JP5379106B2 - 自動変速機 - Google Patents

Description

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が伝達されて回転する入力軸を備え、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、入力用の第１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所謂ダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成している。

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（各回転要素の相対回転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。

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］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が伝達されて回転する入力軸を備え、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、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、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、第３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７要素、第８要素及び第９要素とし、第４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１０要素、第１１要素及び第１２要素として、第２要素と第６要素とを連結して第１連結体が構成され、第３要素と第８要素とを連結して第２連結体が構成され、第５要素と第１１要素とを連結して第３連結体が構成され、第７要素と第１２要素とを連結して第４連結体が構成され、第１要素が入力軸に連結され、第１０要素が出力部材に連結され、係合機構として、第４要素を変速機ケースに固定自在な第１ブレーキと、第９要素を変速機ケースに固定自在な第２ブレーキと、第２連結体を変速機ケースに固定自在な第３ブレーキと、第３連結体を変速機ケースに固定自在な第４ブレーキと、第１要素と第３連結体とを連結自在な第１クラッチと、第１連結体と第４連結体とを連結自在な第２クラッチとを備え、第１から第４の４つのブレーキと、第１及び第２の２つのクラッチとの合計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、４つのブレーキと２つのクラッチの合計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、各変速段で開放している係合機構の数は３となり、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べ、開放している係合機構によるフリクションロスを低減できる。

［２］本発明においては、第７要素を第３遊星歯車機構のリングギヤとし、第１２要素を第４遊星歯車機構のサンギヤとし、第４遊星歯車機構を第３遊星歯車機構の径方向外方に配置し、第３遊星歯車機構のリングギヤと第４遊星歯車機構のサンギヤとを一体に構成することが好ましい。

これによれば、第４遊星歯車機構が第３遊星歯車機構の径方向外方に配置されるため、自動変速機の軸長を短縮することができ、車両、特にＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）式の車両への搭載性を向上させることができる。

［３］本発明においては、第１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、第１ブレーキが開放状態となる変速段において、第１ブレーキたる噛合機構でのフリクションロスを抑制させることができる。このため、自動変速機全体として、フリクションロスをより低減させることができる。

［４］本発明においては、第４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、第４ブレーキが開放状態となる変速段において、第４ブレーキたる噛合機構でのフリクションロスを抑制させることができる。このため、自動変速機全体として、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、第４ブレーキは、第３連結体を変速機ケースに固定する固定状態と、第３連結体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することもできる。これによっても、フリクションロスをより低減できると共に、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、４つの遊星歯車機構は、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤ及びリングギヤに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であることが好ましい。

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で構成した場合に比べ、入力軸から出力部材までの動力伝達経路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。

［７］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。

［８］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してもよい。

本発明の自動変速機の実施形態のスケルトン図。 実施形態の遊星歯車機構の共線図。 （ａ）は実施形態の各変速段における係合機構の状態を纏めて示す説明図。（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。 ２ウェイクラッチの一例を示す断面図。

図１は、本発明の実施形態の自動変速機の上半分を示している。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。

入力軸２は、駆動源としてのエンジンＥＮＧの動力がトルクコンバータＴＣを介して伝達されて回転する。

トルクコンバータＴＣは、動力の伝達媒体として流体を用いる流体式トルクコンバータであり、エンジンＥＮＧから入力軸２へ直接動力を伝達自在なロックアップクラッチＬＣを備える。ロックアップクラッチＬＣを締結しているときには、エンジンＥＮＧのトルク変動が入力軸２に伝達されてしまう。このため、ねじりダンパ装置ＤＡを設け、このねじりダンパ装置ＤＡの弾性力によってエンジンＥＮＧのトルク変動を吸収できるようにしている。

又、変速機ケース１内には、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２と第３遊星歯車機構ＰＧＳ３と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４とが入力軸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で構成されている。

図２の最上段に示す第１遊星歯車機構ＰＧＳ１の共線図（各要素の相対回転速度の比を直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（リングギヤの歯数／サンギヤの歯数）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は、第１遊星歯車ＰＧＳ１と同様に、サンギヤＳｂと、リングギヤＲｂと、サンギヤＳｂとリングギヤＲｂと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ている。

図２の上から２段目に示す第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は、第１及び第２遊星歯車機構ＰＧＳ１，ＰＧＳ２と同様に、サンギヤＳｃと、リングギヤＲｃと、サンギヤＳｃとリングギヤＲｃと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ている。

図２の上から３段目に示す第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の共線図を参照して、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の３つの要素Ｓｃ，Ｃｃ，Ｒｃ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７要素、第８要素及び第９要素とすると、第７要素はリングギヤＲｃ、第８要素はキャリアＣｃ、第９要素はサンギヤＳｃになる。サンギヤＳｃとキャリアＣｃ間の間隔とキャリアＣｃとリングギヤＲｃ間の間隔との比は、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のギヤ比をｊとして、ｊ：１に設定される。

第４遊星歯車機構ＰＧＳ４は、第１〜第３遊星歯車機構ＰＧＳ１〜ＰＧＳ３と同様に、サンギヤＳｄと、リングギヤＲｄと、サンギヤＳｄとリングギヤＲｄと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ている。

図２の最下段（上から４段目）に示す第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の共線図を参照して、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４の３つの要素Ｓｄ，Ｃｄ，Ｒｄ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１０要素、第１１要素及び第１２要素とすると、第１０要素はリングギヤＲｄ、第１１要素はキャリアＣｄ、第１２要素はサンギヤＳｄになる。サンギヤＳｄとキャリアＣｄ間の間隔とキャリアＣｄとリングギヤＲｄ間の間隔との比は、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のギヤ比をｋとして、ｋ：１に設定される。

第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のキャリアＣａ（第２要素）と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のリングギヤＲｂ（第６要素）とが連結されて、第１連結体Ｃａ−Ｒｂが構成されている。又、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のリングギヤＲａ（第３要素）と第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のキャリアＣｃ（第８要素）とが連結されて、第２連結体Ｒａ−Ｃｃが構成されている。

又、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のキャリアＣｂ（第５要素）と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のキャリアＣｄ（第１１要素）とが連結されて、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄが構成されている。又、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のリングギヤＲｃ（第７要素）と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギヤＳｄ（第１２要素）とが連結されて、第４連結体Ｒｃ−Ｓｄが構成されている。第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギヤＳａ（第１要素）は入力軸２に連結されている。第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギヤＲｄ（第１０要素）は出力部材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４の４つのブレーキＢ１〜Ｂ４と、第１と第２の２つのクラッチＣ１，Ｃ２とを備える。

第１ブレーキＢ１及び第４ブレーキＢ４は噛合機構としてのドグクラッチで構成され、第２ブレーキＢ２及び第３ブレーキＢ３は湿式多板ブレーキで構成されている。又、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２は湿式多板クラッチで構成されている。

第１ブレーキＢ１は、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギヤＳｂ（第４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、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギヤＳｃ（第９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３ブレーキＢ３は、第２連結体Ｒａ−Ｃｃ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４ブレーキＢ４は、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄ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１クラッチＣ１は、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギヤＳａ（第１要素）と第３連結体Ｃｂ−Ｃｄ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、第１連結体Ｃａ−Ｒｂと第４連結体Ｒｃ−Ｓｄ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。

各係合機構Ｂ１〜Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２は、図外のトランスミッション・コントロール・ユニットにより状態が切り換えられる。

変速機ケース１内には、入力軸２の軸線上に、エンジンＥＮＧ及びトルクコンバータＴＣ側から、第１ブレーキＢ１、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２、第１クラッチＣ１、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１、第２クラッチＣ２、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３、出力部材３、第３ブレーキＢ３、第２ブレーキＢ２の順番で配置されている。

又、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４は、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の径方向外方に配置されており、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のリングギヤＲｃ（第７要素）と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のサンギヤＳｄ（第１２要素）とが一体に形成されて第４連結体Ｒｃ−Ｓｄを構成している。これにより、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４とが径方向に重なり合うため、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４とを軸方向に並べて配置した場合に比べ、自動変速機の軸長の短縮化を図ることができ、車両、特に所謂ＦＦ式の車両への搭載性を向上させることができる。

尚、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３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。

又、上記の構成により、第１〜第３の３つのブレーキＢ１〜Ｂ３が変速機ケース１内において入力軸２の軸線上の両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らず、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内には、出力部材３と第３ブレーキＢ３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。

本実施形態の自動変速機では、１速段を確立する場合には、第１ブレーキＢ１、第２ブレーキＢ２及び第４ブレーキＢ４を固定状態にする。第１ブレーキＢ１を固定状態にすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギヤＳｂ（第４要素）の回転速度が「０」となる。又、第４ブレーキＢ４を固定状態にすることで、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄの回転速度が「０」となる。

従って、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギヤＳｂ（第４要素）と第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のキャリアＣｂ（第５要素）との回転速度が共に「０」となるため、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２の第４〜第６の３つの要素Ｓｂ，Ｃｂ，Ｒｂが相対回転不能なロック状態となり、第４〜第６要素Ｓｂ，Ｃｂ，Ｒｂの回転速度が「０」となる。そして、第１連結体Ｃａ−Ｒｂの回転速度も「０」となる。

そして、入力軸２に連結された第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギヤＳａ（第１要素）の回転速度は「１」であるため、第２連結体Ｒａ−Ｃｃの回転速度が「−１／ｈ」となる（尚、マイナスは逆転方向の回転であることを示している）。

又、第２ブレーキＢ２を固定状態にすることで、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギヤＳｃ（第９要素）の回転速度が「０」となり、第４連結体Ｒｃ−Ｓｄの回転速度が「−（ｊ＋１）／（ｈｊ）」となる。

従って、出力部材３に連結された第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギヤＲｄ（第１０要素）の回転速度が「（ｊ＋１）／（ｈｊｋ）」となって、１速段が確立される。

２速段を確立する場合には、第１ブレーキＢ１、第２ブレーキＢ２及び第３ブレーキＢ３を固定状態にする。第３ブレーキＢ３を固定状態にすることで、第２連結体Ｒａ−Ｃｃの回転速度が「０」となる。入力軸２に連結された第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギヤＳａ（第１要素）の回転速度は「１」であるため、第１連結体Ｃａ−Ｒｂの回転速度が「１／（ｈ＋１）」となる。

そして、第１ブレーキＢ１を固定状態にすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギヤＳｂ（第４要素）の回転速度が「０」となり、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄの回転速度が「ｉ／｛（ｈ＋１）・（ｉ＋１）｝」となる。

又、第２ブレーキＢ２を固定状態にすることで、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギヤＳｃ（第９要素）の回転速度が「０」となり、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のキャリアＣｃ（第８要素）と第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギヤＳｃ（第９要素）との回転速度が共に「０」となるため、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の第７〜第９の３つの要素Ｒｃ，Ｃｃ，Ｓｃが相対回転不能なロック状態となり、第７〜第９要素Ｒｃ，Ｃｃ，Ｓｃの回転速度が「０」となる。そして、第４連結体Ｒｃ−Ｓｄの回転速度も「０」となる。

従って、出力部材３に連結された第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギヤＲｄ（第１０要素）の回転速度が「ｉ・（ｋ＋１）／｛（ｈ＋１）・（ｉ＋１）・ｋ｝」となって、２速段が確立される。

３速段を確立する場合には、第１ブレーキＢ１及び第２ブレーキＢ２を固定状態にすると共に、第２クラッチＣ２を連結状態にする。第２クラッチＣ２を連結状態にすることで、第１連結体Ｃａ−Ｒｂと第４連結体Ｒｃ−Ｓｄの回転速度が同一になる。

この場合には、第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギヤＳａ（第１要素）を第１回転要素Ｙ１、第１連結体Ｃａ−Ｒｂ及び第４連結体Ｒｃ−Ｓｄを第２回転要素Ｙ２、第２連結体Ｒａ−Ｃｃを第３回転要素Ｙ３、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギヤＳｃ（第９要素）を第４回転要素Ｙ４とすると、Ｙ１〜Ｙ４の４つの回転要素の回転速度の比を共線図上において直線で表すことができる。

このとき、第１回転要素Ｙ１と第２回転要素Ｙ２間の間隔、第２回転要素Ｙ２と第３回転要素Ｙ３間の間隔、及び第３回転要素Ｙ３と第４回転要素Ｙ４間の間隔は、「ｈ：１：ｊ」で表される。

そして、第２ブレーキＢ２を固定状態にすることで、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギヤＳｃ（第９要素）の回転速度が「０」となる。入力軸２に連結された第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギヤＳａ（第１要素）の回転速度は「１」であるため、第１連結体Ｃａ−Ｒｂ及び第４連結体Ｒｃ−Ｓｄの回転速度が「（ｊ＋１）／（ｈ＋ｊ＋１）」となる。

そして、第１ブレーキＢ１を固定状態にすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギヤＳｂ（第４要素）の回転速度が「０」となり、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄの回転速度が「ｉ・（ｊ＋１）／｛（ｉ＋１）・（ｈ＋ｊ＋１）｝」となる。従って、出力部材３に連結された第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギヤＲｄ（第１０要素）の回転速度が「｛（ｉｋ−１）・（ｊ＋１）｝／｛（ｉ＋１）・（ｈ＋ｊ＋１）・ｋ｝」となって、３速段が確立される。

４速段を確立する場合には、第１ブレーキＢ１及び第２ブレーキＢ２を固定状態にすると共に、第１クラッチＣ１を連結状態にする。第１ブレーキＢ１を固定状態にすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギヤＳｂ（第４要素）の回転速度が「０」となる。又、第１クラッチＣ１を連結状態にすることで、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄの回転速度が「１」となる。このため、第１連結体Ｃａ−Ｒｂの回転速度が「（ｉ＋１）／ｉ」となる。

そして、入力軸２に連結された第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギヤＳａ（第１要素）の回転速度は「１」であるため、第２連結体Ｒａ−Ｃｃの回転速度が「（ｈｉ＋ｈ＋１）／（ｈｉ）」となる。そして、第２ブレーキＢ２を固定状態にすることで、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギヤＳｃ（第９要素）の回転速度が「０」となる。このため、第４連結体Ｒｃ−Ｓｄの回転速度が「｛（ｊ＋１）・（ｈｉ＋ｈ＋１）｝／（ｈｉｊ）」となる。

従って、出力部材３に連結された第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギヤＲｄ（第１０要素）の回転速度が「｛ｈｉｊｋ−（ｈｉ＋ｈｊ＋ｈ＋ｊ＋１）｝／（ｈｉｊｋ）」となって、４速段が確立される。

５速段を確立する場合には、第１ブレーキＢ１を固定状態にすると共に、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２を連結状態にする。第１ブレーキＢ１を固定状態にすることで、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のサンギヤＳｂ（第４要素）の回転速度が「０」となる。そして、第１クラッチＣ１を連結状態にすることで、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄの回転速度が「１」となる。このため、第１連結体Ｃａ−Ｒｂの回転速度が「（ｉ＋１）／ｉ」となる。

第２クラッチＣ２を連結状態にすることで、第４連結体Ｒｃ−Ｓｄが第１連結体Ｃａ−Ｒｂと同一速度で回転する。従って、出力部材３に連結された第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギヤＲｄ（第１０要素）の回転速度が「｛ｉ・（ｋ＋１）−（ｉ＋１）｝／（ｉｋ）」となって、５速段が確立される。

６速段を確立する場合には、第２ブレーキＢ２を固定状態にすると共に、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２を連結状態にする。３速段を確立する場合と同様に、第２ブレーキＢ２を固定状態にして、第２クラッチＣ２を連結状態にすることで、第１連結体Ｃａ−Ｒｂ及び第４連結体Ｒｃ−Ｓｄの回転速度が「（ｊ＋１）／（ｈ＋ｊ＋１）」となる。

又、第１クラッチＣ１を連結状態にすることで、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄの回転速度が「１」となる。従って、出力部材３に連結された第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギヤＲｄ（第１０要素）の回転速度が「｛ｈ・（ｋ＋１）＋ｋ・（ｊ＋１）｝／｛ｋ・（ｈ＋ｊ＋１）｝」となって、６速段が確立される。

７速段を確立する場合には、第３ブレーキＢ３を固定状態にすると共に、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２を連結状態にする。第３ブレーキＢ３を固定状態にすることで、第２連結体Ｒａ−Ｃｃの回転速度が「０」となる。そして、入力軸２に連結された第１遊星歯車機構ＰＧＳ１のサンギヤＳａ（第１要素）の回転速度は「１」であるため、第１連結体Ｃａ−Ｒｂの回転速度が「１／（ｈ＋１）」となる。

そして、第１クラッチＣ１を連結状態にすることで、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄの回転速度が「１」となり、第２クラッチＣ２を連結状態にすることで、第４連結体Ｒｃ−Ｓｄが第１連結体Ｃａ−Ｒｂと同一速度で回転する。従って、出力部材３に連結された第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギヤＲｄ（第１０要素）の回転速度が「｛ｈ・（ｋ＋１）＋ｋ｝／｛（ｈ＋１）・ｋ｝」となって、７速段が確立される。

８速段を確立する場合には、第２ブレーキＢ２及び第３ブレーキＢ３を固定状態にすると共に、第１クラッチＣ１を連結状態にする。第２ブレーキＢ２を固定状態にすることで、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギヤＳｃ（第９要素）の回転速度が「０」となる。又、第３ブレーキＢ３を固定状態にすることで、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のキャリアＣｃ（第８要素）の回転速度が「０」となる。

このため、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のキャリアＣｃ（第８要素）と第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のサンギヤＳｃ（第９要素）との回転速度が共に「０」となるため、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の第７〜第９の３つの要素Ｒｃ，Ｃｃ，Ｓｃが相対回転不能なロック状態となり、第７〜第９要素Ｒｃ，Ｃｃ，Ｓｃの回転速度が「０」となる。そして、第４連結体Ｒｃ−Ｓｄの回転速度も「０」となる。

又、第１クラッチＣ１を連結状態にすることで、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄの回転速度が「１」となる。従って、出力部材３に連結された第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギヤＲｄ（第１０要素）の回転速度が「（ｋ＋１）／ｋ」となって、８速段が確立される。

後進段を確立する場合には、第２ブレーキＢ２及び第４ブレーキＢ４を固定状態にすると共に、第２クラッチＣ２を連結状態にする。第２ブレーキＢ２を固定状態にして、第２クラッチＣ２を連結状態にすることで、３速段及び６速段を確立する場合と同様に、第１連結体Ｃａ−Ｒｂ及び第４連結体Ｒｃ−Ｓｄの回転速度が「（ｊ＋１）／（ｈ＋ｊ＋１）」となる。

そして、第４ブレーキＢ４を固定状態にすることで、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄの回転速度が「０」となる。従って、出力部材３に連結された第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のリングギヤＲｄ（第１０要素）の回転速度が「−（ｊ＋１）／｛ｋ・（ｈ＋ｊ＋１）｝」となって、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第１〜第４の４つのブレーキＢ１〜Ｂ４、第１と第２の２つのクラッチＣ１，Ｃ２の状態を纏めて表示した図であり、第１〜第４の４つのブレーキＢ１〜Ｂ４及び第１と第２の２つのクラッチＣ１，Ｃ２の欄の「○」は固定状態又は連結状態であることを表している。

又、図３（ｂ）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２．８７６、第２遊星歯車機構ＰＧＳ２のギヤ比ｉを３．６８４、第３遊星歯車機構ＰＧＳ３のギヤ比ｊを３．６５５、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４のギヤ比ｋを２．３２１とした場合の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）を示す。これによれば、図３（ｃ）に示される公比（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）に示すレシオレンジ（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、各変速段でフリクションロスが発生する係合機構の数は３つになり、従来のように各変速段で４つの係合機構がフリクションロスを発生させるものに比べ、開放し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が向上する。

又、本実施形態では、本発明の第１ブレーキＢ１を噛合機構たるドグクラッチで構成しているため、第１ブレーキＢ１を湿式多板ブレーキで構成する場合に比べ、第１ブレーキＢ１が開放状態となる６速段から８速段及び後進段において、第１ブレーキＢ１たるドグクラッチでのフリクションロスが発生しない。このため、自動変速機全体として、フリクションロスをより低減させることができる。

又、本実施形態では、本発明の第４ブレーキＢ４を噛合機構たるドグクラッチで構成しているため、第４ブレーキＢ４を湿式多板ブレーキで構成する場合に比べ、第４ブレーキＢ４がフリクションロスが発生する開放状態となる２速段から８速段において、第４ブレーキＢ４としてのドグクラッチでのフリクションロスが発生しない。このため、自動変速機全体として、フリクションロスをより低減させることができる。

又、本実施形態においては、第１〜第４の４つの遊星歯車機構ＰＧＳ１〜ＰＧＳ４を所謂シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成している。このため、第１〜第４の４つの遊星歯車機構ＰＧＳ１〜ＰＧＳ４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で構成したものに比べ、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。

尚、本実施形態においては、第１ブレーキＢ１又は第４ブレーキＢ４として、ドグクラッチを用いたが、これに限らず、第１ブレーキＢ１又は第４ブレーキＢ４を同期機能を有する噛合機構たるシンクロメッシュ機構で構成してもよい。これによっても、湿式多板ブレーキで構成した場合に比べ、フリクションロスを抑えることができる。

又、第１ブレーキＢ１又は第４ブレーキＢ４を湿式多板クラッチで構成しても、各変速段における開放数を３つ以下にできるという本発明の効果を得ることができる。

又、本実施形態では、第４遊星歯車機構ＰＧＳ４を第３遊星歯車機構ＰＧＳ３の径方向外方に配置しているがこれに限らず第３遊星歯車機構ＰＧＳ３と第４遊星歯車機構ＰＧＳ４とを軸方向に並べて配置してもよい。

又、第１実施形態では、第４ブレーキＢ４を、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄを変速機ケース１に固定する固定状態と、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄ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４ブレーキＢ４としての２ウェイクラッチＴＷは、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄ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の電磁クラッチ及び第２の電磁クラッチを備える。

第１の電磁クラッチは、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の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、第２の電磁クラッチは、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との連結を断つ第３の状態とに切換自在となるように構成される。

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の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１の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、第１の電磁クラッチが通電されていない場合には、インナーリングＴＷ１が自由に回転することができる状態となる。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の電磁クラッチを通電させず、アウターリングＴＷ２と保持リングＴＷ３との連結を断ち、インナーリングＴＷ１が自由に回転することができる状態とし、第２の電磁クラッチを第１の状態とすることにより、逆転阻止状態とすることができる。

以上の如く、固定状態と逆転阻止状態とに切換自在な２ウェイクラッチＴＷを構成することができる。

このような２ウェイクラッチＴＷで第４ブレーキＢ４を構成した場合には、２ウェイクラッチＴＷを、１速段から８速段までの前進段では逆転阻止状態とし、後進段では固定状態とすることにより、各変速段を確立できる。更に、１速段でエンジンブレーキを効かせる場合には固定状態とすることもできる。

又、第４ブレーキＢ４を２ウェイクラッチＴＷで構成することにより、２ウェイクラッチＴＷの働きにより、１速段から２速段へアップシフトする際には、第３ブレーキＢ３を固定状態に切り換えるだけでよく、又、２速段から１速段へダウンシフトする際には、第３ブレーキＢ３を開放状態に切り換えるだけでよい。

従って、１速段と２速段との間の変速の際に、第４ブレーキＢ４としてドグクラッチで構成した自動変速機において第３及び第４の２つのブレーキＢ３，Ｂ４の状態を切り換える必要があるものに比べ、第４ブレーキＢ４として２ウェイクラッチＴＷで構成した自動変速機において第３ブレーキＢ３のみの状態を切り換えるだけでよく、１速段と２速段との間の変速の制御性を向上させることができる。

上述した２ウェイクラッチＴＷで第４ブレーキＢ４を構成すれば、摩擦係合型のブレーキで第４ブレーキＢ４を構成する場合とは異なり、第４ブレーキＢ４でのフリクションロスは発生しない。従って、第４ブレーキＢ４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。

更には、第４ブレーキＢ４としての２ウェイクラッチＴＷは、上述した固定状態と逆転阻止状態とに加えて、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄの正転を許容し逆転を阻止する逆転阻止状態と、第３連結体Ｃｂ−Ｃｄ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してもよい。上述した２ウェイクラッチＴＷにおいて、第１の電磁クラッチを通電させず、インナーリングＴＷ１が自由に回転することができる状態とし、第２の電磁クラッチを第２の状態とすることにより、正転阻止状態となる。

又、本実施形態の自動変速機では、前進８段及び後進１段の変速段を確立可能にしているが、例えば、２速段及び７速段を省略して、前進６段及び後進１段の変速段を確立可能な自動変速機としてもよい。この場合にも、各変速段における開放数を３つ以下にできるという本発明の効果を得ることができる。

又、本実施形態では、エンジンＥＮＧの動力をトルクコンバータＴＣを介して入力軸２に伝達しているが、トルクコンバータＴＣに代えて、摩擦板による係合によって動力を伝達自在な単板型又は多板型の発進クラッチを用いてもよい。

１…変速機ケース、２…入力軸、３…出力部材、ＥＮＧ…エンジン（駆動源）、ＴＣ…トルクコンバータ、ＤＡ…ねじりダンパ装置、ＬＣ…ロックアップクラッチ、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（第９要素）、Ｃｃ…キャリア（第８要素）、Ｒｃ…リングギヤ（第７要素）、Ｐｃ…ピニオン、ＰＧＳ４…第４遊星歯車機構、Ｓｄ…サンギヤ（第１２要素）、Ｃｄ…キャリア（第１１要素）、Ｒｄ…リングギヤ（第１０要素）、Ｐｄ…ピニオン、Ｂ１〜Ｂ４…第１〜第４ブレーキ、Ｃ１，Ｃ２…第１，第２クラッチ、ＴＷ…２ウェイクラッチ。

Claims (8)

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が伝達されて回転する入力軸を備え、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、
   前記第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７要素、第８要素及び第９要素とし、
   前記第４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１０要素、第１１要素及び第１２要素として、
   前記第２要素と前記第６要素とを連結して第１連結体が構成され、前記第３要素と前記第８要素とを連結して第２連結体が構成され、前記第５要素と前記第１１要素とを連結して第３連結体が構成され、前記第７要素と前記第１２要素とを連結して第４連結体が構成され、
   前記第１要素が前記入力軸に連結され、前記第１０要素が前記出力部材に連結され、
   係合機構として、
   前記第４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９要素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２連結体を前記変速機ケースに固定自在な第３ブレーキと、
   前記第３連結体を前記変速機ケースに固定自在な第４ブレーキと、
   前記第１要素と前記第３連結体とを連結自在な第１クラッチと、
   前記第１連結体と前記第４連結体とを連結自在な第２クラッチとを備え、
   前記第１から第４の４つのブレーキと、前記第１及び第２の２つのクラッチとの合計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に記載の自動変速機において、前記第７要素は前記第３遊星歯車機構のリングギヤであり、前記第１２要素は前記第４遊星歯車機構のサンギヤであり、
   前記第４遊星歯車機構は、前記第３遊星歯車機構の径方向外方に配置され、前記第３遊星歯車機構のリングギヤと前記第４遊星歯車機構のサンギヤとが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に記載の自動変速機において、前記第１ブレーキは、噛合機構で構成されてい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項に記載の自動変速機において、前記第４ブレーキは、噛合機構で構成されていることを特徴とする自動変速機。
5. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の自動変速機において、前記第４ブレーキは、前記第３連結体を変速機ケースに固定する固定状態と、前記第３連結体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てい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項に記載の自動変速機において、前記４つの遊星歯車機構は、サンギヤと、リングギヤと、該サンギヤ及び該リングギヤに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あ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項に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を備えることを特徴とする自動変速機。
8. 請求項１から請求項６の何れか１項に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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