JP2017125540A

JP2017125540A - 振動減衰装置

Info

Publication number: JP2017125540A
Application number: JP2016004408A
Authority: JP
Inventors: 栄作鈴木; Eisaku Suzuki; 井上　英司; Eiji Inoue; 英司井上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2036-01-13
Also published as: JP6707864B2

Abstract

【課題】遠心振り子ダンパと弾性ダンパの制振性能を共に向上させつつ、小型化が図ることのできる振動減衰装置を提供する。【解決手段】振動減衰装置１００は、トルクを受けて回転する回転体１１と、回転体１１の外周縁に沿って設けられ、トルクの変動により回転体１１の周方向に弾性体が弾性伸縮する弾性ダンパ１３と、回転体１１に設けられ、回転体１１の回転方向に揺動可能に支持された振り子２５を有する遠心振り子ダンパ１５とを備える。振り子２５の少なくとも一部は、回転体１１の回転軸線の方向に弾性ダンパ１３と重なって配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、振動減衰装置に関する。

エンジンから被駆動部材に至る動力伝達経路に振動減衰装置を設け、振動を低減する技術が知られている（特許文献１〜６参照）。特許文献１に開示される図６のトルク伝達装置５０１は、内燃機関の出力軸に結合可能な第１のはずみ質量体５０３と、クラッチを介して変速機に対して連結・遮断可能である第２のはずみ質量体５０５とが設けられる。両はずみ質量体は、その間に配置された減衰装置５０７の作用に抗して互いに相対回動可能に支承される。減衰装置５０７は、環状の室５１１内に収納され、周方向で有効となる弾性ダンパ５０９を備える。環状の室５１１には、全周にわたって分配された２つのセグメント状の減衰器質量体（振り子）５１３ａ、５１３ｂが収容される。振り子５１３ａ、５１３ｂは、一方のはずみ質量体の少なくとも１つの回転体状の構成部分５１５に支持されている。
特許文献２に開示される振動低減装置も同様に、弾性ダンパと、揺動可能に支持された振り子の揺動により振動を減衰する遠心振り子ダンパとが設けられている。

特許文献３に開示される図７の流体トルクコンバータ５１７は、内燃機関によって駆動される図示しないポンプインペラが、タービンランナ５１９を駆動する。タービンランナ５１９は、タービンダンパ５２１の入力部５２３に接続される。タービンダンパ５２１の出力部５２５は、図示しないトランスミッション入力軸に接続される。タービンダンパ５２１は、中間フランジ５２９に設けられた、圧縮コイルばね５３１により形成される弾性ダンパ５２７備える。また、中間フランジ５２９には、一対の振り子５３５を有する遠心振り子ダンパ５３３が配置される。一対の振り子５３５は、中間フランジ５２９の外周部における半径方向外側に、周方向に分配して配置されている。

特許文献４に開示される力伝達装置も特許文献３と同様に、ハブに結合された中間フランジにばねユニットが設けられ、中間フランジの外周側に遠心振り子ダンパが設けられている。

特許文献５に開示される遠心振り子ダンパを備えるトーショナルバイブレーションダンパは、図示は省略するが、振り子が、フランジ部材の外周側で、周方向に複数に分配されて配置される。この場合の振り子は、フランジ部材内に形成された運動軌道内に収容された質量部材であり、周方向及び半径方向の制限された範囲でフランジ部材に対して移動可能となっている。
特許文献６に開示される自動車のトランスミッション用の遠心振り子ダンパは、図示は省略するが、軸を中心として旋回可能な回転体状の支持体に、少なくとも１つの振り子が可動に取り付けてある。

特開２００３−４１０１号公報特開２０１１−２０８７７４号公報特開２０１０−２５５８５３号公報特表２０１１−５０４９８７号公報特表２０１１−５２２１８５号公報特表２０１５−５１４９４１号公報

特許文献１、２の振動減衰装置は、回転体の半径方向外側に弾性ダンパを配置し、内側に遠心振り子ダンパの振り子を配置する構成となっている。そのため、弾性ダンパと回転体中心との間の限られたスペースに振り子を配置しなければならず、振り子形状や振り子長（回転軸中心から振り子重心までの距離）が制限され、遠心振り子ダンパの制振性能が低下する。
特許文献３、４の振動減衰装置は、回転体の半径方向外側に遠心振り子ダンパを配置し、半径方向内側に弾性ダンパを配置する構成となっている。そのため、弾性ダンパの周長を長く取れず、減衰性能が低いという問題がある。
特許文献５、６の振動減衰装置は、回転体の外周縁に遠心振り子ダンパを配置する構成である。そのため、弾性ダンパを振り子の外側に配置するか、内側に配置するかのどちらかしか選択できない。振動減衰装置の外径を一定とした場合、弾性ダンパを振り子の外側に配置すれば、限られたスペースに振り子を配置しなければならず、上記同様に遠心振り子ダンパの制振性能が低下する。また、外周縁に振り子を配置すれば、弾性ダンパの周長を長く取れず、上記同様に減衰性能が低下する。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、遠心振り子ダンパと弾性ダンパの制振性能を共に向上させつつ、小型化が図ることのできる振動減衰装置を提供することにある。

本発明は下記構成からなる。
トルクを受けて回転する回転体と、
前記回転体の外周縁に沿って設けられ、前記トルクの変動によって前記回転体の周方向に弾性体が伸縮する弾性ダンパと、
前記回転体に設けられ、前記回転体の回転方向に揺動可能な振り子を有する遠心振り子ダンパと、
を備え、
前記振り子の少なくとも一部は、前記回転体の回転軸線の方向に前記弾性ダンパと重なって配置されていることを特徴とする振動減衰装置。

本発明の振動減衰装置によれば、遠心振り子ダンパと弾性ダンパの制振性能を共に向上させつつ、小型化が図れる。

第１構成例の振動減衰装置の斜視図である。図１に示した振り子の斜視図である。図１に示した振動減衰装置の半径方向の断面図である。図１に示した振動減衰装置の回転軸方向から見た一部拡大正面図である。変形例の振動減衰装置の斜視図である。弾性ダンパが遠心振り子ダンパの外側に配置される従来の振動減衰装置の要部断面図である。遠心振り子ダンパが弾性ダンパの外側に配置される従来の振動減衰装置の要部断面図である。

以下、本発明の各構成例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１構成例の振動減衰装置の斜視図である。
本構成の振動減衰装置１００は、エンジンから駆動輪等の被駆動部材に至る動力伝達経路に設けられる。上記エンジンとは、内燃機関であり、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジン等が挙げられる。このエンジンにはクランクシャフトが備えられ、このクランクシャフトにトルクが出力される。

エンジンのクランクシャフトは、トルクコンバータが接続され、このトルクコンバータの出力軸には被駆動部材が接続される。このクランクシャフトから被駆動部材までの間の動力伝達経路に、振動減衰装置１００が直列に配置される。以下、一例として振動減衰装置１００が、クランクシャフト下流側のフライホイールに設けられる場合を説明する。

振動減衰装置１００は、回転体１１と、弾性ダンパ１３と、遠心振り子ダンパ１５と、を有する。この振動減衰装置１００は、動吸振器（dynamic vibration absorber：DVA）として機能する。

動吸振器は、補助的な質量体を、振動対象物にばね等を経由して取り付けることにより、振動対象物の固有振動数周辺での共振現象を抑制する。動吸振器は、補助質量体が対象物の振動を肩代わりして振動することで、振動対象物の振動を抑制する。

クランクシャフトには、シャフト外周に固定された筒状のハブに、慣性モーメントを発生するフライホイール（はずみ車）が固定される。振動減衰装置１００は、例えばこのフライホイールに組み込むことができる。

一般に、フライホイールは、相対回転可能な第１フライホイールと第２フライホイールで構成される。第１フライホイールは、上記のハブに固定されてエンジンからの回転トルクにより回転駆動される。第２フライホイールは、第１フライホイールと相対回転可能に同心で取り付けられる。

第１フライホイールの内周には環状室が形成され、環状室には、周方向に沿って弾性体である一対の圧縮コイルばね１７を含む振動減衰装置１００が収容される。

第２フライホイールには、振動減衰装置１００を構成する、外周縁が略円形の回転体１１が一体に取り付けられる。回転体１１の半径方向両端の外周には、半径方向外側に突出する脚部２１Ａ，２１Ｂが形成される。この脚部２１Ａ，２１Ｂは、第１フライホイールに軸方向へ突出して設けられた図示しないばね座凸部と対面配置される。脚部２１Ａ，２１Ｂは、ばね座凸部に当接する圧縮コイルばね１７の端部において、第１フライホイールの回転トルクに応じて圧縮コイルばね１７を押し縮める。つまり、第２フライホイールは、ハブに対して相対回転する場合、圧縮コイルばね１７を圧縮する。

これにより、クランクシャフトからの回転トルクは、第１フライホイールから圧縮コイルばね１７を経由して回転体１１に伝達される。回転体１１はトルクを受けて回転し、第２フライホイールを回転駆動する。そして、エンジントルクが変動すると、その変動が圧縮コイルばね１７の弾性による伸縮によって、吸収もしくは緩和される。

この回転体１１には、外周縁２３に沿って複数（本構成では合計４つ）の遠心振り子ダンパ１５が円周方向に等間隔で設けられる。遠心振り子ダンパ１５は、それぞれ回転体１１に、回転体１１の回転方法に揺動可能に支持された振り子２５を有する。

振り子２５は、金属製の質量体であり、揺動動作によって振動を減衰する。本構成の振り子２５は、少なくとも一部が回転体１１の回転軸線の方向に弾性ダンパ１３の圧縮コイルばね１７と重なって配置される。また、振り子２５は、回転体１１の外周縁２３に揺動可能に支持される。

図２は図１に示した振り子の斜視図である。
振り子２５は、一対の側板部２６Ａ，２６Ｂと、これら側板部２６Ａ，２６Ｂの一辺同士を接続する底板部２８とを有する。側板部２６Ａ，２６Ｂは、回転体１１の円周方向に沿う両端部に、それぞれ一対の揺動支持腕２７を有する。これら揺動支持腕２７の先端には軸穴２９が形成される。

この振り子２５は、一対の側板部２６Ａ，２６Ｂの間の空間が、圧縮コイルばね１７を収容するばね収容凹部３１となる。また、振り子２５の底板部２８は、回転体１１に組み付けた際に、圧縮コイルばね１７よりも回転体１１の半径方向外側に配置される。

図３は図１に示した振動減衰装置の半径方向の断面図である。
回転体１１の外周縁２３を挟んで対向する一対の揺動支持腕２７には、支持軸３３の両端がそれぞれ固定される。支持軸３３は、１つの振り子２５に２本設けられる。回転体１１の外周縁２３には、それぞれの支持軸３３を貫通させるガイド孔３５が形成される。

回転体１１とそれぞれの揺動支持腕２７との間には、振り子２５の回転体厚み方向の移動を規制するカラー３７が設けられる。振り子２５は、同じ支持軸３３が挿通される一対の揺動支持腕２７の中間位置に、回転体１１の厚み方向の中心Ｄｃが一致させるように位置決めされる。また、圧縮コイルばね１７は、コイル断面の円形の中心Ｃｃが、中心Ｄｃを通るように位置決めされる。これにより、回転体１１に取り付けられた遠心振り子ダンパ１５と弾性ダンパ１３には、回転軸と直交する方向に遠心力が安定して作用する。

図４は図１に示した振動減衰装置の回転軸方向から見た一部拡大正面図である。
ガイド孔３５は、回転体１１の回転軸を中心とした円弧形状、サイクロイド曲線やエピサイクロイド曲線に沿った形状に形成される。振り子２５は、支持軸３３をガイド孔３５に貫通することで、回転体１１の外周縁２３に取り付けられる。これにより、振り子２５は、支持軸３３がガイド孔３５に沿って移動する範囲で、回転体１１に対して揺動可能となる。

振動減衰装置１００は、振り子２５の重心が圧縮コイルばね１７より半径方向外側に配置されることで、同重量の振り子２５が内側に配置される構成よりも制振性能が向上する。即ち、トルク変動を打ち消すトルクが増加する。

このトルクＱは、次式により得られる。
Ｑ＝ｍω^２ＲＬβ
但し、
ｍ：質量
ω：角速度
β：振り角
Ｒ：回転軸中心から揺動中心までの径方向距離
Ｌ：揺動中心から振り子２５の重心までの距離
である。

遠心振り子ダンパ１５は、振り子２５を同重量とした場合でも、距離Ｒ、Ｌを大きくすることで、トルク変動を打ち消すトルクが増加する。つまり、ダンパの制振性能は、距離Ｒ、Ｌが伸びることにより向上する。

本構成の振動減衰装置１００は、弾性ダンパ１３の圧縮コイルばね１７を、回転体１１と遠心振り子ダンパ１５の間に配置することで、遠心振り子ダンパ１５と弾性ダンパ１３の制振性能が共に向上する。

図４に示すように、遠心振り子ダンパ１５は、回転体１１と一体に回転するため、遠心振り子ダンパ１５は、振り子２５の質量によって振動減衰特性が変化する。そのため、遠心振り子ダンパ１５に入力される振動の振幅に基づいて、振り子２５の質量、個数等が決定される。

例えば、エンジンを駆動源とする車両において、エンジンで燃料が燃焼してクランクシャフトからトルクが出力されると、そのトルクは弾性ダンパ１３及び遠心振り子ダンパ１５を経由して、トルクコンバータに伝達される。その場合、エンジンの特性により、クランクシャフトから出力されるトルクに変動が生じたり、回転軸線を中心とする捻り振動が生じたりする。例えば、エンジンが、燃焼効率が相対的に良好な領域で運転されると、爆発力が増すためトルク変動幅が相対的に大きくなる。

エンジンにこのようなトルク変動が生じると、弾性ダンパ１３は、圧縮コイルばね１７が伸縮して振動を吸収もしくは緩和する。弾性ダンパ１３は、振動の周波数が高いほど、振動吸収機能が高い。また、弾性ダンパ１３は、圧縮コイルばね１７の伸縮により振動を減衰する構成であるため、入力されるトルクの振幅が相対的に大きくても、ばね定数の設計によりその振動を減衰できる。

また、遠心振り子ダンパ１５は、入力されるトルクに変動が生じて、回転体１１が円周方向に振動すると、回転体１１の振動よりも遅れて振り子２５がガイド孔３５に沿って揺動する。この振り子２５の揺動動作は、クランクシャフトの回転速度に依存する振動を低減させる。遠心振り子ダンパ１５は、弾性ダンパ１３とは振動吸収特性が異なり、トルク変動の周波数には依存しておらず、回転軸の回転速度に依存する。このため、弾性ダンパ１３では吸収できない周波数の振動が、遠心振り子ダンパ１５により吸収され、高い制振性能が得られる。

このようにして、エンジンから出力されたトルクは、弾性ダンパ１３及び遠心振り子ダンパ１５を経由して、振動が減衰された状態でトルクコンバータに伝達される。そして、トルクコンバータから変速機のインプットシャフトに伝達され、変速機から出力されたトルクは、駆動輪に伝達されて安定した車両の駆動力を発生させる。

本構成の振動減衰装置１００は、回転体１１の回転軸線の方向に関して、弾性ダンパ１３と重なって振り子２５が配置される。振り子２５は、弾性ダンパ１３の外側を包囲して配置されるため、その形状に制限を持たない。すなわち、振り子２５は、弾性ダンパ１３の外側を覆うことで、半径方向外側に向かって変位しても、弾性ダンパ１３と干渉することがない。その結果、振り子２５は、円周方向や、半径方向外側に突出する形状の設計自由度を高められる。

また、本構成の振り子２５は、同重量の場合、半径方向内側に配置したものと比較して、回転中心軸線からの距離を伸ばせるので制振性能が向上する。

また、振り子２５は、弾性ダンパ１３の圧縮コイルばね１７と、回転体１１の径方向に関して同じ位置に配置される。しかし、本構成の振り子２５は、圧縮コイルばね１７を包囲して設けられ、内側が凹んだ形状（ゆりかご形状）である。そのため、回転体１１の円周方向に関しては、弾性ダンパ１３と干渉することがない。よって、圧縮コイルばね１７は、回転体１１の外周縁２３に沿って、円弧形状で長い範囲にわたって配置可能となる。したがって、弾性ダンパ１３は、回転体１１の外周縁２３に沿った長い圧縮コイルばね１７により、弾性ダンパ１３の減衰性能を容易に向上させることができる。

以上より、振動減衰装置１００は、振り子２５を弾性ダンパ１３の外側に配置しつつ、弾性ダンパ１３の円弧長を長くできる。しかも、小さいスペースに振り子２５及び弾性ダンパ１３を共に収容でき、外形を小型化できる。

したがって、本構成の振動減衰装置１００によれば、小型化を図りつつ、遠心振り子ダンパ１５と、弾性ダンパ１３の減衰性能を共に向上できる。すなわち、遠心振り子ダンパ１５と弾性ダンパ１３は、省スペースな配置でありながら、いずれか一方のダンパ機能を犠牲することなく、共に最適な状態で機能させることが可能となる。

次に、上記した振動減衰装置１００の変形例を説明する。
図５は変形例の振動減衰装置の斜視図である。
変形例の振動減衰装置１００Ａは、遠心振り子ダンパ１５Ａが、一対の揺動支持板３９を有する。一対の揺動支持板３９は、回転体１１の外周縁２３に沿った円弧状に形成される。揺動支持板３９は、回転体１１の外周縁２３に固定される基部４１と、基部４１から外周縁２３の半径方向外側に張り出す支持板部４３とからなる。支持板部４３は、基部４１よりも薄肉で形成され、圧縮コイルばね１７との干渉を回避している。

この支持板部４３には、上記同様のガイド孔３５が形成される。振り子２５は、この支持板部４３のガイド孔３５に支持軸３３を貫通させて、回転体１１に揺動可能に取り付けられる。支持軸３３は、支持板部４３を貫通した背面で、支持板部４３から抜け止めされる。つまり、支持軸３３は、一対の揺動支持板３９にわたって貫通されない。これにより、振り子２５は、支持軸３３が、回転体１１の半径方向における圧縮コイルばね１７と重なる位置に配置可能となる。

この振動減衰装置１００Ａによれば、圧縮コイルばね１７の両脇側に配置した支持板部４３が揺動支持腕２７を支持するので、揺動支持腕２７と圧縮コイルばね１７との接触を回避できる。その結果、遠心振り子ダンパ１５Ａの振り子２５を、圧縮コイルばね１７と干渉させることなく、図２に示す距離Ｒを更に延長でき、制振性能をより向上できる。

上記の揺動支持板３９は一例であって、他の形状の部材を用いて、前述の距離Ｒ，Ｌを適宜、変更することができる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

例えば、振り子２５は、回転体１１の外周縁２３を挟んで対向する一対の揺動支持腕２７を２組備えた構成に限らず、１組の揺動支持腕２７で回転体１１に支持される構成であってもよい。
また、上記構成例では、振動減衰装置をフライホイールに設ける場合を例に説明したが、これに限らない。振動減衰装置は、その他、エンジンから被駆動部材に至る動力伝達経路、例えばトルクコンバータのフロントカバーや動力伝達軸等に、弾性ダンパ１３及び遠心振り子ダンパ１５を備えた回転体１１を一体回転するように設けてもよい。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）トルクを受けて回転する回転体と、
前記回転体の外周縁に沿って設けられ、前記トルクの変動によって前記回転体の周方向に弾性体が伸縮する弾性ダンパと、
前記回転体に設けられ、前記回転体の回転方向に揺動可能な振り子を有する遠心振り子ダンパと、
を備え、
前記振り子の少なくとも一部は、前記回転体の回転軸線の方向に前記弾性ダンパと重なって配置されていることを特徴とする振動減衰装置。
この振動減衰装置１００によれば、遠心振り子ダンパ１５の振り子２５と弾性ダンパ１３とが、共に回転体１１の外周縁２３に配置される。このため、振り子２５は、回転体１１の回転中心軸線からの距離を伸ばせ、弾性ダンパ１３は、回転体１１の外周縁２３に沿って長く配置できる。その結果、双方の振動減衰効果を共に高められる。

（２）（１）の振動減衰装置であって、前記遠心振り子ダンパは、前記回転体の外周縁の回転軸方向両面を挟んで前記外周縁に揺動可能に支持される少なくとも一対の揺動支持腕を有し、
前記一対の揺動支持腕の間に、前記弾性ダンパが配置されたことを特徴とする振動減衰装置。
この振動減衰装置１００によれば、遠心振り子ダンパ１５の振り子２５が、回転体１１の半径方向内側へ向けて延出された一対の揺動支持腕２７を有し、揺動支持腕２７は、回転体１１の外周縁２３を軸方向両面から挟むように、外周縁２３に揺動可能に支持される。つまり、振り子２５は、内側が凹んだ形状（ゆりかご形状）に形成され、振り子２５内の空間に弾性ダンパ１３が内包される。そのため、振り子２５は、形状に制限を持たず、設計自由度が高くなる。これにより、小さいスペースに振り子２５及び弾性ダンパ１３を収容でき、振動減衰装置１００を小型化できる。

１１回転体
１３弾性ダンパ
１５遠心振り子ダンパ
１７圧縮コイルばね（弾性体）
２３外周縁
２５振り子
２７揺動支持腕
１００振動減衰装置

Claims

トルクを受けて回転する回転体と、
前記回転体の外周縁に沿って設けられ、前記トルクの変動によって前記回転体の周方向に弾性体が伸縮する弾性ダンパと、
前記回転体に設けられ、前記回転体の回転方向に揺動可能な振り子を有する遠心振り子ダンパと、
を備え、
前記振り子の少なくとも一部は、前記回転体の回転軸線の方向に前記弾性ダンパと重なって配置されていることを特徴とする振動減衰装置。