JP3542186B2 - トルクコンバータのロックアップクラッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ロックアップクラッチ、特に、入力側のフロントカバーに連結されたインペラから出力側部材に連結されたタービンに流体を介してトルクを伝達するトルクコンバータのロックアップクラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトルクコンバータには、入力側部材と出力側部材とを直接連結することにより、トルクコンバータ本体を介さずに動力を伝達するロックアップクラッチが取り付けられているものがある。
車輌の発進時には入力側部材からトルクコンバータにトルクが入力され、ここではトルクコンバータのトルク増大作用により車輌はスムーズに発進する。トランスミッションの入力軸の回転数が一定に達すると、ロックアップクラッチが作動し、入力側部材からトランスミッション入力軸に直接トルクが伝達される。このときは、トルクは機械的に伝達されるために、車輌は燃費の良い状態で走行する。
【０００３】
車輌の一般走行中におけるトラスミッションの歯打ち音やこもり音等の異音発生を抑えるためには、共振周波数を車輌のアイドル回転数（実用回転数）以下に下げる必要がある。
前記従来の車輌において、ロックアップ装置が作動している一般走行状態では、ロックアップクラッチのコイルスプリングを境にして動力伝達系が入力側と出力側とに分かれる。この動力伝達系において共振周波数をアイドル回転数以下にするためには、出力側の入力側に対する慣性モーメント比を十分に大きくする必要がある。しかし、ロックアップクラッチ連結解除時には、トランスミッション側のクラッチ等に悪影響を及ぼさないために出力側機構の慣性質量を減らすことが好ましい。
【０００４】
そこで、環状のウェイトを遠心力機構によってロックアップクラッチに連結・離反させる機構が提案されている。これによれば、タービンの回転数が上昇すると遠心力によって環状ウェイトがタービン等の出力側部材に連結される。その結果、出力側機構の慣性モーメント比が大きくなり、駆動系において共振数を低周波領域に下げることができる。タービンの回転数が低くなると、環状ウェイトがタービン等の出力側部材から切り離される。その結果、トランスミッションのクラッチ等に不具合が生じにくい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のウェイトの連結及び連結解除は遠心力機構によって行っているために、正確な制御を行うことが困難である。
本発明の目的は、トルクコンバータのロックアップクラッチにおいてウェイト部材の出力側機構への連結または連結解除を正確に制御することにある。
【０００７】
本発明の一見地に係るトルクコンバータのロックアップクラッチは、入力側フロントカバーに連結されたインペラから出力側部材に連結されたタービンに流体を介してトルクを伝達するものであり、ウェイト部材とピストン部材と弾性部材と出力側プレートと油圧制御装置とを備えている。ウェイト部材はフロントカバーとタービンとの間に配置されている。ピストン部材はウェイト部材と相対回転不能にかつ軸方向に移動可能に連結されている。弾性部材はピストン部材とフロントカバーとを円周方向に連結する。出力側プレートはウェイト部材とピストン部材との間に配置され出力側部材に連結される。油圧制御装置はトルクコンバータ内の油圧制御によってピストン部材を軸方向に移動させるための装置である。
【０００８】
弾性部材は曲がり板ばねからなるのが好ましい。
曲がり板ばねが収容された粘性流体充填室をさらに備えているのが好ましい。
曲がり板ばねは粘性流体が通過する孔を一部に有しているのが好ましい。
曲がり板ばねは複数のばね要素を直列に接続してなり、ばね要素は、一部に開環部を有するリング部と、前記開環部から外方に向かうにしたがって互いに間隔が広がるように延びる１対のレバー部とを有しているのが好ましい。
【００１１】
【作用】
本発明の一見地に係るロックアップクラッチでは、油圧制御装置によるトルクコンバータ内の油圧制御によって、ピストン部材がウェイト部材から離反していると、ロックアップクラッチによるトルク伝達は遮断されている。このとき、ウェイト部材は弾性部材を介してフロントカバーに連結されているために、ダイナミックダンパーとして機能し、フロントカバー側の振動を効果的に減衰する。
【００１２】
油圧制御装置によるトルクコンバータ内の油圧制御によってピストン部材が出力側プレートをウェイト部材に押圧されると、フロントカバーのトルクは弾性部材、ピストン及び出力側プレートを介して出力側部材に伝達される。フロントカバー側から伝達された捩じり振動は弾性部材が円周方向に伸縮することで減衰される。特に、ロックアップクラッチ連結時にウェイト部材が出力側機構の慣性モーメント比を大きくしているために、トルクコンバータを含む動力伝達系において共振周波数がエンジンのアイドル回転数以下に下げられる。その結果、トランスミッション側で生じるこもり音や歯打ち音等の異音が生じにくい。
【００１３】
このロックアップクラッチでは、出力側プレートの両面でトルク伝達を行うために、トルク伝達容量が同じであれば面圧が下がり出力側プレートの磨耗を減らせる。
第２弾性部材が曲がり板ばねからなる場合には、曲がり板ばねはコイルスプリングに比較して幅寸法を小さくできるので、ロックアップクラッチ全体の軸方向を短縮できる。
【００１４】
粘性流体充填室をさらに備えている場合は、曲がり板ばねは粘性流体充填室内で伸縮するので、この伸縮によって曲がり板ばねと粘性流体充填室との間の隙間を粘性流体が通過し、所定の粘性抵抗が生じる。このように、従来の弾性連結機構及び摩擦抵抗発生機構の両機能を、粘性流体充填室及び曲がり板ばねによって実現でき、装置のより一層の小型化が図れる。
【００１５】
曲がり板ばねの一部に粘性流体が通過し得る孔を形成した場合は、曲がり板ばねが圧縮されたとき、粘性流体収容部と曲がり板ばねとの間に形成された閉空間に存在する粘性流体は孔を介して流出する。このため、曲がり板ばねの圧縮時に、曲がり板ばねが半径方向に変形するのを抑えることができ、閉空間を維持できる。したがって、曲がり板ばねと粘性流体充填室との間の隙間を予め設定された隙間に維持でき、大きな粘性抵抗が得られる。
【００１６】
【実施例】
第１参考例
図１は本発明の第１参考例としてのトルクコンバータ１を示す断面模式図であり、図２はその力学モデル図である。このトルクコンバータ１は、エンジン側のクランクシャフト（図示せず）からトランスミッション（図示せず）のメインドライブシャフト９にトルクを伝達するための機構である。
【００１７】
トルクコンバータ１は、３種類の羽根車、すなわちインペラ３とタービン４とステータ５とから主に構成されている。インペラ３は、エンジン側のクランクシャフト（図示せず）に連結されたフロントカバー２とともに作動油室を構成している。タービン４は、タービンハブ８を介してメインドライブシャフト９に連結されている。ステータ５はインペラ３の内周部とタービン８の内周部との間に配置されている。
【００１８】
ロックアップクラッチ１０は、フロントカバー２とタービン４との間の空間に配置されている。ロックアップクラッチ１０は、主に、イナーシャプレート１１と、複数のコイルスプリング１２と、ピストン１６とから構成されている。
イナーシャプレート１１はフロントカバー２の側方に配置された円板状の部材である。イナーシャプレート１１の内周端はトランスミッション側に突出した円筒形状であり、スラストベアリング１３及びブッシュ１４によってフロントカバー２に対して相対回転自在に支持されている。イナーシャプレート１１のの外周には、円環状のウェイト１１ａが固定されている。また、イナーシャプレート１１の外周部は複数のコイルスプリング１２を介してフロントカバー２に連結されている。
【００１９】
ピストン１６は、イナーシャプレート１１の側方に配置された円板状の部材であり、内周端が軸受１９を介してタービンハブ８に相対回転自在にかつ軸方向に移動自在に係合している。ピストン１６の外周部においてイナーシャプレート１１と対向する側の面には、円環状の摩擦部材１６ａが固定されている。
以上のような構成により、イナーシャプレート１１の外周部とピストン１６の摩擦部材１６ａとによってクラッチ５０が形成されている。タービン４の背面とピストン１６との間には空間Ｉが形成され、ピストン１６とイナーシャプレート１１との間には空間ＩＩが形成され、イナーシャプレート１１とフロントカバー２との間には空間ＩＩＩが形成されている。空間Ｉと空間ＩＩＩとは外周側で連通している。空間ＩＩは、外周側でピストン１６の摩擦部材１６ａがイナーシャプレート１１に当接した状態で閉鎖される。空間ＩＩは内周側がメインドライブシャフト９を通る第３油路４８（後述）に連通している。
【００２０】
図３は、トルクコンバータ１内の油圧を制御するための油圧制御回路４０を示している。作動油はオイルポンプ４１からプレッシャ・レギュレータ４２を介してトルクコンバータ１とロックアップ制御バルブ４３とロックアップ・ソレノイド４４に供給される。第１油路４６は、プレッシャ・レギュレータ４２から延びインペラ３に作動油を供給するための油路である。第２油路４７は、タービン４から流れる作動油を排出するための油路である。第３油路４８は、ロックアップ制御バルブ４３から延びさらにメインドライブシャフト９内を通って、トルクコンバータ１内の空間ＩＩに連通している。
【００２１】
次に動作について説明する。
図３に示す状態では、ロックアップ・ソレノイド４４がオフされており、作動油はロックアップ・ソレノイド４４のバルブからドレインされている。その結果、ロックアップ制御バルブ４３のピストン頭部の油圧がなくなり、ピストンはスプリングの力で図の右側に押されドレインを閉じている。このようにしてロックアップ制御バルブ４３は、プレッシャ・レギュレータ４２からの作動油を第３油路４８に導く。この結果、トルクコンバータ１内の空間ＩＩに作動油圧が作用し、ピストン１６が図１の右方に移動している。この状態では、ピストン１６の摩擦部材１６ａはイナーシャプレート１１から離れている。すなわち、ロックアップクラッチ１０は解除状態である。このとき、ウェイト１１ａはコイルスプリング１２を介して入力側機構のダイナミックダンパーとして機能し、エンジン側の振動を減衰する。
【００２２】
次に、車速が一定に達すると、図示しない車速センサからの信号によりロックアップ・ソレノイド４４がオンされる。すると、図４に示すように、作動油圧によってロックアップ制御バルブ４３のピストンが図の左側に押され、そのためトルクコンバータ１の空間ＩＩ内の作動油は第３油路４８を介してさらにロックアップ制御バルブ４３を介してドレインされる。すると、空間ＩＩ内の作動油圧が空間Ｉ，ＩＩＩより低くなり、その結果ピストン１６が図１の左側に移動する。この状態では、ピストン１６の摩擦部材１６ａがイナーシャプレート１１に押し付けられる。このとき、図２から明らかなように、トルクはフロントカバー２からコイルスプリング１２を介してメインドライブシャフト９に伝達される。このとき、ウェイト１１ａは出力側機構の入力側機構に対する慣性モーメント比を増大させている。この結果、共振周波数が車速のアイドル回転数以下に下げられており、一般走行中にトランスミッションの歯打ち音やこもり音等の異音発生が抑えられている。
第２参考例
図５に示す第２参考例は、第１参考例のコイルスプリング１２の代わりに曲がり板ばね１８を用いている。ここでは、第１参考例と異なる部分についてのみ説明し、同様の構造については説明を省略する。
【００２３】
曲がり板ばね１８は、フロントカバー２に連結された粘性流体充填室からプレート部材３１にトルクを伝達するための部材である。プレート部材３１はイナーシャプレート１１に連結されている。曲がり板ばね１８は、図６に示すように、一定の幅を有する板状の部材を長手方向に順番に折り曲げたものであり、ここでは２枚用いられている。粘性流体充填室はプレート３２等により円環状に形成されており、その内部は２室に分割されている。粘性流体充填室の内周壁はプレート部材３１により形成されている。各曲がり板ばね１８は粘性流体充填室の２室にそれぞれ円環状になって配置されている。
【００２４】
曲がり板ばね１８を図６を用いて詳細に説明する。図に示すように、曲がり板ばね１８はリング部２０とレバー部２１とからなる複数のばね要素を直列に接続してなるものである。各ばね要素は、レバー部２１で互いに接続されている。
複数のリング部２０は、ほぼ同径の環状体であり、隣接する各リング部２０の間には自由状態で所定の隙間ｓ₁ を有している。リング部２０の内側は開環部２３となっている。開環部２３は自由状態及びセット状態において隙間ｓ₂ が形成されており、開環部２３の両側からはレバー部２１がそれぞれ外方へ延びている。レバー部２１は外方に向かうにしたがって互いの間隔が広がるように延び、対向するリング部２０のレバー部２１の一方に連続している。
【００２５】
また、曲がり板ばね１８の幅は粘性流体充填室の幅とほぼ等しく、半径方向の長さは粘性流体充填室の長さより小さい。このような曲がり板ばね１８を粘性流体充填室に装着した場合、図７に示すように、ピストン１６の外側壁と曲がり板ばね１８との間に複数の閉空間２５が形成される。そして、曲がり板ばね１８のレバー部２１の一部には、一部の閉空間２５内に溜まった作動油を流出させるための孔２４が形成されている。この実施例では、複数の閉空間２５において、１つおきに閉空間２５内の作動油が流出するように孔２４が形成されている。
【００２６】
また、図７に示すように、プレート３２の外側壁には、対向する２か所に内周側に突出する係止部３２ａが形成されている。この係止部３２ａは曲がり板ばね１８の外周側のリング部２０を係止している。さらに、プレート部材３１の外周部には、対向する２か所に外周側に突出する係止部３１ａが形成されている。係止部３１ａは曲がり板ばね１８の内周側のリング部２０に係止している。このような構成により、プレート３２に入力されたトルクは曲がり板ばね１８を介してプレート部材３１に伝達される。また、係止部３２ａと係止部３１ａとによって粘性流体充填室が２室に分割されている。
【００２７】
クラッチ５０が連結された状態でプレート３２に捩じり振動が伝達されると、曲がり板ばね１８が伸縮を繰り返し、捩じり振動を減衰する。具体的には、曲がり板ばね１８が圧縮されると、各レバー部２１の開角度が小さくなり、リング部２０に曲げモーメントが作用する。このとき、レバー部２１は開環部２３を支点として撓む。そして、レバー部２１には曲げモーメントが均一に長手方向に分布するとともに、複数のリング部２０に弾性エネルギーが分散して蓄えられる。
【００２８】
この場合の捩じり特性は、曲がり板ばね１８の捩じり剛性によって決定される。すなわち、開環部２３に隙間ｓ₂ を有する小さい捩じり角範囲では、曲がり板ばね１８のリング部２０の外周部を支点としてリング部２０及びレバー部２１が同一方向に撓み、捩じり剛性は小さい。一方、捩じり角が大きくなると、隙間ｓ₂ が０となり、開環部２３を支点としてリング部２０に弾性エネルギーが蓄えられるので、捩じり剛性は大きくなる。
【００２９】
このような曲がり板ばねを用いることで、大きなストッパートルクが得られる。
前述のように粘性流体充填室内で曲がり板ばね１８が伸縮すると、曲がり板ばね１８と粘性流体充填室との隙間を作動油が流通し、その粘性力によって振動減衰力が生じる。この効果について、図７を用いて説明する。
【００３０】
図７で説明するように、複数の閉空間２５のうち斜線を施した領域Ａでは、閉空間２５を形成するレバー部２１に孔が形成されていない。このため、曲がり板ばね１８が伸縮するとき、粘性流体充填室との間の小さい隙間を作動油が流通し、大きな粘性抵抗が発生する。一方、複数の閉空間２５のうちの他の領域Ｂには、レバー部２１に孔２４が形成されている。したがって、孔２４を通って作動油が流通し、粘性抵抗は小さくなる。
【００３１】
ここで、粘性流体充填室内に収容される作動油と曲がり板ばね１８とによって構成される動力伝達系を模式化すると、図８のように表される。図８において、Ｋ１は図７の領域Ｂの部分によって形成されるばね成分であり、Ｋ２は領域Ａの部分によって形成されるばね成分である。またＣは領域Ａの部分によって形成される粘性抵抗発生部分である。この図８において、粘性力Ｆｃ及びばね力Ｆｋは、それぞれ、
Ｆｃ＝Ｃ・ｄθ／ｄｔ ｄθ／ｄｔ：回転角速度
Ｆｋ＝Ｋ・θ θ：回転角変位
以上の構成において、領域Ａ部分には非圧縮性の粘性流体が収容されるので、また隙間が小さいので、領域Ａ部分のばね力は小さくかつ粘性抵抗は大きくなる。すなわち、Ｆｃ＞＞Ｆｋ２となる。このため、図８におけるばね成分Ｋ２は無視できることとなり、ばね成分Ｋ１によるばね力と粘性抵抗とが直列に作用する。このため、共振を減らせる。
【００３２】
なお、曲がり板ばね１８の一部に孔２４を形成しなかった場合には、作動油が非圧縮性であるために、曲がり板ばね１８が粘性流体充填室の外側壁から離れるように内周側に変形する。この場合には、作動油の流通する隙間が大きくなり、所望の粘性抵抗が得られず、前述のようなばね力と粘性抵抗とが直列に作用する動力伝達系が実現できなくなる。
【００３３】
このような本実施例では、曲がり板ばね１８を用いることにより、従来のコイルスプリングに比較して軸方向寸法を小さくできる。また、粘性流体充填室および曲がり板ばね１８とによって弾性力と粘性抵抗との両方を得ることができるので、非常に簡単な構成で捩じり振動を効果的に減衰できる。
前記実施例においては、曲がり板ばねのセット時において、開環部２３に隙間ｓ₂ を確保していたが、セット時に開環部２３の隙間ｓ₂ が０であってもよい。
【００３４】
第１実施例
図９に示すロックアップクラッチ６０は、主に、イナーシャプレート６１と出力側プレート６２とピストン６４とコイルスプリング６５とから構成されている。イナーシャプレート６１は、フロントカバー２の側方に配置された円板状の部材である。イナーシャプレート６１の内周端は、スラストベアリング１３とブッシュ１４とにより回転自在にフロントカバー２に支持されている。イナーシャプレート６１の外周部には、円環状のウェイト６１ａが設けられている。
【００３５】
出力側プレート６２は円板状の部材であり、その内周端はタービンハブ８に固定されている。出力側プレート６２の外周部両側面には、環状の摩擦フェーシング６３が固定されている。
ピストン６４は、出力側プレート６２の側方に配置された円板状の部材である。ピストン６４の内周端は、軸受１９を介してタービンハブ８に回転自在に支持されている。ピストン６４の外周端は、ウェイト６１ａと相対回転不能にかつ軸方向に移動自在に係合している。さらに、ピストン６４の外周部は複数のコイルスプリング６５を介してフロントカバー２に連結されている。この実施例では、ロックアップクラッチ６０の連結が解除された状態で、ウェイト６１ａが複数のコイルスプリング６５を介してフロントカバー２側のダイナミックダンパーとして機能する。
【００３６】
ロックアップクラッチ６０が連結されると、フロントカバー２からロックアップクラッチ６０を介してタービンハブ８に直接トルクが伝達される。このとき、前記実施例の効果に加えて、出力側プレート６４の両面によってトルク伝達が行われているために、トルク伝達容量が同じ場合には摩擦フェーシング６３の磨耗が少なくなる。
【００３７】
第２実施例
この実施例では、前記第１実施例のコイルスプリング６５に代えて曲がり板ばね７５を用いている。この実施例では、第１実施例の効果に加えて第２参考例に詳細に説明した曲がり板ばねの効果が得られる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の一見地に係るロックアップクラッチでは、出力側プレートの両面でトルク伝達を行うために、トルク伝達容量が同じであれば出力側プレートの磨耗を減らせる。
【００３９】
第２弾性部材が曲がり板ばねからなる場合には、ロックアップクラッチ全体の軸方向を短縮できる。
粘性流体充填室をさらに備えている場合は、従来の弾性連結機構及び摩擦抵抗発生機構の両機能を、粘性流体充填室及び曲がり板ばねによって実現でき、装置のより一層の小型化が図れる。
【００４０】
曲がり板ばねの一部に粘性流体が通過し得る孔を形成した場合は、曲がり板ばねと粘性流体充填室との間の隙間を予め設定された隙間に維持でき、大きな粘性抵抗が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１参考例としてのトルクコンバータの断面模式図。
【図２】トルクコンバータの力学モデル図（第１参考例）。
【図３】ロックアップ解除時における油圧回路図（第１参考例）。
【図４】ロックアップ差動時における油圧回路図（第１参考例）。
【図５】第２参考例における、図１に相当する図。
【図６】曲がり板ばねの正面図（第２参考例）。
【図７】粘性流体重点室及び曲がり板ばねの正面部分断面図（第２参考例）。
【図８】曲がり板ばね部分における動力伝達形の力学モデル図（第２参考例）。
【図９】第１実施例における、図１に相当する図。
【図１０】第２実施例における、図１に相当する図。
【符号の説明】
１ トルクコンバータ
３ インペラ
４ タービン
１０ ロックアップクラッチ
１１ イナーシャプレート
１２ コイルスプリング
１１ａ ウェイト
１６ ピストン
４０ 油圧制御回路

Claims (5)

1. 入力側フロントカバーに連結されたインペラから出力側部材に連結されたタービンに流体を介してトルクを伝達するトルクコンバータのロックアップクラッチであって、
   前記フロントカバーと前記タービンとの間に配置されたウェイト部材と、
   前記ウェイト部材と相対回転不能にかつ軸方向に移動可能に連結されたピストン部材と、
   前記ピストン部材と前記フロントカバーとを円周方向に弾性的に連結する弾性部材と、
   前記ウェイト部材と前記ピストン部材との間に配置され前記出力側部材に連結される出力側プレートと、
   前記トルクコンバータ内の油圧制御によって前記ピストン部材を軸方向に移動させるための油圧制御装置と、
   を備えたトルクコンバータのロックアップクラッチ。
2. 前記弾性部材は曲がり板ばねからなる請求項１に記載のトルクコンバータのロックアップクラッチ。
3. 前記曲がり板ばねが収容された粘性流体充填室をさらに備えた請求項２に記載のトルクコンバータのロックアップクラッチ。
4. 前記曲がり板ばねは粘性流体が通過する孔を一部に有している、請求項３に記載のトルクコンバータのロックアップクラッチ。
5. 前記曲がり板ばねは複数のばね要素を直列に接続してなり、
   前記ばね要素は、一部に開環部を有するリング部と、前記開環部から外方に向かうにしたがって互い間隔が広がるように延びる１対のレバー部とを有している、請求項４に記載のトルクコンバータのロックアップクラッチ。

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