JP6179358B2 - 自動変速機 - Google Patents

Description

本発明は、入力軸に連結された複数の遊星歯車機構の各要素を係脱するクラッチ及びブレーキを係脱して、前記入力軸の回転を複数段に変速して出力軸に伝達する自動変速機に関するものである。

特許文献１に示される自動変速機は、３個のシングルピニオン式の遊星歯車機構と、当該遊星歯車機構の各要素を係脱する２個のブレーキ及び４個のクラッチからなる６個の係合要素を有し、これら６個の係合要素を係脱させることにより、前進９速と後進１速の変速段を形成している。

米国特許第７１３１９２６号明細書

特許文献１に示される自動変速機では、リバース段を形成した際に、第三列目のリングギヤがブレーキによってハウジングに固定され、出力軸に連結している第三列目のキャリアは逆回転しているため、第三列目のサンギヤも逆回転する。第三列目のサンギヤと連結している第一列目のリングギヤも逆回転する一方で、入力軸と連結している第一列目のキャリアは正回転するため、第一列目のサンギヤは高速回転してしまう。このため、第一列目のサンギヤを支持している軸受等の部材の耐久性が悪化する。また、第一列目のサンギヤに連結しているブレーキの相対回転速度が高くなり、当該ブレーキが焼けてしまう等の損傷が発生してしまうおそれがある。また、第一列目のサンギヤに直結している軸に油路を形成している場合には、当該軸と接触するシールリングの耐久性が悪化する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、リバース段が形成された際に、第一列目のサンギヤが高速回転してしまうことを防止することができる自動変速機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するためになされた、請求項１に係る自動変速機の発明は、ハウジングと、最前列の遊星歯車機構のリングギヤが最後列の遊星歯車機構のサンギヤと連結されて、前記ハウジングに回転軸線と同軸に支承された複数の遊星歯車機構と、前記ハウジングに前記回転軸線回りに回転可能に軸承され、前記最前列の遊星歯車機構のキャリアに連結された入力軸と、前記ハウジングに回転軸線回りに回転可能に軸承され、前記最後列の前記遊星歯車機構のキャリアに連結された出力軸と、前記最後列の前記遊星歯車機構のリングギヤの外周側に前記リングギヤと同軸に回転可能に設けられた回転部材と、前記回転部材を前記ハウジングに係脱可能に固定するブレーキと、前記最後列の前記遊星歯車機構よりも１つ前方に配置されている前記遊星歯車機構のキャリアと、前記回転部材とを係脱可能に連結するクラッチと、前記最後列の前記遊星歯車機構のリングギヤと前記回転部材とを係脱可能に連結するドグクラッチと、を有する。

上記のように構成された自動変速機によれば、ブレーキ及びクラッチが係合されてリバース段が形成されている場合において、ドグクラッチを離脱方向に作動させると、最後列の遊星歯車機構のリングギヤがハウジングから離脱され、最後列の遊星歯車機構において反力を支持するものが無くなるので、最後列の遊星歯車機構のキャリアの逆回転に伴い、最後列の遊星歯車機構のサンギヤが逆回転しない。このため、最後列の遊星歯車機構のサンギヤと連結している最前列の遊星歯車機構のリングギヤも逆回転しないため、最前列の遊星歯車機構のキャリアの正回転に伴い、最前列の遊星歯車機構のサンギヤが高速回転しない。

また、最後列の遊星歯車機構のリングギヤと回転部材とを係脱可能に連結する機構として、ドグクラッチを用いているので、摩擦係合要素を用いたクラッチと比べて、クラッチの係合状態及び離脱状態におけるフリクションロスの増加を抑えることができ、クラッチの部品点数の増加を防止することができる。

請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記ドグクラッチは、円筒形状であり、前記最後列の前記遊星歯車機構の前記リングギヤと前記回転部材との間にこれらと同軸に、前記回転軸線方向に移動可能に設けられ、内周面に前記リングギヤの外周面とスプライン嵌合する第一スプライン溝が形成され、外周面に前記回転部材の内周面とスプライン嵌合する第二スプライン溝が形成され、前記回転軸線方向の移動により前記最後列の前記遊星歯車機構の前記リングギヤと前記回転部材とを係脱する係合部材と、前記係合部材を前記回転軸線方向に移動させるドグクラッチアクチュエータと、を有する。

このように、係合部材は、最後列の遊星歯車機構のリングギヤと回転部材との間にこれらと同軸に設けられているので、遊星歯車機構の配列や回転軸方向の位置を殆ど変更すること無くドグクラッチを設けることができ、自動変速機の回転軸線方向の大型化を抑制することができる。また、係合部材は、最後列の遊星歯車機構のリングギヤ及び回転部材とスプライン嵌合しているので、確実に最後列の遊星歯車機構のリングギヤと回転部材との間で確実な回転駆動力の伝達がなされ、確実に最後列の遊星歯車機構のリングギヤと回転部材が係合又は離脱される。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の発明において、前記ドグクラッチは、前記係合部材と連結されて前記係合部材の外周側に延出し、前記ドグクラッチアクチュエータの駆動力を前記係合部材に伝達する伝達部材を、更に有する。

これにより、ドグクラッチアクチュエータを任意の位置に配置することができる。例えば、ドグクラッチアクチュエータを遊星歯車機構の外側に配置することとすると、遊星歯車機構の配列や回転軸線方向の位置を変更する必要が無いので、自動変速機の回転軸線方向の大型化を確実に防止することができる。

第一実施形態の自動変速機を模式的に示したスケルトン図である。 第一実施形態の自動変速機の各変速段におけるブレーキ及びクラッチの作動状態を示す図である。 第一実施形態の自動変速機の各変速段における遊星歯車機構の各要素の回転比を示す速度線図である。 ドグクラッチが係合している状態の第一実施形態の自動変速機の後部の断面図である。 図４のＡ視断面図である。 パーキング部材を表した、図４のＢ視図である。 ドグクラッチが離脱している状態の第一実施形態の自動変速機の後部の断面図である。 第二実施形態の自動変速機を模式的に示したスケルトン図である。 ドグクラッチを作動させた場合と作動させない場合の遊星歯車機構を形成する各要素の回転速度比を表したグラフである。

以下、本発明の自動変速機を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。実施形態において、自動変速機は、車両に搭載されたエンジンが出力する回転駆動力を変速する装置として用いられる。車両は、自動変速機により変速された回転駆動力が差動装置などを介して駆動輪に伝達され、自動変速機において成立した所定の変速段で前進または後進するように構成されている。

（自動変速機の構造）
自動変速機１００（第一実施形態）の概略構成について図１を参照して説明する。自動変速機１００は、入力側（図１の左側、前方側とする）から出力側（図１の右側、後方側とする）に向かって回転軸線Ｌ方向に並設された４個の遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４と、複数の要素同士を選択的に連結可能な４個のクラッチＣＬ１〜ＣＬ４と、所定の要素の回転を制動する２個のブレーキＢ１，Ｂ２と、ドグクラッチＤ１と、各要素を連結する連結部材３〜８，Ｖ１，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ２１，Ｕ２２，Ｕ３１，Ｕ３２，Ｕ４１，Ｕ４２と、入力軸Ｎと、出力軸Ｔとを備えて構成されている。

また、この自動変速機１００は、制御部２による制御信号に基づいて各クラッチＣＬ１〜ＣＬ４、各ブレーキＢ１，Ｂ２からなる係合要素の作動状態を制御される。そして、本実施形態においては、上記の係合要素のうち３個の係合要素を作動させることによって、入力軸Ｎから入力される回転駆動力を、前進１０速段及び後進１速段のいずれかに変速して、出力軸Ｔから出力可能な構成となっている。自動変速機１００おける係合要素の作動状態と成立する変速段に関する詳細については後述する。

入力軸Ｎ及び出力軸Ｔは、ハウジングＨに、回転軸線Ｌ周りに回転可能に軸承されている。入力軸Ｎは、図略のクラッチ装置などを介してエンジンの回転駆動力を自動変速機１００に入力する軸部材である。出力軸Ｔは、入力軸Ｎと同軸上に配置され、変速された回転駆動力を図略の差動装置などを介して駆動輪に出力する軸部材である。

各遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４は、キャリアＣ１〜Ｃ４に回転可能に支持されたピニオンギヤＱ１〜Ｑ４がサンギヤＳ１〜Ｓ４及びリングギヤＲ１〜Ｒ４に噛合するシングルピニオン式であり、入力側から順に第一〜第四遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４と称する。そして、各遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４の各要素は、第一〜第四サンギヤＳ１〜Ｓ４、第一〜第四リングギヤＲ１〜Ｒ４、第一〜第四キャリアＣ１〜Ｃ４と称する。

第一遊星歯車機構Ｐ１は、回転軸線Ｌと同軸に回転可能に支承された第一サンギヤＳ１、第一リングギヤＲ１、第一サンギヤＳ１と第一リングギヤＲ１とに噛合する第一ピニオンギヤＱ１を支承する第一キャリアＣ１とから構成されている。

第二遊星歯車機構Ｐ２は、回転軸線Ｌと同軸に回転可能に支承された第二サンギヤＳ２、第二リングギヤＲ２、第二サンギヤＳ２と第二リングギヤＲ２とに噛合する第二ピニオンギヤＱ２を支承する第二キャリアＣ２とから構成されている。

第三遊星歯車機構Ｐ３は、回転軸線Ｌと同軸に回転可能に支承された第三サンギヤＳ３、第三リングギヤＲ３、第三サンギヤＳ３と第三リングギヤＲ３とに噛合する第三ピニオンギヤＱ３を支承する第三キャリアＣ３とから構成されている。

第四遊星歯車機構Ｐ４は、回転軸線Ｌと同軸に回転可能に支承された第四サンギヤＳ４、第四リングギヤＲ４、第四サンギヤＳ４と第四リングギヤＲ４とに噛合する第四ピニオンギヤＱ４を支承する第四キャリアＣ４とから構成されている。

各ブレーキＢ１，Ｂ２は、ハウジングＨに設けられ、所定の要素の回転を制動する係合要素である。本実施形態では、各クラッチＣＬ１〜ＣＬ４と同様に、ハウジングＨに形成された油路から供給される油圧によって作動する油圧式である。これにより、各ブレーキＢ１，Ｂ２は、制御部２による制御指令に基づいて作動する油圧ポンプから油圧を供給されると、各ブレーキＢ１、Ｂ２のブレーキディスク（Ｂ２−１、Ｂ２−２、図４示）が押圧されて、対象とする所定の要素の回転を制動して、当該要素をハウジングＨに固定する。そして、油圧ポンプによる油圧の供給が遮断されると、ブレーキディスク同士を離間させて、所定の要素の回転を許容する。

各クラッチＣＬ１〜ＣＬ４は、複数の要素同士を選択的に連結可能な係合要素である。本実施形態では、各クラッチＣＬ１〜ＣＬ４は、常開型であり、供給される油圧によって作動する油圧式である。これにより、各クラッチＣＬ１〜ＣＬ４は、制御部２による制御指令に基づいて作動する油圧ポンプから入力軸ＮやハウジングＨに形成された油路を介して油圧を供給されると、図示しない複数のクラッチ板を接触させて、対象の要素間で駆動力が伝達されるように要素同士を連結する。そして、上記の油圧ポンプによる油圧の供給が遮断されると、クラッチ板同士を離間させて、対象の要素間で駆動力が伝達されないように要素同士を離脱させる。

入力軸Ｎは、第一サンギヤＳ１の内側を通って軸線方向に延在する入力軸連結部材３を介して第一キャリアＣ１に直結されている。出力軸Ｔは、出力軸連結部材４を介して第四キャリアＣ４に直結されている。

第一キャリアＣ１及び第二キャリアＣ２は、第一、第二リングギヤＲ１，Ｒ２の外側を通って軸線方向に延在する第一ギヤ連結部材５を介して直結されている。

第一リングギヤＲ１及び第二リングギヤＲ２は、第二ギヤ連結部材６を介して直結されている。そして、第一、第二リングギヤＲ１，Ｒ２及び第四サンギヤＳ４は、第二ギヤ連結部材６に直結され第二、第三サンギヤＳ２，Ｓ３の内側を通って軸線方向に延在する第三ギヤ連結部材７を介して直結されている。第三リングギヤＲ３及び第四キャリアＣ４は、第四ギヤ連結部材８を介して直結されている。

第一ブレーキＢ１は、第一ブレーキ連結部材Ｖ１に直結されている第一サンギヤＳ１の回転を、第一ブレーキ連結部材Ｖ１を介して制動し、第一サンギヤＳ１を係脱可能にハウジングＨに固定する。第二ブレーキＢ２は、後述の回転部材Ｂ２−１の回転を制動して、回転部材Ｂ２−１をハウジングＨに係脱可能に固定する。

第一クラッチＣＬ１は、第一クラッチ連結部材Ｕ１１を介して、第三キャリアＣ３に直結され、第三ギヤ連結部材７に直結された第一クラッチ連結部材Ｕ１２を介して、第三キャリアＣ３と第一、第二リングギヤＲ１，Ｒ２とを係脱可能に連結する。

第二クラッチＣＬ２は、第二クラッチ連結部材Ｕ２１を介して、第二サンギヤＳ２に直結され、第三サンギヤＳ３に直結された第二クラッチ連結部材Ｕ２２を介して、第二サンギヤＳ２と第三サンギヤＳ３とを係脱可能に連結する。

第三クラッチＣＬ３は、第三リングギヤＲ３の外側を通って軸線方向に延在する第三クラッチ直結部材Ｕ３１を介して第二ブレーキＢ２の回転部材Ｂ２−１に直結され、第三キャリアＣ３に直結された第三クラッチ連結部材Ｕ３２を介して、回転部材Ｂ２−１と第三キャリアＣ３とを係脱可能に連結する。

第四クラッチＣＬ４は、第四クラッチ直結部材Ｕ４１を介して、第一ギヤ連結部材５に直結され、第二クラッチ連結部材Ｕ２２に直結されている第四クラッチ連結部材Ｕ４２を介して、第一、第二キャリアＣ１，Ｃ２と第三サンギヤＳ３とを係脱可能に連結する。

ドグクラッチＤ１は、第二ブレーキＢ２の回転部材Ｂ２−１と第四リングギヤＲ４を係脱可能に連結する。ドグクラッチＤ１は、常閉型であり、ドグクラッチアクチュエータ７１（図４示）によって作動する。制御部２による制御指令に基づいて、ドグクラッチアクチュエータ７１が作動すると、ドグクラッチＤ１は、第二ブレーキＢ２の回転部材Ｂ２−１と第四リングギヤＲ４同士を離脱、又は係合する。このドグクラッチＤ１の詳細については、図４〜図７を用いて後述する。

（第一実施形態の自動変速機の後部の構造）
以下に、図４〜図７を用いて、第一実施形態の自動変速機１００の後部の構造について説明する。図４に示すように、出力軸Ｔは、回転軸線Ｌ方向に延出して形成され、本実施形態では、円筒形状である。出力軸Ｔは、ハウジングＨに取り付けられ互いに離間した２つのベアリング３１、３２によって、ハウジングＨの後部に回転可能に支持されている。このように、互いに離間した２つのベアリング３１、３２によって、出力軸Ｔが両側支持されているので、出力軸Ｔが回転軸線Ｌ方向から直交する方向に撓まないようになっている。

図４に示すように、第四キャリアＣ４は、第四ピニオンギヤＱ４の後方に設けられた後方側第四キャリアＣ４−１と、第四ピニオンギヤＱ４の前方に設けられた前方側第四キャリアＣ４−２とから構成されている。出力軸連結部材４は、円筒形状であり、後方側第四キャリアＣ４−１の後部から後方に延出している。出力軸連結部材４の後部の外周部は、出力軸Ｔの前部の内周部とスプライン嵌合している。

後方側第四キャリアＣ４−１の後部から、略円筒形状のパーキング部材４１が後方に延出している。パーキング部材４１は、出力軸連結部材４や出力軸Ｔと同軸に設けられ、出力軸Ｔの外周側に設けられている。パーキング部材４１は、小径部４１ａ、大径部４１ｂ、及び接続部４１ｃとから構成されている。小径部４１ａは、円筒形状であり、後方側第四キャリアＣ４−１の後部に接続している。大径部４１ｂは、小径部４１ａよりも内径及び外径が大きい円筒形状であり、小径部４１ａの後方に、小径部４１ａと同軸に形成されている。接続部４１ｃは、小径部４１ａの後端と大径部４１ｂの前端とを接続している。

図６に示すように、パーキング部材４１の大径部４１ｂの外周部には、係合凹部４１ｄが周方向に一定角度をおいて凹陥形成されている。ハウジングＨには、先端に係合突起４２ａが形成されたストッパー部材４２が揺動可能に設けられている。ストッパー部材４２は、図示しないパーキングアクチュエータによって揺動される。シフトレバーがパーキング位置に位置されると、パーキングアクチュエータによって、係合突起４２ａが係合凹部４１ｄと係合するように、ストッパー部材４２が揺動される（図６の一点鎖線示）。この状態では、パーキング部材４１がハウジングＨに固定されて、第四キャリアＣ４がハウジングＨに固定されて、各遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４や出力軸ＴがハウジングＨに対して回転不能になる。

第二ブレーキＢ２は、回転部材Ｂ２−１、複数のブレーキディスクＢ２−２、複数のブレーキプレートＢ２−３、被押圧部材Ｂ２−４を有している。回転部材Ｂ２−１は、円筒形状であり、後述するドグクラッチＤ１の係合部材Ｄ１−１（第四リングギヤＲ４）の外周側に、第四リングギヤＲ４及び係合部材Ｄ１−１と同軸に、ハウジングＨに対して回転可能に設けられている。

ブレーキディスクＢ２−２は、リング状であり、回転部材Ｂ２−１に前後方向移動可能に且つ相対回転不能に設けられている。ブレーキプレートＢ２−３は、リング状であり、ハウジングＨに前後方向移動可能に且つ相対回転不能に設けられている。これら複数のブレーキディスクＢ２−２と複数のブレーキプレートＢ２−３が、交互に重ね合わされて設けられている。被押圧部材Ｂ２−４は、リング状であり、ブレーキディスクＢ２−２、ブレーキプレートＢ２−３の後方に隣接して、前後方向移動可能にハウジングＨに設けられている。

ハウジングＨの下端には、オイルを収容するオイルパン４５が取り付けられている。ハウジングＨの後部の内部には、第二ブレーキピストン５１が前後方向摺動可能に設けられている。第二ブレーキピストン５１は、後方に形成された円板状の基部５１ａと、基部５１ａから前方に延出する押圧部５１ｂとから構成されている。押圧部５１ｂは、第二ブレーキＢ２の被押圧部材Ｂ２−４と対向している。

基部５１ａは、ハウジングＨに取り付けられたスプリング５２によって後方に付勢されている。基部５１ａと、ハウジングＨの後部壁Ｈ１との間には、圧力室５３が形成されている。圧力室に油圧が供給されると、第二ブレーキピストン５１が前方に移動して、押圧部５１ｂが被押圧部材Ｂ２−４を押圧し、ブレーキディスクＢ２−２とブレーキプレートＢ２−３が相互に押圧され、ブレーキディスクＢ２−２とブレーキプレートＢ２−３間の摩擦力によって、第二ブレーキＢ２が係合状態となる。一方で、圧力室５３に供給された油圧が消失すると、スプリング５２の付勢力によって、押圧部５１ｂが被押圧部材Ｂ２−４から離間して、第二ブレーキＢ２が離間状態となる。

ドグクラッチＤ１は、係合部材Ｄ１−１、フォーク部材７２、ドグクラッチアクチュエータ７１とから構成されている。図５に示すように、第四リングギヤＲ４の外周面には、リングギヤスプライン溝Ｒ４−１が形成されている。また、回転部材Ｂ２−１の内周面には、回転部材スプライン溝Ｂ２−５が形成されている。

係合部材Ｄ１−１は、円筒形状であり、第四リングギヤＲ４と回転部材Ｂ２−１の間に、これら第四リングギヤＲ４と回転部材Ｂ２−１と同軸に、回転軸線Ｌ方向（前後方向）移動可能に設けられている。係合部材Ｄ１−１の内周面には、リングギヤスプライン溝Ｒ４−１とスプライン嵌合している第一スプライン溝Ｄ１−２が形成されている。係合部材Ｄ１−１の外周面には、回転部材スプライン溝Ｂ２−５とスプライン嵌合又は離脱する第二スプライン溝Ｄ１−３が形成されている。

図４に示すように、回転部材スプライン溝Ｂ２−５は、リングギヤスプライン溝Ｒ４−１よりも前後方向に関して短く形成され、リングギヤスプライン溝Ｒ４−１の後部に相当する位置には形成されていない。係合部材Ｄ１−１の前後方向（回転軸線L方向）の位置に関わらず、第一スプライン溝Ｄ１−２は、第四リングギヤＲ４のリングギヤスプライン溝Ｒ４−１と常時スプライン嵌合している。係合部材Ｄ１−１がその移動範囲の前方に位置している場合には（図４の状態）、第二スプライン溝Ｄ１−３は回転部材Ｂ２−１の回転部材スプライン溝Ｂ２−５とスプライン嵌合して、係合部材Ｄ１−１によって、第四リングギヤＲ４と回転部材Ｂ２−１とが連結（係合）される。一方で、係合部材Ｄ１−１がその移動範囲の後方に位置している場合には（図７の状態）、係合部材Ｄ１−１の第二スプライン溝Ｄ１−３は回転部材Ｂ２−１の回転部材スプライン溝Ｂ２−５から離脱し、第四リングギヤＲ４と回転部材Ｂ２−１同士が離脱される。

係合部材Ｄ１−１の後部には、フォーク係合溝Ｄ１−５が形成されている。フォーク係合溝Ｄ１−５には、フォーク部材７２が係合している。フォーク部材７２は、前後方向（回転軸線L方向）移動可能に設けられている。フォーク部材７２は、係合部材Ｄ１−１の外周側に延出し、ハウジングＨの外部のオイルパン４５の内部にまで延出している。フォーク部材７２は、ドグクラッチアクチュエータ７１によって、前後方向に移動される。ドグクラッチアクチュエータ７１は、制御部２からの指令によって作動し、油圧式及び電動式の両方が含まれる。本実施形態では、ドグクラッチアクチュエータ７１は、ハウジングＨ外のオイルパン４５内に設けられている。

（第一実施形態の自動変速機の動作）
以上のように構成された自動変速機１００は、第一〜第四クラッチＣＬ１〜ＣＬ４を選択的に係脱し、第一及び第二ブレーキＢ１，Ｂ２を選択的に作動して第一〜第四遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４の要素の回転を規制することにより、前進１０段、後進１段の変速段を成立することができる。図２において、各変速段に対応する各クラッチ、ブレーキの欄に、白丸が付されている場合には、各要素が作動状態（ＯＮ状態）であり、クラッチＣＬ１〜ＣＬ４であれば接続状態（係合状態）、ブレーキＢ１，Ｂ２であれば回転規制状態（係合状態）にあることを示す。また、ドグクラッチの欄に黒丸が付されている場合には、ドグクラッチＤ１が作動状態にあり、ドグクラッチＤ１が離脱状態（切断状態）にあることを示す。

一般的に、シングルピニオンギヤ式遊星歯車機構においては、サンギヤの回転数Ｎｓ、キャリアの回転数Ｎｃ、リングギヤの回転数Ｎｒと遊星歯車機構のギヤ比λとの関係は、式（１）で示され、各変速段におけるギヤ比は、式（１）に基づいて算出される。第一〜第四遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４の第一〜第四サンギヤＳ１〜Ｓ４の歯数をＺｓ１〜Ｚｓ４、第一〜第四リングギヤＲ１〜Ｒ４の歯数をＺｒ１〜Ｚｒ４とすると、第一〜第四遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４のギヤ比λ１〜λ４は、λ１＝Ｚｓ１／Ｚｒ１、λ２＝Ｚｓ２／Ｚｒ２、λ３＝Ｚｓ３／Ｚｒ３、λ４＝Ｚｓ４／Ｚｒ４である。
Ｎｒ＝（１＋λ）Ｎｃ−λＮｓ・・・（１）

第一、第二ブレーキＢ１，Ｂ２を選択的に作動し、第一〜第四クラッチＣＬ１〜ＣＬ４を選択的に接続したとき、第一〜第四遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４の各要素の速度比は、図３に示す速度線図のようになる。速度線図は、遊星歯車機構のサンギヤ、キャリア、リングギヤからなる各要素を横軸方向にギヤ比に対応させた間隔で配置し、縦軸方向に各要素に対応してその速度比を取ったものである。

すなわち、第二サンギヤＳ２と第三サンギヤＳ３とが、第二クラッチＣＬ２を介して連結されるので、Ｓ２，Ｓ３が付された１本の縦線上に、連結される第二サンギヤＳ２及び第三サンギヤＳ３の速度比を表す。また、第二リングギヤＲ２と第三キャリアＣ３と第四サンギヤＳ４とが、第一クラッチＣＬ１を介して連結されるので、Ｒ２，Ｃ３，Ｓ４が付された１本の縦線上に、連結される第二リングギヤＲ２、第三キャリアＣ３及び第四サンギヤＳ４の速度比を表す。そして、Ｃ２が付された１本の線上に、第二キャリアＣ２の速度比を表す。また、第三キャリアＣ３と第四リングギヤＲ４とが、第三クラッチＣＬ３を介して連結されるので、Ｃ３，Ｒ４が付された１本の縦線上に、連結される第三キャリアＣ３及び第四リングギヤＲ４の速度比を表す。

そして、第二遊星歯車機構Ｐ２は、シングルピニオン式であるので、第二サンギヤＳ２の縦線と第二キャリアＣ２の縦線との間隔を１とみなし、第二リングギヤＲ２の縦線を第二キャリアＣ２の縦線から第二サンギヤＳ２の縦線の反対側に間隔λ２だけ離して配置する。第三遊星歯車機構Ｐ３は、シングルピニオン式であるので、第三サンギヤＳ３の縦線と第三キャリアＣ３の縦線との間隔を１とみなし、第三リングギヤＲ３の縦線を第三キャリアＣ３の縦線から第三サンギヤＳ３の縦線の反対側に間隔λ３だけ離して配置する。第四遊星歯車機構Ｐ４は、シングルピニオン式であるので、第四サンギヤＳ４の縦線と第四キャリアＣ４の縦線との間隔を１とみなし、第四リングギヤＲ４の縦線を第四キャリアＣ４の縦線から第四サンギヤＳ４の縦線の反対側に間隔λ４だけ離して配置する。

例えば、自動変速機１００における第一速段は、図２に示す係合表によると、第一クラッチＣＬ１、第二クラッチＣＬ２及び第二ブレーキＢ２が作動状態である。この状態では、まず、第一クラッチＣＬ１及び第二クラッチＣＬ２により第一〜第三遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ３が一体となり、第二キャリアＣ２に入力された入力軸Ｎの回転駆動力が、第四サンギヤＳ４に伝達される。第四リングギヤＲ４は第二ブレーキＢ２により制動されているので、第四サンギヤＳ４から入力された回転駆動力が歯数に応じた変速比で減速され、第四キャリアＣ４から出力軸連結部材４を介して出力軸Ｔに回転駆動力を伝達する。

自動変速機１００が第一速段から第二速段に移行するには、第二クラッチＣＬ２及び第二ブレーキＢ２の作動状態を維持しつつ、作動させる係合要素を第一クラッチＣＬ１から第四クラッチＣＬ４に切り換える。この状態では、まず、第二クラッチＣＬ２及び第四クラッチＣＬ４により第一、第二遊星歯車機構Ｐ１，Ｐ２が一体となり、第二リングギヤＲ２に入力された入力軸Ｎの回転駆動力が、第四サンギヤＳ４に伝達される。第四リングギヤＲ４は第二ブレーキＢ２により制動されているので、第四サンギヤＳ４から入力された回転駆動力は歯数に応じた変速比で減速され、第四キャリアＣ４から出力軸連結部材４を介して出力軸Ｔに回転駆動力を伝達する。

このように、自動変速機１００は、６個の係合要素のうち３個の係合要素を選択的に作動させることによって、図３の速度線図に示すように、それぞれ異なる変速比となる変速段を成立可能としている。また、自動変速機１００は、図２の係合表に示すように、作動させる３個の係合要素のうち１個を切り換えることによって、隣り合う変速段に移行可能としている。

自動変速機１００におけるリバース段は、図２に示す係合表によると、第三クラッチＣＬ３、第四クラッチＣＬ４、第二ブレーキＢ２、及びドグクラッチＤ１が作動状態である。この状態では、第四クラッチＣＬ４によって、第一キャリアＣ１と第三サンギヤＳ３が連結されているので、入力軸Ｎの回転駆動力が、第三サンギヤＳ３に伝達される。そして、第二ブレーキＢ２及び第三クラッチＣＬ３によって、第三キャリアＣ３がハウジングＨに固定されているので、第三サンギヤＳ３の回転駆動力が逆回転方向に減速されたうえで、第三リングギヤＲ３から第四キャリアＣ４を介して、出力軸Ｔに伝達され、車両は後退する。

また、ドグクラッチＤ１の作動によって、第四リングギヤＲ４が回転部材Ｂ２−１から離脱されて、第四リングギヤＲ４のハウジングＨへの固定が解除されて、第四リングギヤＲ４がハウジングＨに対して回転可能となる。これにより、第四遊星歯車機構Ｐ４において反力を支持するものが無くなるので、第四キャリアＣ４の逆回転に伴い、第四サンギヤＳ４が逆回転しない。このため、第四サンギヤＳ４と連結している第一リングギヤＲ１も逆回転しないため、第一キャリアＣ１の正回転に伴い、第一サンギヤＳ１が高速回転しない。

なお、ドグクラッチＤ１の離脱方向への動作は、第三クラッチＣＬ３及び第二ブレーキＢ２が係合状態となった後に行われる。このため、第四リングギヤＲ４はハウジングＨに固定され、第四リングギヤＲ４には回転駆動力が作用していないので、係合部材Ｄ１−１が容易に後方（離脱方向）に移動し、ドグクラッチＤ１が離脱状態となる。

また、自動変速機１００において、前進の変速段が形成されている場合には、ドグクラッチＤ１は係合状態とされるが、リバース段から前進の変速段に移行する前には、自動変速機１００はニュートラル状態を経て前進の変速段に移行するので、第四リングギヤＲ４の回転が停止し、第四リングギヤＲ４に回転駆動力が伝達されていない状態で、ドグクラッチＤ１が係合方向に作動する。このため、係合部材Ｄ１−１が、容易に第四リングギヤＲ４及び回転部材Ｂ２−１とスプライン嵌合し、ドグクラッチＤ１が係合状態となる。

（本実施形態の効果）
上記のように構成された自動変速機１００によれば、第三クラッチＣＬ３、第四クラッチＣＬ４、及び第二ブレーキＢ２が係合されてリバース段が形成されている場合において、ドグクラッチＤ１が離脱方向に作動し、最後列の遊星歯車機構である第四遊星歯車機構Ｐ４の第四リングギヤＲ４がハウジングＨから離脱され、第四遊星歯車機構Ｐ４において反力を支持するものが無くなるので、第四キャリアＣ４の逆回転に伴い、第四サンギヤＳ４が逆回転しない。このため、第四サンギヤＳ４と連結している最前列の遊星歯車機構である第一遊星歯車機構Ｐ１の第一リングギヤＲ１も逆回転しないため、第一キャリアＣ１の正回転に伴い、第一サンギヤＳ１が高速回転しない（図９示）。

このため、第一サンギヤＳ１を支持している軸受等の部材の耐久性が向上する。また、第一サンギヤＳ１に連結している第二ブレーキＢ２の相対回転速度が高くならず、第二ブレーキＢ２が焼けてしまう等の損傷の発生が防止される。

また、図９に示すように、リバース段が形成された場合に、第一サンギヤＳ１の回転速度が０となるだけでなく、第四サンギヤＳ４と回転連結されている各要素の回転速度が０となるか又は低下するので、各要素の耐久性が向上するとともに、摺動抵抗が減少し、車両の燃費が向上する。なお、図９は、自動変速機１００においてリバース段が形成され、入力軸１の回転速度を１とした場合の各要素の回転速度比を表したグラフである。

また、第四リングギヤＲ４と回転部材Ｂ２−１とを係脱可能に連結する機構として、ドグクラッチＤ１を用いているので、摩擦係合要素を用いたクラッチと比べて、クラッチの係合状態及び離脱状態におけるフリクションロスの増加を抑えることができ、クラッチの部品点数の増加を防止することができる。

また、係合部材Ｄ１−１は、第四リングギヤＲ４と回転部材Ｂ２−１との間にこれらと同軸に設けられているので、遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４の配列や回転軸方向Ｌの位置を殆ど変更すること無くドグクラッチＤ１を設けることができ、自動変速機１００の回転軸線Ｌ方向の大型化を抑制することができる。

図４に示すように、出力軸Ｔが２つのベアリング３１、３２で両持ち支持されているので、一般的に自動変速機１００のハウジングＨ内の後部において、遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４の後方には空間Ｓが存在する（図４示）。そして、図７に示すように、ドグクラッチＤ１の離脱時には、係合部材Ｄ１−１が空間Ｓに移動する。このように、係合部材Ｄ１−１を後方に移動させるための空間を新たに設ける必要が無いので、自動変速機１００の回転軸線Ｌ方向の大型化が防止される。

また、パーキング部材４１は、小径部４１ａと、小径部４１ａよりも大径な大径部４１ｂと、小径部４１ａと大径部４１ｂを接続する接続部４１ｃが一体形成されて構成されている。このため、係合部材Ｄ１−１が後方に移動した場合に、係合部材Ｄ１−１が小径部４１ａの外側に位置して、係合部材Ｄ１−１がパーキング部材４１に干渉しない。また、小径部４１ａよりも大径な大径部４１ｂにストッパー部材４２の係合突起４２ａが係合する係合凹部４１ｄが形成されているので、確実に第四キャリアＣ４がハウジングＨに固定されて、確実に各遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４や出力軸ＴがハウジングＨに対して回転不能になる。

また、係合部材Ｄ１−１は、第四リングギヤＲ４及び回転部材Ｂ２−１とスプライン嵌合しているので、第四リングギヤＲ４と回転部材Ｂ２−１との間で確実な回転駆動力の伝達がなされ、確実に第四リングギヤＲ４と回転部材Ｂ２−１が係合又は離脱される。

また、フォーク部材７２（伝達部材）は、係合部材Ｄ１−１と連結されて係合部材Ｄ１−１の外周側に延出し、ドグクラッチアクチュエータ７１の駆動力を係合部材Ｄ１−１に伝達する。これにより、ドグクラッチアクチュエータ７１を任意の位置に配置することができる。本実施形態では、ドグクラッチアクチュエータ７１は遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４の外側に配置されているので、遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４の配列や回転軸線Ｌ方向の位置を変更する必要が無いので、自動変速機１００の回転軸線方向の大型化を確実に防止することができる。

（別の実施形態）
以上説明した実施形態では、係合部材Ｄ１−１がその移動範囲の後方に位置している場合には、係合部材Ｄ１−１の第二スプライン溝Ｄ１−３は回転部材Ｂ２−１の回転部材スプライン溝Ｂ２−５から離脱し、第四リングギヤＲ４と回転部材Ｂ２−１が離脱する。しかし、係合部材Ｄ１−１の第一スプライン溝Ｄ１−２が、第四リングギヤＲ４のリングギヤスプライン溝Ｒ４−１から離脱する実施形態であっても差し支え無い。

（第二実施形態の自動変速機）
以上説明した自動変速機１００の技術的思想は、図１に示すような構成の自動変速機に限定されず、リバース段が形成された際に、最後列の遊星歯車機構のキャリアの逆回転に伴い、最前列の遊星歯車機構のリングギヤが逆回転し、最前列の遊星歯車機構のサンギヤが高速回転されてしまう構成の自動変速機に広く適用することができる。このような自動変速機は、最前列の遊星歯車機構のリングギヤが最後列の遊星歯車機構のサンギヤと直結されて、ハウジングに回転軸線と同軸に支承された複数の遊星歯車機構と、最前列の遊星歯車機構のキャリアに直結された入力軸と、最後列の前記遊星歯車機構のキャリアに直結された出力軸を有する自動変速機であり、例えば、米国特許第７１３１９２６号明細書に示すような自動変速機である。

このような自動変速機を第二実施形態の自動変速機２００として、以下に、第一実施形態の自動変速機１００と異なる点について説明する。なお、第二実施形態の自動変速機２００において、第一実施形態の自動変速機１００と同一の構造の部分については、第一実施形態の自動変速機１００と同じ番号を付して、その説明を省略する。

第二実施形態の自動変速機２００は、入力側（図８の左側、前方側とする）から出力側（図８の右側、後方側とする）に向かって回転軸線Ｌ方向に並設された３個の遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ３を有している。

出力軸Ｔは、出力軸連結部材４を介して第三キャリアＣ３に直結されている。第一リングギヤＲ１及び第三サンギヤＳ３は、第二サンギヤＳ２の内側を通って回転軸線Ｌ方向に延在する第三ギヤ連結部材１７を介して直結されている。第二リングギヤＲ２及び第三キャリアＣ３は、第四ギヤ連結部材１８を介して直結されている。

第一ブレーキＢ１は、第一ブレーキ連結部材Ｖ１に直結されている第一サンギヤＳ１の回転を、第一ブレーキ連結部材Ｖ１を介して制動する。第二ブレーキＢ２は、回転部材Ｂ２−１の回転を制動する。

第一クラッチＣＬ１は、第二サンギヤ連結部材１６を介して第二サンギヤＳ２に直結され、第二サンギヤＳ２と第一ブレーキ連結部材Ｖ１を係脱可能に連結する。第二クラッチＣＬ２は、第二サンギヤ連結部材１６を介して第二サンギヤＳ２に直結され、第一キャリアＣ１と、第二サンギヤＳ２を係脱可能に連結する。第三クラッチＣＬ３は、第二クラッチ連結部材１５を介して第二キャリアＣ２に直結され、第二キャリアＣ２と回転部材Ｂ２−１を係脱可能に連結する。第四クラッチＣＬ４は、第三ギヤ連結部材１７に直結され、第二キャリアＣ２と第三ギヤ連結部材１７を係脱可能に連結する。ドグクラッチＤ１は、第三リングギヤＲ３と回転部材Ｂ２−１を係脱可能に連結する。

第二実施形態の自動変速機２００では、第二クラッチＣＬ２、第三クラッチＣＬ３、及び第二ブレーキＢ２を係合させることにより、リバース段が形成される。この係合状態では、第二クラッチＣＬ２によって第一キャリアＣ１と第二サンギヤＳ２が連結されているので、入力軸Ｎの回転駆動力が、第二サンギヤＳ２に伝達される。そして、第二ブレーキＢ２及び第三クラッチＣＬ３によって、第二キャリアＣ２がハウジングＨに対して固定されているので、第二サンギヤＳ２の回転駆動力が逆回転方向に減速されたうえで、第二リングギヤＲ２から第三キャリアＣ３を介して、出力軸Ｔに伝達され、車両は後退する。

このように構成された第二実施形態の自動変速機２００においても、リバース段が形成された際に、ドグクラッチＤ１によって第三リングギヤＲ３が回転部材Ｂ２−１から離脱される。これにより、最後列の遊星歯車機構である第三遊星歯車機構Ｐ３の第三リングギヤＲ３がハウジングＨから離脱され、第三遊星歯車機構Ｐ３において反力を支持するものが無くなるので、第三キャリアＣ３の逆回転に伴い、第三サンギヤＳ３が逆回転しない。このため、第三サンギヤＳ３と連結している最前列の遊星歯車機構である第一遊星歯車機構Ｐ１の第一リングギヤＲ１も逆回転しないため、第一キャリアＣ１の正回転に伴い、第一サンギヤＳ１が高速回転しない。

Ｈ…ハウジング、Ｎ…入力軸、Ｔ…出力軸、Ｌ…回転軸線、２…制御部、Ｐ１…第一遊星歯車機構（最前列の遊星歯車機構）、Ｐ２…第二遊星歯車機構、Ｐ３…第三遊星歯車機構（最後列の遊星歯車機構よりも１つ前方に配置されている遊星歯車機構）、Ｐ４…第四遊星歯車機構（最後列の遊星歯車機構）、Ｓ１…第一サンギヤ、Ｓ２…第二サンギヤ、Ｓ３…第三サンギヤ、Ｓ４…第四サンギヤ、Ｃ１…第一キャリア、Ｃ２…第二キャリア、Ｃ３…第三キャリア、Ｃ４…第四キャリア、Ｒ１…第一リングギヤ、Ｒ２…第二リングギヤ、Ｒ３…第三リングギヤ、Ｒ４…第四リングギヤ、Ｄ１…ドグクラッチ、Ｄ−１…係合部材、７１…ドグクラッチアクチュエータ、７２…フォーク部材（伝達部材）、Ｂ１…第一ブレーキ、Ｂ２…第二ブレーキ（ブレーキ）、Ｂ２−１…回転部材、ＣＬ１…第一クラッチ、ＣＬ２…第二クラッチ、ＣＬ３…第三クラッチ（クラッチ）、ＣＬ４…第四クラッチ、１００…第一実施形態の自動変速機、２００…第二実施形態の自動変速機

Claims (3)

1. ハウジングと、
   最前列の遊星歯車機構のリングギヤが最後列の遊星歯車機構のサンギヤと連結されて、前記ハウジングに回転軸線と同軸に支承された複数の遊星歯車機構と、
   前記ハウジングに前記回転軸線回りに回転可能に軸承され、前記最前列の遊星歯車機構のキャリアに連結された入力軸と、
   前記ハウジングに回転軸線回りに回転可能に軸承され、前記最後列の前記遊星歯車機構のキャリアに連結された出力軸と、
   前記最後列の前記遊星歯車機構のリングギヤの外周側に前記リングギヤと同軸に回転可能に設けられた回転部材と、
   前記回転部材を前記ハウジングに係脱可能に固定するブレーキと、
   前記最後列の前記遊星歯車機構よりも１つ前方に配置されている前記遊星歯車機構のキャリアと、前記回転部材とを係脱可能に連結するクラッチと、
   前記最後列の前記遊星歯車機構のリングギヤと前記回転部材とを係脱可能に連結するドグクラッチと、
   を有する自動変速機。
2. 前記ドグクラッチは、
   円筒形状であり、前記最後列の前記遊星歯車機構の前記リングギヤと前記回転部材との間にこれらと同軸に、前記回転軸線方向に移動可能に設けられ、内周面に前記リングギヤの外周面とスプライン嵌合する第一スプライン溝が形成され、外周面に前記回転部材の内周面とスプライン嵌合する第二スプライン溝が形成され、前記回転軸線方向の移動により前記最後列の前記遊星歯車機構の前記リングギヤと前記回転部材とを係脱する係合部材と、
   前記係合部材を前記回転軸線方向に移動させるドグクラッチアクチュエータと、
   を有する請求項１に記載の自動変速機。
3. 前記ドグクラッチは、
   前記係合部材と連結されて前記係合部材の外周側に延出し、前記ドグクラッチアクチュエータの駆動力を前記係合部材に伝達する伝達部材を、更に有する請求項２に記載の自動変速機。

Images