JP5951082B2 - トルクコンバータ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、エンジン側の部材に連結されるフロントカバーとトルクコンバータのタービンとの間に配置された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おいては、燃費低減のためにロックアップ装置が設けられている。ロックアップ装置は、タービンとフロントカバーとの間に配置されており、フロントカバーとタービンとを機械的に連結して両者の間でトルクを直接伝達するものである。

ロックアップ装置は、一般に、ピストンと、複数のトーションスプリングを有するダンパ機構と、を有している。ピストンは、油圧の作用によってフロントカバーに押し付けられ、フロントカバーからトルクが伝達される。そして、ピストンは、複数のトーションスプリングによって、タービンに連結された出力側の部材に弾性的に連結されている。このようなロックアップ装置では、ピストンに伝達されたトルクは、複数のトーションスプリングを介して出力側の部材に伝達され、さらにタービンに伝達される。

また、特許文献１のロックアップ装置では、イナーシャ部材を含むダイナミックダンパ装置を設けることによって、エンジンの回転変動を抑えるようにしている。この特許文献１のダイナミックダンパ装置は、タービンシェルにプレートが固定されており、このプレートに相対回転可能にイナーシャ部材が装着されている。また、プレートとイナーシャ部材との間にはコイルスプリングが設けられている。

特許第５５５５７８４号公報

特許文献１のダイナミックダンパ装置では、ダイナミックダンパ装置をタービンシェルに溶接して固定している。このため、製造工程が多く、煩雑である。また、ダイナミックダンパ装置を構成するための部材の数も増え、コスト削減の妨げになる。

本発明の課題は、簡単な構成で、かつ製造コストを抑えることができるダイナミックダンパ装置を提供することにある。

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、エンジン側の部材に連結されるフロントカバーとトルクコンバータのタービンとの間に配置されている。このロックアップ装置は、クラッチ部と、入力側プレートと、出力側プレートと、ダンパ部と、ダイナミックダンパ装置と、を備えている。クラッチ部はフロントカバーからトルクが入力される。入力側プレートはクラッチ部からトルクが入力される。出力側プレートは、入力側プレートと相対回転自在であり、タービンに連結されている。ダンパ部は、入力側プレートと出力側プレートとを回転方向に弾性的に連結する。ダイナミックダンパ装置は、出力側プレートの外周部に設けられ、回転速度変動を減衰する。

この装置では、フロントカバーから入力されたトルクは、クラッチ部を介して入力側プレートに入力され、ダンパ部及び出力側プレートを介してタービンに出力される。出力側プレートの外周部にはダイナミックダンパ装置が設けられており、このダイナミックダンパ装置によって回転速度変動を抑えることができる。

ここでは、出力側プレートの外周部にダイナミックダンパ装置を設けているので、タービンシェルに溶接する等の作業が不要になる。したがって、構成及び製造工程が簡単になる。また、従来装置のように、タービンシェルに固定された別部材としてのプレートが不要になり、コストを抑えることができる。

本発明の別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、出力側プレートは、軸方向に対向して配置され互いに連結された第１プレート及び第２プレートを有している。入力側プレートは、第１プレートと第２プレートとの軸方向間に配置されている。

本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、ダイナミックダンパ装置はトルクコンバータのトーラス中心より外周側に配置されている。

トルクコンバータの外周側には、一般的に比較的広い空間が形成されている。そこで、この空間にダイナミックダンパ装置を配置することによって、装置全体の軸方向寸法を短縮することができる。

本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、ダイナミックダンパ装置は、第１イナーシャリング及び第２イナーシャリングと、複数の弾性部材と、を有している。第１イナーシャリング及び第２イナーシャリングは、出力側プレートの外周部を軸方向において挟むように、かつ出力側プレートと相対回転自在に配置され、互いに相対回転不能に連結されている。複数の弾性部材は、出力側プレートと第１及び第２イナーシャリングとを回転方向に弾性的に連結する。

ここでは、出力側プレートの外周部をダイナミックダンパ装置の一部として利用しているので、前述のように、従来装置のような別部材としてのプレートが不要になる。

本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、第１及び第２イナーシャリングは弾性部材を収容する窓部を有している。窓部は、弾性部材の回転方向の両端に当接する端面と、弾性部材の軸方向の移動を規制する規制部と、を有している。

ここでは、第１及び第２イナーシャリングの窓部に弾性部材が収容されている。そして、窓部の端面に、弾性部材の端面が当接している。また、窓部の規制部によって、弾性部材の軸方向の移動が規制されている。

本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、弾性部材は円弧状のコイルスプリングである。

ここでは、ダイナミックダンパ装置の弾性部材は円弧状のコイルスプリング（いわゆるアークスプリング）である。このため、比較的低い回転数域においてヒステリシストルクを発生することができ、低い回転数域においても回転速度変動を効果的に抑えることができる。

本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、弾性部材は、トルクコンバータのトーラスより外周側で、かつ軸方向においてトーラスと重なる位置に配置されている。

この装置では、ダイナミックダンパ装置の弾性部材がトルクコンバータのトーラスより外周側の空間に配置されており、しかも軸方向においてトーラスと重なる位置に配置されている。このため、装置全体の軸方向寸法を短縮することができる。

本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、ダンパ部は、外周側ダンパ部と、内周側ダンパ部と、を有している。外周側ダンパ部は、フロントカバーからのトルクが入力される複数の外周側トーションスプリングを有する。内周側ダンパ部は、外周側ダンパ部の内周側に配置され、出力側プレートにトルクを伝達する複数の内周側トーションスプリングを有する。また、入力側プレートは、環状に形成されており、外周部に外周側トーションスプリングに係合する複数の外周側係合部を有し、内周部に内周側トーションスプリングに係合する内周側係合部を有する。

本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、外周側トーションスプリング及び内周側トーションスプリングの少なくとも一方は、円弧状のコイルスプリングである。

ここでは、外周側トーションスプリング及び内周側トーションスプリングの少なくとも一方が円弧状に形成されているので、捩じり特性の低剛性化及び捩じり角度の広角度化が実現できる。

本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、フロントカバーに固定されるとともに一部が外周側トーションスプリングに係合し、フロントカバーからのトルクを外周側トーションスプリングに伝達するドライブプレートをさらに備えている。

以上のように、本発明では、ロックアップ装置のダイナミックダンパ装置を、簡単な構成で、かつ製造コストを抑えて実現することができる。

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。 図１のロックアップ装置を抽出して示す図。 ストッパ機構の断面構成図。 図１のダイナミックダンパ装置を抽出して示す図。 ダイナミックダンパ装置の正面部分図。

［全体構成］
図１に本発明の一実施形態によるトルクコンバータ１を示している。図１の左側にはエンジンが配置され、図１の右側にはトルクコンバータ及びトランスミッションが配置されている。図１に示すＯ−Ｏがトルクコンバータの回転軸である。

トルクコンバータ１は、エンジン側のクランクシャフト（図示せず）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、エンジン側の部材に固定されるフロントカバー２と、３種の羽根車（インペラ３、タービン４、ステータ５）からなるトルクコンバータ本体６と、ロックアップ装置７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、その外周部にはトランスミッション側に突出する外周筒状部１０が形成されている。インペラ３は、フロントカバー２の外周筒状部１０に溶接により固定されたインペラシェル３ａと、インペラシェル３ａの内側に固定された複数のインペラブレード３ｂと、複数のインペラブレード３ｂを支持するコア３ｃと、を有している。また、インペラ３は、インペラシェル３ａの内周側に設けられたインペラハブ１２を有している。

タービン４は流体室内でインペラ３に対向して配置されている。タービン４は、タービンシェル４ａと、タービンシェル４ａの内側に固定された複数のタービンブレード４ｂと、複数のタービンブレード４ｂを支持するコア４ｃと、を有している。また、タービン４は、タービンシェル４ａの内周側に固定されたタービンハブ１３を有している。タービンハブ１３は、外周側に延びるフランジ１３ａと、エンジン側に延びる筒状部１３ｂと、を有している。タービンハブ１３のフランジ１３ａに、タービンシェル４ａの内周部が複数のリベット１４によって固定されている。また、タービンハブ１３の内周部には、図示しないトランスミッションの入力シャフトがスプライン係合している。

ステータ５は、インペラ３とタービン４の内周部間に配置され、タービン４からインペラ３へと戻る作動油を整流するための機構である。ステータ５は主に、ステータキャリア５ａと、その外周面に設けられた複数のステータブレード５ｂと、ステータブレード５ｂの外周部に形成されたコア５ｃと、を有している。ステータキャリア５ａは、ワンウエイクラッチ１５を介して固定シャフト（図示せず）に支持されている。

なお、図１では、トーラスの中心を符号「Ｃ」で示している。このトーラスの中心Ｃは、インペラ３、タービン４、及びステータ５の各コア３ｃ，４ｃ，５ｃで囲まれる空間の中心である。

［ロックアップ装置７の全体構成］
図２に、図１のロックアップ装置７を抽出して示している。ロックアップ装置７は、フロントカバー２とタービン４との間の空間に配置されている。ロックアップ装置７は、ピストン２０と、ドライブプレート２１と、複数の外周側トーションスプリング（外周側ダンパ部）２２と、ドリブンプレート（１対の出力側プレート）２３と、複数の内周側トーションスプリング（内周側ダンパ部）２４と、中間部材２５（入力側プレート）と、ダイナミックダンパ装置２６と、を有している。

［ピストン２０］
ピストン２０は、円板状のプレートであり、フロントカバー２のトランスミッション側に配置されている。ピストン２０の内周端には、トランスミッション側に延びる筒状部２０ａが形成されている。ピストン２０の筒状部２０ａは、タービンハブ１３の筒状部１３ｂの外周面に軸方向移動自在及び相対回転自在に支持されている。また、ピストン２０の外周部には平坦部２０ｂが形成されている。平坦部２０ｂのフロントカバー２側の面には、環状の摩擦材２８が固定されている。この摩擦材２８がフロントカバー２に押し付けられることによって、フロントカバー２からピストン２０にトルクが伝達される。すなわち、ピストン２０と摩擦材２８とによってクラッチ部が構成されている。

［ドライブプレート２１］
ドライブプレート２１は、ピストン２０の外周部において、トランスミッション側の側面に固定されている。具体的には、ドライブプレート２１は、円板状に形成されており、内周部２１ａがピストン２０のトランスミッション側の面にリベット３０により固定されている。

図２に示すように、ドライブプレート２１の外周部には複数の係合部２１ｂが形成されている。係合部２１ｂは、ドライブプレート２１の中間部をトランスミッション側にプレス加工した部分と、外周端部をトランスミッション側でかつ内周側に折り曲げ加工した部分と、を有している。係合部２１ｂは外周側トーションスプリング２２の円周方向の両端に係合している。

なお、ドライブプレート２１において、係合部２１ｂが形成された部分以外の部分には、スプリング支持部２１ｃが形成されている。スプリング支持部２１ｃは、ドライブプレート２１の外周部及び径方向中間部をトランスミッション側に折り曲げて形成されており、外周側トーションスプリング２２の外周側及び内周側を支持している。

外周側トーションスプリング２２の内周側を支持するスプリング支持部２１ｃの一部には、複数のストッパ用の当接部２１ｄが形成されている。当接部２１ｄは、スプリング支持部２１ｃの一部を内周側に折り曲げて形成されたものである。

［外周側トーションスプリング２２］
複数の外周側トーションスプリング２２のそれぞれは、円弧状に形成されたアークスプリングである。より詳細には、外周側トーションスプリング２２は、このロックアップ装置７に組み込まれていない自由状態で、円弧状を維持する形状である。

ここで、外周側トーションスプリング２２はアークスプリングであるので、外周側トーションスプリング２２が作動する際に、ドライブプレート２１の外周側のスプリング支持部２１ｃと外周側トーションスプリング２２とが比較的強く接触する。したがって、外周側トーションスプリング２２とドライブプレート２１との間に生じるヒステリシストルクは比較的大きくなる。

［ドリブンプレート２３］
ドリブンプレート２３は、エンジン側に配置された第１プレート３２と、トランスミッション側に配置された第２プレート３３と、を有している。第１プレート３２及び第２プレート３３は円板状に形成されている。

第１プレート３２の内周部と第２プレート３３の内周部とは、タービンハブ１３のフランジ１３ａにリベット１４により固定されている。また、両プレート３２，３３の外周部は、ストップピン３５によって、軸方向に所定の間隔をあけて固定されている。すなわち、第１プレート３２及び第２プレート３３は、互いに固定された内周部以外は、軸方向に隙間をあけて対向して配置されている。ここでは、両プレート３２，３３は、タービンハブ１３に対して相対回転不能で、かつ軸方向に移動不能である。

第１プレート３２及び第２プレート３３の径方向中間部には、窓部３２ａ，３３ａが形成されている。窓部３２ａ，３３ａの外周縁及び内周縁は、軸方向外側に切り起こされている。この窓部３２ａ，３３ａによって、内周側トーションスプリング２４の軸方向及び径方向の移動が規制されている。

［内周側トーションスプリング２４及び中間部材２５］
中間部材２５は、ドライブプレート２１とタービン４との軸方向間で、かつ第１プレート３２と第２プレート３３との軸方向間に配置されている。中間部材２５は、ドライブプレート２１及び外周側トーションスプリング２２を介してフロントカバー２からトルクが入力される。中間部材２５は、ドライブプレート２１及びドリブンプレート２３に対して相対回転自在である。

中間部材２５は、環状かつプレート状の部材であり、複数の外周側係合部２５ａと、複数の長孔２５ｂと、スプリング収容用の複数の開口（内周側係合部）２５ｃと、を有している。

外周側係合部２５ａは、中間部材２５の外周端部に円周方向に所定の間隔で設けられている。外周側係合部２５ａは、中間部材２５の外周端部をエンジン側に折り曲げて形成されたものである。外周側係合部２５ａは、隣接する２つの外周側トーションスプリング２２の間に配置されており、一方の外周側トーションスプリング２２の一端と他方の外周側トーションスプリング２２の他端とに係合している。

複数の長孔２５ｂは、外周側係合部２５ａの内周側に、円周方向に所定の間隔で形成されている。長孔２５ｂは、円周方向に長く、円弧状に形成されている。この長孔２５ｂを、ストップピン３５が貫通している。したがって、ストップピン３５が長孔２５ｂの内部で移動可能な範囲で、ドリブンプレート２３と中間部材２５とは相対回転が可能である。言い換えれば、ストップピン３５が長孔２５ｂの端面に当接することによって、ドリブンプレート２３と中間部材２５との相対回転が禁止される。

複数の開口２５ｃは、長孔２５ｂのさらに内周側に、円周方向に所定の間隔で形成されている。この開口２５ｃに、内周側トーションスプリング２４が収容されている。開口２５ｃの端面が、内周側トーションスプリング２４の端面に当接する内周側係合部となっている。

［ストッパ機構］
このロックアップ装置７は、ドライブプレート２１とドリブンプレート２３（具体的には第１プレート３２）との相対回転角度を規制するためのストッパ機構４０を有している。ストッパ機構４０は、図３に拡大して示すように、ドライブプレート２１のスプリング支持部２１ｃの一部に設けられた当接部２１ｄと、ドリブンプレート２３の第１プレート３２の外周端に形成されたストッパ爪３２ｂと、を有している。当接部２１ｄとストッパ爪３２ｂとは、径方向において重なる位置に形成されている。

当接部２１ｄは、前述のように、スプリング支持部２１ｃの一部を内周側に折り曲げて形成されたものである。当接部２１ｄは円周方向に所定の間隔で形成されている。したがって、隣接する当接部２１ｄの間でストッパ爪３２ｂが移動可能な範囲で、ドライブプレート２１とドリブンプレート２３との相対回転が可能である。言い換えれば、ストッパ爪３２ｂが当接部２１ｄに当接することで、両者の相対回転が禁止される。

［ダイナミックダンパ装置２６］
ダイナミックダンパ装置２６は、ドリブンプレート２３を構成する第２プレート３３の外周部に設けられている。図４に示すように、ダイナミックダンパ装置２６は、第１イナーシャリング４１と、第２イナーシャリング４２と、複数のコイルスプリング（弾性部材）４３と、を有している。

第２プレート３３は、トルクコンバータ本体６の外周よりもさらに外周側に延びている。また、第２プレート３３の外周部は、他の部分からトランスミッション側にオフセットされた平坦部３３ｂを有している。そして、この平坦部３３ｂには、円周方向に所定の間隔で開口３３ｃが形成されている。

第１イナーシャリング４１及び第２イナーシャリング４２は、第２プレート３３の平坦部３３ｂを軸方向において挟むように、かつ第２プレート３３と相対回転自在に配置されている。第１イナーシャリング４１と第２イナーシャリング４２とは、図５に示すように、開口３３ｃが形成されていない部分において、リベット４４によって互いに固定されている。したがって、第１イナーシャリング４１と第２イナーシャリング４２とは、相対回転不能で、かつ軸方向に相対移動不能である。

第１イナーシャリング４１及び第２イナーシャリング４２は同じ形状である。具体的には、第１及び第２イナーシャリング４１，４２は、環状でかつプレート状に形成されている。各イナーシャリング４１，４２は、図５に示すように、４つの大窓部４１ａ，４２ａと、２つの小窓部４１ｂ，４２ｂと、を有している。大窓部４１ａ，４２ａ及び小窓部４１ｂ，４２ｂはそれぞれ回転軸を挟んで対向した位置に配置されている。

大窓部４１ａ，４２ａには、バネ長の比較的長い大コイルスプリング４３ａが収容されている。また、小窓部４１ｂ，４２ｂには、大コイルスプリング４３ａよりバネ長の短い小コイルスプリング４３ｂが収容されている。大コイルスプリング４３ａ及び小コイルスプリング４３ｂは、自由状態で円弧状に形成されたアークスプリングである。

なお、各窓部４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂの端面は、各コイルスプリング４３ａ，４３ｂの端面が当接している。また、各窓部４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂの外周縁及び内周縁は、軸方向外側に切り起こされている。この切り起こし部によって、内部に収容された大コイルスプリング４３ａ及び小コイルスプリング４３ｂの径方向及び軸方向の移動が規制されている。

図４から明らかなように、コイルスプリング４３は、トルクコンバータ本体６のトーラスの中心Ｃより外周側に配置されている。また、コイルスプリング４３は、軸方向においてトーラスと重なる位置に配置されている。

［動作］
ロックアップ装置７が作動していないクラッチオフ状態では、エンジンからのトルクはフロントカバー２からインペラ３に伝達される。インペラ３のインペラブレード３ｂにより駆動された作動油は、タービン４を回転させる。このタービン４のトルクはタービンハブ１３を介して図示しないトランスミッションの入力シャフトに伝達される。

車両の速度が所定の速度以上になると、ピストン２０がフロントカバー２側に移動させられ、摩擦材２８がフロントカバー２の摩擦面に押し付けられる。これによりクラッチオン状態になり、フロントカバー２のトルクは、ピストン２０からドライブプレート２１を介して外周側トーションスプリング２２に伝達される。外周側トーションスプリング２２に伝達されたトルクは、中間部材２５を介して内周側トーションスプリング２４に伝達される。内周側トーションスプリング２４に伝達されたトルクは、ドリブンプレート２３を介してタービンハブ１３に伝達される。

［ダイナミックダンパ装置２６の動作］
ドリブンプレート２３の回転によって、ダイナミックダンパ装置２６が作動し、このダイナミックダンパ装置２６の作用によってエンジンの回転速度変動が抑制される。すなわち、ドリブンプレート２３の第２プレート３３の回転と、第１及び第２イナーシャリング４１，４２の回転とは、コイルスプリング４３の作用によって位相にズレが生じる。具体的には、所定のエンジン回転数において、第１及び第２イナーシャリング４１，４２は、第２プレート３３を含むドリブンプレート２３の回転速度変動を打ち消す位相で変動する。この位相のズレによって、トランスミッションの回転速度変動を吸収することができる。

ここで、ダイナミックダンパ装置２６のコイルスプリング４３はアークスプリングである。このため、ダイナミックダンパ装置２６においては、比較的大きいヒステリシストルクが発生する。したがって、ダイナミックダンパ装置による共振ピークを、より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。

（ａ）前記実施形態では、外周側トーションスプリング及び内周側トーションスプリングの両方をアークスプリングとしたが、これらのトーションスプリングは、特にアークスプリングに限定されない。

（ｂ）前記実施形態では、外周側トーションスプリング及び内周側トーションスプリングの両方が設けられた場合について説明したが、いずれか一方のみが設けられている場合にも、本発明を同様に適用できる。

（ｃ）前記実施形態では、ピストンのフロントカバー側の面に摩擦部材を設けたが、複数の摩擦部材からなるクラッチ部を設け、このクラッチ部を介してフロントカバーからトーションスプリングにトルクを伝達する装置にも、本発明を同様に適用できる。

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
７ ロックアップ装置
２０ ピストン
２１ ドライブプレート
２２ 外周側トーションスプリング
２３ ドリブンプレート
２５ 中間部材
２６ ダイナミックダンパ装置
２８ 摩擦部材
３２ 第１プレート
３３ 第２プレート
４１ 第１イナーシャリング
４２ 第２イナーシャリング
４３ コイルスプリング

Claims (3)

1. エンジン側の部材に連結されるフロントカバーとトルクコンバータのタービンとの間に配置されたロックアップ装置であって、
   前記フロントカバーからトルクが入力されるクラッチ部と、
   前記クラッチ部からトルクが入力される入力側プレートと、
   前記入力側プレートと相対回転自在であり、前記タービンに連結された出力側プレートと、
   前記入力側プレートと前記出力側プレートとを回転方向に弾性的に連結するダンパ部と、
   前記出力側プレートの外周部に設けられ、回転速度変動を減衰するダイナミックダンパ装置と、
   を備え、
   前記ダンパ部は、
   前記フロントカバーからのトルクが入力される複数の外周側トーションスプリングを有する外周側ダンパ部と、
   前記外周側ダンパ部の内周側に配置され、前記出力側プレートにトルクを伝達する複数の内周側トーションスプリングを有する内周側ダンパ部と、
   を有し、
   前記入力側プレートは、環状に形成されており、外周部に前記外周側トーションスプリングに係合する複数の外周側係合部を有し、内周部に前記内周側トーションスプリングに係合する内周側係合部を有する、
   トルクコンバータのロックアップ装置。
2. 前記外周側トーションスプリング及び内周側トーションスプリングの少なくとも一方は、円弧状のコイルスプリングである、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. 前記フロントカバーに固定されるとともに一部が前記外周側トーションスプリングに係合し、前記フロントカバーからのトルクを前記外周側トーションスプリングに伝達するドライブプレートをさらに備えた、請求項１又は２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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