JP2014126131A - フライホイール - Google Patents

Abstract

【課題】要求される慣性モーメントを容易に得ることのできるフライホイールを提供する。
【解決手段】フライホイール１は、円形状の鋼板１００の外周にウエイト部４００を備えている。このウエイト部４００を、環状のリング２００と、鋼板１００の外周を折り返した折り返し部１０４とで構成する。この折り返し部の折り返し回数を多くするほど、ウエイト部の重量は重くなり、フライホイールの慣性モーメントは大きくなる。従って、同構成においては、折り返し部の折り返し回数を変更することにより、フライホイールの慣性モーメントを調整することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、フライホイールに関する。

例えば自動車等に搭載されるエンジンには、その出力軸であるクランクシャフトに、慣性質量となるフライホイールを取り付けて、そのフライホイールをクランクシャフトの回転を安定させる弾み車として機能させている。

こうしたフライホールには、クランクシャフトの回転を安定させるために高い慣性モーメントが求められるとともに、その高い慣性モーメントに耐えられるだけの強度も求められる。また、慣性モーメント及び強度を確保しつつ、燃費やコストなどの観点から重量の低減も求められる。

こうした各種要求を満たすために、例えば特許文献１に記載のフライホイールでは、プレス加工された円形状の鋼板の外周に、鋼材を曲げて形成したリング（ウエイト部材）を設けるようにしている。このフライホイールは、鋳鉄よりも引っ張り強度の高い鋼板で形成されているため、鋳鉄製のフライホイールと同等の強度を確保した上で、重量を低減させることができる。

なお、本発明にかかる先行技術文献としては、上記特許文献１の他にも、以下の特許文献２及び３が挙げられる。

特開２００９−７９６４５号公報 特開２００２−２１９５４０号公報 特開平９−１５１９９４号公報

ところで、上記文献１に記載の構造を有したフライホイールでは、上記リングが、慣性モーメントを得るためのウエイトとしての機能する。そのため、リングの表面荒さや寸法についてはそれほど高い精度が要求されない。従って、そうしたリングを比較的低コストで製造するには、寸法などが予め定められた規格品、例えば日本工業規格などで寸法などが定められた棒状の鋼材などを環状に曲げて製造することが好ましい。

ここで、要求される慣性モーメントを有したフライホイールを製造するには、リングの重量を、要求される慣性モーメントに応じた重量にする必要がある。従って、要求される慣性モーメントに応じて、規格品の中から最適な寸法を有した部材を選択し、その部材を環状に形成することで、要求される慣性モーメントを有したフライホイールを製造することができる。

しかし、要求される慣性モーメントに応じた寸法の部材が、必ずしも規格品の中に用意されているとは限らず、むしろ用意されていないことの方が多い。要求される慣性モーメントに応じた寸法の部材が規格品の中に用意されていない場合には、必要な寸法よりも大きい寸法を有した規格品を切削加工などして必要な寸法にまで小さくすることで重量を調整し、その加工された規格品を環状に形成することで、要求される慣性モーメントを有したフライホイールを製造することになる。

このように、円形状の鋼板の外周に、ウエイトとしてのリングを有するフライホイールでは、要求される慣性モーメントを得るために、リングを精密に切削加工などして重量を調整しなければならない可能性が高く、要求される慣性モーメントを比較的容易に得ることが困難である。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、要求される慣性モーメントを容易に得ることのできるフライホイールを提供することにある。

上記課題を解決するフライホイールは、円形状の鋼板の外周にウエイト部を備えるフライホイールであって、ウエイト部が、環状のリングと鋼板の外周を折り返した折り返し部とを有している。

同構成によれば、要求される慣性モーメントを得るためのウエイト部が、環状のリングと、鋼板の外周を折り返した折り返し部とで構成されている。この折り返し部の折り返し回数を多くするほど、ウエイト部の重量は重くなり、フライホイールの慣性モーメントは大きくなる。従って、同構成においては、折り返し部の折り返し回数を変更することにより、フライホイールの慣性モーメントを調整することができる。そのため、リングを切削加工などして慣性モーメントを調整する場合と比較して、より容易に慣性モーメントを調整することができ、要求される慣性モーメントを容易に得ることができるようになる。

また、折り返し部の折り返し回数を変えることにより、異なる慣性モーメントを有したフライホイールを種々、容易に製造することができるようになる。
ちなみに、リングの重量で慣性モーメントを調整する場合において、要求される慣性モーメントが比較的大きい場合には、リングが大型化するため、そのリングの曲げ加工などが難しくなる。また、規格品の曲げ加工でリングを形成する場合に、寸法によっては調達が難しい規格品もあり、こうした規格品を使用する場合には調達コストが高くなるおそれもある。この点、同構成では、リングではなく、鋼板の折り返し部で慣性モーメントを調整することができるため、加工の困難性や調達コストの増大といった上記不都合の発生も抑えられる。

また、上記フライホイールにおいて、折り返し部は、鋼板の径方向におけるリングの外側に設けられていることが好ましい。
同構成によれば、折り返し部が、フライホイールの回転中心から最も遠い部位に設けられる。従って、折り返し部の慣性モーメントを最大限に高めることができるようになる。

また、上記フライホイールにおいて、リングは、棒状の鋼材を環状に曲げ加工して形成されていることが好ましい。
同構成によれば、フライホイールの慣性モーメントが折り返し部によって調整されるため、リングについては慣性モーメントを微調整する、つまり重量を微調整する必要がない。従って、棒状の鋼材は、規格品の中から選択することができ、リングを低コストで製造することができる。

また、上記フライホイールにおいて、鋼板には、ビードが形成されていることが好ましい。同構成によれは、ビードによって鋼板の捻り剛性等を高めることができる。
また、上記フライホイールにおいて、リングは、プロジェクション溶接によって鋼板に固定されている、という構成や、かしめ加工によって鋼板に固定されている、という構成を採用することもできる。

フライホイールの一実施形態の正面斜視図。 同実施形態におけるフライホイールの背面斜視図。 同実施形態におけるフライホイールの断面図。 同実施形態の変形例におけるフライホイールの部分断面図。 同実施形態の変形例におけるフライホイールの部分断面図。 同実施形態の変形例におけるフライホイールの背面斜視図。 同実施形態の変形例におけるフライホイールの部分断面図。 同実施形態の変形例におけるフライホイールの部分断面図。

以下、フライホイールの一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、以下では、フライホイールの回転中心方向を「内側」、フライホイールの半径方向を「外側」という。また、図１に示すフライホイール１の平面を「正面」といい、図２に示すフライホイール１の平面を「背面」（つまり正面の裏面）という。

図１及び図２に示すように、フライホイール１は、円形状の鋼板１００や、その鋼板１００の外周に設けられたウエイト部４００を備えている。
鋼板１００は、回転中心から外側に向けて広がる平板部１０１、この平板部１０１の外周から垂直に立ち上がった壁部１０２、この壁部１０２から外側に向けて広がる外周部１０３、この外周部１０３から背面に向けて曲げられた折り返し部１０４とを有している。

平板部１０１の中心には、フライホイール１が取り付けられる回転体の凸部が挿入される取付孔１１０が形成されている。取付孔１１０の周りには、ボルト孔１２０が円周方向均等に複数形成されている。これらボルト孔１２０には、フライホイール１を上記回転体に固定するためにボルトが挿入される。

平板部１０１において、ボルト孔１２０よりも外側には、ビーディング加工により形成された環状のビード１３０が正面及び背面にそれぞれ設けられている。
外周部１０３には、周方向に複数の孔１４０が形成されている。

図２に示すように、鋼板１００の外周に設けられたウエイト部４００において、フライホイール１の背面には、環状のリング２００が固定されている。このリング２００は、棒状の鋼材を曲げ加工して形成されている。また、棒状の鋼材は、寸法などが予め定められた規格品、例えば日本工業規格などで寸法などが定められた棒状の鋼材のうちで、後述のねじ穴２１０を形成可能な最低限の寸法を有した鋼材が使われており、その鋼材は寸法調整のための加工をすることなく、そのまま曲げ加工されている。そして、リング２００は、プロジェクション溶接、より詳細には多点同時プロジェクション溶接によって鋼板１００の外周部１０３に固定されている。ちなみに、鋼板１００に対してリング２００をプロジェクション溶接にて固定しているため、溶接歪みの発生が抑えられる。また、多点を同時にプロジェクション溶接しているため、溶接工程数を少なくすることができる。

図３に示すように、上記リング２００は、外周部１０３の背面側の面に固定されている。
折り返し部１０４は、鋼板１００の外周部１０３から背面に向けて折り曲げられた後、正面に向かって再び折り曲げられている。このように折り返し部１０４は、背面に向けて１回曲げられた後、正面に向けて１回曲げられており、計２回曲げられている。その結果、折り返し部１０４は、フライホイール１の径方向において２層の鋼板から形成される。

この折り返し部１０４及びリング２００にて、ウエイト部４００が構成されている。フライホイール１の慣性モーメントは、ウエイト部４００の重量が重くなるほど大きくなる。そのため、フライホイール１に要求される慣性モーメントは、ウエイト部４００の重量を最適化することで確保される。そこで、要求される慣性モーメントに対応した重量Ｍを算出し、その重量Ｍから、規格品で形成したリングの重量Ｍ１を引いて折り返し部１０４の重量Ｍ２を算出する。そして、折り返し部１０４の重量が、算出された重量Ｍ２となるように折り曲げ回数を設定する。本実施形態では、上記算出の結果、折り曲げ回数が２回になっている。

図３の下方に示すように、リング２００には、外周部１０３の孔１４０と同軸のねじ穴２１０が、各孔１４０にそれぞれ対応して形成されている。それら孔１４０及びねじ穴２１０には、フライホイール１の正面に他の部材（例えばダンパーなど）を固定するためのボルトが挿入される。

次に、上記フライホイール１の作用を説明する。
まず、要求される慣性モーメントを得るためのウエイト部４００が、環状のリング２００と、鋼板１００の外周を折り返した折り返し部１０４とで構成されている。この折り返し部１０４の折り返し回数を多くするほど、ウエイト部４００の重量は重くなり、フライホイール１の慣性モーメントは大きくなる。従って、折り返し部１０４の折り返し回数を変更することにより、フライホイール１の慣性モーメントを調整することができる。そのため、リング２００を切削加工などして慣性モーメントを調整する場合と比較して、より容易に慣性モーメントを調整することができ、要求される慣性モーメントを容易に得ることができる。また、折り返し部１０４の折り返し回数を変えることにより、異なる慣性モーメントを有したフライホイールを種々、容易に製造することができる。

ちなみに、リング２００の重量で慣性モーメントを調整する場合において、要求される慣性モーメントが比較的大きい場合には、リング２００が大型化するため、そのリング２００の曲げ加工などが難しくなる。また、規格品の曲げ加工でリング２００を形成する場合、寸法によっては調達が難しい規格品もあり、この場合には調達コストが増大するおそれもある。この点、上記フライホイール１では、リング２００ではなく、鋼板１００の折り返し部１０４で慣性モーメントを調整することができるため、加工の困難性や調達コストの増大といった上記不都合の発生も抑えられる。

また、先の図３に示されるように、折り返し部１０４は、鋼板１００の径方向におけるリング２００の外側に設けられている。このように折り返し部１０４は、フライホイール１の回転中心から最も遠い部位に設けられているため、折り返し部１０４の慣性モーメントを最大限に高めることができる。

また、リング２００は、棒状の鋼材を環状に曲げ加工して形成されている。ここでフライホイール１の慣性モーメントは折り返し部１０４によって調整されており、リング２００については慣性モーメントを微調整する、つまり重量を微調整する必要がない。従って、リング２００を形成する棒状の鋼材は、予め定められた規格品の中から選択することができ、その規格品を曲げ加工することでリング２００を製造できる。そのためリング２００を低コストで製造することができる。

また、鋼板１００の平板部１０１には、ビード１３０が形成されているため、このビード１３０によって鋼板１００の捻り剛性等を高めることができる。
ちなみに、上記特許文献２（特開２００２−２１９５４０号公報）に記載の円板状回転体では、円板状の鋼板の半径方向の一部に、環状の蛇腹状部を圧縮して成型した慣性用肉厚部（同公報に記載の実施の形態では、慣性用肉厚部が７層の鋼板で形成されている）を設けるようにしている。また、上記特許文献３（特開平９−１５１９９４号公報）に記載の鋼板製フライホイールでは、円板の外周部に、断面扁平の渦状に巻いた３層のマスリングを設けるようにしている。このようにウエイト部を蛇腹形状部や渦巻き形状部のみで形成する場合には、ウエイト部の重量を、要求される慣性モーメントに応じた重量にまで重くするために、蛇腹形状部の折り返し回数や渦巻き形状部の巻き込み回数をある程度多くする必要がある。ここで折り返し回数や巻き込み回数が多くなると、蛇腹形状部や渦巻き形状部の成形が難しくなり、加工精度が低下して、加工費も高くなるおそれがある。この点、上記実施形態のフライホイール１では、ウエイト部４００が折り返し部１０４及びリング２００にて構成されているため、ウエイト部４００を折り返し部１０４のみで構成する場合と比較して、折り返し部１０４の折り返し回数を少なくすることができる。従って、特開２００２−２１９５４０号公報に記載の円板状回転体や、特開平９−１５１９９４号公報に記載の鋼板製フライホイールに比べて、上記実施形態のフライホイール１は、折り返し部１０４の成形が容易であり、加工精度の低下や加工費の上昇も抑えられる。

また、上記特許文献２に記載されている円板状回転体の慣性用肉厚部や、上記特許文献３に記載されている鋼板製フライホイールのマスリングは、板材で構成されているため、強度の高いねじ穴を形成することは困難である。この点、上記実施形態のフライホイール１は、ウエイト部４００に上記リング２００を有しているため、上記ねじ穴２１０を形成することが可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）円形状の鋼板１００の外周にウエイト部４００を備えるフライホイール１であって、ウエイト部４００が、環状のリング２００と鋼板１００の外周を折り返した折り返し部１０４とを有している。従って、折り返し部１０４の折り返し回数を変更することにより、フライホイール１の慣性モーメントを調整することができる。そのため、リングを加工して慣性モーメントを調整する場合と比較して、より容易に慣性モーメントを調整することができ、要求される慣性モーメントを容易に得ることができるようになる。また、異なる慣性モーメントを有したフライホイールを種々、容易に製造することができるようになる。

（２）フライホイール１の慣性モーメントを、リングの重量で調整する場合において、要求される慣性モーメントが比較的大きい場合には、リングが大型化するため、そのリングの曲げ加工などが難しくなる。また、規格品の曲げ加工でリングを形成する場合に、寸法によっては調達が難しい規格品もあり、この場合には調達コストが増大するおそれもある。この点、上記フライホイール１では、折り返し部１０４で慣性モーメントを調整することができるため、加工の困難性や調達コストの増大といった上記不都合の発生も抑えられる。

（３）折り返し部１０４を、鋼板１００の径方向におけるリング２００の外側に設けられているため、折り返し部１０４の慣性モーメントを最大限に高めることができる。
（４）リング２００を、棒状の鋼材を環状に曲げ加工して形成している。上記フライホイール１では、慣性モーメントが折り返し部１０４によって調整されるため、リング２００については慣性モーメントを微調整する必要がない。従って、棒状の鋼材は、予め寸法等が定められた規格品の中から選択することができ、リング２００を低コストで製造することができる。

（５）鋼板１００には、ビード１３０が形成しているため、鋼板１００の捻り剛性等を高めることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。

・上記折り返し部１０４の折り返し回数は２回であったが、その他の回数に変更してもよい。つまり、折り返し部１０４の重量が、要求される慣性モーメントの大きいに合った重量になるように、折り返し回数は適宜変更することができる。例えば図４に示すように、折り返し回数が４回であり、上記折り返し部１０４よりも折り返し回数の多い折り返し部１０４Ａを形成することにより、上記フライホイール１よりも慣性モーメントの大きいフライホイールを得ることができる。

また、折り返し回数を１回とする、つまり折り返し部１０４を、鋼板１００の外周部１０３から背面に向けて１回曲げるだけとし、その結果、折り返し部１０４が、フライホイール１の径方向において１層の鋼板から形成されるようにしてもよい。この場合には、上記フライホイール１よりも慣性モーメントの小さいフライホイールを得ることができる。

・リング２００をプロジェクション溶接にて固定するようにしたが、他の溶接方法にて固定するようにしてもよい。
・リング２００をプロジェクション溶接にて固定するようにしたが、他の方法にて固定するようにしてもよい。例えば、ボルトで締結したり、かしめ加工によって鋼板１００に固定するようにしてもよい。

図５に、かしめ加工による固定の一例を示す。この図５に示すように、この変形例における壁部１０２Ａは、上記実施形態の壁部１０２と異なり、フライホイール１の背面に向けて一旦曲げられた後、フライホイール１の正面に向けて曲げられている。そして、リング２００において、外周部１０３に当接している面の反対側の面（つまり背面側の面）の内側角部に近接している壁部１０２Ａをかしめ加工することにより、リング２００の内側角部をかしめ部１１１で固定する。

また、リング２００において、外周部１０３に当接している面の反対側の面（つまり背面側の面）の外側角部に近接している折り返し部１０４をかしめ加工することにより、リング２００の外側角部をかしめ部１１２で固定する。こうしたかしめ加工を行うことにより、プロジェクション溶接に比べてより廉価にリング２００を鋼板１００に固定することができる。

なお、リング２００及び鋼板１００の固定について、プロジェクション溶接や、かしめ加工、あるいはボルト締結による固定方法などを適宜併用することにより、リング２００及び鋼板１００をより強固に固定することができる。

・慣性モーメントに関する重量調整以外の目的で、リング２００を加工するようにしてもよい。例えば図６に示すように、リング２００と他の部材（例えば、リング２００に対向する別部材のリベットやボルトなど）との干渉を避けるために、リング２００に凹部２２０を設けるようにしてもよい。

・リング２００を、規格品の曲げ加工で形成するようにした。この他、必要な断面寸法を有した特注品の鋼材を曲げ加工で形成するようにしてもよい。
・棒状の鋼材を環状に曲げ加工してリング２００を形成するようにしたが、この他の態様で形成してもよい。例えば、鋼板を打ち抜き加工してリング２００を形成してもよい。

・折り返し部１０４を、鋼板１００の径方向におけるリング２００の外側に設けるようにしたが、この他の部位に設けるようにしてもよい。一例を、図７及び図８に示す。
この図７に示すように、リング２００においてフライホイール１の背面側に折り返し部１０４を設けたり、図８に示すように、リング２００においてフライホイール１の正面側、つまり上記実施形態において外周部１０３が形成されていた部位に折り返し部１０４を設けたりしてもよい。

・ビード１３０を省略してもよい。
・リング２００を鋼材で形成するようにしたが、その他の材料（例えば銅や鋳鉄など）で形成するようにしてもよい。

１：フライホイール、１００：鋼板、１０１：平板部、１０２：壁部、１０２Ａ：壁部、１０３：外周部、１０４：折り返し部、１０４Ａ：折り返し部、１１０：取付孔、１１１，１１２：かしめ部、１２０：ボルト孔、１３０：ビード、１４０：孔、２００：リング、２１０：ねじ穴、２２０：凹部、４００：ウエイト部。

Claims (6)

1. 円形状の鋼板の外周にウエイト部を備えるフライホイールであって、
   前記ウエイト部は、環状のリングと前記鋼板の外周を折り曲げた折り返し部とを有する
   ことを特徴とするフライホイール。
2. 前記折り返し部は、前記鋼板の径方向における前記リングの外側に設けられている
   請求項１に記載のフライホイール。
3. 前記リングは、棒状の鋼材を環状に曲げ加工して形成されている
   請求項１または２に記載のフライホイール。
4. 前記鋼板には、ビードが形成されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のフライホイール。
5. 前記リングは、プロジェクション溶接によって前記鋼板に固定されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のフライホイール。
6. 前記リングは、かしめ加工によって前記鋼板に固定されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のフライホイール。