JP2009156425A - 自動変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 極力振動特性を変化させず、かつ特定の減衰量を付加することができる自動変速機を提供する。
【解決手段】 自動変速機１０を構成するロックアップクラッチ１２のクラッチピストン３２等の回転体に付加されているダイナミックダンパ３９が、減衰機能を有する剛性体４９と慣性質量体５０とを備えているため、自動変速機１０におけるシャダの発生を抑制することができると同時に、自動変速機１０全体の振動特性を極力変化させず、特定の減衰量を付加した構造とすることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジンによって回転駆動される流体トルクコンバータの出力回転を変速する自動変速機に関し、特に乾性摩擦により発生する回転方向の自励振動（シャダ（ジャダ））の発生を抑制することができる自動変速機に関する。

特許文献１に記載された流体トルクコンバータ付き動力伝達装置においては、エンジンのクランク軸にフロントカバーを介して連結されるポンプインペラと、これに対向するタービンランナとを有し、自動変速機の入力軸にスプライン結合されるハブには、タービンランナと入力軸とを係合状態と非係合状態とに切り換える入力クラッチが設けられている。フロントカバー内に設けられ係合状態と非係合状態とに切り換えられるロックアップクラッチはこれに固定された上流側プレートと、下流側プレートとの間に設けられた捩じりダンパを有し、クラッチドラムには捩じりダンパの下流側となって慣性質量体が設けられている。

このような構成によれば、流体トルクコンバータのロックアップクラッチに設けられた捩じりダンパの動力伝達経路の下流側にフライホイールとして機能する慣性質量体を設けているので、下流側の慣性モーメントを上流側の慣性モーメントに近づけることができ、動力伝達系における２次共振点を下げることができる。これにより、車室内に伝搬されるこもり音や振動を低減することができる。また、２次共振点が下がることから、低速高負荷領域までロックアップ領域を拡大することができ、燃費を改善することができる。

また、特許文献２に記載された流体伝動装置の粘性減衰装置においては、ロックアップクラッチ付きの流体トルクコンバータの入力ケース、ポンプ、タービン、第１ドリブンプレート、クラッチピストンなどの各部品の側面に翼片等が油中に浸漬されて取り付けられている。

このような構成によれば、流体トルクコンバータなどの流体伝動装置の各部品は油中に浸漬しているので、その側面に翼片を取り付けると当然翼片も油中にあり、この翼片の油中の粘性抵抗は回転数の２乗に比例して増加するので、この翼片の存在により自励振動の発生を抑制することができる。
特開２００２−１４７５６６号公報（段落〔００１１〕乃至〔００１５〕、図１） 特開平７−１９８０２２号公報（段落〔０００８〕乃至〔０００９〕、図１）

特許文献１に記載の流体トルクコンバータ付き動力伝達装置では、ロックアップクラッチのクラッチドラムに慣性質量体が設けられているため、動力伝達装置全体の固有振動数が変化してしまう。また、特許文献２に記載の流体伝動装置の粘性減衰装置では、翼片等が油中に浸漬されているため、回転数に粘性係数が依存して特定の減衰量を一定に与えることができない。

本発明は、シャダの発生が抑制可能であって、極力振動特性を変化させない構造とすることができ、かつ特定の減衰量を付加することができる自動変速機を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、エンジンによって回転駆動される流体トルクコンバータを介して前記エンジンの出力回転を変速する自動変速機において、該自動変速機を構成する回転体には減衰機能を有する剛性体と慣性質量体とを有するダイナミックダンパが付加されていることである。

請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記回転体は、前記流体トルクコンバータの入力側と出力側とを直結するためのロックアップクラッチに隣接配置されていることである。

請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記ダイナミックダンパは、前記回転体の外周部分に付加されていることである。

請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記ダイナミックダンパは、前記流体トルクコンバータの入力側と出力側とを直結するためのロックアップクラッチのクラッチピストンに付加されていることである。

請求項５に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記ダイナミックダンパは、前記流体トルクコンバータのポンプの外周面部分に付加されていることである。

請求項６に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１乃至５のいずれか一項において、少なくとも前記慣性質量体は、環状に形成されていることである。

請求項７に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１乃至６のいずれか一項において、前記減衰機能を有する剛性体は、ゴム体又は樹脂体であることである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、自動変速機を構成する回転体に付加されているダイナミックダンパが、剛性及び減衰係数が既知である減衰機能を有する剛性体と慣性質量体とを備えているため、自動変速機におけるシャダの発生を抑制することができると同時に、自動変速機全体の振動特性を極力変化させず、特定の減衰量を付加した構造とすることができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、ロックアップクラッチに隣接配置された回転体にダイナミックダンパが付加されているので、該クラッチにより流体トルクコンバータの入力側と出力側とを直結する際に発生するシャダを効果的に抑制することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、回転体の外周側にダイナミックダンパを付加することにより、該ダンパの質量を小さくしてもイナーシャを大きくすることができるので、自動変速機におけるシャダの発生を効果的に抑制することができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、ロックアップクラッチのクラッチピストンにダイナミックダンパが付加されているので、該クラッチにより流体トルクコンバータの入力側と出力側とを直結する際に発生するシャダを極めて効果的に抑制することができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明においては、流体トルクコンバータのポンプの外周面部分にダイナミックダンパを付加しているので、該ダンパを流体トルクコンバータ内の油中に浸漬するように取り付ける場合と比較して容易に取り付けることができる。また、流体トルクコンバータのポンプはロックアップクラッチに隣接配置されているので、該クラッチにより流体トルクコンバータの入力側と出力側とを直結する際に発生するシャダを効果的に抑制することができる。

上記のように構成した請求項６に係る発明においては、環状の慣性質量体としているので、回転数に依存する空気抵抗又は油の粘性の影響を受けにくく、自動変速機におけるシャダの発生を効果的に抑制することができる。

上記のように構成した請求項７に係る発明においては、減衰機能を有する剛性体をゴム体又は樹脂体としているので、簡素かつ安価にダイナミックダンパを構成して、自動変速機におけるシャダの発生を効果的に抑制することができる。

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。図１において、１０は自動変速機で、自動車のエンジン１８によって回転駆動される流体トルクコンバータ１１の出力回転を変速して駆動輪に伝達する。本実施の形態に係るダイナミックダンパは、自動変速機１０に用いられるものであり、ロックアップクラッチ１２により流体トルクコンバータ１１の入力側と出力側とを直結する際に発生するシャダを抑制する。

自動変速機１０は、車体に取り付けられたトランスミッションケース１３内に共通軸線上に順次支承された入力軸１４、シングルピニオンプラネタリギヤ１５、ダブルピニオンプラネタリギヤ１６、出力軸１７、第１、第２、第３クラッチＣ−１，Ｃ−２，Ｃ−３及び第１、第２ブレーキＢ−１，Ｂ−２、及びワンウェイクラッチＦ−１等で構成されている。自動変速機１０は、第１乃至第３クラッチＣ−１〜Ｃ−３及び第１、第２ブレーキＢ−１，Ｂ−２を選択的に係脱することにより前進６速段、後進１速段の各変速段を成立させるようになっている。

図２において、流体トルクコンバータ１１のハウジング１９は、溶接で一体に接合されたフロントカバー２０、ポンプシェル２１、及びフランジ付き円筒部２２等で構成され、フランジ付き円筒部２２によってトランスミッションケース１３に回転可能に支承されている。ハウジング１９は、フロントカバー２０に設けられたセットドッグ２３にエンジン１８のドライブプレートがねじ止めされることにより、エンジン１８の出力軸に連結される連結部材として機能する。

ポンプシェル２１の内側にはポンプインペラ２４が設けられ、タービンホイール２５に設けられたタービン２６と対向している。タービンホイール２５は入力軸１４に一体的にスプライン嵌合された結合部材２９のフランジ部の一側面に当接され、他側面に当接された後述するプレート３０と共にリベットで結合部材２９に固定されている。ポンプインペラ２４とタービン２６との間の下方空間にステータ２７が配置され、ステータ２７は、ワンウェイクラッチ３１のアウタレースに固定され、フランジ付き円筒部２２のフランジ内側面と結合部材２９の側端面との間にスラストベアリングによって支承されている。

トランスミッションケース１３に固定されたステータシャフト２８の内周には、主軸１４がニードルベアリングによって回転可能に支承され、外周にはワンウェイクラッチ３１のインナレースがスプライン結合されている。これにより、ポンプインペラ２４がエンジン１８により回転駆動されてオイルを送り出し、ステータ２７がオイルの反力を受け止めて回転トルクをタービン２６に伝達する。

３２はロックアップクラッチ１２のクラッチピストンで、フロントカバー２０に結合部材２９に向かって突設された円筒部にシール部材３３によりシールされて摺動可能に嵌合されている。クラッチピストン３２の後端面部分にはダイナミックダンパ３９が貼付されている。ダイナミックダンパ３９は、減衰機能を有する剛性体であるゴム体４９と慣性質量体５０で構成されている。ゴム体４９は、例えば天然ゴムもしくは合成ゴム等でクラッチピストン３２と同心円の環状の一部である扇形状、又は多角形状に形成されており、複数個のゴム体４９が、クラッチピストン３２の後端面部分にクラッチピストン３２と同軸となる円周上に所定間隔で接着剤等により貼付されている。慣性質量体５０は、例えば鉄、アルミニウム等でゴム体４９が形成する円周と略同一径の環状に形成されてゴム体４９に接着剤等により貼付されている。なお、ゴム体は、扇形状、又は多角形状に形成されなくても、全周囲に環状に構成されてもかまわない。

クラッチピストン３２の拡張部３４はハウジング１９のフロントカバー２０の内側面と対向して半径方向に延在し、拡張部３４の外縁がフロントカバー２０の内端面の外周近傍から軸線方向に延びる係合部材４５に係合されている。拡張部３４の内周面に形成されたスプラインには、セパレータプレート４７が摩擦ディスク３５を挟んで係合され、一方のセパレータプレート４７はスナップリング４８により軸方向移動が規制され、他方のセパレータプレート４７はクラッチピストン３２の拡張部３４と対向している。これによりクラッチピストン３２はハウジング１９と円周方向の相対回転を規制して軸線方向に相対移動可能に係合されている。

次に、車両用ダンパ装置５２を説明する。３６は環状の円盤形状をなすディスクで、半径方向に延在し、外縁の軸線方向に屈曲された屈曲部３８の外面に形成されたスプライン３７が、摩擦ディスク３５とスプライン係合し、これによりディスク３６は摩擦ディスク３５と円周方向の相対回転を規制して軸線方向に相対移動可能に係合されている。プレート３０は、ディスク３６の後面側に位置する第１ドリブンプレート４０と前面側に位置する第２ドリブンプレート４１とで構成され、両者間に円周方向に等間隔で形成された複数のばね収納部４２には、圧縮スプリング４３が、ばね収納部４２の両端部で収納されている。ディスク３６の内周面には凹溝４４が円周方向に形成され、凹溝４４の両端が圧縮スプリング４３の両端と接している。このように、プレート３０はディスク３６に対して相対回転可能に配置されるとともに、プレート３０とディスク３６との間に介在された圧縮スプリング４３のばね力によってディスク３６に対して中立位置に保持されている。

以上のように構成されたロックアップクラッチ１２は、油圧ポンプ５３から油圧がクラッチピストン３２の前側に供給されると、クラッチピストン３２が後進して摩擦ディスク３５がセパレートプレート４７間で挟持され、流体トルクコンバータ１１のハウジング１９と自動変速機１０の入力軸１４とが直結される。このとき、クラッチピストン３２にはダイナミックダンパ３９が付加されているため、上記連結の際に発生するシャダを抑制することができる。ここで、シャダについて解析する。

シャダは、乾性摩擦により発生する回転方向の自励振動のことであり、その運動方程式は次式（１）で表される。

ここで、ｍは質量、ｃは減衰係数、ｋは剛性（ばね定数）であり、式（１）の右辺は摩擦力である。この式（１）を整理（減衰自由振動）すると、次式（２）となる。

ｘ＝ｘ₀ｅ^λtと仮定して式（２）を解くと、次式（３）となる。

式（３）の−ω_nζは減衰項（実部）、ω_d＋φは振動項（虚部）であり、減衰項（実部）＜０（正の減衰ζ＞０）で収束（減衰振動）し、減衰項（実部）＞０（負の減衰ζ＜０）で発散（自励振動）する。よって、収束（減衰振動）するようにダイナミックダンパ３９を設計することにより、図３（Ａ）に示すダイナミックダンパが付加されていない場合のトルク変動と図３（Ｂ）に示すダイナミックダンパが付加された場合のトルク変動を比較しても明らかなように、シャダの発生を抑制することができる。

このようなダイナミックダンパ３９は、クラッチピストン３２のような回転体に付加することで効果を発揮する。そして、ロックアップクラッチ１２に隣接して付加することでより効果的である。したがって、ダイナミックダンパ３９を付加する位置としては、クラッチピストン３２の後端面部分に限定されるものではなく、図２の破線で示すタービンホイール２５の外側面部分やポンプシェル２１の外周面部分等であっても同様の効果を奏する。

更に、クラッチピストン３２、タービンホイール２５及びポンプシェル２１の外周部分にダイナミックダンパ３９を付加しているので、ダイナミックダンパ３９の質量を小さくしてもイナーシャを大きくすることができ、小型なダイナミックダンパ３９であっても効果的である。また、ポンプシェル２１の外周部分にダイナミックダンパ３９を付加する場合は、回転数に依存する油の粘性の影響を受けることがなく、自動変速機におけるシャダの発生を効果的に抑制することができる。また、ダイナミックダンパ３９を流体トルクコンバータ１１内の油中に浸漬するように取り付ける場合と比較して容易に取り付けることができる。

また、図４において、ラビニヨプラネタリギヤ１６は、ピニオン５４とリングギヤ５５とサンギヤ５６を備えている。出力軸１４をリングギヤ５５に直結するフランジ部５７の内周面部分もしくは出力軸１７の外周面部分にダイナミックダンパ３９を付加しても同様の効果を得ることができる。

尚、減衰機能を有する剛性体は、剛性及び減衰係数を併せ持つ材料であれば、ゴムでなるゴム体４９の代わりにポリエチレン等の樹脂でなる樹脂体を同様に形成してダイナミックダンパ３９を構成しても良い。また、環状の慣性質量体５０とすることにより、回転数に依存する空気抵抗又は油の粘性の影響を受けることがなく、自動変速機におけるシャダの発生を効果的に抑制することができる。なお、ゴム体（樹脂体）４９の形状も慣性質量体５０と同一の環状等に形成することにより同様の効果を得ることができる。
さらに、減衰機能を有する剛性体としては、剛性部材中に減衰力を有するオイルダンパ、剛性部材中に減衰力を有する磁気ダンパ、剛性部材中に圧電材料による減衰を与えた圧電素子ダンパ、剛性部材中に弾塑性変形による減衰を与えた弾塑性ダンパ、剛性部材中にER流体による減衰を与えたERダンパ、剛性部材中にMR流体による減衰を与えたMRダンパを用いてもよい。

流体トルクコンバータおよび自動変速機を示すスケルトン図。 ロックアップクラッチにおけるダイナミックダンパを示す断面図。 ダイナミックダンパが付加されていない場合のトルク変動図とダイナミックダンパが付加された場合のトルク変動図。 ギヤトレーンにおけるダイナミックダンパを示す断面図。

符号の説明

１０…自動変速機、１１…流体トルクコンバータ、１２…ロックアップクラッチ、１３…トランスミッションケース、１４…入力軸、１５…シングルピニオンプラネタリギヤ、１６…ダブルピニオンプラネタリギヤ、１７…出力軸、１８…エンジン、１９…ハウジング、２０…フロントカバー、２１…ポンプシェル、２２…フランジ付き円筒部、２４…ポンプインペラ、２６…タービン、２７…ステータ、３２…クラッチピストン、３４…拡張部材、３５…摩擦ディスク、３９…ダイナミックダンパ、４５…係合部材、４６…スプライン、４７…セパレータプレート、４８…スナップリング、４９…ゴム体（樹脂体）、５０…慣性質量体、５２…車両用ダンパ装置、５３…油圧ポンプ、５５…リングギヤ、５７…フランジ部、Ｃ−１〜Ｃ−３…第１乃至第３クラッチ、Ｂ−１，Ｂ−２…第１、第２ブレーキ。

Claims (7)

1. エンジンによって回転駆動される流体トルクコンバータを介して前記エンジンの出力回転を変速する自動変速機において、
   該自動変速機を構成する回転体には減衰機能を有する剛性体と慣性質量体とを有するダイナミックダンパが付加されていることを特徴とする自動変速機。
2. 請求項１において、前記回転体は、前記流体トルクコンバータの入力側と出力側とを直結するためのロックアップクラッチに隣接配置されている回転体であることを特徴とする自動変速機。
3. 請求項１又は２において、前記ダイナミックダンパは、前記回転体の外周部分に付加されていることを特徴とする自動変速機。
4. 請求項１において、前記ダイナミックダンパは、前記流体トルクコンバータの入力側と出力側とを直結するためのロックアップクラッチのクラッチピストンに付加されていることを特徴とする自動変速機。
5. 請求項１において、前記ダイナミックダンパは、前記流体トルクコンバータのポンプの外周面部分に付加されていることを特徴とする自動変速機。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項において、少なくとも前記慣性質量体は、環状に形成されていることを特徴とする自動変速機。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項において、前記減衰機能を有する剛性体は、ゴム体又は樹脂体であることを特徴とする自動変速機。
   

Images