JP2009121631A - 自動変速機のピストン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動変速機の回転軸の軸方向に移動可能なピストンと、このピストンを作動する油室とを備えたピストン装置において、長時間放置により油室内に入り込んだ空気を早期に排出する。
【解決手段】自動変速機の回転軸の軸方向に移動可能なピストンと油室とを備え、前記油室の圧力で前記ピストンが軸方向に移動するように構成された自動変速機のピストン装置において、ピストンの半径方向に延びる複数の仕切壁４０１を設けて、油室４０内を複数の領域４０ａに区画する。このように仕切壁４０１を設けて油室４０内を複数の領域４０ａに細分化しておくと、クラッチ回転時にＡＴＦ内に混入した気泡が動き回る範囲が小さくなり（図６（ｂ）参照）、空気とＡＴＦとが早期に分離される。その結果として、油室４０内の空気の全てが排出されるまでの時間が短くなってクラッチの係合特性が改善される。
【選択図】図６

Description

本発明は自動変速機のピストン装置に関する。

エンジン（内燃機関）を搭載した車両において、エンジンが発生するトルク及び回転速度を車両の走行状態に応じて適切に駆動輪に伝達する変速機として、エンジンと駆動輪との間の変速比を自動的に最適設定する自動変速機が用いられている。

車両に搭載される自動変速機としては、例えば、クラッチ及びブレーキ等と遊星歯車装置とを用いて変速比（ギヤ比）を設定する有段式変速機や、変速比を無段階に調整するベルト式無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）がある。

また、有段式の自動変速機としては、クラッチやブレーキ等の摩擦係合要素を係合・解放する油圧作動式ピストンを備えたものがある。このようなピストンを備えた自動変速機では、例えば、クラッチを構成する摩擦係合要素をクラッチドラムに支持し、そのクラッチドラムの前面側（もしくは背面側）にピストンを配置するとともに、それらクラッチドラムとピストンとの間に油室を形成してピストン装置を構成し、そのピストン装置の油室に供給する作動油（ＡＴＦ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｌｕｉｄ）を制御することで、ピストンをクラッチドラムに対して移動させて摩擦係合要素の係合・解放を行っている。また、省スペース化を達成するために、１つのクラッチドラムに２組の摩擦係合要素を支持し、そのクラッチドラムの背面側及び前面側にそれぞれピストンを配置するとともに、その各ピストンとクラッチドラムとの間にそれぞれ油室を設けた構造の自動変速機もある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３２０９９０号公報

ところで、上記したピストン装置を有する自動変速機では、長時間にわたって放置状態が継続されると、例えば図８（ａ）に示すように、ピストンを作動（押圧）する油室内のＡＴＦが漏れて油室内に空気が入ってしまう。そして、このような長時間放置状態の後にクラッチが回転すると、油室内のＡＴＦと空気とが混ざりあってＡＴＦ中に気泡が混入し（図８（ｂ）参照）、その後にクラッチ回転によって作用する遠心力によって空気層とＡＴＦ層とに分離（図８（ｃ）参照）されるが、この空気分離に多くの時間を要するため、クラッチの係合特性が悪化する場合がある。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、自動変速機の回転軸の軸方向に移動可能なピストンと、このピストンを作動する油室とを備えたピストン装置において、長時間放置により油室内に入り込んだ空気を早期に排出することができ、これによって、例えばクラッチの係合特性を改善することが可能な構造を提供することを目的とする。

本発明は、自動変速機の回転軸の軸方向に移動可能なピストンと油室とを備え、前記油室の圧力で前記ピストンが軸方向に移動するように構成された自動変速機のピストン装置において、前記油室内に、前記ピストンの半径方向（ピストンの軸線方向と直交する方向）に延びる複数の仕切壁が設けられており、それら複数の仕切壁によって当該油室が複数の領域に区画されていることを特徴としている。より具体的には、前記ピストンが、自動変速機のクラッチを係合・解放するピストンであることを特徴としている。

本発明によれば、ピストンを作動（押圧）する油室内に複数の仕切壁を設けて当該油室内を複数の領域に区画しているので、自動変速機を長時間放置したときに油室に入り込んだ空気を早期に排出することができる。この点について以下に説明する。

まず、ピストンを作動（押圧）する油室内にＡＴＦが入り込んだ状態で自動変速機のクラッチ等が回転すると、上記したように油室内のＡＴＦと空気とが混ざりあってＡＴＦ中に気泡が混入する。このとき、油室内に仕切壁がない場合、油室内の全周にわたって気泡が動きながら回転し、その回転にて作用する遠心力によってＡＴＦが外側に集められて、油室内が空気層とＡＴＦ層に分離されるが、この空気分離に多くの時間を要するため、クラッチの係合特性が悪化する場合がある。

これに対し、例えば図６（ｂ）に示すように、油室４０内に複数の仕切壁４０１を設けて油室４０内を複数の領域４０ａに区画（細分化）しておくと、ＡＴＦ内に混入した気泡が動き回る範囲が小さくなり、空気とＡＴＦとが早期に分離される。その結果、油室４０の内側から全ての空気が排出されるまでの時間が短くなってクラッチの係合特性が改善される。

ここで、本発明において、ピストン装置を構成する油室内に設ける仕切壁を、ピストンの中心から半径方向に延びる直線に対して傾斜（具体的には回転方向と逆向きに傾斜）して配置してもよい。このように仕切壁を傾斜配置とすると、ＡＴＦを油室の外側に、より一層早く集めることが可能となり、空気とＡＴＦの分離に要する時間を更に短くすることができる。

本発明によれば、自動変速機の回転軸の軸方向に移動可能なピストンと、このピストンを作動する油室とを備えたピストン装置において、長時間放置により油室内に入り込んだ空気を早期に排出することができる。これによって、例えばクラッチの係合特性を改善することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明を適用する自動変速機（トルクコンバータを含む）の一例を示すスケルトン図である。この例の自動変速機１はＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）型車両に搭載される。

まず、トルクコンバータ２００は、入力軸側のポンプインペラ２０１と、出力軸側のタービンランナ２０２と、トルク増幅機能を発現するステータ２０３と、ワンウェイクラッチ２４とを備え、ポンプインペラ２０１とタービンランナ２０２との間で流体を介して動力伝達を行う。

トルクコンバータ２００には、入力側と出力側とを直結状態にするロックアップクラッチ２０５が設けられており、このロックアップクラッチ２０５を完全係合させることにより、ポンプインペラ２０１とタービンランナ２０２とが一体回転する。また、ロックアップクラッチ２０５を所定のスリップ状態で係合させることにより、駆動時には所定のスリップ量でタービンランナ２０２がポンプインペラ２０１に追随して回転する。

自動変速機１は、シングルピニオン型の第１遊星歯車装置１０３を主体として構成される第１変速部１Ａと、シングルピニオン型の第２遊星歯車装置１０４及びダブルピニオン型の第３遊星歯車装置１０５を主体として構成される第２変速部１Ｂとを同軸線上に有し、入力軸１００の回転を変速して出力軸１０６に伝達し、出力歯車１０７から出力する遊星歯車式多段変速機である。出力歯車１０７は、車両に搭載される差動歯車装置に直接的にもしくはカウンタ軸を介して連結される。なお、自動変速機１及びトルクコンバータ２００は中心線に対して略対称的に構成されているので、図１では中心線の下半分を省略している。

第１変速部１Ａを構成している第１遊星歯車装置１０３は、サンギヤＳ１、キャリアＣＡ１、及び、リングギヤＲ１の３つの回転要素を備えており、サンギヤＳ１が入力軸１００に連結される。さらに、サンギヤＳ１は、リングギヤＲ１が第３ブレーキＢ３を介してハウジングケース１０に固定されることにより、キャリヤＣＡ１を中間出力部材として入力軸１００に対して減速回転される。

第２変速部１Ｂを構成している第２遊星歯車装置１０４及び第３遊星歯車装置１０５においては、一部が互いに連結されることによって４つの回転要素ＲＭ１〜ＲＭ４が構成されている。

具体的には、第３遊星歯車装置１０５のサンギヤＳ３によって第１回転要素ＲＭ１が構成されており、第２遊星歯車装置１０４のリングギヤＲ２及び第３遊星歯車装置１０５のリングギヤＲ３が互いに連結されて第２回転要素ＲＭ２が構成されている。さらに、第２遊星歯車装置１０４のキャリアＣＡ２及び第３遊星歯車装置１０５のキャリアＣＡ３が互いに連結されて第３回転要素ＲＭ３が構成されている。また、第２遊星歯車装置１０４のサンギヤＳ２によって第４回転要素ＲＭ４が構成されている。

第２遊星歯車装置１０４及び第３遊星歯車装置１０５は、キャリアＣＡ２及びＣＡ３が共通の部材にて構成されているとともに、リングギヤＲ２及びＲ３が共通の部材にて構成されている。さらに、第２遊星歯車装置１０４のピニオンギヤが第３遊星歯車装置１０５の第２ピニオンギヤを兼ねているラビニヨ型の遊星歯車列とされている。

第１回転要素ＲＭ１（サンギヤＳ３）は、中間出力部材である第１遊星歯車装置１０３のキャリアＣＡ１に一体的に連結されており、第１ブレーキＢ１によってハウジングケース１０に選択的に連結されて回転停止される。第２回転要素ＲＭ２（リングギヤＲ２及びＲ３）は、第２クラッチＣ２を介して入力軸１００に選択的に連結される一方、ワンウェイクラッチＦ１及び第２ブレーキＢ２を介してハウジングケース１０に選択的に連結されて回転停止される。

第３回転要素ＲＭ３（キャリアＣＡ２及びＣＡ３）は出力軸１０６に一体的に連結されている。第４回転要素ＲＭ４（サンギヤＳ２）は、第１クラッチＣ１を介して入力軸１００に選択的に連結される。

以上の自動変速機２では、摩擦係合要素である第１クラッチＣ１、第２クラッチＣ２、第１ブレーキＢ１、第２ブレーキＢ２、第３ブレーキＢ３、及び、ワンウエイクラッチＦ１などが、所定の状態に係合または解放されることによって変速段が設定される。

図２は、自動変速機１の各変速段を成立させるためのクラッチ及びブレーキの係合作動を説明する係合表であり、「○」は係合を、「×」は解放をそれぞれ表している。この図２に示すように、この例の自動変速機１において、クラッチＣ１を係合させると前進段の１速（１ｓｔ）が成立し、この１速ではワンウェイクラッチＦ１が係合する。第１クラッチＣ１及びブレーキＢ１を係合させると前進段の２速（２ｎｄ）が成立する。第１クラッチＣ１及び第３ブレーキＢ３を係合させると前進段の３速（３ｒｄ）が成立する。

また、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２を係合させると前進段の４速（４ｔｈ）が成立する。第２クラッチＣ２及び第３ブレーキＢ３を係合させると前進段の５速（５ｔｈ）が成立する。第２クラッチＣ２及び第１ブレーキＢ１を係合させると前進段の６速（６ｔｈ）が成立する。一方、第２ブレーキＢ２及び第３ブレーキＢ３を係合させると後進段（Ｒｅｖ）が成立する。

次に、自動変速機１の具体的な構造について説明する。図３は図１に示す自動変速機１の第２変速部１Ｂの縦断面図である。図４は図３の要部拡大図である。

自動変速機１は、ハウジングケース１０にベアリングを介して相対回転可能に支持された入力軸１００、シングルピニオン型の第２遊星歯車装置１０４、ダブルピニオン型の第３遊星歯車装置１０５、第１クラッチＣ１、第２クラッチＣ２、第２ブレーキＢ２、クラッチドラム２、第１ピストン３、及び、第２ピストン４などを備えている。

入力軸１００には、軸心に対して垂直に延びるフランジ１００ａが形成されている。このフランジ１００ａの外周縁には円環状の基部材２０が配置されている。基部材２０はハウジングケース１０に相対回転可能に支持されている。

クラッチドラム２は、基部材２０に外装されたハブ部２１と、このハブ部２１から半径方向に延びる円環状の側壁２２と、この側壁２２の外周縁から軸方向に延びる円筒状の筒部２３によって構成されている。クラッチドラム２のハブ部２１は基部材２０に溶接等によって固定されており、また、基部材２０は入力軸１００のフランジ１００ａに溶接等によって固定されている。従って、クラッチドラム２は入力軸１００と一体となって回転する。

クラッチドラム２の筒部２３の内側に、第１クラッチＣ１の構成部材である第１摩擦係合要素１０１、及び、第２クラッチＣ２の構成部材である第２摩擦係合要素１０２が配置されている。

第１摩擦係合要素１０１は、複数のアウタクラッチプレート（摩擦板）１１１及びその各アウタクラッチプレート１１１の間に配置された複数のインナクラッチプレート（摩擦板）１１２によって構成されている。

第１摩擦係合要素１０１を構成するアウタクラッチプレート１１１はクラッチドラム２の筒部２３の内周面にスプライン嵌合されており、インナクラッチプレート１１２は第１クラッチハブ１０８の外周面にスプライン嵌合されている。第１摩擦係合要素１０１は、クラッチドラム２の筒部２３に固定されたスナップリング１１３によって第２摩擦係合要素１０２側への移動（軸方向の移動）が規制されている。

また、第２摩擦係合要素１０２も、同様に、複数のアウタクラッチプレート（摩擦板）１２１及びその各アウタクラッチプレート１２１の間に配置された複数のインナクラッチプレート１２２（摩擦板）によって構成されている。

第２摩擦係合要素１０２を構成するアウタクラッチプレート１２１はクラッチドラム２の筒部２３の内周面にスプライン嵌合されており、インナクラッチプレート１２２は第２クラッチハブ１０９の外周面にスプライン嵌合されている。第２摩擦係合要素１０２は、クラッチドラム２の筒部２３に固定されたスナップリング１２３によって第１摩擦係合要素１０１側への移動（軸方向の移動）が規制されている。

クラッチドラム２の前面側（第１クラッチＣ１側）に、第１ピストン３が配置されている。第１ピストン３は入力軸１００に対し軸方向に摺動自在に嵌め込まれている。第１ピストン３は略円板状の部材で、外周縁に押圧部材３１が一体形成されている。第１ピストン３はクラッチドラム２と一体的に回転する。

以上の第１ピストン３とクラッチドラム２の側壁２２との間に第１油室３０が形成されており、この第１油室３０内に、入力軸１００に形成された油孔１００ｂからＡＴＦ（作動油）が供給されると、第１ピストン３がクラッチドラム２に対して離間する方向（第１摩擦係合要素１０１側）に移動し、この第１ピストン３の先端部の押圧部材３１が第１摩擦係合要素１０１を押圧する。このようにして第１摩擦係合要素１０１が押圧されることにより、当該第１摩擦係合要素１０１を構成するアウタクラッチプレート１１１とインナクラッチプレート１１２とが互いに係合する（クラッチＣ１係合）。なお、第１ピストン３及び第１油室３０によってピストン装置が構成されている。

第１ピストン３の前面側（クラッチＣ１側）には円環状のバランサ５１が配置されている。バランサ５１は入力軸１００に外嵌されており、入力軸１００に固定されたスナップリング８１によって第１ピストン３に対して離間する方向への移動が規制されている。バランサ５１と第１ピストン３との間にはリターンスプリング（圧縮コイルばね）７１が配置されており、そのリターンスプリング７１の弾性力によって、第１ピストン３がバランサ５１に対して離間する方向（クラッチドラム２側）に付勢されている。そして、このようなバランサ５１と第１ピストン３との間に、第１ピストン３の第１油室３０の遠心油圧をキャンセルするキャンセル室（油室）６１が形成されている。キャンセル室６１は、バランサ５１の内周部に形成された切欠き５１ａを通じて、バランサ５１の前面側の空間に連通している。

クラッチドラム２の背面側（第１ピストンの反対側）に第２ピストン４が配置されている。第２ピストン４は、基部材２０に対し軸方向に摺動自在に嵌め込まれている。第２ピストン４はクラッチドラム２と一体的に回転する。

第２ピストン４は、クラッチドラム２の外周部を覆う円筒状のシリンダ部材４１と、そのシリンダ部材４１の一端部に嵌め込まれた円環状の側壁４２と、この側壁４２をシリンダ部材４１に固定するスナップリング４４によって構成されている。シリンダ部材４１の先端（他端）には、内側（回転中心側）に突出する押圧部材４３が一体形成されている。

以上の第２ピストン４の側壁４２とクラッチドラム２の側壁２２との間に第２油室４０が形成されており、この第２油室４０内に、基部材２０に形成された油孔２０ａからＡＴＦ（作動油）が供給されると、第２ピストン４がクラッチドラム２に対して離間する方向（第１ピストン３とは逆の方向）に移動し、この第２ピストン４の先端部の押圧部材４３が第２摩擦係合要素１０２を押圧する。このようにして第２摩擦係合要素１０２が押圧されることにより、当該第２摩擦係合要素１０２を構成するアウタクラッチプレート１２１とインナクラッチプレート１２２とが互いに係合する（クラッチＣ２係合）。なお、第２ピストン４と第２油室４０によってピストン装置が構成されている。

第２ピストン４の背面側（第２油室４０の反対側）には円環状のバランサ５２が配置されている。バランサ５２は基部材２０に外嵌されており、基部材２０に固定されたスナップリング８２によって第２ピストン４に対して離間する方向への移動が規制されている。バランサ５２と第２ピストン４の側壁４２との間にはリターンスプリング（圧縮コイルばね）７２が配置されており、そのリターンスプリング７２の弾性力によって第２ピストン４がバランサ５２に対して離間する方向（クラッチドラム２側）に付勢されている。そして、このようなバランサ５２と第２ピストン４の側壁４２との間に、第２油室４０の遠心油圧をキャンセルするキャンセル室（油室）６２が形成されている。キャンセル室６２は、基部材２０の外周に形成された複数の溝２０ｂを通じてバランサ５２の背面側の空間と連通している。

次に、この例の特徴部分について図５を参照して説明する。図５は、自動変速機１のポンプ装置を構成する第２油室４０を半径方向に切断し、第２ピストン４側から見た模式断面図である。

図５に示すように、この例では、第２油室４０内に、第２ピストン４の半径方向（第２ピストン４の軸方向と直交する方向）に延びる複数の仕切壁４０１・・４０１を設けて、第２油室４０内を複数の領域４０ａ・・４０ａに区画している点に特徴がある。

仕切壁４０１は、ピストン４の側壁４２に一体形成されており、そのピストン４の側壁４２から軸方向に第２ピストン４側に向けて突出する部材である。また、仕切壁４０１は第２油室４０を完全に仕切るものではなく、各領域４０ａ間においてＡＴＦの流通が可能となるような形態で形成されている。なお、仕切壁４０１はクラッチドラム２の側壁２２に設けておいてもよい。

そして、このような仕切壁４０１を設けることにより、以下のような効果を奏することができる。

まず、図３及び図４に示す構造の自動変速機１において、長時間にわたって放置状態が継続されると、例えば図６（ａ）に示すように、クラッチドラム２と第２ピストン４との間の第２油室４０内のＡＴＦが漏れて、第２油室４０の内部に空気が入ってしまう。そして、このような長時間放置状態の後にクラッチが回転（クラッチドラム２及び第２ピストン４が回転）すると、第２油室４０内のＡＴＦと空気とが混ざり合ってＡＴＦ中に気泡が混入する。

このとき、第２油室４０内に仕切壁がない場合、図８（ｂ）に示すように、第２油室４０内の全周にわたって気泡が動きながら回転し、その回転にて作用する遠心力によってＡＴＦが外側に集められて、第２油室４０内が空気層とＡＴＦ層に分離（図８（ｃ））されるが、この空気分離に多くの時間を要するため、第２クラッチＣ２の係合特性が悪化する場合がある。

これに対し、図５に示すように第２油室４０内に複数の仕切壁４０１を設けて、第２油室４０内を複数の領域４０ａに区画（細分化）しておくと、図６（ｂ）に示すように、クラッチ回転時にＡＴＦ内に混入した気泡が動き回る範囲が小さくなり、空気とＡＴＦとが早期に分離される（図６（ｃ））。その結果、第２油室４０内の全ての空気が、第２油室４０の内側から排出されるまでの時間が短くなり、第２クラッチＣ２の係合特性が改善される。

なお、以上の例では、第２ピストン４及び第２油室４０によって構成されるピストン装置を例にとって、本発明を実施した具体的な構成について説明したが、第１ピストン３及び第１油室３０によって構成されるピストン装置についても本発明を適用できることは勿論であり、この場合、第１油室３０内に図５（もしくは後述する図７）に示すような形態の仕切壁を設ければよい。

−他の実施形態−
以上の図５に示す例では、仕切壁４０１を、第２ピストン４の回転中心から半径方向に延びる直線に沿う形態としているが、本発明はこれに限られることなく、例えば図７に示すように、仕切壁４１１を、第２ピストン４の回転中心Ｍから半径方向に延びる直線Ｌに対して傾斜（回転方向と逆向きに傾斜）して配置してもよい。このように仕切壁４１１を傾斜配置とすると、クラッチ回転時にＡＴＦを第２油室４０の外側に、より一層早く集めることが可能となり、空気とＡＴＦの分離に要する時間を更に短くすることができる。

以上の例では、クラッチの係合・解放を行うピストン装置に本発明を適用した例を示したが、これに限定されない。例えば、油室の圧力で作動するピストンによってブレーキの係合・解放を行う構造の自動変速機であれば、そのブレーキ用のピストン及び油室によって構成されるピストン装置にも本発明を適用できる。

以上の例では、前進６段変速の自動変速機のピストン装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、他の任意の変速段の遊星歯車式自動変速機のピストン装置にも適用可能である。

また、本発明は、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）型車両に搭載される自動変速機のピストン装置に限れらることなく、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）型車両、４輪駆動車に搭載される自動変速機のピストン装置にも適用できる。

本発明を適用する自動変速機の一例を示すスケルトン図である。 図１に示す自動変速機の作動表である。 本発明を適用する自動変速機の一部を示す縦断面図である。 図３の要部拡大図である。 第２油室を径方向に切断した模式断面図である。 本発明の実施形態の作用説明図である。 第２油室の変形例を示す模式断面図である。 従来の自動変速機のピストン装置の問題点を説明する図である。

符号の説明

１ 自動変速機
１００ 入力軸
Ｃ１ 第１クラッチ
Ｃ２ 第２クラッチ
１０１ 第１摩擦係合要素
１０２ 第２摩擦係合要素
２ クラッチドラム
３ 第１ピストン
３０ 第１油室
４ 第２ピストン
４０ 第２油室
４０ａ 領域
４０１ 仕切壁

Claims (3)

1. 自動変速機の回転軸の軸方向に移動可能なピストンと油室とを備え、前記油室の圧力で前記ピストンが軸方向に移動するように構成された自動変速機のピストン装置において、
   前記油室内に、前記ピストンの半径方向に延びる複数の仕切壁が設けられており、前記仕切壁によって当該油室が複数の領域に区画されていることを特徴とする自動変速機のピストン装置。
2. 請求項１記載の自動変速機のピストン装置において、
   前記仕切壁は、前記ピストンの中心から半径方向に延びる直線に対して傾斜していることを特徴とする自動変速機のピストン装置。
3. 請求項１または２記載の自動変速機のピストン装置において、
   前記ピストンは、当該自動変速機のクラッチを係合・解放するピストンであることを特徴とする自動変速機のピストン装置。

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