JP4420362B2 - 流体継手 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機の回転トルクを伝達するための流体継手（フルードカップリング）の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体継手（フルードカップリング）は船舶用、産業機械用、自動車用の動力伝達継手として従来から用いられている。流体継手は、環状のポンプシェルと該ポンプシェル内に放射状に配設された複数個のインペラとを有するポンプと、環状のポンプシェルと該ポンプシェル内に放射状に配設された複数個のインペラとを有し上記ポンプと対向して配設されたタービンとからなっており、ポンプおよびタービン内に作動流体が充填されている。このように構成された流体継手は、ポンプが原動機である例えばディーゼルエンジンのクランクシャフト（流体継手としての入力軸）に連結され、タービンが入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられる。
また、上記ポンプシェルおよびタービンシェルに、作動流体を整流するための環状のコアリングを設けた流体継手も使用されている。
【０００３】
図６は、流体継手における入出力軸の回転数差と出力トルク（伝達トルク）との関係を示すものである。図６において破線は従来の流体継手のトルク伝達特性である。このような特性を有する流体継手を車両の駆動装置に装備したした場合、車両停止状態でエンジンが駆動され変速機の変速ギヤが投入されている状態、即ち入力軸が回転し出力軸が停止している状態では、その特性上ドラッグトルクを有する。ドラッグトルクは、一般的にエンジンがアイドリング回転数（例えば、５００ｒｐｍ）で運転されている状態での伝達トルクをいう。このドラッグトルクは、流体継手の設計点を最大効率となる回転速度比、即ちポンプとタービンとの回転速度比を０．９５〜０．９８位にとると、かなり大きくなる。ドラッグトルクが大きいと、エンジンのアイドリング運転が著しく不安定となるとともに、この不安定な回転が駆動系に異常振動を発生させる原因となる。また、ドラッグトルクが大きいことにより、アイドリング運転時の燃費が悪化する原因にもなっている。
【０００４】
上述したドラッグトルクを低減するための対策として、ポンプとタービンとの間にバッフルプレートを配設する技術が知られている。
バッフルプレートを配設したドラッグトルク低減対策について、図７および図８を参照して説明する。図７の（ａ）および図７の（ｂ）に示す流体継手は、ポンプＰとタービンＴとの間に出力軸ＯＳに取り付けられた環状のバッフルプレートＢＰを配設したものである。図８に示す流体継手は、ポンプＰの外周部に環状のバッフルプレートＢＰを配設したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７の（ａ）および図７の（ｂ）に示す流体継手においては、低速回転時には図７の（ａ）に示すようにポンプＰの回転によって回転力が与えられた作動流体は遠心力によって外周側からタービンＴに流入するが、タービンＴを駆動した作動流体は遠心力が減衰されてコアリング 側に寄ってポンプＰに流入する。従って、低速回転時においてはポンプとタービンとの間に配設されたバッフルプレートＢＰの効果が少なく、上述したドラッグトルクを低減することができない。また、高速回転時には図７の（ｂ）に示すポンプＰの回転によって回転力が与えられた作動流体は遠心力によって外周側からタービンＴに流入するが、タービンＴに流入した作動流体は遠心力が強いためにタービンシェルの内面に沿って流れるので、ポンプＰに流入するときバッフルプレートＢＰに当接する。従って、高速回転時においてはバッフルプレートＢＰが大きく作用して伝達トルク（カップリング効率）の低下を招く。図７の（ａ）および図７の（ｂ）に示す流体継手のトルク伝達特性は図６において１点鎖線で示すようになる。このように、図７の（ａ）および図７の（ｂ）に示す流体継手は、エンジンのアイドリング運転時等の低速回転時に低減したいドラッグトルクを下げることができないとともに、高速回転時に伝達トルク（カップリング効率）が低下してしまうという効率の悪い継手となる。このような問題は、ポンプシェルおよびタービンシェルにコアリングを設けたものにおいて顕著に表れる。
【０００６】
また、図８に示す流体継手は、ポンプＰの外周部に環状のバッフルプレートＢＰが配設されているので、低速回転時におけるドラッグトルクを低減することはできるが、高速回転時において伝達トルクが大幅に低下してしまう。図８に示す流体継手のトルク伝達特性は図６において２点鎖線で示すようになる。即ち、ポンプＰの回転によって回転力が与えられた作動流体は遠心力によって外周側に流れるが、流速が最大となってポンプＰから流出する際にバッフルプレートＢＰに衝突し流速が減衰せしめられてタービンＴに流入するため、高速回転時に伝達トルク（カップリング効率）が大幅に低下してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、伝達トルクを低下させることなく、ドラッグトルクを効果的に低減することができる流体継手を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、
「環状のコアリングを有するポンプシェルと、該ポンプシェル内に配設された複数個のインペラとを有するポンプと、
該ポンプと対向して配設され環状のコアリングを有するタービンシェルと、該タービンシェル内に配設された複数個のランナとを有するタービンと、を具備し、
該ポンプおよび該タービンに作動流体を循環してトルク伝達を行う流体継手において、
該ポンプシェルのコアリングには、該ポンプシェルのコアリングの径方向内端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向内方に向けて該ポンプの作動流体流入口と該タービンの作動流体流出口の間に突出している」
ことを特徴とする流体継手が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、上記ポンプシェルのコアリングには、該ポンプシェルのコアリングの径方向外端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向外方に向けて該ポンプの作動流体流出口と該タービンの作動流体流入口の間に突出している、流体継手が提供される。
【００１０】
更に、本発明によれば、上記タービンシェルのコアリングには、該タービンシェルのコアリングの径方向内端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向内方に向けて該タービンの作動流体流出口と該ポンプの作動流体流入口の間に突出している、流体継手が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、上記タービンのコアリングには、該タービンシェルのコアリングの径方向外端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向外方に向けて該タービンの作動流体流入口と該ポンプの作動流体流出口の間に突出している、流体継手が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された流体継手の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１３】
図１には、本発明に従って構成された流体継手を自動車用エンジンと摩擦クラッチとの間に配設した駆動装置の一実施形態が示されている。図示の実施形態における駆動装置は、原動機としての内燃機関２と本発明に従って構成された流体継手４および摩擦クラッチ６とによって構成されている。内燃機関２は図示の実施形態においてはディーゼルエンジンからなっており、クランク軸２１の端部には流体継手４の後述するポンプ側が取り付けられる。
【００１４】
流体継手４は、ディーゼルエンジン２に装着されたハウジング２２にボルト２３等の締結手段によって取り付けられた流体継手ハウジング４０内に配設されている。図示の実施形態における流体継手４は、ポンプ４１と該ポンプ４１と対向して配設されたタービン４２および上記ポンプ４１と連結されたケーシング４３を具備している。
【００１５】
流体継手４を構成するポンプ４１は環状のコアリング４１１ａを備えた椀状のポンプシェル４１１と、該ポンプシェル４１１内に放射状に配設された複数個のインペラ４１２とを備えており、ポンプシェル４１１が上記ケーシング４３に溶接等の固着手段によって取り付けられている。なお、ケーシング４３は、上記クランク軸２１にボルト２４によって内周部が装着されたドライブプレート４４の外周部にボルト４４１、ナット４４２等の締結手段によって装着されている。このようにして、ポンプ４１のポンプシェル４１１は、ケーシング４３およびドライブプレート４４を介してクランク軸２１に連結される。従って、クランク軸２１は流体継手４の入力軸として機能する。なお、上記ドライブプレート４４の外周には、図示しないスタータモータの駆動歯車と噛合する始動用のリングギヤ４５が装着されている。
【００１６】
上記タービン４２は、上記ポンプ４１のポンプシェル４１１と対向して配設され環状のコアリング４２１ａを備えた椀状のタービンシェル４２１と、該タービンシェル４２１内に放射状に配設された複数個のランナ４２２とを備えている。タービンシェル４２１は、上記入力軸としての上記クランク軸２１と同一軸線上に配設された出力軸４６にスプライン嵌合されたタービンハブ４７に溶接等の固着手段によって取り付けられている。
【００１７】
図１に示す第１の実施形態における流体継手４は、ポンプ４１のコアリング４１１ａのタービン４２と対向する端部における内周に、環状のバッフルプレート４１３が溶接等の固着手段によって装着され、流体継手４に形成される流体通路内に突出して配設されている。つまり、このバッフルプレート４１３は、コアリング４１１ａの径方向内端部にコアリング４１１ａと一体的に固着されており、径方向内方に向けてポンプ４１の作動流体流入口とタービン４２の作動流体流出口の間に突出している。
【００１８】
図１を参照して説明を続けると、図示の実施形態における流体継手４は油圧ポンプ５０を具備している。この油圧ポンプ５０は上記流体継手ハウジング４０に装着された摩擦クラッチ６の後述するクラッチハウジング６０にボルト５１等の固着手段によって取り付けられポンプハウジング５２に配設されている。この油圧ポンプ５０は、上記ポンプ４１のポンプシェル４１１に取り付けられたポンプハブ４８によって回転駆動されるように構成されており、図示しない流体経路を介して作動流体を上記ポンプ４１およびタービン４２内に供給する。なお、ポンプハブ４８は上記出力軸４６の周囲に貫挿して配設された筒状軸４９に軸受４９０をによって回転可能に支持されている。
【００１９】
次に、上記摩擦クラッチ６について説明する。
摩擦クラッチ６は、上記流体継手ハウジング４０にボルト６１によって装着されたクラッチハウジング６０内に配設されている。図示の実施形態における摩擦クラッチ６は、上記流体継手４の出力軸４６に装着されたクラッチドライブプレート６２と、出力軸４６と同一軸線上に配設された伝動軸６３（図示の実施形態においては、図示しない変速機の入力軸）と、該伝動軸６３にスプライン嵌合されたクラッチハブ６４に取り付けられ外周部にクラッチフェーシング６５が装着されているドリブンプレート６６と、該ドリブンプレート６６をクラッチドライブプレート６２に押圧するプレッシャープレート６７と、該プレッシャープレート６７をクラッチドライブプレート６２に向けて付勢するダイアフラムスプリング６８と、該ダイアフラムスプリング６８の内端部に係合してダイアフラムスプリング６８の中間部を支点６８１として作動するレリーズベアリング６９と、該レリーズベアリング６９を軸方向に作動せしめるクラッチレリーズフォーク７０とを具備している。このように構成された摩擦クラッチ６は、図示の状態においてはダイアフラムスプリング６８のばね力によってプレッシャープレート６７がクラッチドライブプレート６２に向けて押圧されており、従って、ドリブンプレート６６に装着されたクラッチフェーシング６５がクラッチドライブプレート６２に押圧されて流体継手４の出力軸４６に伝達された動力がクラッチドライブプレート６２およびドリブンプレート６６を介して伝動軸６３に伝達される。この動力伝達を遮断する場合は、図示しないスレーブシリンダに油圧を供給してクラッチレリーズフォーク７０を作動し、レリーズベアリング６９を図１において左方に移動すると、ダイアフラムスプリング６８が図において２点鎖線で示すように作動せしめられ、プレッシャープレート６７への押圧力を解除することにより、クラッチドライブプレート６２からドリブンプレート６６への動力伝達が遮断される。
【００２０】
本発明に従って構成された流体継手を装備した駆動装置は以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、ドライブプレート４４を介して流体継手４のケーシング４３に伝達される。ケーシング４３とポンプ４１のポンプシェル４１１は一体的に構成されているので、上記駆動力によってポンプ４１が回転せしめられる。ポンプ４１が回転するとポンプ４１内の作動流体は遠心力によりインペラ４１２に沿って外周に向かって流れ、矢印で示すようにタービン４２側に流入する。タービン４２側に流入した作動流体は、中心側に向かって流れ矢印で示すようにポンプ４１に戻される。このように、ポンプ４１およびタービン４２内の作動流体がポンプ４１とタービン４２内を循環することにより、ポンプ４１側の駆動トルクが作動流体を介してタービン４２側に伝達される。タービン４２側に伝達された駆動力は、タービンシェル４２１およびタービンハブ４７を介して出力軸４６に伝達され、更に上記摩擦クラッチ６を介して図示しない変速機に伝達される。
【００２１】
ここで、流体継手４内部の作動流体の流れについて図２の（ａ）および図２の（ｂ）を参照して説明する。
図２の（ａ）は、流体継手４が低速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すように遠心力によって流体通路の外周側からタービン４２に流入するが、タービン４２を駆動した作動流体は矢印で示すように遠心力が減衰されてコアリング４１１ａ側に寄ってポンプ４１に流入する。このとき、コアリング４１１ａのタービン４２と対向する端部における内周に環状のバッフルプレート４１３が装着されているので、このバッフルプレート４１３に作動流体が衝突して流速が減衰するため、伝達トルクが減少する。従って、低速回転時においてはバッフルプレート４１３が効果的に作用してドラッグトルクを低減することができる。
【００２２】
図２の（ｂ）は、流体継手４が高速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。高速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すように遠心力によって流体通路の外周側からタービン４２に流入するが、タービン４２に流入した作動流体は遠心力が強いためにタービンシェル４２１の内面に沿って矢印で示すように流れる。即ち、タービンシェル４２１の内面に沿って流れる流速が大きい作動流体はバッフルプレート４１３の作用を受けずにポンプ４１に流入するため、伝達効率の低下を招くことがない。
【００２３】
図１および図２に示す第１の実施形態における流体継手４のトルク伝達特性は、図６において実線で示すようになる。即ち、図１に示す実施形態における流体継手４は、低速回転時においてはバッフルプレート４１３が効果的に作用してドラッグトルクを低減することができるとともに、高速回転時にはバッフルプレート４１３の影響が少なく伝達効率の低下を招くことがない。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。
図３の（ａ）および図３の（ｂ）に示す第２の実施形態における流体継手４は、ポンプ４１のコアリング４１１ａのタービン４２と対向する端部における外周に、環状のバッフルプレート４１４が溶接等の固着手段によって装着され、流体継手４に形成される流体通路内に突出して配設されている。つまり、このバッフルプレート４１４は、コアリング４１１ａの径方向外端部にコアリング４１１ａと一体的に固着されており、径方向外方に向けてポンプ４１の作動流体流出口とタービン４２の作動流体流入口の間に突出している。
【００２５】
図３の（ａ）は、流体継手４が低速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すようにタービン４２に流入する。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体の遠心力が弱く流体通路の内周側を流れる作動流体量も多い。このとき、コアリング４１１ａの外周に環状のバッフルプレート４１４が装着されているので、流体通路の内周側を流れる作動流体はバッフルプレート４１４に衝突して流速が減衰されてタービン４２に流入するため、伝達トルクが減少する。従って、低速回転時においてはバッフルプレート４１３が効果的に作用してドラッグトルクを低減することができる。
【００２６】
図３の（ｂ）は、流体継手４が高速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。高速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体の遠心力が強いため、矢印で示すように流体通路の外周側からタービン４２に流入する。このように、流体通路の外周側からタービン４２に流入する流速が大きい作動流体は、バッフルプレート４１４の作用を受けずにタービン４２に流入するので、伝達効率の低下を招くことがない。
【００２７】
次に、本発明の第３の実施形態について、図４を参照して説明する。
図４の（ａ）および図４の（ｂ）に示す第３の実施形態における流体継手４は、タービン４２のコアリング４２１ａのポンプ４１と対向する端部における内周に、環状のバッフルプレート４２３が溶接等の固着手段によって装着され、流体継手４に形成される流体通路内に突出して配設されている。つまり、このバッフルプレート４２３は、タービンシェルのコアリング４２１ａの径方向内端部にコアリング４２１ａと一体的に固着されており、径方向内方に向けてタービン４２の作動流体流出口とポンプ４１の作動流体流入口の間に突出している。
【００２８】
図４の（ａ）は、流体継手４が低速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すようにタービン４２に流入する。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すように遠心力によって流体通路の外周側からタービン４２に流入するが、タービン４２を駆動した作動流体は矢印で示すように遠心力が減衰されてコアリング４１１ａ側に寄ってポンプ４１に流入する。このとき、コアリング４２１ａのポンプ４１と対向する端部における内周に環状のバッフルプレート４２３が装着されているので、このバッフルプレート４２３に作動流体が衝突して流速が減衰するため、伝達トルクが減少する。従って、低速回転時においてはバッフルプレート４２３が効果的に作用してドラッグトルクを低減することができる。
【００２９】
図４の（ｂ）は、流体継手４が高速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。高速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体の遠心力が強いため、矢印で示すように流体通路の外周側からタービン４２に流入する。このように、流体通路の外周側からタービン４２に流入する流速が大きい作動流体は、バッフルプレート４２３の作用を受けずにタービン４２に流入するので、伝達効率の低下を招くことがない。
【００３０】
次に、本発明の第４の実施形態について、図５を参照して説明する。
図５の（ａ）および図５の（ｂ）に示す第４の実施形態における流体継手４は、タービン４２のコアリング４２１ａのポンプ４１と対向する端部における外周に環状のバッフルプレート４２４が溶接等の固着手段によって装着され、流体継手４に形成される流体通路内に突出して配設されている。つまり、このバッフルプレート４２４は、タービンシェルのコアリング４２１ａの径方向外端部にコアリング４２１ａと一体的に固着されており、径方向外方に向けてタービン４２の作動流体流出口とポンプ４１の作動流体流入口の間に突出している。
【００３１】
図５の（ａ）は、流体継手４が低速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すようにタービン４２に流入する。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体の遠心力が弱く流体通路の内周側を流れる作動流体量も多い。このとき、コアリング４１１ａの外周に環状のバッフルプレート４２４が装着されているので、流体通路の内周側を流れる作動流体はバッフルプレート４２４に衝突して流速が減衰されてタービン４２に流入するため、伝達トルクが減少する。従って、低速回転時においてはバッフルプレート４２３が効果的に作用してドラッグトルクを低減することができる。
【００３２】
図５の（ｂ）は、流体継手４が高速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。高速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体の遠心力が強いため、矢印で示すように流体通路の外周側からタービン４２に流入する。このように、流体通路の外周側からタービン４２に流入する流速が大きい作動流体は、バッフルプレート４２４の作用を受けずにタービン４２に流入するので、伝達効率の低下を招くことがない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明による流体継手は以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
【００３４】
即ち、第１の発明によれば、流体継手のポンプを構成するポンプシェルのコアリングにおけるタービンと対向する端部の内周には、環状のバッフルプレートが一体的に固着されているので、低速回転時においてはバッフルプレートが効果的に作用してドラッグトルクを低減することができるとともに、高速回転時にはバッフルプレートの影響が少なく伝達効率の低下を招くことがない。
また、第２の発明によれば流体継手のポンプを構成するポンプシェルのコアリングにおけるタービンと対向する端部の外周には、環状のバッフルプレートが一体的に固着されているので、上記第１の発明と同様の作用効果が得られる。
更に、第３の発明によれば流体継手のタービンを構成するタービンシェルのコアリングにおけるポンプと対向する端部の内周には、環状のバッフルプレートが一体的に固着されているので、上記第１の発明および第２の発明と同様の作用効果が得られる。
また、第４の発明によれば、流体継手のタービンを構成するタービンシェルのコアリングにおけるポンプと対向する端部の外周には、環状のバッフルプレートが一体的に固着されているので、上記第１の発明乃至第３の発明と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された第１の実施形態における流体継手を装備した駆動装置の一実施形態を示す断面図。
【図２】図１に示す第１の実施形態における流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【図３】本発明に従って構成された第２の実施形態における流体継手を示すもので、流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【図４】本発明に従って構成された第３の実施形態における流体継手を示すもので、流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【図５】本発明に従って構成された第４の実施形態における流体継手を示すもので、流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【図６】流体継手における入出力軸の回転数差と伝達トルクとの関係を示す図。
【図７】従来用いられている流体継手の一例における流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【図８】従来用いられている流体継手の他の例における流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【符号の説明】
２：内燃機関
２１：クランク軸
４：流体継手
４０：流体継手ハウジング
４１：ポンプ
４１１：ポンプシェル
４１１ａ：ポンプのコアリング
４１２：インペラ
４１３：バッフルプレート
４１４：バッフルプレート
４２１ａ：タービンのコアリング
４２：タービン
４２１：タービンシェル
４２２：ランナ
４２３：バッフルプレート
４２４：バッフルプレート
４３：ケーシング
４４：ドライブプレート
４５：リングギヤ
４６：出力軸
４７：タービンハブ
４８：ポンプハブ
５０：油圧ポンプ
５２：ポンプハウジング
６：摩擦クラッチ
６０：クラッチハウジング
６２：クラッチドライブプレート
６３：伝動軸
６４：クラッチハブ
６５：クラッチフェーシング
６６：ドリブンプレート
６７：プレッシャープレート
６８：ダイアフラムスプリング
６９：レリーズベアリング
７０：クラッチレリーズフォーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機の回転トルクを伝達するための流体継手（フルードカップリング）の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体継手（フルードカップリング）は船舶用、産業機械用、自動車用の動力伝達継手として従来から用いられている。流体継手は、環状のポンプシェルと該ポンプシェル内に放射状に配設された複数個のインペラとを有するポンプと、環状のポンプシェルと該ポンプシェル内に放射状に配設された複数個のインペラとを有し上記ポンプと対向して配設されたタービンとからなっており、ポンプおよびタービン内に作動流体が充填されている。このように構成された流体継手は、ポンプが原動機である例えばディーゼルエンジンのクランクシャフト（流体継手としての入力軸）に連結され、タービンが入力軸と同一軸線上に配置された出力軸に取り付けられる。
また、上記ポンプシェルおよびタービンシェルに、作動流体を整流するための環状のコアリングを設けた流体継手も使用されている。
【０００３】
図６は、流体継手における入出力軸の回転数差と出力トルク（伝達トルク）との関係を示すものである。図６において破線は従来の流体継手のトルク伝達特性である。このような特性を有する流体継手を車両の駆動装置に装備したした場合、車両停止状態でエンジンが駆動され変速機の変速ギヤが投入されている状態、即ち入力軸が回転し出力軸が停止している状態では、その特性上ドラッグトルクを有する。ドラッグトルクは、一般的にエンジンがアイドリング回転数（例えば、５００ｒｐｍ）で運転されている状態での伝達トルクをいう。このドラッグトルクは、流体継手の設計点を最大効率となる回転速度比、即ちポンプとタービンとの回転速度比を０．９５〜０．９８位にとると、かなり大きくなる。ドラッグトルクが大きいと、エンジンのアイドリング運転が著しく不安定となるとともに、この不安定な回転が駆動系に異常振動を発生させる原因となる。また、ドラッグトルクが大きいことにより、アイドリング運転時の燃費が悪化する原因にもなっている。
【０００４】
上述したドラッグトルクを低減するための対策として、ポンプとタービンとの間にバッフルプレートを配設する技術が知られている。
バッフルプレートを配設したドラッグトルク低減対策について、図７および図８を参照して説明する。図７の（ａ）および図７の（ｂ）に示す流体継手は、ポンプＰとタービンＴとの間に出力軸ＯＳに取り付けられた環状のバッフルプレートＢＰを配設したものである。図８に示す流体継手は、ポンプＰの外周部に環状のバッフルプレートＢＰを配設したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７の（ａ）および図７の（ｂ）に示す流体継手においては、低速回転時には図７の（ａ）に示すようにポンプＰの回転によって回転力が与えられた作動流体は遠心力によって外周側からタービンＴに流入するが、タービンＴを駆動した作動流体は遠心力が減衰されてコアリング 側に寄ってポンプＰに流入する。従って、低速回転時においてはポンプとタービンとの間に配設されたバッフルプレートＢＰの効果が少なく、上述したドラッグトルクを低減することができない。また、高速回転時には図７の（ｂ）に示すポンプＰの回転によって回転力が与えられた作動流体は遠心力によって外周側からタービンＴに流入するが、タービンＴに流入した作動流体は遠心力が強いためにタービンシェルの内面に沿って流れるので、ポンプＰに流入するときバッフルプレートＢＰに当接する。従って、高速回転時においてはバッフルプレートＢＰが大きく作用して伝達トルク（カップリング効率）の低下を招く。図７の（ａ）および図７の（ｂ）に示す流体継手のトルク伝達特性は図６において１点鎖線で示すようになる。このように、図７の（ａ）および図７の（ｂ）に示す流体継手は、エンジンのアイドリング運転時等の低速回転時に低減したいドラッグトルクを下げることができないとともに、高速回転時に伝達トルク（カップリング効率）が低下してしまうという効率の悪い継手となる。このような問題は、ポンプシェルおよびタービンシェルにコアリングを設けたものにおいて顕著に表れる。
【０００６】
また、図８に示す流体継手は、ポンプＰの外周部に環状のバッフルプレートＢＰが配設されているので、低速回転時におけるドラッグトルクを低減することはできるが、高速回転時において伝達トルクが大幅に低下してしまう。図８に示す流体継手のトルク伝達特性は図６において２点鎖線で示すようになる。即ち、ポンプＰの回転によって回転力が与えられた作動流体は遠心力によって外周側に流れるが、流速が最大となってポンプＰから流出する際にバッフルプレートＢＰに衝突し流速が減衰せしめられてタービンＴに流入するため、高速回転時に伝達トルク（カップリング効率）が大幅に低下してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、伝達トルクを低下させることなく、ドラッグトルクを効果的に低減することができる流体継手を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、
「環状のコアリングを有するポンプシェルと、該ポンプシェル内に配設された複数個のインペラとを有するポンプと、
該ポンプと対向して配設され環状のコアリングを有するタービンシェルと、該タービンシェル内に配設された複数個のランナとを有するタービンと、を具備し、
該ポンプおよび該タービンに作動流体を循環してトルク伝達を行う流体継手において、
該ポンプシェルのコアリングには、該ポンプシェルのコアリングの径方向内端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向内方に向けて該ポンプの作動流体流入口と該タービンの作動流体流出口の間に突出している」
ことを特徴とする流体継手が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、上記ポンプシェルのコアリングには、該ポンプシェルのコアリングの径方向外端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向外方に向けて該ポンプの作動流体流出口と該タービンの作動流体流入口の間に突出している、流体継手が提供される。
【００１０】
更に、本発明によれば、上記タービンシェルのコアリングには、該タービンシェルのコアリングの径方向内端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向内方に向けて該タービンの作動流体流出口と該ポンプの作動流体流入口の間に突出している、流体継手が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、上記タービンのコアリングには、該タービンシェルのコアリングの径方向外端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向外方に向けて該タービンの作動流体流入口と該ポンプの作動流体流出口の間に突出している、流体継手が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された流体継手の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１３】
図１には、本発明に従って構成された流体継手を自動車用エンジンと摩擦クラッチとの間に配設した駆動装置の一実施形態が示されている。図示の実施形態における駆動装置は、原動機としての内燃機関２と本発明に従って構成された流体継手４および摩擦クラッチ６とによって構成されている。内燃機関２は図示の実施形態においてはディーゼルエンジンからなっており、クランク軸２１の端部には流体継手４の後述するポンプ側が取り付けられる。
【００１４】
流体継手４は、ディーゼルエンジン２に装着されたハウジング２２にボルト２３等の締結手段によって取り付けられた流体継手ハウジング４０内に配設されている。図示の実施形態における流体継手４は、ポンプ４１と該ポンプ４１と対向して配設されたタービン４２および上記ポンプ４１と連結されたケーシング４３を具備している。
【００１５】
流体継手４を構成するポンプ４１は環状のコアリング４１１ａを備えた椀状のポンプシェル４１１と、該ポンプシェル４１１内に放射状に配設された複数個のインペラ４１２とを備えており、ポンプシェル４１１が上記ケーシング４３に溶接等の固着手段によって取り付けられている。なお、ケーシング４３は、上記クランク軸２１にボルト２４によって内周部が装着されたドライブプレート４４の外周部にボルト４４１、ナット４４２等の締結手段によって装着されている。このようにして、ポンプ４１のポンプシェル４１１は、ケーシング４３およびドライブプレート４４を介してクランク軸２１に連結される。従って、クランク軸２１は流体継手４の入力軸として機能する。なお、上記ドライブプレート４４の外周には、図示しないスタータモータの駆動歯車と噛合する始動用のリングギヤ４５が装着されている。
【００１６】
上記タービン４２は、上記ポンプ４１のポンプシェル４１１と対向して配設され環状のコアリング４２１ａを備えた椀状のタービンシェル４２１と、該タービンシェル４２１内に放射状に配設された複数個のランナ４２２とを備えている。タービンシェル４２１は、上記入力軸としての上記クランク軸２１と同一軸線上に配設された出力軸４６にスプライン嵌合されたタービンハブ４７に溶接等の固着手段によって取り付けられている。
【００１７】
図１に示す第１の実施形態における流体継手４は、ポンプ４１のコアリング４１１ａのタービン４２と対向する端部における内周に、環状のバッフルプレート４１３が溶接等の固着手段によって装着され、流体継手４に形成される流体通路内に突出して配設されている。つまり、このバッフルプレート４１３は、コアリング４１１ａの径方向内端部にコアリング４１１ａと一体的に固着されており、径方向内方に向けてポンプ４１の作動流体流入口とタービン４２の作動流体流出口の間に突出している。
【００１８】
図１を参照して説明を続けると、図示の実施形態における流体継手４は油圧ポンプ５０を具備している。この油圧ポンプ５０は上記流体継手ハウジング４０に装着された摩擦クラッチ６の後述するクラッチハウジング６０にボルト５１等の固着手段によって取り付けられポンプハウジング５２に配設されている。この油圧ポンプ５０は、上記ポンプ４１のポンプシェル４１１に取り付けられたポンプハブ４８によって回転駆動されるように構成されており、図示しない流体経路を介して作動流体を上記ポンプ４１およびタービン４２内に供給する。なお、ポンプハブ４８は上記出力軸４６の周囲に貫挿して配設された筒状軸４９に軸受４９０をによって回転可能に支持されている。
【００１９】
次に、上記摩擦クラッチ６について説明する。
摩擦クラッチ６は、上記流体継手ハウジング４０にボルト６１によって装着されたクラッチハウジング６０内に配設されている。図示の実施形態における摩擦クラッチ６は、上記流体継手４の出力軸４６に装着されたクラッチドライブプレート６２と、出力軸４６と同一軸線上に配設された伝動軸６３（図示の実施形態においては、図示しない変速機の入力軸）と、該伝動軸６３にスプライン嵌合されたクラッチハブ６４に取り付けられ外周部にクラッチフェーシング６５が装着されているドリブンプレート６６と、該ドリブンプレート６６をクラッチドライブプレート６２に押圧するプレッシャープレート６７と、該プレッシャープレート６７をクラッチドライブプレート６２に向けて付勢するダイアフラムスプリング６８と、該ダイアフラムスプリング６８の内端部に係合してダイアフラムスプリング６８の中間部を支点６８１として作動するレリーズベアリング６９と、該レリーズベアリング６９を軸方向に作動せしめるクラッチレリーズフォーク７０とを具備している。このように構成された摩擦クラッチ６は、図示の状態においてはダイアフラムスプリング６８のばね力によってプレッシャープレート６７がクラッチドライブプレート６２に向けて押圧されており、従って、ドリブンプレート６６に装着されたクラッチフェーシング６５がクラッチドライブプレート６２に押圧されて流体継手４の出力軸４６に伝達された動力がクラッチドライブプレート６２およびドリブンプレート６６を介して伝動軸６３に伝達される。この動力伝達を遮断する場合は、図示しないスレーブシリンダに油圧を供給してクラッチレリーズフォーク７０を作動し、レリーズベアリング６９を図１において左方に移動すると、ダイアフラムスプリング６８が図において２点鎖線で示すように作動せしめられ、プレッシャープレート６７への押圧力を解除することにより、クラッチドライブプレート６２からドリブンプレート６６への動力伝達が遮断される。
【００２０】
本発明に従って構成された流体継手を装備した駆動装置は以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
ディーゼルエンジン２のクランク軸２１（入力軸）に発生した駆動力は、ドライブプレート４４を介して流体継手４のケーシング４３に伝達される。ケーシング４３とポンプ４１のポンプシェル４１１は一体的に構成されているので、上記駆動力によってポンプ４１が回転せしめられる。ポンプ４１が回転するとポンプ４１内の作動流体は遠心力によりインペラ４１２に沿って外周に向かって流れ、矢印で示すようにタービン４２側に流入する。タービン４２側に流入した作動流体は、中心側に向かって流れ矢印で示すようにポンプ４１に戻される。このように、ポンプ４１およびタービン４２内の作動流体がポンプ４１とタービン４２内を循環することにより、ポンプ４１側の駆動トルクが作動流体を介してタービン４２側に伝達される。タービン４２側に伝達された駆動力は、タービンシェル４２１およびタービンハブ４７を介して出力軸４６に伝達され、更に上記摩擦クラッチ６を介して図示しない変速機に伝達される。
【００２１】
ここで、流体継手４内部の作動流体の流れについて図２の（ａ）および図２の（ｂ）を参照して説明する。
図２の（ａ）は、流体継手４が低速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すように遠心力によって流体通路の外周側からタービン４２に流入するが、タービン４２を駆動した作動流体は矢印で示すように遠心力が減衰されてコアリング４１１ａ側に寄ってポンプ４１に流入する。このとき、コアリング４１１ａのタービン４２と対向する端部における内周に環状のバッフルプレート４１３が装着されているので、このバッフルプレート４１３に作動流体が衝突して流速が減衰するため、伝達トルクが減少する。従って、低速回転時においてはバッフルプレート４１３が効果的に作用してドラッグトルクを低減することができる。
【００２２】
図２の（ｂ）は、流体継手４が高速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。高速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すように遠心力によって流体通路の外周側からタービン４２に流入するが、タービン４２に流入した作動流体は遠心力が強いためにタービンシェル４２１の内面に沿って矢印で示すように流れる。即ち、タービンシェル４２１の内面に沿って流れる流速が大きい作動流体はバッフルプレート４１３の作用を受けずにポンプ４１に流入するため、伝達効率の低下を招くことがない。
【００２３】
図１および図２に示す第１の実施形態における流体継手４のトルク伝達特性は、図６において実線で示すようになる。即ち、図１に示す実施形態における流体継手４は、低速回転時においてはバッフルプレート４１３が効果的に作用してドラッグトルクを低減することができるとともに、高速回転時にはバッフルプレート４１３の影響が少なく伝達効率の低下を招くことがない。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。
図３の（ａ）および図３の（ｂ）に示す第２の実施形態における流体継手４は、ポンプ４１のコアリング４１１ａのタービン４２と対向する端部における外周に、環状のバッフルプレート４１４が溶接等の固着手段によって装着され、流体継手４に形成される流体通路内に突出して配設されている。つまり、このバッフルプレート４１４は、コアリング４１１ａの径方向外端部にコアリング４１１ａと一体的に固着されており、径方向外方に向けてポンプ４１の作動流体流出口とタービン４２の作動流体流入口の間に突出している。
【００２５】
図３の（ａ）は、流体継手４が低速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すようにタービン４２に流入する。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体の遠心力が弱く流体通路の内周側を流れる作動流体量も多い。このとき、コアリング４１１ａの外周に環状のバッフルプレート４１４が装着されているので、流体通路の内周側を流れる作動流体はバッフルプレート４１４に衝突して流速が減衰されてタービン４２に流入するため、伝達トルクが減少する。従って、低速回転時においてはバッフルプレート４１３が効果的に作用してドラッグトルクを低減することができる。
【００２６】
図３の（ｂ）は、流体継手４が高速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。高速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体の遠心力が強いため、矢印で示すように流体通路の外周側からタービン４２に流入する。このように、流体通路の外周側からタービン４２に流入する流速が大きい作動流体は、バッフルプレート４１４の作用を受けずにタービン４２に流入するので、伝達効率の低下を招くことがない。
【００２７】
次に、本発明の第３の実施形態について、図４を参照して説明する。
図４の（ａ）および図４の（ｂ）に示す第３の実施形態における流体継手４は、タービン４２のコアリング４２１ａのポンプ４１と対向する端部における内周に、環状のバッフルプレート４２３が溶接等の固着手段によって装着され、流体継手４に形成される流体通路内に突出して配設されている。つまり、このバッフルプレート４２３は、タービンシェルのコアリング４２１ａの径方向内端部にコアリング４２１ａと一体的に固着されており、径方向内方に向けてタービン４２の作動流体流出口とポンプ４１の作動流体流入口の間に突出している。
【００２８】
図４の（ａ）は、流体継手４が低速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すようにタービン４２に流入する。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すように遠心力によって流体通路の外周側からタービン４２に流入するが、タービン４２を駆動した作動流体は矢印で示すように遠心力が減衰されてコアリング４１１ａ側に寄ってポンプ４１に流入する。このとき、コアリング４２１ａのポンプ４１と対向する端部における内周に環状のバッフルプレート４２３が装着されているので、このバッフルプレート４２３に作動流体が衝突して流速が減衰するため、伝達トルクが減少する。従って、低速回転時においてはバッフルプレート４２３が効果的に作用してドラッグトルクを低減することができる。
【００２９】
図４の（ｂ）は、流体継手４が高速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。高速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体の遠心力が強いため、矢印で示すように流体通路の外周側からタービン４２に流入する。このように、流体通路の外周側からタービン４２に流入する流速が大きい作動流体は、バッフルプレート４２３の作用を受けずにタービン４２に流入するので、伝達効率の低下を招くことがない。
【００３０】
次に、本発明の第４の実施形態について、図５を参照して説明する。
図５の（ａ）および図５の（ｂ）に示す第４の実施形態における流体継手４は、タービン４２のコアリング４２１ａのポンプ４１と対向する端部における外周に環状のバッフルプレート４２４が溶接等の固着手段によって装着され、流体継手４に形成される流体通路内に突出して配設されている。つまり、このバッフルプレート４２４は、タービンシェルのコアリング４２１ａの径方向外端部にコアリング４２１ａと一体的に固着されており、径方向外方に向けてタービン４２の作動流体流出口とポンプ４１の作動流体流入口の間に突出している。
【００３１】
図５の（ａ）は、流体継手４が低速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体は矢印で示すようにタービン４２に流入する。低速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体の遠心力が弱く流体通路の内周側を流れる作動流体量も多い。このとき、コアリング４１１ａの外周に環状のバッフルプレート４２４が装着されているので、流体通路の内周側を流れる作動流体はバッフルプレート４２４に衝突して流速が減衰されてタービン４２に流入するため、伝達トルクが減少する。従って、低速回転時においてはバッフルプレート４２３が効果的に作用してドラッグトルクを低減することができる。
【００３２】
図５の（ｂ）は、流体継手４が高速で回転しているときの作動流体の流れを示すものである。高速回転時にはポンプ４１の回転によって回転力が与えられた作動流体の遠心力が強いため、矢印で示すように流体通路の外周側からタービン４２に流入する。このように、流体通路の外周側からタービン４２に流入する流速が大きい作動流体は、バッフルプレート４２４の作用を受けずにタービン４２に流入するので、伝達効率の低下を招くことがない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明による流体継手は以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
【００３４】
即ち、第１の発明によれば、流体継手のポンプを構成するポンプシェルのコアリングにおけるタービンと対向する端部の内周には、環状のバッフルプレートが一体的に固着されているので、低速回転時においてはバッフルプレートが効果的に作用してドラッグトルクを低減することができるとともに、高速回転時にはバッフルプレートの影響が少なく伝達効率の低下を招くことがない。
また、第２の発明によれば流体継手のポンプを構成するポンプシェルのコアリングにおけるタービンと対向する端部の外周には、環状のバッフルプレートが一体的に固着されているので、上記第１の発明と同様の作用効果が得られる。
更に、第３の発明によれば流体継手のタービンを構成するタービンシェルのコアリングにおけるポンプと対向する端部の内周には、環状のバッフルプレートが一体的に固着されているので、上記第１の発明および第２の発明と同様の作用効果が得られる。
また、第４の発明によれば、流体継手のタービンを構成するタービンシェルのコアリングにおけるポンプと対向する端部の外周には、環状のバッフルプレートが一体的に固着されているので、上記第１の発明乃至第３の発明と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された第１の実施形態における流体継手を装備した駆動装置の一実施形態を示す断面図。
【図２】図１に示す第１の実施形態における流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【図３】本発明に従って構成された第２の実施形態における流体継手を示すもので、流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【図４】本発明に従って構成された第３の実施形態における流体継手を示すもので、流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【図５】本発明に従って構成された第４の実施形態における流体継手を示すもので、流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【図６】流体継手における入出力軸の回転数差と伝達トルクとの関係を示す図。
【図７】従来用いられている流体継手の一例における流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【図８】従来用いられている流体継手の他の例における流体継手内部の作動流体の流れを示す説明図。
【符号の説明】
２：内燃機関
２１：クランク軸
４：流体継手
４０：流体継手ハウジング
４１：ポンプ
４１１：ポンプシェル
４１１ａ：ポンプのコアリング
４１２：インペラ
４１３：バッフルプレート
４１４：バッフルプレート
４２１ａ：タービンのコアリング
４２：タービン
４２１：タービンシェル
４２２：ランナ
４２３：バッフルプレート
４２４：バッフルプレート
４３：ケーシング
４４：ドライブプレート
４５：リングギヤ
４６：出力軸
４７：タービンハブ
４８：ポンプハブ
５０：油圧ポンプ
５２：ポンプハウジング
６：摩擦クラッチ
６０：クラッチハウジング
６２：クラッチドライブプレート
６３：伝動軸
６４：クラッチハブ
６５：クラッチフェーシング
６６：ドリブンプレート
６７：プレッシャープレート
６８：ダイアフラムスプリング
６９：レリーズベアリング
７０：クラッチレリーズフォーク
Claims (4)
- 環状のコアリングを有するポンプシェルと、該ポンプシェル内に配設された複数個のインペラとを有するポンプと、
該ポンプと対向して配設され環状のコアリングを有するタービンシェルと、該タービンシェル内に配設された複数個のランナとを有するタービンと、を具備し、
該ポンプおよび該タービンに作動流体を循環してトルク伝達を行う流体継手において、
該ポンプシェルのコアリングには、該ポンプシェルのコアリングの径方向内端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向内方に向けて該ポンプの作動流体流入口と該タービンの作動流体流出口の間に突出していることを特徴とする流体継手。 - 環状のコアリングを有するポンプシェルと、該ポンプシェル内に配設された複数個のインペラとを有するポンプと、
該ポンプと対向して配設され環状のコアリングを有するタービンシェルと、該タービンシェル内に配設された複数個のランナとを有するタービンと、を具備し、
該ポンプおよび該タービンに作動流体を循環してトルク伝達を行う流体継手において、
該ポンプシェルのコアリングには、該ポンプシェルのコアリングの径方向外端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向外方に向けて該ポンプの作動流体流出口と該タービンの作動流体流入口の間に突出していることを特徴とする流体継手。 - 環状のコアリングを有するポンプシェルと、該ポンプシェル内に配設された複数個のインペラとを有するポンプと、
該ポンプと対向して配設され環状のコアリングを有するタービンシェルと、該タービンシェル内に配設された複数個のランナとを有するタービンと、を具備し、
該ポンプおよび該タービンに作動流体を循環してトルク伝達を行う流体継手において、
該タービンシェルのコアリングには、該タービンシェルのコアリングの径方向内端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向内方に向けて該タービンの作動流体流出口と該ポンプの作動流体流入口の間に突出していることを特徴とする流体継手。 - 環状のコアリングを有するポンプシェルと、該ポンプシェル内に配設された複数個のインペラとを有するポンプと、
該ポンプと対向して配設され環状のコアリングを有するタービンシェルと、該タービンシェル内に配設された複数個のランナとを有するタービンと、を具備し、
該ポンプおよび該タービンに作動流体を循環してトルク伝達を行う流体継手において、
該タービンシェルのコアリングには、該タービンシェルのコアリングの径方向外端部に環状のバッフルプレートが一体的に固着されており、該バッフルプレートが、径方向外方に向けて該タービンの作動流体流入口と該ポンプの作動流体流出口の間に突出していることを特徴とする流体継手。
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