JP2011208805A - 自動変速機 - Google Patents

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尚久 樅山
Yoshihiro Takigawa
由浩 滝川
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博喜 辻
Yoichi Oi
陽一 大井
Makoto Kawamoto
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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。
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。
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。
Figure 2011208805
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。
Figure 2011208805
x=x0λtと仮定して式(2)を解くと、次式(3)となる。
Figure 2011208805
式(3)の−ωnζは減衰項(実部)、ωd+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。
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。
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