JP6348425B2 - トルクコンバータ用のロックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロックアップ装置、特に、トルクを伝達するとともに捩り振動を吸収・減衰するための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。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、タービンに固定された出力部材と、クラッチ部と出力部材との間に配置されたダンパ部と、を有している。ダンパ部は、複数のトーションスプリングを有しており、クラッチ部の出力側の部材と出力部材とを相対回転自在に連結している。

このようなロックアップ装置では、特許文献１に示されるように、剛性を低くし、かつ捩り角度を広くすることによって、振動を効果的に抑制することができる。また、低剛性、及び捩り特性の広角度化を実現しつつ、所定のトルク伝達容量を確保するために、捩り特性を３段特性にすることが行われている。

特開２０１１−２５２５８３号公報

特許文献１に示されたロックアップ装置では、３段の捩り特性のうちの１段目では、外周側に配置された２種類のトーションスプリングが作動し、低剛性の特性が実現される。その後、外周側の２種類のスプリングのうちの１種類のスプリングが線間密着し、２段目に移行する。２段目では、外周側の２種類のスプリングのうちの、残りのスプリングが作動する。次に、３段目では、外周側の１種類のスプリングと内周側のスプリングとが作動し、高剛性の特性が実現される。

以上のように、特許文献１の装置では、３段の捩り特性において１段目及び２段目では、外周側のスプリングのみが作動することによって低剛性及び中剛性の特性が実現される。このため、外周側のスプリングの負荷が比較的高くなり、特性をより低剛性化して、振動を効果的に抑制することが困難になる。

本発明の課題は、多段の捩り特性を有するロックアップ装置において、捩り特性を、より低剛性化、広角度化することによって、振動をさらに効果的に抑制することにある。

本発明の一側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置は、トルクを伝達するとともに捩り振動を吸収・減衰するための装置であって、入力回転部材と、出力回転部材と、複数の第１コイルスプリングと、複数の第２コイルスプリング対と、を備えている。入力回転部材はトルクが入力される。出力回転部材は、入力回転部材と所定の捩り角度範囲で相対回転自在に配置され、トルクを出力する。第１コイルスプリングは、入力回転部材と出力回転部材とを相対回転自在に連結し、捩り角度範囲の全域にわたって作動する。第２コイルスプリング対は、第１コイルスプリングの外周側又は内周側に第１コイルスプリングと並列に作動するように配置され、それぞれが、剛性が異なり直列に作動する２つ以上のコイルスプリングを有する。

この装置では、ロックアップ状態では、入力回転部材に入力されたトルクは、第１コイルスプリング及び第２コイルスプリング対を介して出力回転部材に伝達されて出力される。

ここでは、第１コイルスプリングは捩り角度範囲の全域にわたって作動し、第２コイルスプリング対は第１コイルスプリングと並列に作動する。このため、各コイルスプリングに作用する負荷が、従来の多段の捩り特性を有する装置に比較して軽減される。したがって、捩り特性を、より低剛性化し、広角度化することが可能になる。

本発明の別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、第１コイルスプリングは、第２コイルスプリング対の内周側に配置されており、自由状態で円弧状のアークスプリングである。

ここでは、捩り角度範囲の全域にわたって作動する第１コイルスプリングがアークスプリングで構成されているので、第１コイルスプリングのスプリング長を長くすることができる。したがって、捩り特性を、低剛性化、広角度化が容易になる。

本発明の別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、第２コイルスプリング対の２つ以上のコイルスプリングは、自由状態で円弧状のアークスプリングであり、隣り合う２つのコイルスプリングは円周方向の端面が直接接触している。

ここでは、第２コイルスプリング対がアークスプリングで構成されているので、前記同様に、捩り特性を、低剛性化、広角度化することができる。また、第２コイルスプリング対を構成する２つのコイルスプリングを直接接触させているので、スプリング長を、より長くすることができ、低剛性化、広角度化が容易になる。

本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、第１コイルスプリング及び第２コイルスプリング対は、３段の捩り特性を実現するものであり、第２コイルスプリング対は、長スプリング、中スプリング、及び短スプリングを有している。長スプリングは、円周方向の長さが最も長く、かつ剛性が最も低く、捩り特性の１段目のみで作動する。中スプリングは、円周方向の長さが長スプリングよりも短く、かつ剛性は長スプリングよりも高く、捩り特性の１段目及び２段目で作動する。短スプリングは、円周方向の長さが中スプリングよりも短く、かつ剛性は中スプリングよりも高く、捩り特性の全域で作動する。

本発明のさらに別の側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置では、長スプリング及び中スプリングは、入力回転部材と出力回転部材とが相対回転する際に、長スプリング、中スプリングの順に密着する。

以上のような本発明では、多段の捩り特性を有するロックアップ装置において、捩り特性を、より低剛性化、広角度化することができ、これによって、振動をさらに効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態が採用されたトルクコンバータの縦断面概略図。 図１のロックアップ装置を抽出して示す図。 図１のドリブンプレートと、外周側及び内周側ダンパ部と、をエンジン側から視た図。 ロックアップ装置の３段の捩り特性を示す図。

［全体構成］
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の縦断面概略図である。トルクコンバータ１は、エンジンのクランクシャフトからトランスミッションの入力軸にトルクを伝達するための装置である。図１の左側に図示しないエンジンが配置され、図１の右側に図示しないトランスミッションが配置されている。図１に示すＯ−Ｏがトルクコンバータ１の回転軸である。

トルクコンバータ１は、フロントカバー２と、インペラ３と、タービン４と、ステータ５と、ロックアップ装置６と、を備えている。インペラ３、タービン４、及びステータ５によって、トーラス形状の流体室が形成されている。

フロントカバー２は、図示しないフレキシブルプレートを介してトルクが入力される部材である。フロントカバー２は、エンジン側に配置されている部材であって、円板状の本体部２ａと、本体部２ａの外周部からトランスミッション側に向かって延びる筒状部２ｂと、を有している。フロントカバー２の内周端にはセンターボス２ｃが設けられている。センターボス２ｃは、軸方向に延びる円筒形状の部材であり、図示しないクランクシャフトの中心孔に挿入される。

インペラ３は、主に、インペラシェル１１と、その内部に固定された複数のインペラブレード１２と、インペラシェル１１の内周部に固定されたインペラハブ１３と、から構成されている。インペラシェル１１は、フロントカバー２に対向するように配置され、外周部の先端がフロントカバー２の筒状部２ｂに溶接されている。インペラハブ１３は、インペラシェル１１の内周端からトランスミッション側に延びる筒状の部材である。

タービン４は、流体室内でインペラ３に対して軸方向に対向して配置されている。タービン４は、主に、タービンシェル１５と、タービンシェル１５の内部に固定された複数のタービンブレード１６と、タービンハブ１７と、を有している。タービンシェル１５の内周端は、トランスミッション側に折り曲げられ、固定部１５ａが形成されている。

タービンハブ１７は、円筒状の部材であり、エンジン側の大径部１７ａと、トランスミッション側の小径部１７ｂと、を有している。小径部１７ｂは大径部１７ａより外径が小さい。大径部１７ａの内周面にはスプライン孔１７ｃが形成されており、このスプライン孔１７ｃにトランスミッションの入力軸が嵌合可能である。また、小径部１７ｂの外周面に、タービンシェル１５の固定部１５ａが溶接されている。

ステータ５は、タービン４からインペラ３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５は、主に、環状のステータキャリア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、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２２を介して図示しない筒状の固定シャフトに支持されている。

なお、タービンシェル１５とステータキャリア２０との間、及びステータキャリア２０とインペラシェル１１との間には、それぞれスラストベアリング２４，２５が配置されている。

［ロックアップ装置６］
ロックアップ装置６は、フロントカバー２に入力されるトルクをトランスミッションに伝達するとともに、捩り振動を吸収及び減衰するための装置である。ロックアップ装置６は、図１に示すように、フロントカバー２とタービン４との間に配置されており、所定の回転数以上において両者を機械的に連結する。

ロックアップ装置６は、図１及び図２に示すように、ピストン２８と、入力回転部材としてのドライブプレート２９と、出力回転部材としてのドリブンプレート３０と、外周側ダンパ部３１と、内周側ダンパ部３２と、を有している。なお、図２は図１のロックアップ装置６部分を抽出して示したものである。

＜ピストン２８＞
ピストン２８は、円板状のプレート部材であって、フロントカバー２と対向するように配置され、油圧の作用によって軸方向に移動自在である。図２に示すように、ピストン２８は、円板部２８ａと、外周筒状部２８ｂと、内周筒状部２８ｃと、を有している。

円板部２８ａの外周部において、フロントカバー２と対向する面には、摩擦部材３４が固定されている。この摩擦部材３４がフロントカバー２の側面に押し付けられることによって、フロントカバー２に入力されたトルクがピストン２８を介して出力側に伝達される。外周筒状部２８ｂは円板部２８ａの外周部をトランスミッション側に折り曲げて形成されたものである。また、内周筒状部２８ｃは、円板部２８ａの内周部をエンジン側に折り曲げて形成されたものであり、タービンハブ１７の大径部１７ａの外周面に摺動自在に支持されている。

なお、タービンハブ１７の大径部１７ａの外周面には、シール部材３５が設けられており、これによりタービンハブ１７の大径部１７ａとピストン２８の内周筒状部２８ｃとの間がシールされている。

＜ドライブプレート２９＞
ドライブプレート２９は、円板状のプレート部材であり、ピストン２８とタービン４との間に配置されている。ドライブプレート２９は、図２及び図３に示すように、リベット３７によってピストン２８の円板部２８ａに固定された固定部２９ａと、入力側外周収容部２９ｂと、入力側内周収容部２９ｃと、入力側第１係合部２９ｄと、入力側第２係合部２９ｅと、を有している。

なお、図３は、ドリブンプレート３０と、外周側及び内周側ダンパ部３１，３２と、をエンジン側から視た図である。ドライブプレート２９とドリブンプレート３０とは、具体的な形状は異なるが、基本的構成は同じであるので、図３に両プレート２９，３０の符号を付けて説明する。

入力側外周収容部２９ｂは、円周方向に所定の間隔で設けられており、固定部２９ａの外周部を切り欠いて形成されたものである。この入力側外周収容部２９ｂに外周側ダンパ部３１が収容されている。図２に示すように、入力側外周収容部２９ｂの内周縁部は、トランスミッション側に切り起こされて、内周支持部２９ｆが形成されている。

入力側内周収容部２９ｃは、入力側外周収容部２９ｂの内周側に形成された開口である。この入力側内周収容部２９ｃに内周側ダンパ部３２が収容されている。図２に示すように、入力側内周収容部２９ｃの外周縁部及び内周縁部は、トランスミッション側に切り起こされて、外周支持部２９ｇ及び内周支持部２９ｈが形成されている。なお、外周支持部２９ｇ及び内周支持部２９ｈは、入力側内周収容部２９ｃの円周方向の全部ではなく、中央部の一部にのみ形成されている。

入力側第１係合部２９ｄは、隣り合う入力側外周収容部２９ｂの間に配置されている。入力側第１係合部２９ｄは、ドライブプレート２９の外周部において、入力側外周収容部２９ｂが形成されていない部分をトランスミッション側に折り曲げて形成されている。また、入力側第２係合部２９ｅは、入力側内周収容部２９ｃの円周方向の両端部によって形成されている。

＜ドリブンプレート３０＞
ドリブンプレート３０は、円板状のプレート部材であり、ドライブプレート２９とタービン４との間に配置されている。ドリブンプレート３０は、外周部がタービンシェル１５に溶接された固定部３０ａと、出力側外周収容部３０ｂと、出力側内周収容部３０ｃと、出力側第１係合部３０ｄと、出力側第２係合部３０ｅと、を有している。

出力側外周収容部３０ｂは、ドライブプレート２９の入力側外周収容部２９ｂと対向する位置に設けられている。また、構成もドライブプレート２９の入力側外周収容部２９ｂと同じであり、固定部３０ａの外周部を切り欠いて形成されたものである。この出力側外周収容部３０ｂに外周側ダンパ部３１が収容されている。

出力側内周収容部３０ｃは、出力側外周収容部３０ｂの内周側に形成された開口である。出力側内周収容部３０ｃは、入力側内周収容部２９ｃと対向する位置に、円周方向において同じ長さで形成されている。この出力側内周収容部３０ｃに内周側ダンパ部３２が収容されている。

出力側内周収容部３０ｃには、ドライブプレート２９の外周支持部２９ｇ及び内周支持部２９ｈが差し込まれている。前述のように、外周支持部２９ｇ及び内周支持部２９ｈは入力側内周収容部２９ｃの一部にのみ形成されているので、外周支持部２９ｇ及び内周支持部２９ｈの円周方向の両端と出力側内周収容部３０ｃの端面との間には隙間が形成されている。この隙間に相当する角度分だけ、ドライブプレート２９とドリブンプレート３０とは相対回転が可能である。言い換えれば、ドライブプレート２９の外周支持部２９ｇ及び内周支持部２９ｈと、ドリブンプレート３０の出力側内周収容部３０ｃと、によってドライブプレート２９とドリブンプレート３０との相対回転を所定の角度に規制するストッパ機構が構成されている。

出力側第１係合部３０ｄは、隣り合う出力側外周収容部３０ｂの間に配置されている。出力側第１係合部３０ｄは、ドリブンプレート３０の外周部において、出力側外周収容部３０ｂが形成されていない部分をエンジン側に折り曲げて形成されている。また、出力側第２係合部３０ｅは、出力側内周収容部３０ｃの円周方向の両端部によって形成されている。

＜外周側ダンパ部３１＞
外周側ダンパ部３１は、１２０度間隔で３ヶ所に配置されている。各外周側ダンパ部３１は、第１トーションスプリング４１と、第２トーションスプリング４２と、第３トーションスプリング４３と、を有している。第１〜第３トーションスプリング４１，４２，４３は、自由状態で、すなわち組み付けられていない状態で、円弧状に形成されたアークスプリングである。前述のように、外周側ダンパ部３１は、入力側外周収容部２９ｂと出力側外周収容部３０ｂとによって保持されている。また、各トーションスプリング４１，４２，４３は、外周側がピストン２８の外周筒状部２８ｂによって支持され、内周側がドライブプレート２９の内周支持部２９ｆによって支持されている。

第１トーションスプリング４１は、円周方向に第１長さを有し、第１剛性を有している。第２トーションスプリング４２は、円周方向に第１長さより短い第２長さを有し、第１剛性より剛性の高い第２剛性を有している。第３トーションスプリング４３は、円周方向に第２長さより短い第３長さを有し、第２剛性より剛性の高い第３剛性を有している。すなわち、円周方向の長さは、第１トーションスプリング４１＞第２トーションスプリング４２＞第３トーションスプリング４３の関係であり、剛性は、第１トーションスプリング４１＜第２トーションスプリング４２＜第３トーションスプリング４３の関係である。

第１トーションスプリング４１の一端及び第３トーションスプリング４３の他端は、それぞれスプリングシート４６を介して入力側第１係合部２９ｄ及び出力側第１係合部３０ｄに当接している。第２トーションスプリング４２の両端は、第１トーションスプリング４１の他端及び第３トーションスプリング４３の一端に直接接触している。これにより、第１〜第３トーションスプリング４１〜４３は直列で作動することになる。

＜内周側ダンパ部３２＞
内周側ダンパ部３２は、外周側ダンパ部３１の内周側に配置されており、外周側ダンパ部３１と同様に、１２０度間隔で３ヶ所に配置されている。各内周側ダンパ部３２は、１つの第４トーションスプリング４４から構成されている。第４トーションスプリング４４は、自由状態で、すなわち組み付けられていない状態で、円弧状に形成されたアークスプリングである。前述のように、第４トーションスプリング４４は、入力側内周収容部２９ｃと出力側内周収容部３０ｃとによって保持されている。また、第４トーションスプリング４４は、ドライブプレート２９の外周支持部２９ｇ及び内周支持部２９ｈによって径方向に支持されている。

第４トーションスプリング４４は、両端がドライブプレート２９の入力側第２係合部２９ｅ及びドリブンプレート３０の出力側第２係合部３０ｅに係合している。これにより、第１〜第３トーションスプリング４１〜４３と第４トーションスプリング４４とは、並列に作動することになる。

［動作］
エンジンの回転数が低いときには、油圧の作用によってピストン２８はトランスミッション側に移動させられており、摩擦部材３４はフロントカバー２から離れている。すなわち、ロックアップクラッチはオフである。このような状態では、フロントカバー２に入力されたトルクは、インペラ３及びタービン４を介してトランスミッションの入力軸に伝達される。

一方、エンジン回転数が所定の回転数以上になると、油圧の作用によってピストン２８はフロントカバー２側に移動させられる。これにより、摩擦部材３４がフロントカバー２に押し付けられ、ロックアップクラッチはオンとなる。このような状態では、フロントカバー２に入力されたトルクは、ピストン２８→ドライブプレート２９→外周側ダンパ部３１及び内周側ダンパ部３２→ドリブンプレート３０→タービン４の経路で伝達され、トランスミッションの入力軸に出力される。

以上のロックアップクラッチがオンの状態において、ロックアップ装置６は、トルクを伝達するとともに、外周側及び内周側のダンパ部３１，３２によって、フロントカバー２から入力される捩り振動を、図４に示す３段の捩り特性によって吸収・減衰する。

具体的には、入力されるトルクが０〜Ｔ１の範囲では、ドライブプレート２９とドリブンプレート３０とは０〜θ１の角度範囲で相対回転し、外周側ダンパ部３１の第１〜第３トーションスプリング４１〜４３及び内周側ダンパ部３２の第４トーションスプリング４４が作動する。より詳細には、第１〜第３トーションスプリング４１〜４３が直列に作動するとともに、第１〜第３トーションスプリング４１〜４３と第４トーションスプリング４４とが並列に作動する。この場合の捩り特性は、最も低剛性の１段目の特性Ｃ１である。

入力されるトルクがＴ１を超えて、ドライブプレート２９とドリブンプレート３０の相対回転角度（すなわち捩り角度）がθ１以上になると、第１トーションスプリング４１が線間密着する。このため、入力されるトルクがＴ１〜Ｔ２の範囲（捩り角度がθ１〜θ２の範囲）では、第２及び第３トーションスプリング４２，４３と第４トーションスプリング４４が作動する。より詳細には、第２，第３トーションスプリング４２，４３が直列に作動するとともに、第２，第３トーションスプリング４２，４３と第４トーションスプリング４４とが並列に作動する。この場合の捩り特性は、１段目の特性Ｃ１より剛性の高い中剛性の２段目の特性Ｃ２である。

さらに入力されるトルクが大きくなってＴ２を超え、捩り角度がθ２以上になると、第１トーションスプリング４１に加えて第２トーションスプリング４２も線間密着する。このため、入力されるトルクがＴ２以上の範囲（捩り角度がθ２以上の範囲）では、第３トーションスプリング４３と第４トーションスプリング４４が並列に作動する。この場合の捩り特性は、２段目の特性Ｃ２よりはさらに剛性の高い高剛性の３段目の特性Ｃ３である。

なお、図４において破線で示す特性Ｃ４は、第４トーションスプリング４４のみが作動する場合の捩り特性である。

［特徴］
（１）１段目の特性Ｃ１では４つのトーションスプリング４１〜４４が作動し、２段目の特性Ｃ２では３つのトーションスプリング４２〜４４が作動する。また、３段目の特性Ｃ３では２つのトーションスプリング４３，４４が作動する。このため、３段の捩り特性を有する従来のロックアップ装置に比較して、各トーションスプリング４２〜４４に作用する負荷が軽減される。したがって、捩り特性を、より低剛性化できるとともに、低剛性の部分を広角度化することができ、振動をより効果的に減衰することができる。

（２）外周側ダンパ部３１において、３つのトーションスプリング４１〜４３を直接接触させているので、各トーションスプリング間にスプリングシートを配置する場合に比較して、より広角度化が可能になる。

（３）外周側ダンパ部３１において、３つのトーションスプリング４１〜４３をすべてアークスプリングにしているので、各トーションスプリング４１〜４３の端面がスムーズに当接することになり、各トーションスプリング４１〜４３の挙動が安定する。

（４）トーションスプリング４１〜４４をアークスプリングにしているので、特に、第１トーションスプリング４１及び第４トーションスプリング４４のスプリング長を長くすることができ、低剛性化、広角度化にさらに有利になる。

（５）外周側ダンパ部３１を構成する３つのトーションスプリング４１〜４３を、ピストン２８の外周筒状部２８ｂと、ドライブプレート２９の内周支持部２９ｆと、によって支持している。すなわち、別の部材でトーションスプリング４１〜４３を支持している。このため、トーションスプリング４１〜４３と各支持部２８ｂ，２９ｆとの間で発生するヒステリシストルクを調整しやすくなり、振動の低減において、より広範囲な車両の仕様に対応が可能になる。

［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、ロックアップ装置６が３段の捩り特性を有する場合の例を示したが、捩り特性は３段であることに限定されず、複数の捩り特性を有する場合に本発明を適用することができる。

（ｂ）４つのトーションスプリング４１〜４４の剛性、スプリング長については、前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。

１ トルクコンバータ
６ ロックアップ装置
２９ ドライブプレート（入力回転部材）
３０ ドリブンプレート（出力回転部材）
３１ 外周側ダンパ部（第２コイルスプリング対）
３２ 内周側ダンパ部（第１コイルスプリング）
４１〜４３ 第１〜第３トーションスプリング（第２コイルスプリング対）
４４ 第４トーションスプリング（第１コイルスプリング）

Claims (5)

1. トルクを伝達するとともに捩り振動を吸収・減衰するためのトルクコンバータのロックアップ装置であって、
   トルクが入力される入力回転部材と、
   前記入力回転部材と所定の捩り角度範囲で相対回転自在に配置され、トルクを出力する出力回転部材と、
   前記入力回転部材と前記出力回転部材とを相対回転自在に連結し、前記捩り角度範囲の全域にわたって作動する複数の第１コイルスプリングと、
   前記第１コイルスプリングの外周側又は内周側に前記第１コイルスプリングと並列に作動するように配置され、それぞれが、剛性が異なり直列に作動する２つ以上のコイルスプリングを有する複数の第２コイルスプリング対と、
   を備えたトルクコンバータのロックアップ装置。
   
2. 前記第１コイルスプリングは、前記第２コイルスプリング対の内周側に配置されており、自由状態で円弧状のアークスプリングである、請求項１に記載のトルクコンバータのロックアップ装置。
   
3. 前記第２コイルスプリング対の２つ以上のコイルスプリングは、自由状態で円弧状のアークスプリングであり、隣り合う２つのコイルスプリングは円周方向の端面が直接接触している、請求項１又は２に記載のトルクコンバータのロックアップ装置。
   
4. 前記第１コイルスプリング及び前記第２コイルスプリング対は、３段の捩り特性を実現するものであり、
   前記第２コイルスプリング対は、長スプリング、中スプリング、及び短スプリングを有し、
   前記長スプリングは、円周方向の長さが最も長く、かつ剛性が最も低く、捩り特性の１段目のみで作動し、
   前記中スプリングは、円周方向の長さが前記長スプリングよりも短く、かつ剛性は前記長スプリングよりも高く、捩り特性の１段目及び２段目で作動し、
   前記短スプリングは、円周方向の長さが前記中スプリングよりも短く、かつ剛性は前記中スプリングよりも高く、捩り特性の全域で作動する、
   請求項１から３のいずれかに記載のトルクコンバータのロックアップ装置。
   
5. 前記長スプリング及び前記中スプリングは、前記入力回転部材と前記出力回転部材とが相対回転する際に、前記長スプリング、前記中スプリングの順に密着する、請求項４に記載のトルクコンバータのロックアップ装置。

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