(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6572725
(24)【登録日】2019年8月23日
(45)【発行日】2019年9月11日
(54)【発明の名称】トルクコンバータおよびその製造方法
(51)【国際特許分類】
F16H 41/26 20060101AFI20190902BHJP
F16H 41/28 20060101ALI20190902BHJP
【FI】
F16H41/26
F16H41/28
【請求項の数】7
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2015-205635(P2015-205635)
(22)【出願日】2015年10月19日
(65)【公開番号】特開2017-78440(P2017-78440A)
(43)【公開日】2017年4月27日
【審査請求日】2018年9月10日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000011
【氏名又は名称】アイシン精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】230104019
【弁護士】
【氏名又は名称】大野 聖二
(74)【代理人】
【識別番号】100106840
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 耕司
(74)【代理人】
【識別番号】100115808
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 真司
(74)【代理人】
【識別番号】100131451
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 理
(74)【代理人】
【識別番号】100167933
【弁理士】
【氏名又は名称】松野 知紘
(74)【代理人】
【識別番号】100174137
【弁理士】
【氏名又は名称】酒谷 誠一
(74)【代理人】
【識別番号】100184181
【弁理士】
【氏名又は名称】野本 裕史
(72)【発明者】
【氏名】都築 幸久
(72)【発明者】
【氏名】森 亜由美
【審査官】
小川 克久
(56)【参考文献】
【文献】
特開2005−308099(JP,A)
【文献】
特開平08−021511(JP,A)
【文献】
特開2010−084826(JP,A)
【文献】
特開2011−058606(JP,A)
【文献】
韓国公開特許第10−2009−0030603(KR,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16H 41/26
F16H 41/28
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体を介して動力を伝達する流体式のトルクコンバータであって、
動力伝達元に接続され、前記動力伝達元の動力によって回転されるシェルと、
前記シェルの内面に固定され、前記シェルとともに回転することで前記流体に流れを生じさせるインペラブレードと、
動力伝達先に接続され、前記流体の流れによって回転されるタービンランナと、を備え、
前記インペラブレードは、入口角度が0度以下であり、かつ、前記流体が入る入口部の少なくとも一部が前記インペラブレードの回転方向側に向かって曲がっている、トルクコンバータ。
【請求項2】
前記インペラブレードにおける前記流体の入口部のうち、前記シェルに固定される外側エッジは屈曲点を持たない、請求項1に記載のトルクコンバータ。
【請求項3】
前記シェルの内側に設けられた環状のコアを備え、
前記インペラブレードは、
前記シェルに固定される外側エッジと、
前記コアと接触する凹部と、
を有しており、前記流体の流れから見て、前記凹部の入口側端部と、前記外側エッジの入口側端部とを結ぶ直線を境に曲がっている、請求項1または2に記載のトルクコンバータ。
【請求項4】
前記シェルの内側に設けられた環状のコアを備え、
前記インペラブレードは、
前記シェルに固定される外側エッジと、
前記コアと接触する凹部と、
を有しており、前記流体の流れから見て、前記凹部の入口側端部と、前記外側エッジの入口側端部との間の所定点と、前記凹部の入口側端部とを結ぶ直線を境に曲がっている、請求項1または2に記載のトルクコンバータ。
【請求項5】
前記シェルの内側に設けられた環状のコアを備え、
前記インペラブレードは、
前記シェルに固定される外側エッジと、
前記コアと接触する凹部と、
を有しており、前記流体の流れから見て、前記凹部の入口側端部と、前記外側エッジの入口側端部とを結ぶ曲線を境に曲がっている、請求項1または2に記載のトルクコンバータ。
【請求項6】
前記流体を前記インペラブレードに導くステータブレードを備え、
前記ステータブレードからの流体の少なくとも一部は、前記インペラブレードの負圧面に当たる、請求項1乃至5のいずれかに記載のトルクコンバータ。
【請求項7】
流体を介して動力を伝達する流体式のトルクコンバータにおけるインペラブレードの製造方法であって、
前記インペラブレードの、前記流体が入る入口部における入口角度と、前記流体が出る出口部における出口角度を定め、
前記入口角度および前記出口角度に応じて、前記入口部と前記出口部とを接続する形状を定め、
前記入口角度が0度以下である場合に、前記入口部の少なくとも一部を前記インペラブレードの回転方向側に曲げる、インペラブレードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体を介して動力を伝達する流体式のトルクコンバータ、特にインペラブレードを持つトルクコンバータおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
車両に搭載されるトルクコンバータは、流体を介して、エンジンの動力をトランスミッションに伝達する。トルクコンバータは、タービンブレードと、ステータブレードと、インペラブレードとを備えており、ステータブレードは、所望の流体の流れがインペラブレードの入口に流入するよう、流体を制御する。
【0003】
図11(a)に示すように、従来のトルクコンバータはステータブレード11の間隔が狭かったため、流体がステータブレード11の形状に沿いやすく、流体を制御しやすかった。しかしながら、同図(b)に示すように、近年のトルクコンバータは、製造工程を容易にするために、ステータブレード11の間隔が広くなってきている。そのため、1つのステータブレード11と隣接するステータブレード11との中間付近では、ステータブレード11の形状に沿わない流体の流れも生じる。
【0004】
そのため、インペラブレードは好ましくない方向に流れる流体を受けることとなり、結果としてインペラブレードには高い強度が要求されることとなる。強度が高いインペラブレードを実現するためには、インペラブレードの板厚や材質等に制約があり、製造コストが高くなってしまう。
トルクコンバータの強度に関して、特許文献1〜3が知られている。
【0005】
特許文献1には、インペラブレード内周側のインペラシェルに対する圧入部の一部に切り欠き部を設け、インペラブレードをインペラシェルに圧入した後、インペラブレードの切り欠き部にインペラシェルの肉が乗るようにかしめることにより、インペラブレードとインペラシェルとの結合力を強固にすることが開示されている。
【0006】
特許文献2には、インペラブレードのタブに突起を設け、この突起をインペラシェルの凹部に当接させることで、インペラブレードのインペラシェルに対する位置決めおよび固定を確実に行うことが開示されている。
【0007】
特許文献3には、インペラシェルにスリット状の挿通孔を形成し、インペラブレードに挿通片を形成し、挿通片を挿通孔に挿通させることで、インペラシェルへの固定状態にばらつきが生じるのを抑えることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平1−307565号公報
【特許文献2】特開平11−2304号公報
【特許文献3】特開2013−155857号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献1〜3に記載のものはいずれも製造コストが高くなるという問題がある。具体的には、特許文献1では、インペラブレードをインペラシェルに圧入した後、インペラブレードの切り欠き部にインペラシェルの肉が乗るようにかしめる工程を追加する必要がある。特許文献2では、タブに突起を形成する工程が追加で必要である。特許文献3では、インペラブレードに挿通片を形成する工程が追加で必要である。
【0010】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、製造コストを抑えることができるトルクコンバータおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の一態様によれば、流体を介して動力を伝達する流体式のトルクコンバータであって、動力伝達元に接続され、前記動力伝達元の動力によって回転されるシェルと、前記シェルの内面に固定され、前記シェルとともに回転することで前記流体に流れを生じさせるインペラブレードと、動力伝達先に接続され、前記流体の流れによって回転されるタービンランナと、を備え、前記インペラブレードは、入口角度が0度以下であり、かつ、前記流体が入る入口部の少なくとも一部が前記インペラブレードの回転方向側に向かって曲がっている、トルクコンバータが提供される。
【0012】
インペラブレードの入口部の少なくとも一部がインペラブレードの回転方向側に向かって曲がっているため、入口部の負圧面に流体が当たることとなり、入口部に加わる応力を低減できる。よって、インペラブレードに要求される強度が低くなり、製造コストを抑えることができる。
【0013】
前記インペラブレードにおける前記流体の入口部のうち、前記シェルに固定される外側エッジは屈曲点を持たないのが望ましい。
これにより、入口部が曲がっていない場合と比べても、性能がほとんど劣化しない。
【0014】
一実施形態として、前記シェルの内側に設けられた環状のコアを備え、前記インペラブレードは、前記シェルに固定される外側エッジと、前記コアと接触する凹部と、を有しており、前記流体の流れから見て、前記凹部の入口側端部と、前記外側エッジの入口側端部とを結ぶ直線を境に曲がっていてもよい。
【0015】
別の実施形態として、前記シェルの内側に設けられた環状のコアを備え、前記インペラブレードは、前記シェルに固定される外側エッジと、前記コアと接触する凹部と、を有しており、前記流体の流れから見て、前記凹部の入口側端部と、前記外側エッジの入口側端部との間の所定点と、前記凹部の入口側端部とを結ぶ直線を境に曲がっていてもよい。
【0016】
また別の実施形態として、前記シェルの内側に設けられた環状のコアを備え、前記インペラブレードは、前記シェルに固定される外側エッジと、前記コアと接触する凹部と、を有しており、前記流体の流れから見て、前記凹部の入口側端部と、前記外側エッジの入口側端部とを結ぶ曲線を境に曲がっていてもよい。
【0017】
望ましくは、前記流体を前記インペラブレードに導くステータブレードを備え、前記ステータブレードからの流体の少なくとも一部は、前記インペラブレードの負圧面に当たる。
【0018】
本発明の別の態様によれば、流体を介して動力を伝達する流体式のトルクコンバータにおけるインペラブレードの製造方法であって、前記インペラブレードの、前記流体が入る入口部における入口角度と、前記流体が出る出口部における出口角度を定め、前記入口角度および前記出口角度に応じて、前記入口部と前記出口部とを接続する形状を定め、前記入口角度が0度以下である場合に、前記入口部の少なくとも一部を前記インペラブレードの回転方向側に曲げる、インペラブレードの製造方法が提供される。
【0019】
インペラブレードの入口部の少なくとも一部がインペラブレードの回転方向側に向かって曲げるため、入口部の負圧面に流体が当たることとなり、入口部に加わる応力を低減できる。
【発明の効果】
【0020】
インペラブレードの入口部の少なくとも一部がインペラブレードの回転方向側に向かって曲がっているため、製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【
図2】
図1のA−A断面からポンプインペラ3の方向を見た図。
【
図3】コア3bとインペラブレード3aとの関係を模式的に示す図。
【
図4】ステータブレード5aおよびインペラブレード3a,3a’と、流体の流れとの関係を模式的に示す図。
【
図5】
図3(a),(b)に示すインペラブレード3aに加わる応力を示すシミュレーション結果。
【
図6】本実施形態に係るインペラブレード3aの設計思想を説明する図。
【
図7】ステータホイール5からポンプインペラ3への流体の流れを模式的に示す図。
【
図8】
図3(a)に示す通常のインペラブレード3aを有するトルクコンバータ100の性能と、
図3(b)に示す本実施形態に係るインペラブレード3aを有するトルクコンバータ100の性能とを示すシミュレーション結果。
【
図11】従来のトルクコンバータにおけるステータブレード11を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0023】
(第1の実施形態)
図1は、トルクコンバータ100の子午断面図である。同図では、トルクコンバータ100の上半分のみを図示している。トルクコンバータ100は、その左側に設けられたエンジン(不図示)と、その右側に設けられたトランスミッション(不図示)との間で、オイルなどの流体を介して動力を伝達する流体式のトルクコンバータである。
【0024】
トルクコンバータ100は、フロントカバー1と、シェル2と、ポンプインペラ3と、タービンランナ4と、ステータホイール5とを備えている。
【0025】
フロントカバー1は動力伝達元であるエンジンンの出力軸(不図示)に接続されている。シェル2はフロントカバー1と溶接などによって固定されている。フロントカバー1およびシェル2の内側はオイルなどの流体で満たされている。
【0026】
ポンプインペラ3はシェル2の内面に固定された複数のブレード(以下、インペラブレード3aという)を有する。タービンランナ4はポンプインペラ3と対向して設けられ、やはり複数のブレード(以下、タービンブレード4aという)を有する。タービンランナ4は動力伝達先であるトランスミッションの入力軸(不図示)に接続されている。ステータホイール5は、ポンプインペラ3とタービンランナ4との間に設けられ、やはり複数のブレード(以下、ステータブレード5aという)を有する。
【0027】
トルクコンバータ100の概略動作は次の通りである。エンジンの出力軸が回転することにより、フロントカバー1、シェル2およびインペラブレード3aが、
図1の一点鎖線を回転軸線として回転される。インペラブレード3aの回転による遠心力によって、内部の流体に、インペラブレード3aからタービンブレード4aに向かう流れが生じる。そして、流体の流れによりタービンブレード4aが回転され、タービンランナ4に接続されたトランスミッションの入力軸が回転する。ステータホイール5は、タービンランナ4からの流体の流れをポンプインペラ3の回転方向に沿うように転換することで、エンジンの動力を増幅させる。
【0028】
このようにして、エンジンの動力が、トルクコンバータ100におけるフロントカバー1、シェル2、ポンプインペラ3、流体およびタービンランナ4を介してトランスミッションに伝達される。
本実施形態の特徴はインペラブレード3aの形状にあり、これについて通常のインペラブレードと比較しながら説明する。
【0029】
図2は、
図1のA−A断面からポンプインペラ3の方向を見た図である。ポンプインペラ3は、環状のコア3bと、コア3bの周方向に沿ってほぼ等間隔に並んだ複数のインペラブレード3aとを有し、これらはシェル2の内側に設けられる。インペラブレード3aのそれぞれは、外側エッジがシェル2の内面に固定されるとともに、内側エッジの一部が湾曲した凹部となってコア3bの外側と接触している。以下、
図3を用いてインペラブレード3aについてより詳しく説明する。
【0030】
図3は、コア3bとインペラブレード3aとの関係を模式的に示す図であり、同図(a)は通常のインペラブレード3a’、同図(b)は本実施形態に係るインペラブレード3aを示している。インペラブレード3a,3a’の回転方向は同図の右向きである。これらの図において、流体は下側(内周側)から入って上側(外周側)から出る。この意味で、インペラブレード3aの下部を入口部31とも呼び、上部を出口部32とも呼ぶ。
【0031】
インペラブレード3a,3a’の外郭形状は、上述したようにシェル2に固定される外側エッジEと、コア3bに当接する凹部Fとを有する。外側エッジEの出口側端部Peoは、凹部Fの出口側端部Pfoとほぼ直線状で接続される。以上の点は
図3(a),(b)に共通する。
【0032】
図3(a)に示す通常のインペラブレード3a’において、外側エッジEの入口側端部Peiは、凹部Fの入口側端部Pfiともほぼ直線状で接続される。
【0033】
これに対し、
図3(b)に示す本実施形態のインペラブレード3aにおいては、インペラブレード3aの入口部31が回転方向に向かって曲がっている。より詳しくは、インペラブレード3aは、凹部Fの入口側端部Pfiと、外側エッジEの入口側端部Peiとを結ぶ直線を境にして屈曲しており、同入口側端部Pfiから先端部Ptが回転方向に向かっている。すなわち、インペラブレード3aの入口部31に曲率が急変する箇所がある。
【0034】
このようにすることで、インペラブレード3aに要求される強度を低くできることを説明する。
【0035】
図4は、ステータブレード5aおよびインペラブレード3a,3a’と、流体の流れとの関係を模式的に示す図である。
図4(a)は通常のインペラブレード3a’(
図3(a))を用いた場合の図であり、
図3(a)の一点鎖線の形状が
図4(a)のインペラブレード3a’の形状に相当する。また、
図4(b)は本実施形態に係るインペラブレード3a’(
図3(b))を用いた場合の図であり、
図3(b)の一点鎖線の形状が
図4(b)のインペラブレード3a’の形状に相当する。
【0036】
流体は、ステータブレード5aの入口から出口、インペラブレード3aの入口から出口、および、タービンブレード4aの入口から出口の間を循環しているが、
図4ではこれを分かりやすく展開してステータブレード5aおよびインペラブレード3a,3a’のみを描いたものである。
【0037】
図4において、回転方向は同図の右向きであり、インペラブレード3a,3a’の右側の面(回転方向側の面)は流体に圧力を加える正圧面であり、左側の面(回転方向とは反対側の面)は流体から離れる負圧面である。ステータブレード5aよって、流体の流れはインペラブレード3a,3a’に導かれる。
【0038】
図4(a)におけるインペラブレード3a’の入口角度θi’は0度以下である。なお、入口角度とは、回転方向と直交する基準軸と、インペラブレード3a’の入口部31とのなす角であり、基準軸より回転方向側を向いている場合を正の角度とする。ステータブレード5aによって、流体のほとんどはインペラブレード3a’における入口部31の正圧面に向かう。その結果、正圧面の圧力が高くなり、インペラブレード3a’の入口部31に加わる負荷(すなわち、正圧面の圧力と、負圧面の圧力との差)が大きくなる。そのため、インペラブレード3aの入口部31には高い強度が必要となる。
【0039】
これに対し、
図4(b)におけるインペラブレード3aの場合、入口角度θiは0度以下であるが、入口部31が回転方向に向かって曲がっている。なお、このようなインペラブレード3aであっても、入口角度θiは曲がっていないとした場合(言い換えると、出口部32から曲率が急変する部分を持たず、滑らかであるとした場合)に基づいて定義する。
【0040】
入口部31が回転方向側に曲がっているため、ステータブレード5aからの流体の多くがインペラブレード3aにおける入口部31の負圧面に当たる。言い換えると、インペラブレード3aの入口部31は、その負圧面にステータブレード5aからの流体が当たるように曲がっている。その結果、負圧面の圧力が高くなり、インペラブレード3aの入口部31に加わる負荷が軽減される。そのため、インペラブレード3aの入口部31に要求される強度を下げることができる。
【0041】
図5は、
図3(a),(b)に示すインペラブレード3aに加わる応力を示すシミュレーション結果である。インペラブレード3aにおける外側エッジEの出口側端部Peo、凹部Fの出口側端部Pfo、
図3(a)における凹部Fの入口側端部Pfiおよび
図3(b)における先端部Pt、外側エッジEの入口側端部Peiに加わる応力を比較している。
【0042】
図示のように、
図3(a)における凹部Fの入口側端部Pfiに加わる応力に比べて、
図3(b)における先端部Ptに加わる応力を大幅に軽減できていることが分かる。また、外側エッジEの入口側端部Peiに加わる応力も軽減できていることが分かる。
【0043】
図6は、本実施形態に係るインペラブレード3aの設計思想を説明する図である。
図6(a)に示すように、トルクコンバータ100に要求される性能(例えば、容量係数、効率、トルク比など)に応じて、インペラブレード3aの入口部31における入口角度θiおよび出口部32における出口角度θoが定まる。例えば、速度比(タービンランナ4の回転数/ポンプインペラ3の回転数)が低い領域での性能を高くするためには、入口角度θiが0度以下となる。そして、
図6(b)に示すように、入口部31と出口部32とが滑らかに接続されるよう中央部の形状が定められる。
【0044】
図6(b)に示すインペラブレード(の原型)を作製した後、さらに本実施形態では、入口角度θiが0度以下である場合に、
図6(c)に示すように、入口部31を回転方向に向かって曲げる。このようにしてインペラブレード3aを設計すると、屈曲点Pが生じる。
【0045】
なお、このようなインペラブレード3aは、入口角度θi’が0度以上であるインペラブレードとは異なる。入口角度θiが0度以上である場合、
図6(d)に示すように、入口部31’から出口部32’にわたってすべて滑らかであり、
図6(c)に示すような屈曲部は存在しない。
【0046】
ところで、インペラブレード3aの入口部31を曲げることで設計時の性能が得られないことも考えられる。しかしながら、望ましい実施形態では、
図3(b)に示すように、インペラブレード3aの入口部31において、外側エッジEの入口側端部Peiではインペラブレード3aを曲げず、コア3b近傍を大きく曲げる。言い換えると、曲がった面は、点Pfi,Pt,Peiを頂点とするほぼ三角形となっている。また別の言い方をすると、シェル2と固定された外側エッジEは屈曲点を持たない。
このようにすることで、曲げない場合と比べても、性能の変化を抑えることができる。その理由を説明する。
【0047】
図7は、ステータホイール5からポンプインペラ3への流体の流れを模式的に示す図である。ステータホイール5からの流体は主には直進するため、流体は主にインペラブレード3aのシェル2側に当たり、コア3b側に当たる流体は少ない。そのため、性能を維持するには、インペラブレード3aの特にシェル2側の形状が重要である。一方で、インペラブレード3aのコア3b側の形状は相対的には重要ではない。
【0048】
そのため、
図3(b)に示すように、外側エッジEの入口側端部Peiではインペラブレード3aを曲げないことで、所望の性能を維持できる。
【0049】
図8は、
図3(a)に示す通常のインペラブレード3a’を有するトルクコンバータ100の性能と、
図3(b)に示す本実施形態に係るインペラブレード3aを有するトルクコンバータ100の性能とを示すシミュレーション結果である。速度比e(横軸)に対して、容量係数Cおよび効率η(縦軸左側)ならびにトルク比t(縦軸右側)をトルクコンバータ100の性能として示している。同図から、インペラブレード3aの入口部31を曲げてもほぼ性能に影響がなく、性能差を所定値未満とできることが分かる。
【0050】
なお、インペラブレード3aの曲げ方には種々のバリエーションが考えられる。
図9に示すように、入口部31におけるコア3b側の一部のみが曲がっていてもよい。すなわち、凹部Fの入口側端部Pfiと、外側エッジEの入口側端部Peiとの間に屈曲点Pcがあり、屈曲点Pcと凹部Fの入口側端部Pfiとを結ぶ直線を境にして屈曲していてもよい。
【0051】
また、
図10に示すように、凹部Fの入口側端部Pfiと、外側エッジEの入口側端部Peiとを結ぶ曲線を境にして屈曲していてもよい。いずれにしても、入口部31の少なくとも一部が回転方向側に向かって曲がっていればよく、望ましくは、シェル2と接続される外側エッジEにおいては曲がっていない。
【0052】
このように、本実施形態では、入口角度θiが0度以下であるインペラブレード3aにおいて、入口部31が回転方向に向かって曲がっている。そのため、流体の多くがインペラブレード3aの負圧面に当たり、入口部31に加わる負荷が小さくなる。結果として、インペラブレード3aに要求される強度が低くなり、製造コストを抑えることができる。
【0053】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【0054】
1 フロントカバー
2 シェル
3 ポンプインペラ
3a インペラブレード
3b コア
31 入口部
32 出口部
4 タービンランナ
4a タービンブレード
5 ステータホイール
5a,11 ステータブレード
100 トルクコンバータ