(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプインペラと、該ポンプインペラと協働してトーラスを形成するタービンランナと、前記トーラス内にブレードを介在させたステータホイールとを備えるトルクコンバータにおいて、
前記ステータホイールのブレードの尾部は、少なくともブレードの内輪側に、プレッシャ側翼面とサクション側翼面とをつなぐ平面を有し、該平面とサクション側翼面との間を凸湾曲面で連結したことを特徴とするトルクコンバータ。
【請求項２】
前記ブレードの尾部の平面は、前記プレッシャ側翼面との間に角部を有する、請求項１記載のトルクコンバータ。
【請求項３】
前記ブレードの尾部の平面は、ステータホイールの軸線と実質上平行する面とされた、請求項１又は２記載のトルクコンバータ。
【請求項４】
前記ブレードの外輪側の尾部は、全面を凸湾曲面とされた、請求項１、２又は３記載のトルクコンバータ。
【請求項５】
前記ステータホイールのブレードは、その内輪側から外輪側に至るブレードの尾部全域において、ブレードの尾部がプレッシャ側翼面につながる側を平面とされ、該平面がサクション側翼面につながる側を凸湾曲面とされた、請求項１、２又は３記載のトルクコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力を流体を介して伝達するトルクコンバータに関し、特に、そのステータホイールのブレード構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体式トルクコンバータにおいて、ポンプインペラとタービンランナとで形成されるトーラス内に介在させるステータホイールは、周知のように、ポンプインペラとタービンランナの回転数差が大きいストール状態から所定の回転数差までの流体伝動による伝達効率の悪さを改善するトルク増幅のために設けられている。ステータホイールは、ポンプインペラとタービンランナの回転数差が大きいためにブレード表面（プレッシャ側翼面）側に流体の流れが当たるコンバータ域（低速度比域）では、タービンランナからポンプインペラに戻る流体の流れをブレードの表面側で偏向させてポンプインペラの回転を阻害しない方向に導く作用をし、回転差が小さいカップリング域（高速度比域）で、ブレードの裏面（サクション側翼面）側に流体の流れが当たるようになると、ポンプインペラとタービンランナの回転方向と同方向に空転して、この流れを妨げないようにする作用をする。こうした作用を生じさせるために、ステータホイールは、一般に、ポンプインペラとタービンランナに対する同方向への回転をフリーとし、逆方向の回転をロックするワンウェイクラッチを介して適宜の固定部材に連結されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ステータホイールは、トーラスの最内周側に位置し、ステータブレードが位置する部分の直径は最も小径であるため、その周上に軸線に対して所定の捩れを持たせて多数配置される各ステータブレードの間隔は密なものとなる。しかも、各ステータブレードの尾部と頭部との間には、製造時の型抜きのために所定の間隙を設けなければならない。こうした事情からステータブレードの弦長は、ブレードの配設個数とブレード間に設けなければならない隙間との関係で制約される。他方、ステータブレードの断面形状は、圧力損失の発生を低減すべく一般に翼状の流線形とされるが、こうした流線形の断面形状を採ることで、ブレード断面の厚さは翼弦長に対して薄くならざるを得ない。
【０００４】
上記のような翼弦長の制約と、それに対する翼厚の制約から、ステータブレードの断面は絶対的にも薄いものとなり、特にブレードの内輪側部分では、各ブレードの配設ピッチが、配設部の周長が短いために制約されることで一層薄肉となり、ステータブレードの強度の確保が難しくなる要因となっている。
【０００５】
本発明は、こうした事情に鑑み案出されたものであり、トルクコンバータにおけるステータブレードの強度を向上させる構造を提供することを主たる目的とする。また、本発明は、ステータホイールを製造するために用いる型の強度を向上させることを更なる目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、ポンプインペラと、該ポンプインペラと協働してトーラスを形成するタービンランナと、前記トーラス内にブレードを介在させたステータホイールとを備えるトルクコンバータにおいて、前記ステータホイールのブレードの尾部は、少なくともブレードの内輪側に、プレッシャ側翼面とサクション側翼面とをつなぐ平面を有し、該平面とサクション側翼面との間を凸湾曲面で連結したことを特徴とする。この場合の前記ブレードの尾部の平面は、前記プレッシャ側翼面との間に角部を有する構成とするのが有効である。
【０００７】
上記の構成において、前記ブレードの尾部の平面は、ステータホイールの軸線と実質上平行する面とするのが有効である。この場合、前記ブレードの外輪側の尾部は、全面を凸湾曲面とするのが有効である。
【０００８】
あるいは、上記の構成において、前記ステータホイールのブレードは、その内輪側から外輪側に至るブレードの尾部全域において、ブレードの尾部がプレッシャ側翼面につながる側を平面とされ、該平面がサクション側翼面につながる側を凸湾曲面とされるのも有効である。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
本発明の請求項１に記載の構成では、従来のブレードの尾部を流線形弧状面とする構造に比べて、ブレードの尾部が厚い構造となるため、翼弦長に対する翼厚が大きくなり、特に翼弦長を長く取ることが困難なブレード内輪側の強度の向上により、ステータブレードの強度が向上する。また、ブレードの尾部がサクション側翼面につながる側は凸湾曲面とされており、ステータホイールが流体の流れに押されて空転するカップリング域でのサクション側翼面に沿う流体の流れがブレードの尾部で剥離することによる抵抗の発生も防がれるため、トルクコンバータの高速度比域での伝達効率を、ブレードの尾部全体を弧状湾曲面とする従来構造と同様に保つことができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の構成では、ブレードの尾部を角部とすることで、その分のブレードの断面積を大きくできるため、ブレードの強度を向上させることができる。
【００１１】
次に、請求項３に記載の構成では、ステータホイールを鋳造により製造する際に、型の分割面をステータブレード尾部の平面に合わせることで、その面に沿った型抜きが可能なステータブレード形状となり、ステータブレード頭部側の型分割上必要な型の突起側の厚さを、特にブレード間の隙間の小さな内輪側において、その隙間と等しい長さまで大きく取ることができるため、ステータホイールを製造する型の強度を向上させることができる。
【００１２】
更に、請求項４に記載の構成を採った場合、ステータホイールが流体の流れに対して固定されるコンバータ域でのプレッシャ側翼面に沿う流体の流れが、外輪側のブレードの尾部で剥離することによる抵抗の発生が防がれるため、トルクコンバータの低速度比域での伝達効率を、ブレードの尾部全体を弧状湾曲面とする従来構造と同様に保つことができる。しかも、この場合、ステータホイールの製造に関しても、ステータホイールの外輪側では、ブレード間の隙間が内輪側に比べて大きいことで、従来と同様に型の分割面をブレード間の隙間の中央部に位置させても、型の突起側の厚さをある程度大きく取ることができる。したがって、この構成によれば、トルクコンバータの低速度比域での伝達効率の維持と、ステータホイールを製造する型の強度の向上とを併せて実現することができる。
【００１３】
一方、請求項５に記載の構成を採った場合、ステータホイールを鋳造により製造する際に、型の分割面をステータブレード尾部の平面に合わせることで、ブレードの頭部に比べて曲率が大きいことで、従来の型割り構造では尾部の型割り部に生じることが避けられない突起部をなくした型抜きが可能なステータブレード形状となり、ステータホイールを製造する型の強度を一層向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿い、本発明の実施形態をトルクコンバータの全体構成から説明する。先ず、図２は本発明が適用されるトルクコンバータの軸方向断面を示す。このトルクコンバータは、ロックアップクラッチ４を備えることから、フロントカバー４０とポンプシェル１０とを組合せた外殻構造を備える。このポンプシェル１０に多数のポンプブレード１１をロウ付け等で固定して、インナシェル１２を付して構成されるポンプインペラ１に対して、ポンプインペラ１と協働してトーラスを形成するタービンランナ２は、タービンハブ２３にロックアップクラッチ４のダンパプレート４１と共にリベット止め等で固定されたタービンシェル２０に多数のタービンブレード２１を取付けて、インナシェル２２を付して構成され、トーラス内にブレード３１を介在させたステータホイール３は、ワンウェイクラッチ５に固定され、ポンプシェル１０とタービンシェル２０に整列する内輪３０と、それらのインナシェル１２，２２に整列する外輪３２とに一体化された多数のステータブレード３１を備えるものとして構成される。
【００１５】
図１にそれらステータブレード３１のうちの２つの内輪３０側断面を内輪周面を平面に展開して示す（以下、この展開面が延びる方向をＸ軸方向、ステータホイールの軸線方向をＹ軸方向、同じく径方向をＺ軸方向という）ように、本発明の特徴に従い、ブレード３１の内輪側尾部３１ｂは、プレッシャ側翼面（図上で左上側の面）Ｆｐにつながる側を平面Ｆｆとし、平面Ｆｆがサクション側翼面（図上で右下側の面）Ｆｓにつながる側を凸湾曲面Ｆｃとされている。詳しくは、ステータブレード面は、ブレード頭部３１ａを曲率の大きな凸曲面とされ、その一方側につながる曲率の小さな凹曲面とされるプレッシャ側翼面Ｆｐと、他方側につながる曲率の小さな凸曲面とされるサクション側翼面Ｆｓと、これら両翼面Ｆｐ，Ｆｓに反対側でつながる尾部面を備える。そして、上記のようにブレード尾部３１ｂのプレッシャ側翼面Ｆｐにつながる側が平面Ｆｆとされることから、プレッシャ側翼面Ｆｐと尾部平面Ｆｆとの間に角部が形成される。
【００１６】
このようにステータブレード３１の尾部３１ｂは、在来形に従えば細長となる流線形尾部を途中で切除したような形状となるため、ブレード断面は弦長に対して全体に分厚いものとなる。こうした形状により、例えば、隣接するブレード３１の頭部３１ａと尾部３１ｂ間のＸ軸方向の間隔を在来のものと同じとした場合、ブレード３１の肉厚を在来のものより厚くすることができるため、ステータブレード３１の内輪３０側の強度を向上させることができる。
【００１７】
本発明の第２の特徴に従い、ブレード尾部３１ｂの平面Ｆｆは、ステータホイール３の軸線と実質上平行するＹ−Ｚ軸方向の面とされる。この構成は、ステータホイールの型製造と関連するものである。従来の一般的製造方法では、ステータホイールのブレード部を形成する型の分割面は、図３に破線で示す外輪３２側の型分割面と同様の分割面が内輪側から外輪側まで同様にＺ軸方向に延びる形状とされている。すなわち、型分割は各ブレード頭部３１ａが軸線方向接線に接する部分Ｐ１からブレード尾部３１ｂが軸線方向接線に接する部分Ｐ２までのプレッシャ側翼面Ｆｐを形成する型（以下、説明の便宜上、図示位置に合わせて上型という）と、同じ部分Ｐ１から部分Ｐ２までのサクション側翼面Ｆｓを形成する型（同じく、下型という）とで構成されている。そしてこれら２つの型は、一方のブレード頭部３１ａの部分Ｐ１から他方のブレード尾部３１ｂの部分Ｐ２までのブレード間のＸ軸方向隙間部分で型合わせする構成とされている。この型合わせ面Ｄｘ，Ｄｙは、当然ながら、軸線方向の合わせ面（この面は、詳しくは抜き勾配を持つため軸線に対して微小勾配を持つ傾斜面とされる。）すなわちＹ−Ｚ方向面Ｄｙと、軸線方向と直交しそれぞれ部分Ｐ１と部分Ｐ２を通るＸ−Ｚ方向面Ｄｘとで構成されるが、いずれの型にも型強度保持上好ましくない幅の狭い突起部分が生じないように、軸線方向の合わせ面は、Ｘ軸方向の隙間の中央に位置させている。こうした型割り構造は、Ｘ軸方向の隙間の幅が広く、しかもブレード３１の軸線方向すなわちＹ軸方向に対する傾斜が大きな外輪側では、幅の狭い突起部分を生じさせることなく可能であるが、隙間の幅が極端に狭く、しかもブレード３１の軸線方向に対する傾斜が小さな内輪側では、幅の狭い突起部分を生じさせることになる。
【００１８】
そこで、本発明に従う型割り構成では、前記のようにブレード尾部３１ｂの平面Ｆｆをステータホイール３の軸線と実質上平行する面（この面は、厳密には、抜き勾配分の勾配を有する面である。したがって、本発明にいう実質上平行とは、抜き勾配面に対する平行を含むことを意味する。）Ｆｆとし、図１に示すように軸線方向の分割面Ｄｙをこの面Ｆｆと一致させて、上型の先端に幅の狭い突起部分を生じさせないようにしている。この場合、下型の先端には従来の場合と同様に突起部分（図上でハッチングを密にした部分）を生じるが、この突起部分のＸ軸方向幅は、軸線方向分割面Ｄｙをブレード尾部３１ｂ側にずらした構成により、従来の軸線方向の分割面を隙間の中央に配した場合と比べれば２倍と格段に広くなる。
【００１９】
こうした構成により、ステータホイール３を鋳造により製造する際に、型の分割面をステータブレード尾部３１ｂの平面Ｆｆに合わせた型抜きが可能なステータブレード形状となり、ステータブレード頭部３１ａ側の型分割上必要な型の突起側の厚さをステータブレード間のＸ軸方向隙間と等しい長さまで長く取ることができるため、ステータホイール３を製造する型の強度を向上させることができる。
【００２０】
これに対して、図３にステータブレード３１のうちの２つの外輪側断面を外輪周面を平面に展開して示すように、本形態では、ステータブレード３１の外輪側のブレード断面形状については、従来のものと同様にブレード尾部３１ｂ全体を凸湾曲面とした構成とされている。したがって、ステータブレード外輪側の型割構造については、先に触れた理由から、従来のものと同様とされている。このようにステータブレード３１の外輪側部分について従来の構造を踏襲する構成は、低速度比域の伝達効率の向上に役立つものである。
【００２１】
こうした構成からなるステータブレード構造において、図２に示すポンプインペラ１の回転に対してタービンランナ２の回転が０又は低速回転となるストール域からコンバータ域までの低速度比域では、タービンランナ２から排出される流体の流れが、図１に白抜き矢印Ｓｐで示すように、概ねＹ軸方向となることで、流体は回転を拘束されたステータホイールの各ブレード３１のプレッシャ側翼面Ｆｐに当り、翼面Ｆｐに沿って流れ、ブレード尾部３１ｂで翼面Ｆｐから離れてポンプインペラ１の入口側に向かう流れとなるため、図１に示す内輪側では、ブレード尾部３１ｂにおいて角部を離れる際に、乱れによる損失は生じるものの、図３に示す外輪側では、損失の少ない流れとなり、総合的に圧力損失の増加は抑えられる。
【００２２】
これに対して、ポンプインペラ１とタービンランナ２の回転が概ね等しくなる高速度比のカップリング域になると、タービンランナ２から排出される流体の流れが、図に白抜き矢印Ｓｓで示すように、概ねＸ軸方向となることで、流体はステータホイールの各ブレード３１のサクション側翼面Ｆｓに当るようになり、ブレード３１を押し退けながらサクション側翼面Ｆｓに沿って流れ、ブレード尾部３１ｂで翼面Ｆｓから離れてポンプインペラ１の入口側に向かう流れとなるため、図１に示す内輪側でも、また図３に示す外輪側でも、ブレード尾部３１ｂにおいて乱れを生じることなくブレード３１から離れる流れとなる。こうして本実施形態によれば、ストール域からカップリング領域まで総合的に圧力損失の増加は抑えられる。
【００２３】
この実施形態により実現される伝達効率を従来のものと比較した特性を図４に示す。図の実線は本発明の実施形態に係るトルクコンバータの速度比と伝達効率の関係を示し、図に破線で示す従来のものと比べて、高速度比側で伝達効率の改善が見られる。
【００２４】
次に示す図５は、前記第１実施形態におけるステータブレード内輪側の翼断面形状をそのまま外輪側まで延長した第２実施形態におけるブレード外輪側の断面形状を先の図３と同様に展開して示す図である。すなわち、この形態では、ステータホイールのブレード３１は、その内輪側から外輪側に至るブレードの尾部３１ｂ全域において、ブレードの尾部３１ｂがプレッシャ側翼面Ｆｐにつながる側を平面Ｆｆとされ、平面Ｆｆがサクション側翼面Ｆｓにつながる側を凸湾曲面Ｆｃとされている。そして、この形態では、型割り面Ｄｙが隣り合うブレード３１間のＸ軸方向の隙間の中央に設けられている点は、先の第１実施形態の場合と同様であるが、ブレードの尾部３１ｂ側の型合わせ面Ｄｘは、第１実施形態における外輪側の型合わせ面とは異なり、ブレード３１の角の部分Ｐ２に合わせられている。
【００２５】
この第２実施形態の場合、先の実施形態でブレード内輪側の型割り構造で述べたと同じ理由で、ブレード３１の外輪側でも尾部３１ｂの厚肉化による強度の向上がなされ、更に、隣り合うブレード３１間のＸ軸方向の隙間をブレード尾部３１ｂの切除分だけ広げることができ、しかも、曲率の大きなブレード尾部３ｂ側の合わせ面Ｄｘをブレードの角の部分Ｐ２に合わせることができるため、型強度を確保する上では、第１実施形態より一層有利となる。
【００２６】
以上、本発明を２つの実施形態に基づき詳説したが、本発明はこれら実施形態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細部の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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のトルクコンバータのステータブレードの内輪側部分と製造型のその部分の割り構造を示す周方向展開部分断面図である。
【図２】上記トルクコンバータの全体構成を示す軸方向断面図である。
【図３】上記ステータブレードの外輪側部分と製造型のその部分の割り構造を示す周方向展開部分断面図である。
【図４】上記トルクコンバータの特性を示すグラフである。
【図５】第２実施形態に係るトルクコンバータのステータブレードの外輪側部分と製造型のその部分の割り構造を示す周方向展開部分断面図である。
【符号の説明】
１  ポンプインペラ
２  タービンランナ
３  ステータホイール
３１  ステータブレード
３１ｂ  ブレード尾部
３０  内輪
３２  外輪
Ｆｐ  プレッシャ側翼面
Ｆｓ  サクション側翼面
Ｆｆ  平面
Ｆｃ  凸湾曲面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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