JP5143925B2 - 摩擦部材、クラッチプレート、クラッチ装置、及びトルクコンバータ - Google Patents

Description

本発明は、環状の摩擦面を有する摩擦部材に関する。

別の見地に係る本発明は、環状のコアプレート及び摩擦部材を有するクラッチプレートに関する。

さらに別の見地にかかる本発明は、入力側回転体と出力側回転体との間に配置されるクラッチ装置に関する。

さらに別の見地にかかる本発明は、入力回転体からのトルクを流体によって出力回転体に伝達するためのトルクコンバータに関する。

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に伝達するための装置である。このトルクコンバータは主に、エンジンからのトルクが入力されるフロントカバー、トーラスを構成するインペラ、タービン、及びステータを有している。また、トルクコンバータは、フロントカバーとタービンとの軸方向間に配置されたロックアップクラッチ装置を備えている。

ロックアップクラッチ装置は、フロントカバーからのトルクをタービンに直接伝達するための装置である。このロックアップクラッチ装置として、トルクの伝達容量を大きくするために、複数のクラッチプレートを有する多板型の装置が提供されている。ここでは、フロントカバー側（入力側）とタービン側（出力側）に、クラッチプレートが設けられている。そして、これらのクラッチプレートを、油圧により作動するピストンで互いに圧接することにより、クラッチオン（トルク伝達）となる。

クラッチプレートは、摩擦部材が固定されたプレートと摩擦部材が固定されていないプレートとを有している。摩擦部材が固定されたプレートは、一般的に、環状のコアプレートと、コアプレートの両面に固定された摩擦部材と、を有している。そして、摩擦部材の摩擦面には、特許文献１に示されるように、潤滑及び冷却のために、また、ドラグトルクの低減のために、内周から外周にかけて複数の溝が形成されている。

特開２０００−１９２９８９号公報

特許文献１に示されるように、摩擦部材には、ドラグトルクの低減、摩擦面の潤滑及び冷却のために複数の溝が形成されている。そして、これらの溝は、摩擦部材の内周側から外周側に貫通している。このため、クラッチオンの状態において、トルクコンバータのトーラス側の作動油が、摩擦部材の溝を通って漏れることになる。この溝を通過して漏れる作動油の量（以下、リーク流量と記す）は、トルクコンバータの性能に影響を与える。

ここで、トランスミッションの仕様によっては、リーク流量が厳しく制限されているので、リーク流量を少なくするという観点からは摩擦部材の溝の流路断面積は小さい方がよい。一方で、最近のロックアップクラッチ装置では、摩擦面を滑らしながら使用するスリップ制御が行われている。このような状況では、摩擦面の潤滑及び冷却の観点から、またドラグトルク低減の観点から、溝の流路断面積は大きい方が好ましい。

本発明の課題は、ロックアップクラッチ装置でのリーク流量を抑えつつ、摩擦部材の潤滑及び冷却をも十分に行え、かつドラグトルクを低減できるようにすることにある。

第１発明に係る摩擦部材は、複数の摩擦部と複数の溝とを備えている。複数の摩擦部は、周方向に並べて設けられ、環状の摩擦面を形成する。複数の溝は、複数の摩擦部の間に形成され、内周側から外周側に貫通する。そして、複数の溝のそれぞれは内周溝及び外周溝を有している。内周溝は、内周端に開口を有する内周側の第１溝及び第１溝に連続する外周側の第２溝からなり、周方向に開くＶ字状に形成されている。外周溝は、内周溝の第２溝の外周端に連続し、外周方向に放射状に延びる。また、第１溝及び第２溝のそれぞれの周方向の長さは、摩擦部材の径方向中央部の周方向長さの３％以上である。

ここでは、内周側には周方向に開くＶ字状の内周溝が形成されているために、回転時に油を第１溝の開口から取り込みやすい。また、外周溝は放射状に形成されているために、回転時にこの外周溝を介して油が流れ込みにくい。

したがって、このような摩擦部材をトルクコンバータのロックアップクラッチ装置のクラッチ部に用いることによって、クラッチオン時には外部から流れこむ作動油を抑えてリーク流量を減らすことができる。また、クラッチオフ時には十分な量の潤滑油（作動油）を内周側から摩擦面に取り込むことができる。

また、ここでは、第１溝及び第２溝が比較的長く形成されている。このため、作動油が流れる流路抵抗が比較的大きくなる。したがって、この摩擦部材をトルクコンバータのロックアップクラッチ装置のクラッチ部に用いることによって、クラッチオン時におけるリーク流量を抑えることができる。

第２発明に係る摩擦部材は、第１発明の摩擦部材において、外周溝は、外周溝の溝中心線が、摩擦部材の中心から延びる放射状の線に対して±２０°以下の範囲内に位置するように形成されている。

ここでは、前記同様に、外部から流れこむ作動油を抑えることができる。

第３発明に係るクラッチプレートは、環状のコアプレートと、環状のコアプレートの少なくとも一方の側面に固定された第１又は第２発明の摩擦部材と、を備えている。

第４発明のクラッチ装置は、入力側回転体と出力側回転体との間に配置され、入力側回転体に同期して回転する第３発明の入力側クラッチプレートと、出力側回転体に同期して回転する第３発明の出力側クラッチプレートと、入力側クラッチプレートと出力側クラッチプレートを互いに圧接しあるいは圧接を解除する作動機構と、を備えている。入力側クラッチプレート及び出力側クラッチプレートはそれぞれ、環状のコアプレートと、環状のコアプレートの少なくとも一方の側面に固定された摩擦部材と、を有している。そして、入力側クラッチプレートは、摩擦部材の内周溝が回転方向に沿って開くＶ字状になるように配置されている。また、出力側クラッチプレートは、摩擦部材の内周溝が回転方向に対向して開くＶ字状になるように配置されている。

クラッチのオフ時、すなわち入力側クラッチプレートと出力側クラッチプレートが離れているときは、入力側クラッチプレートは入力側回転体に同期して回転している。そして、入力側クラッチプレートは、内周溝が回転方向に沿って開くＶ字状になるように配置されているので、回転によって内周端の開口から作動油が取り込まれることになる。また、出力側クラッチプレートは回転していないが、入力側クラッチプレートの回転に伴って作動油が同じ方向に流れる。この作動油が出力側クラッチプレートの内周溝の開口から溝内に流れこむ。

以上のようにして、入力側クラッチプレート及び出力側クラッチプレートの両方の溝内に作動油がスムーズに流れこむ。したがって、両クラッチプレートが確実に離され、ドラグトルクを低減することができる。また、両クラッチプレートの摩擦面を十分に潤滑し、かつ冷却することができる。

第５発明に係るトルクコンバータは、入力側回転体からのトルクを流体によって出力側回転体に伝達するためのものであって、入力側回転体からのトルクが入力されるフロントカバーと、フロントカバーに固定されフロントカバーとともに流体室を構成するインペラと、流体室内においてインペラに対向して配置されたタービンと、インペラとタービンとの内周部側に配置されタービンからインペラに流れる流体の流れを整流するためのステータと、フロントカバーとタービンとの軸方向間に配置されタービンからのトルクを出力側回転体に伝達及び遮断可能なロックアップクラッチ装置と、を備えている。ロックアップクラッチ装置は、第４発明のクラッチ装置を含み、入力側クラッチプレートはフロントカバーに同期して回転し、出力側クラッチプレートはタービンに同期して回転する。

以上のような本発明の摩擦部材によれば、ロックアップクラッチ装置でのリーク流量を抑えつつ、摩擦部材の潤滑及び冷却をも十分に行え、またドラグトルクを低減することができる。

本発明の一実施形態によるトルクコンバータの断面構成図。 本発明の一実施形態による入力側クラッチプレートの正面部分図。 本発明の一実施形態による出力側クラッチプレートの正面部分図。 前記摩擦部材の一部拡大図。

［全体構成］
図１は、本発明の一実施形態としてのトルクコンバータ１を示している。Ｏ−Ｏはトルクコンバータ１の回転軸線である。トルクコンバータ１は、車両のエンジンとトランスミッションとの間に配置され、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に伝達するための装置である。

トルクコンバータ１は、フロントカバー２と、インペラ３と、タービン４と、ステータ５と、ロックアップクラッチ装置６と、を備えている。フロントカバー２はエンジンのクランクシャフトに連結される。インペラ３は、フロントカバー２のトランスミッション側に配置され、フロントカバー２とともに流体室を構成している。タービン４は、流体室内においてインペラ３に対向して配置され、インペラ３とともに流体作動室を構成している。ステータ５は、インペラ３とタービン４との内周部側に配置され、タービン４からインペラ３に流れを整流する。ロックアップクラッチ装置６は、フロントカバー２とタービン４との軸方向間に配置され、フロントカバー２からのトルクをタービン４側に直接伝達し、あるいはそのトルク伝達を遮断する。

インペラ３，タービン４、及びステータ５を含むトルクコンバータ本体の構成に関しては、従来と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。

［ロックアップクラッチ装置］
以下、本発明の一実施形態によるクラッチプレートを含むロックアップクラッチ装置６について詳細に説明する。

ロックアップクラッチ装置６は、入力側クラッチプレート１０と、出力側クラッチプレート１１と、ピストン１２と、ダンパ機構１３と、を有している。

入力側クラッチプレート１０は、フロントカバー２に固定された支持部材１５に相対回転不能に、かつ軸方向移動自在に支持されている。具体的には、支持部材１５は、環状のプレート部材であって、内周端部がフロントカバー２の側面に溶接によって固定されている。支持部材１５の外周部１５ａは、タービン４側に折り曲げられて筒状に形成されている。そして、この筒状部１５ａには軸方向に延びる複数の溝が形成されている。一方、入力側クラッチプレート１０の内周端部には、複数の歯が形成されており、この複数の歯が筒状部１５ａの溝に噛み合っている。なお、入力側クラッチプレート１０の詳細については、後述する。このような構成により、入力側クラッチプレート１０はフロントカバー２と同期して回転し、軸方向に移動自在である。

出力側クラッチプレート１１は、フロントカバー２と入力側クラッチプレート１０との間に配置されている。出力側クラッチプレート１１の外周端部には、複数の歯が形成されている。また、出力側クラッチプレート１１のフロントカバー２側の面には摩擦部材が固定されているが、出力側クラッチプレート１１のタービン４側の面には、摩擦部材は設けられていない。なお、出力側クラッチプレート１１の詳細については、後述する。

ピストン１２は、中心部に孔を有する円板状の部材である。ピストン１２は、本体部１２ａと、本体部１２ａの内周部をトランスミッション側に折り曲げて形成された内周筒状部１２ｂと、本体部１２ａの外周部をエンジン側に折り曲げて形成された外周筒状部１２ｃと、を有している。

本体部１２ａはフロントカバー２と対向して配置されている。内周筒状部１２ｂはタービン４の内周端部接続されたタービンハブ２０に対して軸方向に移動自在に支持されている。タービンハブ２０の外周面にはシール部材２１が設けられており、このシール部材２１によってピストン１２の内周筒状部１２ｂとタービンハブ２０との間がシールされている。また、外周筒状部１２ｃには、軸方向に延びる複数の溝が形成されており、この複数の溝に、出力側クラッチプレート１１の複数の歯が噛み合っている。これにより、出力側クラッチプレート１１は、ピストン１２と同期して回転し、かつ軸方向移動自在である。

ダンパ機構１３は、ドライブプレート２４及びドリブンプレート２５と、これらの間に配置されたトーションスプリング２６と、を有している。ドライブプレート２４は環状の部材であり、内周端部がリベット２７によってピストン１２の本体部１２ａに固定されている。また、ドライブプレート２４の外周部には、トーションスプリング２６を収納するとともに、トーションスプリング２６の両端を支持する収納部２４ａが形成されている。ドリブンプレート２５は、タービン４を構成するタービンシェル４ａのフロントカバー２側の面に固定されている。このドリブンプレート２５の外周端はフロントカバー２側に折り曲げられ、その先端はトーションスプリング２６の端部に係合している。

［クラッチプレート］
入力側クラッチプレート１０と出力側クラッチプレート１１の基本的構成は同じである。すなわち、両クラッチプレート１０，１１は、図１、図２及び図３に示すように、コアプレート３０，３１とコアプレート３０，３１に固定された摩擦部材４０ａ，４０ｂ，４１とからなる。具体的には、入力側クラッチプレート１０は、図２に一部を拡大して示すように、内周端部に複数の歯３０ａが形成されたコアプレート３０を有し、このコアプレート３０の両面に摩擦部材４０ａ，４０ｂ（図２では表面側の摩擦部４０ａのみが表れている）が固定されている。また、出力側クラッチプレート１１は、図３に示すように、外周部に複数の歯３１ａが形成されたコアプレート３１と、コアプレート３１のフロントカバー２側の面にのみ固定された摩擦部材４１と、を有している。

［摩擦部材］
入力側クラッチプレート１０のタービン４側に固定された摩擦部材４０ａは、連続する環状に形成されている。摩擦部材４０ａは、環状の摩擦面を形成する複数の摩擦部５１と、これらの摩擦部５１の間に形成された複数の溝５２と、を有している。この例では、複数の摩擦部５１は溝５２の底部を介してつながっており、複数の摩擦部５１及び溝５２はプレス成形によって一体的に形成されている。なお、図２に示す例では、摩擦部材４０ａを有する入力側クラッチプレート１０は図の矢印Ｒで示す方向に回転する。

図４に１つの溝５２を拡大して示している。溝５２は、内周側に形成された内周溝５４と、内周溝５４に連続して外周側に形成された外周溝５５と、からなる。

内周溝５４は、回転方向に沿って開くＶ字状の第１溝５７及び第２溝５８と、これら溝５７，５８の間に形成された折り返し溝５９と、を有している。第１溝５７は、内周端に開口５７ａを有し、開口５７ａから回転方向Ｒとは逆方向に向かって延びている。第２溝５８は、第１溝５７に連続して第１溝５７の外周側にかつ回転方向に沿って延びている。折り返し溝５９は、第１溝５７と第２溝５８の間において、曲線状に形成されている。また、この第１溝５７及び第２溝５８のそれぞれの周方向の長さＬ（図４参照）は、摩擦部材４０ａの径方向中央部の周方向長さの３％以上にするのが好ましい。これは、溝５７，５８を流れる流路抵抗を大きくして、リーク量をより少なくするためである。

外周溝５５は、第２溝５８の外周端に連続し、外周方向に放射状に延びて形成されている。具体的には、外周溝５５は、図４に示すように、外周溝５５の溝中心線が、摩擦部材４０ａの中心から放射状に延びる線Ｎに一致するように形成されている。なお、外周溝５５は、線Ｎ対して±２０°以下の範囲内に位置するように形成されるのが好ましい。

また、出力側クラッチプレート１１に固定された摩擦部材４１は、溝形状も含み、入力側クラッチプレート１０の摩擦部材４０ａと全く同様の形状である。一方、入力側クラッチプレート１０のフロントカバー２側に固定された摩擦部材４０ｂは、溝の向き（Ｖ字の開く方向）が異なるのみで、他の構成は他の摩擦部材４０ａ，４１と同様である。

以上のような摩擦部材４０ａ，４０ｂが入力側クラッチプレート１０に固定され、摩擦部材４１が出力側クラッチプレート１１に固定されている。すなわち、入力側クラッチプレート１０の両面には、内周溝５４が回転方向に沿って開くＶ字状になるように摩擦部材４０ａ，４０ｂが固定されている。また、出力側クラッチプレート１１のフロントカバー２側の面には、内周溝５４が回転方向に対向して開くＶ字状になるように摩擦部材４１が固定されている。

［動作］
発進時等の低速度時においては、エンジンからのトルクを、流体を介してトランスミッション側に伝達するために、ロックアップクラッチ装置６はオフ（トルク伝達は遮断）される。この場合は、図示しないコントロールバルブにより、フロントカバー２とピストン１２との間の空間Ａ（図１参照）に作動油が供給され、この空間Ａの油圧がピストン１２のタービン４側の空間の油圧より高くなるように制御される。このため、ピストン１２はトランスミッション側に移動し、入力側クラッチプレート１０と出力側クラッチプレート１１とが離れ、クラッチオフとなる。したがって、フロントカバー２からのトルクはロックアップクラッチ装置６を介さずにトルクコンバータ本体を介してトランスミッション側に伝達される。

一方、車速がある程度高くなると、フロントカバー２とピストン１２との間の空間Ａの作動油がドレンされる。この場合は、空間Ａの油圧がピストン１２のタービン４側の空間の油圧より低くなるので、ピストン１２はフロントカバー２側に移動する。これにより、入力側クラッチプレート１０と出力側クラッチプレート１１とはフロントカバー２とピストン１２との間に挟持され、クラッチオンとなる。したがって、フロントカバー２からのトルクはロックアップクラッチ装置６を介してトランスミッション側に直接伝達される。

以上のような動作において、クラッチオンの状態では、両クラッチプレート１０，１１には、外周側から作動油が流れ込もうとする。しかし、両クラッチプレート１０，１１の外周溝５５は、放射状に形成されているので、この外周溝５５に作動油が流れ込みにくい。また、作動油が外周溝５５に流れこんだとしても、第１溝５７及び第２溝５８の周方向長さが比較的長いので、両溝５７，５８の流路抵抗が大きくなり、作動油は内周に向かって流れにくい。これらの理由から、両クラッチプレート１０，１１の外周側から摩擦部材１４０ａ，４０ｂ，４１の溝５２を通過して内周側に流れる作動油の流量は少なくなる。すなわち、リーク流量が少なくなる。

また、クラッチオフの状態では、作動油は両クラッチプレート１０，１１の内周側から外周側に向かって流れる。また、入力側クラッチプレート１０はフロントカバー２と同期してエンジンと同じ回転数で回転している。さらに、出力側クラッチプレート１１は停止あるいは入力側クラッチプレート１０より低い回転数で回転している。

このような状態では、入力側クラッチプレート１０の両面に設けられた摩擦部材４０ａ，４０ｂは、内周溝５４が回転方向に沿って開いているので、内周溝５４の内周端の開口５７ａが作動油をかきこむように取り入れる。また、入力側クラッチプレート１０の回転に引きずられて流れる作動油が、出力側クラッチプレート１１の摩擦部材４１の内周端開口から流れこむことになる。このため、両クラッチプレート１０，１１の摩擦部材４０ａ，４０ｂ，４１の溝５２には十分に作動油が供給される。したがって、両クラッチプレート１０，１１の摩擦面を十分に潤滑し、かつ冷却することができる。また、ドラグトルクを低く抑えることができる。

［他の実施形態］
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、摩擦部材が一体成形されていたが、複数の摩擦部がそれぞれ別々に形成されたセグメントタイプの摩擦部材にも同様に本発明を適用することができる。

１ トルクコンバータ
２ フロントカバー
３ インペラ
４ タービン
５ ステータ
６ ロックアップクラッチ装置
１０ 入力側クラッチプレート
１１ 出力側クラッチプレート
１２ ピストン
１３ ダンパ機構
４０ａ，４０ｂ，４１ 摩擦部材
５１ 摩擦部
５２ 溝
５４ 内周溝
５５ 外周溝
５７ 第１溝
５８ 第２溝

Claims (5)

1. 周方向に並べて設けられ、環状の摩擦面を形成する複数の摩擦部と、
   複数の前記摩擦部の間に形成され、内周側から外周側に貫通する複数の溝と、
   を備え、
   前記複数の溝のそれぞれは、
   内周端に開口を有する内周側の第１溝及び前記第１溝に連続する外周側の第２溝からなり、周方向に開くＶ字状に形成された内周溝と、
   前記内周溝の第２溝の外周端に連続し、外周方向に放射状に延びる外周溝と、
   を有し、
   前記第１溝及び前記第２溝のそれぞれの周方向の長さは、摩擦部材の径方向中央部の周方向長さの３％以上である、
   摩擦部材。
2. 前記外周溝は、前記外周溝の溝中心線が、摩擦部材の中心から延びる放射状の線に対して±２０°以下の範囲内に位置するように形成されている、請求項１に記載の摩擦部材。
3. 環状のコアプレートと、
   前記環状のコアプレートの少なくとも一方の側面に固定された請求項１又は２に記載の摩擦部材と、
   を備えたクラッチプレート。
4. 入力側回転体と出力側回転体との間に配置されるクラッチ装置であって、
   前記入力側回転体に同期して回転する請求項３に記載の入力側クラッチプレートと、
   前記出力側回転体に同期して回転する請求項３に記載の出力側クラッチプレートと、
   前記入力側クラッチプレートと前記出力側クラッチプレートを互いに圧接し、あるいは圧接を解除する作動機構と、
   を備え、
   前記入力側クラッチプレート及び前記出力側クラッチプレートはそれぞれ、環状のコアプレートと、前記環状のコアプレートの少なくとも一方の側面に固定された摩擦部材と、を有し、
   前記入力側クラッチプレートは、前記摩擦部材の内周溝が回転方向に沿って開くＶ字状になるように配置され、
   前記出力側クラッチプレートは、前記摩擦部材の内周溝が回転方向に対向して開くＶ字状になるように配置されている、
   クラッチ装置。
5. 入力側回転体からのトルクを流体によって出力側回転体に伝達するためのトルクコンバータであって、
   前記入力側回転体からのトルクが入力されるフロントカバーと、
   前記フロントカバーに固定され、前記フロントカバーとともに流体室を構成するインペラと、
   前記流体室内において前記インペラに対向して配置されたタービンと、
   前記インペラと前記タービンとの内周部側に配置され、前記タービンから前記インペラに流れる流体の流れを整流するためのステータと、
   前記フロントカバーと前記タービンとの軸方向間に配置され、前記フロントカバーからのトルクを前記出力側回転体に伝達及び遮断可能なロックアップクラッチ装置と、
   を備え、
   前記ロックアップクラッチ装置は、請求項４に記載のクラッチ装置を含み、前記入力側クラッチプレートは前記フロントカバーに同期して回転し、前記出力側クラッチプレートは前記タービンに同期して回転する、
   トルクコンバータ。

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