JP2017031995A - 捩り振動低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転動体が転動室に当接して生じる打音を低減する捩り振動低減装置を提供する。
【解決手段】第１曲面５をもつ転動室７が周方向に複数設けられた回転体２と、転動室７に収容され第１曲面５により転動可能に支持される複数の振子部材４と、第２曲面１３を有する複数の連結部１１が設けられ複数の連結部１１により振子部材４同士を連結する連結部材９と、を具えている。第１曲面５は、楕円弧を含む。連結部１１は、振子部材４が第１曲面５のうちの振子部材４が転動する転動方向における中央の位置５ａにある時に第２曲面１３との間に所定のクリアランスＣ３をもち、かつ振子部材４が楕円弧を構成する短軸方向の端部と長軸方向の端部との間に位置した時に、振子部材４が第２曲面１３に接触することができるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、慣性質量体の往復運動あるいは振り子運動によって捩り振動を低減させる捩り振動低減装置に関するものである。

捩り振動低減装置は、振子部材に相当する質量体を、回転体の転動面に遠心力により押し付け、トルクの変動が生じた場合に質量体を転動面に沿って揺動させることで振動を低減する（例えば、特許文献１参照）。回転体には、周方向に所定の間隔をあけて並べて複数の収容室が形成されている。転動面は、収容室の内壁部のうちの回転方向での外側の内壁に形成されている。

転動体は、回転体に設けられた収容室に配置されており、収容室の内部に設けられた転動面を往復移動することにより回転体に生じる振動を低減する。詳しくは、転動体は、回転体が回転すると、遠心力により転動面に押し付けられる。その状態で回転体にトルクの変動が生じると、転動体は、転動面に沿って移動してトルクの変化により回転体に生じる捩り振動を低減する。このような作用は、回転体の回転数がある程度高く、そのために転動体に作用する遠心力が転動体を転動面に押し付けておくのに十分な場合に作用する。

特開２０１２−１４５１９０号公報

しかしながら、回転体にトルクの変動が生じると、転動体が収容室のうちの転動体が移動する方向の端部に直接に当接して、例えば打音を発生させる。

また、転動体は、転動体を転動面に押し付ける遠心力が十分に大きくない場合、重力により収容室の内部における最下部に落下した状態になり、回転体が停止していれば、最下部にとどまっている。そして、収容室は、転動体に十分な遠心力が作用しない程度の回転数（低回転数）で回転体が回転する場合、回転方向での最上部に到った後に下降し始めると、収容室の上下方向での向きが反転する。このとき、転動体は、収容室内で最下部に向けて落下して、収容室のうちの転動面を含む内面に直接に当接して、例えば打音を発生させる。

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って、転動体が収容室の内面に当接して生じる、例えば打音を低減又は防止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。

上記の目的を達成するために、この発明は、第１曲面をもつ転動室が周方向に複数設けられた回転体と、前記転動室に収容され前記第１曲面により転動可能に支持される複数の振子部材と、第２曲面を有する複数の連結部が設けられ前記複数の連結部により前記振子部材同士を連結する連結部材と、を具えた捩り振動低減装置において、前記第１曲面は、楕円弧を含み、前記連結部は、前記振子部材が前記第１曲面のうちの前記振子部材が転動する転動方向における中央の位置にある時に前記第２曲面との間に所定のクリアランスをもち、かつ前記振子部材が前記楕円弧を構成する短軸方向の端部と長軸方向の端部との間に位置した時に、前記振子部材が前記第２曲面に接触することができるように構成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、回転体に作用する遠心力が振子部材を第１曲面に押し付けるのに十分な大きさが得られる回転体の高回転時にトルクの変動が生じても、所定のクリアランスをもつため、慣性力により転動体が回転体とは逆の回転方向に向けて第１曲面を転動することができる。これにより、トルク変動により回転体に生じる捩り振動を防止又は低減することが可能となる。

また、振子部材に作用する遠心力が十分に大きく得られない回転体の低回転時にトルクの変動が生じると、振子部材は、第１曲面の長軸方向の端部に到達するよりも前に連結部の第２曲面に接触する。このため、振子部材が長軸方向の端部等に当接して生じる、例えば打音を防止又は低減することができる。

捩り振動低減装置の一実施形態を示す説明図である。 図１に示した転動体を含む要部の位置関係を示す説明図であり、回転体が高回転で回転して転動体にかかる遠心力が大きい状態を示す。 図１に示した転動体を含む要部の位置関係を示す説明図であり、回転体が低回転で回転して転動体にかかる遠心力が小さい状態を示す。 捩り振動低減装置の別の実施形態を示す説明図である。 図４に示した転動体を含む要部の位置関係を示す説明図であり、回転体が高回転で回転して転動体にかかる遠心力が大きい状態を示す。 図４に示した転動体を含む要部の位置関係を示す説明図であり、回転体が低回転で回転して転動体にかかる遠心力が小さい状態を示す。

以下、図面を用いて実施形態を説明する。図１は、捩り振動低減装置の一実施形態を示す説明図である。捩り振動低減装置１は、回転体２、複数の転動体３，４、及び連結部材９等で構成されている。転動体３，４は、振子部材の一例である。回転体２は、円板状に形成され、トルクを受けて回転軸Ｏを中心に回転するとともに、そのトルクの変動によって捩り振動を受ける構成になっている。回転体２は、例えば図示しないエンジンのクランク軸や、駆動力を図示しない車輪に伝達するプロペラシャフト、あるいは車軸等の回転軸にその回転中心線が水平、もしくは横向きとなるように取り付けられている。したがって、回転体２は、上下方向に沿う面内で回転するようになっている。回転体２の回転軸Ｏから同一半径の円周上に、複数の転動室６，７が回転方向に並んで形成されている。図１に示す例では、二つの転動室６，７が回転軸Ｏを挟んで直径上で対向する位置、つまり回転軸Ｏに対して点対称となる位置に形成されている。なお、転動室６，７を３個以上設ける場合には、回転体２の回転方向の等分割位置に設けるのが望ましい。

各転動室６，７には、一つの転動体３，４が収容される。転動室６，７は、転動体３，４が所定の範囲で転動（往復揺動）できるように、楕円形をした輪郭で、かつ回転体２の厚み方向に貫通した孔で形成されている。各転動室６，７は、転動面５を有する。転動面５は、転動室６，７の内面を仮に回転体２の周方向に対して外側と内側とに分割すると、外側の楕円弧の内面に作られている。転動面５は、転動体３，４が遠心力により押し付けられ、かつ回転体２にトルクの変動（すなわち捩り振動）が生じることにより転動体３，４が往復動する内面となる。なお、転動面５は、第１曲面の一例である。転動面５としては、楕円弧の曲面に限らず、放物線と略等しい凸状を成す曲面としてもよい。また、内側の楕円弧の内面は、転動体３，４に対して揺動を許容し、かつ接触を防ぐための十分のスペースを確保できる曲面であればよい。

転動室６，７は、楕円形を構成する長軸方向の端部に設けられた境界面８により回転体２の内部で区画されている。転動体３，４は、境界面８を限度として、あるいは境界面８の間で、転動するように構成されている。転動体３，４は、転動面５に沿って転動するように、例えば軸長の短い円柱状、もしくは円板状等、断面円形に形成された部材である。

回転体２には、連結部材９が回転軸Ｏを中心として回転自在に取り付けらている。連結部材９には、転動体３，４を揺動自在に支持する切欠き部１０，１１が形成されている。切欠き部１０，１１は、回転軸Ｏを中心とする同一半径の円周上に、転動室６，７に応じた数で形成されている。切欠き部１０，１１には、転動体３，４が収容されており、転動体３，４の揺動を制限するための円弧面１３をもっている。連結部材９は、複数の切欠き部１０，１１により複数の転動体３，４を連結している。切欠き部１０，１１は、連結部の一例である。

切欠き部１０，１１は、転動体３，４に応じた数だけ作られている。また、切欠き部１０，１１は、回転軸Ｏを挟む両側で転動体３，４をそれぞれ連結するため、直線板状をした連結部材９の両先端にそれぞれ設けられている。なお、連結部材９を、回転体２を挟むように回転体２の前後に設けておき、回転体２の前後にて転動体３，４を揺動自在に連結してもよい。

図２は、図１に示した転動体を含む要部の位置関係を示す説明図であり、回転体が高回転で回転して転動体にかかる遠心力が大きい状態を示す。図２に示すように、転動体４は、定常回転の状態の時に、遠心力により転動面５のうちの回転軸Ｏから最も遠い中央の位置５ａに接触した状態（以下、「定常回転の状態」と称す）となる。中央の位置５ａは、転動面５のうちの転動室７の長軸方向での中間の位置となっている。また、中央の位置５ａは、楕円形を構成する転動室７の短軸方向の端部の一例である。

切欠き部１１は、開放側を外周に向けたＵ字状に形成されている。切欠き部１１の形状は、回転体２が定常回転の状態の時に、転動体４が回転体２の径方向に沿う回転軸Ｏ側（内側）に移動でき、かつ転動体４が転動する方向にも移動できるように、転動体４との間にクリアランスＣ１，Ｃ２，Ｃ３をもつ形状になっている。なお、他の切欠き部１０も切欠き部１１と同一又は同様の構成になっているため、ここでは切欠き部１０の詳しい説明を省略する。

切欠き部１１は、直線部１１ａ，１１ｂと円弧面１３とをもっている。円弧面１３は、開放側に対向する回転軸Ｏ側に配置されており、転動室７の回転軸Ｏ側の内壁面１４よりも外側に位置する構成になっている。なお、円弧面１３の代わりに、楕円弧をもつ曲面や、放物線と略等しい凹状を成す曲面でもよい。

切欠き部１１は、回転体２が定常回転の状態の時に、中央の位置５ａにある転動体４との間の隙間のうち、転動体４の揺動方向に所定のクリアランスＣ１，Ｃ２をもっており、かつ回転軸Ｏと転動体４の中心を通る直線Ｐ上における円弧面１３との間に所定のクリアランスＣ３をもつように形状が決められている。

クリアランスＣ１，Ｃ２は、回転体２が定常回転の状態の時に、転動体４が転動方向に僅かに揺動することで直線部１１ａ，１１ｂに当接して、例えば打音を発生させることを低減又は防止するためのものである。切欠き部１１は、回転体２が定常回転の状態で回転体２にトルクの変動が生じると、例えば転動体４が転動室７内で慣性力により回転体２の回転方向とは逆の方向に移動して転動室の内壁に当接するのを防ぐストッパーの作用をなす。クリアランスＣ３は、切欠き部１１がストッパーとして作用するまでの間で、転動体４の転動を許容して捩り振動を低減するための遊びである。クリアランスＣ３は、クリアランスの一例である。

図３は、図１に示した転動体を含む要部の位置関係を示す説明図であり、回転体が低回転で回転して転動体にかかる遠心力が小さい状態を示す。図３に示すように、切欠き部１１は、転動室７の短軸方向の端部と長軸方向の端部１６との間で転動している時に転動体４が円弧面１３に接触することができる形状になっている。転動室７の短軸方向の端部は、中央の位置５ａと同様又は同じ位置になっている。

図２で説明したクリアランスＣ３は、図３に示すように、転動体４が転動面５に沿って所定の角度θ分だけ移動した時に、回転体２の径方向における転動体３の移動量Ｙ１に等しい。角度θは、転動体４が移動量Ｙ１の分だけ移動することを許容する角度である。例えば回転体２がＡ方向への定常回転の状態で回転体２にトルクの変動が生じると、転動体４は、転動面５の中央の位置５ａから角度θｎ以上移動した位置、つまりクリアランスＣ３の分だけ移動する前に、切欠き部１１の円弧面１３に当接し、その円弧面１３がストッパーの作用をする。このとき、転動体４は、円弧面１３のうちの第１当接部１３ａに当接し、かつ転動面５のうちの第２当接部５ｂに当接する。これにより、転動体４は、第１当接部１３ａと第２当接部５ｂとで挟まれることで、転動室７のうちの端部１６への移動が阻止される。角度θｎは、切欠き部１１の作用により転動体４の移動を制限するための角度であり、転動面５を転動することができる転動体４の角度θよりも小さい。

転動体４は、回転体２にトルクの変動が生じると、慣性力により転動室７内で揺動して回転体２が受ける捩り振動を低減する。例えば、回転体２が回転軸Ｏを中心として時計方向に回転している時に、回転体２にトルクの変動が生じると、転動体４は、図２に示す中央の位置５ａから、回転軸Ｏを中心とする反時計方向に移動する。転動体４は、反時計方向への移動が開始されると、転動面５を転動しながら移動して、連結部材９の直線部１１ａを押す。そして、転動体４は、図３に示すように、角度θｎ以上移動した位置、つまりクリアランスＣ３の分だけ移動する手前の位置で第１当接部１３ａに当接する。

円弧面１３は、転動体４が第１当接部１３ａに当接すると、ストッパーの作用をなす。詳しくは、転動体４は、円弧面１３の第１当接部１３ａと転動面５の第２当接部５ｂとで挟まれて、回転軸Ｏを中心とする反時計方向への移動が阻止される。これにより、転動体４がそれ以上移動して転動室６の長軸方向の端部１６に当接するのが阻止される。このため、転動体４が端部１６に当接することで生じる、例えば打音の発生を防止又は低減することができる。

また、回転体２が定常回転の状態では、図２に示すように、遠心力により転動体４が転動面５の中央の位置５ａに押し付けられた状態となっている。このとき、転動体４は、実際には中央の位置５ａに維持されておらず、転動面５に沿って僅かに揺動した状態となっている。しかし、切欠き部１１は、転動体４に対して揺動方向にクリアランスＣ１，Ｃ２をもっている。このため、前述した揺動により直線部１１ａ，１１ｂに当接して生じる、例えば打音の発生を防止又は低減することができる。

さらに、回転体２が低回転で回転している場合、転動体４には、十分な遠心力が作用していない。この場合、転動体４は、例えば回転体２が時計方向に低回転して、転動室７が回転体２の回転方向での最上部に到った後に下降し始めると、転動室７の上下方向での向きが反転するため、転動室７内で最下部に向けて落下しようとする。転動体４は、回転体２が下降し始める時に、慣性力により転動室７内で回転体２の回転方向とは逆方に向けて移動して連結部材９を反時計方向に回転させる。転動体４は、クリアランスＣ３の分だけ移動する手前で、第１当接部１３ａと第２当接部５ｂとで挟まれて、前述した逆方への移動が阻止される。このため、転動体４は、転動室７内で落下して直接に転動面５又は内壁面１４に当接することが阻止される。これにより、回転体２が低回転時に生じる、例えば打音の発生を防止又は低減することができる。

図４は、捩り振動低減装置の別の実施形態を示す説明図である。図４に示すように、捩り振動低減装置１７は、図１で説明したと同様に、回転体２、複数の転動体３，４、及び連結部材９等で構成されている。なお、図１で説明したと同一又は同様の部材には、同じ符号を付与してここでの詳しい説明を省略する。

図４に示す実施形態では、図１で説明した切欠き部１０，１１の代わりに、レーストラック形状をした長孔１８，１９が連結部材９に設けられている。長孔１８，１９には、転動体３，４に設けられた連結ピン２０，２１が所定の隙間をもって挿入されている。連結ピン２０，２１は、転動体３，４の側面２２から突出しており、側面２２から見た輪郭円形の中心が転動体３，４の輪郭円形の中心に一致して設けられている。なお、必ずしも一致させる必要なはく、ずらしてもよい。また、連結部材９を、回転体２を挟んだ両側に設けてもよい。この場合、連結ピン２０，２１を転動体３，４の両側に設ければよい。長孔１８，１９は、連結部の一例である。

図５は、図４に示した転動体を含む要部の位置関係を示す説明図であり、回転体の高回転で回転している状態を示す。長孔１９は、長板状の連結部材９の長手方向に長く形成されており、長手方向の両端に曲面２４，２５と、曲面２４，２５を繋ぐ直線部１９ａ，１９ｂとをもっている。曲面２４，２５は、転動体４の径よりも小径で作られた円弧面となっている。一方の曲面２４は、他方の曲面２５に対して回転軸Ｏ側（内側）に配置され、連結ピン２０に当接して転動体４のそれ以上の移動を阻止するストッパーの作用をする。なお、曲面２４は、第２曲面の一例である。また、曲面２４，２５は、円弧面に限らず、楕円弧をもつ曲面や、放物線と略等しい凹状を成す曲面でもよい。

転動体４は、前述したように、定常回転の状態の時に転動面５の中央の位置５ａに接触した状態となる。この状態の時に、長孔１９は、連結ピン２１と直線部１９ａ，１９ｂとの間のうちの転動体４の転動方向に沿った間に所定のクリアランスＣ４，Ｃ５をもっている。また、長孔１９は、定常回転の状態の時に、連結ピン２１の中心と回転体２の回転軸Ｏとを通る直線Ｑ上にて、曲面２４と連結ピン２１との間に所定のクリアランスＣ６をもつように形状が決められている。なお、他の長孔１８も長孔１９と同一又は同様な構成になっているため、ここでは長孔１８の詳しい説明を省略する。

クリアランスＣ４，Ｃ５は、回転体２が定常回転の状態の時に、転動体４が転動方向に僅かに揺動することで直線部１９ａ，１９ｂに当接して、例えば打音を発生させることを防止又は低減するためのものである。曲面２４は、例えば回転体２が定常回転の状態の時にトルクの変動が生じると、転動体４が転動室７内で慣性力により回転体２の回転方向とは逆の方向に移動して転動室７の内壁に当接するのを防ぐストッパーの作用をなす。クリアランスＣ６は、円弧面１３がストッパーとして作用するまでの間で、転動体４の転動を許容して捩り振動を低減するための遊びとなっている。クリアランスＣ６は、クリアランスの一例である。

図６は、図４に示した転動体を含む要部の位置関係を示す説明図であり、回転体が高回転で回転して転動体にかかる遠心力が小さい状態を示す。図６に示すように、長孔１９は、転動体４が中央の位置５ａと長軸方向の端部１６との間で転動している時に、曲面２４が連結ピン２１に接触することができる形状になっている。

図５で説明したクリアランスＣ６は、図６に示すように、転動体４が転動面５に沿って所定の角度θ分だけ移動した時に、回転体２の径方向での転動体３の移動量Ｙ２に等しい。

転動体４は、例えば回転体２が回転軸Ｏを中心として時計方向Ａに回転している時にトルクの変動が生じると、転動面５が中央の位置５ａから反時計方向に向けて移動する。そして、転動体４は、クリアランスＣ６の分だけ移動する手前で、連結ピン２１が長孔１９の曲面２４に接触する。この状態になると、転動体４は、曲面２４の第３当接部２４ａと転動面５の第４当接部５ｃとで挟まれて反時計方向への移動が阻止される。これにより、転動体４は、それ以上移動して転動室６の長軸方向の端部１６に当接するのが阻止される。このため、回転体２のトルク変動時の、例えば打音の発生を防止又は低減することができる。

また、回転体２が定常回転の状態では、図５に示すように、遠心力により転動体４が転動面５の中央の位置５ａに押し付けられた状態となっている。このとき、転動体４は、転動面５に沿って僅かに揺動している。しかし、長孔１９は、転動体４との間にクリアランスＣ４，Ｃ５をもっているため、前述した揺動により長孔１９の直線部１９ａ，１９ｂに当接して生じる、例えば打音の発生を防止又は低減することができる。

さらに、転動体４は、回転体２が時計方向Ａに低回転で回転している場合、転動室７が回転体２の回転方向での最上部に到った後に下降し始めると、転動室７の上下方向での向きが反転するため、転動室７内で最下部に向けて落下しようとする。転動体４は、回転体２が下降し始める時に、慣性力により転動室７内で回転体２の回転方向とは逆方に向けて移動して連結部材９を反時計方向に回転させている。このとき、転動体４は、クリアランスＣ６の分だけ移動する手前で、曲面２４の第３当接部２４ａと転動面５の第４当接部５ｃとで挟まれて、前述した逆方への移動が阻止される。このため、転動体４は、転動室７内で落下して転動面５を含む内面に、例えば直接に落下することが阻止される。これにより、回転体２が低回転時に生じる、例えば異音の発生を防止又は低減することができる。

さらに、長孔１９の曲面２４は、図１で説明した切欠き部１０，１１と比べて回転体２の径方向の外側に位置し、かつ円弧面１３に対して曲率が小さい。このため、転動体４が転動室７の端部に向けて移動した時に、図３で説明した実施形態での円弧面１３と転動面５との隙間に対して、図６で説明した実施形態では、曲面２４と転動面５との隙間を狭く設定することができる。このため、転動体４が径方向で揺動することを低減することができる。つまり、転動体４を転動面５との間で挟み込む前に、連結ピン２１が曲面２４に当接して跳ね返り、次に転動体４が反対側の転動面５に当接して再び跳ね返る等の跳ね返り作用を抑制することができる。これにより、転動面５等に再び当接することで生じる、例えば打音を抑制することができる。

以上、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、クランクシャフトの捩り振動を低減するように構成されているが、特に、この捩り振動低減装置の対象とする部材が限定されるものではなく、要は回転体の捩り振動を低減することができればよい。したがって、例えば、トルクコンバータや変速機の入力軸あるいは出力軸など種々の回転体に設けることができる。また、その捩り振動は内燃機関による燃焼を要因とするものでなくてもよい。

１，１７…捩り振動低減装置、 ２…回転体、 ３，４…転動体、 ５…転動面、 ５ａ…中央の位置、 ５ｂ…第２当接部、 ５ｃ…第４当接部、 ６，７…転動室、 ９…連結部材、 １０，１１…切欠き部、 １１ａ，１１ｂ，１９ａ，１９ｂ…直線部、 １３…円弧面、 １３ａ…第１当接部、 １８，１９…長孔、 ２０，２１…連結ピン、 ２４，２５…曲面、 ２４ａ…第３当接部、 Ｃ１〜Ｃ６…クリアランス。

Claims (1)

1. 第１曲面をもつ転動室が周方向に複数設けられた回転体と、前記転動室に収容され前記第１曲面により転動可能に支持される複数の振子部材と、第２曲面を有する複数の連結部が設けられ前記複数の連結部により前記振子部材同士を連結する連結部材と、を具えた捩り振動低減装置において、
   前記第１曲面は、楕円弧を含み、
   前記連結部は、前記振子部材が前記第１曲面のうちの前記振子部材が転動する転動方向における中央の位置にある時に前記第２曲面との間に所定のクリアランスをもち、かつ前記振子部材が前記楕円弧を構成する短軸方向の端部と長軸方向の端部との間に位置した時に、前記振子部材が前記第２曲面に接触することができるように構成されている、ことを特徴とする捩り振動低減装置。

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