JP2008115914A - ダイナミックダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の回転に応じてダンパの固有振動数を変化させるダイナミックダンパにおいて、広い回転数域であっても回転体の振動を抑制することができるダイナミックダンパを提供する。
【解決手段】剛体１６が径方向に摺動可能に保持されているため、剛体１６はドライブシャフト１０による遠心力によって径方向に移動させられる。これによりドライブシャフト１０の回転速度に応じて剛体１６の重心が径方向に移動させられてダイナミックダンパ１２のバネ定数Ｋが変化させられる。そして、このバネ定数Ｋの変化によってダイナミックダンパ１２の固有振動数ｆが変化させられる。このダイナミックダンパ１２の固有振動数ｆをドライブシャフト１０の回転速度に応じて好適に変化させることで、広い回転数域幅を有するドライブシャフト１０であっても効果的に振動を抑制させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転体に取り付けられてその回転体の共振時の振動を抑制させるダイナミックダンパに関し、特に広い回転数領域においてその回転体の振動を抑制させる構造に関するものである。

回転体に取り付けられてその回転体の共振時の振幅を抑制させるダイナミックダンパが知られている。ダイナミックダンパは回転体の副振動系として機能し、回転体の共振時において、その振動をダイナミックダンパに吸収させることで、回転体の振動を抑制させている。従来のダイナミックダンパでは、そのダイナミックダンパの固有振動数が１つに限定されているため、回転体の共振周波数以外の周波数を有する振動が入力されると、この振動を十分に抑制できない問題があった。この問題に対して、ダイナミックダンパのバネ定数を変化させることで固有振動数を変化させる機構を有するものが提案されている。特許文献１の回転体のダイナミックダンパがその一例である。特許文献１のダイナミックダンパでは、慣性体の外側に弾性体を配置させ、その弾性体の断面積を径方向に変化させる形状としたことで、回転体の回転速度に応じて弾性体のバネ定数を変化させている。このように、バネ定数を変化させることでダイナミックダンパの共振周波数（固有振動数）を適宜変化させ、回転体の振動を吸収させて所定範囲の回転数域での減衰効果を可能としている。

特開平６−９４０７５号公報

ところで、特許文献１のダイナミックダンパでは、回転速度によって変化するバネ定数の範囲は弾性体の特性および形状によって決定されるため、ある範囲に限定される。これは、配置可能な弾性体の形状や、採用できる弾性体の物性が、物理的に限られるためである。これにより、広い回転数域における減衰効果が十分に得られない問題があった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、回転体の回転に応じてダンパの固有振動数を変化させるダイナミックダンパにおいて、広い回転数域であっても回転体の振動を抑制することができるダイナミックダンパを提供することにある。

上記目的を達成するための、請求項１にかかる発明の要旨とするところは、（ａ）回転体に取り付けられてその回転体の共振時の振幅を抑制するダイナミックダンパにおいて、（ｂ）前記回転体に相対回転不能に取り付けられている環状のダンパケーシングと、（ｃ）そのダンパケーシング内に形成された密閉空間であるダンパ室と、（ｄ）そのダンパ室内を径方向に仕切るように配設されているウェイト部材とを備え、（ｅ）前記ダンパ室内には、そのウェイト部材によって仕切られることでそのウェイト部材の径方向内側に隣接して位置し所定の圧縮性流体が封入されている内側空間と、そのウェイト部材の径方向外側に隣接して位置し所定の圧縮性流体が封入されている外側空間とが形成され、（ｆ）前記ウェイト部材は、遠心力に従ってその重心が少なくとも径方向に移動可能に保持されていることを特徴とする。

また、請求項２にかかる発明の要旨とするところは、請求項１のダイナミックダンパにおいて、前記ウェイト部材は、剛体によって構成され、その剛体は、前記内側空間および外側空間の気密性を維持した状態で径方向に移動可能に保持されていることを特徴とする。

また、請求項３にかかる発明の要旨とするところは、請求項１のダイナミックダンパにおいて、前記ウェイト部材は、変形可能な可変部材によって構成され、その可変部材は、前記内側空間および外側空間の気密性を維持した状態で径方向に変形可能に保持されていることを特徴とする。

請求項１にかかる発明のダイナミックダンパによれば、前記ウェイト部材が前記回転体による遠心力によって径方向に移動させられる。これにより回転体の回転速度に応じてウェイト部材の重心が少なくとも径方向に移動させられてダイナミックダンパのバネ定数が変化させられる。そして、このバネ定数の変化によってダイナミックダンパの固有振動数が変化させられる。このダイナミックダンパの固有振動数を回転体の回転速度に応じて好適に変化させることで、広い回転数域幅を有する回転体であっても効果的に振動を抑制させることができる。

また、請求項２にかかる発明のダイナミックダンパによれば、前記ウェイト部材は、剛体によって構成されて前記内側空間および外側空間の気密性を維持した状態で径方向に摺動可能に保持されているため、剛体が遠心力によって径方向に移動させられ、剛体の重心が少なくとも径方向に移動させられると、バネ定数が変化させられる。このバネ定数の変化に応じてダイナミックダンパの固有振動数が好適に変化されるように設定すると、広い回転数域幅を有する回転体であっても効果的に振動を抑制させることができる。

また、請求項３にかかる発明のダイナミックダンパによれば、前期ウェイト部材は、可変部材によって構成されて前記内側空間および外側空間の気密性を維持した状態で径方向に変形可能に保持されているため、可変部材が遠心力によって径方向に変形させられ、可変部材の重心が径方向に移動させられると、バネ定数が変化させられる。このバネ定数の変化に応じてダイナミックダンパの固有振動数が好適に変化されるように設定すると、広い回転数域幅を有する回転体であっても効果的に振動を抑制させることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されたドライブシャフト１０の一例である。ドライブシャフト１０の一端は図示しない車輪に接続されると共に、他端は図示しないディファレンシャル装置に接続され、車輪からの上下の動きや操舵による左右の動きなどから生ずる角度変化に対応して回転を伝達する。なお、本実施例のドライブシャフト１０が、本発明の回転体に対応している。

また、ドライブシャフト１０の回転軸には、環状のダイナミックダンパ１２が設けられている。図２は、図１のダイナミックダンパ１２を矢印Ａ方向から見たＡ矢視図である。ダイナミックダンパ１２のダンパケース１１は、環状形状を有しておりドライブシャフト１０に相対回転不能に取り付けられている。このダイナミックダンパ１２のダンパケース１１内には、等角度間隔に４つのダンパ室１４が形成されている。ダンパ室１４は、それぞれ図１に示すように密閉空間となっており、ダンパ室１４内には、所定の質量を有する例えば鉄材や銅材などの剛体１６が介装されている。剛体１６は、ダンパ室１４内を径方向に仕切るように配設されており、この剛体１６によって、内側空間１８および外側空間２０がそれぞれ形成されている。内側空間１８は、剛体１６の径方向内側に隣接して位置しダンパケース１１および剛体１６に囲まれて形成されており、内部には例えば空気や窒素などの圧縮性流体が封入されている。また、外側空間２０は、剛体１６の径方向外側に隣接して位置しダンパケース１１および剛体１６に囲まれて形成されており、内部には例えば空気や窒素などの圧縮性流体が封入されている。

剛体１６はドライブシャフト１０による遠心力に従って径方向に摺動可能、すなわちその重心が径方向に移動可能に保持されている。剛体１６とダンパケース１１との摺動面は、例えば剛体１６に接着された図示しないシール部材や剛体１６とダンパケース１１との摺動面を囲むように設けられた図示しないシールリング部材などが設けられることで、内側空間１８および外側空間２０の気密性が維持されている。なお、本実施例の剛体１６が、本発明のウェイト部材に対応している。

次に、このように構成されるダイナミックダンパ１２についての作動を説明する。図３は、ドライブシャフト１０が回転駆動することで回転させられているダイナミックダンパ１２のダンパ室１４内の状態を示している。なお、図３においては、ダイナミックダンパ１２は角速度ωで回転させられているものとする。このときの遠心力による力の釣り合いの式は、（１）式となる。ここで、Ｐ１は外側空間２０内の圧力、Ｐ２は内側空間１８内の圧力、ｍは剛体１６の質量、ｒは剛体１６の平均回転半径、Ａは圧力Ｐ１およびＰ２を押圧する断面積、をそれぞれ示している。

(P1-P2)×A=m×r×ω²・・・・・（１）

図４は、図３の状態のダイナミックダンパ１２に外力Ｆを付与した状態を示している。このとき、外力Ｆによって剛体１６は、径方向外側にΔｘだけ移動させられて平均回転半径ｒはｒ’となる。これにより、外側空間２０内の容積は圧縮させられることで圧力Ｐ１がＰ１’に増圧され、一方、内側空間１８内の容積は膨張させられることで圧力Ｐ２がＰ２’に減圧させられる。これより、図４における遠心力と外力Ｆによる力の釣り合いの式は（２）となる。なお、圧力Ｐ１’およびＰ２’は、ボイルシャルルの法則より式（３）および式（４）となる。

(P1'-P2')×A=m×(r+Δx)×ω²+F・・・（２）
P1'=P1×l1/(l1-Δx)・・・・（３）
P2'=P2×l2/(l2+Δx)・・・・（４）

ここで、式（２）−式（１）より外力Ｆは下式（５）となり、式（５）に式（３）および式（４）を代入することで外力Ｆは下式（６）となる。

F={(P1'-P2')-(P1-P2)}×A-m×Δx×ω²・・・・（５）
F={P1/(l1-Δx)+P2/(l2+Δx)}×Δx×A-m×Δx×ω²・・・（６）

このときの平均バネ定数Ｋ’は下式（７）となる。

K'=F/Δx={P1/(l1-Δx)+P2/(l2+Δx)}×A-m×ω²・・・（７）

式（７）において、Δｘを零に近づけると図３の状態におけるバネ定数Ｋが算出され式（８）となる。

K=lim_ΔX→0=(P1/l1+P2/l2)×A-m×ω²・・・（８）

式（８）において、前項側は初期に封入する圧縮性流体の圧力（Ｐ１、Ｐ２）や作用する断面積Ａなどによって大きく変化し、後項側は質量ｍによって変化するため、これらの各パラメータを好適に選択することで、比較的自由に角速度ωに応じてバネ定数Ｋを変化させることが可能となる。図５は、前記各パラメータを変更させたときの角速度ωとバネ定数Ｋの関係の一例を示したものである。図５の例(1)乃至(6)に示すように、各パラメータを変化させることで、角速度ωの変化に伴ってバネ定数Ｋを自由に変化させることが可能となる。

ここで、ダイナミックダンパ１２の固有振動数ｆは下式（９）で表される。なお、Ｉはダイナミックダンパ１２の慣性質量を示しており一定の数値となる。

f=(1/2π)×(K/I)^0.5 ・・・・（９）

式（９）に式（８）に示すバネ定数Ｋを適用すると、ダイナミックダンパ１２の固有振動数ｆが変更される。このように、角速度ωに応じて固有振動数ｆが可変となるため、ドライブシャフト１０の広い回転数領域において優れた振動抑制効果を得ることができる。図６は、ドライブシャフト１０の回転速度と振動の大きさを示す振動レベルとの関係を示したものである。ここで破線で示す結果はドライブシャフト１０にダイナミックダンパ１２を設けない状態での結果を示している。このダイナミックダンパ無し状態では、ドライブシャフト１０の共振周波数域において振動レベルが非常に大きくなる。また、一点鎖線はドライブシャフト１０に、従来の固有振動数（共振周波数）が不変であるダイナミックダンパを設けた結果である。この周波数不変ダンパでは、ダイナミックダンパ無しの場合での共振周波数域の振動が吸収されているものの、振動のピークが左右に分散された形となり、左右の振動のピーク部では逆に振動レベルが大きくなってしまう。

ここで、実線で示す結果が本実施例のダイナミックダンパ１２を設けたドライブシャフト１０の振動レベルを示している。図６に示すように、ダイナミックダンパ１２の固有振動数ｆがドライブシャフト１０の回転数に応じて変化されるに従い、広い回転数領域においてドライブシャフト１０の振動をダイナミックダンパ１２よって吸収させている。なお、このように好適に振動を吸収させるため、初期圧力Ｐ１、Ｐ２、断面積Ａ、質量ｍなどの式（８）に示す各パラメータは、予め制振チューニングを行うことで、好適に設定されている。

上述のように、本実施例のダイナミックダンパ１２によれば、剛体１６が内側空間１８および外側空間２０の気密性を維持した状態で径方向に摺動可能に保持されているため、剛体１６はドライブシャフト１０による遠心力によって径方向に移動させられる。これによりドライブシャフト１０の回転速度に応じて剛体１６の重心が径方向に移動させられてダイナミックダンパ１２のバネ定数Ｋが変化させられる。そして、このバネ定数Ｋの変化によってダイナミックダンパ１２の固有振動数ｆが変化させられる。このダイナミックダンパ１２の固有振動数ｆをドライブシャフト１０の回転速度に応じて好適に変化させることで、広い回転数域幅を有するドライブシャフト１０であっても効果的に振動を抑制させることができる。

つぎに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図７は、本発明の他の実施例であるダイナミックダンパ３０の断面図であり、前述した図２に対応するものである。また、図８は、図７において矢印Ｂから見たＢ矢視図である。本実施例のダイナミックダンパ３０は、前述の実施例のダイナミックダンパ１２と同様にドライブシャフト１０に相対回転不能に取り付けられている。本実施例のダンパ室３２内は、図７に示すように、円周上に連続的に形成されている。また、図７に示すように、ダンパ室３２内は、例えばゴム部材や薄膜などの環状の変形可能な弾性体３４および弾性体３６によって径方向に２箇所仕切られており、ダンパケース１１と弾性体３４、３６との接触部は接着剤などによって液密および気密に接着されている。これにより、内側空間１８および外側空間２０の気密性が維持されている。この２箇所の弾性体によって挟まれるように形成される環状空間内には、例えば水などの液状部材３８が充填されている。なお、本実施例の液状部材３８が、本発明の可変部材およびウェイト部材に対応している。

図９は、このように構成されるダイナミックダンパ３０を角速度ωで回転させたときのダンパ室３２内の状態を示している。図９に示すように遠心力によって液状部材３８が径方向に移動させられるに従い、弾性体３４および弾性体３６は放物線上に径方向に変形させられる。そして、液状部材３８の平均回転半径ｒはΔｘだけ径方向外側に移動させられてｒ’となる。また、外側油室２０内の容積は圧縮させられることで圧力Ｐ１がＰ１’に増圧され、一方、内側空間１８内の容積は膨張させられることで圧力Ｐ２がＰ２’に減圧させられる。これにより、ダイナミックダンパ３０のバネ定数Ｋは前述の実施例と同様に式（８）で示されて各パラメータを選択することで図５と同様に自由にバネ定数Ｋを変化させることができる。これより、前述のダイナミックダンパ１２と同様に、図６に示すように非常に広い回転数領域においてドライブシャフト１０の振動をダイナミックダンパ３０によって吸収させている。

上述のような実施例のダイナミックダンパ３０によれば、液状部材３８が内側空間１８および外側空間２０の気密性を維持すると共に、径方向に変形可能に維持されているため、液状部材３８がドライブシャフト１０による遠心力によって径方向に移動させられる。これによりドライブシャフト１０の回転速度に応じて液状部材３８の重心が径方向に移動させられてダイナミックダンパ３０のバネ定数Ｋが変化させられる。そして、このバネ定数Ｋの変化によってダイナミックダンパ３０の固有振動数ｆが変化させられる。このダイナミックダンパ３０の固有振動数ｆをドライブシャフト１０の回転速度に応じて好適に変化させることで、広い回転数域幅を有するドライブシャフト１０であっても効果的に振動を抑制させることができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例のダイナミックダンパ１２、３０はドライブシャフト１０に設けられて振動を抑制させているが、ダイナミックダンパ１２、３０は、ドライブシャフト１０に限られず、例えばプロペラシャフトなど他の回転体に設けて実施してもよい。

また、前述の実施例の内側空間１８および外側空間２０内には、空気や窒素などの圧縮性流体が封入されているが、例えばヘリウムなど、空気や窒素以外の圧縮性流体であってもよい。

また、前述の実施例のダイナミックダンパ１２のダンパ室１４は、等角度間隔に４つ形成されているが、ダンパ室１４の個数は特に限定されるものではなく、例えば３つ或いは５つ以上のダンパ室であってもよい。

また、前述の実施例のダイナミックダンパ３０のダンパ室３２は環状に連続して形成されているが、ダンパ室３２を複数個に分割して実施してもよい。

また、前述の実施例の液状部材３８は、例えば水などの液体がゴム部材などによって仕切られることで液密に封入されいるが、液状部材３８は液体に限定されず、遠心力によって変形可能な特性を有するものであれば足り、例えばゲル状部材やゴム等の弾性部材であってもよい。

また、前述の実施例の剛体１６は、ダンパケース１１に対して摺動可能に保持されているが、必ずしも剛体１６を摺動させる必要はなく、例えばダイヤフラムによってダンパ室を気密に仕切り、ダイヤフラムの中央に剛体１６を径方向に移動可能に固定するなど、内側空間１８および外側空間２０の気密性を維持した状態で剛体を径方向に移動可能な状態であれば他の形態であっても本発明は適用することができる。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明が適用されたドライブシャフト１０の一例である。 図１のダイナミックダンパを矢印Ａ方向から見たＡ矢視図である。 角速度ωで回転させられているダイナミックダンパのダンパ室内の状態を説明する図である。 図３のダイナミックダンパに外力を付与したときのダンパ室内の状態を説明する図である。 各パラメータを変更させたときの角速度ωとバネ定数Ｋの関係の一例を示したものである。 ドライブシャフトの回転速度と振動の大きさを示す振動レベルとの関係を示したものである。 本発明の他の実施例であるダイナミックダンパの断面図であり、前述の図２に対応している。 図７において矢印Ｂから見たＢ矢視図である。 図７のダイナミックダンパを回転させたときのダンパ室内の状態を説明する図である。

符号の説明

１０：ドライブシャフト（回転体） １１：ダンパケース １２：ダイナミックダンパ １４：ダンパ室 １６：剛体（ウェイト部材） １８：内側空間 ２０：外側空間 ３０：ダイナミックダンパ ３２：ダンパ室 ３８：液状部材（可変部材、ウェイト部材）

Claims (3)

1. 回転体に取り付けられて該回転体の共振時の振幅を抑制するダイナミックダンパであって、
   前記回転体に相対回転不能に取り付けられている環状のダンパケースと、
   該ダンパケーシング内に形成された密閉空間であるダンパ室と、
   該ダンパ室内を径方向に仕切るように配設されているウェイト部材とを備え、
   前記ダンパ室内には、該ウェイト部材によって仕切られることで該ウェイト部材の径方向内側に隣接して位置し所定の圧縮性流体が封入されている内側空間と、該ウェイト部材の径方向外側に隣接して位置し所定の圧縮性流体が封入されている外側空間とが形成され、
   前記ウェイト部材は、遠心力に従ってその重心が少なくとも径方向に移動可能に保持されていることを特徴とするダイナミックダンパ。
2. 前記ウェイト部材は、剛体によって構成され、
   該剛体は、前記内側空間および外側空間の気密性を維持した状態で径方向に移動可能に保持されていることを特徴とする請求項１のダイナミックダンパ。
3. 前記ウェイト部材は、変形可能な可変部材によって構成され、
   該可変部材は、前記内側空間および外側空間の気密性を維持した状態で径方向に変形可能に保持されていることを特徴とする請求項１のダイナミックダンパ。

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