JP2011122634A - トーショナルダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】振幅や周波数域が異なる多様な捻り振動を効果的に減衰させることができるトーショナルダンパを提供する。
【解決手段】相対回転することにより捻れが生じる回転体３０１，３０３の一方の回転体３０１に連結されるシリンダ２と、シリンダ２内にストローク方向で移動自在にかつ内径方向で自転不可能に設けられて他方の回転体３０３に連結されるピストンとを有し、シリンダ２内をピストン３がストローク方向で移動する際の移動抵抗力を相対回転に対する抵抗力として作用させるトーショナルダンパ１において、シリンダ２内に充填され比重および粘性が異なりかつ作用する遠心力に回転半径方向で外層と内層との２層に分離する２種類の流動体５，６と、各流動体５，６が２層に分離した場合に外層側の流動体５が流通する位置にピストン３を貫通して形成されるオリフィス３ａとを設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転部材に取り付けられてそのトルク変動もしくは捻り振動を減衰させるトーショナルダンパに関するものである。

車両のエンジンのクランクシャフトや変速機のインプットシャフトあるいはドライブシャフトなど、トルク変動やトルク変動に起因する捻り振動が発生する回転部材の振動系には、例えばスプリングや振り子などを用いることにより振動系の振動を吸収するもしくは減衰させるトーショナルダンパやダイナミックダンパなどのダンパ装置が広く適用されている。

その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたダイナミックダンパは、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、そのダンパケース内に形成された密閉空間であるダンパ室と、そのダンパ室内を径方向に仕切るように設置されているウェイト部材とを備えている。そして、ダンパ室内には、ウェイト部材によって仕切られることによって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、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ていて、ウェイト部材が、遠心力によってその重心が径方向に移動可能に保持されるように構成されている。

なお、特許文献２には、共通の軸線の回りに相対回転可能に設けられた第１回転体および第２回転体と、それら第１回転体および第２回転体のそれぞれに対して周方向に相対変位可能に設けられた中間部材と、中間部材を間に挟むようにしてその中間部材と第１回転体および第２回転体との間にそれぞれ配置された一対の弾性体と、第１回転体と第２回転体との間の相対回転に対する摩擦を発生させる摩擦発生手段と、第１回転体または第２回転体のいずれか一方の回転体と中間部材との相対回転を許容する解除位置と、一方の回転体と中間部材とを相対回転不能に連結する連結位置との間を移動可能な連結部材を有し、その連結部材に作用する遠心力が大きいときは連結部材を連結位置に移動させ、遠心力が小さいときには連結部材を解除位置にそれぞれ移動させる連結切替機構とが設けられたダンパ装置が記載されている。

また、特許文献３には、車両用サスペンションのダンパ装置を車体に接続するダンパマウントであって、ダンパ装置と車体との間に配置されて一方の側をダンパ装置に接続され、他方の側を車体に接続されたゴムブッシュと、そのゴムブッシュを弾性変形させてゴムブッシュの見かけ上のばね定数を変化させるアクチュエータとを有するダンパマウントに関して記載されている。

特開２００８−１１５９１４号公報 特開２００９−１５０４７１号公報 特開２００９−２２７２００号公報

上記の特許文献１に記載されているダンパ装置は、回転体が回転するとダンパ装置のウェイト部材に遠心力が作用し、その遠心力によってウェイト部材が径方向での外周側に移動する。ウェイト部材が径方向で移動しその重心位置が変化することにより、ダイナミックダンパのばね定数が変化し、その結果、ダイナミックダンパの固有振動数が変化する。したがって、特許文献１に記載されているダンパ装置によれば、回転体の回転数に応じて、すなわち作用する遠心力の大きさに応じて、ダイナミックダンパの固有振動数を適宜変化させることができ、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することができる、とされている。

しかしながら、上記の特許文献１に記載されているダンパ装置では、回転体の回転数が変動する場合、その回転体の回転数に応じてダンパ装置の固有振動数を変化させることはできるものの、ダンパ装置の振動吸収性能もしくは振動減衰性能は一律となっている。そのため、回転体の特定の回転数域で発生する特定の周波数域の捻り振動に対しては、ダンパ装置の振動吸収性能もしくは振動減衰性能が十分ではない場合もある。

また、例えば、自動変速機を搭載した車両のトルクコンバータにロックアップクラッチと共に備え付けられる従来のダンパ装置においては、例えば図６に示すように、ダンパを低ばね定数化かつ低ヒステリシス化（図６の実線）することにより、高ばね定数（図６の破線）のダンパと比較して、エンジンの低回転使用域で駆動系の振動伝達感度が低くなるので、いわゆるエンジンこもり音を抑制することができる。その反面、ダンパを低ばね定数・低ヒステリシス化させた場合は、高ばね定数のダンパと比較して、駆動系の１次共振周波数が低くなるとともに、その駆動系の振動伝達感度が高くなるので、エンジンの回転数が変動する際に過渡的なショックが生じ易くなってしまう。

このように、回転体の捻り振動に対する従来のダンパ装置において、幅広い回転数域に対応してより効果的に回転体の捻り振動を吸収するもしくは減衰させるためには、未だ改良の余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、振幅や周波数域が異なる多様な捻り振動を効果的に吸収するもしくは減衰させることができるトーショナルダンパを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、相対回転することにより捻れが生じる入力側回転体および出力側回転体のいずれか一方に連結されるシリンダと、前記シリンダの内部を２室に分割するように前記シリンダ内にストローク方向で移動自在にかつ前記シリンダの内径方向で自転不可能に設けられるとともに、前記各回転体のいずれか他方に連結されるピストンとを有し、前記シリンダ内を前記ピストンが前記ストローク方向で移動する際の移動抵抗力を前記相対回転に対する抵抗力として作用させるトーショナルダンパにおいて、前記シリンダ内に充填されて混在させられるとともに、比重および粘性がいずれも異なりかつ前記各回転体が回転する際に作用する遠心力により前記シリンダ内において前記各回転体の回転半径方向で外層と内層との２層に分離する２種類の流動体と、前記２室を連通するように前記ピストンを貫通して形成されるとともに、前記遠心力が作用して前記各流動体が２層に分離した場合に前記外層側の流動体が流通する位置に形成されたオリフィスとを備えていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記２種類の流動体が、前記オリフィスを流通する際の流動抵抗力を前記抵抗力として作用可能な所定の粘性を有するオイルと、前記オイルよりも比重が軽くかつ粘性が小さくなおかつ前記シリンダ内において前記オイルと混合・分離可能なガスとを含むことを特徴とするものである。

そして、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記ガスが、前記オイルと反応しない不活性ガスを含むことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、各回転体の間で捻れが生じることによりピストンがシリンダに対してストローク方向で相対移動すると、ピストンに形成されたオリフィスを流動体が流通する際の流動抵抗によって捻れが吸収される、もしくは捻れによる振動が減衰させられる。その場合、シリンダ内にはそれぞれ比重が異なる２種類の流動体が充填されているので、回転体の回転数が高くなって流動体に作用する遠心力が大きくなると、流動体はシリンダ内において各回転体の回転半径方向で２層に分離する。その結果、ピストンのオリフィスにはシリンダ内で外層に分離した方の流動体のみが流通するようになる。外層側の流動体と内層側の流動体とはそれぞれ粘性も異なっているので、外層側の流動体のみがオリフィスを通過するようになることにより、オリフィスを流動体が流通する際の流動抵抗がそれ以前の状態と比較して変化する。したがって、この請求項１の発明によれば、回転体の回転数に応じて、オリフィスを流動体が流通する際の流動抵抗を変化させること、すなわち捻れ振動に対する振動減衰性能を変化させることができる。そのため、周波数域が異なる多様な捻り振動を効果的に吸収するもしくは減衰させることができる。

また、請求項２の発明によれば、シリンダ内に充填される２種類の流動体が、例えば従来のオイルダンパなどで用いられるオイルと、例えば空気や窒素などのガスとによって構成される。したがって、シリンダ内に、相対的に比重が重くかつ粘性が大きいオイルと、相対的に比重が軽く粘性が小さいガスとの２種類の流動体を充填させることができる。その結果、回転体の回転数が相対的に低く作用する遠心力が小さい場合に、ピストンのオリフィスに粘性の小さいガスもしくはガスとオイルの混合体を流通させ、回転体の回転数が相対的に高く作用する遠心力が大きい場合に、ピストンのオリフィスに粘性の大きなオイルのみを流通させることができる。そのため、周波数域が異なる多様な捻り振動に即して、その捻り振動を適切かつ効果的に吸収するもしくは減衰させることができる。

そして、請求項３の発明によれば、オイルと共にシリンダ内に混在させられるガスに、例えば窒素やアルゴンなどの不活性ガスが用いられる。そのため、オイルとガスとの反応を防止して、オイルの劣化等を防止もしくは抑制することができる。

この発明に係るトーショナルダンパの構成の一例を説明するための模式図である。 図１に示すこの発明に係るトーショナルダンパの回転時の状態を説明するための模式図である。 この発明に係るトーショナルダンパを適用するトルクコンバータのおよびダンパ機構の構成を示す断面図である。 この発明に係るトーショナルダンパを適用するダンパ機構の構成を示す正面図である。 この発明に係るトーショナルダンパをダンパ機構に設置した状態を説明するための模式図である。 従来のトーショナルダンパの振動伝達特性と振動周波数との関係を説明するための図である。

つぎに、この発明を具体例に基づいて説明する。この発明に係るトーショナルダンパは、互いに相対的に回転することにより捻れが生じる２つの回転体の間に設置されて、それらの間で発生する捻りを吸収するもしくはその捻りによる捻り振動を減衰させるダンパ装置である。そして、例えば図３，図４，図５に示すように、トルクコンバータ１００にロックアップクラッチ２００と共に備え付けられるダンパ機構３００に対して、この発明のトーショナルダンパを適用することができる。

図３において、トルクコンバータ１００は、公知の一般的なトルクコンバータと同様の構成であり、フロントカバー１０１と一体化されてエンジンなどの動力源によって駆動されるポンプインペラー１０２と、そのポンプインペラー１０２に対向して配置されるタービンランナー１０３と、それらタービンランナー１０３におけるフルードの流出部とポンプインペラー１０２におけるフルードの流入部との間に配置されてフルードの流れの方向を変えるステータ１０４とを主体として構成されている。

したがって、この種のトルコンバータ１００においては、トルクの伝達にフルードが介在するので、例えば摩擦クラッチや噛み合いクラッチなどのように入出力部材を機械的に締結するクラッチと比較して動力伝達効率が低下する。そのため、例えばトルクコンバータ１００によるトルクの増幅作用が必要ではなくなるような高速・低負荷走行時に、トルクコンバータ１００の入力側部材と出力側部材とを機械的に締結するロックアップクラッチ２００が備えられている。

このロックアップクラッチ２００は、トルクコンバータ１００のポンプインペラー１０２に一体化されたフロントカバー１０１とタービンランナー１０３との間に配置され、例えば油圧によってフロントカバー１０１に押し付けられることによってフロントカバー１０１とタービンランナー１０３とを直結し、それらフロントカバー１０１とタービンランナー１０３との間でトルクの伝達を行うものである。

さらに、ロックアップクラッチ２００が係合された際に、エンジンのトルク変動や、そのトルク変動に起因する捻り振動等を吸収するもしくは減衰させるためのダンパ機構３００が備えられている。このダンパ機構３００は、図３，図４に示すように、環状のドライブプレート３０１と、圧縮コイルばねにより形成されたダンパスプリング３０２と、ドライブプレート３０１を挟み込むとともにダンパスプリング３０２を保持するドリブンプレート３０３とを主体として構成されている。そして、ドライブプレート３０１とドリブンプレート３０３とが相対的に回転すること、すなわちそれら各プレート３０１，３０３の間で捻れが生じることにより、各プレート３０１，３０３でダンパスプリング３０２を圧縮し、そのダンパスプリング３０２の弾性力によって捻れを吸収する、もしくは捻れによる振動を減衰させるようになっている。

上記のような圧縮コイルばねを用いた従来のダンパ装置では、捻り振動を吸収もしくは減衰させる際の振動減衰性能は、適用される圧縮コイルばねの特性に依存する。そのため、振動の周波数域が変化すると効果的に振動減衰性能を発揮できない場合がある。また、前述したように、回転体の回転数に応じてダンパ装置の固有振動数を変化させるように構成した場合であっても、ばねや振り子などによる振動減衰性能自体は一律で変化しないので、特定の周波数域の捻り振動に対しては振動減衰性能が十分ではない場合もある。そこで、圧縮コイルばねを用いた上記のダンパ機構３００に対して、この発明のトーショナルダンパ１が併設されている。すなわち、図５に拡大して示すように、この発明のトーショナルダンパ１は、ダンパ機構３００におけるダンパスプリング３０２の内周部分であって、互いに相対回転するドライブプレート３０１とドリブンプレート３０３との間に配置されている。

具体的には、図１に示すように、トーショナルダンパ１は、ダンパ機構３００の入力側の回転体であるドライブプレート３０１に連結されたシリンダ２と、そのシリンダ２のシリンダ室２ａ内に摺動自在に配置されたピストン３と、ピストン３をダンパ機構３００の出力側の回転体であるドリブンプレート３０３に連結するピストンロッド４とを備えている。具体的には、ピストン３の一方の端面３ｂにピストンロッド４が一体に固定されていて、そのピストンロッド４の端面３ｂと固定されていない側の端部４ａが、ダンパ機構３００のドリブンプレート３０３に連結されて固定されている。したがって、ピストン３はピストンロッド４を介してドリブンプレート３０３に連結されている。

なお、この構成例では、上記のようにシリンダ２がダンパ機構３００のドライブプレート３０１に連結され、ピストンロッド４がダンパ機構３００のドリブンプレート３０３に連結された例を示しているが、シリンダ２がダンパ機構３００のドリブンプレート３０３に連結され、ピストンロッド４がダンパ機構３００のドライブプレート３０１に連結された構成であってもよい。

シリンダ２は、例えば中空の円筒状に形成されている。すなわち、シリンダ２の内周部の中空部分がシリンダ室２ａであり、そのシリンダ室２ａの開口部２ｂとピストンロッド４との摺動部分はシールされていて、シリンダ室２ａの気密性もしくは液密性が保たれている。シリンダ室２ａ内には、ピストン３が収容されているとともに、比重および粘性がいずれも異なる２種類の流動体５，６が充填されている。そしてこのシリンダ２の一方の端部２ｃ、具体的にはシリンダ２の開口部２ｂとは反対側の端部２ｃが、ダンパ機構３００のドライブプレート３０１に連結されて固定されている。

２種類の流動体５，６のうち、一方の流動体５は、例えば従来のオイルダンパなどで用いられているオイルなどの所定の粘性と流動性とを有する流体が適用される。この構成例では、流動体５としてオイル５が用いられている。これに対して、他方の流動体６は、一方の流動体５よりも比重が軽くかつ粘性が小さい流体が適用される。この構成例では、オイル５よりも比重が軽くかつ粘性が小さいガス６が用いられている。

上記のようにオイル５とガス６とは、共にシリンダ室２ａ内に充填されていて、したがってシリンダ室２ａ内では、オイル５とガス６とが混在している。そしてオイル５とガス６とは比重が違うので、例えばトーショナルダンパ１が停止している場合は、図１に示すように、重力の作用によってオイル５とガス６とはシリンダ室２ａ内で２層に分離した状態で混在している。また、トーショナルダンパ１が低速で回転している場合や、あるいは回転を停止した直後の場合などでは、オイル５とガス６とは、互いに混ざり合った混合体の状態でシリンダ室２ａ内に混在することもできる。

トーショナルダンパ１の回転数すなわちドライブプレート３０１およびドリブンプレート３０３の回転数が高くなり、シリンダ室２ａ内のオイル５およびガス６に作用する遠心力が大きくなると、具体的には、オイル５に作用する遠心力が重力よりも大きくなると、図２に示すように、オイル５およびガス６が、シリンダ室２ａ内においてドライブプレート３０１およびドリブンプレート３０３の回転半径方向（図１，図２での上下方向）で外層と内層との２層に分離するようになっている。

ピストン３は、上記のシリンダ２のシリンダ室２ａの形状に対応して、例えば円筒状に形成されていて、シリンダ室２ａ内においてそのシリンダ室２ａを２室に分割するように摺動自在に配置されている。そして、ピストン３には、オリフィス３ａが形成されている。オリフィス３ａは、ピストン３によって分割されたシリンダ２の２室、すなわちピストン３の前進方向側（図１，図２での左側）のシリンダ室２ｄとピストン３の後退方向側（図１，図２での右側）のシリンダ室２ｅとの間を連通する貫通孔である。そしてこのオリフィス３ａは、上記のようにシリンダ室２ａ内において遠心力の作用によってオイル５とガス６とが外層と内層との２層に分離した場合に、前記の回転半径方向で外層側に分離されるオイル５が流通する位置に形成されている。

そのため、シリンダ室２ａ内においてオイル５とガス６とが分離する程度の遠心力が作用する場合には、シリンダ２内でピストン３が相対移動することによりオリフィス３ａ内をオイル５のみが流通し、その際に流動抵抗力が発生する。すなわち、このトーショナルダンパ１は、上記のようにオリフィス３ａ内をオイル５が流通する際に発生するオイル５の流動抵抗力を利用して、捻り振動を吸収するもしくは減衰させる構成となっている。

一方、前述したようなトーショナルダンパ１が停止している状態や低速で回転している状態でシリンダ２内をピストン３が相対移動する場合は、図１に示すように、オリフィス３ａ内にはガス６もしくはオイル５とガス６との混合体が流通することになる。前述したようにガス６はオイル５と比較して粘性が十分に小さく、したがってオイル５とガス６との混合体も、当然にオイル５と比較して粘性が小さい。すなわち、オリフィス３ａ内をガス６もしくはオイル５とガス６との混合体が流通する場合の流動抵抗力は、オリフィス３ａ内をオイル５のみが流通する場合よりも小さくなる。

したがって、このトーショナルダンパ１は、作用する遠心力の大きさ、すなわちドライブプレート３０１およびドリブンプレート３０３の回転数の大きさに応じて、言い換えると、捻り振動の振動周波数に応じて、オリフィス３ａを流通する流動体の粘性が変化し、その結果、オリフィス３ａにおける流動抵抗力すなわち捻り振動に対する振動減衰力が変化するように構成されている。

なお、オリフィス３ａは、上記のようにオイル５やガス６などの流動体が通過する際に、その粘性に応じた流動抵抗力を生じさせ、振動減衰力を作用させるように機能するものである。したがって、オリフィス３ａは、ピストン３において、上記のような遠心力の作用によってオイル５とガス６とが外層と内層との２層に分離した際に外層側に分離されるオイル５が流通する位置に、少なくとも１つ設けられればよいが、所望する振動減衰性能に応じて、あるいはシリンダ２内でピストン３が相対移動する際のバランス等を考慮して、ピストン３の円周方向に複数設けることもできる。また、オリフィス３ａの孔径や数量を調整することにより、シリンダ２およびピストン３によって振動を吸収する際の振動減衰性能を調整することができる。

また、シリンダ２とピストン３との間には、図示していないが、例えばキーおよびキー溝、あるいはコッターおよびコッター溝などの位置決め機構が設けられている。すなわち、上記のシリンダ２とピストン３との間には位置決め機構が設けられていて、それらの円周方向における相対回転が規制されている。言い換えると、ピストン３は、シリンダ２内でそのシリンダ２の内径方向で自転不可能なように収容されている。そのため、ピストン３のオリフィス３ａは、常に、上記のように遠心力の作用によってオイル５とガス６とが外層と内層との２層に分離した際に外層側に分離されるオイル５が流通する個所に位置するようになっている。

また、ガス６としては、例えば窒素ガスやアルゴンガスあるいはヘリウムガスなどといった不活性ガスが用いられる。不活性ガスを用いることによって、シリンダ室２ａ内においてオイル５とガス６との反応を防止して、例えばオイル５の劣化等を防止もしくは抑制することができる。

以上のように、この発明のトーショナルダンパ１によれば、ダンパ機構３００のドライブプレート３０１とドリブンプレート３０３との間で捻れが生じることによりピストン３がシリンダ２に対してストローク方向で相対移動すると、ピストン３に形成されたオリフィス３ａを流動体５，６が流通する際の流動抵抗によって捻れが吸収される、もしくは捻れによる振動が減衰させられる。

その場合、シリンダ２内にはそれぞれ比重が異なる２種類の流動体５，６、すなわちオイル５とガス６とが充填されているので、ドライブプレート３０１およびドリブンプレート３０３の回転数が高くなってオイル５およびガス６に作用する遠心力が大きくなると、それらオイル５およびガス６は、シリンダ２内において回転半径方向で２層に分離する。その結果、ピストン３のオリフィス３ａにはシリンダ２内で外層に分離する方、すなわち比重が大きいオイル５のみが流通するようになる。

したがって、ドライブプレート３０１およびドリブンプレート３０３の回転数に応じて、オリフィス３ａ内を流通する流動体を変化させること、言い換えると、オリフィス３ａ内を流動体が流通する際の流動抵抗を変化させることができ、その結果、捻れ振動に対する振動減衰性能を変化させることができる。そのため、周波数域が異なる多様な捻り振動を効果的に吸収するもしくは減衰させることができる。

１…トーショナルダンパ、 ２…シリンダ、 ３…ピストン、 ３ａ…オリフィス、 ５…オイル（流動体）、 ６…ガス（流動体）、 ３００…ダンパ機構、 ３０１…ドライブプレート（入力側回転体）、 ３０３…ドリブンプレート（出力側回転体）。

Claims (3)

1. 相対回転することにより捻れが生じる入力側回転体および出力側回転体のいずれか一方に連結されるシリンダと、前記シリンダの内部を２室に分割するように前記シリンダ内にストローク方向で移動自在にかつ前記シリンダの内径方向で自転不可能に設けられるとともに、前記各回転体のいずれか他方に連結されるピストンとを有し、前記シリンダ内を前記ピストンが前記ストローク方向で移動する際の移動抵抗力を前記相対回転に対する抵抗力として作用させるトーショナルダンパにおいて、
   前記シリンダ内に充填されて混在させられるとともに、比重および粘性がいずれも異なりかつ前記各回転体が回転する際に作用する遠心力により前記シリンダ内において前記各回転体の回転半径方向で外層と内層との２層に分離する２種類の流動体と、
   前記２室を連通するように前記ピストンを貫通して形成されるとともに、前記遠心力が作用して前記各流動体が２層に分離した場合に前記外層側の流動体が流通する位置に形成されたオリフィスと
   を備えていることを特徴とするトーショナルダンパ。
2. 前記２種類の流動体は、前記オリフィスを流通する際の流動抵抗力を前記抵抗力として作用可能な所定の粘性を有するオイルと、前記オイルよりも比重が軽くかつ粘性が小さくなおかつ前記シリンダ内において前記オイルと混合・分離可能なガスとを含むことを特徴とする請求項１に記載のトーショナルダンパ。
3. 前記ガスは、前記オイルと反応しない不活性ガスを含むことを特徴とする請求項２に記載のトーショナルダンパ。

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