JP7139674B2

JP7139674B2 - 自動変速機

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Publication number: JP7139674B2
Application number: JP2018085649A
Authority: JP
Inventors: 達也上杉
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2022-09-21
Anticipated expiration: 2038-04-26
Also published as: JP2019190597A

Description

本発明は、車両に搭載される自動変速機に関し、車両用の自動変速機の技術分野に属する。

車両に搭載される自動変速機は一般に、エンジンなどの駆動源に連結されると共に複数のプラネタリギヤセット（遊星歯車機構）及びクラッチやブレーキなどの複数の摩擦締結要素を備えた変速機構を有し、複数の摩擦締結要素を選択的に締結することにより各プラネタリギヤセットを経由する動力伝達経路を切り換えて複数の前進変速段と通例１段の後退速段とを達成するように構成されている。

前記摩擦締結要素として、複数の摩擦板と、油圧室に油圧が供給されたときに複数の摩擦板を押圧して摩擦締結要素を締結するピストンとを備え、油圧作動のピストンを用いて摩擦締結要素の締結及び解放を行う多板式の摩擦締結要素が知られている。

しかしながら、油圧を用いた多板式の摩擦締結要素では、油圧を供給するために油圧ポンプが用いられることから、油圧ポンプの駆動によって駆動損失が大きくなると共に油圧ポンプによって重量が増大し、燃費性能の低下を引き起こし得る。

これに対し、自動変速機の摩擦締結要素として、油圧作動のピストンを用いることに代えて、電気的アクチュエータである圧電アクチュエータを用いて摩擦締結要素の締結及び解放を行うことが考えられる。例えば特許文献１には、内燃機関と電気機械及びトランスミッションとの間に配置されるクラッチ装置に関するものであるが、電気的アクチュエータとして圧電アクチュエータを用いることが開示されている。

特表２０１５－５００９６５号公報

複数の摩擦締結要素を備えた変速機構を有する自動変速機では、複数のブレーキが軸方向に並んで配置される場合がある。軸方向に並んで配置される複数のブレーキについてそれぞれ、油圧作動のピストンを用いることに代えて、電気的アクチュエータである圧電アクチュエータを用いてブレーキの締結及び解放を行うことで、油圧ポンプによる駆動損失及び重量の低減を図ることができるものと考えられる。しかしながら、圧電アクチュエータは変位量が小さいことから、圧電アクチュエータを用いてブレーキの締結及び解放を如何に実現するかが問題となる。

そこで、本発明は、複数のブレーキが軸方向に並んで配置される自動変速機において、圧電アクチュエータを用いて複数のブレーキの締結及び解放を実現して駆動損失及び重量の低減を図ることを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、変速機ケース内に軸方向に並んで配置される複数のブレーキを含む複数の摩擦締結要素を備えた変速機構を有する自動変速機であって、前記複数のブレーキはそれぞれ、ブレーキドラムと、前記変速機ケースに結合されると共に前記ブレーキドラムを押圧して前記ブレーキを締結する複数のブレーキ用圧電アクチュエータとを備え、前記複数のブレーキ用圧電アクチュエータはそれぞれ、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子の伸縮変位に基づいて径方向に変位して前記ブレーキドラムを押圧するように形成されると共に前記複数のブレーキのブレーキドラムの外周側に前記複数のブレーキのブレーキドラムと軸方向にオーバーラップして周方向に分散して配置され、前記複数のブレーキにそれぞれ対応する前記ブレーキ用圧電アクチュエータは、周方向に異なる位置に配置されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記変速機構は、前記複数の摩擦締結要素のそれぞれの圧電アクチュエータへの非電圧印加時に所定の変速段を達成するように構成され、前記所定の変速段で締結される摩擦締結要素の圧電アクチュエータは、非電圧印加時に該摩擦締結要素を締結するように形成され、前記所定の変速段で解放される摩擦締結要素の圧電アクチュエータは、非電圧印加時に該摩擦締結要素を解放するように形成されていることを特徴とする。

本願の請求項１に記載の発明によれば、軸方向に並んで配置される複数のブレーキはそれぞれ、ブレーキドラムと、変速機ケースに結合されてブレーキドラムを押圧する複数の圧電アクチュエータとを備え、複数の圧電アクチュエータはそれぞれ、軸方向に伸縮変位する圧電素子の伸縮変位に基づいて径方向に変位してブレーキドラムを押圧するように形成されると共に複数のブレーキドラムの外周側に周方向に分散して配置される。

これにより、複数のブレーキがそれぞれ周方向に分散して配置された複数の圧電アクチュエータを用いて締結されるので、ブレーキがそれぞれ油圧作動のピストンを用いて締結される場合に比して、油圧ポンプによる駆動損失及び重量の低減を図ることができる。

変位量が小さい圧電アクチュエータを用いる場合においても、圧電アクチュエータは、軸方向に並んで配置される複数のブレーキのブレーキドラムの外周側に複数のブレーキドラムと軸方向にオーバーラップして配置され、複数のブレーキにそれぞれ対応する圧電アクチュエータは、周方向に異なる位置に配置されることにより、複数のブレーキのそれぞれのブレーキドラムの外周側にそれぞれのブレーキの圧電アクチュエータを配置する場合に比して、圧電アクチュエータを軸方向に長く形成することができ、圧電アクチュエータの変位量を大きくして圧電アクチュエータを用いてブレーキの締結及び解放を実現することができる。

また、ブレーキはそれぞれ、周方向に分散して配置された複数の圧電アクチュエータによってブレーキドラムを押圧してブレーキの締結及び解放が行われるので、複数の圧電アクチュエータからなるバンド式のブレーキとして、多板式のブレーキを用いる場合に比して締結するための変位量を低減することができ、ブレーキの締結及び解放を有効に実現することができる。

したがって、複数のブレーキが軸方向に並んで配置される自動変速機において、圧電アクチュエータを用いて複数のブレーキの締結及び解放を実現して駆動損失及び重量の低減を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、変速機構は、複数の摩擦締結要素のそれぞれの圧電アクチュエータへの非電圧印加時に所定の変速段を達成するように構成され、所定の変速段で締結される摩擦締結要素の圧電アクチュエータは、非電圧印加時に該摩擦締結要素を締結するように形成され、所定の変速段で解放される摩擦締結要素の圧電アクチュエータは、非電圧印加時に該摩擦締結要素を解放するように形成される。

これにより、自動変速機が搭載された車両の走行中に、複数の摩擦締結要素のそれぞれの圧電アクチュエータに電圧を印加することができなくなる故障が発生した場合においても、変速機構が、例えば４速段などの所定の変速段を達成して所定の変速段でのフェイルセーフ走行を行うことができる。

本発明の実施形態に係る自動変速機の骨子図である。自動変速機の摩擦締結要素の締結表である。自動変速機の摩擦締結要素及びその周辺の断面図である。図３のＹ４－Ｙ４方向から見た自動変速機の摩擦締結要素を示す図である。図３のＹ５－Ｙ５方向から見た自動変速機の摩擦締結要素を示す図である。第１ブレーキの圧電アクチュエータを説明するための説明図である。自動変速機のブレーキ及びその周辺の断面図である。自動変速機のクラッチ及びその周辺の断面図である。第１回転部材と第１回転部材に結合された圧電アクチュエータとを示す斜視図である。第１回転部材に結合された圧電アクチュエータを示す斜視図である。第１クラッチの圧電アクチュエータを説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る自動変速機の骨子図である。この自動変速機１は、フロントエンジン・フロントドライブ車等のエンジン横置き式の車両に搭載され、変速機ケース２内に、エンジンなどの駆動源に連結されると共に複数のプラネタリギヤセット及びクラッチやブレーキなどの複数の摩擦締結要素を備えた変速機構４を備えている。

変速機構４は、駆動源に連結される入力軸３上に、駆動源側（図の右側）から軸方向に並んで配置される複数のプラネタリギヤセットとして第１、第２、第３プラネタリギヤセット（以下、「第１、第２、第３ギヤセット」という）１０、２０、３０を備えている。

変速機構４はまた、入力軸３上に、前記ギヤセット１０、２０、３０で構成される動力伝達経路を切り換えるための複数の摩擦締結要素として、入力軸３からの動力を前記ギヤセット１０、２０、３０側へ選択的に伝達する第１クラッチ４０及び第２クラッチ５０と、各ギヤセット１０、２０、３０の所定の回転要素を固定する第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０及び第３ブレーキ８０とを備えている。

第１クラッチ４０及び第２クラッチ５０は、軸方向にオーバーラップして配置されている。第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０及び第３ブレーキ８０は、第１クラッチ４０及び第２クラッチ５０の反駆動源側に、駆動源側から軸方向に並んで配置されている。

第１、第２、第３ギヤセット１０、２０、３０のうち、第１ギヤセット１０と第２ギヤセット２０とはシングルピニオン型であって、サンギヤ１１、２１と、これらのサンギヤ１１、２１に噛み合った各複数のピニオン１２、２２と、これらのピニオン１２、２２をそれぞれ支持するキャリヤ１３、２３と、ピニオン１２、２２に噛み合ったリングギヤ１４、２４とで構成されている。

第３ギヤセット３０はダブルサンギヤ型であって、サンギヤ３１と、サンギヤ３１に噛み合った複数の第１ピニオン３２ａと、第１ピニオン３２ａに噛み合った第２ピニオン３２ｂと、これらのピニオン３２ａ、３２ｂを支持するキャリヤ３３と、第２ピニオン３２ｂに噛み合ったリングギヤ３４とで構成されている。

そして、第３ギヤセット３０のサンギヤ３１と第１クラッチ４０及び第２クラッチ５０の入力部材４１とに入力軸３が連結されていると共に、第１ギヤセット１０のサンギヤ１１と第２ギヤセット２０のサンギヤ２１とが結合されて、第１クラッチ４０の出力部材４２に連結され、また、第２ギヤセット２０のキャリヤ２３に第２クラッチ５０の出力部材５２が連結されている。

また、第１ギヤセット１０のリングギヤ１４と第２ギヤセット２０のキャリヤ２３とが結合されて、これらと変速機ケース２との間に第１ブレーキ６０が配設され、第２ギヤセット２０のリングギヤ２４と第３ギヤセット３０のリングギヤ３４とが結合されて、これらと変速機ケース２との間に第２ブレーキ７０が配設され、さらに、第３ギヤセット３０のキャリヤ３３と変速機ケース２との間に第３ブレーキ８０が配設されている。

そして、第１ギヤセット１０のキャリヤ１３に、自動変速機１の出力を駆動輪側へ出力する出力ギヤ５が連結されている。出力ギヤ５は、軸方向に第１クラッチ４０及び第２クラッチ５０と第１ギヤセット１０との間に配置されている。

以上の構成により、自動変速機１は、第１クラッチ４０、第２クラッチ５０、第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０及び第３ブレーキ８０の締結状態の組み合わせにより、図２に示すように、Ｄレンジでの１～６速段と、Ｒレンジでの後退速段とが形成されるようになっている。

本実施形態における第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０及び第３ブレーキ８０が本発明に係る軸方向に並んで配置される複数のブレーキに相当し、本実施形態における第１クラッチ４０及び第２クラッチ５０が本発明に係る軸方向にオーバーラップして配置される２つのクラッチに相当する。

図３は、自動変速機の摩擦締結要素及びその周辺の断面図、図４は、図３のＹ４－Ｙ４方向から見た自動変速機の摩擦締結要素を示す図、図５は、図３のＹ５－Ｙ５方向から見た自動変速機の摩擦締結要素を示す図である。

図３から図５に示すように、自動変速機１は、変速機ケース２内に回転可能に支持された入力軸３上に変速機構４を備えている。変速機ケース２には、筒状に形成された外周部２ａの軸方向中央側に径方向内側に延びる縦壁部２ｂが設けられ、縦壁部２ｂの駆動源側に第１クラッチ４０及び第２クラッチ５０が軸方向にオーバーラップして配置され、縦壁部２ｂの反駆動源側に第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０及び第３ブレーキ８０が軸方向に並んで配置されている。

先ず、自動変速機１の第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０及び第３ブレーキ８０について説明する。

第１ブレーキ６０は、図３に示すように、円筒状に形成された回転部材としてのブレーキドラム６１と、変速機ケース２に結合されると共にブレーキドラム６１を押圧して第１ブレーキ６０を締結する複数の圧電アクチュエータ６２とを備えている。ブレーキドラム６１は、第１ギヤセット１０のリングギヤ１４の外周側に該リングギヤ１４と一体的に形成され、第１ギヤセット１０のリングギヤ１４と第２ギヤセット２０のキャリヤ２３とに結合されている。

圧電アクチュエータ６２は、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子６３と、圧電素子６３の伸縮変位を軸方向と直交する径方向の変位に拡大して変換する変位変換機構６４とを有し、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子６３の伸縮変位に基づいて径方向に変位してブレーキドラム６１を押圧するように形成されている。

圧電素子６３は、四角柱状に軸方向に延びるように形成されている。圧電素子６３の材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などが用いられる。変位変換機構６４は、圧電素子６３の軸方向両側の端面がそれぞれ取り付けられて圧電素子６３の軸方向の伸縮変位を径方向の変位に拡大して変換する変位変換部材６５を備えている。

変位変換部材６５は、金属材料を用いて形成され、圧電素子６３が取り付けられる両側の側面部６５ａと、両側の側面部６５ａの径方向外側の端部どうしを連結して軸方向に延びる外面部６５ｂと、両側の側面部６５ａの径方向内側の端部どうしを連結して軸方向に延びる内面部６５ｃとを備え、周方向に見て断面略四角形状に形成されている。

変位変換部材６５の外面部６５ｂは、軸方向両側から軸方向中央側に向けて径方向内側に窪むように傾斜して設けられ（図６参照）、外面部６５ｂの径方向中央側に軸方向両側の端部よりも径方向外側に突出する固定部６５ｄが設けられている。変位変換部材６５の内面部６５ｃは、軸方向両側から軸方向中央側に向けて径方向外側に窪むように傾斜して設けられ（図６参照）、内面部６５ｃの径方向中央側に軸方向両側の端部よりも径方向内側に突出する出力部６５ｅが設けられている。

変位変換部材６５は、両側の側面部６５ａと内面部６５ｃとの間の角部から内面部６５ｃにおける出力部６５ｅまでの距離がそれぞれ、両側の側面部６５ａと内面部６５ｃとの間の角部から側面部６５ａにおける圧電素子６３が取り付けられる部分までの距離よりも長く形成され、圧電素子６３の軸方向の伸縮変位を径方向の変位に拡大して変換するように形成されている。なお、変位変換部材６５として、圧電素子６３の軸方向の伸縮変位を径方向の変位に変換するその他の形状を有する変位変換部材を用いることが可能である。

変位変換部材６５の出力部６５ｅには、ブレーキドラム６１の外周側にブレーキドラム６１に対向して配置される押圧部６５ｆが連結され、押圧部６５ｆは、摩擦材６６を介してブレーキドラム６１を押圧するようになっている。摩擦材６６は、例えば紙などを用いて形成されている。

複数の圧電アクチュエータ６２はそれぞれ、図４に示すように、変速機ケース２の外周部２ａに形成された第１ブレーキ用スプライン２ｃに嵌合されると共に変位変換部材６５の固定部６５ｄが第１ブレーキ用スプライン２ｃに固定して取り付けられ、変速機ケース２に結合されている。

圧電アクチュエータ６２には、図示しない電圧印加装置によって圧電素子６３に所定電圧が印加されるようになっている。前記電圧印加装置の作動は、図示しない制御装置によって制御されるようになっている。

複数の圧電アクチュエータ６２は、軸方向に略同一位置に配置され、第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０及び第３ブレーキ８０のそれぞれのブレーキドラム６１、７１、８１の外周側にブレーキドラム６１、７１、８１と軸方向にオーバーラップすると共に周方向に分散して配置されている。自動変速機１では、７つの圧電アクチュエータ６２が、周方向に略等間隔に離間して配置されている。

図６は、第１ブレーキの圧電アクチュエータを説明するための説明図である。図６では、圧電アクチュエータの断面形状を分かり易くするために誇張して示している。圧電アクチュエータ６２は、圧電素子６３に電圧が印加されていない非電圧印加時には、図６（ａ）に示すように、変位変換部材６５の出力部６５ｅに連結された押圧部６５ｆがブレーキドラム６１と径方向に離間して配置され、ブレーキ６０は解放状態とされる。

一方、圧電アクチュエータ６２は、圧電素子６３に所定電圧が印加された電圧印加時には、図６（ｂ）に示すように、印加電圧に応じて圧電素子６３が軸方向に伸長して変位すると共に圧電素子６３の軸方向の変位が変位変換部材６５によって径方向に拡大して変換されて出力部６５ｅが径方向内側に変位すると共に押圧部６５ｆが径方向内側に変位してブレーキドラム６１を押圧し、ブレーキ６０は締結状態とされる。

このように、第１ブレーキ用圧電アクチュエータ６２は、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子６３の伸縮変位に基づいて径方向に変位してブレーキドラム６１を押圧するように形成されている。複数の第１ブレーキ用圧電アクチュエータ６２は、同様に構成されて同様に電圧印加が制御され、第１ブレーキ６０の締結及び解放を行うようになっている。

図７は、自動変速機のブレーキ及びその周辺の断面図である。図７（ａ）は、自動変速機の第２ブレーキ及びその周辺の断面図、図７（ｂ）は、自動変速機の第３ブレーキ及びその周辺の断面図である。第２ブレーキ及び第３ブレーキは、第１ブレーキと略同様に形成され、第１ブレーキと同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

図７（ａ）に示すように、第２ブレーキ７０は、円筒状に形成された回転部材としてのブレーキドラム７１と、変速機ケース２に結合されると共にブレーキドラム７１を押圧して第２ブレーキ７０を締結する複数の圧電アクチュエータ７２とを備えている。ブレーキドラム７１は、第２ギヤセット２０のリングギヤ２４の反駆動源側に配置され、第２ギヤセット２０のリングギヤ２４と第３ギヤセット３０のリングギヤ３４とに結合されている。第２ブレーキ７０のブレーキドラム７１は、第１ブレーキ６０のブレーキドラム６１と外径が略等しく形成され、ブレーキドラム６１の反駆動源側に配置されている。

圧電アクチュエータ７２は、圧電アクチュエータ６２と略同様に形成され、圧電素子６３と変位変換機構６４とを有し、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子６３の伸縮変位に基づいて径方向に変位してブレーキドラム７１を押圧するように形成されている。

圧電アクチュエータ７２では、変位変換部材６５の出力部６５ｅには、ブレーキドラム７１の外周側にブレーキドラム７１に対向して配置される押圧部７５ｆが連結され、押圧部７５ｆは、摩擦材６６を介してブレーキドラム７１を押圧するようになっている。

複数の圧電アクチュエータ７２はそれぞれ、図４に示すように、変速機ケース２の外周部２ａに形成された第２ブレーキ用スプライン２ｄに嵌合されると共に変位変換部材６５の固定部６５ｄが第２ブレーキ用スプライン２ｄに固定して取り付けられ、変速機ケース２に結合されている。

複数の圧電アクチュエータ７２は、軸方向に略同一位置に配置され、第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０及び第３ブレーキ８０のそれぞれのブレーキドラム６１、７１、８１の外周側にブレーキドラム６１、７１、８１と軸方向にオーバーラップすると共に周方向に分散して配置されている。自動変速機１では、７つの圧電アクチュエータ７２が、周方向に略等間隔に離間して配置されている。複数の第２ブレーキ用圧電アクチュエータ７２はそれぞれ、第１ブレーキ用圧電アクチュエータ６２の周方向一方側に隣接して配置されている。

圧電アクチュエータ７２についても、前記制御装置によって制御される前記電圧印加装置によって圧電素子６３に所定電圧が印加されるようになっている。圧電アクチュエータ７２は、非電圧印加時には、変位変換部材６５の出力部６５ｅに連結された押圧部７５ｆがブレーキドラム７１と径方向に離間して配置され、ブレーキ７０は解放状態とされる一方、電圧印加時には、印加電圧に応じて圧電素子６３が軸方向に伸長して変位すると共に圧電素子６３の軸方向の変位が径方向に拡大して変換されて出力部６５ｅが径方向内側に変位すると共に押圧部７５ｆが径方向内側に変位してブレーキドラム７１を押圧し、ブレーキ７０は締結状態とされる。

このように、第２ブレーキ用圧電アクチュエータ７２は、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子６３の伸縮変位に基づいて径方向に変位してブレーキドラム７１を押圧するように形成されている。複数の第２ブレーキ用圧電アクチュエータ７２は、同様に構成されて同様に電圧印加が制御され、第２ブレーキ７０の締結及び解放を行うようになっている。

図７（ｂ）に示すように、第３ブレーキ８０は、円筒状に形成された回転部材としてのブレーキドラム８１と、変速機ケース２に結合されると共にブレーキドラム８１を押圧して第３ブレーキ８０を締結する複数の圧電アクチュエータ８２とを備えている。ブレーキドラム８１は、第３ギヤセット３０のリングギヤ３４の外周側に配置され、第３ギヤセット３０のキャリヤ３３に結合されている。第３ブレーキ８０のブレーキドラム８１は、第２ブレーキ７０のブレーキドラム７１と外径が略等しく形成され、ブレーキドラム７１の反駆動源側に配置されている。

圧電アクチュエータ８２は、圧電アクチュエータ６２と略同様に形成され、圧電素子６３と変位変換機構６４とを有し、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子６３の伸縮変位に基づいて径方向に変位してブレーキドラム８１を押圧するように形成されている。

圧電アクチュエータ８２では、変位変換部材６５の出力部６５ｅには、ブレーキドラム８１の外周側にブレーキドラム８１に対向して配置される押圧部８５ｆが連結され、押圧部８５ｆは、摩擦材６６を介してブレーキドラム８１を押圧するようになっている。

複数の圧電アクチュエータ８２はそれぞれ、図４に示すように、変速機ケース２の外周部２ａに形成された第３ブレーキ用スプライン２ｅに嵌合されると共に変位変換部材６５の固定部６５ｄが第３ブレーキ用スプライン２ｅに固定して取り付けられ、変速機ケース２に結合されている。

複数の圧電アクチュエータ８２は、第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０及び第３ブレーキ８０のそれぞれのブレーキドラム６１、７１、８１の外周側にブレーキドラム６１、７１、８１と軸方向にオーバーラップすると共に周方向に分散して配置されている。自動変速機１では、７つの圧電アクチュエータ８２が、周方向に略等間隔に離間して配置されている。複数の第３ブレーキ用圧電アクチュエータ８２はそれぞれ、第１ブレーキ用圧電アクチュエータ６２の周方向他方側に隣接して配置されている。

圧電アクチュエータ８２についても、前記制御装置によって制御される前記電圧印加装置によって圧電素子６３に所定電圧が印加されるようになっている。圧電アクチュエータ８２は、非電圧印加時には、変位変換部材６５の出力部６５ｅに連結された押圧部８５ｆがブレーキドラム８１と径方向に離間して配置され、ブレーキ８０は解放状態とされる一方、電圧印加時には、印加電圧に応じて圧電素子６３が軸方向に伸長して変位すると共に圧電素子６３の軸方向の変位が径方向に拡大して変換されて出力部６５ｅが径方向内側に変位すると共に押圧部８５ｆが径方向内側に変位してブレーキドラム８１を押圧し、ブレーキ８０は締結状態とされる。

このように、第３ブレーキ用圧電アクチュエータ８２は、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子６３の伸縮変位に基づいて径方向に変位してブレーキドラム８１を押圧するように形成されている。複数の第３ブレーキ用圧電アクチュエータ８２は、同様に構成されて同様に電圧印加が制御され、第３ブレーキ８０の締結及び解放を行うようになっている。

第１ブレーキ６０、第２ブレーキ７０及び第３ブレーキ８０はそれぞれ、図２に示す締結表に従って締結及び解放が行われ、変速機構４が所定の変速段を達成するように各ブレーキ６０、７０、８０の圧電アクチュエータ６２、７２、８２への印加電圧が制御される。

次に、自動変速機１の第１クラッチ４０及び第２クラッチ５０について説明する。

図８は、自動変速機のクラッチ及びその周辺の断面図であり、図３に示すクラッチとは異なるクラッチ及びその周辺の断面図を示している。図９は、第１回転部材と第１回転部材に結合された圧電アクチュエータとを示す斜視図、図１０は、第１回転部材に結合された圧電アクチュエータを示す斜視図である。

第１クラッチ４０は、図３に示すように、有底円筒状に形成されたクラッチハブとしての第１回転部材４１と、有底円筒状に形成されて第１回転部材４１の外周側に配置されたクラッチドラムとしての第２回転部材４２と、第１回転部材４１の外周面に結合されると共に第２回転部材４２を押圧して第１クラッチ４０を締結する複数の圧電アクチュエータ４５とを備えている。

第１回転部材４１は、第１クラッチ４０の入力部材であり、略円筒状に軸方向に延びる円筒部４１ａと円筒部４１ａの駆動源側から径方向内側に延びて略円盤状に形成される縦壁部４１ｂとを備え、入力軸３に結合されている。

第２回転部材４２は、第１クラッチ４０の出力部材であり、略円筒状に軸方向に延びる円筒部４２ａと円筒部４２ａの反駆動源側から径方向内側に延びて略円盤状に形成される縦壁部４２ｂとを備え、軸方向に延びる動力伝達部材Ｘ１に結合されて第１ギヤセット１０のサンギヤ１１及び第２ギヤセット２０のサンギヤ２１に連結されている。

第２クラッチ５０は、図８に示すように、有底円筒状に形成されたクラッチドラムとしての第１回転部材４１と、有底円筒状に形成されて第１回転部材４１の内周側に配置されたクラッチハブとしての第３回転部材５２と、第１回転部材４１の内周面に結合されると共に第３回転部材５２を押圧して第２クラッチ５０を締結する複数の圧電アクチュエータ５５とを備えている。

第１回転部材４１は、第１クラッチ４０の入力部材であると共に第２クラッチ５０の入力部材であり、円筒部４１ａと縦壁部４１ｂとを備えて入力軸３に結合されている。

第３回転部材５２は、第２クラッチ５０の出力部材であり、略円筒状に軸方向に延びる円筒部５２ａと円筒部５２ａの反駆動源側から径方向内側に延びて略円盤状に形成される縦壁部５２ｂとを備え、軸方向に延びる動力伝達部材Ｘ２に結合されて第２ギヤセット２０のキャリヤ２３に連結されている。

図５及び図９に示すように、第１回転部材４１は、円筒部４１ａに径方向内側から径方向外側に断面略矩形状に凹状に窪む複数の内側凹部４３が周方向に分散して形成されている。自動変速機１では、円筒部４１ａに、７つの内側凹部４３が周方向に略等間隔に離間して形成されている。

第１回転部材４１の複数の内側凹部４３はそれぞれ、底面部４３ａと、底面部４３ａの周方向両側から径方向内側に延びる両側の側面部４３ｂとを備えている。底面部４３ａの外周面は円弧状に形成され、両側の側面部４３ｂにはそれぞれ内部に軸方向に延びる空洞部４３ｃが形成されている。

第１回転部材４１はまた、隣接する内側凹部４３の側面部４３ｂと円筒部４１ａにおける内側凹部４３が形成されていない部分とによって円筒部４１ａに径方向外側から径方向内側に断面略矩形状に凹状に窪む複数の外側凹部４４が周方向に分散して形成されている。自動変速機１では、円筒部４１ａに、７つの外側凹部４４が周方向に略等間隔に離間して形成されている。

第１回転部材４１の外側凹部４４内にはそれぞれ、圧電アクチュエータ４５が配置されている。圧電アクチュエータ４５は、円筒部４１ａにおける内側凹部４３が形成されていない部分の外周面に結合されて第１回転部材４１の外周面に結合されている。

第１回転部材４１の内側凹部４３内にそれぞれ、圧電アクチュエータ５５が配置されている。圧電アクチュエータ５５は、円筒部４１ａにおける内側凹部４３が形成されている部分の内周面に結合されて第１回転部材４１の内周面に結合されている。

複数の第１クラッチ用圧電アクチュエータ４５と複数の第２クラッチ用圧電アクチュエータ５５とは、軸方向に略同一位置に配置されて軸方向にオーバーラップすると共に径方向にオーバーラップして周方向に異なる位置に配置されている。

第１クラッチ用圧電アクチュエータ４５は、図３に示すように、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子４６と、圧電素子４６の伸縮変位を軸方向と直交する径方向の変位に拡大して変換する変位変換機構４７とを有し、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子４６の伸縮変位に基づいて径方向に変位して第２回転部材４２を押圧するように形成されている。

圧電素子４６は、四角柱状に軸方向に延びるように形成されている。圧電素子４６の材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などが用いられる。変位変換機構４７は、圧電素子４６の軸方向両側の端面がそれぞれ取り付けられて圧電素子４６の軸方向の伸縮変位を径方向の変位に拡大して変換する変位変換部材４８を備えている。

変位変換部材４８は、金属材料を用いて形成され、圧電素子４６が取り付けられる両側の側面部４８ａと、両側の側面部４８ａの径方向外側の端部どうしを連結して軸方向に延びる外面部４８ｂと、両側の側面部４８ａの径方向内側の端部どうしを連結して軸方向に延びる内面部４８ｃとを備え、周方向に見て断面略四角形状に形成されている。

変位変換部材４８の内面部４８ｃは、軸方向両側から軸方向中央側に向けて径方向内側に突出するように傾斜して設けられ（図１１参照）、内面部４８ｃの径方向中央側に軸方向両側の端部よりも径方向内側に突出する固定部４８ｄが設けられている。変位変換部材４８の外面部４８ｂは、軸方向両側から軸方向中央側に向けて径方向外側に突出するように傾斜して設けられ（図１１参照）、外面部４８ｂの径方向中央側に軸方向両側の端部よりも径方向外側に突出する出力部４８ｅが設けられている。

変位変換部材４８は、両側の側面部４８ａと外面部４８ｂとの間の角部から外面部４８ｂにおける出力部４８ｅまでの距離がそれぞれ、両側の側面部４８ａと外面部４８ｂとの間の角部から側面部４８ａにおける圧電素子４６が取り付けられる部分までの距離よりも長く形成され、圧電素子４６の軸方向の伸縮変位を径方向の変位に拡大して変換するように形成されている。なお、変位変換部材４８として、圧電素子４６の軸方向の伸縮変位を径方向の変位に変換するその他の形状を有する変位変換部材を用いることが可能である。

変位変換部材４８の出力部４８ｅは、第２回転部材４２の円筒部４２ａに対向して配置される押圧部４８ｅとして機能し、押圧部４８ｅは、摩擦材４９を介して第２回転部材４２を押圧するようになっている。摩擦材４９は、例えば紙などを用いて形成されている。

複数の圧電アクチュエータ４５はそれぞれ、第１回転部材４１の円筒部４１ａの外側凹部４４内に配置されて変位変換部材４８の固定部４８ｄが円筒部４１ａの外周面に固定して取り付けられ、第１回転部材４１の外周面に結合されている。

圧電アクチュエータ４５には、図示しない電圧印加装置によって圧電素子４６に所定電圧が印加されるようになっている。前記電圧印加装置の作動は、図示しない制御装置によって制御されるようになっている。

複数の圧電アクチュエータ４５は、第１回転部材４１の円筒部４１ａの外周面に軸方向にオーバーラップすると共に周方向に分散して配置されている。自動変速機１では、７つの圧電アクチュエータ４５が、周方向に略等間隔に離間して配置されている。

図１１は、第１クラッチの圧電アクチュエータを説明するための説明図である。図１１では、圧電アクチュエータの断面形状を分かり易くするために誇張して示している。圧電アクチュエータ４５は、圧電素子４６に電圧が印加されていない非電圧印加時には、図１１（ａ）に示すように、変位変換部材４８の押圧部４８ｅが第２回転部材４２を押圧して配置され、第１クラッチ４０は締結状態とされる。

一方、圧電アクチュエータ４５は、圧電素子４６に所定電圧が印加された電圧印加時には、図１１（ｂ）に示すように、印加電圧に応じて圧電素子４６が軸方向に伸長して変位すると共に圧電素子４６の軸方向の変位が変位変換部材４８によって径方向に拡大して変換されて押圧部４８ｅが径方向内側に変位して第２回転部材４２の円筒部４２ａと径方向に離間し、第１クラッチ４０は解放状態とされる。

このように、第１クラッチ用圧電アクチュエータ４５は、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子４６の伸縮変位に基づいて径方向に変位して第２回転部材４２を押圧するように形成されている。複数の第１クラッチ用圧電アクチュエータ４５は、同様に構成されて同様に電圧印加が制御され、第１クラッチ４０の締結及び解放を行うようになっている。

第２クラッチ用圧電アクチュエータ５５は、第１クラッチ用圧電アクチュエータ４５と略同様に形成され、第１クラッチ用圧電アクチュエータ４５と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

圧電アクチュエータ５５は、図８に示すように、圧電素子４６と変位変換機構４７とを有し、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子４６の伸縮変位に基づいて径方向に変位して第３回転部材５２を押圧するように形成されている。

圧電アクチュエータ５５についても、変位変換機構４７は、圧電素子４６の軸方向の伸縮変位を径方向の変位に拡大して変換する変位変換部材４８を備え、変位変換部材４８は、両側の側面部４８ａと外面部４８ｂと内面部４８ｃとを備え、圧電素子４６の軸方向の伸縮変位を径方向の変位に拡大して変換するように形成されている。

圧電アクチュエータ５５では、変位変換部材４８の外面部４８ｂの径方向中央側に軸方向両側の端部よりも径方向外側に突出する固定部５８ｄが設けられ、変位変換部材４８の内面部４８ｃの径方向中央側に軸方向両側の端部よりも径方向内側に突出する出力部５８ｅが設けられている。

変位変換部材４８の出力部５８ｅは、第３回転部材５２の円筒部５２ａに対向して配置される押圧部５８ｅとして機能し、押圧部５８ｅは、摩擦材４９を介して第３回転部材５２を押圧するようになっている。

複数の圧電アクチュエータ５５はそれぞれ、第１回転部材４１の円筒部４１ａの内側凹部４３内に配置されて変位変換部材４８の固定部５８ｄが円筒部４１ａの内周面に固定して取り付けられ、第１回転部材４１の内周面に結合されている。

複数の圧電アクチュエータ５５は、第１回転部材４１の円筒部４１ａの外周面に軸方向にオーバーラップすると共に周方向に分散して配置されている。自動変速機１では、７つの圧電アクチュエータ５５が、周方向に略等間隔に離間して配置されている。

圧電アクチュエータ５５についても、前記制御装置によって制御される前記電圧印加装置によって圧電素子４６に所定電圧が印加されるようになっている。圧電アクチュエータ５５は、非電圧印加時には、変位変換部材４８の押圧部４８ｅが第３回転部材５３を押圧して配置され、第２クラッチ５０が締結状態とされる一方、電圧印加時には、印加電圧に応じて圧電素子４６が軸方向に伸長して変位すると共に圧電素子４６の軸方向の変位が変位変換部材４８によって径方向に拡大して変換されて押圧部４８ｅが径方向外側に変位して第３回転部材５２の円筒部５２ａと径方向に離間し、第２クラッチ５０は解放状態とされる。

このように、第２クラッチ用圧電アクチュエータ５５は、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子４６の伸縮変位に基づいて径方向に変位して第３回転部材５２を押圧するように形成されている。複数の第２クラッチ用圧電アクチュエータ５５は、同様に構成されて同様に電圧印加が制御され、第２クラッチ５０の締結及び解放を行うようになっている。

第１クラッチ４０及び第２クラッチ５０はそれぞれ、図２に示す締結表に従って締結及び解放が行われ、変速機構４が所定の変速段を達成するように各クラッチ４０、５０の圧電アクチュエータ４５、５５への印加電圧が制御される。

自動変速機１では、各摩擦締結要素の圧電アクチュエータへの電圧印加が制御されて各摩擦締結要素の締結及び解放が行われ、変速機構４は、図２に示すＤレンジでの１～６速段とＲレンジでの後退速段とをそれぞれ達成するようになっている。

本実施形態では、変速機構４は、各摩擦締結要素の圧電アクチュエータへの非電圧印加時に４速段を達成するように構成され、４速段で締結される摩擦締結要素４０、５０の圧電アクチュエータ４５、５５は、非電圧印加時に該摩擦締結要素４０、５０を締結するように形成され、４速段で解放される摩擦締結要素６０、７０、８０の圧電アクチュエータ６２、７２、８２は、非電圧印加時に該摩擦締結要素６０、７０、８０を解放するように形成されている。

変速機構４は、各摩擦締結要素の圧電アクチュエータへの非電圧印加時に４速段を達成するように構成されているが、例えば３速段などの他の変速段を達成するように構成することも可能である。かかる場合、前記他の変速段で締結される摩擦締結要素の圧電アクチュエータは、非電圧印加時に該摩擦締結要素を締結するように形成され、前記他の変速段で解放される摩擦締結要素の圧電アクチュエータは、非電圧印加時に該摩擦締結要素を解放するように形成される。また、図２に示す締結表に従って各摩擦締結要素の締結及び解放が行われ変速機構４が所定の変速段を達成するように各摩擦締結要素の圧電アクチュエータへの印加電圧が制御される。

このように、本実施形態に係る自動変速機１では、軸方向に並んで配置される複数のブレーキ６０、７０、８０はそれぞれ、ブレーキドラム６１、７１、８１と、変速機ケース２に結合されてブレーキドラム６１、７１、８１を押圧する複数の圧電アクチュエータ６２、７２、８２とを備え、複数の圧電アクチュエータ６２、７２、８２はそれぞれ、軸方向に伸縮変位する圧電素子６３の伸縮変位に基づいて径方向に変位してブレーキドラム６１、７１、８１を押圧するように形成されると共に複数のブレーキドラム６１、７１、８１の外周側に周方向に分散して配置される。

これにより、複数のブレーキ６０、７０、８０がそれぞれ周方向に分散して配置された複数の圧電アクチュエータ６２、７２、８２を用いて締結されるので、ブレーキがそれぞれ油圧作動のピストンを用いて締結される場合に比して、油圧ポンプによる駆動損失及び重量の低減を図ることができる。

変位量が小さい圧電アクチュエータ６２、７２、８２を用いる場合においても、圧電アクチュエータ６２、７２、８２は、軸方向に並んで配置される複数のブレーキ６０、７０、８０のブレーキドラム６１、７１、８１の外周側に複数のブレーキドラム６１、７１、８１と軸方向にオーバーラップして配置され、複数のブレーキ６０、７０、８０にそれぞれ対応する圧電アクチュエータ６２、７２、８２は、周方向に異なる位置に配置されることにより、複数のブレーキのそれぞれのブレーキドラムの外周側にそれぞれのブレーキの圧電アクチュエータを配置する場合に比して、圧電アクチュエータを軸方向に長く形成することができ、圧電アクチュエータの変位量を大きくして圧電アクチュエータを用いてブレーキの締結及び解放を実現することができる。

また、ブレーキ６０、７０、８０はそれぞれ、周方向に分散して配置された複数の圧電アクチュエータ６２、７２、８２によってブレーキドラム６１、７１、８１を押圧してブレーキ６０、７０、８０の締結及び解放が行われるので、複数の圧電アクチュエータからなるバンド式のブレーキとして、多板式のブレーキを用いる場合に比して締結するための変位量を低減することができ、ブレーキの締結及び解放を有効に実現することができる。

また、第１クラッチ４０は、第１回転部材４１と、外周側に配置される第２回転部材４２と、第１回転部材４１の外周面に結合されて第２回転部材４２を押圧する圧電アクチュエータ４５とを備え、第２クラッチ５０は、第１回転部材４１と、内周側に配置される第３回転部材５２と、第１回転部材４１の内周面に結合されて第３回転部材５２を押圧する圧電アクチュエータ５５とを備える。

これにより、第１クラッチ４０及び第２クラッチ５０がそれぞれ圧電アクチュエータ４５、５５を用いて締結されるので、ブレーキがそれぞれ油圧作動のピストンを用いて締結される場合に比して、油圧ポンプによる駆動損失及び重量の低減を図ることができる。

また、第１クラッチ用圧電アクチュエータ４５と第２クラッチ用圧電アクチュエータ５５とは、径方向にオーバーラップして周方向に異なる位置に配置されることにより、第１クラッチ４０と第２クラッチ５０とを径方向にオーバーラップして配置することができるので、径方向にコンパクトに構成することができる。

したがって、２つのクラッチ４０、５０が軸方向にオーバーラップして配置される場合に、圧電アクチュエータを用いてクラッチの締結及び解放を実現して駆動損失及び重量の低減を図ると共に径方向にコンパクトに構成することができる。

また、変速機構４は、複数の摩擦締結要素４０、５０、６０、７０、８０のそれぞれの圧電アクチュエータ４５、５５、６２、７２、８２への非電圧印加時に所定の変速段を達成するように構成され、所定の変速段で締結される摩擦締結要素４０、５０の圧電アクチュエータ４５、５５は、非電圧印加時に該摩擦締結要素４０、５０を締結するように形成され、所定の変速段で解放される摩擦締結要素６０、７０、８０の圧電アクチュエータ６２、７２、８２は、非電圧印加時に該摩擦締結要素６０、７０、８０を解放するように形成される。

本実施形態では、変速機構４は、各摩擦締結要素の圧電アクチュエータへの非電圧印加時に４速段を達成するように構成されているが、各摩擦締結要素の圧電アクチュエータとして、非電圧印加時に摩擦締結要素を締結すると共に電圧印加時に摩擦締結要素を解放するように形成される圧電アクチュエータ、又は非電圧印加時に摩擦締結要素を解放すると共に電圧印加時に摩擦締結要素を締結するように形成される圧電アクチュエータを用い、図２に示す締結表に従って各摩擦締結要素の締結及び解放を行って変速機構４が所定の変速段を達成するように各摩擦締結要素の圧電アクチュエータへの印加電圧を制御することも可能である。

本実施形態ではまた、自動変速機１は、フロントエンジン・フロントドライブ車用等の横置き式の自動変速機であるが、フロントエンジン・リヤドライブ車用等の縦置き式の自動変速機についても同様に適用することが可能である。

本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

以上のように、本発明によれば、複数のブレーキが軸方向に並んで配置される自動変速機において、圧電アクチュエータを用いて複数のブレーキの締結及び解放を実現して駆動損失及び重量の低減を図ることが可能となるから、この種の自動変速機ないしこれを搭載する車両の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。

１自動変速機
２変速機ケース
４変速機構
１０、２０、３０ギヤセット
４０第１クラッチ
４１第１回転部材
４２第２回転部材
４５、５５、６２、７２、８２圧電アクチュエータ
４６、６３圧電素子
４８、６５変位変換部材
５０第２クラッチ
５２第３回転部材
６０、７０、８０ブレーキ
６１、７１、８１ブレーキドラム

Claims

変速機ケース内に軸方向に並んで配置される複数のブレーキを含む複数の摩擦締結要素を備えた変速機構を有する自動変速機であって、
前記複数のブレーキはそれぞれ、ブレーキドラムと、前記変速機ケースに結合されると共に前記ブレーキドラムを押圧して前記ブレーキを締結する複数のブレーキ用圧電アクチュエータとを備え、
前記複数のブレーキ用圧電アクチュエータはそれぞれ、印加電圧に応じて軸方向に伸縮変位する圧電素子の伸縮変位に基づいて径方向に変位して前記ブレーキドラムを押圧するように形成されると共に前記複数のブレーキのブレーキドラムの外周側に前記複数のブレーキのブレーキドラムと軸方向にオーバーラップして周方向に分散して配置され、
前記複数のブレーキにそれぞれ対応する前記ブレーキ用圧電アクチュエータは、周方向に異なる位置に配置されている、
ことを特徴とする自動変速機。
前記変速機構は、前記複数の摩擦締結要素のそれぞれの圧電アクチュエータへの非電圧印加時に所定の変速段を達成するように構成され、
前記所定の変速段で締結される摩擦締結要素の圧電アクチュエータは、非電圧印加時に該摩擦締結要素を締結するように形成され、
前記所定の変速段で解放される摩擦締結要素の圧電アクチュエータは、非電圧印加時に該摩擦締結要素を解放するように形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の自動変速機。