JP2004239363A

JP2004239363A - 回転偏倚逆連結手段を有する回転ダンパ装置

Info

Publication number: JP2004239363A
Application number: JP2003029808A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Goto; 和彦後藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】サブフライホイールをトルク変動に対し対抗させるトルク変動抑制装置に於いて、サブフライホイールをその支持ばねを介して変動トルクに対抗させる場合、ばねを介して伝達される力の大きさはばねの弾性係数にばねの偏倚を掛け合わせた値に限られることに対し、この限界を克服して回転軸トルク変動を抑制することによりトルク変動抑制効果を高める手段を提供する。
【解決手段】入力軸と出力軸の間に弾性部材を介して回転質量部材を組み込んだ回転ダンパ装置に於いて、出力軸に対する入力軸の回転偏倚により回転質量部材を出力軸に対し回転偏倚とは逆方向に回転偏倚させる回転偏倚逆連結手段を設ける。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転力伝達系の途中に設けられて回転力に含まれるトルク変動を抑制する回転ダンパ装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
ピストンエンジンの如く大きなトルク変動を伴う回転動力源より滑らかな回転動力を取り出そうとするとき古くから一般に用いられているのはフライホイールである。ピストンエンジンの主たる使用分野である自動車の技術分野に於いては、エンジン出力軸に含まれるトルク変動を抑制することについて、更に種々の提案がなされている。例えば、下記の特許文献１には、車輌用トルクコンバータやフルードカップリングのロックアップクラッチにダンパと円弧状圧縮コイルスプリングを組み込む構造に於いて、圧縮コイルスプリングのばね定数を低減するとともに圧縮コイルスプリングをスプリングガイドより小さな曲率半径の円弧形状とし、遠心力が小さい低速回転時にはスプリングがガイドに対し点接触をなすようにすることによって共振周波数を低下させ、エンジンの低速回転時にも共振することなくトルク振動を良好に吸収できるようにすることが提案されている。下記の特許文献２には、ピストンエンジンのクランク軸に少なくとも歯部が弾性材よりなる歯車を介してフライホイールを連結し、歯車よりにエンジン側のクランク軸を含む回転質量が第一の回転系を構成し、歯車よりトランスミッションの側の主にフライホイールからなる回転質量が第二の回転系を構成するようにし、これらを歯車の弾性歯部により構成されるばねによって直列に連結した等価振動系によりエンジンからトランスミッションへ伝わるトルクの変動を吸収することが提案されている。下記の特許文献３には、エンジンクランク軸のトルク変動を低減する装置として、クランク軸上に追加の回転質量をサブフライホイールとして回動可能に取り付け、サブフライホイールは歯車列によりクランク軸と反対方向に駆動されるようにし、クランク軸の回転数が所定値以上に上昇したときには遠心クラッチによりサブフライホイールをクランク軸より切り離すようにすることが提案されている。
【特許文献１】
特開平８−１０５５０８
【特許文献２】
特開平４−３２１８４１
【特許文献３】
特開平１１−８２６２７
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のサブフライホイールの振動をトルク変動に対し逆方向に作用させるトルク変動抑制装置は、サブフライホイールの振動トルクをその振動を支えるばねを介して変動トルクに対抗させるものであった。しかし、ばねを介して伝達される力の大きさは、ばねの弾性係数にばねの偏倚を掛け合わせた値であり、そこには自ずとばねの弾性係数の値とばねの偏倚、即ちサブフライホイールの偏倚、による制限が課せられる。この場合、ばねの弾性係数については、サブフライホイールを所望の振動数にて振動させる上で制限が課せられており、共振の振動数を下げようとすれば、ばねの弾性係数が小さくされなければならず、それだけサブフライホイールの振動によるトルク変動抑制力は低下する。ばねの弾性係数を高くしてサブフライホイールの振動の振動数を低くするには、サブフライホイールを大きくしなければならないが、サブフライホイールの大きさについては許容される限界がある。
【０００４】
本発明は、サブフライホイールを用いた従来の回転軸トルク変動抑制制御に於ける上記の限界に鑑み、ばねを介して伝達される力に関する限界を克服して回転軸トルク変動を抑制する手段を提供すること課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、入力軸と、出力軸と、回転質量部材と、前記入力軸と前記回転質量部材とを回転力伝達可能に連結する第一の弾性部材と、前記出力軸と前記回転質量部材とを回転力伝達可能に連結する第二の弾性部材と、前記出力軸に対する前記入力軸の回転偏倚により前記回転質量部材を前記出力軸に対し前記回転偏倚とは逆方向に回転偏倚させる回転偏倚逆連結手段とを有することを特徴とする回転ダンパ装置を提供するものである。
【０００６】
前記回転偏倚逆連結手段は前記入力軸と共に回転するサンギヤの少なくとも一部と、前記回転質量部材と共に回転するリングギヤの少なくとも一部と、前記出力軸とともに回転するキャリアにより担持されて前記サンギヤおよび前記リングギヤ各一部と噛み合うプラネタリギヤの少なくとも一部とにより構成される遊星歯車機構とされてよい。
【０００７】
或いはまた、前記回転偏倚逆連結手段は前記入力軸と共に回転する第一の係合部と、前記回転質量部材と共に回転する第二の係合部と、前記出力軸とともに回転するキャリアにより中央部にて傾動可能に支持され一端にて前記第一の係合部と係合し他端にて前記第二の係合部と係合するリンク部材とされてよい。
【０００８】
また上記の如き回転ダンパ装置は複数個が直列に接続して使用されてよい。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
上記の如く、回転ダンパ装置が、入力軸と、出力軸と、回転質量部材と、前記入力軸と前記回転質量部材とを回転力伝達可能に連結する第一の弾性部材と、前記出力軸と前記回転質量部材とを回転力伝達可能に連結する第二の弾性部材と、前記出力軸に対する前記入力軸の回転偏倚により前記回転質量部材を前記出力軸に対し前記回転偏倚とは逆方向に回転偏倚させる回転偏倚逆連結手段とを有するように構成されれば、入力軸に於ける抑制せんとするトルク変動の振動数に応じて前記回転質量部材の回転慣性モーメントと前記第一および第二の弾性部材の弾性係数を適当に設定し、反共振により入力トルク変動を抑制するに当って、該回転質量部材の振動トルクを前記回転偏倚逆連結手段により前記第一および第二の弾性部材のいずれをも介することなく直接入力トルク変動に作用させることができる。
【００１０】
こうして回転質量部材の振動トルクが回転偏倚逆連結手段というばねを介さない手段にて直接トルク変動に対向されることにより、それがばねを介して行なわれる従来の場合に比して、反共振による入力トルク変動抑制効果を高めることができ、また逆に同一レベルの入力トルク変動抑制効果を得るために必要とされる回転質量部材をより小さなもので済ませることができる。
【００１１】
上記の如き作用をなす回転偏倚逆連結手段が、入力軸と共に回転するサンギヤの少なくとも一部と、回転質量部材と共に回転するリングギヤの少なくとも一部と、出力軸とともに回転するキャリアにより担持されてサンギヤおよびリングギヤと噛み合うプラネタリギヤの少なくとも一部とにより構成される遊星歯車機構として構成されていれば、遊星歯車機構の作動原理から明らかな通り、出力軸に対する入力軸の回転偏倚により回転質量部材を出力軸に対し回転偏倚とは逆方向に回転偏倚させることができる。
【００１２】
更に、この場合、入力トルク変動に対する回転質量部材の対向作用はトルクを介して行なわれ、入力軸と出力軸と回転質量部材との間に生ずる相対回転偏倚はごく微小であることに鑑みれば、上記の如き遊星歯車機構に於けるサンギヤの歯を入力軸と共に回転する第一の係合部により置き換え、リングギヤの歯を回転質量部材と共に回転する第二の係合部により置き換え、プラネタリギヤの歯を出力軸とともに回転するキャリアにより中央部にて傾動可能に支持され一端にて前記第一の係合部と係合し他端にて前記第二の係合部と係合するリンク部材により置き換えることにより、上記の遊星歯車機構と実質的に同等の作用効果をもたらす手段をより簡便な構造に於いて得ることができる。
【００１３】
また、上記の如き反共振により作動する回転ダンパ装置を複数個直列に接続して用いれば、それぞれの逆共振点を適当にずらせておくことにより、複数の異なる振動数の入力軸トルク変動に対しトルク変動抑制効果を呈する回転ダンパ装置を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
添付の図に於いて、図１は本発明による回転ダンパ装置の一つの実施の形態を示す解図的縦断面図であり、図２は同回転ダンパ装置を図１の切断面２−２に沿って矢印方向に見た解図的横断面図である。これらの図に於いて、１０は回転ダンパ装置の入力軸であり、１２はその出力軸である。これら入力軸および出力軸にまたがって図示の実施の形態の於いてはドラム状に形成された回転質量部材１４が設けられている。回転質量部材のドラム状形態は、一例として、容器状部材１４ａと円盤状部材１４ｂの組み合わせとされている。回転質量部材１４はその一端にて第一の弾性部材１６を介して入力軸１０と連結され、その他端にて第二の弾性部材１８を介して出力軸１２と連結されおり、入力軸１０と出力軸１２の間の回転力の伝達は、回転質量部材１４と第一および第二の弾性部材１６および１８とを経て行われるようになっている。
【００１５】
入力軸１０の図にて左端の外周部には、図示の実施の形態の於いては９０度ずつ隔置された４カ所に、入力軸１０と同心の歯車の一部２０が設けられている。これは歯のピッチの細かさにもよるが、それぞれの箇所に於いて３〜５本程度の歯を有するものであってよい。これらの歯車部の歯にはそれと噛み合う歯車の歯の一部２２を備えた４個の半ピニオン部材２４がそれぞれの歯部２２にて噛み合っている。半ピニオン部材の歯部２２は４〜６本程度の歯よりなっていてよい。或いは、逆に歯部２０が４〜６本程度の歯とされ、歯部２２が３〜５本程度とされてもよい。半ピニオン部材２４は他方の歯部２６を有しており、これらの歯部にて回転質量部材１４の対応する４箇所に設けられた歯部２８と噛み合っている。歯部２６および２８の歯数もまたそれぞれ３〜５および４〜６本程度、または逆に４〜６および３〜５本程度とされてよく、またその歯形は、歯部２０および２２と同じであっても、異なっていてもよい。
【００１６】
半ピニオン部材２４はそれぞれ歯部２２と２６の間の中央部に設けられた軸受部３０にて出力軸１２より支持されたキャリア３２の各枝部３４によりその中心の周りに傾動可能に支持されている。かくして、入力軸１０と出力軸１２と回転質量部材１４との間の相対的回転は、第一および第二の弾性部材１６および１８の弾性変形が許す範囲に限られてはいるが、機構的には入力軸１０の歯部２０と回転質量部材１４の歯部２８と半ピニオン部材２４の歯部２２および２６とがなす遊星歯車機構の動きにならっており、半ピニオン部材２４は図２にて二点鎖線の円により示されている如きピニオンの一部であって、それが出力軸１２と連結されたキャリア３２の枝部３４により回転可能に担持された構造を模している。
【００１７】
この構造の運動を図３に示す如きサンギヤＡとリングギヤＢの間にプラネタリピニオンＣが噛み合った遊星歯車機構について見ると、プラネタリピニオンＣ（即ち、プラネタリピニオンを支持するキャリア）に対しサンギヤＡが角度α回転すると、リングギヤＢはプラネタリピニオンＣに対し角度βだけ逆方向に回転し、αとβの間には、サンギヤの半径をＲ１とし、リングギヤの半径をＲ２とすると、以下の関係が成り立つ。
Ｒ１・α＝Ｒ２・β
Ｒ２／Ｒ１をサンギヤに対するリングギヤの歯数の比γ（＞１）とすると、α＝γ・βである。そこで、図１および図２に示す回転ダンパについて、入力軸１０と回転質量部材１４と出力軸１２（即ちキャリア３２）との間に第一および第二の弾性部材１６および１８の弾性変形に基づいて生ずる角度偏倚をそれぞれΔθ１、Δθ２、Δθ３とすると、これらΔθ１、Δθ２、Δθ３の間には以下の関係が成り立つ。
Δθ３＝Δθ２＋β
Δθ１＝Δθ２＋β＋α＝Δθ２＋β＋γ・β＝Δθ２＋（１＋γ）β
これら両者の関係からβを消せば、
Δθ１−Δθ３＝−γ（Δθ２−Δθ３）
或は
Δθ３＝（Δθ１＋γ・Δθ２）／（１＋γ）
【００１８】
入力軸１０のトルク変動による振幅角Δθ１とそれに対する回転質量部材１４の振動の振幅角Δθ２とは、制振状態では符号が逆であるので、Δθ１とγ・Δθ２とは互いに相殺し、特にΔθ２の絶対値がΔθ１に対し１／γに近づけばΔθ３は０に近づくので、反共振時には、振幅的に見ても出力軸は振動から解放される。
【００１９】
図４は本発明による回転ダンパ装置のトルク変動抑制効果の一例を従来技術と対比して示すグラフである。このグラフに於いて横軸は振動数を表し、単位はヘルツである。縦軸は変動トルクの大きさに対し出力軸が感応する度合を示している。実線が図１および図２に例示した如き本発明による回転ダンパ装置の性能を示す。この例では入力軸のトルク変動に対する抑制効果が約５２ヘルツのところで最高に達しており、それに連れてその上下近傍領域に於いても高い入力トルク変動抑制効果が得られている。尚、一点鎖線は、図１および図２に例示した如き本発明による回転ダンパ装置より半ピニオン部材２４を除去し、上記の回転偏倚逆連結手段に関する作用が働かなくした場合の例を示し、破線は、何らのダンパ装置が設けられていない場合の例である。
【００２０】
図５は図１に示した回転ダンパ装置を直列に２個接続した場合を示す。このように本発明による回転ダンパ装置を直列に２個接続し、それぞれの回転ダンパ装置の固有振動数を異ならせておくことにより、そのトルク変動抑制作用は図６のグラフに例示する如く、２つの振動数にて最高となり、その間の領域を含みより広い振動数領域に於いて大きなトルク変動抑制効果を発揮させることができる。
【００２１】
図７は、図１および図２に示した遊星歯車機構的構成による回転偏倚逆連結部手段に於けるサンギヤ状の歯部２０を入力軸と共に回転する第一の突起３６により置き換え、リングギヤ状の歯部２８を回転質量部材と共に回転する第二の突起３８により置き換え、プラネタリギヤ状の半ピニオン２４をキャリアの枝部３４により中央部にて傾動可能に支持され一端にて溝４０により第一の突起３６と係合し他端にて溝４２により第二の突起３８と係合するリンク部材４４により置き換えることにより、上記の遊星歯車機構的構成と実質的に同等の作用効果をもたらすよう、構造をより簡便にした本発明による回転ダンパ装置の他の一つの実施の形態を示す図２と同様の解図的横断面図である。図７に示す構造については、図２に示す部分に対応する部分に図２に於けると同じ符号を付し、更なる説明は明細書の冗長化を避ける省略する。
【００２２】
以上に於いては本発明を二つの実施の形態について詳細に説明したが、これらの実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転ダンパ装置の一つの実施の形態を示す解図的縦断面図。
【図２】同回転ダンパ装置を図１の切断面２−２に沿って矢印方向に見た解図的横断面図。
【図３】本発明による回転ダンパ装置の作動を遊星歯車機構の動きに模して説明した解図。
【図４】本発明による回転ダンパ装置のトルク変動抑制効果の一例を従来技術と対比して示すグラフ。
【図５】図１に示す回転ダンパ装置を直列に２個接続した場合を示す解図的縦断面図。
【図６】図５に示す回転ダンパ装置のトルク変動抑制効果の一例を従来技術と対比して示すグラフ。
【図７】本発明による回転ダンパ装置の他の一つの実施の形態を示す図２と同様の解図的横断面図。
【符号の説明】
１０…入力軸、１２…出力軸、１４…回転質量部材、１６…第一の弾性部材、１８…第二の弾性部材、２０…入力軸１０の歯車、２２…半ピニオン部材２４の歯部、２４…半ピニオン部材、２６…半ピニオン部材２４の歯部、２８…回転質量部材１４の歯部、３０…軸受部、３２…キャリア、３４…キャリア３２の枝部、３６…入力軸１０の突起、３８…回転質量部材１４の突起、４０，４２…リンク部材の溝、４４…リンク部材

Claims

入力軸と、出力軸と、回転質量部材と、前記入力軸と前記回転質量部材とを回転力伝達可能に連結する第一の弾性部材と、前記出力軸と前記回転質量部材とを回転力伝達可能に連結する第二の弾性部材と、前記出力軸に対する前記入力軸の回転偏倚により前記回転質量部材を前記出力軸に対し前記回転偏倚とは逆方向に回転偏倚させる回転偏倚逆連結手段とを有することを特徴とする回転ダンパ装置。
前記回転偏倚逆連結手段は前記入力軸と共に回転するサンギヤの少なくとも一部と、前記回転質量部材と共に回転するリングギヤの少なくとも一部と、前記出力軸とともに回転するキャリアにより担持されて前記サンギヤおよび前記リングギヤ各一部と噛み合うプラネタリギヤの少なくとも一部とにより構成される遊星歯車機構であることを特徴とする請求項１に記載の回転ダンパ装置。
前記回転偏倚逆連結手段は前記入力軸と共に回転する第一の係合部と、前記回転質量部材と共に回転する第二の係合部と、前記出力軸とともに回転するキャリアにより中央部にて傾動可能に支持され一端にて前記第一の係合部と係合し他端にて前記第二の係合部と係合するリンク部材であることを特徴とする請求項１に記載の回転ダンパ装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の回転ダンパ装置の複数個を直列に接続してなることを特徴とする回転ダンパ装置。