JP2009293671A - ロックアップ装置および流体式動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の燃費の向上を図ることができるロックアップ装置を提供することにある。
【解決手段】ロックアップ装置６は、ピストン６１と、出力プレート６３と、第１コイルスプリング６５と、イナーシャ部材６４と、第２コイルスプリング６６と、を有している。出力プレート６３はタービン４と一体回転可能なようにタービン４に連結されている。第１コイルスプリング６５はピストン６１を出力プレート６３に回転方向に弾性的に連結する。イナーシャ部材６４は出力プレート６３に対して相対回転可能に設けられている。第２コイルスプリング６６はイナーシャ部材６４を出力プレート６３に回転方向に弾性的に連結する。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体式動力伝達装置に用いられるロックアップ装置に関する。

流体式動力伝達装置として、例えば、ロックアップ装置を備えたトルクコンバータが知られている。ロックアップ装置は、フロントカバーとタービンを機械的に連結するための機構であり、タービンとフロントカバーとの間の空間に配置されている。ロックアップ装置によりフロントカバーからタービンへトルクが直接伝達される。

従来のロックアップ装置は、ピストンと、ダンパー機構と、を有している。ピストンは、軸方向に移動可能に配置されており、フロントカバーに押し付けられるとフロントカバーと摺動する。ダンパー機構は、１対のリティーニングプレートと、ハブフランジと、リティーニングプレートとハブフランジとを回転方向に弾性的に連結する複数のスプリングと、を有している。リティーニングプレートは、スプリングを回転方向に弾性変形可能なように保持しており、ピストンと一体で回転する。ハブフランジは、１対のリティーニングプレートの間に配置されており、タービンに固定されている。

油圧によりピストンがフロントカバーに押し付けられると、フロントカバーに入力されたトルクは、ピストンおよびダンパー機構を介してタービンへ伝達される。このとき、ダンパー機構により捩り振動が吸収および減衰される（例えば、特許文献１を参照）。
特許第３５４２１８６号公報

特許文献１に記載のロックアップ装置では、イナーシャ部材をトルク伝達経路に設けることで、共振周波数を実用回転速度以下に下げ、振動減衰性能の向上を図っている。

一方で、近年は、車両の燃費を向上させるために、ロックアップ装置により動力が伝達されるロックアップ領域を低速走行時まで拡大することが望まれている。

しかし、特許文献１に記載のロックアップ装置では、車両の通常走行時しか考慮されていないため、例えば低速走行時での振動減衰性能を確保することが困難である。つまり、従来のロックアップ装置では、ロックアップ領域の拡大に対応することができず、車両の燃費の向上を図ることが困難である。

本発明の課題は、車両の燃費の向上を図ることができるロックアップ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、フロントカバーからトランスミッションの入力シャフトと一体回転可能に設けられたタービンへ流体を介して動力を伝達するための流体式動力伝達装置に用いられフロントカバーをタービンに機械的に連結するための装置である。このロックアップ装置は、ピストンと、出力部材と、第１弾性部材と、イナーシャ部材と、第２弾性部材と、を有している。ピストンは油圧の作用によりフロントカバーに押し付けられるように設けられている。出力部材はタービンと一体回転可能なようにタービンに固定されている。第１弾性部材はピストンを出力部材に回転方向に弾性的に連結する。イナーシャ部材は出力部材に対して相対回転可能に設けられている。第２弾性部材はイナーシャ部材を出力部材に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、油圧の作用によりピストンがフロントカバーに押し付けられると、ピストンおよび出力部材を介して、フロントカバーからタービンへ動力が伝達される。このとき、フロントカバーに回転速度変動が入力されると、出力部材を介してタービンに回転速度変動が伝達される。このとき、出力部材にイナーシャ部材が第２弾性部材を介して連結されているため、イナーシャ部材および第２弾性部材により回転速度変動が減衰される。つまり、イナーシャ部材および第２弾性部材がダイナミックダンパーの機能を果たしている。さらに、イナーシャ部材のイナーシャ量および第２弾性部材の剛性を調節することで、低回転速度領域での回転速度変動の減衰効果を高めることができる。すなわち、このロックアップ装置では、ロックアップ領域を拡大することができ、車両の燃費の向上を図ることができる。

第２の発明に係るロックアップ装置は、第１の発明に係る装置において、出力部材とイナーシャ部材との間で回転方向の摩擦抵抗を発生させる摩擦発生機構をさらに備えている。

第３の発明に係るロックアップ装置は、第２の発明に係る装置において、摩擦発生機構が出力部材とイナーシャ部材との軸方向間に挟み込まれた環状の摩擦部材を有している。

第４の発明に係るロックアップ装置は、第１から第３の発明に係る装置において、イナーシャ部材が出力部材により半径方向に支持されている。

第５の発明に係るロックアップ装置は、第１から第４の発明に係る装置において、イナーシャ部材は、出力部材により軸方向に支持されている。

第６の発明に係るロックアップ装置は、第１から第５の発明に係る装置において、出力部材は、タービンに固定された第１出力プレートと、タービンに固定され第１出力プレートと軸方向に並んで配置された第２出力プレートと、を有している。イナーシャ部材は、第１および第２出力プレートの軸方向間に配置されたプレート部材と、プレート部材の外周部に固定された環状のイナーシャ部材本体と、を有している。

第７の発明に係るロックアップ装置は、第６の発明に係る装置において、イナーシャ部材本体の半径方向位置は、第１弾性部材の半径方向位置と概ね同じである。

第８の発明に係るロックアップ装置は、第６または第７の発明に係る装置において、イナーシャ部材本体の軸方向寸法は、プレート部材の軸方向寸法よりも大きい。

第９の発明に係るトルクコンバータは、フロントカバーと、タービンと、第１から第８の発明のいずれかに係るロックアップ装置と、を備えている。

この流体式動力伝達装置では、第１から第８の発明のいずれかに係るロックアップ装置を備えているため、振動減衰性能を向上させることができる。

流体式動力伝達装置としては、例えば、トルクコンバータおよびフルードカップリングが考えられる。

本発明に係るロックアップ装置および流体式動力伝達装置であれば、車両の燃費の向上させることができる。

以下、図面を参照しながら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を用いて流体式動力伝達装置としてのトルクコンバータ１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はロックアップ装置６の縦断面概略図である。図１の左側にはエンジン（図示せず）が配置され、図１の右側にトランスミッション（図示せず）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の回転軸線である。

トルクコンバータ１は、エンジンのクランクシャフト（図示せず）からトランスミッションの入力シャフトに動力を伝達するための装置であり、主に、動力が入力されるフロントカバー２（入力回転体）と、インペラ３と、タービン４（出力回転体）と、ステータ５と、ロックアップ装置６と、を備えている。

フロントカバー２にはインペラ３が固定されており、フロントカバー２とインペラ３とにより流体室が形成されている。タービン４は流体室内でインペラ３に対向するように配置されている。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、リベット４４によりタービンシェル４１に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、図示しないトランスミッションの入力シャフトに連結されている。ステータ５は、タービン４からインペラ３への作動油の流れを調節するための機構であり、インペラ３とタービン４との間に配置されている。

＜ロックアップ装置の構成＞
ロックアップ装置６は、必要に応じてフロントカバー２とタービン４とを機械的に連結するための装置であり、図１に示すようにフロントカバー２とタービン４と間に配置されている。図２に示すように、ロックアップ装置６は、ピストン６１と、支持プレート６２と、出力プレート６３（出力部材）と、イナーシャ部材６４と、複数の第１コイルスプリング６５（第１弾性部材）と、複数の第２コイルスプリング６６（第２弾性部材）と、サポートリング７４と、摩擦発生機構７１と、を有している。

（１）ピストン
ピストン６１は、フロントカバー２とタービン４との連結を切り換えるための部材であり、油圧の作用によりフロントカバー２に押し付けられるように設けられている。具体的には、ピストン６１はタービン４のタービンハブ４３により軸方向に移動可能にかつ相対回転可能に支持されている。

（２）支持プレート
支持プレート６２は、第１コイルスプリング６５の端部（より詳細には、第１コイルスプリング６５の端部に装着されたシート部材６５ａ）を回転方向に支持するための部材であり、ピストン６１に固定されている。具体的には、支持プレート６２は、支持プレート本体６２ａと、複数の入力爪部６２ｂと、複数の保持部６２ｃと、を有している。

支持プレート本体６２ａは複数のリベット６９によりピストン６１に固定されている。入力爪部６２ｂは、支持プレート６２ａの外周部から半径方向外側に延びる部分である。この入力爪部６２ｂは、第１コイルスプリング６５の端部同士の間に配置されており、第１コイルスプリング６５の端部を回転方向に支持可能である。保持部６２ｃは、第１コイルスプリング６５を半径方向および軸方向に支持するための部分であり、入力爪部６２ｂの回転方向間に形成されている。保持部６２ｃの回転方向長さは入力爪部６２ｂ間の寸法よりも短く設定されており、保持部６２ｃは第１出力プレート６７の出力爪部６７ｂ（後述）と回転方向に当接可能となっている。このため、ピストン６１および出力プレート６３の相対回転は所定角度の範囲内に制限されている。つまり、出力爪部６７ｂおよび保持部６２ｃによりピストン６１および出力プレート６３の相対回転を所定角度に制限する第１ストッパ機構Ｓ１が実現されている。

（３）出力プレート
出力プレート６３は、タービン４と一体回転可能なようにタービン４に連結された部材である。出力プレート６３は、第１出力プレート６７と、第２出力プレート６８と、を有している。第１出力プレート６８および第２出力プレート６９は、複数のストッパピン７０により軸方向に一定の間隔を保った状態で固定されている。

第１出力プレート６７は、概ね環状の第１出力プレート本体６７ａと、第１出力プレート本体６７ａの外周部から概ね半径方向外側に延びる複数の出力爪部６７ｂと、第１出力プレート本体６７ａの内周部から半径方向内側に延びる概ね環状の第１固定部６７ｃと、を有している。第１出力プレート本体６７ａは、第２コイルスプリング６６の端部を回転方向に支持可能な第１支持部６７ｄを有している。出力爪部６７ｂは、第１コイルスプリング６５の端部同士の間に配置されており、第１コイルスプリング６５の端部を回転方向に支持可能である。第１固定部６７ｃはリベット４４によりタービンハブ４３に固定されている。第１固定部６７ｃは後述するようにイナーシャ部材６４を半径方向に支持している。

第２出力プレート６８は、概ね環状の第２出力プレート本体６８ａと、第２出力プレート本体６８ａの内周部から半径方向内側に延びる概ね環状の第２固定部６８ｃと、を有している。第２出力プレート本体６８ａは、第２コイルスプリング６６の端部を回転方向に支持可能な第２支持部６８ｄを有している。第２固定部６８ｃは第１固定部６７ｃとともにリベット４４によりタービンハブ４３に固定されている。

第１出力プレート本体６７ａは複数の第１突出部６７ｅを有している。第２出力プレート本体６８ａは複数の第２突出部６８ｅを有している。第１突出部６７ｅおよび第２突出部６８ｅは、例えばプレス加工により形成されている。第１突出部６７ｅおよび第２突出部６８ｅの軸方向間にプレート部材６４ａが挟み込まれている。つまり、出力プレート６３によりイナーシャ部材６４が軸方向に支持されている。

（４）第１コイルスプリング
第１コイルスプリング６５は、ピストン６１と出力プレート６３とを回転方向に弾性的に連結するための部材であり、ピストン６１、保持部６２ｃおよびサポートリング７４により回転方向に弾性変形可能に支持されている。第１コイルスプリング６５の軸方向の移動は、ピストン６１、保持部６２ｃおよびサポートリング７４により所定の範囲内に制限されている。第１コイルスプリング６５の半径方向外側への移動はサポートリング７４により制限されている。第１コイルスプリング６５の端部には１対のシート部材６５ａが装着されている。

（５）サポートリング
サポートリング７４は、第１コイルスプリング６５を半径方向に支持するための環状の部材であり、第１コイルスプリング６５の半径方向外側に配置されている。サポートリング７４は支持プレート６２に対して回転可能なように設けられている。サポートリング７４のトランスミッション側への移動は、支持プレート６２の保持部６２ｃにより所定の範囲に制限されている。サポートリング７４により第１コイルスプリング６５の動作が安定する。

（６）イナーシャ部材
イナーシャ部材６４は、概ね環状のプレート部材６４ａと、概ね環状のイナーシャ部材本体６４ｂと、リベット６４ｃと、を有している。このリベット６４ｃにより、イナーシャ部材本体６４ｂはプレート部材６４ａの外周部に固定されている。

イナーシャ部材本体６４ｂは第１コイルスプリング６５と概ね同じ半径方向位置に配置されている。イナーシャ部材本体６４ｂのイナーシャが、イナーシャ部材６４全体のイナーシャに大きく影響している。イナーシャ部材６４のイナーシャの調整はイナーシャ部材本体６４ｂの寸法を変えることで行われる。

プレート部材６４ａは、複数の窓孔６４ｅと、窓孔６４ｅよりも半径方向外側に配置された複数の長孔６４ｄと、を有している。窓孔６４ｅには第２コイルスプリング６６が配置されている。長孔６４ｄは回転方向に延びるように形成されている。ストッパピン７０は長孔６４ｄに挿入されている。長孔６４ｄによりプレート部材６４ａと出力プレート６３との回転方向の相対回転が所定角度の範囲内で可能となっている。言い換えると、ストッパピン７０および長孔６４ｄにより第２ストッパ機構Ｓ２が実現されている。

第１出力プレート６７の第１固定部６７ｃにより、イナーシャ部材６４のプレート部材６４ａが半径方向に支持されている。さらに、出力プレート６３によりイナーシャ部材６４は軸方向に支持されている。

このように、イナーシャ部材６４は出力プレート６３により半径方向および軸方向に支持されている。

（７）第２コイルスプリング
第２コイルスプリング６６は、イナーシャ部材６４を出力プレート６３に弾性的に連結するための部材であり、出力プレート６３により回転方向に弾性変形可能に支持されている。本実施形態では、第２コイルスプリング６６は第１コイルスプリング６５よりも半径方向内側に配置されている。

第２コイルスプリング６６はプレート部材６４ａの窓孔６４ｅ内に設けられている。出力プレート６３とイナーシャ部材６４とが相対回転すると、第２コイルスプリング６６は回転方向に圧縮される。イナーシャ部材６４および第２コイルスプリング６６により、振動減衰性能を向上させるダイナミックダンパーＤが形成されている。

（８）摩擦発生機構
摩擦発生機構７１は、出力プレート６３とイナーシャ部材６４との間に回転方向の摩擦抵抗を発生させるための機構であり、環状の第１摩擦部材７２と、環状の第２摩擦部材７３と、を有している。第１摩擦部材７２は、第１出力プレート６８とプレート部材６４ａとの軸方向間に配置されている。第２摩擦部材７３は、第２出力プレート６９とプレート部材６４ｂとの軸方向間に配置されている。第１摩擦部材７２および第２摩擦部材７３は第２コイルスプリング６６の半径方向内側に配置されている。第１摩擦部材７２、プレート部材６４ａおよび第２摩擦部材７３は、第１出力プレート６８および第２出力プレート６９の軸方向間に挟み込まれている。つまり、出力プレート６３によりイナーシャ部材６４が軸方向に支持されている。

＜トルクコンバータの動作＞
トルクコンバータ１の動作について説明する。

フロントカバー２およびインペラ３が回転している状態では、インペラ３からタービン４へ作動油が流れ、作動油を介してインペラ３からタービン４へ動力が伝達される。タービン４に伝達された動力はタービンハブ４３を介して入力シャフト（図示せず）に伝達される。

入力シャフトの回転速度が概ね一定になると、ロックアップ装置６を介した動力伝達が開始される。具体的には、油圧の変化によりピストン６１がエンジン側へ移動し、ピストン６１の摩擦フェーシング６１ａがフロントカバー２に押し付けられる。この結果、ピストン６１がフロントカバー２と一体回転し、フロントカバー２からピストン６１を介して支持プレート６２に動力が伝達される。

支持プレート６２に動力が伝達されると、支持プレート６２と出力プレート６３との間で第１コイルスプリング６５が回転方向に圧縮され、やがて出力爪部６７ｂが保持部６２ｃと回転方向に当接する。この結果、フロントカバー２から出力プレート６３を介してタービン４に動力が伝達される。

＜特徴＞
ここで、図３を用いて、このロックアップ装置６の特徴を説明する。図３はロックアップ装置６の効果を示す図である。

（１）
一般に、エンジンの回転速度が低くなると、燃焼変動により発生する回転速度変動は増加する。図３に示すように、ダイナミックダンパーＤがない場合、エンジン回転速度が低くなると、トルクコンバータ１から出力される回転速度変動が徐々に大きくなる（曲線Ｅ１）。

一方、ダイナミックダンパーＤがある場合、特定のエンジン回転速度付近において、出力される回転速度変動を低減することができる（曲線Ｅ２）。この特定のエンジン回転速度を減衰回転速度Ｎと定義する。

この減衰回転速度Ｎは、イナーシャ部材６４のもつイナーシャ量と、第２コイルスプリング６６の剛性と、により決まる。したがって、イナーシャ部材６４のイナーシャ量および第２コイルスプリング６６の剛性を適切に設定することで、所望のエンジン回転速度領域における回転速度変動を効果的に減衰することが可能となる。

以上より、このロックアップ装置６では、例えば減衰回転速度Ｎを低速走行時に対応する低回転速度領域内に設定することで、ロックアップ領域の拡大が可能となり、車両の燃費を向上させることができる。

（２）
さらに、このロックアップ装置６では、摩擦発生機構７１を備えているため、イナーシャ部材６４および第２コイルスプリング６６による減衰回転速度Ｎの調節に加えて、減衰回転速度Ｎにおける回転速度変動の減衰率を調節することができる。具体的には図３に示すように、ある条件では、摩擦発生機構７１で発生する摩擦抵抗を大きく設定すると、減衰回転速度Ｎでの減衰率が低くなり（図３の曲線Ｅ３のように、減衰回転速度Ｎ付近の曲線Ｅ２が上がり）、摩擦発生機構７１で発生する摩擦抵抗を小さく設定すると、減衰回転速度Ｎでの減衰率が高くなる（図３の曲線Ｅ４のように、減衰回転速度Ｎ付近の曲線Ｅ２が下がる）。

このように、摩擦発生機構７１で発生する摩擦抵抗の大きさを調節することで、減衰回転速度Ｎ付近での減衰率を高めることができ、ロックアップ領域をさらに拡大することが可能となる。つまり、このロックアップ装置６では車両の燃費をより高めることができる。

（３）
このロックアップ装置６では、摩擦発生機構７１が、出力プレート６３とイナーシャ部材６４との軸方向間に挟み込まれた環状の第１摩擦部材７２および第２摩擦部材７３を有しているため、簡素な構造により摩擦発生機構７１を実現できる。つまり、高い振動減衰性能を備えたロックアップ装置６を低コストで実現できる。

（４）
このロックアップ装置６では、イナーシャ部材６４が出力プレート６３により半径方向および軸方向に支持されているため、イナーシャ部材６４の動作が安定する。

（５）
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６を備えているため、車両の燃費を向上させることができる。

＜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修正および変更が可能である。

（１）
前述の実施形態では、イナーシャ部材６４のプレート部材６４ａが第１出力プレート６７および第２出力プレート６８に挟み込まれているが、出力プレート６３が１枚のプレートであってもよい。この場合、イナーシャ部材６４のプレート部材６４ａが一対のプレートであり、これらのプレートの間に出力プレートが挟み込まれる。

（２）
前述の実施形態では、流体式動力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が、流体式動力伝達装置は、ステータ５を有していないフルードカップリングであってもよい。

（３）
イナーシャ部材本体６４ｂがリベット６４ｃによりプレート部材６４ａに固定されているが、イナーシャ部材本体６４ｂがプレート部材６４ａと一体で形成されていてもよい。

トルクコンバータの縦断面概略図 ロックアップ装置の縦断面概略図 ロックアップ装置の効果を示す図

１ トルクコンバータ（流体式動力伝達装置）
２ フロントカバー（入力回転体）
３ インペラ
４ タービン（出力回転体）
５ ステータ
６ ロックアップ装置
６１ ピストン
６２ 支持プレート
６３ 出力プレート（出力部材）
６４ イナーシャ部材
６５ 第１コイルスプリング（第１弾性部材）
６６ 第２コイルスプリング（第２弾性部材）
６７ 第１出力プレート
６８ 第２出力プレート

Claims (6)

1. 入力回転体を出力回転体に機械的に連結するためのロックアップ装置であって、
   油圧の作用により前記入力回転体に押し付けられるように設けられたピストンと、
   前記出力回転体と一体回転可能なように前記出力回転体に連結された出力部材と、
   前記ピストンを前記出力部材に回転方向に弾性的に連結するための第１弾性部材と、
   前記出力部材に対して相対回転可能に設けられたイナーシャ部材と、
   前記イナーシャ部材を前記出力部材に回転方向に弾性的に連結するための第２弾性部材と、
   を備えたロックアップ装置。
2. 前記出力部材と前記イナーシャ部材との間で回転方向の摩擦抵抗を発生させる摩擦発生機構をさらに備えた、
   請求項１に記載のロックアップ装置。
3. 前記摩擦発生機構は、前記出力部材と前記イナーシャ部材との軸方向間に挟み込まれた環状の摩擦部材を有している、
   請求項２に記載のロックアップ装置。
4. 前記イナーシャ部材は、前記出力部材により半径方向に支持されている、
   請求項１から３のいずれかに記載のロックアップ装置。
5. 前記イナーシャ部材は、前記出力部材により軸方向に支持されている、
   請求項１から４のいずれかに記載のロックアップ装置。
6. 前記入力回転体としてのフロントカバーと、
   前記出力回転体としてのタービンと、
   請求項１から５のいずれかに記載のロックアップ装置と、
   を備えた流体式動力伝達装置。

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