JP2016188655A - 捩り振動低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸長を増大させずに、慣性質量を増大させて低回転数での制振性能を向上させる。
【解決手段】サンギヤ２の外周部とリングギヤ３の内周部との間の空隙領域でかつこれらサンギヤ２とリングギヤ３とが所定角度相対回転した場合にピニオンギヤが公転する角度の範囲を超えた空隙領域である非動作領域θとされ、サンギヤ２とリングギヤ３とキャリヤ５とのうち入力要素および出力要素とされていない回転要素に前記非動作領域の内部に突出するように形成されている質量増大部９とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力されたトルクの変動（振動）を、その変動に伴って生じる慣性トルクによって低減させるように構成された振動低減装置に関するものである。

特許文献１には、遊星歯車機構におけるサンギヤを入力要素とし、キャリヤもしくはリングギヤを出力要素とした捩り振動緩衝装置が記載されている。そのサンギヤには第１のはずみ質量体が連結され、出力要素とされるキャリヤもしくはリングギヤには第２のはずみ質量体が連結されている。そして、サンギヤとキャリヤとリングギヤとのいずれか二つの回転要素の間に、それらの回転要素の相対回転を可能にするとともに相対回転させるトルクに対抗する弾性力を生じるばね装置が設けられている。

捩り振動を低減する装置に遊星歯車機構を使用することは特許文献２や特許文献３に記載されている。特許文献２に記載された装置は、遊星歯車機構が増速機として機能するように構成されており、イナーシャリングの回転数を入力回転数より増大させることにより小さい質量で大きい慣性力を得るように構成されている。また、特許文献３に記載された装置は、遊星歯車機構における三つの回転要素のうちのいずれかの回転要素を入力要素とするとともに、他の回転要素に慣性質量体を取り付け、更に他の回転要素をブレーキ装置によって選択的に固定するように構成された回転変動低減装置である。その入力要素には、エンジンから変速機にトルクを伝達する軸が連結されている。この特許文献３に記載された装置によれば、ブレーキ装置によって所定の回転要素を固定し、あるいはその固定を解除することにより、前記軸の捩り振動に対する慣性トルクを変化させることができる。

特開平９−１９６１２２号公報 特開２００９−１４０２２号公報 特開２０１０−１９０５号公報

上述した各特許文献に記載されている装置では、振動に対する抵抗として作用する慣性力を遊星歯車機構におけるいずれかの回転要素に連結した質量体によって発生させる。その質量体は、質量が大きいことにより低回転数での制振性能を向上させる。しかしながら、その質量体は各特許文献に記載された装置では、遊星歯車機構に対して軸線方向に並べて配置されているので、質量を増大するために大型の質量体を使用すると、装置の全体としての軸長が長くなってしまい、動力伝達装置に対する搭載性が悪化する可能性がある。

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、低回転数での制振性能を向上させることができ、しかも軸長の増大を抑制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、中心回転要素と、前記中心回転要素に対して同心円上に配置されたリング回転要素と、前記中心回転要素の外周部と前記リング回転要素の内周部との間に配置され前記中心回転要素と前記リング回転要素とが相対回転することにより自転かつ公転する複数の遊星回転要素を保持しているキャリヤ回転要素とによって差動作用を行う遊星回転機構を有し、前記中心回転要素と前記リング回転要素と前記キャリヤ回転要素とのうちのいずれかの回転要素がトルクが入力される入力要素とされるとともに他のいずれかの回転要素がトルクを出力する出力要素とされ、前記入力要素と前記出力要素とが所定角度相対回転できるように弾性体を介して連結された捩り振動低減装置において、前記中心回転要素の外周部と前記リング回転要素の内周部との間の空隙領域でかつ前記中心回転要素と前記リング回転要素とが前記所定角度相対回転した場合に前記遊星回転要素が公転する角度の範囲を超えた空隙領域である非動作領域と、前記中心回転要素と前記リング回転要素と前記キャリヤ回転要素とのうち前記入力要素および前記出力要素とされていない回転要素に前記非動作領域の内部に突出するように形成されている質量増大部とを備えていることを特徴としている。

この発明においては、前記遊星回転機構は、前記中心回転要素がサンギヤによって構成され、前記リング回転要素がリングギヤによって構成され、前記遊星回転要素がピニオンギヤによって構成され、前記キャリヤ回転要素が前記ピニオンギヤを保持しているキャリヤによって構成された遊星回転機構であってよく、その場合、前記質量増大部は、前記サンギヤに設けられていてよい。

この発明によれば、入力要素に伝達されるトルクが変動（振動）すると、入力要素と出力要素とが弾性体を介して連結されているので、これら入力要素と出力要素との間で相対回転が生じる。遊星回転機構は、上述した三つの回転要素によって差動作用を行うように構成されているから、入力要素と出力要素との間に相対回転が生じると、更に他の回転要素が回転する。そして、当該更に他の回転要素がそれ自体の質量に応じた慣性力を前記トルクの変動に対する抵抗力として発生する。すなわち、当該更に他の回転要素が捩り振動を低減させる慣性質量体として機能する。この発明では、当該更に他の回転要素に質量増大部が設けられてその質量が大きくなっているので、低回転数での制振性能が良好になる。また、遊星回転機構における前記相対回転は、前記トルクの変動の振幅に相当する角度範囲に限られるから、中心回転要素の外周部とリング回転要素の内周部との間で前記角度範囲を越えた空隙領域は非動作領域となっている。そして、遊星回転要素同士の間に間隔が空いているから、非動作領域は、遊星回転機構における差動回転に関与しない部分となっている。前記質量増大部は、この非動作領域に突出した状態で設けられているので、前記更に他の回転要素の質量を増大させることができると同時に、遊星回転機構の軸線方向の寸法の増大を回避もしくは抑制することができる。

この発明における遊星回転機構を示し、（ａ）は概略的な正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線矢視断面図である。 図１に示す遊星回転機構を動力伝達経路に組み込んだ状態を示すスケルトン図であって、（ａ）はリングギヤを入力要素、キャリヤを出力要素とした例を示し、（ｂ）はリングギヤを出力要素、キャリヤを入力要素とした例を示す。 サンギヤと一体に形成された質量増大部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線矢視断面図である。 サンギヤにリベットもしくはボルトで取り付けた質量増大部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線矢視断面図である。 本発明例と比較例との制振性能を示す線図である。 この発明における他の遊星回転機構を示し、（ａ）は概略的な正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線矢視断面図である。 図６に示す遊星回転機構を動力伝達経路に組み込んだ状態を示すスケルトン図であって、（ａ）はリングギヤを入力要素、サンギヤを出力要素とした例を示し、（ｂ）はリングギヤを出力要素、サンギヤを入力要素とした例を示す。 この発明における更に他の遊星回転機構を示し、（ａ）は概略的な正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線矢視断面図である。 図８に示す遊星回転機構を動力伝達経路に組み込んだ状態を示すスケルトン図であって、（ａ）はサンギヤを入力要素、キャリヤを出力要素とした例を示し、（ｂ）はサンギヤを出力要素、キャリヤを入力要素とした例を示す。

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はこの発明の実施例としての捩り振動低減装置の主要部分を構成する遊星回転機構１の一例を模式的に示している。この遊星回転機構１は具体的には遊星歯車機構や遊星ローラ機構であり、中心回転要素２と、その中心回転要素２に対して同心円上に配置されたリング回転要素３と、前記中心回転要素２の外周部と前記リング回転要素３の内周部との間に配置され前記中心回転要素２と前記リング回転要素３とが相対回転することにより自転かつ公転する複数の遊星回転要素４を保持しているキャリヤ回転要素５とを有し、これらの回転要素によって差動作用を行うように構成されている。遊星歯車機構の場合には、中心回転要素２がサンギヤであって、外周面に歯が形成されている外歯歯車であり、リング回転要素３は内歯歯車であるリングギヤによって構成され、遊星回転要素４はピニオンギヤによって構成され、キャリヤ回転要素５はキャリヤによって構成される。ローラ機構の場合には、遊星回転要素４は円筒状もしくは円柱状のピニオンローラによって構成され、外周面が転動面とされた前記中心回転要素２とされるサンローラと、内周面が転動面とされた前記リング回転要素３とされるリングローラとの間にピニオンローラが挟み込まれ、そのピニオンローラが前記キャリヤ回転要素５とされるキャリヤによって保持される。なお、ローラ機構においては、所定のトルク伝達要領を確保するために、ピニオンローラをサンローラとリングローラとの間に挟み込む必要があるのに対して、遊星歯車機構では、ピニオンギヤはサンギヤやリングギヤに噛み合っていればよいので、互いに噛み合っている一対のピニオンギヤをサンギヤとリングギヤとの間に配置したダブルピニオン型の機構を採用してもよい。

以下、シングルピニオン型遊星歯車機構によって遊星回転機構１を構成した例について説明する。図２はこの発明の実施例である振動低減装置を所定の動力伝達経路に組み込んだ状態を示すスケルトン図であり、図２の（ａ）の例では、リング回転要素であるリングギヤ３が入力要素とされ、キャリヤ回転要素であるキャリヤ５が出力要素とされており、これらリングギヤ３とキャリヤ５とが、この発明の実施例における弾性体に相当するばねダンパ６を介して連結されている。したがって、リングギヤ３とキャリヤ５とはばねダンパ６の構成によって決まる所定の角度の範囲で相対回転可能であり、その相対回転を生じさせるトルクに対してばねダンパ６の弾性力が反力として作用するようになっている。また、入力要素であるリングギヤ３に駆動力源７が連結され、出力要素であるキャリヤ５に駆動対象部８が連結されている。その駆動力源７は、一例として内燃機関（エンジン）であり、したがってリングギヤ３やキャリヤ５に伝達されるトルクは変動（振動）するトルクとなる。また、駆動対象部８は例えば変速機である。

リングギヤ３に駆動力源７からトルクが伝達されている場合、キャリヤ５には駆動対象部８を回転させるためのトルクが反力として作用する。それに伴ってばねダンパ６にはばねを圧縮する荷重が掛かり、その荷重に応じた変位が生じるので、リングギヤ３とキャリヤ５とが所定角度、相対回転する。また、中心回転要素となっているサンギヤ２が、リングギヤ３とキャリヤ５との相対回転角度に応じた角度回転する。駆動力源から入力されるトルクが安定している場合には、このような相対回転が生じている遊星回転機構１の全体が一体となって回転し、駆動力源７から駆動対象部８にトルクが伝達される。

リングギヤ３に伝達されるトルクが変動すると、ばねダンパ６に掛かる圧縮力（捩り力）が変化するので、リングギヤ３とキャリヤ５との間に相対回転が生じる。その相対回転は、トルクの変動による回転であるから、回転角度はばねダンパ６におけるばね定数や入力されるトルクの変化幅などに応じた比較的小さい角度になる。したがって遊星回転機構１におけるピニオンギヤ４はサンギヤ２の外周部における所定の角度範囲内のみで公転する。サンギヤ２の外周部のうちピニオンギヤ４が転動することのない空隙領域θは、形状の保持あるいは強度の保持のために機能するもののトルクの伝達や差動回転には直接的には関与しない領域となっており、この発明の実施例における非動作領域とされている。

サンギヤ２は上述したようにリングギヤ３とキャリヤ５との間に相対回転が生じた場合に回転し、その回転は所定角度範囲内での往復回転である。そのような回転によってサンギヤ２は慣性トルクを発生し、その慣性トルクは回転角加速度と質量（慣性モーメント）とに応じたトルクとなる。この発明の実施例である図１および図２に示す遊星回転機構１では、そのサンギヤ２のうち前記非動作領域θに対応する箇所の少なくとも一部に非作動領域θ内に突出した状態に質量増大部９が設けられている。この質量増大部９は、図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、サンギヤ２の外周側に、歯２ａを形成せずに肉盛りして厚くした部分であり、あるいは図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、歯２ａの高さより高い厚肉の重量片をサンギヤ２を挟み付けた状態で配置し、リベットもしくはボルト１０によって固定した部分である。この質量増大部９は、これが設けられている箇所の円周方向での単位長さ当たりの質量を、質量増大部９が設けられていない箇所の円周方向での単位長さ当たりの質量より大きくするように構成することができる。そして、この質量増大部９は、遊星回転機構１の内部でかつ半径方向に凸となった部分であるから、サンギヤ２の質量を増大させるものの、遊星回転機構１の軸長は殆ど増大させないようになっている。

上述した遊星回転機構１およびばねダンパ６によって構成されているこの発明の実施例における捩り振動低減装置では、リングギヤ３に入力されたトルクが変動すると、ばねダンパ６に掛かる捩りトルクが変化するためにリングギヤ３とキャリヤ５とが所定の角度範囲で相対回転する。遊星回転機構１は差動作用を行うように構成されているから、リングギヤ３とキャリヤ５との相対回転によってサンギヤ２が所定の角度の範囲で往復回転する。その往復回転に伴うサンギヤ２の慣性トルクが変動を抑制する荷重として作用し、振動が減衰される。サンギヤ２による振動減衰力はその質量が大きいことにより低回転数で大きくなる。図５は上述したこの発明の実施例である捩り振動低減装置の制振性能と比較例の制振性能とを測定した結果を示す図である。図５における比較例１は前述したばねダンパ６のみを使用した例であり、比較例２は前述した質量増大部９を設けていない通常の遊星歯車機構を用いて図２に示すように構成した例である。また、図５は横軸にエンジン回転数を採り、縦軸にトルク変動量（振動の伝達ゲイン）を採ってあり、設計上決めたトルク変動量を超える場合には不良（ＮＧ）とし、そのトルク変動量以下の場合には良（ＯＫ）と判定した。図５に示す測定結果から、質量増大部９を設けることによりエンジン回転数が低い状態でのトルク変動が大きく改善されることが明らかである。そして、捩り振動低減装置の軸長の増大がなく、あるいは軸長の増大が抑制される。

つぎにこの発明の他の実施の形態を説明する。遊星回転機構１における入力要素と出力要素とを入れ替えても、中心回転要素２を慣性質量体として機能させることができる。図２の（ｂ）はリングギヤ３を駆動対象部８に連結して出力要素とし、キャリヤ５を駆動力源７に連結して入力要素とした例である。図２の（ｂ）に示すように構成した場合であっても、入力トルクの変動によってキャリヤ５のトルクが変化すると、ばねダンパ６に掛かる捩りトルクが変化するので、キャリヤ５とリングギヤ３との間で相対回転が生じ、それに伴ってサンギヤ２が所定の角度の範囲で往復回転する。すなわち、サンギヤ２がこれと一体化されている質量増大部９と共に、振動を減衰させる慣性トルクを生じさせる。このような慣性質量の増大を、軸長を特には増大させずに達成することができる。

この発明の実施例である捩り振動低減装置は、三つの回転要素によって差動作用を行う遊星回転機構１を有し、そのいずれかの回転要素が入力要素、他の回転要素が出力要素、更に他の回転要素が質量増大部９を有する慣性質量体となっていればよい。したがって質量増大部９は、サンギヤ２に相当する中心回転要素以外の回転要素に設けられていてもよい。図６は、キャリヤ５に質量増大部９を設けた例を示している。キャリヤ５は等間隔に配置されたピニオンギヤ４を自転かつ公転可能に保持しているから、キャリヤ５における各ピニオンギヤ４の間の部分は、他の部材が接触するなどのことがなく、差動作用に直接は関与しない非動作領域θとなっている。質量増大部９はこの非動作領域θ内でサンギヤ２とリングギヤ３との間に突出した状態に、キャリヤ５と一体化して設けられている。より具体的には、質量増大部９は、キャリヤ５と一体に形成された部分であってよく、あるいはキャリヤ５に溶接やネジ止めなどの手段で取り付けられていてもよい。さらにはキャリヤ５が軸線方向での両側に配置されている場合には、それらのキャリヤ５の間に挟み付けた状態に設けられていてもよい。

遊星回転機構１を図６に示すように構成した場合には、キャリヤ５が質量増大部９と共に振動減衰のための慣性質量体として機能する。したがって図６に示す遊星回転機構１を主体として構成した捩り振動減衰装置を動力伝達経路に組み込む場合、図７の（ａ）あるいは（ｂ）に示すように構成することになる。すなわち、図７の（ａ）に示すように、リングギヤ３が駆動力源７に連結されて入力要素とされ、サンギヤ２が駆動対象部８に連結されて出力要素とされ、そしてこれらサンギヤ２とリングギヤ３との間にばねダンパ６が配置される。また、図７の（ｂ）に示すように、リングギヤ３が駆動対象部８に連結されて出力要素とされ、サンギヤ２が駆動力源７に連結されて入力要素とされ、そしてこれらサンギヤ２とリングギヤ３との間にばねダンパ６が配置される。

図８に示す例は、リングギヤ３に質量増大部９を設けた例である。ピニオンギヤ４が公転する範囲は前述したように限られた角度範囲であり、リングギヤ３の内周部には、ピニオンギヤ４が噛み合うことのない非動作領域θが存在している。この非動作領域θの範囲内でリングギヤ３の内周部に、質量増大部９が設けられている。この質量増大部９は、前述したサンギヤ２に設けられている例と同様に、リングギヤ３の内周部から非動作領域θ内に向けて半径方向で内側に突出しており、リングギヤ３と一体に形成され、あるいはリングギヤ３にリベットやボルトなどの固定手段によって固定されている。

遊星回転機構１を図８に示すように構成した場合には、リングギヤ３が質量増大部９と共に振動減衰のための慣性質量体として機能する。したがって図８に示す遊星回転機構１を主体として構成した捩り振動減衰装置を動力伝達経路に組み込む場合、図９の（ａ）あるいは（ｂ）に示すように構成することになる。すなわち、図９の（ａ）に示すように、サンギヤ２が駆動力源７に連結されて入力要素とされ、キャリヤ５が駆動対象部８に連結されて出力要素とされ、そしてこれらサンギヤ２とキャリヤ５との間にばねダンパ６が配置される。また、図９の（ｂ）に示すように、サンギヤ２が駆動対象部８に連結されて出力要素とされ、キャリヤ５が駆動力源７に連結されて入力要素とされ、そしてこれらサンギヤ２とキャリヤ５との間にばねダンパ６が配置される。

これら図６ないし図９に示すように構成した場合であっても、慣性質量体として機能するキャリヤ５やリングギヤ３の質量を、遊星回転機構１の軸長を特には増大させることなく大きくすることができる。したがって、動力伝達機構への搭載性が良好である上に、低回転数での制振性能を向上させることができる。

１…遊星回転機構、 ２…中心回転要素（サンギヤ）、 ３…リング回転要素（リングギヤ）、 ４…遊星回転要素（ピニオンギヤ）、 ５…キャリヤ回転要素（キャリヤ）、 ６…ばねダンパ、 ７…駆動力源、 ８…駆動対象部、 ９…質量増大部、 θ…非動作領域。

Claims (2)

1. 中心回転要素と、前記中心回転要素に対して同心円上に配置されたリング回転要素と、前記中心回転要素の外周部と前記リング回転要素の内周部との間に配置され前記中心回転要素と前記リング回転要素とが相対回転することにより自転かつ公転する複数の遊星回転要素を保持しているキャリヤ回転要素とによって差動作用を行う遊星回転機構を有し、前記中心回転要素と前記リング回転要素と前記キャリヤ回転要素とのうちのいずれかの回転要素がトルクが入力される入力要素とされるとともに他のいずれかの回転要素がトルクを出力する出力要素とされ、前記入力要素と前記出力要素とが所定角度相対回転できるように弾性体を介して連結された捩り振動低減装置において、
   前記中心回転要素の外周部と前記リング回転要素の内周部との間の空隙領域でかつ前記中心回転要素と前記リング回転要素とが前記所定角度相対回転した場合に前記遊星回転要素が公転する角度の範囲を超えた空隙領域である非動作領域と、
   前記中心回転要素と前記リング回転要素と前記キャリヤ回転要素とのうち、前記入力要素および前記出力要素とされていない回転要素に前記非動作領域の内部に突出するように形成されている質量増大部と
   を備えていることを特徴とする捩り振動低減装置。
2. 請求項１に記載の捩り振動低減装置において、
   前記遊星回転機構は、前記中心回転要素がサンギヤによって構成され、前記リング回転要素がリングギヤによって構成され、前記遊星回転要素がピニオンギヤによって構成され、前記キャリヤ回転要素が前記ピニオンギヤを保持しているキャリヤによって構成された遊星回転機構であり、
   前記質量増大部は、前記サンギヤに設けられている
   ことを特徴とする捩り振動低減装置。

Images