JP2016151302A - 捩り振動低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、複数の制振特性を有する捩り振動低減装置を提供する。【解決手段】質量体１３を振子運動可能に保持している回転体１４と捩り振動が生じる制振対象物６との間に、回転体１４に連結された第１回転要素１１と制振対象物６に連結された第２回転要素１０と第３回転要素９との少なくとも三つの回転要素によって差動作用を行う遊星回転機構８が設けられた捩り振動低減装置１であって、第３回転要素９を第１回転要素１０もしくは第２回転要素１１あるいは所定の固定部１５に選択的に連結する係合機構１６を備えている。【選択図】図１

Description

この発明は、慣性質量体の振子運動によって振動を低減する捩り振動低減装置に関するものである。

この種の振動低減装置が特許文献１や特許文献２あるいは特許文献３に記載されている。特許文献１に記載された装置は、トルクが伝達されて回転する回転体に、質量体を振子運動可能に保持させた装置であり、その質量体は、振幅に応じて振子の長さ（振子運動の支点から質量体の重心までの長さ）が変化するように保持され、その結果、振動次数に合わせた振子運動を行うように構成されている。また、特許文献２あるいは特許文献３に記載された装置は、振子運動する質量体を保持している回転部材を、所定の回転軸などの制振対象物に遊星歯車機構を介して取り付け、その遊星歯車機構を増速機として機能させることにより、回転体およびこれに保持されている質量体の回転数を制振対象物の回転数より大きくするように構成されている。

特開２０１２−８２８６２号公報 特開２０１４−３５０７８号公報 特開平１０−１８４７９９号公報

特許文献１に記載された装置における質量体は、振幅に応じて振子長さが変化するが、その変化の態様あるいは質量体の振子運動の軌跡は、その質量体の振子運動をガイドする溝の形状や質量体を回転体に保持させているピンの位置などによって決まる一定の態様もしくは軌跡に限定される。したがって、振動の低減効果は、設計上想定した振動に対しては大きくなるものの、それとは異なる振動に対しては低減効果が十分ではなくなる可能性がある。

また、遊星歯車機構などによる増速機構を設けた特許文献２や特許文献３に記載された装置においては、増速機構による増速率はその構成に応じた一定値に固定される。したがって、設計上定めた所定の次数の振動に対する振動低減効果が大きくなるものの、これとは異なる次数の振動に対する低減効果が必ずしも高くならない。

このように、従来の装置では、特定の振動に対しての低減効果が良好であっても、これとは異なる振動に対しての低減効果が十分ではないので、例えば燃焼気筒数が変更されるエンジンに連結されている場合、燃焼気筒数が変化することに伴って入力する振動が変化するので、十分な制振性能を得られない可能性があった。

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って、入力される振動が変化してもそれぞれに対応した振動低減機能を発揮することのできる捩り振動低減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、この発明は、質量体を振子運動可能に保持している回転体と捩り振動が生じる制振対象物との間に、前記回転体に連結された第１回転要素と前記制振対象物に連結された第２回転要素と第３回転要素との少なくとも三つの回転要素によって差動作用を行う遊星回転機構が設けられた捩り振動低減装置において、前記第３回転要素を前記第１回転要素もしくは前記第２回転要素あるいは所定の固定部に選択的に連結する係合機構を備えていることを特徴とするものである。

この発明によれば、係合機構を係合させ、また解放させることにより、遊星回転機構が増速機として機能し、あるいは減速機として機能し、もしくは遊星回転機構の全体が一体となって回転し、さらには遊星回転機構が空転状態となってトルクを伝達しないから、遊星回転機構に連結されている回転体およびこれに保持されている質量体の回転数を、係合機構によって変化させることができる。その結果、周波数が異なる複数の振動に対する制振効果に優れた捩り振動低減装置を得ることができる。

この発明の第１の実施例を模式的に示す図である。 その遊星回転機構の動作状態を説明するための共線図である。 この発明の第２の実施例を模式的に示す図である。 その遊星回転機構の動作状態を説明するための共線図である。 この発明の第３の実施例を模式的に示す図である。 その遊星回転機構の動作状態を説明するための共線図である。 この発明の第４の実施例を模式的に示す図である。 その遊星回転機構の動作状態を説明するための共線図である。 変速機構を高速段と低速段とを設定できる歯車式変速機構によって構成した捩り振動低減装置の例を模式的に示す図である。

つぎにこの発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１はこの発明に係る捩り振動低減装置の第１の実施例を示す模式図であって、ここに示す捩り振動低減装置１は、エンジン２と変速機３との間に配置されている。エンジン２は、複数の気筒を有し、車速や要求駆動力（アクセル開度もしくはスロットル開度）に応じて燃焼気筒数を変更できるように構成されている。変速機２は車両に搭載されている一般的な変速機であって、手動変速機や自動変速機、あるいは無段変速機などであってよい。

エンジン２の出力軸４にフライホイール５が取り付けられており、このフライホイール５から変速機３の入力軸６にトルクを伝達し、またトルクを遮断する発進クラッチ７が設けられている。発進クラッチ７は、摩擦板をフライホイール５に接触させることにより係合状態となってトルクを伝達し、また摩擦板をフライホイール５から離隔させることにより解放状態となってトルクを遮断するように構成されている。この発進クラッチ７は、湿式クラッチあるいは乾式クラッチのいずれでもよく、また油圧を介して電気的に制御されるクラッチ、あるいはペダル操作によって切り替わる手動クラッチのいずれであっもよい。また、パウダークラッチなどの従来知られている他の形式のクラッチであってもよい。

発進クラッチ７と前記入力軸６との間に遊星回転機構８が設けられている。遊星回転機構８は、回転中心側に配置されているサン回転要素９と、そのサン回転要素９に対して同心円上に配置されたリング回転要素１０と、サン回転要素９の外周面とリング回転要素１０の内周面との間に配置された遊星回転部材を自転かつ公転可能に保持しているキャリヤ回転要素１１との３つの回転要素によって差動作用を行う機構である。より具体的には、サンギヤ９と、リングギヤ１０と、キャリヤ１１とを有する遊星歯車機構８である。なお、遊星回転機構８は、互いに摩擦接触するローラタイプの回転要素を備えた機構であってもよい。そのキャリヤ１１に前記発進クラッチ７がばねダンパー１２を介して連結されている。またキャリヤ１１に前記入力軸６が連結されている。したがって入力軸６がこの発明の実施例における制振対象物に相当している。

また、制振のための慣性トルクを発生する質量体１３を振子運動可能に保持している回転体１４が、リングギヤ１０に一体となって回転するように連結されている。質量体１３は球体あるいは円板などの転動可能な形状を有しており、回転体１４にはその質量体１３を収容しかつ転動させる収容部が形成されている。したがって、これら質量体１３および回転体１４は、質量体１３を遠心力によってその転動面に押し付け、トルクの変動によって転動面に沿って質量体１３が往復動作するように構成されている。なお、質量体１３を回転体１４にいわゆるピン止めして回転体１４のトルクが変動することによって質量体１３が揺動（振子運動）するように構成されていてもよい。

サンギヤ９を他の部材、例えばケーシングの一部などの固定部１５に連結してサンギヤ９を固定する係合機構１６が設けられている。この係合機構１６は、摩擦式もしくは噛み合い式の係合機構であって、図示しない油圧アクチュエータあるいは電磁アクチュエータなどのアクチュエータによって動作し、係合状態で前記サンギヤ９を固定部１５に連結してその回転を止め、また解放状態でサンギヤ９の固定を解除してサンギヤ９をフリー状態とするように構成されている。

図２は、係合機構１６の係合および解放ごとの遊星回転機構８の動作状態を示す共線図であって、太い実線は係合機構１６が係合してサンギヤ９を固定した状態を示している。この状態では、キャリヤ１１がエンジン２から伝達されたトルクで回転するから、リングギヤ１０がキャリヤ１１より速い回転数で回転する。すなわち回転体１４およびこれに保持されている質量体１３が入力軸６より高速で回転する。また、係合機構１６を解放した場合、サンギヤ９がいわゆるフリー状態になって何らの反力も発生しない。したがってサンギヤ９やリングギヤ１０はキャリヤ１１からピニオンギヤを介して伝達されるトルクやそれぞれの摩擦力あるいは慣性力などに応じた特定できない回転数で回転し、あるいは停止している。その動作状態は図２に線として表示できない。なお、一般的には、サンギヤ９がフリー回転し、リングギヤ１０およびこれに連結されている回転体１４にはトルクが伝達されずにこれらは停止する。このように、遊星回転機構８は、係合機構１６の係合および解放の状態に応じて動作状態、すなわちリングギヤ１０や質量体１３を保持している回転体１４の回転数を変化させることができるので、変速機構を構成している。

つぎに作用について説明すると、エンジン２を起動した状態で発進クラッチ７を係合させると、ばねダンパー１２および遊星回転機構８のキャリヤ１１を介して入力軸６にトルクが伝達される。エンジン２の出力トルクは各気筒での間欠的な燃焼が要因となって振動する。その振動は先ず、ばねダンパー１２によって減衰させられる。また、前述した係合機構１６が係合している場合には、遊星回転機構８が増速機として機能するので、リングギヤ１０およびこれに連結されている回転体１４が入力軸６よりも高回転数で回転する。そして、入力軸６に伝達されるトルクが振動すると、リングギヤ９およびこれと一体の回転体１４の回転数が変化し、その際の角加速度によって質量体１３が振子運動を行う。この質量体１３の振子運動に伴う慣性トルクによって振動が低減させられる。その場合の振動伝達ゲインが小さくなる。すなわち制振効果は、質量体１３の等価質量が大きいほど、低回転数領域で大きくなる。上述したように係合機構１６を係合させて回転体１４の回転数を増大させれば、質量体１３の実質量が小さくても等価慣性が大きくなるので、エンジン回転数が低回転数域にある状態での捩り振動を効果的に低減することができる。また、係合機構１６を解放している状態では、回転体１４の回転数が低下し、あるいは回転しない。したがって、エンジン２の出力トルクを増大させて加速する場合、質量体１３を連れ回すことがないので、入力軸６のトルクの増大に遅れが生じず、加速応答性が良好になる。また、捩り振動低減装置１では、低回転数域での振動低減に備えて質量体１３の実質量を大きくする必要がないので、装置の強度を高くする必要性が少なく、また耐久性の低下を抑制することができる。そして、質量体１３の回転数を変化させることができるので、複数の次数の振動（強制力）に対応して良好な振動低減を行うことができる。具体的には、入力される強制力（振動）の次数を捩り振動低減装置１の固有振動数である次数に合わせるように遊星回転機構８（変速機構）の変速比を設定することにより、複数の次数の振動に合わせた制振を行うことができる。したがって、エンジン２がいわゆる可変気筒エンジンである場合、１つの捩り振動低減装置１によって部分気筒運転および全気筒運転のいずれであっても良好に振動低減を行うことができる。

なお、この発明における遊星回転機構および係合機構は、更に他の動作状態（変速比）を設定できるように構成されていてもよい。その例を図３に示し、またその遊星回転機構についての動作状態を図４に共線図で示してある。図３に示す例は、図１に示す構成におけるサンギヤ９とキャリヤ１１との間に、この発明の実施例における係合機構に含まれるクラッチ１７を追加して設けた例である。したがって、前述した係合機構１６であるブレーキを係合しかつクラッチ１７を解放した動作状態（変速段）、これらを共に解放した動作状態（変速段）、ブレーキ１６を解放しかつクラッチ１７を係合した動作状態（変速段）の３つの状態を設定することができる。

ブレーキ１６を係合しかつクラッチ１７を解放した状態は、前述した図１に示す例で係合機構１６を係合させた状態と同様であり、これを図４に太い実線で示してある。すなわち、遊星回転機構８が増速機として機能して高速段が設定される。また、ブレーキ１６およびクラッチ１７を共に解放した状態は、前述した図１に示す例で係合機構１６を解放した状態と同様である。すなわち回転体１４にはトルクが積極的には伝達されない。そして、クラッチ１７のみを係合させた状態は図４に破線で示すとおりである。すなわち、遊星回転機構８における二つの回転要素が連結されるので、遊星回転機構８の全体が一体となって回転する。いわゆる直結状態となる。したがって、回転体１４の回転数と入力軸６の回転数とが同じになり、質量体１３の等価質量は高速段が設定されている場合より小さくなり、高回転数域での振動低減効果が向上する。このように、回転数に適合した振動低減を行うことができる。

また、図５に示す例は、上述した図４に示す構成からブレーキ１６を取り除いた例である。この構成では、前述したいわゆる直結段といわゆるフリー状態との二つの状態（変速段）を設定することができる。直結段での遊星回転機構８の動作状態を図６に太い実線で示してある。この図５に示す例であっても、二つの動作状態を設定できるから、回転数に適合した振動低減を行うことができる。

さらに、図７に示す例は、直結段とフリー状態とに加えて、反転減速状態を設定できるように構成した例である。ここに示す例では、サンギヤ９に入力軸６およびばねダンパー１２が連結され、これが入力要素となっており、これに対してキャリヤ１１と所定の固定部１５との間にブレーキ１６が設けられ、またキャリヤ１１とサンギヤ９との間にクラッチ１７が設けられている。そのクラッチ１７のみを係合させると、キャリヤ１１とサンギヤ９とが一体化されるので、遊星回転機構８の全体が一体となって回転し、直結段となる。その状態を図８の共線図に破線で示してある。これに対してブレーキ１６のみを係合させれば、リングギヤ１０がサンギヤ９とは反対方向に回転する。その回転数は遊星回転機構８におけるギヤ比（サンギヤ９とリングギヤ１０との歯数比）に応じて減速された回転数となる。すなわち、反転低速段が設定される。その状態を図８に破線で示してある。なお、ブレーキ１６およびクラッチ１７を共に解放することにより前述したフリー状態になる。このように図７に示す例であっても、回転体１４および質量体１３の回転数を高低に異ならせることができるので、回転数に適合した振動低減を行うことができる。

図９に示す捩り振動低減装置は、常時噛み合い式の変速機構２０によって回転体１４を入力軸６に連結するように構成されている。具体的に説明すると、入力軸６と平行にダンパー軸２１が配置され、質量体１３を保持している回転体１４がこのダンパー軸２１に取り付けられている。そのダンパー軸２１上には、高速段従動ギヤ２２と低速段従動ギヤ２３とが回転可能に配置されており、これらのギヤ２２，２３をダンパー軸２１に選択的に連結する切替部材２４が配置されている。この切替機構２４は、要は、クラッチであって、シンクロナイザーなどの噛み合い式クラッチや摩擦クラッチなどを採用することができる。

また、ダンパー軸２１と入力軸６との間にカウンタ軸２５が配置され、このカウンタ軸２５に、前記高速段従動ギヤ２２に噛み合っている高速段駆動ギヤ２６と、前記低速段従動ギヤ２７に噛み合っている低速段駆動ギヤ２７とが取り付けられている。そして、入力軸６には、高速段駆動ギヤ２６に噛み合っている伝動ギヤ２８が取り付けられている。他の構成は、図１に示す構成と同様である。

したがって図９に示す構成では、切替機構２４によって、高速段従動ギヤ２２と低速段従動ギヤ２３とのいずれかをダンパー軸２１に連結することにより、変速機構２０によって高速段もしくは低速段を設定することができる。すなわち、回転体１４およびこれに保持されている質量体１３を各変速段の変速比に応じた回転数で回転させることができる。また、切替機構２４をいずれの従動ギヤ２２，２３にも係合しないニュートラルに設定すれば、回転体１４にトルクは伝達されず、回転体１４は入力軸６から切り離される。すなわち、回転体１４およびこれに保持されている質量体１３の回転数を高低に異ならせて設定することができるので、回転数に適合した振動低減を行うことができる。

なお、この発明では、クラッチ１７はキャリヤ１１とリングギヤ１０とを連結し、あるいはサンギヤ９とリングギヤ１０とを連結するように設けてもよい。また、回転体１４はリングギヤ１０に限らず、他の回転要素に連結してもよい。

１…捩り振動低減装置、 ２…エンジン、 ３…変速機、 ４…出力軸、 ５…フライホイール、 ６…入力軸、 ７…発進クラッチ、 ８…遊星回転機構（遊星歯車機構）、 ９…サン回転要素（サンギヤ）、 １０…リング回転要素（リングギヤ）、 １１…キャリヤ回転要素（キャリヤ）、 １２…ばねダンパー、 １３…質量体、 １４…回転体、 １５…固定部、 １６…係合機構（ブレーキ）、 １７…クラッチ。

Claims (1)

1. 質量体を振子運動可能に保持している回転体と捩り振動が生じる制振対象物との間に、前記回転体に連結された第１回転要素と前記制振対象物に連結された第２回転要素と第３回転要素との少なくとも三つの回転要素によって差動作用を行う遊星回転機構が設けられた捩り振動低減装置において、
   前記第３回転要素を前記第１回転要素もしくは前記第２回転要素あるいは所定の固定部に選択的に連結する係合機構を備えていることを特徴とする捩り振動低減装置。

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