JP2000249168A - 流体継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝達トルクが大きく、直結力の高い流体継手
を提供する。 【解決手段】 入力軸に取り付けられたポンプ（４１）
と、該ポンプ（４１）と対向して配設されたタービン
（４２）とを具備する流体継手であって、タービン（４
２）のランナ（４２２）は径方向外端から回転方向下流
側に傾斜して形成された第１の部分（４２２ａ）と、該
第１の部分（４２２ａ）と連続して形成され径方向内端
に向けて回転方向上流側に傾斜する第２の部分（４２２
ｂ）から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原動機の回転トル
クを伝達するための流体継手（フルードカップリング）
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体継手（フルードカップリング）は船
舶用、産業機械用の動力伝達継手として従来から用いら
れている。流体継手は、原動機である例えばディーゼル
エンジンのクランクシャフト（流体継手としての入力
軸）に連結されたポンプと、該ポンプと対向して配設さ
れ入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けら
れたタービンとを具備し、上記ポンプおよびタービン内
に作動流体が充填されている。このような流体継手にお
いて、ポンプは入力軸に連結された椀状のポンプシェル
と、該ポンプシェル内に放射状に配設された複数個のイ
ンペラとからなり、タービンは出力軸に取り付けられた
タービンシェルと、該タービンシェル内に放射状に配設
された複数個のランナとからなっており、インペラおよ
びランナは直線放射状に形成されている。インペラおよ
びランナが直線状に形成されているのは、トルク増幅作
用が行われない流体継手においてはインペラおよびラン
ナが湾曲ないし屈曲していても直線状であっても入力ト
ルクと出力トルクは１対１であり、従って、インペラお
よびランナを湾曲ないし屈曲して形成することにより流
路抵抗が増大することを避けるためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図５は、流体継手にお
ける入出力軸の回転数差と出力トルク（伝達トルク）と
の関係を示すものである。図５において破線はポンプの
インペラおよびタービンのランナを直線放射状に形成し
た従来の流体継手のトルク伝達特性である。図５におい
て破線で示すように、入出力軸の回転数差が大きくなる
に従って伝達トルクが上昇するが、入出力軸の回転数差
が例えば５００ｒｐｍ以下の小さい範囲では伝達トルク
は極めて小さく、この特性はポンプのインペラおよびタ
ービンのランナのサイズが同一であれば固定される。従
って、特に小さい入出力軸の回転速度差でより大きな伝
達トルクを得たい場合には、ポンプのインペラおよびタ
ービンのランナのサイズを大きくする必要があり、この
ため、流体継手が大型化するとともに重量が増大すると
いう問題がある。

【０００４】本発明は上記事実に鑑みてなされたもの
で、その主たる技術的課題は、伝達トルクが大きく、直
結力の高い流体継手を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記主
たる技術的課題を解決するために、入力軸に取り付けら
れたポンプシェルと、該ポンプシェル内に放射状に配設
された複数個のインペラとを有するポンプと、該ポンプ
と対向して配設され該入力軸と同一軸線上に配置された
出力軸に取り付けられたタービンシェルと、該タービン
シェル内に配設された複数個のランナとを有するタービ
ンと、を具備する流体継手において、該タービンの該ラ
ンナは、径方向外端から回転方向下流側に傾斜して形成
された第１の部分と、該第１の部分と連続して形成され
径方向内端に向けて回転方向上流側に傾斜する第２の部
分から構成されている、ことを特徴とする流体継手が提
供される。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された
流体継手の好適実施形態を図示している添付図面を参照
して、更に詳細に説明する。

【０００７】図１には、本発明に従って構成された流体
継手を自動車用エンジンと摩擦クラッチとの間に配設し
た駆動装置の一実施形態が示されている。図示の実施形
態における駆動装置は、原動機としての内燃機関２と本
発明に従って構成された流体継手４および摩擦クラッチ
６とによって構成されている。内燃機関２は図示の実施
形態においてはディーゼルエンジンからなっており、ク
ランク軸２１の端部には流体継手４の後述するポンプ側
が取り付けられる。

【０００８】流体継手４は、ディーゼルエンジン２に装
着されたハウジング２２にボルト２３等の締結手段によ
って取り付けられた流体継手ハウジング４０内に配設さ
れている。図示の実施形態における流体継手４は、ポン
プ４１と該ポンプ４１と対向して配設されたタービン４
２および上記ポンプ４１と連結されたケーシング４３を
具備している。

【０００９】ポンプ４１は椀状のポンプシェル４１１
と、該ポンプシェル４１１内に放射状に配設された複数
個のインペラ４１２とを備えており、ポンプシェル４１
１が上記ケーシング４３に溶接等の固着手段によって取
り付けられている。なお、ケーシング４３は、上記クラ
ンク軸２１にボルト２４によって内周部が装着されたド
ライブプレート４４の外周部にボルト４４１、ナット４
４２等の締結手段によって装着されている。このように
して、ポンプ４１のポンプシェル４１１は、ケーシング
４３およびドライブプレート４４を介してクランク軸２
１に連結される。従って、クランク軸２１は流体継手４
の入力軸として機能する。ポンプ４１のインペラ４１２
は、図示の実施形態においては直線放射状に形成されて
おり、上記椀状のポンプシェル４１１の内面に設けられ
ている。なお、上記ドライブプレート４４の外周には、
図示しないスタータモータの駆動歯車と噛合する始動用
のリングギヤ４５が装着されている。

【００１０】上記タービン４２は、上記ポンプ４１のポ
ンプシェル４１１と対向して配設された椀状のタービン
シェル４２１と、該タービンシェル４２１内に配設され
た複数個のランナ４２２とを備えている。タービンシェ
ル４２１は、上記入力軸としての上記クランク軸２１と
同一軸線上に配設された出力軸４６にスプライン嵌合さ
れたタービンハブ４７に溶接等の固着手段によって取り
付けられている。タービン４２のランナ４２２は、図２
に示すように外端から矢印で示すタービン４２の回転方
向下流側に傾斜して形成された第１の部分４２２ａと、
該第１の部分４２２ａに連続して形成され内端に向けて
タービン４２の回転方向上流側に傾斜する第２の部分４
２２ｂとから構成されている。

【００１１】図示の実施形態における流体継手４は油圧
ポンプ５０を具備している。この油圧ポンプ５０は上記
流体継手ハウジング４０に装着された摩擦クラッチ６の
後述するクラッチハウジング６０にボルト５１等の固着
手段によって取り付けられポンプハウジング５２に配設
されている。この油圧ポンプ５０は、上記ポンプ４１の
ポンプシェル４１１に取り付けられたポンプハブ４８に
よって回転駆動されるように構成されており、図示しな
い油圧経路を介して作動油を上記ポンプ４１およびター
ビン４２内に供給する。なお、ポンプハブ４８は上記出
力軸４６の周囲に貫挿して配設された筒状軸４９に軸受
４９０をによって回転可能に支持されている。

【００１２】次に、上記摩擦クラッチ６について説明す
る。摩擦クラッチ６は、上記流体継手ハウジング４０に
ボルト６１によって装着されたクラッチハウジング６０
内に配設されている。図示の実施形態における摩擦クラ
ッチ６は、上記流体継手４の出力軸４６に装着されたフ
ライホイール６２と、出力軸４６と同一軸線上に配設さ
れた伝動軸６３（図示の実施形態においては、図示しな
い変速機の入力軸）と、該伝動軸６３にスプライン嵌合
されたクラッチハブ６４に取り付けられ外周部にクラッ
チフェーシング６５が装着されているドリブンプレート
６６と、該ドリブンプレート６６を第２のフライホイー
ル６２に押圧するプレッシャープレート６７と、該プレ
ッシャープレート６７をフライホイール６２に向けて付
勢するダイアフラムスプリング６８と、該ダイアフラム
スプリング６８の内端部に係合してダイアフラムスプリ
ング６８を中間部を支点６８１として作動するレリーズ
ベアリング６９と、該レリーズベアリング６９を軸方向
に作動せしめるクラッチレリーズフォーク７０とを具備
している。このように構成された摩擦クラッチ６は、図
示の状態においてはダイアフラムスプリング６９のばね
力によってプレッシャープレート６７がフライホイール
６２に向けて押圧されており、従って、ドリブンプレー
ト６６に装着されたクラッチフェーシング６５がフライ
ホイール６２に押圧されて流体継手４の出力軸４６に伝
達された動力がフライホイール６２およびドリブンプレ
ート６６を介して伝動軸６３に伝達される。この動力伝
達を遮断する場合は、図示しないスレーブシリンダに油
圧を供給してクラッチレリーズフォーク７０を作動し、
レリーズベアリング６９を図１において左方に移動する
と、ダイアフラムスプリング６８が図において２点鎖線
で示すように作動せしめられ、プレッシャープレート６
７への押圧力を解除することにより、フライホイール６
２からドリブンプレート６６への動力伝達が遮断され
る。

【００１３】本発明に従って構成された流体継手を装備
した駆動装置は以上のように構成されており、以下その
作動について説明する。ディーゼルエンジン２のクラン
ク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、ドライブプレ
ート４４を介して流体継手４のケーシング４３に伝達さ
れる。ケーシング４３とポンプ４１のポンプシェル４１
１は一体的に構成されているので、上記駆動力によって
ポンプ４１が回転せしめられる。ポンプ４１が回転する
とポンプ４１内の作動油は遠心力によりインペラ４１２
に沿って外周に向かって流れ、矢印で示すようにタービ
ン４２側に流入する。タービン４２側に流入した作動油
は、中心側に向かって流れ矢印で示すようにポンプ４１
に戻される。このように、ポンプ４１およびタービン４
２内の作動油がポンプ４１とタービン４２内を循環する
ことにより、ポンプ４１側の駆動トルクが作動油を介し
てタービン４２側に伝達される。タービン４２側に伝達
された駆動力は、タービンシェル４２１およびタービン
ハブ４７を介して出力軸４６に伝達され、更に上記摩擦
クラッチ６を介して図示しない変速機に伝達される。

【００１４】ここで、流体継手内部の作動油の流れとポ
ンプおよびタービンの駆動トルクとの関係について図３
および図４を参照して説明する。先ず、ポンプ１０のイ
ンペラ１０ａとタービン１１のランナ１１ａとが共に直
線放射状に形成された従来の流体継手について、図４を
参照して説明する。図４はポンプ１０とタービン１１を
展開して示したもので、簡略化のためポンプ１０のみが
周速度Ｖ２で矢印で示す方向に回転駆動され、タービン
１１を停止させている状態で説明する。ポンプ１０にＴ
１のトルクを与えると、ポンプ１０に流入速度Ｖ１で矢
印方向から流入した作動油は、周速度Ｖ２で矢印で示す
方向に回転駆動されているポンプ１０によって周方向速
度がＶ２まで加速される。このようにして周方向速度が
Ｖ２まで加速された作動油は、ポンプ１０の回転による
遠心油圧による回転周速度Ｖ４との合成された流出速度
Ｖ３で矢印で示す方向にポンプ１０から流出する。ポン
プ１０から流出速度Ｖ３で矢印で示す方向に流出しター
ビン１１に流入した作動油は、タービン１１のランナ１
１ａに当たり、周方向速度が零（０）になり、流出速度
Ｖ５で矢印で示す方向にタービン１１から流出し、ポン
プ１０に再び流入する。このとき、タービン１１のラン
ナ１１１は、作動油からトルクＴ１を受ける。このよう
に、ポンプ１０にＴ１のトルクが与えられると、タービ
ン１１にはトルクＴ１が伝達される。ポンプ１０にに戻
った作動油は、トルクＴ１で周速度Ｖ２まで加速され、
上記作動を繰り返す。なお、上述したタービン１１から
流出する作動油の流出速度Ｖ５と流入速度Ｖ１とは同一
である。

【００１５】次に、本発明に従って構成された流体継手
４について、図３を参照して説明する。図３はポンプ４
１とタービン４２を展開して示したもので、簡略化のた
め上記従来のものと同様にポンプ４１のみが周速度Ｖ２
で矢印で示す方向に回転駆動され、タービン４２を停止
させている状態で説明する。ポンプ４１にＴ１のトルク
を与えると、ポンプ４１に流入した作動油は、周速度Ｖ
２で矢印で示す方向に回転駆動されているポンプ４１に
よって周方向速度がＶ２まで加速される。このようにし
て周方向速度がＶ２まで加速された作動油は、ポンプ４
１の回転による遠心油圧による回転周速度Ｖ４との合成
された流出速度Ｖ３で矢印で示す方向にポンプ４１から
流出する。ポンプ４１から流出速度Ｖ３で矢印で示す方
向に流出しタービン４２に流入した作動油は、ランナ４
２２に当たり、タービン４２にトルクＴ１を伝達する。
また、ランナ４２２がタービン４２の回転方向下流側に
傾斜して形成された第１の部分４２２ａと、該第１の部
分４２２ａに連続して形成され内端に向けてタービン４
２の回転方向上流側に傾斜する第２の部分４２２ｂとか
ら構成されているので、タービン４２に流入した作動油
はランナ４２２の第１の部分４２２ａから第２の部分４
２２ｂに沿って流れることにより屈曲せしめられ、ター
ビン４２の回転方向上流側に向けて斜め方向に流出速度
Ｖ１で矢印で示す方向にタービン４２から流出する。こ
のとき、ランナ４２２が作動油を流入方向と逆方向に流
出速度Ｖ１で押し返すために必要なトルクをＴ２とする
と、ランナ４２２は反力Ｔ２を受ける。従って、タービ
ン４２は（Ｔ１＋Ｔ２）のトルクを受けることになる。
タービン４２から速度Ｖ１で矢印方向に流出した作動油
は、トルク（−Ｔ２）でポンプ４１に流入する。トルク
（−Ｔ２）でポンプ４１に流入した作動油を再び始めと
同様に周方向速度をＶ２まで加速するには、ポンプ４１
に（Ｔ１＋Ｔ２）のトルクを与える必要がある。そこで
ポンプ４１に（Ｔ１＋Ｔ２）のトルクを与えると、作動
流体はポンプ４１出口で周方向速度がＶ２まで加速さ
れ、上記作動を繰り返す。

【００１６】ポンプのインペラ形状が同一で、ポンプ出
口の周速度が同じポンプの場合、ポンプの回転速度は同
一と考えられる。また、タービンの回転は停止している
ので、ポンプとタービンとの回転速度差も同一である。
しかしながら、タービンの出力トルクは、タービン１１
のランナ１１１が直線放射状に形成された従来の流体継
手が上述したようにＴ１で、タービン４２のランナ４２
２が上記のように屈曲形成された本発明の流体継手４が
上述したように（Ｔ１＋Ｔ２）であるので、タービンの
ランナを上記のように屈曲形成することにより、ポンプ
とタービンとの回転速度差が同一でも出力トルクを変更
することができるといえる。但し、流体継手にはトルク
増幅機能は無いので、ポンプ側にかかる負荷も（Ｔ１＋
Ｔ２）に増加する。即ち、タービン４２のランナ４２２
が上記のように屈曲形成された本発明の流体継手４にお
いても、出力トルクが増加した分だけ入力トルクも増加
するため、入力トルクに対する出力トルクは１対１での
ままである。本発明の流体継手４における入出力軸の回
転速度差と出力トルク（伝達トルク）との関係を図５に
おいて実線で示す。図５から明らかなように本発明の流
体継手４は破線で示す従来の流体継手と比較して伝達ト
ルクが大きい。

【００１７】以上、本発明を図示の実施形態に基づいて
説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるもので
はない。例えば実施形態においては、ポンプ４１のイン
ペラ４１２は直線放射状に形成したものを示したが、回
転方向に傾斜して形成しても、また屈曲して形成しても
よい。

【００１８】

【発明の効果】本発明による流体継手は以上のように構
成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。

【００１９】即ち、流体継手を構成するタービンのラン
ナは、径方向外端から回転方向下流側に傾斜して形成さ
れた第１の部分と、該第１の部分と連続して形成され径
方向内端に向けて回転方向上流側に傾斜する第２の部分
から構成されているので、従来の流体継手と比較して伝
達トルクが大きく、直結力の高い流体継手を得ることが
できる。従って、同一伝達トルク特性の流体継手であれ
ば従来のものに比して慣性マスの小さい小型の流体継手
にすることができ、車両の駆動装置に適用した場合には
アクセル操作に対する追従性が向上するとともに、燃費
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された流体継手を装備した
駆動装置の一実施形態を示す断面図。

【図２】図１に示す流体継手を構成するタービンの側面
図。

【図３】図１に示す流体継手における作動油の流れとポ
ンプおよびタービンの駆動トルクとの関係を示す説明
図。

【図４】従来の流体継手における作動油の流れとポンプ
およびタービンの駆動トルクとの関係を示す説明図。

【図５】流体継手における入出力軸の回転数差と伝達ト
ルクとの関係を示す図。

【符号の説明】

２：内燃機関 ２１：クランク軸 ４：流体継手 ４０：流体継手ハウジング ４１：ポンプ ４１１：ポンプシェル ４１２：インペラ ４２：タービン ４２１：タービンシェル ４２２：ランナ ４３：ケーシング ４４：ドライブプレート ４５：リングギヤ ４６：出力軸 ４７：タービンハブ ４８：ポンプハブ ５０：油圧ポンプ ５２：ポンプハウジング ６：摩擦クラッチ ６０：クラッチハウジング ６２：フライホイール ６３：伝動軸 ６４：クラッチハブ ６５：クラッチフェーシング ６６：ドリブンプレート ６７：プレッシャープレート ６８：ダイアフラムスプリング ６９：レリーズベアリング ７０：クラッチレリーズフォーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力軸に取り付けられたポンプシェル
   と、該ポンプシェル内に放射状に配設された複数個のイ
   ンペラとを有するポンプと、 該ポンプと対向して配設され該入力軸と同一軸線状に配
   置された出力軸に取り付けられたタービンシェルと、該
   タービンシェル内に配設された複数個のランナとを有す
   るタービンと、を具備する流体継手において、 該タービンの該ランナは、径方向外端から回転方向下流
   側に傾斜して形成された第１の部分と、該第１の部分と
   連続して形成され径方向内端に向けて回転方向上流側に
   傾斜する第２の部分から構成されている、 ことを特徴とする流体継手。