JP2019120315A - トルクコンバータ - Google Patents

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Yukihisa Tsuzuki
幸久 都築
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Abstract

【課題】簡易な構成でインペラブレードをインペラシェルに強固に固定可能なトルクコンバータを提供すること。また、同様に、簡易な構成でタービンブレードを強固に固定可能なトルクコンバータを提供すること。【解決手段】トルクコンバータ(1)は、外周面(21x)上であって且つ高圧力負荷側の外周方向端部に、外径方向に突出する第1突出部(25)が設けられるインペラブレード(21)と、内周面(20x)がインペラブレード(21)の外周面(21x)に当接し、第1突出部に対向する内周面上に凹部(20a)が設けられるインペラシェル(20)と、を具備する。【選択図】 図1

Description

本発明は、トルクコンバータ、及びトルクコンバータのインペラブレード並びにタービンブレードに関する。
トルクコンバータは、入力側の羽根車としてのインペラ、出力側の羽根車としてのタービン、及びインペラとタービンの間で作動油の流れを制御するステータ、を作動油室内部に有し、インペラ側(入力側)からタービン側(出力側)へトルクを伝達する装置である。作動油室内は、作動油で満たされており、インペラ及びタービンは、同一の回転軸上を各々回転可能に設けられる。インペラは、インペラシェルと、インペラシェルの内周面上に略放射状に配置される複数のインペラブレードと、インペラブレードの内周面側に固定されるインペラコアと、を備えている。また、タービンは、タービンシェルと、タービンシェルの内周面上に略放射状に配置される複数のタービンブレードと、タービンブレードの内周側に固定されるタービンコアと、を備えている。
エンジン等の駆動源からの駆動力が、入力側のインペラに伝達され当該インペラが回転し始めると、作動油は遠心力によってインペラの外周方向端部からタービンに流れ込む。この際に、作動油がタービンブレードに衝突する力によってタービンが回転する。そして、タービンの回転が変速機(自動変速機)に伝達されることにより、駆動源からの駆動力が変速機へと伝達されることとなる。なお、タービンに流れ込んだ作動油は、ステータに設けられる羽根に沿ってさらに流れることで、インペラへと戻される。この際発生する作動油の流れにより、インペラの回転が加速されてインペラの回転トルクが増幅される。
ところで、インペラブレードをインペラシェルに固定する方法(又はタービンブレードをタービンシェルに固定する方法)としては、例えばかしめ・圧入、及びろう付け等が一般的に用いられる。特許文献1には、インペラブレード内周側に切り欠き部を設け、かかるインペラブレードをインペラシェルに圧入後、かかる切り欠き部にインペラシェルの肉が乗るようにポンチ等でかしめる、インペラブレードのインペラシェルに対する固定法が開示されている。さらに、特許文献2には、インペラブレードのタブに突起部を設け、インペラシェルに設けられる凹み部にタブを圧入して、インペラブレードとインペラシェルとの固定を補強したインペラブレードの固定方法が開示されている。さらにまた、特許文献3には、シェルにスリット上の挿通孔と係合部が形成され、ブレードにかかる挿通孔に挿通される挿通片が形成されるブレード取付構造が開示されている。
特開平1−307565号公報 特開平11−2304号公報 特開2013−155857号公報
特許文献1に記載の固定法においては、インペラブレードをインペラシェルに圧入した後にかしめ工程が必要となるため、製造コストが増加してしまう。また効率的なかしめ工程の実現を考慮すると、インペラシェル側に設けられるかしめ部(特許文献1における符号1a)の板厚が薄くなり強度低下に繋がる可能性がある。他方、かかるかしめ部の板厚を厚くすると、かしめ工程の作業効率性が低下してしまい、結果的に製造コストが増加してしまう。
特許文献2に記載の固定方法においては、インペラブレードのタブに突起部を別途設けるプレス工程が必要になるため、製造コストが増加してしまう。また、インペラシェルの凹み部にインペラブレードのタブを圧入する際、凹み部と突起部との間に摩擦力が発生してしまうことに起因して、他の方法に比して圧入荷重を大きくする必要が生じ、結果として製造コストが増加してしまう。
特許文献3に記載のブレード取付構造においては、シェルに形成される挿通孔及び係合部に、ブレードに形成される挿通片を挿入する際に、係合部と挿通片との間に摩擦力が発生してしまうことに起因して、他の方法に比してブレードの圧入荷重を大きくする必要が生じ、結果として製造コストが増加してしまう。
なお、広く知られたろう付け手法を用いて、ブレードとシェル(又はブレードとコア)の固定を補強する場合においては、確実なろう付けを念頭におき、概して理論上必要とされる量よりも多い量のろう材が、両部材間に塗布されることが多く、この点も製造コストの増加の一因となっている。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、簡易な構成でインペラブレードをインペラシェルに強固に固定可能なトルクコンバータを提供する。また、同様に、簡易な構成でタービンブレードを強固に固定可能なトルクコンバータを提供する。
本発明の一態様に係るトルクコンバータは、外周面上であって且つ高圧力負荷側の外周方向端部に、外径方向に突出する第1突出部が設けられるインペラブレードと、内周面が前記インペラブレードの外周面に当接し、前記第1突出部に対向する前記内周面上に凹部が設けられるインペラシェルと、を具備するものである。
この構成によれば、前記インペラブレードの外周面上に設けられる前記第1突出部への応力集中を低減することができるため、従来に比して、前記インペラブレードと前記インペラシェルとを強固に固定することが可能となる。また、前記インペラブレードと前記インペラシェルの板厚、材質等の使用を適宜選択することで、別途ろう付けによる補強も不要とすることができるため、製造コストを低減することも可能となる。
また、本発明の一態様に係る前記トルクコンバータにおいて、前記インペラシェルの外周面には、前記凹部に対応して、外径方向に突出するエンボス部が設けられることが好ましい。
この構成によれば、前記インペラシェルを均一の板厚とすることができる(前記凹部に対応する部分だけ板厚が薄くなることはない)ので、前記インペラシェルにおいて応力集中が発生することを防止することで、前記インペラブレードと前記インペラシェルとを強固に固定することが可能となる。
また、本発明の一態様に係る前記トルクコンバータにおいて、前記インペラブレードの内周面上であって、且つ高圧力負荷側の内周方向端部に、内径方向に突出しインペラコアに挿入される第2突出部がさらに設けられることが好ましい。
この構成によれば、前記インペラブレードの内周面上に設けられる第2突出部への応力集中を低減することができるため、従来に比して、前記インペラブレードと前記インペラシェルとをさらに強固に固定することが可能になると同時に、前記インペラブレードと前記インペラコアとを強固に固定することも可能となる。
また、本発明の一態様に係る前記トルクコンバータにおいて、外周面上であって且つ高圧力負荷側の外周方向端部には、外径方向に突出する第3突出部が設けられ、内周面上であって且つ高圧力負荷側の内周方向端部には、内径方向に突出しタービンコアに挿入される第4突出部が設けられるタービンブレードをさらに具備されることが好ましい。
この構成によれば、前記タービンブレードの外周面上に設けられる前記第3突出部への応力集中を低減することができ、且つ前記タービンブレードの内周面上に設けられる第4突出部への応力集中をも低減することができるため、従来に比して、前記インペラブレードと前記インペラシェルとをさらに強固に固定することが可能となる。
本発明によれば、簡易な構成でインペラブレードをインペラシェルに強固に固定可能なトルクコンバータを提供することができる。また、同様に、簡易な構成でタービンブレードを強固に固定可能なトルクコンバータを提供することができる。
本発明の一実施形態に係るトルクコンバータを示す概略断面図である。 従来のインペラブレードの一部を拡大した図である。 図1におけるトルクコンバータにおいて、略四角形の点線で囲った部分のインペラブレードを拡大した図である。 従来のタービンブレードの一部を拡大した図である。 本発明の一実施形態に係るトルクコンバータのタービンブレードの一部を拡大した図である。
以下、添付図面を参照して本発明の様々な実施形態を説明する。なお、図面において共通した構成要件には同一の参照符号が付されている。また、或る図面に表現された構成要素が、説明の便宜上、別の図面においては省略されていることがある点に留意されたい。さらにまた、添付した図面が必ずしも正確な縮尺で記載されている訳ではないということに注意されたい。
1.トルクコンバータ1の構成
本発明の一実施形態に係るトルクコンバータ1の全体構成の概要について、従来技術と対比しながら、図1乃至図4Bを参照しつつ説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るトルクコンバータを示す概略断面図である。図2は、従来のインペラブレードの一部を拡大した図である。図3は、図1におけるトルクコンバータにおいて、略四角形の点線で囲った部分のインペラブレードを拡大した図である。図4Aは、従来のタービンブレードの一部を拡大した図である。図4Bは、本発明の一実施形態に係るトルクコンバータのタービンブレードの一部を拡大した図である。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るトルクコンバータ1は、エンジンやモータ等の駆動源(図示せず)と変速機(図示せず)との間に配置され、回転軸Xを中心に回転可能に設けられる。また、トルクコンバータ1は、カバー(図示せず)と、インペラ2と、タービン3と、ステータ4と、を主に具備し、カバーとインペラ2のインペラシェル20によって、作動油が充填される作動油室を形成している。インペラ2、タービン3、ステータ4、及びロックアップ装置(図示せず)が、作動油室内部に収容されている。以下、各要素の詳細について説明する。
2.インペラ2
図1に示すように、インペラ2は、インペラシェル20、インペラブレード21、及びインペラコア22から構成されており、回転軸Xを中心に回転可能に設けられている。インペラ2が回転軸Xを中心に回転し始めると、作動油室内に充填される作動油は、遠心力によってインペラ入口2Aを起点として、インペラシェル20の内周面20xに沿ってインペラ出口2Bを経由して、タービン3のタービン入口3Bへと流れ込む。ここで、インペラ出口2B及びタービン入口3Bは、インペラ2及びタービン3の回転径の最外方に位置しているため、インペラ出口2B及びタービン入口3Bに存在する作動油は、遠心力の作用を強く受けて油圧が高くなる。
インペラシェル20は、断面略円弧状の板部材であって、図示しないカバーに溶接やボルト締結等によって連結されて、内部に作動油室を形成している。インペラシェル20の内周面20xは、略放射状に配置される複数のインペラブレード21の外周面に当接している。インペラシェル20の内周面20xには、インペラブレード21の外周面上に設けられる第1突出部25に対向して、凹部20aが設けられている。凹部20aは、インペラシェル20の内周面20xに円周方向に沿って複数(図1においては2つ)形成され、凹部20aには、第1突出部25が収容されて、インペラブレード21がインペラシェル20に固定される。
ここで、凹部20aは、第1突出部25に対向して設けられるところ、従来においては、図2から推察されるように、インペラ入口2Aとインペラ出口2Bとを結ぶインペラシェル20における内周面20xの略中間位置(内周方向端部ではない位置)に設けられる。他方、本発明の一実施形態においては、図1及び図3に示すように、少なくとも一つの凹部20aは、インペラ出口2B近傍におけるインペラシェル20の内周面20xに設けられる。これは、後述する通り、第1突出部25が、インペラブレード21の外周面21x上であって、遠心力の作用を強く受けて作動油の油圧が大きくなる高圧力負荷側(回転軸Xからの径方向の距離が遠く、遠心力の作用を相対的に強く受ける側)の外周方向端部に設けられることに起因している。凹部20aの形状や大きさは、特に制限はなく、後述する第1突出部25の形状に合わせて設計すればよい。
インペラシェル20の外周面20yには、凹部20aに対応して、外径方向に突出するエンボス部20bが設けられる。これにより、インペラシェル20の板厚を均一とすることができる(前記凹部に対応する部分だけ板厚が薄くなることはない)ので、インペラシェル20の強度を向上させることができ、且つインペラシェル20における応力集中の発生を防止することができる。また、インペラシェル20の強度を向上させることにより、インペラブレード21とインペラシェル20とを強固に固定することも可能となる。なお、エンボス部20bは、凹部20aに対応して設けられることから、インペラシェル20の外周面20y上であって、凹部20aに対向する位置に設けられる。エンボス部20bの形状や大きさは、特に制限はないが、局所的にインペラシェル20の板厚が薄くなることがないよう、凹部20aと同一又は略近似の形状を呈し、且つ凹部20aよりも大きく形成されることが好ましい。
インペラブレード21は、三次元の曲面を有しており、複数のインペラブレード21が、インペラシェル20の内周面20xにその外周面21xが当接するようにして各々配置されている。インペラブレード21の外周面21xには、前述の凹部20aに対応し、且つ凹部20a内に収容可能に、外径方向(インペラシェル20に近づく方向)に突出する第1突出部25が設けられている。第1突出部25の形状は、特に制限はないが、例えば略台形状又は略円弧状のものを用いることができる。
第1突出部25は、従来においては、図2に示すように、インペラ入口2Aとインペラ出口2Bとを結ぶインペラブレード21における外周面21xの略中間位置(外周方向端部ではない位置)に設けられる。しかしながら、かかる略中間位置に第1突出部25を設けると、最も高圧となるインペラ出口2Bから第1突出部25まで所定長さの距離が存在することから、第1突出部25(より詳細には第1突出部25の外周端25a)に加わる荷重モーメントが大きくなるため、第1突出部25にかかる応力は増大する。したがって、インペラシェル20とインペラブレード21とを強固に固定するためには、予めインペラシェル20又はインペラブレード21の板厚を厚くしたり、別途の補強策を講ずる等の必要が生じてしまう。
他方、本発明の一実施形態においては、図1及び図3に示すように、少なくとも一つの第1突出部25は、インペラ出口2B近傍におけるインペラブレード21における外周面21xであって、遠心力の作用を強く受けて作動油の油圧が大きくなる高圧力負荷側(回転軸Xからの径方向の距離が遠く、遠心力の作用を相対的に強く受ける側)の外周方向端部に設けられる。より厳密には、第1突出部25の外周端25aを、インペラブレード21における外周面21xであって、高圧力負荷側の外周方向端部に合わせるように設けることが最も好ましい。このように、第1突出部25を設けることにより、インペラ出口2Bから第1突出部25(第1突出部25の外周端25a)までの距離が事実上0となり、第1突出部25(第1突出部25の外周端25a)に加わる荷重モーメントを大幅に低減することができる。これにより、第1突出部25にかかる応力を低減することが可能となるため、インペラシェル20又はインペラブレード21の板厚を厚くしたり、別途の補強策を講ずる必要性もない。
ところで、第1突出部25をインペラシェル20に設けられる凹部20aに収容させて、インペラブレード21をインペラシェル20に固定させる方法としては、例えば、圧入や溶接等の方法を用いることができる。
インペラブレード21の内周面21yには、図1及び図3に示すように、第2突出部26が設けられる。第2突出部26は、インペラブレード21の内周面21yに当接し略椀型のインペラコア22に設けられる挿通孔(図示せず)に挿入されるよう、内径方向に突出している。これにより、インペラブレード21とインペラコア22とが固定される。第2突出部26の形状や大きさは、特に制限はないが、例えば略台形状又は略円弧状のものを用いることができる。
第2突出部26は、従来においては、図2に示すように、インペラ入口2Aとインペラ出口2Bとを結ぶインペラブレード21における内周面21yの略中間位置(内周方向端部ではない位置)に設けられる。しかしながら、前述の通り、第1突出部25がインペラブレード21における外周面21xであって高圧力負荷側(回転軸Xからの径方向の距離が遠く、遠心力の作用を相対的に強く受ける側)の外周方向端部に設けられるのと同様の理由で、本発明の一実施形態にかかる少なくとも1つの第2突出部26は、図3に示すように、インペラブレード21の内周面21yであって高圧力負荷側(回転軸Xからの径方向の距離が遠く、遠心力の作用を相対的に強く受ける側)の内周方向端部に設けられる。これにより、インペラブレード21の内周面21y上に設けられる第2突出部26への応力集中を低減することができるため、従来に比して、インペラブレード21とインペラシェル20とをさらに強固に固定することが可能になると同時に、インペラブレード21とインペラコア22とを強固に固定することも可能となる。
3.タービン3
図1に示すように、タービン3は、作動油室内において、インペラ2に対向するように配置される。タービン3は、タービンシェル30、タービンブレード31、及びタービンコア32から構成されており、回転軸Xを中心に回転可能に設けられている。インペラ2が回転軸Xを中心に回転し始めることに起因して、作動油がインペラ出口2Bを経由しタービン3のタービン入口3Bへと流れ込むと、かかる作動油はタービンシェル30の内周に沿ってタービン出口3Aへと流れ込み、最終的にはステータ4へと流出する。ここで、前述した通り、タービン入口3Bは、タービン3の回転径の最外方に位置しているため、インペラ出口2B及びタービン入口3Bに存在する作動油は、遠心力の作用を強く受けて油圧が高くなる。
タービンシェル30は、断面略円弧状の板部材であって、その内周面30xは、略放射状に配置される複数のタービンブレード31の外周面を支持している。タービンシェル30には、タービンブレード31の外周面上に設けられる第3突出部35に対向して、挿入部(図示せず)が設けられている。挿入部は、タービンシェル30の内周面30xに円周方向に沿って複数(図1においては4つ)形成され、挿入部には、第3突出部35が収容されて、第3突出部35の端部を折り曲げ加工することで、タービンブレード31がタービンシェル30に固定される。かかる挿入部は、例えば第3突出部35の形状に合わせた嵌装溝や、タービンシェル30の内周面30xから外周面30yを貫通する貫通孔であってもよい。
ここで、挿入部は、第3突出部35に対向して設けられるところ、前述のインペラシェル20に設けられる凹部20aと同様、図1に示すように、少なくとも一つの挿入部は、タービン入口3B近傍に設けられる。これは、後述する通り、第3突出部35が、タービンブレード31の外周面31x上であって、遠心力の作用を強く受けて作動油の油圧が大きくなる高圧力負荷側(回転軸Xからの径方向の距離が遠く、遠心力の作用を相対的に強く受ける側)の外周方向端部に設けられることに起因している。
タービンブレード31は、三次元の曲面を有しており、複数のタービンブレード31が、タービンシェル30の内周面30xにその外周面31xが当接するようにして各々配置されている。タービンブレード31の外周面31xには、前述の挿入部に対応して、外径方向(タービンシェル30に近づく方向)に突出する第3突出部35が設けられている。第3突出部35の形状は、特に制限はないが、例えば略台形状又は略円弧状のものを用いることができる。
第3突出部35は、従来においては、図4Aに示すように、タービン入口3Bとタービン出口3Aとを結ぶタービンブレード31における外周面31xの略中間位置(外周方向端部ではない位置)に設けられる。しかしながら、かかる略中間位置に第3突出部35を設けると、最も高圧となるタービン入口3Bから第3突出部35まで所定長さの距離が存在することから、第3突出部35(より詳細には第3突出部35の外周端35a)に加わる荷重モーメントが大きくなるため、第3突出部35にかかる応力は増大する。したがって、タービンシェル30とタービンブレード31とを強固に固定するためには、予めタービンシェル30又はタービンブレード31の板厚を厚くしたり、別途の補強策を講ずる等の必要が生じてしまう。
他方、本発明の一実施形態においては、図1及び図4Bに示すように、少なくとも一つの第3突出部35は、タービン入口3B近傍におけるタービンブレード31における外周面31xであって、遠心力の作用を強く受けて作動油の油圧が大きくなる高圧力負荷側(回転軸Xからの径方向の距離が遠く、遠心力の作用を相対的に強く受ける側)の外周方向端部に設けられる。より厳密には、第3突出部35の外周端35aを、タービンブレード31における外周面31xであって、高圧力負荷側の外周方向端部に合わせるように設けることが最も好ましい。このように、第3突出部35を設けることにより、タービン入口3Bから第3突出部35(第3突出部35の外周端35a)までの距離が事実上0となり、第3突出部35(第3突出部35の外周端35a)に加わる荷重モーメントを大幅に低減することができる。これにより、第3突出部35にかかる応力を低減することが可能となるため、タービンシェル30又はタービンブレード31の板厚を厚くしたり、別途の補強策を講ずる必要性もない。
タービンブレード31の内周面31yには、図1及び図4Bに示すように、第4突出部36が設けられる。第4突出部36は、タービンブレード31の内周面31yに当接し略椀型のタービンコア32に設けられる挿通孔(図示せず)に挿入されるよう、内径方向に突出している。これにより、タービンブレード31とタービンコア32とが固定される。第4突出部36の形状や大きさは、特に制限はないが、例えば略台形状又は略円弧状のものを用いることができる。
第4突出部36は、従来においては、図4Aに示すように、タービン入口3Bとタービン出口3Aとを結ぶタービンブレード31における内周面31yの略中間位置(内周方向端部ではない位置)に設けられる。しかしながら、前述の通り、第3突出部35がタービンブレード31における外周面31xであって高圧力負荷側(回転軸Xからの径方向の距離が遠く、遠心力の作用を相対的に強く受ける側)の外周方向端部に設けられるのと同様の理由で、本発明の一実施形態にかかる少なくとも1つの第4突出部36は、図4Bに示すように、タービンブレード31の内周面31yであって高圧力負荷側(回転軸Xからの径方向の距離が遠く、遠心力の作用を相対的に強く受ける側)の内周方向端部に設けられる。これにより、タービンブレード31の内周面31y上に設けられる第4突出部36への応力集中を低減することができるため、従来に比して、タービンブレード31とタービンシェル30とをさらに強固に固定することが可能になると同時に、タービンブレード31とタービンコア32とを強固に固定することも可能となる。
4.ステータ4
図1に示すように、ステータ4は、作動油室内において、インペラ2とタービン3との間に配置される。ステータ4は、複数のステータブレード(図示せず)を有する一般的なものを用いることができる。タービン出口3Aからステータ4へと流出した作動油は、ステータ4におけるステータブレードに沿って流れ、再びインペラ2内へと流れ込み、インペラ2の回転を案内することとなる。
以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数等は適宜変更して実施することができる。トルクコンバータ1の各部の配置や構成等は、上記実施形態には限定されない。
1 トルクコンバータ
2 インペラ
3 タービン
4 ステータ
20 インペラシェル
20a 凹部
20b エンボス部
20x インペラシェルの内周面
20y インペラシェルの外周面
21 インペラブレード
21x インペラブレードの外周面
21y インペラブレードの内周面
22 インペラコア
25 第1突出部
26 第2突出部
30 タービンシェル
30x タービンシェルの内周面
30y タービンシェルの外周面
31 タービンブレード
31x タービンブレードの外周面
31y タービンブレードの内周面
32 タービンコア
35 第3突出部
36 第4突出部

Claims (4)

  1. 外周面上であって且つ高圧力負荷側の外周方向端部に、外径方向に突出する第1突出部が設けられるインペラブレードと、
    内周面が前記インペラブレードの外周面に当接し、前記第1突出部に対向する前記内周面上に凹部が設けられるインペラシェルと、
    を具備するトルクコンバータ。
  2. 前記インペラシェルの外周面には、前記凹部に対応して、外径方向に突出するエンボス部が設けられる、請求項1に記載のトルクコンバータ。
  3. 前記インペラブレードの内周面上であって、且つ高圧力負荷側の内周方向端部に、内径方向に突出しインペラコアに挿入される第2突出部がさらに設けられる、請求項1又は2に記載のトルクコンバータ。
  4. 外周面上であって且つ高圧力負荷側の外周方向端部には、外径方向に突出する第3突出部が設けられ、内周面上であって且つ高圧力負荷側の内周方向端部には、内径方向に突出しタービンコアに挿入される第4突出部が設けられるタービンブレードをさらに具備する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトルクコンバータ。
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