JP4423716B2

JP4423716B2 - プラネタリキャリア

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Publication number: JP4423716B2
Application number: JP28882499A
Authority: JP
Inventors: 博加藤; 正宏早渕; 正明西田; 悟糟谷; 幸生平本
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: KR100660303B1; US6422971B1; KR20010067304A; JP2001108027A; DE10049564B4; DE10049564A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラネタリキャリアに関し、特に、ショートピニオンとロングピニオンを備えるプラネタリギヤセットのキャリアの剛性を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動変速機等に用いられるプラネタリギヤにおいて、各ギヤの歯は、噛合いの進行が連続して円滑に行われるようにはす歯とされることが多い。このように噛合歯をはす歯とすると、ピニオンを支持するキャリアには噛合いの反力による捩じりモーメントが作用する。したがって、プラネタリキャリアの剛性が低いと、キャリアの変形によりギヤのかみ合いが適正に行われなくなるので、ギヤの耐久性の低下、ギヤノイズの発生等の問題が生じる。通常のシンプルプラネタリギヤの場合には、ピニオンを支持するキャリアの支持スパンが短いため、こうした捩じり力に対するプラネタリキャリアの剛性の確保は比較的容易であるが、ラビニョタイプのプラネタリギヤのように、ピニオンの軸長が長くなり、しかもピニオンの数（通常３〜５セットで６〜１０個）が多くなると、キャリアの両端を軸方向に繋ぐブリッジ部材を通すスペースが著しく制約されるため、捩じり剛性を確保するに足る部材断面積の確保が難しくなる。
【０００３】
こうしたタイプのプラネタリキャリアにおいて、キャリアの剛性を確保するに有効と考えられる従来技術として、特許第２８５２８１６号公報に開示の技術がある。この技術では、外周にフランジ部を有するカップ状の第２支持部材にカップ状の第１支持部材を２階建状に溶接連結したキャリア構造が採られており、第１支持部材の基壁が両ピニオンの一方の支持部とされ、第２支持部材の基壁がショートピニオンの他方の支持部とされ、第２支持部材の周壁を部分的に内側に切り起こしてロングピニオンの他方の支持部が形成されており、第１支持部材の周壁を部分的に切除して、ロングピニオンの外周がリングギヤとの噛合いのためにキャリアの外周側に露出させられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のラビニョプラネタリキャリアは、カップ状の両支持部材を連結した構成であり、キャリアが全体としてボックス形の構造となるため、剛性の確保に有効と考えられる。しかしながら、ロングピニオンの支持部は、周壁部を切起した舌片状部であるため、その構造上、舌片状部はその一端側のみをフランジ部に支持された片持構造である。そのため、ロングピニオンの支持剛性が低いと推測され、高容量のプラネタリギヤセットには必ずしも適しないといえる。
【０００５】
更に、カップ状部材の周壁の一部を切除してロングピニオンを露出させ、それによりかみ合いを確保する構成は、ピニオン径が小さい場合には採用可能のものであるが、特に、高出力、高回転化に合わせて、プラネタリギヤセットの容量、耐久性を確保するために、ピニオンギヤ径を大径化すると、第１支持部材の周壁の切除部分を大きくする必要があり、キャリアの剛性確保が難しくなる。また、キャリアの剛性確保のため、キャリアの外径を大きくすることも考えられるが、その場合、プラネタリギヤセットが全体に大型化し、軽量、コンパクト化を阻害することになる。
【０００６】
そこで、本発明はピニオン径の如何に関わりなく、ショートピニオンとロングピニオンを組み合わせ支持するプラネタリギヤセットのキャリアの剛性を向上させ、それによりプラネタリギヤの耐久性を向上させることができるピニオンキャリアを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、複数のショートピニオンと複数のロングピニオンを支持するプラネタリキャリアにおいて、各ショートピニオンとロングピニオンの一端を支持する第１の支持壁と、各ショートピニオンの他端を支持する第２の支持壁と、各ロングピニオンの他端を支持する第３の支持壁と、第１の支持壁と第２の支持壁を連結する第１の連結壁と、各ロングピニオンをキャリア中心軸に関する周方向に挟んで対を成し、第２の支持壁と第３の支持壁を連結する第２の連結壁と、キャリア中心軸に関して各ロングピニオンの径方向内・外周側のいずれか一方で前記対を成す第２の連結壁を相互に連結すると共に前記第２の支持壁と前記第３の支持壁とを連結する第３の連結壁とを有することを特徴とする。
【０００８】
上記の構成において、更に、前記第２の支持壁から第３の支持壁方向に延び、前記第３の連結壁に連結され、該第３の連結壁と協働して連続する環状壁を構成する第４の連結壁が設けられた構成とするのが有効である。
【０００９】
この場合において、前記第３の連結壁と第４の連結壁で構成される環状壁は、キャリアの外周壁を構成し、該外周壁の外周面にスプラインが形成された構成を採ることができる。
【００１０】
また、前記の構成において、前記第２の支持壁の内周部に連結し、かつ前記第２の連結壁を相互に連結する第５の連結壁が設けられた構成とするのが有効である。
更に、前記の構成において、前記第２の支持壁を底壁として前記第２の連結壁、前記第４の連結壁、及び前記第５の連結壁で囲われたボックス構造と、前記第３の支持壁を底壁として前記第２の連結壁、及び前記第３の連結壁で囲われたボックス構造と、が周方向に交互に逆向きに並んだ構造とするのが有効である。
【００１１】
また、前記の構成において、前記第１の連結壁は、軸方向に延びる３つの面を持ち、それらの中の第１の面は第２の連結壁の面の延長とされ、第２の面はショートピニオンの外周面に沿う凹状の部分円筒面とされ、第３の面はキャリアの外周面に沿う凸状の部分円筒面とされ、全体として三角柱状の壁を構成するものとするのが有効である。
【００１２】
更に、前記第１の支持壁と第３の支持壁は、それぞれ他の回転部材への支持部を有する構成とするのも有効である。
【００１３】
【発明の作用及び効果】
前記請求項１記載の構成では、第２の支持壁と第３の支持壁を第２、第３の連結壁でロングピニオンの周囲の大部分を取り巻くように連結したボックス構造となるため、第２の支持壁から第３の支持壁までの剛性を向上させることができる。また、第２の支持壁については、隣合うショートピニオンの間にロングピニオンを通すための欠如部分を設けることを必須とするため剛性の保持が一般に難しいのに対して、その欠如部分に沿う第２、第３の連結壁で第２の支持壁を第３の支持壁に連結した構成により、欠如部分を第２、第３の連結壁と第３の支持壁からなるボックス構造で連結した構成となるため、第２の支持壁の剛性も向上する。このようにして第２の支持壁と第３の支持壁との間の剛性を向上させることで、第１の支持壁と第２の支持壁を連結するブリッジ部としての第１の連結壁による支持スパンを、実質的にショートピニオンの軸長まで短縮することができるので、キャリア全体としての剛性も向上する。
【００１４】
次に、請求項２記載の構成では、第３の連結壁と第４の連結壁を連結し、周方向に一体の環状壁を構成したため、第２の支持壁から第３の支持壁までの剛性を更に向上させることができ、それによりキャリア全体の剛性も向上する。また、第４の連結壁より内径側の部分のうち、ロングピニオンの支持部以外を空間にすることができるので、キャリアの強度向上を図りながら、軽量化も達成できる。
【００１５】
また、請求項３記載の構成では、第３の連結壁と第４の連結壁の外周面にスプラインを設けることで、キャリアの剛性向上のために連続させたこれらの壁をクラッチ又はブレーキのハブとして兼用することができるため、部材の共通化による変速機構の軽量、コンパクト化も可能となる。
【００１６】
更に、請求項４記載の構成では、第５の連結壁を設けることによって、ショートピニオンの他端を支持する第２の支持壁と、ロングピニオンを他端を支持する第３の支持壁とを連結する第２の連結壁を内周側でも連結した構造となるので、キャリアの剛性が更に向上する。
更に、請求項５記載の構成では、第２の支持壁を底壁として第２の連結壁、第４の連結壁、及び第５の連結壁で囲われたボックス構造と、第３の支持壁を底壁として第２の連結壁、及び第３の連結壁で囲われたボックス構造と、が周方向に交互に逆向きに並んだ構造となるので、キャリアの剛性が更に向上する。
【００１７】
更に、請求項６記載の構成では、ショートピニオンとロングピニオンの間の制約された空間を最大限に利用して第１の連結壁の断面積を確保することができるため、第１の支持壁と第２の支持壁とを連結するブリッジ部としての第１の連結壁の剛性を高めることができ、それによりキャリア全体としての剛性を向上させることができる。また、この構成により、ピニオン径が大きい場合でも第１の連結壁の断面積の確保が隣合うピニオンの間の空間を利用して可能となるため、剛性向上のためキャリアを大径化する必要がなくなる。
【００１８】
更に、請求項７記載の構成では、第１の支持壁と第３の支持壁への支持部の形成により、両支持壁の剛性を更に向上させながら、キャリアの支持剛性を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明を適用したプラネタリキャリアを分解した斜視図で示し、図２は該キャリアを図１に対して背面方向から見た組立て状態で示す。この形態においてショートピニオンＰ１とロングピニオンＰ２は、図１に示すようにそれぞれ３個ずつとされている。なお、両ピニオンの外周面には、はす歯が形成されているが、その図示は省略されている。また、ショートピニオンＰ１に噛合する小径サンギヤ、ロングピニオンＰ２に噛合する大径サンギヤとリングギヤの図示も省略されている。
【００２０】
プラネタリキャリアは、各ショートピニオンＰ１とロングピニオンＰ２の一端を支持する径方向壁からなる第１の支持壁１１と、各ショートピニオンＰ１の他端を支持する同じく径方向壁からなる第２の支持壁２１と、各ロングピニオンＰ２の他端を支持する径方向壁からなる第３の支持壁２２と、第１の支持壁１１と第２の支持壁２１を軸方向に連結する第１の連結壁２３と、各ロングピニオンＰ２を径方向に挟んで対を成し、第２の支持壁２１と第３の支持壁２２を軸方向に連結する第２の連結壁２４と、キャリア中心軸に関して各ロングピニオンＰ２の径方向外周側で前記対を成す第２の連結壁２４の外端を周方向に相互に連結する第３の連結壁２５とを有する構成とされている。
【００２１】
更に、プラネタリキャリアには、第２の支持壁２１から第３の支持壁２２方向に延び、幅方向の両端を第３の連結壁２５に連結され、該第３の連結壁２５と協働して連続する環状壁を構成する第４の連結壁２６が設けられている。すなわち、第３の連結壁２５と第４の連結壁２６は、キャリアの周方向に交互に連結されて円筒状の環状壁を構成している。
【００２２】
このように、第３の連結壁２５と第４の連結壁２６で構成される環状の連結壁は、キャリアの連続した外周壁を構成することから、この実施形態では、この外周壁を、キャリアを変速機ケース等に固定するブレーキ又はキャリアを他の変速部材に連結するクラッチのハブとして利用すべく、外周壁の外周面に、多板ブレーキ又は多板クラッチの摩擦材を支持する全周５０歯程度のスプライン２９（図にその一部分のみを具体的形状で示す）が形成されている。
【００２３】
更に、キャリアには、第２の支持壁２１の内周部に直交するように連結し、かつ第２の連結壁２４の径方向内側の端部を相互に周方向に連結する第５の連結壁２７が設けられている。
【００２４】
第１の連結壁２３は、十分な断面剛性を確保すべく、ショートピニオンＰ１の外周面と、ロングピニオンＰ２の外周面と、自身の外周面とで囲まれる空間をほぼ満たす壁を構成している。具体的には、第１の連結壁２３は、軸方向に延びる３つの面を持ち、それらの中の第１の面は、第２の連結壁２４の面の延長とされ、第２の面は、ショートピニオンＰ１の外周面に沿う凹状の部分円筒面とされ、第３の面は、キャリアの外周面に沿う凸状の部分円筒面とされ、全体として三角柱状に構成されている。
【００２５】
プラネタリキャリアの両端に位置する第１の支持壁１１と第３の支持壁２２は、それぞれ他の回転部材への支持部１２，２８を有する。具体的には、これらの支持部１２，２８は、両支持壁１１，２２からキャリア軸方向に延び出すボス部とされている。
【００２６】
更に細部について詳述すると、この形態の場合、プラネタリキャリアは、本体２とカバー１とで構成されている。そして本発明の思想が、カバー１を第１の支持壁１１とし、本体２を他の全ての壁として適用されている。
【００２７】
カバー１で構成される第１の支持壁１１は、中心孔１０を有する円板状とされ、中心孔１０の径を内径とするボス部１２が、例えば変速機の入力軸とされる他の回転部材への支持部として板面の一方側に張り出した構成とされている。カバー１の内外径の概ね中間径部には、各ショートピニオンＰ１のピニオン軸Ｓ１（図１に中心線のみを示す）を支持する３個の小径の孔１３と、各ロングピニオンＰ２のピニオン軸Ｓ２（図に中心線のみを示す）を支持する３個の大径の孔１４が形成され、中心孔１０から見て大径の孔１４の外側に位置する支持壁１１の周面３箇所は、他の周面に対して拡径されている。これら拡径部と他の周面との間の段差の一側は、本体２に対するカバー１の周方向位置決めとして機能する。
【００２８】
次に、他の全ての壁を構成する本体２は、全体として環状のボックス部と、ボックス部の外径側から軸方向一方側に延び出した３本のブリッジ部と、ボックス部の内径側からブリッジ部とは反対方向に張り出すボス部２８が、例えば大径サンギヤの軸部からなる他の回転部材への支持部として、ブリッジ部とは反対方向に第３の支持壁２２から張り出した構成とされている。ボックス部は、第２の支持壁２１を底壁として、外周側を第４の連結壁２６、内周側を第５の連結壁２７、径方向両側を第２の連結壁２４で囲われた扇形のボックス構造と、第３の支持壁２２を底壁とし、外周側を第３の連結壁２５、径方向両側を第２の連結壁２４で囲われたＵ字上のボックス構造とされ、第２の連結壁２４を共通の壁として、両ボックス構造が周方向に交互に逆向きに並んだ構造とされている。そして、３本のブリッジ部２３は、底壁を第２の支持壁２１とするボックス構造の底壁から軸方向に張り出した構成とされ、その先端の外周側に円弧状のフランジが延設されている。これらのフランジは、カバー１の径方向位置決めとして機能する。各ボックス構造の底壁における内外径の概ね中間径部には、各ショートピニオンＰ１のピニオン軸Ｓ１を支持する３個の小径の孔３０と、各ロングピニオンＰ２のピニオン軸Ｓ２を支持する３個の大径の孔３１が形成されている。
【００２９】
こうした構成からなる本体２とカバー１は、本体２のブリッジ部の端面をカバー１の板面に当接させてボルト締め等で相互に固定され、必要に応じて溶接等で強固に一体化されて、先に説明した各壁が連結された図２の示すようなピニオンキャリアを構成する。
【００３０】
図３は、本体２とカバー１に時計回り方向の捩じり力が作用した場合のプラネタリキャリアの変形をモデルによりシミュレートして、１００倍に拡大して示す。図上でブリッジ部としての第１の連結壁２３の変形挙動をみると、第１の連結壁２３の剛性を高めた結果、それ自体の変形はほとんど生じずに、キャリア中心軸に対する捩じれ方向への傾き変位が生じ、その力が両端の第１の支持壁１１と第２の支持壁２１に伝達され、板状のカバー１と本体２にキャリア軸周回方向の波状の変形が生じることが解かる。したがって、このように第１の連結壁２３の剛性が高い場合、それが連結された少なくも一方の支持壁の剛性を高めれば、両支持壁１１，２１の波打ち変形を小さくすることができるのが解かる。本形態では、一方の支持部を構成する第２の支持壁２１の剛性を第３の支持壁２２との協働、要すれば本体２のボックス構造による補強で向上させることで、その波打ち変形を小さくし、それにより第１の連結壁２３の倒れを小さくし、その結果として、強度保持が困難なカバー１の波打ち変形を小さくしている。ちなみに、カバー１の板厚を種々変更して変形をみた場合、板厚の変化が変形に与える影響が小さいことが検証されている。このことは、逆にいえば、本体２の剛性を高めることで、カバー１の板厚を薄くすることができることを意味する。
【００３１】
かくして上記実施形態のプラネタリキャリア構造によれば、各ロングピニオンの貫通空間を設けることで強度の保持が困難な第２の支持壁２１のロングピニオン貫通部が、連続する第２及び第３の連結壁２４，２５で第３の支持壁に連結補強された構造となり、しかも外周側と内周側を第４の連結壁と第５の連結壁で補強された構造となるため、第２の支持壁２１は、その背後を完全なボックス構造で補強された形態となる。したがって、第２の支持壁は、それに必須の各ロングピニオンの貫通空間を設けたにも拘わらず、極めて剛性強度の高いものとなる。
【００３２】
また、第３の支持壁２２については、各ロングピニオンＰの支持に必要な部分のみが径方向に延びる壁として設けられているにも拘わらず、上記各部分が前記第２の支持壁２１を補強するボックス構造により相互に連結補強された構造となるため、第３の支持壁２２の剛性も極めて高いものとなる。
【００３３】
そして、このように第２及び第３の支持壁２１，２２の剛性が向上するため、両者を実質上一体の中実体に匹敵する強度のものとすることができる結果、第１の支持壁１１と第２の支持壁２１を連結するブリッジ部としての第１の連結壁２３による支持スパンを、実質的にショートピニオンＰ１の軸長まで短縮することができる。しかも、第１の連結壁２３は、その断面積の確保により十分な強度が確保されるため、それによる支持スパンが上記のように短いことと相まって、捩じりに対する傾きが小さくなり、結果として板状の第１の支持壁１１の変形も小さくなる。このようにして、全体として剛性強度の高いピニオンキャリアが実現される。
【００３４】
以上、本発明を両ピニオンＰ１，Ｐ２がサンギヤに噛合する場合について説明したが、ロングピニオンＰ２がリングギヤ噛合とされる場合、第３の連結壁２５は、キャリア中心軸に関してロングピニオンＰ２の径方向内周側で、対を成す第２の連結壁２４を相互に連結する構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプラネタリキャリアの分解斜視図である。
【図２】プラネタリキャリアを図１に対する背面方向からみた斜視図である。
【図３】プラネタリキャリアの捩じり変形挙動をモデル化して示す解析図である。
【符号の説明】
Ｐ１ショートピニオン
Ｐ２ロングピニオン
１１第１の支持壁
１２ボス部（支持部）
２１第２の支持壁
２２第３の支持壁
２３第１の連結壁
２４第２の連結壁
２５第３の連結壁
２６第４の連結壁
２７第５の連結壁
２８ボス部（支持部）
２９スプライン

Claims

複数のショートピニオンと複数のロングピニオンを支持するプラネタリキャリアにおいて、
各ショートピニオンとロングピニオンの一端を支持する第１の支持壁と、
各ショートピニオンの他端を支持する第２の支持壁と、
各ロングピニオンの他端を支持する第３の支持壁と、
第１の支持壁と第２の支持壁を連結する第１の連結壁と、
各ロングピニオンをキャリア中心軸に関する周方向に挟んで対を成し、第２の支持壁と第３の支持壁を連結する第２の連結壁と、
キャリア中心軸に関して各ロングピニオンの径方向内・外周側のいずれか一方で前記対を成す第２の連結壁を相互に連結すると共に前記第２の支持壁と前記第３の支持壁とを連結する第３の連結壁とを有することを特徴とするプラネタリキャリア。
前記第２の支持壁から第３の支持壁方向に延び、前記第３の連結壁に連結され、該第３の連結壁と協働して連続する環状壁を構成する第４の連結壁が設けられた、請求項１記載のプラネタリキャリア。
前記第３の連結壁と第４の連結壁で構成される環状壁は、キャリアの外周壁を構成し、該外周壁の外周面にスプラインが形成された、請求項２記載のプラネタリキャリア。
前記第２の支持壁の内周部に連結し、かつ前記第２の連結壁を相互に連結する第５の連結壁が設けられた、請求項２又は３記載のプラネタリキャリア。
前記第２の支持壁を底壁として前記第２の連結壁、前記第４の連結壁、及び前記第５の連結壁で囲われたボックス構造と、前記第３の支持壁を底壁として前記第２の連結壁、及び前記第３の連結壁で囲われたボックス構造と、が周方向に交互に逆向きに並んだ構造とされた、請求項４記載のプラネタリキャリア。
前記第１の連結壁は、軸方向に延びる３つの面を持ち、それらの中の第１の面は第２の連結壁の面の延長とされ、第２の面はショートピニオンの外周面に沿う凹状の部分円筒面とされ、第３の面はキャリアの外周面に沿う凸状の部分円筒面とされ、全体として三角柱状の壁を構成する、請求項１〜５のいずれか１項記載のプラネタリキャリア。
前記第１の支持壁と第３の支持壁は、それぞれ他の回転部材への支持部を有する、請求項１〜６のいずれか１項記載のプラネタリキャリア。