JP2021060052A - 遠心振り子ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】振動を緩和したい振動次数での制振能力を従来よりも高め、しかも適正な制振性能が安定して得られる遠心振り子ダンパを提供する。
【解決手段】遠心振り子ダンパは、ロータと、ロータの回転中心から半径方向離間した支持点を中心に、それぞれ周方向へ揺動可能にロータに支持された振り子と、を有する。振り子が揺動する重心軌道ＴＲは、振り子の振り角θに応じて、一定の揺動半径を有する基準軌道ＴＲ_０から揺動半径が増加する第１軌道領域Δθ_１と、基準軌道ＴＲ_０から揺動半径が減少する第２軌道領域Δθ_２とが混在している。
【選択図】図２

Description

本発明は、遠心振り子ダンパに関する。

内燃機関（エンジン）を搭載した自動車は、エンジンの駆動による回転力をクランクシャフト、変速機のインプットシャフト、ドライブシャフト、或いはこれらに取り付けられている回転部品を介して車輪に伝達して、車体を動かす。エンジンが駆動されると、エンジンの気筒数に応じた回転変動がクランクシャフト等の回転体に伝播される。この回転変動は、乗り心地の低下や変速機音等の発生等を引き起こすため、ダイナミックダンパを備えるトルク伝達装置によって回転変動を吸収又は減衰させている。このようなダイナミックダンパは、種々提案されており、その１つとして遠心振り子ダンパ（例えば、特許文献１，２参照）がある。

図９は特許文献１の遠心振り子ダンパの構成図、図１０は振り子の揺動機構を模式的に示す機構説明図である。
図９、図１０に示すように、回転駆動されるロータ３３には、軌道溝３７を有する開口が形成され、ロータ３３に支持される振り子３５には、軌道溝３９を有する開口が形成されている。ロータ３３と振り子３５の各開口には、ピン４１が挿入される。ピン４１は、軌道溝３７と軌道溝３９に当接し、振り子３５の周方向移動に伴って軌道溝３７と軌道溝３９との間で転動する。これにより、振り子３５が軌道溝３７，３９によって設定される重心軌道に沿って移動する。

図１０に示すように、振り子３５の重心位置をＧとすると、振り子３５の重心位置Ｇは、重心軌道ＴＲに沿って往復移動する。この重心軌道ＴＲは、ロータ３３の回転中心ＯＲから半径方向に距離Ｌだけ離れた揺動中心ＯＰを中心とする揺動半径Ｒの軌道である。特許文献２の遠心振り子ダンパは、このような重心軌道ＴＲの揺動中心から揺動端に向けて振り子３５の重心位置Ｇが変位するにつれ、振り子３５の揺動半径Ｒが段階的に変化するようになっている。

独国特許出願公開第１０２０１１０７９７２９号明細書 特許第３２２１８６６号公報

上記のような遠心振り子ダンパの振り子を、等時降下曲線であるエピサイクロイド曲線の重心軌道で揺動させた場合、揺動振幅が大きい、すなわちトルク吸収量が大きくなる振動次数の領域は、狭い範囲に限られる。また、その狭い領域は振り子の共振点付近であるため、揺動する振り子の挙動が不安定になる。
そこで、重心軌道をエピサイクロイド曲線から、振り角の増加に伴って揺動半径が短くなる軌道に変更した遠心振り子ダンパが提案されている。これによれば、振動振幅が大きい領域での制振性能が安定的に得られるようになる。しかしながら、この構成では振動次数に対するトルク吸収量の特性線の傾斜が緩くなり、最大のトルク吸収量が減少する。そのため、適正な制振性能が得られにくいという課題があった。

そこで本発明は、振動を緩和したい振動次数での制振能力を従来よりも高め、しかも適正な制振性能が安定して得られる遠心振り子ダンパを提供することを目的とする。

本発明は下記の構成からなる。
ロータと、前記ロータの回転中心から半径方向離間した支持点を中心に、それぞれ周方向へ揺動可能に前記ロータに支持された振り子と、を有する遠心振り子ダンパであって、
前記振り子が揺動する重心軌道は、前記振り子の振り角に応じて、一定の揺動半径を有する基準軌道から前記揺動半径が増加する第１軌道領域と、前記基準軌道から前記揺動半径が減少する第２軌道領域とが混在する、遠心振り子ダンパ。

本発明によれば、振動を緩和したい振動次数での制振能力を従来よりも高め、しかも適正な制振性能が安定して得られようになる。

遠心振り子ダンパのロータと振り子との関係を模式的に示すモデル図である。 振り子の振り角と揺動半径との関係を模式的に示す説明図である。 振り子の振り角と、基準揺動半径Ｒ_０に対する揺動半径Ｒの比（Ｒ／Ｒ_０）との関係の具体的な一例を示すグラフである。 振り子の振動次数に対する振り角の関係を示すグラフである。 振り子の振動次数に対するトルク吸収量の関係を示すグラフである。 振り子の振動次数と振り角との基本的な関係を示す説明図である。 実施形態の振り子の背骨曲線と参考例の振り子の背骨曲線とを示すグラフである。 本実施形態の振り子の背骨曲線の理論解析結果のグラフである。 従来の遠心振り子ダンパの構成図である。 従来の振り子の揺動機構を模式的に示す機構説明図である。

以下、本発明に係る遠心振り子ダンパの一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の遠心振り子ダンパは、ロータと、ロータの回転中心から半径方向に離間した支持点を中心に、それぞれ周方向へ揺動可能にロータに支持された振り子とを有する。遠心振り子ダンパの構成としては、例えば、図９に示すようなロータ３３と複数の振り子３５とを備える構成が挙げられるが、本発明に適用可能な遠心振り子ダンパの構成は、これに限らない。また、振り子の数、形状、支持形態等も任意である。

＜遠心振り子ダンパの構成＞
図１は遠心振り子ダンパのロータと振り子との関係を模式的に示すモデル図である。
図示例の遠心振り子ダンパ１０では、ロータの回転中心ＯＲから半径方向に距離Ｌだけ離間して、振り子の支持点となる揺動中心ＯＰが位置する。振り子は、ロータに揺動可能に支持され、揺動中心ＯＰから揺動半径Ｒの位置が振り子の重心位置Ｇとなる。振り子（重心位置Ｇ）は、ロータの回転に伴って、周方向に沿った振り角θで揺動（往復運動）する。

図２は振り子の振り角θと揺動半径Ｒとの関係を模式的に示す説明図である。
振り子が揺動する重心軌道ＴＲには、振り子の振り角θに応じて、基準軌道領域Δθ_０と、第１軌道領域Δθ_１と、第２軌道領域Δθ_２とが、この順で設けられる。基準軌道領域Δθ_０は、一定の揺動半径（基準揺動半径Ｒ_０）の基準軌道ＴＲ_０に沿った軌道である。また、第１軌道領域Δθ_１は、基準軌道ＴＲ_０から揺動半径Ｒが増加する軌道であり、第２軌道領域Δθ_２は、基準軌道ＴＲ_０から揺動半径Ｒが減少する軌道である。つまり、振り子の重心軌道ＴＲは、揺動半径Ｒが変動する第１軌道領域Δθ_１と第２軌道領域Δθ_２とが混在し、第１軌道領域Δθ_１と第２軌道領域Δθ_２での揺動半径Ｒは、振り角θに応じて連続的に変化している。

本実施形態の遠心振り子ダンパにおいては、第１軌道領域Δθ_１が重心軌道ＴＲにおける振り子揺動の中心側に設けられ、第２軌道領域Δθ_２が振り子の最大振れ側に設けられる。また、基準軌道領域Δθ_０は、重心軌道ＴＲの振り子揺動の中心に設けることで、揺動中心からの振り子の移動方向が安定して定まり、揺動安定性を確保できるが、条件によっては基準軌道領域Δθ_０を省略することもできる。

振り子の重心位置Ｇは、最下点である位置Ｐ０では、基準揺動半径Ｒ_０の基準軌道ＴＲ_０にあり、位置Ｐ１から位置Ｐ３までの第１軌道領域Δθ_１では、基準揺動半径Ｒ_０から増加した揺動半径Ｒ（＞Ｒ_０）となり、位置Ｐ２で最大の揺動半径となる。また、位置Ｐ３から位置Ｐ４に向けた第２軌道領域Δθ_２では、基準揺動半径Ｒ_０から減少した揺動半径Ｒ（＜Ｒ_０）となり、振り角θの増加に伴って揺動半径Ｒが減少する。

なお、本明細書においては、振り子の振れ方向に関しては往動と復動とで同一であるため、振り角θの値は絶対値を意味するものとする。振り子の振動次数は、このような揺動位置に応じた揺動半径Ｒの増減によって変化する。

基準軌道ＴＲ_０は、揺動半径Ｒが一定の円弧であるが、これに限らず、基準軌道ＴＲ_０をエピサイクロイド曲線やサイクロイド曲線等の他の曲線にしてもよい。

図３は振り子の振り角θと、基準揺動半径Ｒ_０に対する揺動半径Ｒの比（Ｒ／Ｒ_０）との関係の具体的な一例を示すグラフである。
本実施形態の振り子では、図３に実線で示すように、基準軌道領域Δθ_０の振り角θは、０°〜約１８°の範囲である。第１軌道領域Δθ_１の振り角は、約１８°〜３８°の範囲であり、比（Ｒ／Ｒ_０）が１よりも大きい。第２軌道領域Δθ_２の振り角は、約３８°を超える領域であり、比（Ｒ／Ｒ_０）が１より小さい。

なお、図３には、振り子の振り角θが約２０°以上の領域で、振り角θの増加に伴って揺動半径Ｒを短くした参考例を点線で示している。つまり、参考例の振り子の重心軌道は、振り子振幅の増加に伴って揺動中心ＯＰから重心までの距離が短くなる軌道を有するのに対して、本実施形態の振り子では、一旦、揺動半径が長くなり、その後、振り角の増加に応じて揺動半径が短くなる軌道を有している。

図４は振り子の振動次数に対する振り角θの関係を示すグラフである。図５は振り子の振動次数に対するトルク吸収量の関係を示すグラフである。図４，図５には、上記した本実施形態の遠心振り子ダンパの特性を実線で示し、参考例の遠心振り子ダンパの特性を点線で示している。

図４に示すように、本実施形態の遠心振り子ダンパによる共振特性は、振動次数２．０より低次側の約１．９７の振動次数で振り角θが３０°以上の振幅となり、この高い振幅の状態が高次側の約２．０５の振動次数まで持続している。その結果、図５に示すように、振動次数が２．０前後の領域において、点線で示す参考例の振動次数と比較して最大で２８％程度、トルク吸収量が向上されている。

したがって、本実施形態の遠心振り子ダンパによれば、例えば４気筒エンジンの振動制振用として供される場合に、振動を緩和したい振動次数（すなわち、２．０次付近）における制振能力を、参考例で示す遠心振り子ダンパよりも高められる。また、振動次数が２．０よりも低次側の約１．９７から、高次側の約２．０５までの広い範囲にわたって、適正な制振性能を安定して得られようになる。

次に、図４，図５に示す遠心振り子ダンパの各特性を、より具体的に説明する。
図６は振り子の振動次数と振り角との基本的な関係を示す説明図である。
振り子には系の固有振動数（振動次数）ｎ_０が存在する。この固有振動数ｎ_０においては、振り子は共振して、大きな振り角で揺動する。この場合の振り子の共振特性は、図６の実線で示すような固有振動数ｎ_０を中心として対称な広がりを持つ特性曲線ＣＶ０となる。このような系の固有振動数を示す線（図６に示す直線ＢＮ）を背骨曲線という。

一方、重心軌道が円軌道である場合、図６に二点鎖線で示すように、振り子の振幅が大きくなるにつれて固有振動数が減少する。つまり、系の固有振動数を示す背骨曲線ＢＮ０は左傾化する。

図７は本実施形態の振り子の背骨曲線ＢＮ１と参考例の振り子の背骨曲線ＢＮ２とを示すグラフである。
参考例の振り子の背骨曲線ＢＮ２では、図３に示す比（Ｒ／Ｒ_０）が減少し始める振り角（θａ付近）までの角度は、重心軌道の揺動半径が一定の円弧軌道である。そのため、振動次数が僅かに減少する。そして、振り角θａ以降では、揺動半径が減少するため振動次数が増加する（右傾化）曲線となる。

一方、本実施形態の振り子の背骨曲線ＢＮ１では、図３に示す基準軌道領域Δθ_０では揺動半径が一定の円弧軌道であるため、図６に示す背骨曲線ＢＮ０と同様に、振り角θａまで左傾化する。また、振り角θｂまでの第１軌道領域Δθ_１では、揺動半径が増加するため、振動次数が低下する（更に左傾化する）。そして、振り角θｂ以降の第２軌道領域Δθ_２では、揺動半径が減少するため振動次数が増加（右傾化）する。

このように、背骨曲線ＢＮ１は、参考例の場合の背骨曲線ＢＮ２よりも大きく左傾化した後に右傾化し、振り角θｂ付近で横Ｖ字形に屈曲する曲線となる。その結果、背骨曲線ＢＮ１の振り角の大きい側（上半分）の領域は、背骨曲線ＢＮ２より大きくなり、本実施形態の振り子では、特に高いトルク吸収量を発生させたい次数帯において、より高振幅にできる。

図８は背骨曲線ＢＮ１の理論解析結果のグラフである。
次に、図６に示した特性曲線ＣＶ０の場合と同様に、図８に示す背骨曲線ＢＮ１を中心とする仮特性曲線ＣＶ１を求める。仮特性曲線ＣＶ１は、点Ｐｓｔ→Ｐａ→Ｐｂ→Ｐｃ→Ｐｄ→Ｐｅ→Ｐｆ→Ｐｅｄで示される曲線である。仮特性曲線ＣＶ１には、１つの振動次数に対応する解析解（振り角）が複数存在するが、最も安定性が高い解析解が安定的に発現する。

ここで、振動次数を低次から高次に漸増させて振り角の共振点を求めることで、仮特性曲線ＣＶ１を導く場合を考える。振動次数が点Ｐｓｔから点Ｐａまで増加する範囲では、振り角の共振点は仮特性曲線ＣＶ１に沿った値となる。振動次数が点Ｐａを超えると、仮特性曲線ＣＶ１が振動次数を点Ｐｂに一旦減少させる曲線となるが、実際には点Ｐａから点Ｐｃに振り角の共振点が遷移する。つまり、振動次数が点Ｐａにおいては、振り子の振り角に２つの共振点（Ｐｂ，Ｐｃ）が存在するが、実際には、安定な状態である振り角の共振点（Ｐｃ）の方が発現する。

振動次数が点Ｐｃから点Ｐｄまで増加する範囲では、振り角の共振点は仮特性曲線ＣＶ１に沿った値となる。振動次数が点Ｐｄを超えると、仮特性曲線ＣＶ１が振動次数を点Ｐｅに減少させる曲線となるが、実際には点Ｐｄから点Ｐｆに振り角の共振点が遷移する。つまり、振動次数が点Ｐｄにおいては、振り子の振り角に２つの共振点（Ｐｄ，Ｐｆ）が存在するが、実際には、安定な状態である振り角の共振点（Ｐｆ）の方が発現する。また、点Ｐｅから点Ｐｄまでの間も２つの共振点が存在するが、この場合は点Ｐｃから点Ｐｄに沿った値が安定解となる。そして、振動次数が点ＰｆからＰｅｄまで増加する範囲では、振り角の共振点は仮特性曲線ＣＶ１に沿った値となる。

その結果、振動次数に対する振り角の共振点の変化特性は、点Ｐｓｔ→Ｐａ→Ｐｃ→Ｐｄ→Ｐｆ→Ｐｅｄで示される曲線となり、図４に実線で示す特性の形状に略一致する。また、この特性の形状は、図５に実線で示すトルク吸収特性の形状にも略一致する。

上記のようにして、重心軌道ＴＲに、第１軌道領域Δθ_１と第２軌道領域Δθ_２とによる揺動半径が増加及び減少する領域を持たせることで、図４に示す特性曲線を、振動次数が約１．９７〜約２．０５の領域付近において、振り子振幅を３０°以上の高振幅な状態にできる。これにより、図５に示す特性曲線を、振動次数が約１．９７〜約２．０５までの広い範囲にわたって高いトルク消費量にでき、適正な制振性能を安定して得られようになる。

このように、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。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） ロータと、前記ロータの回転中心から半径方向離間した支持点を中心に、それぞれ周方向へ揺動可能に前記ロータに支持された振り子と、を有する遠心振り子ダンパであって、
前記振り子が揺動する重心軌道は、前記振り子の振り角に応じて、一定の揺動半径を有する基準軌道から前記揺動半径が増加する第１軌道領域と、前記基準軌道から前記揺動半径が減少する第２軌道領域とが混在する、遠心振り子ダンパ。
この遠心振り子ダンパによれば、重心軌道に第１軌道領域と第２軌道領域とを混在させて、振動次数に対する振り角の共振特性を変更することで、トルク消費量を増加させ、適正な制振性能を安定して得ることができる。

（２） 前記重心軌道の前記振り子の揺動中心側に前記第１軌道領域が設けられ、前記振り子の最大振れ側に前記第２軌道領域が設けられる、（１）に記載の遠心振り子ダンパ。
この遠心振り子ダンパによれば、振り子の重心軌道の揺動中心側に第１軌道領域を設けることで、背骨曲線を振動次数の低次側に大きく傾斜させ、更に第２軌道領域を振り子の最大振れ側に設けることで、背骨曲線を振動次数の高次側に傾斜させることができる。これにより、背骨曲線が横Ｖ字形に屈曲して、特に振動を緩和したい振動次数で振り子を高振幅にできる。

（３） 前記第１軌道領域と前記第２軌道領域での前記揺動半径は、前記振り角に応じて連続的に変化する、（１）又は（２）に記載の遠心振り子ダンパ。
この遠心振り子ダンパによれば、円滑な振り子の揺動動作が得られる。

（４） 前記重心軌道は、少なくとも前記振り子の揺動中心に、一定の前記揺動半径を有する基準軌道領域が設けられた、（１）〜（３）のいずれか１つに記載の遠心振り子ダンパ。
この遠心振り子ダンパによれば、振り子の揺動中心からの移動方向が安定して定まり、揺動の安定性を確保できる。

１０ 遠心振り子ダンパ
３３ ロータ
３５ 振り子
３７ 軌道溝
３９ 軌道溝
４１ ピン
Ｇ 重心位置
ＯＰ 揺動中心
Ｒ 揺動半径
Ｒ_０ 基準揺動半径
ＴＲ 重心軌道
ＴＲ_０ 基準軌道
Δθ_０ 基準軌道領域
Δθ_１ 第１軌道領域
Δθ_２ 第２軌道領域
θ 振り角

Claims (4)

1. ロータと、前記ロータの回転中心から半径方向離間した支持点を中心に、それぞれ周方向へ揺動可能に前記ロータに支持された振り子と、を有する遠心振り子ダンパであって、
   前記振り子が揺動する重心軌道は、前記振り子の振り角に応じて、一定の揺動半径を有する基準軌道から前記揺動半径が増加する第１軌道領域と、前記基準軌道から前記揺動半径が減少する第２軌道領域とが混在する、遠心振り子ダンパ。
2. 前記重心軌道の前記振り子の揺動中心側に前記第１軌道領域が設けられ、前記振り子の最大振れ側に前記第２軌道領域が設けられる、請求項１に記載の遠心振り子ダンパ。
3. 前記第１軌道領域と前記第２軌道領域での前記揺動半径は、前記振り角に応じて連続的に変化する、請求項１又は２に記載の遠心振り子ダンパ。
4. 前記重心軌道は、少なくとも前記振り子の揺動中心に、一定の前記揺動半径を有する基準軌道領域が設けられた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の遠心振り子ダンパ。

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