JP5688113B2 - トルクコンバータ用のロックアップ装置 - Google Patents

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、フロントカバーに摩擦連結可能なピストンと、ピストンに固定されるリティニングプレートと、リティニングプレートに支持される複数対のトーションスプリングと、複数のトーションスプリングを介して回転方向にピストンに弾性連結されるドリブンプレートとを有している。ドリブンプレートはタービンに固定されている（例えば特許文献１）。

ここでは、ピストンは、フロントカバーとタービンとの間に設けられており、ピストンの外周部に固定された環状の摩擦フェーシングがフロントカバーの摩擦面に押し付けられると、フロントカバーのトルクがピストンに伝達される。ピストンに伝達されたトルクは、トーションスプリング及びドリブンプレートを介してタービンに伝達される。そして、ダンパ機構を構成する複数のトーションスプリングによって、エンジンから入力されるトルク変動が吸収・減衰される。

また、トルク変動を効果的に吸収、減衰するために、多段の捩じり特性を有するダンパ機構を備えたロックアップ装置も既に提供されている（例えば特許文献２）。

特開２００８−１３８７９７号公報 特開２０１１−１７９５１５号公報

特許文献２に示されたロックアップ装置では、剛性の異なる１組のトーションスプリングを中間子によって直列的に作用させて１段目の特性を設定している。そして、その後、１組のトーションスプリングのうちの低剛性のトーションスプリングを線間密着させ、高剛性のトーションスプリングのみを作動させて２段目の特性を設定するようにしている。

しかし、低剛性のトーションスプリングを線間密着させると、トーションスプリングの作動中における応力が高くなり、耐久性が劣化する。このため、装置の長寿命化の妨げになる。

本発明の課題は、特に低剛性側のトーションスプリングに作用する応力を軽減し、装置の長寿命化を図ることにある。

本発明の一側面に係るトルクコンバータ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・減衰するための装置であって、入力回転部材と、出力回転部材と、複数対の第１コイルスプリングと、中間子と、複数の第２コイルスプリングと、を備えている。複数対の第１コイルスプリングは入力回転部材と出力回転部材とを回転方向に弾性的に連結する。中間子は、入力回転部材及び出力回転部材に対して所定の角度範囲で相対回転自在であり、各対の第１コイルスプリングを直列的に作用させる。第２コイルスプリングは、長さが第１コイルスプリングの長さより短く、入力回転部材と出力回転部材とを回転方向に弾性的に連結する。そして、入力回転部材又は出力回転部材に対する中間子の相対回転は、中間子の一部が入力回転部材又は出力回転部材に当接することによって規制される。

このロックアップ装置では、エンジンからのトルクは入力回転部材から出力回転部材へと伝達される。このとき、捩り振動が発生すると、複数対の第１コイルスプリング及び複数の第２コイルスプリングの作動によって、捩り振動が吸収・減衰される。

この場合、まず、各対の第１コイルスプリングの圧縮が開始されると、各対の第１コイルスプリングの捩り剛性に応じて、捩り振動が吸収・減衰される（１段目の捩り特性）。次に、各対の第１コイルスプリングの作動途中で、中間子の一部が入力回転部材又は出力回転部材に当接する。これにより、中間子の機能は停止させられた状態で、第１コイルスプリングの捩じり剛性に応じて捩り振動が吸収・減衰される（２段目の捩り特性）。その後、第２コイルスプリングが圧縮されることにより、第２コイルスプリングの捩り剛性に応じて捩り振動が吸収・減衰される（３段目の捩り特性）。

ここでは、捩り特性を多段に設定することができる。また、中間子の一部を入力回転部材又は出力回転部材に当接させて中間子の相対回転を規制しているので、従来装置のように、第１コイルスプリングが線間密着しない領域で作動させることができ、第１コイルスプリングに作用する応力が軽減され、第１コイルスプリングの耐久性が向上する。

各対の第１コイルスプリングは、低剛性コイルスプリングと、低剛性コイルスプリングより捩じり剛性が高い高剛性コイルスプリングと、からなっているのが好ましい。また、中間子は、低剛性コイルスプリングが線間密着する前に入力回転部材及び出力回転部材に対する相対回転が規制されるのが好ましい。

ここでは、低剛性コイルスプリングが線間密着することがなく、したがって第１コイルスプリングの耐久性が向上する。

高剛性コイルスプリングは、入力回転部材及び出力回転部材に対する中間子の相対回転許容角度よりも広い捩じり角度範囲で作動するのが好ましい。

第２コイルスプリングは高剛性コイルスプリングの作動後に作動を開始するのが好ましい。

第２コイルスプリングは第１コイルスプリングの内周側に配置されているのが好ましい。この場合は、第１コイルスプリングと第２コイルスプリングとが径方向において異なる位置に配置されるので、設計の自由度が増す。

第２コイルスプリングの圧縮は、入力回転部材と出力回転部材の一部が当接して両部材の相対回転が規制されることによって規制されるのが好ましい。

以上のように本発明では、トルクコンバータ用のロックアップ装置において、特に低剛性側のトーションスプリングに作用する応力が軽減され、長寿命化を図ることができる。

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図。 図１のロックアップ装置を抽出して示す断面図。 ロックアップ装置の正面部分図。 リティニングプレートの正面図。 ドリブンプレートの正面図。 サポートプレートの正面部分図。 ロックアップ装置の捩り特性を示す図。 ロックアップ装置のトーションスプリング作動時のモデル図。

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１に示すＯ−Ｏは、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、図示しないフレキシブルプレートによってエンジン側の部材に連結され、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入力シャフトに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、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、ロックアップ装置６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、内周端にはセンターボス２ａが設けられ、外周部には、軸方向トランスミッション側に延びる外周側筒状部２ｂが形成されている。センターボス２ａは、軸方向に延びる円筒形状の部材であり、クランクシャフトの中心孔内に挿入されている。フロントカバー２の外周側には、円周方向に等間隔で複数のボルト８が固定されている。このボルト８に螺合するナットによって、フレキシブルプレートの外周部がフロントカバー２に固定される。

インペラ３は、主に、インペラシェル１０と、その内側に固定された複数のインペラブレード１１と、インペラシェル１０の内周部に固定されたインペラハブ１２とから構成されている。インペラシェル１０の外周縁がフロントカバー２の外周側筒状部２ｂの先端に溶接されている。

タービン４はインペラ３に対して軸方向に対向して配置されている。タービン４は、主に、タービンシェル１４と、タービンシェル１４のインペラ側の面に固定された複数のタービンブレード１５と、タービンシェル１４の内周縁に固定されたタービンハブ１６とから構成されている。タービンシェル１４とタービンハブ１６とは複数のリベット１７によって固定されている。また、タービンハブ１６の内周面には、トランスミッションの入力シャフトに係合するスプラインが形成されている。

ステータ５は、タービン４からインペラ３に戻る作動油の流れを整流するための機構であり、インペラ３の内周部とタービン４の内周部と間に配置されている。ステータ５は、主に、環状のステータシェル２０と、ステータシェル２０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。ステータシェル２０はワンウェイクラッチ２２を介して筒状の固定シャフト（図示しない）に支持されている。固定シャフトはトランスミッションの入力シャフトの外周面とインペラハブ１２の内周面との間を延びている。

フロントカバー２の内周部とタービンハブ１６との軸方向間にはスラストワッシャ２４が配置されている。また、タービンハブ１６とステータ５の内周部との間、及びステータ５とインペラ３との軸方向間には、それぞれスラストベアリング２５，２６が配置されている。

［ロックアップ装置６］
ロックアップ装置６は、フロントカバー２とタービン４との間に配置されており、両者を機械的に連結するための機構である。図２及び図３に示すように、ロックアップ装置６は、クラッチ部を構成するピストン２８と、リティニングプレート２９（入力回転部材）と、ドリブンプレート３０（出力回転部材）と、複数の外周側トーションスプリング３１（第１コイルスプリング）と、サポートプレート（中間子）３２と、複数の内周側トーションスプリング３３（第２コイルスプリング）と、を有している。なお、図２は図１のロックアップ装置６を抽出して示す図であり、図３はロックアップ装置６の正面図である。図３では、一部の構成部材を省略して示しており、かつ所定角度（後述する図７の屈曲点Ｐ１までの角度）だけ捩じられた状態を示している。

＜ピストン２８＞
ピストン２８は、クラッチ連結・遮断を行うための部材であり、中心孔が形成された円板状部材である。ピストン２８の内周縁には、軸方向エンジン側に延びる内周側筒状部２８ａが形成されている。内周側筒状部２８ａはタービンハブ１６のエンジン側の外周面によって回転方向及び軸方向に移動可能に支持されている。なお、タービンハブ１６のエンジン側の外周面には内周側筒状部２８ａの内周面に当接する環状のシールリング３５が設けられている。これにより、ピストン２８の内周縁において軸方向のシールがされている。

ピストン２８の外周側には摩擦連結部２８ｂが形成されている。摩擦連結部２８ｂは、半径方向に所定の長さを有する環状部分であり、フロントカバー２側の面には環状の摩擦フェーシング３６が接着されている。このように、ピストン２８とフロントカバー２の平坦な摩擦面とによって、ロックアップ装置６のクラッチ部が構成されている。

＜リティニングプレート２９及び内周側トーションスプリング３３＞
リティニングプレート２９は、環状に形成され、ピストン２８の外周部のタービン４側に配置されている。リティニングプレート２９は、図４に示すように、固定部２９ａと、複数の係合部２９ｂと、複数のスプリング収容部２９ｃと、複数のストッパ部２９ｄと、を有している。図４において、（ａ）は正面図であり、（ｂ）はＢ矢視図、（ｃ）はＣ矢視図である。

図２に示すように、固定部２９ａは、ピストン２８の側面に当接し、リベット３７によってピストン２８に固定されている。

係合部２９ｂは、固定部２９ａから外周側に延び、円周方向に等角度間隔で設けられている。図３（ｂ）に示すように、係合部２９ｂは、外周端部の一部（円周方向の両端部）がタービン側に折り曲げられている。そして、係合部２９ｂの円周方向の両端面が外周側トーションスプリング３１の円周方向の端面に当接可能である。

スプリング収容部２９ｃは固定部２９ａから内周側に延びた複数の延長部２９ｅに形成されている。延長部２９ｅは、円周方向において２つの係合部２９ｂの間に等角度間隔で形成されている。スプリング収容部２９ｃは延長部２９ｅの一部をタービン側に切り起こして形成された開口部である。このスプリング収容部２９ｃに内周側トーションスプリング３３が収容されている。

ストッパ部２９ｄは、図３（ｃ）に示すように、円周方向においてスプリング収容部２９ｃと同じ位置に、外周端の一部をタービン側に折り曲げて形成されている。

＜ドリブンプレート３０＞
図５はドリブンプレート３０の正面図である。ドリブンプレート３０は、環状でかつほぼ円板状に形成され、リティニングプレート２９のタービン側に配置されている。ドリブンプレート３０は、内周部に形成された環状の固定部３０ａと、外周部に形成された複数の係合部３０ｂと、固定部３０ａの外周側に形成された複数のスプリング作動部３０ｃと、複数の中間ストッパ部３０ｄと、最終ストッパ部３０ｅを有している。

固定部３０ａは、図２に示すように、タービンシェル１４とともにリベット１７によりタービンハブ１６に固定されている。複数の係合部３０ｂは、２個１組の係合部３０ｂが円周方向に等角度間隔で配置されている。各係合部３０ｂは、フロントカバー２側に折り曲げて形成されている。

スプリング作動部３０ｃは、円周方向に延びる円弧状の複数の開口である。このスプリング作動部３０ｃは、円周方向において、係合部３０ｂが形成されていない領域に形成されている。スプリング作動部３０ｃには、リティニングプレート２９のスプリング収容部２９ｃ及び内周側トーションスプリング３３の一部が収容可能である。また、スプリング作動部３０ｃの円周方向の両端には、フロントカバー２側に突出する突出部３０ｆ（図２参照）が形成されている。この突出部３０ｆは内周側トーションスプリング３３の円周方向の端面に当接可能である。

中間ストッパ部３０ｄは、１組の係合部３０ｂの円周方向間に形成され、タービン４側に折り曲げて形成されている。また、最終ストッパ部３０ｅは、１対の係合部３０ｂを挟むように形成されており、外周側に突出して形成されている。

＜サポートプレート３２及び外周側トーションスプリング３１＞
図６はサポートプレート３２の正面部分図である。サポートプレート３２は、環状に形成され、円板部３２ａと、複数の係合部３２ｂと、外周支持部３２ｃと、複数のストッパ部３２ｄと、を有している。サポートプレート３２は、リティニングプレート２９及びドリブンプレート３０に対して所定の角度範囲で相対回転自在に配置されている。

円板部３２ａは、外周側トーションスプリング３１のタービン４側に配置され、ピストンとともに外周側トーションスプリングの軸方向の移動を規制している。複数の係合部３２ｂは、円板部３２ａから内周側に延び、さらにフロントカバー２側に延びて先端が外周側に折り曲げられている。この係合部３２ｂを挟んで、１対の外周側のトーションスプリング３１が配置されている。外周支持部３２ｃは、円板部３２ａの外周部からフロントカバー２側に延びて形成され、外周側トーションスプリング３１の径方向への移動を規制している。ストッパ部３２ｄは、円板部３２ａの内周部をさらに内周側に延長して形成されたものであり、係合部３２ｂから一方向に所定の角度隔てて配置されている。

外周側トーションスプリング３１は、この例では３対設けられている。図３に示すように、各対の外周側トーションスプリング３１は、低剛性スプリング３１ａと、低剛性スプリング３１ａより高い剛性を有する高剛性スプリング３１ｂと、を有している。そして、前述のように、低剛性スプリング３１ａ及び高剛性スプリング３１ｂの対向する端面が係合部３２ｂに当接しており、両スプリング３１ａ，３１ｂは直列的に作用する。なお、これらの両スプリング３１ａ，３１ｂはともに内側トーションスプリング３３よりも自由長さが長い。

［動作］
エンジン回転数が低い領域では、ピストン２８のフロントカバー２側とタービン４側の油圧差によってピストン２８はタービン４側に移動している。このため、摩擦フェーシング３６はフロントカバー２から離れ、ロックアップが解除されている。

エンジン回転数が上昇すると、前記とは逆にピストン２８がフロントカバー２側に移動させられ、摩擦フェーシング３６がフロントカバー２の摩擦面に押し付けられる。この結果、フロントカバー２のトルクは、ピストン２８から、リティニングプレート２９及び外周側及び内周側のトーションスプリング３１，３３を介してドリブンプレート３０に伝達される。さらに、トルクは、ドリブンプレート３０からタービン４に伝達される。

以上のロックアップ状態においては、外周側及び内周側のトーションスプリング３１，３３によって、捩り振動が吸収・減衰される。以下、この点について説明する。

図７は、各トーションスプリング３１，３３が作動したときの捩り特性を示す図である。また、図８は、捩り特性の各段階で、各トーションスプリング３１，３３が作動したときのモデル図である。

フロントカバー２から捩り振動が入力され、リティニングプレート２９とドリブンプレート３０との間に相対回転が生じると、まず、外周側トーションスプリング３１がリティニングプレート２９とドリブンプレート３０との間で回転方向に圧縮される。この状態（図６のＪ１で示す領域及び図８（ａ）で示す状態）では、低剛性スプリング３１ａのみが圧縮される。なお、低剛性スプリング３１ａ及び高剛性スプリング３１ｂの剛性の設定によっては、Ｊ１領域で高剛性スプリング３１ｂが圧縮を始める場合もある。

具体的には、低剛性及び高剛性スプリング３１ａ，３１ｂは、リティニングプレート２９の係合部２９ｂとドリブンプレート３０の係合部３０ｂとの間で回転方向に圧縮される。このとき、サポートプレート３２は、両スプリング３１ａ，３１ｂとともに回転し、リティニングプレート２９及びドリブンプレート３０と相対回転する。

そして、捩り角度θが大きくなると、低剛性スプリング３１ａが線間密着する前に、サポートプレート３２のストッパ部３２ｄがドリブンプレート３０の中間ストッパ部３０ｄに当接し、サポートプレート３２とドリブンプレート３０との相対回転が禁止される。この状態が、図７における第１屈曲点Ｐ１に相当する。また、図３はこの状態を示しており、図８では（ｂ）に相当する。

この第１屈曲点Ｐ１からさらに捩じり角度θが大きくなると、サポートプレート３２とドリブンプレート３０との相対回転が禁止されているので、高剛性スプリング３１ｂのみが圧縮される。この状態が、図７におけるＪ２の領域である。図８では（ｂ）から（ｃ）に移行する状態である。

さらに捩り角度θが大きくなると、リティニングプレート２９のスプリング収容部２９ｃに収容された内周側トーションスプリング３３がドリブンプレート３０の開口（スプリング作動部３０ｃ）の端面の突出部３０ｆに当接し（図６の第２屈曲点Ｐ２及び図８（ｃ）に相当）、この時点から内周側トーションスプリング３３の圧縮が開始される。

第２屈曲点Ｐ２移行は、高剛性スプリング３１ｂ及び内周側トーションスプリング３３が圧縮される。この状態が、図６におけるＪ３の領域であり、図８（ｄ）に相当している。そして、最終的には、リティニングプレート２９のストッパ部２９ｄがドリブンプレート３０の最終ストッパ部３０ｅに当接し、リティニングプレート２９とドリブンプレート３０との相対回転が禁止される（図６のＰ３）。

［特徴］
以上のような本実施形態では、低剛性スプリング３１ａが線間密着する以前に、サポートプレート３２のストッパ部３２ｄをドリブンプレート３０の中間ストッパ部３０ｄに当接させている。このため、低剛性スプリング３１ａを線間密着させることなく多段の捩じり特性を実現することができる。したがって、低剛性スプリング３１ａの応力を軽減でき、耐久性を向上することができる。

［他の実施形態］
（ａ）前記実施形態では、サポートプレート３２のストッパ部３２ｄをドリブンプレート３０の中間ストッパ部３０ｄに当接させて、低剛性スプリング３１ａが線間密着しないように構成したが、サポートプレート３２の一部をりティニングプレートの一部に透雪させるようにしてもよい。

（ｂ）サポートプレートをドリブンプレートに当接させるための構成は、前記実施形態に限定されず、種々の構成が実現可能である。

（ｃ）前記実施形態では、外周側トーションスプリングの内周側に内周側トーションスプリングを配置したが、これらのトーションスプリングの配置は限定されない。例えば、同じ径方向の位置に第１コイルスプリングと第２コイルスプリングとを配置してもよい。

１ トルクコンバータ
６ ロックアップ装置
２９ リティニングプレート（入力回転部材）
２９ｄ ストッパ部
３０ ドリブンプレート（出力回転部材）
３０ｄ 中間ストッパ部
３０ｅ 最終ストッパ部
３１ 外周側トーションスプリング（第１コイルスプリング）
３１ａ 低剛性スプリング
３１ｂ 高剛性スプリング
３２ サポートプレート（中間子）
３２ｄ ストッパ部

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を回転方向に弾性的に連結する複数対の第１コイルスプリングと、
   前記入力回転部材及び前記出力回転部材に対して所定の角度範囲で相対回転自在であり、各対の前記第１コイルスプリングを直列的に作用させるための中間子と、
   長さが前記第１コイルスプリングの長さより短く、前記入力回転部材と前記出力回転部材とを回転方向に弾性的に連結する複数の第２コイルスプリングと、
   を備え、
   前記入力回転部材又は前記出力回転部材に対する前記中間子の相対回転は、前記中間子の一部が前記入力回転部材又は前記出力回転部材に当接することによって規制され、
   各対の前記第１コイルスプリングは、低剛性コイルスプリングと、前記低剛性コイルスプリングより捩じり剛性が高い高剛性コイルスプリングと、からなり、
   前記中間子は、前記低剛性コイルスプリングが線間密着する前に前記入力回転部材及び前記出力回転部材に対する相対回転が規制される、
   トルクコンバータのロックアップ装置。
2. 前記高剛性コイルスプリングは、前記入力回転部材及び前記出力回転部材に対する前記中間子の相対回転許容角度よりも広い捩じり角度範囲で作動する、
   請求項１に記載のトルクコンバータのロックアップ装置。
3. 前記第２コイルスプリングは前記高剛性コイルスプリングの作動後に作動を開始する、請求項２に記載のトルクコンバータのロックアップ装置。
4. 前記第２コイルスプリングは前記第１コイルスプリングの内周側に配置されている、請求項１から３のいずれかに記載のトルクコンバータのロックアップ装置。
5. 前記第２コイルスプリングの圧縮は、前記入力回転部材と前記出力回転部材の一部が当接して両部材の相対回転が規制されることによって規制される、請求項３に記載のトルクコンバータのロックアップ装置。

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