JP4979295B2 - ロックアップクラッチ機構 - Google Patents

Description

本発明は、車両用自動変速機のトルクコンバータに使用されるロックアップクラッチ機構に関し、より詳細には、ロックアップクラッチ機構の摩擦摺動面の改良に関する。

自動変速機に使用されているトルクコンバータは、スムースな発進、加速、減速ができる反面、流体を介して動力を伝達するので、伝達効率が悪いという側面がある。そのため、車両が所定速度以上になると、エネルギーロスを減少させ、燃費を向上させるため、ロックアップクラッチを備えたロックアップクラッチ機構を作動させることによりエンジンと駆動輪とを直結した状態とすることが行われている。

最近ではより一層の燃費向上のため、低速時においてもロックアップクラッチ機構を作動している。この場合、低速時のエンジン振動及び、変速ショックを低減するために、所定回転数でのスリップ量を維持させて、ロックアップ制御を行う、いわゆるスリップロックアップ制御を行っている。

また、トルクコンバータ付き自動変速機においては、より低速域よりロックアップクラッチを用いてより燃費向上を図るため、スリップ制御のロクアップクラッチが使用されているのが一般的である。

これらのロックアップクラッチは、低速域においては、小さな油圧差によってピストンをフロントカバーの摩擦面に押付け、ピストンとフロントカバーとの間に所定のスリップ回転状態が生じるように使用され、また高速域では、大きな油圧差によって、ピストンとフロントカバーとは一体となり完全締結する。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
特開平１１−２３０３０５号

例えば、特許文献１のように、これらのロックアップクラッチでは、大きい場合の油圧差において、均一な面圧の当たりをするように摩擦面を加工することが提案されている。

しかしながら、近年より、燃費向上のため、またトルクコンバータの軽量小型化のため、ロックアップクラッチのより小径化の要求があり、このため、完全締結時の摩擦面のより伝達力の大きなロックアップクラッチが求められている。

そこで、本発明は、ロックアップピストンとフロントカバーがより大きな油圧差で完全締結している場合の摩擦面の最大面圧位置を、半径方向中央より外径側、より詳しくは、外径側の半分位置になるように、例えば、内径側摩擦面の切削量を、大きい油圧差によってピストン内径側がフロントカバー側に変形する量より大きくした。このことにより、面圧の半径方向の分布は、最大面圧位置を頂点として山形の分布を示すようになる。

従来のように、接触部での面圧が均一な場合においては、外径部のシール性が悪く、摩擦面での油圧の回り込みによる、押圧力の低下により締結力が低下するが、本発明は、外径側での面圧が高くなることにより、外径側でのシール性が向上し、また面圧の中心径が、外径部にあることにより、伝達トルクが増加することで、より小型のロックアップクラッチが可能となった。

一般に、ロックアップクラッチには、ジャダーといわれる自励振動が生じることがあり、車の乗り心地がはなはだ悪くなる。ジャダーは、特に摩擦面でのスリップ時における円周方向の面圧分布の不均衡の影響が大きい。面圧分布の不均衡は、摩擦面の精度に大きく影響され、ロックアップクラッチのピストンの僅かなうねりやフロントカバーに設けられているドライブプレートの取付ボルトなどの歪により、摩擦面の円周方向のバラツキが生じる。

このようなジャダーの発生を抑えるためとシール性の安定性のため、外径側の摩擦面と内径側の摩擦面を接着後に切削する。

スリップ制御で使用される場合は、摩擦面の円周方向および、半径方向で均一な面圧分布になるように、フロントカバーもしくはピストンの形状に合せ切削を行う。

また内径部の摩擦材は、摩擦材全体の支持としての役割を果たし、強度の確保として重要である。また、摩擦面のヘタリを防止することで、塑性変形の防止ができる。

従って、本発明の目的は、伝達トルクを増加させることで、より小型にでき、ジャダーを防止し、シール性の安定したロックアップクラッチ機構を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のロックアップクラッチ機構は、
ロックアップピストンと、ロックアップピストンと係合可能な係合面を有するフロントカバーとからなり、ロックアップピストンとフロントカバーの何れか一方に摩擦材が接着され、フロントカバーとロックアップピストンとの間の油圧差に応じて、締結及び解放をするトルクコンバータ用のロックアップクラッチ機構であって、
摩擦材は、外径側に平坦な第１の摩擦面を、内径側にテーパ状に傾斜した第２の摩擦面を備え、ロックアップピストンとフロントカバーとをスリップ制御するときは、第１の摩擦面は均一な面圧で係合し、スリップ制御より大きな油圧差によってロックアップピストンと前記フロントカバーとをほぼ一体的に締結するときは、第１の摩擦面と第２の摩擦面との境界部において最大面圧が発生することを特徴としている。

完全締結している場合の摩擦面の最大面圧位置を、半径方向中央より外径側、より詳しくは、外径側の半分位置になるように、例えば、内径側摩擦面の切削量を、大きい油圧差によってピストン内径側がフロントカバー側に変形する量より大きくしたことにより、伝達トルクが増加するにもかかわらず、より小型のロックアップクラッチ機構が実現する。

また、外径側の摩擦面と内径側の摩擦面を接着後に切削した場合は、ジャダーの発生を抑えると共に、シール性が安定するという効果が得られる。

以下、本発明の各実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。図面中、同一部分は同一符号にて示してある。また、以下説明する実施例は本発明を例示として示すものであり、いかなる意味でも限定するものでないことは言うまでもない。

図１は、本発明の各実施例が適用できるロックアップクラッチ機構付きトルクコンバータ３０の軸方向部分断面図であり、ロックアップクラッチの解放状態で示している。トルクコンバータ３０は、トルクコンバータ３０のハウジングの一部を形成するフロントカバー２と、フロントカバー２に固定されたドーナッツ状の羽根車であるインペラ９と、インペラ９の羽根と互いに対向する羽根を有するドーナッツ状の羽根車であるタービン１０と、インペラ９とタービン１０との間に回転可能に設けられたステータ５とから成っている。インペラ９、タービン１０、ステータ５とでトルクコンバータ本体を構成している。

インペラ９は、図示しない車両エンジンのクランクシャフトに接続されており、フロントカバー２と共にエンジンの回転に伴って回転する。また、タービン１０は、出力軸１１に直結されており、不図示の変速機構を介して不図示の車輪に連結されている。ステータ５は、インペラ９とタービン１０の内周中央に挟まれた形で、トルクコンバータ３０内に充填されている流体の流れを変える機能を有している。

フロントカバー２の内面とタービン１０の外面との間には、フロントカバー２の内面に対向した面に摩擦材１２を接着剤により貼着固定した、ロックアップクラッチ機構２５を構成し、ピストン動作をする円環状のプレートであるロックアップクラッチ、すなわちロックアップピストン１が設けられ、出力軸１１と一体に回転する。環状の摩擦材１２の摩擦面１３はフロントカバー２の内面に対向している。尚、説明の便宜上「ロックアップピストン」は以下単に「ピストン」と称する。

タービン１０の外面とピストン１との間には、ピストン１が締結した時の衝撃を緩和するため、コイルバネ６および７から成るダンパ機構が設けられている。また、トルクコンバータ３０の中央には中央空間８が画成されている。

次に、ピストン１の動作を説明する。車両の車速が所定速以上になると、不図示のコントロール機構によりフィードバック制御され、インペラ９とタービン１０とで画成されるトルクコンバータ３０内の流体の流れが自動的に変化する。その変化により、ピストン１はフロントカバー２の内面に押しつけられることになり、ピストン１の摩擦材１２がフロントカバー２の内面と締結され、ピストン１は直結状態となり、エンジンの駆動力が直接、出力軸１１に伝達される。従って、駆動側と出力側とが流体を介さずに機械的にロックアップ（直結）されるので、流体ロスを防ぎ燃費を向上することができる。

尚、トルクコンバータ３０は、不図示の油圧制御機構に連結されており、この油圧制御機構はロックアップピストン、すなわちピストン１のスリップ状態を維持するためピストン１を挟む２つのオイル経路、すなわち外周側と内周側との間の圧力差（ピストン１の前後の圧力差）をほぼ一定に保ちながら、オイルの流量を変更、すなわち増減している。この圧力差を大きくすることにより、ピストン１とフロントカバー２の完全締結状態を得る。

図２は、本発明の一実施例を示す、ロックアップクラッチ機構の部分断面図である。図２は、ロックアップクラッチ機構２５を解放状態で示している。ピストン１は、フロントカバー２に対向する面に、摩擦材１２が接着されている。ほぼ環状の摩擦材１２は、外径側に平坦な第１の摩擦面２１を、摩擦面２１と連続して形成され、テーパ状に傾斜した第２の摩擦面２２を備えている。

第１の摩擦面２１と第２の摩擦面２２とは角度を持って接しており、第２の摩擦面２２は、大きい油圧差によりピストン１の内径側がフロントカバー２側に変形する量より大きくフロントカバー２から離れる方向に傾斜している。

第１の摩擦面２１及び第２の摩擦面２２は切削され、第２の摩擦面２２は、大きい油圧差によりピストン１の内径側がフロントカバー２側に変形する量より大きくフロントカバー２から離れる方向に傾斜するように切削されている。

第１の摩擦面２１は、フロントカバー２と均一な面圧で接触する面となっている。スリップ制御においてもピストン１が僅かに変形するため、均一な当たりをさせるために、第１の摩擦面２１は外径側に僅かに傾斜して形成されている。また、第２の摩擦面２２は、第１の摩擦面２１の内径端２４から第２の摩擦面２２の内径端２５まで、肉厚が減少するテーパー状の斜面として形成されている。

図３は、スリップ制御状態を示すロックアップクラッチ機構の部分断面図である。図２の解放状態から、ピストン１がフロントカバー２に変位し、第１の摩擦面２１が、フロントカバー２の内面に当接している状態を示している。

ピストン１とフロントカバー２とをスリップ制御するときは、第１の摩擦面２１は均一な面圧でフロントカバー２の内面と係合している。図３から分かるように、スリップ制御時には、第２の摩擦面２２は、フロントカバー２の内面に接触していない。

図４は、締結状態を示すロックアップクラッチ機構の部分断面図である。この状態では、図３のスリップ制御状態より大きな油圧差によってピストン１とフロントカバー２とをほぼ一体的に締結している。従って、第１の摩擦面２１と第２の摩擦面２２とがほぼ全体的にフロントカバー２の内面に押し付けられている。

このとき、第１の摩擦面２１と第２の摩擦面２２との境界部、すなわち第１の摩擦面２１の内径端２４において最大面圧が発生している。図３に示すように、締結時には、大きな油圧差のためピストン１は、その内径部が膨らみ、外径側に比べて内径側がフロントカバー２により接近する。従って、図３のように、フロントカバー２とピストン１とは平行ではなくなる。

摩擦面の最大面圧が発生する部分は、第１の摩擦材２１と第２の摩擦材２２との境界部、すなわち第１の摩擦面２１の内径端２４である。Ｇで示す面圧分布曲線のピークが内径部２４に対応している。すなわち、面圧の半径方向の分布は、最大面圧位置を頂点として山形の分布を示すようになる。

最大面圧が発生する境界部、すなわち内径部２４は、図２乃至図４に示すように、摩擦材１２を径方向で等分した外径側領域のほぼ中央に位置している。

以上説明した各実施例において摩擦材１２はほぼ環状の形状を有するが、必ずしも環状ではなく、セグメント状の複数の摩擦材を環状に配置することもできる。また、摩擦材１２は、半径方向の厚さが異なるものであってもよい。

また、摩擦材がロックアップピストンに接着されている実施例のみを説明したが、摩擦材をフロントカバーに接着することももちろん可能である。

本発明の各実施例が適用できるロックアップクラッチ機構付きトルクコンバータの軸方向部分断面図である。 本発明の一実施例を示す、解放状態のロックアップクラッチ機構の部分断面図である。 スリップ制御状態を示すロックアップクラッチ機構の部分断面図である。 締結状態を示すロックアップクラッチ機構の部分断面図である。

符号の説明

１ ロックアップピストン
２ フロントカバー
１２ 摩擦材
２１ 第１の摩擦面
２２ 第２の摩擦面
２４ 第１の摩擦材の内径端（境界部）

Claims (2)

1. ロックアップピストンと、前記ロックアップピストンと係合可能な係合面を有するフロントカバーとからなり、前記ロックアップピストンと前記フロントカバーの何れか一方に摩擦材が接着され、前記フロントカバーと前記ロックアップピストンとの間の油圧差に応じて、締結及び解放をするトルクコンバータ用のロックアップクラッチ機構であって、
   前記摩擦材は、外径側に平坦な第１の摩擦面を、内径側にテーパ状に傾斜した第２の摩擦面を備え、前記ロックアップピストンと前記フロントカバーとをスリップ制御するときは、前記第１の摩擦面は均一な面圧で係合し、前記スリップ制御より大きな油圧差によって前記ロックアップピストンと前記フロントカバーとをほぼ一体的に締結するときは、前記第１の摩擦面と前記第２の摩擦面との境界部において最大面圧が発生し、前記境界部は前記摩擦材を径方向で等分した外径側領域のほぼ中央に位置しており、前記第１の摩擦面と前記第２の摩擦面とは角度を持って接しており、前記第２の摩擦面は、前記大きい油圧差により前記ピストンの内径側が前記フロントカバー側に変形する量より大きく前記フロントカバーから離れる方向に傾斜していることを特徴とするロックアップクラッチ機構。
2. 前記第１の摩擦面及び前記第２の摩擦面は切削され、前記第２の摩擦面は、前記大きい油圧差により前記ピストンの内径側が前記フロントカバー側に変形する量より大きく前記フロントカバーから離れる方向に傾斜するように切削されていることを特徴とする請求項１に記載のロックアップクラッチ機構。

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