JP3881152B2 - 羽根車及び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、流体式トルク伝達装置、特に、複数の羽根車の間で流体を循環させることでトルクを伝達するための流体式トルク伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トルクコンバータは、３種の羽根車からなるトーラス（インペラー、タービン、ステータ）を有し、トーラス内部の流体により動力を伝達する装置である。インペラーはフロントカバーとともに内部に作動油が充填された流体室を形成している。インペラーは、主に、環状のインペラーシェルと、インペラーシェル内側に固定された複数のインペラーブレードと、インペラーブレードの内側に固定された環状のインペラーコアとから構成されている。タービンは流体室内でインペラーに軸方向に対向して配置されている。タービンは、主に、環状のタービンシェルと、タービンシェルのインペラー側の面に固定された複数のタービンブレードと、タービンブレードの内側に固定された環状のタービンコアとから構成されている。タービンシェルの内周部はタービンハブのフランジに複数のリベットにより固定されている。タービンハブは入力シャフトに相対回転不能に連結されている。ステータは、タービンからインペラーに戻る作動油の流れを整流するための機構であり、インペラーの内周部とタービン内周部間に配置されている。ステータは、主に、環状のシェルと、シェルの外周面に設けられた複数のステータブレードと、複数のステータブレードの先端に固定された環状のステータコアとから構成されている。ステータシェルはワンウェイクラッチを介して図示しない固定シャフトに支持されている。
【０００３】
以上に述べたように各羽根車は、複数のブレードと、各ブレードの外側（トーラス断面において中心から離れた側）に設けられたシェルと、各ブレードの内側（トーラス断面において中心に近接した側）を連結するコアとから構成されている。シェルとコアとの間でさらにブレードによって分割された空間が各羽根車の流路となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ステータにおいては、トルクコンバータの低速度比域においては作動油はブレードのプレッシャー面に当接して流れの向きを変えられてからインペラーへと流れ、インペラーを後押しする。この結果トルク増大作用が行われる。高速度比域では作動油はブレードのサクション面に当たるようになり、ワンウェイクラッチの機能によってステータは回転し伝達効率の低下を防止している。
【０００５】
前記低速度比域では、図８に示すように、作動油２０５がブレード２００のプレッシャー面２０１に衝突する角度が大きい。したがってブレード２００間で流れの乱れ２０２や逆流２０３などの各種渦が発生することがある。このように作動油の流れが乱れることで、トルクコンバータの容量や効率などの性能を低下させられる。
【０００６】
本発明の目的は、流体式トルク伝達装置に用いられる羽根車において、流体のスムーズな流れを確保することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の羽根車は、複数の羽根車間で流体を循環させることでトルクを伝達するための流体トルク伝達装置に用いられる。羽根車は、羽根車本体と、羽根車本体上に設けられ流路を形成する複数のブレードと、流路に設けられブレードの流体が衝突する面に緩衝用の微小渦を提供するための渦発生部とを備えている。渦発生部は羽根車本体に形成されている。
【０００８】
この羽根車では、渦発生部によって発生した微小渦がブレードの流体が衝突する面に提供され、これによって流体がブレードに直接ではなく微小渦を介して衝突する。したがって流体の衝突が緩和され、衝突に起因する各種渦が生じにくい。
【０００９】
請求項２に記載の羽根車では、請求項１において、渦発生部は流路の入り口付近に設けられている。
【００１０】
請求項３に記載の羽根車では、請求項１又は２において、渦発生部はブレードの流体が衝突する面の羽根車本体付近に微小渦を提供するようになっている。
【００１１】
各種渦はブレードの羽根車本体付近に発生しやすいため、これらを発生させない点で効果が高い。
【００１２】
請求項４に記載の羽根車では、請求項１〜３のいずれかにおいて、渦発生部は羽根車本体に形成された突起または凹部である。
【００１３】
請求項５流体式トルク伝達装置では、請求項１〜４のいずれかに記載の羽根車が少なくとも１つ用いられている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
構成
図１は本発明の１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２からトランスミッションの入力シャフト（図示せず）にトルクの伝達を行うための装置である。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。図１に示すＯ−Ｏ線がトルクコンバータ１の回転軸である。
【００１５】
トルクコンバータ１は、主に、フレキシブルプレート４とトルクコンバータ本体５とから構成されている。フレキシブルプレート４は、円板状の薄い板材からなり、トルクを伝達するとともにクランクシャフト２側からトルクコンバータ１に入力される曲げ振動を吸収するための部材である。
【００１６】
トルクコンバータ本体５は、３種の羽根車（インペラー１８、タービン１９，ステータ２０）からなるトーラス６と、ロックアップ装置７とから構成されている。
【００１７】
フロントカバー１４は、円板状の部材であり、フレキシブルプレート４に近接して配置されている。フロントカバー１４の内周部にはセンターボス１５が溶接により固定されている。センターボス１５は、軸方向に延びる円柱形状の部材であり、クランクシャフト２の中心孔内に挿入されている。
【００１８】
フレキシブルプレート４の内周部は複数のボルト１０によりクランクシャフト２に固定されている。フロントカバー１４の外周側かつエンジン側には、円周方向に等間隔で複数のナット１１が固定されている。このナット１１内に螺合するボルト１２がフレキシブルプレート４の外周部をフロントカバー１４に固定している。フレキシブルプレート４の外周部には環状のリングギヤ部材１３が固定されている。
【００１９】
フロントカバー１４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１６が形成されている。この外周筒状部１６の先端にインペラー１８のインペラーシェル２２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１４とインペラー１８が、内部に作動油（流体）が充填された流体室を形成している。インペラー１８は、主に、インペラーシェル２２と、インペラーシェル２２の内側に固定された複数のインペラーブレード２３と、ブレード２３の内側に固定されたインペラーコア１７と、インペラーシェル２２の内周部に固定されたインペラーハブ２４とから構成されている。
【００２０】
タービン１９は流体室内でインペラー１８に軸方向に対向して配置されている。タービン１９は、主に、タービンシェル２５と、タービンシェル２５のインペラー側の面に固定された複数のタービンブレード２６と、ブレード２６の内側に固定された環状のタービンコア３７とから構成されている。タービンシェル２５の内周部はタービンハブ２７のフランジに複数のリベット２８により固定されている。タービンハブ２７は図示しない入力シャフトに相対回転不能に連結されている。
【００２１】
ステータ２０は、タービン１９からインペラー１８に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２０は、樹脂やアルミ合金等で鋳造により製作された一体の部材である。ステータ２０はインペラー１８の内周部とタービン１９の内周部間に配置されている。ステータ２０は、主に、環状のステータシェル２９と、シェル２９の外周面に設けられた複数のステータブレード３０と、複数のステータブレード３０の先端に固定された環状のステータコア３１とから構成されている。コア３１はコア１７及びコア３７とともに環状の空間を確保している。シェル２９はワンウェイクラッチ３２を介して図示しない固定シャフトに支持されている。
【００２２】
ワンウェイクラッチ３２は、シェル２９に固定されたアウターレース３３と、固定シャフトに固定されたインナーレース３４とに支持されている。シェル２９とインペラーハブ２４との間にはスラストベアリング３９が配置されている。ワンウェイクラッチ３２のアウターレース３３の軸方向エンジン側には、環状の係止部材３６が配置されている。係止部材３６はワンウェイクラッチ３２の部材が軸方向に脱落するのを防止している。係止部材３６とタービンハブ２７との間にはスラストベアリング４０が配置されている。
【００２３】
次に、ステータ２０におけるブレード３０等の構造について説明する。シェル２９は軸方向に一定の長さを有する外周面２９ａを有している。外周面２９ａは断面において軸方向にストレートに形成されている。ブレード３０は外周面２９ａのインペラー１８側より固定され半径方向外方に延びている。ブレード３０は、図３に示すように各々が翼形状の断面を有している。なお、図３は各ブレード３０の根元付近（シェル付近）の断面形状を表している。ブレード３０のタービン１９側端は丸みを帯びた頭部となっており、インペラー１８側端は細長い尾部となっている。さらに、ブレード３０のプレッシャー面３０ａは湾曲凹形状であり、サクション面３０ｂは湾曲凸形状である。
【００２４】
シェル２９の外周面２９ａにおいてブレード３０より軸方向エンジン側の部分に複数の突起２９ｂが形成されている。突起２９ｂは外周面２９ａから半径方向外方にわずかに突出した微小突起形状であり、円周方向に複数形成されている。図３に示すように、各突起２９ｂはブレード３０の間に対応して配置されている。
【００２５】
次、ロックアップ装置７について説明する。ロックアップ装置７は、主に、ピストン部材４４とダンパー機構４５とから構成されている。ピストン部材４４はフロントカバー１４の軸方向エンジン側に近接して配置された円板状の部材である。ピストン部材４４は半径方向中間部が軸方向トランスミッション側に突出するように絞られた凹部となっている。なお、フロントカバー１４にはピストン部材４４の凹部に対応する環状の凹部が形成されている。ピストン部材４４の内周部には軸方向トランスミッション側に延びる内周筒状部４８が形成されている。内周筒状部４８はタービンハブ２７の外周面に相対回転及び軸方向に移動可能に支持されている。なお、内周筒状部４８の軸方向トランスミッション側端部はタービンハブ２７のフランジ部分に当接することで軸方向トランスミッション側への移動は所定位置までに制限されている。タービンハブ２７の外周面にはシールリング４９が配置され、シールリング４９はピストン部材４４の内周部において軸方向の空間を互いにシールしている。
【００２６】
ピストン部材４４の外周部はクラッチ連結部として機能している。ピストン部材４４の外周部のエンジン側には、環状の摩擦フェーシング４６が固定されている。摩擦フェーシング４６は、フロントカバー１４の外周部内側面に形成された環状でかつ平坦な摩擦面に対向している。ピストン部材４４の外周部には、軸方向トランスミッション側に延びる複数の突起４７が形成されている。
【００２７】
ダンパー機構４５は、ドライブ部材５２と、ドリブン部材５３と、複数のトーションスプリング５４（弾性連結部）とから構成されている。ドライブ部材５２は軸方向に並んで配置された一対のプレート部材５６，５７からなる。一対のプレート部材５６，５７の外周部は互いに当接しており、複数のリベット５５により互いに固定されている。一対のプレート部材５６，５７の外周縁には、突起４７に係合するように半径方向に延びる複数の突起が形成されている。この係合により、ピストン部材４４とドライブ部材５２は軸方向には相対移動可能であるが回転方向には一体に回転するようになっている。一対のプレート部材５６，５７は、内周部分が軸方向に互いに間隔をあけて配置されている。各プレート部材５６，５７内周部には、円周方向に並んだ複数の第１及び第２支持部５６ａ、５７ａが形成されている。第１及び第２支持部５６ａ、５７ａは後述するトーションスプリング５４を収納及び支持するための構造であり、具体的には軸方向に切り起こされた半径方向両側の切り起こし部となっている。ドリブン部材５３は円板状の部材である。ドリブン部材５３は第１及び第２プレート部材５６，５７の軸方向間に配置され、内周部は複数のリベット２８によりタービンハブ２７のフランジに固定されている。ドリブン部材５３には、第１及び第２支持部５６ａ，５７ａに対応して窓孔５８が形成されている。窓孔５８は円周方向に長く延びる孔である。複数のトーションスプリング５４は各窓孔５８、第１及び第２支持部５６ａ，５７ａ内に収納されている。トーションスプリング５４は円周方向に延びるコイルスプリングであり、円周方向両端が各窓孔５８及び第１及び第２支持部５６ａ，５７ａの円周方向端に支持されている。さらに、トーションスプリング５４は、第１及び第２支持部５６ａ，５７ａの切り起こし部によって軸方向の移動を制限されている。
【００２８】
動作
図示しないエンジンからクランクシャフト２にトルクが伝達されるとフレキシブルプレート４を介してフロントカバー１４及びインペラー１８にトルクが伝達される。インペラー１８のインペラーブレード２３により駆動された作動油は、タービン１９を回転させる。このタービン１９のトルクはタービンハブ２７を介して図示しない入力シャフトに出力される。タービン１９からインペラー１８へと流れる作動油は、ステータ２０のシェル２９とコア３１により決められた通路を通ってインペラー１８側へと流れる。
【００２９】
ここでは、ステータ２０のシェル２９の外周面２９ａ付近を流れる作動油は突起２９ｂに衝突し、微小渦６０を発生する。微小渦６０は図３に示すようにブレード３０のプレッシャー面３０ａまで流れさらにプレッシャー面３０ａに沿って流れる。このため、作動油６１は直接プレッシャー面３０ａに衝突するのではなく、微小渦６０を介してプレッシャー面３０ａに衝突する。このように作動油６１の衝突の流速が抑えられているため、従来技術とは異なり、流れの乱れや逆流が生じにくい。言い換えると、作動油６１はスムーズにステータ２０内を流れていく。この結果、トルクコンバータ１において効率や容量の低下が生じにくい。
【００３０】
フロントカバー１４とピストン部材４４の間の空間の作動油が内周側からドレンされると、油圧差によってピストン部材４４がフロントカバー１４側に移動し、摩擦フェーシング４６がフロントカバー１４の摩擦面に押しつけられる。この結果、フロントカバー１４からロックアップ装置７を介してタービンハブ２７にトルクが伝達される。
【００３１】
なお、前記実施形態では突起２９ｂはシェル２９に形成され、ブレード３０のキャリア側（根元側）付近に主に微小渦を供給している。これにより、最も効率よく作動油の流れをスムーズにしている。なぜなら、本発明者が各種渦の問題に着目し実験等を通じて考察した結果、各種渦は特にステータのシェル側付近に多く発生しやすいことが判明しているからである。
第２実施形態
微小渦を発生するための渦発生部は突起に限定されず、スリット、溝、切り欠きなどの凹部であってもよい。図４に示すトルクコンバータでは、シェル２９の外周面には複数の溝２９ｃが形成されている。溝２９ｃは外周面２９ａの軸方向エンジン側縁から軸方向に延びて形成されている。溝２９ｃはブレード３０間に対応して円周方向に並んでいる。この溝２９ｃによっても前記実施形態と同様に微小渦が発生する。この結果前記実施形態と同様の効果が得られる。
【００３２】
なお、上記２つの実施形態では、ステータでの各種渦発生を抑えるためにステータ内に（特にシェル２９付近に）微小渦を発生させていたが、同様の機能を実現するために、タービンの出口付近（特にタービンシェル側）に突起や凹部からなる渦発生部を設けてもよい。
第３実施形態
本実施形態では、図５に示すように、ステータ２０のコア３１に複数の突起３１ａが形成されている。突起３１ａはコア３１の軸方向エンジン側端に設けられている。これにより得られる効果は前記実施形態と同様である。なお、突起の代わりに凹部をコア３１に形成してもよい。
第４実施形態
本実施形態では、図６に示すように、タービン１９の入り口付近においてタービンシェル２５の内側に複数の突起２５ａが形成されている。突起２５ａは各プレート２６の間に対応して円周方向に並んでいる。これにより得られる効果は前記実施形態と同様である。なお、突起の代わりに凹部をシェル２５に形成してもよい。
【００３３】
また、タービンコア３７の入り口側端には複数の突起３７ａが形成されている。各突起３７ａは各プレート２６の間に対応して円周方向に並んでいる。これにより得られる効果は前記実施形態と同様である。なお、突起の代わりに凹部をコア３７に形成してもよい。
【００３４】
本実施形態ではシェル２５とコア３７の両方に渦発生部が形成されているが、いずれか一方でも優れた効果が得られる。
第５実施形態
本実施形態では、図７に示すように、インペラー１８の入り口付近においてインペラーシェル２２の内側に複数の突起２２ａが形成されている。突起２２ａは各プレート２３の間に対応して円周方向に並んでいる。これにより得られる効果は前記実施形態と同様である。なお、突起の代わりに凹部をシェル２２に形成してもよい。
【００３５】
また、インペラーコア１７の入り口側端には複数の突起１７ａが形成されている。突起１７ａは各プレート２３の間に対応して円周方向に並んでいる。これにより得られる効果は前記実施形態と同様である。なお、突起の代わりに凹部をコア１７に形成してもよい。
【００３６】
本実施形態ではシェル２５とコア１７の両方に渦発生部が形成されているが、いずれか一方でも優れた効果が得られる。
他の実施形態
前記実施形態は全てを組みあわせてもよいし、各々を必要に応じて組みあわせて１つのトルクコンバータを実現してもよい。
【００３７】
渦発生部は単独の突起や凹部に限定されず、突起及び凹部の組合せからなる凹凸部や表面が細かな凹凸からなる粗面によって微小渦を発生する構造を含む。
【００３８】
本発明はトルクコンバータに限定されず、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態としてのトルクコンバータの縦断面概略図。
【図２】 図１の部分拡大図。
【図３】 ステータのブレードと渦発生部の位置関係及び作動油の流れを説明するための図。
【図４】 本発明の第２実施形態としてのトルクコンバータの縦断面概略図。
【図５】 本発明の第３実施形態としてのトルクコンバータの縦断面概略図。
【図６】 本発明の第４実施形態としてのトルクコンバータの縦断面概略図。
【図７】 本発明の第５実施形態としてのトルクコンバータの縦断面概略図。
【図８】 ステータのブレードと渦発生部の位置関係及び作動油の流れを説明するための図。
【符号の説明】
１ トルクコンバータ
２ クランクシャフト
２０ ステータ（羽根車）
２９ シェル（羽根車本体）
２９ａ 外周面
２９ｂ 突起（渦発生部）
３０ ステータブレード
３１ コア

Claims (5)

1. 複数の羽根車間で流体を循環させることでトルクを伝達するための流体式トルク伝達装置に用いられる羽根車であって、
   羽根車本体と、
   前記羽根車本体上に設けられ流路を形成する複数のブレードと、
   前記流路に設けられ、前記ブレードの流体が衝突する面に緩衝用の微小渦を提供するための渦発生部と、を備え、
   前記渦発生部は、前記羽根車本体に形成されている、羽根車。
2. 前記渦発生部は前記流路の入り口付近に設けられている、請求項１に記載の羽根車。
3. 前記渦発生部は前記ブレードの流体が衝突する面の前記羽根車本体付近に前記微小渦を提供するようになっている、請求項１又は２に記載の羽根車。
4. 前記渦発生部は、前記羽根車本体に形成された突起または凹部である、請求項１〜３のいずれかに記載の羽根車。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の前記羽根車が少なくとも１つを備えた流体式トルク伝達装置。

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