JP5373740B2 - 自動変速機 - Google Patents

Description

本発明は、入力軸の回転を変速機ケース内に配置した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と第３の２つの遊星歯車機構と６つの係合機構とを用いて、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、入力用の遊星歯車機構を、第１サンギヤと、第１リングギヤと、互いに噛合すると共に一方が第１サンギヤに噛合し他方が第１リングギヤに噛合する一対の第１ピニオンを自転及び公転自在に軸支する第１キャリアとからなるいわゆるダブルピニオン型の遊星歯車機構（キャリアを固定した場合、サンギヤとリングギヤが同一方向に回転するため、プラス遊星歯車機構又はポジティブ遊星歯車機構ともいう。因みに、リングギヤを固定した場合には、サンギヤとキャリアとが互いに異なる方向に回転する。）で構成している。

第１遊星歯車機構は、第１サンギヤが変速機ケースに固定される固定要素、第１キャリアが入力軸に連結される入力要素、第１リングギヤが入力要素たる第１キャリアの回転速度を減速して出力する出力要素とされている。

又、変速用の２つの遊星歯車機構は、第２サンギヤと、第３サンギヤと、第３リングギヤと一体化された第２リングギヤと、互いに噛合すると共に一方が第２サンギヤ及び第２リングギヤに噛合し他方が第３サンギヤに噛合する一対の第２ピニオンを自転及び公転自在に軸支する第２キャリアとからなるラビニヨ型の遊星歯車機構で構成されている。

このラビニヨ型の遊星歯車機構は、共線図（各回転要素の相対速度の比を直線で表すことができる図）においてギヤ比に対応する間隔を存して順に、第１回転要素、第２回転要素、第３回転要素及び第４回転要素とすると、第１回転要素は第２サンギヤ、第２回転要素は第３キャリアと一体化された第２キャリア、第３回転要素は第３リングギヤと一体化された第２リングギヤ、第４回転要素は第３サンギヤとなる。

又、係合機構として、第１遊星歯車機構の出力要素たる第１リングギヤと第３サンギヤから成る第４回転要素とを解除自在に連結する第１湿式多板クラッチと、入力軸と第２キャリアから成る第２回転要素とを解除自在に連結する第２湿式多板クラッチと、出力要素たる第１リングギヤと第２サンギヤから成る第１回転要素とを解除自在に連結する第３湿式多板クラッチと、入力要素たる第１キャリアと第２サンギヤから成る第１回転要素とを解除自在に連結する第４湿式多板クラッチと、第２サンギヤから成る第１回転要素を変速機ケースに解除自在に固定する第１ブレーキと、第２キャリアから成る第２回転要素を変速機ケースに解除自在に固定する第２ブレーキとを備える。

以上の構成によれば、第１湿式多板クラッチと第２ブレーキとを係合することで１速段が確立され、第１湿式多板クラッチと第１ブレーキとを係合することで２速段が確立され、第１湿式多板クラッチと第３湿式多板クラッチとを係合することで３速段が確立され、第１湿式多板クラッチと第４湿式多板クラッチとを係合することで４速段が確立される。

又、第１湿式多板クラッチと第２湿式多板クラッチとを係合することで５速段が確立され、第２湿式多板クラッチと第４湿式多板クラッチとを係合することで６速段が確立され、第２湿式多板クラッチと第３湿式多板クラッチとを係合することで７速段が確立され、第２湿式多板クラッチと第１ブレーキとを係合することで８速段が確立される。

又、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。具体的には、トルクコンバータ側から順に、第１列が第４クラッチ及び第１ブレーキ、第２列が第１遊星歯車機構、第３列が第１クラッチ、第４列が第３クラッチ（第３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クラッチと出力ギヤとの間に第３クラッチ用のピストンと油路とが構成されるため。）、第５列が出力ギヤ、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クラッチ及び第２ブレーキとなる。

特開２００５−２７３７６８号公報

上記従来例のものでは、各変速段において係合する係合機構の数が２つになる。そのため、開放している残りの４つの係合機構の引き摺りによるフリクションロスが大きくなり、自動変速機の効率が悪化する不具合がある。

本発明は、以上の点に鑑み、フリクションロスを低減できる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、サンギヤ、キャリア及びリングギヤからなる３つの要素を夫々備える第１から第４の４つの遊星歯車機構が設けられ、該第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ヤ比に対応する間隔での並び順に夫々第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、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に夫々第４要素、第５要素及び第６要素とし、前記第３と第４の２つの遊星歯車機構の各要素は、４つの回転要素を構成し、当該４つの回転要素の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並び順に、該４つの回転要素を一方から夫々第１回転要素、第２回転要素、第３回転要素及び第４回転要素として、前記第１要素と前記第４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１回転要素とを連結して第２連結体が構成され、前記第３要素が前記入力軸に連結され、前記第３回転要素が前記出力部材に連結される。

そして、前記第３要素と前記第２回転要素とを連結自在な第１クラッチと、前記第２要素と前記第２連結体とを連結自在な第２クラッチと、前記第１遊星歯車機構の第１から第３の３つの要素のうち何れか２つの要素を連結自在な第３クラッチと、前記第５要素を前記変速機ケースに固定自在な第１ブレーキと、前記第１連結体を前記変速機ケースに固定自在な第２ブレーキと、前記第４回転要素を前記変速機ケースに固定自在な第３ブレーキとからなる６つの係合機構を備え、該６つの係合機構のうち、少なくとも３つの係合機構を連結状態又は固定状態とすることにより、各変速段を確立することを特徴とする。

本発明によれば、後述する実施形態の説明から明らかなように、３つのクラッチと３つのブレーキの合計６つの係合機構のうち各変速段において３つの係合機構が係合して連結状態又は固定状態となる。そのため、各変速段で連結及び固定状態でなく開放される係合機構の数は３つになり、従来のように各変速段で４つの係合機構が開放されるものに比し、開放されている係合機構によるフリクションロスを低減でき、自動変速機の伝達効率を向上させることができる。

［２］本発明においては、第６要素は第２遊星歯車機構のリングギヤであり、第１回転要素は少なくとも第４遊星歯車機構のサンギヤを含んで構成され、第４遊星歯車機構を第２遊星歯車機構の径方向外方に配置し、第４遊星歯車機構のサンギヤを第２遊星歯車機構のリングギヤと一体に構成することが好ましい。

かかる構成によれば、第４遊星歯車機構が第２遊星歯車機構の径方向外方に配置されるため、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができる。

［３］本発明においては、第４回転要素の正転を許容し逆転を阻止する１ウェイクラッチを設けることが好ましい。これによれば、フリクションロスをより低減できると共に、変速段間の変速制御性を向上させることができる。

［４］本発明においては、第３ブレーキを噛合機構で構成することが好ましい。これによれば、フリクションロスをより低減させることができる。

［５］本発明においては、上述した１ウェイクラッチを設けることなく、第３ブレーキを、第４回転要素を変速機ケースに固定する固定状態と、第４回転要素の正転を許容し逆転を阻止する逆転阻止状態とに切換自在な２ウェイクラッチで構成してもよい。これによっても、フリクションロスをより低減させることができると共に、変速段間の変速制御性を向上させることができる。

［６］本発明においては、第２クラッチを噛合機構で構成することが好ましい。これによれば、フリクションロスをより低減させることができる。

［７］本発明においては、第１から第４の４つの遊星歯車機構を、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤ及びリングギヤと噛合するピニオンを自転及び公転自在に軸支するキャリアとからなる所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構（キャリアを固定した場合、サンギヤとリングギヤとが互いに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。因みに、リングギヤを固定した場合には、サンギヤとキャリアとが同一方向に回転する。）で構成することが好ましい。

これによれば、遊星歯車機構を、サンギヤと、リングギヤと、互いに噛合すると共に一方がサンギヤに噛合し他方がリングギヤに噛合する一対のピニオンを自転及び公転自在に軸支するキャリアとからなる所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構（キャリアを固定した場合、サンギヤとリングギヤが同一方向に回転するため、プラス遊星歯車機構又はポジティブ遊星歯車機構ともいう。因みに、リングギヤを固定した場合、サンギヤとキャリアが互いに異なる方向に回転する。）で構成した場合に比し、入力軸から出力部材までの間の動力が伝達される経路における、ギヤが噛み合う個所を減少させることができ、伝達効率をより向上させることができる。

［８］本発明においては、駆動源の動力を入力軸に伝達自在な発進クラッチを設けてもよい。

［９］本発明においては、駆動源の動力をトルクコンバータを介して入力軸に伝達させるように構成することもできる。

本発明の実施形態の自動変速機の上半分を示すスケルトン図。 実施形態の自動変速機の第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。 （ａ）は実施形態の自動変速機の変速段毎における各係合機構の状態を示す説明図。（ｂ）は実施形態の各変速段のギヤレシオの一例を示す説明図。（ｃ）は実施形態の各変速段間の公比の一例を示す説明図。（ｄ）は実施形態の各遊星歯車機構のギヤ比及び自動変速機のレシオレンジの一例を示す説明図。 第３ブレーキとしての２ウェイクラッチの一例を示す断面図。

図１は、本発明の自動変速機の実施形態を示している。本実施形態の自動変速機は、変速機ケース１内に回転自在に軸支した、図外の内燃機関（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ギヤからなる出力部材３とを備えている。出力部材３の回転は、図外のデファレンシャルギヤや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。

又、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、サンギヤＳａと、リングギヤＲａと、サンギヤＳａとリングギヤ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とから成る所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構（キャリアを固定した場合、サンギヤとリングギヤが互いに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。因みに、リングギヤを固定した場合には、サンギヤとキャリアとが同一方向に回転する。）で構成されている。

図２の上段に示す第１遊星歯車機構ＰＧＳ１の共線図（サンギヤ、キャリア、リングギヤの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、共線図におけるギヤ比（リングギヤの歯数／サンギヤの歯数）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要素はサンギヤＳａ、第２要素はキャリアＣａ、第３要素はリングギヤＲａになる。

ここで、サンギヤＳａとキャリアＣａ間の間隔とキャリアＣａとリングギヤＲａ間の間隔との比は、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のギヤ比をｈとして、ｈ：１に設定される。尚、共線図において、下の横線と上の横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２遊星歯車機構ＰＧＳ２も、サンギヤＳｂと、リングギヤＲｂと、サンギヤＳｂ及びリングギヤ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とから成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２の中段に示す第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、共線図におけるギヤ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要素はサンギヤＳｂ、第５要素はキャリアＣｂ、第６要素はリングギヤＲｂになる。サンギヤＳｂとキャリアＣｂ間の間隔とキャリアＣｂとリングギヤＲｂ間の間隔との比は、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のギヤ比をｉとして、ｉ：１に設定される。

第３遊星歯車機構ＰＧＳ３も、サンギヤＳｃと、リングギヤＲｃと、サンギヤＳｃ及びリングギヤ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とから成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。

又、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４も、サンギヤＳｄと、リングギヤＲｄと、サンギヤＳｄ及びリングギヤ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とから成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。

第３遊星歯車機構ＰＧＳ３及び第４遊星歯車機構ＰＧＳ４は、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギヤＳｃ、キャリアＣｃ及びリングギヤＲｃからなる３つの要素のうちの何れか２つを、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギヤＳｄ、キャリアＣｄ及びリングギヤＲｄからなる３つの要素のうちの何れか２つに夫々連結することにより、４つの回転要素を構成する。

図２の下段に示す第３遊星歯車機構ＰＧＳ３及び第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の共線図を参照して、各回転要素を左から順に、第１回転要素Ｙ１、第２回転要素Ｙ２、第３回転要素Ｙ３、第４回転要素Ｙ４とすると、第１回転要素Ｙ１は第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギヤＳｃと第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギヤＳｄとを連結したもの、第２回転要素Ｙ２は第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のキャリアＣｃ、第３回転要素Ｙ３は第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のリングギヤＲｃと第４遊星歯機構ＰＧＳ４のキャリアＣｄとを連結したもの、第４回転要素Ｙ４は第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギヤＲｄとなる。

尚、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３及び第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の共線図において、下方の横線は回転速度が「０」であることを示し、上方の横線は回転速度が入力軸の回転を「１」としてこれと同一である「１」であることを示している。

第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のギヤ比（リングギヤの歯数／サンギヤの歯数）をｊ、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のギヤ比をｋとすると、第１〜第４の各回転要素間の間隔は、ｊ：１：（ｊ＋１）／ｋの割り合いとなっている。

第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギヤＳａ（第１要素）と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギヤＳｂ（第４要素）とが連結されて、第１連結体Ｓａ−Ｓｂが構成されている。又、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギヤＲｂ（第６要素）と第１回転要素Ｙ１とが連結されて、第２連結体Ｒｂ−Ｙ１が構成されている。第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギヤＲａ（第３要素）は入力軸２に連結されている。又、第３回転要素Ｙ３は、出力ギヤたる出力部材３に連結されている。

又、本実施形態の自動変速機は、係合機構として、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とを備える。第１クラッチＣ１は、摩擦係合型の湿式多板クラッチであり、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギヤＲａ（第３要素）と第２回転要素Ｙ２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、ドグクラッチ又は同期機能を有するシンクロメッシュ機構からなる噛合機構であり、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のキャリアＣａ（第２要素）と第２連結体Ｒｂ−Ｙ１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。尚、第２クラッチＣ２を摩擦係合型の湿式多板クラッチで構成してもよい。第３クラッチＣ３は、摩擦係合型の湿式多板クラッチであり、第１連結体Ｓａ−Ｓｂと第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギヤＲａ（第３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、摩擦係合型の湿式多板ブレーキであり、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のキャリアＣｂ（第５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２ブレーキＢ２は、摩擦係合型の湿式多板ブレーキであり、第１連結体Ｓａ−Ｓｂ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３ブレーキＢ３は、ドグクラッチ又は同期機能を有するシンクロメッシュ機構からなる噛合機構であり、第４回転要素Ｙ４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。又、本実施形態の自動変速機では、第３ブレーキＢ３と並んで配置され、第４回転要素Ｙ４の正転を許容し、逆転を阻止する１ウェイクラッチＦ１が設けられている。尚、第３ブレーキＢ３を摩擦係合型の湿式多板ブレーキで構成してもよい。

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。

第４遊星歯車機構ＰＧＳ４は、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の径方向外方に配置されている。そして、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギヤＲｂ（第６要素）と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギヤＳｄとを一体に連結している。このように、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４を第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の径方向外方に配置することにより、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４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、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４とは、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が、両者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。

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３クラッチＣ３、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１、第２クラッチＣ２、第１クラッチＣ１、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３、出力ギヤたる出力部材３、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２、第２ブレーキＢ２の順番で配置されている。そして、第１ブレーキＢ１は第２ブレーキＢ２の径方向外方に配置され、第３ブレーキＢ３及び１ウェイクラッチＦ１は、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の径方向外方に配置された第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の径方向外方に配置されている。

これにより、第１〜第３の３つのブレーキＢ１〜Ｂ３の全てが変速機ケース１内で入力軸２の軸線方向における端部に配置されることとなり、遊星歯車機構やクラッチが邪魔となり難くなって、ブレーキ用の油路の設計自由度が向上される。

変速機ケース１には、出力部材３と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２との間に位置させて、径方向内方に延びる側壁１ａが設けられている。この側壁１ａには、出力部材３の径方向内方に向かって延びる筒状部１ｂが設けられている。出力部材３は、この筒状部１ｂにベアリングを介して軸支されている。このように構成することにより、変速機ケース１に連なる機械的強度の高い筒状部１ｂで出力部材３をしっかりと軸支させることができる。

次に、図２及び図３を参照して、本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２クラッチＣ２を連結状態とし、第１ブレーキＢ１を固定状態とする。第２クラッチＣ２を連結状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のキャリアＣａ（第２要素）と第２連結体Ｒｂ−Ｙ１とが同一速度で回転する。又、第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のキャリアＣｂ（第５要素）の回転速度が「０」になる。又、１ウェイクラッチＦ１の働きで第４回転要素Ｙ４の回転速度が「０」になる。そして、出力部材３が連結された第３回転要素Ｙ３の回転速度が図２に示す「１ｓｔ」となり、１速段が確立される。

尚、１速段では、第３ブレーキＢ３が開放状態であるため、係合機構の開放数は「４」となるが、１ウェイクラッチＦ１の働きで第４回転要素Ｙ４の回転速度が「０」となるため、第３ブレーキＢ３ではフリクションロスが発生しない。従って、１速段における実質的な開放数は「３」となる。又、１速段において、第３ブレーキＢ３も固定状態とすれば、エンジンブレーキを効かせることもできる。

２速段を確立させる場合には、第２クラッチＣ２を連結状態とし、第２ブレーキＢ２を固定状態とする。第２クラッチＣ２を連結状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のキャリアＣａ（第２要素）と第２連結体Ｒｂ−Ｙ１とが同一速度で回転する。又、第２ブレーキＢ２を固定状態とすることで、第１連結体Ｓａ−Ｓｂの回転速度が「０」になる。又、１ウェイクラッチＦ１の働きで第４回転要素Ｙ４の回転速度が「０」になる。そして、出力部材３が連結された第３回転要素Ｙ３の回転速度が図２に示す「２ｎｄ」となり、２速段が確立される。

尚、２速段では、第３ブレーキＢ３が開放状態であるため、係合機構の開放数は「４」となるが、１ウェイクラッチＦ１の働きで第４回転要素Ｙ４の回転速度が「０」となるため、第３ブレーキＢ３ではフリクションロスが発生しない。従って、２速段における実質的な開放数は「３」となる。又、２速段において、第３ブレーキＢ３も固定状態とすれば、エンジンブレーキを効かせることもできる。

３速段を確立させる場合には、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３クラッチＣ３を連結状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１は、第１から第３の３つの要素Ｓａ，Ｃａ，Ｒａが相対回転不能となるロック状態になり、第１から第３の３つの要素Ｓａ，Ｃａ，Ｒａの回転速度が「１」となる。又、第２クラッチＣ２を連結状態とすることで、第２連結体Ｒｂ−Ｙ１の回転速度は、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のキャリアＣａ（第２要素）と同一速度の「１」となる。又、１ウェイクラッチＦ１の働きで第４回転要素Ｙ４の回転速度が「０」になる。そして、出力部材３が連結された第３回転要素Ｙ３の回転速度が図２に示す「３ｒｄ」となり、３速段が確立される。

尚、３速段では、第３ブレーキＢ３が開放状態であるため、係合機構の開放数は「４」となるが、１ウェイクラッチＦ１の働きで第４回転要素Ｙ４の回転速度が「０」となるため、第３ブレーキＢ３ではフリクションロスが発生しない。従って、３速段における実質的な開放数は「３」となる。又、３速段において、第３ブレーキＢ３も固定状態とすれば、エンジンブレーキを効かせることもできる。

４速段を確立させる場合には、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１クラッチＣ１を連結状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギヤＲａ（第３要素）と第２回転要素Ｙ２とが同一速度で回転する。又、第２クラッチＣ２を連結状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のキャリアＣａ（第２要素）と第２連結体Ｒｂ−Ｙ１とが同一速度で回転する。又、１ウェイクラッチＦ１の働きで第４回転要素Ｙ４の回転速度が「０」になる。そして、出力部材３が連結された第３回転要素Ｙ３の回転速度が図２に示す「４ｔｈ」となり、４速段が確立される。

尚、４速段では、第３ブレーキＢ３が開放状態であるため、係合機構の開放数は「４」となるが、１ウェイクラッチＦ１の働きで第４回転要素Ｙ４の回転速度が「０」となるため、第３ブレーキＢ３ではフリクションロスが発生しない。従って、４速段における実質的な開放数は「３」となる。又、４速段において、第３ブレーキＢ３も固定状態とすれば、エンジンブレーキを効かせることもできる。

５速段を確立させる場合には、第１クラッチＣ１、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３クラッチＣ３を連結状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１は、第１から第３の３つの要素Ｓａ，Ｃａ，Ｒａが相対回転不能となるロック状態になり、第１から第３の３つの要素Ｓａ，Ｃａ，Ｒａの回転速度が「１」となる。又、第２クラッチＣ２を連結状態とすることで、第２連結体Ｒｂ−Ｙ１の回転速度は、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のキャリアＣａ（第２要素）と同一速度の「１」となる。

又、第１クラッチＣ１を連結状態とすることで、第２回転要素Ｙ２が第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギヤＲａ（第３要素）の回転速度と同一速度の「１」で回転する。そして、出力部材３が連結された第３回転要素Ｙ３の回転速度が「１」である「５ｔｈ」となり、５速段が確立される。

６速段を確立させる場合には、第１クラッチＣ１と第２クラッチＣ２とを連結状態とし、第２ブレーキＢ２を固定状態とする。第２ブレーキＢ２を固定状態とすることで、第１連結体Ｓａ−Ｓｂの回転速度が「０」となる。又、第２クラッチＣ２を連結状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のキャリアＣａ（第２要素）と第２連結体Ｒｂ−Ｙ１とが同一速度で回転する。又、第１クラッチＣ１を連結状態とすることで、第２回転要素Ｙ２が第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギヤＲａ（第３要素）の回転速度と同一速度の「１」で回転する。そして、出力部材３が連結された第３回転要素Ｙ３の回転速度が図２に示す「６ｔｈ」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、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２を連結状態とし、第１ブレーキＢ１を固定状態とする。第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のキャリアＣｂ（第５要素）の回転速度が「０」となる。又、第２クラッチＣ２を連結状態とすることで、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のキャリアＣａ（第２要素）と第２連結体Ｒｂ−Ｙ１とが同一速度で回転する。

又、第１クラッチＣ１を連結状態とすることで、第２回転要素Ｙ２が第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギヤＲａ（第３要素）の回転速度と同一速度の「１」で回転する。そして、出力部材３が連結された第３回転要素Ｙ３の回転速度が図２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、第１クラッチＣ１を連結状態とし、第１ブレーキＢ１及び第２ブレーキＢ２を固定状態とする。第１ブレーキＢ１と第２ブレーキＢ２とを固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギヤＳｂ（第４要素）とキャリアＣｂ（第５要素）の回転速度が共に「０」となることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２は第４から第６の３つの要素Ｓｂ，Ｃｂ，Ｒｂが相対回転不能となるロック状態となり、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギヤＲｂ（第６要素）の回転速度、即ち第２連結体Ｒｂ−Ｙ１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２回転要素Ｙ２が第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギヤＲａ（第３要素）の回転速度と同一速度の「１」で回転する。そして、出力部材３が連結された第３回転要素Ｙ３の回転速度が図２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、第３クラッチＣ３を連結状態とし、第１ブレーキＢ１及び第３ブレーキＢ３を固定状態とする。第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のキャリアＣｂ（第５要素）の回転速度が「０」となる。又、第３ブレーキＢ３を固定状態とすることで、第４回転要素Ｙ４の回転速度が「０」となる。

又、第３クラッチＣ３を連結状態とすることで、第１連結体Ｓａ−Ｓｂの回転速度が「１」となる。そして、出力部材３が連結された第３回転要素Ｙ３の回転速度が図２に示す逆転（車両が後進する方向の回転）の「Ｒｖｓ」となり、後進段が確立される。

尚、図２中の点線で示す速度線は、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３（ａ）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、１ウェイクラッチＦ１の状態を纏めて表示した図であり、クラッチＣ１〜Ｃ３及びブレーキＢ１〜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、１ウェイクラッチＦ１の列の「○」は１ウェイクラッチＦ１の働きで第４回転要素Ｙ４の回転速度が「０」となる状態を示している。又、第３ブレーキＢ３の列の「（○）」はエンジンブレーキを効かせる場合に連結状態とすることを示している。

又、図３（ｂ）には、図３（ｄ）に示すように、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のギヤ比ｈを２．２３６、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のギヤ比ｉを１．７００、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のギヤ比ｊを１．６０３、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のギヤ比ｋを１．３７１とした場合における各変速段のギヤレシオ（入力軸２の回転速度／出力部材３の回転速度）を示している。これによれば、図３（ｃ）に示すように、公比（各変速段間のギヤレシオの比）が適切になると共に、図３（ｄ）に示したレシオレンジ（１速段のギヤレシオ／８速段のギヤレシオ）も適切になる。

本実施形態の自動変速機によれば、前進８段及び後進１段の変速を行うことができる。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開放数が３つ以下となり、フリクションロスを抑制して、駆動力の伝達効率を向上させることができる。

又、７速段を所定の中速段、１速段から所定の中速段たる７速段までを低速段域、所定の中速段たる７速段を超える８速段を高速段域と定義して、所定の中速段たる７速段を超える８速段としての高速段域においては、湿式多板クラッチと比較してフリクションロスが少ない噛合機構で構成される第２クラッチＣ２が開放状態となる。

又、５速段から８速段で開放状態となる第３ブレーキＢ３も噛合機構で構成されている。従って、高速段域においては、湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキの開放数が１となり、車両の高速走行時におけるフリクションロスを低減させて燃費を向上させることができる。

又、噛合機構からなる第２クラッチＣ２は、所定の中速段たる７速段と８速段との間で連結状態と開放状態とに切り換えられるのみである。７速段（所定の中速段）における第２クラッチＣ２での伝達トルク（伝達駆動力）は比較的小さいため、第２クラッチＣ２を噛合機構としてのドグクラッチで構成しても、７速段と８速段の間の変速時に固定状態と開放状態との切り換えをスムーズに行うことができる。

又、全ての遊星歯車機構ＰＧＳ１〜ＰＧＳ４が所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されているため、所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成されるものに比し、駆動力の伝達経路上におけるギヤの噛合回数を減少させることができ、伝達効率を向上させることができる。

又、１ウェイクラッチＦ１を第３ブレーキＢ３に併設させているため、４速段と５速段との間での変速時に第３ブレーキＢ３の状態を切り換える必要がなく、変速制御性が向上される。

尚、本実施形態においては、第２クラッチＣ２及び第３ブレーキＢ３を噛合機構で構成したものを説明したが、両者を湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキで構成しても、各変速段における湿式多板クラッチ及び湿式多板ブレーキの開放数を３つ以下に抑え、フリクションロスを抑制することができるという本発明の効果を得ることができる。

又、１ウェイクラッチＦ１は省略してもよい。この場合、１速段から４速段を確立する際には、第３ブレーキＢ３を固定状態とすればよい。又、１ウェイクラッチＦ１を省略する場合において、第３ブレーキＢ３を、第４回転要素Ｙ４を変速機ケース１に固定する固定状態と、第４回転要素Ｙ４の正転を許容し逆転を阻止する逆転阻止状態とに切換自在な２ウェイクラッチで構成してもよい。この２ウェイクラッチの一例を図４に示して具体的に説明する。

図４の第３ブレーキＢ３としての２ウェイクラッチＴＷは、第４回転要素Ｙ４に連結されるインナーリングＴＷ１と、インナーリングＴＷ１の径方向外方に間隔を存して配置されると共に変速機ケース１に連結されるアウターリングＴＷ２と、インナーリングＴＷ１とアウターリングＴＷ２との間に配置される保持リングＴＷ３とを備える。

インナーリングＴＷ１には、外周面に複数のカム面ＴＷ１ａが形成されている。保持リングＴＷ３には、カム面ＴＷ１ａに対応させて複数の切欠孔ＴＷ３ａが設けられている。この切欠孔ＴＷ３ａには、ローラＴＷ４が収容されている。又、２ウェイクラッチＴＷは、図示省略した第１と第２の２つの電磁クラッチを備える。第１電磁クラッチは、通電されることによりアウターリングＴＷ２と保持リングＴＷ３とを連結するように構成されている。第１電磁クラッチが通電されていない場合には、保持リングＴＷ３は、インナーリングＴＷ１及びアウターリングＴＷ２に対して相対回転自在となるように構成されている。

又、ローラＴＷ４の径は、図４（ａ）に示すように、ローラＴＷ４がカム面ＴＷ１ａの中央部に存するときは隙間Ａが開き、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ローラＴＷ４がカム面ＴＷ１ａの端部に存するときにはインナーリングＴＷ１及びアウターリングＴＷ２に接触するように、設定されている。

第１電磁クラッチが通電されていない場合には、保持リングＴＷ３が自由に回転することができるため、図４（ａ）に示すように、ローラＴＷ４はカム面ＴＷ１ａの中央部に位置し続けることができる。従って、２ウェイクラッチＴＷは、インナーリングＴＷ１が自由に回転することが可能な状態となる。

第１電磁クラッチが通電されている場合には、保持リングＴＷ３は、アウターリングＴＷ２を介して変速機ケース１に固定されることとなる。この場合、インナーリングＴＷ１が正転及び逆転のどちらに回転しようとしても、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、保持リングＴＷ３が固定されているため、ローラＴＷ４がカム面ＴＷ１ａの端部に位置することとなる。

このとき、ローラＴＷ４がカム面ＴＷ１ａとアウターリングＴＷ２の内周面とに挟まれて、インナーリングＴＷ１の回転が阻止される。即ち、２ウェイクラッチＴＷは固定状態となる。

第２電磁クラッチは、図４（ｂ）に示すように切欠孔ＴＷ３ａがカム面ＴＷ１ａの一方の端部に位置する状態で保持リングＴＷ３をインナーリングＴＷ１に連結させる第１の状態と、図４（ｃ）に示すように切欠孔ＴＷ３ａがカム面ＴＷ１ａの他方の端部に位置する状態で保持リングＴＷ３をインナーリングＴＷ１に連結させる第２の状態と、保持リングＴＷ３とインナーリングＴＷ１との連結を断つ開放状態とに切換自在に構成されている。

図４における時計回り方向を逆転方向とすると、この２ウェイクラッチＴＷは、第１電磁クラッチを通電されていない状態（通電オフ状態）としてアウターリングＴＷ２と保持リングＴＷ３との連結を断つと共に、第２電磁クラッチを第１の状態とすることにより、逆転阻止状態となる。

このような２ウェイクラッチＴＷで第３ブレーキＢ３を構成した場合には、２ウェイクラッチＴＷを、前進１速段から４速段及び後進段では固定状態とし、前進５速段から８速段までは逆転阻止状態とすることにより、各変速段を確立できる。

上述した２ウェイクラッチＴＷで第３ブレーキＢ３を構成すれば、摩擦係合型のブレーキで第３ブレーキＢ３を構成する場合とは異なり、第３ブレーキＢ３でのフリクションロスは発生しない。従って、第３ブレーキＢ３を噛合機構で構成した場合と同様に、自動変速機全体として、フリクションロスを抑制させることができる。

尚、４速段で走行中において、走行速度等の車両情報に基づいて５速段へのアップシフトが予測される場合には、図外のトランスミッション・コントロール・ユニットは、第３ブレーキＢ３としての２ウェイクラッチＴＷを予め逆転阻止状態に切り換えておくようにすることが好ましい。

これによれば、１ウェイクラッチＦ１の効果と同様に、４速段から５速段にアップシフトする際には、第３ブレーキＢ３たる２ウェイクラッチＴＷの状態の切り換えは完了しており、第３クラッチＣ３を連結状態とするだけで５速段に変速できるため、４速段から５速段へのアップシフトをスムーズに行うことができ、自動変速機の変速制御性が向上される。

尚、上記の如く構成された２ウェイクラッチＴＷによれば、上述の固定状態と逆転阻止状態とに加えて、第４回転要素Ｙ４の変速機ケース１への固定を解除する開放状態と、第４回転要素Ｙ４の正転を阻止し逆転を許容する正転阻止状態とにも切換自在に構成することができる。

具体的には、第１電磁クラッチを通電オフ状態とし、第２電磁クラッチを開放状態とすることにより、２ウェイクラッチＴＷは、図４（ａ）に示すように、ローラＴＷ４がカム面ＴＷ１ａの中央部に位置し続ける状態となって、インナーリングＴＷ１がアウターリングＴＷ２に対して自由に回転することができる状態、即ち、開放状態となる。

又、第１電磁クラッチを通電オフ状態とし、第２電磁クラッチを、図４（ｃ）に示すように切欠孔ＴＷ３ａがカム面ＴＷ１ａの他方の端部に位置する状態で保持リングＴＷ３をインナーリングＴＷ１に連結させる第２の状態とすることにより、インナーリングＴＷ１の正転が阻止され逆転が許容される状態、即ち、正転阻止状態となる。

従って、上述した２ウェイクラッチＴＷの第２電磁クラッチを省略して、第１電磁クラッチの切り換えにより、第３ブレーキＢ３たる２ウェイクラッチＴＷを固定状態と開放状態とにのみ切換自在に構成することもできる。この場合、前進１速段から４速段及び後進段で固定状態とし、５速段から８速段で開放状態に切り換えることにより、各変速段を確立することができる。

又、本実施形態の自動変速機を用いて、前進９段の変速を行うように構成することもできる。具体的には、第１クラッチＣ１及び第３クラッチＣ３を連結状態とし、第１ブレーキＢ１を固定状態とすることで、９速段を確立する。第１ブレーキＢ１を固定状態とすることにより、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のキャリアＣｂ（第５要素）の回転速度が「０」となる。

又、第３クラッチＣ３を連結状態とすることで、第１連結体Ｓａ−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２回転要素Ｙ２が第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギヤＲａ（第３要素）の回転速度と同一速度の「１」で回転する。

そして、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３及び第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の速度線が図２に示す一点鎖線となり、出力部材３が連結された第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のキャリアＣｄ（第１１要素）の回転速度が図２に示す「９ｔｈ」となり、９速段が確立される。この場合、公比及びレシオレンジが適切になるように、各遊星歯車機構ＰＧＳ１〜ＰＧＳ４のギヤ比ｈ〜ｋを設定すればよい。

又、本実施形態の自動変速機においては、第３クラッチＣ３を第１連結体Ｓａ−Ｓｂと第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギヤＲａ（第３要素）とを連結自在に構成したものを説明した。しかしながら、本発明の第３クラッチは、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のうち何れか２つを連結自在に構成すればよく、本実施形態の構成に限らない。例えば、第３クラッチＣ３を、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギヤＳａ（第１要素）とキャリアＣａ（第２要素）とを連結自在に構成してもよく、又、キャリアＣａ（第２要素）とリングギヤＲａ（第３要素）とを連結自在に構成してもよい。

又、本実施形態においては、前進８段の変速を行うものを説明したが、本発明の自動変速機は前進８段の変速を行うものに限らない。例えば、実施形態の２速段及び６速段の変速段を省略して、前進６段の変速を行うように構成することもできる。

１…変速機ケース、２…入力軸、３…出力部材、ＥＮＧ…駆動源、ＬＣ…ロックアップクラッチ、ＤＡ…ダンパ、ＴＣ…トルクコンバータ、ＰＧＳ１…第１遊星歯車機構、Ｓａ…サンギヤ（第１要素）、Ｃａ…キャリア（第２要素）、Ｒａ…リングギヤ（第３要素）、Ｐａ…ピニオン、ＰＧＳ２…第２遊星歯車機構、Ｓｂ…サンギヤ（第４要素）、Ｃｂ…キャリア（第５要素）、Ｒｂ…リングギヤ（第６要素）、Ｐｂ…ピニオン、ＰＧＳ３…第３遊星歯車機構、Ｓｃ…サンギヤ、Ｃｃ…キャリア、Ｒｃ…リングギヤ、Ｐｃ…ピニオン、ＰＧＳ４…第４遊星歯車機構、Ｓｄ…サンギヤ、Ｃｄ…キャリア、Ｒｄ…リングギヤ、Ｐｄ…ピニオン、Ｃ１〜Ｃ３…第１〜第３クラッチ、Ｂ１〜Ｂ３…第１〜第３ブレーキ、Ｆ１…１ウェイクラッチ、Ｙ１〜Ｙ４…第１〜第４回転要素、ＴＷ…２ウェイクラッチ（第３ブレーキ）。

Claims (9)

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部材から出力する自動変速機であって、
   サンギヤ、キャリア及びリングギヤからなる３つの要素を夫々備える第１から第４の４つの遊星歯車機構が設けられ、
   該第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ヤ比に対応する間隔での並び順に夫々第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、共線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に夫々第４要素、第５要素及び第６要素とし、
   前記第３と第４の２つの遊星歯車機構の各要素は、４つの回転要素を構成し、当該４つの回転要素の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並び順に、該４つの回転要素を一方から夫々第１回転要素、第２回転要素、第３回転要素及び第４回転要素として、
   前記第１要素と前記第４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１回転要素とを連結して第２連結体が構成され、前記第３要素が前記入力軸に連結され、前記第３回転要素が前記出力部材に連結され、
   前記第３要素と前記第２回転要素とを連結自在な第１クラッチと、
   前記第２要素と前記第２連結体とを連結自在な第２クラッチと、
   前記第１遊星歯車機構の第１から第３の３つの要素のうち何れか２つの要素を連結自在な第３クラッチと、
   前記第５要素を前記変速機ケースに固定自在な第１ブレーキと、
   前記第１連結体を前記変速機ケースに固定自在な第２ブレーキと、
   前記第４回転要素を前記変速機ケースに固定自在な第３ブレーキとからなる６つの係合機構を備え、
   該６つの係合機構のうち、少なくとも３つの係合機構を連結状態又は固定状態とすることにより、各変速段を確立することを特徴とする自動変速機。
2. 請求項１記載の自動変速機において、
   前記第６要素は、前記第２遊星歯車機構のリングギヤであり、
   前記第１回転要素は、少なくとも前記第４遊星歯車機構のサンギヤを含んで構成され、
   前記第４遊星歯車機構は、前記第２遊星歯車機構の径方向外方に配置され、
   前記第４遊星歯車機構のサンギヤは、前記第２遊星歯車機構のリングギヤと一体に構成されることを特徴とする自動変速機。
3. 請求項１又は請求項２記載の自動変速機において、
   前記第４回転要素の正転を許容し逆転を阻止する１ウェイクラッチが設けられることを特徴とする自動変速機。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項記載の自動変速機において、
   前記第３ブレーキは、噛合機構で構成されることを特徴とする自動変速機。
5. 請求項１又は請求項２記載の自動変速機において、
   前記第３ブレーキは、前記第４回転要素を前記変速機ケースに固定する固定状態と、前記第４回転要素の正転を許容し逆転を阻止する逆転阻止状態とに切換自在な２ウェイクラッチで構成されることを特徴とする自動変速機。
6. 請求項１から請求項５の何れか１項記載の自動変速機において、
   前記第２クラッチは、噛合機構で構成されることを特徴とする自動変速機。
7. 請求項１から請求項６の何れか１項記載の自動変速機において、
   前記第１から第４の４つの遊星歯車機構が、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤ及びリングギヤと噛合するピニオンを自転及び公転自在に軸支するキャリアとからなるシングルピニオン型の遊星歯車機構で構成されることを特徴とする自動変速機。
8. 請求項１から請求項７の何れか１項記載の自動変速機において、
   前記駆動源の動力を前記入力軸に伝達自在な発進クラッチが設けられることを特徴とする自動変速機。
9. 請求項１から請求項７の何れか１項記載の自動変速機において、
   前記駆動源の動力は、トルクコンバータを介して前記入力軸に伝達されることを特徴とする自動変速機。

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