JP2011064231A - トルクコンバータのポンプインペラ製作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インペラブレードをカシメによりインペラシェルに固定したポンプインペラにおいて、インペラブレードの固定状態が確実に保持されるようにする。
【解決手段】インペラシェル１０の環状凹部の内面に形成した窪みに、外周縁から突出する爪６ａ〜６ｃを嵌め込んでインペラブレード２を配置し、インペラブレード２の内径側端Ｅｉ部分をカシメ固定する。その後、インペラシェル１０の中央穴１１の内径面とトルコンスリーブ２０のフランジ２４の外周面とを突き合わせ溶接する。カシメ部におけるインペラブレード２の内径側端Ｅｉ部分が溶接熱により焼き入れ状態となり、硬度が高くなるので、膨張・収縮によるインペラブレード２とインペラシェル１０間の擦れがあってもインペラブレード２が磨耗することがなく、インペラブレード２がインペラシェル１０から外れることはない。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動変速機トルクコンバータのポンプインペラ製作方法に関する。

車両用の自動変速機では、その変速機構と動力源との間にトルクコンバータを配している。
トルクコンバータは、入力要素として動力源側に連結されるポンプインペラと、出力要素として変速機構の入力軸に接続されるタービンランナと、反力要素としてタービンランナからポンプインペラへ戻る作動流体の整流を行うステータとを備えて作動流体の循環路を形成し、作動流体を介して動力伝達を行う。
図７に示すように、ポンプインペラ１’はインペラシェル１０’にインペラブレード２を固定して形成される。すなわち、インペラシェル１０’は環状凹部１３をもつ断面形状を有し、環状凹部１３の内面に多数のインペラブレード２が周方向に並べて配置される。さらにインペラシェル１０’には、入力軸と同軸に回転するために中央にトルコンスリーブ２０’が溶接されている。

インペラブレード２は、環状凹部１３の内面形状にそった外周縁に複数の爪６を備え、内周縁にも爪７を備えている。インペラシェル１０’にはインペラブレード２の外周縁の爪６に対応する窪み１５が形成されている。
インペラブレード２は外周縁の爪６をインペラシェル１０’の窪み１５に係止させるとともに、内周縁の爪７をコアリング３０のスリットに通した後折り曲げてコアリング３０に結合される。
インペラシェル１０’の環状凹部１３は作動流体の循環路における外周壁の一部を形成し、コアリング３０は作動流体の循環路における内周壁の一部を形成している。

ところで、ポンプインペラ１’が組み込まれたトルクコンバータは車両の運転の前後、あるいは運転中に種々の環境変化に曝される。例えば、運転による作動流体の温度上昇や、ロックアップ時の内部圧上昇があり、その際にはインペラシェル１０’やインペラブレード２がわずかながら膨張する。
このため、すべてのインペラブレード２がコアリング３０に結合されているとしても、インペラブレード２の外周縁の爪６がインペラシェル１０’の窪み１５に係止しているだけでは、インペラシェル１０’が膨張した際に作動流体の反力を受けている爪６が窪み１５から抜けて、インペラブレード２全体がインペラシェル１０’から外れてしまう事態が生じる。

この対策として、従来は、例えば実開昭６３−１７１７５８号公報に示されるようなロウ付け、特開平９−２５７１１４号公報に示されるようなスポット溶接、あるいは特開平５−１０４２６８号公報に示されるようなレーザビームによる溶接等を施して、インペラブレードがインペラシェルから外れないようにしている。
しかし、これらの対策は高価なロウ材を必要としたり、高価な溶接装置を必要とする上、いずれもその作業に手間がかかるものである。
そこで、製作にロウ付けや溶接を省いたポンプインペラとして、カシメによりインペラブレードをインペラシェルに固定するようにしたものがある。

このようなポンプインペラは、従来、以下の手順で製作されている。
先ず図８の（ａ）に示すように、トルコンスリーブ２０’のフランジ２４’の外周面に対応する中央穴１１’を有するインペラシェル１０’をプレス成形し、つぎに（ｂ）に示すように、トルコンスリーブ２０’のフランジ２４’外周縁とインペラシェル１０’の中央穴１１’の内周縁とを突き合わせ溶接して、インペラシェル１０’とトルコンスリーブ２０’を一体化する。

それから、図９の（ｃ）に示すように、インペラシェル１０’の窪み１５に各インペラブレード２の爪６を嵌め込むとともに、コアリング３０をすべてのインペラブレード２に結合する。
このあと、（ｄ）に示すように、インペラシェル１０’における各インペラブレード２の、中央穴１１’の中心に関して内径方向先端である内径側端Ｅｉが位置する部位をプレスに取り付けたカシメ工具Ｋにより変形させて、インペラブレード２の内径側端Ｅｉとインペラシェル１０’とをカシメる。
これにより、インペラブレード２は単にその爪６をインペラシェル１０’の窪み１５に係止させただけではなく、カシメにより固定され、確実にインペラシェル１０’に結合されることが期待された。

実開昭６３−１７１７５８号公報 特開平５−１０４２６８号公報 特開平９−２５７１１４号公報

しかしながら、上述の製作方法によるカシメ固定したインペラブレードをもつポンプインペラ１’は、しばらくは期待された結合効果が保持されるが、長期間が経過すると、その効果を失ってインペラブレード２がインペラシェル１０’から外れる虞がある。
発明者はその原因について研究を行なったところ、トルクコンバータにおける上述の温度上昇や内部圧上昇による膨張現象が運転のたびに繰り返されると、カシメ部においてインペラブレード２とインペラシェル１０’との当接面に膨張・収縮の変形による擦れが生じて、インペラブレード２の端部が磨耗することを見出した。
カシメ部におけるインペラブレード２の端部が磨耗してしまうと、カシメによる固定機能は当然失われるから、インペラブレード２は単にその爪６がインペラシェル１０’の窪み１５に係止しているだけの状態となり、インペラシェル１０’が膨張した際などに外れることになる。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、ポンプインペラのインペラブレードをカシメによりインペラシェルに固定したトルクコンバータにおいて、コストの増大を招くことなくインペラブレードの固定状態が確実に保持されるようにしたポンプインペラ製作方法を提供することを目的とする。

このため本発明は、中央穴を囲んで環状凹部を有するインペラシェルと、中央穴の穴縁においてインペラシェルと接続されるトルコンスリーブと、インペラシェルの環状凹部に配置される複数のインペラブレードと、各インペラブレードと連結するコアリングとを有するポンプインペラの製作方法であって、中央穴と環状凹部を有し、該環状凹部に周方向に並べられた窪みを備えるインペラシェルを成形する第１の工程と、少なくとも外周縁に爪を有するインペラブレードを成形する第２の工程と、インペラシェルの窪みに各インペラブレードの爪を嵌め込んで環状凹部に並べる第３の工程と、環状凹部に並べたインペラブレードにコアリングを結合する第４の工程と、インペラブレードの内径側端にインペラシェルをカシメ固定する第５の工程と、第５の工程の後、トルコンスリーブとインペラシェルを中央穴の穴縁において溶接結合する第６の工程とからなるものとした。

本発明によれば、カシメ部におけるインペラブレードの内径側端部分が溶接熱の伝熱を受けて焼き入れ状態となる。これにより、カシメ部におけるインペラブレードの硬度が高くなり、膨張・収縮によるインペラブレードとインペラシェル間の擦れがあってもインペラブレードが磨耗することがなく、インペラブレードの固定状態が確実に保持される。
インペラブレードの硬度を高くするために、別途の焼き入れ工程を必要としないので、製作時間およびコストの増大なしに実現される。

実施の形態のポンプインペラを示す断面図である。 ポンプインペラの部分拡大図である。 トルコンスリーブを示す図である。 ポンプインペラの製作手順を示す説明図である。 ポンプインペラの製作手順を示す説明図である。 インペラブレードの表面硬度を示す図である。 ポンプインペラの従来例を示す図である。 従来のポンプインペラの製作手順を示す説明図である。 従来のポンプインペラの製作手順を示す説明図である。

次に本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は実施の形態にかかるポンプインペラを示す断面図である。
ポンプインペラ１は、トルコンスリーブ２０が溶接されたインペラシェル１０に多数のインペラブレード２を取り付け、各インペラブレード２を１つのコアリング３０に結合して構成されている。
インペラシェル１０は金属成形品で、中央穴１１を囲んで椀状の環状凹部１３を有し、環状凹部１３の内面にインペラブレード２が配置される。とくに図示しないが、公知のようにインペラブレード２は環状凹部１３の周方向に等間隔に並べられている。インペラブレード２はインペラシェル１０よりも薄い金属板からプレス成形されたものである。

インペラブレード２は、図２の拡大図に示すように、環状凹部１３の内面形状にそった外周縁３から３片の爪６（６ａ、６ｂ、６ｃ）を突出させ、内周縁４からも破線で示すように爪７（７ａ、７ｂ）を突出させている。
インペラシェル１０にはインペラブレード２の外周縁の爪６に対応する窪み１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）が形成され、各爪が嵌め込まれている。
なお、窪み１５に嵌め込まれた状態において、爪６の突出先端縁は窪み１５の底壁との間に微小な間隙を残すように設定されており、これにより、インペラブレード２の外周縁３はインペラシェル１０の環状凹部１３の内面に隙間なく当接する。

内周縁の爪７はコアリング３０のスリット３１、３２に通した後、ローリングにより実線で示すように折り曲げてコアリング３０に結合されている。
なお、個々のインペラブレード２はインペラシェル１０の中央穴１１の中心を通る直径線に対して傾斜しており、図２はインペラブレード２の外周縁３にそった断面を示している。

インペラブレード２はコアリング３０との結合部から内方（インペラシェル１０の中央穴１１の中心に関して内径方向）へ向けて先細となっている。インペラブレード外周縁の爪６の１つ（爪６ａ）は、インペラブレード２における内方の先端に設けられて、当該爪６ａの側辺がインペラブレード２の内径側端Ｅｉとなっている。
インペラブレード外周縁の残りの２片の爪６ｂ、６ｃは反対側の外径側端Ｅｏ寄りに設けられている。
インペラブレード２の内径側端Ｅｉは、爪６ａの一部であるため、インペラシェル１０の窪み１５ａ内に沈んだ状態となっている。そして、インペラシェル１０における爪６ａを嵌め込んだ窪み１５ａの内径側の壁面がカシメ工具により潰されてインペラブレード２の内径側端Ｅｉ上に一部乗り上げ、カシメられている。

トルコンスリーブ２０は、図３に示すように、筒部２２と、筒部２２の一端から径方向に延びるフランジ２４とを有している。フランジ２４はインペラシェル１０の中央穴１１の内径面１２と整合する外径を有している。
フランジ２４は、溶接の際のインペラシェル１０とフランジ２４の軸方向位置合わせのため、外周面２５よりも径方向外方へ規制壁２７を張り出させてある。

インペラシェル１０は中央穴１１の穴縁をトルコンスリーブ２０の規制壁２７に当接させて、中央穴１１の内径面１２をフランジ２４の外周面２５と突き合わせされ、互いに溶接結合されている。Ｗは溶接ビードである。
フランジ２４との突き合わせ面Ｆ（中央穴１１の内径面１２）と窪み１５ａの内径側の壁面との間の距離Ｌは、インペラシェル１０の中央穴１１まわりの板厚ｔの３倍以下に設定される。これに対応して、中央穴１１の径およびフランジ２４の外周径が設定される。

以上の構成になるポンプインペラ１は、以下の手順で製作する。
先ず第１の工程として、図４の（ａ）に示すように、トルコンスリーブ２０のフランジ２４の外周面２５（図３参照）と対応する径の中央穴１１を有するとともに、環状凹部１３に窪み１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を備えるインペラシェル１０をプレス成形する。
第２の工程では、外周縁３に爪６（６ａ、６ｂ、６ｃ）を有し、内周縁４に爪７（７ａ、７ｂ）を有するインペラブレード２を成形する。
第１の工程と第２の工程には時間的順序はなく、平行して実行されてよく、インペラシェル１０とインペラブレード２が次の第３の工程に供されればよい。
第３の工程において、（ｂ）に示すように、インペラシェル１０の窪み１５に各インペラブレード２の爪６を嵌め込む。インペラブレード２は環状凹部１３に周方向に並べられる。
第４の工程において、コアリング３０をすべてのインペラブレード２に結合する。
なお、第３の工程と第４の工程の順序は逆でもよい。

そして第５の工程で、図５の（ｃ）に示すように、インペラシェル１０におけるインペラブレード２の内径側端Ｅｉが位置する部位をカシメ工具により変形させて、インペラブレードの内径側端Ｅｉとインペラシェル１０とをカシメ固定する。
このあと、第６の工程において、（ｄ）に示すように、トルコンスリーブ２０のフランジ外周面２５（図３参照）とインペラシェル１０の中央穴１１の内径面１２とを突き合わせ溶接して、インペラシェル１０とトルコンスリーブ２０を一体化して、ポンプインペラ１の完成形とする。

第５の工程のカシメにより、インペラブレード２の内径側端Ｅｉとインペラシェル１０の窪み１５ａの壁面とは密接し、この密接状態において工程６の溶接を行うので、溶接熱がインペラシェル１０からインペラブレード２の内径側端Ｅｉに伝達され、インペラブレード２の端部は熱処理状態を示すテンパーカラーを呈する。
図６は、上記溶接後におけるインペラブレード２の表面硬度の測定結果を示す。乗用車用トルクコンバータのインペラシェルとして典型的なＳＡＰＨ４４０材、板厚３．６ｍｍの場合を示す。インペラブレードはインペラシェルより薄いＳＰＣＣ材、板厚１．０ｍｍである。
インペラブレード２の先端（内径側端Ｅｉ）にいくほど高い硬度となっており、インペラブレード２の端部は焼き入れされた状態となっている。

したがって、カシメ部においてインペラブレード２とインペラシェル１０との当接面に膨張・収縮の変形による擦れが生じても、直接溶接熱を受けるインペラシェル１０はもちろんのこと、インペラブレード２の端部も焼き入れにより高硬度となっているので磨耗することがない。

なお、インペラブレード２とインペラシェル１０との当接面と溶接突き合わせ面Ｆとの間の距離Ｌは、前述のようにインペラシェル１０の中央穴１１まわりの板厚の３倍以下とするのがよいが、あまりに近すぎると窪み１５ａ形成にしたがってインペラシェル１０の外面に現れる膨出部１７の立上り根元の曲率半径（Ｒ）部に溶接ビードＷがかかってエッジが生じ、応力集中のおそれがある。このため、上記距離Ｌをとくに板厚ｔの２倍に設定するのが、曲率半径部に溶接ビードＷがかからず、応力集中を避けながら最大限の熱量をインペラブレード２の端部（内径側端）へ及ぼすことができるので最も好ましい。

実施の形態に示したポンプインペラは、中央穴１１を囲んで環状凹部１３を有するインペラシェル１０と、中央穴１１の内径面１２においてインペラシェル１０に溶接されたトルコンスリーブ２０と、インペラシェル１０の環状凹部１３に配置された複数のインペラブレード２と、各インペラブレード２と連結したコアリング３０とを有し、インペラブレード２の内径側端Ｅｉとインペラシェル１０の中央穴１１近傍とをカシメ固定したものであって、カシメを行ってから上記の溶接を行うことにより、カシメ固定部におけるインペラブレード２の内径側端Ｅｉ部分が溶接熱により焼き入れ状態となっているものとしたので、カシメ部におけるインペラブレード２の硬度が高くなり、膨張・収縮によるインペラブレード２とインペラシェル１０間の擦れがあってもインペラブレード２が磨耗することがなく、インペラブレード２の固定状態が確実に保持される。
この結果、インペラブレード２がインペラシェル１０から外れてしまう事態が防止される。

とくにインペラブレード２の内径側端Ｅｉと溶接突き合わせ面Ｆ（インペラシェルの中央穴１１の内径面１２）との間の距離Ｌをインペラシェルの中央穴１１まわりの板厚ｔの３倍以下とすることにより、溶接熱が十分にカシメ部に及んで、焼き入れ状態を確実にすることができる。ここで、トルコンスリーブ２０は筒部２２と該筒部２２から径方向に延びるフランジ２４とを有しているので、上記の距離Ｌの設定に応じて中央穴１１を大きくする場合にも、中央穴１１の内径面１２との突き合わせ溶接のためフランジ２４の外径を大きくするだけで対応できる。

また、インペラブレード２は環状凹部１３にそった外周縁３に側辺が内径側端Ｅｉとなっている爪６ａを突出させ、インペラシェル１０は環状凹部１３の内面にインペラブレード２の爪６ａに対応する窪み１５ａを有して、該窪み１５ａの内径側の壁面がインペラブレード２の内径側端Ｅｉとの当接面となっているので、窪み１５ａの内径側の壁面わきを潰せば当該壁面上部が容易にインペラブレード２の内径側端Ｅｉ上に乗り上げて、簡単且つ確実なカシメ固定が得られる。

そして、インペラブレード２の内径側端Ｅｉと溶接の突き合わせ面Ｆとの間の距離Ｌは、溶接ビードＷがインペラシェル１０の窪み１５ａ部分の外面における膨出部１７の立上り根元の曲率半径部にかからない距離としているので、該曲率半径部に溶接ビードが溶着せず、該曲率半径部においてインペラシェルの膨張又は収縮の変形に追従した変形対応が可能となり、応力集中を招くことがない。

とくに、インペラブレード２の内径側端Ｅｉと溶接の突き合わせ面Ｆとの間の距離Ｌをインペラシェル１０の中央穴１１まわりの板厚ｔの２倍とすることにより、その板厚に対して形成される溶接ビードＷの大きさでは曲率半径部にかからない限界まで溶接部分をカシメ部へ近づけて上述のインペラシェルの膨張又は収縮の変形に追従した変形対応が可能となり、最大限の熱を溶接部分からカシメ部のインペラブレード２の内径側端Ｅｉに及ぼすことができる。

そして、実施の形態によるポンプインペラの製作方法は、中央穴１１を囲んで環状凹部１３を有するインペラシェル１０と、中央穴１１の穴縁においてインペラシェル１０と接続されるトルコンスリーブ２０と、インペラシェル１０の環状凹部１３に配置される複数のインペラブレード２と、各インペラブレード２と連結するコアリング３０とを有するポンプインペラの製作方法であって、中央穴１１と環状凹部１３を有し、該環状凹部１３に周方向に並べられた窪み１５を備えるインペラシェル１０を成形する第１の工程と、少なくとも外周縁３に爪６を有するインペラブレード２を成形する第２の工程と、インペラシェル１０の窪み１５に各インペラブレード２の爪６を嵌め込んで環状凹部１３に並べる第３の工程と、環状凹部１３に並べたインペラブレード２にコアリング３０を結合する第４の工程と、インペラブレード２の内径側端Ｅｉにインペラシェル１０をカシメ固定する第５の工程と、第５の工程の後、トルコンスリーブ２０とインペラシェル１０を中央穴１１の穴縁において溶接結合する第６の工程とからなるものとしたので、カシメ部におけるインペラブレード２の内径側端Ｅｉ部分が溶接熱の伝熱を受けて焼き入れ状態となる。これにより、カシメ部におけるインペラブレード２の硬度が高くなり、膨張・収縮によるインペラブレード２とインペラシェル１０間の擦れがあってもインペラブレード２が磨耗することがなく、インペラブレード２の固定状態が確実に保持される。
インペラブレード２の硬度を高くするために、別途の焼き入れ工程を必要としないので、製作時間およびコストの増大なしに実現される。（請求項１に対応する効果）

とくに、第６の工程における溶接位置を、第５の工程でカシメ固定したインペラブレード２の内径側端Ｅｉから、インペラシェル１０の中央穴１１まわりの板厚ｔの３倍以下とすることにより、インペラブレード２の磨耗防止に必要な硬度となる焼き入れ状態が十分に確保される。（請求項２に対応する効果）
さらには、第６の工程における溶接は、溶接ビードＷがインペラシェル１０の外面における膨出部１７の立上り根元の曲率半径部にかからない位置に行うので、溶接ビードＷと曲率半径部との間にエッジが生じるのを避け、応力集中が防止される。（請求項３に対応する効果）

また、トルコンスリーブ２０は筒部２２と、該筒部２２から径方向に延びるフランジ２４とを有しており、第６の工程では、中央穴１１の内径面１２とフランジ２４の外周面２５とを突き合わせ溶接するので、中央穴１１の内径とフランジ２４の外周径の設定により任意の所定の焼き入れ状態を得ることができる。

なお、実施の形態ではインペラブレード２の外周縁３における内方先端に爪６ａを形成し、当該爪６ａの側端がインペラブレード２の内径側端Ｅｉとなっている例について説明したが、これに限定されず、爪を外周縁３の先端から離間した位置に形成した場合には、爪を除くインペラブレード２の本体部分の先細になった先端部がインペラブレード２の内径側端Ｅｉとなる。この場合には、インペラシェル１０に窪み１５とは別に内径側端Ｅｉと当接する壁面を設けることにより容易にカシメを行うことができる。
また、実施の形態ではカシメとしてインペラシェル１０側を潰してインペラブレード２をインペラシェル１０に固定したものとしたが、これに限らず、インペラブレード２側を潰して固定したり、あるいは双方を潰して固定するものとしてもよい。

本発明は、車両用その他の自動変速機のトルクコンバータに適用してとくに有効である。

１ ポンプインペラ
２ インペラブレード
３ 外周縁
６ａ、６ｂ、６ｃ 爪
７ａ、７ｂ 爪
１０ インペラシェル
１１ 中央穴
１２ 内径面
１３ 環状凹部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 窪み
１７ 膨出部
２０ トルコンスリーブ
２２ 筒部
２４ フランジ
２５ 外周面
２７ 規制壁
３０ コアリング
３１、３２ スリット
Ｅｉ 内径側端
Ｅｏ 外径側端
Ｆ 突き合わせ面
Ｋ カシメ工具
Ｗ 溶接ビード

Claims (3)

1. 中央穴を囲んで環状凹部を有するインペラシェルと、前記中央穴の穴縁においてインペラシェルと接続されるトルコンスリーブと、インペラシェルの前記環状凹部に配置される複数のインペラブレードと、各インペラブレードと連結するコアリングとを有するポンプインペラの製作方法であって、
   前記中央穴と環状凹部を有し、該環状凹部に周方向に並べられた窪みを備える前記インペラシェルを成形する第１の工程と、
   少なくとも外周縁に爪を有する前記インペラブレードを成形する第２の工程と、
   前記インペラシェルの前記窪みに各インペラブレードの前記爪を嵌め込んで前記環状凹部に並べる第３の工程と、
   前記環状凹部に並べた前記インペラブレードにコアリングを結合する第４の工程と、
   前記インペラブレードの内径側端に前記インペラシェルをカシメ固定する第５の工程と、
   第５の工程の後、前記トルコンスリーブとインペラシェルを前記中央穴の穴縁において溶接結合する第６の工程とからなることを特徴とするトルクコンバータのポンプインペラ製作方法。
2. 前記第６の工程における溶接位置を、前記第５の工程でカシメ固定したインペラブレードの前記内径側端から、インペラシェルの前記中央穴まわりの板厚の３倍以下とす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のポンプインペラ製作方法。
3. 前記第６の工程における溶接は、溶接ビードがインペラシェルの外面における膨出部の立上り根元の曲率半径部にかからない位置に行う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のポンプインペラ製作方法。

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