JP5821261B2 - 車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される自動変速機の多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータに関し、車両用変速機の技術分野に属する。

自動変速機に組み込まれて、エンジン出力を変速機構に伝達するトルクコンバータは、エンジンのクランクシャフトと一体的に回転するポンプと、該ポンプに対向配置され、該ポンプにより流体を介して駆動されるタービンと、該ポンプとタービンとの対向部の内側に配置されてトルク増大作用を行なうステータとで構成される。さらに、エンジンの燃費性能を向上させるため、トルク増大作用を利用する発進時等やポンプとタービンの相対回転を許容する必要がある変速時等を除いて、該ポンプとタービンとを直結するロックアップクラッチを設けることがあり、この場合には、ロックアップクラッチ締結時のショックを吸収するため、該ロックアップクラッチの入力側または出力側にロックアップダンパが配設される。

例えば下記特許文献１に開示されたトルクコンバータでは、インペラー、タービン及びステータからなるトーラス形状の流体作動部の外径Ｄ１に対する内径Ｄ２の比を０．６１〜０．７７の範囲内に設定、つまり前記外径Ｄ１と内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を１．２９８〜１．６３９の範囲内に設定することにより、前記流体作動部の内径Ｄ２を従来に比べて大きく設定し、該流体作動部の内周側に所定の大きさを有するロックアップダンパ（トーションスプリング）を配設することを可能とし、トルクコンバータの軸方向寸法を大きくすることなく、その性能を向上するように構成されている。

特開２００２−１４７５６３号公報

しかし、従来のトルクコンバータは、流体が循環する前記トーラスの外径Ｄ１との内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２に応じてトルクコンバータの容量係数が変化することが知られている。例えば、トーラスの外径Ｄ１が２４０ｍｍ〜２７０ｍｍの範囲内に設定されたトルクコンバータでは、図３に示すように、前記比Ｄ１／Ｄ２が１．５以下となった領域で、当該比Ｄ１／Ｄ２が小さくなるのに応じてトルクコンバータの容量係数Ｋｐが低下する傾向がある。したがって、特許文献１に記載されているように前記比Ｄ１／Ｄ２の下限値を１．３程度に設定した場合には、トルクコンバータの容量係数が小さくなって、エンジンの燃費が悪化するという問題があった。

また、エンジンの低速回転領域でロックアップクラッチを締結可能に構成することにより燃費を向上させるためには、トルクコンバータの内周側にロックアップクラッチを配設して油圧を迅速に供給し得るよう構成すると共に、そのクラッチ面積を確保するためにクラッチ板を多板化することにより、その作動応答性を向上させる必要がある。しかし、トーラスの内径が小さい従来のトルクコンバータにおいて、トルクコンバータの内周側に配設されたロックアップクラッチを多板化した場合には、該ロックアップクラッチと前記トーラスとが径方向にオーバラップしてトルクコンバータの軸方向寸法が大きくなることが避けられず、特にエンジンが軸方向を車体の幅方向に向けて配置されるＦＦ車（フロントエンジン・フロントドライブ車）の場合に、当該自動変速機の車体への搭載性が悪化することになる。これに対してトルクコンバータの軸方向寸法が大きくなるのを防止するために、前記ロックアップクラッチをトルクコンバータの外周側に配設した場合には、油圧の迅速な供給が困難となってピストンの応答性を維持することができないという問題がある。

さらに、トルクコンバータの内周側には、ワンウェイクラッチ及びスラストベアリング等からなる各部品が配設されている関係上、これに加えて前記ロックアップクラッチを軸方向に配設することが困難である。また、トーラスの外径Ｄ１が２４０ｍｍ〜２７０ｍｍの範囲内に設定されると共に、トーラスの外径Ｄ１との内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１．６よりも大きな値に設定されたトルクコンバータにおいて、トーラスの内周側部に配設される各部品と干渉させることなく、略円筒形状のロックアップクラッチを配設しようとした場合には、該ロックアップクラッチの径方向寸法を大きくしてトルクコンバータの軸方向寸法をコンパクト化せざるを得ないが、この構成ではロックアップクラッチの応答性が悪化するという問題がある。

そこで、本発明は、優れた性能を有すると共に、その軸方向寸法を効果的にコンパクト化することができる多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、エンジンの出力軸に連結されたケース内に、ポンプ、タービン及びステータで構成されるトーラスを備え、前記タービンとケースとを直結するロックアップクラッチが内周側に配設されると共に、ロックアップダンパが外周側に配設された車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータにおいて、前記トーラスの外径Ｄ１が２４０ｍｍ〜２７０ｍｍの範囲内に設定されると共に、前記ロックアップクラッチとロックアップダンパとが互いに軸方向にオーバラップした状態で配設され、前記トーラスの外径Ｄ１とトーラスの内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１．５〜１．６の範囲内に設定されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータにおいて、前記ケースの内周部におけるエンジン側及び反エンジン側の面の最も近接した部位の外面間の軸方向寸法をＷ１としたときに、２８≦Ｗ１≦０．０５×Ｄ１＋３４（単位：ｍｍ）となる関係式が成立するように、トーラスの外径Ｄ１、寸法Ｗ１が設定されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータにおいて、前記ケースの内周部におけるエンジン側及び反エンジン側の面の最も近接した部位の外面間の軸方向寸法をＷ１とし、前記ケースの前記部位より外周側のエンジン側及び反エンジン側の面の最も離間した部位の外面間の軸方寸法をＷ２としたときに、前記外面間の軸方向寸法Ｗ１と外面間の軸方向寸法Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２が０．５〜０．６の範囲内に設定されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータにおいて、前記ステータの内側に配設されたワンウェイクラッチが、前記トーラスの中心に対して軸方向のエンジン側にオフセットされていることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータにおいて、前記ロックアップクラッチは、前記ポンプの回転数と前記タービンの回転数とで規定される速度比が０．３以上の領域で締結制御されるものであることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータにおいて、当該トルクコンバータは、前進６速の自動変速機に搭載されるものであることを特徴とするものである。

以上の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、請求項１に記載の発明によれば、エンジン出力軸に連結されたケース内に、ポンプ、タービン及びステータでなるトーラスが形成されたトルクコンバータにおいて、前記ロックアップダンパと、その内周側に位置するロックアップクラッチとを互いに軸方向にオーバラップさせて配設したので、これらを軸方向にオフセットして配設した場合に比べてトルクコンバータの軸方向寸法を効果的にコンパクト化することができる。

その場合に、ロックアップダンパをロックアップクラッチよりもトルクコンバータの外周側に配置したことにより、ロックアップダンパの周方向に延びるように配設されるダンパスプリングの長さや収縮量を大きくすることができ、また、該スプリングに作用する遠心力が大きくなって、該スプリングの側部と該スプリングの保持部材との間の摺接による摩擦減衰効果が大きくなり、該ダンパを内周側に配置する場合に比べて、ロックアップクラッチ締結時のショック吸収作用が増大する。

また、ロックアップクラッチは、前記ダンパの内周側に配置することで、摩擦板やピストンの径を小さくして軽量化することができ、これにより、油圧の立ち上がりに対する応答性が向上し、外側に配置する場合に比べて、特に締結動作開始直後におけるスリップ状態の制御を緻密に行なうことが可能となる。その結果、前記ダンパのロックアップクラッチ締結時のショック吸収作用が増大することと相まって、該ロックアップクラッチを、ショックを生じることなく円滑かつ応答性よく締結することが可能となる。

さらに、請求項１に記載の発明においては、トーラスの外径Ｄ１と内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が、１．５〜１．６の範囲内に設定されていることにより、エンジンの定格出力トルクに対応させて設定される外径Ｄ１が同等であるとしたときに、Ｄ１／Ｄ２が約２もしくはそれ以上である従来のものに比べて、内径Ｄ２が大きくなる。

これにより、トーラスの内側における設計の自由度が向上し、例えば前記ロックアップクラッチをトーラスの内周側に配置したり、ケースの反エンジン側の面の内周部をエンジン側に寄せたりすることなどが可能となり、特にケースの反エンジン側の面の内周部をエンジン側に寄せれば、その背部に位置するオイルポンプをエンジン側に寄せて配置することが可能となって、自動変速機の全長が効果的に短縮されることになる。

ところで、前記比Ｄ１／Ｄ２を小さくし、トーラスの内径Ｄ２を大きくすると、トーラス内を循環する流体量が少なくなって、トルクコンバータの容量が小さくなり、また伝達効率も低下することになるが、その差は、主としてトルクコンバータの速度比（タービン回転数／ポンプ回転数）が大きな領域で現れる。

したがって、発進時等に、速度比が比較的小さい領域でロックアップクラッチの締結を開始すれば、トーラスの前記比Ｄ１／Ｄ２を小さくすることによる容量の減少や伝達効率の低下は、実質上、問題になることはない。

また、速度比が小さな領域でロックアップクラッチの締結を開始すると、速度比が大きな領域で締結を開始する場合に比べて該クラッチ締結時のショックが大きくなるが、前述のように、ロックアップクラッチを内側に、ダンパを外側に配置することでショックを効果的に抑制することが可能となるので、ロックアップクラッチの締結時に大きなショックが生じるのを回避できるという利点がある。

さらに、前記比Ｄ１／Ｄ２を小さくすると、この比が大きいものに比べてトルク比も小さくなるが、例えば前進６速等の多段型の自動変速機の場合には、低変速段の減速比を大きく設定することができるので、トルク比の減少による発進加速性能の低下等を回避することが可能である。

なお、前記トーラスの外径Ｄ１が２４０ｍｍ〜２７０ｍｍの範囲内に設定されたトルクコンバータにおいて、前記比Ｄ１／Ｄ２が１．５未満になると、トルクコンバータの容量係数が著しく低下して実用化が困難となり、前記比Ｄ１／Ｄ２が１．６を超えると、前記のようにトーラスの内径Ｄ２が小さくなることに起因して自動変速機の全長の短縮効果が十分得られなくなる。しかし、前記のようにトーラスの外径Ｄ１と内径Ｄ２との比を１．５〜１．６の範囲内に設定することにより、トルクコンバータの容量係数が低下するのを抑制しつつ、自動変速機の全長を効果的に短縮化することが可能となる。

以上のように、請求項１に記載の発明によれば、自動変速機の全長の短縮を実現しながら、締結ショックの増大を招くことなく、速度比が比較的小さい領域からロックアップクラッチの締結を開始させる制御が可能となり、このように制御すれば、トルクコンバータの容量の減少や伝達効率の低下の影響が回避されると共に、ロックアップクラッチの締結領域が拡大することにより、エンジンの燃費性能を向上することができる。また、当該自動変速機の多段化により加速性能の低下を回避することも可能である。

したがって、多段型の自動変速機に適用されるトルクコンバータとして、ロックアップクラッチの締結制御開始時のショックが少なく、かつ良好な発進加速性能等も維持され、しかも、コンパクトで、ＦＦ車における車載性に優れ、エンジンの燃費性能の向上にも寄与するトルクコンバータの実現が可能となる。

また、請求項２に記載の発明によれば、前記ケースの内周部におけるエンジン側及び反エンジン側の面の最も近接した部位の外面間の軸方向寸法Ｗ１を、２８≦Ｗ１≦０．０５×Ｄ１＋３４（単位：ｍｍ）となる関係式が成立するように設定したから、トーラスの外径Ｄ１の増大に応じて寸法Ｗ１が増大するときに、その増加率が小さく、該寸法Ｗ１の増大が抑制されることになる。したがって、定格出力の大きなエンジンに適用されるトルクコンバータにおいて、前記トーラスの外径Ｄ１を２４０ｍｍ〜２７０ｍｍの範囲内で大きな値に設定したとしても、前記軸方向寸法Ｗ１は比較的短く抑制されることになる。

そして、前記軸方向寸法Ｗ１が短く抑制されることにより、自動変速機の全長も短縮されることになる。つまり、トルクコンバータの内周部のエンジン側には、該トルクコンバータをエンジン出力軸に連結するためのクランクボルトの頭部が位置し、反エンジン側にはオイルポンプが位置するが、前記軸方向寸法Ｗ１が短く抑制されることにより、前記クランクボルトの頭部とオイルポンプとの間の軸方向の間隔を狭くすることができ、その結果、自動変速機の全長の短縮が可能となる。

これにより、トルクコンバータの軸方向寸法の増大を抑制しつつ、その性能を効果的に向上させることができるという前記請求項１の発明の効果が、広範囲の定格出力のエンジンに適用される自動変速機について、さらに充分に達成されることになる。

また、請求項３に記載の発明によれば、前記ケースの内周部におけるエンジン側及び反エンジン側の面の最も近接した部位の外面間の軸方向寸法Ｗ１と、ケースの前記部位より外周側のエンジン側及び反エンジン側の面の最も離間した部位の外面間の軸方寸法Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２を０．５〜０．６の範囲内に設定したから、この比Ｗ１／Ｗ２の値が大きい場合に比べて、トルクコンバータの内周部が大きくくびれることになり、前記クランクボルトの頭部とオイルポンプとの間の軸方向の間隔を確実に狭くすることができて、前記請求項１、２に記載の発明の効果がさらに確実に達成されることになる。

なお、前記比Ｗ１／Ｗ２が０．５未満の場合は、ステータを支持するワンウエイクラッチの収納が困難になるなど、実現性が乏しく、また、０．６を超えると、自動変速機の全長の短縮効果が十分得られなくなる。

そして、請求項４に記載の発明によれば、前記ステータの内側に配設されるワンウェイクラッチを前記トーラスの中心に対して軸方向のエンジン側にオフセットさせて配設したので、ケースの反エンジン側の面の内周部を確実にエンジン側へ寄せることが可能となり、前記請求項１〜３に記載の発明と同様の効果が実現される。
また、請求項５に記載の発明によれば、容量係数及び伝達効率が小さいことによる発進加速性能等に与える影響を回避することが可能となる。
また、請求項６に記載の発明によれば、低速変段の減速比を大きく設定することができるので、トルク比の減少による発進加速性能の低下等を回避することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るトルクコンバータの断面図である。 同トルクコンバータの特性を従来品と比較して示す特性図である。 トーラス外径と内径との比と容量係数との関係を示す特性図である。 本発明の第２実施形態に係るトルクコンバータの断面図である。 第１、第２実施形態に基づいて設定した寸法関係の範囲を規定する領域図である。 本発明の第３実施形態に係るトルクコンバータの断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るトルクコンバータを示すもので、このトルクコンバータ１は、その外殻を形成するケース１０を有し、該ケース１０は、そのエンジン側の半部を構成するフロントカバー１１の外周部に固設された複数のスタッドボルト１２と該ボルト１２に螺合されるナットＡとにより、エンジンのクランクシャフトＢの端部にクランクボルトＣを用いて取り付けられたドライブプレートＤの外周部に取り付けられ、これにより、トルクコンバータ１の全体がクランクシャフトＢに連結されて、図外のエンジンにより駆動されるようになっている。

なお、以下の説明では、便宜上、エンジン側（図の右側）を前方、反エンジン側（図の左側）を後方とする。

前記トルクコンバータ１は、主たる構成要素として、ポンプ２０、タービン３０、ステータ４０、ワンウェイクラッチ５０、ロックアップクラッチ（以下「クラッチ」ともいう）６０及びロックアップダンパ（以下「ダンパ」ともいう）７０を有し、これらが前記ケース１０内に収納されていると共に、該ケース１０内には流体が充満されるようになっている。

前記ポンプ２０は、ケース１０の後半部を構成するポンプシェル２１と、該シェル２１の外周部に設けられた後方へ膨出する湾曲部２１ａの内部に周方向に所定間隔を隔てて配設された多数のブレード２２とで構成されている。そして、ケース１０と一体的に回転することにより、該ケース１０内に充満されている流体を前記ブレード２２と湾曲部２１ａの内面とで案内して、その軸心回りに旋回しながら外方から前方へ向う流体の流れａを発生させるようになっている。

なお、前記ポンプシェル２１の内周端部には後方に延びるスリーブ２３が設けられており、該スリーブ２３の先端がトルクコンバータ１の後方に配設されたギヤ式オイルポンプＥのインナギヤＥ’に係合されることにより、クランクシャフトＢの回転によってケース１０及び前記スリーブ２３を介して、オイルポンプＥが駆動されるようになっている。

また、前記タービン３０は、外周部に前記ポンプシェル２１の湾曲部２１ａと反対側に湾曲する湾曲部３１ａを有するタービンシェル３１と、該シェル３１の湾曲部３１ａの内部に周方向に所定間隔を隔てて配設された多数のブレード３２と、前記シェル３１の内周端部に溶接によって結合されたタービンハブ３３とで構成されており、前記ポンプ２０の前方側に配置されて、ケース１０内に回転自在に収納されている。

そして、前記タービンシェル３１のブレード３２が配設された湾曲部３１ａと、前記ポンプシェル２１のブレード２２が配設された湾曲部２１ａとが対向配置されていることにより、前記ポンプ２０の回転によって生じた流体の流れａがタービンシェル３１の湾曲部３１ａ内に導入されて、該湾曲部３１ａの内面とブレード３２とによって内周側へ向う流れｂが形成され、この流れｂがブレード３２を押圧することにより、タービン３０が周方向に力を受け、ポンプ２０と同方向に駆動されるようになっている。そして、この駆動力は、前記タービンハブ３３の内周端部にスプライン嵌合されたタービンシャフトＦにより、当該自動変速機の変速機構へ伝達されるようになっている。

また、前記ステータ４０は、その内輪部４１と外輪部４２との間に、放射方向に延びる多数のブレード４３を周方向に所定間隔を隔てて設けて全体を一体化した構成とされ、前記ブレード４３が、前記ポンプ２０におけるブレード２２の内周側の端部とタービン３０におけるブレード３２の内周側の端部との間に位置するように配置されていることにより、タービン３０を駆動した流体の流れｂが該タービン３０側から導入されて、各ブレード４３の間を通過する流れｃが形成されるようになっている。

そして、この流れｃがポンプシェル２１の湾曲部２１ａに内周側から導入されて流れａとなることにより、ポンプ２０、タービン３０及びステータ４０の各ブレード２２、３２、４３の間を通過して循環する流体の流れが形成され、トルクコンバータ１の全体として、この循環流が形成されるドーナッツ状の空間、即ちトーラスＴが形成されるようになっている。

また、前記ワンウェイクラッチ５０は、前記ステータ４０を支持して該ステータ４０によるトルク増大作用を実現させるもので、アウタレース５１と、インナレース５２と、両レース５１、５２の間に介設された複数のスプラグ５３とを有し、アウタレース５１の外周面に前記ステータ４０の内輪部４１の内周面が圧入されてスプライン嵌合されると共に、インナレース５２は、内周面が当該自動変速機の変速ケースの一部であるオイルポンプスリーブＧの先端にスプライン嵌合されることにより、変速機ケースに固定されるようになっている。

なお、前記ワンウェイクラッチ５０のアウタレース５１は、その前方に位置するタービンハブ３３との間、及び後方に位置するポンプシェル２１の内周部との間にそれぞれ配設されたスラストベアリング５４、５５により軸方向の位置が規制されており、これにより、前記ステータ４０がポンプ２０及びタービン３０に対して軸方向に位置決めされている。

そして、ステータ４０は、前記流体の流れｃにより、ブレード４３の一方の面に押圧力が作用して一方向の回転力を受けたときに、ワンウエィクラッチ５０が空転することにより自由に回転し、また、ブレード４３の他方の面に押圧力が作用して他方向の回転力を受けたときには、ワンウエィクラッチ５０がロックすることにより固定される。このとき、トルク増大作用が発生し、エンジンからポンプ２０に入力されたトルクが増大されて、タービン３０からタービンシャフトＦに出力される。

その場合に、トルク比が１以上となるトルク増大作用は、速度比が０から０．８〜０．９までの範囲で得られるのが通例であり、速度比０でトルク比（トルクの増大率）が最大となる（図２参照）。

一方、前記クラッチ６０は、同芯状に配置されたクラッチハブ６１及びクラッチドラム６２と、該ハブと６１とドラム６２との間に配設され、これらに交互に係合された複数の摩擦板６３と、前記クラッチハブ６１に一体的に設けられたピストンシリンダ６４に摺動自在に収納されたピストン６５とを有し、前記クラッチハブ６１及びピストンシリンダ６４が、フロントカバー１１の内面に溶接により固着されている。

そして、前記ピストンシリンダ６４内におけるピストン６５の背部が油圧室６６とされ、該油圧室６６に、前記タービンシャフトＦに設けられた油穴Ｆ’から、フロントカバー１１とその内面に固着されたプレート部材６７との間に設けられた油路６７ａや、前記ピストンシリンダ６４に設けられた油孔６４ａ等を通って作動油圧が導入されたときに、ピストン６５により前記複数の摩擦板６３がリテーナ６８側に押付けられ、該クラッチ６０が締結されるようになっている。

さらに、前記ダンパ７０は、スプリング保持プレート７１と、該プレート７１に沿って周方向に延びるように配設されるとともに一端が該プレート７１に設けられたスプリング受け部７１ａに受け止められた複数のダンパスプリング７２と、前記タービンシェル３１の外周部の外面に固着されて前方へ突出し、前記ダンパスプリング７２の他端を受けるスプリング受け部材７３とを有する。

そして、前記保持プレート７１の内周部が前記クラッチ６０のドラム６２に結合され、該クラッチ６０が締結されたときに、フロントカバー１１の回転、即ちクランクシャフトＢの回転が、該クラッチ６０を介してダンパ７０のスプリング保持プレート７１に入力され、ダンパスプリング７２を圧縮しながらスプリング受け部材７３からタービン３０に伝達されるようになっている。

なお、前記スプリング受け部材７３には、タービンシェル３１に固着された基部７３ａの内周端部から前方に突出するストッパ部７３ｂが設けられており、該ストッパ部７３ｂが前記スプリング保持プレート７１に設けられた周方向に長い長穴７１ｂに突入されていることにより、該スプリング受け部材７３とスプリング保持プレート７１の相対回転が所定量に規制され、ダンパスプリング７２の過度な圧縮が阻止されるようになっている。

ここで、このトルクコンバータ１の作用を説明すると、まず、発進時や変速時等のクラッチ６０の非締結時には、エンジンのクランクシャフトＢと一体的に回転するポンプ２０により、トーラスＴ内で循環する流体を介してタービン３０が駆動され、タービンシャフトＦを介して変速機構に動力が伝達されることになる。その場合に、速度比が約０．８〜０９以下のコンバータ領域では、ステータ４０のトルク増大作用により、エンジン出力トルクが増大されて変速機構へ出力される。

また、発進時や変速時等以外の運転状態において、前記タービンシャフトＦに設けられた油穴Ｆ’から油路６７ａ、油孔６４ａ等を介してクラッチ６０の油圧室６６に作動油圧を供給すれば、該クラッチ６０が締結されて、ケース１０のフロントカバー１１とタービン３０とがダンパ７０を介して連結されることになり、エンジン出力トルクは、クランクシャフトＢからケース１０、クラッチ６０及びダンパ７０を介して直接タービン３０に伝達されるロックアップ状態となる。このロックアップ状態では、動力は流体を介することなく変速機構へ伝達されることにより、クラッチ６０の非締結時よりトルク伝達効率が向上し、エンジンの燃費性能が向上する。

そして、クラッチ６０を締結する際には、該クラッチ６０の締結時のショックを抑制するため、前記油圧室６６に供給する油圧を制御して該クラッチ６０を一旦スリップ状態とし、その後、完全に締結するのであるが、該クラッチ６０の複数の摩擦板６３が接触し始めてトルクの伝達が開始されたときに、ダンパ７０のダンパスプリング７２が圧縮されることによりトルク伝達開始時のショックが吸収され、これにより、クラッチ６０が円滑に締結されることになる。

次に、このトルクコンバータ１の前記各構成要素の配置や寸法関係等と、それに伴う作用効果について説明する。

まず、前記クラッチ６０は、前記フロントカバー１１とタービンシェル３１との間の空間における径方向の中間部において、タービンシェル３１の湾曲部３１ａより内周側、つまりタービンシャフトＦの軸心側に配置されている。その場合に、前記フロントカバー１１における径方向の中間部が前方に膨出されて膨出部１１ａが形成されると共に、前記タービンシェル３１における湾曲部３１ａの内周側が後方へ凹陥され、該フロントカバー１１の膨出部１１ａとタービンシェル３１の凹陥部３１ｂとの間に、クラッチ６０を収納するための軸方向スペースが確保されている。

また、前記ダンパ７０は、前記フロントカバー１１とタービンシェル３１との間の空間の最外周部に配置され、前記クラッチ６０の外側で該クラッチ６０と軸方向にオーバラップした位置に配置されている。このようにクラッチ６０とダンパ７０とを軸方向にオーバラップさせた状態でケース１０内に収納するように構成した場合には、前記クラッチ６０とダンパ７０とを軸方向にオフセットして配設した場合のようにトルクコンバータ１の軸方向寸法ないし当該自動変速機の全長が増大することがなく、該軸方向寸法を効果的に低減して自動変速機の全長を短縮化することができる。

その場合に、クラッチ６０を内側に、ダンパ７０を外側に配置したことにより、前述のように、クラッチ締結時のショックの吸収効果が増大すると共に、クラッチ締結動作開始時におけるスリップ制御を応答性よく緻密に行なうことが可能となり、該クラッチ締結時のショックが効果的に抑制されることになる。

また、前記フロントカバー１１におけるクラッチ６０を収納した膨出部１１ａの内周側は後方に凹陥され、この凹陥部１１ｂ内に前記クランクボルトＣの頭部を位置させることにより、フロントカバー１１ないしトルクコンバータ１の全体をエンジンに近接させることが可能とされている。

さらに、前記ステータ４０の内輪部４１は、外輪部４２、即ち前記トーラスＴの中心に対して前方へオフセットされ、これに伴ってワンウェイクラッチ５０の軸方向の配設位置も前方側へ寄せられていると共に、その後方に位置するポンプシェル２１の湾曲部２１ａの内周側が前方に凹陥されており、この凹陥部２１ｂにより、その後方に位置するオイルポンプＥをエンジン側へ寄せることが可能とされている。

そして、前記フロントカバー１１の凹陥部１１ｂ内にクランクボルトＣの頭部を位置させると共に、ポンプシェル２１の凹陥部２１ｂによってオイルポンプＥをエンジン側へ寄せることができるように構成したため、該クランクボルトＣの頭部とオイルポンプＥとの軸方向の間隔を狭くすることが可能となり、これにより、当該自動変速機の全長が効果的に短縮されることになる。

さらに、トルクコンバータ１の流体が循環するトーラスＴの流路の外径（ポンプ２０及びタービン３０のブレード２２、３２の先端部が位置する円周の直径）Ｄ１は、２４０ｍｍ〜２７０ｍｍの範囲内に設定されると共に、前記トーラスＴの外径Ｄ１とトーラスＴの内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１．５〜１．６の範囲内に設定されている。

例えば前記第１実施形態に係るトルクコンバータ１では、トーラスＴの外径Ｄ１及び内径Ｄ２と、その比Ｄ１／Ｄ２は以下の値に設定されている。

Ｄ１＝２４６ｍｍ
Ｄ２＝１５８ｍｍ
Ｄ１／Ｄ２＝１．５６
また、前記フロントカバー１１の内周部における凹陥部１１ｂの外面と、前記ポンプシェル２１の内周部における凹陥部２１ｂの外面との間、即ちケース１０の前後の面が最も近接した部位の外面間の軸方向寸法Ｗ１と、前記フロントカバー１１における膨出部１１ａの外面と前記ポンプシェル２１における湾曲部２１ａの外面との間、即ちケース１１の前後の面が最も離間した部位の外面間の軸方向寸法Ｗ２と、これらの比Ｗ１／Ｗ２は、以下のように設定されている。

Ｗ１＝４３．３ｍｍ
Ｗ２＝７９．０ｍｍ
Ｗ１／Ｗ２＝０．５５
そして、このような寸法を有する第１実施形態のトルクコンバータ１と、一般的に市販されているものであって、下記の寸法を有する比較例に係るトルクコンバータとの特性を比較すると、図２に示すようになる。

Ｄ１＝２３６ｍｍ
Ｄ２＝９９ｍｍ
Ｄ１／Ｄ２＝２．３８
前記寸法と図２に示す特性とから、第１実施形態のトルクコンバータ１は、次のような特徴を有するということができる。

まず、前記トーラス外径Ｄ１は、トルクコンバータが適用されるエンジンの定格出力に対応させて設定された寸法であり、比較例においても略同等の値を有している。これに対して第１実施形態に係るトルクコンバータ１では、そのトーラス内径Ｄ２が比較例に比べて大きな値に設定されることにより、前記外径Ｄ１の内径Ｄ２に対する比が比較例に比べてトルクコンバータ１が小さく設定されてトーラスＴが細く形成されている。この場合、図２に示すように、第１実施形態に係るトルクコンバータ１の容量係数、伝達効率及びトルク比が比較例より小さくなる。

しかし、容量係数及び伝達効率が比較例より小さくなるのは、速度比が約０．３以上の領域であるので、発進時等に速度比が比較的小さい領域でクラッチ６０の締結制御（スリップ制御）を開始すれば、容量係数及び伝達効率が小さいことによる発進加速性能等に与える影響を事実上回避することができる。また、速度比が小さい領域でクラッチ６０の締結制御を開始するとショックが大きくなるという問題に対しては、前述のように、クラッチ６０を内側に、ダンパ７０を外側に配置することによるショック吸収効果の向上によって回避可能である。

また、トルク比の低下に対しては、例えば前進６速等の多段型の自動変速機の場合には、低変速段の減速比を大きく設定することができるので、この第１実施形態のトルクコンバータ１をこのような多段型の自動変速機に用いて低変速段の減速比を大きく設定することにより、トルク比の減少による発進加速性能の低下等を回避して良好な発進加速性能を維持することができる。

その結果、このトルクコンバータ１によれば、自動変速機の全長が効果的に短縮されると共に、クラッチ締結時のショックの増大や発進加速性能の低下を招くことがなく、また、速度比が比較的小さいエンジンの低速回転領域でクラッチ６０の締結を開始してロックアップ状態とすることによりエンジンの燃費性能の向上が可能となる。

さらに、トーラスＴの外径Ｄ１が２４０ｍｍ〜２７０ｍｍの範囲内に設定されたトルクコンバータにおいて、図３に示すように、前記比Ｄ１／Ｄ２が１．５以下となった領域では、当該比Ｄ１／Ｄ２が小さくなるのに応じてトルクコンバータ１の容量係数が低下しエンジンの燃費が悪化する傾向があるが、前記のように前記比Ｄ１／Ｄ２の下限値を１．５に設定することにより、トルクコンバータ１の容量係数が小さくなることに起因するエンジンの燃費が防止できるという利点がある。

また、前記トーラスＴの外径Ｄ１と内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を１．６以下に設定したため、トーラスＴの内径Ｄ２が小さくなり過ぎることを防止し、前記ロックアップクラッチ６０とロックアップダンパ７０とを互いに軸方向にオーバラップさせた状態でケース１０内において配設することができ、これにより自動変速機の全長を効果的に短縮化することができるという利点がある。

また、前記第１実施形態では、ケース１０の前後の面が最も離間した部位の外面間の軸方向寸法Ｗ２に対して、該ケース１０の内周部の前後の面が最も近接した部位の外面間の軸方向寸法Ｗ１の比を、比較的小さい値である０．５５に設定したため、該ケース１０の内周部が十分にくびれた形状として、前方に位置するクランクボルトＣの頭部と後方に位置するオイルポンプＥとを近接させることが可能であり、当該自動変速機の全長をさらに効果的に短縮化することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

この第２実施形態の構成要素は前記第１実施形態と同様であり、図４に示すように、この実施形態に係るトルクコンバータ１０１も、外殻を形成するケース１１０がドライブプレートＤを介してクランクシャフトＢの端部に連結されるようになっていると共に、主たる構成要素として、ポンプ１２０、タービン１３０、ステータ１４０、ワンウェイクラッチ１５０、クラッチ１６０及びダンパ１７０を有し、これらが前記ケース１１０に収納されている。

また、前記各要素１１０〜１７０のそれぞれの構成や、これらの配置は、前記第１実施形態に係るトルクコンバータ１では、ダンパスプリング７２の中心がトーラスＴの外径Ｄ１に対応した位置に配設されているのに対し、第２実施形態に係るトルクコンバータ１０１では、ダンパスプリング７２の外周部がトーラスＴの外径Ｄ１に対応した位置に配設されている点を除いて、略同様に構成されている。

つまり、この第２実施形態のトルクコンバータ１０１においても、前記クラッチ１６０は、フロントカバー１１１とタービンシェル１３１との間の空間における径方向の中間部において、タービンシェル１３１の湾曲部１３１ａより内側に配置されていると共に、該クラッチ１６０を収納するために、前記フロントカバー１１１における径方向の中間部に前方への膨出部１１１ａが設けられると共に、前記タービンシェル１３１における湾曲部１３１ａの内周側に後方への凹陥部１３１ｂが設けられている。

また、前記ダンパ１７０は、前記フロントカバー１１１とタービンシェル１３１との間の空間の最外周部に配置され、前記クラッチ１６０の外側で該クラッチ１６０と軸方向にオーバラップさせて配置されており、これにより、ケース１１０内にクラッチ１６０とダンパ１７０とを収納することによるトルクコンバータ１０１の軸方向寸法ないし当該自動変速機の全長の増大が抑制されている。

また、前記フロントカバー１１１におけるクラッチ１６０を収納した膨出部１１１ａの内周側に凹陥部１１１ｂが設けられ、この凹陥部１１１ｂ内にクランクボルトＣの頭部が位置するようになっている。

さらに、前記ステータ１４０の内輪部１４１が外輪部１４２に対して前方へオフセットされていると共に、ワンウェイクラッチ１５０の軸方向の配設位置が前方へ寄せられていることにより、その後方に位置するポンプシェル１２１の湾曲部１２１ａの内周側に前方への凹陥部１２１ｂが設けられ、その後方に位置するオイルポンプＥをエンジン側へ寄せることが可能とされている。

そして、前記フロントカバー１１１の凹陥部１１１ｂにクランクボルトＣの頭部を位置させることと、ポンプシェル２１の凹陥部１２１ｂによってオイルポンプＥをエンジン側へ寄せることとにより、前記第１実施形態のトルクコンバータ１と同様に、自動変速機の軸方向寸法が確実に短縮されることになる。

さらに、この第２実施形態に係るトルクコンバータ１０１においては、トーラスＴの外径Ｄ１及び内径Ｄ２は以下のように設定されると共に、その比Ｄ１／Ｄ２は前記第１実施形態のトルクコンバータ１と同じ値に設定されている。

Ｄ１＝２６５ｍｍ
Ｄ２＝１７０ｍｍ
Ｄ１／Ｄ２＝１．５６
また、ケース１１０の前後の面が最も近接した部位の外面間の軸方向寸法Ｗ１と、最も離間した部位の外面間の軸方向寸法Ｗ２は以下のように設定されると共に、これらの比Ｗ１／Ｗ２は、は前記第１実施形態のトルクコンバータ１と同じ値に設定されている。

Ｗ１＝４４．２ｍｍ
Ｗ２＝７９．９ｍｍ
Ｗ１／Ｗ２＝０．５５
したがって、この第２実施形態のトルクコンバータ１０１によっても、第１実施形態のトルクコンバータ１と同様に、自動変速機の全長が確実に短縮されると共に、クラッチ締結時のショックの増大や発進加速性能の低下を招くことがなく、また、速度比が比較的小さい領域でクラッチを締結開始させることによりエンジンの燃費性能の向上が可能となる。

そして、前記第１、第２実施形態のトーラスＴの外径Ｄ１と、ケース１０、１１０の前後の面が最も近接した部位の外面間の軸方向寸法Ｗ１との値から下記関係式が得られる。

Ｗ１≒０．０４７×Ｄ１＋３１．７
この関係式は、当該トルクコンバータ１、１００が適用されるエンジンの定格出力に対応するトーラス外径Ｄ１の増加に対して、ケース１０、１１０の最もくびれた部位の軸方向寸法Ｗ１の増加が極めて少ないことを示し、第１、第２実施形態に係るトルクコンバータ１、１０１は、最も薄い部分の厚さＷ１がもともと薄くされているだけに限らず、定格出力の大きさに応じてトーラス外径Ｄ１が変化した場合でも、その厚さがほとんど変化しないことを意味する。

そこで、図５に示すように、本発明においては、第１、第２実施形態のトルクコンバータ１、１０１の寸法Ｄ１、Ｗ１を示す点Ｘ、Ｙに基づき、若干の幅を持たせて、以下のような関係式を設定し、トーラス外径Ｄ１に対するケース１０、１１０の最もくびれた部位の軸方向寸法Ｗ１の範囲を図５の斜線部に示すように設定した。なお、前記寸法Ｗ１が２８ｍｍ未満では、ケース１０、１１０の基端部及びワンウェイクラッチ５０のインナレース５２等を設置するためのスペースを確保することができず、実現性がないので、前記範囲はＷ１≧２８以上とした。

Ｗ１≦０．０５×Ｄ１＋３４
この範囲内では、トーラス外径Ｄ１が１８０〜２７０の範囲で、前記寸法Ｗ１は、４３〜４７．５の範囲で変化するだけである。

このように、ケース１０、１１０の内周部における最もくびれた部位の軸方向寸法Ｗ１の範囲を規定することにより、本発明によれば、前述のように、クランクボルトＣの頭部とオイルポンプＥとの間隔を狭くすることができ、広範囲の定格出力のエンジンに適用される自動変速機について、いずれも全長が効果的に短縮されることになる。

なお、前記第１実施形態のトルクコンバータ１（第２実施形態のトルクコンバータ１０１も同様）においては、ダンパ７０のスプリング保持プレート７１がクラッチ６０のドラム６２に、スプリング受け部材７３がタービンシェル３１にそれぞれ結合され、該ダンパ７０がクラッチ６０とタービン３０との間に介設された構成とされているが、図６に示すトルクコンバータ２０１のように、ダンパ２７０をフロントカバー２１１とクラッチ２６０との間に介設してもよい。

つまり、図６に示す第３実施形態に係るトルクコンバータ２０１においては、フロントカバー２１１とタービンシェル２３１との間の空間の径方向の中間部にクラッチ２６０が配設されると共に、該空間の最外周部にダンパ２７０が配置された構成において、前記ダンパ２７０のダンパスプリング２７２を保持するスプリング保持プレート２７１がフロントカバー２１１の内面の最外周部に溶接により固着され、ダンパスプリング２７２の一端を受け止めるスプリング受け部材２７３がクラッチ２６０のドラム２６２に連結されている。

そして、該クラッチ２６０のハブ２６１と一体のピストンシリンダ２６４が前記タービンシェル２３１に溶接により固着され、ピストン２６５の背部に油圧室２６６が形成されていると共に、その内周側にプレート部材２６７が配設され、該プレート部材２６７とタービンハブ２３３及びタービンシェル２３１との間に、前記油圧室２６６に油圧を供給するための油路２６７ａが形成されている。

したがって、このトルクコンバータ２０１においても、クラッチ２６０の油圧室２６６に作動油圧を供給すれば、ピストン２６５によって摩擦板２６３がリテーナ２６８側に押付けられて該クラッチ２６０が締結され、これにより、フロントカバー２１１とタービン２３０とが連結されることになるが、その際に、該フロントカバー２１１とクラッチ２６０との間に介設されたダンパ２７０のダンパスプリング２７２が圧縮されることにより、締結開始時のショックが吸収されることになる。

なお、このトルクコンバータ２０１の前記クラッチ２６０及びダンパ２７０以外の構成要素の配置や寸法関係等は前記第１実施形態に係るトルクコンバータ１と同じであり、したがって、このトルクコンバータ２０１によっても、前記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

以上のように、本発明によれば、ロックアップクラッチ締結時の応答性やショックの吸収性が良く、しかもコンパクトなトルクコンバータが実現され、したがって、この種のトルクコンバータないし自動変速機、或いはこれを搭載する車両の製造技術分野において、好適に利用される可能性がある。

１、１０１、２０１ トルクコンバータ
１０、１１０ ケース
２０、１２０ ポンプ
３０、１３０、２３０ タービン
４０、１４０ ステータ
６０、１６０、２６０ ロックアップクラッチ
７０、１７０、２７０ ロックアップダンパ
Ｔ トーラス

Claims (6)

1. エンジンの出力軸に連結されたケース内に、ポンプ、タービン及びステータで構成されるトーラスを備え、前記タービンとケースとを直結するロックアップクラッチが内周側に配設されると共に、ロックアップダンパが外周側に配設された車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータにおいて、
   前記トーラスの外径Ｄ１が２４０ｍｍ〜２７０ｍｍの範囲内に設定されると共に、
   前記ロックアップクラッチとロックアップダンパとが互いに軸方向にオーバラップした状態で配設され、
   前記トーラスの外径Ｄ１とトーラスの内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１．５〜１．６の範囲内に設定されていることを特徴とする車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ。
2. 前記ケースの内周部におけるエンジン側及び反エンジン側の面の最も近接した部位の外面間の軸方向寸法をＷ１としたときに、２８≦Ｗ１≦０．０５×Ｄ１＋３４（単位：ｍｍ）となる関係式が成立するように、トーラスの外径Ｄ１、寸法Ｗ１が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ。
3. 前記ケースの内周部におけるエンジン側及び反エンジン側の面の最も近接した部位の外面間の軸方向寸法をＷ１とし、前記ケースの前記部位より外周側のエンジン側及び反エンジン側の面の最も離間した部位の外面間の軸方寸法をＷ２としたときに、前記外面間の軸方向寸法Ｗ１と外面間の軸方向寸法Ｗ２との比Ｗ１／Ｗ２が０．５〜０．６の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ。
4. 前記ワンウェイクラッチが、前記トーラスの中心に対して軸方向のエンジン側にオフセットした位置に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ。
5. 前記ロックアップクラッチは、前記ポンプの回転数と前記タービンの回転数とで規定される速度比が０．３以上の領域で締結制御されるものである、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ。
6. 前記トルクコンバータは、前進６速の自動変速機に搭載されるものである、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用多板式ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ。

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