JP2014145413A

JP2014145413A - 捩り振動減衰装置

Info

Publication number: JP2014145413A
Application number: JP2013014054A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Matsunami; 辰哉松波
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: JP5924279B2

Abstract

【課題】転動体や転動面の耐久性を向上させることができる捩り振動減衰装置を提供する。
【解決手段】トルクを受けて回転する回転体１の外周部に転動面４が形成され、回転体１と共に回転することによる遠心力で転動面４に接触させられかつトルクが変動することによって転動面４に沿って往復動する転動体３を備えた捩り振動減衰装置において、転動面４は、遠心力によって転動体３が接触しかつトルクが変動することによって往復動する第１転動面４ａと、回転体１の回転数が予め定めた回転数Ｎｋよりも大きい場合に、遠心力によって転動体３が第１転動面４ａと共に接触しかつトルクが変動することによって往復動する第２転動面４ｂとを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、トルクを受けて回転する回転体の捩り振動を減衰するための装置に関し、特に、慣性質量体の往復運動により捩り振動を減衰するように構成された捩り振動減衰装置に関するものである。

この種の装置の一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された捩り振動減衰装置は、エンジンのクランクシャフトと一体に回転する回転体を備え、その回転体の外周部に慣性質量体である転動体を収容する転動室が複数形成されている。転動室の内壁面のうち回転体の半径方向で外側の内壁面に転動面が形成されており、その転動面上を転動体が捩り振動に応じて往復運動することにより捩り振動を減衰するように構成されている。

特開２０１１−９９４９１号公報

特許文献１に記載された構成では、転動体は、回転体の回転に伴う遠心力によって転動面に押し付けられる。その遠心力は回転体の回転数の上昇に伴って増大するため、回転体の回転数が高くなると、転動体を転動面に押し付ける方向の荷重すなわち面圧が増大する。そのため特許文献１に記載された構成では、回転体の回転数が高い場合は、上記の面圧により転動体や転動面に変形が生じる虞がある。そこで、転動体や転動面に対して熱処理などを行ってそれらの強度を向上させれば、上記の変形を防止もしくは抑制できると考えられるものの、熱処理の分、製造コストや加工コストが増大する可能性がある。

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、転動体や転動面の耐久性を向上させることができる捩り振動減衰装置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、トルクを受けて回転する回転体の外周部に、前記回転体の回転中心から外れた箇所に曲率中心を有して湾曲した転動面が前記回転体の円周方向に沿って形成され、前記回転体と共に回転することによる遠心力で前記転動面に接触させられかつ前記回転体が回転している状態で前記トルクが変動することによって前記転動面に沿って往復動する転動体を備えた捩り振動減衰装置において、前記転動面は、前記回転体の回転数が予め定めた回転数よりも小さい場合に、前記遠心力によって前記転動体が接触しかつ前記トルクが変動することによって往復動する第１転動面と、前記回転体の回転数が予め定めた回転数よりも大きい場合に、前記遠心力によって前記転動体が前記第１転動面と共に接触しかつ前記トルクが変動することによって往復動する第２転動面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、前記第１転動面は、前記回転体の半径方向に移動可能に構成され、前記回転体の回転数が予め定めた回転数よりも小さい場合に、前記第１転動面および前記転動体に生じる遠心力に抗して前記第１転動面を前記回転体の半径方向で内側に移動させるように、前記第１転動面に対して弾性力を付与するバネを備えていることを特徴とする捩り振動減衰装置である。

さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記第２転動面の曲率は、前記第１転動面の曲率よりも大きく形成されていることを特徴とする捩り振動減衰装置である。

請求項１の発明によれば、回転体の回転数が予め定めた回転数よりも小さい場合は、転動体は第１転動面に接触する。回転体の回転数が予め定めた回転数よりも大きい場合は、転動体は第１転動面と第２転動面とに接触する。つまり、高回転数の場合は、転動体は第１および第２転動面に接触するため接触面積が増大する。そのため、転動体に大きな遠心力が生じて面圧が増大するとしても、接触面積が増大する分、面圧の増大を抑制することができるとともに、過大な面圧によって転動体や転動面が変形することを防止もしくは抑制することができる。その結果、上記構成の捩り振動減衰装置の耐久性を向上させることができる。また、転動体や転動面の座屈強度や疲労強度を向上させるための熱処理などを省いて製造コストや加工コストの抑制を図ることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、第１転動面や転動体の遠心力によってバネを収縮させることにより、第１転動面を回転体の半径方向で外側に移動させて転動体を第１転動面と第２転動面とに接触させるため、つまり、簡易な構成で接触面積を増大して面圧を低減することができるので、この点でも製造コストの抑制を図ることができる。

請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明による効果と同様の効果に加えて、第２転動面の曲率は第１転動面の曲率よりも大きく形成されているため、そのように第２転動面の曲率を大きくしない場合に比較して、転動体と第２転動面とが接触する箇所における法線方向の荷重すなわち面圧を小さくすることができる。このように第２転動面４ｂの曲率によっても面圧を低減してこの発明に係る捩り振動減衰の耐久性を向上することができる。

この発明に係る捩り振動減衰装置の一例を説明するための部分的な断面図である。図１に示すII−II線に沿う断面図である。図１に示すIII−III線に沿う断面図である。回転体の回転数の上昇に伴う転動体の遠心力の大きさ、および、転動体の振幅の大きさ、ならびに、面圧の変化を模式的に示す図である。この発明における回転体の一例を模式的に示す図である。

次に、この発明をより具体的に説明する。この発明に係る捩り振動減衰装置は、いわゆるダイナミックダンパであって、捩り振動する回転体に形成された転動面に沿って転動体を往復運動させることにより捩り振動を減衰させるように構成されている。図５は、この発明における回転体の一例を模式的に示しており、回転体１は一例として円板状の部材であって、図示しないエンジンのクランクシャフトや変速機の回転軸などの回転軸と一体に回転するように構成されている。この回転体１の外周側の部分に複数の収容室２が円周方向に一定の間隔を空けて形成されている。これらの収容室２は、回転体１を貫通して形成され、あるいは穿って形成された中空状の部分であって、その中空状の部分に転動体３が転動可能に収容されている。

転動体３は、ここに示す例では、円柱形状に形成されており、その軸長あるいは幅は、収容室２の深さあるいは回転体１の厚さ程度となっている。各収容室２の内壁面のうち、回転体１の半径方向で外周側の内壁面に転動面４が形成されている。

図１は、この発明に係る捩り振動減衰装置の一例を説明するための部分的な断面図である。転動面４は、回転体１の回転数が予め定めた回転数Ｎｋよりも小さい場合に遠心力によって転動体３が接触する第１転動面４ａと、回転体１の回転数が予め定めた回転数Ｎｋよりも大きい場合に遠心力によって転動体３が接触する第２転動面４ｂとによって構成されている。図２は、図１に示すII−II線に沿う断面図である。第１転動面４ａの曲率中心Ｏ_１は、回転体１の回転中心Ｏ_０から半径方向で外側に外れた所定の箇所である。第１転動面４ａは、回転体１の半径方向に移動可能な可動部材４ｃにおける回転体１の回転中心Ｏ_０側の壁面に形成されている。その可動部材４ｃは、回転体１の厚さ方向の中央部に、すなわち図１に示す例では第２転動面４ｂの中央部に形成された溝部５に嵌め込まれており、その溝部５の底部と可動部材４ｃとの間にバネ６が配置されている。そのバネ６の弾性力によって可動部材４ｃは回転体１の回転中心Ｏ_０側に押圧されている。

溝部５の深さは、回転体１の半径方向における可動部材４ｃの高さおよび後述するように収縮したバネ６の長さを合わせた程度になっている。バネ６の弾性力ｆｋもしくはバネ定数は、回転体１の回転数が予め定めた回転数Ｎｋよりも大きい場合に、転動体３および可動部材４ｃに生じる遠心力によって収縮させられるように設定されている。そして、転動体３が第１転動面４ａおよび第２転動面４ｂに接触するよう設定されている。上記の回転体１の回転数が予め定めた回転数Ｎｋよりも小さい場合とは、一例として、エンジンのトルク変動による転動体３の振幅が大きくなりやすいエンジンの回転数領域であり、これに対して、回転体１の回転数が予め定めた回転数Ｎｋよりも大きい場合とは、エンジンのトルク変動による転動体３の振幅が大きくなりにくいエンジンの回転数領域である。したがって、予め定めた回転数Ｎｋは実験やシミュレーションなどにより予め定め求めることができ、また上記のバネ６の弾性力ｆｋも実験やシミュレーションなどにより予め定め設定することができる。

図３は、図１に示すIII−III線に沿う断面図である。第２転動面４ｂは、収容室２の内壁面のうち回転体１の半径方向で外周側の内壁面に形成されており、回転体１の厚さ方向で上記の可動部材４ｃや溝部５を挟んでその両側に形成されている。第２転動面４ｂの曲率中心Ｏ_２は、回転体１の回転中心Ｏ_０から半径方向で外側に外れた所定の箇所である。その曲率はここに示す例では第１転動面４ａの曲率よりも大きくなっている。そのため、そのように曲率を変化させない場合に比較して、後述するニュートラル位置から外れた箇所における転動体３を第２転動面４ｂに押し付ける方向の荷重、すなわち面圧を小さくできるようになっている。

つぎに上述した構成の捩り振動減衰装置の作用について説明する。図４は、回転体１の回転数の上昇に伴う転動体３の遠心力の大きさ、および、転動体２の振幅の大きさ、ならびに、面圧の変化を模式的に示す図である。回転体１の回転数が予め定めた回転数Ｎｋよりも小さい場合は、すなわち回転体１の回転数が図４に示す領域αにある場合は、転動体３は遠心力によって第１転動面４ａに押し付けられる。第１転動面４ａは、回転体１の半径より小さい曲率半径の曲面であるから、第１転動面４ａの中央部すなわち回転体１の中心Ｏ_０と第１転動面４ａの曲率中心Ｏ_１とを結んだ線が第１転動面４ａに交差する位置が、回転体１の中心Ｏ_０から最も離れた位置となる。したがって、転動体３に遠心力が作用しかつ回転体１の円周方向への力が作用していない状態では、転動体３は第１転動面４ａのうち回転体１の中心Ｏ_０から最も離れた位置に移動させられる。図２はその状態を示している。この位置が第１転動面４ａにおけるニュートラル位置である。第１転動面４ａの曲率半径に対して転動体３の外周面の半径が小さいため、転動体３は第１転動面４ａに対して線接触しており、あるいは、それらの接触面積が小さくなっている。

この状態で回転体１に作用するトルクが変動すると、回転体１に対してその円周方向の加速度が生じ、これに対して転動体３には前記加速度とは反対方向に慣性力が作用し、転動体３は前記第１転動面４ａに沿って転動する。そして、前記加速度が捩り振動によるものであれば、転動体３は第１転動面４ａに沿った往復動すなわち振子運動を行って振動し、回転体１の捩り振動が減衰される。

回転体１の回転数が上昇すると、転動体３および可動部材４ｃに生じる遠心力も増大し、転動体３と第１転動面４ａとの接触箇所における面圧も増大する。回転体１の回転数が予め定めた回転数Ｎｋよりも大きくなると、すなわち回転体１の回転数が図４に示す領域βにある場合は、上記の遠心力がバネ６の弾性力ｆｋに打ち勝ってバネ６が収縮し、可動部材４ｃが回転体１の半径方向で外側に向けて溝部５内を移動する。そして転動体３は第１転動面４ａに加えて第２転動面４ｂにも接触し、それらの接触面積が増大する。その結果、接触面積が増大する分、面圧の増大が抑制される。なお、第２転動面４ｂは、回転体１の半径より小さい曲率半径の曲面であるから、第２転動面４ｂの中央部すなわち回転体１の中心Ｏ_０と第２転動面４ｂの曲率中心Ｏ_２とを結んだ線が第２転動面４ｂに交差する位置が、回転体１の中心Ｏ_０から最も離れた位置となる。したがって、回転体１の回転数が予め定めた回転数Ｎｋよりも大きい場合であって、かつ、回転体１の円周方向への力が作用していない状態では、転動体３は第２転動面４ｂのうち回転体１の中心Ｏ_０から最も離れた位置に移動させられる。図３はその状態を示している。この位置が第２転動面４ｂにおけるニュートラル位置である。

この状態で回転体１に作用するトルクが変動すると、回転体１に対してその円周方向の加速度が生じ、これに対して転動体３には前記加速度とは反対方向に慣性力が作用し、転動体３は前記第２転動面４ｂに沿って転動する。そして、その加速度が捩り振動によるものであれば、転動体３は第２転動面４ｂに沿った往復動すなわち振子運動を行って振動し、回転体１の捩り振動が減衰される。

また、第２転動面４ｂの曲率は、第１転動面４ａの曲率よりも大きいから、第２転動面４ｂにおけるニュートラル位置から外れた転動体３と第２転動面４ｂとの接触箇所における面圧が、そのように曲率を変化させない場合に比較して小さくなる。それらの結果、図４に示すように、回転体１が回転数Ｎｋであることにより転動体３と、第１転動面４ａおよび第２転動面４ｂとが接触している場合における面圧は、転動体３と第１転動面４ａとが接触している場合における面圧の最大値よりも小さくなる。なお、回転体１の回転数の上昇に伴って転動体３と第１転動面４ａおよび第２転動面４ｂとが接触している場合における面圧も増大する。

したがって、この発明に係る捩り振動減衰装置によれば、回転体１の回転数が回転数Ｎｋよりも大きい場合に、転動体３は第１転動面４ａに加えて第２転動面４ｂにも接触するから、それらの接触面積が増大し、その分、面圧を低減することができる。また、第２転動面４ｂの曲率が大きいことにより、ニュートラル位置から外れた箇所における面圧を小さくすることができる。それらの結果、回転体１の全回転数領域で面圧が過大になることを防止もしくは抑制することができ、この発明に係る捩り振動減衰装置の耐久性を向上させることができる。また、転動体３や第１転動面４ａおよび第２転動面４ｂに対してそれらの座屈強度や疲労強度を向上させるための製造および加工に係るコストの削減を図ることができる。

１…回転体、３…転動体、４…転動面、４ａ…第１転動面、４ｂ…第２転動面。

Claims

トルクを受けて回転する回転体の外周部に、前記回転体の回転中心から外れた箇所に曲率中心を有して湾曲した転動面が前記回転体の円周方向に沿って形成され、前記回転体と共に回転することによる遠心力で前記転動面に接触させられかつ前記回転体が回転している状態で前記トルクが変動することによって前記転動面に沿って往復動する転動体を備えた捩り振動減衰装置において、
前記転動面は、
前記回転体の回転数が予め定めた回転数よりも小さい場合に、前記遠心力によって前記転動体が接触しかつ前記トルクが変動することによって往復動する第１転動面と、
前記回転体の回転数が予め定めた回転数よりも大きい場合に、前記遠心力によって前記転動体が前記第１転動面と共に接触しかつ前記トルクが変動することによって往復動する第２転動面とを備えている
ことを特徴とする捩り振動減衰装置。
前記第１転動面は、前記回転体の半径方向に移動可能に構成され、
前記回転体の回転数が予め定めた回転数よりも小さい場合に、前記第１転動面および前記転動体に生じる遠心力に抗して前記第１転動面を前記回転体の半径方向で内側に移動させるように、前記第１転動面に対して弾性力を付与するバネを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の捩り振動減衰装置。
前記第２転動面の曲率は、前記第１転動面の曲率よりも大きく形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の捩り振動減衰装置。