JP3825219B2 - 流体式トルク伝達装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を介してトルクを伝達するための流体式トルク伝達装置、特に、フルイド・カップリングやトルクコンバータを含む装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トルクコンバータは、トーラス内部の流体により動力を伝達する流体式トルク伝達装置の一種であり、３種の羽根車（インペラー，タービン，ステータ）からなるトーラスを有している。トルクコンバータにおいては、フロントカバーとトーラスとの間の空間にロックアップ装置が設けられたものがある。ロックアップ装置はフロントカバーのトルクをトランスミッション側に機械的に伝達するための装置である。ロックアップ装置はクラッチ機構とダンパー機構とを備えている。クラッチ機構は、トルクコンバータ内の油圧の変化により、フロントカバーと連結又は連結解除されるようになっている。ダンパー機構は例えば複数のトーションスプリングを含んでいる。トーションスプリングは、ロックアップ装置が連結された状態において、例えばエンジン側から入力されるトルク変動による捩り振動を吸収・減衰する機能を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年は発進時のみ流体によるトルク伝達を行い、例えば時速１０ｋｍを越えるとロックアップ装置を連結させておく方法が用いられている。このようにロックアップ領域を低速領域まで拡げた構造では、エンジンからのトルク変動に対して十分に吸収・減衰できるようにトーションスプリングの性能向上が求められている。より具体的には、トーションスプリングの低剛性化を実現するために、トーションスプリングは一定以上のコイル径を有していることが好ましい。その一方で、トルクコンバータが配置されるスペースは軸方向に著しく制限されており、その範囲内で各部材を収納しなければならない。
【０００４】
本発明の目的は、ロックアップ装置のダンパーが設けられた流体式トルク伝達装置において、ダンパーのために十分な軸方向スペースを確保することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の流体式トルク伝達装置は流体を用いてトルクを伝達するためのものであり、フロントカバーとインペラーとタービンとロックアップ装置とを備えている。フロントカバーにはトルクが入力される。インペラーはフロントカバーと共に流体作動室を形成する。タービンは流体作動室内でインペラーに対して対向して配置されている。ロックアップ装置はフロントカバーとタービンとの間に配置されている。ロックアップ装置は、フロントカバーとタービンとを機械的に連結するためのクラッチ部と、捩り振動を減衰するためのダンパー部とを有する。タービンは、出口近傍において、トーラス内に配置され回転軸を含む平面における断面形状が直線で構成されている直線状部を有している。
【０００６】
この流体式トルク伝達装置では、タービンに直線状部が形成されていることによって、従来に比べてタービンをダンパー部から軸方向に離すことができる。この結果、ダンパー部の軸方向寸法を大きくすることができる。
請求項２に記載の流体式トルク伝達装置では、請求項１において、直線状部は、ダンパー部側を向くテーパー面を含む。
【０００７】
請求項３に記載の流体式トルク伝達装置では、請求項２において、テーパー面はタービンのタービンシェルによって形成されている。
請求項４に記載の流体式トルク伝達装置では、請求項１〜３のいずれかにおいて、テーパー面の半径方向長さＳとトーラスの外半径Ｄとの比（Ｓ／Ｄ）は０．０９〜０．１９の範囲にある。
【０００８】
この流体式トルク伝達装置では、直線状部は所定の範囲内に設定されている。この範囲より狭い場合はダンパー部を軸方向に十分大きくすることができず、この範囲より大きい場合はタービンの性能を低下させてしまう。
請求項５に記載の流体式トルク伝達装置では、請求項１〜４のいずれかにおいて、タービンの出口の流路面積はタービンの入口の流路の面積より小さい。
【０００９】
この流体式トルク伝達装置では、直線状部を設けているにも関わらずタービンの出口を必要以上にステータに対して近接させる必要がなくなる。この結果、ステータを有するトルクコンバータにおいてはステータの軸方向寸法を十分に確保することができる。
請求項６に記載の流体式トルク伝達装置では、請求項５において、タービンの出口の流路面積はタービンの入口の流路面積よりタービンの入口の流路面積の２〜５％分小さい。
【００１０】
この流体式トルク伝達装置では、タービンの出口の流路面積はタービンの入口の流路面積より所定範囲の面積だけ小さくなっている。この範囲より大きくなるとタービンの性能が低下し、この範囲より小さくなるとステータを有するトルクコンバータにおいてはステータの軸方向寸法を十分に確保できない。
請求項７に記載の流体式トルク伝達装置では、請求項５又は６において、タービンの出口の流路面積はステータの流路面積より大きい。
【００１１】
この流体式トルク伝達装置では、タービンの出口の流路面積は入口の流路面積より小さいにも関わらずステータの流路面積より大きいため、流体式トルク伝達装置としての性能は低下しない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態が採用されたトルクコンバータ１の縦断面概略図である。トルクコンバータ１は、エンジンのクランクシャフトからトランスミッションの入力シャフトにトルクを伝達するための装置であり、例えば車輌に採用される。図１の左側に図示しないエンジンが配置され、図１の右側に図示しないトランスミッションが配置されている。また、図１に示すＯ−Ｏがトルクコンバータ１の回転軸である。
【００１３】
トルクコンバータ１は、主に、３種の羽根車（インペラー５，タービン６，ステータ７）からなるトーラス形状のトルクコンバータ本体と、ロックアップ装置８とから構成されている。
フロントカバー４は、円板状の部材であり、最も軸方向エンジン側に配置されている。フロントカバー４の内周部にはセンターボス１１が溶接により固定されている。センターボス１１は、軸方向に延びる円柱形状の部材であり、図示しないクランクシャフトの中心孔に挿入されている。フロントカバー４の最外周部には、円周方向に複数のナット１２が固定されている。このナット１２に対して、図示しない例えばフレキシブルプレートの外周部がボルトによって固定されている。
【００１４】
フロントカバー４の外周部には、軸方向トランスミッション側に延びる外周筒状部材１３が溶接により固定されている。この外周筒状部材１３の内周面には、軸方向に延びる複数の歯１３ａが円周方向に並んで形成されている。また、外周筒状部材１３の軸方向トランスミッション側先端には、インペラー５のインペラーシェル１６の外周縁が溶接により固定されている。この結果、フロントカバー４と外周筒状部材１３とインペラー５とによって、内部に作動油が充填された流体作動室を形成している。なお、外周筒状部材１３はフロントカバー４の一部であると考えてよい。
【００１５】
インペラー５は、主に、インペラーシェル１６と、インペラーシェル１６の内側に固定された複数のインペラーブレート１７と、インペラーシェル１６の内周部に固定されたインペラーハブ１８とから構成されている。
タービン６は流体作動室内でインペラー５に対向して配置されている。タービン６は、主に、タービンシェル２０と、タービンシェル２０のインペラー側の面固定された複数のタービンブレード２１とから構成されている。タービンシェル２０の内周部はタービンハブ２２の半径方向中間部分に複数のリベット２３によって固定されている。なお、タービンハブ２２の内周面には、図示しないトランスミッション入力シャフトに相対回転不能に係合するスプライン溝が設けられている。
【００１６】
ステータ７は、タービン６からインペラー５へと戻る作動油の流れを整流するための機構である。ステータ７は、樹脂やアルミ合金等により鋳造によって製造された一体の部材である。ステータ７はインペラー５の内周部とタービン６の内周部との軸方向間に配置されている。ステータ７は、主に、環状のキャリア２４と、キャリア２４の外周面に設けられた複数のステータブレード２５とから構成されている。キャリア２４はワンウエイクラッチ２６を介して図示しない筒状シャフトに支持されている。フロントカバー４の内周部とタービンハブ２２の内周部との軸方向間には円板状部材４１が配置されている。円板状部材４１は内周端がセンターボス１１の軸方向トランスミッション側端に固定されている。すなわち円板状部材４１はフロントカバー４及びセンターボス１１と一体に回転する部材である。円板状部材４１の外周縁は概ね複数のリベット２３付近まで延びている。この円板状部材４１により、フロントカバー４の内周部とタービンハブ２２の内周部との軸方向の空間が軸方向に分割されている。さらに、円板状部材４１とタービンハブ２２の内周部との間にはワッシャー５６が配置されている。ワッシャー５６には半径方向に貫通する複数の溝が形成されている。
【００１７】
さらに、タービンハブ２２の内周部とワンウエイクラッチ２６との軸方向間には、ワッシャー５７が配置されている。ワッシャー５７には半径方向に貫通する複数の溝が形成されている。キャリア２４とインペラーハブ１８との軸方向間にはスラストベアリング５８が配置されている。また、キャリア２４のスラストベアリング５８側には半径方向に貫通する複数の溝が形成されている。
【００１８】
次に、ロックアップ装置８について説明する。ロックアップ装置８は、主に、クラッチ機構３１とダンパー機構３２とから構成されている。
クラッチ機構３１はフロントカバー４から直接タービン６に対してトルクを伝達可能とするための機構である。クラッチ機構３１は、主に、外周筒状部材１３と、内周筒状部材４０と、クラッチプレート３６〜３８と、ピストン３５とから構成されている。クラッチプレート３６，３８は外周縁に外周筒状部材１３の歯１３ａに係合する外周歯を有している。これにより、クラッチプレート３６，３８はフロントカバー４及び外周筒状部材１３と一体回転するようにかつ軸方向に相対移動可能になっている。クラッチプレート３７は、プレート３６とプレート３８との軸方向間に配置されている。クラッチプレート３７の内周縁には複数の歯が形成されている。また、プレート３７の軸方向両面には摩擦フェーシングが貼られている。内周筒状部材４０の外周面には軸方向に延びる複数の歯が円周方向に並んで形成されている。この内周筒状部材４０の歯にプレート３７の歯が係合している。これにより、プレート３７は内周筒状部材４０と一体回転するようにかつ軸方向に相対移動するようになっている。また、内周筒状部材４０は、内周側に延びるフランジを有している。
【００１９】
外周筒状部材１３の内周縁の軸方向トランスミッション側には、スナップリング３９が装着されている。スナップリング３９はプレート３８等の軸方向トランスミッション側への移動を制限するための部材である。
ピストン３５は概ね円板状かつ環状の部材である。ピストン３５はフロントカバー４の軸方向トランスミッション側に近接して配置されている。ピストン３５の外周面はフロントカバー４の外周側に形成された内周面に当接して半径方向に支持され、軸方向及び回転方向には相対移動可能になっている。ピストン３５の外周面には環状のシール部材６０が装着され、シール部材６０が前述の内周面に当接しその軸方向両側間の作動油の流れを遮断している。ピストン３５の内周面は、円板状部材４１の外周面に当接し支持されている。円板状部材４１の外周面には環状のシール部材６１が装着され、シール部材６１はピストン３５の内周面に当接しその軸方向両側間の作動油の流れを遮断している。また、ピストン３５の外周側部分はクラッチプレート３６に近接して配置されている。ピストン３５は、ピストン３５とフロントカバー４との間に形成された油圧室内の油圧変化によって軸方向に移動する構成となっている。この油圧室は、フロントカバー４の内周部と円板状部材４１との軸方向の隙間、さらにはセンターボス１１に形成された孔を介して図示しない入力シャフトの油路に連通している。
【００２０】
ダンパー機構３２は、ドライブプレート４３，４４と、タービンハブ２２と、複数のトーションスプリング５２とから構成されている。ドライブプレート４３，４４は環状かつ円板状の部材であり、外周部は互いに固定され、それより内周側の部分は軸方向に間隔をあけて配置されている。ドライブプレート４３，４４の外周部は、内周筒状部材４０のフランジの軸方向両側に当接し、複数のリベット４６により固定されている。また、ドライブプレート４３，４４の内周側部分には、軸方向に切り起こされたばね支持部４７，４８が形成されている。タービンハブ２２の外周部分は、リベット２３が装着された部分からさらに外周側に延び、ドライブプレート４３，４４の軸方向間に配置されている。このように、タービンハブ２２は、内周縁が図示しないメインドライブシャフトに係合し、外周縁がトルクコンバータ本体の半径方向中心付近まで延びる円板状かつ環状の部材である。タービンハブ２２の外周部においてばね支持部４７，４８に対応する部分には、窓孔５０が形成されている。トーションスプリング５２は窓孔５０内及びばね支持部４７，４８内に配置された部材であり、ドライブプレート４３，４４からタービンハブ２２にトルクを伝達すると共に捩り振動を吸収・減衰するための部材である。具体的には、トーションスプリング５２は円周方向に弧状又は直線状に延びるコイルスプリングからなる。トーションスプリング５２の円周方向両端は、窓孔５０及びばね支持部４７，４８の円周方向両端に支持されている。また、トーションスプリング５２の軸方向両側はばね支持部４７，４８によって支持されている。以上に説明したように、タービンハブ２２はタービン６からのトルクを伝達するとともに、ロックアップ装置８のダンパー機構３２の一部を構成している。このように１つの部材に複数の機能を持たせることで部品点数が低減されている。
【００２１】
次に、トルクコンバータ１を構成する各部材や機構の構成、配置、寸法などについて説明する。
タービン６においてその入口から出口までの流路は、複数の曲率からなる流路となっている。その中で、タービン６の出口近傍の流路は直線形状、すなわち回転軸を含む平面における断面形状が直線で構成された直線状部６２となっている。直線状部６２は、ロックアップ装置８のダンパー機構３２に、特に、トーションスプリング５２に対応している。より具体的には、直線状部６２は、トーションスプリング５２に対して軸方向に並んでおり、近接している。直線状部６２は、タービンシェル２０は断面において直線形状のテーパー部６３を有している。また、テーパー部６３の外側面すなわちダンパー機構３２側を向く面はテーパー面となっている。テーパー部６３のテーパー角度（トルクコンバータ１の回転軸Ｏ−Ｏに垂直な面とテーパー部６３が形成する角度）は約２０度である。テーパー角度は１５〜２５度の範囲内にあることが好ましい。
【００２２】
直線状部６２がトーションスプリング５２に対応しているため、従来に比べてタービン６の内周部が軸方向トランスミッション側に位置している。この結果、トーションスプリング５２の軸方向寸法を従来より大きくできる。これにより、トーションスプリング５２の低剛性化等の性能向上を図ることができる。具体的には、ダンパー機構３２のトーションスプリング５２の最も軸方向トランスミッション側に位置する部分の軸方向位置は、タービン６において最も軸方向エンジン側に位置する部分の軸方向位置より、軸方向エンジン側にある。このように、ダンパー機構３２特にトーションスプリング５２が軸方向トランスミッション側に大きくなっている。
【００２３】
テーパー部６３の半径方向長さＳは、１０〜２０ｍｍの範囲にあることが好ましい。これより短い場合はダンパー機構３２の軸方向寸法を大きくするのに貢献せず、これより長い場合はタービン６の性能を低下させてしまう。なお、以上の数値はトルクコンバータ１が直径２１５ｍｍであり、トーラスの外半径Ｄが１０７．５ｍｍの場合である。言い換えると、テーパー部６３の半径方向長さＳとトーラスの外半径Ｄとの比（Ｓ／Ｄ）は０．０９〜０．１９の範囲にあることが好ましい。
【００２４】
さらに、タービン６の出口の流路面積はタービン６の入口の流路面積より小さくなるように設定されている。このことは、タービン６の出口側をステータ７に対して必要以上に近づけることを必要とせず、その結果ステータ７の軸方向寸法を十分に確保していることを意味する。より具体的には、タービン６の出口の流路面積はタービン６の入口の流路面積より、タービン６の入口の流路面積の２〜５％分小さくなっている。２％未満の場合はステータ７の軸方向寸法を短くせざるを得なくなり、５％を超えるとタービン６の性能が低下してしまう。
【００２５】
ところで、この実施形態では、タービン６の出口の流路面積は、タービン６の入口の流路面積より小さいにも関わらず、ステータ７の流路面積と等しい又はそれ以上となるように設定されている。なお、ここで言うステータ７の流路面積とは、ステータブレード２５の肉厚部分を除いた実流路面積である。この結果、タービン６の出口及びステータ７において流れの損失が生じにくい。
【００２６】
次に、トルクコンバータ１の各機構の寸法について説明する。トルクコンバータ１については、トーラス形状のトルクコンバータ本体の内半径ｄと外半径Ｄとの半径比（ｄ／Ｄ）が０．５〜０．５７の範囲にある。このことは、外半径Ｄに対する内半径ｄの割合が十分に大きいため、直線状部６２を設けた場合にその長さを十分に長くして、トーションスプリング５２を軸方向に大きくできることを意味する。なお、内半径ｄはトルクコンバータ１の中心Ｏからステータ７のキャリア２４の外周面までの半径方向距離をいい、外半径Ｄは中心Ｏからインペラー５又はタービン６の最外周部分（インペラー５出口又はタービン６入り口における各ブレードの最外周縁）までの半径方向距離をいう。
【００２７】
さらに、タービン６はインペラー５に比べて軸寸法が短くなっている。すなわちトーラス形状のトルクコンバータ本体においてインペラー５とタービン６が軸方向に非対称である。インペラー５の軸寸法Ｌｐに対するタービン６の軸寸法Ｌｔの比（Ｌｔ／Ｌｐ）は０．９２〜０．７５の範囲にある。タービン６の軸寸法Ｌｔはインペラー５の出口及びタービン６の入口の間の軸方向中間位置Ｃ１とタービンシェル２０の内側で最もエンジン側の部分との間の軸方向距離である。インペラー５の軸寸法Ｌｐは、軸方向位置Ｃ１とインペラーシェル１６の内側で最もトランスミッション側の部分との間の軸方向距離である。以上に述べたように、タービン６の軸寸法をインペラー５に比べて短くすることで、トルクコンバータ１全体の軸寸法を短縮でき、特に、タービン６の直線状部６２との相乗効果によって、トーションスプリング５２のコイル径Ｌｄを大きくすることが可能となっている。この結果、トーションスプリング５２のコイル径Ｌｄはタービン６の軸寸法Ｌｔに近くあるいは匹敵する程大きくなっている。より具体的には、（Ｌｄ／Ｌｔ）は０．８５以上あり、好ましくは０．８５〜１．０の範囲にある。このようにロックアップ装置８のダンパー機構３２を構成するトーションスプリング５２のコイル径Ｌｄを大きくできることで、トーションスプリング５２の性能を向上させることが容易になる。この結果、トルクコンバータ１のトーラスによる流体トルク伝達を車輌の発進時のみに利用し、その後はロックアップ装置８を連結させた機械トルク伝達状態で使用することが実際に可能となる。
【００２８】
本発明の本来の目的は、ロックアップ装置８に従来より優れたダンパー性能をもたらすことであるが、軸方向スペースの制限が従来より厳しい場合に本発明を起用すると、その制限されたスペース内でトーションスプリングのコイル径を最大限大きくすることができ、従来性能に近い又は匹敵する性能が得られる。
〔変形例〕
本発明はトルクコンバータのみならずフルイド・カップリング等の他の流体式トルク伝達装置にも採用可能である。
【００２９】
本発明は、前期実施形態における具体的なロックアップ装置の構造に限定されない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係る流体式トルク伝達装置では、タービンに直線状部が形成されていることによって、ダンパー部の軸方向寸法を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態が採用されたトルクコンバータの縦断面概略図。
【符号の説明】
１ トルクコンバータ
４ フロントカバー
５ インペラー
６ タービン
７ ステータ
８ ロックアップ装置
３２ ダンパー機構
５２ トーションスプリング
６２ 直線状部
６３ テーパー面

Claims (7)

1. 流体を用いてトルクを伝達するための流体式トルク伝達装置であって、
   トルクが入力されるフロントカバーと、
   前記フロントカバーとともに流体作動室を形成するインペラーと、前記流体作動室内で前記インペラーに対して対向して配置されたタービンとを含むトーラスと、
   前記フロントカバーと前記タービンとの間に配置され、前記フロントカバーと前記タービンを機械的に連結するためのクラッチ部と、捩じり振動を減衰するためのダンパー部とを有するロックアップ装置とを備え、
   前記タービンは、出口近傍において、前記トーラス内に配置され回転軸を含む平面における断面形状が直線で構成されている直線状部を有している、
   流体式トルク伝達装置。
2. 前記直線状部は、前記ダンパー部側を向くテーパー面を含む、請求項１に記載の流体式トルク伝達装置。
3. 前記テーパー面は前記タービンのタービンシェルによって形成されている、請求項２に記載の流体式トルク伝達装置。
4. 前記テーパー面の半径方向長さＳと前記トーラスの外半径Ｄとの比（Ｓ／Ｄ）は０．０９〜０．１９の範囲にある、請求項１〜３のいずれかに記載の流体式トルク伝達装置。
5. 前記タービンの出口の流路面積は前記タービンの入口の流路面積より小さい、請求項１〜４のいずれかに記載の流体式トルク伝達装置。
6. 前記タービンの出口の流路面積は前記タービンの入口の流路面積より前記タービンの入口の流路面積の２〜５％分小さい、請求項５に記載の流体式トルク伝達装置。
7. 前記タービンの出口の流路面積は前記ステータの流路面積より大きい、請求項５又は６に記載の流体式トルク伝達装置。

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