JP5072672B2 - 遊星歯車装置の潤滑構造 - Google Patents

Description

本発明は自動変速機や無段変速機などに用いられる遊星歯車装置の潤滑構造、特にピニオンギヤへの潤滑油の油路構造に関するものである。

車両用の自動変速機や無段変速機の前後進切替機構として、遊星歯車装置が広く用いられている。このような遊星歯車装置として、特許文献１には、サンギヤを入力要素とし、リングギヤを出力要素とし、サンギヤに入力された駆動力をキャリアに支持されたピニオンギヤを介してリングギヤへ伝達するものが開示されている。

図７は、特許文献１に示された遊星歯車装置を示す。入力軸１００にはサンギヤ１０１が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。ピニオンギヤ１０３はリングギヤ１０６ともかみ合っている。キャリア１０５の内径部には軸方向前方（エンジン側）に延びる軸受取付部１０５ａと、後方へ延びる軸支持部１０５ｂとが一体に形成され、これら軸受取付部１０５ａと軸支持部１０５ｂとがブッシュ１０７を介して入力軸１００上に回転自在に支持されている。軸受取付部１０５ａとサンギヤ１０１との間にはボールベアリング１０８が取り付けられている。

キャリア１０５に対してピニオン軸１０４を介して連結されたキャリアプレート１０９と、ケース１１０との間には多板ブレーキ１１１が介装されている。多板ブレーキ１１１はケース１１０に配置されたピストン１１２によって締結、解放される。キャリアプレート１０９とサンギヤ１０１との間には多板クラッチ１１３が介装されている。この多板クラッチ１１３はポンプカバー１１４に配置されたピストン１１５によって締結、解放される。多板クラッチ１１３を解放して多板ブレーキ１１１を締結すると、入力軸１００の回転が逆転され、かつ減速されてリングギヤ１０６へ伝えられ、前進走行状態となる。逆に、多板ブレーキ１１１を解放して多板クラッチ１１３を締結すると、キャリア１０５とサンギヤ１０１とが一体に回転するので、入力軸１００とリングギヤ１０６とが一体回転し、後退走行状態となる。

上記遊星歯車装置の場合、ピニオンギヤ１０３や、ピニオンギヤ１０３とピニオン軸１０４との間に設けられるニードルベアリング１１６などを常時潤滑する必要があるため、入力軸１００の軸心部に設けられた潤滑穴１００ａへ潤滑油を供給している。供給された潤滑油は、入力軸１００に形成された半径方向の孔１００ｂを通り、ブッシュ１０７を潤滑するとともに、キャリア１０５に半径方向に形成された内部孔１０５ｃ、及びピニオン軸１０４に形成された油孔１０４ａを通ってピニオンギヤ１０３を潤滑している。ピニオンギヤ１０３を潤滑した油は、その後、遠心力により半径方向へ流れて多板ブレーキ１１１を潤滑している。また、ボールベアリング１０８を潤滑するために、入力軸１００には潤滑穴１００ａと連通する別の半径方向の孔１００ｃが形成されている。

上記遊星歯車装置では、キャリア１０５はブッシュ１０７を介して入力軸１００の外周面で支持されているため、キャリア１０５の荷重が常時ブッシュ１０７に作用し、経時的にブッシュ１０７が摩耗しやすい。ブッシュ１０７が摩耗すると、ブッシュ１０７を介した潤滑油のリーク量が増大し、ピニオンギヤ１０３への潤滑油量が不足する可能性がある。また、キャリア１０５の軸受取付部１０５ａとサンギヤ１０１との間にボールベアリング１０８が取り付けられているが、このボールベアリング１０８の内径側には入力軸１００と軸受取付部１０５ａとが存在するので、入力軸１００の軸径と軸受取付部１０５ａの厚みを確保する必要上、ボールベアリング１０８の径方向寸法が増大するという欠点がある。
特開２００７−１１３６８３号公報

本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、ピニオンギヤへの潤滑油量を安定して確保でき、かつラジアルベアリングの径方向寸法を小さくできる遊星歯車装置の潤滑構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、サンギヤを入力要素とし、リングギヤを出力要素とし、入力軸からサンギヤに入力された駆動力をキャリアに支持されたピニオンギヤを介してリングギヤへ伝達する遊星歯車装置において、上記サンギヤが入力軸の軸端部に一体形成され、当該入力軸の軸端部に大径部と小径部とを有する段付きの凹部が形成され、上記キャリアの軸心部に上記入力軸の凹部に嵌合される軸部が形成され、上記凹部の大径部内周と上記軸部外周との間に、ボールベアリング又はローラベアリングからなるラジアルベアリングが嵌着されて、上記ラジアルベアリングは上記サンギヤの半径方向内側に配置されており、上記凹部の小径部と上記軸部との間に、合口部を持つシールリングが配置され、上記入力軸の軸心部に、一端部が上記凹部内に開放された潤滑油路が形成され、上記キャリアの軸部の軸心部に上記入力軸の潤滑油路と連通する軸心油路が形成されるとともに、上記キャリアに上記軸心油路と連通する半径方向の内部油路が形成され、上記潤滑油路を介して供給された潤滑油が、上記キャリアの軸心油路及び内部油路を介して上記キャリアに支持されたピニオンギヤに供給され、上記潤滑油路を介して供給された潤滑油の一部は、上記シールリングの合口部を介して上記ラジアルベアリングへ供給されることを特徴とする遊星歯車装置の潤滑構造を提供する。

入力軸の潤滑油路へ供給された潤滑油は、凹部内に流れ込む。シールリングはラジアルベアリング側へ流れるのを制限するので、凹部内に流れ込んだ油の大部分は、キャリアの軸心油路、内部油路を介してピニオンギヤへ供給され、ピニオンギヤは強制潤滑される。そのため、ピニオンギヤへの潤滑油量が不足することがない。入力軸とキャリアとの位置関係はラジアルベアリングによって規定されているので、シールリングには荷重が掛からず、摩耗等による潤滑油量の変化がない。

入力軸とキャリアとの間にラジアルベアリングが配置され、入力軸にサンギヤが一体形成されているので、サンギヤとキャリア、ひいてはサンギヤとピニオンギヤとの位置関係も安定する。そのため、ギヤ摩耗やギヤ騒音を効果的に低減できる。ラジアルベアリングは、入力軸の段付き凹部の大径部内周面とキャリアの軸部外周面との間に配置される。つまり、ラジアルベアリングの内径側にはキャリアの軸部だけが存在するので、ラジアルベアリングの内径寸法を従来より小さくでき、小型のラジアルベアリングを使用できる。なお、ラジアルベアリングとしては、内側レースと外側レースとの間に転動体を配置したベアリングであればよく、ボールベアリングのほか、ローラベアリングでもよい。

潤滑油路を介して供給された潤滑油の一部を、シールリングの合口部を介してラジアルベアリングへ供給するようにしてもよい。シールリングは一部が開口したＣ型構造を有するので、その合口部の寸法を規定することにより、ラジアルベアリングへの潤滑油量を規定量に絞ることができる。

サンギヤを入力軸の軸端部に形成し、ラジアルベアリングをサンギヤの半径方向内側に配置するのが望ましい。入力軸にサンギヤを一体形成すると、サンギヤの内径側に肉厚部が存在するので、この肉厚部を利用して段付きの凹部を形成し、この凹部にラジアルベアリングを配置することにより、スペース効率よくラジアルベアリングを配置できる。

本発明によれば、入力軸の軸端部に段付きの凹部を形成し、この凹部にキャリアの軸部を嵌合させ、凹部の大径部と軸部との間にラジアルベアリングを配置し、凹部の小径部と軸部との間にシールリングを配置したので、入力軸の潤滑油路へ供給された潤滑油のシールリングで遮蔽されてラジアルベアリングへの油量を絞ることができる。シールリングはブッシュとは異なり、キャリアの支持荷重を受けないので、リーク量の経時変化がない。凹部に流れ込んだ潤滑油の大部分は、キャリアの軸心油路、内部油路を介してピニオンギヤへ供給されるので、ピニオンギヤへの潤滑油量が不足するという事態を解消できる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明にかかる遊星歯車装置を適用した無段変速機の一例の骨格図である。この実施例はＦＦ横置き式の自動車用無段変速機であり、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。

図２に示すように、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、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、遊星歯車装置４０と逆転ブレーキ５０と直結クラッチ６０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と一体に形成され、リングギヤ４２は出力回転部材である駆動軸１０にスプラインにより連結されている。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６０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６０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、前進走行状態となる。逆に、逆転ブレーキ５０を解放して直結クラッチ６０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、後退走行状態となる。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１０上に一体に形成された固定シーブ１１ａと、駆動軸１０上に軸方向移動自在に、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。油圧サーボ１２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２０上に一体に形成された固定シーブ２１ａと、従動軸２０上に軸方向移動自在に、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。油圧サーボ２２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。

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２〜図４を参照しながら詳細に説明する。サンギヤ４１は入力軸３の軸端部に一体に形成されている。入力軸３上であって、サンギヤ４１より前側（エンジン側）には、直結クラッチ６０のクラッチハブ６１が固定されており、クラッチハブ６１の外周に直結クラッチ６０の内側クラッチ板６２の内径部がスプライン係合している。入力軸３の軸端部であって、サンギヤ４１の半径方向内側には、大径部３３ａと小径部３３ｂとを有する段付きの凹部３３が形成されている。

リングギヤ４２は、円板状のフランジ部４２ａと、内周にギヤ部を有するドラム部４２ｂとで構成され、一端が閉じられた袋構造となっている。フランジ部４２ａの内周端は駆動軸１０にスプライン結合されている。ドラム部４２ｂの軸方向他端部が開放端となっている。

キャリア４４の軸心部には、入力軸３に向かって突出する段付きの軸部４５が一体に突設されており、この軸部４５は入力軸３の凹部３３に嵌合されている。凹部３３の大径部３３ａと軸部４５の大径部４５ａとの間にラジアルベアリングの一例であるボールベアリング５７が嵌着されている。ボールベアリング５７はサンギヤ４１の内径側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に作用しても、キャリア４４の傾きを効果的に抑制できる。凹部３３の小径部３３ｂと軸部４５の小径部４５ｂとの間にシールリング５８が配置されている。シールリング５８は、図５に示すように、合口部５８ａを有するＣ型リングである。なお、合口部５８ａの形状は図５に限るものではない。軸部４５の小径部４５ｂの外周面には周溝４５ｃが形成されており、この周溝４５ｃにシールリング５８は嵌合されている。シールリング５８の持つ半径方向へのばね力により、シールリング５８は凹部３３の小径部３３ｂの内周面に接触している。なお、合口部５８ａは斜めにカットされたものに限らない。

キャリア４４には軸方向に突出する複数の柱状部４４ａ（図２参照）が一体に形成され、これら柱状部４４ａの先端部外周にキャリアプレート４６が嵌合固定されている。キャリア４４とキャリアプレート４６との間に、ピニオン軸４７が架け渡して固定されている。キャリア４４に挿入されたピニオン軸４７の一端部は、図４に示すように、キャリア４４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４４に対して所定の位相となるように回り止めされかつ抜け止めされている。すなわち、ピニオン軸４７の内部に形成された油穴４７ａの開口端が、キャリア４４の内部に半径方向に形成された内部油路７１の開口端と対応するように位置決めされる。ピニオンギヤ４３はピニオン軸４７上にニードルベアリング４８を介して回転自在に支持され、各ピニオンギヤ４３は上述の柱状部４４ａの間の周方向空間に配置されている。

キャリアプレート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、円筒部４６ａの内周部に直結クラッチ６０の外側クラッチ板６３の外径部がスプライン係合しており、円筒部４６ａの外周部に逆転ブレーキ５０の内側ブレーキ板５１の内径部がスプライン係合している。このように円筒部４６ａは逆転ブレーキ５０のブレーキハブと直結クラッチ６０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５３は、変速機ケース５の内側壁に摺動自在に配置されており、ピストン５３と変速機ケース５との間に油圧を供給することにより、ピストン５３は前方に向かって移動し、外側ブレーキ板５２と内側ブレーキ板５１とを締結することができる。ピストン５３の圧力によって押された外側ブレーキ板５２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。

ポンプカバー８の後面側（遊星歯車装置側）には断面コ字形のピストン６４が配置され、このピストン６４によって直結クラッチ６０は締結される。外側クラッチ板６３とピストン６４との間には、相対回転を許容するスラストベアリング６５が配置されている。このスラストベアリング６５は、ベアリングリテーナ６６によってキャリアプレート４６の円筒部４６ａの内径側に嵌合保持されている。スラストベアリング６５によって、ピストン６４の軸方向圧力は外側クラッチ板６３に効果的に伝達され、かつピストン６４が外側クラッチ板６３と連れ回りするのが防止される。なお、外側クラッチ板６３の後側にはキャリアプレート４６の側面が位置しているため、ピストン６４によって押された外側クラッチ板６３の端部をキャリアプレート４６で支えることができる。

ピストン６４の外周部側面にはスプリングリテーナ６７が配置されており、スプリングリテーナ６７の外周端と逆転ブレーキ用ピストン５３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６４と逆転ブレーキ用ピストン５３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の外側ブレーキ板５２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６０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。

ここで、遊星歯車装置４０の潤滑構造について、図３，図４を参照しながら説明する。入力軸３の軸心部には、一端部が凹部３３内に開放された潤滑油路３４が形成されている。この潤滑油路３４に対して、ポンプカバー８の潤滑油供給路３５から、半径方向孔３６を介して所定圧の潤滑油が供給される。キャリア４４の軸部４５の軸心部には、入力軸３の潤滑油路３４と対向して軸心油路７０が形成されており、軸心油路７０と潤滑油路３４とは連通している。キャリア４４には、軸心油路７０に対して直交方向に連通する半径方向の内部油路７１が形成されている。

入力軸３の潤滑油路３４を通り凹部３３へ供給された潤滑油は、キャリア４４の軸心油路７０へ導かれ、さらに内部油路７１を通ってピニオン軸４７の油孔４７ａへと供給される。また、凹部３３へ供給された潤滑油の一部は、図５に示すように、シールリング５８の合口部５８ａを介してボールベアリング５７へ供給される。合口部５８ａの寸法を規定して、ボールベアリング５７への潤滑油量を制限することで、ピニオン軸４７へ導かれる潤滑油量を確保することができる。なお、キャリア４４の軸心油路７０の終端部にはオリフィス穴７２が形成されており、このオリフィス穴７２を介して潤滑油の一部は駆動軸１０の軸端部に形成された空洞部７３に流入し、遠心力により半径方向外側へ流れ、キャリア４４とリングギヤ４２との間に配置されたスラストベアリング７４、リングギヤ４２と駆動軸１０とのスプライン嵌合部７５、駆動軸１０をケース５に対して支持するボールベアリング７６等を潤滑することができる。

上述のように、ピニオン軸４７の油孔４７ａへ供給された潤滑油は、ニードルベアリング４８を強制潤滑し、さらにピニオンギヤ４３を強制潤滑する。そして、ピニオンギヤ４３を潤滑した後、遠心力により半径方向外側へ流れ、リングギヤ４２の内側に溜められる。リングギヤ４２が袋構造となっているので、内部油路７１を通して送られた潤滑油のほぼ全量がリングギヤ４２の内側に溜まり、その開放端から排出されて逆転ブレーキ５０へ供給される。そのため、ブレーキ５０の焼き付きを確実に防止できる。なお、リングギヤ４２の内周部には、内部油路７１を介して供給された潤滑油だけでなく、オリフィス穴７２を通って流れた潤滑油も集められ、これら潤滑油が集合されてリングギヤ４２の開放端から流出し、逆転ブレーキ５０を潤滑できる。

入力軸４の潤滑油路３４に供給された潤滑油の一部は、入力軸４に半径方向に形成された小穴３７を介して直結クラッチ６０及びスラストベアリング６５の内径側へ供給され、遠心力を利用して直結クラッチ６０及びスラストベアリング６５を潤滑している。そのため、潤滑油路３４に供給された潤滑油は、前後進切替機構４を構成する全ての部品の潤滑を行うことができる。

図６は本発明の第２実施例を示す。第１実施例では、シールリング５８の合口部５８ａを介してボールベアリング５７に潤滑油を供給する例を示したが、シールリング５８の合口部５８ａを狭く設定し、軸部４５に半径方向のオリフィス孔４５ｄを形成することで、このオリフィス孔４５ｄを介してボールベアリング５７に潤滑油を供給してもよい。

上記実施例の遊星歯車装置では、リングギヤを出力要素とした例を示したが、キャリアを出力要素としてもよい。
キャリア４４の軸部４５が大径部４５ａと小径部４５ｂとを有する段付き構造の例を示したが、凹部３３の小径部３３ｂに嵌合し得る一定の直径を持つ軸部であってもよい。この場合には、ボールベアリング５７の径方向寸法をさらに小さくできる。
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、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。
上記実施例では、シングルピニオン型の遊星歯車装置について説明したが、ダブルピニオン型の遊星歯車装置であってもよい。

本発明にかかる遊星歯車装置を適用した無段変速機の一例の骨格図である。 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２に示す遊星歯車装置の潤滑構造を示す要部断面図である。 図３に示す遊星歯車装置の主要部品の分解図である。 シールリングの斜視図である。 ボールベアリングへの潤滑構造を示す他の実施例の断面図である。 従来の遊星歯車装置の断面図である。

符号の説明

３ 入力軸
４ 前後進切替機構
１０ 駆動軸
３３ 凹部
３３ａ 大径部
３３ｂ 小径部
３４ 潤滑油路
４０ 遊星歯車装置
４１ サンギヤ
４２ リングギヤ
４３ ピニオンギヤ
４４ キャリア
４５ 軸部
４６ キャリアプレート
５０ 逆転ブレーキ
５７ ボールベアリング（ラジアルベアリング）
５８ シールリング
５８ａ 合口部
６０ 直結クラッチ
７０ 軸心油路
７１ 内部油路

Claims (1)

1. サンギヤを入力要素とし、リングギヤを出力要素とし、入力軸からサンギヤに入力された駆動力をキャリアに支持されたピニオンギヤを介してリングギヤへ伝達する遊星歯車装置において、
   上記サンギヤが入力軸の軸端部に一体形成され、当該入力軸の軸端部に大径部と小径部とを有する段付きの凹部が形成され、
   上記キャリアの軸心部に上記入力軸の凹部に嵌合される軸部が形成され、
   上記凹部の大径部内周と上記軸部外周との間に、ボールベアリング又はローラベアリングからなるラジアルベアリングが嵌着されて、上記ラジアルベアリングは上記サンギヤの半径方向内側に配置されており、
   上記凹部の小径部と上記軸部との間に、合口部を持つシールリングが配置され、
   上記入力軸の軸心部に、一端部が上記凹部内に開放された潤滑油路が形成され、
   上記キャリアの軸部の軸心部に上記入力軸の潤滑油路と連通する軸心油路が形成されるとともに、上記キャリアに上記軸心油路と連通する半径方向の内部油路が形成され、
   上記潤滑油路を介して供給された潤滑油が、上記キャリアの軸心油路及び内部油路を介して上記キャリアに支持されたピニオンギヤに供給され、
   上記潤滑油路を介して供給された潤滑油の一部は、上記シールリングの合口部を介して上記ラジアルベアリングへ供給されることを特徴とする遊星歯車装置の潤滑構造。

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