JP2019108911A - ダンパー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸部材が搭載された機器の高回転域におけるＮＶ特性の悪化を抑制することを課題とする。【解決手段】ダンパー装置は、回転軸部材に装着され、前記回転軸部材と共に回転する基体部と、前記基体部に第１弾性部を介して設けられた第１質量体と、を備えた第１ダンパー部と、前記第１質量体の回転半径方向外側であって前記第１質量体の周囲に配置され、前記回転軸部材の回転数が閾値以上となったときに前記第１質量体と接触して前記第１質量体の動きを制限する挙動制限部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ダンパー装置に関する。

従来、プーリーの本体面に所定厚のゴム弾性体を介して質量体を接合し、ベンディングダンパーとして機能させる提案が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−３２１８３９号公報

ベンディングダンパーは、回転軸部材、例えば、内燃機関のクランクシャフト等に装着され、クランクシャフトの回転に伴って質量体が動くことで内燃機関の振動を減衰する。ベンディングダンパーは、内燃機関の低回転域や中回転域において有効に機能し、内燃機関の振動を効果的に減衰する。しかしながら、内燃機関が高回転域に移行すると、内燃機関の振動と比較して、車両のＮＶ（Noise, Vibration）が大きくなる。また、ベンディングダンパーが内燃機関の高回転域において作動し続けると、ベンディングダンパーが振動源となり、却って車両のＮＶ特性が悪化する可能性がある。

そこで、本明細書開示のダンパー装置は、回転軸部材が搭載された機器の高回転域におけるＮＶ特性の悪化を抑制することを課題とする。

本明細書に開示されたダンパー装置は、回転軸部材に装着され、前記回転軸部材と共に回転する基体部と、前記基体部に第１弾性部を介して設けられた第１質量体と、を備えた第１ダンパー部と、前記第１質量体の回転半径方向外側であって前記第１質量体の周囲に配置され、前記回転軸部材の回転数が閾値以上となったときに前記第１質量体と接触して前記第１質量体の動きを制限する挙動制限部と、を備える。

ダンパー装置は、前記第１質量体と前記挙動制限部との間に介在する緩衝材を備えてもよい。

ダンパー装置は、前記基体部と接合される本体部の外周部に第２弾性部を介して設けられた第２質量体を備えた第２ダンパー部をさらに備え、前記挙動制限部は、前記本体部に設けられ、前記第１質量体を収納する収納部の内側に設けてもよい。

本明細書開示のダンパー装置によれば、回転軸部材が搭載された機器の高回転域におけるＮＶ特性の悪化を抑制することができる。

図１は実施形態のダンパー装置の斜視断面図である。 図２は実施形態のダンパー装置の断面図である。 図３は実施形態のダンパー装置が備える第１ダンパー部の正面図である。 図４は実施形態のダンパー装置が備える第１ダンパー部の背面図である。 図５は実施形態の第１ダンパー部の図３におけるＸ１−Ｘ２断面図である。 図６は実施形態の第１ダンパー部の図３におけるＹ１−Ｙ２断面図である。 図７は実施形態のダンパー装置が備える第２ダンパー部の正面図である。 図８は実施形態の第２ダンパー部の図７におけるＸ３−Ｘ４断面図である。 図９は第１ダンパー部が備える第１質量体が挙動制限部に接触した様子を示す説明図である。 図１０は第１ダンパー部が備える第１質量体と挙動制限部との間の隙間Ｓの変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

（実施形態）
図１及び図２を参照して、実施形態のダンパー装置１の概略構成について説明する。図１はダンパー装置１の斜視断面図であり、図２はダンパー装置の断面図であるが、これらの断面は、第１ダンパー部１０の正面図を描いた図３におけるＸ１−Ｙ２に沿った断面となっている。

ダンパー装置１は、第１ダンパー部１０と第２ダンパー部５０を備える。ダンパー装置１は、図２に示すように内燃機関が備えるクランクシャフト７１に装着される。クランクシャフト７１は、回転軸部材の一例である。クランクシャフト７１には、ピストンの動きに応じて曲げ振動と捩り振動が生じる。第１ダンパー部１０は、主として曲げ振動を抑制するベンディングダンパーとして機能する。第２ダンパー部５０は、主として捩り振動を抑制するトーショナルダンパーとして機能する。ダンパー装置１は、クランクシャフト７１の中心軸ＡＸと一致する軸を回転中心とする。以下の説明では、中心軸ＡＸから離れる方向を回転半径方向外側として説明する。

第１ダンパー部１０は、基体部となる鍔状部１１を備える。鍔状部１１は、後に詳説する第２ダンパー部５０の本体部５１を介してクランクシャフト７１に装着され、クランクシャフト７１と共に回転する。鍔状部１１には、第１弾性部１３を介して第１質量体１４が設けられている。第１質量体１４には、第１緩衝部１５が設けられている。第２ダンパー部５０の本体部５１は、第１ダンパー部１０を収納する第１ダンパー部収納部５１ａを備え、その一部分に挙動制限部５１ａ１を備える。挙動制限部５１ａ１は、第１質量体１４の回転半径方向外側であって第１質量体１４の周囲に配置されている。第１質量体１４（第１緩衝部１５）と挙動制限部５１ａ１との間には、クランクシャフト７１が回転していない状態において、隙間Ｓが形成されている。第１質量体１４（第１緩衝部１５）と挙動制限部５１ａ１との間に隙間Ｓが存在することで、クランクシャフト７１の回転に応じて第１質量体１４が動き、第１ダンパー部１０が、ベンディングダンパーとして機能する。

挙動制限部５１ａ１は、クランクシャフト７１の回転数が閾値以上となったときに第１質量体１４と接触して第１質量体１４の動きを制限する。クランクシャフト７１の回転数が上昇すると、これに伴って第１質量体１４に作用する遠心力が大きくなる。第１質量体１４に作用する遠心力が大きくなると、第１質量体１４の振れ幅は大きくなる。そして、第１質量体１４は、挙動制限部５１ａ１に接触し、最終的にその動きが制限される。第１質量体１４の動きが制限されると第１ダンパーの減衰機能が低下し、ダンパー装置１が振動源となることが回避される。これにより、クランクシャフト７１が搭載された機器、すなわち、内燃機関の高回転域におけるＮＶ特性の悪化が抑制される。

ここで、主として図３乃至図６を参照して、第１ダンパー部１０について詳細に説明する。第１ダンパー部１０が備える鍔状部１１は、円盤状の部材であり、９０°毎に設けられた４つのボルト孔１１ａを備える。ボルト孔１１ａには、図１等で示す締結ボルト１２が挿通され、鍔状部１１と第２ダンパー部５０の本体部５１とが接合される。また、鍔状部１１には、ボルト孔１１ａの間に開口部１１ｂがそれぞれ２つずつ設けられている。開口部１１ｂには、第１ダンパー部１０の製造時に第１弾性部１３を形成するゴム素材が流し込まれる。完成した第１ダンパー部１０では、開口部１１ｂから第１弾性部１３が露出した状態となる。

第１ダンパー部１０は、弾性素材の一例としてのゴム素材によって形成された第１弾性部１３を介して鍔状部１１に設けられた第１質量体１４を備える。本実施形態における第１質量体１４は、金属製である。鍔状部１１と第１質量体１４との間に第１弾性部１３が介在することで、第１質量体１４は、鍔状部１１の回転に伴って動くことができる。第１質量体１４は、鍔状部１１の回転に伴って動くことでクランクシャフト７１の振動を減衰させる。

第１質量体１４は、概ね筒状の形状を有しているが、その断面形状は、断面とする位置によって異なっている。例えば、図５に示すように、図３におけるＸ１−Ｘ２断面では、第１質量体１４の断面の厚みは比較的薄く、図６に示すように、図３におけるＹ１−Ｙ２断面では、第１質量体１４の断面は、半径方向に厚くなっている。断面が半径方向に厚くなっている部分は、ボルト孔１１ａの間の４か所に設けられている。これにより、第１質量体１４の質量分布の均一化が図られている。

第１質量体１４の鍔状部１１から離れた側の外周部には、環状の第１緩衝部１５が設けられている。第１緩衝部１５は、樹脂製の部材によって形成されている。第１緩衝部１５を第１質量体１４と挙動制限部５１ａ１との間に介在させることで、第１質量体１４が挙動制限部５１ａ１に直接接触することが回避されるため、異音の発生が抑制される。また、第１質量体１４や挙動制限部５１ａ１の摩耗が抑制される。本実施形態の第１緩衝部１５は、第１質量体１４の外周部に設けられているが、挙動制限部５１ａ１側に設けるようにしてもよい。要は、金属同士の接触を回避することができるように第１質量体１４と挙動制限部５１ａ１との間に介在する緩衝材が設けられていればよい。

第１質量体１４の鍔状部１１に近い側の外周部にも、環状の第２緩衝部１６が設けられている。第２緩衝部１６は、樹脂製の部材によって形成されている。第１質量体１４は、筒状の形状を有し、また、第１弾性部１３に支持された状態となっている。このため、第１質量体１４は、中心軸ＡＸに対して傾いた状態で回転することが想定される。第１質量体１４が傾くと、鍔状部１１に近い側が鍔状部１１に接触する状態となることも想定される。この場合も、第１質量体１４が直接鍔状部１１に接触すると異音の発生、摩耗の原因となる。そこで、第１質量体１４の鍔状部１１に近い側の外周部に第２緩衝部１６を設けることで、異音の発生や摩耗を抑制している。

第１質量体１４には、第１緩衝部１５側と第２緩衝部１６側のそれぞれに、キャップ部材１７が装着されている。キャップ部材１７は、第１緩衝部１５や第２緩衝部１６の脱落を防止するストッパーとして機能する。

つぎに、主として図７及び図８を参照して、第２ダンパー部５０について詳細に説明する。第２ダンパー部５０は、第１ダンパー部収納部５１ａと、これと連続して設けられたシャフト装着部５１ｂを備えた円筒状の本体部５１を有する。第１ダンパー部収納部５１ａは、筒状の形状を備え、それぞれ９０°隔てた位置に、内側に向かって突出した挙動制限部５１ａ１を備えている。本実施形態では、４つの挙動制限部５１ａ１が設けられている。挙動制限部５１ａ１には、それぞれボルト孔５１ａ１１が設けられている。このボルト孔５１ａ１１には、本体部５１に鍔状部１１を取り付けるときに締結ボルト１２が締め付けられる。

第１ダンパー部１０が備える第１弾性部１３、第１質量体１４及び第１緩衝部１５は、４つの挙動制限部５１ａ１に囲まれた領域に収納される。これにより、挙動制限部５１ａ１が、第１質量体１４の回転半径方向外側であって第１質量体１４の周囲に配置された状態とされる。第１質量体１４及び第１緩衝部１５は、クランクシャフト７１が回転していない状態のときに、それぞれの挙動制限部５１ａ１との間に隙間Ｓ（図２参照）が形成されるように第１ダンパー部収納部５１ａに収納されている。

各挙動制限部５１ａ１の内周面は、クランクシャフト７１の回転数が閾値以上となったときに第１質量体１４（第１緩衝部１５）と接触する接触面５１ａ１２である。

本実施形態における挙動制限部５１ａ１は、概ね矩形であるが、その形状はこれに限定されない。また、本実施形態における挙動制限部５１ａ１は、４つであるが、その数もこれに限定されない。ただし、挙動制限部５１ａ１は、少なくとも２つ以上装備されていることが望ましく、等間隔に設置されていることが望ましい。

シャフト装着部５１ｂは、筒状の形状を備え、その内周面に軸方向に沿ったキー溝５１ｂ１を備えている。キー溝５１ｂ１には、クランクシャフト７１側に設けられているキーが挿し込まれる。本体部５１は、シャフト取付ボルト７０を締め付けることでシャフト装着部５１ｂに挿し込まれたクランクシャフト７１に固定される（図１、２参照）。

第１ダンパー部収納部５１ａのシャフト装着部５１ｂが連設されている側と反対側の端部には、凹状に形成された鍔状部収納部５１ａ２が設けられている。鍔状部１１は、ボルト孔１１ａとボルト孔５１ａ１１との位置合わせを行った状態で鍔状部収納部５１ａ２に収納され、締結ボルト１２を締め付けることで本体部５１と一体化される。これにより、鍔状部１１は、クランクシャフト７１と共に回転することができるようになる。このように、本実施形態のダンパー装置１は、本体部５１から鍔状部１１を取り外すことができる。このため、まず、鍔状部１１を本体部５１から取り外した状態でシャフト取付ボルト７０の締め付けを行い、その後、鍔状部１１を本体部５１に取り付ければ、容易にダンパー装置１をクランクシャフト７１に装着することができる。

円筒状の本体部５１の外周部には、環状に設けられた第２弾性部５２を介して第２質量体５３が装備され、さらに、環状に設けられた第３弾性部５４を介して第３質量体５５が装備されている。これにより、第２ダンパー部５０は、トーショナルダンパーとして機能することができる。本実施例では、第２質量体５３をタイミングベルト用のプーリーとしている。

本実施形態では、本体部５１に第２質量体５３や第３質量体５５を装備して第２ダンパー部５０を形成し、この本体部５１に挙動制限部５１ａ１を設けている。これにより、第１ダンパー部１０と第２ダンパー部５０とを一体に設け、ダンパー装置１の小型化が図られている。ただし、挙動制限部５１ａ１は、必ずしも第２ダンパー部５０と一体に設けることを要するものではなく、第２ダンパー部５０と別個に設けるようにしてもよい。換言すれば、挙動制限部５１ａ１を設けた本体部５１に第２質量体５３や第３質量体５５を装備することは必須ではない。

以下、本実施形態のダンパー装置１の効果につき、図９を参照しつつ説明する。図９に第１質量体１４が挙動制限部５１ａ１に接触した状態を示す。図９におけるハッチングは、第１質量体１４と挙動制限部５１ａ１を他の要素と区別し易くするために付されたものであり、これらの要素の断面を示すものではない。ダンパー装置１が装着されたクランクシャフト７１が高回転状態となると、遠心力によって第１質量体１４の振れ幅が大きくなり、図９に示すように、いずれかの挙動制限部５１ａ１に接触し、その動きが制限されるようになる。この結果、内燃機関の高回転域において第１ダンパー部１０が振動源となることがなく、車両ＮＶの悪化が抑制される。

第１質量体１４がいずれの方向に振れるかは、第１質量体１４の製造上のバラツキや、ダンパー装置１のクランクシャフト７１への装着状態等、種々の因子の影響を受ける。しかしながら、本実施形態のダンパー装置１では、内燃機関の高回転域において第１質量体１４がいずれかの挙動制限部５１ａ１に接触し、その動きが制限されればよい。このため、４つの挙動制限部５１ａ１のうち、第１質量体１４が接触する挙動制限部５１ａ１を指定したり、管理したりすることは不要である。

第１質量体１４は、クランクシャフト７１の回転数に対し、予め設定された閾値以上となったときに挙動制限部５１ａ１に接触するように設定されている。ここで、閾値は、第１質量体１４と挙動制限部５１ａ１との隙間Ｓの初期値Ｓ０と関連付けられる。図１０を参照すると、エンジン回転数、すなわち、クランクシャフト７１の回転数が上昇するにつれて、第１質量体１４（第１緩衝部１５）と挙動制限部５１ａ１との隙間Ｓは、小さくなり、最終的に０となる。閾値は、減衰必要域と減衰不要域との境界となるエンジン回転数である。初期値Ｓ０は、第１質量体１４（第１緩衝部１５）と挙動制限部５１ａ１との隙間Ｓが０となるエンジン回転数が減衰必要域と減衰不要域との境界となるように設定される。第１質量体１４の動きは、その寸法、形状、質量、さらには、第１弾性部１３の硬度、形状及び寸法等の影響を受ける。このため、初期値Ｓ０は、これらの要素も考慮して調整される。減衰不要域をより高いエンジン回転数域に設定したい場合には、初期値Ｓ０を大きく設定しておけばよい。

減衰必要域では、第１質量体１４が挙動制限部５１ａ１と接していないため、ダンパー装置１は、減衰機能を発揮することができる。これに対し、エンジン回転数が上昇し、減衰不要域に入った場合は、第１質量体１４が挙動制限部５１ａ１と接触し、その動きが制限されるため、第１ダンパー部１０が振動源となることがなく、車両ＮＶの悪化が抑制される。エンジン回転数が低下し、再び減衰必要域に戻った場合には、ダンパー装置１は、減衰機能を発揮することができる状態に復帰する。

このように、本実施形態のダンパー装置１によれば、クランクシャフト７１が搭載された内燃機関の高回転域におけるＮＶ特性の悪化を抑制することができる。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１ ダンパー装置
１０ 第１ダンパー部
１１ 鍔状部
１３ 第１弾性部
１４ 第１質量体
１５ 第１緩衝部
１６ 第２緩衝部
１７ キャップ部材
５０ 第２ダンパー部
５１ 本体部
５１ａ 第１ダンパー部収納部
５１ａ１ 挙動制限部
５１ａ１２ 接触面
５１ｂ シャフト装着部
５２ 第２弾性部
５３ 第２質量体
５４ 第３弾性部
５５ 第３質量体

Claims (3)

1. 回転軸部材に装着され、前記回転軸部材と共に回転する基体部と、
   前記基体部に第１弾性部を介して設けられた第１質量体と、を備えた第１ダンパー部と、
   前記第１質量体の回転半径方向外側であって前記第１質量体の周囲に配置され、前記回転軸部材の回転数が閾値以上となったときに前記第１質量体と接触して前記第１質量体の動きを制限する挙動制限部と、
   を備えたダンパー装置。
2. 前記第１質量体と前記挙動制限部との間に介在する緩衝材を備えた請求項１に記載のダンパー装置。
3. 前記基体部と接合される本体部の外周部に第２弾性部を介して設けられた第２質量体を備えた第２ダンパー部をさらに備え、
   前記挙動制限部は、前記本体部に設けられ、前記第１質量体を収納する収納部の内側に設けられた請求項１又は２に記載のダンパー装置。

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