JP6394354B2 - 車両用自動変速機 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されたエンジン等が出力する回転駆動力を変速する車両用自動変速機に関する。

例えば、下記に示す特許文献１，２に記載の車両用自動変速機は、３つのシングルピニオン式プラネタリ機構並びに６つの係合要素、すなわち２つのブレーキ及び４つのクラッチで構成され、そのうちの３要素を係合させることで、前進１０速段、後進１速段の変速段を形成している。図７に示すように、第１、第２、第３プラネタリ機構Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、入力軸Ｎ側から出力軸Ｔ側に向かって順次並列に配置されている。以下の説明では、第１、第２、第３プラネタリ機構Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３を構成する各要素は、第１、第２、第３ピニオンＱ１１，Ｑ１２，Ｑ１３を支承する第１、第２、第３キャリアＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３、第１、第２、第３サンギヤＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３及び第１、第２、第３リングギヤＲ１１，Ｒ１２，Ｒ１３と称する。

第２キャリアＣ１２は、入力軸Ｎと連結している。第２リングギヤＲ１２は、第３サンギヤＳ１３と連結している。第２サンギヤＳ１２は、第１ブレーキＢ１１によりハウジングＨとの固定を選択可能であり且つ第２クラッチＣＬ１２により第１サンギヤＳ１１との連結を選択可能である。第２キャリアＣ１２は、第１クラッチＣＬ１１により第１サンギヤＳ１１との連結を選択可能である。

第２リングギヤＲ１２は、第３クラッチＣＬ１３により第１キャリアＣ１１との連結を選択可能である。第１リングギヤＲ１１は、第３キャリアＣ１３と連結している。第１キャリアＣ１１は、第４クラッチＣＬ１４により第３リングギヤＲ１３との連結を選択可能である。第３リングギヤＲ１３は、第２ブレーキＢ１２によりハウジングＨとの固定を選択可能である。第３キャリアＣ１３は、出力軸Ｔと連結している。

図８は、各変速段に対応する各クラッチＣＬ１１，ＣＬ１２，ＣＬ１４及び各ブレーキＢ１１，Ｂ１２の作動状態を示しており、欄に丸印が付されている場合、係合状態にあることを示す。図９は、後進変速段形成時における第１、第２、第３プラネタリ機構Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３を構成する各要素であるサンギヤＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３、キャリアＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３、リングギヤＲ１１，Ｒ１２，Ｒ１３を横軸方向にギヤ比λ１，λ２，λ３に対応させた間隔で配置し、縦軸方向に各要素に対応してその回転速度比を取った回転速度線図を示す。

米国特許第７８２８６８８号明細書 米国特許第７１３１９２６号明細書

図９に示すように、特許文献１，２に示される車両用自動変速機１２では、後進変速段形成時に、第１クラッチＣＬ１１を係合状態にして入力軸Ｎの回転駆動力を第１サンギヤＳ１１に入力する。そして、第４クラッチＣＬ１４を係合状態にして第１キャリアＣ１１と第３リングギヤＲ１３とを連結し、第２ブレーキＢ１２を係合状態にして第１キャリアＣ１１を固定することにより、第１リングギヤＲ１１に逆回転駆動力を作り出す。この第１リングギヤＲ１１の逆回転駆動力は、第３キャリアＣ１３を介して出力軸Ｔに出力される。つまり、この車両用自動変速機１２では、第１プラネタリ機構Ｐ１１への入力と第１プラネタリ機構Ｐ１１へのブレーキの作動のみで逆回転駆動力を作り出している。

そして、第３サンギヤＳ１３は、第３リングギヤＲ１３が固定され、第３キャリアＣ１３が逆回転しているため、受動的に第３キャリアＣ１３よりも増速で逆回転となる。そして、第２リングギヤＲ１２は、第３サンギヤＳ１３と連結しているので逆回転となり、第２キャリアＣ１２は、入力軸Ｎの回転が入力されているため、第２サンギヤＳ１２は、高速回転に晒される。すなわち、第２サンギヤＳ１２の回転速度比は、ギヤ比λ２（＝第２サンギヤＳ１２の歯数／第２リングギヤＲ１２の歯数）の逆数と、第２リングギヤＲ１２の回転速度比の絶対値及び入力回転速度比の和とを積算した値に、入力回転速度比を加算した値Ｈとなる。

よって、第２サンギヤＳ１２を第１サンギヤＳ１１に係脱可能な第２クラッチＣＬ１２及びハウジングＨに係脱可能な第１ブレーキＢ１１は、相対回転速度が大きくなって焼け等が発生し易くなる。また、第２サンギヤＳ１２を支持している軸受等は、耐久性の低下が著しくなる。また、第２サンギヤＳ１２に連結している軸に油路を形成している場合は、軸上に設置されているシーリングの耐久性も問題になるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、後進変速段形成時におけるギヤの高速回転化を抑制できる車両用自動変速機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の車両用自動変速機は、ハウジングと、シングルピニオン式の第１プラネタリ機構、シングルピニオン式又はダブルピニオン式の第２プラネタリ機構、及びシングルピニオン式の第３プラネタリ機構が、前記ハウジングに回転軸線と同軸に支承され、前記第２プラネタリ機構がシングルピニオン式の場合、速度線図の並び順で第２サンギヤ、第２キャリア、第２リングギヤを第１要素、第２要素、第３要素とし、ダブルピニオン式の場合、速度線図の並び順で第２キャリア、第２リングギヤ、第２サンギヤを第１要素、第２要素、第３要素とし、それらのうち前記第１プラネタリ機構の第１リングギヤと前記第３プラネタリ機構の第３サンギヤとが互いに連結され、前記第２プラネタリ機構の第１要素と前記第３プラネタリ機構の第３リングギヤとが互いに連結された３個のプラネタリ機構と、前記ハウジングに前記回転軸線回りに回転可能に支承され、前記第１プラネタリ機構の第１キャリアに連結された入力軸と、前記ハウジングに前記回転軸線回りに回転可能に支承され、前記第３プラネタリ機構の第３キャリアに連結された出力軸と、前記第１プラネタリ機構の第１サンギヤを前記ハウジングに係脱可能に固定する第１ブレーキと、互いに連結された前記第１要素と前記第３リングギヤとを前記ハウジングに係脱可能に固定する第２ブレーキと、前記第３要素を前記ハウジングに係脱可能に固定する第１ポジション、前記第３要素を前記第１要素及び前記第３リングギヤに係脱可能に固定する第２ポジション、又は前記第３要素を前記ハウジング並びに前記第１要素及び前記第３リングギヤに対し拘束されない状態にする第３ポジションの切り替え選択が可能な切替クラッチと、前記第１キャリアと前記第３要素とを係脱可能に連結する第１クラッチと、前記第１サンギヤと前記第３要素とを係脱可能に連結する第２クラッチと、前記第１リングギヤと前記第２要素とを係脱可能に連結する第３クラッチと、前記第２要素と前記第３キャリアとを係脱可能に連結する第４クラッチと、を備え、後進変速段形成時、前記第１ブレーキは、前記第１サンギヤを前記ハウジングに固定し、前記切替クラッチは、前記第３要素を前記ハウジングに固定し、前記第４クラッチは、前記第２要素と前記第３キャリアとを連結する、ことを要旨とする。

この構成の車両用自動変速機では、後進変速段形成時に、第２プラネタリ機構の第２要素に逆回転駆動力を作り出し、この逆回転駆動力は、第３プラネタリ機構の第３キャリアを介して出力軸に出力される。第２プラネタリ機構の第１要素及び第３プラネタリ機構の第３リングギヤは、同一回転で、第３プラネタリ機構の第３キャリアの回転（出力回転）よりも高速回転となる。しかし、第２プラネタリ機構の第１要素の回転は、第２プラネタリ機構の第３要素が固定され、第２プラネタリ機構の第２要素が出力回転であるので、従来の車両用自動変速機と比較して高速回転に達することはない。

本発明の車両用自動変速機の実施形態を模式的に示したスケルトン図である。 本実施形態の各変速段におけるブレーキ及びクラッチの作動状態を示す図である。 本実施形態の各変速段におけるプラネタリ機構を構成する各要素の回転速度比を示す速度線図である。 本実施形態の後進変速段形成時におけるプラネタリ機構を構成する各要素の回転速度比を示す速度線図である。 本実施形態の切替クラッチのポジションが異なる後進変速段形成時における係合要素が受けるトルクの分担比を示す図である。 本実施形態の変形例の車両用自動変速機を模式的に示したスケルトン図である。 従来の車両用自動変速機のスケルトン図である。 従来の各変速段におけるブレーキ及びクラッチの作動状態を示す図である。 従来の後進変速段形成時におけるプラネタリ機構を構成する各要素の回転速度比を示す速度線図である。 比較例の車両用自動変速機を模式的に示したスケルトン図である。 比較例の各変速段におけるブレーキ及びクラッチの作動状態を示す図である。

（実施形態の車両用自動変速機の機械構成）
以下、本発明の車両用自動変速機を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。実施形態において、車両用自動変速機は、車両に搭載されたエンジンが出力する回転駆動力を変速する装置として用いられる。車両は、車両用自動変速機により変速された回転駆動力が差動装置などを介して駆動輪に伝達され、車両用自動変速機において成立した所定の変速段で前進または後進するように構成される。

車両用自動変速機１の概略構成について図１を参照して説明する。車両用自動変速機１は、入力側（図１の左側）から出力側（図１の右側）に向かって軸方向に沿って並設された３つのシングルピニオン式のプラネタリ機構Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、各プラネタリ機構Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成する要素同士を選択的に係脱可能に連結する４つのクラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４と、所定の要素をハウジングＨに係脱可能に固定する２つのブレーキＢ１，Ｂ２とを備える。

さらに、所定の要素をハウジングＨに係脱可能に固定する第１ポジションａ、所定の要素同士を係脱可能に固定する第２ポジションｃ、もしくはハウジングＨ及び所定の要素に対しフリー状態にする第３ポジションｂに切替可能な切替クラッチＤと、所定の要素同士を連結する部材５，６と、各クラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４と所定の要素とを連結するための部材Ｕ１１，Ｕ２１，Ｕ３１，Ｕ４１，Ｕ１２，Ｕ２２，Ｕ３２，Ｕ４２と、各ブレーキＢ１，Ｂ２と所定の要素とを固定するための部材Ｖ１，Ｖ２と、入力軸Ｎと、出力軸Ｔとを備える。

また、この車両用自動変速機１は、車両のＥＣＵ２による制御信号に基づいて各クラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４及び各ブレーキＢ１，Ｂ２からなる係合要素、並びに切替クラッチＤの作動状態を制御される。そして、本実施形態においては、上記係合要素のうち３つ又は２つの係合要素、及び切替クラッチＤを作動させることによって、入力軸Ｎから入力される回転駆動力を、前進１２速段及び後進１速段の何れかに変速して、出力軸Ｔから出力可能な構成となっている。車両用自動変速機１おける係合要素の作動状態と成立する変速段に関する詳細については後述する。

入力軸Ｎ及び出力軸Ｔは、ハウジングＨに、回転軸線Ｌ周りに回転可能に支承される。入力軸Ｎは、図略のクラッチ装置などを介してエンジンの回転駆動力を車両用自動変速機１に入力する軸部材である。出力軸Ｔは、入力軸Ｎと同軸上に配置され、変速されたエンジンの回転駆動力を図略の差動装置などを介して駆動輪に出力する軸部材である。

各プラネタリ機構Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３は、キャリアＣ１、Ｃ２，Ｃ３に回転可能に支持されたピニオンギヤＱ１、Ｑ２，Ｑ３がサンギヤＳ１、Ｓ２，Ｓ３及びリングギヤＲ１、Ｒ２，Ｒ３に噛合するシングルピニオン式であり、入力側から順に第１、第２、第３プラネタリ機構Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と称する。そして、各プラネタリ機構Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各要素は、第１、第２、第３サンギヤＳ１，Ｓ２，Ｓ３、第１、第２、第３キャリアＣ１，Ｃ２，Ｃ３、第１、第２、第３リングギヤＲ１，Ｒ２，Ｒ３と称する。なお、この第１実施形態においては、シングルピニオン式の第２プラネタリ機構Ｐ２を用いているため、第２プラネタリ機構Ｐ２の各要素は、図３に示す速度線図の並び順で、第２サンギヤＳ２が本発明の「第１要素」に相当し、第２キャリアＣ２が本発明の「第２要素」に相当し、第２リングギヤＲ２が本発明の「第３要素」に相当する。

第１プラネタリ機構Ｐ１は、第１サンギヤＳ１、複数の第１ピニオンＱ１、第１キャリアＣ１及び第１リングギヤＲ１で構成される。第１サンギヤＳ１は、複数の第１ピニオンＱ１と噛合され、複数の第１ピニオンＱ１は、第１キャリアＣ１に支承されるとともに、第１リングギヤＲ１と噛合される。第１リングギヤＲ１は、回転軸線Ｌと同軸に回転可能に支承される。

第２プラネタリ機構Ｐ２は、第２サンギヤＳ２、複数の第２ピニオンＱ２、第２キャリアＣ２及び第２リングギヤＲ２で構成される。第２サンギヤＳ２は、複数の第２ピニオンＱ２と噛合され、複数の第２ピニオンＱ２は、第２キャリアＣ２に支承されるとともに、第２リングギヤＲ２と噛合される。第２キャリアＣ２は、回転軸線Ｌと同軸に回転可能に支承される。

第３プラネタリ機構Ｐ３は、第３サンギヤＳ３、複数の第３ピニオンＱ３、第３キャリアＣ３及び第３リングギヤＲ３で構成される。第３サンギヤＳ３は、複数の第３ピニオンＱ３と噛合され、複数の第３ピニオンＱ３は、第３キャリアＣ３に支承されるとともに、第３リングギヤＲ３と噛合される。第３サンギヤＳ３は、回転軸線Ｌと同軸に回転可能に支承される。

第１リングギヤＲ１及び第３サンギヤＳ３は、第１サンギヤＳ１の内側を通って軸線方向に沿って延在する第１ギヤ連結部材５を介して連結される。
第２サンギヤＳ２及び第３リングギヤＲ３は、第２サンギヤＳ２及び第３リングギヤＲ３の外側を通って軸線方向に沿って延在する第２ギヤ連結部材６を介して連結される。なお、詳細は後述するが、第２ギヤ連結部材６には、切替クラッチＤの構成部材が設けられている。

各ブレーキＢ１，Ｂ２は、ハウジングＨに設けられ、所定の要素の回転を制動する係合要素である。本実施形態では、各クラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４と同様に、ハウジングＨに形成された油路から供給される油圧によって作動する油圧式としている。これにより、各ブレーキＢ１，Ｂ２は、例えばＥＣＵ２による制御指令に基づいて作動する油圧ポンプから油圧を供給されると、図示しないディスクにパッドを押圧して、対象とする所定の要素の回転を制動する。そして、油圧ポンプによる油圧の供給が遮断されると、ディスクからパッドを離間させて、所定の要素の回転を許容する。

第１ブレーキＢ１は、第１ブレーキ連結部材Ｖ１に連結される第１サンギヤＳ１の回転を、第１ブレーキ連結部材Ｖ１を介して制動する。
第２ブレーキＢ２は、第２ブレーキ連結部材Ｖ２に連結される第３リングギヤＲ３の回転を、第２ブレーキ連結部材Ｖ２を介して制動するとともに、第２ギヤ連結部材６に連結される第２サンギヤＳ２の回転を、第２ギヤ連結部材６に連結される第２ブレーキ連結部材Ｖ２を介して制動する。

各クラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４は、複数の要素同士を選択的に連結可能な係合要素である。本実施形態では、各クラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４は、常開型であり、供給される油圧によって作動する油圧式としている。これにより、各クラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４は、例えばＥＣＵ２による制御指令に基づいて作動する油圧ポンプから入力軸ＮやハウジングＨに形成された油路を介して油圧を供給されると、図示しない複数のクラッチ板を接触させて、対象の要素間で駆動力が伝達されるように要素同士を連結する。そして、上記の油圧ポンプによる油圧の供給が遮断されると、クラッチ板同士を離間させて、対象の要素間で駆動力が伝達されないように要素同士を離脱させる。

第１クラッチＣＬ１の一方は、第１クラッチ連結部材Ｕ１１を介して、第１キャリアＣ１に連結され、第１クラッチＣＬ１の他方は、第１クラッチ連結部材Ｕ１２を介して、第２リングギヤＲ２に連結される。第１クラッチＣＬ１は、第１キャリアＣ１と第２リングギヤＲ２とを係脱可能に連結する。なお、詳細は後述するが、第１クラッチ連結部材Ｕ１２には、切替クラッチＤの構成部材が設けられている。

第２クラッチＣＬ２の一方は、第１ブレーキ連結部材Ｖ１に連結される第２クラッチ連結部材Ｕ２１を介して、第１サンギヤＳ１に連結され、第２クラッチＣＬ２の他方は、第１クラッチ連結部材Ｕ１２に連結される第２クラッチ連結部材Ｕ２２を介して、第２リングギヤＲ２に連結される。第２クラッチＣＬ２は、第１サンギヤＳ１と第２リングギヤＲ２とを係脱可能に連結する。

第３クラッチＣＬ３の一方は、第３クラッチ連結部材Ｕ３１を介して、第２キャリアＣ２に連結され、第３クラッチＣＬ３の他方は、第１ギヤ連結部材５に連結される第３クラッチ連結部材Ｕ３２を介して、第１リングギヤＲ１及び第３サンギヤＳ３に連結される。第３クラッチＣＬ３は、第１リングギヤＲ１及び第３サンギヤＳ３と第２キャリアＣ２とを係脱可能に連結する。

第４クラッチＣＬ４の一方は、第４クラッチ連結部材Ｕ４１を介して、第３キャリアＣ３に連結され、第４クラッチＣＬ４の他方は、第３クラッチ連結部材Ｕ３１に連結される第４クラッチ連結部材Ｕ４２を介して、第３キャリアＣ３に連結される。第４クラッチＣＬ４は、第２キャリアＣ２と第３キャリアＣ３とを係脱可能に連結する。

切替クラッチＤは、第２リングギヤＲ２を第１クラッチ連結部材Ｕ１２を介してハウジングＨに係脱可能に固定する第１ポジションａ、第２リングギヤＲ２を第２ギヤ連結部材６に連結される第２サンギヤＳ２及び第３リングギヤＲ３に係脱可能に固定する第２ポジションｃ、又は第２リングギヤＲ２をハウジングＨ並びに第２サンギヤＳ２及び第３リングギヤＲ３に対しフリー状態にする第３ポジションｂを切り替える。

この切替クラッチＤとしては、例えば、ドグクラッチ、湿式クラッチ、シンクロ機構等が使用可能であり、切替クラッチＤの駆動源Ｍとしては、例えば、油圧やモータ等が使用可能である。切替クラッチＤが、ドグクラッチの場合、第１クラッチ連結部材Ｕ１２には、軸方向にスライド可能なギヤＤ１が設けられ、ハウジングＨには、ギヤＤ１と噛合可能なギヤＤ２が設けられ、第２ギヤ連結部材６には、ギヤＤ１と噛合可能なギヤＤ３が設けられる。

入力軸Ｎは、回転軸線Ｌから外側に向けて延在し、第１リングギヤＲ１の外側を通って軸線方向に向けて延在する入力軸連結部材３を介して第１キャリアＣ１に連結される。
出力軸Ｔは、回転軸線Ｌから外側に向けて延在する出力軸連結部材４を介して第３キャリアＣ３に連結される。

（実施形態の車両用自動変速機の作動）
上述の車両用自動変速機１は、第１、第２、第３、第４クラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４、第１及び第２ブレーキＢ１，Ｂ２及び切替クラッチＤを選択的に作動して第１、第２、第３プラネタリ機構Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の要素の回転を規制することにより、前進１２段、後進１段の変速段を成立することができる。図２において、各変速段に対応する各クラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４、各ブレーキＢ１，Ｂ２、切替クラッチＤの作動状態を示しており、各クラッチＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４及びブレーキＢ１，Ｂ２の欄に丸印が付されている場合、係合状態にあることを示し、切替クラッチＤの欄にａが付されている場合、図１においてａとＤ２が係合状態、ｃが付されている場合、図１においてｃとＤ３が係合状態、切替クラッチＤの欄にｂが付されている場合、いずれの要素とも係合していない状態にあることを示す。

例えば、車両用自動変速機１における第１速段は、係合表（図２参照）によると、第１クラッチＣＬ１、第３クラッチＣＬ３及び第２ブレーキＢ２が係合状態にあり、切替クラッチＤがｂ状態、すなわち解放状態にある。この状態では、第１クラッチＣＬ１により、第１キャリアＣ１及び第２リングギヤＲ２が一体回転し、第３クラッチＣＬ３により、第１リングギヤＲ１、第２キャリアＣ２及び第３サンギヤＳ３が一体回転する。第１キャリアＣ１から出力された入力軸Ｎの回転駆動力は、第２サンギヤＳ２が第２ブレーキＢ２により固定されているので、第２キャリアＣ２から第３サンギヤＳ３に伝達される。第３サンギヤＳ３から入力された回転駆動力は、第３リングギヤＲ３は第２ブレーキＢ２により固定されているので歯数に応じた変速比で減速され、第３キャリアＣ３から出力軸連結部材４を介して出力軸Ｔに伝達される。

そして、車両用自動変速機１が第１速段から第２速段に移行するには、第３クラッチＣＬ３及び第２ブレーキＢ２の係合状態並びに切替クラッチＤのｂ状態（解放状態）を維持しつつ、第１クラッチＣＬ１を解放状態にするとともに第２クラッチＣＬ２を係合状態にする切り替えを行う。この状態では、第２クラッチＣＬ２により、第１サンギヤＳ１及び第２リングギヤＲ２が一体回転し、第３クラッチＣＬ３により、第１リングギヤＲ１、第２キャリアＣ２及び第３サンギヤＳ３が一体回転する。第１キャリアＣ１から出力された入力軸Ｎの回転駆動力は、第１サンギヤＳ１及び第１リングギヤＲ１に分担される。第１サンギヤＳ１から出力された回転駆動力は、第２サンギヤＳ２が第２ブレーキＢ２により固定されているので、第２キャリアＣ２から第３サンギヤＳ３に伝達される。第３サンギヤＳ３から入力された回転駆動力は、第３リングギヤＲ３が第２ブレーキＢ２により固定されているので歯数に応じた変速比で減速され、第３キャリアＣ３から出力軸連結部材４を介して出力軸Ｔに伝達される。

このように、車両用自動変速機１は、６つの係合要素のうち３つの係合要素を選択的に係合状態にするとともに、切替クラッチＤのｂ状態（解放状態）を維持することによって、図３の速度線図に示すように、第１速（１ｓｔ）から第８速（８ｔｈ（ｂ））までの変速比となる変速段を成立可能としている。そして、車両用自動変速機１は、切替クラッチＤのｂ状態（解放状態）を維持したまま、図２の係合表に示すように、係合状態になっている３つの係合要素のうち１つを切り替えることによって、隣り合う変速段に移行可能としている。

ここで、切替クラッチＤがｂ状態（解放状態）のときの車両用自動変速機１は、図１０に示すように、切替クラッチＤを備えていないが他の構成は車両用自動変速機１と同一構成の車両用自動変速機１１（以下、比較例の車両用自動変速機１１という）に置き換えることができる。この比較例の車両用自動変速機１１は、図１１の係合表に示すように、前進１１段及び後進１段の変速機となる。一方、車両用自動変速機１は、図２の係合表に示すように、前進１２段及び後進１段の変速機となる。

すなわち、この比較例の車両用自動変速機１１の第１速段（１ｓｔ）から第８速段（８ｔｈ）までの係合は、車両用自動変速機１の第１速段（１ｓｔ）から第８速段（８ｔｈ（ｂ））までの係合と同一であり、比較例の車両用自動変速機１１の第９速段（９ｔｈ）から第１１速段（１１ｔｈ）までの係合は、車両用自動変速機１の第１０速段（１０ｔｈ（ｂ））から第１２速段（１２ｔｈ）までの係合と同一である。つまり、車両用自動変速機１の第９速段（９ｔｈ）は、比較例の車両用自動変速機１１では得られない変速段となる。

以上のことから、車両用自動変速機１は、比較例の車両用自動変速機１１と比較して、切替クラッチＤを備えることにより、変速段を一段増加（第９速段）することができる。上述のように、車両用自動変速機１は、第１速段（１ｓｔ）から第８速段（８ｔｈ（ｂ））までは、切替クラッチＤのｂ状態（解放状態）を維持したまま、係合状態になっている３つの係合要素のうち１つを切り替えることによって、隣り合う変速段に移行可能としている。

しかし、車両用自動変速機１は、第８速段（８ｔｈ（ｂ））から第９速段（９ｔｈ）に移行するには、切替クラッチＤをｂ状態（解放状態）からｃ状態（係合状態）に切り替えるとともに、第３、第４クラッチＣＬ３，ＣＬ４を解放状態にし第１ブレーキＢ１を係合状態にする必要、すなわち係合状態になっている３つの係合要素のうち２つを１つに切り替える必要があり、油圧の制御動作時間が長くなるという問題がある。

そこで、車両用自動変速機１は、第８速段（８ｔｈ（ｂ））において、切替クラッチＤをｂ状態（解放状態）からｃ状態（係合状態）に切り替えるとともに、第１、第３、第４クラッチＣＬ１，ＣＬ３，ＣＬ４のうち第３クラッチＣＬ３のみを解放状態にする動作、すなわち係合状態になっている３つの係合要素のうち１つを切り替える動作を行って第８速段（８ｔｈ（ｃ））に一旦移行する。

これにより、車両用自動変速機１は、第８速段（８ｔｈ（ｃ））から第９速段（９ｔｈ）に移行するときは、切替クラッチＤのｃ状態（係合状態）を維持したまま、第１、第４クラッチＣＬ１，ＣＬ４のうち第４クラッチＣＬ４を解放状態にし第１ブレーキを係合状態にする動作、すなわち係合状態になっている２つの係合要素のうち１つを切り替える動作でよく、油圧の制御動作時間を短くできる。そして、第９速段（９ｔｈ）から第１０速段（１０ｔｈ（ｃ１））に移行するときも同様の動作でよい。

しかし車両用自動変速機１は、第１０速段（１０ｔｈ（ｃ１））から第１１速段（１１ｔｈ）に移行するには、切替クラッチＤをｃ状態（係合状態）からｂ状態（解放状態）に切り替えるとともに、第４クラッチＣＬ４及び第１ブレーキＢ１のうち第４クラッチＣＬ４を解放状態にし第１、第３クラッチＣＬ１，ＣＬ３を係合状態にする必要、すなわち係合状態になっている２つの係合要素のうち１つを２つに切り替える必要があり、油圧の制御動作時間が長くなるという問題がある。

そこで、車両用自動変速機１は、第１０速段（１０ｔｈ（ｃ１））において、切替クラッチＤはｃ状態（係合状態）に、第４クラッチＣＬ４と第１ブレーキＢ１も係合状態に維持したまま、第３クラッチＣＬ３を係合することで第１０速段（１０ｔｈ（ｃ２））に一旦移行する。

さらに、車両用自動変速機１は、第１０速段（１０ｔｈ（ｃ３））において、切替クラッチＤをｃ状態（係合状態）からｂ状態（解放状態）に切り替える動作を行って第１０速段（１０ｔｈ（ｂ））に一旦移行する。

これにより、車両用自動変速機１は、第１０速段（１０ｔｈ（ｂ））から第１１速段（１１ｔｈ）に移行するときは、切替クラッチＤのｂ状態（解放状態）を維持したまま、第３、第４クラッチＣＬ３，ＣＬ４及び第１ブレーキＢ１のうち第４クラッチＣＬ４を解放状態にし第１クラッチＣＬ１を係合状態にする動作、すなわち係合状態にする３つの係合要素のうち１つを切り替える動作でよく、油圧の制御動作時間を短くできる。

ここで、課題で説明したように、従来の車両用自動変速機１２では、図９に示すように、後進変速段形成時に、第２サンギヤＳ１２が高速回転（回転速度比Ｈ）に晒されるので、第２クラッチＣＬ１２及び第１ブレーキＢ１１は、相対回転速度が大きくなって焼け等が発生し易くなる等の問題がある。この問題は、図１０に示す比較例の車両用自動変速機１１及び図１に示す車両用自動変速機１で解消することができ、以下に説明する。

図１０に示す比較例の車両用自動変速機１１では、図１１に示すように後進変速段形成時に、第１ブレーキＢ１及び第２クラッチＣＬ２を係合状態にして第１サンギヤＳ１及び第２リングギヤＲ２を固定し、第４クラッチＣＬ４を係合状態にして第２キャリアＣ２と第３キャリアＣ３とを連結することにより、第３キャリアＣ３に逆回転駆動力を作り出す。この逆回転駆動力は、第３キャリアＣ３を介して出力軸Ｔに出力される。

比較例の車両用自動変速機１１は、車両用自動変速機１において切替クラッチＤをｂ状態にしたときと同一であるため、比較例の車両用自動変速機１１における後進変速段形成時と同一にするには、車両用自動変速機１では、第２クラッチＣＬ２、第４クラッチＣＬ４及び第１ブレーキＢ１を係合状態にすればよい。

この車両用自動変速機１における後進変速段形成時には、第２サンギヤＳ２及び第３リングギヤＲ３は、同一回転で第３キャリアＣ３の回転（出力回転）よりも高速回転となる。しかし、第２サンギヤＳ２の回転速度比は、第２プラネタリ機構Ｐ２に着目して算出すると、第２リングギヤＲ２が固定され、第２キャリアＣ２が出力回転であるので、図４に示すように、ギヤ比λ２（＝第２サンギヤＳ２の歯数／第２リングギヤＲ２の歯数）の逆数＋１と、出力回転速度比とを積算した値ｈとなるため、従来の車両用自動変速機１２の第２サンギヤＳ１２の回転速度比Ｈのような高速回転に達することはない。よって、車両用自動変速機１（１１）では、第２クラッチＣＬ２及び第１ブレーキＢ１の焼け等の発生を防止できる。

しかし、車両用自動変速機１が上記後進変速段に形成されているときは、第２クラッチＣＬ２及び第１ブレーキＢ１には、出力の反力が掛かることになる。すなわち、第２クラッチＣＬ２及び第１ブレーキＢ１は、各プラネタリ機構Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のギヤ比λ１，λ２，λ３で表されるトルク分担比で反力を受ける必要があり、第２クラッチＣＬ２及び第１ブレーキＢ１が大型化する。

具体的には、図５の左側のＣＬ２に示す白抜きグラフが、切替クラッチＤが第３ポジションｂのときの第２クラッチＣＬ２のトルク分担比を示し、図５の左側のＢ１に示す白抜きグラフが、切替クラッチＤが第３ポジションｂのときの第１ブレーキＢ１のトルク分担比を示し、図５の左側のＤが、切替クラッチＤが第３ポジションｂのときの切替クラッチＤのトルク分担比（この場合は０）を示す。

そこで、車両用自動変速機１では、図２に示すように後進変速段形成時に、第２クラッチＣＬ２は係合状態にせずに解放状態のままとし、第１ブレーキＢ１を係合状態にして第１サンギヤＳ１を固定するとともに、切替クラッチＤをａ状態にして第２リングギヤＲ２を固定し、第４クラッチＣＬ４を係合状態にして第２キャリアＣ２と第３キャリアＣ３とを連結することにより、第３キャリアＣ３に逆回転駆動力を作り出す。

これにより、第２クラッチＣＬ２は解放状態であるのでトルク分担比は０になり、第１ブレーキＢ１のトルク分担比は前進変速段で第２クラッチＣＬ２と同時に係合状態となっていないときと同じ小さい値となり、切替クラッチＤが大部分のトルクを分担することになる。よって、第２クラッチＣＬ２及び第１ブレーキＢ１は、摩擦材の枚数やアクチュエータ室の面積を減少させて小型化でき、変速機のコストを低減でき、またトランスミッションサイズの小型化を図ったり内部構成の自由度を高められる。

具体的には、図５の右側のＣＬ２が、切替クラッチＤが第１ポジションａのときの第２クラッチＣＬ２のトルク分担比（この場合は０）を示し、図５の右側のＢ１に示す網掛けグラフが、切替クラッチＤが第１ポジションａのときの第１ブレーキＢ１のトルク分担比を示し、図５の右側のＤに示す網掛けグラフが、切替クラッチＤが第１ポジションａのときの切替クラッチＤのトルク分担比を示す。図５から明らかなように、切替クラッチＤを第１ポジションａとし、第４クラッチＣＬ４及び第１ブレーキＢ１を係合状態とする後進変速段は、切替クラッチＤを第１ポジションｂとし、第２、第４クラッチＣＬ２，ＣＬ４及び第１ブレーキＢ１を係合状態とする後進変速段と比較して、第２クラッチＣＬ２及び第１ブレーキＢ１のトルク分担比を大幅に減少させることができる。

また、切替クラッチＤを第１ポジションａとし、第４クラッチＣＬ４及び第１ブレーキＢ１を係合状態とする後進変速段では、第２サンギヤＳ２及び第３リングギヤＲ３は、同一回転で、第３キャリアＣ３の回転（出力回転）よりも高速回転となる。しかし、第２サンギヤＳ２の回転は、第２リングギヤＲ２が固定され、第２キャリアＣ２が出力回転であるので、従来の車両用自動変速機１２と比較して高速回転に達することはない。よって、車両用自動変速機１では、第２クラッチＣＬ２及び第１ブレーキＢ１の焼け等の発生を防止できる。

また、車両用自動変速機１では、後進変速段形成時に、第１キャリアＣ１は、入力軸Ｎの回転が入力され、第１サンギヤＳ１は、第１ブレーキＢ１により固定されているので、第１リングギヤＲ１は、増速の回転を得ており、前進段のうち５，７，９〜１２速段を構成しているときと同じ回転を得ているため、後進変速時特有の特異な回転を生じない。
また、車両用自動変速機１では、切替クラッチＤをドグクラッチとすることにより引き摺り要素を増やすことなく上述の効果を得られ、引き摺りによる燃費の悪化を抑制できる。

（実施形態の変形例の車両用自動変速機の機械構成）
実施形態の車両用自動変速機１の変形例の概略構成について図１に対応させて示す図６を参照して説明する。なお、図６においては、図１に示す部材と同一部材は同一番号を付して詳細な説明を省略する。この車両用自動変速機１０は、第２プラネタリ機構Ｐ２をシングルピニオン式からダブルピニオン式に変更した点で実施形態の車両用自動変速機１と異なる構成となっている。この変形例においては、ダブルピニオン式の第２プラネタリ機構Ｐ２を用いているため、第２プラネタリ機構Ｐ２の各要素は、速度線図の並び順で第２キャリアＣ２が本発明の「第１要素」に相当し、第２リングギヤＲ２が本発明の「第２要素」に相当し、第２サンギヤＳ２が本発明の「第３要素」に相当する。

この車両用自動変速機１０は、第２キャリアＣ２及び第３リングギヤＲ３は、第３ギヤ連結部材９を介して連結される。第１クラッチＣＬ１の一方は、第１クラッチ連結部材Ｕ１１を介して、第１キャリアＣ１に連結され、第１クラッチＣＬ１の他方は、第１クラッチ連結部材Ｕ１２を介して、第２サンギヤＳ２に連結される。第１クラッチＣＬ１は、第１キャリアＣ１と第２サンギヤＳ２とを係脱可能に連結する。

切替クラッチＤは、第２サンギヤＳ２を第１クラッチ連結部材Ｕ１２を介してハウジングＨに係脱可能に固定する第１ポジションａ、第２サンギヤＳ２を第３ギヤ連結部材９に連結される第２キャリアＣ２及び第３リングギヤＲ３に係脱可能に固定する第２ポジションｃ、又は第２サンギヤＳ２をハウジングＨ並びに第２キャリアＣ２及び第３リングギヤＲ３に対しフリー状態にする第３ポジションｂを切り替える。

このような構成の車両用自動変速機１０においても、実施形態の車両用自動変速機１と同様の効果を得ることができる。
なお、複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合せることが可能であることは、明らかである。

１，１０，１１，１２：車両用自動変速機、 ３：入力軸連結部材、 ４：出力軸連結部材、 ５，６：第１、第２ギヤ連結部材、 ９：第３ギヤ連結部材、 Ｈ：ハウジング、 Ｎ：入力軸、 Ｔ：出力軸、 Ｌ：回転軸線、 ＣＬ１：第１クラッチ、 ＣＬ２：第２クラッチ、 ＣＬ３：第３クラッチ、 ＣＬ４：第４クラッチ、 Ｂ１：第１ブレーキ、 Ｂ２：第２ブレーキ、 Ｄ：切替クラッチ、 Ｐ１：第１プラネタリ機構、 Ｐ２：第２プラネタリ機構、 Ｐ３：第３プラネタリ機構、 Ｓ１：第１サンギヤ、 Ｓ２：第２サンギヤ、 Ｓ３：第３サンギヤ、 Ｃ１：第１キャリア、 Ｃ２：第２キャリア、 Ｃ３：第３キャリア、 Ｒ１：第１リングギヤ、 Ｒ２：第２リングギヤ、 Ｒ３：第３リングギヤ、 Ｖ１，Ｖ２：第１、第２ブレーキ連結部材、 Ｕ１１，Ｕ２１，Ｕ３１，Ｕ４１：第１、第２、第３、第４クラッチ連結部材、 Ｕ１２，Ｕ２２，Ｕ３２，Ｕ４２：第１、第２、第３、第４クラッチ連結部材

Claims (2)

1. ハウジングと、
   シングルピニオン式の第１プラネタリ機構、シングルピニオン式又はダブルピニオン式の第２プラネタリ機構、及びシングルピニオン式の第３プラネタリ機構が、前記ハウジングに回転軸線と同軸に支承され、前記第２プラネタリ機構がシングルピニオン式の場合、速度線図の並び順で第２サンギヤ、第２キャリア、第２リングギヤを第１要素、第２要素、第３要素とし、ダブルピニオン式の場合、速度線図の並び順で第２キャリア、第２リングギヤ、第２サンギヤを第１要素、第２要素、第３要素とし、それらのうち前記第１プラネタリ機構の第１リングギヤと前記第３プラネタリ機構の第３サンギヤとが互いに連結され、前記第２プラネタリ機構の第１要素と前記第３プラネタリ機構の第３リングギヤとが互いに連結された３個のプラネタリ機構と、
   前記ハウジングに前記回転軸線回りに回転可能に支承され、前記第１プラネタリ機構の第１キャリアに連結された入力軸と、
   前記ハウジングに前記回転軸線回りに回転可能に支承され、前記第３プラネタリ機構の第３キャリアに連結された出力軸と、
   前記第１プラネタリ機構の第１サンギヤを前記ハウジングに係脱可能に固定する第１ブレーキと、
   互いに連結された前記第１要素と前記第３リングギヤとを前記ハウジングに係脱可能に固定する第２ブレーキと、
   前記第３要素を前記ハウジングに係脱可能に固定する第１ポジション、前記第３要素を前記第１要素及び前記第３リングギヤに係脱可能に固定する第２ポジション、又は前記第３要素を前記ハウジング並びに前記第１要素及び前記第３リングギヤに対し拘束されない状態にする第３ポジションの切り替え選択が可能な切替クラッチと、
   前記第１キャリアと前記第３要素とを係脱可能に連結する第１クラッチと、
   前記第１サンギヤと前記第３要素とを係脱可能に連結する第２クラッチと、
   前記第１リングギヤと前記第２要素とを係脱可能に連結する第３クラッチと、
   前記第２要素と前記第３キャリアとを係脱可能に連結する第４クラッチと、を備え、
   後進変速段形成時、
   前記第１ブレーキは、前記第１サンギヤを前記ハウジングに固定し、
   前記切替クラッチは、前記第３要素を前記ハウジングに固定し、
   前記第４クラッチは、前記第２要素と前記第３キャリアとを連結する、車両用自動変速機。
2. 前記シングルピニオン式の第１プラネタリ機構、第２プラネタリ機構及び第３プラネタリ機構は、この順序で前記入力軸側から前記出力軸側に向かって順次並列に配置され、
   前記第１ブレーキは、前記第１サンギヤに連結された第１ブレーキ連結部材を介して前記第１サンギヤの回転を制動し、
   前記切替クラッチは、前記第３要素に連結された第１クラッチ連結部材を介して前記第３要素の回転を制動し、
   前記第４クラッチは、前記第３キャリアに連結された第４クラッチ連結部材を介して、前記第３キャリアに連結されているとともに、前記第２要素に前記入力軸側で連結された第４クラッチ連結部材を介して、前記第２要素と前記第３キャリアとを係脱可能に連結する、請求項１に記載の車両用自動変速機。

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