JP5300072B2 - トルクコンバータ - Google Patents

Description

本発明はピストンが作動してフロントカバーに係合する際に発生する大小さまざまな振動を減衰・吸収することが出来るように構成したトルクコンバータに関するものである。

今日、トルクコンバータは色々な車両に装着されているが、該トルクコンバータは周知の通りエンジンの動力を、作動流体を媒体としてトランスミッションへ伝えることが出来る一種の継手であり、エンジンによって回されるポンプインペラ、そして該ポンプインペラの回転により送り出される作動流体の動きを受けて回るタービンランナ、さらにタービンランナから出た作動流体の向きを変えてポンプインペラへ導くステータから構成されている。

そこで、これらポンプインペラ、タービンランナ、及びステータには複数枚のブレードが所定の角度をもって一定間隔で配列されている。トルクコンバータ内に封入されている作動流体は、ポンプインペラからその各ブレードを介して外周方向へ送り出され、トルクコンバータのケース内壁を伝い、タービンランナのブレードに当って該タービンランナをポンプインペラと同方向に回す働きをする。又タービンランナに当たってから送り出される作動流体は、ステータのブレードに当たってポンプインペラの回転を助長するように流れ方向が変えられ、再び内周からポンプインペラに流入する。

図４は従来のトルクコンバータの断面を示している。同図の（イ）はポンプインペラ、（ロ）はタービンランナ、（ハ）はステータ、そして（チ）はピストンをそれぞれ示し、これらはトルクコンバータ外殻（ホ）内に収容されている。そこでエンジンからの動力を得てフロントカバー（ヘ）が回転し、該フロントカバー（ヘ）と一体となっているポンプインペラ（イ）が回転し、その結果、作動流体を媒介としてタービンランナ（ロ）が回る。

そしてタービンランナ（ロ）のタービンハブ（ト）には軸(図示なし)が嵌って、タービンランナ（ロ）の回転をトランスミッション（図示なし）へ伝達することが出来る。トルクコンバータは一種の流体クラッチである為、ポンプインペラ（イ）の回転速度が高くなるにしたがってタービンランナ（ロ）は回り始め、さらに高速になるにつれてタービンランナ（ロ）の速度はポンプインペラ（イ）の回転速度に近づく。しかし作動流体を媒介としているトルクコンバータでは、タービンランナ（ロ）の回転速度はポンプインペラ（イ）と同一速度にはなり得ない。

そこで、同図にも示しているようにトルクコンバータ外殻（ホ）内にはピストン（チ）が設けられていて、タービンランナ（ロ）の回転速度が所定の領域を越えた場合には、該ピストン（チ）が軸方向に移動してフロントカバー（ヘ）に係合するように作動することが出来る。ピストン外周には摩擦材（リ）が取り付けられている為に、該ピストン（チ）が係合すれば滑ることなくフロントカバー（ヘ）と同一速度で回転することが出来る。そしてこのピストン（チ）はタービンランナ（ロ）と連結していて、タービンランナ（ロ）はピストン（チ）によって回されることになり、エンジンからの動力をトランスミッションへ、作動流体を介することによるロスを伴うことなくほぼ１００％の高効率で伝達することが出来る。

このように、タービンランナ（ロ）の回転速度が高くなって、ある条件になった時に、ピストン（チ）はフロントカバー（ヘ）に係合して、作動流体を媒体としないでタービンランナ（ロ）を直接回転駆動させることが出来る。しかし係合前は、タービンランナ（ロ）とフロントカバー（ヘ）の回転速度は完全に同一ではなく、ピストン（チ）がフロントカバー（ヘ）に係合することで、速度差に基づく衝撃トルクが発生する。この係合時の衝撃を緩和し、一方では係合後（ロックアップ状態）にエンジンのトルク変動を和らげる為にピストン（チ）とタービンランナ（ロ）との間にはダンパスプリング（ヌ）、（ヌ）・・・を備えたダンパ装置（ニ）が取り付けられている。

従って、タービンランナ（ロ）と共に同一速度で回転しているピストン（チ）が僅かに速いフロントカバー（ヘ）に係合する際、ピストン（チ）の速度は瞬間的に高くなって該ピストン（チ）とダンパ装置（ニ）を介して連結しているタービンランナ（ロ）をより速く回そうとするトルクが作用する。この衝撃的トルクをダンパスプリング（ヌ）、（ヌ）・・・が圧縮変形して吸収するように構成されている。ピストン（チ）はタービンランナ（ロ）のタービンハブ（ト）に同軸を成して取り付けられているが、ダンパスプリング（ヌ）、（ヌ）・・・の圧縮変形によって上記タービンランナ（ロ）と位相角度差を生じることが出来る構造となっている。

ところで、従来ではピストン（チ）がフロントカバー（ヘ）に係合する際の衝撃トルク、及びピストン（チ）がフロントカバー（ヘ）に係合した状態でのエンジンのトルク振動を吸収する為に、ダンパ装置（ニ）と共に作動する色々な工夫がされている。上記ダンパスプリング（ヌ）。（ヌ）・・・を有すダンパ装置（ニ）を備えることは基本であるが、その他にもダンパスプリング（ヌ）、（ヌ）・・・が伸縮する際にバネ収容部と摩擦接触しない構造とすることで、安定走行中の車両振動を軽減すると共に燃費の向上を図ることが出来る。しかし、ダンパスプリング（ヌ）、（ヌ）・・・が収縮する際の摩擦接触が無いことで大きなエンジン振動を減衰する効果は低下する。

このように、従来のトルクコンバータはダンパ装置を備えているが、エンジンからの動力伝達系統において発生するあらゆるトルク振動を吸収・減衰するには問題がある。本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であって、小さなトルク振動を吸収することが出来ると共に、大きなトルク振動をも減衰することが出来るトルクコンバータを提供する。

本発明に係るトルクコンバータは、外殻内にポンプインペラ、タービンランナ、ステータ、ピストン、ダンパ装置を備え、ポンプインペラによって回転するタービンランナの回転速度が所定の領域に達したところでピストンが作動してフロントカバーに係合する。このような基本構造並びに基本動作は従来のトルクコンバータと共通している。

本発明のトルクコンバータは大きなトルク振動並びに小さなトルク振動を吸収することが出来るように、上記ダンパ装置の他にタービンダンパ機構、低ヒスロックアップダンパスプリング機構、及びヒステリシス機構を備えて構成している。
ただし、これら３つの機構を全て備える場合と、２つの機構を適当に組み合わせて構成する場合がある。そして、上記タービンランナはタービンハブに固定されずに軸支され、ヒステリシス機構を間に介在してトルクをタービンハブに伝達する構造としている。

そして、上記タービンダンパ機構とはタービンランナとダンパ装置を連結して構成され、タービンランナのタービンシェルに取着した連結部材のアームはダンパ装置の入力側部材（中央ディスク）と係合している。又、上記低ヒスロックアップダンパスプリング機構は、ダンパスプリングが伸縮動する際に両外プレートにて形成したバネ収容部に摩擦接触しないように収容して構成されている。

本発明のトルクコンバータでは、ダンパ装置の他にタービンダンパ機構、低ヒスダンパスプリング機構、及びヒステリシス機構を採用している。従って、小さなトルク振動並びに大きなトルク振動を吸収して車両の振動を抑制することが出来る。その為に、低速回転域からピストンを作動しても、大きなトルク振動を発生することなくロックアップ制御することが出来る。

すなわち、エンジントルク変動に伴う比較的小さいトルク振動はダンパスプリングがバネ収容部内面と摩擦接触しないことで吸収され、ピストンがフロントカバーに係合する際の比較的大きなトルク振動はダンパ装置並びにヒステリシス機構、及びタービンダンパ機構によって吸収することが出来る。さらに、エンジンブレーキを働かせて車輪側からの回転トルクが伝わり、ポンプインペラよりもタービンランナの回転速度が速くなった場合、タービンランナとピストンとの間の作動流体はトーラス内へ引き込まれる。しかし、タービンランナの外周部に取付けた連結部材によりこれを防止することが出来る。すなわち、ピストンがタービンランナ側へ引き寄せられないように機能することで逆駆動時におけるロックアップの応答性を向上させることが出来、結果的に、燃費の向上にも結び付く。

本発明に係るトルクコンバータ。 本発明のトルクコンバータを構成するダンパ装置。 タービンハブのツバ外周に取付けられるリングの具体例。 従来のトルクコンバータ。

図１は本発明に係るトルクコンバータを示す実施例であり、ここでポンプインペラ、タービンランナ、及びステータなどは省略している。基本的な構造は前記図４に示した従来のトルクコンバータと共通しており、ポンプインペラの回転によってタービンランナが回転し、このタービンランナの回転速度が所定の領域に達したところでピストン１が作動する。そして、ピストン１がフロントカバー２に係合する際の衝撃トルクを緩和すると共に係合状態でのエンジンのトルク変動を吸収する為にダンパ装置３がピストン１とタービンランナの間に設けられている。

ピストン１はタービンハブ４に軸支され、外周はダンパ装置３と連結し、表面には摩擦材が貼着されている。ダンパ装置３は入力側部材と成る中央ディスク５と両外プレート６ａ，６ｂ、及び外プレート６ａ，６ｂに形成したバネ収容部に収容した複数本のダンパスプリング７，７・・・、それに複数本の補助ダンパスプリング８，８・・・で構成している。

ピストン１は上記中央ディスク５の外周に形成した凹溝２１，２１・・・と係合して連結している。そして、片側の外プレート６ｂはタービンハブ４にリベット止めされている。又、タービンランナのタービンシェル９の外周部にはリング状の連結部材１０が固定され、この連結部材１０に形成されてダンパ装置側へ延びるアーム１１は中央ディスク５の外周に設けた長穴２２．２２・・・に嵌って係合している。さらに、タービンシェル９はタービンハブ４に固定されず軸支され、ヒステリシス機構１２を間にしてタービンハブ４と係合している。そして、該タービンシェル９にはレース２３が取着され、スラストベアリングによって支持されている。

ところで、エンジンからの動力を得てフロントカバー２が回転するならば、ポンプインペラが（図示なし）が回転し、該ポンプインペラの回転と共に作動流体を媒介としてタービンランナが回る。タービンランナが回転するならば、タービンシェル９に取着された連結部材１０のアーム１１を介して連結しているダンパ装置３が回り、同時にピストン１が回転する。

ピストン１の回転速度はタービンランナと同じであるが、ポンプインペラ及びフロントカバー２より遅いが、ピストン１が作動してフロントカバー２に係合することで同一速度で回転することが出来る。このピストン１がフロントカバー２に係合する際の速度差に基づく衝撃的な大きいトルク振動並びに係合状態でのエンジントルク変動に基づく比較的小さいトルク振動は主としてダンパ装置にて緩和・吸収される。しかし、本発明ではダンパ装置３の他にタービンダンパ機構、低ヒスダンパスプリング機構、ヒステリシス機構を備えている。

タービンシェル９に連結部材１０を取着し、アーム１１が中央ディスク５の外周に形成した長穴２２，２２・・・に係合しているために、ピストン１がより高速で回転しているフロントカバー２に係合するならば、連結部材１０を介してタービンの回転速度が上昇する。しかし、作動流体が抵抗して該タービンランナの回転速度の急激な上昇は阻止され、その為に大きな衝撃的トルク振動は抑制される。

従って、タービンランナと連結している中央ディスク５の回転速度の急激な上昇はなく、しかも複数本のダンパスプリング７，７・・・を介して伝達される外プレート６ｂの回転速度が急激に上昇することはない。そこで、外プレート６ｂが取付けられているタービンハブ４に嵌っている出力軸から出力されるトルク振動は抑えられる。

一方、本発明ではヒステリシス機構１２を採用することで、タービンハブ４とタービンシェル９との間に発生する急激なトルク変動を緩和することが出来る。図２はタービンハブ４に取着しているダンパ装置３であり、該ダンパ装置３はヒステリシス機構１２を備えている。外プレート６ｂの内周部である取付け部１３はタービンハブ４のツバ１４にリベット止めされ、そして該ツバ１４の外周にはリング１５が嵌って取付けられている。

図３はリング１５を単独で示しているが、該リング１５には複数の凹溝１６，１６・・・が設けられ、該凹溝１６は外周とタービン側を開口しており、又リング１５の内周にはリブ１７を全周にわたって形成している。このリブ１７はタービンハブ４のツバ１４の外周と係合して取付けられ、そしてリブ１７の背面と外プレート６ｂの取付け部１３との間には皿バネ１８が介在している。従って、皿バネ１８のバネ力がリブ１７に作用してリング１５はツバ１４の外周に押圧されている。

一方、タービンシェル９の内周側には連結部材１９が溶接され、この連結部材１９に設けているアーム２０，２０・・・はリング１５に設けている凹溝１６，１６・・・に回転方向に一定の隙間を持って係合している。すなわち、アーム２０の幅寸法は凹溝１６の幅寸法より小さくしている。従って、タービンランナはリング１５と共に回転することが出来、しかし外プレート６ｂとの間で回転速度に差異が生じる時には上記リング１５はツバ１４との間でスリップする。

リング１５はスリップ回転しないように皿バネ１８によってバネ力が付勢されているが、大きな衝撃トルクが発生するならば、ダンパスプリング７，７・・・は圧縮変形して外プレート６ａ，６ｂの回転速度は上がるが、タービンランナとの間の速度差によって外プレート６ｂが取付けられているタービンハブ４のツバ外周とリング１５のリブ１７との間に滑りを生じる。ここで、アーム２０と凹溝１６との間には回転方向に一定の隙間を設けている為に、ダンパスプリング７，７・・の圧縮変形量が少ない時の僅かな速度差の場合（上記隙間が埋まらない程度の僅かな角度変動の場合）にはリング１５のスリップはない。しかし、該隙間が埋まる程の大きな角度変動の場合には、リング１５の摩擦スリップによってダンパスプリング７，７・・の変形と共にエンジンのトルク振動を吸収することが出来る。

そこで、ピストン１がフロントカバー２に係合する際に大きな衝撃トルクが発生する場合、この衝撃トルクはダンパ装置３へ伝わってダンパスプリング７，７・・・は圧縮変形し、そして外プレート６ａ，６ｂからタービンハブへ伝達される。この場合、上記ヒステリシス機構１２によってタービンハブ４への衝撃トルクの伝達を抑制することが出来る。

すなわち、ヒステリシス機構１２を介してタービンランナと連結していることで、タービンランナとの間の速度差に基づくスリップによって衝撃トルクが緩和される。特に入力側部材である中央ディスク５と連結部材１０を介してタービンランナと連結している為に、ダンパスプリング７，７・・・を間にして入力側の衝撃トルク振動と出力側の衝撃トルク振動が共にタービンランナによって吸収される。

ところで、図１に示すトルクコンバータでは、タービンシェル９の外周に取付けている連結部材１０のアーム１１は入力側部材となる中央ディスク５と係合しているが、外プレート６ａを外周側へ延ばして係合することも可能である。すなわち、ストール時に大きなトルクがタービンランナに入ってダンパスプリング７，７・・・が大きく圧縮変形することで外プレート６ａ，６ｂが回転してアーム１１に当るように成っている。従って、ダンパ装置３に設けているストッパー強度を上げなくてもよくなる。その為に、外プレート６ａの外周には長く切欠いた凹溝が形成されている。

１ ピストン
２ フロントカバー
３ ダンパ装置
４ タービンハブ
５ 中央ディスク
６ 外プレート
７ ダンパスプリング
８ 補助ダンパスプリング
９ タービンシェル
10 連結部材
11 アーム
12 ヒステリシス機構
13 取付け部
14 ツバ
15 リング
16 凹溝
17 リブ
18 皿バネ
19 連結部材
20 アーム
21 凹溝
22 長穴
23 レース

Claims (5)

1. 外殻内に収容されてピストンがフロントカバーに係合する際の衝撃トルクを緩和することが出来、又ピストンがフロントカバーに係合したロックアップ状態においてはエンジンのトルク振動を吸収するダンパ装置を備えたトルクコンバータにおいて、タービンシェルの外周部に連結部材を取付けると共に該連結部材のアームをダンパ装置の入力側部材と係合し、そしてタービンランナはタービンハブに軸支され、タービンハブのツバ外周には板バネなどにてバネ力が付勢されたリングを所定の大きさのエンジンのトルク振動が作用した場合には回転出来るように取付け、上記タービンシェルの内周側に取付けた連結部材と上記リングとを連結したことを特徴とするトルクコンバータ。
2. 外殻内に収容されてピストンがフロントカバーに係合する際の衝撃トルクを緩和することが出来、又ピストンがフロントカバーに係合したロックアップ状態においてはエンジンのトルク振動を吸収するダンパ装置を備えたトルクコンバータにおいて、上記ダンパ装置のダンパスプリングは、伸縮する際にバネ収容部の内面と摩擦接触しないように配置され、そしてタービンランナはタービンハブに軸支され、タービンハブのツバ外周には板バネなどにてバネ力が付勢されたリングを所定の大きさのエンジンのトルク振動が作用した場合には回転出来るように取付け、上記タービンシェルの内周側に取付けた連結部材と上記リングとを連結し、上記タービンハブのツバ外周に取付けたリングには円周方向に複数の凹溝を形成し、この凹溝にタービンシェルの内周側に取付けた連結部材のアームを係合し、そして凹溝の幅寸法よりアームの幅寸法を小さくして回転方向に隙間を形成したことを特徴とするトルクコンバータ。
3. 外殻内に収容されてピストンがフロントカバーに係合する際の衝撃トルクを緩和することが出来、又ピストンがフロントカバーに係合したロックアップ状態においてはエンジンのトルク振動を吸収するダンパ装置を備えたトルクコンバータにおいて、上記ダンパ装置のダンパスプリングは、伸縮する際にバネ収容部の内面と摩擦接触しないように配置され、又、タービンシェルの外周部に連結部材を取付けると共に該連結部材のアームをダンパ装置の入力側部材と係合し、そしてタービンランナはタービンハブに軸支され、タービンハブのツバ外周には板バネなどにてバネ力が付勢されたリングを所定の大きさのエンジンのトルク振動が作用した場合には回転出来るように取付け、上記タービンシェルの内周側に取付けた連結部材と上記リングとを連結したことを特徴とするトルクコンバータ。
4. タービンシェルの外周部に取付けてダンパ装置の入力側部材を係合する連結部材のアームに、ダンパスプリングが大きく圧縮変形して出力側部材の相対回転角度が所定の大きさを超えたところで、上記アームに当接するようにした請求項１、又は請求項３記載のトルクコンバータ。
5. 上記タービンハブのツバ外周に取付けたリングには円周方向に複数の凹溝を形成し、この凹溝にタービンシェルの内周側に取付けた連結部材のアームを係合し、そして凹溝の幅寸法よりアームの幅寸法を小さくして回転方向に隙間を形成した請求項１、請求項３、又は請求項４記載のトルクコンバータ。

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