JP2013190025A - 自動変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】フリクションを増加させずに前進９段以上の変速を可能とする自動変速機を提供する。
【解決手段】自動変速機は、４つの遊星歯車機構ＰＧＳ１〜４と、７つの係合機構Ｃ１〜４，Ｂ１〜３とを備える。第１要素Ｓａが入力軸２に、第１０要素Ｒｄが出力部材３に連結される。第１連結体は第２要素Ｃａと第５要素Ｃｂと第９要素Ｒｃを連結して構成される。第１クラッチＣ１は第１要素Ｓａと第３連結体Ｃｃ−Ｃｄ、第２クラッチＣ２は第１要素Ｓａと第４要素Ｒｂ、第３クラッチＣ３は第６要素Ｓｂと第２連結体Ｒａ−Ｓｄ、第４クラッチＣ４は第１０要素Ｒｄと第３連結体Ｃｃ−Ｃｄとを夫々連結自在に構成される。第１ブレーキＢ１は第７要素Ｓｃ、第２ブレーキＢ２は第６要素Ｓｂ、第３ブレーキＢ３は第４要素Ｒｂを夫々変速機ケース１に固定自在に構成される。自動変速機は、７つの係合機構のうち少なくとも３つの係合機構を係合させて、各変速段を確立する。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力軸の回転を複数の遊星歯車機構を介して複数段に変速して出力部材から出力する自動変速機に関する。

従来、入力用の第１遊星歯車機構と、変速用の第２及び第３の２つの遊星歯車機構と、６つの係合機構とを用いて、前進８段の変速を行うことができるようにした自動変速機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のものでは、入力用の第１遊星歯車機構を、第１サンギアと、第１リングギアと、互いに噛合すると共に一方が第１サンギアに噛合し他方が第１リングギアに噛合する一対の第１ピニオンを自転及び公転自在に軸支する第１キャリアとからなる所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構（キャリアを固定しサンギアを回転させると、リングギアはサンギアと同一方向に回転するため、プラス遊星歯車機構又はポジティブ遊星歯車機構ともいう。尚、リングギアを固定しサンギアを回転させると、リングギアはサンギアと異なる方向に回転する。）で構成している。

この第１遊星歯車機構では、第１サンギアが変速機ケースに固定される固定要素、第１キャリアが入力軸に連結される入力要素、第１リングギアが出力要素とされている。第１遊星歯車機構は、入力要素たる第１キャリアの回転速度を減速させて、出力要素たる第１リングギアから出力する。

又、変速用の第２及び第３の２つの遊星歯車機構は、第２サンギアと、第３サンギアと、第３リングギアと一体化された第２リングギアと、互いに噛合すると共に一方が第２サンギア及び第２リングギアに噛合し他方が第３サンギアに噛合する一対の第２ピニオンを自転及び公転自在に軸支する第２キャリアとからなるラビニヨ型の遊星歯車機構で構成されている。

このラビニヨ型の遊星歯車機構は、４つの回転要素を構成し、この４つの回転要素は、共線図（各回転要素の相対速度の比を直線で表すことができる図）においてギア比に対応する間隔を存して並ぶ。共線図における４つの回転要素を一方から順に、第１回転要素、第２回転要素、第３回転要素及び第４回転要素とすると、第１回転要素は第２サンギア、第２回転要素は第３キャリアと一体化された第２キャリア、第３回転要素は第３リングギアと一体化された第２リングギア、第４回転要素は第３サンギアとなる。

又、６つの係合機構は、第１遊星歯車機構の出力要素たる第１リングギアと第３サンギアからなる第４回転要素とを解除自在に連結する第１湿式多板クラッチと、入力軸と第２キャリアからなる第２回転要素とを解除自在に連結する第２湿式多板クラッチと、出力要素たる第１リングギアと第２サンギアからなる第１回転要素とを解除自在に連結する第３湿式多板クラッチと、入力要素たる第１キャリアと第２サンギアからなる第１回転要素とを解除自在に連結する第４湿式多板クラッチと、第２サンギアからなる第１回転要素を変速機ケースに解除自在に固定する第１ブレーキと、第２キャリアからなる第２回転要素を変速機ケースに解除自在に固定する第２ブレーキとからなる。

以上の構成によれば、第１湿式多板クラッチを連結状態とし第２ブレーキを固定状態とすることで１速段が確立され、第１湿式多板クラッチを連結状態とし第１ブレーキを固定状態とすることで２速段が確立され、第１湿式多板クラッチと第３湿式多板クラッチとを連結状態とすることで３速段が確立され、第１湿式多板クラッチと第４湿式多板クラッチとを連結状態とすることで４速段が確立される。

又、第１湿式多板クラッチと第２湿式多板クラッチとを連結状態とすることで５速段が確立され、第２湿式多板クラッチと第４湿式多板クラッチとを連結状態とすることで６速段が確立され、第２湿式多板クラッチと第３湿式多板クラッチとを連結状態とすることで７速段が確立され、第２湿式多板クラッチを連結状態とし第１ブレーキを固定状態とすることで８速段が確立される。

又、上記従来例の自動変速機は、入力軸の軸線上に８つの列を構成する。具体的には、トルクコンバータ側から順に、第１列が第４湿式多板クラッチ及び第１ブレーキ、第２列が第１遊星歯車機構、第３列が第１湿式多板クラッチ、第４列が第３湿式多板クラッチ（第３湿式多板クラッチは、スケルトン図上では、第１遊星歯車機構と同列に見えるが、実際には、第１湿式多板クラッチと出力ギアとの間に第３クラッチ用のピストンと油路とが構成される。）、第５列が出力ギア、第６列が第２遊星歯車機構、第７列が第３遊星歯車機構、第８列が第２湿式多板クラッチ及び第２ブレーキとなる。

特開２００５−２７３７６８号公報

上記従来例の自動変速機では、各変速段において連結状態又は固定状態とされる係合機構の数が２つになる。そのため、開放している残りの４つの係合機構の引き摺りによるフリクションロスが大きくなり、自動変速機の効率が悪化する不具合がある。

更に、前進９速段以上の変速を行えるようにするためには、係合機構を少なくとも１つ追加する必要がある。この場合、各変速段で開放される係合機構の数が５つ以上となり、フリクションロスが更に大きくなる。

本発明は、以上の点に鑑み、フリクションロスを増加させることなく、前進９段以上の変速段を確立できる自動変速機を提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明は、変速機ケース内に回転自在に軸支されると共に駆動源からの動力により回転される入力軸を備え、該入力軸の回転を複数段に変速して出力部材から出力する自動変速機であって、サンギア、キャリア及びリングギアからなる３つの要素を夫々備える第１から第４の４つの遊星歯車機構が設けられ、前記第１遊星歯車機構の３つの要素を、相対回転速度比を直線で表すことができる共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第１要素、第２要素及び第３要素とし、前記第２遊星歯車機構の３つの要素を、共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第４要素、第５要素及び第６要素とし、前記第３遊星歯車機構の３つの要素を、共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第７要素、第８要素及び第９要素とし、前記第４遊星歯車機構の３つの要素を、共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第１０要素、第１１要素及び第１２要素として、前記第１要素が前記入力軸に連結され、前記第１０要素が前記出力部材に連結され、前記第２要素と前記第５要素と前記第９要素とを連結して第１連結体が構成され、前記第３要素と前記第１２要素とを連結して第２連結体が構成され、前記第８要素と前記第１１要素とを連結して第３連結体が構成される。

そして、係合機構として、第１から第４の４つのクラッチと、第１から第３の３つのブレーキとを備え、前記第１クラッチは、前記第１要素と前記第３連結体とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、前記第２クラッチは、前記第１要素と前記第４要素とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、前記第３クラッチは、前記第６要素と前記第２連結体とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、前記第４クラッチは、前記第１０要素と前記第２連結体と前記第３連結体の何れか２つを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、前記第１ブレーキは、前記第７要素を前記変速機ケースに固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成され、前記第２ブレーキは、前記第６要素を前記変速機ケースに固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成され、前記第３ブレーキは、前記第４要素を前記変速機ケースに固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成され、前記第１から第４の４つのクラッチと前記第１から第３の３つのブレーキの合計７つの係合機構のうち、少なくとも３つの係合機構を連結状態又は固定状態とすることにより、前進９段以上の各変速段を確立することを特徴とする。

本発明によれば、後述する実施形態の説明から明らかなように、前進９速段以上の変速を確立することができる。又、４つのクラッチと３つのブレーキの合計７つの係合機構のうち、各変速段において３つの係合機構が係合して連結状態又は固定状態となる。そのため、各変速段で連結及び固定状態でなく開放される係合機構の数は４つになり、従来のように前進８段までしか確立できず各変速段で４つの係合機構が開放されるものに比べて、係合機構によるフリクションロスを増加させることなく変速段数を前進９段以上に増加させることができる。従って、自動変速機の伝達効率を低下させることなく多段化による車両の燃費向上を図ることができる。

［２］本発明においては、第３要素を第１遊星歯車機構のリングギア、第１２要素を第４遊星歯車機構のサンギアで構成し、第４遊星歯車機構を第１遊星歯車機構の径方向外方に配置し、第４遊星歯車機構のサンギアと第１遊星歯車機構のリングギアとを一体に構成して第２連結体を構成することが好ましい。

かかる構成によれば、第１遊星歯車機構と第４遊星歯車機構とが径方向に重なり合うため、第１遊星歯車機構と第４遊星歯車機構とを入力軸の軸線上に並べて配置した場合に比べて、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができ、車両、特にＦＦ式車両への搭載性を向上させることができる。

［３］本発明においては、第４クラッチ、第１ブレーキ、及び第３ブレーキの少なくとも何れか１つを、ドグクラッチやシンクロメッシュ機構等の噛合機構で構成することができる。噛合機構はフリクションロスが発生しないため、第４クラッチ、第１ブレーキ、及び第３ブレーキの何れかが開放状態となる変速段のフリクションロスを更に抑制することができ、車両の燃費を向上させることができる。

［４］本発明においては、第３ブレーキを摩擦係合式クラッチで構成し、この摩擦係合式クラッチと並列に、第４要素の正転を許容し逆転を阻止するワンウェイクラッチを設けることができる。これによれば、フリクションロスをより低減できると共に、変速段間の変速制御性を向上させることができる。

［５］本発明においては、駆動源の動力を入力軸に伝達自在な発進クラッチを設けてもよい。

［６］又、本発明においては、駆動源の動力が、トルクコンバータを介して入力軸に伝達されるように構成してもよい。

本発明の自動変速機の第１実施形態を示すスケルトン図。 第１実施形態の自動変速機の第１〜第４遊星歯車機構の各要素の相対速度の比を示す共線図。 第１実施形態の自動変速機の変速段毎における各係合機構の状態を示す説明図。 本発明の自動変速機の第２実施形態を示すスケルトン図。

図１は、本発明の自動変速機の第１実施形態を示している。第１実施形態の自動変速機は、変速機ケース１内に回転自在に軸支した、図外の内燃機関（エンジン）等の駆動源ＥＮＧが出力する駆動力がダンパＤＡ及び発進クラッチＣ０を介して伝達される入力軸２と、出力ギアからなる出力部材３とを備えている。発進クラッチＣ０は、駆動源ＥＮＧの動力を入力軸２に伝達可能な伝達状態と、この伝達を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。

出力部材３の回転は、図外のデファレンシャルギアやプロペラシャフトを介して車両の左右の駆動輪に伝達される。尚、発進クラッチＣ０に代えて、ロックアップクラッチを備えるトルクコンバータを設けてもよい。

変速機ケース１内には、第１〜第４の４つの遊星歯車機構ＰＧＳ１〜４が入力軸２と同心に配置されている。第１遊星歯車機構ＰＧＳ１は、サンギアＳａと、リングギアＲａと、サンギアＳａとリングギアＲａとに噛合するピニオンＰａを自転及び公転自在に軸支するキャリアＣａとからなる所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構（キャリアを固定してサンギアを回転させると、リングギアがサンギアと異なる方向に回転するため、マイナス遊星歯車機構又はネガティブ遊星歯車機構ともいう。尚、リングギアを固定してサンギアを回転させると、キャリアがサンギアと同一方向に回転する。）で構成されている。

図２の上から２段目に示す第１遊星歯車機構ＰＧＳ１の共線図（サンギア、キャリア、リングギアの３つの要素の相対回転速度の比を直線（速度線）で表すことができる図）を参照して、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１の３つの要素Ｓａ，Ｃａ，Ｒａを、共線図におけるギア比（リングギアの歯数／サンギアの歯数）に対応する間隔での並び順に左側から夫々第１要素、第２要素及び第３要素とすると、第１要素はサンギアＳａ、第２要素はキャリアＣａ、第３要素はリングギアＲａになる。

ここで、サンギアＳａとキャリアＣａ間の間隔とキャリアＣａとリングギアＲａ間の間隔との比は、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のギア比をｈとして、ｈ：１に設定される。尚、共線図において、下の横線と上の横線（４ｔｈ及び６ｔｈと重なる線）は夫々回転速度が「０」と「１」（入力軸２と同じ回転速度）であることを示している。

第２遊星歯車機構ＰＧＳ２も、サンギアＳｂと、リングギアＲｂと、サンギアＳｂ及びリングギアＲｂに噛合するピニオンＰｂを自転及び公転自在に軸支するキャリアＣｂとからなる所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成される。

図２の上から１段目（最上段）に示す第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の共線図を参照して、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の３つの要素Ｓｂ，Ｃｂ，Ｒｂを、共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第４要素、第５要素及び第６要素とすると、第４要素はリングギアＲｂ、第５要素はキャリアＣｂ、第６要素はサンギアＳｂになる。サンギアＳｂとキャリアＣｂ間の間隔とキャリアＣｂとリングギアＲｂ間の間隔との比は、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のギア比をｉとして、ｉ：１に設定される。

第３遊星歯車機構ＰＧＳ３も、サンギアＳｃと、リングギアＲｃと、サンギアＳｃ及びリングギアＲｃに噛合するピニオンＰｃを自転及び公転自在に軸支するキャリアＣｃとからなる所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成される。

図２の上から３段目に示す第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の共線図を参照して、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の３つの要素Ｓｃ，Ｃｃ，Ｒｃを、共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第７要素、第８要素及び第９要素とすると、第７要素はサンギアＳｃ、第８要素はキャリアＣｃ、第９要素はリングギアＲｃになる。サンギアＳｃとキャリアＣｃ間の間隔とキャリアＣｃとリングギアＲｃ間の間隔との比は、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のギア比をｊとして、ｊ：１に設定される。

第４遊星歯車機構ＰＧＳ４も、サンギアＳｄと、リングギアＲｄと、サンギアＳｄ及びリングギアＲｄに噛合するピニオンＰｄを自転及び公転自在に軸支するキャリアＣｄとからなる所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成される。

図２の上から４段目（最下段）に示す第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の共線図を参照して、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の３つの要素Ｓｄ，Ｃｄ，Ｒｄを、共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第１０要素、第１１要素及び第１２要素とすると、第１０要素はリングギアＲｄ、第１１要素はキャリアＣｄ、第１２要素はサンギアＳｄになる。サンギアＳｄとキャリアＣｄ間の間隔とキャリアＣｄとリングギアＲｄ間の間隔との比は、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のギア比をｋとして、ｋ：１に設定される。

第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）は、入力軸２に連結されている。又、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）は、その外周に外歯（出力ギア）からなる出力部材３を備える。

又、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のキャリアＣａ（第２要素）と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のキャリアＣｂ（第５要素）と第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のリングギアＲｃ（第９要素）とが連結されて、第１連結体Ｃａ−Ｃｂ−Ｒｃが構成されている。又、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギアＲａ（第３要素）と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２要素）とが連結されて、第２連結体Ｒａ−Ｓｄが構成されている。又、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のキャリアＣｃ（第８要素）と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のキャリアＣｄ（第１１要素）とが連結されて、第３連結体Ｃｃ−Ｃｄが構成されている。

又、本実施形態の自動変速機は、第１から第４の４つのクラッチＣ１〜Ｃ４と、第１から第３の３つのブレーキＢ１〜Ｂ３とからなる７つの係合機構を備える。

第１クラッチＣ１は、油圧作動型の湿式多板クラッチ（摩擦係合式クラッチ）であり、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）と第３連結体Ｃｃ−Ｃｄとを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。第２クラッチＣ２は、油圧作動型の湿式多板クラッチ（摩擦係合式クラッチ）であり、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。

第３クラッチＣ３は、油圧作動型の湿式多板クラッチ（摩擦係合式クラッチ）であり、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）と第２連結体Ｒａ−Ｓｄとを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。第４クラッチＣ４は、ドグクラッチ又は同期機能を有するシンクロメッシュ機構等からなる噛合機構であり、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）と第３連結体Ｃｃ−Ｃｄとを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。なお、本発明の第４クラッチは、これに限らず、例えば、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）と第２連結体Ｒａ−Ｓｄとを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成してもよい。また、本発明の第４クラッチは、例えば、第２連結体Ｒａ−Ｓｄと第３連結体Ｃｃ−Ｃｄとを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成してもよい。

第１ブレーキＢ１は、ドグクラッチやシンクロメッシュ機構等からなる噛合機構であり、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）を変速機ケース１に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。

第２ブレーキＢ２は、油圧作動型の湿式多板ブレーキであり、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）を変速機ケース１に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。第３ブレーキＢ３は、油圧作動型の湿式多板ブレーキ（摩擦係合式クラッチ）であり、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）を変速機ケース１に固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成されている。また、第１実施形態の自動変速機には、第３ブレーキＢ３と並列に、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の正転を許容し逆転を阻止するワンウェイクラッチが設けられている。

各クラッチＣ１〜Ｃ４及び各ブレーキＢ１〜Ｂ３は、図外のトランスミッション・コントロール・ユニットにより、車両の走行速度等の車両情報に基づいて、状態が切り換えられる。

次に、図２及び図３を参照して、実施形態の自動変速機の各変速段を確立させる場合を説明する。

１速段を確立させる場合には、第１ブレーキＢ１及び第２ブレーキＢ２を固定状態とする。第１ブレーキＢ１及び第２ブレーキＢ２を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）及び第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度が「０」になる。また、ワンウェイクラッチＦ１の働きで第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が「０」になる。

これにより、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の第４から第６の３つの要素Ｓｂ，Ｃｂ，Ｒｂ、及び第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の第７から第９の３つの要素Ｓｃ，Ｃｃ，Ｒｃが相対回転不能なロック状態となり、各要素Ｓｂ，Ｃｂ，Ｒｂ，Ｓｃ，Ｃｃ，Ｒｃの回転速度が「０」になる。そして、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のキャリアＣｃ（第８要素）を含む第３連結体Ｃｃ−Ｃｄの回転速度も「０」になる。そして、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が図２に示す「１ｓｔ」となり、１速段が確立される。

ワンウェイクラッチＦ１を第３ブレーキＢ３に並列に配置しているため、出力トルクの大きい１速段では、第３ブレーキＢ３を固定状態としなくてもよい。従って、第３ブレーキＢ３に要求される摩擦力を低減させることができ、第３ブレーキＢ３が開放状態となり、差回転が発生する状態で発生するフリクションを低減させることができる。

尚、１速段では、第３ブレーキＢ３が開放状態であるため、係合機構の開放数は、「５」となるが、ワンウェイクラッチＦ１の働きで第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が「０」となるため、第３ブレーキＢ３ではフリクションロスが発生しない。従って、１速段における実質的な開放数は「４」となる。また、１速段でエンジンブレーキを効かせる場合には、第３ブレーキＢ３を固定状態に切り換えればよい。

２速段を確立させる場合には、第１ブレーキＢ１及び第２ブレーキＢ２を固定状態とし、第３クラッチＣ３を連結状態とする。第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃの回転速度が「０」となる。又、第２ブレーキＢ２を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）の回転速度が「０」になる。

又、第３クラッチＣ３を連結状態とするで、第２連結体Ｒａ−Ｓｄの回転速度が、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）の回転速度と同一速度の「０」になる。そして、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が図２に示す「２ｎｄ」となり、２速段が確立される。

３速段を確立させる場合には、第１ブレーキＢ１及び第２ブレーキＢ２を固定状態とし、第２クラッチＣ２を連結状態とする。第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度が「０」になる。又、第２ブレーキＢ２を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）の回転速度が「０」になる。

又、第２クラッチＣ２を連結状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が、入力軸２に連結された第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）の回転速度と同一速度の「１」となる。第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）の回転速度が「０」、リングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が「１」となるため、キャリアＣｂ（第５要素）の回転速度、即ち第１連結体Ｃａ−Ｃｂ−Ｒｃの回転速度は、ｉ／（ｉ＋１）となる。そして、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が図２に示す「３ｒｄ」となり、３速段が確立される。

４速段を確立させる場合には、第１ブレーキＢ１を固定状態とし、第２クラッチＣ２及び第３クラッチＣ３を連結状態とする。第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度が「０」になる。

又、第３クラッチＣ３を連結状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）と第２連結体Ｒａ−Ｓｄとが同一速度で回転する。これにより、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２との間では、キャリアＣａ（第２要素）とキャリアＣｂ（第５要素）とが連結され、リングギアＲａ（第３要素）とサンギアＳｂ（第６要素）とが連結されることとなり、第３クラッチＣ３を連結状態とする４速段においては、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２とで４つの回転要素からなる１つの共線図を描くことができる。

そして、第２クラッチＣ２を連結状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）の回転速度と同一速度の「１」となり、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２とで構成される４つの回転要素のうちの２つの回転要素の回転速度が同一速度の「１」となる。

従って、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１及び第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の各要素が相対回転不能なロック状態となり、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１及び第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の全ての要素の回転速度が「１」となる。そして、第３連結体Ｃｃ−Ｃｄの回転速度がｊ／（ｊ＋１）となり、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が図２に示す「４ｔｈ」となり、４速段が確立される。

５速段を確立させる場合には、第１ブレーキＢ１を固定状態とし、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２を連結状態とする。第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度が「０」になる。

又、第１クラッチＣ１を連結状態とすることで、第３連結体Ｃｃ−Ｃｄの回転速度が第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）の回転速度と同一速度の「１」になる。そして、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が図２に示す「５ｔｈ」となり、５速段が確立される。

尚、５速段を確立させるためには第２クラッチＣ２を連結状態とする必要はない。しかしながら、４速段及び後述する６速段では第２クラッチＣ２を連結状態とする必要があるため、５速段から４速段へのダウンシフト、及び５速段から後述する６速段へのアップシフトをスムーズに行えるように５速段でも連結状態とさせている。

６速段を確立させる場合には、第１から第３の３つのクラッチＣ１〜Ｃ３を連結状態とする。第２クラッチＣ２及び第３クラッチＣ３を連結状態とすることで、４速段で説明したように、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の各要素が相対回転不能な状態となり、第２連結体Ｒａ−Ｓｄの回転速度が「１」となる。又、第１クラッチＣ１を連結状態とすることで、第３連結体Ｃｃ−Ｃｄの回転速度が「１」となる。

従って、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４は、キャリアＣｄ（第１１要素）とサンギアＳｄ（第１２要素）とが同一速度の「１」となり、各要素が相対回転不能なロック状態となる。そして、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が図２に示す「６ｔｈ」の「１」となり、６速段が確立される。

７速段を確立させる場合には、第２ブレーキＢ２を固定状態とし第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２を連結状態とする。第２ブレーキＢ２を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）の回転速度が「０」となる。

又、第２クラッチＣ２を連結状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）の回転速度と同一速度の「１」となり、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のキャリアＣｂ（第５要素）を含む第１連結体Ｃａ−Ｃｂ−Ｒｃの回転速度がｉ／（ｉ＋１）となる。

又、第１クラッチＣ１を連結状態とすることで、第３連結体Ｃｃ−Ｃｄの回転速度が、入力軸２に連結された第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）の回転速度と同一速度の「１」になる。そして、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が図２に示す「７ｔｈ」となり、７速段が確立される。

８速段を確立させる場合には、第２ブレーキＢ２を固定状態とし、第１クラッチＣ１及び第３クラッチＣ３を連結状態とする。第２ブレーキＢ２を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）の回転速度が「０」になる。又、第３クラッチＣ３を連結状態とすることで、第２連結体Ｒａ−Ｓｄの回転速度が第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）の回転速度と同一速度の「０」になる。

又、第１クラッチＣ１を連結状態とすることで、第３連結体Ｃｃ−Ｃｄの回転速度が第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）の回転速度と同一速度の「１」になる。そして、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が図２に示す「８ｔｈ」となり、８速段が確立される。

９速段を確立させる場合には、第２ブレーキＢ２及び第３ブレーキＢ３を固定状態とし、第１クラッチＣ１を連結状態とする。第２ブレーキＢ２を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）の回転速度が「０」になる。又、第３ブレーキＢ３を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度も「０」となる。このため、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の各要素Ｓｂ，Ｃｂ，Ｒｂは相対回転不能なロック状態となり、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のキャリアＣｂ（第５要素）を含む第１連結体Ｃａ−Ｃｂ−Ｒｃの回転速度も「０」になる。

又、第１クラッチＣ１を連結状態とすることで、第３連結体Ｃｃ−Ｃｄの回転速度は第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）の回転速度と同一速度の「１」となる。そして、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が図２に示す「９ｔｈ」となり、９速段が確立される。

１０速段を確立させる場合には、第３ブレーキＢ３を固定状態とし、第１クラッチＣ１及び第３クラッチＣ３を連結状態とする。第３クラッチＣ３を連結状態とすることで、第２連結体Ｒａ−Ｓｄと第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）とが同一速度で回転する。又、第３ブレーキＢ３を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が「０」になる。

又、第１クラッチＣ１を連結状態とすることで、第３連結体Ｃｃ−Ｃｄの回転速度が第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）の回転速度と同一速度の「１」となる。そして、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が図２に示す「１０ｔｈ」となり、１０速段が確立される。

後進段を確立させる場合には、第２ブレーキＢ２及び第３ブレーキＢ３を固定状態とし、第４クラッチＣ４を連結状態とする。第２ブレーキＢ２及び第３ブレーキＢ３を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の各要素が相対回転不能なロック状態となり、第１連結体Ｃａ−Ｃｂ−Ｒｃの回転速度が「０」となる。これにより、第２連結体Ｒａ−Ｓｄの回転速度がマイナス（逆回転）の１／ｈとなる。また、第４クラッチＣ４を連結状態とすることで、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）と第３連結体Ｃｃ−Ｃｄとが連結され、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の各要素が相対回転不能なロック状態となる。そして、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が図２に示す逆転の「Ｒｖｓ」である１／ｈとなり、後進段が確立される。

尚、図２中の破線で示す速度線は、４つの遊星歯車機構ＰＧＳ１〜ＰＧＳ４のうち動力伝達する遊星歯車機構に追従して他の遊星歯車機構の各要素が回転（空回り）することを表している。

図３は、上述した各変速段におけるクラッチＣ１〜Ｃ４、ブレーキＢ１〜Ｂ３の状態を纏めて表示した図であり、第１から第４の４つのクラッチＣ１〜Ｃ４、第１から第３の３つのブレーキＢ１〜Ｂ３の列の「○」は連結状態又は固定状態を示し、空欄は開放状態を示している。ワンウェイクラッチＦ１の列の「○」は、ワンウェイクラッチＦ１の働きで第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂの回転速度が「０」となる状態を示している。また、第３ブレーキＢ３の「（○）」は、エンジンブレーキをかける場合には、連結状態とすることを示している。

又、図３には、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のギア比ｈを２．７６５、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のギア比ｉを１．５８１、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のギア比ｊを３．１０５、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のギア比ｋを１．８７２とした場合における各変速段の変速比（入力軸２の回転速度／出力部材３の回転速度）、及び公比（各変速段間の変速比の比。所定の変速段の変速比を所定の変速段よりも１段高速側の変速段の変速比で割った値。）を示しており、これによれば、公比を適切に設定できることが分かる。

本実施形態の自動変速機によれば、前進１０段、後進１段の変速を行うことができる。又、各変速段において、湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキのうち開放状態となっている係合機構の数（開放数）が４つ以下となり、前進１０段の変速が行えるにも拘らず、従来の前進８段変速可能な自動変速機に対するフリクションロスの増加を防止できる。

又、ワンウェイクラッチＦ１を第３ブレーキＢ３に併設させているため、１速段と２速段との間での変速時に第３ブレーキＢ３の状態を切り換える必要がなく、変速制御性が向上される。

尚、実施形態においては、第１ブレーキＢ１及び第４クラッチＣ４を噛合機構で構成したものを説明したが、第１ブレーキＢ１と第４クラッチＣ４を湿式多板ブレーキで構成しても、各変速段における湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキの開放数を４つ以下に抑え、フリクションロスを抑制することができるという本発明の効果を得ることができる。

又、実施形態の自動変速機においては、何れか１つの変速段（例えば、１０速段）を省略して前進９速段の変速を行うように構成しても、本発明の効果を奏することができる。

また、ワンウェイクラッチＦ１は省略してもよい。この場合、１速段で第３ブレーキＢ３を固定状態とすればよい。また、第３ブレーキＢ３を、ドグクラッチやシンクロメッシュ機構などの噛合機構で構成してもよい。

図４は、本発明の自動変速機の第２実施形態を示している。第２実施形態の自動変速機は、第１実施形態のものと比較して、発進クラッチＣ０に変えて、ロックアップクラッチＬＣ及びダンパＤＡを備えるトルクコンバータＴＣが設けられている。

第２実施形態の自動変速機では、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４は、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１の径方向外方に配置されている。そして、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギアＲａ（第３要素）と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２要素）とを一体に連結して第２連結体Ｒａ−Ｓｄを構成している。このように、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４を第１遊星歯車機構ＰＧＳ１の径方向外方に配置することにより、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４とが径方向で重なり合うため、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができる。

尚、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４とは、径方向で少なくとも一部が重なり合っていればよく、これによって軸長の短縮化を図ることができるが、両者が完全に径方向で重なり合っていれば、最も軸長を短くすることができる。

また、第２実施形態の第１ブレーキＢ１は湿式多板ブレーキで構成され、第４クラッチＣ４は湿式多板クラッチで構成されている。また、ワンウェイクラッチＦ１は設けられていない。従って、第２実施形態の自動変速機では、１速段を確立する際に第３ブレーキＢ３を固定状態とする。

第２実施形態の自動変速機の他の構成は、第１実施形態のものと同一であり、同一の符号を付してその説明を省略する。第２実施形態の自動変速機によっても、前進１０段、後進１段の変速を行うことができる。又、各変速段において、湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキのうち開放状態となっている係合機構の数（開放数）が４つとなり、前進１０段の変速が行えるにも拘らず、従来の前進８段変速可能な自動変速機に対するフリクションロスの増加を防止できる。

なお、第２実施形態の自動変速機においても、トルクコンバータＴＣに代えて、第１実施形態のように発進クラッチＣ０を設けてもよい。

１…変速機ケース、２…入力軸、３…出力部材（出力ギア）、ＥＮＧ…駆動源、ＬＣ…ロックアップクラッチ、ＤＡ…ダンパ、ＴＣ…トルクコンバータ、ＰＧＳ１…第１遊星歯車機構、Ｓａ…サンギア（第１要素）、Ｃａ…キャリア（第２要素）、Ｒａ…リングギア（第３要素）、Ｐａ…ピニオン、ＰＧＳ２…第２遊星歯車機構、Ｓｂ…サンギア（第６要素）、Ｃｂ…キャリア（第５要素）、Ｒｂ…リングギア（第４要素）、Ｐｂ…ピニオン、ＰＧＳ３…第３遊星歯車機構、Ｓｃ…サンギア（第７要素）、Ｃｃ…キャリア（第８要素）、Ｒｃ…リングギア（第９要素）、Ｐｃ…ピニオン、ＰＧＳ４…第４遊星歯車機構、Ｓｄ…サンギア（第１２要素）、Ｃｄ…キャリア（第１１要素）、Ｒｄ…リングギア（第１０要素）、Ｐｄ…ピニオン、Ｃ１〜Ｃ４…第１〜第４クラッチ、Ｂ１〜Ｂ３…第１〜第３ブレーキ、Ｆ１…ワンウェイクラッチ。

Claims (6)

1. 変速機ケース内に回転自在に軸支されると共に駆動源からの動力により回転される入力軸を備え、該入力軸の回転を複数段に変速して出力部材から出力する自動変速機であって、
   サンギア、キャリア及びリングギアからなる３つの要素を夫々備える第１から第４の４つの遊星歯車機構が設けられ、
   前記第１遊星歯車機構の３つの要素を、相対回転速度比を直線で表すことができる共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第１要素、第２要素及び第３要素とし、
   前記第２遊星歯車機構の３つの要素を、共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第４要素、第５要素及び第６要素とし、
   前記第３遊星歯車機構の３つの要素を、共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第７要素、第８要素及び第９要素とし、
   前記第４遊星歯車機構の３つの要素を、共線図におけるギア比に対応する間隔での並び順に一方から夫々第１０要素、第１１要素及び第１２要素として、
   前記第１要素が前記入力軸に連結され、前記第１０要素が前記出力部材に連結され、前記第２要素と前記第５要素と前記第９要素とを連結して第１連結体が構成され、前記第３要素と前記第１２要素とを連結して第２連結体が構成され、前記第８要素と前記第１１要素とを連結して第３連結体が構成され、
   係合機構として、第１から第４の４つのクラッチと、第１から第３の３つのブレーキとを備え、
   前記第１クラッチは、前記第１要素と前記第３連結体とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、
   前記第２クラッチは、前記第１要素と前記第４要素とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、
   前記第３クラッチは、前記第６要素と前記第２連結体とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、
   前記第４クラッチは、前記第１０要素と前記第２連結体と前記第３連結体の何れか２つを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切換自在に構成され、
   前記第１ブレーキは、前記第７要素を前記変速機ケースに固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成され、
   前記第２ブレーキは、前記第６要素を前記変速機ケースに固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成され、
   前記第３ブレーキは、前記第４要素を前記変速機ケースに固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在に構成され、
   前記第１から第４の４つのクラッチと前記第１から第３の３つのブレーキの合計７つの係合機構のうち、少なくとも３つの係合機構を連結状態又は固定状態とすることにより、前進９段以上の各変速段を確立することを特徴とする自動変速機。
2. 請求項１記載の自動変速機において、
   前記第３要素は前記第１遊星歯車機構のリングギアであり、
   前記第１２要素は前記第４遊星歯車機構のサンギアであり、
   前記第４遊星歯車機構は、前記第１遊星歯車機構の径方向外方に配置され、
   前記第４遊星歯車機構のサンギアと前記第１遊星歯車機構のリングギアとが一体に構成されて、前記第２連結体が構成されることを特徴とする自動変速機。
3. 請求項１又は請求項２記載の自動変速機において、
   前記第４クラッチ、前記第１ブレーキ、及び前記第３ブレーキの少なくとも何れか１つは、噛合機構であることを特徴とする自動変速機。
4. 請求項１又は請求項２記載の自動変速機において、
   前記第３ブレーキは、摩擦係合式クラッチであり、
   該摩擦係合式クラッチと並列に、前記第４要素の正転を許容し逆転を阻止するワンウェイクラッチが設けられることを特徴とする自動変速機。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項記載の自動変速機において、
   前記駆動源の動力を前記入力軸に伝達自在な発進クラッチが設けられることを特徴とする自動変速機。
6. 請求項１から請求項４の何れか１項記載の自動変速機において、
   前記駆動源の動力は、トルクコンバータを介して前記入力軸に伝達されることを特徴とする自動変速機。

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