JP2009085335A - ロックアップ装置およびそれを備えた流体式トルク伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】応答性を高めることができるロックアップ装置および流体式トルク伝達装置を提供する。
【解決手段】トルクコンバータ１のロックアップ装置５は、ピストン５３と、第１摩擦プレート５１と、第２摩擦プレート５２と、ダンパー機構６と、を備えている。ピストン５３はタービン４に対して回転可能かつ軸方向へ移動可能に設けられている。第１摩擦プレート５１は、フロントカバー２に対して一体回転可能かつ軸方向へ移動可能に設けられている。第２摩擦プレート５２は、ピストン５３に対して一体回転可能かつ軸方向へ相対移動可能に設けられている。ダンパー機構６は、第２摩擦プレート５２とタービン４とを回転方向に弾性的に連結する。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体式トルク伝達装置のロックアップ装置、特に、複数の摩擦面を有するロックアップ装置に関する。

流体式トルク伝達装置として、トルクコンバータが知られている。トルクコンバータは、３種の羽根車（インペラ、タービン、ステータ）を内部に有し、内部の作動油を介してトルクを伝達する。このようなトルクコンバータには、ロックアップ装置が設けられていることが多い。

ロックアップ装置は、タービンとフロントカバーとによって形成された流体室のうちタービンとフロントカバーとの間の空間に配置されており、フロントカバーとタービンとを機械的に連結することでフロントカバーからタービンにトルクを直接伝達するための機構である。

通常、このロックアップ装置は、円板状のピストンと、ピストンおよびフロントカバーに挟み込まれる摩擦プレートと、摩擦プレートを介してフロントカバーとタービンとを回転方向に弾性的に連結可能なダンパー機構と、から構成されている（例えば、特許文献１を参照）。

ロックアップ装置の連結時においては、油圧の変化によりピストンがフロントカバー側へ移動し、ピストンとフロントカバーとの間に摩擦プレートが挟み込まれる。この結果、トルクが、フロントカバーから摩擦プレートに伝達され、さらにダンパー機構を介してタービンに伝達される。

一方、ロックアップ装置の連結解除時おいては、油圧の変化によりピストンがタービン側へ移動し、摩擦プレートがフロントカバーおよびピストンに対して回転可能となる。この結果、ロックアップ装置を介さず、インペラからタービンへ流体を介してトルクは伝達される。
特開平１０−４７４５３号公報

例えば、トルクコンバータの逆駆動時においてタービンの回転速度がフロントカバーの回転速度よりも高くなる。このとき、フロントカバーに対して一体回転するようにピストンが設けられているため、タービンとピストンとの間の油圧が下がり、ピストンがタービン側へ吸い寄せられる。このため、トルクコンバータの逆駆動時においてはロックアップ装置の応答性が低下する。

本発明の課題は、応答性を高めることができるロックアップ装置および流体式トルク伝達装置を提供することにある。

第１の発明に係るロックアップ装置は、流体式トルク伝達装置に用いられ、フロントカバーとタービンとの軸方向間に配置されている。このロックアップ装置は、ピストンと、第１摩擦プレートと、第２摩擦プレートと、ダンパー機構と、を備えている。ピストンはタービンに対して回転可能かつ軸方向へ移動可能に設けられている。第１摩擦プレートは、ピストンと摺動可能であり、フロントカバーに対して一体回転可能かつ軸方向へ移動可能に設けられている。第２摩擦プレートは、フロントカバーおよび第１摩擦プレートと摺動可能であり、ピストンに対して一体回転可能かつ軸方向へ相対移動可能に設けられている。ダンパー機構は、第２摩擦プレートとタービンとを回転方向に弾性的に連結する。

このロックアップ装置では、第２摩擦プレート、ピストン、ダンパー機構およびタービンが一体回転するため、タービンとフロントカバーとの回転速度差が大きくても、タービンとピストンとの回転速度差は生じない。これにより、タービンとピストンとの間の油圧の変化を抑制でき、ロックアップ装置の応答性を高めることができる。

第２の発明に係るロックアップ装置は、第１の発明に係るロックアップ装置において、第２摩擦プレートが、ピストンにより一体回転可能かつ軸方向へ相対移動可能に支持されている。

第３の発明に係るロックアップ装置は、第１または第２の発明に係るロックアップ装置において、ダンパー機構が、タービンに固定された出力プレートと、第２摩擦プレートと出力プレートとの間で回転方向に圧縮可能なように出力プレートに保持された弾性部材と、を有している。ピストンは弾性部材の中心軸よりも半径方向内側に配置されている。

第４の発明に係るロックアップ装置は、第２または第３の発明に係るロックアップ装置において、ピストンが、第１摩擦プレートと摺動可能な部分を含む環状のピストン本体と、ピストン本体の外周部からフロントカバー側へ軸方向に延びる環状の補強部と、補強部からフロントカバー側へ軸方向に延びる複数の爪部と、を有している。第２摩擦プレートは、フロントカバーおよび第１摩擦プレートと摺動可能な部分を含み爪部が挿入される複数の孔が形成された第２摩擦プレート本体と、第２摩擦プレート本体の外周部からタービン側へ軸方向に延びダンパー機構にトルクを伝達する出力部と、を有している。

第５の発明に係るロックアップ装置は、第４の発明に係るロックアップ装置において、ダンパー機構が、タービンに固定された出力プレートと、第２摩擦プレートと出力プレートとの間で回転方向に圧縮可能なように出力プレートに保持された弾性部材と、を有している。ピストンの補強部は、弾性部材の中心軸よりも半径方向内側かつフロントカバー側に配置されており、ピストン本体の外周部から半径方向外側へテーパ状に広がっている。

第６の発明に係る流体式トルク伝達装置は、エンジンから出力されたトルクをトランスミッションへ伝達するための装置である。流体式トルク伝達装置は、トルクが入力されるフロントカバーと、インペラと、タービンと、第１から第７のいずれかの発明に係るロックアップ装置と、を備えている。インペラは、フロントカバーに固定されており、作動流体が充填された流体室をフロントカバーとともに形成している。タービンは流体室に配置されている。

この流体式トルク伝達装置では、第１から第７のいずれかの発明に係るロックアップ装置を有しているため、応答性を高めることができる。

ここで、「流体式トルク伝達装置」には、例えば、トルクコンバータやフルードカップリングなどの流体を介してトルクを伝達する装置が含まれる。

本発明に係るロックアップ装置および流体式トルク伝達装置では、上記の構成により、応答性を高めることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

＜トルクコンバータの全体構成＞
図１および図２を用いてトルクコンバータ１の全体構成について説明する。図１はトルクコンバータ１の縦断面概略図である。図２はトルクコンバータ１の部分断面図である。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に示す線Ｏ−Ｏは、トルクコンバータ１の回転軸である。

トルクコンバータ１は、エンジンから出力されるトルクを、トランスミッションの入力シャフト（図示せず）に伝達するための装置である。

具体的には図１に示すように、トルクコンバータ１は主に、入力側部材としてのフロントカバー２と、フロントカバー２に固定されたインペラ３と、出力側部材としてのタービン４と、ステータ（図示せず）と、フロントカバー２とタービン４とを機械的に連結可能なロックアップ装置５と、から構成されている。

フロントカバー２は、エンジンのクランクシャフト（図示せず）と連結されており、ロックアップ装置５側の部材と摺動する環状の摺動部２２と、摺動部２２の半径方向内側に設けられた環状の支持部材２３と、を有している。インペラ３はフロントカバー２とともに作動油が充填された流体室を形成している。

タービン４は、フロントカバー２に入力されたトルクが作動油を介して伝達される部材であり、トランスミッションの入力シャフト（図示せず）に連結されている。タービン４は、タービンシェル４１と、タービンシェル４１に固定された複数のタービンブレード４２と、タービンシェル４１が固定されたタービンハブ４３と、を有している。タービンハブ４３は、入力シャフトとスプライン係合する筒状部４３ａと、筒状部４３ａから半径方向外側へ延びる環状のフランジ部４３ｂと、を有している。フランジ部４３ｂにはタービンシェル４１の内周部４１ａが固定されている。

＜ロックアップ装置の構成＞
図１および図２に示すように、ロックアップ装置５は、フロントカバー２とタービン４との軸方向間に配置されており、ピストン５３と、第１摩擦プレート５１と、第２摩擦プレート５２と、ダンパー機構６と、を有している。

（１）ピストン
ピストン５３は、ロックアップ装置５のクラッチ機能を実現するための部材であり、タービン４に対して回転可能かつ軸方向へ移動可能に設けられている。具体的には、ピストン５３は、環状のピストン本体５３ａと、ピストン本体５３ａの内周部からトランスミッション側へ軸方向に延びる内周筒状部５３ｂと、ピストン本体５３ａの外周部からテーパ状に延びる補強部５３ｃと、補強部５３ｃからエンジン側（フロントカバー２側）へ軸方向に延びる複数の爪部５３ｄと、を有している。タービンハブ４３の筒状部４３ａが内周筒状部５３ｂに嵌め込まれているため、ピストン５３はタービンハブ４３により相対回転可能かつ軸方向へ移動可能に支持されている。

ピストン本体５３ａは、フロントカバー２に概ね沿った形状を有しており、フロントカバー２とタービン４との間の空間を軸方向に分けている。フロントカバー２とピストン５３との軸方向間には環状の第１空間Ｓ１が形成されている。ピストン本体５３ａの外周部には円板状の摺動部５３ｆが形成されている。摺動部５３ｆのエンジン側には第１摩擦プレート５１と摺動する環状の摩擦フェーシング５３ｅが固定されている。摺動部５３ｆの外周側には補強部５３ｃが設けられている。

補強部５３ｃは、摺動部５３ｆの外周縁から軸方向および半径方向外側に延びる環状の部分であり、エンジン側へいくにしたがってテーパ状に広がっている。補強部５３ｃにより摺動部５３ｆ周辺の強度が向上している。爪部５３ｄは、補強部５３ｃの端部から軸方向に延びる部分であり、第２摩擦プレート５２の孔５２ｃに挿入されている。爪部５３ｄは回転方向に等ピッチで配置されている。爪部５３ｄおよび孔５２ｃにより、ピストン５３と第２摩擦プレート５２とは一体回転可能かつ軸方向に移動可能となっている。摺動部５３ｆのエンジン側であって補強部５３ｃの半径方向内側には、第１摩擦プレート５１が配置されている。

（２）第１摩擦プレート
第１摩擦プレート５１は、ピストン５３および第２摩擦プレート５２と摺動可能な部材であり、フロントカバー２に対して一体回転可能かつ軸方向へ移動可能に設けられている。具体的には、第１摩擦プレート５１は、ピストン５３とフロントカバー２との軸方向間（より詳細にはピストン５３と第２摩擦プレート５２との軸方向間）に配置されており、第１摩擦プレート本体５１ａと、第１摩擦プレート本体５１ａから半径方向内側へ延びる複数の突起５１ｂと、を有している。突起５１ｂは回転方向に等ピッチで配置されている。

フロントカバー２には環状の支持部材２３が固定されている。支持部材２３には、複数の孔２３ａと、トランスミッション側へ延びる複数の切欠２３ｂと、が形成されている。複数の突起５１ｂが複数の切欠２３ｂに挿入されているため、第１摩擦プレート５１はフロントカバー２に対して一体回転可能かつ軸方向へ移動可能なように支持部材２３により支持されている。

（３）第２摩擦プレート
第２摩擦プレート５２は、フロントカバー２および第１摩擦プレート５１と摺動可能な部材であり、ピストン５３に対して一体回転可能かつ軸方向へ移動可能に設けられている。具体的には、第２摩擦プレート５２は、フロントカバー２と第１摩擦プレート５１との軸方向間に配置されており、第２摩擦プレート本体５２ａと、第２摩擦プレート本体５２ａの外周部から軸方向へ延びる出力部としての複数の突出部５２ｂと、を有している。第２摩擦プレート本体５２ａは、環状の１対の摩擦フェーシング５２ｄを有している。突出部５２ｂは回転方向に等ピッチで配置されている。突出部５２ｂの回転方向間には、後述するダンパー機構６のスプリング６３が配置されている。

第２摩擦プレート本体５２ａには複数の孔５２ｃが形成されている。孔５２ｃは回転方向に延びる円弧状の開口であり、摩擦フェーシング５２ｄの半径方向外側に配置されている。孔５２ｃの半径方向寸法はピストン５３の爪部５３ｄの半径方向寸法よりも大きく設定されており、孔５２ｃの回転方向寸法は爪部５３ｄの回転方向寸法よりも若干大きく設定されている。ピストン５３の爪部５３ｄは孔５２ｃの半径方向外側の面と半径方向にほぼ当接している。このように、ピストン５３により第２摩擦プレート５２は一体回転可能かつ軸方向へ移動可能に支持されている。

（４）ダンパー機構
ダンパー機構６は、第２摩擦プレート５２とタービン４とを回転方向に弾性的に連結するための機構であり、ピストン５３とタービン４との間に配置されている。ダンパー機構６は、タービン４に固定された出力プレート６０と、第２摩擦プレート５２と出力プレート６０との間で回転方向に圧縮可能なように出力プレート６０に保持された複数のスプリング６３と、を有している。

出力プレート６０は、タービン４のタービンシェル４１に固定された環状のドリブンプレート６１と、ドリブンプレート６１に複数のリベット６４により固定されたリティーニングプレート６２と、リティーニングプレート６２によりスプリング６３は回転方向に弾性変形可能に保持されている。リティーニングプレート６２はスプリング６３のトランスミッション側に配置された複数の孔６２ａを有している。ドリブンプレート６１によりピストン５３とタービン４との間の空間が分けられている。ピストン５３とドリブンプレート６１との間には環状の第２空間Ｓ２が形成されており、ドリブンプレート６１とタービン４との間には環状の第３空間Ｓ３が形成されている。

ドリブンプレート６１の外周部には、回転方向に等ピッチで配置された複数の当接部６１ａが形成されている。当接部６１ａの回転方向間にはスプリング６３が配置されている。当接部６１ａと回転方向に接触しない位置に、第２摩擦プレート５２の突出部５２ｂが設けられており、突出部５２ｂの回転方向間にスプリング６３が配置されている。これにより、第２摩擦プレート５２が出力プレート６０に対して回転すると、突出部５２ｂと当接部６１ａとの回転方向間でスプリング６３が圧縮され、捩り振動などがダンパー機構６において吸収および減衰される。第２摩擦プレート５２を介してピストン５３とタービン４とを回転方向に弾性的に連結している、と考えることもできる。

スプリング６３は、概ね円弧状の中心軸Ｃを有しており、中心軸Ｃに沿って回転方向に弾性変形する。ピストン５３は、この中心軸Ｃよりも半径方向内側に配置されている。より詳細には、ピストン５３の補強部５３ｃおよび摺動部５３ｆは、中心軸Ｃよりも半径方向内側に配置されている。言い換えると、ピストン５３の大部分はスプリング６３とフロントカバー２との軸方向間には配置されておらず、スプリング６３の半径方向内側に一部が入り込んでいる。

さらに、補強部５３ｃおよび摺動部５３ｆは、中心軸Ｃよりもエンジン側（フロントカバー２側）に配置されており、補強部５３ｃはスプリング６３の外形に合わせて概ねテーパ形状を有している。第２摩擦プレート５２の第２摩擦プレート本体５２ａは、スプリング６３よりもエンジン側（フロントカバー２側）に配置されている。スプリング６３の中心軸Ｃは、第２摩擦プレート５２の突出部５２ｂに含まれており、第２摩擦プレート５２と半径方向および軸方向の位置が一致している。

＜トルクコンバータの動作＞
図１および図２を用いて、トルクコンバータ１の動作について説明する。

ロックアップ装置５によりフロントカバー２とタービン４とが連結される際、第１空間Ｓ１の作動油が排出される。この結果、第２空間Ｓ２（ピストン５３のタービン４側の空間）の圧力が第１空間Ｓ１の圧力よりも高くなり、その圧力差によりピストン５３がフロントカバー２側へ移動する。これにより、ピストン５３とフロントカバー２との間に第１摩擦プレート５１および第２摩擦プレート５２が挟み込まれ、フロントカバー２に入力されたトルクが第１摩擦プレート５１、第２摩擦プレート５２、ピストン５３およびダンパー機構６を介してタービン４に伝達される。

一方、ロックアップ装置５による連結が解除される際、第１空間Ｓ１に油圧ポンプ（図示せず）から作動油が供給される。この結果、第１空間Ｓ１の圧力が第２空間Ｓ２の圧力と同じあるいは第２空間Ｓ２の圧力よりも高くなり、ピストン５３がタービン４側へ移動する。これにより、第２摩擦プレート５２およびピストン５３がフロントカバー２および第１摩擦プレート５１に対して回転可能となり、ロックアップ装置５を介したトルクの伝達が遮断され、作動油を介したトルクの伝達が行われる。

エンジンブレーキが作用している逆駆動時には、ロックアップ装置５による連結が解除されているため、タービン４の回転速度がフロントカバー２の回転速度よりも高くなる。

しかし、このロックアップ装置５では、ピストン５３が第２摩擦プレート５２およびダンパー機構６を介してタービン４に回転方向に連結されているため、ピストン５３がタービン４と一体回転する。この結果、タービン４とピストン５３との間（第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３）の圧力がタービン４とフロントカバー２との回転速度差の影響を受けにくくなり、逆駆動時であっても、タービン４側へピストン５３が吸い寄せられるのを抑制できる。これにより、このロックアップ装置５では応答性を高めることができる。

＜特徴＞
ロックアップ装置５の特徴は以下の通りである。

（１）
このロックアップ装置５では、第２摩擦プレート５２、ピストン５３、ダンパー機構６およびタービン４が一体回転するため、タービン４とフロントカバー２との回転速度差が大きくても、タービン４とピストン５３との回転速度差は生じない。これにより、タービン４とピストン５３との間（第２空間Ｓ２および第３空間Ｓ３）の油圧の変化を抑制でき、応答性を高めることができる。

（２）
このロックアップ装置５では、第２摩擦プレート５２がピストン５３により支持されているため、第２摩擦プレート５２を支持するための部材を別途設ける必要がなく、構造の簡素化が可能である。

（３）
このロックアップ装置５では、スプリング６３の中心軸Ｃよりも半径方向内側にピストン５３が配置されているため、ピストン５３をスプリング６３の半径方向内側に配置しやすくなる。これにより、このロックアップ装置５では、軸方向寸法を短縮することができる。これに伴い、トルクコンバータ１の小型化が可能となる。

（４）
このロックアップ装置５では、ピストン５３が軸方向に延びる補強部５３ｃを有しているため、ピストン５３の強度を高めることができる。

（５）
このロックアップ装置５では、スプリング６３の中心軸Ｃよりも半径方向内側かつフロントカバー２側に、テーパ形状の補強部５３ｃが配置されているため、ピストン５３をスプリング６３の半径方向内側に配置しやすくなり、ロックアップ装置５の軸方向寸法を短縮することができる。これに伴い、トルクコンバータ１の小型化が可能となる。

（６）
以上のように、このトルクコンバータ１では、ロックアップ装置５により応答性が高まる。

＜他の実施形態＞
本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。

（１）
前述の実施形態では、ピストン５３がスプリング６３の中心軸Ｃの半径方向内側に配置されているが、ピストン５３の外周部がスプリング６３とフロントカバー２との間に配置されている場合であっても、ロックアップ装置５の応答性を高めることができる。

（２）
前述の実施形態では、流体式トルク伝達装置としてトルクコンバータ１を例に説明している。しかし、ロックアップ装置５が搭載される装置は、これに限定されず、例えばフルードカップリングなどであってもよい。

トルクコンバータの縦断面概略図 トルクコンバータの部分断面図

符号の説明

１ トルクコンバータ（流体式トルク伝達装置）
２ フロントカバー
３ インペラ
４ タービン
５ ロックアップ装置
６ ダンパー機構
５１ 第１摩擦プレート
５１ａ 第１摩擦プレート本体
５１ｂ 突起
５２ 第２摩擦プレート
５２ａ 第２摩擦プレート本体
５２ｂ 突出部
５２ｃ 孔
５３ ピストン
５３ａ ピストン本体
５３ｂ 内周筒状部
５３ｃ 補強部
５３ｄ 爪部

Claims (6)

1. 流体式トルク伝達装置に用いられ、フロントカバーとタービンとの軸方向間に配置されたロックアップ装置であって、
   前記タービンに対して回転可能かつ軸方向へ移動可能に設けられたピストンと、
   前記ピストンと摺動可能であり前記フロントカバーに対して一体回転可能かつ軸方向へ移動可能に設けられた第１摩擦プレートと、
   前記フロントカバーおよびピストンと摺動可能であり前記ピストンに対して一体回転可能かつ軸方向へ相対移動可能に設けられた第２摩擦プレートと、
   前記第２摩擦プレートと前記タービンとを回転方向に弾性的に連結するダンパー機構と、
   を備えた流体式トルク伝達装置のロックアップ装置。
2. 前記第２摩擦プレートは、前記ピストンにより一体回転可能かつ軸方向へ相対移動可能に支持されている、
   請求項１に記載の流体式トルク伝達装置のロックアップ装置。
3. 前記ダンパー機構は、前記タービンに固定された出力プレートと、前記第２摩擦プレートと前記出力プレートとの間で回転方向に圧縮可能なように前記出力プレートに保持された弾性部材と、を有しており、
   前記ピストンは、前記弾性部材の中心軸よりも半径方向内側に配置されている、
   請求項１または２に記載の流体式トルク伝達装置のロックアップ装置。
4. 前記ピストンは、前記第１摩擦プレートと摺動可能な部分を含む環状のピストン本体と、前記ピストン本体の外周部から前記フロントカバー側へ軸方向に延びる環状の補強部と、前記補強部から前記フロントカバー側へ軸方向に延びる複数の爪部と、を有しており、
   前記第２摩擦プレートは、前記フロントカバーおよび第１摩擦プレートと摺動可能な部分を含み前記爪部が挿入される複数の孔が形成された第２摩擦プレート本体と、前記第２摩擦プレート本体の外周部から前記タービン側へ軸方向に延び前記ダンパー機構にトルクを伝達する出力部と、を有している、
   請求項２または３に記載の流体式トルク伝達装置のロックアップ装置。
5. 前記ダンパー機構は、前記タービンに固定された出力プレートと、前記第２摩擦プレートと前記出力プレートとの間で回転方向に圧縮可能なように前記出力プレートに保持された弾性部材と、を有しており、
   前記ピストンの補強部は、前記弾性部材の中心軸よりも半径方向内側かつフロントカバー側に配置されており、前記ピストン本体の外周部から半径方向外側へテーパ状に広がっている、
   請求項４に記載の流体式トルク伝達装置のロックアップ装置。
6. エンジンから出力されたトルクをトランスミッションへ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前記フロントカバーと、
   前記フロントカバーに固定され作動流体が充填された流体室を前記フロントカバーとともに形成するインペラーと、
   前記流体室に配置された前記タービンと、
   請求項１から７のいずれかに記載の前記ロックアップ装置と、
   を備えた流体式トルク伝達装置。

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