JP5637482B2 - トルクコンバータ - Google Patents

Description

本発明は、複数のステータが配置されたトルクコンバータに関する。

昨今、燃費向上を目的として、クルーズ走行時のエンジン回転数抑制と、登坂、発進性能の向上とを両立して満たすために、自動変速機の多段化によるレシオレンジの拡大が進んでいる。しかしながら、自動変速機本体のレシオレンジの拡大だけでは、コストや重量増加の観点から対応できない場合がある。

そこで、トルクコンバータの特に低速度比域のトルク比を増加させて、レシオレンジを拡大することが望まれている。また、クルーズ走行時等のトルクコンバータの滑り損失を低減するために、特に高速度比域の容量係数を増加することが望まれている。このような背景から、トルクコンバータには、高トルク比と高容量とを両立させた性能が要求されている。

このような要求を満たすために、複数のステータを配置して、速度比域に応じて、タービンランナからの作動油の流れの向きをステータで適切に変えることが可能なトルクコンバータが提案されている。例えば、特許文献１には、低速度比域の高トルク比と高速度比域の高容量とを両立させるために、２つのステータをそれぞれ別個のワンウェイクラッチを介して回転不動な固定軸に連結させたトルクコンバータが開示されている。

実開昭６２−１００３６５号公報

しかしながら、上記特許文献１のトルクコンバータでは、各ステータのワンウェイクラッチがトルクコンバータの軸方向に並べて配置されているので、トルクコンバータの軸方向長さが長くなる。そのため、トルクコンバータを含む自動変速機全体の軸方向長さが長くなり、自動変速機全体の重量が増加するという課題がある。

本発明は、以上の点に鑑み、軸方向長さを抑制した、複数のステータが配置されたトルクコンバータを提供することを目的とする。

本発明は、ポンプインペラに入力された回転力を、前記ポンプインペラとタービンランナとステータとの間を循環する流体を伝達媒体として、前記タービンランナに伝達するトルクコンバータであって、前記ステータは、前記タービンランナ側に配置される第１ステータと前記ポンプインペラ側に配置される第２ステータとが前記ポンプインペラの回転軸線方向に並設することにより構成され、前記第１ステータは、前記第２ステータ側に突出する環状の第１突出部を有し、前記第２ステータは、前記第１突出部よりも半径方向内側に、前記第１ステータ側に突出する環状の第２突出部を有し、当該トルクコンバータは、さらに、前記第１突出部の内周面に前記回転軸線方向にのみ移動可能に取り付けられたクラッチプレートと、前記第２突出部の外周面に前記回転軸線方向にのみ移動可能に取り付けられたクラッチディスクとが前記回転軸線方向に交互に配置されて構成され、前記第１ステータを前記第２ステータに対して一方向のみの前記回転軸線回りの回転を許容する第１ワンウェイクラッチ、及び、前記第２突出部の内周面と前記第２ステータより半径方向内側に固定された固定部材との間に配置され、前記第２ステータを前記固定部材に対して一方向のみの前記回転軸線回りの回転を許容する第２ワンウェイクラッチを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第１ワンウェイクラッチを構成するクラッチプレートが第１突出部に、クラッチディスクが第２突出部にそれぞれ取り付けられている。これにより、第１ワンウェイクラッチと第２ワンウェイクラッチとは前記回転軸線を中心として同心円状に配置され、且つ、第１ワンウェイクラッチは第２ワンウェイクラッチの外周側に配置される。

従って、２つのワンウェイクラッチを軸方向に並べた上記特許文献１に記載されたトルクコンバータと比較して、トルクコンバータの軸方向長さを減少させることが可能となる。

また、本発明において、前記第１ステータを前記タービンランナ側へ押圧する押圧部材を備える。

これにより、使用頻度が高いカップリングレンジ状態にて第１ステータと第２ステータとの回転差がなくなったとき、押圧部材で第１ステータをタービンランナ側へ押圧することにより、クラッチプレートとクラッチディスクとが非接触となるので、第１ワンウェイクラッチで発生する引き摺りトルクが非常に小さくなる。これにより、第１ワンウェイクラッチでの動力損失は少なくなり、伝達効率が良好となる。

本発明の実施形態に係るトルクコンバータの上半分を示す断面図。 図１の第１及び第２ワンウェイクラッチの周辺を示す拡大断面図。 速度比とトルク比及び容積係数との関係を示すグラフ。 作動油の流れとステータブレードに作用する力との関係を説明する図であり、（ａ）は低速度比域、（ｂ）は中速度比域、（ｃ）は高速度比域をそれぞれ示す。

以下、本発明の実施形態に係るトルクコンバータ１０について説明する。

図１に示すように、トルクコンバータ１０は、３種の羽根車、すなわちポンプインペラ１２、タービンランナ１４及びステータ１６と、フロントカバー２１とを備えている。ポンプインペラ１２、タービンランナ１４及びステータ１６によって作動油を循環させる環状経路が形成されている。

トルクコンバータ１０は、さらに、２つのワンウェイクラッチ４０，５０と、タービンランナ１４とフロントカバー２１との間に配置されたロックアップクラッチ２２とを備えている。

ポンプインペラ１２は、図示しないエンジンの出力が伝達される図示しない駆動軸（エンジンクランクシャフト）に連結された図示しないフライホイールに取り付けられている。

タービンランナ１４は、ポンプインペラ１２に対向して配置されており、ポンプインペラ１２の環状流体吐出口に近接して配置された環状流体流入口を有し変速機構に結合されている。ステータ１６は、タービンランナ１４からポンプインペラ１２に流入する作動油の流れを偏向する。

ポンプインペラ１２は、椀状に形成された外側のポンプシェル１２ａ、内側のポンプコアリング１２ｂ、及び基端部がポンプコアリング１２ｂに取り付けられた複数のポンプブレード１２ｃから構成されている。

ポンプシェル１２ａの外周端は、回転軸線Ｏに沿って回転する前記駆動軸に連結されたフロントカバー２１に取り付けられている。そして、ポンプシェル１２ａの内周端は、ポンプハブ１３に固定されている。これにより、ポンプインペラ１２は、環状に形成され、回転軸線Ｏに沿って回転するように構成されている。なお、ポンプハブ１３内には、出力軸３０が回転軸線Ｏを中心として回転可能に配置されている。

タービンランナ１４は、椀状に形成された外側のタービンシェル１４ａ、内側のタービンコアリング１４ｂ、及び基端部がタービンコアリング１４ｂに取り付けられた複数のタービンブレード１４ｃから構成されている。

タービンシェル１４ａの内周端は、リベット２３によってタービンハブ１５に固定されている。タービンハブ１５は出力軸３０に結合されており、タービンランナ１４は出力軸３０と一体に回転する。

ステータ１６は、ポンプインペラ１２とタービンランナ１４との間に挟まれるように配置されている。

ステータ１６は、トルクコンバータ１０の軸方向に並んで配置される第１ステータ（１段目ステータ）１７と第２ステータ（２段目ステータ）１８とから構成されている。なお、トルクコンバータ１０の軸方向は、回転軸線Ｏが延びる方向であり、以下、単に「軸方向」ともいう。

第１ステータ１７は、内側の第１シェル側リング１７ａ、外側の第１コア側リング１７ｂ、及び、基端部が第１シェル側リング１７ａに取り付けられた複数の第１ステータブレード１７ｃから構成されている。

第２ステータ１８も、第１ステータ１７と同様に構成されている。第２ステータ１８は、内側の第２シェル側リング１８ａ、外側の第２コア側リング１８ｂ、及び、基端部が第２シェル側リング１８ａに取り付けられた複数の第２ステータブレード１８ｃから構成されている。

各ステータブレード１７ｃ，１８ｃは、それぞれシェル側リング１７ａ，１８ａの外周面に固定され、半径方向外方に延びている。

図４（ａ）も参照して、第１ステータブレード１７ｃは、翼形状の断面を有しており、タービンランナ１４側端は丸みを帯びた頭部に、ポンプインペラ１２側端は細長い尾部になっている。第１ステータブレード１７ｃの表面（図４（ａ）における下面）は湾曲凹形状に、背面（図４（ａ）における上面）は湾曲凸形状にそれぞれ形成されている。

第２ステータブレード１８ｃは、細長い概略長方形状の断面を有しており、タービンランナ１４側端とポンプインペラ１２側端とはともに丸みを帯びている。第２ステータブレード１８ｃの表面は若干湾曲凹形状に、背面は若干湾曲凸形状にそれぞれ形成されている。

なお、第２ステータブレード１８ｃの出口角度α２は、第１ステータブレード１７ｃの出口角度α１より大きく設定されている。なお、出口角度とは、ステータブレード１７ｃ，１８ｃの肉厚の中心を結ぶ中心線の出口側端における接線と、回転軸線Ｏに平行な線Ｏ１とがなす角度である。

第１ステータ１７は、第１ワンウェイクラッチ４０を介して第２ステータ１８に支持されている。一方、第２ステータ１８は、第２ワンウェイクラッチ５０を介して図示しないハウジングにより回転不能に支持された固定軸３１に支持されている。

第１ワンウェイクラッチ４０と第２ワンウェイクラッチ５０とは回転軸線Ｏを中心として同心円状に配置されている。そして、第１ワンウェイクラッチ４０は第２ワンウェイクラッチ５０の外周側に配置されている。

図２に示すように、第１ワンウェイクラッチ４０は、第１ステータ１７に作用する反力に応じて軸方向に作動する摩擦式クラッチであり、クラッチプレート４１とクラッチディスク４２とが軸方向に交互に配置されて構成されている。

第１シェル側リング１７ａには、第２ステータ１８側へ軸方向に突出する突出部である第１ハブ１７ｄが形成されている。そして、第１ハブ１７ｄにクラッチプレート４１が軸方向のみに移動可能に取り付けられている。実施形態では、第１ハブ１７ｄの内周側に形成されたスプラインに、各クラッチプレート４１の外周側に形成されたスプラインを係合させることによって、第１ハブ１７ｄに複数のクラッチプレート４１が取り付けられている。

第２シェル側リング１８ａには、第１ハブ１７ｄよりも半径方向内側にて第１ステータ１７側へ軸方向に突出する第２ハブ１８ｄが形成されている。そして、第２ハブ１８ｄにクラッチディスク４２が軸方向のみに移動可能に取り付けられている。実施形態では、第２ハブ１８ｄの外周側に形成されたスプラインに、各クラッチディスク４２の内周側に形成されたスプラインが係合させることによって、第２ハブ１８ｄに複数のクラッチディスク４２が取り付けられている。

なお、実施形態では、第１ハブ１７ｄにクラッチプレート４１が、第２ハブ１８ｄにクラッチディスク４２がそれぞれ取り付けられている。ただし、これとは逆に、第１ハブ１７ｄにクラッチディスク４２を、第２ハブ１８ｄにクラッチプレート４１をそれぞれ取り付けてもよい。

さらに、第１ステータ１７と第２ステータ１８との間には、第１シェル側リング１７ａをタービンランナ１４側へ押圧する押圧部材４３が配置されている。ここでは、押圧部材４３は、皿ばね等の周知のばねからなる付勢部材である。ただし、押圧部材４３は、制御装置に接続された油圧装置などから構成してもよい。

第２ワンウェイクラッチ５０は、固定軸３１にスプライン嵌合された内輪５１と、内輪５１の周囲に配置された外輪５２と、内輪５１と外輪５２との間に設けられた係合体５３とから構成されている。そして、外輪５２は第２ステータ１８に固定されている。実施形態では、外輪５２の外周側に形成されたスプラインに、第２ステータ１８の第２ハブ１８ｄの内周側に形成されたスプラインを嵌合させることによって、第２ハブ１８ｄに外輪５２が固定されている。

さらに、ポンプハブ１３と第２シェル側リング１８ａとの軸方向間には第１スラストベアリング２４が配置されている。また、タービンハブ１５と第１シェル側リング１７ａとの軸方向間には第２スラストベアリング２５が配置されている。

（トルクコンバータの作動）
以上のように構成されたトルクコンバータ１０において、車両速度が所定の値に達するなどの条件を満たす場合には、図示しない油圧装置を作動させてロックアップクラッチ２２をオンさせることにより、ポンプインペラ１２とタービンランナ１４とは直結状態に保持され、前記図示しない駆動軸の動力は直接自動変速機側に伝達される。

一方、ロックアップクラッチ２２がオフ（ロックアップ解除）されているときには、フロントカバー２１とタービンランナ１４との間のトルク伝達は、ポンプインペラ１２とタービンランナ１４との間の流体伝達によって行われる。

駆動軸が回転してフロントカバー２１が回転すると、これに取り付けられたポンプシェル１２ａも同時に回転する。このポンプインペラ１２の回転によって、作動油に図１に矢印で示す流れが生じ、この流れがステータ１６を介して伝達されてタービンランナ１４が回転する。そして、このタービンランナ１４の回転と一体に出力軸３０も回転し、この出力軸３０に接続された図示しない変速機の入力軸が回転駆動する。

ポンプインペラ１２からタービンランナ１４に流れる作動油はタービンランナ１４を回転させた後、ステータ１６に向う。ステータ１６を通過する際、作動油はステータブレード１７ｃ，１８ｃに当接して向きが変えられ、ポンプインペラ１２に戻される。

作動油の流れによってタービンランナ１４はトルクを発生させ、このトルクがタービンハブ１５及び出力軸３０を介して図示しない変速機構の入力軸に伝達される。この動作中、ステータ１６は作動油の流れの向きを変え、ポンプインペラ１２からタービンランナ１４に伝達されるトルクを増幅させる働きをする。なお、作動油がポンプインペラ１２とタービンランナ１４との間を循環するトルクの伝達媒体に該当する。

トルクコンバータ１０の運転状態に応じて発生した旋回流によって、作動油はタービンランナ１４からステータ１６に流れ込む。そして、この作動油は、第１及び第２ステータブレード１７ｃ，１８ｃに当接し、これらに沿って流れ、ポンプインペラ１２に流れ込む。

タービンランナ１４からステータ１６へ流れ込む作動油の流入角度は、速度比ｅ、すなわちタービンランナ１４とポンプインペラ１２との速度比に大きく依存し、速度比ｅが低いほど、作動油によってステータ１６に発生するスラスト力は大きくなる。

ここでは、図３に示すように、速度比ｅの高低に応じて３つの領域Ｒ１〜Ｒ３に分けて、各領域におけるトルクコンバータ１０の作動を説明する。

（低速度比域)
速度比ｅが例えば０〜０．３程度の低速度比域Ｒ１では、図４（ａ）に示すように、タービンランナ１４からステータ１６に流れ込む作動油の速度Ｖ１はスラスト成分が大きい。このため、この作動油の流れによって第１ステータブレード１７ｃには大きなスラスト力Ｓ１が発生する。

そして、このスラスト力Ｓ１は、このスラスト力Ｓ１と逆向きの押圧部材４３の押圧力Ｐよりも大きい。第１ステータ１７は第２ステータ１８の方向に移動可能に構成されているが、押圧力Ｐに勝るスラスト力Ｓ１が推力となって、第１ステータ１７は第２ステータ１８側に移動した状態となっている。

これにより、第１ワンウェイクラッチ４０のクラッチプレート４１とクラッチディスク４２とが摩擦係合して、第１ステータ１７が第２ステータ１８に対して移動不可能に係止される。この時、第２ステータ１８は第２ワンウェイクラッチ５０によって停止状態にあり、第１ステータ１７も停止状態が維持される。

タービンランナ１４からステータ１６に流れ込む作動油によって、第１及び第２ステータブレード１７ｃ，１８ｃには半径方向外方向（図４（ａ）における上方向）に力が発生する。しかし、第１及び第２ステータ１７，１８は回転不可能であり静止した状態が維持されるので、前記力の反力として、第１及び第２ステータ１７，１８に半径方向外方向にトルクＴ１が発生する。

ステータブレード１７ｃ，１８ｃに当接して流れの向きを変えられた作動油は、ポンプインペラ１２へと流れ込み、ポンプインペラ１２の回転を後押しする。このように、低速度比域Ｒ１では、トルク増大作用が行われ、トルク比Ｋは高くなる。

（中速度比域)
速度比ｅが大きくなるに従ってタービンランナ１４からステータ１６に流れ込む作動油の速度Ｖ２のスラスト方向の成分は小さくなり、この作動油の流れによって第１ステータブレード１７ｃに発生するスラスト力Ｓ１は小さくなる。そして、速度比ｅが例えば０．３程度〜０．８程度の中速度比域Ｒ２になると、図４（ｂ）に示すように、このスラスト力Ｓ２が押圧部材４３の押圧力Ｐより小さくなる。このとき、第１ステータ１７はフロントカバー２１側へと移動し、第１ワンウェイクラッチ４０による第１ステータ１７と第２ステータ１８との係合は解除される。

なお、押圧部材４３が皿ばね等のばねからなる場合、第１ワンウェイクラッチ４０による係合の解除はばねの付勢力である押圧力Ｐとスラスト力Ｓ１との大小に応じて定まるので、解除時の応答性が良好であり、固定状態にある第１ステータ１７がスムーズに回転を開始する。また、回転する第１ステータ１７による第１ワンウェイクラッチ４０での引き摺りトルクも小さい。

タービンランナ１４からステータ１６に流れ込む作動油は第１ステータブレード１７ｃの背面に当接して第１ステータ１７を回転させようとする力が作用する。そして、第１ワンウェイクラッチ４０による係合は解除されているので、第１ステータ１７は自由に、図４（ｂ）の白抜き矢印方向に回転する。

一方、この時点でも第２ステータ１８は依然として停止状態にある。タービンランナ１４からステータ１６に流れ込む作動油によって、第２ステータブレード１８ｃには半径方向外方向に力が発生する。しかし、第２ステータ１８は第２ワンウェイクラッチ５０の係合により回転不可能であって静止した状態が維持されるので、前記力の反力として、第２ステータ１８には半径方向外方向にトルクＴ２が発生する。

（高速度比域)
さらに速度比ｅが大きくなると、タービンランナ１４からステータ１６に流れ込む作動油の速度Ｖ３のスラスト方向の成分はさらに小さくなる。そして、速度比ｅが例えば０．８程度〜１の高速度比域Ｒ３になると、図４（ｃ）に示すように、高速回転するタービンランナ１４からステータ１６に流れ込む作動油は第２ステータブレード１８ｃの背面に当接して第２ステータ１８を回転させる。これにより、第２ワンウェイクラッチ５０の係合は解除され、第２ステータ１８も図４（ｃ）の白抜き矢印方向に回転する。

特に、速度比ｅが１、すなわちトルクコンバータ１０がカップリング状態に近付くと、第１ステータ１７と第２ステータ１８との回転差はなくなり、第１ステータ１７の第１ハブ１７ｄに係合されているクラッチプレート４１と第２ステータ１８の第２ハブ１８ｄに係合されているクラッチディスク４２との回転差は小さくなる。よって、引き摺りトルクは非常に小さくなるので、動力損失は少なく、伝達効率は良好となる。

また、第２ステータブレード１８ｃの入口角度は、タービンランナ１４からステータ１６に流れ込む作動油の流入角度とほぼ一致するように設定されている。そのため、作動油は第２ステータブレード１８ｃにほとんど衝突しないで滑らかに流れ剥離などが発生しないので、有効流路面積が減少しない。よって、高速度比域Ｒ３で高い容量係数τを得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ステータ１６は２つのステータ１７，１８から構成する場合について説明したが、ステータを３つ以上のステータから構成してもよい。また、第２ワンウェイクラッチ５０の形式は限定されず、ラチェット式、スプラグ式、ローラ式等のワンウェイクラッチであってもよい。

以上説明したように、第１ワンウェイクラッチ４０と第２ワンウェイクラッチ５０とは回転軸線Ｏを中心として同心円状に配置され、且つ、第１ワンウェイクラッチ４０は第２ワンウェイクラッチ５０の外周側に配置されている。

具体的には、第１シェル側リング１７ａから第２ステータ１８側に突出する第１ハブ１７ｄに取り付けられたクラッチプレート４１と、第２シェル側リング１８ａから第１ステータ１７側に突出する第２ハブ１８ｄに取り付けられたクラッチディスク４２とから構成されている。そして、第２ワンウェイクラッチ５０は、固定軸３１にスプライン嵌合された内輪５１と、第２ハブ１８ｄに固定された外輪５２と、内輪５１と外輪５２との間に設けられた係合体５３とから構成されている。

これにより、２つのワンウェイクラッチを軸方向に並べた上記特許文献１に記載されたトルクコンバータと比較して、トルクコンバータの軸方向長さを減少させることが可能となる。

また、第１ワンウェイクラッチ４０は、第１ステータ１７に作用する反力に応じて軸方向に作動する摩擦式クラッチであり、クラッチプレート４１とクラッチディスク４２とが軸方向に交互に配置することにより構成されている。

そのため、高速度比域Ｒ３において第１ステータ１７と第２ステータ１８との回転差はなくなると、第１ステータ１７の第１ハブ１７ｄに係合されているクラッチプレート４１と第２ステータ１８の第２ハブ１８ｄに係合されているクラッチディスク４２との回転差は小さくなり、引き摺りトルクが非常に小さくなる。よって、第１ワンウェイクラッチ４０での動力損失は少なく、伝達効率は良好となる。

さらに、第１ワンウェイクラッチ４０は、トルクコンバータ１０の運転状態に応じた旋回流により第１ステータ１７に発生するスラスト力Ｓ１の大きさに基づいて、第１ステータ１７の係合又は解除を行う。

よって、第１ステータ１７の係合又は解除を行うために、特別な油路を設ける必要がなく、上記特許文献１に図示された従来のワンウェイクラッチと比較して部品点数を削減することができる。従って、トルクコンバータ１０のコストを抑制することが可能となる。

１０…トルクコンバータ、 １２…ポンプインペラ、 １２ａ…ポンプシェル、 １２ｂ…ポンプコアリング、 １２ｃ…ポンプブレード、 １３…ポンプハブ、 １４…タービンランナ、 １４ａ…タービンシェル、 １４ｂ…タービンコアリング、 １４ｃ…タービンブレード、 １５…タービンハブ、 １６…ステータ、 １７…第１ステータ、 １７ａ…第１シェル側リング、 １７ｂ…第１コア側リング、 １７ｃ…第１ステータブレード、 １７ｄ…第１ハブ（第１突出部）、 １８…第２ステータ、 １８ａ…第２シェル側リング、 １８ｂ…第２コア側リング、 １８ｃ…第２ステータブレード、 １８ｄ…第２ハブ（第２突出部）、 ２１…フロントカバー、 ２２…ロックアップクラッチ、 ３０…出力軸、 ３１…固定軸（固定部材）、 ４０…第１ワンウェイクラッチ、 ４１…クラッチプレート、 ４２…クラッチディスク、 ４３…押圧部材、 ５０…第２ワンウェイクラッチ、 ５１…内輪、 ５２…外輪、 ５３…係合体。

Claims (1)

1. ポンプインペラに入力された回転力を、前記ポンプインペラとタービンランナとステータとの間を循環する流体を伝達媒体として、前記タービンランナに伝達するトルクコンバータであって、
   前記ステータは、前記タービンランナ側に配置される第１ステータと前記ポンプインペラ側に配置される第２ステータとが前記ポンプインペラの回転軸線方向に並設することにより構成され、
   前記第１ステータは、前記第２ステータ側に突出する環状の第１突出部を有し、
   前記第２ステータは、前記第１突出部よりも半径方向内側に、前記第１ステータ側に突出する環状の第２突出部を有し、
   当該トルクコンバータは、さらに、前記第１突出部の内周面に前記回転軸線方向にのみ移動可能に取り付けられたクラッチプレートと、前記第２突出部の外周面に前記回転軸線方向にのみ移動可能に取り付けられたクラッチディスクとが前記回転軸線方向に交互に配置されて構成され、前記第１ステータを前記第２ステータに対して一方向のみの前記回転軸線回りの回転を許容する第１ワンウェイクラッチ、
   前記第２突出部の内周面と前記第２ステータより半径方向内側に固定された固定部材との間に配置され、前記第２ステータを前記固定部材に対して一方向のみの前記回転軸線回りの回転を許容する第２ワンウェイクラッチ、及び
   前記第１ステータを前記タービンランナ側へ押圧する押圧部材を備えたことを特徴とするトルクコンバータ。

Images