JP2008069881A - トルクコンバータとその接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦攪拌接合の接合領域の品質低下を防止する。
【解決手段】本発明は、インペラシェル１とコンバータカバー２に形成された環状の第１接合面Ｔを摩擦撹拌接合により接合するトルクコンバータにおいて、前記第１接合面と直交する方向から押し込まれる前記摩擦撹拌接合用の工具７が前記第１接合面Ｔより深く挿入されて前記トルクコンバータの周方向に移動することにより前記第１接合面Ｔよりも深く浸透した摩擦撹拌接合で形成される接合部８を備えることを特徴とするトルクコンバータである。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルクコンバータとその接合方法の改良に関する。

従来のトルクコンバータは、そのインペラシェルとコンバータカバーとをアーク溶接で接合することにより組み立てるようにしたものが一般的である。

しかしながら、アーク溶接による組立では、溶接時に生じるスパッタが接合部の隙間を抜けてコンバータ内に侵入し、金属粒状の夾雑物となってＡＴＦに混入するのが避けられないので、これをろ過するためにメッシュの細かい高性能なフィルタを設ける必要がある。

この課題を解決する技術として、摩擦撹拌接合を用いたトルクコンバータの組み立て方法がある（特許文献１参照）。この技術は、インペラシェルとコンバータカバーとの接合部をスパッタが発生しない摩擦撹拌接合により接合するために、インペラシェルとコンバータカバーとの接合部を形成する内外側接合面を、軸方向から寄り付く摩擦撹拌接合用のスターロッドに対向する端面上に露出させた構造とすることを特徴とする。

この技術では、内外側接合面の途中で接合を中止した場合、内外側接合面の下側が切り欠きとなり、応力集中が起こる（図７（ａ）参照）ことを防止するため、内外接合部の上下面は、平面状に形成され、突き合わせ接合としている。ここで、下面を平面とするために空間部が設けられている（特許文献１の図３の空洞部１３参照）。
特開２００４−２８６１０５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、図７（ｃ）に示すように、摩擦撹拌接合時の塑性流動により、空間部に塑性流動化した材料が落ち込み、上面側で接合部の陥没が生じ、接合部の接合強度が低下するという課題が生じる恐れがある。

したがって、本発明の目的は、摩擦攪拌接合を用いたトルクコンバータの接合時に接合部の接合強度が低下しない接合方法を提供することである。

本発明は、インペラシェルとコンバータカバーに形成された環状の第１接合面を摩擦撹拌接合により接合するトルクコンバータにおいて、前記第１接合面と直交する方向から押し込まれる前記摩擦撹拌接合用の工具が前記第１接合面より深く挿入されて前記トルクコンバータの周方向に移動することにより前記第１接合面よりも深く浸透した摩擦撹拌接合で形成される接合部を備えることを特徴とする。

本発明では、従来技術のような空間部を設ける必要がなく、したがって、摩擦攪拌接合時に塑性流動した材料がこの空間部に落ち込むことがなく、接合品質を低下させることがない。

図１は、実施形態に係るトルクコンバータの要部を概略的に示した部分断面図である。図１において、１はトルクコンバータのインペラシェル、２はコンバータカバー、３はステータ、４はタービンランナ、５はロックアップクラッチを示している。インペラシェル１は、図示したようにインペラ６と対向するタービンランナ４を収装するように端部が開放した湾曲形の断面形状をしており、その開放端部に略円盤状のコンバータカバー２を嵌合することでトルクコンバータの容器部分を構成する。

図２に示すように、インペラシェル１の外周部１ａの端部の内側部分１ｄは、トルクコンバータの回転軸と同軸上に形成された円筒状の面であり、同じく同軸に形成されたコンバータカバー２外周の外側接合面２ａと嵌合する内側接合面となっており、これら内外の内外側接合面（第２接合面）Ｓは、摩擦撹拌接合（以下、ＦＳＷと表す。）のためトルクコンバータの回転軸と同軸的に円筒状に設置され、軸方向から寄り付くスターロッド（回転工具）７に対向する端面上に露出する態様で接合部８を形成している。

図１によればインペラシェル１には、その外周部１ａを挟んで前記接合部８と軸方向の相対する位置に肩部１ｂを形成している。この肩部１ｂは、ＦＳＷによる接合を行う際に、図示したジグ１０に載置してスターロッド７からの荷重を支持させるためのものである。肩部１ｂと接合部８との間には必要に応じてリブ１ｃを形成して軸方向の強度および剛性を確保する。接合部８はインペラシェル１およびコンバータカバー２の全周にわたって設けるが、肩部１ｂおよびリブ１ｃは要所にのみ設けるようにしてもよい。

ＦＳＷによる接合は、コンバータカバー２を嵌合したインペラシェル１の肩部１ｂをジグ１０に載せ、接合部８の内外側接合面Ｓの上方からスターロッド７を寄り付かせて行う。回転するスターロッド７の先端部（プローブ）７ａを内外側接合面Ｓに当接することにより摩擦熱で加工物を軟化し、スターロッド７を所定深さまで押し込み、内外側接合面Ｓに沿って周方向に移動させるとその後方部分が塑性流動化し、接合する。ここで、ＦＳＷにより塑性流動化した領域を接合領域Ｍという。接合部８の内外側接合面Ｓに沿ってスターロッド７をトルクコンバータの周方向に全周に渡り移動させることで接合は完了する。

図２に、インペラシェル１とコンバータカバー２との間の嵌合構造および組立方法の詳細を示す。インペラシェル１に下側接合面１ｅが、内外側接合面Ｓを形成する内側接合面１ｄの端部（図中下側の端部）から径方向（軸直方向）内側に形成される。一方、このインペラシェル１の下側接合面１ｅに面し、外側接合面２ａに続く上側接合面２ｂがコンバータカバー２に形成される。そして、インペラシェル１の下側接合面１ｅに軸方向に開口する環状溝１１を、コンバータカバー２の上側接合面２ｂにこの環状溝１１に嵌合する環状突起１２を形成する。これら環状溝１１と環状突起１２とは組立完了状態で締り嵌め状態となるようにその形状または寸法を設定してある。

より詳細には、図２の第１の実施形態では、環状溝１１と環状突起１２をそれぞれ相互に嵌合可能なように内外径が同一の直円筒状に形成してある。なお、環状溝１１をコンバータカバー２に、環状突起１２をインペラシェル１にそれぞれ設ける構成とすることもできる。このように、環状溝１１と環状突起１２を嵌合状態とすることで、トルクコンバータ内の内圧が上昇した場合に、接合部８に作用する圧力を低減することができる。

以下、図２を用いて、インペラシェル１とコンバータカバー２との間の嵌合構造および組立方法を説明する。

まず図２（ａ）において、ジグ１０に載置したインペラシェル１にトルクコンバータの回転軸方向からコンバータカバー２を嵌合する。このとき、前述の環状溝１１と環状突起１２とを嵌合させる。また、内側接合面１ｄと外側接合面２ａとが嵌合してスターロッド７の先端部７ａが当設する内外側接合面Ｓが形成される。

図２（ｂ）では、スターロッド７が所定回転速度で回転しつつ所定荷重で内外側接合面Ｓに沿って押し付けられて、内外側接合面Ｓを接合するＦＳＷが開始される。ＦＳＷを行う深さは、図２（ｃ）に示すように、スターロッド７の肩部７ｂの位置により設定され、先端部７ａから肩部７ｂまでの距離が接合深さとなる。この接合深さは、本実施形態では内外側接合面Ｓの下端部より深く設定され、インペラシェル１の下側接合面１ｅとコンバータカバー２の上側接合面２ｂとからなる上下接合面Ｔより深く接合がなされるように設定する。

このように接合深さを内外側接合面Ｓの端部や上下接合面Ｔより深く設定して、ＦＳＷによる接合領域Ｍを内外側接合面Ｓより深く、上下接合面Ｔを含むように形成したので、接合領域Ｍの材料が従来技術のような空間部に落ち込むことがなく、接合部８の接合領域Ｍの品質低下を防止することができる。

図３は、第２の実施形態としてのインペラシェル１とコンバータカバー２との間の嵌合構造および組立方法の詳細を示す。図２に示した構造では、内外側接合面Ｓを形成し、この内外側接合面Ｓに沿ってスターロッド７を押し込むことでＦＳＷを成し遂げたが、図３に示す第２の実施形態の構造では、接合部８の形状が相違し、インペラシェル１に形成される径方向に伸びる下側接合面１ｅと、コンバータカバー２に形成されてインペラシェル１の下側接合面１ｅに面する上側接合面２ｂとでのみ、ＦＳＷされる上下接合面（第１接合面）Ｔが形成され、接合部８においてインペラシェル１とコンバータカバー２とが軸方向に重ね合わされる構造となる。そして、スターロッド７を回転させつつ軸方向に移動させ、コンバータカバー２を貫通してインペラシェル１に達するまでスターロッド７を押し込み、インペラシェル１とコンバータカバー２との接合を行うものである。

まず図３（ａ）において、ジグ１０に載置したインペラシェル１にトルクコンバータの回転軸方向からコンバータカバー２を嵌合する。

図３（ｂ）では、スターロッド７が所定回転速度で回転しつつ所定荷重でコンバータカバー２の所定位置に押し付けられてＦＳＷが開始される。図３（ｃ）に示すように、スターロッド７は、コンバータカバー２を軸方向に貫通し、インペラシェル１とコンバータカバー２との接合が行われるようにインペラシェル１の下側接合面１ｅより深くスターロッド７が押し込まれる。ＦＳＷを行うインペラシェル１とコンバータカバー２の接合部８は環状であり、スターロッド７の移動軌跡は、接合部８に沿って円形軌跡でも良いが、例えば、接合部８内で、移動軌跡を屈曲させて花弁状の軌跡としても良い。

この実施形態では、ＦＳＷに要求されるスターロッド７の位置制御の精度を低下させることができる。また、第１の実施形態のように内外側接合面Ｓに沿ってスターロッド７を移動させる必要がないため、スターロッド７の移動軌跡の自由度を高めることができ、移動軌跡を屈曲させることで接合長さを長くすることができる。このため、接合部８の接合強度を高め、許容されるトルクコンバータの内圧を増大することができる。

図４は、第３の実施形態としてのインペラシェル１とコンバータカバー２との間の嵌合構造および組立方法の詳細を示す。図２に示した構造では、内外側接合面Ｓを形成し、この内外側接合面Ｓに沿ってスターロッド７を押し込むことでＦＳＷを成し遂げたが、上下接合面Ｔと接合領域Ｍとの境界で応力集中する恐れがあるため、この第３の実施形態では、図２に示す第１の実施形態の構成に接合部８の応力を緩和する環状溝Ｘを追加した構成である。

インペラシェル１の下側接合面１ｅとコンバータカバー２の上側接合面２ｂとに、内外側接合面Ｓに隣接してそれぞれ半円状断面の環状溝１ｆ、２ｃを、これらの組み立て時に円形断面の環状溝Ｘとなるように形成する。そしてこの形成された円形断面の環状溝ＸにＦＳＷの接合領域Ｍの一部が達するようにスターロッド７の位置を設定する。

まず図４（ａ）において、ジグ１０に載置したインペラシェル１にトルクコンバータの回転軸方向からコンバータカバー２を嵌合する。このとき、スターロッド７の先端部７ａが当設する内外側接合面Ｓが形成される。

図４（ｂ）では、内外側接合面Ｓに沿ってスターロッド７が所定回転速度で回転しつつ所定荷重で内外側接合面Ｓに沿って押し付けられて内外側接合面Ｓを接合するＦＳＷが開始される。ＦＳＷを行う深さは、図２（ｃ）に示すように、スターロッド７の肩部７ｂの位置により設定され、先端部７ａから肩部７ｂまでの距離が接合深さとなる。また、ＦＳＷにより形成された接合領域Ｍは、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、インペラシェル１とコンバータカバー２との間に形成された環状溝Ｘに達する。このように、接合領域Ｍが環状溝Ｘに達するようにスターロッド７の位置を設定することで、トルクコンバータの内圧が接合領域Ｍに作用する場合の応力集中を抑制して、強度を向上することができる。

図５は、インペラシェル１とコンバータカバー２との間の他の嵌合構造および組立方法の詳細を示す。この第４の実施形態は、第３の実施形態の上下接合面Ｔの形状を第２の実施形態の構成に適用した実施形態である。つまり、インペラシェル１とコンバータカバー２の接合部８を回転軸方向に重ね合わせた状態で、コンバータカバー２を貫通しつつインペラシェル１に達する接合領域Ｍが、さらに形成した環状溝Ｘ内に掛かるようにスターロッド７を設置し、接合するものである。

図６は、インペラシェル１とコンバータカバー２との間の嵌合構造および組立方法の第５の実施形態を示す。この第５の実施形態は、第４の実施形態に類似する実施形態であり、インペラシェル１の下側接合面１ｅとコンバータカバー２の上側接合面２ｂに対して、回転軸方向に段差を有しつつ平行な面１ｇ、２ｄをそれぞれ設け、下側接合面１ｅと面１ｇの段差部及び上側接合面２ｂと面２ｄの段差部に円弧を掛けて形成し、インペラシェル１とコンバータカバー２とが一体化した場合に、接合領域Ｍが円弧部に掛かるように形成した構成である。このように第４、第５の実施形態では、ＦＳＷの接合領域Ｍとインペラシェル１及びコンバータカバーとの接合箇所が切り欠き状となるのを防止し、この箇所に生じる応力集中を緩和することができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

本発明の第１の実施形態に係るトルクコンバータの要部概略を示す部分断面図。 第１の実施形態の接合部の嵌合構造および組立方法を示すための説明図。 第２の実施形態の接合部の嵌合構造および組立方法を示すための説明図。 第３の実施形態の接合部の嵌合構造および組立方法を示すための説明図。 第４の実施形態の接合部の嵌合構造および組立方法を示すための説明図。 第５の実施形態の接合部の嵌合構造および組立方法を示すための説明図。 従来技術の課題を説明する説明図。

符号の説明

１：インペラシェル
１ｂ：肩部
１ｄ：外側接合面
１ｅ：下側接合面
２：コンバータカバー
２ａ：内側接合面
２ｂ：上側接合面
７：ＦＳＷ（摩擦撹拌接合）用のスターロッド
７ａ：先端部
８：接合部
１１：環状溝
１２：環状突起
Ｍ：接合領域
Ｓ：内外側接合面
Ｔ：上下接合面

Claims (5)

1. インペラシェルとコンバータカバーに形成された環状の第１接合面を摩擦撹拌接合により接合するトルクコンバータにおいて、
   前記第１接合面と直交する方向から押し込まれる前記摩擦撹拌接合用の工具が前記第１接合面より深く挿入されて前記トルクコンバータの周方向に移動することにより前記第１接合面よりも深く浸透した摩擦撹拌接合で形成される接合部を備えることを特徴とするトルクコンバータ。
2. 前記インペラシェルと前記コンバータカバーに、前記第１接合面に直交する環状の第２接合面を設け、
   前記工具が、前記第２接合面を含むように挿入され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. 前記第１接合面を形成する一方の面に軸方向に開口する凹状の環状溝を設け、他方の面に前記環状溝に嵌合する凸状の環状突起を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のトルクコンバータ。
4. 前記第１接合面を形成する一方の面に軸方向に開口する半面状の環状溝を設けるとともに、組み立て時に前記環状溝と対向して円状の環状溝を形成するように、他方の面に半面状の環状溝を設け、
   前記摩擦撹拌接合の接合領域の一部が前記円状の環状溝内に達するように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のトルクコンバータ。
5. インペラシェルとコンバータカバーを摩擦撹拌接合により接合するトルクコンバータの接合方法において、
   前記インペラシェルと前記コンバータカバーとの接合部を形成する環状の接合面を設け、
   前記接合面と直交する方向から押し込まれる前記摩擦撹拌接合用の工具を前記接合面より深く挿入しつつ、前記トルクコンバータの周方向に移動させ、
   前記第１接合面よりも深く浸透する接合領域を摩擦撹拌接合で形成することを特徴とするトルクコンバータの接合方法。