JP2018204760A - トーショナルダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトテンションの偏りによって生ずる振動リングの傾きを防止すること。【解決手段】自動車のエンジンに設けられたクランクシャフトなどの回転軸に固定されるハブ１１１は、回転軸と同心になる円周上に外周面１１６を有し、ゴム状弾性体１２１を介して振動リング１３１を連結している。振動リング１３１は、例えばエンジンの補機類などに動力を伝達するために、無端ベルトを巻き掛けるベルト溝１４１を外周面に有している。ベルト溝１４１は、振動リング１３１の軸方向の一端側に寄った位置と他端側に寄った位置とでそれぞれ溝数が異なる二組用意されている（低トルク用溝１４１ａ、高トルク用溝１４１ｂ）。ゴム状弾性体１２１は、溝数が多い高トルク用溝１４１ｂの側と同一方向の端部側で抉り方向のばね定数が大きくなるように、ハブ１１１と振動リング１３１との間に圧縮状態で介在する。【選択図】図１

Description

本発明は、プーリの機能を有するトーショナルダンパに関する。

車両に用いられるエンジンにおいては、回転軸であるクランクシャフトに捩り振動が発生する。そこで従来、クランクシャフトの一端にトーショナルダンパを取り付け、捩り振動を低減するようにしている。

クランクシャフトに取り付けられるトーショナルダンパは、一般的に、プーリの機能も担っている（例えば特許文献１の第１頁第１８行目〜第２頁第１１行目参照）。つまり外周面に無端ベルトが巻き掛けられ、無端ベルトを介して補機類に動力を伝達する。特許文献１の第１図に示されているように、複数本の無端ベルトをトーショナルダンパに掛け渡し、複数種類の補機類に動力を伝達することも従来から行われている。

図３（ａ）に例示するように、複数本のベルトを掛け渡すことができるトーショナルダンパ１は、回転軸（図示せず）に固定されるハブ１１にゴム状弾性体２１を介して連結される振動リング３１の外周面に、複数組のベルト溝４１を設けている。このトーショナルダンパ１の場合、溝数が少ないベルト溝４１ａと、溝数が多いベルト溝４１ｂとの二組のベルト溝４１を有している。これらの二組のベルト溝４１ａ，４１ｂにはそれぞれ別の無端ベルト（図示せず）が巻き掛けられ、異なる種類の補機類に対する動力の伝達が可能である。

一般的には、動力伝達トルクの大小に応じて、補機類とベルト溝４１ａ，４１ｂとの対応関係が決定される。例えばウォーターポンプのような動力伝達トルクが比較的小さな補機については、溝数が少ないベルト溝４１ａに巻き掛けた無端ベルトを介して動力を伝達する。これに対してＩＳＧ（Integrated Starter Generator）と呼ばれているモータ機能付き発電機のような動力伝達トルクが比較的大きな補機については、溝数が多いベルト溝４１ｂが利用され、このベルト溝４１ｂに巻き掛けた無端ベルトを介して動力を伝達する。

実開昭６０−１０９４１号公報

動力伝達トルクが大きな補機類に動力を伝達するに際しては、無端ベルトの張力、つまりベルトテンションも自ずと大きくなる。ベルトテンションが大きくなったとしても、トーショナルダンパに単一の無端ベルトしか巻き掛けないのであれば、ベルトテンションによってトーショナルダンパに加えられる荷重に、軸方向の偏りは生じない。

これに対して図３（ａ）に例示するようなトーショナルダンパ１を用いた場合、軸方向の一端側と他端側とにかかる荷重に偏りが生ずる。溝数が少ないベルト溝４１ａは、動力伝達トルクが比較的小さな補機類への動力伝達用に利用されるのに対して、溝数が多いベルト溝４１ｂは、動力伝達トルクが比較的大きな補機類への動力伝達用に利用されることから、ベルト溝４１ａの側とベルト溝４１ｂの側とでは、トーショナルダンパ１に加えられるベルトテンションに差が生ずるからである。より詳しくは、動力伝達トルクが比較的大きな補機類に対応する溝数が多い方のベルト溝４１ｂの側には、相対的に強いベルトテンションがかかり、大きな荷重が加えられることになる。

このため図３（ｂ）に示すように、ベルト溝４１ａの側よりもベルト溝４１ｂの側においてゴム状弾性体２１は大きく圧縮され、振動リング３１に傾きが発生する。図３（ｂ）は、紙面中、上方から下方に向けてベルトテンションがかかっている状態を表しており、Ｘ１は回転軸（図示しない）の軸心、Ｘ２は傾きを生じた振動リング３１の軸心をそれぞれ示している。同図により、振動リング３１が傾いているのがわかる。

こうして振動リング３１が傾くと、ベルト溝４１ｂの側において、ゴム状弾性体２１の端部（図３（ｂ）中、符号ｅで示す）が局所的に圧縮される。その結果この部分ｅに極端な摩耗が発生し、ゴム状弾性体２１の耐久性を低下させることになるため、改善が必要である。

本発明の課題は、ベルトテンションの偏りによって生ずる振動リングの傾きを防止することである。

本発明のトーショナルダンパは、回転軸に固定され、前記回転軸と同心になる円周上に外周面を有するハブと、前記ハブの外周面よりも大径の内周面を有する円環状の振動リングと、無端ベルトを巻き掛けるために前記振動リングの外周面に設けられ、その軸方向の一端側に寄った位置と他端側に寄った位置とでそれぞれ溝数が異なる二組のベルト溝と、前記ベルト溝の溝数が多い側と同一方向の端部側で反対方向の端部側よりも抉り方向のばね定数が大きくなるように、前記ハブと前記振動リングとの間に圧縮状態で介在するゴム状弾性体と、を備えることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、振動リングの傾きによるゴム状弾性体の偏摩耗を抑制し、その耐久性を高めることができる。

実施の一形態として、上半分のみを示すトーショナルダンパの縦断側面図。 ゴム状弾性体を介在させたハブと振動リングとの連結部分を拡大して示す縦断側面図。 トーショナルダンパの従来の一例として、（ａ）は上半分のみを示す縦断側面図、（ｂ）はベルトテンションがかかったときの縦断側面図。

実施の一形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、車両に搭載されるエンジンのクランクシャフト（すべて図示せず）に固定され、各種の補機類に動力を伝達するプーリＰの機能を備えたトーショナルダンパへの適用例である。動力を伝達する各種の補機類は、例えばウォーターポンプやモータ機能付き発電機（ＩＳＧ：Integrated Starter Generator）、エアコン用コンプレッサ等である。

図１に示すように、トーショナルダンパ１０１は、ハブ１１１にゴム素材のゴム状弾性体１２１を介して円環状の振動リング１３１を連結し、振動リング１３１の外周面に、ベルト溝１４１を設けている。

ハブ１１１は、回転軸であるエンジンのクランクシャフトに固定されるボス１１２を中心位置に備え、ボス１１２から径方向外方に向けて立ち上げられたステー１１３を介してリム１１４を設けている。

ボス１１２は円筒状をした部材であり、回転軸を嵌合させるための取付孔１１２ａを中心に有している。ハブ１１１は、取付孔１１２ａに嵌合させた回転軸の一端部をボルト（図示せず）で固定することで、回転軸に固定される。この状態でボス１１２は、その軸心Ａ１を回転軸の回転中心である軸心Ｘ１に一致させ、回転軸の回転に伴いぶれることなく回転する。

ステー１１３は円盤状をした部材であり、その立ち上げ方向は、ボス１１２の軸心Ａ１、つまり回転軸の軸心Ｘ１に対して直交する方向である。ステー１１３は複数個の軽減孔１１５を有している。これらの軽減孔１１５は、ボス１１２の軸心Ａ１と同心の円周上に等間隔で配列されている。

リム１１４は、ステー１１３の端部からハブ１１１の軸方向に沿って延出する円環状の部材であり、ボス１１２の軸心Ａ１と同心上に配置されている。したがってリム１１４の外周面１１６は、ボス１１２の軸心Ａ１と軸心Ｘ１を一致させる回転軸と同心の円周上に位置づけられる。もっともリム１１４の外周面１１６の直径は一定ではなく、軸方向のほぼ中央位置では、リム凹部１１７によって直径が短くなっている。リム凹部１１７は、振動リング１３１とともにコンボリューション部Ｃを形成するためのもので、その詳細は後述する。

ボス１１２とステー１１３とリム１１４とからなるハブ１１１は、例えば金属を材料として一体に形成されている。

ゴム状弾性体１２１は、直径が均一な円環状の部材であり、リム１１４と振動リング１３１との間に介在し、これらのリム１１４と振動リング１３１とを弾性的に連結している。このようなゴム状弾性体１２１は、例えばゴムを素材として形成され、全周にわたって均一な厚み（肉厚）を有している。

振動リング１３１は、ボス１１２が有するリム１１４の外周面１１６との間に、ゴム状弾性体１２１を介在させる隙間Ｇを介して、内周面１３２を対面させる円環状の部材である。このような振動リング１３１は、ゴム状弾性体１２１を介して保持されるという構造上、固有の振動数を持つ質量体として機能する。

振動リング１３１の内周面１３２には、リム１１４の外周面に形成されたリム凹部１１７と形状を合わせて、リング凸部１３３が形成されている。これらのリム凹部１１７とリング凸部１３３とは、リム１１４及び振動リング１３１の全周にわたりその周方向に沿って設けられており、コンボリューション部Ｃを構成している。コンボリューション部Ｃは、リム１１４と振動リング１３１との間におけるゴム状弾性体１２１の摺動抵抗を高め、ゴム状弾性体１２１の位置ずれや抜け出しを抑制する。

振動リング１３１は、その外周面に、複数条のベルト溝１４１を周方向に沿って形成している。これらのベルト溝１４１は断面Ｖ字形状をしており、上記例示した各種の補機類を駆動するために、動力伝達用の無端ベルトを巻き掛ける構造物である（いずれも図示せず）。ベルト溝１４１を設けることによって、トーショナルダンパ１０１は、プーリＰとしての役割を果たす。

ベルト溝１４１は、振動リング１３１の軸方向の一端側に寄った位置と他端側に寄った位置とに分けて、二組設けられている。図１の紙面中、左側に位置するのは、溝数が少ないベルト溝１４１ａ（以下「低トルク用溝」ともいう）であり、右側に位置するのは、溝数が多いベルト溝１４１ｂ（以下「高トルク用溝」ともいう）である。これらの低トルク用溝１４１ａと高トルク用溝１４１ｂとはセパレータ１４２で分離され、異なる補機類に動力を伝達するための無端ベルトを個々に掛け渡すことができるようになっている。一例として、低トルク用溝１４１ａには、ウォーターポンプに動力を伝達するための無端ベルトが巻き掛けられ、高トルク用溝１４１ｂには、モータ機能付き発電機及びエアコン用コンプレッサに動力を伝達するための無端ベルトが巻き掛けられる。

図１に示すように、ハブ１１１と振動リング１３１との軸方向の長さを比較すると、ハブ１１１は振動リング１３１よりも軸方向の長さが短い。そこでこれらのハブ１１１と振動リング１３１とは、振動リング１３１における低トルク用溝１４１ａの側の端面にリム１１４の端面の位置をほぼ合わせて連結されている。このときゴム状弾性体１２１は、リム１１４の外周面１１６と幅寸法、つまり軸方向の長さを揃えられており、リム１１４と振動リング１３１との間で圧縮されることによってリム１１４の両端から僅かに突出している。したがって振動リング１３１における高トルク用溝１４１ｂの側の一部は、リム１１４によって支持されていない領域となっている。

図２に示すように、ハブ１１１が備えるリム１１４の外周面１１６と振動リング１３１の内周面１３２との間の隙間Ｇの寸法は、いずれの部分においても一定というわけではなく、軸方向に沿った位置において変動する。このような軸方向に沿った各位置における隙間Ｇの寸法について説明する。

図２中、次の四カ所における隙間Ｇの寸法をｔ１〜ｔ４とする。
ｔ１：リム１１４の外周面１１６における低トルク用溝１４１ａの側の端面と振動リング１３１との間の隙間Ｇの寸法
ｔ２：コンボリューション部Ｃの開始位置（図２中左側）における隙間Ｇの寸法
ｔ３：コンボリューション部Ｃの開始位置（図２中右側）における隙間Ｇの寸法
ｔ４：リム１１４の外周面１１６における高トルク用溝１４１ｂの側の端面と振動リング１３１との間の隙間Ｇの寸法
上記前提のもと、隙間Ｇの寸法ｔ１〜ｔ４は、ｔ１＝ｔ２＞ｔ３＝ｔ４に設定されている。

周方向に関しては、隙間Ｇの寸法に変動はない。例えばリム１１４の外周面１１６における低トルク用溝１４１ａの側の端面と振動リング１３１との間の隙間Ｇは、この位置を通る円周上のどの位置でも一定のｔ１である。同様に、リム１１４の外周面１１６における高トルク用溝１４１ｂの側の端面と振動リング１３１との間の隙間Ｇも、この位置を通る円周上のどの位置でも一定のｔ４である。つまり軸方向のある一個所の隙間Ｇは、この位置を通る円周上のどの位置でも一定とされている。

したがってリム１１４の外周面１１６と振動リング１３１の内周面１３２との間の隙間Ｇに圧縮状態で介在するゴム状弾性体１２１は、コンボリューション部Ｃで圧縮される部分を境に圧縮される割合を変動させ、低トルク用溝１４１ａの側と同一方向の端部側よりも、高トルク用溝１４１ｂの側と同一方向の端部側の方でより大きく圧縮される。その結果、ゴム状弾性体１２１の抉り方向のばね定数もコンボリューション部Ｃで圧縮される部分を境に変動し、低トルク用溝１４１ａの側と同一方向の端部側よりも、高トルク用溝１４１ｂの側と同一方向の端部側の方が大きくなる。

このような構成において、図示しないエンジンが始動し、クランクシャフトが回転すると、トーショナルダンパ１０１も回転する。この際、トーショナルダンパ１０１は、プーリＰも構成しているので、ウォーターポンプ、モータ機能付き発電機、及びエアコン用コンプレッサに対する動力の伝達が可能となる。

トーショナルダンパ１０１は、振動リング１３１が質量体として機能することから、捻り方向に固有振動数を持つ。このためクランクシャフトが回転して捩り振動が発生する場合、トーショナルダンパの捻り方向の固有振動数を回転軸の捩り共振周波数に適合するようにチューニングしておけば、クランクシャフトに発生する捩り振動を吸収し、これを低減することができる。

前述したとおり、ベルト溝１４１のうちの低トルク用溝１４１ａは、ウォーターポンプに動力を伝達するための無端ベルトが巻き掛けられる。高トルク用溝１４１ｂには、モータ機能付き発電機及びエアコン用コンプレッサに動力を伝達するための無端ベルトが巻き掛けられる。したがって振動リング１３１には、高トルク用溝１４１ｂの側に相対的に強いベルトテンションがかかり、大きな荷重が加えられる。これにより図３（ｂ）に基づいて前述したとおり、従来のトーショナルダンパ１であれば、ベルト溝４１ｂの側においてゴム状弾性体２１がより大きく圧縮され、振動リング３１に傾きが生ずる。

これに対して本実施の形態では、ゴム状弾性体１２１の抉り方向のばね定数は、コンボリューション部Ｃを境に変動し、低トルク用溝１４１ａの側と同一方向の端部側よりも、高トルク用溝１４１ｂの側と同一方向の端部側の方が大きくなる。このとき低トルク用溝１４１ａの側と高トルク用溝１４１ｂの側とでゴム状弾性体１２１の圧縮量が均一化するように隙間Ｇの寸法、つまりゴム状弾性体１２１の抉り方向のばね定数を設定することで、振動リング１３１の傾きを防止することが可能となる。

したがって本実施の形態によれば、振動リング１３１の傾きによるゴム状弾性体１２１の偏摩耗を抑制し、その耐久性を高めることができる。

本実施の形態によれば、ゴム状弾性体１２１の抉り方向のばね定数は、ハブ１１１に設けたリム１１４の外周面１１６と振動リング１３１の内周面１３２との間の隙間Ｇを相対的に狭めることによって大きくされている。このためゴム状弾性体１２１それ自体にばね定数を異ならせる構造を設けることなく、軸方向の任意の位置において、ゴム状弾性体１２１の抉り方向のばね定数を自由に設定することができる。

この場合、ハブ１１１が備えるリム１１４の外周面１１６と振動リング１３１の内周面１３２とにはコンボリューション部Ｃが形成され、ゴム状弾性体１２１の抉り方向のばね定数は、コンボリューション部Ｃで圧縮される部分を境に変えられている。このためコンボリューション部Ｃにおけるゴム状弾性体１２１のずれの防止効果をより一層高めることができる。

またハブ１１１が備えるリム１１４の外周面１１６の軸方向長さは、振動リング１３１の内周面１３２の軸方向長さよりも短く設定され、溝数が多い方のベルト溝１４１（高トルク用溝１４１ｂ）の側となる振動リング１３１の一端側は、リム１１４の外周面１１６に対面していない。このため軽減孔１１５と相俟ってハブ１１１の重量を軽くすることができ、回転軸の回転に対する負荷を軽減することができる。しかもゴム状弾性体１２１は、高トルク用溝１４１ｂの側と同一方向の端部側において、抉り方向のばね定数を大きくしている。このためその側において振動リング１３１がリム１１４に対面せず、リム１１４によって支持されていなくても、振動リング１３１の傾きを防止することが可能となる。

実施に際しては、各種の変形や変更が許容される。例えばハブ１１１が備えるリム１１４の外周面１１６と振動リング１３１の内周面１３２との間の隙間Ｇの寸法は、上記ｔ１＝ｔ２＞ｔ３＝ｔ４という関係ばかりでなく、
（変形例１） ｔ１＞ｔ２＞ｔ３＞ｔ４
（変形例２） ｔ１＞ｔ２＞ｔ３＝ｔ４
（変形例３） ｔ１＝ｔ２＞ｔ３＞ｔ４
であってもよい。重要なことは、高トルク用溝１４１ｂの側、つまりベルト溝１４１の溝数が多い側と同一方向の端部側において抉り方向のばね定数が大きくなるように、ハブ１１１と振動リング１３１との間にゴム状弾性体１２１を圧縮状態で介在させることである。この条件を満たす限り、リム１１４の外周面１１６と振動リング１３１の内周面１３２との間の隙間Ｇの寸法については、各種のパターンが許容される。

また高トルク用溝１４１ｂの側と同一方向の端部側において、ゴム状弾性体１２１の抉り方向のばね定数を大きくする手法としては、リム１１４の外周面１１６と振動リング１３１の内周面１３２との間の隙間Ｇの寸法を変動させるのみならず、例えばゴム状弾性体１２１それ自体に、軸方向上で抉り方向のばね定数を変動させる構造を持たせるようにしてもよい。

その他、あらゆる変更や変形が許容される。

１０１ トーショナルダンパ
１１１ ハブ
１１２ ボス
１１３ ステー
１１４ リム
１１５ 軽減孔
１１６ 外周面
１１７ リム凹部
１２１ ゴム状弾性体
１３１ 振動リング
１３２ 内周面
１３３ リング凸部
１４１ ベルト溝
１４１ａ 低トルク用溝
１４１ｂ 高トルク用溝
１４２ セパレータ
Ｃ コンボリューション部
Ｇ 隙間
Ｐ プーリ
Ａ１ ボスの軸心
Ｘ１ 回転軸の軸心

Claims (4)

1. 回転軸に固定され、前記回転軸と同心になる円周上に外周面を有するハブと、
   前記ハブの外周面よりも大径の内周面を有する円環状の振動リングと、
   無端ベルトを巻き掛けるために前記振動リングの外周面に設けられ、その軸方向の一端側に寄った位置と他端側に寄った位置とでそれぞれ溝数が異なる二組のベルト溝と、
   前記ベルト溝の溝数が多い側と同一方向の端部側で反対方向の端部側よりも抉り方向のばね定数が大きくなるように、前記ハブと前記振動リングとの間に圧縮状態で介在するゴム状弾性体と、
   を備えることを特徴とするトーショナルダンパ。
2. 前記ゴム状弾性体の抉り方向のばね定数は、前記ハブの外周面と前記振動リングの内周面との間の隙間を相対的に狭めることによって大きくされている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のトーショナルダンパ。
3. 前記ハブの外周面と前記振動リングの内周面とには、周方向に沿って、法線方向に凹凸形状に屈曲したコンボリューション部が形成され、
   前記ゴム状弾性体の抉り方向のばね定数は、前記コンボリューション部で圧縮される部分を境に変えられている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のトーショナルダンパ。
4. 前記ハブの外周面の軸方向長さは、前記振動リングの内周面の軸方向長さよりも短く、
   溝数が多い方の前記ベルト溝の側となる振動リングの一端側は、前記ハブの外周面に対面していない、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載のトーショナルダンパ。

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