JP2022156396A - トーショナルダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】捩り振動およびこじり振動を低減でき、かつ、構成部品の点数が少ないトーショナルダンパを提供する。【解決手段】回転軸Xの先端に固定され、前記回転軸を中心とする円周上に外周面を有するハブ３と、前記回転軸を中心とする円周上に、前記ハブの前記外周面よりも径が大きい内周面を有する環状の振動リング５と、前記ハブの前記外周面と前記振動リングの前記内周面との間に存在するゴムリング７と、を備え、前記振動リングの前記回転軸と平行方向における先端側からこれと繋がり、さらに先端方向へ延びるオーバーハング部８を備える、トーショナルダンパ１。【選択図】図１

Description

本発明はトーショナルダンパに関する。

トーショナルダンパ（以下、ＴＶＤともいう）は、クランクシャフトの先端に取り付けられ、ハブと振動リング（マス）との間に嵌合させるゴムリングの作用により、クランクシャフトの捩り振動を低減させる機能を備える製品である。また、ＴＶＤはベルトを介して補機類（オルタネーター、エアコン、ウォーターポンプ等）へ動力を伝達するクランクプーリーとしての機能も備える場合がある。

従来、上記の捩り振動に加え、さらに曲げ振動をも低減することを目的としたＴＶＤが、いくつか提案されている。

例えば特許文献１には、車両のクランクダンパに関し、特にクランクシャフトの捩りおよび曲げの各共振振動を有効に防止できるデュアルモードのクランクダンパに関し、車両のクランクシャフト外周に弾性体を設けるとともに該弾性体上に第１の質量体を設け、上記第１の質量体には支持腕を突設して該質量体よりクランクシャフトの軸方向へ離れた上記支持腕先端に第２質量体を設けたことを特徴とする車両のクランクダンパが記載されている。そして、このようなクランクダンパは、トーショナルダンパおよびベンディングダンパの各固有振動数を適当にチューニングすることにより、クランクシャフトの捩り共振振動と曲げ共振振動をいずれも効果的に防止することができ、トーショナルダンパとベンディングダンパを一体構造としたから製作容易かつ安価であると記載されている。

また、特許文献２には、クランクプーリのリム部と、その外側に配置するリング状の外周マスとの間にゴム状弾性体からなるダンパ材を層状に配置し、前記外周マスの重心位置を、前記ダンパ材の回転軸方向の中心位置よりクランク軸の延長方向外側に配置したダンパ付きクランクプーリが記載されている。そして、このようなクランプ―リによると、クランク軸のねじれ振動とクランク軸端の曲り振動との両方を抑制し、これらの振動から発生する騒音を効果的に抑制することができると記載されている。

また、特許文献３には、（ａ）クランクシャフトなどの回転軸に取り付けたボス部と、このボス部の半径方向外側に位置し、軸方向の幅Ｗ１を有する剛性の低い円筒部と、このボス部とこの円筒部をつなぐ連結部とを有するハブと、（ｂ）このハブの円筒部の半径方向外側に同心的に配置し、軸方向の幅Ｗ２の本体部および軸方向の幅Ｗ３のオーバーハング部を有する捩り振動・曲げ振動兼用ダンパーマスと、（ｃ）上記ハブの円筒部とこの捩り振動・曲げ振動兼用ダンパーマスの本体部との間に設けた弾性体とを備え、上記ハブの円筒部と連結部との結合部分から離れた円筒部の一端側に、上記捩り振動・曲げ振動兼用ダンパーマスのオーバーハング部を設けたことを特徴とするダンパー装置が記載されている。そして、このようなダンパー装置によれば、捩り振動および曲げ振動を減衰することができるうえ、部品点数を少なくすることができ、装置を安価にすることができるなどの効果があると記載されている。

実開昭６３－１７０６３２号公報 実開平２－８４０４９号公報 特開平１０－１５９９０３号公報

しかしながら、従来、曲げ振動の中でもこじり方向への振動（こじり振動）を十分に低減することができ、かつ、ダブルマスタイプに対して構成部品の点数が少ないトーショナルダンパは提案されていなかった。

本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、捩り振動およびこじり振動を十分に低減でき、かつ、ダブルマスタイプに対して構成部品の点数が少ないトーショナルダンパを提供することを目的とする。

本発明者は鋭意検討を重ね、本発明を完成させた。
本発明は以下の（１）～（３）である。
（１）回転軸の先端に固定され、前記回転軸を中心とする円周上に外周面を有するハブと、
前記回転軸を中心とする円周上に、前記ハブの前記外周面よりも径が大きい内周面を有する環状の振動リングと、
前記ハブの前記外周面と前記振動リングの前記内周面との間に存在するゴムリングと、
を備え、
前記振動リングの前記回転軸と平行方向における先端側からこれと繋がり、さらに先端方向へ延びるオーバーハング部を備える、トーショナルダンパ。
（２）前記オーバーハング部は円筒状であり、前記回転軸を中心とする円周上に内周面を有し、
前記内周面の半径が前記ハブの前記外周面の半径以下である、上記（１）に記載のトーショナルダンパ。
（３）前記オーバーハング部の外周面にプーリ溝が形成されている、上記（１）または（２）に記載のトーショナルダンパ。

本発明によれば、捩り振動およびこじり振動を低減でき、かつ、ダブルマスタイプに対して構成部品の点数が少ないトーショナルダンパを提供することができる。

本発明のトーショナルダンパの実施態様を例示した概略断面図である。 効果検証試験（１）のシミュレーションの前提である装置のレイアウトを示す概略図である。 効果検証試験（１）の結果である。 効果検証試験（２）における比較例のトーショナルダンパを例示した概略断面図である。 効果検証試験（２）の結果（本発明の場合）である。 効果検証試験（２）の結果（比較例の場合）である。

本発明について説明する。
本発明は、回転軸の先端に固定され、前記回転軸を中心とする円周上に外周面を有するハブと、前記回転軸を中心とする円周上に、前記ハブの前記外周面よりも径が大きい内周面を有する環状の振動リングと、前記ハブの前記外周面と前記振動リングの前記内周面との間に存在するゴムリングと、を備え、前記振動リングの前記回転軸と平行方向における先端側からこれと繋がり、さらに先端方向へ延びるオーバーハング部を備える、トーショナルダンパである。
このようなトーショナルダンパを、以下では「本発明のトーショナルダンパ」ともいう。

初めに、本発明のトーショナルダンパを、図１を用いて説明する。
図１は、本発明のトーショナルダンパの実施態様を回転軸にそって切断した場合に得られる断面の概略図（概略断面図）である。

図１に例示する実施態様のトーショナルダンパ１は、車両等のエンジンのクランクシャフトの先端に取り付けて用いることができる。トーショナルダンパ１は、クランクシャフトの捩り共振およびこじり共振を吸収し、エンジンの振動、騒音を抑制する機能を備える。さらに、クランクシャフトの回転をベルトを介して補器へ動力を伝達する駆動プーリー（クランクプーリー）としての役割をも果たす場合もある。

トーショナルダンパ１はハブ３と、振動リング５と、ゴムリング７とを有する。

＜ハブ＞
ハブ３は、ボス部３１、ステー部３３およびリム部３５を有する。
ボス部３１は、ハブ３における径方向の中央部に設けられている。ボス部３１がクランクシャフト（回転軸）の先端に固定され、ハブ３が回転軸Ｘを中心に回転駆動する。
ステー部３３は、ボス部３１から径方向に伸びている。
リム部３５は、ステー部３３の外周側に設けられている。リム部３５は円筒状であり、リム部３５の外周側にゴムリング７を介して振動リング５が連結される。
リム部３５の外周面は、回転軸Ｘを中心とする円周上に存在している。

ボス部３１、ステー部３３およびリム部３５の各々は、鋳鉄等の金属材料等を原料として用いて成形することができる。また、ボス部３１、ステー部３３およびリム部３５の各々は、特に、片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、自動車構造用熱間圧延鋼板等からなることが好ましい。

＜振動リング＞
振動リング５は、ハブ３の径方向外側に配置されている。振動リング５の内周面はハブ３の外周面よりも径が大きい。この内周面は、クランクシャフト（回転軸Ｘ）を中心とする円周上に存在している。
また、振動リング５の外周面にベルトが掛かるプーリ溝５１が設けられている。プーリ溝５１は動力伝達用のプーリとして機能する。
本発明のトーショナルダンパは図１に示す態様のように、振動リングの外周面にプーリ溝を備えることが好ましい。

振動リング５は鋳鉄等の金属材料等を原料として用いて成形することができる。
また、振動リング５は片状黒鉛鋳鉄からなることが好ましい。片状黒鉛鋳鉄は振動を吸収する能力が優れており、耐摩耗性にも優れているためである。

＜オーバーハング部＞
トーショナルダンパ１は、回転軸Ｘと平行方向における振動リング５の先端側（図１においては左側）にオーバーハング部８を備える。
オーバーハング部８は振動リング５の先端側と繋がり、この先端側からさらに先端方向（図１においては左側）へ延びている。
このようなオーバーハング部８を備えると、捩り振動およびこじり振動を十分に低減できる。また、オーバーハング部８は振動リング５と一体に成形することができるので、構成部品の点数が増加しない。
なお、オーバーハング部８は振動リング５と繋がっているが、回転軸Ｘと平行方向において、ゴムリング７の先端よりもさらに先端側に存在している部分をオーバーハング部８とする。

オーバーハング部８は、図１に例示する態様のように円筒状であることが好ましい。
また、オーバーハング部８の内周面８０は回転軸Ｘを中心とする円周上に存在し、内周面の半径（Ｙ₁）がハブ３の外周面の半径（Ｙ₂）以下であることが好ましい。すなわち、Ｙ₁≦Ｙ₂であることが好ましい。
この場合、捩り振動およびこじり振動を、より低減することができるからである。
なお、半径（Ｙ₁）および半径（Ｙ₂）が測定位置によって複数特定される場合、これらの値は共に平均値を意味するものとする。後述するオーバーハング部８の外周面の半径および振動リング５の内周面の半径においても同様とする。

オーバーハング部８は、図１に例示する態様のように、その外周面にプーリ溝８１を有することが好ましい。
オーバーハング部８のプーリ溝８１上にベルトを設置し、クランクシャフトの回転をベルトを介して補器へ動力を伝達することができ、このとき、こじり振動をより低減することができることを本発明者は見出した。

オーバーハング部８においてプーリ溝８１が形成されている外周面は回転軸Ｘを中心とする円周上に存在するが、その半径は振動リング５の内周面の半径よりも小さいことが好ましい。
この場合、捩り振動およびこじり振動を、より低減することができるからである。

オーバーハング部８は振動リング５と一体に成形することができる。したがって、オーバーハング部８は振動リング５と同様の材料を用いて形成することができる。

＜ゴムリング＞
ゴムリング７は、ハブ３の外周面と、振動リング５の内周面との間隙部に挿入されている。ゴムリング７は車両等の走行中に発生するクランクシャフトの捩じれ振動やこじり振動を低減させて破損を防止したり、エンジン振動の騒音や振動を低減したりする役割を果たす。
ゴムリングは、ハブの外周面と振動リングの内周面との間に径方向に圧縮された状態で存在する。

ゴムリング７は、エチレン・プロピレン・ジエン三元コポリマー（ＥＰＤＭ）を主成分とし、その他に好ましくはカーボンブラックやプロセスオイルを含むゴム組成物を、例えば従来公知の方法によって円筒形等に加硫成形することによって得ることができる。具体的には、例えばゴム組成物は配合量としてＥＰＤＭを１０～６０質量以上含み、ＥＰＤＭ１００質量部に対してカーボンブラックを４０～１３０質量部含むことが好ましい。

本発明のトーショナルダンパにおいて捩り方向の固有振動数は、主に振動リングおよびオーバーハング部の質量の合計と、ゴムリングの剪断バネ定数とを調整することによって所定の値とすることができる。また、こじり方向の固有振動数は、主にオーバーハング部の質量と、ゴムリングのこじれ時のバネ定数とを調整することによって所定の値とすることができる。
捩り方向の固有振動数およびこじり方向の固有振動数をクランクシャフトの捩り共振振動数およびこじり共振振動数と一致させると、捩り共振およびこじり共振を効果的に抑制することができる。

＜本発明の効果の検証（１）＞
図２に示すような各部の構成（レイアウト）において、図１に示したトーショナルダンパをエンジンのクランクシャフトの先端に取り付けてエンジンを回転させた場合の、クランクシャフトの軸受けに発生する振動を求めるシミュレーションを行った。

ここでトーショナルダンパとして、図１に具体的に例示した態様と同様の形状であって、捩り方向へ変形したときの固有振動数を４１５Ｈｚ、こじり方向へ変形したときの固有振動数を４０６Ｈｚ、４９０Ｈｚ、６７４Ｈｚのいずれかとする３種類のトーショナルダンパを想定した。
そして、クランクシャフトの軸受けの振動の周波数および当該振動の加速度との関係をシミュレーションして求めた。

このようなシミュレーションを行った結果を、図３に示す。図３において薄い部分（白に近い部分）はクランクシャフトの軸受けの振動の加速度が高く、こじり振動が発生していることを意味している。なお、図３において上段の３つはピッチング（回転軸に垂直かつ紙面に垂直方向の軸を回転軸とした運動）におけるこじり振動のシミュレーション結果を示しており、下段の３つはヨーチング（回転軸に垂直かつ紙面に平行方向の軸を回転軸とした運動）におけるこじり振動のシミュレーション結果を示している。
図３により、本発明に相当するトーショナルダンパは、こじり方向の振動が抑制されることが確認された。

＜本発明の効果の検証（２）＞
トーショナルダンパとして、図１に具体的に例示した態様と同様の形状のトーショナルダンパ（本発明のトーショナルダンパに相当する）と、これに対する比較対象として、図４に示すトーショナルダンパ（本発明のトーショナルダンパには相当しない）とを想定し、これらについて同条件でシミュレーションを行った。
ここで図４に示すトーショナルダンパは、図１に示したトーショナルダンパと概ね同じ位置に同様の形状のオーバーハング部９を有するが、図１に示したトーショナルダンパと異なり、オーバーハング部９は振動リング３のリム部３５に繋がっており、その材質も振動リング３と等しい。

図１に示したトーショナルダンパの測定結果を図５に示す。また、図４に示したトーショナルダンパの測定結果を図６に示す。
図５および図６により、本発明に相当するトーショナルダンパは、比較例のトーショナルダンパに対して、こじり方向（ピッチング）の振動が抑制されることが確認された。

１ トーショナルダンパ（本発明のトーショナルダンパ）
１０ トーショナルダンパ（比較例）
３ ハブ
３１ ボス部
３３ ステー部
３５ リム部
５ 振動リング
５１ プーリ溝
７ ゴムリング
８ オーバーハング部
８０ オーバーハング部の内周面
８１ プーリ溝
９ オーバーハング部（比較例）
９０ オーバーハング部の内周面（比較例）
９１ プーリ溝（比較例）
Ｘ 回転軸

Claims (3)

1. 回転軸の先端に固定され、前記回転軸を中心とする円周上に外周面を有するハブと、
   前記回転軸を中心とする円周上に、前記ハブの前記外周面よりも径が大きい内周面を有する環状の振動リングと、
   前記ハブの前記外周面と前記振動リングの前記内周面との間に存在するゴムリングと、
   を備え、
   前記振動リングの前記回転軸と平行方向における先端側からこれと繋がり、さらに先端方向へ延びるオーバーハング部を備える、トーショナルダンパ。
2. 前記オーバーハング部は円筒状であり、前記回転軸を中心とする円周上に内周面を有し、
   前記内周面の半径が前記ハブの前記外周面の半径以下である、請求項１に記載のトーショナルダンパ。
3. 前記オーバーハング部の外周面にプーリ溝が形成されている、請求項１または２に記載のトーショナルダンパ。

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