JP6526675B2 - ステータスラスト軸受を含むトルクコンバータ - Google Patents

Description

本願は、２０１３年１２月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／９１５，８１８号の利益を主張し、この出願は、参照によって本明細書に援用される。

本開示は、一般にトルクコンバータに関し、特にトルクコンバータのステータとインペラとの間の軸受に関する。

米国特許第６，２３１，３０９号明細書には、トルクコンバータリアクタのスラストワッシャが開示されている。

マシナリーズハンドブック（Machinery’s Handbook）第２５版の２１４０頁に記載されているように、テーパランドスラスト軸受が知られている。テーパランドスラスト軸受をトルクコンバータで、特にステータとインペラとの間で使用することは知られていない。

トルクコンバータが提供される。トルクコンバータは、インペラシェルを有するインペラと、タービンシェルを有するタービンと、軸方向でタービンとインペラとの間に位置するステータと、を備える。インペラとステータとの間に第１の流体流が発生し、タービンとステータとの間に第２の流体流が発生する。トルクコンバータは、軸方向でインペラとステータとの間に位置するか又は軸方向でタービンとステータとの間に位置するスラスト軸受をさらに備える。スラスト軸受は、トルクコンバータの運転中に、第１の流体流又は第２の流体流の領域でこの軸受面上に流体力学的膜が維持されるように配置された軸受面を有している。

トルクコンバータを形成する方法も提供される。この方法は、軸方向でインペラとステータとの間にある第１の流体流の領域に、又は軸方向でタービンとステータとの間にある第２の流体流の領域に、スラスト軸受面を設け、これによってトルクコンバータの運転中に、第１の流体流の領域又は第２の流体流の領域で、スラスト軸受面上に流体流が流体力学的膜を維持するようにすることを含む。

以下の図面を参照して、本発明を以下で説明する。

本発明の一実施形態に係るトルクコンバータの側方断面図である。 図１に示したトルクコンバータに類似のトルクコンバータを通る流体の流れを示す側方断面図である。 図１に示したトルクコンバータに類似のトルクコンバータを通る流体の流れを示す側方断面図である。 本発明の一実施形態に係るトルクコンバータのステータとインペラとの間で使用するためのスラスト軸受の斜視図である。 図３ａのＡ−Ａ線に沿ったスラスト軸受の断面図である。 本発明の別の実施形態に係るトルクコンバータのステータとインペラとの間で使用するためのスラスト軸受の斜視図である。 図４ａのＢ−Ｂ線に沿ったスラスト軸受の断面図である。 ステータと、ステータ上に一体成形されたスラスト軸受とを示す図である。 本発明の別の実施形態に係るトルクコンバータの側方断面図である。

本開示により、ステータのための流体力学的な軸受面を形成する、隣接する短い平坦面を備えた特別な傾斜面又はテーパ面が提供される。一実施形態では、軸受面は、ステータに固定された別個の構成部分の一部であり、別の実施形態では、軸受面は、鋳造されたステータの一部である。テーパ面と平坦面は、軸受面と、インペラシェルの内側の軸方向面との間における金属対金属の接触を阻止するトルクコンバータ流体の流体力学的膜を、軸受面上に維持するように設計されている。流体力学的膜は、ステータとポンプとの間の相対運動により発生し、流体膜によって、ステータのスラスト力に対して作用する圧力が生じる。本発明の実施形態は、インペラシェルと係合及び分離する軸方向に可動なタービンを有するトルクコンバータにとって特に好適であろう。何故ならば、軸受面におけるポンプへのスラスト負荷は、タービンスラストがないために従来のトルクコンバータよりも著しく小さくできる（５０％減）からである。この軸受面は、スラスト負荷の低い従来のトルクコンバータで使用するためにも有利であり得る。流体膜によって生じる反応力は、計算されたスラスト値に近似させることができる。本発明の実施形態は、トルクコンバータの軸方向寸法を減じるためにも役立つ。

図１には、本発明の一実施形態に係るトルクコンバータ１０の側方断面図が示されている。トルクコンバータ１０は、内燃機関のクランクシャフトと接続するためのフロントカバー１２と、インペラ又はポンプ１８のシェル１６を形成するリヤカバー１４とを備える。トルクコンバータ１０はタービン２０をさらに備え、このタービン２０は、タービン２０のブレード支持部分の外周面から半径方向外側に突出する半径方向外側延在部２２を有している。タービン２０は、インペラ１８に係合及び分離するために、軸方向でインペラ１８に向かって及びインペラ１８から離れるように摺動可能であるように構成されている。リヤカバー１４に係合するために、半径方向外側延在部２２の面には摩擦材料２４が接合されている。タービン２０はダンパアセンブリ４０に接続されていて、ダンパアセンブリ４０は、周方向でタービン２０によって駆動可能であり、タービン２０とフロントカバー１２との間に位置している。トルクコンバータ１０は、タービン２０とインペラ１８との間のステータ２６と、ステータ２６を支持するワンウェイクラッチ２８と、をさらに備えている。センタリングプレート３０がステータ２６内の所定の場所でワンウェイクラッチ２８を保持している。ステータ２６は、ベース３２と、ベース３２に隣接するスラスト軸受３４を備えていて、スラスト軸受３４は、インペラシェル１６に面したスラスト軸受面３６を有している。特にスラスト軸受面３６は、インペラ１８のブレード８１を支持する丸み付けされた部分３９とインペラ１８のハブ８４との間にある、インペラシェル１６の半径方向延在部分３７の軸方向面に軸方向で面している。この実施形態では、軸受３４は、テーパランドスラスト軸受である。軸受面３６は、軸受面３６がインペラシェル１６に接触するのを阻止する流体力学的膜を維持するように形成されている。流体力学的膜は、流体力学的膜の圧力によって発生する力が、運転中のインペラ１８の方向におけるステータ２６のスラスト力よりも大きくなるように、インペラシェル１６とステータ２６との間に十分な圧力を提供する。

スラスト軸受３４は、スナップ嵌め込み結合によりベース３２の半径方向内側端部に取り付けられてもよく、スラスト軸受３４は、スナップ嵌め込み結合部と一体であるか又は別個に位置している回転防止機構を備えていてもよい。回転防止機構は、より大きな負荷を受けることができるスラスト軸受３４上のピン又は突起であってもよく、隣接面又はベース３２の平面と共にピン・イン・ホール型配置として配置される。

別の実施形態では、スラスト軸受３４はインペラシェル１６に接続されていてもよい。スラスト軸受面３６は軸方向で、インペラ１８に面したベース３２の軸方向面に面していてよく、この場合、スラスト軸受面３６は、軸受面３６がステータ２６に、特にベース３２に接触するのを阻止する流体力学的膜を維持する。このような実施形態では、スラスト軸受３４は、スナップ嵌め込み結合によってインペラシェル１６に取り付けられてもよく、スラスト軸受３４は、スナップ嵌め込み結合部と一体であるか又は別個に位置している回転防止機構を備えていてもよい。

図２ａ及び図２ｂには、図１に示したトルクコンバータ１０に類似するトルクコンバータ１１０を通る流体の流れを表す側方断面図が示されている。トルクコンバータ１０，１１０は、それぞれ異なるダンパアセンブリ４０，８０と、別の形状を有しているが、図２ａ及び図２ｂに関して説明した流体の流れは図１にも適用される。図２ａには、ロックアップクラッチが、インペラシェル１６の半径方向延在部分に対して押し付けられているタービン２０の半径方向外側延在部２２上の摩擦材料２４を介して係合しているときの、トルクコンバータ１０を通る流体の流れが示されている。図２ａに示すように、流体はタービン２０をインペラ１８に向かって押し、摩擦材料２４に形成された半径方向に延在する空間を通って半径方向内側に向かって流れる。クラッチが係合しているとき、流体は、トランスミッション入力軸８２と、ダンパアセンブリ８０とを通り、タービン２０の半径方向外側延在部２２の周りを通って、タービン２０とインペラ１８との間に到り、ステータ２６の周りを通って流体出口へと流れる。

図２ｂには、クラッチが、インペラシェル１６の半径方向延在部分に対して押し付けられていないタービン２０の半径方向外側延在部２２上の摩擦材料２４を介して係合していないときの、トルクコンバータ１０を通る流体の流れが示されている。図２ｂに示すように、流体はタービン２０をインペラ１８から離れるように押し、摩擦材料２４とインペラシェル１６との間から半径方向外側に向かって流れる。ロックアップクラッチが分離されている場合、流体はインペラハブ８４とトランスミッション入力軸８２との間を通り、ステータ軸８６の半径方向両側に沿って流れ、スラスト軸受３４の軸方向面８８とインペラシェル１６の部分３７の軸方向面９０とによって形成された隙間を通り、タービン２０とインペラ１８との間でタービン２０の半径方向外側延在部の周りを通って半径方向外側へと流れ、ダンパアセンブリ８０を通り、トランスミッション入力軸８２の内側を軸方向で貫通して流体出口へと戻る。スラスト軸受３４の軸方向面８８とインペラ１８の軸方向面９０とによって形成された隙間を通って流体が流れるとき、流体膜が軸方向面８８上に形成され、この流体膜により、ステータ２６のスラスト力に打ち勝ち、スラスト軸受３４の軸方向面８８がインペラ１８の軸方向面９０に接触するのを阻止する十分な力が形成される。

図３ａは、本発明の一実施形態に係る、ステータ２６とインペラシェル１６との間で使用するためのスラスト軸受３４の斜視図を示している。この実施形態では、スラスト軸受３４は、硬化されていないアルミニウムから形成されており、従って硬化されていないアルミニウムのスラスト面３６を有している。スラスト軸受３４は、繰り返し設けられた複数の周方向部分４１を有している。この周方向部分４１はそれぞれ、スラスト軸受３４の内周面４６からスラスト軸受３４の外周面４８へと延在する溝４４を含む第１の又は溝付き部分４２と、一様の厚さの平坦面５２を含む第２の又は平坦部分５０と、周方向で前記溝４４と平坦面５２との間に位置するテーパ面５６を含む第３の又はテーパ部分５４とを有している。テーパ部分５４は、テーパ面５６が平坦面５２から溝４４へと周方向で延びるにつれ徐々に厚さが減じられている。第２の又は平坦部分５０は、第１の周方向長さＬ１を有しており、第３の部分５４は第２の周方向長さＬ２を有している。第１の周方向長さＬ１は、第２の周方向長さＬ２よりも短い。第２の部分５０と第３の部分５４とは一緒に、総周方向長さＬＴ（ＬＴ＝Ｌ１＋Ｌ２）を有している。スラスト軸受面３６上に最適な流体膜を形成するため、好適な実施形態では、平坦部分５０の周方向長さＬ１は、総周方向長さＬＴの２０％〜３０％（０．２０〜０．３０×ＬＴ）であり、テーパ部分５４の周方向長さＬ２は、総周方向長さＬＴの７０％〜８０％である。本明細書で使用するとき、周方向長さは平均的な周方向長さであって、即ちスラスト軸受３４の半径方向中心部Ｍにおける周方向長さである。

図３ｂは、図３ａのＡ−Ａ線に沿った、スラスト面３６を有するスラスト軸受３４の断面図を示している。図３ｂに示すように、第１の又は溝付き部分４２は第１の厚さＴ１を有しており、平坦部分５０は第２の厚さＴ２を有しており、テーパ部分５４は、テーパ面５６が平坦面５２から溝４４まで周方向に延びるにつれ第２の厚さから第３の厚さＴ３まで減少する、変化する厚さを有している。この実施形態では、テーパ面５６は、１°よりも小さい角度θ、好適には０．３０°〜０．４２°の角度で先細りしている。

図４ａは、本発明の別の実施形態に係る、ステータ２６とインペラシェル１６との間で使用するためのスラスト軸受１３４の斜視図を示している。図４ｂは、図４ａのＢ−Ｂ線に沿ったスラスト軸受１３４の断面図を示している。スラスト軸受１３４は、軸受面１３６を備えていて、スラスト軸受３４と実質的に同じ形式で構成されており、繰り返し設けられた複数の周方向部分１４１を備え、この周方向部分１４１はそれぞれ溝付き部分４２とテーパ部分５４とを有している。スラスト軸受３４との唯一の相違点は、スラスト軸受１３４は、平坦部分５０の代わりに、耐摩耗性材料１５８から成る平坦面１５２を有する平坦部分１５０を備えていることである。好適な実施形態では、耐摩耗性材料１５８は、耐摩耗性プラスチック、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はＴＯＲＬＯＮの商標名で製造されているポリアミドイミドである。耐摩耗性材料１５８は、感圧接着剤によって、スラスト軸受３４の硬化されていないアルミニウム材料に被着される。平坦面１５２を形成する耐摩耗性材料１５８を設けるために、内周面４６から外周面４８まで延在するスロット１６０を平坦部分１５０に機械加工してもよく、材料帯１５８が各スロット１６０内の軸受３４に取り付けられる。

図５には、ステータ２２６と、ステータ２２６上に一体成形されたスラスト軸受２３４とが示されている。スラスト軸受２３４とスラスト軸受３４の唯一の相違点は、ステータ２６とは別個の部分であるスラスト軸受とは異なり、スラスト軸受２３４はステータ２２６と一体に形成されていることである。

図６には、本発明の別の実施形態に係るトルクコンバータ３１０の側方断面図が示されており、図７には、トルクコンバータ３１０のスラスト軸受領域の拡大図が示されている。トルクコンバータ３１０は、このトルクコンバータ３１０が、ステータ３２６のタービン側に、軸方向でステータ３２６と、ダンパ３４０に固定されたタービン３２０との間に保持されたスラスト軸受３３４を備えている点以外は、トルクコンバータ１０と同様に構成されている。スラスト軸受３３４はスラスト軸受３４，１３４と同じ形式で構成されてよく、ステータ３２６内の所定の場所にワンウェイクラッチ３２８を保持するセンタリングプレート３３０によってステータ３２６に接続されている。スラスト軸受３３４は、スラスト軸受面３６，１３６のうちの１つと同じ形式で形成されてよい、タービン３２０に面したスラスト軸受面３３６を備えている。特にスラスト軸受面３３６は、タービン３２０のタービンシェル３５２の半径方向延在部分３５０の軸方向面に軸方向で面している。半径方向延在部分３５０は、タービン３２０のブレード３５４を支持する丸み付けされた部分３５２から半径方向内側に延在している。軸受面３３６は、軸受面３３６がタービンシェル３５２に接触するのを阻止する流体力学的膜を維持するように形成されている。流体力学的膜は、流体力学的膜の圧力によって発生する力が、運転中のタービン３２０の方向におけるステータ３２６のスラスト力よりも大きくなるように、タービンシェル３５２とステータ３２６との間に十分な圧力を提供する。

図７に概略的に示すように、スラスト軸受３３４は、スナップ嵌め込み結合によってセンタリングプレート３３０に取り付けられてもよく、スラスト軸受３３４は、スナップ嵌め込み結合部と一体であるか又は別個に位置している回転防止機構３３８を備えていてよい。回転防止機構３３８は、より大きな負荷を受けることができるスラスト軸受３３４上のピン又は突起であってもよく、隣接面又はセンタリングプレート３３０の平面と共にピン・イン・ホール型配置として配置される。

図８は、本発明の別の実施形態に係るトルクコンバータ４１０のスラスト軸受領域の拡大図である。トルクコンバータ４１０は、このトルクコンバータ４１０が、軸方向でタービン４２０とステータ４２６との間に、タービン４２０のタービンシェル４５２の半径方向延在部分４５０上に保持されたスラスト軸受４３４を備えている点以外は、トルクコンバータ３１０と同様に構成されている。スラスト軸受４３４は、スラスト軸受３４，１３４と同じ形式で形成されてよく、スラスト軸受面３６，１３６のうちの１つと同じ形式で形成されてよい、ステータ４２６に面したスラスト軸受面４３６を備えている。特にスラスト軸受面４３６は軸方向でセンタリングプレート４３０に面していて、このセンタリングプレート４３０はステータ４２６内の所定の場所でワンウェイクラッチ４２８を保持している。軸受面４３６は、この軸受面４３６がステータ４２６に接触するのを、特にセンタリングプレート４３０に接触するのを阻止する流体力学的膜を維持するように形成されている。流体力学的膜は、流体力学的膜の圧力によって発生する力が、運転中のタービン４２０の方向におけるステータ４２６のスラスト力よりも大きくなるように、タービンシェル４５２とステータ４２６との間に十分な圧力を提供する。

スラスト軸受４３４は、スナップ嵌め込み結合によって半径方向延在部分４５０に取り付けられてよく、スラスト軸受４３４は、スナップ嵌め込み結合部と一体であるか又は別個に位置している回転防止機構４３８を備えていてよい。回転防止機構４３８は、より大きな負荷を受けることができるスラスト軸受４３４上のピン又は突起であってもよく、隣接面又は半径方向延在部分４５０の平面と共にピン・イン・ホール型配置として配置される。

上記明細書において、特定の典型的な実施形態およびその実施例に関して本発明を説明した。しかしながら、以下の特許請求の範囲に示す本発明のより広い思想および範囲から逸脱することなく、それらの実施形態に対して様々な修正および変更を成し得ることは明らかである。したがって、明細書および図面は、制限的な意味ではなく例示的な様式で見なされるべきである。

Claims (14)

1. トルクコンバータであって、
   インペラシェルを有するインペラと、
   タービンシェルを有するタービンと、
   軸方向で前記タービンと前記インペラとの間に位置するステータであって、前記インペラと前記ステータとの間に第１の流体流が発生し、前記タービンと前記ステータとの間に第２の流体流が発生する、ステータと、
   軸方向で前記インペラと前記ステータとの間にあるか、又は軸方向で前記タービンと前記ステータとの間にあるスラスト軸受であって、該スラスト軸受は軸受面を有し、該軸受面は、前記トルクコンバータの運転中に、前記第１の流体流の領域又は前記第２の流体流の領域で前記軸受面上に流体力学的膜が維持されるように配置され構成されている、スラスト軸受と、
   を備え、
   前記スラスト軸受は複数の周方向部分を有しており、該周方向部分はそれぞれ、前記スラスト軸受の内周面から前記スラスト軸受の外周面へと延在する溝を含む第１の部分と、一様の厚さの平坦面を含む第２の部分と、周方向で前記溝と前記平坦面との間に位置するテーパ面を含む第３の部分とを含んでおり、前記第３の部分の厚さは、前記テーパ面が前記平坦面から前記溝へと周方向で延びるにつれ徐々に減じられており、
   前記平坦面は、前記スラスト軸受の前記第２の部分に形成されたスロット内に設けられた耐摩耗性材料によって形成されている、トルクコンバータ。
2. 前記第２の部分は第１の周方向長さを有していて、前記第３の部分は第２の周方向長さを有しており、前記第１の周方向長さは前記第２の周方向長さよりも短い、請求項１記載のトルクコンバータ。
3. 前記第２の部分と前記第３の部分とは一緒に、総周方向長さをなしていて、前記第１の周方向長さは前記総周方向長さの２０％〜３０％であって、前記第２の周方向長さは、前記総周方向長さの７０％〜８０％である、請求項２記載のトルクコンバータ。
4. 前記耐摩耗性材料は、前記スロット内に感圧接着剤を介して取り付けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のトルクコンバータ。
5. 前記耐摩耗性材料はプラスチックである、請求項１から４までのいずれか１項記載のトルクコンバータ。
6. 前記プラスチックは、ポリエーテルエーテルケトン又はポリアミドイミドである、請求項５記載のトルクコンバータ。
7. 前記スラスト軸受は、前記ステータに一体に形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のトルクコンバータ。
8. トルクコンバータを形成する方法であって、
   軸方向でインペラとステータとの間にある第１の流体流の領域に、又は軸方向でタービンと前記ステータとの間にある第２の流体流の領域に、スラスト軸受面を設け、これによって前記トルクコンバータの運転中に、前記第１の流体流の領域又は前記第２の流体流の領域で、前記スラスト軸受面上に流体流が流体力学的膜を維持するようにすることを含み、
   前記スラスト軸受面はスラスト軸受に形成されており、前記スラスト軸受は複数の周方向部分を有しており、該周方向部分はそれぞれ、前記スラスト軸受の内周面から前記スラスト軸受の外周面へと延在する溝を含む第１の部分と、一様の厚さの平坦面を含む第２の部分と、周方向で前記溝と前記平坦面との間に位置するテーパ面を含む第３の部分とを含んでおり、前記第３の部分の厚さは、前記テーパ面が前記平坦面から前記溝へと周方向で延びるにつれ徐々に減じられており、
   スロットを形成するために前記スラスト軸受の前記第２の部分にスロットを機械加工し、前記平坦面を形成するために前記スロット内に耐摩耗性材料を設けることをさらに含む、トルクコンバータを形成する方法。
9. 前記第２の部分は第１の周方向長さを有しており、前記第３の部分は第２の周方向長さを有しており、前記第１の周方向長さは、前記第２の周方向長さよりも短い、請求項８記載の方法。
10. 前記第２の部分と前記第３の部分とは一緒に、総周方向長さをなしていて、前記第１の周方向長さは前記総周方向長さの２０％〜３０％であって、前記第２の周方向長さは、前記総周方向長さの７０％〜８０％である、請求項９記載の方法。
11. 前記スロットに耐摩耗性材料を設けるステップは、感圧接着剤を介して前記耐摩耗性材料を取り付けることを含む、請求項８から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 前記耐摩耗性材料はプラスチックである、請求項８から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 前記プラスチックは、ポリエーテルエーテルケトン又はポリアミドイミドである、請求項１２記載の方法。
14. 前記ステータに、又は前記インペラに、又は前記タービンに前記スラスト軸受面を形成することをさらに含む、請求項８から１３までのいずれか１項記載の方法。

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