JP5266140B2 - 自動変速機 - Google Patents

Description

この発明は自動変速機に関し、より具体的にはクラッチハブまたはガイドにスプライン結合される歯車を備えたディスクの歯の形状に関する。

クラッチハブまたはガイドにスプライン結合される歯車を備えたディスクを少なくとも有する自動変速機の例としては、特許文献１記載の技術を挙げることができる。

特許文献１記載の技術においては、クラッチガイドにドリブンプレートをスプライン嵌合したクラッチを少なくとも２組有する自動変速機において、一方のクラッチガイドのスプライン溝がドリブンプレートの歯がｎ個入る平行歯となると共に、他方のクラッチガイドの所定の式を満足する台形形状の歯となるように構成している。

特公昭６０−１０２０９号公報

特許文献１記載の自動変速機にあっては、上記のように構成することで、２組のクラッチでドリブンプレートを共用できなかった不都合を解消している。

ところで、自動変速機においてクラッチディスクの歯車は、通例、インボリュート形状または台形形状に形成されるが、台形形状では線接触となってインボリュート形状の面接触に比して歯面面圧が高くなる一方、インボリュート形状は歯厚が台形形状に比して少ないことから、歯元応力が増加する。一方、歯元応力が増加すると、十分な歯元強度を確保することができない。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、クラッチハブまたはガイドにスプライン結合されるディスクの歯車において歯面面圧の低下と歯元強度の確保を両立させるようにした自動変速機を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１においてはクラッチハブまたはガイドにスプライン結合される歯車を備えたディスクを少なくとも有する自動変速機において、前記クラッチハブまたはガイドのスプラインをインボリュート曲線からなる形状に形成すると共に、前記ディスクの歯車の歯を側面視において、前記スプラインに内接する部位は前記インボリュート曲線と同一の曲率半径を有すると共に、前記インボリュート曲線に対して同一の方向に凸となる第１の曲線で形成し、それに連続する歯元側と歯先側の部位は、いずれも前記第１の曲線に対して逆の方向に凸となる歯元側の第２の曲線と歯先側の第３の曲線で形成するように構成した。請求項２においては前記第２の曲線と歯底とを前記第２の曲線に対して逆の方向に凸となる第４の曲線で接続し、前記第２の曲線と前記歯底とを接続した場合に比して前記歯元の歯厚が厚くなるように構成した。

請求項１に係る自動変速機にあっては、クラッチハブまたはガイドのスプラインをインボリュート曲線からなる形状に形成すると共に、ディスクの歯車の歯を側面視において、スプラインに内接する部位はインボリュート曲線と同一の曲率半径を有すると共に、インボリュート曲線に対して同一の方向に凸となる第１の曲線で形成し、それに連続する歯元側と歯先側の部位は、いずれも第１の曲線に対して逆の方向に凸となる歯元側の第２の曲線と歯先側の第３の曲線で形成するように構成したので、クラッチハブまたはガイドにスプライン結合されるディスクの歯元応力の増加と歯元強度の確保を両立させることができる。

即ち、ディスクの歯車は、台形形状では線接触となってインボリュート形状の面接触に比して歯面面圧が高くなる一方、インボリュート形状は歯厚が台形形状に比して少ないことから、歯元応力が増加する。

しかしながら、スプラインに内接する部位はインボリュート曲線と同一の曲率を有すると共に、インボリュート曲線に対して同一の方向に凸となる第１の曲線で形成することで、面接触にして接触面圧を低下でき、接触部位の磨耗量を減少させることができる。

また、それに連続する歯元側と歯先側の部位はそれぞれ第１の曲線の曲率以下の曲率を有すると共に、第１の曲線に対して逆の方向に凸となる第２、第３の曲線で形成することで、歯先接触でのモーメント荷重の増加や歯元突き上げを回避でき、歯元強度を増加させることができる。

さらに第２の曲線と歯底とを第２の曲線に対して逆の方向に凸となる第４の曲線で接続し、第２の曲線と歯底とを接続した場合に比して歯元の歯厚が厚くなるように構成することで、歯元の厚みを減少させたことによる強度低下を補うことができる。

この発明の実施例に係る自動変速機の断面図である。 図１に示すメインシャフトＭＳ付近の拡大図である。 図２に示す４速クラッチのクラッチディスクの部分断面図である。 図３と同様、図２に示す４速クラッチのクラッチディスクの部分説明断面図である。

以下、添付図面に即してこの発明に係る自動変速機を実施するための形態について説明する。

図１は、この発明の実施例に係る、車両用の自動変速機の断面図である。

図１において符号１０はその自動変速機を示す。自動変速機１０は、メインシャフトＭＳと、カウンタシャフトＣＳとセカンダリシャフトＳＳとが平行に配置された平行軸式の有段式の変速機からなる。

図示の自動変速機１０においてはシャフト上に相対回転自在に配置されたギヤをクラッチでシャフト上に固定することで前進５速、後進１速のうちのいずれかの速度が確立され、トルクコンバータ１２から入力される内燃機関（図示せず）の出力は確立された速度で変速され、ディファレンシャル１４から出力される。

図２は図１に示すメインシャフトＭＳ付近の拡大図である。

図示の如く、メインシャフトＭＳには４速クラッチ１６と５速クラッチ２０とが一体にされてスプライン結合されると共に、メインアイドルギヤ２２もスプライン結合される。

さらに、メインシャフトＭＳにはメイン４速ギヤ２４とメインリバースギヤ２６が形成されるハブ（クラッチハブ）３０と、メイン５速ギヤ３２が形成されるハブ（クラッチハブ）３４が、ニードルベアリング３６を介して回転自在に支持される。

４速クラッチ１６はハブ３０にスプライン結合される４枚の環状のクラッチディスク（ディスク）１６ａと、変速機ケースに固定されるガイド４０にスプライン結合される５枚の環状のクラッチプレート１６ｂと、リザーバ（図示せず）から作動油（オイル）が給排されるピストン１６ｃを備える。

同様に、５速クラッチ２０もハブ３４にスプライン結合される４枚の環状のクラッチディスク（ディスク）２０ａと、ガイド４０に一体に固定されるガイド４２にスプライン結合される５枚の環状のクラッチプレート２０ｂと、作動油が給排されるピストン２０ｃを備える。

図示の如く、４速クラッチ１６あるいは５速クラッチ２０は交互に配置され、電子制御ユニット（図示せず）によって油圧回路の電磁ソレノイド弁（図示せず）が励磁・消磁されてピストン１６ｃあるいは２０ｃに作動油が供給され、押圧されて相互に接触（圧接）させられるとき、押圧力に応じたトルクでメイン４速ギヤ２４あるいはメイン５速ギヤ３２をメインシャフトＭＳに固定する。

このように、４速クラッチ１６あるいは５速クラッチ２０は、クラッチディスク１６ａあるいは２０ａとクラッチプレート１６ｂあるいは２０ｂを圧接させて動力を伝達する摩擦伝達装置として機能する。説明は省略するが、図１においてカウンタシャフトＣＳとセカンダリシャフトＳＳに配置される３速以下のクラッチも同様である。

この実施例は、上記した自動変速機１０のハブ３０（あるいは３４）またはガイド４０（あるいは４２）、より具体的にはハブ３０（あるいは３４）にスプライン結合されるクラッチディスク１６ａ（あるいは２０ａ）の歯の形状に関する。

以下、それについて説明すると、図３は図２に示す４速クラッチ１６のクラッチディスク１６ａの部分断面図であり、図４は、図３と同様、図２に示す４速クラッチ１６のクラッチディスク１６ａの説明断面である。

尚、以下、４速クラッチ１６について説明するが、以下の説明は５速クラッチ２０（あるいは３速以下のクラッチ）についても同様に妥当する。

図示の如く、クラッチディスク１６ａは歯車（ギヤ）１６ａ１を備え、歯車１６ａ１を介してハブ３０に形成されるスプライン３０ａにスプライン結合される。

図３と図４を参照して説明すると、この実施例において特徴的なことは、ハブ３０に形成されるスプライン３０ａをインボリュート曲線３０ａ１からなる形状に形成すると共に、クラッチディスク１６ａの歯車１６ａ１のそれぞれの歯を側面視において、スプライン３０ａに内接する部位はインボリュート曲線３０ａ１と同一の曲率半径を有すると共に、インボリュート曲線３０ａ１に対して同一の方向に凸となる第１の曲線（曲線Ａ）で形成し、それに連続する歯元側と歯先側の部位は、いずれも第１の曲線に対して逆の方向に凸となる（換言すれば逆そり形状を呈する）歯元側の第２の曲線と歯先側の第３の曲線（曲線Ｂ，Ｃ）で形成するように構成したことにある。また、図４に示す如く、第２の曲線（曲線Ｂ）と歯底１６ａ１１とを曲線Ｂに対して逆の方向に凸となる第４の曲線（曲線Ｒ）で接続し、曲線Ｂと歯底１６ａ１１とを接続した場合に比して歯元の歯厚が厚くなるようにした。

また、スプライン３０ａに内接する部位が、基準ピッチ円Ｚｍとの交点を中心とする、歯丈ｈの１／３あるいはその付近の長さを有する部位である如く構成した。

より具体的には、図４に示す如く、内接する部位は、基準ピッチ円との交点（点Ｐ）を中心とする、歯丈ｈの１／３あるいはその付近の長さを有する、噛合い範囲円φｃ内とし、曲線Ｂ，Ｃはそれぞれφｃと曲線Ａの交点（点Ｑ、点Ｒ）で外接するようにした。

尚、１／３としたのは、分母の値を曲線Ａ，ＢおよびＣを構成できる最小の自然数とするためである。即ち、１／２にすると３本の曲線を構成できず、１／４では面積が減少して歯面面圧が上昇してしまうからである。

図示の如く、第１の曲線（曲線Ａ）は、ハブ３０のスプライン３０ａを形成するインボリュート曲線３０ａ１に対して同一の方向、より具体的には図３あるいは図４において左方向に凸となるように形成される。

図４に良く示す如く、第２の曲線（曲線Ｂ）は点Ｑから歯車１６ａ１の歯元側に連続し、第１の曲線の曲率半径以下の曲率半径を有すると共に、第１の曲線に対して逆の方向、図４において右方向に凸となる。また第３の曲線（曲線Ｃ）は点Ｒから歯車１６ａ１の歯先側に連続し、同様に第１の曲線の曲率以下の曲率を有すると共に、第１の曲線に対して逆の方向（右方向）に凸となる。

さらに第２の曲線（曲線Ｂ）で形成される歯元側は、図４に良く示す如く、第２の曲線（曲線Ｂ）と歯底１６ａ１１とを第２の曲線（曲線Ｂ）に対して逆の方向に凸となる第４の曲線（曲線Ｒ）で接続し、第２の曲線（曲線Ｂ）と歯底１６ａ１１とを接続した場合（図４に示す）に比して歯元の歯厚が厚くなるようにされる。

尚、上記において、オーバーピン法による寸法指示は、曲線Ａに対して行うものとする。

この実施例に係る自動変速機１０にあっては、ハブ（クラッチハブ）３０またはガイド４０、より具体的にはハブ３０のスプライン３０ａをインボリュート曲線３０ａ１からなる形状に形成すると共に、クラッチディスク（ディスク）１６ａの歯車１６ａ１の歯を側面視において、スプライン３０ａに内接する部位（噛合い範囲円φｃ内の部位）はインボリュート曲線３０ａ１と同一の曲率半径を有すると共に、インボリュート曲線に対して同一の方向に凸となる第１の曲線（曲線Ａ）で形成し、それに連続する歯先側と歯元側の部位は、いずれも第１の曲線に対して逆の方向に凸となる歯元側の第２の曲線と歯先側の第３の曲線（曲線Ｂ，Ｃ）で形成するように構成したので、ハブ３０またはガイド４０、より具体的にはハブ３０にスプライン結合されるクラッチディスク１６ａの歯元応力の増加と歯元強度の確保を両立させることができる。

即ち、台形形状では線接触となってインボリュート形状の面接触に比して歯面面圧が高くなる一方、インボリュート形状は歯厚が台形形状に比して少ないことから、歯元応力が増加する。

しかしながら、上記した如く、スプライン３０ａに内接する部位（噛合い範囲円φｃ内の部位）はインボリュート曲線３０ａ１と同一の曲率半径を有すると共に、インボリュート曲線３０ａ１に対して同一の方向に凸となる第１の曲線（曲線Ａ）で形成することで、面接触にして接触面圧を低下でき、接触部位の磨耗量を減少させることができる。

また、それに連続する歯先側と歯元側の部位は、いずれも第１の曲線に対して逆の方向に凸となる歯元側の第２の曲線と歯先側の第３の曲線（曲線Ｂ，Ｃ）で形成することで、歯先接触でのモーメント荷重の増加や歯元突き上げを回避でき、歯元強度を増加させることができる。

より具体的に説明すると、インボリュート歯型の場合、ハブとの接触面が歯型と同形状になることから、歯先当たりとなり得る。歯元に対するモーメント荷重はこの場合が最大となる。この実施例の歯型では常に曲線Ａ部で接触させられるので、歯元に対するモーメント荷重はインボリュート形状より低減させることができる。

即ち、歯元がハブにより突き上げられると、ハブ先端により歯面に凹の角ができ、そこに応力集中が起きることで強度が低下するが、この実施例ではそのような不都合が生じることがない。

さらに第２の曲線で形成される歯元側を曲線Ｂと歯底１６ａ１１とを曲線Ｂに対して逆の方向に凸となる第４の曲線（曲線Ｒ）で接続し、曲線Ｂと歯底１６ａ１１とを接続した場合に比して歯元の歯厚が厚くなるように構成することで、歯元１６ａ１２の厚みを減少させたことによる強度低下を補うことができる。

また、スプライン３０ａに内接する部位が、基準ピッチ円Ｚｍとの交点Ｐを中心とする、歯丈ｈの１／３あるいはその付近の長さを有する部位である如く構成したので、上記した効果に加え、接触面圧を確実に低下させることができる。

尚、上記においてクラッチディスク１６ａはハブ３０にスプライン結合するように構成したが、ガイド４０にスプライン結合するようにしても良い。

さらには、クラッチディスク１６ａに代え、あるいはクラッチディスク１６ａと共に、クラッチプレート１６ｂを上記のように構成しても良い。

また、４速クラッチ１６を例にとって説明したが、５速あるいは３速以下のクラッチであっても良い。

１０ 自動変速機、１２ トルクコンバータ、１４ ディファレンシャル、１６ ４速クラッチ、１６ａ クラッチディスク（ディスク）、１６ａ１ 歯車、１６ａ１１ 歯底、１６ｂ クラッチプレート、１６ｃ ピストン、２０ ５速クラッチ、２０ａ クラッチディスク（ディスク）、２０ｂ クラッチプレート、２０ｃ ピストン、２４ メイン４速ギヤ、３０ ハブ、３０ａ スプライン、３０ａ１ インボリュート曲線、３２ メイン５速ギヤ、３４ ハブ、３６ ニードルベアリング、４０，４２ ガイド、ＭＳ メインシャフト、ＣＳ カウンタシャフト、ＳＳ セカンダリシャフト

Claims (2)

1. クラッチハブまたはガイドにスプライン結合される歯車を備えたディスクを少なくとも有する自動変速機において、前記クラッチハブまたはガイドのスプラインをインボリュート曲線からなる形状に形成すると共に、前記ディスクの歯車の歯を側面視において、前記スプラインに内接する部位は前記インボリュート曲線と同一の曲率半径を有すると共に、前記インボリュート曲線に対して同一の方向に凸となる第１の曲線で形成し、それに連続する歯元側と歯先側の部位は、いずれも前記第１の曲線に対して逆の方向に凸となる歯元側の第２の曲線と歯先側の第３の曲線で形成したことを特徴とする自動変速機。
2. 前記第２の曲線と歯底とを前記第２の曲線に対して逆の方向に凸となる第４の曲線で接続し、前記第２の曲線と前記歯底とを接続した場合に比して前記歯元の歯厚が厚くなるようにしたことを特徴とする請求項１記載の自動変速機。

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