JP4863448B2 - トルクコンバータにおける微振動の抑制機構 - Google Patents

Description

本発明はトルクコンバータのロックアップピストンがフロントカバーに係合する際に発生する微振動を抑制することが出来る機構に関するものである。

トルクコンバータとは周知の通りエンジンの動力を、作動流体を媒体としてトランスミッションへ伝えることが出来る一種の継手であり、エンジンによって回されるポンプインペラ、そして該ポンプインペラの回転により送り出される作動流体の動きを受けて回るタービンランナ、さらにタービンランナから出た作動流体の向きを変えてポンプインペラへ導くステータから構成されている。

図５は一般的なトルクコンバータの断面であって、同図の(イ)はポンプインペラ、(ロ)はタービンランナ、(ハ)はステータを示している。そしてコンバータ外殻(ニ)内には作動流体が封入されており、エンジンのクランクシャフト(ホ)の回転が外殻(ニ)のフロントカバー(ヘ)に伝えられてポンプインペラ(イ)が回転する。そして、ポンプインペラ(イ)の回転に伴い作動流体を媒介としてタービンランナ(ロ)が回り始め、ポンプインペラ(イ)とタービンランナ(ロ)の回転数差が大きい間は、ステータ(ハ)があることによるトルク増幅作用によってタービンランナ(ロ)は大きなトルク比で回転させられ、回転数差が小さくなるとトルク増幅作用はなくなり、流体継手としてポンプインペラ(イ)からタービンランナ(ロ)へ動力が伝えられる。

トルクコンバータは一種の流体伝動装置である為に、ポンプインペラ(イ)の回転速度が低い場合にはタービンランナ(ロ)の回転を停止することが出来、ポンプインペラ(イ)の回転速度が高くなるに従ってタービンランナ(ロ)は回り始め、さらに高速になるにしたがいタービンランナ(ロ)の速度はポンプインペラ(イ)の回転速度に近づく。しかし作動流体を媒体としているトルクコンバータでは、タービンランナ(ロ)の回転速度がポンプインペラ(イ)と同一速度にはなり得ない。

そこで、同図にも示しているように、トルクコンバータ外殻内には一種のクラッチであるロックアップピストン(ル)が設けられて、タービンランナ(ロ)の回転速度が所定の領域を越えた場合には、該ロックアップピストン(ル)が軸方向に移動してフロントカバー(ヘ)と係合するように作動する。ロックアップピストン外周には摩擦材(オ)が取付けられている為に、該ロックアップピストン(ル)は滑ることなくフロントカバー(ヘ)と同一速度で回転することが出来る。

そして、このロックアップピストン(ル)はタービンランナ(ロ)と連結していて、タービンランナ(ロ)はロックアップピストン(ル)によって回されることになり、エンジンからの動力をトランスミッションへ作動流体を介することによるロスを伴うことなくほぼ１００％の高効率で伝達することが出来る。

このように、タービンランナ(ロ)の回転速度が高くなって、ある条件になった時にロックアップピストン(ル)はフロントカバー(ヘ)と係合し、作動流体を媒体としないでタービンランナ(ロ)を直接回転駆動させることが出来る。しかし、係合前は、タービンランナ(ロ)とフロントカバー(ヘ)の回転速度は完全に同一ではなく、ロックアップピストン(ル)がフロントカバー(ヘ)に係合することで速度差に基く衝撃が発生する。この係合時の衝撃を緩和し、一方では係合後にエンジンのトルク変動を伝えない為に該ロックアップピストン(ル)とタービンランナ(ロ)との間にはダンパスプリング(ワ)、(ワ)…を備えたロックアップダンパ装置(カ)が内蔵されている。

従って、タービンランナ(ロ)と共に同一速度で回転しているロックアップピストン(ル)が僅かに速いフロントカバー(ヘ)に係合する際、ロックアップピストン(ル)の速度は瞬間的に高くなって、タービンランナ(ロ)をより速く回そうとするトルクが作用する。ロックアップダンパ装置(カ)はこの衝撃的トルクをダンパスプリング(ワ)、(ワ)…が圧縮変形して吸収するように構成されている。ロックアップピストン(ル)はタービンランナ(ロ)のハブ(ヨ)に同軸を成して取付けられているが、ダンパスプリング(ワ)、(ワ)…の圧縮変形によって上記タービンランナ(ロ)と位相差を生じることが出来る構造と成っている。

このようにロックアップピストン(ル)がフロントカバー(ヘ)と係合する際には上記ダンパスプリング(ワ)、(ワ)…は圧縮変形し、そして係合した後ではエンジンのトルク変動に伴って伸縮動を繰り返すことになるが、フロントカバー(ヘ)とタービンランナ(ロ)との間に設けられているロックアップダンパ装置(カ)によってトルク変動の吸収が行われている。

このようにロックアップピストン(ル)がフロントカバー(ヘ)に係合する際には、ダンパスプリング(ワ)、(ワ)・・が圧縮変形して衝撃トルクが吸収される。しかし、この係合の際にロックアップピストン(ル)には微振動が発生し、ジャダ(スティック・スリップ)現象を引き起こすことがある。この微振動を発生する原因は色々あるが、１つにはロックアップピストン(ル)とフロントカバー(ヘ)のライニング当り面の精度が影響している。

しかし、プレス成形されるフロントカバー(ヘ)及びロックアップピストン(ル)のライニング当り面の精度には限度があり、さらにクランクシャフト(ホ)の先端に固定したドライブプレート(チ)とフロントカバー(ヘ)を連結する為に、該フロントカバーの外周にセットブロック(ト)、(ト)・・を溶接しなくてはならず、この溶接熱の影響によってフロントカバー(ヘ)のライニング当り面の精度低下を招いている。

一方、ロックアップダンパ装置(カ)のダンパスプリング(ワ)、(ワ)・・はロックアップピストン(ル)がフロントカバー(ヘ)に係合する際には圧縮変形するが、該ダンパスプリング(ワ)、(ワ)・・その軸方向に圧縮されると共に座屈して湾曲変形し、フロントカバー(ヘ)に当たって押圧する。従って、ダンパスプリング(ワ)、(ワ)・・が配置されるフロントカバー(ヘ)のライニング面にうねりが発生し、これが微振動の大きな原因ともなる。

特開２００３−２５４４０６号に係る「流体伝動装置及び流体伝動装置のロックアップダンパ」は、出願人が以前に提出した特許出願であって、ダンパスプリングの座屈現象を防止して微振動やジャダ減少を抑制したものである。しかし、上記のごとくトルクコンバータの微振動やジャダ現象はその他の原因に基づく場合も多く、ダンパスプリングの座屈を防止するだけで解決されるものではない。
特開２００３−２５４４０６号に係る「流体伝動装置及び流体伝動装置のロックアップダンパ」

このように、トルクコンバータのロックアップピストンがフロントカバーに係合する際には微振動やジャダ現象を発生する場合がある。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であり、微振動やジャダの原因が如何様であっても抑制並びに防止することが出来るトルココンバータの微振動の抑制機構を提供する。

本発明に係る微振動の抑制機構は、該微振動の原因がロックアップピストンやフロントカバーの精度低下、又はダンパスプリングの座屈に基づく場合であっても、勿論、その他の原因が影響する場合であっても、微振動やジャダ現象を抑制又は防止することが出来るように構成している。ところで、ロックアップピストンとタービンハブのツバとの間には皿バネなどのバネ材が介在し、タービンハブのツバ側には摩擦材が取付けられている。そして、該バネ材の先端部には接触部が形成され、この接触部は摩擦材に接して擦れ合うことが出来る。

又、バネ材をロックアップピストンに取着すると共に、接触部が摩擦材に接して擦れ合う面圧を調整する為に、ロックアップピストンには面圧の調整手段を備えている。ここで、バネ材の具体的な形状は限定しないが、一般にはロックアップピストンの軸に取付けられその外周部には接触面を形成した接触部が設けられる皿バネとしている。ここで、上記バネ材をタービンハブ側に取付けると共にロックアップピストン側に摩擦材を設けることも可能である。

ところで、トルクコンバータの低速回転時にはロックアップピストンがタービンランナ側に位置している為に、バネ材の接触部はタービンハブの摩擦材に接している。この場合、ロックアップピストンはタービンランナと同速で回転するためにバネ材は摩擦材と擦れ合うことはない。そして、回転速度が高くなってロックアップピストンがフロントカバーに係合する際には、該ロックアップピストンはフロントカバー側へ移動し、摩擦材に接触部が押圧されて変形しているバネ材は元の形状に復元するが、接触部は摩擦材にまだ接している。

ロックアップピストンが移動したロックアップ時にもバネ材の接触部が摩擦材に接しているように調整手段にて調整される。そこで、ロックアップピストンがフロントカバーに係合するロックアップ時には、ロックアップピストンの回転速度が高くなってバネ材の接触部はタービンハブ側の摩擦材と擦れ合うことに成る。そして、完全にロックアップされたロックアップピストンには大きな油圧が作用してフロントカバー側へ押圧され、その結果、ロックアップピストンの内径側がフロントカバー側へ膨らむことでバネ材の接触部は摩擦材から離れる。

このように、ロックアップピストンがフロントカバーに係合してロックアップされる時には、バネ材がタービンハブ側に設けた摩擦材に接して擦れ合うことになり、この擦れによって微振動及びジャダ現象が解消される。すなわち、微振動やジャダの原因が如何様であっても、それを抑制することが可能と成る。そして、該微振動やジャダ現象は、バネ材の接触部が摩擦材に接する押圧力が調整される機構と成っているために、トルクコンバータの形式、また同じ形式であってもロックアップピストンやフロントカバーの精度などに応じて調整することが出来る。

この種の微振動やジャダ現象を解消することで、エンジンのこもり音が小さくなる。一方、微振動やジャダ減少を解消することで、ロックアップピストンをより低速回転時からフロントカバーに係合してロックアップ状態とすることが可能と成り、このことは燃費の向上にも結び付く。本発明の微振動抑制機構はロックアップダンパ機構とは切り離した構造と成っているために、ロックアップピストンのロックアップ動作に悪影響を与えない。

図１は本発明に係る微振動抑制機構を備えたトルクコンバータの断面図を表している。トルクコンバータとしての基本構造は前記図５に示したものと同じであって、ポンプインペラ１、タービンランナ２、ステータ３、そしてロックアップダンパ装置４を有している。そしてコンバータ外殻５内には作動流体が封入されており、エンジンのクランクシャフトの回転がコンバータ外殻５のフロントカバー６に伝えられてポンプインペラ１が回転する。そして、ポンプインペラ１の回転に伴い作動流体を媒介としてタービンランナ２が回り始め、回転速度が高くなるとロックアップダンパ装置４が作動してロックアップピストン７がフロントカバー６に係合する。

上記ロックアップダンパ装置４はロックアップピストン７、ダンパスプリング８、ピストン側プレート９、タービン側プレート１０とで構成している。ピストン側プレート９はリング状を成してロックアップピストン７にリベットを介して固定され、外周部に形成した複数の収容空間に上記ダンパスプリング８，８・・が収容されている。そして、収容空間に間にはバネ受けが形成されて収容空間に収容されたダンパスプリング８の両端に当っている。

一方のタービン側プレート１０は上記ピストン側プレート９に重ね合わされ、外周にはバネ押えをバネ受けと同じ位置に設けている。そして、タービン側プレート１０はタービンランナ２と共にタービンハブ１１にリベットで固定されている。従って、ピストン側プレート９はロックアップピストン７と共に回転し、タービン側プレート１０はタービンランナ２と共に回転することが出来る。そして、ピストン側プレート９とタービン側プレート１０とは複数本のダンパスプリング８，８・・にて連結されている。

ロックアップダンパ装置４の構造に関しては色々な形式が存在しているが、フロントカバー６とタービンランナ２とを弾性的に連結するように構成したもので、基本構造は上記のごとくピストン側プレート９とタービン側プレート１０との間にダンパスプリング８，８・・を介在した構造としている。従って、タービンランナ２の回転速度が高くなってフロントカバー６の回転速度に近づいたところで、ロックアップピストン７はフロントカバー６に係合する。この際、上記ダンパスプリング８，８・・は圧縮変形して衝撃トルクを吸収してタービンランナ２へ回転トルクを伝える。

このロックアップピストン７がフロントカバー６に係合する際に、該ロックアップピストン７には微振動を発生する時がある。その原因としては前記の通り色々あるが、本発明ではこの原因の如何に関わらず該微振動を抑制又は防止することが出来る機構を備えている。同図の１２が微振動抑制機構であり、ロックアップピストン７とタービンハブ１１のツバとの間に取付けられている。

図２は本発明に係る微振動抑制機構１２を表している実施例であり、ロックアップピストン７とタービンハブ１１のツバ１５との間には皿バネ１３が介在している。円盤形状を成すロックアップピストン７は、その中心に軸１４を有し、該軸１４の穴にタービンハブ１１が嵌った状態で取付けられ、油圧の作用でロックアップピストン７はタービンハブ１１の外周に沿って軸方向へ移動することが出来る。

同図はロックアップピストン７がＯＦＦの状態にあり、タービン側プレート１０との距離はＬ_１と成っている。すなわち、ロックアップピストン７はタービン側プレート１０との距離を最も小さくしており、タービンランナ２と共に回転する。上記皿バネ１３はリング状を成してロックアップピストン７の軸１４に嵌って取付けられ、外周先端には接触部１６が設けられてツバ１５の表面に設けている摩擦材１７に接している。皿バネ１３の内側はカールして軸１４に沿って延び、先端にはストッパー１８が形成されている。

そして、軸１４の外周には溝１９，１９・・が等間隔で設けられ、この溝１９には固定リング２０が係止して軸１４に固定されている。従って、ストッパー１８が固定リング２０に当って位置決めされ、上記接触部１６が摩擦材１７に当接した状態にある。この固定リング２０が係合する溝１９の位置を調整することで接触部１６が摩擦材１７に当接する面圧を調整することが出来る。ここで、固定リング２０は皿バネ１３をロックアップピストン７の軸１４に外れないように取付けると共に摩擦材１７との当接面圧を調整する手段であり、この手段は該固定リング２０に限定するものではない。

図３はロックアップピストン７が左側へ移動してフロントカバー６と係合する場合である。すなわちロックアップ状態となり、該ロックアップピストン７とタービン側プレート１０との距離はＬ_２に拡大し、Ｌ_２＞Ｌ_１の関係となる。従って、ロックアップピストン７とツバ１５との間に挟まれて圧縮されている上記皿バネ１３はその形状が一部復元するが、接触部１６は摩擦材１７に接している。勿論、皿バネ１３が復元したために摩擦材１７との接触面圧は小さくなるが、摩擦材１７と離れることなく、擦れ合うことが出来る。

すなわち、ロックアップピストン７はフロントカバー６と係合する場合、ダンパスプリング８，８・・が圧縮変形してタービン側プレート１０との間に位相差が発生する。その為に、ロックアップピストン７に取着されている皿バネ１３の接触部１６は摩擦材１７と擦れ合い、該ロックアップピストン７に発生する微振動が抑えられる。すなわち、微振動を発生することなくフロントカバー６とスムーズに係合し、ジャダ現象も起こさない。

この際の接触部１６と摩擦材１７との間に発生する面圧を適正化する為に、上記固定リング２０の位置が調整される。図４はロックアップピストン７がフロントカバー６に係合し、ロックアップ状態が完了した場合を表している。ロックアップピストン７には油圧が作用してフロントカバー側へ押圧され、その為に中心部側は膨らんでロックアップピストン７とタービン側プレート１０との距離はＬ_３となる。Ｌ_３＞Ｌ_２＞Ｌ_１の関係となり、皿バネ１３の接触部１６と摩擦材１７との間には僅かな隙間が発生して該摩擦材１７から離れる。

ところで、実施例では皿バネ１３をロックアップピストン側に取付けているが、タービンハブ１１のツバ側に取付けることも可能である。要するに、ロックアップピストン７がフロントカバー６に係合する際にロックアップピストン７とツバ１５との間に摩擦を与える機構であれば微振動が抑制され、該微振動を防止することが可能と成る。

微振動抑制機構を備えたトルクコンバータ。 ロックアップピストンがフロントカバーに係合する前の微振動抑制機構。 ロックアップピストンがフロントカバーに係合する場合の微振動抑制機構。 ロックアップピストンがフロントカバーと係合が完了した場合の微振動抑制機構。 従来のトルクコンバータ。

符号の説明

１ ポンプインペラ
２ タービンランナ
３ ステータ
４ ロックアップダンパ装置
５ コンバータ外殻
６ フロントカバー
７ ロックアップピストン
８ ダンパスプリング
９ ピストン側プレート
10 タービン側プレート
11 タービンハブ
12 微振動抑制機構
13 皿バネ
14 軸
15 ツバ
16 接触部
17 摩擦材
18 ストッパー
19 溝
20 固定リング

Claims (4)

1. トルクコンバータのロックアップダンパ装置のロックアップピストンがフロントカバーに係合する時に発生する微振動を抑制する為の微振動抑制機構において、上記ロックアップピストンの中央軸側にバネ材を取付けると共にタービンハブのツバ側には摩擦材を全周に設け、上記バネ材の先端接触部を摩擦材と接触してロックアップピストンがフロントカバーに係合する時には擦れ合うようにしたことを特徴とするトルクコンバータにおける微振動抑制機構。
2. トルクコンバータのロックアップダンパ装置のロックアップピストンがフロントカバーに係合する時に発生する微振動を抑制する為の微振動抑制機構において、タービンハブのツバ側にはバネ材を取付けると共にロックアップピストン側には摩擦材を全周に設け、上記バネ材の先端接触部を摩擦材と接触してロックアップピストンがフロントカバーに係合する時には擦れ合うようにしたことを特徴とするトルクコンバータにおける微振動抑制機構。
3. 上記バネ材をロックアップピストンの軸に嵌ることが出来るリング状の皿バネとした請求項１記載のトルクコンバータにおける微振動抑制機構。
4. 上記バネ材の接触部が摩擦材と接触する際の面圧を調整可能とした請求項１、請求項２、又は請求項３記載のトルクコンバータにおける微振動抑制機構。
   

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