(57)【要約】【課題】オイルの温度が適正に制御される変速機、を提供する。【解決手段】自動変速機１０は、ドラム５５が配置され、オイルを貯留するケース体２５と、ケース体２５に収容される熱交換部３１とを備える。熱交換部３１は、オイルと熱交換を行なうことによりオイルを冷却する。熱交換部３１は、オイルの温度が５０℃の時の油面よりも高い位置に配置される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、ポンプの駆動によりオイルが循環される変速機であって、
回転体が配置され、オイルを貯留するケース体と、
前記ケース体に収容され、オイルと熱交換を行なうことによりオイルを冷却する熱交換部とを備え、
前記熱交換部は、オイルの温度が５０℃の時の油面よりも高い位置に配置される、変速機。
【請求項２】
車両に搭載され、ポンプの駆動によりオイルが循環される変速機であって、
回転体が配置され、オイルを貯留するケース体と、
前記ケース体に収容され、オイルと熱交換を行なうことによりオイルを冷却する熱交換部とを備え、
前記熱交換部は、変速機のオイルが変速機内での循環に支障のない定常温度の時の油面よりも高い位置に配置される、変速機。
【請求項３】
前記ケース体は、オイルが貯留され、上方に前記回転体が配置される底部を有し、
前記熱交換部は、前記底部から前記回転体に向かう方向に延びる延伸部を有する、請求項１または２に記載の変速機。
【請求項４】
前記延伸部は、前記底部側に配置される一方端を含み、
前記熱交換部は、前記一方端が互いに異なる高さに位置するように設けられた複数の前記延伸部を有する、請求項３に記載の変速機。
【請求項５】
前記延伸部は、前記回転体側に配置される他方端を含み、
前記熱交換部は、前記他方端が接続され、前記回転体の直下で板状に延在する板状部をさらに有する、請求項３または４に記載の変速機。
【請求項６】
前記延伸部は、オイルと熱交換を行なう熱媒体が封入されるヒートパイプである、請求項３から５のいずれか１項に記載の変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、変速機に関し、より特定的には、オイルパンに貯留されたオイルをポンプの駆動により循環させる変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の変速機に関して、たとえば、実開平２−１５０４５３号公報には、極めて簡単な構成にて効率のよい冷却を行なうことにより、装置構成の大幅な小型化および低コスト化を実現することを目的とした自動変速機の冷却装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された自動変速機の冷却装置においては、オイルパン内に貯留されたオイル内に挿通するように冷媒管が設けられている。冷媒管は、別に設けられた冷媒流路とともに、閉じられた略円環状の管路を構成している。この管路内には、オイルパン内のオイルによって効率よく気化し得る冷媒が封入されている。
【０００３】
また、特開平７−１０３３１６号公報には、オイルポンプやオイルクーラを用いることなく、効果的にトランスミッションの潤滑オイルの冷却を行なうことを目的としたトランスミッションの潤滑オイルの冷却装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された冷却装置においては、トランスミッションのケーシングの底部であって、潤滑オイルの液面下に、熱交換器を構成する冷却パイプが配置されている。
【０００４】
また、特開昭６１−５２４６６号公報には、オイルパンに溜められるオイルの量を調整することを目的とした自動変速機のオイル溜めが開示されている（特許文献３）。特許文献３に開示された自動変速機のオイル溜めにおいては、オイルパン内の余剰分のオイルを蓄え、所定条件に応じてオイルパンにオイルを返却するオイルタンクが設けられている。
【特許文献１】実開平２−１５０４５３号公報
【特許文献２】特開平７−１０３３１６号公報
【特許文献３】特開昭６１−５２４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献に開示されるように、車両に搭載される変速機においては、クラッチやトルクコンバータを作動させたり、歯車等の機械要素間の焼き付きを防ぐために、オイルパンに貯留されたオイルをオイルポンプによって循環させ、そのオイルを作動油や潤滑油もしくは冷却油として利用している。車両には、利用の結果、温度上昇したオイルを冷却するため、ラジエータ等のオイルの冷却装置が設けられる。
【０００６】
オイルは、温度によってその粘性が変化するため、変速時に発生する損失（たとえば、オイルポンプやトルクコンバータにおける損失、ギヤがオイルと接触することによって生じる損失など）もオイルの温度によって変化する。一般的には、オイルの温度が８０〜１００℃の範囲にある時、損失が最も小さくなり、変速機を効率よく駆動させることができる。
【０００７】
しかしながら、車両の始動直後など、油温が低い時にオイルが積極的に冷却されると、オイルを直ちに温度上昇させることができない。たとえば、油温が２０〜３０℃の範囲にある場合、変速時に発生する損失は、最も効率の良い場合の２〜３倍にもなる。一方、車両の走行状態や周りの温度環境などによっては、オイルの温度が極端に上昇する場合が想定され、この場合、オイルを適正な温度範囲まで冷却する必要がある。
【０００８】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、オイルの温度が適正に制御される変速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の１つの局面に従った変速機は、車両に搭載され、ポンプの駆動によりオイルが循環される変速機である。変速機は、回転体が配置され、オイルを貯留するケース体と、ケース体に収容される熱交換部とを備える。熱交換部は、オイルと熱交換を行なうことによりオイルを冷却する。熱交換部は、オイルの温度が５０℃の時の油面よりも高い位置に配置される。
【００１０】
このように構成された変速機によれば、オイルの温度が５０℃以下の場合に、オイルが熱交換部と接触しないため、熱交換部によってオイルが冷却されることがない。このため、低油温時には、オイルの温度を直ちに上昇させることができる。また、オイルの温度が５０℃を超え、油面が熱交換部と接触する高さに至ると、熱交換部によるオイルの冷却が開始される。したがって、本発明によれば、オイルの温度に合わせたオイル冷却が可能となり、オイルの温度を適正に制御することができる。
【００１１】
この発明の別の局面に従った変速機は、車両に搭載され、ポンプの駆動によりオイルが循環される変速機であって、回転体が配置され、オイルを貯留するケース体と、ケース体に収容され、オイルと熱交換を行なうことによりオイルを冷却する熱交換部とを備え、熱交換部は、変速機のオイルが変速機内での循環に支障のない定常温度の時の油面よりも高い位置に配置される。
【００１２】
このように構成された変速機によれば、オイルの温度が定常温度以下の場合に、オイルが熱交換部と接触しないため、熱交換部によってオイルが冷却されることがない。このため、低油温時には、オイルの温度を直ちに上昇させることができる。また、オイルの温度が定常温度を超え、油面が熱交換部と接触する高さに至ると、熱交換部によるオイルの冷却が開始される。したがって、本発明によれば、オイルの温度に合わせたオイル冷却が可能となり、オイルの温度を適正に制御することができる。
【００１３】
また好ましくは、ケース体は、オイルが貯留され、上方に回転体が配置される底部を有する。熱交換部は、底部から回転体に向かう方向に延びる延伸部を有する。このように構成された変速機によれば、オイルの温度が上昇し、油面が高くなるのに従って、オイルと接触する延伸部の表面積が増大する。これにより、オイルの温度上昇をより効果的に抑えることができる。
【００１４】
また好ましくは、延伸部は、底部側に配置される一方端を含む。熱交換部は、一方端が互いに異なる高さに位置するように設けられた複数の延伸部を有する。このように構成された変速機によれば、オイルの温度が上昇し、油面が高くなるのに従って、オイルと接触する延伸部の数も増大する。このため、オイルの温度上昇をさらに効果的に抑えることができる。
【００１５】
また好ましくは、延伸部は、回転体側に配置される他方端を含む。熱交換部は、他方端が接続され、回転体の直下で板状に延在する板状部をさらに有する。このように構成された変速機によれば、オイルの温度が上昇し、油面が高くなり、オイルが板状部に接触するに至った時に、オイルの温度上昇をさらに積極的に抑えることができる。これにより、オイルの温度上昇に伴う油面の上昇を抑え、回転体とオイルとの接触によって生じる変速機の効率の低下を抑制できる。
【００１６】
また好ましくは、延伸部は、オイルと熱交換を行なう熱媒体が封入されるヒートパイプである。このように構成された変速機によれば、ヒートパイプによる吸熱効果により、オイルの温度上昇を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、この発明に従えば、オイルの温度が適正に制御される変速機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００１９】
図１は、この発明の実施の形態における自動変速機を示す断面図である。図１を参照して、自動変速機１０は、車両に搭載される。自動変速機１０は、内燃機関としてのエンジンが車両前方に配置され、前輪が駆動輪となるＦＦ（front engine front wheel drive）方式の車両に搭載される。
【００２０】
なお、以下に説明する自動変速機１０は、本発明における変速機の一例である。本発明における変速機のタイプは、特に限定されず、たとえばＦＲ（front engine Rear wheel drive）方式の車両に搭載される自動変速機であってもよいし、変速比が連続的に変化される無段変速機（Continuously Variable Transmission:CVT）であってもよい。
【００２１】
自動変速機１０は、トルクコンバータ１１と、変速機構１２と、ディファレンシャル機構１３とを有する。自動変速機１０は、変速機構１２とディファレンシャル機構１３とが一体に設けられた車両用変速機である。
【００２２】
トルクコンバータ１１は、オイルの流れを利用して、エンジンからの動力を変速機構１２に伝える。変速機構１２は、トルクコンバータ１１から伝達された回転を、減速または加速したり、逆回転にしてディファレンシャル機構１３に伝える。変速機構１２から動力伝達を受けたディファレンシャル機構１３は、車両旋回時の左右車輪の回転速度を変えながら、左右のドライブシャフト６６，６７に均等な駆動力を伝達する。
【００２３】
変速機構１２は、多板クラッチや多板ブレーキ、また、サンギヤ、ピニオンギヤおよびリングギヤからなる複数のプラネタリギヤ等が組み合わされて構成されている。変速機構１２は、インプットシャフト５２、カウンタードライブギヤ５４、回転体としてのドラム５５、カウンタードリブンギヤ５６およびディファレンシャルドライブピニオン６１を有する。
【００２４】
インプットシャフト５２は、仮想軸である中心軸１０１の軸線方向に延びる。カウンタードライブギヤ５４およびドラム５５は、中心軸１０１の軸線上に配置されている。ドラム５５は、摩擦係合部材であるクラッチ板や、クラッチ板を作動させるシリンダおよびコイルばねが配置される円筒状のケース体から構成されている。
【００２５】
カウンタードリブンギヤ５６は、カウンタードライブギヤ５４と噛み合って配置されている。ディファレンシャルドライブピニオン６１は、カウンタードリブンギヤ５６と同軸上に配置されている。ディファレンシャル機構１３は、リングギヤ６３を有する。リングギヤ６３は、ディファレンシャルドライブピニオン６１と噛み合って配置されている。
【００２６】
エンジンからの転力が入力されることにより、インプットシャフト５２が中心軸１０１を中心に回転する。ドラム５５は、インプットシャフト５２の回転に伴って中心軸１０１を中心に回転する。インプットシャフト５２の回転は、カウンタードライブギヤ５４およびカウンタードリブンギヤ５６の噛み合いと、ディファレンシャルドライブピニオン６１およびリングギヤ６３の噛み合いとを通じて、ディファレンシャル機構１３に伝達される。
【００２７】
図２は、図１中の自動変速機を構成するケース体の分解組み立て図である。図１および図２を参照して、自動変速機１０は、ケース体２５を有する。ケース体２５は、トルクコンバータ１１、変速機構１２およびディファレンシャル機構１３を収容し、自動変速機１０の外形をなす。ケース体２５は、トランスアクスルケース２０と、トランスアクスルハウジング２１と、ドランスアクスルリヤカバー２２と、オイルパン２３とが組み合わさって構成されている。
【００２８】
オイルパン２３は、受け皿形状を有し、ケース体２５の底部に配置されている。オイルパン２３には、オイルが貯留されている。オイルは、ＡＴＦ（automatic transmission fluid）と呼ばれ、変速を行なうためのクラッチを作動させたり、トルクコンバータ１１の力の伝達を行なったり、歯車等の機械要素間の焼き付き防止のための潤滑油として機能したりする。
【００２９】
自動変速機１０は、オイルポンプ５８を有する。オイルポンプ５８は、中心軸１０１の軸線上に配置されている。オイルポンプ５８は、インプットシャフト５２の回転に伴って中心軸１０１を中心に回転し、駆動する。オイルポンプ５８は、ギヤ式ポンプである。オイルポンプ５８は、オイルパン２３に貯留されたオイルを吸引し、自動変速機１０の各部位に供給する。
【００３０】
図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った自動変速機の断面図である。図３を参照して、オイルパン２３は、オイルを貯留する底部２４を有して構成されている。底部２４の上方にはドラム５５が配置されている。
【００３１】
トランスアクスルケース２０とオイルパン２３とによって、バルブボディ室２９が形成されている。バルブボディ室２９には、バルブボディ４５が配置されている。バルブボディ４５は、略直方体の箱形状を有する。バルブボディ４５には、オイルパン２３から自動変速機１０の各部位に供給する油圧を制御するソレノイドが内蔵されている。バルブボディ４５は、鉛直方向において底部２４とドラム５５との間に位置決めされている。
【００３２】
図４は、図１中の自動変速機に設けられた熱交換部を示す斜視図である。図３および図４を参照して、自動変速機１０は、オイルパン２３に貯留されたオイルと熱交換を行ない、オイルを冷却する熱交換部３１を有する。熱交換部３１は、複数の延伸部３２と、板状部３５とを有して構成されている。
【００３３】
延伸部３２は、底部２４からドラム５５に向かう方向に直線状に延伸している。延伸部３２は、底部２４側に配置される一方端３２ｐと、ドラム５５側に配置される他方端３２ｑとを有する。複数の延伸部３２は、バルブボディ４５の周囲を取り囲むように、互いに間隔を隔てて配置されている。複数の延伸部３２は、各延伸部３２の一方端３２ｐが互いに異なる高さに位置するように設けられている。
【００３４】
延伸部３２には、真空状態で封止された熱媒体路３３が形成されている。熱媒体路３３は、一方端３２ｐと他方端３２ｑとの間で延び、その内部には、水やフレオン、アンモニアなどの熱媒体が少量、封入されている。熱媒体路３３を規定する内壁には、毛細管構造としての溝形状が形成されている。延伸部３２は、金属から形成されており、たとえば、銅、アルミニウムまたはステンレス鋼などから形成されている。このような構成により、延伸部３２は、ヒートパイプとして機能する。
【００３５】
板状部３５は、ドラム５５とバルブボディ４５との間の空間で板状に延在して形成されている。板状部３５には、延伸部３２の他方端３２ｑが接続されている。板状部３５には、熱媒体路３６が形成されている。熱媒体路３６は、板状部３５が延在する平面内で蛇行しながら延び、閉じた経路を形成している。熱媒体路３６には、上述の熱媒体が封入されている。このような構成により、板状部３５では、熱吸収により熱媒体を相変化させ、蒸気の移動を利用して潜熱を輸送するとともに、核沸騰により液相を振動させ、この振動を利用して顕熱を輸送する。
【００３６】
なお、上記に説明した熱交換部３１の構造は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、複数の延伸部３２は、各延伸部３２の一方端３２ｐが互いに同じ高さに位置するように設けられてもよい。また、ドラム５５とバルブボディ４５との間の空間に、銅などの高熱伝導性の金属から形成された板状部を配置してもよい。
【００３７】
自動変速機１０は、放熱部４１をさらに有する。放熱部４１は、熱交換部３１がオイルから受け取った熱を、ケース体２５の外部で放熱させる。本実施の形態では、放熱部４１が、金属板４２、ヒートパイプ部４３およびフィン部４４を有して構成されている。
【００３８】
金属板４２は、銅などの高熱伝導性の金属から形成されている。金属板４２は、延伸部３２が接続された端部とは反対側の板状部３５の端部で、蛇行する熱媒体路３６に重なるように、板状部３５の表面に重ね合わされている。ヒートパイプ部４３は、熱媒体が封入された上述の延伸部３５と同様の構造を有する。ヒートパイプ部４３の一方端が、ケース体２５の内部で金属板４２に接続され、ヒートパイプ部４３の他方端が、ケース体２５の外部でフィン部４４に接続されている。フィン部４４は、外部雰囲気との接触面積を増大させるためのフィン形状に形成されている。フィン部４４は、たとえばエンジンルーム内の走行風を受ける位置に配置されている。
【００３９】
エンジンからの動力が図１中のインプットシャフト５２に入力され、オイルポンプ５８が駆動すると、オイルパン２３内のオイルは、図示しないオイルストレーナおよびバルブボディ４５を通じて、自動変速機１０の必要部位に供給される。作動油や潤滑油として機能し、その結果、温度上昇したオイルは、再びオイルパン２３に戻される。本実施の形態では、熱交換部３１が、オイルの温度が５０℃の時の油面よりも高い位置に配置されている。すなわち、熱交換部３１は、オイルパン２３内のオイルの温度が５０℃の時、全ての延伸部３２の一方端３２ｐが油面よりも高い位置にあるように設けられている。
【００４０】
図５は、オイルの動粘度と温度との関係を示すグラフである。図５を参照して分かるように、オイルの動粘度は、油温の上昇に伴って減少する（オイルの流動性がよくなる）。この際、温度変化に対して動粘度が減少する割合は、５０℃以下の温度で比較的大きく、５０℃を越えると、オイルの動粘度が徐々に一定値に収束していく傾向が存在する。
【００４１】
このようにオイルの粘度は、温度によって変化するため、自動変速機１０内部で発生する損失（オイルポンプ５８およびトルクコンバータ１１における損失、リングギヤ６３がオイルを掻き上げる際に生じる損失など）もオイルの温度によって変化する。一般的には、オイルの温度が８０〜１００℃の範囲にある時、損失が最も小さくなり、自動変速機１０を効率よく駆動させることができる。これに対して、本実施の形態では、少なくともオイルの温度が５０℃に至るまでは、熱交換部３１とオイルとが接触せず、両者の間で熱交換が行なわれない。このため、車両の始動直後など低油温時には、オイルの温度を直ちに上昇させ、動粘度を急速に減少させることができる。
【００４２】
オイルを冷却するための機構としては、オイルの循環経路上にラジエータを配置し、そのラジエータによってオイルを冷却する構造が考えられる。しかしながら、図１中のオイルポンプ５８は、インプットシャフト５２に動力が伝達されることによって常時回転するため、油温が低い場合にもラジエータによるオイル冷却が行われる。本実施の形態における自動変速機１０によれば、この点を改善し、低油温時のオイル冷却を自制させることができる。
【００４３】
図６は、図３中の自動変速機の油温上昇時の状態を示す断面図である。図６を参照して、オイルの温度が上昇すると、熱膨張によりオイルの体積が増大するとともに、オイルの動粘度が減少するのに伴ってオイルパン２３に戻る油量が増大する。このため、オイルパン２３において油面が上昇する。
【００４４】
オイルの温度が５０℃を超え、油面が熱交換部３１と接触する高さに至ると、熱交換部３１によるオイルの冷却が開始される。すなわち、まずオイルが延伸部３２と接触すると、オイルから熱媒体路３３内の熱媒体に熱が移動し、オイルが冷却される。熱は、相変化を伴う熱媒体の移動により、延伸部３２、板状部３５および金属板４２へと順に伝わる。金属板４２に伝わった熱は、さらにヒートパイプ部４３を通じてフィン部４４に移動し、フィン部４４から外部雰囲気に放熱される。
【００４５】
図３および図４中に示す熱交換部３１によれば、オイルの温度が上昇し、油面が高くなるのに従って、オイルと接触する延伸部３２の表面積が増大する。また、本実施の形態では、複数の延伸部３２が、各延伸部３２の一方端３２ｐが互いに異なる高さに位置するように設けられている。このような構成により、オイルの温度が上昇し、油面が高くなるのに従って、オイルと接触する延伸部３２の数も増大する。このため、オイルの温度上昇とともに、オイルから熱媒体路３３内の熱媒体に移動する熱量を増大させ、オイルの温度上昇を効果的に抑えることができる。
【００４６】
また、油面が板状部３５に接触する高さに至ると、オイルと熱交換部３１との接触面積が飛躍的に大きくなる。これにより、オイルの温度上昇をさらに効果的に抑え、油面がドラム５５に接触する高さに到達することを抑制できる。結果、回転するドラム５５によってオイルが攪拌されることを防ぎ、攪拌抵抗に起因する損失の増大やオイルの泡立ちを防止できる。
【００４７】
なお、底部２４とドラム５５との間にバルブボディ４５を配置する構造は、本発明において必須ではないが、図３中に示す自動変速機１０の形態の場合、バルブボディ４５の周囲に確保された空間を有効に利用して、複数の延伸部３２と板状部３５とからなる熱交換部３１を配置することができる。
【００４８】
この発明の実施の形態における自動変速機１０は、車両に搭載され、ポンプとしてのオイルポンプ５８の駆動によりオイルが循環される変速機である。自動変速機１０は、回転体としてのドラム５５が配置され、オイルを貯留するケース体２５と、ケース体２５に収容される熱交換部３１とを備える。熱交換部３１は、オイルと熱交換を行なうことによりオイルを冷却する。熱交換部３１は、オイルの温度が５０℃（定常温度）の時の油面よりも高い位置に配置される。
【００４９】
なお、上記の定常温度は必ずしも５０℃である必要はなく、熱交換部３１は、自動変速機１０のオイルが自動変速機１０内での循環に支障のない定常温度の時の油面よりも高い位置に配置されていればよい。
【００５０】
このように構成された、この発明の実施の形態における自動変速機１０によれば、オイルの温度を適正に制御することにより、自動変速機１０を効率よく駆動させることができる。
【００５１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の実施の形態における自動変速機を示す断面図である。
【図２】図１中の自動変速機を構成するケース体の分解組み立て図である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿った自動変速機の断面図である。
【図４】図１中の自動変速機に設けられた熱交換部を示す斜視図である。
【図５】オイルの動粘度と温度との関係を示すグラフである。
【図６】図３中の自動変速機の油温上昇時の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  自動変速機、２４  底部、２５  ケース体、３１  熱交換部、３２  延伸部、３２ｐ  一方端、３２ｑ  他方端、３５  板状部、５５  ドラム、５８  オイルポンプ。
【図１】
2009281564.tif 000003
【図２】
2009281564.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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