JPH04362323A - フルードカップリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フルードカップリング
に関し、特に、インナーコアのないフルードカップリン
グに関する。

【０００２】

【従来の技術】フル−ドカップリング（以下「カップリ
ング」と略称する）は、互いに対向配置されたポンプイ
ンペラとタービンランナとの間で流体を介して動力の受
渡しを行うもので、トルクコンバータとは異なり、トル
クを増大させる機能をもっていないが、動力を伝達する
継手としての役割を果たし、ステータのない分だけ小形
且つ軽量に構成できることから、車両における発進装置
として用いられる。

【０００３】カップリングには、その内部における流体
の流れを整流するインナーコアを有するもの（以下「コ
ア付き」と略称する）と、それのないものとがある。イ
ンナーコアがない形式のもの（以下「コアなし」と略称
する）については、未だ十分な流れ解析が成されていな
いため性能を予測した設計を行うことが困難であり、ま
た、カップリング内での両ブレードのスレ違い時の流体
の急激な圧縮・解放に伴うキャビテーションの発生でブ
レードが振動し、騒音を発する問題がある。したがって
、運転時における騒音の発生を問題としないような他の
騒音の大きな環境で使用される産業車両、船舶、産業機
械等では、コアなしカップリングが使われる例があるが
、一般の乗用車のように静寂さを要求される用途にこの
種のものが用いられた例は、実用上ない。これに対して
コア付きのものについては、性能予測が比較的容易であ
り、且つコアの配設により剛性が高まるため、ブレード
振動によるノイズ発生の問題は避けられる。

【０００４】ところで、乗用車における一方の傾向とし
て高級車感覚の追求があり、このような車両では、通常
のトルクコンバータ付オートマチックトランスミッショ
ン搭載車におけると同様の走行性、すなわち、アクセル
オン時の速やかな加速感と、アクセルオフ時の惰行感が
望まれる。トルクコンバータにおいて、このような走行
性が得られるのは、トルクコンバータにあっては、ポン
プインペラとタービンランナとの間にステータが配設さ
れているため、アクセルオンの正駆動時、ポンプから吐
出される流体を受けるタービン側は、流体を受入れ易い
形状とされており、また、アクセルオフの逆駆動の場合
には、タービンから流体を吐出しにくいブレード形状と
されているからである。すなわち、トルクコンバータで
は、逆駆動時の容量係数は本来小さくなっている。また
、他方の傾向としてのスポーティー感覚を追求する車両
の場合、敏感なレスポンスを要することから、正の加速
状態ではエンジン特性を最大に発揮させる加速感と、負
の加速状態、すなわちアクセルオフのエンジンブレーキ
時、強いエンジンブレーキ感が望まれる。

【０００５】このような車両に応じた加速感やエンジン
ブレーキ感を生じさせるために種々のギヤレシオが設定
されるわけであるが、カップリング部分でこれらの要求
に則した対策を講じるには、その容量係数の任意な設定
を必須とする。

【０００６】こうした見地からカップリングの容量係数
について考察するに、従来知られているのは、ブレード
を回転の中心に対して放射状即ち法線に沿って配置し、
性能を調整するのにこれらブレードをポンプ及びタービ
ンの回転軸線に対して所定の角度θ１　だけ傾ける羽根
角度の設定を用いている。このような羽根角度θ１　の
設定では、正駆動時の容量係数を大きくすると、逆駆動
の容量係数も大きくなって、前記の要求の中の惰行感を
得ることは困難である。すなわち、少なくとも、コアな
しのものでは、エンジントルクに対応して正駆動時の容
量係数を大に設定すると、逆駆動時の容量係数を若干抑
えることはできても、惰行感が得られるほどそれを抑え
込むことは困難であった。

【０００７】従来、このような課題を解決する手法とし
て、特開平２−１５９４２５号公報及び特開平１−２０
８２３８号公報に開示の提案が成されている。前者の手
法では、逆駆動時の容量を抑え込むために流体の流れを
強制的に阻害する邪魔板を設け、あるいはポンプブレー
ド出入口部、タービンブレード出入口部の少なくとも一
方に法線に対する傾斜をポンプブレードについては回転
方向に、またタービンブレードについては反回転方向に
付している。一方、後者の手法では、逆駆動時にカップ
リングの内圧を下げることによって容量を減す構成が採
られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
技術は、整流のためのコア付きのものに適用されたもの
であり、コア付きの場合、ポンプとタービンとの間で流
体の受渡しが行われる入口・出口の位置が定まった関係
にあるものであるから、この関係が定まらないコアなし
のものにこのような技術を適用しても意味がない。また
、邪魔板を設けるのでは、流れを故意に乱す結果となる
から、伝達効率が低下し、その分燃費を悪化させる問題
点が生じる。さらに、正駆動時の特性にも影響を与える
ほか、部品点数の増加、その分の重量増加とコスト高と
を招く。加えて、邪魔板の固定方法が難しく、製品の安
定性に欠けるといった問題点も含んでいる。

【０００９】一方、後者の技術のように内圧を調整する
ものは、制御が複雑になり、内圧を下げるために、それ
専用の回路を付加しなければならないので、当然部品点
数が増えてコスト上昇を招く問題点を含んでいる。

【００１０】このような事情に鑑み、本発明は、部品点
数を減らして性能を向上すべくインナーコアを省いたコ
アなしカップリングにおいて、車種や仕様に応じて種々
異なる要求に幅広く対応すべく、正・逆駆動時の容量係
数を自由に設定可能としたカップリングを提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明のカップリングは、相互に作動流体の受渡し
を行うポンプインペラ及びタービンランナと、前記ポン
プインペラ及びタービンランナにインナーコアを設ける
ことなく配設されたポンプブレード及びタービンブレー
ドを備え、前記ポンプブレード及びタービンブレードの
少なくとも一方側のものは前記ポンプインペラ及びター
ビンランナの回転方向に傾斜し、それらの法線に対する
傾斜角を有することを特徴とする。

【００１２】

【作用及び発明の効果】このような構成を採った本発明
に係るカップリングでは、ポンプブレード又はタービン
ブレードあるいはその両方がポンプインペラ及びタービ
ンランナの回転方向に傾斜して配設されて、それらの法
線に対する傾斜角を有するため、ポンプインペラとター
ビンランナとの間の作動流体の受渡しが傾斜角に応じて
円滑化され、あるいは阻害されるようになる。

【００１３】したがって、本発明によれば、コアなしカ
ップリングにおいて、正・逆駆動両方向に所望の容量係
数を持たせることができるようになり、併せて、従来知
られている容量係数の調整因子である羽根角度との組合
せで特性設定の選択範囲を大幅に広げたしかもきめ細か
な設定を可能とすることができる。

【００１４】さらに、ブレードの傾斜配置により、自ず
とポンプインペラとタービンランナのブレードのスレ違
い時に、急激な圧縮と解放をしない相対的なブレード角
度となるため、キャビテーションの発生が少なく、ブレ
ードの振動による騒音の発生を抑えることができる実用
上極めて有効な副次的効果が得られる。

【００１５】

【実施例】以下、図面に沿い、本発明の実施例について
説明する。

【００１６】図１は本発明のカップリングを原理的に示
す正面図であり、図の上半分はポンプインペラ（以下「
ポンプ」という）側のブレード、下半分はタービンラン
ナ（以下「タービン」という）側のブレードを示してい
る。このカップリングは、インナーコアを設けることな
く多数のブレードＢｐ，Ｂｔ（図にはその中のそれぞれ
１枚のみを示す）をそれぞれ配設されたポンプＰとター
ビンＴとを備えている。そして、これらブレードＢｐ，
Ｂｔは、それらが配設されたポンプＰ及びタービンＴの
回転方向に傾斜している結果、法線Ｌｐ，Ｌｔに対して
傾斜角θ２　ｐ，θ２　ｔを有する。

【００１７】ここに言う傾斜角θ２　ｐ，θ２　ｔとは
、理論的には、流体の流れを平均化した平均流線に対す
る回転方向への傾きを言うが、コアなしカップリングで
は、通常のコアありカップリングやトルクコンバータの
ようにインナーコアで平均流線を規定することができな
いので、後記する実施例では、実際上、上記角度をブレ
ードの中間点における法線Ｌｐ，Ｌｔに対する傾きとし
ている。また、上記の事情から純理論的解析ができない
ので、以下の説明は、ポンプ側及びタービン側それぞれ
のブレードＢｐ，Ｂｔに種々の傾斜角θ２　ｐ，θ２　
ｔ（法線Ｌｐ，Ｌｔに対する傾きの方向を正負で示す）
を付けて正駆動・逆駆動時の容量係数を測定し、それら
一連の実験結果を基に、そこから得られる傾向性から現
在知られている理論に基づき流体の流れを推定したもの
である。

【００１８】図２はカップリング内に生じる流体の流れ
を平均流線で模式的に示す側面図であり、図の左方はス
リップの大きい状態、右方はスリップの小さい状態を示
している。また、図３はカップリング内の流体の出入口
部分での流れを示す正面図である。以下これらの図を参
照しつつカップリング内における流体の流れを説明する
。

【００１９】図２の最上方に示す傾斜角θ２　ｐ，θ２
　ｔが共に０の場合、スリップの大きい状態では、平均
流線は円形となり、スリップが小さくにるに従ってター
ビンＴ側に偏った偏平な楕円形状となる。それに対して
、図２の２段目に示す、タービンＴ側のブレードの傾斜
角θ２　ｔを正にした場合、図３にθ２　ｔ＋で示すよ
うに、タービＴ側では、流体は外周側から入って内周側
に流れようとするため、タービンＴが押されて加速され
る流れとなる結果、流線は上記の場合より大きく回る。 このような大きな旋回は、それだけ容量係数を高くする
。

【００２０】それに対して、図２の中段に示すように、
タービンＴ側のブレードの傾斜角θ２　ｔを負側にする
と、図３のθ２　ｔ−に示すように、外周側から入った
流れは、流体の流れを邪魔される鋭角の方向に流れるよ
うになるので、衝突の損失が大きく、衝突後すぐに外周
側にそれてしまい、そこからすぐポンプＰ側へ流入して
いってしまう。この結果、流れは外周側で小さく回るよ
うになり、容量係数が小さくなる。

【００２１】一方、ポンプＰ側のブレードの傾斜角θ２
　ｐを正側にした場合、ポンプＰは吐き出す側であるが
、同様な考えで、図３のθ２　ｐ＋に示すように、ター
ビンＴから吐き出された流体が内周側から入って、斜め
に加速度が付きながら外周側に押し出されるため、図２
の下から２段目に示すように大きな回転になって、容量
係数が大きくなる。逆にポンプＰ側に負の傾斜角θ２　
ｐ−を付けた場合には、流体の流れを邪魔される鋭角の
方向に流れるようになるので、外周側への押出しが邪魔
されるため内周側で回って、容量係数が小さくなってし
まう。 このような両ブレードの傾斜角θ２　ｐ，θ２　ｔをそ
れぞれを組み合わせて、正逆駆動両方とも所望の容量係
数を得ることができるようになる。

【００２２】図４〜７は傾斜角θ２　ｐ，θ２　ｔが容
量係数ｃに与える影響を示すグラフである。まず、図４
はタービンＴ側傾斜角θ２ｔ＝−３０°とし、ポンプ側
傾斜角θ２　ｐを変化させた場合の正駆動時の傾向を横
軸を速度比ｅとして示すグラフである。このグラフから
ポンプ側傾斜角θ２　ｐの増加は容量係数ｃを増加させ
、その減少は容量係数ｃを減少させることがわかる。

【００２３】次に、図５は逆駆動時の上記と同様のグラ
フである。逆駆動時も上記と同様の傾向が見られるが、
特に、ポンプ側傾斜角θ２　ｐを増加させた場合、容量
係数ｃが正駆動時のそれを上回る傾向が見られる。

【００２４】図６はポンプＰ側傾斜角θ２　ｐ＝０とし
、タービン側傾斜角θ２　ｔを変化させた場合の正駆動
時の傾向を横軸を速度比ｅとして示すグラフである。こ
の場合もタービン側傾斜角θ２　ｔの増加は容量係数ｃ
を増加させ、その逆は容量係数ｃを減少させることがわ
かる。

【００２５】図７は逆駆動時の上記と同様のグラフであ
る。逆駆動時も上記と同様の傾向が見られるが、この場
合、タービン側傾斜角θ２　ｔを増加させても容量係数
ｃが正駆動時のそれを上回る傾向はない。

【００２６】図８は本発明のカップリングをＶベルト式
無段変速機（以下「ＣＶＴ」という）と組合せるべくロ
ックアップクラッチを付設した一実施例を示す発進装置
の側断面図であり、図９，１０はそのポンプ及びタービ
ンブレードの正面図である。この発進装置は、ポンプ１
とタービン２とからなるカップリングと、ロックアップ
クラッチ４とを備えており、具体的には、エンジンのク
ランクシャフトにボス３１を芯出し係合させ、ドライブ
プレートにスペーサ３２を介して取付けられるカップリ
ングカバー３３と、これに溶接一体化されたポンプシェ
ル１２と、ＣＶＴのインプットシャフトにスプライン嵌
合し、タービンシェル２３をリベット止めされたタービ
ンハブ２４と、タービンハブ２４に軸方向摺動自在に支
持され、駆動板４２をリベット止めされたロックアップ
クラッチピストン４１と、タービンハブ２４にスプライ
ン嵌合し、駆動板４２と協働してダンパスプリング４３
を支持する被動板４４とを備えている。

【００２７】この例では、図１０に示すように、タービ
ン側ブレード２１の傾斜角θ２　ｔ＝３０°とされ、図
９に示すように、ポンプ側ブレード１１の傾斜角θ２　
ｐ＝０で羽根角度θ１　＝１１５°とされている。この
ような選択は、ＣＶＴの特性に適合させるべく、中間速
度比の容量係数の向上を狙ったものであり、逆駆動時の
容量係数の低減を従来の手法である羽根角度θ１　の付
与で達成している。

【００２８】図１１は上記実施例のカップリングの速度
比と容量係数の関係を示すグラフであり、実線は正駆動
時の容量係数、点線は逆駆動時の容量係数を示す。

【００２９】上記実施例のカップリングの場合、ポンプ
１とタービン２のブレード１１，２１のスレ違い時に、
傾斜角θ２　ｔの付与により急激な圧縮と解放が避けら
れるので、キャビテーションの発生が少なく、ブレード
１１，２１の振動を生じることがない。因に、図１２は
ストール時のポンプ側回転数と音圧との関係を示すグラ
フであり、図の最下方の×印で示す曲線はトルクコンバ
ータ、△印のそれは羽根角度を付けたカップリング、○
印のそれは邪魔板を設けたカップリングの特性であり、
●印のそれが実施例のカップリングの特性である。

【００３０】以上、本発明を一実施例に基づき詳説した
が、本発明は上記実施例の開示内容のみに限定されるこ
となく、特許請求の範囲に記載の事項の範囲内で種々に
具体的構成を変更して実施可能なものであることはいう
までもない。例えば傾斜角はブレード全体について必ず
しも一様である必要はなく、部分ごとに異なっても良い
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を原理的に示す正面図である。

【図２】本発明の構成に基づく流体の流れを模式的に示
す側面図である。

【図３】本発明の構成に基づく流体の流れを模式的に示
す正面図である。

【図４】タービン側傾斜角を固定しポンプ側傾斜角を変
化させた場合の正駆動時の容量係数の変化を示すグラフ
である。

【図５】タービン側傾斜角を固定しポンプ側傾斜角を変
化させた場合の逆駆動時の容量係数の変化を示すグラフ
である。

【図６】ポンプ側傾斜角を固定しタービン側傾斜角を変
化させた場合の正駆動時の容量係数の変化を示すグラフ
である。

【図７】ポンプ側傾斜角を固定しタービン側傾斜角を変
化させた場合の逆駆動時の容量係数の変化を示すグラフ
である。

【図８】ＣＶＴと組合される発進装置に本発明を適用し
た一実施例を示す側断面図である。

【図９】上記実施例のポンプブレードの正面図である。

【図１０】上記実施例のポンプブレードの正面図である
。

【図１１】上記実施例の装置の速度比と容量係数の関係
を示すグラフである。

【図１２】ストール時のポンプ側回転数と音圧との関係
を各カップリングについて比較して示すグラフである。

【符号の説明】

Ｐ，１　　ポンプ Ｔ，２　　タービン Ｂｐ，１１　　ポンプブレート Ｂｔ，２１　　タービンブレード θ２　ｐ　　ポンプ側傾斜角 θ２　ｔ　　タービン側傾斜角

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　相互に作動流体の受渡しを行うポンプ
   インペラ及びタービンランナと、前記ポンプインペラ及
   びタービンランナにインナーコアを設けることなく配設
   されたポンプブレード及びタービンブレードを備え、前
   記ポンプブレード及びタービンブレードの少なくとも一
   方側のものは前記ポンプインペラ及びタービンランナの
   回転方向に傾斜し、それらの法線に対する傾斜角を有す
   ることを特徴とするフルードカップリング。