JP2007100852A - トルク変動吸収ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】カップリングゴムの耐久性を低下させずに捩り方向剪断ばね定数を極力低くすることによって、トルク変動の伝達に対する絶縁性を向上させたトルク変動吸収ダンパを提供する。
【解決手段】ハブ１にダンパゴム３を介して環状質量体２が連結されたダイナミックダンパ部ＤＤと、前記ハブ１にカップリングゴム７を介してプーリ４が連結されたフレキシブルカップリング部ＦＣからなり、カップリングゴム７が、軸方向一端がハブ１側に取り付けられたハブ側筒状ゴム７１と、軸方向一端がプーリ４側に取り付けられたプーリ側筒状ゴム７２を、径方向に同心的に配置すると共に連結プレート７３を介して互いに軸方向折り返し状態に連結した構造となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転機器の駆動軸から他の回転機器へトルクを伝達すると共にそのトルクの変動を吸収し、かつ駆動軸の共振を吸収するトルク変動吸収ダンパに関する。

自動車のエンジンのクランクシャフトに設けられるトルク変動吸収ダンパの典型的な従来技術が、特許文献１に開示されている。
特許第３１５５２８０号

図３は、特許文献１と同様の構成を備える従来のトルク変動吸収ダンパを、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。すなわち、このトルク変動吸収ダンパは、クランクシャフト（不図示）の軸端に取り付けられてこのクランクシャフトと一体に回転するハブ１０１のリム部１０１ａの外周に、ゴム状弾性材料からなるダンパゴム１０２を介して環状質量体１０３が連結され、この環状質量体１０３の外周にラジアルベアリング１０４を介してプーリ１０５が支持され、このプーリ１０５から内周側へ延びるフランジ部１０５ａが、ハブ１０１と一体の金具１０６にゴム状弾性材料からなるカップリングゴム１０７を介して軸方向に連結され、ハブ１０１と一体のスラスト受け１０８とプーリ１０５のフランジ部１０５ａとの間にスラストベアリング１０９が介在された構造を有する。

すなわち、このトルク変動吸収ダンパは、ダンパゴム１０２と環状質量体１０３で構成されるダイナミックダンパ部が、所定の振動数域において捩り方向へ共振することによる動的吸振効果によって、クランクシャフトの捩り振動を低減すると共に、クランクシャフトからハブ１０１へ入力された駆動トルクを、カップリングゴム１０７の捩り方向剪断変形作用によってトルク変動を吸収しながら、プーリ１０５へ伝達するものである。

ところで、この種のトルク変動吸収ダンパにおいて、ハブ１０１からプーリ１０５へのトルク変動伝達に対する絶縁性を向上するには、カップリングゴム１０７の捩り方向剪断ばね定数を極力低くすることが有効であるが、図３のような従来構造によれば、カップリングゴム１０７の軸方向長さを大きくすることはできないから、カップリングゴム１０７のばね定数を低くするには、その径方向肉厚を小さくする必要がある。しかしながら、カップリングゴム１０７の径方向肉厚を小さくすると、その耐久性が著しく低下してしまう問題があった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、カップリングゴムの耐久性を低下させずに捩り方向剪断ばね定数を極力低くすることによって、トルク変動の伝達に対する絶縁性を向上させたトルク変動吸収ダンパを提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、ハブにダンパゴムを介して環状質量体が連結されたダイナミックダンパ部と、前記ハブにカップリングゴムを介してプーリが連結されたフレキシブルカップリング部からなり、前記カップリングゴムが、軸方向一端が前記ハブ側に取り付けられたハブ側筒状ゴムと、軸方向一端が前記プーリ側に取り付けられたプーリ側筒状ゴムを含む複数の筒状ゴムを、径方向に同心的に配置すると共に連結プレートを介して互いに軸方向折り返し状態に連結したものである。

また、請求項２の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、請求項１に記載の構成において、連結プレートとハブとの軸方向対向面間にスラストベアリングが介在されたものである。

請求項１の発明に係るトルク変動吸収ダンパによれば、カップリングゴムを、複数の筒状ゴムを連結した構造とすることによって、実質的にハブ側の連結端部とプーリ側の連結端部との間の長さが長くなるので、カップリングゴムの肉厚を小さくすることなくその捩り方向剪断ばね定数を低下させ、ハブからプーリへのトルク変動伝達に対する絶縁性を向上させることができる。

請求項２の発明に係るトルク変動吸収ダンパによれば、請求項１の構成に加え、連結プレートとハブとの間にスラストベアリングが介在されたことによって、カップリングゴムに軸方向の適度な予圧縮を与えて、その耐久性を向上することができる。また、低回転時にはスラストベアリングによる大きなフリクション減衰が得られ、回転速度が上昇するにつれてフリクション減衰が小さくなるといった特性が得られる。

以下、本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、第一の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。なお、以下の説明において「正面側」とは、図における左側であって車両のフロント側のことであり、「背面側」とは図おける右側であって不図示のエンジンが存在する側のことである。

図１において、参照符号１は、自動車エンジンのクランクシャフト（不図示）に取り付けられるハブである。このハブ１は、金属材料の鋳造等により製作されたものであって、内周の軸孔１１ａにクランクシャフトの軸端が挿入されるボス部１１と、このボス部１１の外周側に形成された内周筒部１２と、その正面側の端部から径方向に展開した円盤部１３と、その外周端部から背面側へ前記ボス部１１及び内周筒部１２と同心の円筒状に形成されたリム部１４からなる。なお、１１ｂはボス部１１の軸孔１１ａに形成されたキー溝である。

ハブ１のリム部１４の外周には環状質量体２が配置されており、この環状質量体２と前記リム部１４は、ダンパゴム３を介して円周方向相対変位可能に弾性的に連結されることによって、ダイナミックダンパ部ＤＤを構成している。環状質量体２は、鉄系等の比重の大きい金属材料の鋳造等によって製作されたものであり、ダンパゴム３は、耐熱性、耐寒性及び機械的強度に優れたゴム状弾性材料で環状に加硫成形され、ハブ１のリム部１４と環状質量体２の対向周面間に圧入嵌着されたものである。

ハブ１のリム部１４の外周面及び環状質量体２の内周面は、軸方向中間部で外周側へ緩やかに蛇行した断面形状に形成されている。このため、ダンパゴム３は、リム部１４と環状質量体２との間で径方向にうねった状態で介入されており、これによって、軸方向や円周方向のスベリが起こりにくいようになっている。

ダイナミックダンパ部ＤＤの捩り方向共振周波数は、環状質量体２の円周方向慣性質量と、ダンパゴム３の捩り方向剪断ばね定数によって、クランクシャフトの捩れ角が最大となる所定の振動数域、言い換えればクランクシャフトの捩り方向共振周波数と合致するように同調されている。

参照符号４はプーリである。このプーリ４は、金属板のプレス成形及び転造等によって製作されたものであって、環状質量体２の外周側に配置されたプーリ本体４１と、その背面側の端部から環状質量体２とダンパゴム３（ダイナミックダンパ部ＤＤ）の背面側及びハブ１のリム部１４の背面側を内周へ延びる内向きフランジ４２からなる。プーリ本体４１の外周面にはポリＶ溝４１ａが形成されており、図示されていない無端ベルトが巻き掛けられるようになっている。

環状質量体２と、その外周側及び背面側を包囲するように存在するプーリ４のプーリ本体４１及び内向きフランジ４２の外周部との間には、プーリ支持ベアリング５が介装されている。このプーリ支持ベアリング５は、ＰＴＦＥ等の耐摩耗性に優れた低摩擦係数の合成樹脂材料で成形されたものであって、環状質量体２の外周面とプーリ本体４１の内周面との間に摺動可能に介在された円筒状のラジアルベアリング部５１と、環状質量体２の背面とプーリ４の内向きフランジ４２との軸方向対向面間に摺動可能に介在された鍔状のスラストベアリング部５２からなり、すなわち軸心Ｏを通る平面で切断した形状（図示の断面形状）が略Ｌ字形をなす。したがって、プーリ４は、プーリ支持ベアリング５を介して、環状質量体２に円周方向相対変位可能に同心支持されている。

ハブ１の内周筒部１２の外周面には圧入金具６が圧入嵌着されている。この圧入金具６は、金属板の打ち抜きプレス成形等によって製作されたものであって、前記内周筒部１２の外周面に所要の締め代をもって圧入されたスリーブ６１と、その背面側の端部から外周側へ鍔状に展開した外向きフランジ６２からなる。

圧入金具６の外向きフランジ６２と、その外周側に位置するプーリ４の内向きフランジ４２は、ハブ１における内周筒部１２、円盤部１３及びリム部１４で囲まれた環状空間Ｓ内に配置されたカップリングゴム７を介して、円周方向相対変位可能に弾性的に連結されており、これによって、フレキシブルカップリング部ＦＣが構成されている。

カップリングゴム７は、クランクシャフトからハブ１へ入力された駆動トルクを、円周方向剪断変形作用によって平滑化しながら、プーリ４へ伝達するものである。そして、クランクシャフトのトルク変動は、アイドリング以下の低回転領域で顕著になるので、このカップリングゴム７は、ばね定数を極力低くすると共に、ハブ１とプーリ４間での捩り方向許容変位量を極力大きくし、しかも大きなトルク伝達力を与えるため、十分な径方向肉厚を確保してある。

すなわち、カップリングゴム７は、径方向に互いに同心的に配置されたハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２を、連結プレート７３を介して互いに軸方向折り返した状態で連結した構造を有する。詳しくは、このカップリングゴム７は、請求項１に記載された「ハブ１側」に相当する圧入金具６の外向きフランジ６２の内側面に軸方向一端が加硫接着されたハブ側筒状ゴム７１と、それより大径であってプーリ４の内向きフランジ４２の内周部の内側面に軸方向一端が加硫接着されたプーリ側筒状ゴム７２と、金属板を環状に打ち抜くことによって製作され前記ハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２の軸方向他端に跨って一体的に加硫接着された連結プレート７３からなる。連結プレート７３は、ハブ１の円盤部１３の内側面と軸方向に近接対向されている。

言い換えれば、カップリングゴム７は、トルク変動の伝達方向に対して、ハブ側筒状ゴム７１とプーリ側筒状ゴム７２を直列に連結したものであり、このため実質的に、カップリングゴム７におけるハブ１側の連結端部である圧入金具６の外向きフランジ６２と、プーリ４側の連結端部である内向きフランジ４２との間の長さが、従来の約２倍となる。したがって、径方向平均肉厚を従来と略同等とした場合、ハブ１とプーリ４間での捩り方向許容変位量も従来の約２倍とすることができ、捩り方向剪断ばね定数を、従来の約１／２程度に低下させることができ、これによって、カップリングゴム７をばねとする補機ベルト系の捩り共振領域（振動伝達率が１より大きい領域）を、アイドル振動よりも十分に低い振動数域に設定してある。

ハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２は、耐熱性、耐寒性及び機械的強度に優れたゴム状弾性材料からなるものであって、不図示の金型に、予め加硫接着剤を塗布した圧入金具６、プーリ４及び連結プレート７３を同心的にセットし、型締めによってこの圧入金具６の外向きフランジ６２と連結プレート７３の内周部との間、及びプーリ４の内向きフランジ４２と連結プレート７３の外周部との間に画成される筒状のキャビティに、未加硫ゴム材料を充填して加熱・加圧することによって、加硫成形と同時に、前記外向きフランジ６２、連結プレート７３及び内向きフランジ４２に加硫接着したものである。

なお、ハブ１側の圧入金具６の外向きフランジ６２とプーリ４の内向きフランジ４２との間でカップリングゴム７が円周方向剪断変形を受けた時に、ハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２の剪断歪量がほぼ均一になるように、相対的に内周側にあって円周方向のボリュームの小さいハブ側筒状ゴム７１は径方向肉厚を相対的に大きくし、相対的に外周側にあって円周方向のボリュームの大きいプーリ側筒状ゴム７２は径方向肉厚を相対的に小さくしてある。

また、図示されていないが、好ましくは、ハブ１側とプーリ４側のいずれか一方に設けた突起と他方に設けた凹部又は穴とを、円周方向所定のクリアランスをもって遊嵌させることにより、ハブ１とプーリ４の円周方向相対変位を所定の範囲に制限するストッパが構成される。

以上の構成を具えるトルク変動吸収ダンパは、ハブ１のボス部１１が、図示されていないエンジンのクランクシャフトの軸端に装着されることによって、このクランクシャフトと共に回転される。クランクシャフトの駆動トルクは、ハブ１からフレキシブルカップリング部ＦＣを介してプーリ４へ伝達され、更に、そのプーリ本体部４１に巻き掛けられた不図示のベルトを介して、冷却ファンや、オルタネータ等の補機の回転軸に伝達される。

ここで、アイドリング回転域では、クランクシャフトには顕著なトルク変動が発生するが、カップリングゴム７のハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２が、円周方向へ繰り返し剪断変形されることによって、このトルク変動を熱エネルギに変換するので、トルク変動の伝達が有効に絶縁され、プーリ４のプーリ本体４１に巻き掛けられた駆動ベルトへの伝達トルクが平滑化される。この形態によれば、トルク変動に対する絶縁性を従来に比較して20〜40％程度向上することができる。

そして、カップリングゴム７は、先に説明したように、ハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２を径方向に互いに同心的に配置して、連結プレート７３を介して互いに軸方向折り返した状態に連結した構造であることによって、捩り方向剪断ばね定数が著しく低く、これによって、カップリングゴム７をばねとする補機ベルト系の捩り共振領域を、アイドル振動よりも十分に低い例えばクランキング振動域に設定してあるため、クランキング振動域よりも高周波側の全ての領域で、振動伝達率を１より小さい防振領域とすることができ、したがって振動絶縁性を著しく向上することができる。

また、環状質量体２とダンパゴム３からなるダイナミックダンパ部ＤＤは、クランクシャフトの捩り振動による捩れ角が最大となる振動数域で円周方向に共振し、その共振によるトルクは入力振動のトルクと方向が逆になるといった動的吸振効果によって、クランクシャフトの共振による捩れ角のピークを有効に低減することができる。

更には、トルク変動の入力やダイナミックダンパ部ＤＤの共振によって、環状質量体２とプーリ４が円周方向相対変位する際には、両者間に介在するプーリ支持ベアリング５が、ベルト張力に由来する径方向荷重によって適当な面圧で摺動するので、ここでも運動エネルギを熱エネルギに変換するフリクション減衰が得られる。

なお、カップリングゴム７は、金属からなる連結プレート７３をマスとし、ハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２をばねとする副振動系を構成するので、連結プレート７３のサイズによる慣性質量や、ハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２のサイズによる捩り方向剪断ばね定数によって、ダイナミックダンパ部ＤＤと異なる周波数域で捩り共振による動的吸振作用を得るようにすることができる。

次に図２は、本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい第二の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

この形態において、図１に示される第一の形態と異なるところは、ハブ１の円盤部１３と、その内側面に軸方向に近接対向されたフレキシブルカップリング部ＦＣにおける連結プレート７３との間に、ＰＴＦＥ等の耐摩耗性に優れた低摩擦係数の合成樹脂材料で平ワッシャ状に成形されたスラストベアリング８が介装されたことにある。また、これによって、カップリングゴム７におけるハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２は、軸方向への適当な予圧縮を与えられている。その他の構成は、図１と同様である。

以上の構成を具えるトルク変動吸収ダンパによれば、第一の形態と同様の効果のほか、カップリングゴム７におけるハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２が、軸方向に予圧縮されているので、その耐久性を向上させることができる。また、トルク変動の入力によって、ハブ１とプーリ４が円周方向相対変位すると、カップリングゴム７の連結プレート７３は、ハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２の捩り方向剪断変形に伴って円周方向へ変位し、スラストベアリング８に円周方向の摺動を生じるので、このスラストベアリング８によるフリクション減衰を得ることができる。

一方、軸方向予圧縮されたハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２の反力は、スラストベアリング８の摺動面の面圧として作用する。また、これらハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２には、回転に伴う遠心力が、外周側へ膨らんだ形状に変形させるように作用し、このような変形は、ハブ側筒状ゴム７１及びプーリ側筒状ゴム７２の軸方向両端間の距離を縮小させることになるので、前記予圧縮の反力によるスラストベアリング８の摺動面の面圧を減少させるように作用する。したがって、低回転時にはスラストベアリング８の摺動面の面圧が大きいので、大きなフリクション減衰が得られ、回転速度が上昇するにつれてフリクション減衰が小さくなるといった特性が得られることになる。

したがって、低回転ではスラストベアリング８による大きなフリクション減衰が得られることを利用して、例えばアイドル回転より低回転域でのクランキング等によるフレキシブルカップリング部ＦＣの捩り共振に対して、その共振倍率を低下させ、プーリ４のプーリ本体４１に巻き掛けられたベルトのバタツキを低減させることができる。また、常用回転数域では、高回転になるほど、上述の作用によってスラストベアリング８によるフリクション減衰が小さくなるため、フレキシブルカップリング部ＦＣが低ばねとなって振動絶縁性（トルク変動吸収性）が向上し、補機への伝達トルクの平滑性を向上することができる。

本発明に係るトルク変動吸収ダンパの第一の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。 本発明に係るトルク変動吸収ダンパの第二の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。 従来のトルク変動吸収ダンパを、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

符号の説明

１ ハブ
１１ ボス部
１２ 内周筒部
１３ 円盤部
１４ リム部
２ 環状質量体
３ ダンパゴム
４ プーリ
４１ プーリ本体
４２ 内向きフランジ
５ プーリ支持ベアリング
５１ ラジアルベアリング部
５２ スラストベアリング部
６ 圧入金具
６１ スリーブ
６２ 外向きフランジ
７ カップリングゴム
７１ ハブ側筒状ゴム
７２ プーリ側筒状ゴム
７３ 連結プレート
８ スラストベアリング
ＤＤ ダイナミックダンパ部
ＦＣ フレキシブルカップリング部

Claims (2)

1. ハブ（１）にダンパゴム（３）を介して環状質量体（２）が連結されたダイナミックダンパ部（ＤＤ）と、前記ハブ（１）にカップリングゴム（７）を介してプーリ（４）が連結されたフレキシブルカップリング部（ＦＣ）からなり、前記カップリングゴム（７）が、軸方向一端が前記ハブ（１）側に取り付けられたハブ側筒状ゴム（７１）と、軸方向一端が前記プーリ（４）側に取り付けられたプーリ側筒状ゴム（７２）を含む複数の筒状ゴムを、径方向に同心的に配置すると共に連結プレート（７３）を介して互いに軸方向折り返し状態に連結したものであることを特徴とするトルク変動吸収ダンパ。
2. 連結プレート（７３）とハブ（１）との軸方向対向面間にスラストベアリング（８）が介在されたことを特徴とする請求項１に記載のトルク変動吸収ダンパ。

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