JP2019015307A - トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの良好な応答性を確保する。
【解決手段】トルクコンバータ１００は、フロントカバー２と、インペラ３と、タービン４と、ピストン６と、シール機構８とを備えている。ピストン６は、フロントカバー２とタービン４との間において軸方向に移動可能に配置されている。また、ピストン６は、タービン４と摩擦係合可能に構成されている。シール機構８は、ピストン６の外周端部に設けられている。シール機構８は、第１油圧室から第２油圧室への作動油の流れを遮断するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルクコンバータに関するものである。

トルクコンバータは、インペラ及びタービンを有しており、内部の作動油を介してインペラからタービンへとトルクを伝達する。インペラは、エンジンからのトルクが入力されるフロントカバーに固定されている。タービンはインペラに対向して配置されている。インペラが回転すると、インペラからタービンへと作動油が流れ、タービンを回転させることでトルクを出力する。

また、トルクコンバータは、ロックアップ装置を有している。ロックアップ装置がオン状態になると、フロントカバーからのトルクが機械的にタービンに伝達されてトランスミッションの入力軸に出力される。

例えば、特許文献１に記載のトルクコンバータは、ロックアップ装置がピストンを有している。このピストンは軸方向に移動可能であり、ピストンがタービン側に移動してタービンと摩擦係合することによって、ロックアップ装置がオン状態となる。

特開２０１０−５３９６３号公報

上述したような構成のトルクコンバータにおいて、ロックアップ装置をオン状態とする際のピストンの応答性が良好であることが好ましい。そこで、本発明の課題は、ピストンの良好な応答性を確保することにある。

本発明者は、鋭意研究の結果、外殻の外周壁部とピストンとの隙間を介して第１油圧室内の油圧が第２油圧室内に漏れ、第１油圧室と第２油圧室との圧力差が生じにくくなり、ピストンの応答性が低下することを見出した。

そこで、本発明のある側面に係るトルクコンバータは、フロントカバーと、インペラと、タービンと、ピストンと、シール機構とを備えている。インペラは、外周部がフロントカバーの外周部に固定されている。タービンは、インペラと対向して配置される。ピストンは、フロントカバーとタービンとの間において軸方向に移動可能に配置されている。また、ピストンは、タービンと摩擦係合可能に構成されている。シール機構は、ピストンの外周端部に設けられている。シール機構は、フロントカバーとピストンとの間の第１油圧室からピストンとタービンとの間の第２油圧室への作動油の流れを遮断するように構成されている。

この構成によれば、シール機構によって、第１油圧室から第２油圧室への作動油の流れを遮断することができる。このため、第１油圧室から第２油圧室への圧力漏れを防止して、第１油圧室と第２油圧室との圧力差を維持することができる。この結果、ピストンの良好な応答性を確保することができる。

好ましくは、シール機構は、環状溝と、シールリングとを有している。環状溝は、ピストンの外周面において形成されている。シールリングは、環状溝内において軸方向に移動可能である。環状溝は、底面、第１内壁面、及び第２内壁面によって画定されている。第１内壁面は、インペラ側を向いている。第２内壁面は、フロントカバー側を向いている。シールリングは、第１側面、第２側面、及び外周面を有している。第１側面は、第１内壁面と対向している。第２側面は、第２内壁面と対向している。外周面は、フロントカバー又はインペラの内周面と当接している。シール機構は、第１内壁面又は第１側面に形成される油溝をさらに有している。

シール機構は、インペラとタービンとの間の第３油圧室から第１油圧室への作動油の流れを許容する一方向弁を有するように構成されていてもよい。好ましくは、一方向弁は、リードバルブである。

好ましくは、ピストンは、第１油圧室と第２油圧室とを連通するオリフィス孔を有する。

好ましくは、ピストンは、タービンの外周端部と摩擦係合する。

好ましくは、ピストンは、フロントカバーと弾性部材を介して連結される。

本発明によれば、ピストンの良好な応答性を確保することができる。

トルクコンバータの断面図。 ダンパ機構の断面図。 シール機構の断面図 シール機構の拡大断面図。 トルクコンバータの油圧回路を示す断面図。 シール機構の拡大断面図。 変形例に係るシール機構の拡大断面図。 変形例に係るシール機構の拡大断面図。 変形例に係るシール気孔の断面図。

［全体構成］
図１は、本発明の一実施形態によるトルクコンバータ１００の断面図である。以下の説明において、「軸方向」とは、トルクコンバータ１００の回転軸Ｏが延びる方向を意味する。また、「径方向」とは、回転軸Ｏを中心とした円の径方向を意味し、「周方向」とは、回転軸Ｏを中心とした円の周方向を意味する。なお、図示していないが、図１の左側にはエンジンが配置されており、図１の右側にはトランスミッションが配置されている。

トルクコンバータ１００は、回転軸Ｏを中心に回転可能である。トルクコンバータ１００は、フロントカバー２、インペラ３、タービン４、ステータ５、及びロックアップ装置１０を備えている。

［フロントカバー２］
フロントカバー２は、エンジンからのトルクが入力される。フロントカバー２は、円板部２１と、筒状部２２と、ハブ２３と、を有している。筒状部２２は、円板部２１の外周端部からインペラ３側へ軸方向に延びている。ハブ２３は、略円筒状であって、円板部２１の内周端部に固定されている。例えば、ハブ２３は溶接などによって円板部２１に固定されている。

［インペラ３］
インペラ３は、インペラシェル３１、複数のインペラブレード３２、及びインペラハブ３３を有する。インペラシェル３１は、外周部に、平板部３１１と、筒状部３１２と、を有する。平板部３１１は、回転軸Ｏに対してほぼ直交するように延びた平坦な部分である。

筒状部３１２は、平板部３１１の外周端からフロントカバー２側に延びて形成された部分である。筒状部３１２の先端部は、フロントカバー２の筒状部２２の先端部に固定されている。例えば、筒状部３１２は、溶接によって、フロントカバー２に固定されている。
インペラブレード３２はインペラシェル３１の内側面に固定されている。インペラハブ３３はインペラシェル３１の内周部に溶接などによって固定されている。

フロントカバー２とインペラシェル３１とによって、トルクコンバータ１００の外殻が構成されている。この外殻の外周壁部１１０は、インペラ３の筒状部３１２と、フロントカバー２の筒状部２２とによって構成されている。

［タービン４］
タービン４は、インペラ３に対向して配置されている。タービン４は、タービンシェル４１、複数のタービンブレード４２、及びタービンハブ４３を有している。タービンブレード４２は、タービンシェル４１の内側面に、ろう付けなどによって固定されている。

タービンハブ４３は、リベット１０１によってタービンシェル４１の内周端部に固定されている。タービンハブ４３は、筒状部４３１と、筒状部４３１の外周面から外周側に突出して形成されたフランジ４３２と、を有している。筒状部４３１の内周面にはスプライン孔４３３が形成されている。このスプライン孔４３３がトランスミッションの入力軸にスプライン係合可能である。

また、タービン４は、受圧部４４をさらに有している。受圧部４４は、タービンシェル４１の外周端部によって構成されている。受圧部４４は、環状であって、平面によって構成されている。受圧部４４の主面は、軸方向を向いている。この受圧部４４は、トルクコンバータ１００の第３油圧室Ｓ３の外周側に配置されている。なお第３油圧室Ｓ３は、インペラ３とタービン４とによって形成される作動油の流路空間であって、いわゆるトーラスに相当する。受圧部４４はインペラシェル３１の平板部３１１に対向して配置されている。

［ステータ５］
ステータ５は、タービン４からインペラ３へと戻る作動油を整流するように構成されている。ステータ５は、回転軸Ｏ周りに回転可能である。詳細には、ステータ５は、固定シャフト（図示省略）に、ワンウェイクラッチ１０２を介して支持されている。このステータ５は、インペラ３とタービン４との間に配置される。

ステータ５は、円板状のステータキャリア５１と、その外周面に取り付けられる複数のステータブレード５２と、を有している。なお、ステータキャリア５１とインペラハブ３３との間には第１スラストベアリング１０３が配置され、ステータキャリア５１とタービンハブ４３のフランジ４３２との間には第２スラストベアリング１０４が配置されている。

［ロックアップ装置１０］
ロックアップ装置１０は、フロントカバー２からタービン４にトルクを機械的に伝達するものであり、軸方向において、フロントカバー２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１０は、ピストン６と、ダンパ機構７と、シール機構８と、を有している。

ピストン６は、フロントカバー２とタービン４との間において軸方向に移動可能に配置されている。ピストン６は、タービン４と摩擦係合可能に構成されている。詳細には、ピストン６は、円板部６１と、摩擦部６２と、筒状部６３と、を有している。

ピストン６の外周面は、フロントカバー２及びインペラ３の内周面と当接していない。すなわち、径方向において、ピストン６の外周面と、外周壁部１１０の内周面との間に隙間が形成されている。

円板部６１は、タービンシェル４１及びタービンハブ４３に沿った形状に形成されている。

摩擦部６２は、環状に形成されている。摩擦部６２は、円板部６１の外周端部によって構成されている。摩擦部６２の主面は軸方向を向いている。摩擦部６２は、受圧部４４側の主面において、摩擦材６４を有している。この摩擦材６４は、環状であって、受圧部４４と対向するように配置されている。この摩擦部６２は、タービン４の受圧部４４に摩擦係合するように構成されている。なお、この摩擦材６４は受圧部４４側に固定されていてもよい。

筒状部６３は、円板部６１の内周端部をフロントカバー２側に折り曲げて形成されている。筒状部６３は、フロントカバー２の内周部に固定されたハブ２３の外周面に摺動可能に支持されている。ハブ２３の外周面にはシール部材１０５が設けられており、このシール部材１０５によって、ピストン６の筒状部６３の内周面とハブ２３の外周面との間がシールされている。

以上のような構成により、タービンシェル４１の受圧部４４と、ピストン６の摩擦部６２及びこれに固定された摩擦材６４と、によってクラッチ部４０が構成されている。

図２に示すように、ダンパ機構７は、軸方向においてフロントカバー２とピストン６との間に配置されている。ダンパ機構７は、ドライブプレート７１と、ドリブンプレート７２と、複数の外周側トーションスプリング７３ａと、複数の内周側トーションスプリング７３ｂと、を有している。

ドライブプレート７１は円板状に形成されており、内周端部がフロントカバー２の側面に溶接などによって固定されている。ドライブプレート７１は、複数の外周側収容部７１１、複数の内周側収容部７１２、複数の外周側係合部７１３、及び複数の内周側係合部７１４を有している。

外周側収容部７１１は円周方向において所定の間隔で形成されており、この外周側収容部７１１に外周側トーションスプリング７３ａが収容されている。また、内周側収容部７１２は円周方向において所定の間隔で形成されており、この内周側収容部７１２に内周側トーションスプリング７３ｂが収容されている。

外周側係合部７１３は、外周側収容部７１１に収容された外周側トーションスプリング７３ａの両端部に係合可能に配置されている。また、内周側係合部７１４は、内周側収容部７１２に収容された内周側トーションスプリング７３ｂの両端部に係合可能に配置されている。

ドリブンプレート７２は円板状に形成されている。ドリブンプレート７２は、ピストン６に固定されている。詳細には、ドリブンプレート７２の径方向の中間部がピストン６のフロントカバー２側の面に溶接によって固定されている。ドリブンプレート７２は、複数の外周側係合部７２１、及び複数の内周側係合部７２２を有している。外周側係合部７２１は、ドリブンプレート７２の外周端部をフロントカバー２側に折り曲げて形成されている。そして、外周側係合部７２１は、外周側トーションスプリング７３ａの両端に係合可能である。また、内周側係合部７２２は、内周側トーションスプリング７３ｂの両端に係合可能である。

以上のような構成によって、フロントカバー２に入力されたトルクは、ドライブプレート７１、トーションスプリング７３ａ，７３ｂ、及びドリブンプレート７２を介してピストン６に伝達される。

［シール機構］
図３に示すように、シール機構８は、ピストン６の外周端部に設けられている。シール機構８は、第１油圧室Ｓ１から第２油圧室Ｓ２への作動油の流れを遮断するように構成されている。なお、第１油圧室Ｓ１は、フロントカバー２とピストン６との間の空間である。また、第２油圧室Ｓ２は、ピストン６とタービン４との間の空間である。すなわち、ピストン６が、フロントカバー２とタービン４との間の空間を、第１油圧室Ｓ１と第２油圧室Ｓ２とに区画している（図５参照）。

図４に示すように、シール機構８は、環状溝８１と、シールリング８２と、複数の油溝８３と、を有している。環状溝８１は、ピストン６の外周面に形成された溝であり、周方向に延びている。詳細には、ピストン６の外周端部は、フロントカバー２側に向かって延びており、その外周面に環状溝８１が形成されている。

環状溝８１は、第１内壁面８１１、第２内壁面８１２、及び底面８１３によって画定されている。第１内壁面８１１は、インペラ３側を向いている。すなわち、第１内壁面８１１は、図４において右側を向く面である。第２内壁面８１２は、フロントカバー２側を向いている。すなわち、第２内壁面８１２は、図４において左側を向く面である。第１内壁面８１１と第２内壁面８１２とは、シールリング８２を除いた状態において対向している。

シールリング８２は、環状であり、環状溝８１内に配置されている。シールリング８２は、この環状溝８１内において、軸方向に移動可能に配置されている。シールリング８２の外周面８２３は、外殻の外周壁部１１０の内周面と当接している。すなわち、シールリング８２の外径は、外周壁部１１０の内径と略等しい。このため、シールリング８２が軸方向に移動するとき、シールリング８２は外周壁部１１０の内周面上を摺動する。なお、本実施形態では、シールリング８２の外周面８２３は、インペラ３の筒状部３１２の内周面と当接している。

シールリング８２は、周方向に直交する切断面が矩形状である。シールリング８２は、第１側面８２１と第２側面８２２とを有している。第１側面８２１は、環状溝８１の第１内壁面８１１と対向する。すなわち、第１側面８２１は、軸方向において、フロントカバー２側（図４の左側）を向いている。また、第２側面８２２は、環状溝８１の第２内壁面８１２と対向する。すなわち、第２側面８２２は、軸方向において、インペラ３側（図４の右側）を向いている。

シールリング８２の内周面８２４は、環状溝８１の底面８１３と間隔をあけて配置されている。このため、シールリング８２の内周面８２４と環状溝８１の底面８１３との間の空間を作動油が流れることができる。

各油溝８３は、シールリング８２の第１側面８２１に形成されている。各油溝８３は、周方向において互いに間隔をあけて配置されている。各油溝８３は、第１側面８２１上を径方向に延びている。各油溝８３は、第１油圧室Ｓ１に開口している。また、各油溝８３は、シールリング８２の内周面８２４と環状溝８１の底面８１３との間の空間にも開口している。

［油圧回路］
次に、このトルクコンバータ１００に設けられた油圧回路について図５を用いて説明する。油圧回路は、第１油路Ｐ１、第２油路Ｐ２、第３油路Ｐ３、及びオリフィス孔６５を有している。

第１油路Ｐ１は、インペラハブ３３とステータキャリア５１との間に形成されている。第２油路Ｐ２はタービンハブ４３とステータキャリア５１との間に形成されている。また、第３油路Ｐ３は、タービンハブ４３とハブ２３との間に形成されている。

オリフィス孔６５は、ピストン６の内周部に軸方向に貫通して形成されている。このオリフィス孔６５は、第１油圧室Ｓ１と、第２油圧室Ｓ２と、を連通している。

［動作］
作動油を介してインペラ３からタービン４にトルクを伝達するトルクコンバータ作動領域では、第３油路Ｐ３から供給された作動油が、第２油圧室Ｓ２→第３油圧室Ｓ３内→第１油路Ｐ１及び第２油路Ｐ２の経路で循環する。この場合は、フロントカバー２からインペラ３に入力されたトルクは、タービン４を介してトランスミッションの入力軸に出力される。第３油圧室Ｓ３内では、タービン４に供給された作動油はステータ５により整流されてインペラ３に戻される。

以上のトルクコンバータ作動領域では、ロックアップ装置１０はオフ状態（トルク伝達が遮断されている状態）である。このロックアップ装置１０がオフ状態のとき、各部の油圧は、
第２油圧室Ｓ２＞第１油圧室Ｓ１＞第３油圧室Ｓ３
の関係となっている。したがって、ピストン６はタービン４と摩擦係合していない。すなわち、ピストン６の摩擦材６４は、受圧部４４から離れている。このため、フロントカバー２からダンパ機構７を介してピストン６に伝達されたトルクは、タービン４には伝達されない。

トルクコンバータ１００の回転数が上昇して所定の回転数以上になると、第３油路Ｐ３から第２油圧室Ｓ２への作動油の供給を停止する。すると、遠心力によって、第１油圧室Ｓ１内の油圧が第２油圧室Ｓ２内の油圧よりも高くなり、ピストン６がタービン４側に移動する。この結果、ピストン６とタービン４とが摩擦係合し、ロックアップ装置１０がオン状態となる。すなわち、ピストン６の摩擦材６４が受圧部４４を押圧し、摩擦係合する。この結果、フロントカバー２からダンパ機構７を介してピストン６に伝達されたトルクは、タービン４に伝達される。

なお、このピストン６がタービン４側に移動するとき、第１油圧室Ｓ１内の油圧によって、シールリング８２は環状溝８１内においてインペラ３側（図４の右側）に移動しており、シールリング８２の第２側面８２２は環状溝８１の第２内壁面８１２と当接している（図４参照）。このため、第１油圧室Ｓ１から第２油圧質Ｓ２への作動油の流れが遮断され、第１油圧室Ｓ１内の油圧が第２油圧室Ｓ２内の油圧よりも高い状態を保持することができる。この結果、ピストン６の良好な応答性を確保することができる。

ロックアップ装置１０がオン状態になった後、第１油路Ｐ１及び第２油路Ｐ２を介して作動油を第３油圧室Ｓ３に供給し、第３油圧室Ｓ３内の油圧を第１油圧室Ｓ１内の油圧よりも高くする。これによって、第３油圧室Ｓ３から、シール機構８を介して第１油圧室Ｓ１に作動油が供給される。

詳細には、第３油圧室Ｓ３内の油圧が第１油圧室Ｓ１内の油圧よりも高くなると、シールリング８２が環状溝８１内においてフロントカバー２側に移動する（図６参照）。すなわち、シールリング８２の第２側面８２２が、環状溝８１の第２内壁面８１２から離れる。そして、シールリング８２の第１側面８２１が、環状溝８１の第１内壁面８１１に当接する。この状態において、第３油圧室Ｓ３内の作動油が、油溝８３を介して、第１油圧室Ｓ１内へと供給される。この結果、第１油圧室Ｓ１内の油圧が高くなり、より確実にピストン６をタービン４に摩擦係合させて、ピストン６からタービン４へのトルク伝達を確実にすることができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

（ａ）上記実施形態では、複数の油溝８３が形成されていたが、油溝８３の数はこれに限定されず、１つの油溝８３のみが形成されていてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、油溝８３は、シールリング８２の第１側面８２１に形成されているが、油溝８３の構成はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、油溝８３は、環状溝８１の第１内壁面８１１に形成されていてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、シールリング８２の内周面８２４と環状溝８１の底面８１３とは接触していないが、図８に示すように、シールリング８２の内周面８２４と環状溝８１の底面８１３とは互いに接触していてもよい。この場合、シールリング８２の内周面８２４に、油溝８３と連通する別の油溝８６を形成することができる。

（ｄ）図９に示すように、シール機構８は、一方向弁であるリードバルブによって構成されていてもよい。具体的には、シール機構８は、弁体８４と、少なくとも１つの貫通孔８５とを有している。なお、好ましくは、シール機構８は、複数の貫通孔８５を有している。

ピストン６の外周面は、外殻の外周壁部１１０の内周面と当接している。すなわち、径方向において、ピストン６と外殻の外周壁部１１０との間に隙間が形成されていない。なお、本変形例では、ピストン６の外周面は、インペラ３の筒状部３１２と当接している。

貫通孔８５は、ピストン６の外周端部に形成されている。この貫通孔８５は、ピストン６を軸方向に貫通している。貫通孔８５は、第１油圧室Ｓ１と第３油圧室Ｓ３とを連通するように構成されている。すなわち、貫通孔８５は、第１油圧室Ｓ１側に開口する第１開口面と、第３油圧室Ｓ３側に開口する第２開口面を有している。

弁体８４は、板状に構成されており、貫通孔８５の第１開口面を封鎖している。すなわち、弁体８４は、第１油圧室Ｓ１側から、貫通孔８５を封鎖している。そして、弁体８４は弾性を有している。

このように構成された変形例に係るシール機構８では、以下のように動作する。まず、ピストン６をタービン４側に移動させるとき、すなわち、第１油圧室Ｓ１内の油圧を第２油圧室Ｓ２内の油圧及び第３油圧室Ｓ３内の油圧のそれぞれよりも高くする場合は、弁体８４によって貫通孔８５が封鎖される。このため、第１油圧室Ｓ１内の油圧が第２油圧室Ｓ２内の油圧よりも高い状態を保持することができる。この結果、ピストン６の良好な応答性を確保することができる。

また、ロックアップ装置１０がオン状態になった後、作動油を第３油圧室Ｓ３に供給して第３油圧室Ｓ３内の油圧を第１油圧室Ｓ１内の油圧よりも高くする。すると、第３油圧室Ｓ３内の作動油が弁体８４を第１油圧室Ｓ１側に押圧する。この結果、弁体８４が第１油圧室Ｓ１側に撓み、第３油圧室Ｓ３からの作動油が貫通孔８５を介して第１油圧室Ｓ１へ流れ込むことができる。

（ｅ）上記実施形態では、ピストン６の外周端部においてタービン４と摩擦係合していたが、ピストン６の中央部、又はその他の箇所において、タービン４と摩擦係合してもよい。

２ フロントカバー
３ インペラ
４ タービン
６ ピストン
８ シール機構
８１ 環状溝
８１１ 第１内壁面
８１２ 第２内壁面
８１３ 底面
８２ シールリング
８２１ 第１側面
８２２ 第２側面
８２３ 外周面
Ｓ１ 第１油圧室
Ｓ２ 第２油圧室

Claims (7)

1. フロントカバーと、
   外周部が前記フロントカバーの外周部に固定されるインペラと、
   前記インペラと対向して配置されるタービンと、
   前記フロントカバーと前記タービンとの間において軸方向に移動可能に配置され、前記タービンと摩擦係合可能に構成されるピストンと、
   前記ピストンの外周端部に設けられ、前記フロントカバーと前記ピストンとの間の第１油圧室から前記ピストンと前記タービンとの間の第２油圧室への作動油の流れを遮断するように構成されたシール機構と、
   を備える、トルクコンバータ。
   
2. 前記シール機構は、前記ピストンの外周面において形成された環状溝と、前記環状溝内において軸方向に移動可能なシールリングを有し、
   前記環状溝は、底面、前記インペラ側を向く第１内壁面、及び前記フロントカバー側を向く第２内壁面によって画定され、
   前記シールリングは、前記第１内壁面と対向する第１側面と、前記第２内壁面と対向する第２側面と、前記フロントカバー又は前記インペラの内周面と当接する外周面と、を有し、
   前記シール機構は、前記第１内壁面又は前記第１側面に形成される油溝をさらに有する、
   請求項１に記載のトルクコンバータ。
   
3. 前記シール機構は、前記インペラと前記タービンとの間の第３油圧室から前記第１油圧室への作動油の流れを許容する一方向弁を有する、
   請求項１に記載のトルクコンバータ。
   
4. 前記一方向弁は、リードバルブである、
   請求項３に記載のトルクコンバータ。
   
5. 前記ピストンは、前記第１油圧室と前記第２油圧室とを連通するオリフィス孔を有する、
   請求項１から４のいずれかに記載のトルクコンバータ。
   
6. 前記ピストンは、前記タービンの外周端部と摩擦係合する、
   請求項１から５のいずれかに記載のトルクコンバータ。
   
7. 前記ピストンは、前記フロントカバーと弾性部材を介して連結される、
   請求項１から６のいずれかに記載のトルクコンバータ。

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