JP2013204717A - 自動変速機 - Google Patents

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Abstract

【課題】少なくとも前進10速段及び後進1速段を達成しつつコンパクト化や軽量化を図り、ギヤのスプレッドを大きくし、最高変速段のギヤの噛み合い損失を低減し得る自動変速機を提供する。
【解決手段】プラネタリギヤユニットPUを、第2サンギヤS2、第3サンギヤS3、ショートピニオンPS及びステップドピニオンPSTを有する第2キャリヤCR2、第2リングギヤR2、第3リングギヤR3で構成すると共に、減速回転を第3サンギヤS3に入力する第1クラッチC−1、入力回転を第3リングギヤR3に入力する第2クラッチC−2、減速回転を第2サンギヤS2に入力する第3クラッチC−3、入力回転を第2キャリヤCR2に入力する第4クラッチC−4、第2サンギヤS2の回転を係止する第1ブレーキB−1、第2キャリヤCR2の回転を係止する第2ブレーキB−2、第3リングギヤR3の回転を係止する第3ブレーキB−3、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば車両等に搭載される自動変速機に係り、詳しくは、減速回転を出力し得る減速プラネタリギヤと減速回転及び入力回転に基づき多段変速を達成するプラネタリギヤセットとを備えた自動変速機に関する。
近年、車両の燃費向上を図るために、車両に搭載される有段式自動変速機の多段化が進められている。このような有段式の自動変速機にあっては、減速回転を出力し得る減速プラネタリギヤと、減速回転及び入力回転に基づき多段変速を達成するプラネタリギヤセットとを備えたものが提案されている(特許文献1、特許文献2参照)。
この特許文献1のものは、4つの回転要素からなるラビニヨ型プラネタリギヤのうち、2つの回転要素(S2,S3)に対して減速プラネタリギヤで減速された減速回転を2つのクラッチ(C−1,C−3)で入力自在にし、1つの回転要素(C2)に対して入力軸の入力回転を1つのクラッチ(C−2)で入力自在にすると共に、2つの回転要素(S2,C2)をそれぞれ2つのブレーキ(B−1,B−2)で係止自在にすることで、前進6速段及び後進1速段を達成している。
一方、特許文献2の例えば図7に示すものは、プラネタリギヤセットを、ラビニヨ型プラネタリギヤの代わりに、ロングピニオンを段付きのステップドピニオンで構成すると共にリングギヤ(R2)を追加した5つの回転要素からなるプラネタリギヤセットで構成し、5つの回転要素からなるラビニヨ型プラネタリギヤのうち、1つの回転要素(CR2)に対して減速プラネタリギヤで減速された減速回転を1つのクラッチ(C−3)で入力自在にし、2つの回転要素(S2,R2)に対して入力軸の入力回転を2つのクラッチ(C−1,C−2)で入力自在にすると共に、3つの回転要素(CR2,S3,R2)をそれぞれ3つのブレーキ(B−1,B−2,B−3)で係止自在にすることで、前進8速段及び後進1速段を達成している。
特開2000−220704号公報 特開2006−161927号公報
上記特許文献1や特許文献2のものを、更に多段化しようとする場合、単にプラネタリギヤを追加することも考えられるが、コンパクト化や軽量化の妨げとなるという問題がある。そこで、特許文献1のラビニヨ型プラネタリギヤを特許文献2のような5つの回転要素からなるプラネタリギヤセットに変更することで多段化を図ることも考えられる。
しかしながら、特許文献2のようなプラネタリギヤセットの用い方では、ギヤのスプレッド(変速レシオ幅=最低変速段/最高変速段)を大きくし難く(特許文献2の図8ではスプレッド5.856=3.359/0.613)、単に多段化を図ったとしても、ギヤのスプレッド(変速レシオ幅)を大きくしなければ、車速に対するエンジンの回転数使用領域の最適化が図り難くて燃費向上に繋がらないという問題がある。更に、例えば高速走行時などにあって、比較的長時間用いられる最高変速段のギヤの噛合損失についても考慮しなければ、燃費向上に繋がらないという問題がある。
そこで本発明は、少なくとも前進10速段及び後進1速段を達成しつつコンパクト化や軽量化を図るものでありながら、ギヤのスプレッドを大きくし、かつ最高変速段のギヤの噛み合い損失を低減することが可能な自動変速機を提供することを目的とするものである。
本発明に係る自動変速機(1,1)は(例えば図1乃至図8参照)、駆動源(2)に駆動連結される入力軸(12)と、
第1サンギヤ(S1)、第1キャリヤ(CR1)、及び第1リングギヤ(R1)を有し、前記入力軸(12)の入力回転を減速した減速回転を出力し得る減速プラネタリギヤ(SP,DP)と、
第2サンギヤ(S2)、第3サンギヤ(S3)、前記第3サンギヤ(S3)に噛合するショートピニオン(PS)と該ショートピニオン(PS)に噛合する小径部(PSTa)及び前記第2サンギヤ(S2)に噛合する大径部(PSTb)を有するステップドピニオン(PST)とを回転自在に支持する第2キャリヤ(CR2)、前記大径部(PSTb)に噛合する第2リングギヤ(R2)、及び前記小径部(PSTa)に噛合する第3リングギヤ(R3)、を有するプラネタリギヤセット(PU)と、
前記減速プラネタリギヤ(SP,DP)の減速回転を前記第3サンギヤ(S3)に入力自在な第1クラッチ(C−1)と、
前記入力軸(12)の入力回転を前記第3リングギヤ(R3)に入力自在な第2クラッチ(C−2)と、
前記減速プラネタリギヤ(SP,DP)の減速回転を前記第2サンギヤ(S2)に入力自在な第3クラッチ(C−3)と、
前記入力軸(12)の入力回転を前記第2キャリヤ(CR2)に入力自在な第4クラッチ(C−4)と、
前記第2サンギヤ(S2)の回転を係止自在な第1ブレーキ(B−1)と、
前記第2キャリヤ(CR2)の回転を係止自在な第2ブレーキ(B−2)と、
前記第3リングギヤ(R3)の回転を係止自在な第3ブレーキ(B−3)と、
前記第2リングギヤ(R2)に駆動連結された出力部材(13)と、を備え、
少なくとも前進10速段及び後進1速段を達成し得ることを特徴とする。
また、本発明に係る自動変速機(1)は(例えば図5乃至図8参照)、前記減速プラネタリギヤ(DP)は、前記第1キャリヤ(CR1)が、前記第1サンギヤ(S1)に噛合する第1ピニオン(P1)と、前記第1ピニオン(P1)及び前記第1リングギヤ(R1)に噛合する第2ピニオン(P2)と、を回転自在に支持するように有するダブルピニオンプラネタリギヤからなり、
前記第1サンギヤ(S1)の回転が固定され、前記第1キャリヤ(CR1)に前記入力軸(12)が駆動連結され、前記第1リングギヤ(R1)から減速回転を出力することを特徴とする。
また、本発明に係る自動変速機(1,1)は(例えば図1乃至図8参照)、前記出力部材(13)は、前記減速プラネタリギヤ(SP,DP)と前記プラネタリギヤセット(PU)との軸方向の間に配置されたカウンタギヤからなることを特徴とする。
また、本発明に係る自動変速機(1,1)は(例えば図1乃至図8参照)、前記第2ブレーキ(B−2)の摩擦板(71)と前記第3ブレーキ(B−3)の摩擦板(81)とを前記プラネタリギヤセット(PU)の外周側に径方向視で軸方向に重なるように配置したことを特徴とする。
また、本発明に係る自動変速機(1,1)は(例えば図1乃至図8参照)、前記第2クラッチ(C−2)の油圧サーボ(30)と前記第4クラッチ(C−4)の油圧サーボ(50)とを前記プラネタリギヤセット(PU)に対して前記出力部材(13)とは軸方向反対側に配置すると共に、前記第4クラッチ(C−4)の油圧サーボ(50)の外周側に前記第2クラッチ(C−2)の油圧サーボ(30)を径方向視で軸方向に重なるように配置したことを特徴とする。
そして、本発明に係る自動変速機(1,1)は(例えば図1乃至図8参照)、前記第1クラッチ(C−1)と前記第3クラッチ(C−3)と前記第1ブレーキ(B−1)とを前記出力部材(13)に対して前記プラネタリギヤセット(PU)とは軸方向反対側に配置した。
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。
請求項1に係る本発明によると、各変速段の間で比較的良好なステップ比を得ることができる前進10速段及び後進1速段を達成する自動変速機を提供することができる。また、最低変速段から最高変速段までのギヤのスプレッドを大きくすることができ、本自動変速機を搭載する車両にあって車速に対するエンジンの回転数使用領域の最適化が図り易くなり、燃費向上を図ることができる。更に、最高変速段を第4クラッチ及び第1ブレーキの係合で達成することで、第2サンギヤとステップドピニオンの大径部との噛合、第2リングギヤとステップドピニオンの大径部との噛合、の2箇所の噛合だけで最高変速段とすることができ、比較的長時間用いられる最高変速段のギヤの噛合損失を最小限にすることができ、燃費向上を図ることができる。
請求項2に係る本発明によると、減速プラネタリギヤがダブルピニオンプラネタリギヤからなるので、減速プラネタリギヤにおける減速比を大きくすることができ、特に低速段におけるギヤ比のステップ間隔を良好にすることができる。
請求項3に係る本発明によると、出力部材が減速プラネタリギヤとプラネタリギヤセットとの軸方向の間に配置されたカウンタギヤからなるので、車両進行方向に対してエンジンの出力軸(クランク軸)が横向きに搭載される車両に、本自動変速機を好適に用いることができる。
請求項4に係る本発明によると、第2ブレーキの摩擦板と第3ブレーキの摩擦板とをプラネタリギヤセットの外周側に径方向視で軸方向に重なるように配置したので、部材が交錯することなく第2ブレーキ及び第3ブレーキを配置することができ、かつ本自動変速機を軸方向に対してコンパクトに構成することができる。
請求項5に係る本発明によると、第2クラッチの油圧サーボと第4クラッチの油圧サーボとをプラネタリギヤセットに対して出力部材とは軸方向反対側に配置すると共に、第4クラッチの油圧サーボの外周側に第2クラッチの油圧サーボを径方向視で軸方向に重なるように配置したので、部材が交錯することなく第2クラッチ及び第4クラッチを配置することができ、かつ第2クラッチ及び第4クラッチを軸方向に並べる場合に比して、本自動変速機を軸方向に対してコンパクトに構成することができる。
請求項6に係る本発明によると、第1クラッチと第3クラッチと第1ブレーキとを出力部材に対してプラネタリギヤセットとは軸方向反対側に配置したので、部材が交錯することなく第1クラッチと第3クラッチと第1ブレーキとをコンパクトに配置することができる。また、出力部材に対してプラネタリギヤセットとは軸方向反対側における構造を、既存の自動変速機と同様の構造にすることができ、生産ラインの共通化を図ることができて、前進10速段及び後進1速段を達成し得る自動変速機を安価に提供することができる。
第1の実施の形態に係る自動変速機1を示すスケルトン図。 第1の実施の形態に係る自動変速機1の係合表。 第1の実施の形態に係る自動変速機1の速度線図。 第1の実施の形態に係る自動変速機1の変速機構5を示す断面図。 第2の実施の形態に係る自動変速機1を示すスケルトン図。 第2の実施の形態に係る自動変速機1の係合表。 第2の実施の形態に係る自動変速機1の速度線図。 第2の実施の形態に係る自動変速機1の変速機構5を示す断面図。
<第1の実施の形態>
以下、本発明に係る第1の実施の形態を図1乃至図4に沿って説明する。まず、本発明を適用し得る自動変速機1の概略構成について図1に沿って説明する。図1に示すように、例えばFFタイプ(フロントエンジン、フロントドライブ)の車両に用いて好適な自動変速機1は、エンジン(駆動源)2に接続し得る自動変速機1の入力軸11を有しており、該入力軸11の軸方向を中心としてトルクコンバータ4と、変速機構5とを備えている。
なお、以下に説明するFFタイプの車輌に搭載して好適な自動変速機1においては、図中における左右方向が実際にも車輌における左右方向であるが、動力伝達経路を基準として、軸方向のエンジン2側を「前方側」、エンジン2とは軸方向反対側を「後方側」という。
上記トルクコンバータ4は、自動変速機1の入力軸11に接続されたポンプインペラ4aと、作動流体を介して該ポンプインペラ4aの回転が伝達されるタービンランナ4bとを有しており、該タービンランナ4bは、上記入力軸11と同軸上に配設された上記変速機構5の入力軸12に接続されている。また、該トルクコンバータ4には、ロックアップクラッチ7が備えられており、該ロックアップクラッチ7が不図示の油圧制御装置の油圧制御によって係合されると、上記自動変速機1の入力軸11と変速機構5の入力軸12とが直接駆動連結される。
上記変速機構5には、入力軸12と該入力軸12に連結された中間軸14(図4参照)との軸上において、プラネタリギヤ(減速プラネタリギヤ)SPと、プラネタリギヤユニット(プラネタリギヤセット)PUと、が備えられている。上記プラネタリギヤSPは、第1サンギヤS1、第1キャリヤCR1、及び第1リングギヤR1を備えており、該第1キャリヤCR1が、第1サンギヤS1及び第1リングギヤR1に噛合する1つのピニオンP1を回転自在に支持するように有している、いわゆるシングルピニオンプラネタリギヤである。
また、プラネタリギヤユニットPUは、5つの回転要素として第2サンギヤS2、第3サンギヤS3、第2キャリヤCR2、第2リングギヤR2、及び第3リングギヤR3を有しており、第2キャリヤCR2が、第3サンギヤS3に噛合するショートピニオンPSと、該ショートピニオンPSに噛合する小径部PSTa及び第2サンギヤS2に噛合する大径部PSTbを有するステップドピニオンPSTとを回転自在に支持するように有している。
上記プラネタリギヤSPの第1サンギヤS1は、詳しくは後述するケース3に一体的に固定されているボス部3bに接続されて回転が固定されている。また、上記第1リングギヤR1は、上記入力軸12に接続されて、該入力軸12の回転と同回転(以下、「入力回転」という。)になっている。更に、第1キャリヤCR1は、該固定された第1サンギヤS1と該入力回転する第1リングギヤR1とにより、入力回転が減速された減速回転になると共に、第1クラッチC−1及び第3クラッチC−3に接続されている。
上記プラネタリギヤユニットPUの第2サンギヤS2は、バンドブレーキからなり、第1ブレーキB−1に接続されてケース3に対して係止自在(固定自在)となっていると共に、上記第3クラッチC−3に接続されており、該第3クラッチC−3を介して上記第1キャリヤCR1の減速回転が入力自在となっている。また、上記第3サンギヤS3は、第1クラッチC−1に接続されており、上記第1キャリヤCR1の減速回転が入力自在となっている。
更に、上記第2キャリヤCR2は、中間軸14を介して入力軸12の回転が入力される第4クラッチC−4に接続されて、該第4クラッチC−4を介して入力回転が入力自在となっており、また、第2ブレーキB−2に接続されて、該第2ブレーキB−2を介して回転が係止自在となっている。更に、上記第3リングギヤR3は、中間軸14を介して入力軸12の回転が入力される第2クラッチC−2に接続されて、該第2クラッチC−2を介して入力回転が入力自在となっており、また、第3ブレーキB−3に接続されて、該第3ブレーキB−3を介して回転が係止自在となっている。そして、上記第2リングギヤR2は、不図示のカウンタシャフトやディファレンシャル装置を介して車輪に回転を出力するカウンタギヤ(出力部材)13に接続されている。
つづいて、上記構成に基づき、変速機構5の作用について図1、図2、及び図3に沿って説明する。なお、図3に示す速度線図において、縦軸はそれぞれの回転要素(各ギヤ)の回転数を示しており、横軸はそれら回転要素のギヤ比に対応して示している。該速度線図のプラネタリギヤSPの部分において、横方向最端部(図3中右方側)の縦軸は第1サンギヤS1に、以降図中左方側へ順に縦軸は、第1キャリヤCR1、第1リングギヤR1に対応している。第1サンギヤS1と第1キャリヤCR1とのギヤ比は「1」であり、第1キャリヤCR1と第1リングギヤR1とのギヤ比は「λ1」である。なお、「λ1」はプラネタリギヤSPの歯数比である。
更に、速度線図のプラネタリギヤユニットPUの部分において、横方向最端部(図5中右方側)の縦軸は第3サンギヤS3に、以降図中左方側へ順に縦軸は、第2リングギヤR2、第3リングギヤR3、第2キャリヤCR2、第2サンギヤS2に対応している。第2サンギヤS2と第2キャリヤCR2とのギヤ比は「1/λ2」であり、第3サンギヤS3と第2キャリヤCR2とのギヤ比は「0.5789/λ3」であり、第2キャリヤCR2と第2リングギヤR2とのギヤ比は「1」であり、第2キャリヤCR2と第3リングギヤR3とのギヤ比は「0.5789」である。なお、「λ2」はプラネタリギヤユニットPUにおけるステップドピニオンPSTの大径部PSTbに噛合する前方側(エンジン側)のプラネタリギヤ部分の歯数比であり、「λ3」はプラネタリギヤユニットPUにおけるステップドピニオンPSTの小径部PSTaに噛合する後方側(エンジンとは反対側)のプラネタリギヤ部分の歯数比である。
なお、上記歯数比λ1、λ2、λ3は、既存の自動変速機(例えば前進8速段及び後進1速段を達成する自動変速機)のミッションケースの外径と、入力軸に対する既知の入力トルク(例えばエンジン性能に起因)に基づく該入力軸の外径と、などからサンギヤ径とリングギヤ径とを決定して、ピニオン径やキャリヤ径を決定し、その中で最適な歯数によって求められるものである。以下に説明する各変速段のギヤ比は、これら歯数比λ1、λ2、λ3の設定を最適化して求めたもののギヤ比である。
例えばD(ドライブ)レンジであって、前進1速段(1st)では、図2に示すように、第1クラッチC−1及び第3ブレーキB−3が係合される。すると、図1及び図3に示すように、固定された第1サンギヤS1と入力回転である第1リングギヤR1によって減速回転する第1キャリヤCR1の回転が、第1クラッチC−1を介して第3サンギヤS3に入力される。また、第3ブレーキB−3の係止により第3リングギヤR3の回転が固定される。すると、第2キャリヤCR2が僅かに逆転回転すると共に、第3サンギヤS3に入力された減速回転が、僅かに逆転回転する第2キャリヤCR2を介して第2リングギヤR2に出力され、前進1速段としてのギヤ比5.067の正転回転がカウンタギヤ13から出力される。
前進2速段(2nd)では、図2に示すように、第1クラッチC−1が係合され、第2ブレーキB−2が係止される。すると、図1及び図3に示すように、固定された第1サンギヤS1と入力回転である第1リングギヤR1によって減速回転する第1キャリヤCR1の回転が、第1クラッチC−1を介して第3サンギヤS3に入力される。また、第2ブレーキB−2の係止により第2キャリヤCR2の回転が固定される。すると、第3サンギヤS3に入力された減速回転が、回転が固定された第2キャリヤCR2を介して第2リングギヤR2に出力され、前進2速段としてのギヤ比2.621の正転回転がカウンタギヤ13から出力される。
前進3速段(3rd)では、図2に示すように、第1クラッチC−1が係合され、第1ブレーキB−1が係止される。すると、図1及び図3に示すように、固定された第1サンギヤS1と入力回転である第1リングギヤR1によって減速回転する第1キャリヤCR1の回転が、第1クラッチC−1を介して第3サンギヤS3に入力される。また、第1ブレーキB−1の係止により第2サンギヤS2の回転が固定される。すると、第3サンギヤS3に入力された減速回転が、僅かに正転回転する第2キャリヤCR2を介して第2リングギヤR2に出力され、前進3速段としてのギヤ比1.832の正転回転がカウンタギヤ13から出力される。
前進4速段(4th)では、図2に示すように、第1クラッチC−1及び第3クラッチC−3が係合される。すると、図1及び図3に示すように、固定された第1サンギヤS1と入力回転である第1リングギヤR1によって減速回転する第1キャリヤCR1の回転が、第1クラッチC−1を介して第3サンギヤS3に入力されると共に第3クラッチC−3を介して第2サンギヤS2に入力される。すると、プラネタリギヤユニットPU全体がプラネタリギヤSPからの減速回転での直結状態となり、前進4速段としてのギヤ比1.520の正転回転がカウンタギヤ13から出力される。
前進5速段(5th)では、図2に示すように、第1クラッチC−1及び第4クラッチC−4が係合される。すると、図1及び図3に示すように、固定された第1サンギヤS1と入力回転である第1リングギヤR1によって減速回転する第1キャリヤCR1の回転が、第1クラッチC−1を介して第3サンギヤS3に入力されると共に、入力回転が第4クラッチC−4を介して第2キャリヤCR2に入力される。すると、第3サンギヤS3に入力された減速回転と、入力回転する第2キャリヤCR2とにより、該減速回転よりも僅かに該入力回転によって増速された回転が第2リングギヤR2に出力され、前進5速段としてのギヤ比1.248の正転回転がカウンタギヤ13から出力される。
前進6速段(6th)では、図2に示すように、第1クラッチC−1及び第2クラッチC−2が係合される。すると、図1及び図3に示すように、固定された第1サンギヤS1と入力回転である第1リングギヤR1によって減速回転する第1キャリヤCR1の回転が、第1クラッチC−1を介して第3サンギヤS3に入力されると共に、入力回転が第2クラッチC−2を介して第3リングギヤR3に入力される。すると、第3サンギヤS3に入力された減速回転と、入力回転する第3リングギヤR3とにより、第2キャリヤCR2が入力回転よりも僅かに増速回転となり、入力回転よりも僅かに減速された回転が第2リングギヤR2に出力され、前進6速段としてのギヤ比1.114の正転回転がカウンタギヤ13から出力される。
前進7速段(7th)では、図2に示すように、第2クラッチC−2及び第4クラッチC−4が係合される。すると、図1及び図3に示すように、第2クラッチC−2の係合により第3リングギヤR3に入力回転が入力されると共に、第4クラッチC−4の係合により第2キャリヤCR2に入力回転が入力される。すると、プラネタリギヤユニットPU全体が入力回転での直結状態となり、前進7速段としてのギヤ比1.000の正転回転がカウンタギヤ13から出力される。
前進8速段(8th)では、図2に示すように、第2クラッチC−2及び第3クラッチC−3が係合される。すると、図1及び図3に示すように、固定された第1サンギヤS1と入力回転である第1リングギヤR1によって減速回転する第1キャリヤCR1の回転が、第3クラッチC−3を介して第2サンギヤS2に入力されると共に、入力回転が第2クラッチC−2を介して第3リングギヤR3に入力される。すると、第2サンギヤS2に入力された減速回転と、入力回転する第3リングギヤR3とにより、該入力回転よりも僅かに増速された回転が第2リングギヤR2に出力され、前進8速段としてのギヤ比0.968の正転回転がカウンタギヤ13から出力される。
前進9速段(9th)では、図2に示すように、第2クラッチC−2及び第1ブレーキB−1が係合される。すると、図1及び図3に示すように、第1ブレーキB−1の係止により第2サンギヤS2の回転が固定されると共に、入力回転が第2クラッチC−2を介して第3リングギヤR3に入力される。すると、回転が固定された第2サンギヤS2と、入力回転する第3リングギヤR3とにより、上記前進8速段よりも僅かに増速された回転が第2リングギヤR2に出力され、前進9速段としてのギヤ比0.912の正転回転がカウンタギヤ13から出力される。
前進10速段(10th)では、図2に示すように、第4クラッチC−4及び第1ブレーキB−1が係合される。すると、図1及び図3に示すように、第1ブレーキB−1の係止により第2サンギヤS2の回転が固定されると共に、入力回転が第4クラッチC−4を介して第2キャリヤCR2に入力される。すると、回転が固定された第2サンギヤS2と、入力回転する第2キャリヤCR2とにより、上記前進9速段よりも僅かに増速された回転が第2リングギヤR2に出力され、前進10速段としてのギヤ比0.717の正転回転がカウンタギヤ13から出力される。
なお、この前進10速段(10th)では、プラネタリギヤユニットPUにおいて、前側(エンジン側)のプラネタリギヤ部分だけの噛合、即ち、第2サンギヤS2とステップドピニオンPSTの大径部PSTbとの噛合と、そのステップドピニオンPSTの大径部PSTbと第2リングギヤR2との噛合と、の2箇所の噛合で前進10速段が達成される。これにより、プラネタリギヤユニットPUにおける噛合箇所が最小で、例えば高速道路等で比較的長時間用いられる可能性が高い最高変速段のギヤの噛合損失が最小限となる。
後進段(Rev)では、図2に示すように、第3クラッチC−3が係合され、第2ブレーキB−2が係止される。すると、図1及び図3に示すように、固定された第1サンギヤS1と入力回転である第1リングギヤR1によって減速回転する第1キャリヤCR1の回転が、第3クラッチC−3を介して第2サンギヤS2に入力される。また、第2ブレーキB−2の係止により第2キャリヤCR2の回転が固定される。すると、第2サンギヤS2に入力された減速回転が、固定された第2キャリヤCR2を介して第2リングギヤR2に逆転出力され、後進段としてのギヤ比3.848の逆転回転がカウンタギヤ13から出力される。
なお、本自動変速機1では、図3に示すようにギヤ比の大きい後進段((Rev))を達成することも可能である。この場合は、第3クラッチC−3を係合すると共に第3ブレーキB−3を係止する。すると、図1及び図3に示すように、固定された第1サンギヤS1と入力回転である第1リングギヤR1によって減速回転する第1キャリヤCR1の回転が、第3クラッチC−3を介して第2サンギヤS2に入力され、また、第3ブレーキB−3の係止により第3リングギヤR3の回転が固定される。すると、第2サンギヤS2に入力された減速回転が、固定された第3リングギヤR3によって僅かに正転回転する第2キャリヤCR2を介して第2リングギヤR2に逆転出力され、ギヤ比の大きな後進段としての逆転回転がカウンタギヤ13から出力される。
また、本自動変速機1では、第2クラッチC−2を係合すると共に第2ブレーキB−2を係合することで、前進11速段も達成可能であるが(例えば図3参照)、この場合は、上記前進10速段から第4クラッチC−1及び第1ブレーキB−1を解放しつつ第2クラッチC−2の係合及び第2ブレーキB−2の係止が必要となって、つまり4つの摩擦係合要素の掴み換えが必要となるので、本自動変速機1では実行していない。また、上記前進10速段を実行せず、ここで説明した前進11速段を実行すると、第2クラッチC−2を係合したまま、第1ブレーキB−1を解放しつつ第2ブレーキB−2を係合する2つの摩擦係合要素の掴み換えで足りるが、ギヤ比のステップが大きくなり過ぎるので好ましくない。
なお、例えばP(パーキング)レンジ及びN(ニュートラル)レンジでは、第1クラッチC−1、第2クラッチC−2、第3クラッチC−3、及び第4クラッチC−4が解放される。すると、第1キャリヤCR1と第3サンギヤS3との間、第1キャリヤCR1と第2サンギヤS2との間、即ちプラネタリギヤDPとプラネタリギヤユニットPUとの間が切断状態となる。また、入力軸12(中間軸14)と第2キャリヤCR2との間、入力軸12(中間軸14)と第3リングギヤR3との間が切断状態となる。これにより、入力軸12とプラネタリギヤユニットPUとの間の動力伝達が切断状態となり、つまり入力軸12とカウンタギヤ13との動力伝達が切断状態となる。
ついで、図4を参照して、変速機構5の概略構成、特に各構成要間の相対的な位置関係について、簡単に説明する。
なお、以下の説明においては、クラッチ(第1〜第4クラッチC−1〜C−4)及びブレーキ(第1〜第3ブレーキB−1〜B−3)という言葉は、それぞれ摩擦板(外摩擦板及び内摩擦板)と、これらを接断させる油圧サーボとを含めた意味で使用する。
図1に示すように、変速機構5は、ケース3内に収納されており、該ケース3の前方側はオイルポンプユニット6が隔壁の役目をして、該ケース3の前方側を閉塞している。オイルポンプユニット6の内周側には、後方側に延設されたスリーブ状のボス部6aが形成されており、該ボス部6aの内周側には、図示を省略したトルクコンバータ4のステータを支持するための中空状のステータ軸8が固着されている。これらオイルポンプユニット6のボス部6aとステータ軸8とによって、広義としてケース3のボス部3bを構成している。また、ケース3の後方側の内周部分には、前方側に延設されたボス部3aが形成されている。
これらボス部3a,3bの中心部分には、略々中央でスプライン結合されて一本軸を構成する入力軸12及び中間軸14が配置されており、これら入力軸12及び中間軸14は、ボス部3a,3bに両端支持される形で回転自在に支持されている。
ここで、変速機構5の軸方向の前方部分について説明する。上記入力軸12の外周側において、詳しくは後述するカウンタギヤ13に対してプラネタリギヤユニットPUとは軸方向反対側には、プラネタリギヤSPと、第1クラッチC−1と、第3クラッチC−3と、第1ブレーキB−1とが配置されている。
詳細には、プラネタリギヤSPは、その第1サンギヤS1がボス部3bの先端部にスプライン結合して固定されており、該第1サンギヤS1の外周側にピニオンP1を回転自在に支持する第1キャリヤCR1が配置され、更に、ピニオンP1の外周側に第1リングギヤR1が配置されている。該第1リングギヤR1は、第1キャリヤCR1の後方側を通って入力軸12に連結されている。
第1キャリヤCR1の前方側の側板は、第1リングギヤR1の外周側を覆うように配置されたハブ部材29に連結されている。ハブ部材29の前方側の外周側には、第3クラッチC−3の摩擦板41が配置されている。該第3クラッチC−3の油圧サーボ40は、プラネタリギヤSPの前方側に配置されており、クラッチドラム42によって摩擦板41と共に内包されている。該クラッチドラム42は、ボス部3b上に回転自在に支持されている。
該クラッチドラム42の外周側には、バンドブレーキからなる第1ブレーキB−1のブレーキバンド61が巻回されて配置されている。また、該クラッチドラム42の後方側端部は、連結部材48にスプライン結合されて連結されており、該連結部材48は、センターサポート90の内周側を通って第2サンギヤS2から延びる延設部47の外周側にスプライン結合されて連結されている。なお、第1ブレーキB−1のブレーキバンド61を引き締めてクラッチドラム42を係止自在にさせるための油圧サーボ(不図示)は、該クラッチドラム42の外周側に隣接配置されている。
一方、ハブ部材29の後方側の外周側には、第1クラッチC−1の摩擦板41が配置されている。該第1クラッチC−1の油圧サーボ20は、プラネタリギヤSPの後方側に配置されており、クラッチドラム22によって摩擦板21と共に内包されている。該クラッチドラム42は、入力軸12上に回転自在に支持されている。該クラッチドラム22の後方側端部は、センターサポート90の内周側を通って第3サンギヤS3から延びる延設部27の外周側にスプライン結合されて連結されている。
以上説明した、プラネタリギヤSP、第1クラッチC−1、第3クラッチC−3、第1ブレーキB−1の配置構造は、例えば既存の前進6速段及び後進段を達成する自動変速機(特許文献1参照)と同様な配置構造であり、プラネタリギヤSPの各ギヤの歯数の変更程度で、略々同じ部品をそのまま使用することができる。従って、例えば既存の前進6速段及び後進段を達成する自動変速機と同様に、部材が交錯することなく第1クラッチC−1と第3クラッチC−3と第1ブレーキB−1とをコンパクトに配置することができるものでありながら、既存の自動変速機と生産ラインの共通化を図ることができる。
更に、上述したプラネタリギヤSP、第1クラッチC−1、第3クラッチC−3、第1ブレーキB−1の配置構造が例えば既存の前進6速段及び後進段を達成する自動変速機と同様であるので、それに隣接するセンターサポート90やカウンタギヤ13の配置位置も、そのまま既存の前進6速段及び後進段を達成する自動変速機と同様に配置できる。これのより、図示を省略したカウンタシャフトやディファレンシャル装置の配置構造も同様な配置とすることができ、既存の自動変速機と生産ラインの共通化を図ることができる。
つまり、本変速機構5におけるプラネタリギヤユニットPUよりも前半部分は、既存の前進6速段及び後進段を達成する自動変速機と同様に構成することができ、プラネタリギヤユニットPU等が配置される自動変速機1の後半部分を、軸方向の後方に僅かに延びたとしても、カウンタシャフトやディファレンシャル装置に干渉しないように大径化することなく構成することで、既存の自動変速機と生産ラインの共通化を促進することができる。
ついで、本変速機構5の後半部分の構造について説明する。上記中間軸14の外周側において、カウンタギヤ13に対してプラネタリギヤSPとは軸方向反対側には、プラネタリギヤユニットPUと、第2クラッチC−2と、第4クラッチC−4と、第2ブレーキB−2と、第3ブレーキB−3とが配置されている。
詳細には、プラネタリギヤユニットPUは、その第3サンギヤS3がその延設部27と共に中間軸14の外周側に回転自在に支持されて配置されており、該第3サンギヤS3の歯面の外周側には、複数のショートピニオンPS(図1参照)が周方向均等な位置に配置されている。
該第3サンギヤS3の延設部27の外周側には、第2サンギヤS2がその延設部47と共に回転自在に支持されて配置されている。そして、上記複数のショートピニオンPSの外周側及び第2サンギヤS2の歯面の外周側には、それらに跨るように複数のステップドピニオンPSTが周方向均等な位置に配置されている。上述したように、各ステップドピニオンPSTの小径部PSTaは各ショートピニオンPSに噛合し、各ステップドピニオンPSTの大径部PSTbは第2サンギヤS2に噛合する。これら複数のショートピニオンPSと複数のステップドピニオンPSTとは、ブリッジ(不図示)で両側板が連結された枠体としての第2キャリヤCR2に回転自在に支持されている。
また、各ステップドピニオンPSTの小径部PSTaの外周側には、第3リングギヤR3が噛合するように配置されていると共に、各ステップドピニオンPSTの大径部PSTbの外周側には、第2リングギヤR2が噛合するように配置されている。該第2リングギヤR2は、その前方側が、センターサポート90に回転自在に支持されたカウンタギヤ13に連結されている。
上記第2キャリヤCR2のブリッジ(不図示)は、各ステップドピニオンPSTの周方向の間に架け渡されており、そのブリッジには、第2リングギヤR2の外周側に延びるハブ部材79が固着されている。該ハブ部材79の外周側には、第2ブレーキB−2の摩擦板71がケース3との間に配置されており、その摩擦板71の前方側には、第2リングギヤR2の外周側に重なる位置において、第2ブレーキB−2の油圧サーボ70が配置されている。
一方、上記第3リングギヤR3の後方側には、プラネタリギヤユニットPUの後方側を覆うと共に該第3リングギヤR3の外周側に延びるハブ部材89が固着されている。ハブ部材89の外周側には、第3ブレーキB−3の摩擦板81がケース3との間に配置されており、その摩擦板81の後方側にあって、後述する第2クラッチC−2及び第4クラッチC−4の外周側に重なる位置においては、第3ブレーキB−3の油圧サーボ80が配置されている。
従って、第2ブレーキB−2の摩擦板71と第3ブレーキB−3の摩擦板81とは、プラネタリギヤユニットPUの外周側に径方向視で軸方向に重なるように配置されており、部材が交錯することなく第2ブレーキB−2及び第3ブレーキB−3を配置することができるものでありながら、これら第2ブレーキB−2の摩擦板71と第3ブレーキB−3の摩擦板81とがプラネタリギヤユニットPUの軸方向位置の範囲内に納まっているため、変速機構5を軸方向に対してコンパクトに構成できる。
上記ハブ部材89の後方側には、後方に向かって延びるハブ部材39が固着されている。該ハブ部材39の外周側には、第3ブレーキB−3の油圧サーボ80との間に第2クラッチC−2の摩擦板31が配置されている。該第2クラッチC−2の油圧サーボ30は、摩擦板31の後方側にあって、後述の第4クラッチC−4の油圧サーボ50の外周側に配置されており、中間軸14と一体的に構成されたクラッチドラム32によって摩擦板31や第4クラッチC−4と共に内包され、つまり内外周に2階建のような形となっている2つの油圧サーボの外周側の油圧サーボを構成している。該クラッチドラム32は、ボス部3a上に回転自在に支持されている。
また、上記第2クラッチC−2よりも内周側にあって、かつ上記ハブ部材89の後方側には、後方に向かって延びるハブ部材59が、該ハブ部材89の内周側で第2キャリヤCR2の後方側の側板とスプライン結合するように配置されている。該ハブ部材59の外周側には、第2クラッチC−2の油圧サーボ30との間に第4クラッチC−4の摩擦板51が配置されている。
該第4クラッチC−4の油圧サーボ50は、摩擦板51の後方側かつ内周側にあって、上記第2クラッチC−2の油圧サーボ30の内周側に配置されており、クラッチドラム32によって第2クラッチC−2と共に内包され、かつクラッチドラム32の前方側に固着されて摩擦板51を内包するクラッチドラム52の内周側に配置されている。上述したように、第4クラッチC−4の油圧サーボ50は、内外周に2階建のような形となっている2つの油圧サーボのうち、内周側の油圧サーボを構成している。
このように、第2クラッチC−2の油圧サーボ30と第4クラッチC−4の油圧サーボ50とをプラネタリギヤユニットPUに対してカウンタギヤ13とは軸方向反対側に配置すると共に、第4クラッチC−4の油圧サーボ50の外周側に第2クラッチC−2の油圧サーボ30を径方向視で軸方向に重なるように配置したので、部材が交錯することなく第2クラッチC−2及び第4クラッチC−4を配置することができ、かつ第2クラッチC−2及び第4クラッチC−4を軸方向に並べる場合に比して、変速機構5を軸方向に対してコンパクトに構成できる。
以上説明した自動変速機1によると、図2に示すように、前進1速段と前進2速段との間のステップが1.933、前進2速段と前進3速段との間のステップが1.431、前進3速段と前進4速段との間のステップが1.205、前進4速段と前進5速段との間のステップが1.218、前進5速段と前進6速段との間のステップが1.120、前進6速段と前進7速段との間のステップが1.114、前進7速段と前進8速段との間のステップが1.033、前進8速段と前進9速段との間のステップが1.061、前進9速段と前進10速段との間のステップが1.272となり、各変速段の間で比較的良好なステップ比を得ることができる自動変速機1を提供することができる。
また、最低変速段から最高変速段までのギヤのスプレッド(前進1速段のギヤ比5.067/前進10速段のギヤ比0.717)を7.067と大きくすることができ、本自動変速機1を搭載する車両にあって車速に対するエンジンの回転数使用領域の最適化が図り易くなり、燃費向上を図ることができる。
更に、最高変速段である前進10速段を第4クラッチC−4及び第1ブレーキB−1の係合で達成することで、第2サンギヤS2とステップドピニオンPSTの大径部PSTbとの噛合、第2リングギヤR2とステップドピニオンPSTの大径部PSTbとの噛合、の2箇所の噛合だけで最高変速段とすることができ、比較的長時間用いられる最高変速段のギヤの噛合損失を最小限にすることができ、燃費向上を図ることができる。
また、本自動変速機1のように構成することで、例えば既存の自動変速機(特許文献1参照)に対して、ラビニヨ型プラネタリギヤセットのロングピニオンをステップドピニオンに変更し、第3リングギヤR3、第2クラッチC−2、及び第3ブレーキB−3を追加することで構成できるものでありながら、既存の自動変速機に対し、上記のように比較的良好なステップ比を得て、かつギヤのスプレッドを大きくする本自動変速機を殆んどサイズ変更することなく構成することが可能となる。
言い換えると、既存の自動変速機に対し、自動変速機のサイズの制約や製造ラインの制約など、大きな制約を受けつつ、ステップ比やギヤのスプレッドを良好する自動変速機を構成することを可能とすることができる。そのため、本自動変速機を、既存の自動変速機の生産ラインの大部分を利用して製造することも可能となり、新たに生産ラインを構築する費用を不要とすることができて、前進10速段及び後進1速段を達成し得る自動変速機を安価に提供することができる。
また勿論であるが、出力部材が、プラネタリギヤSPとプラネタリギヤユニットPUとの軸方向の間に配置されたカウンタギヤ13からなるので、車両進行方向に対してエンジン2の出力軸(クランク軸)が横向きに搭載される車両に、本自動変速機1を好適に用いることができる。
<第2の実施の形態>
ついで、上記第1の実施の形態を一部変更した第2の実施の形態について、図5乃至図8に沿って説明する。なお、本第2の実施の形態においては、第1の実施の形態に係る自動変速機1と同様の部分に、同符号を付して、その説明を省略する。
本第2の実施の形態に係る自動変速機1は、第1の実施の形態に比して、図1及び図4に示す減速回転を出力するプラネタリギヤSPを、図5及び図8に示すダブルピニオンプラネタリギヤに変更したものである。具体的には、プラネタリギヤDPにおいて、第1キャリヤCR1が、第1サンギヤS1に噛合する第1ピニオンP1と、該第1ピニオンP1及び第1リングギヤR1に噛合する第2ピニオンP2と、を回転自在に支持するように有しているものである。
また、本プラネタリギヤSPは、図5及び図8に示すように、第1サンギヤS1がボス部3bに固定され、第1キャリヤCR1が入力軸12に連結され、第1リングギヤR1が第1クラッチC−1の摩擦板21及び第3クラッチC−3の摩擦板41に駆動連結されるハブ部材29に一体的に構成され、つまり該第1リングギヤR1から減速回転を出力するように構成したものである。
このように、減速回転を出力するプラネタリギヤDPをダブルピニオンプラネタリギヤで構成した場合は、図7に示すように、第1の実施の形態に係るシングルピニオンプラネタリギヤと略々同径の大きさであっても、大きな減速比を達成することができる。
これにより、歯数比λ1、λ2、λ3の設定を最適化することで、図6に示すように、前進1速段のギヤ比を6.198、前進2速段のギヤ比を3.444、前進3速段のギヤ比を2.447、前進4速段のギヤ比を2.083、前進5速段のギヤ比を1.459、前進6速段のギヤ比を1.212、前進7速段のギヤ比を1.000、前進8速段のギヤ比を0.952、前進9速段のギヤ比を0.912、前進10速段のギヤ比を0.733に設定することができる。
従って、自動変速機1によると、図6に示すように、前進1速段と前進2速段との間のステップが1.800、前進2速段と前進3速段との間のステップが1.407、前進3速段と前進4速段との間のステップが1.175、前進4速段と前進5速段との間のステップが1.428、前進5速段と前進6速段との間のステップが1.204、前進6速段と前進7速段との間のステップが1.212、前進7速段と前進8速段との間のステップが1.050、前進8速段と前進9速段との間のステップが1.044、前進9速段と前進10速段との間のステップが1.244となり、各変速段の間で比較的良好なステップ比を得ることができる自動変速機1を提供することができる。
また、最低変速段から最高変速段までのギヤのスプレッド(前進1速段のギヤ比6.198/前進10速段のギヤ比0.733)を更に8.460と大きくすることができ、本自動変速機1を搭載する車両にあって車速に対するエンジンの回転数使用領域の最適化が図り易くなり、燃費向上を図ることができる。
そして、本第2の実施の形態におけるプラネタリギヤDPは、例えば既存の前進8速段及び後進段を達成する自動変速機で用いられるダブルピニオンプラネタリギヤを採用することができ、ダブルピニオンプラネタリギヤの製造ラインをそのまま利用することができるので、新たに生産ラインを構築する費用を不要とすることができ、前進10速段及び後進1速段を達成し得る自動変速機を安価に提供することができる。
なお、第2の実施の形態における、これ以外の構成、作用、効果は、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
なお、以上説明した第1及び第2の実施の形態においては、FFタイプの車両に本発明に係る自動変速機を用いた場合を説明したが、勿論、RR(リヤエンジン、リヤドライブ)タイプやMR(ミッドエンジン、リヤドライブ)タイプの車両等、エンジンの出力軸が横向きとなる車両であれば、本自動変速機を適用することができる。
また、第1及び第2の実施の形態においては、本自動変速機がエンジン2の回転を変速するものを説明したが、これに限らず、モータ・ジェネレータの回転を変速する自動変速機としても本発明を適用することができ、つまりハイブリッド車両や電気自動車に対しても本自動変速機を用いることができる。
また、第1及び第2の実施の形態で説明した本自動変速機の各クラッチやブレーキの摩擦板や油圧サーボの配置、減速プラネタリギヤの配置、プラネタリギヤセットの配置、出力部材の配置などは、一例であって、特に各ギヤと各クラッチ及び各ブレーキとの連結関係が同様であれば、配置構造を設計変更しても、本発明の適用範囲内である。
,1 自動変速機
2 駆動源
12 入力軸
13 出力部材、カウンタギヤ
30 油圧サーボ
50 油圧サーボ
71 摩擦板
81 摩擦板
SP 減速プラネタリギヤ
DP 減速プラネタリギヤ、ダブルピニオンプラネタリギヤ
S1 第1サンギヤ
CR1 第1キャリヤ
P1 第1ピニオン
P2 第2ピニオン
R1 第1リングギヤ
PU プラネタリギヤセット(プラネタリギヤユニット)
S2 第2サンギヤ
S3 第3サンギヤ
CR2 第2キャリヤ
PS ショートピニオン
PST ステップドピニオン
PSTa 小径部
PSTb 大径部
R2 第2リングギヤ
R3 第3リングギヤ
C−1 第1クラッチ
C−2 第2クラッチ
C−3 第3クラッチ
C−4 第4クラッチ
B−1 第1ブレーキ
B−2 第2ブレーキ
B−3 第3ブレーキ

Claims (6)

  1. 駆動源に駆動連結される入力軸と、
    第1サンギヤ、第1キャリヤ、及び第1リングギヤを有し、前記入力軸の入力回転を減速した減速回転を出力し得る減速プラネタリギヤと、
    第2サンギヤ、第3サンギヤ、前記第3サンギヤに噛合するショートピニオンと該ショートピニオンに噛合する小径部及び前記第2サンギヤに噛合する大径部を有するステップドピニオンとを回転自在に支持する第2キャリヤ、前記大径部に噛合する第2リングギヤ、及び前記小径部に噛合する第3リングギヤ、を有するプラネタリギヤセットと、
    前記減速プラネタリギヤの減速回転を前記第3サンギヤに入力自在な第1クラッチと、
    前記入力軸の入力回転を前記第3リングギヤに入力自在な第2クラッチと、
    前記減速プラネタリギヤの減速回転を前記第2サンギヤに入力自在な第3クラッチと、
    前記入力軸の入力回転を前記第2キャリヤに入力自在な第4クラッチと、
    前記第2サンギヤの回転を係止自在な第1ブレーキと、
    前記第2キャリヤの回転を係止自在な第2ブレーキと、
    前記第3リングギヤの回転を係止自在な第3ブレーキと、
    前記第2リングギヤに駆動連結された出力部材と、を備え、
    少なくとも前進10速段及び後進1速段を達成し得る、
    ことを特徴とする自動変速機。
  2. 前記減速プラネタリギヤは、前記第1キャリヤが、前記第1サンギヤに噛合する第1ピニオンと、前記第1ピニオン及び前記第1リングギヤに噛合する第2ピニオンと、を回転自在に支持するように有するダブルピニオンプラネタリギヤからなり、
    前記第1サンギヤの回転が固定され、前記第1キャリヤに前記入力軸が駆動連結され、前記第1リングギヤから減速回転を出力する、
    ことを特徴とする請求項1記載の自動変速機。
  3. 前記出力部材は、前記減速プラネタリギヤと前記プラネタリギヤセットとの軸方向の間に配置されたカウンタギヤからなる、
    ことを特徴とする請求項1または2記載の自動変速機。
  4. 前記第2ブレーキの摩擦板と前記第3ブレーキの摩擦板とを前記プラネタリギヤセットの外周側に径方向視で軸方向に重なるように配置した、
    ことを特徴とする請求項3記載の自動変速機。
  5. 前記第2クラッチの油圧サーボと前記第4クラッチの油圧サーボとを前記プラネタリギヤセットに対して前記出力部材とは軸方向反対側に配置すると共に、前記第4クラッチの油圧サーボの外周側に前記第2クラッチの油圧サーボを径方向視で軸方向に重なるように配置した、
    ことを特徴とする請求項3または4記載の自動変速機。
  6. 前記第1クラッチと前記第3クラッチと前記第1ブレーキとを前記出力部材に対して前記プラネタリギヤセットとは軸方向反対側に配置した、
    ことを特徴とする請求項3ないし5のいずれか記載の自動変速機。
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