JP5651199B2 - 自動変速機 - Google Patents

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つの連結機構とを用いて、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遊星歯車機構をダブルピニオン型で構成し、変速用の第２及び第３の２つの遊星歯車機構をラビニヨ型の遊星歯車機構で構成している。そして、６つの連結機構は、４つの湿式多板クラッチと２つの２ブレーキからなる。

この自動変速機は、例えば特許文献２の図２に記載された詳細図を参考にすると、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、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湿式多板クラッチとなる。

特開２００５−２７３７６８号公報 特許第４７１１８６９号公報

しかしながら、上記従来の自動変速機は、入力軸の軸線上に８つの列を構成するため、自動変速機の軸長が長くなるという不具合がある。

本発明は、以上の点に鑑み、軸長が短い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つの要素を備えた第１から第４の４つの遊星歯車機構が前記入力軸の軸方向に順に配置され、前記要素同士を係脱自在に連結する、又は、前記要素を前記変速機ケースに係脱自在に連結する連結機構を複数備え、前記第２及び第３遊星歯車機構の双方に亘った外周に前記出力部材が配設され、前記第２又は第３遊星歯車機構の何れかのリングギアと前記出力部材が固定され、前記連結機構の係脱状態の組み合せによって複数の変速段を確立させることを特徴とする。

本発明によれば、第２及び第３遊星歯車機構と遊星歯車機構の双方に亘った外周に出力部材が配設され、第２又は第３遊星歯車機構の何れかのリングギアと出力部材が固定されている。よって、第２及び第３遊星歯車機構と出力部材とを入力軸の軸線上に並べて配置した上記従来例と比べて、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。

［２］本発明において、前記出力部材は出力ギアであり、前記出力ギアの両端部が前記変速機ケースの内壁部材にベアリングを介して支持される。

かかる構成によって、出力部材である出力ギアが両端支持されるので、出力部材の支持剛性を良好なものとさせることができる。

［３］又、本発明において、前記自動変速機の軸方向で両端に配置される前記第１及び第４遊星歯車機構のリングギアの外径と比較して前記第２及び第３遊星歯車機構のリングギアの外径が小さくなるギア比に前記第２及び第３遊星歯車機構のギア比が設定される。

かかる構成によって、第２及び第３遊星歯車機構のリングギアの径が第１及び第４遊星歯車機構のリングギアの径よりも小さくなるため、自動変速機の径方向の大きさを小さくすることが可能となる。

［４］本発明において、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７要素が前記入力軸に連結され、前記第４要素が前記出力部材に連結され、前記第３要素と前記第８要素と前記第１１要素とを連結して第１連結体が構成され、前記第６要素と前記第９要素とを連結して第２連結体が構成され、前記第２要素と前記第５要素とを連結して第３連結体が構成され、連結機構として、第１から第３の３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７要素と前記第３連結体とを連結自在に構成され、前記第２クラッチは、前記第１２要素と前記第２連結体とを連結自在に構成され、前記第３クラッチは、前記第７要素と前記第１０要素とを連結自在に構成され、前記第１ブレーキは、前記第１要素を前記変速機ケースに固定自在に構成され、前記第２ブレーキは、前記第３連結体を前記変速機ケースに固定自在に構成され、前記第３ブレーキは、前記第１２要素を前記変速機ケースに固定自在に構成され、前記第１から第３の３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６つの連結機構のうち、少なくとも３つの連結機構を連結状態又は固定状態とすることにより、前進８段以上の各変速段を確立させる。

かかる構成によって、後述する第１の実施形態の説明から明らかなように、前進８速段の変速を確立することができる。さらに、ブレーキを１つ追加すれば、後述する第２の実施形態の説明から明らかなように、列が増えず、軸長が延びることなく、前進９速段又は１０速段の変速段を確立することができる。
さらに、本発明において、連結機構として、さらに、前記第３連結体を前記変速機ケースに固定自在に構成される第４のブレーキを備え、前記第１から第３の３つのクラッチと前記第１から第４の４つのブレーキの合計７つの連結機構のうち、少なくとも３つの連結機構を連結状態又は固定状態とすることにより、前進１０段以上の各変速段を確立されることも好ましい。

本発明の第１の実施形態に係る自動変速機を示すスケルトン図。 自動変速機の第１〜第４遊星歯車機構の各要素の配置を示す模式図。 第１の実施形態に係る自動変速機の第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の実施形態に係る自動変速機の変速段毎における各連結機構の状態を示す説明図。 本発明の第２の実施形態に係る自動変速機を示すスケルトン図。 第２の実施形態に係る自動変速機の第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２の実施形態に係る自動変速機の変速段毎における各連結機構の状態を示す説明図。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る自動変速機は、図１に示すように、変速機ケース１内に回転自在に軸支した、内燃機関（エンジン）等の駆動源ＥＮＧが出力する駆動力がロックアップクラッチＬＣ及びダンパＤＡを有するトルクコンバータＴＣを介して伝達される入力軸２と、入力軸２と同心に配置された出力部材である出力ギア３とを備えている。

出力ギア３の回転は、図外のデファレンシャルギア又は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、トルクコンバータＴＣに代えて、摩擦係合自在に構成される単板型又は多板型の発進クラッチを設けてもよい。

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３の上から３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。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。

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３の上から４段目（最下段）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３の上から２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。

ここで、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。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３の上から１段目（最上段）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３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）は、入力軸２に連結されている。又、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）は、出力ギア３に連結されている。

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のキャリアＣｄ（第１１要素）とが連結されて、第１連結体Ｃｃ−Ｒａ−Ｃｄが構成されている。又、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のリングギアＲｃ（第９要素）と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギアＳｂ（第６要素）とが連結されて、第２連結体Ｒｃ−Ｓｂが構成されている。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）とが連結されて、第３連結体Ｃａ−Ｃｂ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３の３つのクラッチＣ１〜Ｃ３と、第１から第３の３つのブレーキＢ１〜Ｂ３とからなる６つの連結機構を備える。

第１クラッチＣ１は、油圧作動型の湿式多板クラッチであり、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）と第３連結体Ｃａ−Ｃｂ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であり、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２要素）と第２連結体Ｒｃ−Ｓｂ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であり、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０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１ブレーキＢ１は、油圧作動型の湿式多板ブレーキであり、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１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。尚、第１ブレーキＢ１を２ウェイクラッチで構成してもよい。

第２ブレーキＢ２は、２ウェイクラッチであり、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転を阻止する正転阻止状態と、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの逆転を阻止する逆転阻止状態とに切換自在に構成されている。

２ウェイクラッチで構成された第２ブレーキＢ２は、正転阻止状態において、第３連結体Ｃａ−Ｃｂに正転方向に回転しようとする力が加わった場合に、この回転が阻止されて変速機ケース１に固定される固定状態となり、逆転方向に回転しようとする力が加わった場合に、回転が許容されて開放状態となる。

逆に、２ウェイクラッチで構成された第２ブレーキＢ２は、逆転阻止状態において、第３連結体Ｃａ−Ｃｂに正転方向に回転しようとする力が加わった場合に、この回転が許容されて開放状態となり、逆転方向に回転しようとする力が加わった場合に、この回転が阻止されて変速機ケース１に固定される固定状態となる。

尚、第２ブレーキＢ２を油圧作動型の湿式多板ブレーキで構成してもよく、又、湿式多板ブレーキで構成した第２ブレーキＢ２に、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転を許容し逆転を阻止する１ウェイクラッチを併設させてもよい。

第３ブレーキＢ３は、油圧作動型の湿式多板ブレーキであり、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２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。

各クラッチＣ１〜Ｃ３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。

入力軸２の軸線上には、駆動源ＥＮＧ及びトルクコンバータＴＣ側から、第１クラッチＣ１、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３、第２クラッチＣ２、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４、第３クラッチＣ３の順番で配置されている。

そして、図１及び図２を参照して、出力ギア３は、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２及び第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の径方向外方に配置されている。そして、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）は入力軸２と、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）は出力ギア３と、それぞれ一体化して構成されている。第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）と入力軸２、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）と出力ギア３とは、スプライン嵌合などによってそれぞれ固定的に一体化されている。尚、図２における黒色部分は、第１から第３連結体の一部を示している。

このように、出力ギア３を第２遊星歯車機構ＰＧＳ２及び第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の径方向外方に配置することにより、出力ギア３と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２及び第３遊星歯車機構ＰＧＳ３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、出力ギア３は第２遊星歯車機構ＰＧＳ２及び第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の双方に亘って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。ただし、出力ギア３と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２及び第３遊星歯車機構ＰＧＳ３と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。

又、入力軸２の軸線上に、駆動源ＥＮＧ及びトルクコンバータＴＣ側から、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１、第１クラッチＣ１、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３、第２クラッチＣ２、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４、第３クラッチＣ３の順番に配置してもよい。ただし、この場合、第１連結体Ｃｃ−Ｒａ−Ｃｄ及び第３連結体Ｃａ−Ｃｂのハブが第１クラッチＣ１の径方向外方に配置されるので、自動変速機が径方向に大きくなり重量が増加する。

又、入力軸２の軸線上に、駆動源ＥＮＧ及びトルクコンバータＴＣ側から、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１、第１クラッチＣ１、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２、第２クラッチＣ２、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４、第３クラッチＣ３の順番に配置してもよい。ただし、この場合、第３連結体Ｃａ−Ｃｂのハブが第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の径方向外方に配置されるので、出力ギア３の径方向内側に第３連結体Ｃａ−Ｃｂのハブを配置することが困難になる。

さらに、第１ブレーキＢ１は第１クラッチＣ１の径方向外方に配置され、第２ブレーキは第１遊星歯車機構ＰＧＳ１の径方向外方に配置され、第３ブレーキＢ３は第２クラッチＣ２の径方向外方に配置されている。

このように、３つのブレーキＢ１〜Ｂ３を遊星歯車機構又はクラッチの径方向外方に配置することにより、ブレーキＢ１〜Ｂ３を遊星歯車機構及びクラッチと共に入力軸２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る。尚、第３ブレーキＢ３を第３クラッチＣ３及び第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の径方向外方に配置してもよい。

そして、出力ギア３は、その軸方向の両端部が変速機ケース１の内壁部材１ａにボールベアリングを介して支持されている。内壁部材１ａを変速機ケース１のセンターサポートとすれば、出力ギア３はセンターサポートによって両端支持されるので、同軸度を確保することが容易となると共に、ラジアル方向に発生する互いの反力の一部を打ち消し合って変速機ケース１に伝達することができる。

次に、図３及び図４を参照して、第１の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を固定状態とし、２ウェイクラッチたる第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とし、第３ブレーキＢ３を固定状態とする。第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とすることで、第３連結体Ｃａ−Ｃｂ逆転が阻止される。第１ブレーキを固定状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１要素）の回転速度が「０」になる。

これにより、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１の第１から第３の３つの要素Ｓａ，Ｃａ，Ｒａ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のリングギアＲａ（第３要素）を含む第１連結体Ｃｃ−Ｒａ−Ｃｄの回転速度も「０」になる。そして、出力ギア３が連結された第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が図３に示す「１ｓｔ」となり、１速段が確立される。

尚、１速段を確立させるためには第３ブレーキＢ３を固定状態とする必要はないが、１速段から後述する２速段へスムーズに変速できるように１速段で固定状態とさせている。又、１速段でエンジンブレーキを効かせる場合には、２ウェイクラッチからなる第２ブレーキＢ２を正転阻止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を固定状態とし、２ウェイクラッチたる第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とし、第３ブレーキＢ３を固定状態とし、第２クラッチＣ２を連結状態とする。第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とすることで、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転が許容される。又、第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１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４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２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連結体Ｒｃ−Ｓｂの回転速度が、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２要素）の回転速度と同一速度の「０」になる。そして、出力ギア３が連結された第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が図３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３ブレーキＢ３を固定状態とし、２ウェイクラッチたる第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とし、第３クラッチＣ３を連結状態とする。第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とすることで、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転が許容される。又、第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１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４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２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、入力軸２に連結された第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度と同一速度の「１」となる。第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２要素）の回転速度が「０」、リングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度が「１」となるため、キャリアＣｄ（第１１要素）の回転速度、即ち第１連結体Ｃｃ−Ｒａ−Ｃｄの回転速度は、ｋ／（ｋ＋１）となる。そして、出力ギア３が連結された第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が図３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、２ウェイクラッチたる第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とし、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２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とすることで、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転が許容される。又、第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１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４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２要素）と第２連結体Ｒｃ−Ｓｂとが同一速度で回転する。これにより、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４との間では、キャリアＣｃ（第８要素）とキャリアＣｄ（第１１要素）とが連結され、リングギアＲｃ（第９要素）とサンギアＳｄ（第１２要素）とが連結されることとなり、第２クラッチＣ２を連結状態とする４速段においては、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４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３クラッチＣ３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）の回転速度が、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度と同一速度の「１」となり、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４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３遊星歯車機構ＰＧＳ３及び第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り、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３及び第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の全ての要素の回転速度が「１」となる。そして、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの回転速度がｈ／（ｈ＋１）となり、出力ギア３が連結された第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が図３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、２ウェイクラッチたる第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とし、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を逆転阻止状態とすることで、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転が許容される。又、第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギアＳａ（第１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Ｃａ−Ｃｂの回転速度が第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度と同一速度の「１」になる。そして、出力ギア３が連結された第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が図３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３クラッチＣ３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３クラッチＣ３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、２ウェイクラッチたる第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とし、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ブレーキＢ２を逆転阻止状態とすることで、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転が許容される。

又、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３遊星歯車機構ＰＧＳ３と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の各要素が相対回転不能な状態となり、第２連結体Ｒｃ−Ｓｂ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Ｃａ−Ｃｂの回転速度が「１」となる。

従って、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２は、キャリアＣｂ（第５要素）とサンギアＳｂ（第６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、出力ギア３が連結された第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が図３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、２ウェイクラッチたる第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とし、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２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とすることで、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転が許容される。

又、第３ブレーキＢ３を固定状態とすることで、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２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、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度と同一速度の「１」となり、第１連結体Ｃｃ−Ｒａ−Ｃｄの回転速度がｋ／（ｋ＋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Ｃａ−Ｃｂの回転速度が、入力軸２に連結された第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度と同一速度の「１」になる。そして、出力ギア３が連結された第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が図３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、２ウェイクラッチたる第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とし、第３ブレーキＢ３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を逆転阻止状態とすることで、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転が許容される。

又、第３ブレーキＢ３を固定状態とすることで、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２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連結体Ｒｃ−Ｓｂの回転速度が第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２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Ｃａ−Ｃｂの回転速度が第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度と同一速度の「１」になる。そして、出力ギア３が連結された第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が図３に示す「８ｔｈ」となり、８速段が確立される。

後進段を確立させる場合には、２ウェイクラッチたる第２ブレーキＢ２を正転阻止状態とし、第３ブレーキＢ３を固定状態とし、第３クラッチＣ３を連結状態とする。又、第３ブレーキＢ３を固定状態とし、第３クラッチＣ３を連結状態とすることで、第１連結体Ｃｃ−Ｒａ−Ｃｄの回転速度がｋ／（ｋ＋１）となる。又、第２ブレーキＢ２を正転阻止状態とすることで、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転が阻止され、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの回転速度が「０」になる。そして、出力ギア３が連結された第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が図３に示す逆転の「Ｒｖｓ」となり、後進段が確立される。

尚、図３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４は、上述した各変速段におけるクラッチＣ１〜Ｃ３、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３の３つのクラッチＣ１〜Ｃ３、第１ブレーキＢ１及び３ブレーキ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。又、第２ブレーキＢ２の列の「Ｒ」は逆転阻止状態を示し、「Ｆ」は正転阻止状態を示している。

又、下線を付した「Ｒ」及び「Ｆ」は第２ブレーキＢ２の働きで第３連結体Ｃａ−Ｃｂの回転速度が「０」となることを示している。又、「Ｒ／Ｆ」は、通常時は逆転阻止状態の「Ｒ」であるが、エンジンブレーキを効かせる場合には正転阻止状態の「Ｆ」に切り換えることを示している。

又、図４には、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のギア比ｈを２．６８１、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のギア比ｉを１．９１４、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のギア比ｊを２．７３４、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のギア比ｋを１．６１４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／出力ギア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。）も示しており、これによれば、公比を適切に設定できることが分かる。

ギア比がλのシングルピニオン型遊星歯車機構ＰＧＳにおいて、サンギアＳ、ピニオンＰ、リングギアＲの外径の比率は概ね１：（λ―１）／２：λとなる。ここで、サンギアＳはレイアウト上の都合から、ピニオンＰは支持軸受の寸法から、それぞれ最小サイズが決まる。よって、リングギアＲの外径を小さく抑えるために、自動車向け自動変速機用シングルピニオン型遊星歯車機構ＰＧＳのギア比は一般に１．７〜３．３程度が用いられる。ただし、下限の１．７付近ないし上限の３．３付近ではリングギア径は相対的に大きくなる。

第１の実施形態の自動変速機によれば、第１〜第３遊星歯車機構ＰＧＳ１〜ＰＧＳ３のギア比ｈ，ｉ，ｊは１．９〜２．７程度となっているため、ギア比ｋが１．６に近い第４遊星歯車機構ＰＧＳ４に対し相対的にリングギアＲａ，Ｒｂ，Ｒｃの外径を小さくすることができる。また、図２に記載のように、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）は入力軸２と一体化しているため第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のリングギアＲｃ（第９要素）は第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギアＲａ（第３要素）及び第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）と比較して外径を小さくするように構成することが容易となる。これによって、自動変速機の径方向の大きさを小さくすることが可能となる。

第１の実施形態の自動変速機によれば、前進８段の変速を行うことができる。そして、入力軸２の軸線上に、トルクコンバータＴＣ側から順に、第１から第７の７つの列を構成する。具体的には、第１列は第１クラッチＣ１、第２列は第１遊星歯車機構ＰＧＳ１、第３列は第２遊星歯車機構ＰＧＳ２、第４列は第３遊星歯車機構ＰＧＳ３、第５列は第２クラッチＣ２、第６列は第４遊星歯車機構ＰＧＳ４、第７列は第３クラッチＣ３となる。

第１ブレーキＢ１は第１列である第１クラッチＣ１の径方向外方に配置し、出力ギア３は第３列である第２遊星歯車機構ＰＧＳ２と第４列である第３遊星歯車機構ＰＧＳ３との径方向外方に配置し、第２ブレーキＢ２は第５列である第２クラッチＣ２の径方向外方に配置することによって、自動変速機を構成する機構を７つの列に構成することができる。従って、上記従来の８つの列を構成する前進８段の自動変速機に比べて、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができる。

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連結機構の数（開放数）が３つ以下となり、前進８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。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る自動変速機は、図５に示すように、上述した第１の実施形態に係る自動変速機に、第４ブレーキＢ４を追加して、第１から第３の３つのクラッチＣ１〜Ｃ３と、第１から第４の４つのブレーキＢ１〜Ｂ４とからなる７つの連結機構を備えるようにしたものである。

第４ブレーキＢ４は、湿式多板ブレーキであり、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０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４ブレーキＢ４は、クラッチＣ１〜Ｃ３及び各ブレーキＢ１〜Ｂ３と同様に、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。

第４ブレーキＢ４は第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の径方向外方に配置されている。４つのブレーキＢ１〜Ｂ４を遊星歯車機構又はクラッチの径方向外方に配置することにより、ブレーキＢ１〜Ｂ４を遊星歯車機構及びクラッチと共に入力軸２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る。

次に、図６及び図７を参照して、第２の実施形態に係る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〜８速段及び後進段を確立させる場合には、第１の実施形態の自動変速機のこれら各変速段を確立させる場合と同じであるので、説明を省略する。

９速段を確立させる場合には、２ウェイクラッチたる第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とし、第３ブレーキＢ３及び第４ブレーキＢ４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を逆転阻止状態とすることで、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転が許容される。

又、第３ブレーキＢ３を固定状態とすることで、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２要素）の回転速度が「０」になる。又、第４ブレーキＢ４を固定状態とすることで、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）の回転速度も「０」となる。このため、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の各要素Ｓｄ，Ｃｄ，Ｒｄは相対回転不能なロック状態となり、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のキャリアＣｄ（第１１要素）を含む第１連結体Ｃｃ−Ｒａ−Ｃｄ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Ｃａ−Ｃｂの回転速度は第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度と同一速度の「１」となる。そして、出力ギア３が連結された第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が図６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、２ウェイクラッチたる第２ブレーキＢ２を逆転阻止状態とし、第４ブレーキＢ４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を逆転阻止状態とすることで、第３連結体Ｃａ−Ｃｂの正転が許容される。

又、第２クラッチＣ２を連結状態とすることで、第２連結体Ｒｃ−Ｓｂと第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギアＳｄ（第１２要素）とが同一速度で回転する。又、第４ブレーキＢ４を固定状態とすることで、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギアＲｄ（第１０要素）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Ｃａ−Ｃｂの回転速度が第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギアＳｃ（第７要素）の回転速度と同一速度の「１」となる。そして、出力ギア３が連結された第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂ（第４要素）の回転速度が図６に示す「１０ｔｈ」となり、１０速段が確立される。

第２の実施形態の自動変速機によれば、前進１０段の変速を行うことができる。そして、第１の実施形態の自動変速機と同様に、入力軸２の軸線上に７つの列を構成する。従って、自動変速機の軸長がそのままで、前進１０段を得ることができる。

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連結機構の数（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。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施形態においては、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギアＲｂと出力ギア３が固定されたものを説明したが、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のリングギアＲｃと出力ギア３が固定されてもよい。

又、第１ブレーキＢ１を湿式多板ブレーキ、第２ブレーキＢ２を２ウェイクラッチで構成したものを説明したが、第１ブレーキＢ１を２ウェイクラッチで構成してもよく、又、第２ブレーキＢ２を湿式多板ブレーキで構成してもよい。

又、第１ブレーキＢ１及び第２ブレーキＢ２の少なくとも一方を噛合機構で構成してもよい。

第１ブレーキＢ１及び第２ブレーキＢ２を湿式多板ブレーキ又は噛合機構で構成する場合には、第１ブレーキＢ１を１速段から５速段まで固定状態とし他の変速段では開放状態とし、第２ブレーキＢ２を１速段及び後進段で固定状態とし他の変速段では開放状態とすればよい。

又、第１ブレーキＢ１を２ウェイクラッチで構成する場合には、１速段から５速段まで逆転阻止状態とし、１速段から５速段まででエンジンブレーキを効かせるには正転阻止状態に切り換えればよい。

又、第４ブレーキＢ４を噛合機構で構成してもよく、その場合はクラッチの引き摺りによるロスを抑えることができる。

又、第２の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よい。

１…変速機ケース、１ａ…内壁部材、２…入力軸、３…出力ギア（出力部材）、ＥＮＧ…駆動源、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〜Ｃ３…第１〜第３クラッチ（連結機構）、Ｂ１〜Ｂ４…第１〜第４ブレーキ（連結機構）。

Claims (2)

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ギア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つの要素を備えた第１から第４の４つの遊星歯車機構が前記入力軸の軸方向に順に配置され、
   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７要素が前記入力軸に連結され、前記第４要素が前記出力ギアに連結され、前記第３要素と前記第８要素と前記第１１要素とを連結して第１連結体が構成され、前記第６要素と前記第９要素とを連結して第２連結体が構成され、前記第２要素と前記第５要素とを連結して第３連結体が構成され、
   連結機構として、第１から第３の３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７要素と前記第３連結体とを連結自在に構成され、
   前記第２クラッチは、前記第１２要素と前記第２連結体とを連結自在に構成され、
   前記第３クラッチは、前記第７要素と前記第１０要素とを連結自在に構成され、
   前記第１ブレーキは、前記第１要素を前記変速機ケースに固定自在に構成され、
   前記第２ブレーキは、前記第３連結体を前記変速機ケースに固定自在に構成され、
   前記第３ブレーキは、前記第１２要素を前記変速機ケースに固定自在に構成され、
   前記第２及び第３遊星歯車機構の双方に亘った外周に前記出力ギアが配設され、前記第２又は第３遊星歯車機構の何れかのリングギアと前記出力ギアが固定され、
   前記第１から第３の３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６つの連結機構のうち、少なくとも３つの連結機構を連結状態又は固定状態とすることにより、前進８段以上の各変速段を確立され、
   前記出力ギアの両端部が前記変速機ケースの内壁部材にベアリングを介して支持され、
   前記自動変速機の軸方向で両端に配置される前記第１及び第４遊星歯車機構のリングギアの外径と比較して前記第２及び第３遊星歯車機構のリングギアの外径が小さくなるギア比に前記第２及び第３の遊星歯車機構のギア比が設定されることを特徴とする自動変速機。
2. 連結機構として、さらに、前記第３連結体を前記変速機ケースに固定自在に構成される第４のブレーキを備え、
   前記第１から第３の３つのクラッチと前記第１から第４の４つのブレーキの合計７つの連結機構のうち、少なくとも３つの連結機構を連結状態又は固定状態とすることにより、前進１０段以上の各変速段を確立されることを特徴とする請求項１に記載の自動変速機。

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