KR100511811B1 - 자동 변속기용 기어 변속 장치 - Google Patents

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Abstract

기어열의 강도적 유리성(차 강도나 기어 수명 등)과, 연비 향상과, 입력부와 출력부의 동일축 배치와, 자동 변속기의 소형화를 아울러 달성하면서, 라비니오형 복합 유성 기어열을 이용하는 경우에 비해 기어비의 선택 자유도를 높일 수 있는 자동 변속기용 기어 변속 장치 및 그 구체적 레이아웃을 제공하는 것을 목적으로 한다.
해결 수단으로서, 3개의 클러치(C1, C2, C3)와 2개의 브레이크(B1, B2)를 적절하게 체결 및 해방함으로써, 적어도 전진 6속 및 후퇴 1속을 얻는 변속 제어 수단을 갖는 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서, 상기 3세트의 유성 기어(G1, G2, G3) 중, 1세트의 유성 기어(G1)를, 입력 회전을 항상 감속하는 감속 장치로 하고, 나머지 2세트의 유성 기어(G2, G3) 중, 1세트의 유성 기어(G3)를, 22개의 선 기어(S3, S4) 사이에 배치되고, 또한 회전을 입력 또는 출력하는 센터 멤버(CM)를 갖는 제3 캐리어(PC3)를 구비한 더블 선 기어형 유성 기어로 하였다. 또한, 변속기 케이스(1) 내에 설치되어, 한 쪽과 다른 쪽에 케이스 내를 구획하는 중간벽(2)에 상기 2개의 브레이크 실린더실을 설치하는 동시에, 제3 클러치(C3)의 클러치 드럼인 멤버(4)를 지지하는 지지부(22)를 설치하였다.

Description

자동 변속기용 기어 변속 장치{GEAR SHIFTER FOR AUTOMATIC TRANSMISSION}
본 발명은 입력부와, 3세트의 유성 기어와, 3개의 클러치와, 2개의 브레이크와, 출력부를 구비하여 구성되고, 변속 요소인 3개의 클러치와 2개의 브레이크를 적절하게 체결 및 해방함으로써, 적어도 전진 6속 및 후퇴 1속을 얻는 자동 변속기용 기어 변속 장치에 관한 것이다.
종래, 입력축과, 1세트의 싱글 피니온형 유성 기어와, 2세트의 싱글 피니온형 유성 기어를 조합한 심슨형 유성 기어열과, 3개의 클러치와, 2개의 브레이크와, 출력축을 구비하여 구성되고, 변속 요소인 3개의 클러치와 2개의 브레이크를 적절하게 체결 및 해방함으로써, 전진 6속 및 후퇴 1속을 얻는 자동 변속기용 기어 변속 장치로서는, 예를 들어 일본 특허 공개 평4-219553호 공보의 도7에 기재된 것이 제안되어 있다.
이 1세트의 싱글 피니온형 유성 기어와 심슨형 유성 기어열에 의한 기어 변속 장치는, 하기에 열거하는 특징을 갖는다.
① 심슨형 유성 기어열의 최대 토크가 되는 1속에서의 토크 전달의 흐름이 전체 멤버를 거쳐서 분담하기 때문에, 강도적으로 유리하다.
② 심슨형 유성 기어열이 링 기어 입력이므로, 선 기어 입력에 비교하여 접선력이 절반 정도가 되며, 기어 강도나 기어 수명이나 캐리어 강성 등의 점에서 유리하다.
③ 오버 드라이브의 변속단을 얻기 위해서는, 심슨형 유성 기어열로의 캐리어 입력이 필요하지만, 입력축과 출력축을 동축에 설치하면, 회전 멤버가 3멤버에 한정되는 싱글 피니온형의 유성 기어에서는 캐리어로의 입력 경로가 성립되지 않게 된다. 따라서, 캐리어로의 입력 경로를 성립시키기 위해, 입력축과 출력축을 다른 축선 상에 평행축 배치로 설치할 필요가 있으며, 그 결과 자동 변속기의 대형화를 초래한다.
그래서, 상기 ③의 문제점을 해소하기 위해, 심슨형 유성 기어열 대신에, 라비니오형 복합 유성 기어열(더블 피니온에 각각 선 기어를 맞물리게 한 복합 유성 기어열)을 이용한 기어 변속 장치가, 일본 특허 공개 평4-219553호 공보의 도13, 도14, 도15에 제안되어 있다.
그러나, 이 라비니오형 복합 유성 기어열을 채용한 기어 변속 장치는, 하기에 열거하는 문제점을 갖는다.
⑤ 기어열의 최대 토크(1속)를 라비니오형 복합 유성 기어열의 한 쪽 싱글 피니온형 유성 기어가 담당하기 때문에, 강도적으로 불리하다.
⑥ 감속 장치로서의 1세트의 싱글 피니온형 유성 기어로 증대한 토크를, 라비니오형 복합 유성 기어열의 선 기어로부터 입력하기 위해, 링 기어 입력에 비교하여 접선력이 커지며, 기어 강도나 기어 수명이나 캐리어 강성 등의 점에서 불리하다.
⑦ 1속에 있어서의 라비니오형 복합 유성 기어열의 강도(기어 강도나 기어 수명)의 확보나 캐리어 강성 등의 향상이 모두 요구됨으로써 라비니오형 복합 유성 기어열을 대형화할 필요가 있으며, 이 결과 자동 변속기의 대형화를 초래한다.
⑧ 변속단에 따라서는 라비니오형 복합 유성 기어열에서 토크 순환이 발생하고, 토크 순환이 발생하는 변속단에서는 전달 효율의 저하에 의해, 연비가 악화된다.
즉, 1세트의 싱글 피니온형 유성 기어와 라비니오형 복합 유성 기어열과의 조합에 의한 기어 변속 장치는, 1세트의 싱글 피니온형 유성 기어와 심슨형 유성 기어열에 의한 기어 변속 장치의 장점인 상기 ①, ②가 모두 손상되고, 상기 ③에 대해서도 라비니오형 복합 유성 기어열이 대형화한다는 다른 이유에 의해, 결과적으로 자동 변속기의 대형화를 피할 수 없다.
본 발명은, 상기 과제에 착안하여 이루어진 것으로, 기어열의 강도적 유리성과, 기어 강도나 기어 수명 등의 유리성과, 연비의 향상과, 입력부와 출력부의 동일축 배치와, 자동 변속기의 소형화를 더불어 달성하면서, 라비니오형 복합 유성 기어열을 이용하는 경우에 비해 기어비의 선택 자유도를 높일 수 있는 자동 변속기용 기어 변속 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 또 하나의 목적으로서, 상기 과제를 해결하는 자동 변속기의 구체적 레이아웃을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도1은 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치를 도시한 개략도가다.
도2는 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치의 체결표이다.
도3은 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서의 공선도이다.
도4의 (a) 내지 (c)는 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서의 1속, 2속, 3속의 토크 흐름도이다.
도5의 (a) 내지 (c)는 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서의 4속, 5속, 6속의 토크 흐름도이다.
도6은 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서의 후퇴속의 토크 흐름도이다.
도7은 라비니오형 복합 유성 기어열을 이용한 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서의 2속에서의 토크 순환 설명도이다.
도8의 (a) 및 (b)는 심슨형 유성 기어열과 라비니오형 복합 유성 기어열에서의 1속에 있어서의 토크 전달 경로를 도시한 도면이다.
도9는 캐리어 입력보다도 링 기어 입력이 유리한 것의 설명도이다.
도10의 (a) 내지 (c)는 심슨형 유성 기어열의 경우에 오버 드라이브 변속단을 얻는 캐리어 입력을 실현할 수 없는 것의 설명도와 더블 선 기어형 유성 기어가 5개의 멤버를 갖는 것의 설명도이다.
도11은 라비니오형 복합 유성 기어열을 이용한 기어 변속 장치와 이시멀형 유성 기어열을 이용한 기어 변속 장치와의 성능 비교를 도시한 도면이다.
도12는 제1 실시예의 기어 변속 장치를 구체적으로 자동 변속기에 적용한 경우의 일예를 도시한 단면도이다.
즉, 본 발명은 1세트의 유성 기어에 조합하는 기어열로서, 라비니오형 복합 유성 기어열을 이용하는 일 없이, 기본적으로 2세트의 싱글 피니온형 유성 기어를 조합한 기어열을 이용하고, 3개의 클러치와 2개의 브레이크를 적절하게 체결 및 해방함으로써, 적어도 전진 6속 및 후퇴 1속을 얻는 변속 제어 수단을 갖는 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서,
상기 3세트의 유성 기어 중, 1세트의 유성 기어를, 입력 회전을 항상 감속하는 감속 장치로 하고,
나머지 2세트의 유성 기어 중, 1세트의 유성 기어를 2개의 선 기어와, 상기 2개의 선 기어의 각각과 맞물리는 피니온과, 상기 2개의 선 기어 사이에 배치되고, 또한 회전을 입력 또는 출력하는 센터 멤버를 갖는 캐리어와, 상기 피니온에 맞물리는 하나의 링 기어를 갖는 더블 선 기어형 유성 기어로 하였다.
이 더블 선 기어형 유성 기어는, 기본적인 기어 성능으로서는 싱글 피니온형 유성 기어와 마찬가지지만, (선 기어로부터 2개의 멤버) + (링 기어로부터 하나의 멤버) + (캐리어로부터 축 방향과 직경 방향으로 2개의 멤버) = 5개의 멤버와 같이, 3개의 멤버인 싱글 피니온형 유성 기어에 비해 멤버수가 많아진다는 특징을 갖는다.
따라서, 싱글 피니온형 유성 기어와 더블 선 기어형 유성 기어를 조합한 기어열을,「라비니오형 복합 유성 기어열」이나「심슨형 유성 기어열」과는 구별하므로, 발명자명을 인용하여「이시멀형 유성 기어열」이라고 명명한다.
이와 같이, 1세트의 유성 기어와, 기본 성능은 심슨형 유성 기어열과 마찬가지인 이시멀형 유성 기어열을 조합한 구성으로 했으므로, 링 기어 입력이 가능함에 따른 유성 기어의 강도적 유리성과, 1속의 토크 플로우가 전체 멤버를 거쳐서 분담 가능함에 따른 유성 기어의 기어 강도나 기어 수명 등의 유리성을 달성할 수 있다.
또한, 나머지 2세트의 유성 기어로서 이시멀형 유성 기어열을 이용하고, 라비니오형 복합 유성 기어열을 이용하지 않는 구성으로 하였으므로, 토크 순환이 없는 높은 전달 효율에 의해, 연비의 향상을 달성할 수 있다.
또, 나머지 2세트의 유성 기어(이시멀형 유성 기어열) 중, 1세트의 유성 기어로서 2개의 선 기어 사이에 배치된 센터 멤버를 갖는 더블 선 기어형 유성 기어를 이용하였으므로, 캐리어로의 입력 경로가 성립되어, 입력부와 출력부의 동일축 배치를 달성할 수 있다.
덧붙여서, 라비니오형 복합 유성 기어열을 이용하지 않는 구성인 동시에, 입력부와 출력부가 동일축 배치에 의한 구성이므로, 기어 변속 장치가 완벽해지며, 자동 변속기의 소형화를 달성할 수 있다.
게다가 또한, 라비니오형 복합 유성 기어열은 기어비(= 선 기어 잇수/링 기어 잇수)를 설정할 때, 링 기어 잇수가 일정하다는 규제가 있으므로, 일반적으로 적용 가능한 기어비 범위에서, 또한 고속단이 될수록 단간비가 작다는 조건을 고려한 경우, 2세트의 유성 기어의 기어비를 서로 독립적으로 설정할 수 있는 이시멀형 유성 기어열은, 라비니오형 복합 유성 기어열에 비해 적용할 수 있는 변속비 폭이 확대되어, 기어비의 선택 자유도를 높일 수 있다.
또한, 케이스 내에 설치되어, 한 쪽과 다른 쪽에 케이스 내를 구획하는 중간벽에, 2개의 브레이크 실린더실을 설치하고, 3개의 클러치 중 하나의 클러치 드럼을 지지하는 구성으로 하였다. 따라서, 효율적으로 클러치 및 브레이크를 배치하는 것이 가능해져, 변속기 전체 길이의 콤팩트화를 도모할 수 있다.
또, 클러치 및 브레이크를 중간벽 근방에 모아서 배치함으로써, 유로의 취급이 용이해져, 변속기의 콤팩트화를 도모할 수 있다.
게다가 또한, 중간벽과 브레이크 및 클러치를 서브어셈블리화하는 것이 가능해지고, 메인의 조립 라인과는 별도의 라인으로, 중간벽 서브어셈블리를 조립하는 것이 가능해져, 용이하게 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 자동 변속기용 기어 변속 장치를 실현하는 제1 실시예를, 첨부 도면에 의거하여 설명한다.
<제1 실시예>
[제1 실시예의 골격에 의거하는 상세한 설명]
우선, 본 발명의 자동 변속기용 기어 변속 장치의 개략도에 의거하는 구성을 설명한다.
도1은 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치를 도시한 개략도가다.
도1에 있어서, 부호 G1은 제1 유성 기어, 부호 G2는 제2 유성 기어, 부호 G3은 제3 유성 기어, 부호 M1은 제1 연결 멤버, 부호 M2는 제2 연결 멤버, 부호 C1은 제1 클러치, 부호 C2는 제2 클러치, 부호 C3은 제3 클러치, 부호 B1은 제1 브레이크, 부호 B2는 제2 브레이크, Input은 입력축(입력부), Output은 출력 기어(출력부)이다.
제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치[감속 싱글 타입(1)이라 함]는, 도1의 좌단부에 감속 장치로서의 싱글 피니온형 제1 유성 기어(G1)를 배치하고, 중앙부에 싱글 피니온형 제2 유성 기어(G2)를 배치하고, 우단부에 더블 선 기어형의 제3 유성 기어(G3)를 배치한 예이다. 그리고, 상기 제2 유성 기어(G2)와 제3 유성 기어(G3)에 의해, 이른바 이시멀형 유성 기어열을 구성하고 있다.
상기 제1 유성 기어(G1)는 제1 선 기어(S1)와, 제1 링 기어(R1)와, 양 기어(S1, R1)에 맞물리는 제1 피니온(P1)을 지지하는 제1 캐리어(PC1)를 갖는 감속 장치로서의 싱글 피니온형 유성 기어이다.
상기 제2 유성 기어(G2)는 제2 선 기어(S2)와, 제2 링 기어(R2)와, 양 기어(S2, R2)에 맞물리는 제2 피니온(P2)을 지지하는 제2 캐리어(PC2)를 갖는 싱글 피니온형 유성 기어이다.
상기 제3 유성 기어(G3)는 2개의 제3 선 기어(S3) 및 제4 선 기어(S4)와, 제3 및 제4 선 기어(S3, S4)의 각각에 맞물리는 제3 피니온(P3)과, 이 제3 피니온(P3)을 지지하는 축 방향의 제3 캐리어(PC3)와, 상기 제3 캐리어(PC3)에 접속되고, 상기 양 선 기어(S3, S4) 사이에 배치되는 센터 멤버(CM)와, 상기 제3 피니온(P3)에 맞물리는 하나의 제3 링 기어(R3)를 갖는 더블 선 기어형 유성 기어이다.
또, 상기 센터 멤버(CM)는 제3 캐리어(PC3)의 원주 상에 인접하는 복수의 제3 피니온(P3)과의 공간 위치에 있어서, 제3 캐리어(PC3)에 결합되어 있다.
상기 입력축(Input)은 제1 링 기어(R1)에 연결되고, 구동원인 도면 외의 엔진으로부터의 회전 구동력을, 토크 컨버터 등을 거쳐서 입력한다.
상기 출력 기어(0utput)는 제2 캐리어(PC2)에 연결되고, 출력 회전 구동력을 도면 외의 파이널 기어 등을 거쳐서 구동륜에 전달한다.
상기 제1 연결 멤버(M1)는 제2 선 기어(S2)와 제3 선 기어(S3)를 일체적으로 연결하는 멤버이다.
상기 제2 연결 멤버(M2)는 제2 캐리어(PC2)와 제3 링 기어(R3)를 일체적으로 연결하는 멤버이다.
상기 제1 클러치(C1)는 제1 캐리어(PC1)와 제2 링 기어(R2)를 선택적으로 접촉 분리하는 클러치이다.
상기 제2 클러치(C2)는 제1 캐리어(PC1)와 제2 선 기어(S2)를 선택적으로 접촉 분리하는 클러치이다.
상기 제3 클러치(C3)는 입력축(Input)과 센터 멤버(CM)를 선택적으로 접촉 분리하는 클러치이다.
상기 제1 브레이크(B1)는 제3 캐리어(PC3)의 회전을 선택적으로 정지시키는 브레이크이다.
상기 제2 브레이크(B2)는 제4 선 기어(S4)의 회전을 선택적으로 정지시키는 브레이크이다.
상기 각 클러치(C1, C2, C3) 및 브레이크(B1, B2)에는, 도2의 체결 작동표에 나타낸 바와 같이 각 변속단으로 체결압(○표)이나 해방압을 제작하는 도면 외의 변속 유압 제어 장치(변속 제어 수단)가 접속되어 있다. 또, 변속 유압 제어 장치로서는 유압 제어 타입, 전자 제어 타입, 유압 + 전자 제어 타입 등이 채용된다.
다음에, 작용을 설명한다.
[변속 작용]
도2는 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치에서의 체결 작동표를 도시한 도면, 도3은 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서 각 변속단에 있어서의 멤버의 회전 정지 상태를 도시한 공선도, 도4 내지 도6은 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치의 각 변속단에서의 토크 플로우를 도시한 도면이다. 도3에 있어서, 굵은 선은 제1 유성 기어(G1)의 공선도, 중간 선은 이시멀 유성 기어열의 공선도이다. 도4 내지 도6에 있어서 클러치ㆍ브레이크ㆍ멤버의 토크 전달 경로는 굵은 선으로 나타내고, 기어의 토크 전달 경로는 해칭으로 나타낸다.
<1속>
1속은, 도2에 도시한 바와 같이 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)의 체결에 의해 얻을 수 있다.
이 1속에서는 제2 유성 기어(G2)에 있어서, 제1 클러치(C1)의 체결에 의해, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전이 제2 링 기어(R2)에 입력된다.
한편, 제3 유성 기어(G3)에 있어서는 제1 브레이크(B1)의 체결에 의해, 제3 캐리어(PC3)가 케이스에 고정되므로, 제3 링 기어(R3)로부터의 출력 회전에 대해, 제3 선 기어(S3)의 회전은 회전 방향이 역방향의 감속 회전이 된다. 그리고, 이 제3 선 기어(S3)의 회전은 제1 연결 멤버(M1)를 거쳐서, 제2 유성 기어(G2)의 제2 선 기어(S2)에 전달된다.
따라서, 제2 유성 기어(G2)에 있어서는 제2 링 기어(R2)로부터 정방향의 감속 회전이 입력되고, 제2 선 기어(S2)로부터 역방향의 감속 회전이 입력되게 되어, 제2 링 기어(R2)로부터의 감속 회전을 더 감속한 회전이 제2 캐리어(PC2)로부터 제2 연결 멤버(M2)를 경과하여 출력 기어(0utput)로 출력된다.
즉, 1속은 도3의 공선도에 나타낸 바와 같이, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전을 제2 링 기어(R2)로의 입력 회전으로 하는 제1 클러치(C1)의 체결점과, 제3 캐리어(PC3)의 회전을 정지하는 제1 브레이크(B1)의 체결점을 잇는 선에 의해 규정되고, 입력축(Input)으로부터 입력된 회전을 감속하여 출력 기어(Output)로부터 출력한다.
이 1속에서의 토크 플로우는 도4의 (a)에 도시한 바와 같으며, 굵은 선으로 나타내는 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)와 각 멤버와, 해칭으로 나타내는 제1 유성 기어(G1)와 제2 유성 기어(G2)와 제3 유성 기어(G3)[제4 선 기어(S4)를 제외함]에 토크가 작용하게 된다. 즉, 1속에서는 제1 유성 기어(G1)와, 이시멀형 유성 기어열을 구성하는 제2 유성 기어(G2)와 제3 유성 기어(G3)가 토크 전달에 관여한다.
<2속>
2속은, 도2에 도시한 바와 같이 1속에서의 제1 브레이크(B1)를 해방하고, 제2 브레이크(B2)를 체결하는, 즉 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)를 체결함으로써 얻을 수 있다.
이 2속에서는 제2 유성 기어(G2)에 있어서, 제1 클러치(C1)의 체결에 의해, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전이 제2 링 기어(R2)에 입력된다.
한편, 제3 유성 기어(G3)에 있어서는 제2 브레이크(B2)의 체결에 의해, 제4 선 기어(S4)가 케이스에 고정되므로, 제3 피니온(P3)에 의해 연결되어 있는 제3 선 기어(S3)가 고정된다. 그리고, 제3 선 기어(S3)는 제1 연결 멤버(M1)를 거쳐서 연결되어 있는 제2 선 기어(S2)가 케이스에 고정된다.
따라서, 제2 유성 기어(G2)에 있어서는, 제2 링 기어(R2)로부터 정방향의 감속 회전이 입력되고, 제2 선 기어(S2)가 고정되게 되어, 제2 링 기어(R2)로부터의 감속 회전을 더욱 감속한 회전이 제2 캐리어(PC2)로부터 제2 연결 멤버(M2)를 경과하여 출력 기어(0utput)로 출력된다.
즉, 2속은 도3의 공선도에 나타낸 바와 같이, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전을 제2 링 기어(R2)로의 입력 회전으로 하는 제1 클러치(C1)의 체결점과, 제4 선 기어(S4)의 회전을 정지하는 제2 브레이크(B2)의 체결점을 잇는 선으로 규정되고, 입력축(Input)으로부터 입력된 회전을 감속(1속보다도 고속)으로서 출력 기어(0utput)로부터 출력한다.
이 2속에서의 토크 플로우는 도4의 (b)에 도시한 바와 같으며, 굵은 선으로 나타내는 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)와 각 멤버와, 해칭으로 나타내는 제1 유성 기어(G1) 및 제2 유성 기어(G2)에 토크가 작용하게 된다. 또, 제3 유성 기어(G3)에 대해서는 고정인 양 선 기어(S3, S4)의 주위를 비구속의 제3 피니온(P3)이 제3 링 기어(R3)의 출력 회전에 수반하여 공전할 뿐이며, 회전 멤버로서 기능하는 것만으로, 토크 전달에는 관여하지 않는다.
<3속>
3속은, 도2에 도시한 바와 같이 2속에서의 제2 브레이크(B2)를 해방하여 제2 클러치(C2)를 체결하는 것, 즉 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)를 체결함으로써 얻을 수 있다.
이 3속에서는 제2 유성 기어(G2)에 있어서, 제1 클러치(C1)의 체결에 의해, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전이 제2 링 기어(R2)에 입력된다. 동시에, 제2 클러치(C2)의 체결에 의해, 이 감속 회전이 제2 유성 기어(G2)의 제2 선 기어(S2)에 입력된다.
따라서, 제2 유성 기어(G2)에 있어서는 제2 링 기어(R2)와 제2 선 기어(S2)로부터 동일한 감속 회전이 입력됨으로써 양 기어(R2, S2)와 일체로 회전하는 제2 캐리어(PC2)로부터 제2 연결 멤버(M2)를 경과하여 출력 기어(0utput)로 감속 회전[= 제1 유성 기어(G1)의 감속 회전]이 출력된다.
즉, 3속은 도3의 공선도에 나타낸 바와 같이, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전을 제2 링 기어(R2)로의 입력 회전으로 하는 제1 클러치(C1)의 체결점과, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전을 제2 선 기어(S2)로의 입력 회전으로 하는 제2 클러치(C2)의 체결점을 잇는 선으로 규정되고, 입력축(Input)으로부터 입력된 회전을 감속[= 제1 유성 기어(G1)의 감속비]하여 출력 기어(0utput)로부터 출력한다.
이 3속에서의 토크 플로우는 도4의 (c)에 도시한 바와 같으며, 굵은 선으로 나타내는 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)와 각 멤버와, 해칭으로 나타내는 제1 유성 기어(G1) 및 제2 유성 기어(G2)에 토크가 작용하게 된다. 즉, 제3 유성 기어(G3)는 토크 전달에 아무런 관여도 하지 않는다.
<4속>
4속은, 도2에 도시한 바와 같이 3속에서의 제2 클러치(C2)를 해방하고, 제3 클러치(C3)를 체결하는 것, 즉 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)를 체결함으로써 얻을 수 있다.
이 4속에서는 제2 유성 기어(G2)에 있어서, 제1 클러치(C1)의 체결에 의해, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전이 제2 링 기어(R2)에 입력된다.
한편, 제3 유성 기어(G3)에 있어서는 제3 클러치(C3)의 체결에 의해, 입력축(Input)으로부터의 입력 회전이 센터 멤버(CM)를 거쳐서 제3 캐리어(PC3)에 입력된다. 이로 인해, 제3 선 기어(S3)의 회전은 제3 링 기어(R3)의 출력 회전보다도 증속되고, 이 제3 선 기어(S3)의 증속 회전은 제1 연결 멤버(M1)를 거쳐서 제2 선 기어(S2)에 전달된다.
따라서, 제2 유성 기어(G2)에 있어서는 제2 링 기어(R2)로부터 감속 회전이 입력되고, 제2 선 기어(S2)로부터 증속 회전이 입력되게 되어, 제2 링 기어(R2)로부터의 감속 회전을 증속한 회전(입력 회전보다도 저회전)이 제2 캐리어(PC2)로부터 제2 연결 멤버(M2)를 경과하여 출력 기어(0utput)로 출력된다.
즉, 4속은 도3의 공선도에 나타낸 바와 같이, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전을 제2 링 기어(R2)로의 입력 회전으로 하는 제1 클러치(C1)의 체결점과, 제3 캐리어(PC3)의 회전을 입력 회전으로 하는 제3 클러치(C3)의 체결점을 잇는 선으로 규정되고, 입력축(Input)으로부터 입력된 회전을 약간 감속하여 출력 기어(Output)로부터 출력한다.
이 4속에서의 토크 플로우는 도5의 (a)에 도시한 바와 같으며, 굵은 선으로 나타내는 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)와 각 멤버와, 해칭으로 나타내는 제1 유성 기어(G1)와 제2 유성 기어(G2)와 제3 유성 기어(G3)[제4 선 기어(S4)를 제외함]에 토크가 작용하게 된다.
<5속>
5속은, 도2에 도시한 바와 같이 4속에서의 제1 클러치(C1)를 해방하고, 제2 클러치(C2)를 체결하는, 즉 제2 클러치(C2)와 제3 클러치(C3)를 체결함으로써 얻을 수 있다.
이 5속에서는 제2 클러치(C2)의 체결에 의해, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전이 제2 선 기어(S2) 및 제1 연결 멤버(M1)를 거쳐서 제3 선 기어(S3)에 입력된다. 동시에, 제3 클러치(C3)의 체결에 의해, 입력축(Input)으로부터의 입력 회전이 센터 멤버(CM)를 거쳐서 제3 캐리어(PC3)에 입력된다.
따라서, 제3 유성 기어(G3)에 있어서는 제3 캐리어(PC3)에 입력 회전이 입력되고, 제3 선 기어(S3)에 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전이 입력되게 되어, 입력 회전보다도 증속한 회전이 제3 링 기어(R3)로부터 제2 연결 멤버(M2)를 경과하여 출력 기어(0utput)로 출력된다.
즉, 5속은 도3의 공선도에 나타낸 바와 같이, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전을 제3 선 기어(S3)로의 입력 회전으로 하는 제2 클러치(C2)의 체결점과, 제3 캐리어(PC3)의 회전을 입력 회전으로 하는 제3 클러치(C3)의 체결점을 잇는 선으로 규정되고, 입력축(Input)으로부터 입력된 회전을 약간 증속하여 출력 기어(Output)로부터 출력한다.
이 5속에서의 토크 플로우는, 도5의 (b)에 도시한 바와 같으며, 굵은 선으로 나타내는 제2 클러치(C2)와 제3 클러치(C3)와 각 멤버와, 해칭으로 나타내는 제1 유성 기어(G1)와 제3 유성 기어(G3)[제4 선 기어(S4)를 제외함]에 토크가 작용하게 된다.
<6속>
6속은, 도2에 도시한 바와 같이 5속에서의 제2 클러치(C2)를 해방하고, 제2 브레이크(B2)를 체결하는, 즉 제3 클러치(C3)와 제2 브레이크(B2)를 체결함으로써 얻을 수 있다.
이 6속에서는 제3 클러치(C3)의 체결에 의해, 입력축(Input)으로부터의 입력 회전이 제3 유성 기어(G3)의 센터 멤버(CM)를 거쳐서 제3 캐리어(PC3)에 입력된다. 또한, 제2 브레이크(B2)의 체결에 의해, 제3 유성 기어(G3)의 제4 선 기어(S4)가 케이스에 고정된다.
따라서, 제3 유성 기어(G3)에 있어서는 제3 캐리어(PC3)에 입력 회전이 입력되고, 제4 선 기어(S4)가 케이스에 고정되게 되어, 입력 회전보다도 증속한 회전이 제3 링 기어(R3)로부터 제2 연결 멤버(M2)를 경과하여 출력 기어(0utput)로 출력된다.
즉, 6속은 도3의 공선도에 나타낸 바와 같이, 제3 캐리어(PC3)의 회전을 입력 회전으로 하는 제3 클러치(C3)의 체결점과, 제4 선 기어(S4)를 케이스에 고정으로 하는 제2 브레이크(B2)의 체결점을 잇는 선으로 규정되고, 입력축(Input)으로부터 입력된 회전을 증속하여 출력 기어(0utput)로부터 출력한다.
이 6속에서의 토크 플로우는 도5의 (c)에 도시한 바와 같으며, 굵은 선으로 나타내는 제3 클러치(C3)와 제2 브레이크(B2)와 각 멤버와, 해칭으로 나타내는 제3 유성 기어(G3)[제3 선 기어(S3)를 제외함]에 토크가 작용하게 된다.
<후퇴속>
후퇴속은, 도2에 도시한 바와 같이 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)를 체결함으로써 얻을 수 있다.
이 후퇴속에서는 제2 클러치(C2)의 체결에 의해, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전이 제2 선 기어(S2) 및 제1 연결 멤버(M1)를 거쳐서 제3 선 기어(S3)에 입력된다. 한편, 제1 브레이크(B1)의 체결에 의해, 제3 캐리어(PC3)가 케이스에 고정된다.
따라서, 제3 유성 기어(G3)에 있어서는 제3 선 기어(S3)에 정방향의 감속 회전이 입력되고, 제3 캐리어(PC3)가 케이스에 고정이 되며, 제3 링 기어(R3)로부터는 감속한 역회전이 제2 연결 멤버(M2)를 경과하여 출력 기어(0utput)로 출력된다.
즉, 후퇴속은 도3의 공선도에 도시한 바와 같이, 제1 유성 기어(G1)로부터의 감속 회전을 제3 선 기어(S3)로의 입력 회전으로 하는 제2 클러치(C2)의 체결점과, 제3 캐리어(PC3)의 회전을 정지하는 제1 브레이크(B1)의 체결점을 잇는 선으로 규정되고, 입력축(Input)으로부터 입력된 회전을 역방향으로 감속하여 출력 기어(Output)로부터 출력한다.
이 후퇴속에서의 토크 플로우는 도6에 도시한 바와 같으며, 굵은 선으로 나타내는 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)와 각 멤버와, 해칭으로 나타내는 제1 유성 기어(G1)와 제3 유성 기어(G3)[제4 선 기어(S4)를 제외함]에 토크가 작용하게 된다.
[대비에 의한 우위점]
본 발명의 자동 변속기용 기어 변속 장치의 기본적인 사고 방식은, 3 클러치와 2 브레이크에 의해 전진 6속을 성립시키는 동시에, 유성 기어 + 심슨형 유성 기어열을 베이스로 하면서도, 심슨형 유성 기어열의 문제점을 보충하고, 또한 유성 기어 + 라비니오형 복합 유성 기어열에 의한 기어 변속 장치를 넘는 기어 변속 장치를 제공하고자 하는 것이다. 이하, 심슨형 유성 기어열이나 라비니오형 복합 유성 기어열을 채용한 기어 변속 장치와 대비하면서 우위성을 서술한다.
ㆍ심슨형 유성 기어열의 특징
① 심슨형 유성 기어열의 최대 토크가 되는 1속에서의 토크 전달의 흐름이, 도8의 (a)에 도시한 바와 같이 전멤버를 거쳐서 분담하므로, 강도적으로 유리하다.
② 심슨형 유성 기어열은 링 기어 입력이기 때문에, 선 기어 입력에 비교하여 접선력이 절반 정도가 되며, 기어 강도나 기어 수명이나 캐리어 강성 등의 점에서 유리하다. 즉, 도9에 도시한 바와 같이 유성 기어에 동일한 토크가 입력된 경우, 링 기어 입력(f)이 선 기어 입력(F)에 비교하여 접선력이 1/2 내지 1/2.5로 감소한다.
③ 오버 드라이브의 변속단을 얻기 위해서는, 심슨형 유성 기어열로의 캐리어 입력이 필요하지만, 입력축과 출력축을 동일축으로 설치하면, 싱글 피니온형의 유성 기어에서는 도10의 (a)에 도시한 바와 같이, 회전 멤버가 3 멤버로 한정되므로, 도10의 (b)의 점선으로 나타낸 바와 같이, 캐리어로의 입력 경로가 성립하지 않게 된다.
따라서, 캐리어로의 입력 경로를 성립시키기 위해, 입력축과 출력축을 다른 축선 상에 평행축 배치로 설치할 필요가 있으며, 그 결과 자동 변속기의 대형화를 초래한다고 하는 문제점을 갖는다.
ㆍ라비니오형 복합 유성 기어열의 문제점
그래서, 상기 ③의 문제점을 해소하기 위해, 심슨형 유성 기어열 대신에, 라비니오형 복합 유성 기어열을 채용한 기어 변속 장치로 하면, 입력축과 출력축을 동일축 배치를 달성할 수 있지만, 하기에 열거하는 문제점을 갖는다.
⑤ 기어열의 최대 토크(1속)를, 도8의 (b)에 도시한 바와 같이 라비니오형 복합 유성 기어열의 한 쪽의 더블 피니온형 유성 기어가 담당하므로, 강도적으로 불리하다.
⑥ 감속 장치로서의 1세트의 싱글 피니온형 유성 기어로 증대한 토크를 도7에 도시한 바와 같이, 라비니오형 복합 유성 기어열의 선 기어로부터 입력하기 위해서, 상기 ②의 이유에 의해 링 기어 입력에 비교하여 접선력이 커지며, 기어 강도나 기어 수명이나 캐리어 강성 등의 점에서 불리하다.
⑦ 1속에 있어서의 라비니오형 복합 유성 기어열의 강도(기어 강도나 기어 수명)의 확보나 캐리어 강성 등의 향상이 모두 요구됨으로써, 라비니오형 복합 유성 기어열을 대형화할 필요가 있으며, 이 결과 자동 변속기의 대형화를 초래한다.
⑧ 2속에서는, 도7에 도시한 바와 같이 라비니오형 복합 유성 기어열로 토크 순환이 발생되고, 토크 순환이 발생하는 2속에서는 전달 효율의 저하에 의해, 연비가 악화된다. 여기서, 토크 순환은 도7에 도시한 바와 같이, 제3 링 기어(R3)로부터 출력 토크(2.362)와 순환 토크(1.77)가 분기하여 발생하고, 이 중 순환 토크는 2속 사이, 제3 링 기어(R3)와 제2 피니온(P2)을 내부 순환한다.
ㆍ이시멀형 유성 기어열의 특징
본 발명에 있어서 채용한 싱글 피니온형 유성 기어와 더블 선 기어형 유성 기어를 조합한 이시멀형 유성 기어열의 특징에 대해 설명한다.
(a) 오버 드라이브의 변속단을 얻기 위해서는 캐리어 입력이 필요하지만, 캐리어 입력을 달성하면서, 이시멀형 유성 기어열에서는 라비니오형 복합 유성 기어열과 마찬가지로, 입력부와 출력부를 동일축에 배치할 수 있다. 즉, 도10의 (c)에 도시한 바와 같이 이시멀형 유성 기어열을 구성하는 더블 선 기어형 유성 기어는, (선 기어로부터 2개의 멤버) + (링 기어로부터 하나의 멤버) + (캐리어로부터 축 방향과 직경 방향으로 2개의 멤버) = 5개의 멤버라고 하는 바와 같이, 멤버수가 많아지고, 특히 센터 멤버에 의해 2개의 선 기어의 사이로부터 직경 방향으로 입력이 받아들여짐으로써 오버 드라이브를 포함하는 고변속단(제1 실시예에서는 4속 내지 6속)이 성립하는 캐리어 입력이 달성된다.
(b) 기어열의 최대 토크(1속)를, 도5의 (a)에 도시한 바와 같이 이시멀형 유성 기어열의 제1 유성 기어(G1)와 제2 유성 기어(G2)의 양 쪽에서 담당하고, 1속의 토크 플로우가 전멤버를 거쳐서 분담 가능하기 때문에, 강도적으로 유리하다.
(c) 감속 장치로서의 1세트의 제1 유성 기어(G1)에서 증대한 토크를 전달 토크가 큰 1속과 2속에 있어서, 도4의 (a)와 도4의 (b)에 도시한 바와 같이 이시멀형 유성 기어열의 제2 링 기어(R2)로부터 입력하기 위해, 선 기어 입력인 라비니오형 복합 유성 기어열에 비교하여 접선력이 작아지며, 기어 강도나 기어 수명이나 캐리어 강성 등의 점에서 유리(소형화 가능)하다.
(d) 라비니오형 복합 유성 기어열에 비교하여, 이시멀형 유성 기어열은 강도적으로 유리하고, 또한 기어 강도나 기어 수명이나 캐리어 강성 등의 점에서 유리한 동시에, 라비니오형 복합 유성 기어열과 마찬가지로, 입력부와 출력부가 동일축 배치에 의한 구성으로 할 수 있으므로, 기어 변속 장치가 완벽해지며, 자동 변속기의 소형화를 달성할 수 있다.
(e) 이시멀형 유성 기어열의 2속에서는 도4의 (b)에 도시한 바와 같이, 토크 순환의 발생이 없고, 토크 순환이 발생되는 라비니오형 복합 유성 기어열의 2속에 비교하여, 전달 효율이 향상되어 연비가 향상된다.
즉, 도11에 일반적으로 적용 가능한 기어비(α)(= 선 기어 잇수/링 기어 잇수)의 범위(α = 0.35 내지 0.65)이고, 또한 바람직하다고 일컬어지는 고속단이 될수록 단간비가 작다고 하는 조건을 고려한 경우의 라비니오형 복합 유성 기어열과 이시멀형 유성 기어열의 대비를 나타내지만, 2속에서의 전달 효율을 보면, 라비니오형 복합 유성 기어열의 전달 효율은 0.950 또는 0.952인 데 반해, 이시멀형 유성 기어열의 전달 효율은 제1 유성 기어(G1)가 싱글 피니온형인 경우는 0.972, 더블 피니온형인 경우는 0.968이다.
(f) 라비니오형 복합 유성 기어열은 기어비(α)의 설정시에, 링 기어 잇수가 일정하다는 규제가 있으므로, 일반적으로 적용 가능한 기어비 범위(α = 0.35 내지 0.65)이고, 또한 바람직하다고 일컬어지는 고속단이 될수록 단간비가 작다고 하는 조건을 고려한 경우, 적용할 수 있는 변속비 폭인 변속비 범위(= 1속 기어비/6속 기어비)는, 도11에 도시한 바와 같이 최소 4.81 내지 최대 7.20이다.
이에 대해, 2세트의 유성 기어(G2, G3)의 기어비(α2, α3)를 서로 독립적으로 설정할 수 있는 이시멀형 유성 기어열은 라비니오형 복합 유성 기어열에 비해, 적용할 수 있는 변속비 범위가 도11에 도시한 바와 같이, 제1 유성 기어(G1)가 싱글 피니온형인 경우는 최소 4.81 내지 최대 7.80, 더블 피니온형인 경우는 최소 5.08 내지 최대 9.02로 확대하고, 예를 들어 도2의 수치(또, 최상단의 수치 5.5 내지 7.0은 변속비 범위)로 나타낸 바와 같이, 기어비의 선택 자유도를 높일 수 있다.
다음에, 효과를 설명한다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서는, 개략도에 의거하는 효과로서 하기에 열거하는 효과를 얻을 수 있다.
(1) 구동원으로부터의 회전을 입력하는 입력축(Input)과, 변속된 회전을 출력하는 출력 기어(0utput)와, 3세트의 유성 기어(G1, G2, G3)와, 복수의 회전 요소 사이를 일체적으로 연결하는 복수의 멤버(M1, M2)와, 입력축(Input), 출력 기어(0utput), 연결 멤버(M1, M2) 및 3세트의 유성 기어(G1, G2, G3)의 각 회전 요소 사이에 배치되고, 선택적으로 접촉 분리하는 3개의 클러치(C1, C2, C3)와 선택적으로 고정하는 2개의 브레이크(B1, B2)를 구비하고, 상기 3개의 클러치(C1, C2, C3)와 2개의 브레이크(B1, B2)를 적절하게 체결 및 해방함으로써, 적어도 전진 6속 및 후퇴 1속을 얻는 변속 제어 수단을 갖는 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서, 상기 3세트의 유성 기어(G1, G2, G3) 중, 1세트의 유성 기어(G1)는 입력 회전을 항상 감속하는 감속 장치로 하고, 나머지 2세트의 유성 기어(G2, G3) 중, 1세트의 유성 기어(G3)를 2개의 선 기어(S3, S4)와, 상기 2개의 선 기어(S3, S4)의 각각과 맞물리는 피니온(P3)과, 상기 2개의 선 기어(S3, S4) 사이에 배치되고, 또한 회전을 입력 또는 출력하는 센터 멤버(CM)를 갖는 캐리어와, 상기 피니온(P3)에 맞물리는 하나의 링 기어(R3)를 갖는 더블 선 기어형 유성 기어로 했으므로, 2세트의 유성 기어(G2, G3)로 구성되는 기어열의 강도적 유리성과, 2세트의 유성 기어(G2, G3)로 구성되는 기어열의 기어 강도나 기어 수명 등의 유리성과, 토크 순환을 없애는 것에서의 연비 향상과, 입력축(Input)과 출력 기어(Output)의 동일축 배치와, 자동 변속기의 소형화를 더불어 달성하면서, 라비니오형 복합 유성 기어열을 이용하는 경우에 비해 기어비의 선택 자유도를 높일 수 있다.
덧붙여서, 1세트의 유성 기어(G1)를, 입력 회전을 항상 감속하는 감속 장치로 하였으므로, 감속 장치의 소형화를 달성할 수 있고, 또한 자동 변속기를 콤팩트하게 할 수 있다(청구항 1에 대응).
(2) 감속 장치인 제1 유성 기어(G1)를 싱글 피니온형 유성 기어로 하였으므로, 기어 노이즈나 부분 개수가 저감할 수 있는 동시에, 전달 효율이 향상되고, 또한 연비의 향상으로 이어진다(청구항 2에 대응).
(3) 감속 장치인 유성 기어를 제1 유성 기어(G1), 더블 선 기어형 유성 기어를 제3 유성 기어(G3), 나머지 유성 기어를 제2 유성 기어(G2)로 하였을 때, 상기 제2 유성 기어(G2)와 상기 제3 유성 기어(G3)는, 제2 유성 기어(G2)의 회전 멤버와 제3 유성 기어(G3)의 회전 멤버를 일체적으로 연결하는 연결 멤버(M1, M2)를 포함하여 5개의 회전 멤버로 구성되는 유성 기어 세트이고, 상기 제3 유성 기어(G3)의 한 쪽 제4 선 기어(S4)를 선택적으로 정지(고정) 가능한 제2 브레이크(B2)에 연결하는 제1 회전 멤버와, 상기 제3 유성 기어(G3)의 다른 쪽의 제3 선 기어(S3)와 상기 제1 유성 기어(G1)의 제1 캐리어(PC1)를 선택적으로 접촉 분리 가능한 제2 클러치(C2)에 연결하는 제2 회전 멤버와, 제2 연결 멤버(M2)를 거쳐서 출력 기어(0utput)에 연결하는 제3 회전 멤버와, 상기 제1 유성 기어(G1)의 제1 링 기어(R1)를 선택적으로 접촉 분리 가능한 제3 클러치(C3)와 선택적으로 정지(고정) 가능한 제1 브레이크(B1)와 연결하는 제4 회전 멤버와, 상기 제1 유성 기어(G1)의 제1 캐리어(PC1)를 선택적으로 접촉 분리 가능한 제1 클러치(C1)에 연결하는 제5 회전 멤버를 갖고, 상기 제1 클러치(C1)와 제1 브레이크(B1)의 체결에 의해 1속, 제1 클러치(C1)와 제2 브레이크(B2)의 체결에 의해 2속, 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)의 체결에 의해 3속, 제1 클러치(C1)와 제3 클러치(C3)의 체결에 의해 4속, 제2 클러치(C2)와 제3 클러치(C3)의 체결에 의해 5속, 제3 클러치(C3)와 제2 브레이크(B2)의 체결에 의해 6속, 제2 클러치(C2)와 제1 브레이크(B1)의 체결에 의해 후퇴속으로 하고, 전진 6속으로 후퇴 1속을 얻는 변속 유압 제어 장치를 설치하였으므로, 5개의 회전 멤버로 구성되는 유성 기어 세트, 이른바 이시멀형 유성 기어열에 의해 클러치ㆍ브레이크ㆍ각 멤버의 배치 레이아웃을 높이면서, 2속으로 토크 순환을 없애는 것으로 높은 연비의 향상이 도모되는 전진 6속으로 후퇴 1속의 기어 변속 장치를 제공할 수 있다(청구항 8에 대응).
(4) 제1 선 기어(S1)와, 제1 링 기어(R1)와, 양 기어(S1, R1)에 맞물리는 제1 피니온(P1)을 지지하는 제1 캐리어(PC1)를 갖는 감속 장치인 싱글 피니온형 제1 유성 기어(G1)와, 제2 선 기어(S2)와, 제2 링 기어(R2)와, 양 기어(S2, R2)에 맞물리는 제2 피니온(P2)을 지지하는 제2 캐리어(PC2)를 갖는 싱글 피니온형 제2 유성 기어(G2)와, 2개의 제3 선 기어(S3) 및 제4 선 기어(S4)와, 양 선 기어(S3, S4)의 각각에 맞물리는 제3 피니온(P3)을 지지하는 제3 캐리어(PC3) 및 센터 멤버(CM)와, 상기 제3 피니온(P3)에 맞물리는 하나의 제3 링 기어(R3)를 갖는 더블 선 기어형의 제3 유성 기어(G3)와, 제1 링 기어(R1)에 연결되는 입력축(Input)과, 제2 캐리어(PC2)에 연결되는 출력 기어(0utput)와, 제2 선 기어(S2)와 제3 선 기어(S3)를 일체적으로 연결하는 제1 연결 멤버(M1)와, 제2 캐리어(PC2)와 제3 링 기어(R3)를 일체적으로 연결하는 제2 연결 멤버(M2)와, 제1 캐리어(PC1)와 제2 링 기어(R2)를 선택적으로 접촉 분리하는 제1 클러치(C1)와, 제1 캐리어(PC1)와 제2 선 기어(S2)를 선택적으로 접촉 분리하는 제2 클러치(C2)와, 입력축(Input)과 센터 멤버(CM)를 선택적으로 접촉 분리하는 제3 클러치(C3)와, 제3 캐리어(PC3)의 회전을 선택적으로 정지시키는 제1 브레이크(B1)와, 제4 선 기어(S4)의 회전을 선택적으로 정지시키는 제2 브레이크(B2)와, 전진 6속으로 후퇴 1속을 얻는 변속 유압 제어 장치를 설치하였으므로, 1속 및 2속에 있어서 제2 유성 기어(G2)와 제3 유성 기어(G3)에 의해 구성되는, 이른바 이시멀형 유성 기어열에 대해, 링 기어 입력을 달성할 수 있고, 또한 자동 변속기를 완벽하게 할 수 있다 (청구항 9에 대응).
(5) 더블 선 기어형 유성 기어인 제3 유성 기어(G3)를, 동일한 잇수를 갖는 2개의 선 기어(S3, S4)와, 상기 2개의 선 기어(S3, S4)의 각각에 맞물리는 피니온(P3)을 갖는 유성 기어로 하였으므로, 피니온(P3)의 가공이 용이하며, 제조도 용이하다는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 소리나 진동에 대해서도 매우 유리해진다.
[제1 실시예의 레이아웃에 의거하는 상세한 설명]
다음에, 본 발명의 자동 변속기용 기어 변속 장치의 구체적인 레이아웃에 의거하는 구성을 설명한다.
도12는 제1 실시예의 기어 변속 장치의 구체적인 구성을 도시한 단면도이다.
부호 1은 변속 장치를 장착하는 변속기 케이스, 부호 2는 변속기 케이스(1)에 고정 지지되어 제3 클러치(C3), 제1 브레이크(B1) 및 제2 브레이크(B2)를 장착하는 중간벽이다.
변속기 케이스(1) 내에 장착되는 변속 기구부는 엔진과 대향하는 측으로부터, 제1 유성 기어(G1) → 제2 유성 기어(G2) → 제3 유성 기어(G3) → 중간벽(2) 순으로 배치되어 있다. 또한, 제1 유성 기어(G1)의 외주측에 제2 클러치(C2)가 배치되는 동시에, 이 제2 클러치(C2)에 인접한 제2 유성 기어(G2)의 외주측에 제1 클러치(C1)가 배치되어 있다.
부호 D는 제1 클러치(C1)의 클러치 드럼, 부호 DP는 제2 클러치(C2)의 클러치 드럼과 제1 클러치(C1)의 피스톤을 겸용하는 드럼 피스톤, 부호 P는 제2 클러치(C2)의 피스톤이며, 제1 클러치(C1)의 클러치 드럼(D)과 드럼 피스톤(DP)은 서로 스플라인 결합되어 있다. 부호 4는 센터 멤버(CM)와 연결되고, 제1 브레이크(B1)의 허브부인 동시에 제3 클러치(C3)의 드럼이 되는 멤버이다.
클러치 드럼(D)에는 제1 및 제2 클러치(C1, C2)가 포함되어 있으므로, 3속에 있어서의 제1 및 제2 클러치(C1, C2)의 동시 체결시에 체결력을 적절하게 선정함으로써, 유압의 제어를 간략화하고 있다. 즉, 3속에서는 제1 클러치(C1)와 제2 클러치(C2)가 동시에 체결된다. 이 때, 제1 클러치(C1)에 입력되는 토크(TC1)와 제2 클러치(C2)에 입력되는 토크(TC2)의 비는, 제2 유성 기어(G2)의 기어비를 α2라 하면,
TC1 : TC2 = {1/(1 + α2)} : {α2/(1 + α2)}
가 되므로, 미리 드럼 피스톤(DP)의 유효 단면적과, 피스톤(P)의 유효 단면적의 비를,
DP 유효 단면적 : P 유효 단면적 = {1/(1 + α2)} : {α2/(1 + α2)}
로 해 둠으로써, 다른 유압을 공급할 필요가 없어, 유압 제어를 간략화할 수 있다는 특징으로 갖는다. 또, 현실적인 설계로는 각각의 클러치의 매수와 유효 직경 등을 고려하여 각각의 피스톤의 유효 단면적을 정할 필요가 있다.
변속기 케이스(1)에는 엔진측 단부의 최대 외경을 갖는 부분이며, 중간벽(2)을 고정 지지하는 중간벽 끼워 맞춤부(1a)와, 변속기 케이스(1)의 대략 중앙부의 중간 외경을 갖는 부분이고, 출력 기어(0utput)를 베어링(3)을 거쳐서 고정 지지하는 출력 기어 지지부(1b)가 설치되어 있다. 또한, 변속기 케이스(1)의 엔진과 대향하는 단부의 축심 근방 부분으로부터 엔진측으로 돌출 설치되고, 클러치 드럼(D)을 회전 가능하게 지지하는 드럼 지지부(1c)가 설치되어 있다.
드럼 지지부(1c)는 외주측에서 클러치 드럼(D)을 지지하는 동시에, 내주측에서 입력축(Input)을 회전 가능하게 지지하고 있다. 또, 드럼 지지부(1c)의 엔진측 선단부에는 제1 유성 기어(G1)의 선 기어(S1)를 고정 지지하는 선 기어 지지부(1d)가 설치되어 있다.
또한, 드럼 지지부(1c)의 내부에는 드럼(D)과 드럼 피스톤(DP)에 의해 형성되는 제1 클러치(C1)의 피스톤실에 유압을 공급하는 제1 클러치 유로(10a)와, 드럼 피스톤(DP)과 피스톤(P)에 의해 형성되는 제2 클러치의 피스톤실에 유압을 공급하는 제2 클러치 유로(10b)가 설치되어 있다.
중간벽(2)에는 입력축(Input)이 관통하는 관통 구멍(2a)이 형성되어 있고, 중간벽(2)의 변속 기구부측에는 제1 외측 보스부(24)와 제1 내측 보스부(23)가 형성되어 있다. 그리고, 이 제1 외측 보스부(24)의 내주측과 제1 내측 보스부(23)의 외주측과 중간벽의 측면에서 제2 브레이크(B2)의 피스톤(B2P)을 수납하는 실린더실(24a)을 형성하고 있다. 또한, 제1 외측 보스부(24)의 선단부측 스플라인 홈에 제2 브레이크(B2)의 케이스측 클러치 플레이트가 스냅링(30)에 의해 축 방향의 이동을 규제하여 끼워 맞추고 있다. 또한, 이 제1 외측 보스부(24)의 선단부측은 변속 기구부측의 출력 기어(Output)의 내주측이고, 출력 기어(0utput)와 축 방향으로 오버랩하도록 돌출 설치되고, 출력 기어(0utput)의 일부와 제2 브레이크(B2)의 클러치 플레이트가 축 방향으로 오버랩하도록 배치되어 있다.
중간벽(2)의 엔진측에는 제2 외측 보스부(25)와 제3 외측 보스부(26)와 제2 내측 보스부(22)가 형성되어 있다. 제2 외측 보스부(25)는 변속기 케이스(1)의 내주와 접촉하도록 설치되어 있고, 그 선단부측의 스플라인 홈에 제1 브레이크(B1)의 케이스측 클러치 플레이트가 끼워 맞추어져 있다. 또한 케이스측 클러치 플레이트의 축 방향의 이동을 규제하는 스냅링(29)이 끼워 맞추어져 있다. 또한, 이 제2 외측 보스부(25)의 내주측과 제3 외측 보스부(26)의 외주측과 중간벽의 측면으로, 제1 브레이크(B1)의 피스톤(B1P)을 수납하는 실린더실(21)을 형성하고 있다. 또한, 제2 내측 보스부(22)는 엔진 측단부 측면에서 멤버(4)를 축 방향으로 규제하는 동시에, 이 제2 내측 보스부(22)의 외주측과 제3 외측 보스부(26)의 내주측 사이에 멤버(4)의 일부를 수납하고 있다.
중간벽(2) 내부에는 제1 브레이크(B1)의 피스톤실에 유압을 공급하는 제1 브레이크 유로(21a)와, 제2 브레이크(B2)의 피스톤실에 유압을 공급하는 제2 브레이크 유로(23a)와, 제3 클러치(C3)의 피스톤실에 유압을 공급하는 제3 클러치 유로(22a)가 설치되어 있다.
멤버(4)는 부시(27)를 거쳐서 중간벽에 회전 가능하게 지지되어 있고, 다른 쪽에서 제3 유성 기어(G3)의 센터 멤버(CM)와 스플라인 끼워 맞춤하고 있다. 또한, 입력축(Input)과 일체로 회전하는 제3 클러치 허브(5)를 축 방향으로 지지하는 제3 클러치 허브 지지부(41)가 설치되어 있다. 이 지지부(41)와 대략 축 방향으로 대향하는 지지부 배면측은 중간벽(2)의 제2 내측 보스부(22)와 스러스트 베어링(28)을 거쳐서 접촉하고 있다. 또한, 이 제3 클러치 허브 지지부(41)의 직경 방향 외주측에는 축 방향 변속 기구부측으로 입상된 피스톤 실린더실(42)이 설치되어 있다. 이 피스톤 실린더실(42)은 제2 내측 보스부(22)의 외주측과 제3 외측 보스부(26)의 내주측 사이에 수납되어 있다. 이 피스톤 실린더실(42)의 외경측에는 축 방향 엔진측으로 입상된 드럼 허브부(43)가 설치되어 있다. 이 드럼 허브(43)는 외주측에서 제1 브레이크(B1)의 드라이브 플레이트와 스플라인 끼워 맞춤하고, 내주측에서 제3 클러치(C3)의 드리븐 플레이트와 스플라인 끼워 맞춤하고 있다.
제2 브레이크(B2)의 허브(31)에는 엔진측의 스플라인 홈에 클러치 플레이트가 끼워 맞추어져 있고, 다른 쪽에서는 제3 유성 기어(G3)의 제4 선 기어(S4)의 내경측과 스플라인 끼워 맞춤하고 있다.
그리고, 본 발명의 자동 변속기용 기어 변속 장치에서는 중간벽(2)의 관통 구멍(2a)에는 부시(27), 중간벽(2)의 변속 기구측에 B2의 피스톤(B2P), 클러치 플레이트, 제2 브레이크(B2)의 허브(30)를, 엔진측에 제1 브레이크(B1)의 피스톤(B1P), 클러치 플레이트, 제2 브레이크의 허브이며 제3 클러치(C3)의 드럼이기도 한 멤버(4), 제3 클러치(C3)의 피스톤(32), 제3 클러치(C3)의 클러치 플레이트, 클러치 허브(5)를 별도 라인에서 서브어셈블리 가능한 구조로 되어 있다.
따라서, 도12의 좌측을 하부로 하여, 출력 기어의 베어링 및 제3 유성(G3)까지를 차례로 부착하고, 그 후 별도 라인에서 서브어셈블리된 중간벽, 입력축이라는 순으로 부착하는 것이 가능하다.
다음에, 효과를 설명한다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 실시예의 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서는, 하기에 열거하는 효과를 얻을 수 있다.
(1) 중간벽(2)에 제1 브레이크(B1) 및 제2 브레이크(B2)의 실린더실을 설치하고, 제3 클러치(C3)를 지지하도록 하였으므로, 효율적으로 클러치 및 브레이크를 배치하는 것이 가능해지며, 변속 장치의 전체 길이의 콤팩트화를 도모할 수 있다. 또한, 중간벽 근방에 집중적으로 클러치 및 브레이크를 배치함으로써, 각각의 유로를 용이하게 배치할 수 있다. 또한, 중간벽(2)에 제1 브레이크(B1), 제2 브레이크(B2) 및 제3 클러치(C3)를 서브어셈블리화하는 것이 가능해지고, 용이하게 제조할 수 있다(청구항 1에 대응).
(2) 동일한 회전 멤버를 고정하는 제1 브레이크(B1)와, 제3 클러치(C3)를 동일한 실에 설치함으로써, 드럼 허브부(43)와 같이 하나의 부재로 드럼 기능과 허브 기능의 양 기능을 달성하는 것이 가능해지고, 부품 개수의 삭감 및 심플한 구성을 얻을 수 있다(청구항 2에 대응).
(3) 제3 클러치(C3)는 입력축(Input)과 동일 회전수이므로 토크 용량이 비교적 작고, 제1 브레이크(B1)는 1속 및 후퇴속으로 체결하(즉 감속되어 있음)므로 토크 용량이 크다. 여기서, 토크 용량이 큰 제1 브레이크(B1)가 제3 클러치의 외주측에 설치되어 있으므로, 클러치 플레이트의 면적을 확보할 수 있다. 따라서, 동일한 회전 멤버를 고정하는 데 있어서 효율적인 클러치 및 브레이크 배치가 되어, 필요한 토크 용량을 확보하면서 변속기의 콤팩트화를 도모할 수 있다. 또한, 제3 클러치(C3)가 입력축(Input)측에 배치됨으로써, 입력축(Input)과 일체로 회전하고, 제3 클러치(C3)의 드라이브 플레이트를 지지하는 멤버(5)를 짧게 할 수 있어, 변속기의 콤팩트화를 도모할 수 있다(청구항 3에 대응).
(4) 제4 선 기어(S4)를 고정하는 제3 유성 기어(G3)를 중간벽(2)에 인접하여 배치함으로써, 제4 선 기어(S4)의 브레이크 경로를 단축하여 심플하게 하는 것이 가능해지며, 변속기의 콤팩트화를 도모할 수 있는 동시에, 중량 증가를 방지할 수 있다(청구항 4에 대응).
(5) 감속측의 클러치인 제1 클러치(C1) 및 제2 클러치(C2)끼리를 근접하여 배치함으로써, 더블 피스톤화가 가능해지고, 또한 콤팩트화를 도모할 수 있다. 또한, 3개의 유성 기어가 상기 중간벽측으로부터 제3 유성 기어, 제2 유성 기어, 제1 유성 기어의 순으로 배치된 제2 유성 기어에 대해 감속측의 클러치인 제1 클러치(C1) 및 제2 클러치(C2)를 근접하여 배치함으로써 고토크를 전달하는 감속측의 경로를 단축할 수 있으므로, 고강도가 필요한 부재를 작게 할 수 있어, 변속기의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다(청구항 5에 대응).
(6) 출력 기어(0utput)가 제2 브레이크(B2)의 외주측에 오버랩하여 배치된 것으로, 축 방향 치수를 단축할 수 있다(청구항 6에 대응).
(7) 출력 기어(0utput)를 변속기 케이스(1)의 내벽에서 직접 지지된 베어링(3)에 의해 지지함으로써, 지지 강성이 고조되고, 기어 노이즈의 발생을 방지할 수 있다(청구항 7에 대응).
이상, 본 발명의 자동 변속기용 기어 변속 장치를 제1 실시예에 의거하여 설명해 왔지만, 구체적인 구성에 대해서는 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구의 범위의 각 청구항에 기재된 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한, 설계의 변경이나 추가 등은 허용된다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 자동 변속기용 기어 변속 장치는 변속단의 다단화 요구가 있는 차량의 변속 장치로서 유용하며, 특히 구동원으로서 엔진이나 모터가 탑재된 자동차의 구동원 출력축에 접속되는 자동 변속기의 기어 변속부에 이용하는 데 적합하다.

Claims (9)

  1. 구동원으로부터의 회전을 입력하는 입력부와,
    변속된 회전을 출력하는 출력부와,
    3세트의 유성 기어와,
    복수의 회전 요소 사이를 일체적으로 연결하는 복수의 멤버와,
    입력부, 출력부, 멤버 및 3세트의 유성 기어의 각 회전 요소 사이에 배치되어, 선택적으로 접촉 분리하는 3개의 클러치와 선택적으로 고정하는 2개의 브레이크를 케이스 내에 구비하고,
    상기 3개의 클러치와 2개의 브레이크를 적절하게 체결 및 해방함으로써, 적어도 전진 6속 및 후퇴 1속을 얻는 변속 제어 수단을 갖는 자동 변속기용 기어 변속 장치에 있어서,
    상기 3세트의 유성 기어 중, 1세트의 유성 기어는 입력 회전을 항상 감속하는 감속 장치로 하고,
    나머지 2세트의 유성 기어 중, 1세트의 유성 기어를, 2개의 선 기어와, 상기 2개의 선 기어의 각각과 맞물리는 피니온과, 상기 2개의 선 기어 사이에 배치되고, 또한 회전을 입력 또는 출력하는 센터 멤버와, 상기 피니온의 적어도 한 쪽을 지지하는 사이드 멤버를 갖는 캐리어와, 상기 피니온에 맞물리는 하나의 링 기어를 갖는 더블 선 기어형 유성 기어로 하고,
    나머지의 유성 기어를, 하나의 선 기어와, 상기 선 기어에 맞물리는 피니온과, 상기 피니온을 지지하는 캐리어와, 상기 피니온에 맞물리는 하나의 링 기어를 갖는 싱글 피니온형 유성 기어로 하고,
    케이스 내에 설치되어, 한 쪽과 다른 쪽에 케이스 내를 구획하는 중간벽에, 상기 선택적으로 고정하는 2개의 브레이크의 2개의 브레이크 실린더실을 설치하는 동시에, 상기 3개의 클러치 중, 하나의 클러치 드럼을 지지하는 지지부를 설치한 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 기어 변속 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 3세트의 유성 기어 중 1세트를, 입력 회전을 항상 감속하는 감속 장치이며, 제1 선 기어와, 제1 링 기어와, 양 기어에 맞물리는 피니온을 지지하는 제1 캐리어를 갖는 제1 유성 기어로 하고,
    상기 3세트의 유성 기어 중 1세트를, 제3 및 제4 선 기어와, 상기 2개의 선 기어의 각각에 맞물리는 피니온과, 상기 2개의 선 기어 사이에 배치되고, 또한 회전을 입력 또는 출력하는 센터 멤버를 갖는 제3 캐리어와, 상기 피니온 기어에 맞물리는 하나의 제3 링 기어를 갖는 더블 선 기어형 유성 기어를 제3 유성 기어로 하고,
    상기 3세트의 유성 기어 중, 1세트를 제2 선 기어와, 제2 링 기어와, 양 기어에 맞물리는 피니온을 지지하는 제2 캐리어를 갖는 싱글 피니온형 유성 기어를 제2 유성 기어로 하고,
    제1 링 기어에 연결되는 입력부와,
    제2 캐리어에 연결되는 출력부와,
    제2 선 기어와 제3 선 기어를 일체적으로 연결하는 제1 연결 멤버와,
    제2 캐리어와 제3 링 기어를 일체적으로 연결하는 제2 연결 멤버와,
    제1 캐리어와 제2 링 기어를 선택적으로 접촉 분리하는 제1 클러치와,
    제1 캐리어와 제1 연결 멤버를 선택적으로 접촉 분리하는 제2 클러치와,
    제3 캐리어와 입력부를 선택적으로 접촉 분리하는 제3 클러치와,
    제3 캐리어의 회전을 선택적으로 정지시키는 제1 브레이크와,
    제4 선 기어의 회전을 선택적으로 정지시키는 제2 브레이크를 구비하고,
    상기 중간벽의 한 쪽에는 제2 브레이크를 배치하고, 다른 쪽에는 상기 제1 브레이크 및 상기 제3 클러치를 배치한 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 기어 변속 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 브레이크는 제3 클러치의 외주에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 기어 변속 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 케이스 내에 배치된 상기 중간벽의 일측 상에, 상기 중간벽측으로부터 더블 선 기어형 유성 기어, 싱글 피니온형 유성 기어, 감속 장치인 유성 기어의 차례로 배치한 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 기어 변속 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 클러치와 제2 클러치는 상기 싱글 피니온형 유성 기어에 근접하여 배치한 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 기어 변속 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 출력부는 상기 두 브레이크 중 하나의 내부 외주측에 축 방향으로 오버랩하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 기어 변속 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 출력부는 상기 케이스의 내벽에서 지지된 베어링에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 기어 변속 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 감속 장치인 유성 기어를 제1 선 기어와, 제1 링 기어와, 양 기어에 맞물리는 제1 피니온을 지지하는 제1 캐리어를 갖는 감속 장치인 제1 유성 기어로 하고,
    상기 더블 선 기어형 유성 기어를 제3 선 기어 및 제4 선 기어와, 양 선 기어의 각각에 맞물리는 제3 피니온을 지지하는 제3 캐리어 및 센터 멤버와, 상기 제3 피니온에 맞물리는 하나의 제3 링 기어를 갖는 더블 선 기어형의 제3 유성 기어로 하고,
    상기 싱글 피니온형 유성 기어를 제2 선 기어와, 제2 링 기어와, 양 기어에 맞물리는 제2 피니온을 지지하는 제2 캐리어를 갖는 제2 유성 기어로 하고,
    제1 링 기어에 연결되는 입력부와,
    제2 캐리어에 연결되는 출력부와,
    제2 선 기어와 제3 선 기어를 일체적으로 연결하는 제1 연결 멤버와,
    제2 캐리어와 제3 링 기어를 일체적으로 연결하는 제2 연결 멤버와,
    제1 캐리어와 제2 링 기어를 선택적으로 접촉 분리하는 제1 클러치와,
    제1 캐리어와 제2 선 기어를 선택적으로 접촉 분리하는 제2 클러치와,
    입력부와 센터 멤버를 선택적으로 접촉 분리하는 제3 클러치와,
    제3 캐리어 또는 센터 멤버의 회전을 선택적으로 정지시키는 제1 브레이크와,
    제4 선 기어의 회전을 선택적으로 정지시키는 제2 브레이크를 구비하고,
    상기 제1 클러치와 제1 브레이크의 체결에 의해 1속, 제1 클러치와 제2 브레이크의 체결에 의해 2속, 제1 클러치와 제2 클러치의 체결에 의해 3속, 제1 클러치와 제3 클러치의 체결에 의해 4속, 제2 클러치와 제3 클러치의 체결에 의해 5속, 제3 클러치와 제2 브레이크의 체결에 의해 6속, 제2 클러치와 제1 브레이크의 체결에 의해 후퇴속으로 하고, 전진 6속에서 후퇴 1속을 얻는 변속 제어 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 기어 변속 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 감속 장치의 1세트의 유성 기어는 싱글 피니온형인 것을 특징으로 하는 자동 변속기용 기어 변속 장치.
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