JP2012117571A - ダンパスプリング及びダンパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 衝撃荷重を緩和すると共に振動を吸収することが出来る耐久性の高いダンパスプリングの提供。
【解決手段】 ダンパスプリング１は線材２を螺旋状に巻いて所定の曲率にて湾曲した円弧状とし、そして両端面４，４は平坦面とし、さらに有効巻き部の始まりが外径側に位置するようにしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は振動並びに衝撃トルクを緩和する為のダンパスプリング、及び該ダンパスプリングを備えたダンパ装置に関するものである。

本発明のダンパスプリングとは線材を螺旋状に巻いて構成されるコイルスプリングであり、このコイルスプリングが使用される用途は無数にあるが、一つには繰り返し作用する振動を吸収し、又瞬間的に作用する衝撃を緩和する為に用いられる場合が多い。勿論、その他にもコイルスプリングに作用する荷重と伸びの比例関係を利用した重量測定装置などに用いる場合もある。

ところで、衝撃トルクを緩和する為に使用されるダンパスプリングとしては、トルクコンバータのダンパ装置がある。トルクコンバータは一種の流体継手であって、作動流体を介してポンプインペラの回転をタービンランナへ伝えることが出来、該タービンランナから出力軸へ伝達される。そして、タービンランナの回転速度が所定の領域を超えて高くなると、ロックアップクラッチが係合し、その結果、作動流体を媒介とすることなく入力側トルクは出力軸へ直接伝達される。

図４は従来のトルクコンバータの断面を示している。同図の（イ）はポンプインペラ、（ロ）はタービンランナ、（ハ）はステータ、そして（ニ）はピストンをそれぞれ示し、これらはトルクコンバータ外殻（ム）内に収容されている。そこでエンジンからの動力を得てフロントカバー（ホ）が回転し、該フロントカバー（ホ）と一体となっているポンプインペラ（イ）が回転し、その結果、作動流体を媒介としてタービンランナ（ロ）が回る。

そしてタービンランナ（ロ）のタービンハブ（ヘ）には出力軸（図示なし）が嵌って、タービンランナ（ロ）の回転をトランスミッション（図示なし）へ伝達することが出来る。トルクコンバータは一種の流体継手である為、ポンプインペラ（イ）の回転速度が低い場合には、タービンランナ（ロ）の回転を停止することが出来(車を停止することが出来)、しかしポンプインペラ（イ）の回転速度が高くなるにつれてタービンランナ（ロ）は回り始め、さらに高速になるにつれてタービンランナ（ロ）の速度はポンプインペラ（イ）の回転速度に近づく。しかし作動流体を媒介としているトルクコンバータでは、タービンランナ（ロ）の回転速度はポンプインペラ（イ）と同一速度にはなり得ない。

そこで、同図にも示しているようにトルクコンバータ外殻（ム）内にはピストン（ニ）が設けられていて、タービンランナ（ロ）の回転速度が所定の領域を超えた場合には、該ピストン（ニ）が軸方向に移動してフロントカバー（ホ）に係合するように作動する。ピストン外周には摩擦材（ト）が取り付けられている為に、該ピストン（ニ）は滑ることなくフロントカバー（ホ）と同一速度で回転することが出来る。そして、このピストン（ニ）はタービンランナ（ロ）と連結していて、タービンランナ（ロ）はピストン（ニ）によって直接回されることになり、エンジンからの動力をトランスミッションへ、流体を介することによるロスを伴うことなくほぼ１００％の高効率で伝達することが出来る。

このように、タービンランナ（ロ）の回転速度が高くなって、ある条件になった時に、ピストン（ニ）はフロントカバー（ホ）に係合するが、しかし係合前は、タービンランナ（ロ）とフロントカバー（ホ）の回転速度は完全に同一ではない為に、ピストン（ニ）がフロントカバー（ホ）に係合することで、速度差に基づく衝撃が発生する。この係合時の衝撃を緩和し、一方では係合後にエンジンのトルク変動を伝えない為にピストン（ニ）とタービンランナ（ロ）との間にはダンパスプリング（チ）、（チ）・・・を備えたダンパ装置（ヌ）が取り付けられている。

したがって、タービンランナ（ロ）と共に同一速度で回転しているピストン（ニ）が僅かに速いフロントカバー（ホ）に係合する際、ピストン（ニ）には速度差に基く衝撃トルクが発生する。この衝撃的トルクをダンパスプリング（チ）、（チ）・・・が圧縮変形して緩和するように構成されている。ピストン（ニ）はタービンランナ（ロ）のタービンハブ（ヘ）に同軸を成して取り付けられているが、ダンパスプリング（チ）、（チ）・・・の圧縮変形によって上記タービンランナ（ロ）と位相差を生じることが出来る構造となっている。

図５は従来のダンパ装置（ヌ）を示す具体例である。このダンパ装置（ヌ）は入力側中央ディスク（リ）の両面側に出力側プレート（ル）と（オ）を配置し、上記ダンパスプリング（チ）、（チ）・・・は出力側プレート（ル）、（オ）に形成しているバネ収容空間（ワ）、（ワ）・・・に収容されている。そして、ダンパスプリング（チ）、（チ）は２本１組と成って入力側中央ディスク（リ）に形成しているバネ押え（ヨ）、（ヨ）間に直列状態で配列し、両ダンパスプリング（チ）、（チ）の間には中間部材（タ）の外周側へ突出しているセパレータ（レ）が介在している。

そして、一方の出力側プレート（オ）の内周部（カ）は上記タービンハブ（ヘ）にタービンランナ（ロ）と共にリベット止めされている。従って、ピストン（ニ）がフロントカバー（ホ）に係合する際に発生する衝撃トルクは入力側中央ディスク（リ）へ伝わり、該入力側中央ディスク（リ）に形成しているバネ押え（ヨ）、（ヨ）・・・にてダンパスプリング（チ）、（チ）・・・は圧縮変形する。

この場合、ダンパスプリング（チ）、（チ）・・・は２本１組と成ってバネ収容空間（ワ）、（ワ）・・・に収容され、しかも２本のダンパスプリング（チ）、（チ）の間にはセパレータ（レ）が介在していることで、ダンパスプリング（チ）、（チ）の圧縮変形に伴って中間部材（タ）は回転する。その為に、両ダンパスプリング（チ）、（チ）は均等に圧縮変形することが出来る。

上記ダンパスプリング（チ）、（チ）・・・を直列状態に配列することで、大きな圧縮変形を実現することが出来る為に大きな衝撃トルクの緩和が行われる。又比較的小さなトルク振動を吸収することも出来る。すなわち、ピストン（ニ）がフロントカバー（ホ）に係合状態にある場合のエンジンのトルク振動が吸収される。

このようにダンパスプリング（チ）の伸縮によって衝撃トルクが緩和され、又エンジンからのトルク振動が吸収されるが、ダンパスプリング（チ）を構成している線材に作用する捩り応力は均等ではなく、入力側に近いほど高くなる。これは、ダンパスプリング（チ）を拘束している部材との接触摩擦に伴い、ダンパスプリング（チ）が均等に伸縮しないことに起因する。

図６はダンパスプリング（チ）の圧縮変形状態を示しているが、ダンパスプリング（チ）は６個の巻き目（ソ）、（ソ）・・・を有している。（ａ）は圧縮前の状態であるが、各巻き目（ソ）、（ソ）・・・は均等に配置され、巻き目（ソ）、（ソ）・・・間距離Ｌは等しく成っている。そして、入力部材（ツ）が右方向へ移動するならばダンパスプリング（チ）は圧縮されるが、各巻き目（ソ）、（ソ）・・・は均等に圧縮されない。すなわち、同図の（ｂ）に示すように、各巻き目（ソ）、（ソ）・・・間距離は入力部材側からＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３・・・のようになり、この距離はＬ_１＜Ｌ_２＜Ｌ_３・・・の関係にある。

これは、ダンパスプリング（チ）が圧縮変形する場合、各巻き目（ソ）、（ソ）・・・の外周がガイド面（メ）に擦れることで摩擦が発生して均等に圧縮されない。すなわち、入力部材（ツ）側の圧縮変形が大きくなり、その結果、入力部材（ツ）側では巻き目（ソ）、（ソ）・・・に作用する捩れ応力は出力部材（ラ）側の巻き目（ソ）、（ソ）・・・に比べて高くなる。図７はスプリング巻き数とスプリングの線材に加わる最大応力の関係を示すグラフである。同図のようにスプリング巻き数が小さい入力側の方に高い応力が発生し、巻き数が大きくなり出力側に近づくにつれて応力は徐々に低くなる。

図８はダンパスプリング（チ）がダンパ装置のバネ収容空間（ナ）に収容された場合を示し、（ａ）は圧縮されていない状態を、（ｂ）は入力部材（ツ）が移動して圧縮された状態を示している。バネ収容空間（ナ）は同図に示すように円弧状に湾曲しており、入力部材（ツ）が移動してダンパスプリング（チ）が圧縮される場合、前記図６にて説明したように入力部材（ツ）に近い巻き目（ソ）、（ソ）・・・の変形が大きくなると共に、内径側の変形が外径側に比較して大きくなる。

図８（ａ）に示すように圧縮されないダンパスプリング（チ）において、外径側での巻き目（ソ）、（ソ）・・・の交差角をＡ、内径側での巻き目（ソ）、（ソ）・・・の交差角をＢとした場合、入力部材（ツ）が移動してダンパスプリング（チ）が圧縮変形するならば、（ｂ）に示すように、外径側での巻き目（ソ）、（ソ）・・・の交差角はａ、内径側での巻き目（ソ）、（ソ）・・・の交差角はｂとなる。そして、Ａ，ａ，Ｂ，ｂの関係はＡ−ａ＞Ｂ−ｂとなり、内径側での捩れ変形が大きくなり、その結果、内径側での捩れ応力は大きくなる。すなわち、円弧状に湾曲したダンパスプリング（チ）が圧縮変形する場合、全体が均等に圧縮変形することはなく、内径側が外径側に比べて大きく変形する。

ダンパ装置の湾曲したバネ収容空間に収容されて取付けられるダンパスプリング（チ）は所定の曲率で円弧状に湾曲している為に、圧縮変形に伴う捩り応力は必然的に内径側の方が高くなる。一方、ダンパスプリング（チ）を構成する線材の巻き始めが内径側にくると、圧縮変形に伴う捩り応力は高くなる。

このように、トルクコンバータを構成するダンパ装置のダンパスプリングには上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であり、ダンパスプリングの線材全体にほぼ均等な応力を作用させることで、軽量化して耐久性に優れたダンパスプリングを提供する。合わせて耐久性に優れたダンパスプリングを備えたダンパ装置を提供する。

本発明に係るダンパスプリングは一定太さの線材をコイル状に巻いて構成され、そして、所定の曲率にて湾曲した円弧状を形成している。この円弧の曲率は取付けられるダンパ装置に設けたバネ収容空間の形状によって定まる。従って、ストレートのダンパスプリングではなく、湾曲したバネ収容空間と同じ形状に湾曲していることで、曲げ変形してバネ収容空間に収容されることはない。

ダンパ装置の形態も色々あるが、本発明では具体的な構造は限定しないことにする。また、ダンパ装置の具体的な用途も自由である。そして、線材の有効巻き部の巻き始めはダンパスプリングの外周側に位置している。ところで、ダンパスプリングの両端は入力側部材と成るバネ押え及び出力側部材と成るバネ受けに当接して伸縮することが出来るが、バネ押え及びバネ受けに安定して当接することが出来るように該ダンパスプリングの先端は平坦面を形成した添え巻き部とし、該添え巻き部に連続して巻き始め位置を外径側とした有効巻き部が形成される。ただし、本発明のダンパスプリングは線材の線径が一定である必要はなく、また線材の断面形状も自由であり、さらに、ダンパスプリングの端面は平坦でない場合もある。

ダンパスプリングが伸縮する場合、バネ押えとなる入力側に最も近い有効巻き部の変形が大きくなり、特に内径側の応力が高くなるが、有効巻き部の始まりが内径側にきた場合にはさらに応力が高くなる。そこで、本発明ではこの巻き始めをダンパスプリングの外周側に位置するように配置することで、有効巻き部の巻き始め部の弱点を克服することが出来る。本発明のダンパスプリングは円弧状に湾曲した形状と成っているために、ダンパ装置のバネ収容空間に収容されるならば、回転してその向きが変わって巻き始めが内周側へ移動することはない。

このように、円弧状に湾曲したダンパスプリングの入力側の有効巻き部の巻き始め位置を外周側に位置させることで、ダンパスプリング全体の応力のバラツキを低減し、ダンパスプリングの耐久性の向上をもたらし、ひいては線材の細線化による軽量化やコストダウンが出来ると共に、線材を太くすることでダンパ装置の捩れ剛性アップが可能となる。

（ａ）は本発明に係るダンパスプリングの具体例、（ｂ）はダンプスプリングンの先端部拡大図。 スプリングの添え巻き終了部からの巻き数とスプリングの最大応力の関係を示すグラフ。 本発明のダンパスプリングを取付けたダンパ装置の具体例。 従来のトルクコンバータ。 従来のダンパ装置。 ダンパスプリングの圧縮変形の伴う各巻き目の変形状態。 スプリング巻き数とスプリングの最大応力の関係を示すグラフ。 円弧状に湾曲したバネ収容空間に収容されたダンパスプリングが圧縮変形する場合の外径側と内径側の捩り応力の違いを示す説明図。

図１は本発明に係るダンパスプリング１を示す実施例である。該ダンパスプリング１は一定太さの線材２を螺旋状に巻き、そして、半径Ｒで湾曲して円弧状形態と成っている。ダンパスプリングを同図に示すような円弧状に成形する加工方法は問わないが、円弧状のダンパスプリング１はバネ収容空間に収容されてバネ押えによって押圧されるならば圧縮することが出来る。この際、圧縮変形に伴ってダンパスプリング１の外周がバネ収容空間の内面と擦れても大きな摩擦力を生じることはなく、その結果、ダンパスプリング全体はほぼ均等に変形することが出来る。

そして、本発明ではダンパスプリング１は線材２を螺旋状に巻いているが、その有効巻き部の巻き始め３は湾曲したダンパスプリング１の外径側に位置している。ダンパスプリング１の両先端には添え巻き部１７，１７が設けられ、有効巻き部はこの添え巻き部１７，１７に連続し、しかも有効巻き部の巻き始め３が外径側に位置するように設けられ、そして、添え巻き部１７，１７となる両端面４，４は切削されて平坦面を形成している。従って、バネ収容空間に収容されたダンパスプリング１の平坦な端面４，４にバネ押え及びバネ受けが当接することで片当りすることはなく、バネ押え及びバネ受けによってダンパスプリング１がバネ収容空間に沿って変形することが出来る。

図２は「スプリングの添え巻き終了部からの巻き数」と「スプリングの最大応力」の関係を示すグラフである。このグラフに示すデータは主な点をプロットしたものであり、このグラフから明らかなように、有効巻き部の始まりが内径側に配置された場合、スプリングの最大応力は高くなる。逆に、有効巻き部の始まりが外径側に配置された場合、スプリングの最大応力は低くなる。

そこで、本発明のダンパスプリング１は図１に示しているように、所定の曲率で湾曲すると共に、線材２の有効巻き部の巻き始め３は外径側に位置している。ところで、ダンパ装置はこのダンパスプリング１がバネ収容空間に収容されるが、ダンパ装置の形態並びに構造は問わない。バネ押えである入力部材とバネ受けと成る出力部材との間に挟まれて圧縮される。

また、トルクコンバータのダンパ装置の場合、ダンパスプリング１，１を直列状態で繋ぐ為に、回転自在に軸支した中間部材を取付け、中間部材の外周に突出したセパレータを間に介在して接続することが出来る。図３はダンパスプリング１を取付けて構成した本発明のダンパ装置を示す具体例である。

同図の５は入力部材、６は出力部材、７は中間部材、１ａは外径側ダンパスプリング、１ｂは内径側ダンパスプリングをそれぞれ表している。入力部材５は概略お椀形の第１プレート８と概略リング状のドラムプレート９が組み合わされ、間にはスペーサ１０，１０・・・が介在してリベット止めされている。上記外径側ダンパスプリング１ａ，１ａ・・・は第１プレート８とドラムプレート９との間に形成されたバネ収容空間に収容されている。

そして、第１プレート８の内面側にはバネ押え１１，１１・・・が３ヶ所に設けられ、同じくドラムプレート９にもバネ押え１２，１２・・・が３ヶ所に設けられている。バネ押え１１とバネ押え１２が同一位置に成るように第１プレート８とドラムプレート９とが位置合わせされてリベット止めされており、対を成すバネ押え１１，１２とバネ押え１１，１２・・・間に上記外径側ダンパスプリング１ａ，１ａ・・・が挟まれるように収容されている。

一方、出力部材６は対を成す２枚の第２プレート１３，１３が組み合わされて構成されている。そして、この出力部材６は上記入力部材５である第１プレート８とドラムプレート９の間に挟まれ、しかも出力部材６の外周はスペーサ１０，１０・・・に接してガイドされている。すなわち、出力部材６は入力部材５と同心を成して組み合わされ、しかも出力部材６の外周部は入力部材５である第１プレート８とドラムプレート９に挟まれた構造としている。

そして、出力部材６を構成する第２プレート１３，１３にはバネ収容部１４，１４・・・が外側に突出して設けられ、このバネ収容部１４，１４・・・によって形成されるバネ収容空間に内径側ダンパスプリング１ｂ，１ｂ・・・が収容されている。２枚の第２プレート１３，１３を組み合わせた出力部材６の中央には軸穴１５が貫通し、この軸穴１５にタービンハブが嵌ってリベット止めされる。

ところで、このダンパ装置はトルクコンバータの内部に装着されるが、出力部材６はタービンハブにセンタリングされて取付けられることで、該出力部材６の外周が入力部材５に設けているスペーサ１０，１０・・・に接してガイドされ、その為に入力部材５もタービンハブにセンタリングされることに成る。すなわち、入力部材５は出力部材６を介してセンタリングされる。ダンパ装置のドラムプレート９にはドラム部１６を一体成形し、該ドラム部１６の軸穴はスプライン穴を形成してクラッチ（図示なし）を構成しているプレート外周が噛み合うことが出来る。

図３に示すダンパ装置では、３本の長い外径側ダンパスプリング１ａ，１ａ・・・が配置され、しかも、第１プレート８とドラムプレート９にて形成されるバネ収容空間に収容されている。勿論、バネ収容空間と同一形状に湾曲・成形されている為に、第１プレート８の内面との擦れ合いは小さくなる。そして、線材２の有効巻き部の巻き始め３はダンパスプリング１ａの外径側に位置していることで、ダンパスプリング１ａを構成している線材２に発生する最大応力を低く抑制している。ところで、図３に示すダンパ装置はトルクコンバータを対象とした物であるが、本発明のダンパ装置の用途はトルクコンバータに限定するものではない。

１ ダンパスプリング
２ 線材
３ 有効巻き部の巻き始め
４ 端面
５ 入力部材
６ 出力部材
７ 中間部材
８ 第１プレート
９ ドラムプレート
10 スペーサ
11 バネ押え
12 バネ押え
13 第２プレート
14 バネ収容部
15 軸穴
16 ドラム部
17 添え巻き部

Claims (4)

1. 衝撃荷重を緩和すると共に振動を吸収することが出来るダンパスプリングにおいて、該ダンパスプリングは線材を螺旋状に巻いて所定の曲率にて湾曲した円弧状とし、そして有効巻き部の巻き始まりが外径側に位置するようにしたことを特徴とするダンパスプリング。
2. 両端を平坦面とした請求項１記載のダンパスプリング。
3. トルクコンバータ等に取付けられて衝撃トルクを緩和すると共にエンジンのトルク変動を吸収することが出来るダンパ装置において、該ダンパ装置に湾曲して形成したバネ収容空間に収容されるダンパスプリングは、線材を螺旋状に巻いて所定の曲率にて湾曲した円弧状とし、そして有効巻き部の巻き始まりが外径側に位置するようにし、ダンパスプリングの端面にバネ押え及びバネ受け又は中間部材のセパレータを当接したことを特徴とするダンパ装置。
4. ダンパスプリングの両端を平坦面とした請求項３記載のダンパ装置。
   
   
   
   

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