<第1実施形態>
(1)全体構成
図1は、本発明の第1実施形態にかかる自動変速機の全体構成を概略的に示す骨子図である。本図に示される自動変速機は、例えば自動車等の車両に搭載されており、車両の動力源であるエンジンの出力回転が入力される入力軸4と、入力軸4の回転を変速しつつ出力ギヤ5に出力する変速機構2と、変速機構2を収容する変速機ケース1と、各種オイル(作動油、潤滑油)の給排を行うために変速機ケース1の下方に設けられたバルブボディ6(図3)とを備えている。出力ギヤ5の回転は、図外の差動装置を介して駆動輪に伝達される。なお、以下の説明では、入力軸4の軸心と平行な方向を軸方向、当該方向と直交する方向を径方向という。また、軸方向の一方側であってエンジンに近い側(図では右)を前、その逆(図では左)を後という。
変速機構2は、第1プラネタリギヤセットPG1、第2プラネタリギヤセットPG2、および第3プラネタリギヤセットPG3を備えている(以下、プラネタリギヤセットのことを単にギヤセットという)。これら第1、第2、第3ギヤセットPG1,PG2,PG3は、入力軸4に沿って前側(エンジン側)からこの順に同軸に並んでいる。
変速機構2は、さらに、第1クラッチCL1、第2クラッチCL2、第1ブレーキ(ローリバースブレーキ)BR1、第2ブレーキBR2、および第3ブレーキBR3を備えている。これらクラッチCL1,CL2およびブレーキBR1,BR2,BR3は、ギヤセットPG1,PG2,PG3による動力伝達経路を切り替えるために締結または解放される摩擦締結要素であり、入力軸4に沿って前側(エンジン側)からこの順に同軸に並んでいる。
第1ギヤセットPG1および第2ギヤセットPG2はシングルピニオン型、第3ギヤセットPG3はダブルピニオン型である。各ギヤセットPG1,PG2,PG3は、それぞれ、サンギヤS1,S2,S3と、サンギヤS1,S2,S3と噛み合うピニオンP1,P2,P3(第3ギヤセットPG3にあっては内側のピニオン)と、ピニオンP1,P2,P3を支持するキャリヤC1,C2,C3と、ピニオンP1,P2,P3(第3ギヤセットPG3にあっては外側のピニオン)と噛み合うリングギヤR1,R2,R3とを備えている。
第1ギヤセットPG1のサンギヤS1と第2ギヤセットPG2のサンギヤS2とは、互いに連結されるとともに、第1クラッチCL1を介して入力軸4に断接自在に連結されている。
第1ギヤセットPG1のリングギヤR1と第2ギヤセットPG2のキャリヤC2とは、互いに連結されるとともに、第2クラッチCL2を介して入力軸4に断接自在に連結され、かつ第1ブレーキBR1を介して変速機ケース1に断接自在に連結されている。
第2ギヤセットPG2のリングギヤR2と第3ギヤセットPG3のリングギヤR3とは、互いに連結されるとともに、第2ブレーキBR2を介して変速機ケース1に断接自在に連結されている。
第3ギヤセットPG3のキャリヤC3が第3ブレーキBR3を介して変速機ケース1に断接自在に連結され、第3ギヤセットPG3のサンギヤS3が入力軸4に連結され、第1ギヤセットPG1のキャリヤC1が出力ギヤ5に連結されている。
当実施形態の自動変速機においては、図2の締結表(○は締結を示す)に示すように、摩擦締結要素CL1,CL2,BR1,BR2,BR3が選択的に締結されることにより、ギヤセットPG1,PG2,PG3による動力伝達経路が切り換わり、前進1〜6速と後退速とが達成される。
前進1速では第1クラッチCL1と第1ブレーキBR1とが締結される。入力軸4の回転は、第1ギヤセットPG1のサンギヤS1に入力される。入力された回転は、第1ギヤセットPG1によって大きな減速比で減速された後、第1ギヤセットPG1のキャリヤC1から出力ギヤ5に取り出される。
前進2速では第1クラッチCL1と第2ブレーキBR2とが締結される。入力軸4の回転は、第1ギヤセットPG1のサンギヤS1に入力されるとともに、第2ギヤセットPG2のキャリヤC2を介して第1ギヤセットPG1のリングギヤR1に入力される。入力された回転は、1速よりも小さな減速比で減速された後、第1ギヤセットPG1のキャリヤC1から出力ギヤ5に取り出される。
前進3速では第1クラッチCL1と第3ブレーキBR3とが締結される。入力軸4の回転は、第1ギヤセットPG1のサンギヤS1に入力されるとともに、第3ギヤセットPG3のリングギヤR3および第2ギヤセットPG2のキャリヤC2を介して第1ギヤセットPG1のリングギヤR1に入力される。入力された回転は、2速よりもさらに小さな減速比で減速された後、第1ギヤセットPG1のキャリヤC1から出力ギヤ5に取り出される。
前進4速では第1クラッチCL1と第2クラッチCL2とが締結される。入力軸4の回転は、第1ギヤセットPG1のサンギヤS1に入力されるとともに、第2ギヤセットPG2のキャリヤC2を介して第1ギヤセットPG1のリングギヤR1に入力される(減速なし)。これにより、第1ギヤセットPG1全体が入力軸4と一体に回転するので、入力された回転は、そのまま(減速も増速もされることなく)第1ギヤセットPG1のキャリヤC1から出力ギヤ5に取り出される。
前進5速では第2クラッチCL2と第3ブレーキBR3とが締結される。入力軸4の回転は、第3ギヤセットPG3のリングギヤR3および第2ギヤセットPG2のサンギヤS2を介して第1ギヤセットPG1のサンギヤS1に入力されるとともに、第2ギヤセットPG2のキャリヤC2を介して第1ギヤセットPG1のリングギヤR1に入力される(減速なし)。入力された回転は、増速された後、第1ギヤセットPG1のキャリヤC1から出力ギヤ5に取り出される。
前進6速では第2クラッチCL2と第2ブレーキBR2とが締結される。入力軸4の回転は、第2ギヤセットPG2のサンギヤS2を介して第1ギヤセットPG1のサンギヤS1に入力されるとともに、第2ギヤセットPG2のキャリヤC2を介して第1ギヤセットPG1のリングギヤR1に入力される(減速なし)。入力された回転は、5速よりも大きな増速比で増速された後、第1ギヤセットPG1のキャリヤC1から出力ギヤ5に取り出される。
後退速では第1ブレーキBR1と第3ブレーキBR3とが締結される。入力軸4の回転は、第3ギヤセットPG3のリングギヤR3および第2ギヤセットPG2のサンギヤS2を介して第1ギヤセットPG1のサンギヤS1に入力される。入力された回転は、第2ギヤセットPG2により回転方向が逆転され、かつ第1ギヤセットPG1によって大きな減速比で減速された後、第1ギヤセットPG1のキャリヤC1から入力軸4の回転方向と反対方向の回転として出力ギヤ5に取り出される。
(2)第1ブレーキの詳細構造
次に、第1ブレーキBR1の詳細構造について説明する。なお、上述したように、第1ブレーキBR1は、自動変速機の変速段が前進1速または後退速のとき、つまり車両が前進または後退方向に発進するときに締結されるブレーキ(ローリバースブレーキ)であり、本発明にかかる摩擦締結要素の一例である。
図3は、第1ブレーキBR1の詳細構造を示す断面図である。本図に示すように、第1ブレーキBR1は、複数の固定側摩擦板10Aと、各固定側摩擦板10Aと軸方向に対向配置された複数の回転側摩擦板10Bと、両摩擦板10A,10Bの軸方向の一方側(ここでは前側)に配設された締結用ピストン20と、締結用ピストン20に対し両摩擦板10A,10Bを挟んだ軸方向の反対側(ここでは後側)に配設されたクリアランス調整機構30とを有している。なお、以下では、固定側摩擦板10Aおよび回転側摩擦板10Bを区別せずに指すときは、単に摩擦板10ということがある。
複数の固定側摩擦板10Aは、微少間隔をおいて軸方向に並ぶように配置されており、それぞれ変速機ケース1の内周面にスプライン係合により保持されている。すなわち、軸方向に延びるとともに周方向にほぼ等間隔に並ぶ多数のスプライン突条15が変速機ケース1の内周面に形成されるとともに、当該スプライン突条15に係合される(隣接する突条15の間の溝に挿入される)多数の突起が各固定側摩擦板10Aの外周面に形成されている。これにより、固定側摩擦板10Aは、変速機ケース1に対し相対回転不能な状態で保持されている。言い換えると、固定側摩擦板10Aは、変速機ケース1に対し相対回転不能で、かつ軸方向に移動可能に保持されている。
複数の回転側摩擦板10Bは、隣接する固定側摩擦板10Aの間に挟まれるように(回転側摩擦板10Bと固定側摩擦板10Aとが交互に並ぶように)配置されており、それぞれリングギヤR1の外周面にスプライン係合により保持されている。すなわち、軸方向に延びるとともに周方向にほぼ等間隔に並ぶ多数のスプライン突条16がリングギヤR1の外周面に形成されるとともに、当該スプライン突条16に係合される(隣接する突条16の間の溝に挿入される)多数の突起が各回転側摩擦板10Bの内周面に形成されている。これにより、回転側摩擦板10Bは、リングギヤR1に対し相対回転不能な状態で保持されている。言い換えると、回転側摩擦板10Bは、リングギヤR1と一体に回転可能で、かつ軸方向に移動可能に保持されている。
各回転側摩擦板10Bの軸方向の両面(前面および後面)にはフェイシング12が設けられている。フェイシング12は、圧接に伴い大きな摩擦力が発生するように、摩擦係数の大きい材質により構成されている。
締結用ピストン20は、固定側摩擦板10Aおよび回転側摩擦板10Bを互いに圧接させて両者を相対回転不能に締結するためのピストンである。この締結用ピストン20は、軸方向にスライド可能な状態でピストンハウジング21の内部に収容されており、最も前側に位置する摩擦板10(ここでは固定側摩擦板10A)に対し前方から対向するように配置されている。また、締結用ピストン20の前面とピストンハウジング21との間には締結油圧室23が画成されており、この締結油圧室23には、バルブボディ6から油路25を通じて作動油が供給される。作動油の供給に応じて締結油圧室23の油圧が高められると、締結用ピストン20が後方に押され、その押圧力を受けて摩擦板10が締結されるようになっている。
クリアランス調整機構30は、締結用ピストン20が摩擦板10を押圧する前に摩擦板10と締結用ピストン20とのクリアランスを縮める(実質的にゼロにする)ためのものである。このクリアランス調整機構30は、摩擦板10から後方に少し離れた位置において回転可能に支持された第1リング部材31と、第1リング部材31と摩擦板10との間において軸方向に移動可能に支持された第2リング部材32と、第1リング部材31を回転方向に駆動する複数のピストン33とを有している。なお、クリアランス調整機構30は請求項にいう「押動機構」に相当し、第1リング部材31は請求項にいう「第1部材」に相当し、第2リング部材32は請求項にいう「第2部材」に相当し、ピストン33は請求項にいう「回転駆動部材」に相当する。
ピストン33により第1リング部材31が回転駆動されると、その回転が第2リング部材32の前方への移動に変換されて、この前方移動する第2リング部材32によって摩擦板10が前方(締結用ピストン20に近づく方向)に押動されるようになっている。なお、変速機ケース1の内周における第1リング部材31の近傍位置には、第1リング部材31の後方への移動を規制するためのスナップリング35が取り付けられている。
図4は自動変速機の下部を図3のIV−IV線に沿って切断した断面図であり、図5は第1、第2リング部材31,32の組立状態の一部切欠き斜視図であり、図6および図7は各リング部材31,32を単品で示す斜視図であり、図8〜図10は回転後の第1リング部材31を元の位置に戻すための機構を示す図であり、図11は各リング部材31,32の波状帯40,50どうしの噛み合わせを示す拡大断面図である。これら図4〜図11、および先の図3を用いて、クリアランス調整機構30のより詳細な構造について説明する。
第1リング部材31は、リングギヤR1(図3)の外周を囲むように形成されたリング状の部材である。この第1リング部材31の一面における環状の領域には波状帯40が形成されている。第1リング部材31は、この波状帯40が前方を向く姿勢で変速機ケース1の内部に回転可能に支持されている。波状帯40は、周方向に並ぶ鋸刃状の多数の歯部41を有し、各歯部41における周方向一方側(第1リング部材31の回転方向と同じ側)の面には傾斜面41a(図11)が形成されている。
第1リング部材31の内周面には、径方向内側に突出する複数の凸部42と、隣接する凸部42の間に形成された凹陥部43とが、周方向に交互に並ぶように形成されている。また、第1リング部材31の外周面の複数箇所には、ピストン33の先端部を受け入れ可能なように凹んだ外周凹部44が形成されている。なお、当実施形態では、ピストン33が上下2箇所に設けられているのに対し(図3参照)、第1リング部材31の外周面にはこれよりも多くの外周凹部44が設けられている。これは、第1リング部材31の組付け性を考慮したものであるが、このような措置が必要なければ、外周凹部44の数をピストン33と同数にしてもよい。
第2リング部材32は、第1リング部材31と軸心を同じくするリング状の部材であり、第1リング部材31の前側に軸方向に隣接するように配置されている。この第2リング部材32の一面における環状の領域には波状帯50が形成されている。第2リング部材32は、この波状帯50が後方を向く(つまり波状帯40と対面する)姿勢で変速機ケース1の内部に軸方向に移動可能に支持されている。波状帯50は、周方向に並ぶ鋸刃状の多数の歯部51を有し、各歯部51には、上述した歯部41の傾斜面41aと摺接可能な傾斜面51a(図11)が形成されている。
第2リング部材32における波状帯50が形成されている側の面、つまり第2リング部材32の後面には、後方に突出する複数の突起部52が、当該第2リング部材32の内周縁に沿って等間隔に並ぶように設けられている。各突起部52は、例えば図5に示すように第2リング部材32を第1リング部材31に対し同心状に突き合わせた組立状態において、第1リング部材32の内周面の凹陥部43(隣接する凸部42の間)にそれぞれ挿入される。隣接する凸部42どうしの間の周方向距離(凹陥部43の幅)は、突起部52の幅よりも大きい。これは、第1リング部材31の回転方向のストロークを確保するためである。
図3および図5に示すように、第2リング部材32の外周面には、径方向に突出する複数の外歯部54が形成されている。複数の外歯部54は、変速機ケース1の内面に形成されたスプライン突条15と同様の間隔で周方向に並ぶように形成されており、各外歯部54が隣接するスプライン突条15の間に挿入されることにより(つまり変速機ケース1の内周面とスプライン係合することにより)、第2リング部材32が変速機ケース1に対し相対回転不能に保持されている。
第2リング部材32とこれに対向する変速機ケース1の内壁1aとの間には、複数のリターンスプリング60(図3)が設けられている。各リターンスプリング60は、前後方向に延びる圧縮コイルバネからなり、隣接するスプライン突条15の間に位置するように周方向に適宜の間隔をあけて配置されている。各リターンスプリング60の後端は第2リング部材32の外歯部54に固定され、前端は変速機ケース1の内壁1aに固定されている。これにより、リターンスプリング60は、第2リング部材32を内壁1aから遠ざける方向、つまり後方に常時押圧している。
第2リング部材32の外歯部54の前面には、リターンスプリング60の取付座となる複数の短円柱状のボス部53が設けられている。ただし、リターンスプリング60の数は外歯部54の数よりも少なく、このため、ボス部53は外歯部54の全部ではなく一部にのみ設けられている。なお、図示を省略するが、リターンスプリング60が取り付けられる位置においては、リターンスプリング60と固定側摩擦板10Aとの干渉を防止するために、固定側摩擦板10Aの外径が小さくされている(つまり、固定側摩擦板10Aの外周に形成されたスプライン係合用突起の突出量が小さくされている)。
図8〜図10に示すように、第2リング部材32の後面つまり第1リング部材31との対向面には、リングバネ70が取り付けられている。リングバネ70は、第2リング部材32の内周縁に沿って突設された複数の突起部52を外周側から取り囲むリング状の本体部71と、本体部71の内周側に一体に設けられ、山型に折り曲げられた複数の板バネ部72とを有している。
複数の板バネ部72は、突起部52と同じ数だけ用意され、突起部52と同様の間隔で周方向に沿って配設されている。そして、第1リング部材31と第2リング部材32とが軸方向に突き合わせられた組立状態において、各板バネ部72は、周方向に隣接する第2リング部材32の突起部52と第1リング部材31の凸部42との間にそれぞれ配設される。このため、ピストン33により第1リング部材31が回転駆動され、これに応じて凸部42が図9において二点鎖線の矢印で示す方向に回転すると、板バネ部72は、互いに接近する凸部42と突起部52との間に挟まれて、自身の折曲角度を狭める方向に弾性変形する。当該変形に伴う弾発力は、回転した第1リング部材31を回転方向と逆向きに戻す力として作用する。
図3に示すように、ピストン33は第1リング部材31の上方および下方に設けられており、図4には下側のピストン33が示されている(ただし上側のピストンも同様の構造である)。図4に示すように、ピストン33は、第1リング部材31の外側(図4では下方)から第1リング部材31の外周面の接線に沿うような方向に斜めに延びており、先端部が第1リング部材31の外周凹部44に収容される比較的長尺な主軸部61と、主軸部61の基端側に形成されたランド部68と、ランド部68の基端側に形成された受圧部62とを有している。ランド部68は主軸部61よりも大径に形成され、受圧部62はランド部68よりもさらに大径に形成されている。
受圧部62は、変速機ケース1に形成されたシリンダ65の内部に摺動可能に収容されている。シリンダ65は円筒状の孔であり、その開放端には封止部材64が取り付けられているとともに、この封止部材64と受圧部62との間に、バルブボディ6(図3)から油路66を通じて作動油が供給される油圧室67が画成されている。受圧部62を挟んで油圧室67と反対側の位置には、圧縮コイルバネからなるリターンスプリング63が設けられている。
図4は、油圧室67の油圧が高められていない非作動状態を示している。この状態から油路66を通じて油圧室67に油圧が供給されると、その油圧がピストン33の受圧部62に作用することにより、リターンスプリング63の弾発力に抗してピストン33が駆動され、その主軸部61が第1リング部材31の外周面の接線に沿って(図4では斜め上方に)突き出される。すると、主軸部61の先端部が外周凹部44の壁面(周方向一端の壁面)を接線方向に押動し、これに伴い第1リング部材31が特定の方向(図4では反時計回り)に回転させられる。そして、最終的にはランド部68がシリンダ65の一端側の壁面に当接し、その時点でピストン33の突き出し量が最大になるとともに、第1リング部材31の回転が停止される。
一方、この状態から油圧室67の油圧が低減されると、リターンスプリング63の弾発力によりピストン33が後退させられ、第1リング部材31は図4に示す元の位置に復帰することが可能になる。
ここで、上述したように、第2リング部材32はリターンスプリング60(図3)により常に後方に押圧されているため、ピストン33の非作動時は、第2リング部材32は第1リング部材31に最も接近している。この状態において、両リング部材31,32の波状帯40,50(その歯部41,51)は、図11(a)に示すように互いに完全に噛み合っている。すなわち、波状帯40の隣接する歯部41の間に波状帯50の歯部51が嵌合し、歯部41の傾斜面41aと歯部51の傾斜面51aとがほほ全面に亘って互いに接触している。
この状態から、ピストン33が駆動されて第1リング部材31が回転させられると、その回転力が傾斜面41a,51aを介して軸方向の力に変換されて、第2リング部材32を軸方向に移動させる。すなわち、図11(b)に示すように、第2リング部材32の歯部51の傾斜面51aが第1リング部材31の歯部41の傾斜面41aに沿って滑るように相対移動し、これに伴って第2リング部材32が第1リング部材31から離れる方向(つまり前方)に移動する。さらに第1リング部材31の回転が継続されると、最終的には図11(c)に示すように、第2リング部材32の歯部51が第1リング部材31の歯部41の上に完全に乗り上げる。第2リング部材32の前方への移動量はこの時点で最大となり、第2リング部材32はこれ以上前方には移動しない。
以上のように、当実施形態のクリアランス調整機構30は、ピストン33から第1リング部材31に対し回転方向の力が入力されたときに、第1、第2リング部材31,32の各波状帯40,50に備わる傾斜面41a,51aの作用により、当該回転方向の力が軸方向の力に変換されて、これに伴い第2リング部材32が第1リング部材31に対し前方に移動するようになっている。すなわち、当実施形態では、ピストン33から入力される回転方向の駆動力を第2リング部材32の軸方向の移動力に変換させる手段(請求項にいう「変換部」)が、第1リング部材31の波状帯40と第2リング部材32の波状帯50、より詳しくは、波状帯40に備わる傾斜面41a(第1傾斜面)とこれに摺接する波状帯50の傾斜面51a(第2傾斜面)とにより構成されている。
なお、第1リング部材31が回転し、これに伴い第2リング部材32が前方に移動すると、第1リング部材31の凸部42と第2リング部材32の突起部52との間に挟まれているリングバネ70の板バネ部72(図9)が弾性変形するとともに、第2リング部材32と変速機ケース1の内壁1aとの間に挟まれているリターンスプリング60(図3)が弾性変形する。変形した板バネ部72およびリターンスプリング60による弾発力は、いずれも第1リング部材31を逆回転させる方向に作用するが、ピストン33は、これら板バネ部72およびリターンスプリング60の弾発力に抗して第1リング部材31を回転させる駆動力を発揮可能とされている。
上記のようにして前方に移動した第2リング部材32を元に戻すには、ピストン33を駆動する油圧(油圧室67の油圧)を低減させて、ピストン33を後退させる。すると、第1リング部材31を逆回転させようとする板バネ部72の弾発力と、第2リング部材32を後方に押し戻そうとするリターンスプリング60の弾発力とに応じて、第1リング部材31の歯部41と第2リング部材32の歯部51とが、上述したピストン作動時とは逆の順に(図11の(c)→(b)→(a)の順に)相対移動する。これにより、第1リング部材31が逆回転するとともに、第2リング部材32が後方に移動し、それぞれピストン作動前の元の位置に復帰する。
(3)第1ブレーキ締結時の動作
次に、第1ブレーキBR1を締結するときの動作について説明する。上述したように、第1ブレーキBR1は、自動変速機の変速段が前進1速または後退速であるときに締結される。このため、第1ブレーキBR1の締結動作、つまり第1ブレーキBR1を解放状態から締結状態に切り替える動作は、例えば車両の前進発進時または後退発進時に行われる。具体的に、車両の前進発進時には、自動変速機を操作するためのシフトレバーのポジション(以下、シフトポジションという)が例えばPレンジからNレンジを経由してDレンジに切り替えられ、これに応じて変速段が前進1速に切り替えられる。また、車両の後退発進時には、シフトポジションが例えばDレンジからNレンジを経由してRレンジに切り替えられ、これに応じて変速段が後退速に切り替えられる。第1ブレーキBR1は、このような前進または後退発進時に解放状態から締結状態に切り替えられ、このときに以下のような動作が行われる。
まず、変速段を前進1速または後退速に切り替える可能性が生じた時点、具体的にはシフトポジションがNレンジに切り替えられた時点で、クリアランス調整機構30が作動して、摩擦板10(より詳しくは最も前側に位置する固定側摩擦板10A)と締結用ピストン20とのクリアランスV(図3)がほぼゼロになるまで摩擦板10が押動される。すなわち、ピストン33を駆動する油圧室67の油圧が高められてピストン33が斜め方向に突き出されることにより、第1リング部材31が回転方向に駆動されるとともに第2リング部材32が前方に移動させられる。そして、この前方移動した第2リング部材32により、図12に示すように、締結用ピストン20と当接または極近接する位置まで摩擦板10が前方に押動される。なお、以下では、このように摩擦板10が締結用ピストン20に当接または極近接するまで移動した位置をゼロクリアランス位置と称する。クリアランス調整機構30における上記第2リング部材32の前方移動量、つまり第1リング部材31の歯部41と第2リング部材32の歯部51との噛み合い代は、摩擦板10を上記ゼロクリアランス位置まで移動させることが可能な値に設定されている。
その後、シフトポジションがNレンジからDレンジまたはRレンジに切り替えられるのに応じて、締結油圧室23の油圧が高められて、締結用ピストン20が後方に駆動される。すると、駆動された締結用ピストン20により摩擦板10が後方に押圧されて、締結用ピストン20と第2リング部材32との間に摩擦板10が軸方向に挟み込まれる状態になる。このとき、クリアランス調整機構30では、第2リング部材32の歯部51が第1リング部材31の歯部41に乗り上げており(図11(c)参照)、第2リング部材32の後方への移動が規制されているので、締結用ピストン20から大きな押圧力が入力されても、第2リング部材32が後方に押し戻されることはない。これにより、摩擦板10(固定側摩擦板10Aおよび回転側摩擦板10B)どうしが互いに十分に圧接されて、当該圧接に伴う摩擦力により両者の相対回転が不能な状態に至り、第1ブレーキBR1の締結が完了する。すなわち、回転側摩擦板10Bの回転が停止され、ひいてはリングギヤR3の回転が停止される。
なお、自動変速機の変速段を前進1速または後退速に切り替えるには、上記のような第1ブレーキBR1の締結に加えて、第1クラッチCL1または第3ブレーキBR3を締結する必要があるが(図2参照)、これら第1クラッチCL1または第3ブレーキBR3は、シフトポジションがDレンジまたはRレンジに切り替えられた直後に速やかに締結される。一方、第1ブレーキBR1の締結用ピストン20は、それが駆動された直後に前進1速または後退速が達成されるように、少なくとも第1クラッチCL1または第3ブレーキBR3の締結と同時か、もしくはこれよりも遅れたタイミングで駆動される。
ここで、従来は、例えば前進1速への切り替え時に、第1ブレーキBR1に代えてワンウェイクラッチ(一方向の回転のみを許容し、逆方向の回転を規制するクラッチ)がしばしば用いられていた。ワンウェイクラッチは第1クラッチCL1の締結に伴い自然にロックするので、第1クラッチCL1を締結するだけで前進1速に対応した動力伝達経路が達成されるからである。これによれば、摩擦締結要素の締結タイミングがずれることに起因する変速ショックの発生等を良好に抑制することができる。
しかしながら、ワンウェイクラッチは、自動変速機のコスト、重量、サイズの増大を招くだけでなく、走行時間の大半は空転するので、引き摺り抵抗が発生し、燃費性能の低下を招くという問題がある。
そこで、当実施形態の自動変速機においては、ワンウェイクラッチが廃止されている。その代替として、前進1速では、第1クラッチCL1および第1ブレーキBR1の双方が締結されるようになっている。
ただし、第1クラッチCL1と第1ブレーキBR1の双方を締結する場合、締結タイミングのずれに起因して車両の発進時等に不快なショック(変速ショック)が発生するおそれがある。特に前進1速のような発進変速段は、減速比が大きく、トルクが大きいので、発生する変速ショックがより大きくなる。
これに対し、当実施形態では、第1ブレーキBR1を締結する要求があった時点(つまりシフトポジションがDレンジまたはRレンジに切り替わった時点)で、既にクリアランス調整機構30により摩擦板10がゼロクリアランス位置まで押動されているので、締結用ピストン20を作動させるだけで第1ブレーキBR1の締結を完了させることができる。すなわち、締結用ピストン20を駆動するために油圧を供給した時点で直ちに第1ブレーキBR1の締結が完了するので、第1ブレーキBR1の締結完了タイミングを高精度に調整することが可能になり、上記のような変速ショックを低減することが可能になる。
(4)作用等
以上説明したように、本発明の第1実施形態では、第1ブレーキBR1の締結時に、クリアランス調整機構30を用いて摩擦板10と締結用ピストン20とのクリアランスVをほぼゼロにするクリアランス調整が行われる。クリアランス調整機構30は、回転可能に支持された第1リング部材31と、第1リング部材31と摩擦板10との間において軸方向に移動可能に支持された第2リング部材32と、第1リング部材31を回転方向に駆動するピストン33とを有している。第1リング部材31および第2リング部材32のそれぞれの対向面には波状帯40,50が設けられており、ピストン33から第1リング部材31に対し回転方向の駆動力が入力されると、その駆動力が、波状帯40,50(より詳しくは各歯部41,51の傾斜面41a,51a)の作用によって軸方向の力に変換され、これを受けて第2リング部材32が前方(摩擦板10に近づく方向)に駆動される。このような構成によれば、第1ブレーキBR1の制御性が向上するという利点がある。
すなわち、上記第1実施形態では、第1、第2リング部材31,32自身に備わる形状(ここでは波状帯40,50)によって第1リング部材31の回転が第2リング部材32の軸方向の移動に変換されるので、第1リング部材31がピストンによって回転方向に駆動されたときに、当該回転と直接連動して第2リング部材32が軸方向に移動する。これにより、第2リング部材32を精度よくかつ速やかに移動させることができ、第1ブレーキBR1に対するクリアランス調整の制御性を効果的に向上させることができる。
特に、上記第1実施形態では、第1、第2リング部材31,32の各対向面(波状帯40,50)に形成された傾斜面41a,51aどうしの摺接により、第1リング部材31の回転が第2リング部材32の軸方向移動に変換されるので、非常に簡単かつ確実に第2リング部材32を軸方向に移動させることができる。
また、上記第1実施形態では、第1リング部材31を回転させるための部材(回転駆動部材)として、油圧により第1リング部材31の外周面に沿う方向に駆動されるピストン33が設けられているので、当該ピストン33によって第1リング部材31に対し効率よく回転方向の駆動力を付与してこれを回転させることができ、当該第1リング部材31の回転に応じて第2リング部材32を確実に軸方向に移動させることができる。
より具体的に、上記第1実施形態では、第1リング部材31の外周面に外周凹部44が形成され、当該外周凹部44の内部に到達するまでピストン33の先端部が延びており、また、ピストン33の基端側には油圧を受けるための受圧部62が形成されている。これによれば、油圧の供給によってピストン33を確実に突出方向に駆動できるとともに、駆動されたピストン33の先端部により外周凹部44の壁面を押動して、これに応じて第1リング部材31を確実に回転させることができる。
また、上記第1実施形態では、クリアランス調整機構30と締結用ピストン20とが摩擦板10を挟んで軸方向に対向するように配置されているので、クリアランス調整機構30の第2リング部材32と締結用ピストン20との間に摩擦板10を挟み込むことができ、摩擦板10(固定側摩擦板10Aおよび回転側摩擦板10B)どうしを確実に軸方向に圧接させて締結状態(相対回転不能な状態)に至らしめることができる。
なお、上記第1実施形態では、シリンダ65内の油圧室67に供給される油圧によりピストン33を駆動したが、ピストン33は油圧駆動式に限られず、例えばソレノイドを利用した電磁力によりピストン33を駆動してもよい。
また、上記第1実施形態では、第1リング部材31、第2リング部材32、およびピストン33等により、回転を軸方向移動に変換して摩擦板を押動する機構(本発明にかかる押動機構)を構成し、これを摩擦板10のクリアランスVを縮めるクリアランス調整機構30として用いたが、本発明にかかる押動機構は、クリアランス調整用に限らず、摩擦板10を締結するためのピストンとして使用することも可能である。このように、本発明にかかる押動機構を締結用ピストンとして使用した場合には、優れた応答性で摩擦板を締結もしくは解放することができる。
また、上記第1実施形態では、発進時に締結されるブレーキ要素である第1ブレーキBR1に本発明を適用した例について説明したが、本発明はブレーキ要素以外の摩擦締結要素、つまりクラッチ要素に適用することも可能である。その具体例を、次の第2実施形態として説明する。
<第2実施形態>
図13は、本発明の第2実施形態を説明するための図であり、本発明が適用された自動変速機のクラッチ要素CL’を示している。このクラッチ要素CL’は、例えば図1の第1クラッチCL1に対応している。
第2実施形態にかかるクラッチ要素CL’は、自動変速機の入力軸4と連係された回転可能なドラム部材105と、ドラム部材105の内周面にスプライン係合により保持された外側摩擦板110Aと、プラネタリギヤセットのサンギヤ(例えば図1のサンギヤS1,S2)と連係された回転可能な動力伝達部材106と、動力伝達部材106の前端部の外周面にスプライン係合により保持された内側摩擦板110Bと、両摩擦板110A,110Bの軸方向の一方側(ここでは前側)に配設された締結用ピストン120と、締結用ピストン120に対し両摩擦板110A,110Bを挟んだ軸方向の反対側(ここでは後側)に配設されたクリアランス調整機構130とを有している。なお、以下では、外側摩擦板110Aおよび内側摩擦板110Bを区別せずに指すときは、単に摩擦板110ということがある。
クリアランス調整機構130(押動機構)は、基本的に上記第1実施形態におけるクリアランス調整機構30と同様の構造とされている。すなわち、クリアランス調整機構130は、摩擦板110の後方に配置された第1リング部材131と、第1リング部材131と摩擦板110との間に配置された第2リング部材132と、第1リング部材131を回転方向に駆動するピストン133とを有している。そして、ピストン133により第1リング部材131が回転駆動されると、その回転が第2リング部材132の前方への移動に変換されて、この前方移動する第2リング部材132によって摩擦板110が前方(締結用ピストン120に近づく方向)に押動されるようになっている。なお、回転を軸方向移動に変換するための機構(変換部)として、第1リング部材131および第2リング部材132の各対向面には、上記第1実施形態で示した波状帯40,50(図3〜図7、図11)と同様の構造の波状帯140,150が形成されている。また、ドラム部材105の内周における第1リング部材132の近傍位置には、第1リング部材131の後方への移動を規制するためのスナップリング135が取り付けられている。
ただし、クラッチ要素CL’に適用された第2実施形態のクリアランス調整機構130では、上記第1実施形態のクリアランス調整機構30と異なり、第1リング部材131および第2リング部材132が、外側摩擦板110Aを保持するドラム部材105と一体に回転するように取り付けられている。加えて、第1リング部材131は、ドラム部材105に対し所定範囲に亘って相対回転可能とされ、第2リング部材132は、ドラム部材105に対し所定範囲に亘って軸方向に移動可能とされている。
また、ピストン133は、第1リング部材131を外周側から駆動できるように、ドラム部材105の後部(第1リング部材131の外周側に位置する部位)に設けられている。ピストン133は、ドラム部材105の内部の油路108等を通じて供給される作動油の油圧により駆動される。
締結用ピストン120とドラム部材105との間には締結油圧室123が画成されている。締結用ピストン120は、ドラム部材105の内部の油路125等を通じて締結油圧室123に供給される作動油の油圧を受けて後方に駆動される。
クラッチ要素CL’の締結時には、まず、クリアランス調整機構130により摩擦板110がゼロクリアランス位置まで押動される。すなわち、油路108からの油圧によりピストン133が突出方向に駆動されることにより、第1リング部材131がドラム部材105に対し相対回転させられるとともに、第2リング部材132が軸方向(前方)に移動させられる。そして、この前方移動した第2リング部材132により、締結用ピストン20と当接または極近接する位置まで摩擦板110が前方に押動される。
次いで、上記のように摩擦板110がゼロクリアランス位置まで移動した状態で、油路125から締結油圧室123に供給された油圧により締結用ピストン120が後方に押圧される。これにより、外側摩擦板110Aと内側摩擦板110Bとが互いに圧接され、当該圧接に伴う摩擦力により両者が一体に回転する状態(相対回転が不能な状態)に至り、クラッチ要素CL’の締結が完了する。
以上のとおり、本発明にかかる押動機構の一例であるクリアランス調整機構130をクラッチ要素CL’に適用した上記第2実施形態によれば、クラッチ要素CL’の制御性を効果的に向上させることが可能である。
なお、上記第2実施形態では、本発明にかかる押動機構をクラッチ要素のクリアランスを調整する調整機構として使用したが、クラッチ要素を締結するためのピストンとして使用することも可能である。