JP2020076418A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトの変位に起因し、フロントボスの基端部（根元）に作用する応力を低減でき、フロントボスの基端部を起点としたクラックの発生を防止することが可能なトルクコンバータを提供する。【解決手段】トルクコンバータ１は、略円柱状に形成され、フロントカバー２１の中心部に突設されたフロントボス１０を備えている。フロントボス１０には、頂面から側面にかけて、かつ、軸方向に所定の深さを有する切り欠き１０ａが形成されている。切り欠き１０ａは、フロントボス１０の軸方向から見て、軸心を通り、径方向に所定の幅を有する直線状に形成されている。また、切り欠き１０ａは、結合されるエンジン３のピストンの往復方向に対して略直交する方向に沿って延びるように形成される。【選択図】 図２

Description

本発明は、トルクコンバータに関する。

従来から、車両に搭載される有段自動変速機（ステップＡＴ）や無段変速機（ＣＶＴ）等と組み合わせて、流体（オイル）を利用し、エンジントルク（エンジン駆動力）を増幅させるトルクコンバータが広く利用されている。トルクコンバータは、オイルを介してエンジントルクを伝達し、かつトルク増幅機能を有するため、スムーズな車両発進を可能とする。また、トルクコンバータは、エンジンから生じる振動の吸収機能等も有している。

ここで、特許文献１には、トルクコンバータの締結部構造が開示されている。より具体的には、このトルクコンバータの締結部構造では、エンジンのクランクシャフトの端部に取り付けられたドライブプレートと同軸上にトルクコンバータのコンバータケース（フロントカバー）が設けられ、該コンバータケースからドライブプレートに向けて周方向に複数のボルトが突設されている。一方、ドライブプレートには、これらの複数のボルトを挿通させるボルト挿通孔が形成されている。そして、ボルト挿通孔へ挿通させたボルトをナットで締め付けることにより、ドライブプレートとコンバータケースとが締結される。

また、エンジンのクランクシャフトとトルクコンバータとが締結される際に、クランクシャフトの端面の回転軸中心に形成された嵌合孔に、トルクコンバータのコンバータケース（フロントカバー）中央に設けられたフロントボス（パイロットボス）を嵌め合わせることで軸心合わせ（位置合わせ）が行われる。

特開平０５−１１８４０８号公報

上述したようにエンジンのクランクシャフトにトルクコンバータが組み付けられた後、エンジンが駆動されると、エンジン運転に伴うクランクシャフトの変位がフロントボスに荷重として入力される。クランクシャフトの変位が大きい場合、フロントボスにかかる繰り返し荷重が増大し、フロントボスの疲労強度を上回ると、疲労破壊に至るおそれがある。特に、従来の構造では、クランクシャフトの変位による入力荷重に起因する応力がフロントボスの基端部（根元）に集中する傾向があり、例えば、フロントボスの基端部を起点としてクラックが発生すると、該クラックがトルクコンバータの内側に達して、トルクコンバータからオイル漏れが生じるおそれがあった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、クランクシャフトの変位に起因し、フロントボスの基端部（根元）に作用する応力を低減でき、フロントボスの基端部を起点としたクラック（疲労破壊）の発生を防止することが可能なトルクコンバータを提供することを目的とする。

本発明に係るトルクコンバータは、略円柱状に形成され、フロントカバーの中心部に突設されたフロントボスを備え、フロントボスには、頂面から側面にかけて、かつ、軸方向に所定の深さを有する切り欠きが形成されていることを特徴とする。

本発明に係るトルクコンバータによれば、略円柱状に形成されフロントカバーの中心部に突設されたフロントボスの頂面から側面にかけて、かつ、軸方向に所定の深さを有する切り欠きが形成されている。そのため、クランクシャフトの変位による入力荷重に起因する応力をフロントボスの基端部（根元）と切り欠きの底部とに分散させることができる。発生応力が分散されることで、フロントボスの基端部の応力が減少し、フロントボスの疲労破壊が防止される。その結果、クランクシャフトの変位に起因し、フロントボスの基端部（根元）に作用する応力を低減でき、フロントボスの基端部を起点としたクラック（疲労破壊）の発生を防止することが可能となる。

本発明に係るトルクコンバータでは、上記切り欠きが、フロントボスの軸方向から見て、軸心を通り、径方向に所定の幅を有する直線状に形成されていることが好ましい。

この場合、切り欠きが、フロントボスの軸方向から見て、軸心を通り、径方向に所定の幅を有する直線状に形成されているため、クランクシャフトの変位に起因する応力を効果的に分散することが可能となる。

本発明に係るトルクコンバータでは、上記切り欠きが、結合されるエンジンのピストンの往復方向に対して略直交する方向に沿って延びるように形成されることが好ましい。

この場合、切り欠きが、結合されるエンジンのピストンの往復方向に対して略直交する方向に沿って延びるように形成されるため、クランクシャフトの変位に起因する応力に対してたわみ易くなり、当該応力をより効果的に分散することが可能となる。

本発明に係るトルクコンバータでは、上記切り欠きの軸方向の深さが、結合されるエンジンのクランクシャフトに形成される嵌合孔とフロントボスとが接する深さと略同じ深さに形成されることが好ましい。

この場合、切り欠きの軸方向の深さが、結合されるエンジンのクランクシャフトに形成される嵌合孔とフロントボスとが接する深さと略同じ深さに形成されるため、クランクシャフトの変位に起因する応力を効果的に分散することが可能となる。

本発明に係るトルクコンバータでは、上記切り欠きの軸方向の深さが、切り欠きの底部の角部を起点として、軸線との成す角度が４５度でクラックが延びたと仮定しても、該クラックがトルクコンバータの内側とつながらない深さに形成されていることが好ましい。

この場合、切り欠きの軸方向の深さが、切り欠きの底部の角部を起点として、軸線との成す角度が４５度でクラックが延びたと仮定しても、該クラックがトルクコンバータの内側とつながらない深さに形成されているため、もし仮にクラックが入ったとしても、トルクコンバータからのオイル漏れを防止することが可能となる。

本発明に係るトルクコンバータでは、上記所定の幅が、フロントボスの直径の略１／３に設定されていることが好ましい。

この場合、所定の幅（切り欠きの幅）が、フロントボスの直径の略１／３に設定されているため、強度とたわみ性（たわみ易さ）とをバランスよく両立することができ、クランクシャフトの変位に起因する応力をより効果的に分散することが可能となる。

本発明に係るトルクコンバータでは、上記切り欠きの底部の角部がＲ面取りされていないことが好ましい。

この場合、切り欠きの底部の角部にＲがつけられていないため、応力をフロントボスの基端部（根元）ではなく、フロントボスの切り欠きに集中させる（すなわちヒューズ機能を発揮する）ことが可能となる。

一方、本発明に係るトルクコンバータでは、上記フロントボスの基端部が、周方向に沿って、切り欠きの底部の角部よりも大きくＲ面取りされていることが好ましい。

この場合、フロントボスの基端部に、周方向に沿って、切り欠きの底部の角部よりも大きなＲが設けられているため、クランクシャフトの変位に起因する応力を切り欠き側に集中させることが可能となる。

本発明に係るトルクコンバータでは、上記フロントボスが、エンジンと結合される際に、１８０度クランクのエンジンのクランクシャフトに形成された嵌合孔に嵌合されることが好ましい。

この場合、フロントボスが、１８０度クランクのエンジン（１８０度間隔で燃焼行程が来るエンジン）のクランクシャフトに形成された嵌合孔に嵌合されること、すなわち、本発明に係るトルクコンバータが、１８０度クランクのエンジンと結合されることにより、クランクシャフトの変位に起因する応力をより効果的に分散することが可能となる。

本発明によれば、クランクシャフトの変位に起因し、フロントボスの基端部（根元）に作用する応力を低減でき、フロントボスの基端部を起点としたクラック（疲労破壊）の発生を防止することが可能となる。

実施形態に係るトルクコンバータが適用されたパワーユニットの概要構成を示すブロック図である。 実施形態に係るトルクコンバータの全体構造を示す図である。 実施形態に係るトルクコンバータのフロントボスを拡大して示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１〜図３を併せて用いて、実施形態に係るトルクコンバータ１の構造について説明する。図１は、トルクコンバータ１が適用されたパワーユニットの概要構成を示すブロック図である。図２は、トルクコンバータ１の全体構造を示す図である。図３は、トルクコンバータ１のフロントボス１０を拡大して示す斜視図である。

図１に示されるように、エンジン３の出力軸（クランクシャフト）３ａには、クラッチ機能とトルク増幅機能を持つトルクコンバータ１を介して、エンジン３からの駆動力を変換して出力する無段変速機５が接続されている。ここで、エンジン３としては、例えば、１８０度クランクのエンジン、すなわち、１８０度間隔で燃焼行程が来るエンジンが好適に用いられる。例えば、エンジン３としては、水平対向型の４気筒エンジン等が好適に用いられる。

トルクコンバータ１は、主として、ポンプインペラ１１、タービンランナ１２、及びステータ１３を備えて構成されている。エンジン３の出力軸（クランクシャフト）３ａに接続されたポンプインペラ１１がオイルの流れを生み出し、ポンプインペラ１１に対向して配置されたタービンランナ１２がオイルを介してエンジン３の駆動力を受けてタービン出力軸２３を駆動する。両者の間に位置するステータ１３は、タービンランナ１２からの排出流（戻り）を整流し、ポンプインペラ１１に還元することでトルク増幅作用を発生させる。

特に、本実施形態に係るトルクコンバータ１は、クランクシャフト３ａの変位に起因し、フロントボス１０の基端部（根元）に作用する応力を低減でき、フロントボス１０の基端部を起点としたクラック（疲労破壊）の発生を防止する機能を有している。以下、図２を用いて、より詳細に説明する。

エンジン３のクランクシャフト３ａ（図２では一部のみ示した）は、ピストンの往復運動をコネクティングロッドを介して回転運動に変換するものである。クランクシャフト３ａは、互いに間隔を隔てて一直線上に配置され、メインメタルを介してシリンダブロックに支持されるクランクジャーナル（メインジャーナル）と、隣り合うクランクジャーナル間に位置し、コネクティングロッドの大端部が取付けられるクランクピンとを備えている。

クランクシャフト３ａの後端部には、出力フランジ（大径部）３ｃが設けられている。出力フランジ３ｃの中心部には、トルクコンバータ１のフロントボス１０が嵌合される
嵌合孔（凹部）３ｂが形成されている。

クランクシャフト３ａの端部に形成された出力フランジ３ｃには、ディスク部材２０を介してフロントカバー２１が連結されている。該フロントカバー２１の端部には複数のブレード１１ａを有するポンプインペラ（インペラシェル）１１が接続（固定）されている。

また、フロントカバー２１の中心部には、略円柱状に形成されたフロントボス（パイロットボス）１０が突設されている。エンジン３のクランクシャフト３ａとトルクコンバータ１とが締結される際に、クランクシャフト３ａの端面の回転軸中心に形成された嵌合孔３ｂに、フロントカバー２１中央に設けられたフロントボス１０を嵌め合わせることで軸心合わせ（位置合わせ）が行われる。

略円柱状のフロントボス１０には、頂面から側面にかけて、かつ、フロントボス１０の軸方向に所定の深さを有する切り欠き１０ａが形成されている。切り欠き１０ａは、例えば、フロントボス１０の軸方向から見て（平面視において）、フロントボス１０の軸心を通り、径方向に所定の幅を有する直線状（すり割り状）に形成されている。また、フロントボス１０の側面方向から見て（側面視において）、カタカナの略コ字状に形成されている。特に、切り欠き１０ａは、入力負荷に対してたわみ易く、クランクシャフト３ａの変位に起因する応力を効果的に分散するため、結合されるエンジン３のピストンの往復方向に対して略直交する方向に沿って延びるように形成されていることが好ましい。

また、もし仮にクラックが入ったとしても、トルクコンバータ１からのオイル漏れを防止する観点から、切り欠き１０ａは、軸方向の深さが、切り欠き１０ａの底部の角部を起点として、フロントボス１０の軸線との成す角度が４５度でクラックが延びたと仮定しても、該クラックがトルクコンバータ１の内側とつながらない（すなわちオイルが漏れない）深さに形成されていることが好ましい。例えば、切り欠き１０ａは、軸方向の深さが、結合されるエンジン３のクランクシャフト３ａに形成される嵌合孔３ｂの側面とフロントボス１０の側面とが接する深さと略同じ深さに、又はそれよりも若干深く（すなわち、クランクシャフト３ａとの接触円筒面と同じか、又は若干それよりも深く）形成されることが好ましい。

また、フロントボス１０の強度とたわみ性（たわみ易さ）とをバランスよく両立させる観点から、切り欠き１０ａの幅（上記所定の幅）は、フロントボス１０の直径の１／２以上１／４以下に設定されていることが好ましい。特に、切り欠き１０ａの幅（上記所定の幅）は、フロントボス１０の直径の略１／３に設定されていることがより好ましい。

また、クランクシャフト３ａの変位に起因する応力を切り欠き１０ａ側に集中させる観点から、切り欠き１０ａの底部の角部はＲ面取りが施されていない（すなわち、Ｒがつけられていない）ことが好ましい。一方、フロントボス１０の基端部（根元）には、周方向に沿って、切り欠き１０ａの底部の角部よりも大きくＲ面取りが施されている（すなわち、より大きなＲが設けられている）ことが好ましい。

上述したポンプインペラ（インペラシェル）１１の内周側には、トルクコンバータスリーブ１５が溶接などで接合されている。

フロントカバー２１とポンプインペラ１１とによって区画されるコンバータ室３０には、複数のブレード１２ａを備えるタービンランナ１２が回転自在に収容されている。タービンランナ１２は、ポンプインペラ１１に対向するように配置されている。タービンランナ１２にはタービンハブ２２が固定されており、タービンハブ２２には、タービン出力軸２３がスプライン結合されている。また、互いに対向するポンプインペラ１１とタービンランナ１２との間には複数のブレード１３ａを備えるステータ１３が設けられている。ステータ１３は、ワンウェイクラッチ１４を介してミッションケース５ｂに取り付けられている。

フロントカバー２１とタービンランナ１２との間には、フロントカバー２１の内面と対向するようにロックアップピストン３１が配設されている。ロックアップピストン３１は軸方向に移動自在とされてタービンハブ２２に取り付けられている。また、ロックアップピストン３１のフロントカバー２１と対向する面の外縁部には環状のロックアップクラッチ３２が取り付けられている。

ロックアップピストン３１により、コンバータ室３０は、フロントカバー２１側のリリース室３４とタービンランナ１２側のアプライ室３３とに区画される。すなわち、フロントカバー２１とロックアップピストン３１とによりリリース室３４が画成されるとともに、ロックアップピストン３１を挟んで、リリース室３４と対向するようにアプライ室３３が形成（画成）される。ロックアップピストン３１は、アプライ室３３とリリース室３４との間の圧力差に応じて、ロックアップクラッチ３２の締結方向（フロントカバー２１に近づく方向）又は解放方向（フロントカバー２１から離れる方向）に進退移動する。

また、ロックアップピストン３１とタービンハブ２２との間には、複数のダンパスプリング４２と、ダンパスプリング４２を保持する保持部材４３とを有して構成されるダンパ機構４１が取り付けられている。より詳細には、各ダンパスプリング４２の一方の端部がロックアップピストン２２に取り付けられ、他方の端部が保持部材４３を介してタービンハブ２２に取り付けられている。ダンパ機構４１により、ロックアップクラッチ３２締結時（ロックアップ時）のトルク変動（ショック）が吸収される。

上述したトルクコンバータスリーブ１５は、軸方向に延びる筒部と、筒部の一端から径方向に延びるフランジとを有している。このフランジはポンプインペラ（インペラシェル）１１の中央穴の内径面と整合する外径を有している。トルクコンバータスリーブ１５の回転軸中心には、上述したタービン出力軸２３が挿通されている。なお、タービン出力軸２３（トルクコンバータ１の出力軸）は、無段変速機５の入力軸５ａと接続（結合）されている。

トルクコンバータスリーブ１５とトランスミッションケース５ｂとの間には、トルクコンバータスリーブ１５を回転可能に軸支するとともに、トルクコンバータ１の内径面に作用する軸方向（スラスト方向）の油圧荷重を受けるベアリング１７が介装されている。ベアリング１７としては、転がり軸受（例えばボールベアリング等）が好適に用いられる。

上述したように構成されることにより、エンジン３のクランクシャフト３ａにトルクコンバータ１が組み付けられた後、エンジン３が駆動され、エンジン運転に伴うクランクシャフト３ａの変位がフロントボス１０に荷重として入力された場合、クランクシャフト３ａの変位による入力荷重に起因する応力は、フロントボス１０の基端部（根元）と切り欠き１０ａの底部とに分散される。そして、発生応力が分散されることで、フロントボス１０の基端部（根元）の応力が減少し、フロントボス１０の疲労破壊が防止される。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、略円柱状に形成されたフロントボス１０の頂面から両側面にかけて切り欠き１０ａが形成されているため、クランクシャフト３ａの変位による入力荷重に起因する応力をフロントボス１０の基端部（根元）と切り欠き１０ａの底部とに分散させることができる。発生応力が分散されることで、フロントボス１０の基端部の応力が減少し、フロントボス１０の疲労破壊が防止される。その結果、クランクシャフト３ａの変位に起因し、フロントボス１０の基端部（根元）に作用する応力を低減でき、フロントボス１０の基端部を起点としたクラック（疲労破壊）の発生を防止することが可能となる。

本実施形態によれば、切り欠き１０ａが、フロントボス１０の軸方向から見て、軸心を通り、径方向に所定の幅を有する直線状に形成されているため、クランクシャフト３ａの変位に起因する応力を効果的に分散することが可能となる。

また、本実施形態によれば、切り欠き１０ａが、結合されるエンジン３のピストンの往復方向に対して略直交する方向に沿って延びるように形成されているため、クランクシャフト３ａの変位に起因する応力に対してたわみ易くなり、当該応力をより効果的に分散することが可能となる。

本実施形態によれば、切り欠き１０ａの軸方向の深さが、結合されるエンジン３のクランクシャフト３ａに形成される嵌合孔３ｂの側面とフロントボス１０の側面とが接する深さと略同じ深さに、又はそれよりも若干深く（すなわち、クランクシャフト３ａとの接触円筒面と同じか、又は若干それよりも深く）形成されるため、クランクシャフト３ａの変位に起因する応力を効果的に分散することが可能となる。

また、本実施形態によれば、切り欠き１０ａの軸方向の深さが、切り欠き１０ａの底部の角部を起点として、軸線との成す角度が４５度でクラックが延びたと仮定しても、該クラックがトルクコンバータ１の内側とつながらない深さに形成されているため、もし仮にクラックが入ったとしても、トルクコンバータ１からのオイル漏れを防止することが可能となる。

本実施形態によれば、切り欠き１０ａの幅が、フロントボス１０の直径の略１／３に設定されているため、強度とたわみ性（たわみ易さ）とをバランスよく両立することができ、クランクシャフト３ａの変位に起因する応力をより効果的に分散することが可能となる。

本実施形態によれば、切り欠き１０ａの底部の角部にＲがつけられていないため、応力をフロントボス１０の基端部（根元）ではなく、フロントボス１０の切り欠き１０ａに集中させる（すなわちヒューズ機能を発揮する）ことが可能となる。

また、本実施形態によれば、フロントボス１０の基端部（根元）に、周方向に沿って、切り欠き１０ａの底部の角部よりも大きなＲが設けられているため、クランクシャフト３ａの変位に起因する応力を切り欠き１０ａ側に集中させることが可能となる。

本実施形態によれば、フロントボス１０が、１８０度クランクのエンジン３（１８０度間隔で燃焼行程が来るエンジン３）のクランクシャフト３ａに形成された嵌合孔３ｂに嵌合されること、すなわち、トルクコンバータ１が、１８０度クランクのエンジン３と結合されることにより、クランクシャフト３ａの変位に起因する応力をより効果的に分散することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、切り欠き１０ａの延びる向き、幅、深さ、形状、個数、配置等は、上記実施形態に限定されることなく、例えば求められる要件等に応じて、任意に設定することができる。例えば、切り欠き１０ａは、軸方向から見て、十字状やＶ字状などに形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、トルクコンバータ１を１８０度クランクのエンジン３（１８０度間隔で燃焼行程が来るエンジン３）と結合させる場合を例にして説明したが、本発明は、１８０度クランク以外のエンジンと結合されるトルクコンバータにも適用することができる。

同様に、上記実施形態では、本発明を無段変速機（ＣＶＴ）５と組み合わせた場合を例にして説明したが、本発明は、例えば、有段自動変速機（ステップＡＴ）などと組み合わせることもできる。

１ トルクコンバータ
３ エンジン
３ａ クランクシャフト
３ｂ 嵌合孔
５ 無段変速機
１０ フロントボス（パイロットボス）
１０ａ 切り欠き
１１ ポンプインペラ
１２ タービンランナ
１３ ステータ
２０ ディスク部材
２１ フロントカバー
２２ タービンハブ
２３ タービン出力軸
３１ ロックアップピストン
３２ ロックアップクラッチ
３３ アプライ室
３４ リリース室
４１ ダンパ機構
４２ ダンパスプリング
４３ 保持部材

Claims (9)

1. 略円柱状に形成され、フロントカバーの中心部に突設されたフロントボスを備え、
   前記フロントボスには、頂面から側面にかけて、かつ、軸方向に所定の深さを有する切り欠きが形成されていることを特徴とするトルクコンバータ。
2. 前記切り欠きは、前記フロントボスの軸方向から見て、軸心を通り、径方向に所定の幅を有する直線状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトルクコンバータ。
3. 前記切り欠きは、結合されるエンジンのピストンの往復方向に対して略直交する方向に沿って延びるように形成されることを特徴とする請求項２に記載のトルクコンバータ。
4. 前記切り欠きは、軸方向の深さが、結合されるエンジンのクランクシャフトに形成される嵌合孔とフロントボスとが接する深さと略同じ深さに形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトルクコンバータ。
5. 前記切り欠きは、軸方向の深さが、前記切り欠きの底部の角部を起点として、軸線との成す角度が４５度でクラックが延びたと仮定しても、該クラックがトルクコンバータの内側とつながらない深さに形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のトルクコンバータ。
6. 前記所定の幅は、前記フロントボスの直径の略１／３に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のトルクコンバータ。
7. 前記切り欠きは、底部の角部がＲ面取りされていないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のトルクコンバータ。
8. 前記フロントボスは、基端部に、周方向に沿って、前記切り欠きの底部の角部よりも大きなＲ面取りが施されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のトルクコンバータ。
9. 前記フロントボスは、エンジンと結合される際に、１８０度クランクのエンジンのクランクシャフトに形成された嵌合孔に嵌合されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のトルクコンバータ。
   

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