JP2016080003A - トーショナルダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】トーショナルダンパにおいて、ねじれ振動を吸収する弾性体が回転系に含まれていると、弾性体の大型化に伴って遠心力による当該弾性体の変形や座屈が生じるなど、弾性体のサイズについて制約を受ける。
【解決手段】トーショナルダンパ１０は、遊星ギヤ機構１２を備える。遊星ギヤ機構１２のサンギヤ１８、キャリア２０、リングギヤ２２のうちの一つが入力軸に連結され、他の一つが出力軸に連結され、さらに他の一つが、一端が固定された弾性体１４Ａ，１４Ｂの他端に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動力のトルク変動に応じたねじれ振動を吸収するトーショナルダンパに関する。

内燃機関等、トルク変動のある駆動源から回転駆動力を伝達する際に、トルク変動に応じたねじれ振動が生じる。これを抑制するために、入力軸と出力軸の間にトーショナルダンパが設けられる。

例えば特許文献１には、遊星ギヤを用いたトーショナルダンパが開示されている。このトーショナルダンパは遊星ギヤユニットとダンパユニットを備える。遊星ギヤユニットのギヤ比に応じて増速が行われ、ダンパユニットによってねじれ振動が抑制される。ダンパユニットはサンギヤと供回りする構造となっており、サンギヤに連結する入力側と負荷側に連結する出力側との間にダンピングスプリングが設けられる。

特開２０１３−９６５７３号公報

ところで、ねじれ振動を吸収する弾性体が回転系に含まれていると、その弾性体のサイズについて制約を受ける場合がある。例えばばねが大型化すると、ばねの重量により回転慣性が増加する。その結果、遠心力によるばねの変形や座屈に繋がるおそれがある。そこで、本発明は、弾性体を回転系から外して弾性体の大型化に対応可能なトーショナルダンパを提供することを目的とする。

本発明は、遊星ギヤ機構を備えたトーショナルダンパに関する。当該トーショナルダンパは、前記遊星ギヤ機構のサンギヤ、キャリア、リングギヤのうちの一つが入力軸に連結され、前記サンギヤ、キャリア、リングギヤのうちの他の一つが出力軸に連結され、前記サンギヤ、キャリア、リングギヤのうちのさらに他の一つが、一端が固定された弾性体の他端に接続される。

また、上記発明において、前記弾性体の弾性力を変更可能な弾性力変更手段を備えることが好適である。

本発明によれば、弾性体に対する制約が従来よりも緩和されたトーショナルダンパを提供することが可能となる。

本実施形態に係るトーショナルダンパを例示する図である。 本実施形態に係るトーショナルダンパの動作を説明する図である。 本実施形態に係るトーショナルダンパの振動特性（周波数：低）を説明する図である。 本実施形態に係るトーショナルダンパの振動特性（周波数：中）を説明する図である。 本実施形態に係るトーショナルダンパの振動特性（周波数：高）を説明する図である。 本実施形態に係るトーショナルダンパの、低周波数から高周波数に至るまでの振動特性を説明する図である。 本実施形態に係るトーショナルダンパの、リングギヤを固定させた場合と比較した振動特性を説明する図である。 本実施形態に係るトーショナルダンパの振動特性を変更する際の図である。 本実施形態に係るトーショナルダンパの振動特性を変更する際の図である。

＜全体構成＞
図１には、本実施形態に係るトーショナルダンパ１０が例示されている。トーショナルダンパ１０は、遊星ギヤ機構１２、弾性体１４Ａ，１４Ｂ、及びリニアアクチュエータ１６を備える。

遊星ギヤ機構１２のサンギヤ１８、キャリア２０、リングギヤ２２のうちの一つが入力軸（図示せず）に連結され、サンギヤ１８、キャリア２０、リングギヤ２２のうちの他の一つが出力軸（図示せず）に連結される。加えて、サンギヤ１８、キャリア２０、リングギヤ２２のうちのさらに他の一つが、弾性体１４Ａ，１４Ｂの一端に接続される。

なお、以下では、サンギヤ１８を入力軸に連結させ、キャリア２０を出力軸に連結させ、さらにリングギヤ２２を弾性体１４Ａ，１４Ｂに連結させた例に基づいて、本実施形態に係るトーショナルダンパ１０を説明する。

弾性体１４Ａ，１４Ｂの一方の、遊星ギヤ機構（図１ではリングギヤ２２）に連結されていない一端は、ケーシング２４等の固定部材に連結される。弾性体１４Ａ，１４Ｂの他方の、遊星ギヤ機構に連結されていない一端は、リニアアクチュエータ１６のステージ２６に連結される。

図２に示すように、入力軸からサンギヤ１８に回転駆動力が伝達されると、サンギヤ１８と噛み合うピニオン２８に駆動力が伝達される。このとき、サンギヤ１８とともにピニオン２８と噛み合うリングギヤ２２にも駆動力が伝達され、その結果、弾性体１４Ａ，１４Ｂが延伸させられる。リングギヤ２２に伝達された駆動力と延伸させられた弾性体１４Ａ，１４Ｂの弾性力が釣り合うとリングギヤ２２は静止する。このような状態でキャリア２０が回転して出力軸に駆動力が伝達される。

＜各構成の詳細＞
図１に戻り、弾性体１４Ａ，１４Ｂは、例えば金属ばねから構成され、遊星ギヤ機構１２を支持する。図１では２つの弾性体１４Ａ，１４Ｂが示されているが、これに限らず、３以上設けてもよい。本実施形態に係る弾性体１４Ａ，１４Ｂは、ケーシング２４またはリニアアクチュエータ１６のステージ２６に一端が固定されており、入力軸から出力軸までの回転系から外れている。つまり入力軸、出力軸とは供回りしない構造となっている。したがって、弾性体１４Ａ，１４Ｂの選択に際して回転慣性に起因する座屈や変形を考慮しなくてもよくなり、弾性体１４Ａ，１４Ｂに対するサイズ（重量）の制約が緩和される。

リニアアクチュエータ１６は、弾性体１４Ａ，１４Ｂを伸び縮みさせてその弾性力を変更させる弾性力変更手段である。具体的には、弾性体１４Ｂに連結されたステージ２６を、遊星ギヤ機構１２に対して離間または近接させるように移動させることで、弾性体１４Ａ，１４Ｂの弾性力を変更させる。

＜トーショナルダンパの動作説明＞
上述したように、リングギヤ２２に伝達された駆動力と弾性体１４Ａ，１４Ｂの弾性力が釣り合うまで弾性体１４Ａ，１４Ｂが延伸させられる。リングギヤ２２に伝達される駆動力が変動すると、これに応じて弾性体１４Ａ，１４Ｂも伸び縮みする。本実施形態に係るトーショナルダンパ１０は、この伸び縮みによる振動を利用して入力軸のねじれ振動を抑制する。これについて、図３〜図５を用いて説明する。

なお、これらの図では、入力軸から伝達される全駆動力のうちいわゆる直流成分を差し引いた振動成分のみを取り出している。また、これらの図で示されるグラフでは、時間経過に沿って徐々に振動の周波数を増加させている。

図３上段に、入力軸のねじれ振動の周波数が十分に小さいときの、遊星ギヤ機構１２の共線図を示す。また図３下段に、その振動特性グラフを示す。実線がサンギヤ１８、点線がキャリア２０、破線がリングギヤ２２の振動特性を示す。横軸は周波数（時間）を表し、縦軸は変位（振幅）を表す。入力軸の振動周波数が十分に小さいとき、弾性体１４Ａ，１４Ｂも殆ど振動せず、リングギヤ２２は固定された状態となる。このとき、入力振幅と出力振幅の比は遊星ギヤ機構１２のギヤ比と等しくなる。

図４に、入力軸のねじれ振動の周波数が高くなり、弾性体１４Ａ，１４Ｂに振動が生じたときの共線図及び振動特性グラフを示す。このとき、サンギヤ１８の振動位相とリングギヤ２２の振動位相が同期して、キャリア２０の振動振幅が増幅される。またこのとき、遊星ギヤ機構１２のギヤ比は、リングギヤ２２とキャリア２０の振幅の差及びリングギヤ２２とサンギヤ１８の振幅の差に応じたものとなる。

図５に、入力軸のねじれ振動の周波数がさらに高くなったときの共線図及び振動特性グラフを示す。このとき、サンギヤ１８の振動位相とリングギヤ２２の振動位相が逆位相となり、サンギヤ１８の振動がリングギヤ２２によって打ち消されるようになる。その結果、キャリア２０の振動振幅が抑制された状態で出力軸に駆動力が伝達される。またこのとき、遊星ギヤ機構１２のギヤ比は、リングギヤ２２とキャリア２０の振幅の差及びリングギヤ２２とサンギヤ１８の振幅の差に応じたものとなる。

図６には、振動周波数に応じた出力軸の変位を示すグラフが例示されている。横軸は周波数、縦軸は出力軸の変位を表す。四角で囲った領域がそれぞれ図３〜図５で示した振動領域を表している。

図７には、図６の振動特性と、リングギヤ２２を固定した状態における出力軸の振動特性とを比較するグラフが示されている。図７の１段目は、入力軸の振動周波数の変化を示している。図７の２段目から４段目は、１段目のような振動を加えたときの入出力軸の変位が示されている。２段目は入力軸の変位が示されている。３段目は、リングギヤ２２を固定したときの出力軸の変位が示されている。４段目は、本実施形態に係るトーショナルダンパ１０において、リングギヤ２２を弾性体１４Ａ，１４Ｂに連結させたときの出力軸の変位が示されている。

本実施形態に係るトーショナルダンパ１０の振動抑制効果を明確に示すために、４段目のグラフには、３段目のグラフの出力軸変位が破線で示されている。この破線との比較で明らかなように、リングギヤ２２を固定した場合と比較して、リングギヤ２２を弾性体１４Ａ，１４Ｂに連結する本実施形態に係るトーショナルダンパ１０では、振動周波数ｆ_０以降で有意なダンパ（振動抑制）効果が得られる。

＜弾性体の張力変更による振動特性の変更＞
上述したように、リニアアクチュエータ１６を作動させることで、弾性体１４Ａ，１４Ｂの弾性力を変化させて、その結果弾性体１４Ａ，１４Ｂの振動特性を変化させることができる。

図８に、ステージ２６を遊星ギヤ機構１２寄りに配置させて弾性体１４Ａ、１４Ｂを縮めたときの振動特性を示す。また図９に、ステージ２６を遊星ギヤ機構１２から離間させて弾性体１４Ａ、１４Ｂを延伸させたときの振動特性を示す。なお、図８，図９とも、横軸は時間を示し、縦軸は弾性体１４Ａ，１４Ｂの速度を示す。また、入力軸の振動特性は図８，図９で変わらないものとしている。

図８，図９の比較で明らかなように、弾性体１４Ａ，１４Ｂの弾性力の変化に伴い、同一の入力軸振動特性に対して弾性体１４Ａ，１４Ｂの振幅及び周期が変化する。このように、本実施形態に係るトーショナルダンパ１０では、リニアアクチュエータ１６のステージ２６を移動させるという、簡素な構成でトーショナルダンパ１０の振動特性を変更することが可能となる。

１０ トーショナルダンパ、１２ 遊星ギヤ機構、１４Ａ，１４Ｂ 弾性体、１６ リニアアクチュエータ、１８ サンギヤ、２０ キャリア、２２ リングギヤ、２４ ケーシング、２６ ステージ、２８ ピニオン。

Claims (2)

1. 遊星ギヤ機構を備えたトーショナルダンパであって、
   前記遊星ギヤ機構のサンギヤ、キャリア、リングギヤのうちの一つが入力軸に連結され、
   前記サンギヤ、キャリア、リングギヤのうちの他の一つが出力軸に連結され、
   前記サンギヤ、キャリア、リングギヤのうちのさらに他の一つが、一端が固定された弾性体の他端に接続されることを特徴とする、トーショナルダンパ。
2. 請求項１に記載のトーショナルダンパであって、
   前記弾性体の弾性力を変更可能な弾性力変更手段を備えることを特徴とする、トーショナルダンパ。
   

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