JP2011069464A - トルクコンバータのシェル構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】タービンシェルとポンプシェルとの接触を防止する。
【解決手段】、ポンプインペラ20とタービンランナ30とが同軸上で相対回転可能に設けられており、ポンプインペラ20のポンプシェル21とフロントカバー10とにより形成された本体ケース2内で、タービンランナ30のタービンシェル31が、ポンプシェル21に対向して所定間隔で設けられたトルクコンバータ1において、タービンシェル31の外周に、ポンプシェル21側に突出する突出部36を設けて、タービンシェル31がポンプシェル21側に移動した際にタービンシェル31のタービンブレード32とポンプシェル21のポンプブレード22とが接触するよりも先に、タービンシェル31の突出部36とポンプシェル21の当接部21cとが接触するようにした。
【選択図】図1

Description

本発明は、トルクコンバータのシェル構造に関する。
図5は、一般的なトルクコンバータの構成を説明する図である。
自動変速機のトルクコンバータ100では、ポンプインペラ110と、タービンランナ120とが、ステータ130を間に挟んで、同軸上で相対回転可能に設けられている。
トルクコンバータ100では、ポンプインペラ110のポンプシェル111とフロントカバー140とから形成される本体ケース150内に、タービンランナ120のタービンシェル121が、ポンプシェル111に対向して設けられている。
ポンプシェル111では、タービンランナ120との対抗面に、多数のポンプブレード112が設けられており、内径側の端部に、スリーブ113が連結されている。
タービンシェル121では、ポンプインペラ110との対向面に、多数のタービンブレード122が設けられており、タービンシェル121の内径側に、入力軸170にスプライン嵌合したタービンハブ123が連結されている。
このトルクコンバータ100では、エンジン(図示せず)の回転駆動力が、フロントカバー140を介して、ポンプインペラ110に入力されるようになっており、ポンプインペラ110に入力された回転駆動力は、本体ケース150内の流体を介してタービンランナ120に伝達されたのち、タービンランナ120に連結した変速機構部(図示せず)の入力軸170に伝達されて、入力軸170が回転するようになっている。
トルクコンバータでは、速度比(タービンランナ回転数/ポンプインペラ回転数)が小さくなるほど(ゼロに近づくほど)、タービンランナとポンプインペラとの回転数の差が大きくなる。
回転数の差が大きくなると、タービンランナ120とポンプインペラ110との間を循環して流れる流体の速度が、これらの外側の本体ケース150内を流れる流体の速度よりも速くなり、タービンランナ120とポンプインペラ110とで囲まれた空間S1内の圧力が、外側の空間S2よりも低くなる。
そうすると、タービンランナ120には、図中矢印Yで示すポンプインペラ110側に向かう力(スラスト力)が作用するので、自由端であるタービンランナ120の外周側が、矢印Yで示す方向に移動してポンプインペラ110に接触する場合がある。
そこで、従来のトルクコンバータ100では、タービンシェル121とタービンハブ123との接続部121aの厚みを厚くして剛性を高め、スラスト力を受けるベアリング160の荷重容量を大きくすることで、タービンシェル121とポンプシェル111との接触を防止していたが、このような対策のために、トルクコンバータ100の製作コストが高くなってしまう。
図6は、特許文献1に開示されたトルクコンバータ200の断面図である。
特許文献1には、タービンシェル221が溶接されたロックアップクラッチ用のピストン270を備えるトルクコンバータ200において、ピストン270のポンプシェル211との対抗面に摩擦材271を設けて、タービンランナ220がポンプインペラ210側に移動した際に、摩擦材271が、ポンプシェル211の延在部214に接触することで、ポンプシェル211とタービンシェル221とが接触しないようにしたものが開示されている。
特開2004−332801号公報
しかし、トルクコンバータ200の場合、ポンプシェル211とタービンシェル221との接触は防止できるものの、摩擦材271が延在部214に当接すると、タービンランナ220とポンプインペラ210とがロックアップ状態となってしまう。
そのため、トルクコンバータ200の場合には、ロックアップのタイミングの制御が難しくなってしまう。
そこで、より安価な構成で、タービンシェルとポンプシェルとが接触しないようにすることが求められている。
本発明は、ポンプインペラとタービンランナとが同軸上で相対回転可能に設けられており、ポンプインペラのポンプシェルとフロントカバーとにより形成された本体ケース内で、タービンランナのタービンシェルが、ポンプシェルに対向して所定間隔で設けられたトルクコンバータにおいて、タービンシェルの外周に、ポンプシェル側に突出する突出部を設けた構成とした。
本発明によれば、タービンシェルがポンプシェル側に移動すると、ポンプシェル側に突出した突出部が、タービンシェルとポンプシェルとが接触するよりも先に、ポンプシェルに接触して、タービンシェルとポンプシェルとの接触を防止する。
また、ポンプシェルに接触した突出部が、タービンランナに作用するスラスト力の一部を引き受けるので、タービンシェルにおける剛性の要件と、タービンランナに作用するスラスト力を受けるスラストベアリングの荷重容量の要件とが、引き受けられたスラスト力に応じて緩和されるので、トルクコンバータをより安価に提供することが可能になる。
実施の形態にかかるトルクコンバータの断面図である。 トルクコンバータの要部拡大図である。 実施の形態にかかるトルクコンバータの作用を説明する図である。 スラスト力と速度比との相関図である。 従来例にかかるトルクコンバータの断面図である。 従来例にかかるトルクコンバータの断面図である。
以下、本発明の実施形態を説明する。
図1に示すように、車両用自動変速機のトルクコンバータ1では、ポンプインペラ20と、タービンランナ30とが、同軸上で相対回転可能に設けられており、ポンプインペラ20のポンプシェル21とフロントカバー10とから形成される本体ケース2内で、タービンランナ30のタービンシェル31が、ステータ40を間に挟んで、ポンプシェル21に対向している。
フロントカバー10は、円板部11と、円筒部12と、を備えており、トルクコンバータ1において、図示しないエンジン側に位置している。
円筒部12は、円板部11の外周縁から、エンジンとは反対側に入力軸3に沿って延びており、先端側の嵌合部12aが、ポンプシェル21の先端部21aに全周に亘って外嵌している。
嵌合部12aと先端部21aとの接続部分は、全周に亘って溶接されており、エンジンの回転駆動力がフロントカバー10に入力されると、フロントカバー10とポンプインペラ20とが、回転軸X周りに一体に回転するようになっている。
ポンプインペラ20は、ポンプシェル21と、ポンプシェル21に取り付けられた複数のポンプブレード22と、ポンプシェル21を入力軸3周りで回転可能に支持するインペラスリーブ23と、を備えて構成される。
ポンプシェル21では、図中右側のタービンブレード32との対向部分が、タービンランナ30とは反対側(図中左側)に膨出するように湾曲している。この湾曲した部分のタービンランナ30との対向面には、ポンプブレード22が複数設けられており、ポンプブレード22は、回転軸X周りの周方向で放射状に配置されている。
ポンプシェル21の先端部21aは、タービンランナ30よりも径方向外側の位置を、回転軸Xに沿って延びており、タービンシェル31の径方向外側で、フロントカバー10の円筒部12(嵌合部12a)に内嵌している。
ポンプシェル21における、ポンプブレード22が取り付けられた部分と、先端部21aとの間の部分21cは、タービンランナ30に近づくにつれて入力軸3(回転軸X)から離れる方向に傾斜しており、後記するタービンシェル31の突出部36が当接する当接部となっている(以下、当接部21cと標記する)。
ポンプインペラ20のインペラスリーブ23は、入力軸3の軸方向に沿って延びる筒状部23aと、筒状部23aのタービンランナ30側(図中右側)の端部から径方向外側に延びる円板部23bと、を備えており、断面視において略L字形状を有している。
円板部23bの外周部23b1は、ポンプシェル21の内周側の端部21bに径方向内側から当接しており、外周部23b1と端部21bとの接続部分は、全周に亘って溶接されている。
筒状部23aのタービンランナ30とは反対側(図中左側)は、図示しないオイルポンプハウジングで回転可能に支持されている。
また、円板部23bと、後記するステータ40の基部41における円板部41bとの間には、スラストベアリング71が設けられている。
タービンランナ30は、タービンシェル31と、タービンシェル31に取り付けられた複数のタービンブレード32と、タービンシェル31を支持すると共に入力軸3にスプライン嵌合したタービンハブ33とを備えて構成される。
タービンシェル31では、ポンプシェル21のポンプブレード22との対向部分である外周側が、ポンプインペラ20とは反対側(図中右側)に膨出するように湾曲している。
この湾曲した部分のポンプインペラ20との対向面には、タービンブレード32が複数設けられており、タービンブレード32は、回転軸X周りの周方向で放射状に配置されている。
タービンシェル31の内周側には、タービンハブ33との連結部31aが設けられている。連結部31aは、円板形状を有しており、タービンシェル31におけるエンジン寄りの位置(図中右寄りの位置)で、回転軸Xに直交するように設けられている。
連結部31aには、回転軸X周りの周方向において、複数のリベット挿通穴31a1が所定間隔で設けられており、実施の形態では、タービンシェル31の連結部31aは、リベットRでタービンハブ33に固定されている。
また、タービンシェル31におけるタービンブレード32が取り付けられた部分と連結部31aとの間の部分である接続部31bは、連結部31aに近づくにつれて入力軸3に近づく方向に傾斜している。
図2の(a)は、図1の要部を拡大して示す図であり、(b)は、(a)におけるA−A断面を、回転軸X周りの周方向に沿って径方向外側から見た状態を模式的に示した図である。
図3の(a)は、タービンシェル31の外周側が、図2の(a)において矢印Y方向に移動して、突出部36が、ポンプシェル21の当接部21cに当接した状態を示す図であり、(b)は、(a)におけるA−A断面を、回転軸X周りの周方向に沿って径方向外側から見た状態を模式的に示した図である。
タービンシェル31の外周部31cには、入力軸3から見て径方向外側に突出する突出部36が、タービンシェル31の外周縁の全周に亘って設けられている。
ポンプシェル21の当接部21cは、所定間隔をあけて突出部36に対峙しており、当接部21cの内周面21c1は、突出部36が当接する当接面となっている(以下、当接面21c1と標記する)。
当接面21c1は、回転軸Xに対して所定角度傾斜した平坦面であり、ポンプシェル21の内周の全周に亘って、回転軸Xを囲むように設けられている。
実施の形態では、タービンシェル31の突出部36は、その延出方向がポンプシェル21の当接面21c1に対してほぼ並行となるように、タービンシェル31の外周部31cの先端側を滑らかに折り曲げて形成されており、突出部36の先端部36aは、基端側の湾曲部36bよりも、図中右側(フロントカバー10側)に位置している。
この突出部36は、タービンシェル31をプレス成形で形成する際に同時に形成される。
図2の(b)に示すように、突出部36は、回転軸X周りの周方向に沿って、山部36cと谷部36dとが交互に繰り返すようにウェーブ状に形成されており、ポンプシェル21の当接部21c側に山部36cが位置している。
実施の形態では、図2の(a)に示すように、山部36cと、当接部21cの当接面21c1との離間距離D1が、ポンプブレード22とタービンブレード32とが最も近接した部分の離間距離D2よりも小さくなるように設定されている。
図2の(a)において、タービンシェル31が、図中矢印Y方向に作用する力を受けて、ポンプシェル21側に移動した際に、タービンシェル31のタービンブレード32とポンプシェル21のポンプブレード22とが接触するよりも先に、タービンシェル31の突出部36とポンプシェル21の当接部21cとが接触するようにするためである。
さらに、突出部36が当接部21cの当接面21c1に接触した際に、突出部36が周方向の全周に亘って当接面21c1に接触するのではなく、突出部36の山部36cのみが接触するようにするためである。
図1に示すように、タービンハブ33は、タービンシェル31の連結部31aに連結されてタービンシェル31を支持する円板部34と、円板部34の内径側から入力軸3の軸方向に沿って延びる筒状部35とを備えて構成され、筒状部35の内周面は入力軸3にスプライン嵌合している。
円板部34の外周側には、タービンシェル31の連結部31aと、ダンパ60の円板部61とが、リベットRにより固定されている。
また、円板部34の内径側と、ステータ40のベアリングサポート41cとの間には、タービンランナ30に作用するスラスト力を受けるスラストベアリング70が設けられている。
ステータ40は、ワンウェイクラッチ50を介してステータシャフト4に支持されており、基部41と、基部41の外周面に配設された多数のステータブレード42と、から構成される。
基部41は、ステータブレード42を支持する円筒部41aと、円筒部41aの後方端部から入力軸3側に延出する円板部41bと、この円板部41bとは反対側のベアリングサポート41cと、を備えている。
ワンウェイクラッチ50は、ステータシャフト4にスプライン嵌合したインナレース51と、インナレース51の外周面に配設されたクラッチ本体52と、クラッチ本体52の外周面に配設されたアウタレース53とを備えており、アウタレース53の外周面に、円筒部41aが固定されている。
そして、基部41の円板部41bと、ベアリングサポート41cとが、ワンウェイクラッチ50におけるインナレース51、クラッチ本体52、そしてアウタレース53の前後側面に接触および摺接されて、軸方向の位置決めが行われている。
以下、本発明の作用を説明する。
図4は、タービンランナ30に作用するスラスト力と速度比との関係を説明するグラフであって。スラストベアリング70が受けるスラスト力を説明する図である。
例えば車両が発進を開始した直後のように速度比eが小さい段階では、図2に示すように、タービンシェル31とポンプシェル21とで囲まれた空間S1内のオイルの循環流速が速いので、空間S1内の圧力の方が、外側の空間S2内の圧力よりも低くなる。
そのため、タービンランナ30には、図中矢印Yで示す方向に作用するスラスト力(タービンランナ30をポンプインペラ20側に移動させようとする力)が作用して、図3に示すように、自由端であるタービンシェル31の外周部31c側が、ポンプインペラ20側に移動する。
ここで、タービンシェル31の外周部31cには、径方向外側に突出して突出部36が設けられており、ポンプシェル21の当接部21cは、タービンシェル31の径方向外側を、先端部21aに向かうにつれてタービンシェル31から離れるように斜めに延びている。そして、突出部36と当接部21cとの離間距離D1が、ポンプブレード22とタービンブレード32とが最も近接した部分の離間距離D2よりも小さくなるように設定されている。
そのため、タービンシェル31(タービンブレード32)とポンプシェル21(ポンプブレード22)とが接触するよりも先に、突出部36がポンプシェル21の当接部21cに接触して、タービンブレード32とポンプブレード22とを直接接触させないようになっている。
ここで、突出部36は、回転軸X周りの周方向に沿って、山部36cと谷部36dとが交互に繰り返すようにウェーブ状に形成されているので、図3に示すように、突出部36と当接部21cとが当接すると、突出部36の山部36cのみが当接面21c1に当接した状態となる。
すなわち、突出部36と当接部21cとの接触面積が限られており、これらの接触界面から受ける摩擦抵抗が小さいので、ポンプインペラ20とタービンランナ30とは、ロックアップ状態にならずに相対回転可能となる。
この際、タービンシェル31の外径側がポンプシェル21の当接部21cにより支えられて、タービンランナ30に作用するスラスト力の一部を引き受けるので、その分だけ、スラストベアリング70に作用するスラスト力が小さくなる。
例えば図4に示すように、突出部36が設けられていない場合には、スラストベアリング70に作用するスラスト力は、速度比eに応じて、曲線L1に沿って変化する。
これに対して、突出部36が設けられている場合には、スラストベアリング70に作用していたスラスト力の一部を、突出部36が当接部21cに支えられて受けるので、スラストベアリング70に作用するスラスト力は、突出部36と当接部21cとの接触/非接触が切り替わる境界の速度比exよりも低速度比側で、曲線L2に沿って変化するようになる。
すなわち、図中符号αで示す領域における高さ分だけ、スラストベアリング70に作用するスラスト力が小さくなるので、突出部36が設けられていないトルクコンバータの場合よりも、スラストベアリング70に要求される荷重容量が小さくなる。
よって、スラストベアリング70を、荷重容量が小さくて、より安価なスラストベアリングに変更することが可能となるので、トルクコンバータの製作コストの低減が可能になる。
さらに、タービンランナ30に作用するスラスト力の大きさによっては、スラストベアリングを、金属ワッシャや樹脂ワッシャのような、より安価なものに置き換えることが可能となるので、製作コストの一層の低減が可能になる。
また、タービンシェル31の外周側がポンプインペラ20側に移動しないようにするために必要なタービンシェル31(接続部31b)の剛性も低くできるので、その分だけタービンシェル31(接続部31b)の厚みを薄くして、トルクコンバータ1を軽量化することができる。
以上の通り、本実施形態では、ポンプインペラ20とタービンランナ30とが同軸上で相対回転可能に設けられており、ポンプインペラ20のポンプシェル21とフロントカバー10とにより形成された本体ケース2内で、タービンランナ30のタービンシェル31が、ポンプシェル21に対向して所定間隔で設けられたトルクコンバータ1において、タービンシェル31の外周に、ポンプシェル21側に突出する突出部36を設けた構成とした。
これにより、タービンシェル31がポンプシェル21側に移動しても、タービンシェル31の突出部36とポンプシェル21の当接部21cとが先に接触するので、タービンブレード32(タービンシェル31)とポンプブレード22(ポンプシェル21)とが直接接触しない。
また、突出部36が、ポンプシェル21の当接部21cに接触してスラスト力を受けるので、タービンシェル31の外周側がポンプインペラ20側に移動しないようにするために必要なタービンシェル31(接続部31b)の剛性も低くできるので、その分だけタービンシェル31(接続部31b)の厚みを薄くして、トルクコンバータ1を軽量化することができる。
併せて、スラストベアリング70を、荷重容量が小さくて、より安価なスラストベアリングに変更することが可能となるので、トルクコンバータの製作コストの低減が可能になる。さらに、タービンランナ30に作用するスラスト力の大きさによっては、スラストベアリングを、金属ワッシャや樹脂ワッシャのような、より安価なものに置き換えることが可能となるので、製作コストの一層の低減が可能になる。
また、従来のトルクコンバータの場合、ポンプインペラ20とタービンランナ30との接触を避けるために、これらの間の離間距離D2(図2参照)を広く取る必要があり、ポンプインペラ20から吐き出された作動油の流れが、ポンプシェル21とタービンシェル31との隙間から空間S1内に入る作動油の流れに乱されて、トルクコンバータの性能が悪くなっていた。
しかし、実施の形態にかかるトルクコンバータ1では、ポンプインペラ20とタービンランナ30との接触を確実に避けることができるので、離間距離D2をより狭めることが可能である。よって、ポンプインペラ20から吐き出された作動油の流れが、ポンプシェル21とタービンシェル31との隙間から空間S1内に入る作動油の流れにより乱される程度が抑えられるので、トルクコンバータの性能が向上する。
さらに、図2の(b)に示すように、突出部36は、タービンシェル31の外周の全周に亘って設けられており、突出部36のポンプシェル21との対向面は、回転軸X周りの周方向に沿って山部36cと谷部36dとが交互に繰り返すようにウェーブ状に形成されている構成とした。
これにより、突出部36と当接部21cとが当接すると、突出部36の山部36cのみが当接面21c1に当接した状態となり、谷部36dの部分には、当接部21cとの間に隙間Cが確保されている。
すなわち、突出部36と当接部21cとの接触面積が限られており、これらの接触界面から受ける摩擦抵抗が小さいので、ポンプインペラ20とタービンランナ30とは、ロックアップ状態にならずに確実に相対回転可能となるので、特許文献1に開示されたトルクコンバータのように、ロックアップのタイミングの制御が難しくなることがない。
さらに、突出部36が当接部21cに当接した状態で、ポンプシェル21とタービンシェル31とが相対回転をしても、本体ケース2内の油が、隙間Cを通って空間S1と空間S2の間を行き来できるので、当接面21c1が確実に潤滑される。
ここで、突出部36の全面が当接面21c1に接触していると、ポンプシェル21とタービンシェル31とが相対回転した際に、突出部36と当接面21c1との接触界面に十分な油(オイル)が供給されなくなる。そのため、同種金属であるポンプシェル21とタービンシェル31とが焼付けを起こす虞がある、
一方、実施の形態のように、突出部36がウェーブ状に形成されていると、相対回転時に、突出部36と当接部21cとの接触界面が適度に潤滑されるので、焼き付けの発生を好適に防止できる。
実施の形態では、突出部36が、タービンシェル31の外周部31cを湾曲させて形成されており、突出部36とタービンシェル31とが一体に形成されている場合を例示したが、突出部をタービンシェル31とは別体に形成し、例えばリング状の突出部を、タービンシェル31の外周部31cの外周面に溶接などで取り付けるようにしても良い。
1 トルクコンバータ
2 本体ケース
3 入力軸
4 ステータシャフト
10 フロントカバー
20 ポンプインペラ
21 ポンプシェル
22 ポンプブレード
23 インペラスリーブ
30 タービンランナ
31 タービンシェル
31a 連結部
31b 接続部
31c 外周部
32 タービンブレード
33 タービンハブ
34 円板部
35 筒状部
36 突出部
36a 先端部
36b 湾曲部
36c 山部
36d 谷部
40 ステータ
41 基部
41a 円筒部
41b 円板部
41c ベアリングサポート
42 ステータブレード
50 ワンウェイクラッチ
51 インナレース
52 クラッチ本体
53 アウタレース
60 ダンパ
61 円板部
70、71 スラストベアリング
100、200 トルクコンバータ
110、210 ポンプインペラ
111、211 ポンプシェル
112、212 ポンプブレード
113、213 スリーブ
120、220 タービンランナ
121、221 タービンシェル
121a 接続部
122 タービンブレード
123 タービンハブ
130 ステータ
140 フロントカバー
150 本体ケース
160 ベアリング
170 入力軸
214 延在部
231 摩擦材
270 ピストン
R リベット
S1、S2 空間
X 回転軸

Claims (2)

  1. ポンプインペラとタービンランナとが同軸上で相対回転可能に設けられており、前記ポンプインペラのポンプシェルとフロントカバーとにより形成された本体ケース内で、前記タービンランナのタービンシェルが、前記ポンプシェルに対向して所定間隔で設けられたトルクコンバータにおいて、
    前記タービンシェルの外周に、前記ポンプシェル側に突出する突出部を設けたことを特徴とするトルクコンバータのシェル構造。
  2. 前記突出部は、前記タービンシェルの外周の全周に亘って設けられており、
    前記突出部の前記ポンプシェルとの対向面は、ウェーブ状に形成されてい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シェル構造。
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