JP6745114B2 - ダンパ装置及びトルクコンバータのロックアップ装置 - Google Patents

ダンパ装置及びトルクコンバータのロックアップ装置 Download PDF

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Description

本発明は、ダンパ装置及びそれを有する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。ロックアップ装置は、バックアップリング及びクラッチプレートと、ピストンとタービンとの間に配置されたダンパ装置と、を有している。
ダンパ装置は、伝達されるトルクの変動を吸収し、減衰するための装置である。ダンパ装置は、例えば、ピストンに固定されるドライブプレートと、タービンに固定されるドリブンプレートと、複数のトーションスプリングと、を有している。複数のトーションスプリングは、ドライブプレートとドリブンプレートとを回転方向に弾性的に連結している。
特許文献1には、複数のトーションスプリングとしてアークスプリングを採用したロックアップ装置が示されている。各アークスプリングはスプリング保持部によって保持されている。そして、スプリング保持部のうちアークスプリングの外周に対向する部分と、アークスプリングと、の間には隙間が形成されている。この隙間によって、トルク伝達時にアークスプリングの中央部が外方に膨らむようにアークスプリングが変形しても、アークスプリングとスプリング保持部との接触が回避され、トルク伝達時のヒステリシストルクが抑えられる。
特開2005−188662号公報
特許文献1のロックアップ装置では、アークスプリングの収縮時におけるヒステリシストルクを抑えることが可能である。
しかし、特許文献1では、回転数、すなわちスプリングに作用する遠心力についてはまったく考慮されていない。
本発明の課題は、トーションスプリングに作用する遠心力によってヒステリシストルクが大きくなるのを抑えることにある。
(1)本発明に係るダンパ装置は、入力側回転部材と、出力側回転部材と、複数のアークスプリングと、支持部材と、を備えている。入力側回転部材はトルクが入力される。出力側回転部材は、入力側回転部材と相対回転自在であり、トルクを出力する。複数のアークスプリングは、自由状態で円弧状に形成され、入力側回転部材と出力側回転部材とを回転方向に弾性的に連結してトルクを伝達する。支持部材は、複数のアークスプリングの外周を支持可能な支持面を有し、アークスプリングの外周側に配置されている。複数のアークスプリングのうちの少なくとも1つのアークスプリングの長手方向の中央部外周と支持部材の支持面とは接触する。また、アークスプリングの長手方向の両端部外周と支持面との間には隙間が存在している。
なお、ここでの「円弧状」とは、一定の曲率半径を有する形状に限定されるものではない。
この装置では、入力側回転部材にトルクが入力されると、入力されたトルクは複数のアークスプリングを介して出力側回転部材に伝達されて出力される。ここで、アークスプリングは、支持部材によって支持され、回転していない状態では、少なくとも1つのアークスプリングの長手方向(円周方向)の中央部外周には支持部材の支持面が接触する。しかし、アークスプリングの長手方向の両端部外周と支持面との間には隙間が存在するので、アークスプリングが遠心力を受けて長手方向の両端部が外周側に弾性変形しても、その部分と支持面との接触荷重が小さくなる。このため、ヒステリシストルクを小さくすることができる。
(2)本発明の別の側面に係るダンパ装置は、入力側回転部材と、出力側回転部材と、複数のアークスプリングと、支持部材と、を備えている。入力側回転部材はトルクが入力される。出力側回転部材は、入力側回転部材と相対回転自在であり、トルクを出力する。複数のアークスプリングは、自由状態で円弧状に形成され、入力側回転部材と出力側回転部材とを回転方向に弾性的に連結してトルクを伝達する。支持部材は、複数のアークスプリングの外周を支持可能な支持面を有し、アークスプリングの外周側に配置されている。そして、支持部材の支持面は、第1曲率半径を有し、支持面に一部が接触する少なくとも1つのアークスプリングの外周は第1曲率半径よりも小さい第2曲率半径である。
(3)好ましくは、支持部材の支持面と、支持面に一部が接触する少なくとも1つのアークスプリングの外周とは、長手方向の両端の隙間がもっとも広く、長手方向の中央に行くにしたがって隙間が狭くなっている。
(4)好ましくは、支持部材は、入力側回転部材又は出力側回転部材の外周部に入力側回転部材又は出力側回転部材と一体で形成されている。
(5)好ましくは、アークスプリングは、第1スプリングと、第1スプリングの内部に収容された第2スプリングと、を有している。
(6)好ましくは、支持部材は環状に形成され、アークスプリングが収容される断面C形状の収容部を有している。そして、第1スプリングは第1コイル長を有している。また、第2スプリングは第1コイル長よりも短い第2コイル長を有し、支持部材の収容部と同じ曲率半径を有する。
(7)好ましくは、第1スプリング及び第2スプリングは、同じコイル長で、かつ同じ曲率半径を有する。
(8)本発明に係るトルクコンバータのロックアップ装置は、エンジンからトルクが入力されるフロントカバーと、トランスミッションにトルクを出力するタービンと、の間に配置される。このロックアップ装置は、フロントカバーからトルクが入力されるクラッチ部と、クラッチ部とタービンとの間に配置された以上に記載のダンパ装置と、を備えている。
本発明の一実施形態によるダンパ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図。 図1のクラッチ部を抽出して示す図。 図1のロックアップ装置の一部の正面部分図。 図4の一部拡大図。 本発明の一実施形態の作用効果を示す図。
図1は、本発明の一実施形態によるロックアップ装置を有するトルクコンバータ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。なお、図1に示すO−Oが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1の全体構成]
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(図示せず)にトルクを伝達するための装置であり、クランクシャフトに連結された入力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12と、その内側に固定された複数のインペラブレード13と、インペラシェル12の内周側に形成された筒状のインペラハブ14と、から構成されている。
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15と、タービンシェル15に固定された複数のタービンブレード16と、タービンシェル15の内周側に固定されたタービンハブ17と、から構成されている。タービンハブ17は外周側に延びるフランジ17aと、軸方向においてフロントカバー2側に延びる筒状部17bと、を有している。フランジ17aにタービンシェル15の内周部が複数のリベット18によって固定されている。また、タービンハブ17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可能である。なお、筒状部17bのエンジン側先端面とフロントカバー2との間には、スラストワッシャ19が配置されている。
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20と、ステータキャリア20の外周面に設けられた複数のステータブレード21と、ステータブレード21の外周端に設けられた環状のステータコア22と、を有している。ステータキャリア20は、ワンウェイクラッチ23を介して図示しない固定シャフトに支持されている。なお、ステータキャリア20の内周部において、軸方向両側には、スラストベアリング24,25が設けられている。
[ロックアップ装置7]
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からタービン4に動力を直接伝達するものである。ロックアップ装置7は、フロントカバー2とタービン4との間に配置されたクラッチ部28と、クラッチ部28からのトルクをタービン4に伝達するドライブプレート(入力側回転部材)29と、ドリブンプレート30(出力側回転部材)と、複数のトーションスプリング31と、を備えている。
<クラッチ部28>
クラッチ部28は、油圧作動式の多板型であり、フロントカバー2からのトルクをドライブプレート29に伝達し、あるいはフロントカバー2とドライブプレート29との間のトルク伝達を遮断する。このクラッチ部28は、図2に示すように、クラッチ入力部材35と、クラッチ出力部材36と、それぞれ2枚の第1及び第2クラッチプレート37,38と、ピストン40と、を有している。
−クラッチ入力部材35−
クラッチ入力部材35は、環状に形成されており、円板状の固定部35aと、外筒状部35bと、内筒状部35cと、を有している。固定部35aはフロントカバー2のタービン4側の面に溶接により固定されている。外筒状部35bは固定部35aの外周端からタービン4側に延びて形成されており、外筒状部35bの内周面には、軸方向に延びる複数の凹凸部が円周方向に所定の間隔で形成されている。内筒状部35cは固定部35aの内周端からタービン4側に延びて形成されている。
−クラッチ出力部材36−
クラッチ出力部材36は、環状に形成されており、円板状に形成された円板部36aと、円板部36aの内周端部からフロントカバー2側に延びて形成された筒状部36bと、を有している。円板部36aは、ドライブプレート29の内周部に、リベット41により固定されている。筒状部36bには、軸方向に延びる複数の切欠きが円周方向に所定の間隔で形成されている。
−第1及び第2クラッチプレート37,38−
第1クラッチプレート37は環状に形成されている。第1クラッチプレート37の外周端には、クラッチ入力部材35の外筒状部35bの凹凸部に係合する複数の歯が形成されている。このような構成により、第1クラッチプレート37は、クラッチ入力部材35に対して軸方向に移動自在かつ相対回転不能である。
第2クラッチプレート38は環状に形成されている。第2クラッチプレート38の内周端には、クラッチ出力部材36の筒状部36bの複数の切欠きに係合する複数の歯が形成されている。このような構成により、第2クラッチプレート38は、クラッチ出力部材36に対して軸方向に移動自在かつ相対回転不能である。また、第2クラッチプレート38の両面には、環状の摩擦部材が固定されている。
2枚の第2クラッチプレート38のうちのタービン4側の第2クラッチプレート38のさらにタービン4側には、環状のバックアップリング43が設けられている。バックアップリング43の外周端には、クラッチ入力部材35の外筒状部35bの凹凸部に係合する複数の歯が形成されている。このような構成により、バックアップリング43は、クラッチ入力部材35に対して軸方向に移動自在かつ相対回転不能である。なお、バックアップリング43のタービン4側には、バックアップリング43のタービン4側への移動を規制するためのスナップリング44が設けられている。スナップリング44は、クラッチ入力部材35の外筒状部35bに形成された環状の溝に係合している。
−ピストン40−
図3に、ピストン40に関連する部分を拡大して示している。ピストン40は、クラッチ入力部材35の内周側で、フロントカバー2と第1及び第2クラッチプレート37,38との間に配置されている。ピストン40は、環状に形成されており、外周面がクラッチ入力部材35の内筒状部35cの内周面に摺動自在に支持されている。ピストン40の外周面にはシール部材46が設けられ、ピストン40とクラッチ入力部材35との間がシールされている。また、ピストン40の内周端部には、タービン4側に延びる筒状部40aが形成されている。このピストン40の筒状部40aの内周面が、ピストン支持部材48に摺動自在に支持されている。
ピストン支持部材48は、図1〜図3に示すように、環状に形成された円板状の部材である。ピストン支持部材48には、円周方向の複数箇所にフロントカバー2側に突出し、かつ径方向に延びる突起部48aが形成されている。突起部48aは溶接によりフロントカバー2に固定されている。なお、図1〜図3では、ピストン支持部材48のフロントカバー2への固定部分を示しているが、ピストン支持部材48においてフロントカバー2に固定されていない部分は、径方向に貫通する溝48b(図3に破線で示している)を形成している。この溝48bを介して、ピストン40とフロントカバー2との間に作動油が内周側から供給される。
ピストン支持部材48の外周端部にはフロントカバー2側に延びる外筒状部48cが形成され、内周端部にはタービン4側に延びる内筒状部48dが形成されている。外筒状部48cは、前述のように、ピストン40の筒状部40aを支持する部分であり、外筒状部48cの外周面にはシール部材49が設けられている。このシール部材49により、ピストン40とピストン支持部材48との間がシールされている。また、内筒状部48dは、タービンハブ17の筒状部17bの外周面に摺動自在に支持されている。そして、タービンハブ17の筒状部17bの外周面にはシール部材50が設けられている。これにより、ピストン支持部材48とタービンハブ17との間がシールされている。
<ドライブプレート29>
図2等に示すように、ドライブプレート29は、環状に形成されており、円板部29aと、円板部29aの外周端に形成されたスプリング収容部29bと、円板部29aの内周端にフロントカバー2側に延びて形成された支持部29cと、を有している。なお、このドライブプレート29の外周部(スプリング収容部29bを含む)が、トーションスプリング31の外周側に配置された支持部材として機能している。円板部29aには、前述のように、クラッチ出力部材36がリベット41により固定されている。スプリング収容部29bは、断面C形状であり、内部にトーションスプリング31が収容され、トーションスプリング31の内周側、フロントカバー2側の側部、及び外周側を支持している。また、スプリング収容部29bの円周方向の両端には、トーションスプリング31の端面に係合する係合部29dが形成されている。
また、ドライブプレート29の内周側には、ドライブプレート支持部材52が設けられている。ドライブプレート支持部材52は、環状に形成され、内周端部がリベット18によってタービンシェル15とともにタービンハブ17のフランジ17aに固定されている。
ドライブプレート支持部材52の外周部には、プレート支持部52aと、ストッパ部52bと、が形成されている。プレート支持部52aはフロントカバー2側に延びる筒状に形成され、ドライブプレート29の支持部29cの内周面を支持している。ストッパ部52bはプレート支持部52aの先端を外周側に折り曲げて形成されている。ストッパ部52bは、ドライブプレート29の支持部29cの軸方向先端が当接可能であり、ドライブプレート29及びドライブプレート29に固定あるいは支持された部材がフロントカバー2側に移動するのを規制している。
<ドリブンプレート30>
ドリブンプレート30は、ドライブプレート29から複数のトーションスプリング31を介して伝達されたトルクをタービン4(詳細にはタービンシェル15)に伝達する。ドリブンプレート30は、図1に示すように、タービンシェル15に固定された固定部30aと、複数の係合部30bと、を有している。複数の係合部30bは、固定部30aの外周部をフロントカバー2側に折り曲げて形成されており、円周方向に等角度間隔で配置されている。そして、隣り合う係合部30bの円周方向間にトーションスプリング31が配置されている。
<トーションスプリング31>
図4に示すように、複数のトーションスプリング31は、それぞれ大アークスプリング55と、小アークスプリング56と、から構成されている。なお、図4は、トーションスプリング31が組み込まれたドライブプレート29をタービン4側から視た図である。
前述のように、トーションスプリング31は、ドライブプレート29のスプリング収容部29bに収容されている。スプリング収容部29bは、断面C形状であり、大アークスプリング55の外周面を支持する支持面291bを有している。支持面291bは、図4及び図5に示すように、曲率半径がR1である。なお、支持面291bは、スプリング収容部29bにのみ形成されている。すなわち、支持面291bは断続的な環状に形成され、隣り合う支持面291bの円周方向間には、係合部29dが形成されている。
また、スプリング収容部29bは、トーションスプリング31の内周側への移動を規制するための規制面292bを有している。規制面292bは、支持面291bと同様に、断続的な環状に形成されており、支持面291bに比較して小さい角度範囲にわたって形成されている。より詳細には、規制面292bは、大アークスプリング55の円周方向両端部の内周側には配置されていない。
大アークスプリング55は、断面円形のコイルスプリングであり、自由状態で円弧状になるように形成されている。大アークスプリング55の両端部には、1対のスプリングシート57が装着されている。そして、大アークスプリング55は、スプリングシート57を介して、ドライブプレート29の係合部29dに係合している。なお、図5に示すように、規制面292bの一部、すなわちスプリングシート57内周側及び大アークスプリング55の端部の内周側には、脱落防止部292cが形成されている。この脱落防止部292cがスプリングシート57及び大アークスプリング55が内周側に接触することによって、スプリングシート57及び大アークスプリング55が内周側に脱落するのを防止している。
大アークスプリング55の外周面の曲率半径Routは、支持面291bの曲率半径Rinよりも小さくなるように形成されている。したがって、スプリング収容部29bに大アークスプリング55をセットした状態(回転していない状態)では、大アークスプリング55の外周面は、長手方向(円周方向)の中央部では支持面291bに接触するが、円周方向の両端部では支持面291bとの間に隙間が存在している。この隙間は、大アークスプリング55の長手方向の中央に行くにしたがって狭くなっている。
なお、大アークスプリング55の外周面の曲率半径Routを支持面291bの曲率半径Rinよりも小さくする目的は、後述するように、ロックアップ装置が回転したときに、トーションスプリング31が遠心力を受けて弾性変形し、両端部が支持面291bに強く当接してヒステリシストルクが大きくなるのを防止するためである。このため、大アークスプリング55の外周面の曲率半径Routと、支持面291bの曲率半径Rinと、の関係は、Rin×0.7≦Rout≦Rin×0.9)であることが望ましい。曲率半径Routが、Rin×0.9より大きい場合は、ヒステリシストルクを効果的に低減することができない。また、曲率半径Routが、Rin×0.7より小さい場合は、大アークスプリング55の円周方向の両端部が規制面292bに強く当接し、やはりヒステリシストルクを効果的に低減することができない。
小アークスプリング56は、断面円形のコイルスプリングであり、自由状態で円弧状になるように形成されており、大アークスプリング55の内部に収容されている。小アークスプリング56のコイル長(円周方向長さ)は、大アークスプリング55のコイル長よりも短い。そして、小アークスプリング56の曲率半径(詳細には、小アークスプリングのコイル中心の曲率半径)は、スプリング収容部29bの曲率半径(詳細には、スプリング収容部29bの断面C形状の中心の曲率半径)R0と同じである。
[動作]
エンジン回転数が低回転数の領域では、クラッチ部28はオフであり、ロックアップが解除されている。このロックアップ解除時には、フロントカバー2からのトルクはインペラ3から作動油を介してタービン4に伝達される。
トルクコンバータ1の速度比が上がり、エンジン回転数が一定の回転数に達すると、ピストン40とフロントカバー2との間に作動油が供給される。この結果、ピストン40がタービン4側に移動させられ、第1クラッチプレート37及び第2クラッチプレート38が互いに圧接される。これにより、クラッチ部28はオンとなり、ロックアップ状態になる。ロックアップ状態では、フロントカバー2のトルクは、クラッチ入力部材35から両クラッチプレート37,38及びクラッチ出力部材36を介してドライブプレート29に伝達される。さらに、トルクは、トーションスプリング31を介してドライブプレート29からドリブンプレート30に伝達されて、タービンハブ17に伝達される。すなわち、フロントカバー2が機械的にタービンハブ17に連結され、フロントカバー2のトルクがタービン4を介して直接トランスミッションの入力シャフトに出力される。
以上のような動作において、トーションスプリング31は遠心力を受ける。したがって、トーションスプリング31を構成する大アークスプリング55の外周面が、スプリング収容部29bの支持面291bに押し付けられる。ここで、大アークスプリング55の両端部と支持面291bとの間には隙間が形成されている。このため、大アークスプリング55が遠心力を受けて、その両端部が外周側に弾性変形しても、両端部の支持面291bに対する接触荷重は、隙間が形成されていない従来構造に比較して、小さくなる。したがって、大アークスプリング55が作動する際の摩擦抵抗、すなわちヒステリシストルクが減少する。
図6は、複数の従来構造(支持面の曲率半径Rinと大アークスプリングの外周の曲率半径Routが同じ場合)の動ヒステリシストルク(実線)と、本実施例(支持面の曲率半径Rinに対して大アークスプリングの外周の曲率半径Routを10%小さくした場合:Rout=Rin×0.9)の動ヒステリシストルク(破線)と、を比較して示したものである。この図6から、回転数が1500rpmにおいて、本実施例ではヒステリシストルクが約15%低減していることがわかる。
[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、本発明をロックアップ装置に適用したが、他の動力伝達装置にも同様に適用することができる。
(b)トーションスプリングの構成は前記実施形態に限定されない。1つのアークスプリングで構成されていてもよい。また、前記実施形態では、大アークスプリングと小アークスプリングとはコイル長を異ならせたが、同じコイル長にしてもよい。大アークスプリングと小アークスプリングのコイル長を同じにする場合は、曲率半径を同じにするのが好ましい。
(c)トーションスプリングを構成するスプリングは、1つの曲率半径を有するスプリングに限定されない。部分的に異なる曲率半径を有する1つのスプリングを用いてもよい。
(d)前記実施形態では、ドライブプレートの一部にスプリング収容部を形成したが、トーションスプリングを支持する部材を、ドライブプレートとは別の部材としてもよい。また、ドリブンプレートの一部にスプリング収容部を形成してもよい。
(e)複数のトーションスプリングのうちの少なくとも1つをアークスプリングによって構成してもよい。
1 トルクコンバータ
2 フロントカバー
4 タービン
7 ロックアップ装置
28 クラッチ部
29 ドライブプレート
29b スプリング収容部
291b 支持面
30 ドリブンプレート
31 トーションスプリング
55 大アークスプリング
56 小アークスプリング

Claims (7)

  1. トルクが入力される入力側回転部材と、
    前記入力側回転部材と相対回転自在であり、トルクを出力する出力側回転部材と、
    自由状態で円弧状に形成され、前記入力側回転部材と前記出力側回転部材とを回転方向に弾性的に連結してトルクを伝達する複数のアークスプリングと、
    複数の前記アークスプリングの外周を支持可能な支持面を有し、前記アークスプリングの外周側に配置された支持部材と、
    を備え、
    複数の前記アークスプリングのうちの少なくとも1つのアークスプリングの長手方向の中央部外周と前記支持面とは接触し、前記アークスプリングの長手方向の両端部外周と前記支持面との間には隙間が存在し、
    前記支持部材の支持面は第1曲率半径を有し、
    前記支持面に一部が接触する少なくとも1つのアークスプリングの外周は第2曲率半径を有し、
    前記アークスプリングの外周の全長にわたって、前記第2曲率半径は、前記第1曲率半径の70%以上90%以下である、
    ダンパ装置。
  2. 前記支持部材の支持面と、前記支持面に一部が接触する少なくとも1つのアークスプリングの外周とは、長手方向の両端の隙間がもっとも広く、長手方向の中央に行くにしたがって隙間が狭くなっている、請求項1に記載のダンパ装置。
  3. 前記支持部材は、前記入力側回転部材又は前記出力側回転部材の外周部に前記入力側回転部材又は前記出力側回転部材と一体で形成されている、請求項1又は2に記載のダンパ装置。
  4. 前記アークスプリングは、第1スプリングと、前記第1スプリングの内部に収容された第2スプリングと、を有している、請求項1から3のいずれかに記載のダンパ装置。
  5. 前記支持部材は環状に形成され、前記アークスプリングが収容される断面C形状の収容部を有しており、
    前記第1スプリングは第1コイル長を有し、
    前記第2スプリングは前記第1コイル長よりも短い第2コイル長を有し、前記支持部材の収容部と同じ曲率半径を有する、
    請求項4に記載のダンパ装置。
  6. 前記第1スプリング及び前記第2スプリングは、同じコイル長で、かつ同じ曲率半径を有する、請求項4に記載のダンパ装置。
  7. エンジンからトルクが入力されるフロントカバーと、トランスミッションにトルクを出力するタービンと、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、
    前記クラッチ部と前記タービンとの間に配置された請求項1から6のいずれかに記載のダンパ装置と、
    を備えたトルクコンバータのロックアップ装置。
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