JP3943629B2

JP3943629B2 - オートマチックトランスミッション用ホイルステータ

Info

Publication number: JP3943629B2
Application number: JP27213696A
Authority: JP
Inventors: 淳長岡; 信行川村; 篤金子; 博道大内
Original assignee: Sanko Gosei Ltd; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd; Sanko Gosei Ltd
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JPH10122334A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等のオートマチックトランスミッションのトルクコンバータに組み込んで使用されるオートマチックトランスミッション用ホイルステータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７はオートマチックトランスミッションのトルクコンバータを示すものであり、ドーナツ状容器で形成されるポンプ１１にポンプインペラー１２を設け、出力軸１３に連結されたタービンランナー１４をポンプ１１内に組み込むと共にポンプインペラー１２とタービンランナー１４との間にホイルステータ１を組み込んでトルクコンバータが構成されるようになっている。ホイルステータ１は出力軸１３を包むように筒状に形成されるステータ軸１５に取り付けてあり、ステータ軸１５に固定される中心部の摺動部２と外周部の羽根部１６とから形成してある。そしてポンプ１１はエンジンのクランクシャフト１７に取り付けてあり、エンジンからの出力でポンプ１１が回転駆動されるようになっている。
【０００３】
このようにポンプ１１が回転駆動されると、ポンプ１１内のオイル（オートマチックフュール：ＡＴＦ）はポンプインペラー１２で圧送されてタービンランナー１４に当たり、ポンプインペラー１２からタービンランナー１４へオイルを介して動力が伝達され、タービンランナー１４が回転される。このタービンランナー１４の回転は出力軸１３から出力される。このとき、ポンプ１１内のオイルの流れは図７の矢印のようになるが、ポンプインペラー１２とタービンランナー１４との間にホイルステータ１の羽根部１６を介在させることによって、タービンランナー１４からポンプインペラー１２へ戻るオイルの流れをホイルステータ１の羽根部１６で規制し、タービンランナー１４の回転のトルクを増大させるようにしてある。
【０００４】
ホイルステータ１はこのような目的のためにオートマチックトランスミッションのトルクコンバータに組み込まれているが、従来はアルミニウム等の金属で作製されたものが主流である。またホイルステータ１の摺動部２はポンプ１１の内壁部と摺動するリング状の部位であるが、この摺動部２にはベアリングを用いて摩耗の対策がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし金属製のホイルステータ１は軽量化に限界があり、またベアリングを組み込むために部品点数が２０点ほど必要であって、構造が複雑化すると共にコストの面でも問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、軽量に形成することができると共に、ベアリングを用いずに低摩耗で滑らかな回転性能を発揮させることができるオートマチックトランスミッション用ホイルステータを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るオートマチックトランスミッション用ホイルステータは、中心部の摺動部２と外周部の羽根部１６とを一体に成形した熱硬化性樹脂成形品でホイルステータ１を形成し、リング状に形成される上記摺動部２に、円形の溝３と、円形の溝３に連通して円形の溝３の外側と内側においてそれぞれ設けられる放射状の溝４，５とからなる油溝６を凹設し、円形の溝３を、その溝幅の中心線の半径Ｒが、Ｒ＝Ｒ _２＋（Ｒ _１ −Ｒ _２）・Ｘ（Ｒ _１＝摺動部の外周半径、Ｒ _２＝摺動部の内周半径、Ｘ＝０．２〜０．８）となるように形成して成ることを特徴とするものである。
【０００７】
また請求項２の発明は、円形の溝３の外側と内側の放射状の溝４，５をそれぞれ５〜２０本設けて成ることを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項３の発明は、油溝６の面積が摺動部２の面積の３０〜６０％の範囲になるように、摺動部２に油溝６を設けて成ることを特徴とするものである。
また請求項４の発明は、油溝６を１〜５ｍｍの深さに形成して成ることを特徴とするものである。
また請求項５の発明は、摺動部２に摺接する相手材の回転方向に対して、外側の放射状の溝４を反対方向に、内側の放射状の溝５を同方向に、それぞれ傾斜させて設けて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項６の発明は、放射状の溝４，５を直線あるいは曲線に形成して成ることを特徴とするものである。
また請求項７の発明は、油溝６の凹設によって摺動部２に形成される凸部７の周囲を面取り加工して成ることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
ホイルステータ１は、図１に示すように、中心部の摺動部２と、摺動部２の外周に設けられる外周部の羽根部１６とから形成されるものであり、熱硬化性樹脂成形材料を成形加工することによって一体に成形して作製してある。図１のような形状に対応するキャビティを加工した金型を作製し、この金型で成形加工することによってホイルステータ１を得ることができるものであり、成形方法は特に限定されないが、量産性に優れた射出成形が望ましい。またホイルステータ１を成形する熱硬化性樹脂成形材料としては、特に限定されるものではないが、強度や耐久性等を考慮すると、ガラス繊維等の補強材を含有する熱硬化性樹脂成形材料を用いるのが好ましく、樹脂の種類としてはフェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂等が好ましい。
【００１１】
ホイルステータ１の摺動部２はステータ軸１５に外嵌されるリング状の部位であり、摺動部２の片側表面がトルクコンバータのポンプ１１の一部に摺接されるように、ポンプ１１内にホイルステータ１を組み込むようになっている。また羽根部１６は複数枚の羽根１６ａを放射状に設けて形成されるものである。
そして本発明では、摺動部２の摺動面に油溝６を設けるようにしてある。油溝６は図２（ａ）に示すように、リング状の摺動部２の内周及び外周と同心の円形の溝３と、円形の溝３の外側と内側においてそれぞれ複数本ずつ設けられる放射状の溝４，５とで形成されるものであり、外側の放射状溝４はその内側端が円形溝３と連通し、内側の放射状溝５はその外側端が円形溝３と連通するようにしてある。また外側の放射状溝４はその外側端が摺動部２の外周で、内側の放射状溝５は内側端が摺動部２の内周でそれぞれ開口するように形成してある。円形溝３と放射状溝４，５は同じ深さになるように凹設してあり、円形溝３と放射状溝４，５からなる油溝６以外の箇所は図２（ｂ）及び図３に示すように凸部７となる。
【００１２】
上記のような油溝６を摺動部２に設けたホイルステータ１は、既述の図７のようにポンプ１１内に組み込んでオートマチックトランスミッションのトルクコンバータを構成する部品として使用されるものである。そしてホイルステータ１の摺動部２にはポンプ１１の一部が相手材として摺接するが、摺動部２の摺接面には油溝６が設けてあるので、ポンプ１１内のオイル（ＡＴＦ）が油溝６内に充填されると共に相手材の回転により油溝６内のオイルに流れが生じて摺動部２の表面に滲み出し、摺動部２と相手材との間の界面に油膜ができて潤滑効果が発生し、ホイルステータ１の摺動部２の摩耗を防ぐことができるものである。従って、ホイルステータ１の摺動部２にベアリングを設けるような必要がなくなり、部品点数を少なくすることができて、構造を単純化することができると共にコスト安価に作製することが可能になるものである。
【００１３】
ここで、オイルによる摺動部２と相手材との間の潤滑効果を高く得るためには、摺動部２に設ける油溝６を円形溝３及びその外側と内側の放射状の溝４，５で形成することが必要であり、例えば円形の溝がなく放射状の溝のみで油溝６を形成する場合には、潤滑効果が不十分になって、摺動部２に摩耗が発生し易い。この円形溝３は、その溝幅の中心の線の半径Ｒが、Ｒ＝Ｒ_２＋（Ｒ_１−Ｒ_２）・Ｘ
（Ｒ_１＝摺動部の外周半径、Ｒ_２＝摺動部の内周半径、Ｘ＝０．２〜０．８）となるように形成する。Ｘが０．２未満の場合、すなわち円形溝３の中心線の半径Ｒが上記の式の範囲より内周側寄りになると、摺動部２の外周部の潤滑効果が低下してこの部分の摩耗が大きくなり、またＸが０．８を超える場合、すなわち円形溝３の中心線の半径Ｒが上記の式の範囲より外周側寄りになると、摺動部２の内周部の潤滑効果が低下してこの部分の摩耗が大きくなる。
【００１４】
また、円形溝３より外側の放射状溝４や、内側の放射状溝５の本数は、それぞれ５〜２０本に設定するのが好ましい。放射状溝４や放射状溝５の本数が２０本を超えると、放射状溝４間や放射状溝５間の凸部７が小さくなり、強度低下による凸部７の割れや欠けが生じて破損が発生するおそれがあり、放射状溝４や放射状溝５の本数が５本未満であると、逆に凸部７が大きくなり過ぎて潤滑効果が低下し、摩耗が大きくなる。ここで、放射状溝４，５の本数は角度で表示することもできる。すなわち、隣合う放射状溝４の一方の放射状溝４の一端ａとホイルステータ１の中心ｏを結ぶ線と、他方の放射状溝４の一端ｂとホイルステータ１の中心ｏを結ぶ線とがなす角度をθとすると（隣合う放射状溝５の一方の放射状溝５の一端ａ′とホイルステータ１の中心ｏを結ぶ線と、他方の放射状溝５の一端ｂ′とホイルステータ１の中心ｏを結ぶ線とがなす角度θについても同じ）、
１８°≦θ≦７２°
となるようにθを設定するようにすればよい。
【００１５】
図１〜図３に示す例では、外側の放射状溝４と内側の放射状溝５を共にθ＝３６°に設定して、それぞれ１０本ずつ等間隔に設けるようにしてあり、外側の放射状溝４と内側の放射状溝５は同じ位置で円形溝３に連通するようにしてある。図４の例では、外側の放射状溝４と内側の放射状溝５を共に１５本ずつ等間隔に設けるようにしてあり、外側の放射状溝４と内側の放射状溝５は同じ位置で円形溝３に連通するようにしてある。図５の例では、外側の放射状溝４と内側の放射状溝５を共に１５本ずつ等間隔に設けるようにしてあるが、外側の放射状溝４と内側の放射状溝５が相互にずれるように異なる位置で円形溝３に連通するようにしてある。図６の例では、外側の放射状溝４は２本を一組として等間隔に１０組（合計２０本）設け、内側の放射状溝５は等間隔で１０本設けるようにしてある。
【００１６】
また、摺動部２に摺動する相手材（ポンプ１１）がホイルステータ１に対して図２の矢印方向に回転するとした場合に、円形溝３より外側の放射状溝４は相手材の回転方向に対して反対方向に外方へ向けて傾斜するようにしてあり、また内側の放射状溝５は相手材の回転方向に対して同方向に外方へ向けて傾斜するようにしてある。放射状溝４，５をこのように傾斜させることによって、相手材の回転による油溝６内のオイルの流れが良好になり、油溝６からのオイルの滲み出が良好になって摺動部２と相手材との間の潤滑効果を良好に得ることができるものである。放射状溝４，５の傾斜の角度は、摺動部２の中心ｏを通る放射線に対して放射状溝４，５の溝幅の中心線がなす角度θ₁，θ₂が３０°〜６０°の範囲になるように設定するのが好ましい。これ以外の角度では、摺動部２と相手材との界面へのオイルの滲み出しが悪くなって良好な潤滑効果を得ることができないおそれがある。
【００１７】
またこの放射状の溝４，５は直線状あるいは曲線状のいずれで形成してもよい。図の例では、外側の放射状溝４は直線状に、内側の放射状溝５は曲線状に形成するようにしてある。また放射状の溝４，５は溝幅が一定（溝の両側縁が平行）であってもよいが、溝幅が変化するように形成してもよい。図１〜図５の例では、外側の放射状溝４は外側端ほど溝幅が広がるように形成してあり、内側の放射状溝５は溝幅が一定になるように形成してある。
【００１８】
さらに、円形溝３と放射状の溝４，５から構成される油溝６の溝の深さは、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定するのが好ましい。油溝６の深さが１ｍｍ未満では、オイルの滲み出し効率が低下し充分な潤滑効果を得ることができず、逆に油溝６が５ｍｍを超えて深いと、凸部７の強度が低下して割れや欠け等の破損が生じるおそれがある。また円形溝３や放射状の溝４，５の溝幅は特に制限されないが、円形溝３や放射状の溝４，５から構成される油溝６の面積が、摺動部２の摺動面の面積の３０〜６０％になるように、油溝６を形成するのが好ましい。油溝６の面積が摺動部２の３０％未満では、摺動部２と相手材との界面へのオイルの滲み出しが悪くなって良好な潤滑効果を得ることができず、逆に油溝６の面積が摺動部２の６０％を超えると、凸部７が小さくなり、強度が低下して割れや欠け等の破損が生じるおそれがある。
【００１９】
また、凸部７の表面の周囲には面取り加工を施して、断面円弧状のアールを付けるようにしてもよい。このように凸部７の周囲を面取り加工することによって、油溝６から摺動部２と相手材との界面へのオイルの滲み出しが良好になり潤滑効果を高く得ることができるものである。面取りは半径Ｒ＝０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で行なうのが好ましい。
【００２０】
次に、ステータ模型を作製して、本発明の効果を実証する。
（ステータ模型の作製）
松下電工株式会社製ガラス強化材含有フェノール樹脂成形材料「ＣＹ４７１３」を用い、厚み２０ｍｍ、外径φ＝７７ｍｍ（外周半径Ｒ₁＝３８．５ｍｍ）、内径φ＝４４．５ｍｍ（内周半径Ｒ₂＝２２．２５ｍｍ）のリング状の摺動部２のみからなる図３のようなステータ模型を作製した。そしてこのステータ模型の摺動部２の片面に表１の条件で形成した油溝６を設け、ステータ模型Ａ〜Ｇとした。表１において、ステータ模型ＧのＸ値＝０．０は、円形溝３を設けないことを意味し、ステータ模型Ｇの油溝角度θ₁＝０は、放射状溝は傾斜せず放射方向に真っ直ぐ形成されていることを意味する（従ってステータ模型Ｇの油溝６は傾斜しない放射状の溝のみからなる）。
【００２１】
【表１】

【００２２】
（ステータ模型の摩耗試験）
図８に示すようなホイルステータ試験機を用いてステータ模型の摺動部２の摩耗試験を行なった。すなわち、オイルバス１８にオイル（ＡＴＦ）１７を満たして１２０℃に加熱温調し、オイルバス１８に底部から回転軸１９を貫通させて取り付けると共に、回転軸１９の上端に相手材２０を取着し、回転しないように固定したステータ模型の摺動部２をその油溝６を設けた面を相手材２０に当接させて相手材２０の上に乗せ、摺動部２に直線矢印のように４００ｋｇｆの荷重を作用させた。そして回転軸１９をモータで曲線矢印のように回転駆動することによって相手材２０を３０００ｒｐｍの回転数で３０時間回転させ、ステータ模型の摺動部２の摩耗量を測定した。
【００２３】
また、回転軸１９を駆動するモータの電流値を測定することによって、回転抵抗性を評価し、さらに回転試験中の回転の滑らかさ具合を目視・聴覚で確認して、回転の滑らかさの評価を行なった。
これらの結果を表２に示す。尚、比較例２は、摺動部２に油溝６を設けないようにしたものである。
【００２４】
【表２】

【００２５】
表２にみられるように、円形溝３と放射状溝４，５からなる油溝６を設けた各実施例のステータ模型は、摩耗量が少なく、また回転抵抗が小さく、回転も滑らかなものであり、円形溝３と放射状溝４，５からなる油溝６を設けることによる効果が確認された。
【００２６】
【発明の効果】
上記のように本発明は、中心部の摺動部と外周部の羽根部とを一体に成形した熱硬化性樹脂成形品でホイルステータを形成し、リング状に形成される上記摺動部に、円形の溝と、円形の溝に連通して円形の溝の外側と内側においてそれぞれ設けられる放射状の溝とからなる油溝を凹設するようにしたので、相手材の回転により油溝内でオイルに流れが生じて摺動部の表面に滲み出し、摺動部と相手材との間の界面で潤滑効果が発生し、摺動部の摩耗を防ぐことができると共に滑らかな回転性能を得ることができるものであり、摺動部にベアリングを設けるような必要がなくなって部品点数を少なくすることができ、構造を単純化することができると共にコスト安価に作製することが可能になるものである。しかもこのホイルステータは熱硬化性樹脂によって軽量に形成することができるものである。
【００２７】
また本発明は、円形の溝を、その溝幅の中心線の半径Ｒが、
Ｒ＝Ｒ_２＋（Ｒ_１−Ｒ_２）・Ｘ
（Ｒ_１＝摺動部の外周半径、Ｒ_２＝摺動部の内周半径、Ｘ＝０．２〜０．８）となるように形成したので、摺動部の外周部や内周部の潤滑効果が低下して摩耗が発生することを防ぐことができるものである。
【００２８】
また請求項２の発明は、円形の溝の外側と内側の放射状の溝をそれぞれ５〜２０本設けるようにしたので、凸部に強度低下による割れや欠けなどの破損が生じることがないと共に、潤滑効果が低下して摩耗が発生することを防ぐことができるものである。
また請求項３の発明は、油溝の面積が摺動部の面積の３０〜６０％の範囲になるようにしたので、凸部に強度低下による割れや欠けなどの破損が生じることがないと共に、潤滑効果が低下して摩耗が発生することを防ぐことができるものである。
【００２９】
また請求項４の発明は、油溝をその深さを１〜５ｍｍに形成するようにしたので、凸部に強度低下による割れや欠けなどの破損が生じることがないと共に、潤滑効果が低下して摩耗が発生することを防ぐことができるものである。
また請求項５の発明は、摺動部に摺動する相手材の回転方向に対して、外側の放射状の溝を反対方向に、内側の放射状の溝を同方向に、それぞれ傾斜させて設けるようにしたので、相手材の回転による油溝内のオイルの流れが良好になり、オイルの滲み出が良好になって潤滑効果を高く得ることができるものである。
【００３０】
また請求項７の発明は、油溝の凹設によって摺動部に形成される凸部の周囲を面取り加工するようにしたので、油溝から摺動部と相手材との界面へのオイルの滲み出しが良好になり潤滑効果を高く得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す正面図である。
【図２】同上の実施の形態における羽根部を省略した摺動部を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】同上の実施の形態における羽根部を省略した摺動部の斜視図である。
【図４】本発明の他の実施の形態における羽根部を省略した摺動部を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。
【図５】本発明の他の実施の形態における羽根部を省略した摺動部を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。
【図６】本発明の他の実施の形態における羽根部を省略した摺動部を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。
【図７】オートマチックトランスミッションのトルクコンバータの一例を示す断面図である。
【図８】ホイルステータ試験機の概略図である。
【符号の説明】
１ホイルステータ
２摺動部
３円形溝
４外側の放射状溝
５内側の放射状溝
６油溝
７凸部
１６羽根部

Claims

中心部の摺動部と外周部の羽根部とを一体に成形した熱硬化性樹脂成形品でホイルステータを形成し、リング状に形成される上記摺動部に、円形の溝と、円形の溝に連通して円形の溝の外側と内側においてそれぞれ設けられる放射状の溝とからなる油溝を凹設し、円形の溝を、その溝幅の中心線の半径Ｒが、Ｒ＝Ｒ _２＋（Ｒ _１ −Ｒ _２）・Ｘ（Ｒ _１＝摺動部の外周半径、Ｒ _２＝摺動部の内周半径、Ｘ＝０．２〜０．８）となるように形成して成ることを特徴とするオートマチックトランスミッション用ホイルステータ。
円形の溝の外側と内側の放射状の溝をそれぞれ５〜２０本設けて成ることを特徴とする請求項１に記載のオートマチックトランスミッション用ホイルステータ。
油溝の面積が摺動部の面積の３０〜６０％の範囲になるように、摺動部に油溝を設けて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載のオートマチックトランスミッション用ホイルステータ。
油溝を１〜５ｍｍの深さに形成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のオートマチックトランスミッション用ホイルステータ。
摺動部と摺動する相手材の回転方向に対して、外側の放射状の溝を反対方向に、内側の放射状の溝を同方向に、それぞれ傾斜させて設けて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のオートマチックトランスミッション用ホイルステータ。
放射状の溝を直線あるいは曲線に形成して成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のオートマチックトランスミッション用ホイルステータ。
油溝の凹設によって摺動部に形成される凸部の周囲を面取り加工して成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のオートマチックトランスミッション用ホイルステータ。