JP4731161B2

JP4731161B2 - 遊星歯車装置

Info

Publication number: JP4731161B2
Application number: JP2004375361A
Authority: JP
Inventors: 雅夫嶋本; 正広田中; 好太郎菊輪
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: EP1832782A4; KR20070086718A; KR100864366B1; JP2006183707A; EP1832782B1; CN101084390B; ATE424523T1; DE602005013114D1; EP1832782A1; WO2006070535A1; CN101084390A

Description

本発明は遊星歯車装置、特にサンギヤとキャリアとの間の支持構造に関するものである。

特許文献１には、シングルピニオン式の遊星歯車装置を備えたベルト式無段変速装置が提案されている。図５は特許文献１に記載された遊星歯車装置の構造を示す。
遊星歯車装置１００のサンギヤ１０１は入力軸１０２にスプライン結合され、サンギヤ１０１とかみ合うピニオンギヤ１０３はピニオン軸１０４を介してキャリア１０５によって支持されている。キャリア１０５の前側には円板状のキャリアプレート１０６が固定され、その内径側が入力軸１０２にブッシュ１１７を介して回転自在に支持されている。キャリアプレート１０６の外径側には逆転ブレーキ１０７のブレーキハブ１０６ａが形成され、中間部には直結クラッチ１０８のクラッチハブ１０６ｂが固着されている。直結クラッチ１０８のクラッチ板を締結する油圧ピストン１０９はクラッチドラム１１０の中に配置され、クラッチドラム１１０の内周端部が入力軸１０２に連結されている。逆転ブレーキ１０７のブレーキ板を締結する油圧ピストン１１１は変速機ケース１１２の内壁に形成された凹部１１３に収容されている。ピニオンギヤ１０３とかみ合うリングギヤ１１４の内径部は駆動プーリ１１５のプーリ軸１１６の内側にスプライン嵌合している。

上記のようにサンギヤ１０１は入力軸１０２にスプライン結合され、キャリア１０５（１０６）は入力軸１０２にブッシュ１１７を介して回転自在に支持されている。そのため、スプラインのガタやブッシュ１１７のガタ、それぞれの部材の芯出し精度により、サンギヤ１０１とキャリア１０６との相対位置が安定しない。また、サンギヤとピニオンギヤの噛み合い反力のため、上記ガタ分だけ芯ずれや倒れが発生する。そのため、サンギヤ１０１とピニオンギヤ１０３、あるいはピニオンギヤ１０３とリングギヤ１１４との噛み合い性が悪化し、ギヤ音や摩耗が発生しやすくなるという問題がある。

特許文献２には、入力軸にサンギヤをスプライン嵌合するとともに、キャリアをサンギヤの外周部にボールベアリングを介して支持した遊星歯車装置が提案されている。この場合は、サンギヤとキャリアとがボールベアリングを介して結合されるので、両者の半径方向の相対位置が安定し、ガタを解消できる。
しかし、ボールベアリングの中心とピニオンギヤの噛み合い中心とが軸方向に離れた位置にあるため、サンギヤとピニオンギヤの噛み合い反力により、キャリアに倒れが発生しやすく、ギヤ音や摩耗を効果的に低減できない。
特開２００２−３２７８２８号公報特開２００４−１４４１３８号公報

そこで、本発明の目的は、サンギヤとキャリアとを安定に保持し、キャリアの倒れを防止してギヤ音や摩耗を効果的に低減できる遊星歯車装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、回転軸と、上記回転軸にスプライン結合されたサンギヤと、上記回転軸に回転自在に支持されたキャリアと、上記キャリアに支持され、上記サンギヤと噛み合うピニオンギヤと、上記ピニオンギヤと噛み合うリングギヤと、を備えた遊星歯車装置において、上記サンギヤには、上記ピニオンギヤと噛み合うギヤ部の内径側に第１の軸受取付部が一体に形成され、上記サンギヤには、上記第１の軸受取付部と軸方向にずれた位置に、上記回転軸に設けられた外スプラインと嵌合する内スプラインが形成され、上記キャリアには、第１の軸受取付部と半径方向に対向しかつ上記ピニオンギヤの内径側に延びる第２の軸受取付部が一体に形成され、上記第１の軸受取付部の内周と第２の軸受取付部の外周との間に、上記ピニオンギヤの内径側に配置され、径方向荷重とスラスト力とを受けることができるラジアルベアリングが取り付けられていることを特徴とする遊星歯車装置を提供する。

本発明では、サンギヤとキャリアとにそれぞれ軸受取付部を一体に形成し、これら軸受取付部がピニオンギヤの内径側に延びている。これら軸受取付部の間にラジアルベアリングを配置することにより、サンギヤとキャリアの半径方向の相対位置が安定し、ガタを解消できる。また、ラジアルベアリングがピニオンギヤの内径側に配置されるので、サンギヤとピニオンギヤとの噛み合い反力がキャリアに対してモーメントとして作用しにくく、キャリアに倒れが発生しにくい。その結果、ギヤ音や摩耗を効果的に低減できる。
ラジアルベアリングはピニオンギヤの内径側に配置されるが、ラジアルベアリングの軸方向中心とピニオンギヤの軸方向中心とが一致している必要はなく、少なくとも一部で両者が軸方向にオーバーラップしておればよい。
本発明におけるラジアルベアリングとしては、ボールベアリングやローラベアリングのようなころがり軸受に限らず、ブッシュのようなすべり軸受であってもよい。

請求項２のように、キャリアの第２の軸受取付部は回転軸の外周に沿って延びており、キャリアの第２の軸受取付部の内周と回転軸の外周との間に軸受部材が介装されており、上記ラジアルベアリングはボールベアリングであり、キャリアの第２の軸受取付部の外周と、サンギヤの第１の軸受取付部の内周との間に上記ボールベアリングが取り付けられており、上記ボールベアリングは上記ピニオンギヤの幅寸法範囲内に位置しているのがよい。
キャリアの第２の軸受取付部をサンギヤの第１の軸受取付部より外径側に配置し、キャリアの軸受取付部の内周とサンギヤの軸受取付部の外周との間にボールベアリングを配置することも可能であるが、キャリアが回転軸に支持される部分と軸受取付部とが軸方向に分断されるので、キャリアの回転軸による支持安定性が低下する可能性がある。
これに対し、キャリアの第２の軸受取付部の内周をブッシュを介して回転軸に支持し、第２の軸受取付部の外周にボールベアリングを配置すれば、第２の軸受取付部の内周と外周とにそれぞれブッシュとボールベアリングを分けて配置できるので、キャリアが回転軸に支持される部分を長く確保でき、キャリアの支持安定性が向上する。
ボールベアリングは径方向荷重だけでなくスラスト力を受けることができるので、サンギヤとキャリア間に別途スラストベアリングを配置する必要がない。
さらに、ボールベアリングはピニオンギヤの幅寸法範囲内に位置しているので、ギヤの噛み合い反力によってキャリアに作用するモーメントを非常に小さくでき、キャリアの倒れを抑制できる点で望ましい。
なお、キャリアと回転軸との間に介装される軸受部材としては、ブッシュのようなすべり軸受のほか、ボールベアリングやローラベアリングのようなころがり軸受であってもよい。

以上のように、本発明によれば、サンギヤとキャリアとにそれぞれ軸受取付部を一体に形成し、これら軸受取付部の間にラジアルベアリングを取り付けたので、サンギヤとキャリアとの間のガタを解消できるとともに、ラジアルベアリングがピニオンギヤの内径側に配置されるので、サンギヤとピニオンギヤとの噛み合い反力によるモーメントがキャリアに作用しにくく、キャリアに倒れが発生しにくい。その結果、ギヤ音や摩耗を確実に低減できるという作用効果を有する。

以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１〜図４は本発明にかかる無段変速機の一例を示す。
この実施例の無段変速機はＦＦ横置き式の自動車用変速機であり、大略、エンジン出力軸１によりトルクコンバータ２を介して駆動される入力軸３、入力軸３の回転を正逆切り替えて駆動軸１０に伝達する前後進切替機構４、駆動プーリ１１と従動プーリ２１と両プーリ間に巻き掛けられたＶベルト１５とからなる無段変速装置Ａ、従動軸２０の動力を出力軸３２に伝達するデファレンシャル装置３０などで構成されている。入力軸３と駆動軸１０とは同一軸線上に配置され、従動軸２０とデファレンシャル装置３０の出力軸３２とが入力軸３に対して平行でかつ非同軸に配置されている。したがって、この無段変速機は全体として３軸構成とされている。
この実施例で用いられるＶベルト１５は、一対の無端状張力帯と、これら張力帯に支持された多数のブロックとで構成された公知の金属ベルトである。

無段変速機を構成する各部品は変速機ケース５の中に収容されている。トルクコンバータ２と前後進切替機構４との間には、オイルポンプ６が配置されている。このオイルポンプ６は、図３に示すように、変速機ケース５に固定されたポンプボデー７と、ポンプボデー７に対して固定されたポンプカバー８と、ポンプボデー７とポンプカバー８との間に収容されたポンプギヤ９とで構成されている。ポンプギヤ９はトルクコンバータ２のポンプインペラ２ａにより駆動される。なお、トルクコンバータ２のタービンランナ２ｂは入力軸３に連結され、ステータ２ｃはワンウエイクラッチ２ｄを介してポンプカバー８により支持されている。

前後進切替機構４は、図３に示すように、遊星歯車装置４０と逆転ブレーキ５０と直結クラッチ５１とで構成されている。遊星歯車装置４０のサンギヤ４１は入力回転部材である入力軸３に連結され、リングギヤ４２は出力回転部材である駆動軸１０に連結されている。遊星歯車装置４０はシングルピニオン方式であり、逆転ブレーキ５０はピニオンギヤ４３を支えるキャリア４４と変速機ケース５との間に設けられ、直結クラッチ５１はキャリア４４とサンギヤ４１との間に設けられている。直結クラッチ５１を解放して逆転ブレーキ５０を締結すると、入力軸３の回転が逆転され、かつ減速されて駆動軸１０へ伝えられる。逆に、逆転ブレーキ５０を解放して直結クラッチ５１を締結すると、遊星歯車装置４０のキャリア４４とサンギヤ４１とが一体に回転するので、入力軸３と駆動軸１０とが直結される。
なお、前後進切替機構４の具体的構造については後述する。

無段変速装置Ａの駆動プーリ１１は、駆動軸（プーリ軸）１０上に一体に形成された固定シーブ１１ａと、駆動軸１０上にローラスプライン部１３を介して軸方向移動自在に、かつ一体回転可能に支持された可動シーブ１１ｂと、可動シーブ１１ｂの背後に設けられた油圧サーボ１２とを備えている。可動シーブ１１ｂの外周部には、背面側へ延びるピストン部１２ａが一体に形成され、このピストン部１２ａの外周部が駆動軸１０に固定されたシリンダ１２ｂの内周部に摺接している。可動シーブ１１ｂとシリンダ１２ｂとの間に油圧サーボ１２の作動油室１２ｃが形成され、この作動油室１２ｃへの油圧を制御することにより、変速制御が実施される。

従動プーリ２１は、従動軸（プーリ軸）２０上に一体に形成された固定シーブ２１ａと、従動軸２０上にローラスプライン部２３を介して軸方向移動自在に、かつ一体回転可能に支持された可動シーブ２１ｂと、可動シーブ２１ｂの背後に設けられた油圧サーボ２２とを備えている。このローラスプライン部２３の構造は、駆動プーリ１１のローラスプライン部１３と同様である。可動シーブ２１ｂの外周部には、背面側へ延びるシリンダ部２２ａが一体に形成され、このシリンダ部２２ａの内周部に従動軸２０に固定されたピストン２２ｂが摺接している。可動シーブ２１ｂとピストン２２ｂとの間に油圧サーボ２２の作動油室２２ｃが形成され、この作動油室２２ｃの油圧を制御することにより、トルク伝達に必要なベルト推力が与えられる。なお、作動油室２２ｃには初期推力を与えるスプリング２４が配置されている。

従動軸２０の一端部はエンジン側に向かって延び、この一端部に出力ギヤ２７が固定されている。出力ギヤ２７はデファレンシャル装置３０のリングギヤ３１に噛み合っており、デファレンシャル装置３０から左右に延びる出力軸３２に動力が伝達され、車輪が駆動される。

ここで、前後進切替機構４の具体的構造について、図３，図４を参照しながら詳細に説明する。
キャリア４４は円盤状のキャリアフランジ４５と円環状のキャリアリム４６とで構成されており、キャリアフランジ４５の内径部はサンギヤ４１とリングギヤ４２との間を内径方向に延び、ブッシュ５６を介して入力軸３に回転自在に支持されている。キャリアフランジ４５の内径部は前後方向に延びており、前方（エンジン側）に延びる部分が軸受取付部４５ｂとなり、後方へ延びる部分が軸支持部４５ｃとなっている。軸受取付部４５ｂ、軸支持部４５ｃを含むキャリアフランジ４５の内径部は、ピニオン軸４７と同等以上の軸方向寸法Ｓ（図４参照）を有しており、軸方向寸法の長い内径部と入力軸３との間に複数のブッシュ５６を配置することにより、キャリアフランジ４５の入力軸３に対する傾きが抑制される。キャリアフランジ４５にはキャリアリム４６に向かって軸方向に突出する複数（ここでは６個）の柱状部４５ａが一体に形成され、これら柱状部４５ａの間の空間にピニオンギヤ４３が配置されている。上記柱状部４５ａの先端面とキャリアリム４６とは焼結にて金属結合され、キャリアフランジ４５とキャリアリム４６とは一体的に固定されている。なお、溶接、ロー付、ネジ止めなどによって固定してもよい。

上記キャリアフランジ４５とキャリアリム４６との間に、ピニオンギヤ４３を支持するピニオン軸４７が架け渡して支持されている。また、ピニオンギヤ４３の内周とピニオン軸４７の外周との隙間にはニードルベアリング４８が配置され、ピニオンギヤ４３はピニオン軸４７に対して回転自在である。キャリアリム４６に挿入されたピニオン軸４７の一端部は、キャリアリム４６の半径方向外方から圧入されたローラピン４９によってキャリアリム４６に固定されている。

キャリアリム４６には、前側（エンジン側）に向かって軸方向に突出する円筒部４６ａが一体に形成されており、この円筒部４６ａの内周部に直結クラッチ５１のクラッチ板５１ａの外径部がスプライン係合している。キャリアリム４６の外周部には、逆転ブレーキ５０のブレーキ板５０ａの内径部がスプライン係合している。このようにキャリアリム４６は逆転ブレーキ５０のブレーキハブと直結クラッチ５１のクラッチドラムとを兼ねている。

逆転ブレーキ５０のピストン５０ｂは、変速機ケース５の内側壁に配置されており、ピストン５０ｂと変速機ケース５との間に供給される油圧によりピストン５０ｂは作動され、ブレーキ板５０ａを締結することができる。ピストン５０ｂの圧力によって押されたブレーキ板５０ａの端部を支える反力部材として、静止部材であるポンプカバー８から円筒状のストッパ部８ａが一体に突設されている。そのため、ブレーキ板５０ａの端部を支えるスナップリングを省略できる。

図４に示すように、サンギヤ４１の中間部は入力軸３に一体形成されたフランジ部３ａの外周にスプライン嵌合しており、サンギヤ４１の前側（エンジン側）には、直結クラッチ５１のクラッチハブとなる円筒部４１ａが一体に突設されている。円筒部４１ａの外周に直結クラッチ５１のクラッチ板５１ａの内径部がスプライン係合している。サンギヤ４１の後側には軸方向に延びる軸受取付部４１ｂが形成され、この軸受取付部４１ｂの外周部にピニオンギヤ４３とかみ合うギヤ部４１ｃが形成されている。キャリアフランジ４５の軸受取付部４５ｂとサンギヤ４１の軸受取付部４１ｂとは、半径方向に対向しており、これら軸受取付部４５ｂ，４１ｂの間にボールベアリング５７が取り付けられている。つまり、ボールベアリング５７はピニオン４３の内径側に配置されている。ボールベアリング５７の軸長は、サンギヤ４１と入力軸３とのスプライン部の軸長より長い。ボールベアリング５７の中心はピニオンギヤ４３の噛み合い中心の軸方向位置とほぼ同一位置に配置されているため、サンギヤ４１とピニオンギヤ４３との噛み合い反力によるモーメントがキャリア４４（４５，４６）に作用しにくい。その結果、キャリアフランジ４５の内径部の軸長を長く確保できることと相俟って、キャリア４４に倒れが発生しにくい。
上記のように、ボールベアリング５７はピニオンギヤ４３の内径側に配置されるが、ボールベアリング５７の中心位置とピニオンギヤ４３の噛み合い中心とが一致している必要はなく、両者の少なくとも一部同士が軸方向にオーバーラップしておればよい。但し、ボールベアリング５７がピニオンギヤ４３の幅寸法Ｄ以内に配置されている場合に、ギヤの噛み合い反力によってキャリア４４に作用するモーメントを非常に小さくでき、望ましい。
また、サンギヤ４１と入力軸３とのスプライン部の軸長が短くても、サンギヤ４１がボールベアリング５７を介してキャリアフランジ４５と結合されているので、サンギヤ４１の傾きを防止できる。
その結果、ピニオンギヤ４３の噛み合い性が向上し、ギヤ音や摩耗を効果的に低減できる。

ポンプカバー８の背面側（前後進切替機構側）には断面コ字形のピストン５１ｂが配置され、このピストン５１ｂによって直結クラッチ５１は締結される。クラッチ板５１ａと対面するピストン５１ｂの側面には、相対回転を許容するスラストベアリング５２が取り付けられている。そのため、ピストン５１ｂの軸方向圧力はクラッチ板５１ａに効果的に伝達され、かつピストン５１ｂがクラッチ板５１ａと連れ回りするのが防止される。なお、クラッチ板５１ａの背後にはキャリアリム４６の側面が位置しているため、ピストン５１ｂによって押されたクラッチ板５１ａの端部をキャリアリム４６で支えることができ、スナップリングや格別な反力部材を省略できる。

スラストベアリング５２を支持するベアリングリテーナ５３は、ピストン５１ｂの内側面に沿って外径方向に延長されており、その外周端がスプリングリテーナ５４の端部によって位置規制されている。そのため、ベアリングリテーナ５３はピストン５１ｂの内側面に沿った位置で安定する。スプリングリテーナ５４は直結クラッチ用ピストン５１ｂの側面にそって外径方向に延びており、その外周端と逆転ブレーキ用ピストン５０ｂとの間にリターンスプリング５５が配置されている。このスプリング５５は、直結クラッチ用ピストン５１ｂと逆転ブレーキ用ピストン５０ｂの両方のリターンスプリングを兼ねるものであり、逆転ブレーキ５０のブレーキ板５０ａの外周側に適数個設けられている。逆転ブレーキ５０と直結クラッチ５１は同時に作動されることがないので、１種類のスプリング５５で両者のリターンスプリングを兼ねることができる。
本実施例では１種類のスプリング５５で、逆転ブレーキ５０と直結クラッチ５１のリターンスプリングを兼ねたが、それぞれ個別にリターンスプリングを設けてもよいことは勿論である。

上記構成よりなる無段変速機において、前進時には、逆転ブレーキ５０を締結し直結クラッチ５１を解放することにより、トルクコンバータ２から入力される駆動力が逆転されかつ減速されて駆動プーリ１１へ伝達される。そして、従動プーリ２１およびデファレンシャル装置３０を介して出力軸３２がエンジン回転方向と同一方向に駆動される。
一方、後進時には、直結クラッチ５１を締結し逆転ブレーキ５０を解放することにより、遊星歯車装置４０の入力側（サンギヤ４１）と出力側（リングギヤ４２）とが直結されるため、トルクコンバータ２から入力された駆動力がそのまま駆動プーリ１１へ伝達され、従動プーリ２１およびデファレンシャル装置３０を介して出力軸３２がエンジン回転方向と逆方向に駆動される。
このように、３軸構成でコンパクトな無段変速機を実現できる。

本発明は上記実施例に限定されるものではない。
本発明の遊星歯車装置は、シングルピニオン方式に限るものではなく、ダブルピニオン方式であってもよい。ダブルピニオン方式の場合、キャリアに互いにかみ合う２種類のピニオンギヤが支持され、一方のピニオンギヤはリングギヤと噛み合い、他方のピニオンギヤはサンギヤに噛み合う。サンギヤは入力側回転部材とスプライン結合され、キャリアは出力側回転部材とスプライン結合される。
この場合も、サンギヤとキャリアとの間にラジアルベアリングを配置することにより、両者の相対位置が安定し、キャリアの傾きを防止できる。この場合、ボールベアリングの中心をサンギヤとかみ合うピニオンギヤの噛み合い中心近傍に配置するのが望ましい。
また、本発明の遊星歯車装置は、無段変速機だけでなく、一般の自動変速機にも適用できることは勿論である。

本発明における回転軸とは、遊星歯車装置の入力部材である入力軸に限るものではなく、遊星歯車装置の出力部材である出力軸であってもよい。
上記実施例では、サンギヤ４１の一端部に直結クラッチ５１のクラッチハブ４１ａを一体形成したが、このクラッチハブ４１ａを入力軸３に設けることもできる。
また、キャリア４４をキャリアフランジ４５とキャリアリム４６との２部品で構成し、両者を結合したが、キャリアフランジ４５とキャリアリム４６とを一体部品で構成することもできる。

本発明にかかる無段変速機の一例の展開断面図である。図１に示す無段変速機のスケルトン図である。図１に示す無段変速機の前後進切替機構の詳細断面図である。図３に示す遊星歯車装置の要部の断面図である。従来の無段変速機の前後進切替機構の断面図である。

符号の説明

３入力軸（回転軸）
４前後進切替機構
１０駆動軸
４０遊星歯車装置
４１サンギヤ
４１ｂ軸受取付部
４１ｃギヤ部
４２リングギヤ
４３ピニオンギヤ
４４キャリア
４５キャリアフランジ
４５ｂ軸受取付部
４６キャリアリム
５０逆転ブレーキ
５１直結クラッチ
５６ブッシュ
５７ボールベアリング

Claims

回転軸と、上記回転軸にスプライン結合されたサンギヤと、上記回転軸に回転自在に支持されたキャリアと、上記キャリアに支持され、上記サンギヤと噛み合うピニオンギヤと、上記ピニオンギヤと噛み合うリングギヤと、を備えた遊星歯車装置において、
上記サンギヤには、上記ピニオンギヤと噛み合うギヤ部の内径側に第１の軸受取付部が一体に形成され、
上記サンギヤには、上記第１の軸受取付部と軸方向にずれた位置に、上記回転軸に設けられた外スプラインと嵌合する内スプラインが形成され、
上記キャリアには、第１の軸受取付部と半径方向に対向しかつ上記ピニオンギヤの内径側に延びる第２の軸受取付部が一体に形成され、
上記第１の軸受取付部の内周と第２の軸受取付部の外周との間に、上記ピニオンギヤの内径側に配置され、径方向荷重とスラスト力とを受けることができるラジアルベアリングが取り付けられていることを特徴とする遊星歯車装置。
上記キャリアの第２の軸受取付部は上記回転軸の外周に沿って延びており、上記キャリアの第２の軸受取付部の内周と上記回転軸の外周との間に軸受部材が介装されており、
上記ラジアルベアリングはボールベアリングであり、
上記キャリアの第２の軸受取付部の外周と、上記サンギヤの第１の軸受取付部の内周との間に上記ボールベアリングが取り付けられており、
上記ボールベアリングは上記ピニオンギヤの幅寸法範囲内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車装置。