JP2016133159A - トルクコンバータ用のロックアップ装置 - Google Patents

トルクコンバータ用のロックアップ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】3段の捩り特性を有するロックアップ装置において、捩り特性を、より低剛性化、広角度化することによって、振動をさらに効果的に抑制する。【解決手段】このロックアップ装置は、トルクが入力されるドライブプレート29と、ドリブンプレート30と、第4トーションスプリング44と、第1〜第3トーションスプリング41〜43と、を備えている。ドリブンプレート30は、ドライブプレート29と相対回転自在に配置され、トルクを出力する。第4トーションスプリング44は、ドライブプレート29とドリブンプレート30とを連結し、捩り角度範囲の全域にわたって作動する。第1〜第3トーションスプリング41〜43は、第4トーションスプリング44と並列に作動するように第4トーションスプリング44の外周側に配置され、それぞれが、剛性が異なり直列に作動する。【選択図】図3

Description

本発明は、ロックアップ装置、特に、トルクを伝達するとともに捩り振動を吸収・減衰するためのトルクコンバータのロックアップ装置に関する。
トルクコンバータには、トルクをフロントカバーからタービンに直接伝達するためのロックアップ装置が設けられている場合が多い。このロックアップ装置は、フロントカバーからトルクが入力されるクラッチ部と、タービンに固定された出力部材と、クラッチ部と出力部材との間に配置されたダンパ部と、を有している。ダンパ部は、複数のトーションスプリングを有しており、クラッチ部の出力側の部材と出力部材とを相対回転自在に連結している。
このようなロックアップ装置では、特許文献1に示されるように、剛性を低くし、かつ捩り角度を広くすることによって、振動を効果的に抑制することができる。また、低剛性、及び捩り特性の広角度化を実現しつつ、所定のトルク伝達容量を確保するために、捩り特性を3段特性にすることが行われている。
特開2011−252583号公報
特許文献1に示されたロックアップ装置では、3段の捩り特性のうちの1段目では、外周側に配置された2種類のトーションスプリングが作動し、低剛性の特性が実現される。その後、外周側の2種類のスプリングのうちの1種類のスプリングが線間密着し、2段目に移行する。2段目では、外周側の2種類のスプリングのうちの、残りのスプリングが作動する。次に、3段目では、外周側の1種類のスプリングと内周側のスプリングとが作動し、高剛性の特性が実現される。
以上のように、特許文献1の装置では、3段の捩り特性において1段目及び2段目では、外周側のスプリングのみが作動することによって低剛性及び中剛性の特性が実現される。このため、外周側のスプリングの負荷が比較的高くなり、特性をより低剛性化して、振動を効果的に抑制することが困難になる。
本発明の課題は、多段の捩り特性を有するロックアップ装置において、捩り特性を、より低剛性化、広角度化することによって、振動をさらに効果的に抑制することにある。
本発明の一側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置は、トルクを伝達するとともに捩り振動を吸収・減衰するための装置であって、入力回転部材と、出力回転部材と、複数の第1コイルスプリングと、複数の第2コイルスプリング対と、を備えている。入力回転部材はトルクが入力される。出力回転部材は、入力回転部材と所定の捩り角度範囲で相対回転自在に配置され、トルクを出力する。第1コイルスプリングは、入力回転部材と出力回転部材とを相対回転自在に連結し、捩り角度範囲の全域にわたって作動する。第2コイルスプリング対は、第1コイルスプリングの外周側又は内周側に第1コイルスプリングと並列に作動するように配置され、それぞれが、剛性が異なり直列に作動する2つ以上のコイルスプリングを有する。
この装置では、ロックアップ状態では、入力回転部材に入力されたトルクは、第1コイルスプリング及び第2コイルスプリング対を介して出力回転部材に伝達されて出力される。
ここでは、第1コイルスプリングは捩り角度範囲の全域にわたって作動し、第2コイルスプリング対は第1コイルスプリングと並列に作動する。このため、各コイルスプリングに作用する負荷が、従来の多段の捩り特性を有する装置に比較して軽減される。したがって、捩り特性を、より低剛性化し、広角度化することが可能になる。
本発明の別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、第1コイルスプリングは、第2コイルスプリング対の内周側に配置されており、自由状態で円弧状のアークスプリングである。
ここでは、捩り角度範囲の全域にわたって作動する第1コイルスプリングがアークスプリングで構成されているので、第1コイルスプリングのスプリング長を長くすることができる。したがって、捩り特性を、低剛性化、広角度化が容易になる。
本発明の別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、第2コイルスプリング対の2つ以上のコイルスプリングは、自由状態で円弧状のアークスプリングであり、隣り合う2つのコイルスプリングは円周方向の端面が直接接触している。
ここでは、第2コイルスプリング対がアークスプリングで構成されているので、前記同様に、捩り特性を、低剛性化、広角度化することができる。また、第2コイルスプリング対を構成する2つのコイルスプリングを直接接触させているので、スプリング長を、より長くすることができ、低剛性化、広角度化が容易になる。
本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、第1コイルスプリング及び第2コイルスプリング対は、3段の捩り特性を実現するものであり、第2コイルスプリング対は、長スプリング、中スプリング、及び短スプリングを有している。長スプリングは、円周方向の長さが最も長く、かつ剛性が最も低く、捩り特性の1段目のみで作動する。中スプリングは、円周方向の長さが長スプリングよりも短く、かつ剛性は長スプリングよりも高く、捩り特性の1段目及び2段目で作動する。短スプリングは、円周方向の長さが中スプリングよりも短く、かつ剛性は中スプリングよりも高く、捩り特性の全域で作動する。
本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、長スプリング及び中スプリングは、入力回転部材と出力回転部材とが相対回転する際に、長スプリング、中スプリングの順に密着する。
以上のような本発明では、多段の捩り特性を有するロックアップ装置において、捩り特性を、より低剛性化、広角度化することができ、これによって、振動をさらに効果的に抑制することができる。
本発明の一実施形態が採用されたトルクコンバータの縦断面概略図。 図1のロックアップ装置を抽出して示す図。 図1のドリブンプレートと、外周側及び内周側ダンパ部と、をエンジン側から視た図。 ロックアップ装置の3段の捩り特性を示す図。
[全体構成]
図1は本発明の一実施形態によるロックアップ装置を有するトルクコンバータ1の縦断面概略図である。トルクコンバータ1は、エンジンのクランクシャフトからトランスミッションの入力軸にトルクを伝達するための装置である。図1の左側に図示しないエンジンが配置され、図1の右側に図示しないトランスミッションが配置されている。図1に示すO−Oがトルクコンバータ1の回転軸である。
トルクコンバータ1は、フロントカバー2と、インペラ3と、タービン4と、ステータ5と、ロックアップ装置6と、を備えている。インペラ3、タービン4、及びステータ5によって、トーラス形状の流体室が形成されている。
フロントカバー2は、図示しないフレキシブルプレートを介してトルクが入力される部材である。フロントカバー2は、エンジン側に配置されている部材であって、円板状の本体部2aと、本体部2aの外周部からトランスミッション側に向かって延びる筒状部2bと、を有している。フロントカバー2の内周端にはセンターボス2cが設けられている。センターボス2cは、軸方向に延びる円筒形状の部材であり、図示しないクランクシャフトの中心孔に挿入される。
インペラ3は、主に、インペラシェル11と、その内部に固定された複数のインペラブレード12と、インペラシェル11の内周部に固定されたインペラハブ13と、から構成されている。インペラシェル11は、フロントカバー2に対向するように配置され、外周部の先端がフロントカバー2の筒状部2bに溶接されている。インペラハブ13は、インペラシェル11の内周端からトランスミッション側に延びる筒状の部材である。
タービン4は、流体室内でインペラ3に対して軸方向に対向して配置されている。タービン4は、主に、タービンシェル15と、タービンシェル15の内部に固定された複数のタービンブレード16と、タービンハブ17と、を有している。タービンシェル15の内周端は、トランスミッション側に折り曲げられ、固定部15aが形成されている。
タービンハブ17は、円筒状の部材であり、エンジン側の大径部17aと、トランスミッション側の小径部17bと、を有している。小径部17bは大径部17aより外径が小さい。大径部17aの内周面にはスプライン孔17cが形成されており、このスプライン孔17cにトランスミッションの入力軸が嵌合可能である。また、小径部17bの外周面に、タービンシェル15の固定部15aが溶接されている。
ステータ5は、タービン4からインペラ3に戻る作動油の流れを整流するための機構である。ステータ5は、主に、環状のステータキャリア20と、ステータキャリア20の外周面に設けられた複数のステータブレード21と、を有している。ステータキャリア20はワンウェイクラッチ22を介して図示しない筒状の固定シャフトに支持されている。
なお、タービンシェル15とステータキャリア20との間、及びステータキャリア20とインペラシェル11との間には、それぞれスラストベアリング24,25が配置されている。
[ロックアップ装置6]
ロックアップ装置6は、フロントカバー2に入力されるトルクをトランスミッションに伝達するとともに、捩り振動を吸収及び減衰するための装置である。ロックアップ装置6は、図1に示すように、フロントカバー2とタービン4との間に配置されており、所定の回転数以上において両者を機械的に連結する。
ロックアップ装置6は、図1及び図2に示すように、ピストン28と、入力回転部材としてのドライブプレート29と、出力回転部材としてのドリブンプレート30と、外周側ダンパ部31と、内周側ダンパ部32と、を有している。なお、図2は図1のロックアップ装置6部分を抽出して示したものである。
<ピストン28>
ピストン28は、円板状のプレート部材であって、フロントカバー2と対向するように配置され、油圧の作用によって軸方向に移動自在である。図2に示すように、ピストン28は、円板部28aと、外周筒状部28bと、内周筒状部28cと、を有している。
円板部28aの外周部において、フロントカバー2と対向する面には、摩擦部材34が固定されている。この摩擦部材34がフロントカバー2の側面に押し付けられることによって、フロントカバー2に入力されたトルクがピストン28を介して出力側に伝達される。外周筒状部28bは円板部28aの外周部をトランスミッション側に折り曲げて形成されたものである。また、内周筒状部28cは、円板部28aの内周部をエンジン側に折り曲げて形成されたものであり、タービンハブ17の大径部17aの外周面に摺動自在に支持されている。
なお、タービンハブ17の大径部17aの外周面には、シール部材35が設けられており、これによりタービンハブ17の大径部17aとピストン28の内周筒状部28cとの間がシールされている。
<ドライブプレート29>
ドライブプレート29は、円板状のプレート部材であり、ピストン28とタービン4との間に配置されている。ドライブプレート29は、図2及び図3に示すように、リベット37によってピストン28の円板部28aに固定された固定部29aと、入力側外周収容部29bと、入力側内周収容部29cと、入力側第1係合部29dと、入力側第2係合部29eと、を有している。
なお、図3は、ドリブンプレート30と、外周側及び内周側ダンパ部31,32と、をエンジン側から視た図である。ドライブプレート29とドリブンプレート30とは、具体的な形状は異なるが、基本的構成は同じであるので、図3に両プレート29,30の符号を付けて説明する。
入力側外周収容部29bは、円周方向に所定の間隔で設けられており、固定部29aの外周部を切り欠いて形成されたものである。この入力側外周収容部29bに外周側ダンパ部31が収容されている。図2に示すように、入力側外周収容部29bの内周縁部は、トランスミッション側に切り起こされて、内周支持部29fが形成されている。
入力側内周収容部29cは、入力側外周収容部29bの内周側に形成された開口である。この入力側内周収容部29cに内周側ダンパ部32が収容されている。図2に示すように、入力側内周収容部29cの外周縁部及び内周縁部は、トランスミッション側に切り起こされて、外周支持部29g及び内周支持部29hが形成されている。なお、外周支持部29g及び内周支持部29hは、入力側内周収容部29cの円周方向の全部ではなく、中央部の一部にのみ形成されている。
入力側第1係合部29dは、隣り合う入力側外周収容部29bの間に配置されている。入力側第1係合部29dは、ドライブプレート29の外周部において、入力側外周収容部29bが形成されていない部分をトランスミッション側に折り曲げて形成されている。また、入力側第2係合部29eは、入力側内周収容部29cの円周方向の両端部によって形成されている。
<ドリブンプレート30>
ドリブンプレート30は、円板状のプレート部材であり、ドライブプレート29とタービン4との間に配置されている。ドリブンプレート30は、外周部がタービンシェル15に溶接された固定部30aと、出力側外周収容部30bと、出力側内周収容部30cと、出力側第1係合部30dと、出力側第2係合部30eと、を有している。
出力側外周収容部30bは、ドライブプレート29の入力側外周収容部29bと対向する位置に設けられている。また、構成もドライブプレート29の入力側外周収容部29bと同じであり、固定部30aの外周部を切り欠いて形成されたものである。この出力側外周収容部30bに外周側ダンパ部31が収容されている。
出力側内周収容部30cは、出力側外周収容部30bの内周側に形成された開口である。出力側内周収容部30cは、入力側内周収容部29cと対向する位置に、円周方向において同じ長さで形成されている。この出力側内周収容部30cに内周側ダンパ部32が収容されている。
出力側内周収容部30cには、ドライブプレート29の外周支持部29g及び内周支持部29hが差し込まれている。前述のように、外周支持部29g及び内周支持部29hは入力側内周収容部29cの一部にのみ形成されているので、外周支持部29g及び内周支持部29hの円周方向の両端と出力側内周収容部30cの端面との間には隙間が形成されている。この隙間に相当する角度分だけ、ドライブプレート29とドリブンプレート30とは相対回転が可能である。言い換えれば、ドライブプレート29の外周支持部29g及び内周支持部29hと、ドリブンプレート30の出力側内周収容部30cと、によってドライブプレート29とドリブンプレート30との相対回転を所定の角度に規制するストッパ機構が構成されている。
出力側第1係合部30dは、隣り合う出力側外周収容部30bの間に配置されている。出力側第1係合部30dは、ドリブンプレート30の外周部において、出力側外周収容部30bが形成されていない部分をエンジン側に折り曲げて形成されている。また、出力側第2係合部30eは、出力側内周収容部30cの円周方向の両端部によって形成されている。
<外周側ダンパ部31>
外周側ダンパ部31は、120度間隔で3ヶ所に配置されている。各外周側ダンパ部31は、第1トーションスプリング41と、第2トーションスプリング42と、第3トーションスプリング43と、を有している。第1〜第3トーションスプリング41,42,43は、自由状態で、すなわち組み付けられていない状態で、円弧状に形成されたアークスプリングである。前述のように、外周側ダンパ部31は、入力側外周収容部29bと出力側外周収容部30bとによって保持されている。また、各トーションスプリング41,42,43は、外周側がピストン28の外周筒状部28bによって支持され、内周側がドライブプレート29の内周支持部29fによって支持されている。
第1トーションスプリング41は、円周方向に第1長さを有し、第1剛性を有している。第2トーションスプリング42は、円周方向に第1長さより短い第2長さを有し、第1剛性より剛性の高い第2剛性を有している。第3トーションスプリング43は、円周方向に第2長さより短い第3長さを有し、第2剛性より剛性の高い第3剛性を有している。すなわち、円周方向の長さは、第1トーションスプリング41>第2トーションスプリング42>第3トーションスプリング43の関係であり、剛性は、第1トーションスプリング41<第2トーションスプリング42<第3トーションスプリング43の関係である。
第1トーションスプリング41の一端及び第3トーションスプリング43の他端は、それぞれスプリングシート46を介して入力側第1係合部29d及び出力側第1係合部30dに当接している。第2トーションスプリング42の両端は、第1トーションスプリング41の他端及び第3トーションスプリング43の一端に直接接触している。これにより、第1〜第3トーションスプリング41〜43は直列で作動することになる。
<内周側ダンパ部32>
内周側ダンパ部32は、外周側ダンパ部31の内周側に配置されており、外周側ダンパ部31と同様に、120度間隔で3ヶ所に配置されている。各内周側ダンパ部32は、1つの第4トーションスプリング44から構成されている。第4トーションスプリング44は、自由状態で、すなわち組み付けられていない状態で、円弧状に形成されたアークスプリングである。前述のように、第4トーションスプリング44は、入力側内周収容部29cと出力側内周収容部30cとによって保持されている。また、第4トーションスプリング44は、ドライブプレート29の外周支持部29g及び内周支持部29hによって径方向に支持されている。
第4トーションスプリング44は、両端がドライブプレート29の入力側第2係合部29e及びドリブンプレート30の出力側第2係合部30eに係合している。これにより、第1〜第3トーションスプリング41〜43と第4トーションスプリング44とは、並列に作動することになる。
[動作]
エンジンの回転数が低いときには、油圧の作用によってピストン28はトランスミッション側に移動させられており、摩擦部材34はフロントカバー2から離れている。すなわち、ロックアップクラッチはオフである。このような状態では、フロントカバー2に入力されたトルクは、インペラ3及びタービン4を介してトランスミッションの入力軸に伝達される。
一方、エンジン回転数が所定の回転数以上になると、油圧の作用によってピストン28はフロントカバー2側に移動させられる。これにより、摩擦部材34がフロントカバー2に押し付けられ、ロックアップクラッチはオンとなる。このような状態では、フロントカバー2に入力されたトルクは、ピストン28→ドライブプレート29→外周側ダンパ部31及び内周側ダンパ部32→ドリブンプレート30→タービン4の経路で伝達され、トランスミッションの入力軸に出力される。
以上のロックアップクラッチがオンの状態において、ロックアップ装置6は、トルクを伝達するとともに、外周側及び内周側のダンパ部31,32によって、フロントカバー2から入力される捩り振動を、図4に示す3段の捩り特性によって吸収・減衰する。
具体的には、入力されるトルクが0〜T1の範囲では、ドライブプレート29とドリブンプレート30とは0〜θ1の角度範囲で相対回転し、外周側ダンパ部31の第1〜第3トーションスプリング41〜43及び内周側ダンパ部32の第4トーションスプリング44が作動する。より詳細には、第1〜第3トーションスプリング41〜43が直列に作動するとともに、第1〜第3トーションスプリング41〜43と第4トーションスプリング44とが並列に作動する。この場合の捩り特性は、最も低剛性の1段目の特性C1である。
入力されるトルクがT1を超えて、ドライブプレート29とドリブンプレート30の相対回転角度(すなわち捩り角度)がθ1以上になると、第1トーションスプリング41が線間密着する。このため、入力されるトルクがT1〜T2の範囲(捩り角度がθ1〜θ2の範囲)では、第2及び第3トーションスプリング42,43と第4トーションスプリング44が作動する。より詳細には、第2,第3トーションスプリング42,43が直列に作動するとともに、第2,第3トーションスプリング42,43と第4トーションスプリング44とが並列に作動する。この場合の捩り特性は、1段目の特性C1より剛性の高い中剛性の2段目の特性C2である。
さらに入力されるトルクが大きくなってT2を超え、捩り角度がθ2以上になると、第1トーションスプリング41に加えて第2トーションスプリング42も線間密着する。このため、入力されるトルクがT2以上の範囲(捩り角度がθ2以上の範囲)では、第3トーションスプリング43と第4トーションスプリング44が並列に作動する。この場合の捩り特性は、2段目の特性C2よりはさらに剛性の高い高剛性の3段目の特性C3である。
なお、図4において破線で示す特性C4は、第4トーションスプリング44のみが作動する場合の捩り特性である。
[特徴]
(1)1段目の特性C1では4つのトーションスプリング41〜44が作動し、2段目の特性C2では3つのトーションスプリング42〜44が作動する。また、3段目の特性C3では2つのトーションスプリング43,44が作動する。このため、3段の捩り特性を有する従来のロックアップ装置に比較して、各トーションスプリング42〜44に作用する負荷が軽減される。したがって、捩り特性を、より低剛性化できるとともに、低剛性の部分を広角度化することができ、振動をより効果的に減衰することができる。
(2)外周側ダンパ部31において、3つのトーションスプリング41〜43を直接接触させているので、各トーションスプリング間にスプリングシートを配置する場合に比較して、より広角度化が可能になる。
(3)外周側ダンパ部31において、3つのトーションスプリング41〜43をすべてアークスプリングにしているので、各トーションスプリング41〜43の端面がスムーズに当接することになり、各トーションスプリング41〜43の挙動が安定する。
(4)トーションスプリング41〜44をアークスプリングにしているので、特に、第1トーションスプリング41及び第4トーションスプリング44のスプリング長を長くすることができ、低剛性化、広角度化にさらに有利になる。
(5)外周側ダンパ部31を構成する3つのトーションスプリング41〜43を、ピストン28の外周筒状部28bと、ドライブプレート29の内周支持部29fと、によって支持している。すなわち、別の部材でトーションスプリング41〜43を支持している。このため、トーションスプリング41〜43と各支持部28b,29fとの間で発生するヒステリシストルクを調整しやすくなり、振動の低減において、より広範囲な車両の仕様に対応が可能になる。
[他の実施形態]
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
(a)前記実施形態では、ロックアップ装置6が3段の捩り特性を有する場合の例を示したが、捩り特性は3段であることに限定されず、複数の捩り特性を有する場合に本発明を適用することができる。
(b)4つのトーションスプリング41〜44の剛性、スプリング長については、前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
1 トルクコンバータ
6 ロックアップ装置
29 ドライブプレート(入力回転部材)
30 ドリブンプレート(出力回転部材)
31 外周側ダンパ部(第2コイルスプリング対)
32 内周側ダンパ部(第1コイルスプリング)
41〜43 第1〜第3トーションスプリング(第2コイルスプリング対)
44 第4トーションスプリング(第1コイルスプリング)

Claims (5)

  1. トルクを伝達するとともに捩り振動を吸収・減衰するためのトルクコンバータのロックアップ装置であって、
    トルクが入力される入力回転部材と、
    前記入力回転部材と所定の捩り角度範囲で相対回転自在に配置され、トルクを出力する出力回転部材と、
    前記入力回転部材と前記出力回転部材とを相対回転自在に連結し、前記捩り角度範囲の全域にわたって作動する複数の第1コイルスプリングと、
    前記第1コイルスプリングの外周側又は内周側に前記第1コイルスプリングと並列に作動するように配置され、それぞれが、剛性が異なり直列に作動する2つ以上のコイルスプリングを有する複数の第2コイルスプリング対と、
    を備えたトルクコンバータのロックアップ装置。
  2. 前記第1コイルスプリングは、前記第2コイルスプリング対の内周側に配置されており、自由状態で円弧状のアークスプリングである、請求項1に記載のトルクコンバータのロックアップ装置。
  3. 前記第2コイルスプリング対の2つ以上のコイルスプリングは、自由状態で円弧状のアークスプリングであり、隣り合う2つのコイルスプリングは円周方向の端面が直接接触している、請求項1又は2に記載のトルクコンバータのロックアップ装置。
  4. 前記第1コイルスプリング及び前記第2コイルスプリング対は、3段の捩り特性を実現するものであり、
    前記第2コイルスプリング対は、長スプリング、中スプリング、及び短スプリングを有し、
    前記長スプリングは、円周方向の長さが最も長く、かつ剛性が最も低く、捩り特性の1段目のみで作動し、
    前記中スプリングは、円周方向の長さが前記長スプリングよりも短く、かつ剛性は前記長スプリングよりも高く、捩り特性の1段目及び2段目で作動し、
    前記短スプリングは、円周方向の長さが前記中スプリングよりも短く、かつ剛性は前記中スプリングよりも高く、捩り特性の全域で作動する、
    請求項1から3のいずれかに記載のトルクコンバータのロックアップ装置。
  5. 前記長スプリング及び前記中スプリングは、前記入力回転部材と前記出力回転部材とが相対回転する際に、前記長スプリング、前記中スプリングの順に密着する、請求項4に記載のトルクコンバータのロックアップ装置。
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