JP5052284B2 - トルクコンバータのインペラハブ構造 - Google Patents

Description

この発明は、トルクコンバータのインペラハブ構造に関し、より特定的には、オイルポンプのドライブギヤと係合するトルクコンバータのインペラハブ構造に関するものである。

従来、トルクコンバータの構造は、たとえば特開２００４−２８００５号公報（特許文献１）に開示されている。
特開２００４−２８００５号公報

特許文献１では、トルクコンバータのインペラハブに、オイルポンプを駆動するためにオイルポンプドライブギヤに形成されたキーと係合するスロットを設けている。このとき、オイルポンプ吐出圧による荷重がインペラハブに入力されると、荷重が入力されるインペラハブには圧縮応力が、また反対側には引張応力が発生する。トルクコンバータが駆動する際、インペラハブのスロット部とオイルポンプドライブギヤの爪部にて駆動トルクが発生する。またこの引張応力と駆動トルクによりスロット根元部にクラックが発生するおそれがある。クラック防止のためにインペラハブの肉厚を上げるとトルクコンバータが大型化するという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、トルクコンバータの大型化を防止しつつ、高い信頼性を備えたトルクコンバータのインペラハブ構造を提供することを目的とする。

この発明に従ったトルクコンバータのインペラハブ構造は、オイルポンプのドライブギヤの内面から突出するキーと係合するように、インペラハブの先端にスロットが設けられたトルクコンバータのインペラハブ構造であって、インペラハブ先端でスロットに対して円周方向に所定間隔を隔てた位置にスロット周辺よりも低剛性の低剛性部を設けている。低剛性部は円弧状の切り欠きにより構成される。

このように構成されたトルクコンバータのインペラハブ構造では、インペラハブ先端でスロットから円周方向に所定間隔隔てた位置に低剛性部を設けることで、オイルポンプの吐出圧によって発生するインペラハブに働く力（圧縮応力）が低剛性部の周辺により低減される。それにより、引張応力の発生が低減され、インペラハブの肉厚アップや熱処理を行なわずに、スロット根元のクラックの発生を抑えることができる。肉厚アップを行なわずに強度を上げることができるため、トルクコンバータの小型化が可能となる。

好ましくは、低剛性部はスロットから円周方向に９０度ずれた位置に設けられる。
この場合、スロットに最も大きな引張応力が発生するのは、スロットの対角位置に圧縮応力が入力されるときであり、その際、低剛性部をスロットから約９０度円周方向ずれた位置に設けることで、低剛性部による圧縮応力の低減が最も大きく行なえるため、スロット根元のクラック発生防止の効果を最大限とすることができる。

好ましくは、キーがドライブギヤ内面の対角位置に一対設けられ、それに応じたインペラハブ先端位置の対角位置にスロットが一対設けられ、低剛性部を各スロットの中間位置に設けられている。

好ましくは、低剛性部は、円周方向に互いに等しい距離を隔てて複数個設けられる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

図１は、この発明の実施の形態に従ったトルクコンバータの断面図である。図１を参照して、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インプットシャフトへトルクを伝達するための装置である。トルクコンバータ１は、３種類の羽根車であるタービンランナ２、ポンプインペラ８およびステータ１２３を有する流体作動室と、ロックアップ機構７０とにより構成されている。

トルクコンバータ１の前側、すなわちエンジンに近い側には、円板形状のフロントカバー３が配置されており、回転軸１ａから外側に延びるように、すなわちラジアル方向に延びるようにフロントカバー３が位置している。フロントカバー３はトルクコンバータ１の前面筐体として作用する。フロントカバー３にはインペラシェル１２６が固定されており、フロントカバー３とインペラシェル１２６とにより所定の空間を形成し、この空間内に、トルクコンバータ１のさまざまな要素が配置される。フロントカバー３とインペラシェル１２６で取囲まれる空間はほぼ密閉された空間であり、この空間内に作動流体（ＡＴＦ）が封入されている。

フロントカバー３はエンジンからの動力を受取る部材であり、エンジンからフロントカバー３へ動力が入力されると、この動力がインペラシェル１２６へ伝わる。

インペラシェル１２６はポンプインペラ８を構成しており、ポンプインペラ８がインペラシェル１２６に一体的に構成される。ポンプインペラ８はタービンランナ２と向かい合うように配置され、インプットシャフトの回転軸１ａを中心として回転することが可能である。ポンプインペラ８には作動流体をタービンランナ２へ向かって押し出すような形状の羽根が設けられており、ポンプインペラ８が回転することでポンプインペラ８近傍の作動流体はタービンランナ２へ向かって押し出される。

ステータ１２３はポンプインペラ８とタービンランナ２との間に介在し、タービンランナ２からポンプインペラ８へ流れる作動流体の流れを変える働きをする。ステータ１２３はワンウェイクラッチ３７を介して固定部３６に取付けられている。ステータ１２３は一方向にのみ回転することが可能である。ワンウェイクラッチ３７としては、ローラ、スプラグまたはラチェットを用いる構造を採用することができる。ステータ１２３はタービンランナ２からポンプインペラ８へ戻る作動流体の流れを整流するための羽根であり、樹脂またはアルミニウム合金などにより構成される。

タービンランナ２は作動流体を循環させる空間を構成するタービンシェル１３０を有し、ポンプインペラ８と向かい合うように配置される。タービンランナ２はポンプインペラ８が送り出す作動流体を受取り、この作動流体により回転力が付与される。タービンランナ２へ伝えられた作動流体は内周側へ移動してステータ１２３を介して再度ポンプインペラ８へ送られる。タービンランナ２はポンプインペラ８と別個独立に回転することが可能である。

ポンプインペラ８はフロントカバー３と一体回転するのに対し、タービンランナ２はロックアップピストン４と一体的に回転する。タービンシェル１３０と接触するように動力伝達部材２０４が配置される。動力伝達部材２０４はリベットまたはボルトなどの締結具でタービンシェル１３０と一体化されており、タービンシェル１３０とともに回転する。

動力伝達部材２０４およびタービンシェル１３０は、ともにタービンハブ７に固定されており、タービンハブ７とともにインプットシャフトを回転軸として回転することが可能である。タービンハブ７はインプットシャフトにスプライン嵌合しており、インプットシャフトの外周面に接触している。タービンハブ７はインプットシャフトとタービンシェル１３０を接続し、タービンシェル１３０に入力された回転力をインプットシャフトに伝える働きがある。

次に、ロックアップ機構７０について説明する。
ロックアップ機構７０はフロントカバー３の回転力をインプットシャフトに直接伝えるための装置であり、摩擦部材としてのフェージング７６がフロントカバー３の内周面に接触することでフロントカバー３の回転力がインプットシャフトへ伝えられる。

ロックアップ機構７０は、フェージング７６を取付けるためのロックアップピストン４を有する。ロックアップピストン４は、軸方向、すなわち、フロントカバー３に近づく方向とフロントカバー３から遠ざかる方向とに移動することが可能である。フェージング７６がフロントカバー３に当接することを可能としている。ロックアップピストン４は回転の半径方向（ラジアル方向）に向かって延びる円板形状であり、フロントカバー３に向かい合うように配置される。

フロントカバー３とロックアップピストン４との間の空間が第一油圧室１０ａであり、ロックアップピストン４と動力伝達部材２０４との間の空間が第二油圧室１０ｂである。それぞれの第一および第二油圧室１０ａおよび１０ｂには作動流体が満たされており、この作動流体の圧力（油圧）を変更することにより、ロックアップピストン４をフロントカバー３に近づく方向およびフロントカバー３から遠ざかる方向に移動させることが可能である。

ロックアップピストン４にはロックアップダンパ１７４が設けられており、変動入力を緩衝する役割を果たす。ロックアップダンパ１７４は、ばね部材により構成されており、トルクが加わると、ばねの作用により変動を和らげる働きをする。ロックアップダンパ１７４はロックアップピストン４と動力伝達部材２０４との間に介在している。

インペラシェル１２６には、インペラハブ３００が固着されている。インペラハブ３００は筒状であり、回転軸１ａを中心として回転することが可能である。インペラハブ３００は、インペラシェル１２６とオイルポンプのドライブギヤ３１０とを接続するための動力伝達部であり、インペラハブ３００の先端では、ドライブギヤ３１０とキー３２０により嵌まり合っている。これにより、インペラシェル１２６およびインペラハブ３００は、オイルポンプのドライブギヤ３１０とともに回転する。

インペラハブ３００の先端部には、キー３２０と係合するためのスロット３０１が配置される。スロット３０１から円周方向（回転方向）に所定の距離離れた位置に低剛性部３０２が配置されている。低剛性部３０２は、スロット３０１周辺に比べて剛性が低い領域であり、この部分において、インペラハブ３００先端に加わる応力の集中を防止し、インペラハブ３００にクラックが発生することを防止している。

なお、オイルポンプのドライブギヤ３１０に関しては、オイルポンプを駆動するギヤであればよく、そのオイルポンプの形状に関しては限定されない。たとえば、トロコイド歯車、インボリュート歯車などの歯車を用いたオイルポンプであってもよく、ベーンポンプなどの羽根を用いたオイルポンプであってもよい。

図２は、図１中の矢印ＩＩで示す方向から見たインペラハブの正面図である。図２を参照して、インペラハブ３００の先端部には、スロット３０１と低剛性部３０２が設けられている。スロット３０１にはドライブギヤ３１０のキー３２０が嵌合している。円周方向に１８０度ずれた位置に２つのキー３２０が設けられており、この各々のキー３２０にスロット３０１が嵌まり合っている。キー３２０はラジアル方向に延びている。

これらのスロット３０１から９０度回転した位置に低剛性部３０２が互いに対称に設けられている。

図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図３および図４を参照して、スロット３０１ほぼ矩形状に設けられているのに対し、低剛性部３０２は円弧形状に設けられている。なお、スロット３０１に関してはキー３２０と当接する部材であり、キー３２０から回転方向に力を受けるために、回転方向に垂直な面を有する、およそ矩形状であることが好ましい。これに対して、低剛性部３０２の形状に関しては特に制限はなく、図５で示すような円弧状（ラウンド形状）または矩形状であってもよい。

さらに、低剛性部３０２の位置に関しては、スロット３０１からちょうど９０度ずれた位置に設ける必要はなく、円周上の他の位置に低剛性部３０２が設けられていてもよい。

なお、低剛性部３０２に関しては、必ずしも切り欠き形状とする必要はなく、たとえば低剛性部３０２において材料の肉厚が薄くされていてもよい。

図５は、別の例に従ったインペラハブの正面図である。図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図５を参照して、この例では、スロット３０１よりも多くの数の低剛性部３０２が設けられている。低剛性部３０２は図６で示すように円弧形状であり、その深さ（軸方向の長さ）はスロット３０１よりも短い（浅い）。低剛性部３０２の数に関しては、図５で示されるものよりも多くてもよい。

また、低剛性部３０２の円周方向の長さは、スロット３０１の円周方向の長さよりも長くてもよく、または短くてもよい。

低剛性部３０２は円周方向に等しく分布しており、各々が円弧状であって、それらは切り欠き溝により構成されている。

図７は、別の局面に従ったインペラハブの正面図である。図８は、図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。図７および図８を参照して、この例では、低剛性部３０２はスロット３０１と同一形状とされている。なお、図７では、スロット３０１の数と低剛性部３０２の数が同一であるが、スロット３０１の数より多い低剛性部３０２を設けてもよい。また、スロット３０１の数よりも低剛性部３０２の数が少なくてもよい。

図９は比較例に従ったインペラハブの正面図である。図９を参照して、低剛性部が設けられていないインペラハブ３００にオイルポンプからの荷重が矢印４０１で示す方向に加わる。この荷重は、オイルポンプの吐出圧により発生する荷重である。この荷重がインペラハブ３００に対しある方向（矢印４０１で示す方向）に加えられると、その対角側に引張応力が発生する。すなわち、引張応力領域４０３が発生する。この引張応力と駆動時のトルク（矢印４０４で示す方向のトルク）とにより、スロット３０１の根元のＲ部（ラウンド部）に応力集中が発生し、破損するおそれがある。

図１０は本発明に従ったインペラハブの正面図である。図１０で示すように、本発明に従った形状とすることで、吐出圧による矢印４０１で示す方向の荷重がインペラハブ３００に加えられたときに、インペラハブ３００は変形するが、低剛性部３０２を設けているため、この部分が変形し、その結果、引張応力領域４０３での引張応力が減少する。すなわち、図９では、圧縮応力領域４０２に加わる圧縮応力に相当する引張応力が引張応力領域４０３に加えられる。これに対し、図１０で示す本発明の形状では、圧縮応力領域４０２で発生した圧縮応力の一部分が緩衝領域４０６で緩衝され、残りの応力に対応する引張応力が引張応力領域４０３で加えられる。

この発明に従ったトルクコンバータのインペラハブ３００は、オイルポンプのドライブギヤ３１０の内面から突出するキー３２０と係合するように、インペラハブ３００の先端に形成されたスロット３０１を備える。インペラハブ先端でスロット３０１の剛性に対して円周方向に所定間隔離れた位置に低剛性部３０２が設けられている。低剛性部３０２は、インペラハブ３００のスロット３０１よりも変形しやすい構造を有しており、具体的には低剛性部３０２はスロット３０１以上の大きさ、特に円周方向の長さを有する構成とされている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態に従ったトルクコンバータの断面図である。 図１中の矢印ＩＩで示す方向から見たインペラハブの正面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 別の局面に従ったインペラハブの正面図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 別の局面に従ったインペラハブの正面図である。 図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。 比較例に従ったインペラハブの正面図である。 本発明に従ったインペラハブの正面図である。

符号の説明

１ トルクコンバータ、２ タービンランナ、３ フロントカバー、４ ロックアップピストン、７ タービンハブ、８ ポンプインペラ、１０ａ 第一油圧室、１０ｂ 第二油圧室、３７ ワンウェイクラッチ、３９ 固定シャフト、７６ フェージング、１２３ ステータ、１２６ インペラシェル、１３０ タービンシェル、３００ インペラハブ、３０１ スロット、３０２ 低剛性部、３１０ ドライブギヤ、３２０ キー。

Claims (4)

1. オイルポンプのドライブギヤの内面から突出するキーと係合するように、インペラハブの先端にスロットが設けられたトルクコンバータのインペラハブ構造であって、
   前記インペラハブ先端で前記スロットに対して円周方向に所定間隔を隔てた位置に設けられ、前記スロット周辺よりも剛性の低い低剛性部を備え、
   前記低剛性部は円弧状の切り欠きにより構成される、トルクコンバータのインペラハブ構造。
2. 前記低剛性部はスロットからほぼ円周方向に９０度回転した位置に設けられる、請求項１に記載のトルクコンバータのインペラハブ構造。
3. 前記キーがドライブギヤの内面の対角位置に一対設けられ、それに応じた前記インペラハブ先端位置の対角位置に前記スロットが一対設けられ、前記低剛性部を各スロットの中間位置に設けられる、請求項１に記載のトルクコンバータのインペラハブ構造。
4. 前記低剛性部は円周方向に互いに等しい距離を隔てて複数個設けられる、請求項２または３に記載のトルクコンバータのインペラハブ構造。

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