JP7005352B2 - 有段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、入力軸と出力ギヤとに連結された遊星ギヤ機構を備えた有段変速機に関するものである。

自動車用の自動変速機として遊星ギヤ機構を備えた有段変速機が知られている。例えば特許文献１には、このような有段変速機を前輪駆動車に適用したものが開示されている。この有段変速機では、入力軸と同心に遊星ギヤ機構を配置し、入力軸に入力された回転を遊星ギヤ機構により変速して、遊星ギヤ機構の一端側に遊星ギヤ機構と直列的に配置された出力ギヤから出力する。

特開平１０－１６９７３０号公報

ところで、前輪駆動車の場合、車両の限られた車幅方向スペース内にエンジン及び変速機を横置きに設置する。この場合、レイアウト上、変速機の軸方向長さを極力短くすることが要求される。一方、有段変速機の多段化が進むのに伴って変速機に使用する遊星ギヤ機構の数が増え、これらが入力軸に沿って直列に配置されると、変速機の軸方向長さが増大することになる。このため、このような変速機を横置きに設置するには、変速機の軸方向長さを短く抑える工夫が必要となる。

本発明は、このような課題に着目して創案されたもので、遊星ギヤ機構を備えた有段変速機において、軸方向長さを短く抑えることができるようにすることを目的としている。

（１）上記の目的を達成するために、本発明の有段変速機は、入力軸と、前記入力軸と同心に配置され前記入力軸に連結された遊星ギヤ機構と、前記入力軸と同心に配置され前記遊星ギヤ機構に連結された出力ギヤと、を備えた有段変速機であって、前記出力ギヤが前記遊星ギヤ機構の外周側に配置され、前記入力軸の一端側から他端側に順に第１，第２，第３，第４の４つの前記遊星ギヤ機構を備え、前記出力ギヤは、前記第３の遊星ギヤ機構のキャリアに連結されて、前記第３の遊星ギヤ機構の外周側に配置され、前記第４の遊星ギヤ機構のプラネタリギヤは前記第３の遊星ギヤ機構のプラネタリギヤよりも小径で且つ回転中心を前記入力軸の軸心に接近して配置され、前記第３の遊星ギヤ機構のキャリアと前記第４の遊星ギヤ機構のリングギヤとがクラッチを介して連結されていることを特徴としている。

（２）さらに、前記第１の遊星ギヤ機構は、第１のサンギヤと、第１のプラネタリギヤを有する第１のキャリアと、第１のリングギヤと、を備え、前記第２の遊星ギヤ機構は、第２のサンギヤと、第２のプラネタリギヤを有する第２のキャリアと、第２のリングギヤと、を備え、前記第３の遊星ギヤ機構は、第３のサンギヤと、第３のプラネタリギヤを有する第３のキャリアと、第３のリングギヤと、を備え、前記第４の遊星ギヤ機構は、第４のサンギヤと、第４のプラネタリギヤを有する第４のキャリアと、第４のリングギヤと、を備え、前記第１のサンギヤ及び前記第４のキャリアは、前記入力軸に連結され、前記第３のキャリアは、前記出力ギヤに連結され、前記第４のリングギヤは、第１クラッチを介して前記第３のキャリアに連結され、前記第１のキャリアは、第２クラッチを介して前記入力軸に連結されると共に、第１ブレーキを介して変速機ケースに連結され、前記第１のリングギヤは、前記第２のキャリアに連結され、前記第２のリングギヤ，前記第３のサンギヤ及び前記第４のサンギヤは、互いに連結されていると共に、第３クラッチを介して前記第１のキャリアに連結され、前記第３のリングギヤは、第２ブレーキを介して前記変速機ケースに連結され、前記第２のサンギヤは、第３ブレーキを介して前記変速機ケースに連結されていることが好ましい。

本発明によれば、出力ギヤが遊星ギヤ機構の外周側に配置されているので、有段変速機の軸方向長を短縮させることができる。

本発明の一実施形態にかかる有段変速機の要部を示す模式的な断面図であり、（ａ）は本実施形態を示し、（ｂ）はその比較例を示す。 本発明の一実施形態に係る車両のパワートレーンを示す構成図である。 本発明の一実施形態に係る自動変速機の変速段ごとの各摩擦係合要素の締結作動表である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することや適宜組み合わせることが可能である。

［１．パワートレーンの構成］
本実施形態に係る自動車（以下、車両）のパワートレーンは、図２に示すように、駆動源であるエンジン１、ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ２及び有段式の自動変速機構（以下、有段変速機という）３からなる自動変速機４、自動変速機４の出力部（出力ギヤ）と駆動輪７との間に設けられた減速機構５及びディファレンシャル６からなる動力伝達機構等を備えている。エンジン１と自動変速機４とは車幅方向（図２の左右方向）に沿って直列に配置されている。

有段変速機３は、ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータ２を介してエンジン１と連結され、種々の摩擦係合要素（クラッチ又はブレーキ）を備え、これらの摩擦係合要素を締結又は解放することにより各変速段が達成される。種々の摩擦係合要素の締結又は解放やトルクコンバータ２のロックアップクラッチの係合状態は、図示しない油圧回路ユニットに設けられた所要のソレノイドバルブ等を制御して油の供給状態を切り替えることによって行なう。また、油圧回路ユニットは、図示しない自動変速機コントローラによって車両の走行状態に応じて制御される。

［２．自動変速機の構成］
図１（ａ）に示すように、有段変速機３は、第１プラネタリギヤ機構３１，第２プラネタリギヤ機構３２，第３プラネタリギヤ機構３３，第４プラネタリギヤ機構３４の４つのプラネタリギヤ機構（遊星ギヤ機構）が、同軸上に直列に配置され、第１速～第９速の前進９段及び後退段の変速段を達成する。なお、各プラネタリギヤ機構３１～３４は、サンギヤ３１Ｓ～３４Ｓ，キャリア３１Ｃ～３４Ｃ，リングギヤ３１Ｒ～３４Ｒを備えて構成される。

有段変速機３は、トルクコンバータを介してエンジンから回転が入力される入力軸３０Ａと、動力伝達機構５，６を介して駆動輪７へ回転を出力する出力ギヤ３０Ｂと、プラネタリギヤ機構３１～３４の特定の要素間を連結する中間軸３０Ｃ，３０Ｄとを備えている。各プラネタリギヤ機構３１～３４の所要の要素が選択的に組み合わされることにより、所要の動力伝達経路が構成され対応する変速段が達成される。

つまり、有段変速機３の入力軸３０Ａには、第１プラネタリギヤ機構３１のサンギヤ３１Ｓ及び第４プラネタリギヤ機構３４のキャリア３４Ｃが直接結合されている。したがって、第１プラネタリギヤ機構３１のサンギヤ３１Ｓ及び第４プラネタリギヤ機構３４のキャリア３４Ｃは、入力軸３０Ａと常に一体回転する。

また、入力軸３０Ａには連結軸３０Ｉが一体回転するように結合され、第１プラネタリギヤ機構３１のキャリア３１Ｃには連結軸３０Ｊが一体回転するように結合されている。これらの連結軸３０Ｉ，３０Ｊの間には第２クラッチＣ２が介装されている。したがって、入力軸３０Ａは、連結軸３０Ｉ，３０Ｊ及び第２クラッチＣ２を介して第１プラネタリギヤ機構３１のキャリア３１Ｃと連結される。

有段変速機３の出力ギヤ３０Ｂは、連結軸３０Ｋを介して第３プラネタリギヤ機構３３のキャリア３３Ｃと一体回転するように連結されている。したがって、第３プラネタリギヤ機構３３のキャリア３３Ｃは、出力ギヤ３０Ｂと常に一体回転する。また、キャリア３３Ｃには連結軸３０Ｈが一体回転するように結合され、第４プラネタリギヤ機構３４のリングギヤ３４Ｒには連結軸３０Ｇが一体回転するように結合されている。これらの連結軸３０Ｈ，３０Ｇの間には第１クラッチＣ１が介装されている。したがって、出力ギヤ３０Ｂは、キャリア３３Ｃ及び第１クラッチＣ１を介して第４プラネタリギヤ機構３４のリングギヤ３４Ｒと連結される。

第２プラネタリギヤ機構３２のリングギヤ３２Ｒ，第３プラネタリギヤ機構３３のサンギヤ３３Ｓ及び第４プラネタリギヤ機構３４のサンギヤ３４Ｓは何れも中間軸３０Ｃに直接連結されている。したがって、リングギヤ３２Ｒ、サンギヤ３３Ｓ及びサンギヤ３４Ｓは常に一体回転する。

第１プラネタリギヤ機構３１のリングギヤ３１Ｒ及び第２プラネタリギヤ機構３２のキャリア３２Ｃは何れも中間軸３０Ｄに直接連結されている。したがって、リングギヤ３１Ｒ及びキャリア３２Ｃは常に一体回転する。

第１プラネタリギヤ機構３１のキャリア３１Ｃには連結軸３０Ｌが一体回転するように連結され、連結軸３０Ｌと中間軸３０Ｃとの間には第３クラッチＣ３が介装されている。したがって、キャリア３１Ｃは、第３クラッチＣ３を介して中間軸３０Ｃに連結される。さらに、キャリア３１Ｃと一体回転する連結軸３０Ｊとトランスミッションケース３Ａとの間には、第１ブレーキＢ１が介装されている。

また、第２プラネタリギヤ機構３２のサンギヤ３２Ｓには連結軸３０Ｅが一体回転するように連結され、この連結軸３０Ｅとトランスミッションケース３Ａとの間には、第３ブレーキＢ３が介装されている。

また、第３プラネタリギヤ機構３３のリングギヤ３３Ｒには連結軸３０Ｆが一体回転するように連結され、連結軸３０Ｆとトランスミッションケース３Ａとの間には、第２ブレーキＢ２が介装されている。

このように構成された有段変速機３においては、第１クラッチＣ１，第２クラッチＣ２，第３クラッチＣ３，第１ブレーキＢ１，第２ブレーキＢ２，第３ブレーキＢ３といった各摩擦係合要素の締結・解放の組み合わせによって、第１速～第９速の前進９段及び後退段の内の何れかの変速段が達成される。

図３は有段変速機３における変速段ごとの各摩擦係合要素の締結・解放状態を示す締結作動表である。図３において、○印は当該摩擦係合要素が締結状態となることを示し、空欄は当該摩擦係合要素が解放状態となることを示す。段数の１～９は前進第１速～第９速を示し、段数のＲｅｖは後退段を示す。

図３に示すように、第１速を達成するには、第２ブレーキＢ２，第３ブレーキＢ３，第３クラッチＣ３を締結し、他の摩擦係合要素は解放する。第２速を達成するには、第２ブレーキＢ２，第２クラッチＣ２，第３クラッチＣ３を締結し、他の摩擦係合要素は解放する。第３速を達成するには、第２ブレーキＢ２，第３ブレーキＢ３，第２クラッチＣ２を締結し、他の摩擦係合要素は解放する。

第４速を達成するには、第２ブレーキＢ２，第３ブレーキＢ３，第１クラッチＣ１を締結し、他の摩擦係合要素は解放する。第５速を達成するには、第３ブレーキＢ３，第１クラッチＣ１，第２クラッチＣ２を締結し、他の摩擦係合要素は解放する。第６速を達成するには、第１クラッチＣ１，第２クラッチＣ２，第３クラッチＣ３を締結し、他の摩擦係合要素は解放する。

また、第７速を達成するには、第３ブレーキＢ３，第１クラッチＣ１，第３クラッチＣ３を締結し、他の摩擦係合要素は解放する。第８速を達成するには、第１ブレーキＢ１，第１クラッチＣ１，第３クラッチＣ３を締結し、他の摩擦係合要素は解放する。第９速を達成するには、第１ブレーキＢ１，第３ブレーキＢ３，第１クラッチＣ１を締結し、他の摩擦係合要素は解放する。後退段を達成するには、第１ブレーキＢ１，第２ブレーキＢ２，第３ブレーキＢ３を締結し、他の摩擦係合要素は解放する。

なお、このような有段変速機３の各摩擦係合要素の係合や解放による変速制御は自動変速機コントローラによって行なわれる。自動変速機コントローラでは、アクセル開度，エンジン回転数等の車両情報に基づいて、変速（変速段の切り替え）を判定し、油圧回路ユニットを制御して各摩擦係合要素（Ｃ１～Ｃ３，Ｂ１～Ｂ３）の係合や解放を実施する。

ところで、この有段変速機３では、出力ギヤ３０Ｂが何れかの遊星ギヤ機構の外周側に配置されている。つまり、出力ギヤ３０Ｂは、第３プラネタリギヤ機構３３のキャリア３３Ｃの外周に位置するリングギヤ３３Ｒのさらに外周に配置される。出力ギヤ３０Ｂは、キャリア３３Ｃと連結されているが、キャリア３３Ｃとの間にリングギヤ３３Ｒが配置されているため、出力ギヤ３０Ｂは、キャリア３３Ｃと連結軸３０Ｋを介して連結されている。

また、リングギヤ３３Ｒとその外周側のトランスミッションケース３Ａとの間には、第２ブレーキＢ２が配設されるが、第２ブレーキＢ２は出力ギヤ３０Ｂに対して軸方向の一側（図中右側）に並んで配置されている。ここでは、第２ブレーキＢ２は、第４プラネタリギヤ機構３４の外周に配置されている。

なお、第４プラネタリギヤ機構３４の外周には、中心側から外周側に向けて、第１クラッチＣ１及び第２ブレーキＢ２が配置される。このため、第４プラネタリギヤ機構３４の軸方向設置位置には、中心側から外周側に向けて、入力軸３０Ａと、サンギヤ３４Ｓと、プラネタリギヤ３４Ｐと、リングギヤ３４Ｒと、連結軸３０Ｇ，３０Ｈを含む第１クラッチＣ１と、連結軸３０Ｆを含む第２ブレーキＢ２とが多層に配置されている。

ここでは、サンギヤ３４Ｓ，プラネタリギヤ３４Ｐ及びリングギヤ３４Ｒをいずれも小径化して、多層でありながらも変速機が径方向に拡大しないようにしている。なお、ギヤを小径化するとギヤ歯の負担が増大するが、第４プラネタリギヤ機構３４が動力伝達するのは、第１クラッチＣ１が締結されたときであり、図３に示すように、第１クラッチＣ１は、伝達トルクが大きい第３速以内の低速段では締結されないため、ギヤを小径化しても支障はない。

［３．作用及び効果］
本実施形態にかかる有段変速機３は、上述のように構成されており、出力ギヤ３０Ｂが遊星ギヤ機構３３の外周側に配置されているので、有段変速機３の軸方向長を短縮させることができる。

図１（ｂ）は比較例に係る有段変速機３´を示すもので、図１（ｂ）の比較例において、図１（ａ）に示す本実施形態と対応する部材には、対応する符号を付しているが、本実施形態と同一構造の対応部材には同一符号を付し、本実施形態と構造に相違のある対応部材には同一符号にダッシュ（´）を付している。

図１（ｂ）に示すように、比較例のものは、特許文献１のものと同様に、出力ギヤ３０Ｂ´が遊星ギヤ機構群３１，３２，３３´，３４´の軸方向一端側に遊星ギヤ機構群３１～３４´と直列的に配置されている。つまり、比較例の有段変速機３の出力ギヤ３０Ｂ´は、連結軸３０Ｈ´を介して第３プラネタリギヤ機構３３のキャリア３３Ｃと一体回転するように連結されているが、連結軸３０Ｈ´は、第４プラネタリギヤ機構３４´の外周を経て、第４プラネタリギヤ機構３４´よりも軸方向一端側（図中、右端側）に突出するように延長されて、連結軸３０Ｈ´の先端に出力ギヤ３０Ｂ´が一体に結合されている。

比較例に係る有段変速機３´では、このように出力ギヤ３０Ｂ´が軸方向へ突出して配置されることによって、有段変速機３´の軸方向長さが大きくなる。
一方、本実施形態の有段変速機３では、出力ギヤ３０Ｂは軸方向へ突出して配置されていないので、比較例に比べて軸方向長さが長さＬだけ短縮される。

図１に示すように、前輪駆動車において、エンジン１及び有段変速機３を車両に対して横置きに配置する場合、左右の前輪の相互間の限られた空間内にパワートレーンの主要部を配置させなくてはならず、比較例の有段変速機３´のように軸方向長さが大きいと配置が困難になるが、本有段変速機３では軸方向長さが短縮されるため、パワートレーンの主要部の配置が容易なものになる。

また、出力ギヤ３０Ｂは、第３プラネタリギヤ機構３３のキャリア３３Ｃと一体に結合され、さらに、第３プラネタリギヤ機構３３のリングギヤ３３Ｒの外周側に配置されるので、出力ギヤ３０Ｂとキャリア３３Ｃとを結合する連結軸３０Ｋを軸方向に延ばすことなく出力ギヤ３０Ｂを配置することができ、出力ギヤ３０Ｂの支持剛性を確保し易い。

また、第３プラネタリギヤ機構３３のキャリア３３Ｃと第４プラネタリギヤ機構３４のリングギヤ３４Ｒとを結合する第１クラッチＣ１が第４プラネタリギヤ機構３４のリングギヤ３４の外周に配置されているので、上記の出力ギヤ３０Ｂの第３プラネタリギヤ機構３３の外周側への配置が容易となる。

［４．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明にかかる有段変速機は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記の実施形態を適宜変更して実施することができる。
例えば、上記の実施形態では図１（ａ）に示す前進９段の有段変速機３を例に説明したが、本発明の出力ギヤをプラネタリギヤ機構の外周に配置する構成は、プラネタリギヤ機構を備えて構成される有段変速機に広く適用することができる。

上記実施形態の有段変速機３の場合にも、出力ギヤ３０Ｂはプラネタリギヤ機構３１～３４の何れかの外周に配置すればよい。上記の実施形態では、出力ギヤ３０Ｂを第３プラネタリギヤ機構３３の外周側への配置し、第１クラッチＣ１を第４プラネタリギヤ機構３４の外周に配置しているが、出力ギヤ３０Ｂを第４プラネタリギヤ機構３４の外周側への配置し、第１クラッチＣ１を第３プラネタリギヤ機構３３の外周に配置するなどしてもよい。

１ エンジン（駆動源）
２ トルクコンバータ
３ 有段変速機（有段式の自動変速機構）
４ 自動変速機
５ 減速機構
６ ディファレンシャル
７ 駆動輪
３０Ａ 入力軸
３０Ｂ 出力ギヤ
３０Ｃ，３０Ｄ 中間軸
３０Ｅ～３０Ｌ 連結軸
３１～３４ 第１～４プラネタリギヤ機構（遊星ギヤ機構）
３１Ｃ～３４Ｃ キャリア
３１Ｒ～３４Ｒ リングギヤ
３１Ｓ～３４Ｓ サンギヤ
Ｂ１～Ｂ３ ブレーキ（摩擦係合要素）
Ｃ１～Ｃ３ クラッチ（摩擦係合要素）

Claims (2)

1. 入力軸と、前記入力軸と同心に配置され前記入力軸に連結された遊星ギヤ機構と、前記入力軸と同心に配置され前記遊星ギヤ機構に連結された出力ギヤと、を備えた有段変速機であって、
   前記出力ギヤが前記遊星ギヤ機構の外周側に配置され、
   前記入力軸の一端側から他端側に順に第１，第２，第３，第４の４つの前記遊星ギヤ機構を備え、
   前記出力ギヤは、前記第３の遊星ギヤ機構のキャリアに連結されて、前記第３の遊星ギヤ機構の外周側に配置され、
   前記第４の遊星ギヤ機構のプラネタリギヤは前記第３の遊星ギヤ機構のプラネタリギヤよりも小径で且つ回転中心を前記入力軸の軸心に接近して配置され、
   前記第３の遊星ギヤ機構のキャリアと前記第４の遊星ギヤ機構のリングギヤとがクラッチを介して連結されている
   ことを特徴とする有段変速機。
2. 前記第１の遊星ギヤ機構は、第１のサンギヤと、第１のプラネタリギヤを有する第１のキャリアと、第１のリングギヤと、を備え、
   前記第２の遊星ギヤ機構は、第２のサンギヤと、第２のプラネタリギヤを有する第２のキャリアと、第２のリングギヤと、を備え、
   前記第３の遊星ギヤ機構は、第３のサンギヤと、第３のプラネタリギヤを有する第３のキャリアと、第３のリングギヤと、を備え、
   前記第４の遊星ギヤ機構は、第４のサンギヤと、第４のプラネタリギヤを有する第４のキャリアと、第４のリングギヤと、を備え、
   前記第１のサンギヤ及び前記第４のキャリアは、前記入力軸に連結され、
   前記第３のキャリアは、前記出力ギヤに連結され、
   前記第４のリングギヤは、第１クラッチを介して前記第３のキャリアに連結され、
   前記第１のキャリアは、第２クラッチを介して前記入力軸に連結されると共に、第１ブレーキを介して変速機ケースに連結され、
   前記第１のリングギヤは、前記第２のキャリアに連結され、
   前記第２のリングギヤ，前記第３のサンギヤ及び前記第４のサンギヤは、互いに連結されていると共に、第３クラッチを介して前記第１のキャリアに連結され、
   前記第３のリングギヤは、第２ブレーキを介して前記変速機ケースに連結され、
   前記第２のサンギヤは、第３ブレーキを介して前記変速機ケースに連結されている
   ことを特徴とする請求項１記載の有段変速機。

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