JP7306841B2 - トルクコンバータ - Google Patents

Description

本発明はトルクコンバータに関する。

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、フロントカバーとタービン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。

この種のロックアップ装置として、例えば特許文献１に示される装置が提案されている。このロックアップ装置は、フロントカバーとタービンとの間に円板状のクラッチプレートが設けられ、このクラッチプレートの外周部に、リング部材及びシュー組立体を有する遠心クラッチが設けられている。

また、特許文献２には、ロックアップ装置ではないが、トルクコンバータの流体室内に遠心クラッチを設け、この遠心クラッチによって、主インペラと補助インペラとを接続及び接続解除する構成が示されている。

特開昭６１－３１７３１号公報 特開昭５５－７８８５１号公報

特許文献１のトルクコンバータは、フロントカバーとタービンとの軸方向間にロックアップ装置が配置され、さらにフロントカバーの外周部内面にシューを押圧するものである。このため、トルクコンバータの軸方向及び径方向において遠心クラッチのための占有スペースが必要となる。したがって、トルクコンバータのコンパクト化の妨げになる。

本発明の課題は、遠心クラッチを用いたロックアップ装置を有するトルクコンバータにおいて、装置のコンパクト化を実現することにある。

（１）本発明に係るトルクコンバータは、動力が入力されるフロントカバーと、インペラと、タービンと、ステータと、遠心クラッチと、を備えている。インペラは、フロントカバーに連結されてフロントカバーとともに作動油室を構成し、インペラコアを有する。タービンは、インペラに対向して設けられ、タービンコアを有し、動力を出力する。ステータは、インペラの内周部とタービンの内周部との間に配置され、タービンからインペラに流れる作動油を整流する。遠心クラッチは、インペラコアとタービンコアとの間の空間に配置され、タービンが所定の回転数以上になるとインペラからタービンに動力を直接伝達する。

このトルクコンバータでは、インペラコアとタービンコアとの間の空間に遠心クラッチが配置されている。そしてタービンの回転数が高くなると、遠心クラッチが作動し、インペラからタービンに動力が直接伝達される。

ここでは、トルクコンバータのトーラス内のデッドスペースに遠心クラッチが配置されているので、トルクコンバータをコンパクトに維持したまま遠心クラッチを搭載することが可能になる。

（２）好ましくは、インペラコアは、環状の摩擦面を有している。また、好ましくは、遠心クラッチは、タービンコアに相対回転不能かつ径方向移動可能に支持された遠心子を有し、遠心子はタービンの回転に伴う遠心力によって摩擦面に押圧される。

ここでは、インペラコアを利用して摩擦面を構成し、この摩擦面に、タービンコアに連結された遠心子が押圧されて動力が伝達される。

（３）好ましくは、遠心子は磁石を有している。この場合は、インペラコアを例えば鉄等の強磁性体材料で構成することにより、遠心子は遠心力に加えて磁力によっても摩擦面に押圧される。このため、クラッチ容量を大きくすることができる。

（４）好ましくは、遠心子の径方向内方に配置され、遠心子の磁石を吸引可能な保持部材をさらに備えている。そして、遠心子は、タービンが所定の回転数に満たないときに保持部材に保持されてインペラコアの摩擦面から離れている。

ここでは、遠心クラッチがオフ（動力の伝達をしていないとき）のときに、遠心子は磁力によって保持部材に保持される。すなわち、遠心子のリターン力を、バネ要素ではなく、重りとして機能する磁石によって得ている。このため、構造が簡単になる。

（５）好ましくは、保持部材は、遠心子の軸方向の移動を規制するための規制部を有している。

（６）好ましくは、タービンコアは、遠心子を挟んでインペラコアの摩擦面の径方向内方に配置された環状の保持面を有している。そして、保持部材は、保持面に設けられた鉄製で環状の保持バンドである。

（７）好ましくは、インペラコア及びタービンコアは非磁性体材料で形成されている。ここでは、遠心子の磁力は鉄製の保持バンドのみに向かうので、磁力の低下を抑えることができる。

（８）好ましくは、遠心子は、外周面に摩擦材を有している。この場合は、摩擦材を種々変更することによって、摩擦力（伝達トルク容量）を簡単に調整することができる。

（９）好ましくは、フロントカバーからタービンに動力を直接伝達する補助クラッチをさらに備えている。

ここでは、補助クラッチとして、従来から周知の差圧式クラッチを用いれば、クラッチを作動させるための油圧を低くすることができる。一方、補助クラッチとして遠心クラッチ等の機械式クラッチを用いれば、クラッチを作動させるための油圧ポンプが不要になる。

（１０）好ましくは、タービンコアは、遠心子の円周方向の両端部から離れた部分に第１及び第２係合部を有している。また、好ましくは、遠心子と第１及び第２係合部との間に配置され、遠心子とタービンコアとを回転方向に弾性的に連結する弾性部材をさらに備えている。

以上のような本発明では、遠心クラッチを用いたロックアップ装置を有するトルクコンバータにおいて、装置のコンパクト化を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図。 図１のＸ方向矢視図。 図２III－III線断面図。 本発明の他の実施形態による図２に相当する図。

図１は、本発明の一実施形態によるトルクコンバータ１の断面部分図である。また、図２は、図１のＸ方向矢視図である。図１の左側には駆動源として例えば電動機（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１の回転軸線である。また、以下では、回転軸から離れる方向を「径方向」とし、回転軸に沿う方向を「軸方向」とする。

［トルクコンバータ１の全体構成］
トルクコンバータ１は、電動機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る。図１に示すように、トルクコンバータ１は、フロントカバー２と、トルクコンバータ本体３と、遠心クラッチ４と、補助クラッチ５と、を備えている。

フロントカバー２は、円板部２ａと、外周筒状部２ｂと、を有している。外周筒状部２ｂは円板部２ａの外周部からトランスミッション側に延びて形成されている。この外周筒状部２ｂの先端に、後述するインペラ１０が溶接により固定されている。この結果、フロントカバー２とインペラ１０とによって、内部に作動油が充填される作動油室が形成されている。

［トルクコンバータ本体３］
トルクコンバータ本体３は、インペラ１０と、タービン１１と、ステータ１２と、を有している。

インペラ１０は、インペラシェル１５と、複数のインペラブレード１６と、インペラコア１７と、インペラハブ１８と、を有している。

インペラシェル１５の外周部はフロントカバー２側に延びており、前述のように、先端部がフロントカバー２の外周筒状部２ｂに溶接により固定されている。複数のインペラブレード１６は、インペラシェル１５の内部に固定されている。インペラコア１７は、環状に形成されており、複数のインペラブレード１６のタービン側端部を支持している。なお、インペラコア１７の詳細については、後述する。インペラハブ１８は、インペラシェル１５の内周部に形成され、トランスミッション側に延びている。

タービン１１は、タービンシェル２０と、複数のタービンブレード２１と、タービンコア２２と、タービンハブ２３と、を有している。

タービンシェル２０は、環状の部材であって、内周側がタービンハブ２３側に延びている。タービンシェル２０の外周端部において、フロントカバー２側の面には、複数の係合凹部２０ａが形成されている。複数のタービンブレード２１は、インペラブレード１６に対向して配置され、タービンシェル２０のインペラ側の面に固定されている。タービンコア２２は、環状に形成され、タービンブレード２１のインペラ側端部を支持している。なお、タービンコア２２の詳細については後述する。タービンハブ２３は、円板状のフランジ部２３ａと、フランジ部２３ａの内周端部に軸方向に延びて形成された筒状部２３ｂと、を有している。フランジ部２３ａには、タービンシェル２０の内周端部がリベット２４によって固定されている。また、筒状部２３ｂの内周面には、スプライン孔２３ｃが形成されており、このスプライン孔２３ｃに、トランスミッション側の入力シャフトが係合可能である。

ステータ１２は、タービン１１からインペラ１０に戻る作動油の流れを整流するための機構である。ステータ１２は、樹脂やアルミ合金等で鋳造により形成された一体の部材である。ステータ１２はインペラ１０の内周部とタービン１１の内周部との間に配置されている。ステータ１２は、主に、ステータシェル２６と、ステータシェル２６の外周面に設けられた複数のステータブレード２７と、複数のステータブレード２７の先端に設けられた環状のステータコア２８と、を有している。

ステータシェル２６はワンウェイクラッチ３０を介して図示しない固定シャフトに支持されている。また、ワンウェイクラッチ３０の軸方向フロントカバー側にはリテーナ３１が配置されている。リテーナ３１は、ワンウェイクラッチ３０とタービンハブ２３のフランジ部２３ａとの間に配置されており、ワンウェイクラッチ３０を保持している。

また、インペラハブ１８とステータシェル２６との間にはスラストベアリング３２が設けられ、リテーナ３１とタービンハブ２３のフランジ部２３ａとの間にはスラストベアリング３３が設けられている。

［インペラコア１７及びタービンコア２２］
インペラコア１７及びタービンコア２２は、前述のように環状に形成されている。図２及び図２のIII-III線断面図である図３に示すように、インペラコア１７の外周部の内周面１７ａは、環状の摩擦面となっている。また、タービンコア２２は、環状の保持面２２ａと、複数の係合部２２ｂと、を有している。保持面２２ａは、インペラコア１７の摩擦面１７ａと同じ曲率半径であり、径方向において対向して配置されている。複数の係合部２２ｂは、円周方向に並べて配置され、インペラ１０側に突出して形成されている。インペラコア１７は非磁性体材料あるいは鉄等の強磁性体材料で形成されている。また、タービンコア２２は非磁性体で形成されているのが好ましい。

タービンコア２２の外周面には保持バンド３５が装着されている。保持バンド３５は、鉄製で環状に形成されている。保持バンド３５は、それぞれ円周方向に所定の間隔で形成された複数の弾性変形部３５ａと、複数の規制爪３５ｂと、を有している。弾性変形部３５ａと規制爪３５ｂとは円周方向に交互に形成されている。

弾性変形部３５ａは、径方向外側に突出する概略Ｕ字形状に形成されている。この弾性変形部３５ａが円周方向に弾性変形することにより、保持バンド３５の径を拡張することができる。したがって、保持バンド３５の径を広げた状態でタービンコア２２の外周面２２ａに装着することで、保持バンド３５をタービンコア２２の外周面２２ａに圧入して固定することができる。

規制爪３５ｂは、保持バンド３５のインペラ１０側の先端を、径方向外方に折り曲げて形成されている。この規制爪３５ｂによって、後述する遠心子の軸方向の移動が規制される。

［遠心クラッチ４］
遠心クラッチ４は、インペラコア１７の摩擦面１７ａと、複数の遠心子３８と、によって構成されている。

複数の遠心子３８は、タービンコア２２の複数の係合部２２ｂの円周方向間に配置されている。各遠心子３８は、係合部２２ｂによって円周方向の移動が禁止され、かつ係合部２２ｂの円周方向の端面に沿って径方向に移動が可能である。したがって、遠心子３８は、タービンコア２２の回転とともに回転し、遠心力により径方向外方に移動する。また、遠心子３８とタービン１１とはタービンコア２２の係合部２２ｂを介して動力の伝達が可能である。なお、遠心子３８は、前述のように、保持バンド３５の規制爪３５ｂによって、軸方向の移動が規制されている。

遠心子３８は、内部に磁石３９を収容しており、金属又は樹脂によって形成されている。したがって、磁石３９は、遠心子３８の重りとしても機能している。遠心子３８の外周面及び内周面は、円弧状に形成されており、その曲率半径は、インペラコア１７の摩擦面１７ａ及びタービンコア２２の保持面２２ａの曲率半径と同じである。また、外周面には摩擦材４０が固定されている。遠心子３８は、内部に磁石３９を有しているので、タービン１１の停止時あるいは遠心子３８の遠心力が小さい場合は、磁力によって保持バンド３５に吸引されて保持されている。遠心子３８が保持バンド３５に保持された状態では、遠心子３８の外周面に固定された摩擦材４０とインペラコア１７の摩擦面１７ａとの間には隙間が形成されている。

［補助クラッチ５］
補助クラッチ５は、フロントカバー２とタービン１１との間に配置されたピストン４２を有している。

ピストン４２は、円板部４２ａと、複数の外周係合部４２ｂと、内周筒状部４２ｃと、を有している。円板部４２ａは、概略フロントカバー２に沿った形状である。円板部４２ａの外周部において、フロントカバー２側の面には摩擦部材４３が固定されている。複数の外周係合部４２ｂは、円板部４２ａの外周端部からタービン１１側に突出し、円周方向に所定に間隔で形成されている。この外周係合部４２ｂが、タービンシェル２０の外周部に形成された複数の係合凹部２０ａに係合している。内周筒状部４２ｃは、円板部４２ａの内周端部にインペラ１０側に突出して形成されている。内周筒状部４２ｃは、タービンハブ２３の筒状部２３ｂの外周面に軸方向に移動可能に支持されている。

この補助クラッチ５は、ピストン４２のフロントカバー２側の作動油と、タービン１１側の作動油の差圧によって、軸方向に移動が可能である。そして、その差圧によってピストン４２の摩擦部材４３がフロントカバー２の側面に押圧されると、フロントカバー２からの動力がピストン４２を介してタービン１１に伝達される。

［動作］
タービン１１が回転していない、あるいはタービン１１の回転数が低い状態では、遠心クラッチ４は作動しない。すなわち、遠心子３８は磁石３９の磁力によって保持バンド３５に保持されており、摩擦材４０を含む遠心子３８の外周面と、インペラコア１７の摩擦面１７ａと、の間には隙間が維持されている。

また、差圧式の補助クラッチ５も作動しておらず、ピストン４２はフロントカバー２から離れている。

このようなロックアップオフの状態では、トルクコンバータ本体３内において、作動油はインペラ１０からタービン１１へ流れ、さらにステータ１２を介してインペラ１０に流れる。これにより、作動油を介してインペラ１０からタービン１１へ動力が伝達される。タービン１１に伝達された動力は、タービンハブ２３を介してトランスミッションの入力シャフトに伝達される。

トルクコンバータ１の速度比が上昇し、タービン１１の回転数が所定の回転数以上になると、遠心子に作用する遠心力が、保持バンド３５が遠心子３８を保持する保持力（磁石による磁力）よりも大きくなる。このため、遠心子３８は径方向外方に移動し、遠心子３８の摩擦材４０がインペラコア１７の摩擦面１７ａに押圧される。すなわち、遠心クラッチ４がオン状態になる。

この場合は、インペラ１０のインペラコア１７から遠心子３８を介してタービンコア２２、すなわちタービン１１に、作動油を介さずに直接動力が伝達される。タービン１１に伝達された動力は、前述のように、タービンハブ２３を介してトランスミッションの入力シャフトに伝達される。

また、ピストン４２の両側の差圧によってピストン４２はフロントカバー２側に移動し、ピストン４２の摩擦部材４３がフロントカバー２に押圧される。このため、フロントカバー２からの動力は、遠心クラッチ４を介してタービンハブ２３に伝達されるとともに、補助クラッチ５を介してもタービンハブ２３に伝達される。

ここで、遠心子３８が径方向外方に移動して保持バンド３５から離れ、インペラコア１７に近接又は押圧されると、インペラコア１７を、例えば鉄等の強磁性体で構成した場合は、遠心子３８の磁石３９の磁力が保持力とは逆方向に作用する。すなわち、遠心子３８は、遠心力によって摩擦面１７ａに押圧されるとともに、磁力によっても摩擦面１７ａに押圧される。

一方、インペラコア１７を非磁性体で構成した場合、磁力は遠心子３８を摩擦面１７ａに押圧する力としては作用しない。しかし、磁力は保持バンド３５にのみ向かうので、保持力を強くすることができる。

［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、補助クラッチとして差圧式のクラッチを設けたが、差圧式のクラッチに代えて、遠心式のクラッチを設けてもよい。この場合は、補助クラッチを作動させるための油圧ポンプが不要になる。

（ｂ）前記実施形態では、遠心子３８とタービンコア２２の係合部２２ｂとを直接当接させて動力を伝達するようにしたが、図４に示すように、遠心子３８と係合部２２ｂとの間に、スプリング等の弾性部材を設けてもよい。この場合は、遠心子３８は、保持バンド３５の規制爪３５ｂに沿って径方向に移動することになる。すなわち、規制爪３５ｂが遠心子３８の径方向ガイドを兼ねることになる。このような実施形態によっても、前記実施形態と同様に振動減衰性能を向上させることができる。

１ トルクコンバータ
２ フロントカバー
４ 遠心クラッチ
５ 補助クラッチ
１０ インペラ
１１ タービン
１２ ステータ
１７ インペラコア
１７ａ 摩擦面
２２ タービンコア
２２ａ 保持面
２２ｂ 係合部
３５ 保持バンド
３５ｂ 規制爪
３８ 遠心子
３９ 磁石
４０ 摩擦材

Claims (6)

1. 動力が入力されるフロントカバーと、
   前記フロントカバーに連結されて前記フロントカバーとともに作動油室を構成し、インペラコアを有するインペラと
   前記インペラに対向して設けられ、タービンコアを有し、動力を出力するタービンと、
   前記インペラの内周部と前記タービンの内周部との間に配置され、前記タービンから前記インペラに流れる作動油を整流するためのステータと、
   磁石を有する遠心子を有し、前記インペラコアと前記タービンコアとの間の空間に配置され、前記タービンが所定の回転数以上になると前記インペラから前記タービンに動力を直接伝達する遠心クラッチと、
   前記遠心子の径方向内方に配置され、前記遠心子の磁石を吸引可能な保持部材と、
   を備え、
   前記インペラコアは、環状の摩擦面を有しており、
   前記遠心子は、前記タービンコアに相対回転不能かつ径方向移動可能に支持され、前記タービンの回転に伴う遠心力によって前記摩擦面に押圧されるとともに、前記タービンが前記所定の回転数に満たないときに前記保持部材に保持されて前記インペラコアの摩擦面から離れており、
   前記タービンコアは、前記遠心子を挟んで前記インペラコアの摩擦面の径方向内方に配置された環状の保持面を有しており、
   前記保持部材は、前記保持面に設けられた鉄製で環状の保持バンドである、
   トルクコンバータ。
   
2. 前記保持部材は、前記遠心子の軸方向の移動を規制するための規制部を有している、請求項１に記載のトルクコンバータ。
   
3. 前記インペラコア及び前記タービンコアは非磁性体材料で形成されている、請求項１又は２に記載のトルクコンバータ。
   
4. 前記遠心子は、外周面に摩擦材を有している、請求項１から３のいずれかに記載のトルクコンバータ。
   
5. 前記フロントカバーから前記タービンに動力を直接伝達する補助クラッチをさらに備えた請求項１から４のいずれかに記載のトルクコンバータ。
   
6. 動力が入力されるフロントカバーと、
   前記フロントカバーに連結されて前記フロントカバーとともに作動油室を構成し、インペラコアを有するインペラと
   前記インペラに対向して設けられ、タービンコアを有し、動力を出力するタービンと、
   前記インペラの内周部と前記タービンの内周部との間に配置され、前記タービンから前記インペラに流れる作動油を整流するためのステータと、
   前記インペラコアと前記タービンコアとの間の空間に配置され、前記タービンが所定の回転数以上になると前記インペラから前記タービンに動力を直接伝達する遠心クラッチと、
   前記遠心子と前記タービンコアとを回転方向に弾性的に連結する弾性部材と、
   を備え、
   前記タービンコアは、前記遠心子の円周方向の両端部から離れた部分に第１及び第２係合部を有しており、
   前記弾性部材は、前記遠心子と前記第１及び第２係合部との間に配置されている、
   トルクコンバータ。

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