギヤ１６とは夫々クラッチＣ、Ｄを介して出力軸１７に独立に連結可能に構成している。また、前記キャリア１５とリングギヤ１６とは、夫々多板ブレーキＡ、Ｂによりケース１８に連結して独立に制動可能に構成している。

前記主変速用遊星歯車組１０は、前進２段後進１段の変速段を達成するものであり、ブレーキＢによりリングギヤ１６の回転を固定し、得られるキャリア１５の回転をクラッチＣを締結して出力軸１７に伝達することにより得られる前進低速段と、キャリア１５およびリングギヤ１６を出力軸１７に連結する２つのクラッチＣ、Ｄをともに締結することでサンギヤ１３、キャリア１５およびリングギヤ１６の相対回転を止めて入力軸１１の回転をそのまま出力軸１７に出力する前進高速段と、ブレーキＡによりキャリア１５の回転を固定し、得られるリングギヤ１６の逆回転をクラッチＤを締結して出力軸１７に伝達することにより得られる後進低速段と、を備える。即ち、リングギヤ１６、キャリア１５、サンギヤ１３の夫々の角速度をωｒ、ωｃ、ωｓとし、半径をＲｒ、Ｒｃ、Ｒｓとし（ただし、ε＝Ｒｒ／Ｒｓ）、サンギヤ１３を入力要素とした場合に、図２に示すように、作動する。

即ち、リングギヤ１６の回転をブレーキＢにより固定（リングギヤ１６の角速度ωｒ＝０）すると、キャリア１５の角速度は［ωｃ＝ωｓ／（１＋ε）］となり、キャリア１５から減速比［１＋ε］により得られる減速された「前進減速モード」の回転をクラッチＣを締結して出力軸１７から出力できる。

また、リングギヤ１６とキャリア１５を夫々のクラッチＣ、Ｄを締結することにより一体に連結（ωｒ＝ωｃ）すると、リングギヤ１６、キャリア１５、サンギヤ１３の夫々の角速度は［ωｒ＝ωｃ＝ωｓ］となり、減速比［１］となる「前進高速モード」の回転を出力軸１７から出力できる。

さらに、キャリア１５の回転をブレーキＡにより固定（キャリア１５の角速度ωｃ＝０）すると、リングギヤ１６の角速度は［ωｒ＝−ωｓ／ε］となり、リングギヤ１６から減速比［−ε］により得られる減速され且つ逆転する回転をクラッチＤを締結して出力軸１７から「後進モード」として出力できる。

上記実施例では、主変速用遊星歯車組１０として、サンギヤ１３を入力軸１１で回転駆動する場合について説明しているが、図示しないが、例えば、リングギヤ１６を入力軸１１で回転駆動し、キャリア１５またはサンギヤ１３の回転を制動したり両者を一体回転させることで得られるサンギヤ１３またはキャリア１５の回転を出力軸１７から出力させるように構成することもできる。

前記副変速用歯車組２０は、入力軸２１（主変速用遊星歯車組１０の出力軸１７と一体としてもよい）と出力軸２２との間で常時噛合う、例えば、ギヤ比が相違する２組の入出力歯車２３、２４を備える。ギヤ比が低い入出力歯車２４は高速出力用として利用し、ギヤ比が高い入出力歯車２３は低速パワー出力用として利用する。前記副変速用歯車組２０の各入力歯車２３Ａ、２４Ａと入力軸２１との間には、各入力歯車２３Ａ、２４Ａを入力軸２１に夫々独立して連結するクラッチパックＥ、Ｆを配置し、図示しない切換え弁若しくは圧力制御弁により供給する作動液圧を制御することで選択したクラッチパックＥ、Ｆを締結して当該入力歯車２３Ａ、２４Ａを入力軸２１に連結するよう構成している。

前記クラッチパックＥ、Ｆは、フォークリフト車両等で公知の自動変速機（ＡＴＭ）用の湿式多板クラッチパックを利用若しくは流用することができ、入力軸２１はクラッチパックＥ、Ｆ外周と機械的に連結されて一体で回転している。いずれかのクラッチＥ、Ｆを締結すると入力歯車２３Ａ、２４ＡがクラッチパックＥ、Ｆ外周と連結されてトルク伝達可能に構成している。湿式多板クラッチＥ、Ｆの圧力制御は、フォークリフト等で公知の自動変速機（ＡＴＭ）用と同等に行う、即ち、単純に必要なクラッチＥ、ＦをＯＮ−ＯＦＦ締結する機能に加え、フォークリフトに適用する場合には、クラッチ圧そのものを下降制御（いわゆる、インチング機能）を付加したり、或いは、クラッチ圧そのものを直接的に電子制御することが望ましい。

ここで、高速出力用の入出力歯車２４のギヤ比をａとし、低速出力用の入出力歯車２３のギヤ比をｂとすると、図３に示すように、主変速用遊星歯車組１０と組合わせることにより、前進４段後進２段の変速機を得ることができる。即ち、前進側では、減速比［ｂ（１＋ε）］の超低速パワーモードと、減速比［ｂ］および［ａ（１＋ε）］の低・中速モードと、減速比［ａ］の最高速モードとを得ることができ、後進側では、減速比［−ｂε］の低速モードと、減速比［−ａε］の中速モードを得ることができる。

副変速用歯車組２０の出力は、直接若しくはプロペラシャフトを介して終減速機のドライブギヤを駆動する。なお、図１においては、副変速用歯車組２０の出力軸２２から直接出力する形式と、歯車装置２８によりオフセットして位置する出力軸２２Ａに伝達して出力する形式との２タイプについて記載している。これは、図示しない終減速機（Ｆ／Ｄ）の車両上のレイアウト次第で終減速機のドライブギヤの駆動方向、即ち、前後進方向が逆になるので、逆転用の歯車装置２８を設ける場合をも併せて記載している。

以上に説明した車両用変速機においては、一組の主変速用遊星歯車組１０により前進２段後進１段の変速段を構成することができ、従来のように、前後進切換え用および変速用に夫々遊星歯車組を用いる場合に比較して、変速機の軸方向寸法を短縮化することができる。

また、主変速用遊星歯車組１０による前進２段後進１段の変速段と、副変速用歯車組２０による高低２段の変速段との組合せにより、前進４段後進２段の変速段を実現でき、主変速用遊星歯車組１０の減速比と副変速用歯車組２０の減速比とを組合わせることで、発進時の高減速比から高速走行時の低減速比までのワイドレンジの減速比を得ることができる。

また、従来一般に採用されている自動変速機に対して、トルクコンバータに代えて上記したＰＴＯ入力装置３１および主変速用遊星歯車組１０を図示しないコンバータハウジング内に配置し、従来一般の自動変速機部の前後進切換え部を削減し、自動変速部分（ＡＴＭ部分）を副変速用歯車組２０として利用することで、本実施形態の車両用変速機を構成することができ、ミッションレイアウトの共通化を図ることができる。この場合のＡＴＭ部分のクラッチ制御部、インチング制御部等バルブの共用化もできる。

また、主変速用遊星歯車組１０および副変速用歯車組２０は、いずれも、湿式多板式のクラッチＣ、Ｄ、Ｅ、ＦやブレーキＡ、Ｂを油圧により締結および解除して変速操作するものであるため、変速操作を自動化することも容易であり、また、締結力の制御にあっても、クラッチＣ、Ｄ、Ｅ、ＦおよびブレーキＡ、Ｂの圧力制御すれば可能であり、制御が容易である。

また、マニアル変速機のように、変速動作をマニアル操作することもでき、その場合の発進クラッチ操作も、湿式多板クラッチＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆの圧力を制御する図示しないバルブを作動させるだけでよいから、クラッチ踏力を軽くでき、マニアル変速機に必要なクラッチ交換も不要とできる。この場合のシフト操作力についても、同期させるためにある程度の操作力が必要なシンクロ機構がなく、バルブの切換えだけのため、軽い操作力とできる。

図４〜図６は、本実施形態の第２実施例の車両用変速機を示し、主変速用遊星歯車組１０と副変速用歯車組２０とで構成する変速段（変速モードともいう）を等比数列に配列したものである。即ち、前進変速段（Ｆ４、Ｆ３、Ｆ２、Ｆ１）の減速比を、例えば、Ｆ４＝１、Ｆ３＝１×Ｓ、Ｆ２＝１×Ｓ²、Ｆ１＝１×Ｓ³、のように公比Ｓを備える等比数列に配列した。また、後進変速段（Ｒ２、Ｒ１）の減速比を、例えば、Ｒ２＝−１×Ｓ、Ｒ１＝−１×Ｓ²、のように公比Ｓを備える等比数列に配列した。

具体的には、図４に示すように、変速段Ｆ１とＦ２は、主変速用遊星歯車組１０の前進減速モードにより、変速段Ｆ３とＦ４は、主変速用遊星歯車組１０の前進高速モードにより、変速段Ｒ１とＲ２は、主変速用遊星歯車組１０の後進モードにより、夫々達成するようにし、副変速用歯車組２０は、前記変速段Ｆ１とＦ２、Ｆ３とＦ４、Ｒ１とＲ２、の高速段と低速段とを切換えるよう作動させるよう構成する。この場合の副変速用歯車組２０の高速側減速比Ｈと低速側減速比Ｌとの比（Ｌ／Ｈ）は公比Ｓと一致させる一方、主変速用遊星歯車組１０のサンギヤ１３とリングギヤ１６の歯数（半径）比（リングギヤ１６／サンギヤ１３＝ε）を公比Ｓと一致させる。

このように減速比を配列することにより、変速段Ｆ１、Ｆ２およびＲ１のような低速段側ではワイドレシオを持つ大きい減速比とすることができ、変速段Ｆ３、Ｆ４、および、Ｒ２のような高速段側ではクロスレシオを持つ小さい減速比とでき、発進時の高減速比から高速走行時の低減速比までのワイドレンジの減速比とすることができる。

しかも、本実施例では、副変速用歯車組２０の高速側減速比Ｈと低速側減速比Ｌとの比を「Ｌ／Ｈ＝Ｓ」とする一方、主変速用遊星歯車組１０のサンギヤ１３とリングギヤ１６の歯数比（半径比）「リングギヤ１６／サンギヤ１３＝ε」とし、夫々を黄金分割比（外中比）とした。即ち、主変速用遊星歯車組１０においては、Ｌ／Ｈ＝Ｓ＝（１＋√５）／２≒１．６２若しくはその近傍の数値とし、副変速用歯車組２０においては、ε＝（１＋√５）／２≒１．６２、若しくはその近傍の数値としたものである。

この車両用変速機においては、図５に示すように、夫々の変速段（Ｆ４、Ｆ３、Ｆ２、Ｆ１）における減速比（Ｆ４＝１、Ｆ３＝Ｓ、Ｆ２＝（１＋ε）、Ｆ１＝（１＋ε）Ｓ）が、公比＝１．６２、若しくは、その近傍となる等比数列になり、また、後進の変速段（Ｒ２、Ｒ１）における減速比（Ｒ２＝−ε、Ｒ１＝−Ｓε）も、公比＝１．６２、若しくはその近傍の数値となる等比数列になる。このため、前進変速段Ｆ３と後進変速段Ｒ２、および、前進変速段Ｆ２と後進変速段Ｒ１が等しい減速比とできる。図６は各変速段における主変速用遊星歯車組１０および副変速用歯車組２０の各要素の速度線図である。

そして、変速段Ｆ１は坂道を前進で登る際等で力が欲しいパワーモード（超スローモード）、変速段Ｆ４は前進で速い（高速）ことが望まれるスピードモードを、夫々実現することができる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）サンギヤ１３と遊星歯車１４とこの遊星歯車１４を保持するキャリア１５およびリングギヤ１６とからなり、機関によりサンギヤ１３若しくはリングギヤ１６が駆動される遊星歯車組１０と、前記遊星歯車組１０の残りの要素を夫々出力軸１７に選択的に連結する締結手段Ｃ、Ｄと、前記遊星歯車組１０の残りの要素を夫々ケース１８に選択的に連結する締結手段Ａ、Ｂとを備え、前記締結手段Ｂにより残りの要素であるリングギヤ１６若しくはサンギヤ１３をケース１８に連結することによりキャリア１５から締結手段Ｃを介して減速された出力を出力軸１７に取出す低速モードと、前記残りの要素夫々を締結手段Ｃ、Ｄを介して出力軸１７に連結して減速されない出力を出力軸１７に取出す高速モードと、前記残りの要素であるキャリア１５を締結手段Ａを介してケース１８に連結し、残ったリングギヤ１６若しくはサンギヤ１３から締結手段Ｄを介して減速された逆回転の出力を取出す低速後進モードと、を備えるようにした。このため、従来技術の前後進選択のための遊星歯車組および変速のための遊星歯車組を個別に備えるものでなく、一つの遊星歯車組１０により前進２段後進１段の変速段を達成させることができ、歯車配列を簡素化でき且つ軸方向寸法を短縮化可能な車両用変速機を提供することができる。

（イ）また、サンギヤ１３と遊星歯車１４とこの遊星歯車１４を保持するキャリア１５およびリングギヤ１６とを備え、機関によりサンギヤ１３若しくはリングギヤ１６が駆動される主変速用遊星歯車組１０と、前記遊星歯車組１０の残りの要素を夫々出力軸１７に選択的に結合する締結手段Ｃ、Ｄと、前記遊星歯車組１０の残りの要素を夫々ケース１８に選択的に結合する締結手段Ａ、Ｂと、前記出力軸１７からの出力を複数の変速段に変速して出力する副変速用歯車組２０とを備えるものであるため、主変速用遊星歯車組１０による前進２段後進１段の変速段と、副変速用歯車組２０による複数変速段ｎ（図示例では高低２段）との組合せにより、前進２×ｎ段後進ｎ段（図示例では前進４段後進２段）の変速段を実現でき、主変速用遊星歯車組１０の減速比と副変速用歯車組２０の減速比とを組合わせることで、発進時の高減速比から高速走行時の低減速比までのワイドレンジの減速比を得ることができる。なお、前後進の決め方を逆、例えば、後進４段前進２段であってもよい。

（ウ）主変速用遊星歯車組１０と副変速用歯車組２０とで得られる変速段は、その減速比を同一の公比をもって等比数列に配列させているため、低速段側ではワイドレシオを持つ大きい減速比とすることができ、高速段側ではクロスレシオを持つ小さい減速比とでき、発進時の高減速比から高速走行時の低減速比までのワイドレンジの減速比とすることができる。

（エ）公比は、黄金分割比（１＋√５）／２若しくはその近傍の数値であり、主変速用遊星歯車組１０のリングギヤ１６有効径／サンギヤ１３有効径および副変速用歯車組２０の高速段ギヤ比／低速段ギヤ比を前記公比とするため、得られる変速段を等比数列として、力が欲しいパワーモード（超スローモード）から速い（高速）ことが望まれるスピードモードまでのワイドレンジを実現しつつ、特定の前進変速段Ｆ２、Ｆ３の減速比と後進変速段Ｒ１、Ｒ２の減速比とを同一にできる。

（オ）車両用変速機は、主変速用遊星機車組１０の機関からの入力要素と機関出力部との間にＰＴＯ装置３０を駆動する駆動手段３１を備えるため、ＰＴＯ装置３０搭載のために機関を改造する必要がなく、機関を選択する自由度を拡大することができる。

（第２実施形態）
図７〜図８は、本発明を適用した車両用変速機の第２実施形態を示し、図７は第１実施例の副変速用歯車組のギヤトレーンを示すスケルトン図、図８は第２実施例の副変速用歯車組のギヤトレーンを示すスケルトン図である。本実施形態においては、副変速用歯車組の公比を前進側と後進側とで相違させるようにしたものである。なお、第１実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図７に示す第１実施例の副変速用歯車組２０においては、入出力軸２１、２２間に高速段である入出力歯車２４、２５をクラッチパックＥ、Ｇと共に複数配置し、一方の高速段の入出力歯車２４の歯数比若しくは外径比を変えることにより他方の高速段の入出力歯車２５のギヤ比より大きいギヤ比に形成している。そして、一方の入出力歯車２４をクラッチパックＥにより前進用高速段で作動させ、他方の入出力歯車２５をクラッチパックＧにより後進用高速段で作動させ、低速段での入出力歯車２３は前進および後進ともにクラッチパックＦにより作動させるよう構成している。即ち、前進側と後進側とで公比Ｓを相違させるようにしている。このようにすることにより、前進変速段Ｆ３とＦ４の減速比、および、前進変速段Ｆ１とＦ２の減速比を近づけることができ、産業車両の使用態様に応じて使い勝手を向上させることができる。

逆に、前進変速段Ｆ１とＦ２の減速比、および、前進変速段Ｆ３とＦ４の減速比を離間させる場合には、図示しないが、入出力軸間に低速段である入出力歯車をクラッチパックと共に複数配置し、一方の低速段の入出力歯車の歯数比若しくは外径比を変えることにより他方の低速段のギヤ比より大きいギヤ比に形成する。そして、一方の入出力歯車をクラッチパックにより前進用低速段で作動させ、他方の入出力歯車をクラッチパックにより後進用低速段で作動させ、高速段での入出力歯車は前進および後進ともにクラッチパックにより作動させるよう構成することで達成することができる。

以上のように構成することにより、前進側変速段（Ｆ１〜Ｆ４）の減速比、および、後進側変速段（Ｒ１〜Ｒ２）の減速比を微調整することができる。

図８に示す第２実施例の副変速用歯車組２０では、第１実施例の高速段側各入力歯車の夫々にクラッチパックＥ、Ｇを配置することに代えて、高速段選択用の共通するクラッチパックＥと回転方向判別用のワンウェイクラッチ２６、２７とを利用して構成したものである。高速段選択用のクラッチパックＥと低速段選択用のクラッチパックＦとは、いずれか一方が作動している場合には他方が非作動状態であり、他方が作動している場合には一方が非作動となるよう制御される。

前記ワンウェイクラッチ２６、２７は、高速段側入力歯車２４Ａ、２５Ａの夫々に選択する回転方向を異ならせて配置しており、前進高速段の正回転（例えば、右回転）では前進高速段を達成する入出力歯車２４での動力伝達を可能とするよう前進用ワンウェイクラッチ２６が作動し、後進高速段の逆回転（例えば、左回転）では後進高速段を達成する入出力歯車２５での動力伝達を可能とするよう後進用ワンウェイクラッチ２７が作動する。即ち、これらのワンウェイクラッチ２６、２７は、入力軸２１Ａの回転方向（前進状態と後進状態）を判別して自動的に作動させることができる。

また、エンジンブレーキを作動させる場合には、入力軸２１Ａ側の回転数が低下するため、前進状態では前進用ワンウェイクラッチ２６での動力伝達が断たれて、代わりに後進用ワンウェイクラッチ２７が出力軸２２側から入力軸２１Ａ側を駆動することでエンジンブレーキ動力を伝達する。また、後進状態では後進用ワンウェイクラッチ２７での動力伝達が断たれて、代わりに前進用ワンウェイクラッチ２６が出力軸２２側から入力軸２１Ａ側を駆動することでエンジンブレーキ動力を伝達する。

以上のように構成することにより、第１実施例と同様に、前進側変速段（Ｆ１〜Ｆ４）の減速比、および、後進側変速段（Ｒ１〜Ｒ２）の減速比を微調整することができ、また、前後進に応じて公比Ｓの値を自動的に変更することができる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（オ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（カ）図７に示す第１実施例の副変速用歯車組２０では、高速段若しくは低速段の入出力歯車２４、２５をギヤ比を相違させて複数備え、前記複数の入出力歯車２４、２５のいずれか一方２４を前進変速時に作動させ、残りの他方の入出力歯車２５を後進変速時に作動させるため、前進側変速段（Ｆ１〜Ｆ４）の減速比、および、後進側変速段（Ｒ１〜Ｒ２）の減速比を微調整することができる。

（キ）図８に示す第２実施例の副変速用歯車組２０では、複数の入出力歯車２４、２５は、回転方向が相違するワンウェイクラッチ２６、２７により前後進状態に応じて作動状態を切換えるため、第１実施例と同様に、前進側変速段（Ｆ１〜Ｆ４）の減速比、および、後進側変速段（Ｒ１〜Ｒ２）の減速比を微調整することができ、また、前後進に応じて公比Ｓの値を自動的に変更することができる。

（第３実施形態）
図９は、本発明を適用した車両用変速機の第３実施形態を示す各変速モードにおける締結要素の動作状態図である。本実施形態においては、エンジン回転入力を自由状態としつつ車両停止状態とする停止モードを追加したものである。なお、第１、２実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本実施形態における車両用変速機のギヤトレーンは、図１に示す車両変速機のギヤトレーンと同様に構成しており、図９に示すように、その変速モードとして、車両停止モードを追加した点を第１および第２実施形態に対して新規な構成としている。

前記車両停止モードは、副変速用歯車組２０の低速段若しくは高速段の入出力歯車２３、２４による動力伝達状態を維持した状態とし、主変速用遊星歯車組１０のリングギヤ１６若しくはキャリア１５と出力軸１７とを連結するクラッチＣ、Ｄを締結し、しかも、出力軸１７と連結されているリングギヤ１６若しくはキャリア１５をブレーキＡ、Ｂにより制動するようにしたものである。副変速用歯車組２０の動力伝達状態は、低速段であっても高速段であってもよいが、伝達トルク容量が大きい低速段を選択することが望ましい。

図９に示す停止Ａモードにおいては、主変速用遊星歯車組１０のリングギヤ１６を出力軸１７に連結するクラッチＤと同じくリングギヤ１６をケース１８に連結するブレーキＢとを同時に作動させることにより出力軸１７を回転停止状態とし、低速段となっている副変速用歯車組２０および図示しない駆動力伝達機構を介して車両を停止状態としている。その際のエンジン回転入力は、サンギヤ１３とキャリア１５とを自由回転させており、出力軸１７には伝達されない空転状態となっている。

図９に示す停止Ｂモードにおいては、主変速用遊星歯車組１０のキャリア１５を出力軸１７に連結するクラッチＣと同じくキャリア１５をケース１８に連結するブレーキＡとを同時に作動させることにより出力軸１７を回転停止状態とし、低速段となっている副変速用歯車組２０および図示しない駆動力伝達機構を介して車両を停止状態としている。その際のエンジン回転入力は、サンギヤ１３、キャリア１５で支持している遊星ギヤ１４およびリングギヤ１６を自由回転させており、出力軸１７には伝達されない空転状態となっている。

この停止モードにおいては、ブレーキペダルによることなく車両を停止させておくことができ、坂道でも車両停止状態を維持できることから、アクセルペダルの踏込み等の発進操作に応じて、例えば、前進Ｆ１モードにクラッチＡ〜Ｄを切換えれば、車両を後退させることなく発進させることができる。具体的には、停止Ａモードでの車両停止時には、リングギヤ１６と出力軸１７とを連結しているクラッチＤを開放しつつキャリア１５と出力軸１７を連結するクラッチＣを締結すれば、リングギヤ１６・出力軸１７間のクラッチＤ開放による制動力抜けとキャリア１５・出力軸１７間のクラッチＣ締結による駆動力立上りとを連携させることができ、制動力抜けが先行することによる車両後退等を防止することができる。

また、前記停止モードは、車両走行中に実行することにより、車両を強制的に停止させることができる。この場合において、副変速用歯車組２０の低速段クラッチＦ、出力軸１７とリングギヤ１６若しくはキャリア１５とを連結するクラッチＣ、Ｄ、および、リングギヤ１６若しくはキャリア１５をケース１８に連結するブレーキＡ、Ｂのいずれか若しくは複数のクラッチＣ〜ＦおよびブレーキＡ、Ｂの締結力を下げて半締結状態とすることで、車両の慣性エネルギを吸収しつつ滑らかに制動することができる。この場合の制動は、ブレーキペダルの踏込みによる制動と併用することで強力な制動力を得ることもできる。

したがって、一般の自動変速機を搭載した車両でブレーキペダルを十分に踏まないままで、変速機を後進状態から前進状態に切換えるような推奨されていない変則的な操作が行われる場合においても、前記した停止モードを経由させることにより車両を制動でき、変則的な操作にもある程度耐えることができ、変則的な操作も可能ならしめることができる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（オ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。

（ク）車両用変速機は、副変速用歯車組２０のいずれかの変速段による動力伝達状態を維持しつつ、主変速用遊星歯車組１０の機関により直接駆動される要素を除くいずれか一つの要素を出力軸１７とケース１８とに夫々連結する締結手段Ａ〜Ｄの締結力を調整することにより車両を制動または停止させる停止モードを備えるため、エンジンからの入力により遊星歯車組１０を空転させつつ、各締結手段Ａ〜Ｆの締結力を調整することで車両の慣性エネルギを吸収しつつ滑らかに制動でき、停止後は坂道であっても後退することなく停止させることができ、発進にあたっては、停止モードのための締結手段Ａ〜Ｆの開放による制動力抜けと発進のための締結手段Ａ〜Ｆによる駆動力立上りとを連携させることができ、制動力抜けが先行することによる車両後退等を防止することができる。しかも、ブレーキペダルを十分に踏まないままで、変速機を後進状態から前進状態に切換えるような変則的な操作が行われても、停止モードにより車両を制動でき、且つ変則的な操作にもある程度耐えることができる。

本発明の一実施形態を示す車両用変速機のギヤトレーンのスケルトン図。 同じく第１実施例の主変速用遊星歯車組の摩擦係合要素の係合状態および各要素の角速度を示す図。 第１実施例の副変速用歯車組も含めた各モードにおける減速比を示す図。 第２実施例の変速モードと摩擦係合要素の係合状態を示す図。 第２実施例の変速段と減速比の関係を示す図。 第２実施例の各要素の速度線図。 本発明の第２実施形態の車両用変速機の第１実施例を示す副変速用歯車組のギヤトレーンのスケルトン図。 本発明の第２実施形態の車両用変速機の第２実施例を示す副変速用歯車組のギヤトレーンのスケルトン図。 本発明の第３実施形態の車両用変速機の変速モードと摩擦係合要素の係合状態を示す図。

符号の説明

Ａ〜Ｇ 締結手段としてのクラッチ、ブレーキ
１０ 主変速用遊星歯車組、遊星歯車組
１１、２１ 入力軸
１３ サンギヤ
１５ キャリア
１６ リングギヤ
１７、２２ 出力軸
２０ 副変速用歯車組
２３〜２５ 入出力歯車
２６、２７ ワンウェイクラッチ
３０ ＰＴＯ装置
３１ ＰＴＯ駆動手段

Claims (8)

1. サンギヤと遊星歯車とこの遊星歯車を保持するキャリアおよびリングギヤとを備え、機関によりサンギヤ若しくはリングギヤが駆動される遊星歯車組と、
   前記遊星歯車組の残りの要素を夫々出力軸に選択的に連結する締結手段と、
   前記遊星歯車組の残りの要素を夫々ケースに選択的に連結する締結手段と、を備え、
   前記締結手段により残りの要素であるリングギヤ若しくはサンギヤをケースに連結することによりキャリアから締結手段を介して減速された出力を出力軸に取出す低速モードと、
   前記残りの要素夫々を締結手段を介して出力軸に連結して減速されない出力を出力軸に取出す高速モードと、
   前記残りの要素であるキャリアを締結手段を介してケースに連結し、残ったリングギヤ若しくはサンギヤから締結手段を介して減速された逆回転の出力を取出す低速後進モードと、を備えることを特徴とする車両用変速機。
2. サンギヤと遊星歯車とこの遊星歯車を保持するキャリアおよびリングギヤとを備え、機関によりサンギヤ若しくはリングギヤが駆動される主変速用遊星歯車組と、
   前記遊星歯車組の残りの要素を夫々出力軸に選択的に結合する締結手段と、
   前記遊星歯車組の残りの要素を夫々ケースに選択的に結合する締結手段と、
   前記出力軸からの出力を複数の変速段に変速して出力する副変速用歯車組とを備えることを特徴とする車両用変速機。
3. 前記主変速用遊星歯車組と副変速用歯車組とで得られる変速段は、その減速比を同一の公比をもって等比数列に配列させていることを特徴とする請求項２に記載の車両用変速機。
4. 前記公比は、黄金分割比（１＋√５）／２若しくはその近傍の数値であり、主変速用遊星歯車組のリングギヤ有効径／サンギヤ有効径および副変速用歯車組の高速段ギヤ比／低速段ギヤ比を前記公比とすることを特徴とする請求項３に記載の車両用変速機。
5. 前記副変速用歯車組は、高速段若しくは低速段の入出力歯車をギヤ比を相違させて複数備え、前記複数の入出力歯車のいずれか一方を前進変速時に作動させ、残りの他方の入出力歯車を後進変速時に作動させることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一つに記載の車両用変速機。
6. 前記複数の入出力歯車は、回転方向が相違するワンウェイクラッチにより前後進状態に応じて作動状態を切換えることを特徴とする請求項５に記載の車両用変速機。
7. 前記車両用変速機は、副変速用歯車組のいずれかの変速段による動力伝達状態を維持しつつ、主変速用遊星歯車組の機関により直接駆動される要素を除くいずれか一つの要素を出力軸とケースとに夫々連結する締結手段の締結力を調整することにより車両を制動または停止させる停止モードを備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の車両用変速機。
8. 前記車両用変速機は、主変速用遊星機車組の機関からの入力要素と機関出力部との間にＰＴＯ装置を駆動する駆動手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の車両用変速機。

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