JP2021177083A - デュアルマスフライホイール - Google Patents

Abstract

【課題】一対の回転体の回転速度差の増加に応じてこれらの間で適切な摩擦が得られるデュアルマスフライホイールを提供する。【解決手段】デュアルマスフライホイール１を、所定の回転中心軸回りに回転する第１回転体１０と、第１回転体に相対回転可能に取り付けられた第２回転体２０と、第１、第２回転体とを連結して設けられ相対回転に応じた反力を発生するダンパ３０と、第２回転体に対して回転中心軸と並行に設けられた軸回りに転動可能に支持されるとともに転動速度の増加に応じて拡径可能なよう可撓性を有して構成された転動体４１と、第１回転体の周方向に沿って形成され転動体の外周面部と当接する案内面と、第２回転体に設けられ転動体の拡径時に外周面と接触して摩擦を発生する摩擦面４４とを備える構成とする。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの出力軸等に設けられるデュアルマスフライホイールに関する。

例えば自動車用のエンジンの出力軸には、回転変動を抑制するための回転質量体であるフライホイールが設けられる。
このようなフライホイールにおいて、回転中心軸回りに相対回転可能とされた一対の回転質量体を、ダンパを介して連結したデュアルマスフライホイール（ＤＭＦ）が知られている。
このようなデュアルマスフライホイールにおいては、通常共振周波数をアイドル回転時の周波数以下に設定していることから、エンジンの始動時において共振周波数を通過する際の異音や振動の発生が問題となる。

デュアルマスフライホイールに関する従来技術として、例えば特許文献１には、プライマリフライホイールとセカンダリフライホイールとをスプリングを介して連結したデュアルマスフライホイールにおいて、プライマリフライホイールの回転に伴う遠心力に応じて作動する移動規制部材を用いて、エンジン回転速度がアイドル回転速度以上である場合にプライマリフライホイールとセカンダリフライホイールとが相対回転可能となることが記載されている。
特許文献２には、第１質量体と第２質量体とを有するデュアルマスフライホイールにおいて、第１質量体と第２質量体とをトーショナルダンパで連結するとともに、クランクシャフトが所定回転数以下の場合にのみ両者を一体化する遠心クラッチを設けることが記載されている。
特許文献３には、１つの慣性質量体を構成する駆動プレートとはずみ車との間にトルク制限装置と減衰ユニットが配置され、内燃機関の始動時に無負荷回転数の少なくとも８０％に達するまではロック部材により減衰ユニットがロックされることが記載されている。

特開２０１８− ５４００２号公報 特開平 ５− １８４４０号公報 特開平 ６− ６６３４９号公報

上述した従来技術のデュアルマスフライホイールにおいては、共振周波数付近において第１、第２の質量体の相対回転を規制することにより、共振の発生を抑制しているが、それ以上の回転速度領域において相対回転を抑制することについては配慮されていない。
このため、アイドリング回転数以上の車両の走行に用いられる回転速度領域においては、デュアルマスフライホイールは一般的なフライホイールに対してねじれ角が大きくなり、例えば発進時や急加速時には、エンジンから発生するトルクが入力されてからトランスミッションへ伝達されるまでの間に、デュアルマスフライホイールが一定角度ねじれるまでの時間応答遅れが存在し、アクセル操作に対するレスポンスが悪化する場合があった。
こうしたレスポンスの悪化を防止するためには、アイドル回転数以上の領域であっても、第１、第２回転体の相対回転速度が大きい場合には適度な摩擦を発生させ、過度な相対回転を抑制することが好ましい。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、一対の回転体の回転速度差の増加に応じてこれらの間で適切な摩擦が得られるデュアルマスフライホイールを提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、所定の回転中心軸回りに回転する第１回転体と、前記第１回転体に前記回転中心軸回りに相対回転可能に取り付けられた第２回転体と、前記第１回転体と前記第２回転体とを連結して設けられ前記相対回転に応じた反力を発生するダンパと、前記第２回転体に対して前記回転中心軸と並行に設けられた軸回りに転動可能に支持されるとともに転動速度の増加に応じて拡径可能なよう可撓性を有して構成された転動体と、前記第１回転体の周方向に沿って形成され前記転動体の外周面部と当接する案内面と、前記第２回転体に設けられ前記転動体の拡径時に前記転動体の外周面と接触して摩擦を発生する摩擦面とを備えることを特徴とするデュアルマスフライホイールである。
これによれば、第１回転体と第２回転体との相対回転速度が大きい場合に、転動体が自転する回転速度が上昇して遠心力により転動体が拡径し、その外周面が摩擦面と接触することにより、転動体の回転を抑える（転動体にブレーキをかける）摩擦を発生させることができる。
これにより、例えばエンジン始動時に共振周波数を通過する際や、発進時、走行中の急加速時のように、第１回転体と第２回転体との相対回転速度（回転速度差）が大きくなる状況において、第１回転体と第２回転体との相対回転を抑制する摩擦を発生させ、異音、振動の発生や、駆動力伝達の時間応答遅れを防止することができる。
一方、通常走行時のように第１回転体と第２回転体との相対回転速度が小さい領域においては、転動体による摩擦の発生が抑制されることにより、第１回転体と第２回転体との相対回転による良好な制振効果を得ることができる。

請求項２に係る発明は、前記摩擦面の少なくとも一部は、前記転動体の転動中心に対して前記第２回転体の外径側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のデュアルマスフライホイールである。
これによれば、転動体の自転による拡径が、転動体の公転（第２の質量体の回転に伴う回転）による遠心力によって阻害されることがなく、公転による遠心力が大きくなる高速の領域であっても、上述した効果を確実に得ることができる。

請求項３に係る発明は、前記転動体は、可撓性を有する材料によって環状の中空体として形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のデュアルマスフライホイールである。
これによれば、簡単な構成により適切に上述した効果を得ることができる。

請求項４に係る発明は、前記転動体の一部に、転動時における前記拡径を促進する錘を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のデュアルマスフライホイールである。
これによれば、第１回転体と第２回転体との回転速度差に応じた転動体の拡径を促進し、上述した効果をより増進することができる。

以上説明したように、本発明によれば、一対の回転体の回転速度差の増加に応じてこれらの間で適切な摩擦が得られるデュアルマスフライホイールを提供することができる。

本発明を適用したデュアルマスフライホイールの第１実施形態の模式的断面図である。 図１のII−II部矢視模式的断面図である。 第１実施形態のデュアルマスフライホイールにおける相対回転速度に応じた転動体の状態変化を模式的に示す図である。 本発明を適用したデュアルマスフライホイールの第２実施形態における摩擦発生部の構成を示す模式図である。 本発明を適用したデュアルマスフライホイールの第３実施形態における転動体の模式的断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明を適用したデュアルマスフライホイールの第１実施形態について説明する。
第１実施形態のデュアルマスフライホイールは、例えば乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載されるエンジン（内燃機関）の出力軸（クランクシャフトＳ）に設けられ、その回転変動を抑制する回転質量体である。

図１は、第１実施形態のフライホイールの模式的断面図であって、フライホイールの回転中心軸を含む平面で切って見た状態を示すものである。
エンジンのクランクシャフトＳに設けられるデュアルマスフライホイール１は、第１回転体１０、第２回転体２０、ダンパ３０、摩擦発生部４０等を有して構成されている。

第１回転体１０は、クランクシャフトＳのトランスミッション側（図１における右側）の端部に取り付けられた回転質量体である。
第１回転体１０は、本体部１１、筒状部１２、フランジ部１３、ウエイト部１４、パイロットベアリング１５等を有する。

本体部１１は、クランクシャフトＳと同心の円盤状に形成されている。
本体部１１の中央部には、他の領域に対して軸方向（図１における左右方向）の板厚を厚く形成されたハブ部１１ａを有する。
ハブ部１１ａにはクランクシャフトＳが挿入され固定される開口が形成されている。

筒状部１２は、本体部１１の外周縁部からトランスミッション側にフランジ状に突き出して形成された円筒状の部分である。
筒状部１２は、その中心軸がクランクシャフトＳの回転中心軸と同心となっている。
筒状部１２の内面は、後述する摩擦発生部４０の転動体４１の外周面部と当接する案内面として機能する。

フランジ部１３は、筒状部１２のトランスミッション側（本体部１１側に対して反対側）の端部から外径側につば状に張り出して形成された面部である。
ウエイト部１４は、筒状部１２の外径側に設けられた円環状の回転質量体であって、第１回転体１０の慣性モーメントを増加させるために設けられる。
ウエイト部１４のトランスミッション側の端面はフランジ部１３に突き当てられ、これによってウエイト部１４の軸方向の位置決めが行われている。
パイロットベアリング１５は、本体部１１のハブ部１１ａの中央部に設けられ、図示しないトランスミッションの入力軸（インプットシャフト）の突端部を回転可能に支持するものである。

第２回転体２０は、第１回転体１０に対してダンパ３０を介して取り付けられた回転質量体である。
第２回転体２０は、本体部２１、張出部２２、スポーク部２３等を有する。

本体部２１は、第１回転体１０の本体部１１と同心の円盤状に形成され、中央部には開口が形成されている。本体部２１は、開口の周縁部において、ベアリング２１ａを介して第１回転体１０に対し、クランクシャフトＳの回転中心軸回りに相対回転可能に支持されている。
本体部２１は、第１回転体１０の本体部１１のトランスミッション側（反エンジン側）の面部と間隔を隔てて対向して配置されている。

張出部２２は、図示しないクラッチカバーを取り付けるため、本体部２１の外周縁部から、トランスミッション側に張り出して形成された部分である。
スポーク部２３は、本体部２１の中央部近傍に締結されるとともに、ここから外径側に突き出したアーム状の部分である。
スポーク部２３の突端部は、第１回転体１０の筒状部１２の内周面と、第１回転体１０の径方向に間隔を隔てて対向して配置されている。
スポーク部２３の突端部には、後述する摩擦発生部４０が設けられる。

ダンパ３０は、第１回転体１０と第２回転体２０とを、回転中心軸（クランクシャフトＳの軸心）回りに相対回転可能に連結するものである。
ダンパ３０は、第１回転体１０と第２回転体２０との中立位置に対する相対角度変化に応じた反力を発生するばね要素（スプリング）、及び、第１回転体１０と第２回転体２０との相対回転速度に応じた減衰力を発生する減衰要素とを有する。
減衰要素として、第１回転体１０と第２回転体２０との相対回転に応じて摺動する摩擦要素（フリクションプレート等）を用いることができる。

摩擦発生部４０は、ダンパ３０が有する減衰要素とは別に、第１回転体１０と第２回転体２０との相対回転速度に応じて、この相対回転を抑制する摩擦を発生するものである。
摩擦発生部４０は、第２回転体２０のスポーク部２３の突端部（第２回転体２０の外径側の端部）に設けられている。
図２は、図１のII−II部矢視模式的断面図である。
摩擦発生部４０は、転動体４１、転動体支持部４２、転動体収容部４３、摩擦面４４等を有して構成されている。

転動体４１は、スポーク部２３に対して、第２回転体２０の回転中心軸と並行な軸回りに回転可能に取り付けられた回転部材である。
転動体４１は、例えば、ゴム等の可撓性を有する弾性材料によって、空気入りタイヤに類似した中空の環状部材として形成されている。
転動体４１の中央部は、例えば金属等の硬質の材料からなるリム及び図示しない軸受を介して、転動体支持部４２に取り付けられる。
転動体４１の外周面は、第１回転体１０の筒状部１２の内周面と常時接触している。
また、転動体４１は、その自転（転動体４１の中心回りの回転）時に発生する遠心力により外径が拡大（拡径）したときに、その外周面が後述する摩擦面４４と当接するようになっている。

転動体支持部４２は、転動体４１を中心軸回りに回転可能な状態で、スポーク部２３の突端部に支持するものである。
転動体支持部４２は、転動体４１の中心に挿入される軸部、及び、スポーク部２３から突出して設けられ軸部を支持する支柱部を有する。

転動体収容部４３は、スポーク部２３の突端部を第２回転体２０の内径側に凹ませて形成された凹部である。
転動体４１は、第２回転体２０の外径側の一部を第１回転体１０の筒状部１２側に露出させた状態で、その他の部分は転動体収容部４３の内側に収容されている。

摩擦面４４は、転動体収容部４３の内面のうち、転動体４１の外周面と第２回転体２０の径方向に対向して配置される面部である。
摩擦面４４は、転動体４１が無負荷状態（遠心力による拡径がない状態）である場合には、転動体４１の外周面と間隔を有して対向して配置されている。
転動体４１が遠心力により拡径すると、摩擦面４４は転動体４１と接触し、摩擦を発生する。
摩擦面４４の表面は、適度な摩耗を得られるよう、所定の表面粗さを与えるなどして摩擦係数を調節しておくことが好ましい。
上述した摩擦発生部４０は、デュアルマスフライホイール１の周方向に分散させて複数配置することが好ましい。

次に、第１実施形態のデュアルマスフライホイール１における摩擦発生部４０の動作について説明する。
図３は、第１実施形態のデュアルマスフライホイールにおける相対回転速度に応じた転動体の状態変化を模式的に示す図である。
図３（ａ）は、第1回転体１０と第２回転体２０との相対回転速度が比較的小さい状態における転動体４１の軸方向から見た図である。
図３（ｂ）は、図３（ａ）のｂ−ｂ部矢視断面図である。
図３（ｃ）は、第1回転体１０と第２回転体２０との相対回転速度が比較的大きい状態における転動体４１の軸方向から見た図である。
図３（ｄ）は、図３（ｃ）のｄ−ｄ部矢視断面図である。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示す状態においては、転動体４１は自転に伴い遠心力により拡径し、摩擦面４４に接触しているが、接触面積、接触力は比較的小さい。（接触が生じている領域を破線楕円により示す）
この場合、転動体４１と摩擦面４４との間で作用する摩擦力も比較的小さくなる。
これに対し、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示す状態においては、転動体４１に作用する遠心力が増大して拡径が促進され、摩擦面４４への接触面積、接触力が図３（ａ）、図３（ｂ）に示す状態に対して大きくなる。
これによって、転動体４１と摩擦面４４との間で作用する摩擦力も比較的大きくなり、摩擦発生部４０が第１回転体１０、第２回転体２０の相対回転を抑制する効果が大きくなる。
このため、例えば、エンジン始動時に共振周波数を通過する際や、発進時、急加速時のようなトルク変化が急激な場合に、第１回転体１０と第２回転体２０との相対回転速度を抑制する摩擦を、相対回転速度に応じて発生させることができ、過度な相対回転による異音、振動や、第１回転体１０と第２回転体２０との相対回転量が大きくなることによるレスポンスの悪化を防止することができる。

以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）第１回転体１０と第２回転体２０との相対回転速度が大きい場合に、転動体４１が自転する回転速度が上昇して遠心力により転動体４１が拡径し、その外周面が摩擦面４４と接触することにより、転動体４１の回転を抑える摩擦を相対回転速度に応じて発生させることができる。
これにより、例えばエンジン始動時に共振周波数を通過する際や、発進時、走行中の急加速時のように、第１回転体１０と第２回転体２０との相対回転速度（回転速度差）が大きくなる状況において摩擦を発生させ、異音、振動の発生や、駆動力伝達の時間応答遅れを防止することができる。
一方、通常走行時のように第１回転体１０と第２回転体２０との相対回転速度が小さい領域においては、転動体４１による摩擦の発生が抑制されることにより、第１回転体１０と第２回転体２０との相対回転による良好な制振効果を得ることができる。
（２）転動体４１を、可撓性を有するゴム系の弾性材料によって環状の中空体として形成したことにより、簡単な構成によって上述した効果を確実に得ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用したデュアルマスフライホイールの第２実施形態について説明する。
以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と共通する箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図４は、第２実施形態のデュアルマスフライホイールにおける摩擦発生部の拡大図（第１実施形態の図２に相当する箇所の図）である。
第２実施形態のデュアルマスフライホイールは、第１実施形態の摩擦発生部４０の摩擦面４４に代えて、以下説明する摩擦面４４ａを備えている。

摩擦面４４ａは、転動体収容部４３の内面において、転動体４１と第２回転体２０の周方向に対向する面部に設けられている。
摩擦面４４ａは、転動体４１を第２回転体２０の周方向に挟んだ両側に設けることが好ましい。
摩擦面４４ａにおいて、転動体４１が拡径時に接触する領域の少なくとも一部は、転動体４１の回転中心に対して、第２回転体２０の径方向において外径側の領域に設けられている。
以上説明した第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と同様の効果に加えて、転動体４１の自転による拡径が、転動体４１の公転（第２回転体２０の回転に伴う回転）による遠心力によって阻害されることがなく、公転による遠心力が大きくなる高速の領域であっても、摩擦を発生する効果を確実に得ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用したデュアルマスフライホイールの第３実施形態について説明する。
図５は、第３実施形態のデュアルマスフライホイールにおける転動体の模式的断面図である。
第３実施形態においては、転動体４１の側面部（回転中心軸方向に向いた面部）に、転動体４１の自転による遠心力によって転動体４１の拡径を促進する錘４１ａを設けている。
第３実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と同様の効果に加えて、第１回転体１０と第２回転体２０との相対回転速度に応じた転動体４１の拡径を促進し、転動体４１と摩擦面４４との接触面積及び接触力を増加させ、摩擦の発生効果をより向上することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）デュアルマスフライホイールを構成する各部材、部品の形状、構造、材質、製法、配置、数量などは、上述した各実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
（２）各実施形態において、転動体は例えば弾性材料により形成された中空かつ環状のタイヤ状に形成されているが、転動体の構成はこれに限らず適宜変更することができる。
例えば、可撓性を有する円筒状の部材の周上の各部位を、径方向に変位可能なよう弾性体（ばね要素）を介して支持する構成としてもよい。

１ デュアルマスフライホイール（ＤＭＦ）
１０ 第１回転体 １１ 本体部
１１ａ ハブ部 １２ 筒状部
１３ フランジ部 １４ ウエイト部
１５ パイロットベアリング
２０ 第２回転体 ２１ 本体部
２１ａ ベアリング
２２ 張出部 ２３ スポーク部
３０ ダンパ
４０ 摩擦発生部
４１ 転動体 ４１ａ 錘
４２ 転動体支持部 ４３ 転動体収容部
４４ 摩擦面 ４４ａ 摩擦面

Claims (4)

1. 所定の回転中心軸回りに回転する第１回転体と、
   前記第１回転体に前記回転中心軸回りに相対回転可能に取り付けられた第２回転体と、
   前記第１回転体と前記第２回転体とを連結して設けられ前記相対回転に応じた反力を発生するダンパと、
   前記第２回転体に対して前記回転中心軸と並行に設けられた軸回りに転動可能に支持されるとともに転動速度の増加に応じて拡径可能なよう可撓性を有して構成された転動体と、
   前記第１回転体の周方向に沿って形成され前記転動体の外周面部と当接する案内面と、
   前記第２回転体に設けられ前記転動体の拡径時に前記転動体の外周面と接触して摩擦を発生する摩擦面と
   を備えることを特徴とするデュアルマスフライホイール。
2. 前記摩擦面の少なくとも一部は、前記転動体の転動中心に対して前記第２回転体の外径側に配置されること
   を特徴とする請求項１に記載のデュアルマスフライホイール。
3. 前記転動体は、可撓性を有する材料によって環状の中空体として形成されること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のデュアルマスフライホイール。
4. 前記転動体の一部に、転動時における前記拡径を促進する錘を設けたこと
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のデュアルマスフライホイール。
   

Images