JP4684364B2 - トルクコンバータ - Google Patents

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Description

本発明は、トルクコンバータ、特に、ステータの内周部にステータブレーキが設けられたトルクコンバータに関する。
トルクコンバータは、インペラー、タービン及びステータからなる3種の羽根車を有し、これらによって形成されるトーラス内部の流体により動力を伝達する装置である。インペラーは、エンジンから動力が入力されるフロントカバーとともに、内部に作動油が充填された流体室を形成している。また、タービンは流体室内でインペラーに軸方向に対向して配置されている。このタービンを構成するタービンハブは、トランスミッションの入力シャフトに連結されている。ステータは、タービンからインペラーに戻る作動油の流れを整流するものであり、インペラーの内周部とタービン内周部との間に配置されている。また、ステータは、ワンウェイクラッチを介して固定ハウジング等に連結されている。
ここで、ステータに装着された従来のワンウェイクラッチに代えて、ステータの回転を制動するためのブレーキを備えたトルクコンバータが提供されている(特許文献1参照)。この特許文献1に示されたトルクコンバータでは、ステータの内周側にステータブレーキが設けられるとともに、フロントカバーとタービンとの間にロックアップクラッチが設けられている。そして、ロックアップクラッチ及びステータブレーキは、ロックアップクラッチをオン(ロック)するための作動油の圧力と、ロックアップクラッチをオフ(ロック解除)するための作動油の圧力との差圧に応じて、フロントカバー及びインペラーとステータとの係合力を変化させるようにしている。
特開2006―300099号公報
特許文献1に記載されたトルクコンバータでは、ステータブレーキはステータの内周側に配置されている。したがって、ブレーキ容量を大きく確保するためにブレーキディスク部分を大径化すると、トルクコンバータのトーラスが小さくなって、トルクコンバータ性能に悪影響を与えてしまう。また、逆にトルクコンバータの性能を確保するためにトーラスを大きくすると、ステータブレーキのためのスペースが狭くなり、十分なブレーキ容量を確保することができない。
また、ブレーキ容量を十分に確保するために、ブレーキディスク部分のプレート枚数を多くすると、ステータブレーキが軸方向に長くなって、トルクコンバータ全体の軸方向寸法の小型化の妨げになる。
本発明の課題は、トルクコンバータの性能を維持しつつステータブレーキの寸法を小型できるようにすることにある。また本発明の別の課題は、軸方向寸法の大型化を招くことなく、ステータの内周側にステータブレーキを配置できるようにすることにある。
請求項1に係るトルクコンバータは、エンジンからのトルクを流体によってトランスミッションの入力シャフトに伝達するものであり、フロントカバーと、インぺラーと、タービンと、ステータと、ステータブレーキと、ロックアップクラッチと、を備えている。フロントカバーはエンジンからのトルクが入力される。インペラーは、フロントカバーに接続され、フロントカバーとともに流体室を構成する。タービンは、インペラーに対向して配置され、トランスミッションにトルクを出力可能である。ステータは、インペラーとタービンの内周部間に配置され、タービンからインペラーに流れる流体の流れを整流する。ステータブレーキは、ステータに相対回転不能に連結されるとともにステータの内周側に配置されたステータ側部材と、ステータ側部材の内周側に配置されるとともに回転不能な部材に連結された固定側部材と、ステータ側部材と固定側部材との間に配置されたブレーキディスク部、とからなり、ステータの回転を制動する。ロックアップクラッチは、フロントカバーに圧接されるピストンを有し、フロントカバーからタービンに動力を直接伝達する。また、タービンは、円板状のフランジ部と、フランジ部の内周部に軸方向に延びて形成されトランスミッションの入力シャフトに連結される筒状部と、を有するタービンハブを含んでおり、ロックアップクラッチのピストンはフランジ部の外周部において軸方向に移動自在に支持されている。ステータ側部材は、円板状の縦壁部と、縦壁部の外周側からトランスミッション側に延びて形成された外筒状部と、縦壁部の内周側からトランスミッション側に延びて形成されタービンハブの筒状部の外周面に回転自在に支持された内筒状部と、を有している。インペラーは、内周部にトランスミッションの入力シャフトに沿って軸方向に延びる筒状部を有し、ステータブレーキの固定側部材は、円板状の縦壁部と、縦壁部の内周部にトランスミッション側に軸方向に延びて形成された内筒状部と、を有し、固定側部材の内筒状部は、インペラーの筒状部の内周側において軸方向において重なるように配置されている。
このトルクコンバータでは、フロントカバー及びインペラーに入力された動力は、流体を介してタービンに伝達され、トランスミッションに伝達される。また、流体はインペラーからタービンに流入し、さらにステータを介してインペラーに戻される。また、ステータはステータブレーキによって回転が制動され、これによりトルクコンバータの容量が制御される。
ここでは、ステータ側部材の内筒状部がタービンハブの筒状部の外周面に支持されているので、軸方向寸法をより短縮することができる。また、ステータブレーキを構成する固定側部材の内筒状部が、インペラーの筒状部と軸方向において重なるように配置されているので、軸方向寸法をさらに短縮することができる。
請求項2に係るトルクコンバータは、請求項1のトルクコンバータにおいて、ステータ側部材の外筒状部の外周部には軸方向に沿って延びる複数の歯が形成されており、ステータの内周部には、複数の歯に噛み合う複数の歯が形成されている。
この場合は、径方向においてステータブレーキ側の寸法をより大きく確保できるようになり、ステータブレーキを構成するディスクの径を大きくすることができる。したがって、少ないディスク枚数で必要なブレーキ容量を確保することができる。
請求項3に係るトルクコンバータは、請求項1又は2のトルクコンバータにおいて、インペラー、タービン及びステータによって構成されるトーラスの内外径比は0.55以上であり、ステータブレーキはトーラスの内周側に配置されている。
この場合は、ステータブレーキのディスク枚数を増やすことなく、必要なトルコン性能を維持することができる。
本発明によれば、トルクコンバータの性能を維持しつつステータブレーキの寸法を小型化することができる。また、トルクコンバータの軸方向寸法を短縮することができる。
[トルクコンバータの全体構成]
図1は本発明の一実施形態が採用されたトルクコンバータ1の縦断面図である。トルクコンバータ1は、エンジンのクランクシャフトからトランスミッションの入力シャフト2にトルクを伝達するための装置である。図1の左側に図示しないエンジンが配置され、図1の右側に図示しないトランスミッションが配置されている。図1に示すO−Oがトルクコンバータ1の回転軸である。
トルクコンバータ1は、主に、フロントカバー4と、3種の羽根車(インペラー5,タービン6及びステータ7)と、ステータブレーキ8と、ロックアップクラッチ10と、を備えている。
[フロントカバー]
フロントカバー4は、円板状の部材であって、内周端にはセンターボス14が溶接により固定されている。センターボス14は、軸方向に延びる円筒形状の部材であり、クランクシャフト(図示せず)の中心孔内に挿入されるものである。
なお、図示していないが、フロントカバー4はフレキシブルプレートを介してエンジンのクランクシャフトに連結されるようになっている。すなわち、フロントカバー4の外周側かつエンジン側の面には、円周方向に等間隔で複数のナット15が固定されており、このナット15に螺合するボルトがフレキシブルプレートの外周部をフロントカバー4に固定している。
フロントカバー4の外周部には、軸方向トランスミッション側に延びる外周側筒状部4aが形成されている。この外周側筒状部4aの先端にインペラー5が溶接によって固定されている。この結果、フロントカバー4とインペラー5とによって、内部に作動油が充填される流体室が形成されている。
[インペラー]
インペラー5は、主に、インペラーシェル18と、その内側に固定された複数のインペラーブレード19と、インペラーシェル18の内周部に固定されたインペラーハブ20とから構成されている。そして、インペラーシェル18の外周側先端部が、前述のように、フロントカバー4に溶接されている。また、インペラーハブ20の内周部には、トランスミッション側に延びる筒状部20aが形成されている。
[タービン]
タービン6は流体室内でインペラー5に対して軸方向に対向して配置されている。タービン6は、主に、タービンシェル22と、そのインペラー側の面に固定された複数のタービンブレード23と、タービンシェル22の内周縁に固定されたタービンハブ24と、から構成されている。タービンシェル22とタービンハブ24とは複数のリベット(図示せず)によって固定されている。
タービンハブ24は、タービンシェル22の内周部が固定された円板状のフランジ部24aと、フランジ部24aの外周部において軸方向エンジン側に延びて形成された外筒状部24bと、フランジ部24aの内周部において軸方向に延びて形成された内筒状部24cと、を有している。また、内筒状部24cの内周部にはスプライン孔が形成されており、トランスミッションの入力シャフト2の先端に形成されたスプライン軸と噛み合っている。なお、タービンハブ24の内筒状部24cの先端とフロントカバー4との間には、両者を相対回転自在に支持するためのスラストワッシャ25が配置されている。
[ステータ]
ステータ7は、インペラー5の内周部とタービン6の内周部との間に配置され、タービン6からインペラー5に戻る作動油の流れを整流するための機構である。ステータ7は樹脂やアルミ合金等で鋳造により一体に形成されている。ステータ7は、主に、環状のステータシェル30と、ステータシェル30の外周面に設けられた複数のステータブレード31と、を有している。ステータシェル30は、ステータブレーキ8を介して筒状の固定シャフト33に支持されている。固定シャフト33は入力シャフト2の外周面とインペラーハブ20の筒状部20aの内周面との間に配置されている。
以上に述べた各羽根車5,6,7の各シェル18,22,30によって、流体室内にトーラス形状の流体作動室が形成されている。ここで、本実施形態では、トーラスの内外径比(D1/D2)は0.63であり、トルクコンバータの性能、後述するステータブレーキのブレーキ容量及び軸方向寸法を考慮すると、トーラスの内外径比は0.55以上であることが好ましい。なお、図1に示すように、トーラスの外径D2はインペラーブレード19の外径であり、内径D1はステータシェル30の外径(ステータブレード31の内径)である。
[ステータブレーキ]
ステータブレーキ8は、ステータ7の内周側に配置されており、ステータ7の回転を制動するためのものである。このステータブレーキ8は、油圧作動式のクラッチブレーキであって、図2に詳細に示すように、ブレーキケース(ステータ側部材)35と、ブレーキケース35の内部に配置された多板型のブレーキディスク部36と、ブレーキディスク部36を押圧するピストン37と、ブレーキディスク部36の内周側に配置されて固定シャフト33に連結されたブレーキ固定部材(固定側部材)38と、を有している。
<ブレーキケース>
ブレーキケース35は、図2に示すように、円板状の縦壁部35aと、縦壁部35aの外周部からトランスミッション側に延びて形成された外筒状部35bと、縦壁部35aの内周部からトランスミッション側に延びて形成された内筒状部35cと、を備えている。縦壁部35aはタービンハブ24のフランジ部24aとほぼ平行に配置されている。
また、縦壁部35aの外周部とタービンシェル22の内周部との間には第1スラスト軸受40が配置されている。第1スラスト軸受40は、ステータブレーキ8のブレーキケース35をタービンハブ24(タービンシェル22)に対して回転自在に支持するための軸受(摺動部材)である。
外筒状部35bの外周面及び内周面には、それぞれ軸方向に延びる複数の歯35d,35eが形成されており、外周面に形成された歯35dがステータシェル30の内周面に形成された軸方向に延びる複数の歯30aと噛み合っている。また、ステータシェル30の内周面で、歯30aの軸方向の両端部には、1対のスナップリング41,42が装着されている。以上により、ブレーキケース35とステータシェル30とは、相対回転が不能で、かつ軸方向にも相対移動ができないようになっている。
また、外筒状部35bの軸方向先端面とインペラーシェル18との間には、第2スラスト軸受43が配置されている。この第2スラスト軸受43は、ステータブレーキ8のブレーキケース35をインペラーシェル18に対して回転自在に支持するための軸受(摺動部材)である。
内筒状部35cは、タービンハブ24の内筒状部24cの外周部に、ローラ軸受44を介して相対回転自在に支持されている。すなわち、ブレーキケース35の内筒状部35cはタービンハブ24の内筒状部24cと軸方向において重なって配置されている。なお、内筒状部35cの軸方向先端部とブレーキ固定部材38との間には、スラストワッシャ45が配置されている。
<ブレーキディスク部>
ブレーキディスク部36は、軸方向に互いに交互に配置されたそれぞれ複数のドリブンプレート48(この例では4枚)及びディスク49(この例では3枚)を有している。
ドリブンプレート48は、外周部に複数の歯が形成されたリング状の部材であり、この外周部に形成された歯がブレーキケース35の歯35eに軸方向に移動自在に噛み合っている。なお、4枚のドリブンプレート48のうち、もっともトランスミッション側に配置されているドリブンプレートは他の3枚のドリブンプレートに比較して厚みが厚く形成されており、他の3枚については同じ厚みに形成されている。
また、ディスク49は両面に摩擦部材であるフェーシングが貼付されたリング状の部材である。このディスク49の内周部には、複数の歯が形成されている。
<ピストン>
ピストン37はブレーキディスク部36のドリブンプレート48及びディスク49を互いに押圧するための押圧部37aを外周部に有している。この押圧部37aには複数の溝が半径方向に沿って形成されている。また、ピストン37の内周部には、軸方向においてトランスミッション側に延びる筒状の支持部37bが形成されている。この支持部37bはブレーキケース35の内筒状部35cの外周面に軸方向に移動自在に支持されている。なお、ピストン37とブレーキケース35との間は、ピストンの外周部及びブレーキケース35の内筒状部35cの外周部に設けられた2つのシール部材51,52によりシールされている。
<ブレーキ固定部材>
ブレーキ固定部材38は、図2に示すように、円板状の縦壁部38aと、縦壁部38aの外周部から軸方向においてエンジン側に延びる外筒状部38bと、縦壁部38aの内周部から軸方向においてトランスミッション側に延びる内筒状部38cと、を有している。
外筒状部38bの外周面には軸方向に延びる複数の歯が形成されており、この歯がディスク49の内周部に形成された歯と噛み合っている。また、内筒状部38cの内周面にはスプライン孔が形成されており、このスプライン孔が固定シャフト33の外周面に形成されたスプライン軸に噛み合っている。なお、内筒状部38cはインペラーハブ20の筒状部20aの内周側に配置され、両者は軸方向において重なっている。
さらに、縦壁部38aの外周部とインペラーシェル18との間には、第3スラスト軸受50が配置されている。この第3スラスト軸受50は、回転不能に固定されたブレーキ固定部材38を、回転するインペラーハブ20に対して相対回転自在に支持するための軸受(摺動部材)である。
ここで、第3スラスト軸受50は、第2スラスト軸受43より軸方向においてエンジン側に配置されている。しかも、第3スラスト軸受50は、ステータブレーキ8のブレーキケース35の内方に配置され、ブレーキケース35の外筒状部35bと軸方向において重なっている。
[ロックアップクラッチ]
ロックアップクラッチ10は、フロントカバー4とタービン6との間に配置され、フロントカバー4からタービン6に動力を直接伝達するものである。このロックアップクラッチ10は、図1に示すように、ピストン55及びダンパー部56を有している。ダンパー部56はピストン55とタービン6との間に配置されている。
ピストン55は、フロントカバー4側の面に摩擦部材57が固定されたピストン本体部55aと、外周側に形成された外筒状部55bと、内周側に形成された内筒状部55cと、を有している。そして、内筒状部55cが、タービンハブ24の外筒状部24bに軸方向に移動自在に支持されている。なお、タービンハブ24の外筒状部24bには、ピストン55との間をシールするためのシール部材58が設けられている。
ダンパー部56は、ピストン55の外筒状部55bの内周側に配置されている。このダンパー部56は、ピストン55に固定された入力側部材60と、タービンシェル22に固定された出力側部材61と、入力側部材60と出力側部材61とを弾性的に連結するための複数のトーションスプリング62と、を有している。
[ステータブレーキ作動回路]
ステータブレーキ8を作動させるための回路は、図2に示すように、タービンハブ24の内筒状部24cに形成された貫通孔65と、ブレーキケース35の内筒状部35cに形成された貫通孔66と、によって形成されている。すなわち、ステータブレーキ8をオン(ディスクを押圧)させるために、貫通孔65,66を介してブレーキケース35とピストン37との間に作動油が供給され、またステータブレーキ8をオフ(ディスクの押圧解除)させるために、同じ経路(貫通孔65,66)を介して作動油が排出される。なお、タービンハブ24の内筒状部24cにおいて、貫通孔65の軸方向両側にはシール部材67,68が設けられている。
[トルクコンバータの動作]
ロックアップクラッチ10がオフ(ロックアップ解除)されているときには、フロントカバー4とタービン6との間のトルク伝達は、インペラー5とタービン6との間の流体伝達によって行われている。インペラー5がエンジンによって回転させられると、作動油は遠心力によってインペラー5からタービン6へと流れる。インペラー5からタービン6へ流れてきた作動油はタービン6を回転させた後にステータ7を通過する。ステータ7を通過する際には、ステータブレード31に衝突した作動油はブレードによって向きを変えられ、インペラー5へと戻される。
ロックアップクラッチ10をオンする場合は、ピストン55とフロントカバー4との間の作動油を排出する。これにより、ピストン55が軸方向においてフロントカバー4側に移動し、ピストン本体55aに固定された摩擦部材57がフロントカバー4に押圧される。
以上のようなロックアップクラッチ10のオンにより、エンジンからフロントカバー4に伝達された動力はロックアップクラッチ10を介してダンパー部56に入力される。そして、動力は、このダンパー部56を介してタービン6に伝達され、さらにタービンハブ24を介してトランスミッションの入力シャフト2に伝達される。このようにして、動力は直接トランスミッション側に伝達される。
ステータブレーキ8は、一般的にエンジンのアイドリング回転時、すなわち停止時においてはオンされている。この場合は、タービンハブ24の貫通孔65及びブレーキケース35の貫通孔66を介してピストン37の背面に作動油が供給される。これにより、ピストン37が軸方向においてトランスミッション側に移動し、ドリブンプレート48及びディスク49が互いに押圧される。これにより、ステータ7は、制動されて、回転不能な状態になっている。ステータ7が制動されている状態では、トルクコンバータの容量係数は比較的小さい値であるので、エンジンの負荷は小さくなる。このため、燃料の消費を抑えることができる。
一方、車両が走行を始めると、ステータブレーキ8をオン(制動状態)からオフ(制動解除状態)に移行させる。これにより、容量係数は上昇し、走行に十分なトルクコンバータの容量を得ることができる。ステータブレーキ8をオンからオフにする場合は、貫通孔65,66を介して作動油が排出される。
[本実施形態の特徴]
(a) ステータブレーキ8のブレーキケース35及びブレーキ固定部材38とインペラー5との間にそれぞれスラスト軸受43,50を配置して、ステータブレーキ8をインペラー5に対して相対回転自在に支持している。したがって、ステータブレーキ8とインペラー5との間に無駄なスペースを設ける必要がなく、軸方向寸法の短縮化を図ることができる。また、第3スラスト軸受50を第2スラスト軸受43よりも軸方向においてエンジン側に配置し、ブレーキケース35の内部に収容しているので、トルクコンバータの軸方向寸法をより短縮することができる。
(b) ブレーキケース35の内筒状部35cがタービンハブ24の内筒状部24cの外周面に支持されているので、軸方向寸法をより短縮することができる。さらに、ブレーキ固定部材38の内筒状部38cが、インペラーハブ20の筒状部20aと軸方向において重なるように配置されているので、軸方向寸法をさらに短縮することができる。
(c) ステータ7とステータブレーキ8とを、それぞれの内外周部に形成された複数の歯によって結合しているので、他の結合方法に比較してステータブレーキ側の寸法をより大きく確保できるようになり、ステータブレーキを構成するディスクの径を大きくすることができる。したがって、少ないディスク枚数で必要なブレーキ容量を確保することができる。
(d) トーラスの内外径比(D1/D2)は0.55以上であり、ステータブレーキ8がトーラスの内周側に配置されている。したがって、前記同様に、ステータブレーキ側の寸法をより大きく確保してブレーキディスク部の径を大きくすることができ、少ないディスク枚数で必要なブレーキ容量を確保することができる。このため、ステータブレーキのディスク枚数を増やすことなく、必要なトルコン性能を維持することができる。
[他の実施形態]
前記実施形態では、複数のディスクによりステータブレーキが構成されている場合を説明したが、単板型のステータブレーキであっても本発明を同様に適用することができる。
また、ロックアップクラッチの具体的な構成は前記実施形態に限定されるものではなく、各油供給回路についても前記実施形態に限定されるものではない。
トルクコンバータ1の縦断面概略図。 図1の拡大部分図。
1 トルクコンバータ
2 トランスミッションの入力シャフト
4 フロントカバー
5 インペラー
6 タービン
7 ステータ
8 ステータブレーキ
20 インペラーハブ
20a インペラーハブの筒状部
24 タービンハブ
24a フランジ部
24b 外筒状部
24c 内筒状部
35 ブレーキケース
35a 縦壁部
35b 外筒状部
35c 内筒状部
36 ブレーキディスク部
37 ピストン
38 ブレーキ固定部材
38c 内筒状部
40,43,50 スラスト軸受
55 ロックアップクラッチ

Claims (3)

  1. エンジンからのトルクを流体によってトランスミッションの入力シャフトに伝達するためのトルクコンバータであって、
    前記エンジンからのトルクが入力されるフロントカバー(4)と、
    前記フロントカバー(4)に接続され、前記フロントカバー(4)とともに流体室を構成するインペラー(5)と、
    前記インペラー(5)に対向して配置され、前記トランスミッションにトルクを出力可能なタービン(6)と、
    前記インペラー(5)とタービン(6)の内周部間に配置され、前記タービン(6)から前記インペラー(5)に流れる流体の流れを整流するためのステータ(7)と、
    前記ステータ(7)に相対回転不能に連結されるとともに前記ステータ(7)の内周側に配置されたステータ側部材(35)と、前記ステータ側部材(35)の内周側に配置されるとともに回転不能な部材(33)に連結された固定側部材(38)と、前記ステータ側部材(35)と前記固定側部材(38)との間に配置されたブレーキディスク部(36)とからなり、前記ステータ(7)の回転を制動するステータブレーキ(8)と、
    前記フロントカバー(4)に圧接されるピストン(55)を有し、前記フロントカバー(4)から前記タービン(6)に動力を直接伝達するためのロックアップクラッチ(10)と、
    を備え、
    前記タービン(6)は、円板状のフランジ部(24a)と、前記フランジ部(24a)の内周部に軸方向に延びて形成されトランスミッションの入力シャフト(2)に連結される筒状部(24c)と、を有するタービンハブ(24)を含み、
    前記ロックアップクラッチ(10)のピストン(55)は前記フランジ部(24a)の外周部において軸方向に移動自在に支持されており、
    前記ステータ側部材(35)は、円板状の縦壁部(35a)と、前記縦壁部(35a)の外周側からトランスミッション側に延びて形成された外筒状部(35b)と、前記縦壁部(35a)の内周側からトランスミッション側に延びて形成され前記タービンハブ(24)の筒状部(24c)の外周面に回転自在に支持された内筒状部(35c)と、を有し、
    前記インペラー(5)は、内周部に前記トランスミッションの入力シャフト(2)に沿って軸方向に延びる筒状部(20a)を有し、
    前記ステータブレーキ(8)の固定側部材(38)は、円板状の縦壁部(38a)と、前記縦壁部(38a)の内周部にトランスミッション側に軸方向に延びて形成された内筒状部(38c)と、を有し、
    前記固定側部材の内筒状部(38c)は、前記インペラーの筒状部(20a)の内周側において軸方向において重なるように配置されている、
    トルクコンバータ。
  2. 前記ステータ側部材(35)の外筒状部(35b)の外周部には軸方向に沿って延びる複数の歯(35d)が形成されており、
    前記ステータ(7)の内周部には、前記複数の歯(35d)に噛み合う複数の歯(30a)が形成されている、
    請求項1に記載のトルクコンバータ。
  3. 前記インペラー(5)、タービン(6)及びステータ(7)によって構成されるトーラスの内外径比は0.55以上であり、
    前記ステータブレーキ(8)は前記トーラスの内周側に配置されている、
    請求項1又は2に記載のトルクコンバータ。
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