JP4930867B1 - トルクコンバータ用ロックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルスプリングに起因する振動を確実に抑制できるトルクコンバータ用のロックアップ装置を、提供することにある。
【解決手段】このロックアップ装置７は、フロート部材４２によって円周方向に直列に作用する少なくとも２つの第１弾性部材３２において、いずれか１つの第１弾性部材３２の自由長を、他の第１弾性部材３２の自由長より短くすることによって、自由長が短い第１弾性部材３２ａの剛性Ｋ１を、他の第１弾性部材３２の剛性Ｋ２より大きく設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロックアップ装置、特に、トルクを伝達するとともに捩り振動を吸収・減衰するためのトルクコンバータ用のロックアップ装置に関する。

トルクコンバータには、トルクをフロントカバーからタービンに直接伝達するためのロックアップ装置が設けられている場合が多い。このロックアップ装置は、ピストンと、ドライブプレートと、複数の外周側のトーションスプリングと、ドリブンプレートと、複数の内周側のトーションスプリングと、中間部材と、を備えている（特許文献１を参照）。ピストンは、フロントカバーに連結可能である。ドライブプレートは、ピストンに連結されている。複数の外周側のトーションスプリングは、ドライブプレートからトルクが入力される。ドリブンプレートは、タービンに連結されている。複数の内周側のトーションスプリングは、外周側のトーションスプリングの内周側に配置され、ドリブンプレートにトルクを伝達する。中間部材は、ドライブプレート及びドリブンプレートと相対回転可能であり、トルクを外周側のトーションスプリングから内周側のトーションスプリングへと伝達する。

特開２００１-８２５７７号公報

ロックアップ装置において、エンジンから入力されるトルク変動を効率良く吸収・減衰するためには、タンパーの広捩じり角化が有効である。そこで、特許文献１に示されたロックアップ装置では、外周部と内周部にそれぞれトーションスプリングを配置し、外周側のトーションスプリングと内周側のトーションスプリングとを中間部材によって直列に連結することによって、ダンパーの捩じり角度が広く設計されている。

近年では、特性をさらに向上させることによる低燃費化が要求されている。例えば、上記の従来の技術に加えて、特許３７１７７７２号公報の技術を用いた場合を考える。この場合、外周側のトーションスプリングと内周側のトーションスプリングとを中間部材によって直列に連結するだけでなく、２つの外周側のトーションスプリングもフロート部材を介して直列に連結することができる。これにより、ダンパーの捩じり角度をより広く設計することができ、上記の要求を満足することができる。

しかしながら、このように、ダンパーの捩じり角度を広くした場合、フロート部材を追加することによる固有モードが発生するおそれがある。例えば、フロート部材を追加した場合は、高回転数域において固有モードが顕在化する可能性が高くなり、この固有モードがエンジンの常用回転数域に現れると、不快な振動や振動音等が発生してしまうおそれがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ロックアップ装置としての振動レベルを、許容範囲内に収めることにある。

請求項１に係るトルクコンバータ用のロックアップ装置は、トルクを伝達するとともに捩り振動を吸収・減衰するためのトルクコンバータ用のロックアップ装置である。このロックアップ装置は、入力回転部材と、出力回転部材と、複数の第１弾性部材と、フロート部材とを、備えている。複数の第１弾性部材は、入力回転部材と出力回転部材との相対回転によって回転方向に圧縮される。複数の第１弾性部材それぞれは、半径方向における所定の位置において円周方向に並べて配置される。フロート部材は、複数の第１弾性部材の中の少なくとも２つの第１弾性部材を、円周方向に直列に作用させるために、入力回転部材に相対回転可能に配置される。このようなロックアップ装置では、フロート部材によって円周方向に直列に作用する少なくとも２つの第１弾性部材において、いずれか１つの第１弾性部材の自由長を、他の第１弾性部材の自由長より短くすることによって、自由長が短い第１弾性部材の剛性を、他の第１弾性部材の剛性より大きく設定する。

このロックアップ装置では、エンジンからのトルクが入力回転部材に入力されると、このトルクは、複数の第１弾性部材を介して、出力回転部材へと伝達される。また、複数の第１弾性部材の中の少なくとも２つの第１弾性部材は、フロート部材によって、円周方向に直列に連結される。ここで、円周方向に直列に連結される少なくとも２つの第１弾性部材のいずれか１つの自由長は、他の第１弾性部材の自由長より短いので、自由長が短い第１弾性部材の剛性は、他の第１弾性部材の剛性より大きくなる。

ここで、本ロックアップ装置の効果を説明するための基本情報として、ロックアップ装置の振動レベルの概要を示しておく。例えば、フロート部材が存在しない場合のロックアップ装置の振動曲線（回転数−振動レベルの曲線；基準曲線；図５の破線を参照）を、考えると、この基準曲線では、ロックアップ装置の固有モード（一次モード）が、例えばロックアップ回転数Ｎａ未満で出現する。そして、この基準曲線では、高回転数になればなるほど、振動レベルは低下する。一方で、フロート部材が存在する場合のロックアップ装置の振動曲線は、この基準曲線に、フロート部材の振動成分を重ね合わせたものになる（図５の実線を参照）。このため、フロート部材が存在する場合の振動曲線では、フロート部材の振動が発生する回転数が、高くなればなるほど、フロート部材の振動成分が卓越する回転数、すなわちフロート部材が共振する回転数も高くなる。このことと、上記の基準曲線において、高回転数になればなるほど振動レベルは低下することとを考え合わせると、フロート部材が共振する回転数が高くなれば、フロート部材の共振レベル（基準曲線の成分＋フロート部材の共振成分）は低下する。

この考えに基づいて、本ロックアップ装置におけるフロート部材の共振回転数を求めた場合、フロート部材の共振回転数は、フロート部材によって円周方向に直列に配置された少なくとも２つの第１弾性部材の影響を、受ける。例えば、フロート部材によって円周方向に直列に配置された各第１弾性部材を異なる長さに設定した場合（各第１弾性部材それぞれを異なる剛性にした場合）、各第１弾性部材を同じ長さに設定した場合（各第１弾性部材を同じ剛性にした場合）と比較して、フロート部材の共振回転数は、より高くなる。このように、本ロックアップ装置では、フロート部材によって円周方向に直列に配置された各第１弾性部材を異なる長さに設定することによって、フロート部材の共振回転数を、従来のフロート部材の共振回転数より高い回転数に設定することができる。これにより、本ロックアップ装置では、フロート部材の共振レベルを、従来と比較して低下させることができ、ロックアップ装置としての振動レベルを、許容範囲内に収めることができる。

請求項２に係るトルクコンバータ用のロックアップ装置は、請求項１の装置において、複数の第２弾性部材と、中間部材とを、さらに備えている。複数の第２弾性部材は、複数の第１弾性部材の内周側及び外周側のいずれか一方に配置され、出力回転部材にトルクを伝達する。中間部材は、トルクを第１弾性部材から第２弾性部材に伝達するために、入力回転部材に相対回転可能に配置されている。

ここでは、複数の第２弾性部材と中間部材とをさらに備え、エンジンからのトルクが、中間部材を介して第１弾性部材から第２弾性部材へと伝達される。このようにして、ダンパーの捩じり角度を広くしたとしても、本ロックアップ装置では、フロート部材によって円周方向に直列に配置された各第１弾性部材を異なる長さに設定することによって、フロート部材の共振回転数を、従来のフロート部材の共振回転数より高い回転数に設定することができる。これにより、本ロックアップ装置では、フロート部材の共振レベルを、従来と比較して低下させることができ、ロックアップ装置としての振動レベルを、許容範囲内に収めることができる。

請求項３に係るトルクコンバータ用のロックアップ装置では、請求項１又は２に記載の装置において、フロート部材によって円周方向に直列に作用する少なくとも２つの第１弾性部材において、自由長の短い第１弾性部材が、入力回転部材によってトルクが入力される側に配置される。

ここでは、自由長の短い第１弾性部材が、入力側に配置される。上述したように、フロート部材の共振回転数を計算した場合、自由長の短い第１弾性部材（入力側の第１弾性部材の剛性）を、他の第１弾性部材の剛性より高くすることによって、フロート部材の共振回転数を高くすることができる。これにより、本ロックアップ装置では、フロート部材の共振レベルを、従来と比較して、効率的に低下させることができ、ロックアップ装置としての振動レベルを、許容範囲内に収めることができる。

請求項４に係るトルクコンバータ用のロックアップ装置では、請求項１又は２に記載の装置において、フロート部材によって円周方向に直列に作用する少なくとも２つの第１弾性部材において、自由長の長い第１弾性部材が、入力回転部材によってトルクが入力される側に配置される。

ここでは、自由長の長い第１弾性部材が、入力側に配置される。上述したように、フロート部材の共振回転数を計算した場合、自由長の短い第１弾性部材（入力側の第１弾性部材の剛性）を、他の第１弾性部材の剛性より高くすることによって、フロート部材の共振回転数を高くすることができる。言い換えると、自由長の長い第１弾性部材（入力側の第１弾性部材の剛性）を、他の第１弾性部材の剛性より低くすることによって、フロート部材の共振回転数を低くすることができる。

ここで、一般的には、エンジンの気筒数が増えれば増えるほど、フロート部材の共振回転数が、常用回転数域においてロックアップ回転数に近づく傾向がある。この場合、ロックアップ装置は、ロックアップ回転数においてフロート部材の共振の影響を強く受けてしまうおそれがある。このような場合には、自由長の長い第１弾性部材を入力側に配置することによって、フロート部材の共振回転数をロックアップ回転数より低い回転数域に設定することができる。これにより、常用回転数域におけるフロート部材の共振の影響を、排除することができる。すなわち、本ロックアップ装置では、ロックアップ装置としての振動レベルを、許容範囲内に収めることができる。

請求項５に係るトルクコンバータ用のロックアップ装置では、請求項１から４のいずれかに記載の装置において、フロート部材によって円周方向に直列に作用する少なくとも２つの第１弾性部材の自由長の合計が一定になるように、これら少なくとも２つの第１弾性部材それぞれは設定される。例えば、フロート部材によって円周方向に直列に作用する少なくとも２つの第１弾性部材において、いずれか１つの第１弾性部材の自由長と、他の第１弾性部材の自由長との合計が、所定の長さになるように、各第１弾性部材の自由長は設定されている。この場合、いずれか１つの第１弾性部材の自由長を短くしたとしても、それに応じて、他の第１弾性部材の自由長が長くなるので、フロート部材によって円周方向に直列に作用する少なくとも２つの第１弾性部材の全体剛性は、一定に確保される。すなわち、ロックアップ装置の固有モード（一次モード）を、例えばロックアップ回転数未満で維持しながら、フロート部材の共振回転数を、従来のフロート部材の共振回転数より高い回転数に設定することができる。これにより、常用域において、ロックアップ装置の共振問題を、確実に防止することができる。

以上のような本発明によれば、ロックアップ装置としての振動レベルを、許容範囲内に収めることができる。

本発明の一実施形態によるロックアップ装置を備えたトルクコンバータの断面部分図。 前記ロックアップ装置の正面部分図。 従来のロックアップ装置の振動モデル。 従来のロックアップ装置の捩り特性を示す概念図。 従来のロックアップ装置の振動レベルを示す概念図。 前記ロックアップ装置の振動モデル。 前記ロックアップ装置の捩り特性を示す概念図。 前記ロックアップ装置の振動レベルを示す概念図。 本発明の他の実施形態によるトルクコンバータの断面部分図。

図１は、本発明の一実施形態としてのロックアップ装置が採用されたトルクコンバータ１の断面部分図である。図１の左側にはエンジン（図示せず）が配置され、図の右側にトランスミッション（図示せず）が配置されている。図２はロックアップ装置の正面部分図である。なお、図１に示すＯ−Ｏがトルクコンバータ及びロックアップ装置の回転軸線である。

［トルクコンバータの全体構成］
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の入力シャフトにトルクを伝達するための装置であり、入力側の部材に固定されるフロントカバー２と、３種の羽根車（インペラー３、タービン４、ステータ５）からなるトルクコンバータ本体６と、ロックアップ装置７とから構成されている。

フロントカバー２は、円板状の部材であり、その外周部には軸方向トランスミッション側に突出する外周筒状部１０が形成されている。インペラー３は、フロントカバー２の外周筒状部１０に溶接により固定されたインペラーシェル１２と、その内側に固定された複数のインペラーブレード１３と、インペラーシェル１２の内周側に設けられた筒状のインペラーハブ１４とから構成されている。タービン４は、流体室内でインペラー３に対向して配置されている。タービン４は、タービンシェル１５と、タービンシェル１５に固定された複数のタービンブレード１６と、タービンシェル１５の内周側に固定されたタービンハブ１７とから構成されている。タービンハブ１７は外周側に延びるフランジ１７ａを有しており、このフランジ１７ａにタービンシェル１５の内周部が複数のリベット１８によって固定されている。また、タービンハブ１７の内周部には、図示しないトランスミッションの入力シャフトがスプライン係合している。

ステータ５は、インペラー３とタービン４の内周部間に配置され、タービン４からインペラー３へと戻る作動油を整流するための機構である。ステータ５は、主に、円板状のステータキャリア２０と、その外周面に設けられた複数のステータブレード２１とから構成されている。ステータキャリア２０は、ワンウエイクラッチ２２を介して図示しない固定シャフトに支持されている。なお、フロントカバー２とタービンハブ１６との軸方向間にはスラストワッシャ２５が設けられ、タービンハブ１７とステータキャリア２０との間、及びステータキャリア２０とインペラーシェル１２との間には、それぞれスラストベアリング２６，２７が設けられている。

［ロックアップ装置］
ロックアップ装置７は、フロントカバー２とタービン４との間の環状の空間に配置されている。ロックアップ装置７は、主に、ピストン３０と、ドライブプレート３１と、それぞれ複数の外周側及び内周側のトーションスプリング３２，３３と、外周側のトーションスプリング３２と内周側のトーションスプリング３３とを連結する中間部材３４と、ドリブンプレート３５と、を有している。

ここでは、ピストン３０とドライブプレート３１とが、入力回転部材に対応し、ドリブンプレート３５が、出力回転部材に対応している。また、外周側のトーションスプリング３２が第１弾性部材に対応し、内周側のトーションスプリング３３が第２弾性部材に対応している。

＜ピストン＞
ピストン３０は、円板状のプレート部材であり、フロントカバー２とタービン４との間の空間を軸方向に２分割するように配置されている。ピストン３０の外周部は平坦な摩擦連結部３０ａとなっており、この摩擦連結部３０ａの軸方向エンジン側には摩擦フェーシング３７が設けられている。この摩擦フェーシング３７に対向して、フロントカバー２には平坦な摩擦面が形成されている。また、ピストン３０の内周縁には軸方向トランスミッション側に延びる内周筒状部３０ｂが設けられている。内周筒状部３０ｂの内周面はタービンハブ１７の外周面に対して軸方向及び回転方向に移動可能に支持されている。なお、内周筒状部３０ｂの先端がタービンハブ１７の一部に当接した状態では、軸方向トランスミッション側へのピストン３０の移動が、規制されている。内周筒状部３０ｂとタービンハブ１７の外周面との間にはシールリング３８が設けられている。

このようにして、フロントカバー２とピストン３０との間には、空間Ａが形成されている。空間Ａの外周部は摩擦フェーシング３７がフロントカバー２に当接した状態で遮断され、空間Ａの内周部は、スラストワッシャ２５に形成された溝を介して入力シャフトに形成された油路に連通している。

＜ドライブプレート＞
ドライブプレート３１は、板金製の環状の部材であり、ピストン３０における摩擦連結部３０ａの軸方向トランスミッション側に配置されている。このドライブプレート３１の内周部が複数のリベット４０によってピストン３０に固定されている。また、ドライブプレート３１の外周部には、軸方向トランスミッション側に延びる複数の係止部３１ａが形成されている。複数の係止部３１ａは円周方向に所定の間隔をあけて形成されており、外周側トーションスプリング３２の端面を支持している。さらに、ドライブプレート３１のピストン取付部の上方には、軸方向トランスミッション側に延びる支持部３１ｂが形成されている。この支持部３１ｂによって外周側トーションスプリング３２の内周側が支持されている。

＜外周側トーションスプリング＞
複数の外周側トーションスプリング３２それぞれは、半径方向における所定の位置において円周方向に並べて配置されている。複数の外周側トーションスプリング３２は、複数対の外周側トーションスプリング３２から構成されている。ここでは、１組２個で合計８個の外周側トーションスプリング３２が設けられている。

各組の２個の外周側トーションスプリング３２の自由長の合計が、所定の長さになるように、各組の２個の外周側トーションスプリング３２の自由長は、設定されている。また、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか一方の自由長が、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか他方の自由長より短くなるように、各組の２個の外周側トーションスプリング３２の自由長は、設定されている。図２では、自由長が短い外周側トーションスプリング３２を、記号３２ａで示し、自由長が長い外周側トーションスプリング３２ｂを、記号３２ｂで示している。

また、各組の２個の外周側トーションスプリング３２の自由長の合計が、所定の長さになるように、各組の２個の外周側トーションスプリング３２が設定されるので、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか一方の自由長が短くなれば、これに応じて、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか他方の自由長は長くなる。

また、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか一方の自由長に対する、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか他方の自由長の比が、１．１から２．５までの範囲内になるように、各外周側トーションスプリング３２の自由長が設定される。このように、各組の２個の外周側トーションスプリング３２の自由長の合計を、所定の長さに設定した上で、上記の比率の範囲内で各外周側トーションスプリング３２の自由長を設定することによって、自由長が長い外周側トーションスプリング３２ｂが、早い段階で線間密着しないように規制することができる。

ここでは、各組の２個の外周側トーションスプリング３２の自由長の合計が、１４０ｍｍに設定されている。また、自由長が短い外周側トーションスプリング３２ａの自由長は、６０ｍｍに設定されており、自由長が長い外周側トーションスプリング３２ｂの自由長は、８０ｍｍに設定されている。

上記のような各組の２個の外周側トーションスプリング３２においては、自由長が短い外周側トーションスプリング３２ａが、入力側に配置される。ここでは、ロックアップ装置７において捩り振動が発生し、ピストン３０及びドライブプレート３１が図２のＲ１方向に回転した場合に、ピストン３０及びドライブプレート３１によってＲ１方向に押圧されるスプリングが、自由長が短い外周側トーションスプリング３２ａである。なお、Ｒ１方向とは、エンジンの主回転方向に対応している。

また、外周側トーションスプリング３２の近傍には、各組の２個の外周側トーションスプリング３２が直列に作用するように、フロート部材４２が設けられている。フロート部材４２は、断面Ｃ字状で環状の部材であり、ドライブプレート３１の支持部３１ｂの上方に配置されている。このフロート部材４２は、ドライブプレート３１と相対回転可能に配置されている。フロート部材４２の外周部は、外周側トーションスプリング３２の外周部を支持している。すなわち、フロート部材４２によって、外周側トーションスプリング３２の外周側への飛び出しが、規制されている。フロート部材４２の軸方向トランスミッション側の先端部４２ａは、内周側で且つエンジン側に折り曲げられており、この先端部の折り曲げ部４２ａが１組の外周側トーションスプリング３２の間に挿入されている。すなわち、折り曲げ部４２ａの円周方向の両端面が、対応するトーションスプリング３２の端面に当接している。

以上のように、複数の外周側トーションスプリング３２は、１組の外周側トーションスプリング３２の円周方向両端がドライブプレート３１の係止部３１ａによって支持され、１組の外周側トーションスプリング３２の中間部にフロート部材４２の折り曲げ部４２ａが挿入されている。また、外周側トーションスプリング３２の外周部はフロート部材４２の外周部によって支持されている。

＜中間部材＞
中間部材３４は、ピストン３０とタービンシェル１５との間に配置された環状かつ円板状のプレート部材である。中間部材３４は第１プレート４４と第２プレート４５とから構成されている。第１プレート４４と第２プレート４５とは軸方向に間隔を開けて配置されている。第１プレート４４が軸方向エンジン側に配置され、第２プレート４５が軸方向トランスミッション側に配置されている。第１プレート４４と第２プレート４５とは、外周部が複数のストッパピン４６によって互いに相対回転不能でかつ軸方向に移動不能に連結されている。第１プレート４４及び第２プレート４５には、それぞれ軸方向に貫通する窓部４４ａ，４５ａが形成されている。窓部４４ａ，４５ａは、図１及び図２から明らかなように、円周方向に延びて形成されており、内周部と外周部には、軸方向に切り起こされた切り起こし部が形成されている。

また、第１プレート４４の外周端には、外周側トーションスプリング３２にまで延びる複数の係止部４４ｂが形成されている。複数の係止部４４ｂは第１プレート４４の先端を軸方向エンジン側に折り曲げて形成されたものである。この複数の係止部４４ｂは、円周方向に所定の間隔をあけて配置されており、２つの係止部４４ｂの間に、直列に作用する１組の外周側トーションスプリング３２が配置されている。

＜内周側トーションスプリング＞
複数の内周側トーションスプリング３３のそれぞれは、中間部材３４の両プレート４４，４５の窓部４４ａ，４５ａ内に配置されている。そして、各内周側トーションスプリング３３は、窓部４４ａ，４５ａによって円周方向両端及び半径方向両側が支持されている。さらに、各内周側トーションスプリング３３は、窓部４４，４５の切り起こし部によって軸方向への飛び出しが規制されている。

＜ドリブンプレート＞
ドリブンプレート３５は、環状かつ円板状の部材であり、内周部がタービンシェル１５とともにリベット１８によってタービンハブ１７のフランジ１７ａに固定されている。このドリブンプレート３５は、第１プレート４４と第２プレート４５との間に、両プレート４４，４５に対して相対回転可能に配置されている。そして、ドリブンプレート３５の外周部には、第１及び第２プレート４４，４５の窓部４４ａ，４５ａに対応して、窓孔３５ａが形成されている。窓孔３５ａは軸方向に貫通する孔であり、この窓孔３５ａに内周側トーションスプリング３３が配置されている。また、ドリブンプレート３５の外周部には、図２の破線で示すように、円周方向に長い複数の切欠き３５ｂが形成されている。そして、この切欠き３５ｂをストッパピン４６が軸方向に貫通している。したがって、ドリブンプレート３５と中間部材３４を構成する両プレート４４，４５とは、この切欠き３５ｂが形成された角度範囲内で相対回転が可能である。

［動作］
次に、動作について説明する。エンジン側のクランクシャフトからのトルクはフロントカバー２に入力される。これにより、インペラー３が回転し、作動油がインペラー３からタービン４へ流れる。この作動油の流れによりタービン４は回転し、タービン４のトルクは図示しない入力シャフトに出力される。

トルクコンバータ１の速度比があがり、入力シャフトが一定の回転速度になると、空間Ａの作動油が入力シャフト内部の油路を通ってドレンされる。この結果、ピストン３０がフロントカバー２側に移動させられる。この結果、ピストン３０の摩擦フェーシング３７がフロントカバー２の摩擦面に押し付けられ、フロントカバー２のトルクはロックアップ装置７に出力される。

ロックアップ装置７において、トルクは、ピストン３０、ドライブプレート３１、外周側トーションスプリング３２（３２ａ，３２ｂ）、中間部材３４、内周側トーションスプリング３３、ドリブンプレート３５の順に伝達され、タービンハブ１７に出力される。

ロックアップ装置７においては、トルクを伝達すると共にフロントカバー２から入力されるトルク変動を吸収・減衰する。具体的には、ロックアップ装置７において捩り振動が発生すると、外周側トーションスプリング３２と内周側トーションスプリング３３とがドライブプレート３１とドリブンプレート３５との間で直列に圧縮される。さらに、外周側トーションスプリング３２においても、各組の外周側トーションスプリング３２が直列に圧縮される。このため、捩り角度を広くすることができる。さらに、円周方向距離を長くとれる外周側トーションスプリング３２を、直列に作用させているので、より広い捩り角度を確保することができる。このことは、捩り特性をより低剛性化できることを意味し、振動吸収・減衰性能をより向上させることができる。

なお、ドリブンプレート３５に形成された切欠き３５ｂの端面にストッパピン４６が当接するまでは、外周側トーションスプリング３２と内周側トーションスプリング３３が作用し、ストッパピン４６が切欠き３５ｂの端面に当接した後は、外周側トーションスプリング３２だけが作用する（内周側トーションスプリング３３は作用しない）。したがって、このロックアップ装置７は２段の捩り特性を有している。

ここで、外周側トーションスプリング３２は遠心力によって外周側に移動しようとする。このために、外周側トーションスプリング３２の外周側への移動を規制する部材が必要になる。この実施形態では、外周側トーションスプリング３２の外周部をフロート部材４２によって支持することによって、外周側トーションスプリング３２の外周側への移動を規制している。このとき、フロート部材４２は外周側トーションスプリング３２とともに移動するので、従来装置のように、ドライブプレートによって外周側トーションスプリングの外周部を支持する場合に比較して、摺動抵抗を小さくすることができる。

また、この実施形態では、外周側トーションスプリング３２と内周側トーションスプリング３３とを中間部材３４で連結しているので、全体としてのヒステリシストルクは内周側と外周側のヒステリシストルクの連成となる。すなわち、本実施形態では、従来と比較して、外周側トーションスプリング３２のヒステリシストルクは小さく、内周側トーションスプリング３３のヒステリシストルクは差異がないため、全体としてのヒステリシストルクもより小さくなる。このため、振動吸収・減衰性能を向上させることができ、ロックアップ領域の拡大により低燃費化を実現できる。

［ロックアップ装置の特性及び効果］
ここでは、まず、本ロックアップ装置７の説明を行う前に、各組の２個の外周側トーションスプリング３２それぞれの自由長及び剛性が同一に設定されている場合の説明を行う。これは、従来のロックアップ装置に相当し、外周側トーションスプリング３２を除いた他の構成は、本ロックアップ装置と同じであるものとする。この場合の捩り特性も、上述したような２段の捩り特性を有する。この２段の捩り特性を示すモデル図を、図３に示す。図３に示す記号Ｅはエンジンを示し、記号Ｔはトランスミッションを示す。また、記号Ｄｒ、記号Ｆ、記号Ｍ、及び記号Ｄｖは、それぞれが、ドライブプレート、フロート部材、中間部材、ドリブンプレートを示す。さらに、この場合の捩り特性の概念図及びロックアップ装置の振動レベル（変動レベル）の概念図を、図４及び図５に示す。

この場合、ドリブンプレート３５に形成された切欠き３５ｂの端面にストッパピン４６が当接するまでは、外周側トーションスプリング３２及び内周側トーションスプリング３３が作動する。このため、全体剛性Ｋｏ１は、「Ｋｏ１＝１／（２／Ｋ１１＋１／Ｋ１３）」となる（図４を参照）。ここで、Ｋ１１は、各組の２個の外周側トーションスプリング３２それぞれの剛性であり、Ｋ１３は、内周側トーションスプリング３３の剛性である。そして、ドリブンプレート３５に形成された切欠き３５ｂの端面にストッパピン４６が当接した後は、外周側トーションスプリング３２だけが作動する。このため、全体剛性Ｋｏ２は、「Ｋｏ２＝Ｋ１１／２」となる。

図５を参照すると、従来のロックアップ装置では、ロックアップ回転数Ｎａ未満において、ロックアップ装置の固有モード（一次モード）が設定されている。そして、回転数が大きくなるにつれて、振動レベル（変動量）は低下する。しかし、所定の回転数に近づくと、振動レベルが再び上昇する。この回転数が、フロート部材の共振回転数Ｎｆである。従来のロックアップ装置では、この共振回転数Ｎｆにおける振動レベルが、許容レベルより高くなるおそれがある。

なお、図５における振動レベルは、トランスミッションの回転変動に対応し、図５における回転数は、エンジン回転数に対応する。また、図５におけるＮｏは、ロックアップ装置の固有モードが卓越する固有振動数に対応し、Ｎｆはフロート部材のモードが卓越する共振回転数に対応する。また、Ｓｏは、振動レベルの許容値の上限を示す。さらに、図５の縦軸及び横軸の単位は、rpmである。なお、ここに示した説明は、後述する図８に対しても適用される。

一方で、本ロックアップ装置７の場合、各組の２個の外周側トーションスプリング３２それぞれの自由長、すなわち剛性が異なる。この場合の２段の捩り特性を示すモデル図を、図６に示す。図６に示した記号は、図３で説明した記号の意味と同じである。また、図６では、Ｉ１及びＩ２が示されているが、これらは各部材の慣性二次モーメントである。さらに、この場合の捩り特性の概念図及びロックアップ装置７の振動レベル（変動レベル）の概念図を、図７及び図８に示す。

次に、本ロックアップ装置７の説明を行う。本ロックアップ装置７では、ドリブンプレート３５に形成された切欠き３５ｂの端面にストッパピン４６が当接するまでは、外周側トーションスプリング３２及び内周側トーションスプリング３３が作動する。このため、全体剛性ＫＫ１は、「ＫＫ１＝１／（１／Ｋ１＋１／Ｋ２＋１／Ｋ３）」となる（図７を参照）。ここで、Ｋ１，Ｋ２は、外周側トーションスプリング３２の剛性であり、Ｋ３は、内周側トーションスプリング３３の剛性である。そして、ドリブンプレート３５に形成された切欠き３５ｂの端面にストッパピン４６が当接した後は、外周側トーションスプリング３２だけが作動する。このため、全体剛性ＫＫ２は、「ＫＫ２＝（１／Ｋ１＋１／Ｋ２）」となる。

ここで、本ロックアップ装置７では、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか一方の自由長を、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか他方の自由長より短くすることによって、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか一方の剛性Ｋ１が、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか他方の剛性Ｋ２より大きくなるように設定している。すなわち、「Ｋ１＞Ｋ２」の関係が成立する。より詳細には、本ロックアップ装置７では、「Ｋ１＞Ｋ１１＞Ｋ２」の関係を成立させている。これにより、本ロックアップ装置７では、全体剛性ＫＫ１が「Ｋ１１≒Ｋｏ１」となり、全体剛性ＫＫ２が「ＫＫ２≒Ｋｏ２」となる。

このように、本ロックアップ装置７の全体剛性ＫＫ１は、各組の２個の外周側トーションスプリング３２が同じである場合の全体剛性Ｋｏ１とほぼ同じであるので、本ロックアップ装置７においても、図８に示すように、ロックアップ回転数Ｎａ未満において、ロックアップ装置７の固有モード（一次モード）を維持することができる。そして、回転数が大きくなり、フロート部材４２の共振回転数Ｎｆ’に近づくと、振動レベルが上昇する。しかしながら、本ロックアップ装置７では、上述したように、自由長の短い外周側トーションスプリング３２ａを、入力側に配置することによって、フロート部材４２の共振回転数Ｎｆ’が、図５に示した共振回転数Ｎｆより高くなる（Ｎｆ’＞Ｎｆ）。これにより、この共振回転数Ｎｆ’における振動レベルが、図５に示した振動レベルより低くなり、図８に示すように、この共振回転数Ｎｆ’における振動レベルを、許容レベル未満に収めることができる。

なお、本ロックアップ装置７においてフロート部材４２の振動が卓越する共振回転数（図８に示した共振回転数Ｎｆ’）は、「Ｎｆ’＝１／２π×〔１／２×{（Ｋ１＋Ｋ２）／Ｉ１＋（Ｋ２＋Ｋ３）／Ｉ２}−{１／４×{（Ｋ１＋Ｋ２）／Ｉ１−（Ｋ２＋Ｋ３）／Ｉ２}^２＋Ｋ２^２／（Ｉ１・Ｉ２）}^１／２〕^１／２」によって評価される。

この評価式を見ると、入力側すなわちエンジン側の外周側トーションスプリング３２の剛性Ｋ１（自由長の短い外周側トーションスプリング３２ａの剛性）が、自由長の長い方の外周側トーションスプリング３２ｂの剛性Ｋ２よりも、共振回転数Ｎｆ’に与える影響が大きいことが解る。このことを考慮して、本ロックアップ装置７では、自由長の短い外周側トーションスプリング３２ａを入力側に配置している。

［トーションスプリングの設定及び効果］
一般的なロックアップ装置では、各組の２個の外周側トーションスプリング３２の自由長の合計が、所定の長さに設定される。例えば、円周方向に隣接する２つのドライブプレート３１の係止部３１ａの間の円周方向長さから、フロート部材４２の折り曲げ部４２ａの円周方向の長さを減算した長さが、上記の所定の長さに対応する。このように、各組の２個の外周側トーションスプリング３２の長さの合計を所定の長さに設定するということは、各外周側トーションスプリング３２の調整に対して制限があるということを意味する。

また、一般的には、ロックアップ装置に用いられる外周側トーションスプリングの線径は、細くし過ぎると、この外周側トーションスプリングが繰り返し応力によって疲労してしまい、性能が著しく低下してしまうおそれがある。このため、外周側トーションスプリングの線径は、所定の最低値以上に設定する必要がある。

ここで、従来のロックアップ装置において、フロート部材４２の振動レベルを下げるために、フロート部材４２の共振回転数Ｎｆ（図５を参照）を、より高い回転数に設定しようとすると、各組の２個の外周側トーションスプリングのいずれか一方の剛性を高くする必要がある。これは、各組の２個の外周側トーションスプリングのいずれか一方の線径を太くすることによって、実現することが可能である。

しかしながら、上記のように、外周側トーションスプリングの線径は、ある程度の太さを確保する必要があるので、ここで、各組の２個の外周側トーションスプリングのいずれか一方の線径を太くすると、全体剛性Ｋｏ１，Ｋｏ２が高くなってしまう。すると、ロックアップ装置の固有モードが、高回転数側へとシフトし、ロックアップ回転数Ｎａにおける振動レベルが上昇する。すると、常用域において、ロックアップ装置の固有モードによる振動や振動音等が発生してしまうおそれがある。

また、各組の２個の外周側トーションスプリングは、円周方向に隣接する２つのドライブプレート３１の係止部３１ａの間の限られた空間に、配置する必要があるので、各組の２個の外周側トーションスプリングのいずれか一方の線径を太くした場合、線間密着が早い段階で発生してしまい、ロックアップ装置としての性能を十分に発揮することができなくなってしまうおそれもある。

一方で、本ロックアップ装置７では、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか一方の線径（第１線径）が、所定の値に設定される。また、各組の２個の外周側トーションスプリング３２のいずれか他方の線径（第２線径）が、所定の値に設定される。ここに示す所定の値は、上記の所定の最低値以上の値である。また、第１線径と第２線径とは、必ずしも同じ大きさである必要はない。

このような各組の２個の外周側トーションスプリング３２では、各外周側トーションスプリング３２の線径（第１線径及び第２線径）を変更することなく、一方の外周側トーションスプリング３２の自由長が、他方の外周側トーションスプリング３２の自由長より短く設定される。ここでは、上述した制限の範囲内において、一方の外周側トーションスプリング３２の自由長を短くし、これに応じて、他方の外周側トーションスプリング３２の自由長を長くしている。このように、各組の２個の外周側トーションスプリング３２を設定することによって、［ロックアップ装置の特性及び効果］において説明したように、全体剛性ＫＫ１を大きく変更することなく、片方の外周側トーションスプリング３２の剛性を、他方の外周側トーションスプリング３２の剛性より大きく設定している。

これにより、本ロックアップ装置７では、図８に示すように、ロックアップ回転数Ｎａにおける振動レベルを維持した状態で、フロート部材４２の共振回転数Ｎｆ’における振動レベルを、許容レベル未満に収めることができる。すなわち、ロックアップ装置７としての性能を、十分に発揮することができる。

［他の実施形態］
（ａ）本発明は、以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。例えば、前記実施形態では弾性部材をコイルスプリングによって構成したが、他の樹脂等によって形成された弾性部材を用いても良い。また、外周側及び内周側トーションスプリングを構成するコイルスプリングの数や長さ等については、前記実施形態に限定されない。さらに、フロート部材は、少なくとも２つのトーションスプリング（弾性部材）を同一円周上において直列に配置するためのものであって、その形状は前記実施形態に限定されない。
（ｂ）前記実施形態では、自由長の短い外周側トーションスプリング３２ａが、入力側に配置される場合の例を示した。これは、例えば、エンジンの気筒数が少ない場合、例えば８気筒未満のエンジンを用いた場合を、想定したものである。一方で、エンジンの気筒数が多い場合、例えば８気筒以上のエンジンを用いた場合を、想定すると、フロート部材４２の共振回転数Ｎｆが、常用回転数域においてロックアップ回転数Ｎａの近傍に現れるおそれがある。例えば、図５における｜Ｎｆ−Ｎａ｜の値が小さくなってしまい、ロックアップ回転数Ｎａにおいてフロート部材４２の共振の影響を強く受けてしまうおそれがある。このような場合には、自由長の長い第１弾性部材３２ｂを入力側に配置することによって、フロート部材４２の共振回転数Ｎｆをロックアップ回転数Ｎａより低い回転数域に設定する。これにより、常用回転数域（＞Ｎａ）におけるフロート部材の共振の影響を、排除することができる。すなわち、ロックアップ装置７としての振動レベルを、許容範囲内に収めることができる。
（ｃ）前記実施形態では、フロート部材４２により支持されるトーションスプリング３２ａ，３２ｂが、外周側に配置される場合の例を示したが、フロート部材４２により支持されるトーションスプリング３２ａ，３２ｂの配置は、前記実施形態に限定されず、どのようにしても良い。例えば、図１及び図２における、外周側トーションスプリング３２ａ，３２ｂと、内周側トーションスプリング３３との半径方向の配置を、反転しても良い。この場合の一例を、図９に示す。図９では、外周側に、トーションスプリング１３３が配置され、内周側に、トーションスプリング１３２ａ，１３２ｂが配置される。内周側のトーションスプリング１３２ａ，１３２ｂは、フロート部材１４２を介して、直列に配置されている。

ここでは、フロート部材１４２例えば２枚のフロート部材１４２を用いて、内周側のトーションスプリング１３２ａ，１３２ｂが、直列に作用するように配置されている。２枚のフロート部材１４２は、それぞれが環状に形成されている。２枚のフロート部材１４２は、内周側のトーションスプリング１３２ａ，１３２ｂの上方において、互いに対向して配置されている。２枚のフロート部材１４２の外周部１４２ａは、内周側トーションスプリング１３２ａ，１３２ｂの外周部を支持している。また、フロート部材１４２の外周部１４２の内周側には、２つの内周側トーションスプリング１３２ａ，１３２ｂの間に係合する係合部１４２ｂが、形成されている。係合部１４２ａは、外周部１４２ａから内方に向けて突出した部分であり、円周方向に所定の間隔を隔てて設けられている。この係合部１４２ｂの円周方向の両端面が、対応するトーションスプリング１３２ａ，１３２ｂの端面に当接している。

この場合、ドリブンプレート１３５は、トーションスプリング１３３に係合し、タービンシェル１１５の外周側において、タービンシェル１１５に装着される。すると、トルクが、ピストン１３０、ドライブプレート１３１、トーションスプリング１３２（１３２ａ，１３２ｂ）、中間部材１３４、トーションスプリング１３３、ドリブンプレート１３５の順に伝達され、タービンハブ１７に出力される。このような構成にしても、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、トルクを伝達するとともに捩り振動を吸収・減衰するためのトルクコンバータ用のロックアップ装置に、利用可能である。

１ トルクコンバータ
２ フロントカバー
４ タービン
７ ロックアップ装置
３０ ピストン
３１ ドライブプレート
３２ 外周側トーションスプリング
３３ 内周側トーションスプリング
３４ 中間部材
３５ ドリブンプレート
４２ フロート部材
Ｋ１ 外周側トーションスプリングの剛性
Ｋ２ 外周側トーションスプリングの剛性
Ｉ１ フロート部材の慣性２次モーメント
Ｉ２ 中間部材の慣性２次モーメント

Claims (5)

1. トルクを伝達するとともに捩り振動を吸収・減衰するためのトルクコンバータ用のロックアップ装置であって、
   入力回転部材と、
   出力回転部材と、
   前記入力回転部材と前記出力回転部材との相対回転によって回転方向に圧縮される複数の第１弾性部材と、
   複数の前記第１弾性部材の中の少なくとも２つの前記第１弾性部材を、円周方向に直列に作用させるために、前記入力回転部材に相対回転可能に配置されたフロート部材と、
   を備え、
   複数の前記第１弾性部材それぞれは、半径方向における所定の位置において円周方向に並べて配置され、
   前記フロート部材によって円周方向に直列に作用する前記少なくとも２つの第１弾性部材において、いずれか１つの前記第１弾性部材の自由長を、他の前記第１弾性部材の自由長より短くすることによって、いずれか１つの前記第１弾性部材の剛性を、他の前記第１弾性部材の剛性より大きく設定する、
   トルクコンバータ用のロックアップ装置。
2. 複数の前記第１弾性部材の内周側及び外周側のいずれか一方に配置され、前記出力回転部材にトルクを伝達する複数の第２弾性部材と、
   トルクを前記第１弾性部材から前記第２弾性部材に伝達するために、前記入力回転部材に相対回転可能に配置された中間部材と、
   をさらに備える請求項１に記載のトルクコンバータ用のロックアップ装置。
3. 前記フロート部材によって円周方向に直列に作用する前記少なくとも２つの第１弾性部材において、自由長の短い前記第１弾性部材が、前記入力回転部材によってトルクが入力される側に配置される、
   請求項１又は２に記載のトルクコンバータ用のロックアップ装置。
4. 前記フロート部材によって円周方向に直列に作用する前記少なくとも２つの第１弾性部材において、自由長の長い前記第１弾性部材が、前記入力回転部材によってトルクが入力される側に配置される、
   請求項１又は２に記載のトルクコンバータ用のロックアップ装置。
5. 前記フロート部材によって円周方向に直列に作用する前記少なくとも２つの第１弾性部材の自由長の合計が一定になるように、前記少なくとも２つの第１弾性部材それぞれの自由長が、設定される、
   請求項１から４のいずれかに記載のトルクコンバータ用のロックアップ装置。

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