JP4016801B2

JP4016801B2 - トーショナルダンパ

Info

Publication number: JP4016801B2
Application number: JP2002311688A
Authority: JP
Inventors: 真彰濱田; 教明吉井
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: JP2004144248A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は自動車エンジンのクランク軸や補機等の回転軸に取り付けられ、主としてその捩り振動を抑制するトーショナルダンパに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
自動車エンジンのクランク軸にはトーショナルダンパが取り付けられ、そのトーショナルダンパとエアコンやパワーステアリングその他の補機との間に動力伝達用のベルトが巻き掛けられて、クランク軸の回転駆動力がそのベルトを介してそれら補機に伝えられるようになっている。
またエアコン等の補機の回転軸にもトーショナルダンパが取り付けられる場合がある。
【０００３】
従来、このトーショナルダンパは例えば下記特許文献１に開示されているように、金属製の内周側のハブ２０２（図６参照）と、外周面にプーリ溝２０４を有するダンパマスとしての金属製の外周側のベルト掛部２０６と、ハブ２０２及びベルト掛部２０６間に介在してそれらを弾性的に連結する弾性体（ここではゴム弾性体）２０８とを含んで構成してあり、内周側のハブ２０２においてクランク軸（回転軸）に固定されるとともに、外周側のベルト掛部２０６に動力伝達用の１本のベルト２１４（図７（Ａ）参照）が巻き掛けられ、ベルト２１４を介しクランク軸の回転駆動力を他の補機へと伝えるようになっている。
【０００４】
この図６（Ａ）に示すトーショナルダンパ２００は、クランク軸の回転駆動力を他の補機へと伝達するためのプーリとしての働きを有する外、クランク軸の主として捩り振動を抑制するダイナミックダンパとしての働きも併せ有している。
【０００５】
エンジンの爆発に起因する振動がクランク軸に伝わり、そしてクランク軸の捩り共振により振動が増幅されて車室内に伝わり騒音を発生させることから、トーショナルダンパ２００のダイナミックダンパ機能、具体的には弾性体２０８とダンパマスとなるベルト掛部２０６とから成るダイナミックダンパの働きにより捩り振動の共振振幅を小さくし、エンジン騒音を低下させるのである。
このダイナミックダンパとしての働きのため、トーショナルダンパ２００はその固有振動数がクランク軸の捩り共振周波数（通常300〜500Hz付近）にチューニングされている。
【０００６】
尚、図６（Ａ）に示すトーショナルダンパ２００は１ベルトタイプのもの、即ち図７（Ａ）（ア）及び（Ｂ）に示しているようにプーリ溝２０４において１本のベルト２１４を支持し、そのベルト２１４を他の各種補機のプーリ２１０，２１２に巻き掛けて、クランク軸からの回転駆動力を共通の１本のベルト２１４を介して他の補機へと伝える方式のものである。
【０００７】
この１ベルトタイプの場合、必然的にベルト２１４が長くなるとともに、共通のベルト１本で複数の様々な補機の回転軸を回転させなければならないため、ベルト２１４にかかるトルク，テンションが大となり、ベルト耐久性の点で厳しい条件下での使用となる。
【０００８】
ところで、図６（Ａ）に示す１ベルトタイプ且つ１マスタイプのトーショナルダンパ２００の場合、当初はクランク軸の共振周波数に正しくチューニングされていたとしても、エンジンルーム内の温度変化や季節による雰囲気温度の変化により弾性体２０８のばね特性が微妙に変化し、これによりその固有振動数、即ちクランク軸との共振周波数にずれを生じて振動減衰効果が減退してしまう問題が内在している。
【０００９】
或いはトーショナルダンパ２００の大量生産に伴って弾性体２０８のばね特性にばらつきを生じ、振動減衰効果が減退する問題も内在している。
【００１０】
トーショナルダンパ２００が正しくクランク軸の捩り共振周波数にチューニングされている場合、図８に示しているように特定回転数で生じるクランク軸の捩り共振のピーク（振動レベルのピーク）Ｐ_１は消失して、前後にこれより小さな２つのピークが現れる。即ちクランク軸の捩り共振のピークＰ_１が前後の２つのピークに分割される。
これら２つのピークはチューニングが正しくなされている場合は高さの等しいピークとなるが、チューニングがずれていると２つのピークはアンバランスとなって、図８中一方のピークＰ_２に対し他方のピークＰ_３は相対的に大きなピークとなって現れる。
而して大きい方のピークＰ_３が一定の振動レベルを越えているときにはエンジン回転数をここまで上げることができなくなる。
【００１１】
一方、２ベルトタイプのトーショナルダンパも従来用いられている。
図６（Ｂ）はこの２ベルトタイプのトーショナルダンパとして下記特許文献２に開示されたものを示している。
この２ベルトタイプのトーショナルダンパ、即ち２プーリタイプのトーショナルダンパ２１６は、軸方向に分離したダンパマスとしての２つの金属製のベルト掛部２０６を有していて、それぞれの外周面にプーリ溝２０４が形成され、各プーリ溝２０４に別々のベルト２１４，２１４が巻き掛けられるようになっている（図７（Ａ）（イ）参照）。
【００１２】
この２ベルト，２マスタイプのトーショナルダンパ２１６の場合、ダイナミックダンパを２つ備えていることから、各ダイナミックダンパの共振周波数を異なった共振周波数に設定しておくことによって、１マスタイプのトーショナルダンパよりも広い周波数に亘ってクランク軸の捩り振動をより小さく抑制することが可能である。
【００１３】
例えば図６（Ａ）のトーショナルダンパ２００の共振周波数にずれがある結果、２つに分かれたピークのうちの一方が大きなピークＰ_３（図８参照）となった場合であっても、図６（Ｂ）のトーショナルダンパ２１６にあっては一方のダイナミックダンパの共振周波数をクランク軸の目的とする捩り共振周波数の前後にチューニングしておくことで、図８中実線で示しているように破線のピークＰ_１を３つのピークＰ_４，Ｐ_５，Ｐ_６に分割することによって１点鎖線の大きなピークＰ_３の発生を抑制し、全体としての振動レベルを低く抑えることが可能となる。
即ちこのように２マスタイプのトーショナルダンパとした場合、振動低減することのできる周波数範囲を広くとること、即ち広い周波数範囲に亘って捩り振動を抑制することができるとともに、振動レベルそのものも１マスタイプのものに比べて小さくすることができる効果が得られる。
【００１４】
この２ベルト，２プーリタイプのトーショナルダンパ２１６の場合、１つ１つのベルト２１４の長さが短くて済み、従ってまた各ベルト２１４にかかるトルク，テンションも小さくなることからベルト２１４の耐久性の点で有利となる。
【００１５】
一方でこの２ベルト，２プーリタイプのトーショナルダンパ２１６には次のような困難な問題が内在する。
即ち、図７（Ａ）（イ）に示しているようにこのタイプのトーショナルダンパ２１６の場合、エンジンの前方に広いスペースを占めてしまうことになる（Ｓ_１は１ベルト，１マスタイプのトーショナルダンパ２００におけるエンジン前方のスペースを、Ｓ_２は２ベルト，２マスタイプのトーショナルダンパ２１６におけるエンジン前方のスペースを表している）。
【００１６】
特にエンジンが横置き式となるＦＦ車の場合エンジン前方のスペースは極めて重要で、かかるスペースがクランク軸の突き出し，トーショナルダンパによって占められてしまうことは実際上許容困難である。
即ちＦＦ車の場合実際上このような２ベルトタイプを採用すること、即ちベルトによる駆動力伝達方式を２ベルト方式として、トーショナルダンパを２マスに構成し、以って２つのダイナミックダンパ機能により捩り振動を低減するといったことが実際上実現困難な事情にあった。
【００１７】
一方で近年動力伝達用のベルトの耐久性も大きく向上して来ており、従ってＦＦ車において実現可能な１ベルトによる駆動力伝達方式、即ちクランク軸の回転駆動力を１本のベルトで他の複数の各種補機に伝達する方式において、複数のダイナミックダンパにより振動低減することのできる手段が望まれていた。
【００１８】
【特許文献１】
特開昭６２−２９７５５７号公報
【特許文献２】
特開平７−３５１９７号公報
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のトーショナルダンパはこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１のものは、回転軸に固定される内周側のハブと、外周面にプーリ溝を有し、該プーリ溝において動力伝達用の１本のベルトを支持する、ダンパマスとしての外周側のベルト掛部と、それらハブとベルト掛部とを弾性的に連結するゴム製の弾性体とを有し、該弾性体とベルト掛部とで構成されるダイナミックダンパの機能により、該回転軸の捩り振動を抑制する１ベルトタイプのトーショナルダンパにおいて、前記ゴム弾性体は前記ハブと前記ベルト掛部との間に円環状に介在させるとともに、前記１本のベルトを支持するベルト掛部を軸方向に複数分割して、該ベルト掛部の複数の分割体の何れかの分割体と前記弾性体の該何れかの分割体に対応する一部とからなる第１のダイナミックダンパと、他の分割体と該弾性体の該他の分割体に対応する一部とからなる第２のダイナミックダンパとを含む複数のダイナミックダンパを構成し、且つ前記何れかの分割体と前記他の分割体との間には外周側に軸方向の隙間を確保しておくとともに、前記第１のダイナミックダンパと第２のダイナミックダンパとを異なった共振周波数にチューニングしてあることを特徴とする。
【００２０】
請求項２のものは、請求項１において、前記何れかの分割体と前記他の分割体とのマス質量を異ならせることによって、前記第１のダイナミックダンパと前記第２のダイナミックダンパを異なった共振周波数にチューニングしてあることを特徴とする。
【００２１】
請求項３のものは、請求項１において、前記弾性体のばね特性を異ならせることによって、前記第１のダイナミックダンパと前記第２のダイナミックダンパを異なった共振周波数にチューニングしてあることを特徴とする。
【００２２】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、１本のベルトを支持するベルト掛部を軸方向に複数分割し、そしてその分割体と弾性体とによって第１のダイナミックダンパ及び第２のダイナミックダンパを含む複数のダイナミックダンパを構成し且つそれぞれのダイナミックダンパを異なった共振周波数にチューニングしたものである。
而してかかる本発明のトーショナルダンパは複数のダイナミックダンパ機能を有していることから、単一のダイナミックダンパ機能のみしか有していない従来のトーショナルダンパに比べて振動減衰効果を発揮する周波数範囲を広く取ることができ、また併せて振動レベルを小さく抑えることができる。
【００２３】
詳しくは、エンジンルーム内の温度変化や季節ごとの雰囲気温度の変化、或いはトーショナルダンパを大量生産するに際して生じたばらつき等があったとしても、従来の１マスタイプのトーショナルダンパに比べ広い周波数範囲に亘って捩り振動を抑制でき、またばね特性の変化やばらつきによって大きな振動ピークが発生するのを抑止して広い周波数範囲に亘り振動レベルを小さく抑制することができる。
【００２４】
加えて本発明のトーショナルダンパは、１本のベルトを支持するベルト掛部を複数分割することによって複数のダイナミックダンパを構成したものであるから、回転軸の回転駆動力を１本のベルトを通じて複数の補機に伝達する方式を採用しつつ、それら複数のダイナミックダンパによるダンパ機能を発揮させることが可能となる。
即ち本発明によれば従来ＦＦ車において実現困難であった複数のダイナミックダンパによる振動減衰機能を容易に実現することができる。
【００２５】
本発明においては、複数のダイナミックダンパの少なくとも何れかを回転軸における目的の捩り共振周波数の前後の共振周波数にチューニングしておくことができる。
【００２６】
尚本発明において、複数のダイナミックダンパにおける固有振動数（共振周波数）のチューニングの仕方は各種可能である。
例えばベルト掛部を２つに分割して第１及び第２の２つのダイナミックダンパを構成した場合において、その一方を回転軸の捩り共振周波数の前に、また他方を後にチューニングするといったことも可能であるし、或いは一方を回転軸の目的とする捩り共振周波数にチューニングし、他方を一方のダイナミックダンパにて落としきれなかった振動ピークに対しチューニングするようになしてもよい。
【００２７】
或いは一方を捩り一次共振、他方を捩り二次共振にそれぞれチューニングするといったことも可能である。
更には回転軸が常用回転数域において異なった２つの共振周波数を有している場合、別々のダイナミックダンパをそれぞれの共振周波数に対しチューニングするといったことも可能である。
【００２８】
本発明においては、ダイナミックダンパにおけるダンパマスのマス質量、即ちベルト掛部の各分割体のマス質量を異ならせることで、第１のダイナミックダンパと第２のダイナミックダンパを異なった共振周波数にチューニングすることができる（請求項２）。
或いは各分割体のマス質量を等しくする一方で、それぞれのダイナミックダンパにおける弾性体のばね特性を異ならせることで、第１及び第２のダイナミックダンパを異なった共振周波数にチューニングすることも可能である（請求項３）。
【００２９】
勿論、複数分割したベルト掛部の各分割体のマス質量，弾性体のばね特性の何れをも異ならせることによって、第１及び第２のダイナミックダンパを異なった共振周波数にチューニングすることも可能である。
【００３０】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて以下に詳しく説明する。
図１において、１０はピストン１２の往復運動によって回転運動するクランク軸（回転軸）で、１４はその軸端に設けられたフライホイール，１６はフライホイール１４と反対側の軸端においてクランク軸１０に取り付けられたトーショナルダンパである。
【００３１】
図２及び図３（Ａ）にトーショナルダンパ１６の構成が具体的に示してある。
これらの図に示しているように、本例のトーショナルダンパ１６は金属製の内周側のハブ１８と、外周側の同じく金属製のダンパマスとなるベルト掛部２０とを有しており、そしてそれらハブ１８とベルト掛部２０との間にゴム製の弾性体２２が円環状に介在させられてそれらに加硫接着され、以ってハブ１８とベルト掛部２０とが弾性体２２により弾性的に連結されている。
【００３２】
ハブ１８は、円筒部２６と円板状をなす本体部２４と円筒状の嵌合部２８とを有していて、その嵌合部２８において、クランク軸１０に外嵌され且つねじ止めによりクランク軸１０に固定されている。
【００３３】
本例のトーショナルダンパ１６は１ベルトタイプのもので、ベルト掛部２０の外周面にプーリ溝３０を有しており、そのプーリ溝３０に動力伝達用の１本のベルトが巻き掛けられるようになっている。
即ちプーリ溝３０においてベルト掛部２０が１本のベルトを支持する構成となっている。
【００３４】
ベルト掛部２０は軸方向に２つの分割体２０Ａ，２０Ｂに２分割されており、それら分割体２０Ａ，２０Ｂと弾性体２２とによって、第１及び第２の２つのダイナミックダンパ３２Ａ，３２Ｂが構成されている。
詳しくは、分割体２０Ａと弾性体２２の分割体２０Ａに対応する一部２２Ａとによって第１のダイナミックダンパ３２Ａが、またいま一方の分割体２０Ｂとこれに対応する弾性体２２の一部２２Ｂとによって、第２のダイナミックダンパ３２Ｂが構成されている。
【００３５】
本例では、これら第１及び第２のダイナミックダンパ３２Ａ，３２Ｂがそれぞれ異なった固有振動数（共振周波数）にチューニングされている。
詳しくは、この例では図３（Ａ）にも示しているようにベルト掛部２０が軸方向中央位置よりも図中左側に偏った位置で分割されており、分割体２０Ａと２０Ｂとが異なったマス質量とされ、その結果として第１のダイナミックダンパ３２Ａ，第２のダイナミックダンパ３２Ｂが異なった共振周波数にチューニングされている。
【００３６】
図４は本例のトーショナルダンパ１６の振動減衰効果を、横軸に周波数を縦軸に振動レベルをとって表したものである。
但し図中Ｃはダイナミックダンパを装着しないときのクランク軸１０の振動特性を、Ｂは１マスタイプのダイナミックダンパ、即ちトーショナルダンパを装着したときの振動特性を、またＡは本例のトーショナルダンパ１６を装着したときの振動特性をそれぞれ表している。
【００３７】
ここで図中Ａのものは、本例のトーショナルダンパ１６において第１及び第２の２つのダイナミックダンパ３２Ａ，３２Ｂのうち一方（ここでは第２のダイナミックダンパ３２Ｂ）をクランク軸１０の目的とする捩り共振周波数に対し低周波数側（-20％）にチューニングし、また他方（第１のダイナミックダンパ３２Ａ）の共振周波数をクランク軸１０の目的とする捩り共振周波数に対し高周波側（+10％）にチューニングした結果を表している。
尚ＢとＡとはともにダンパマスの全体の質量は同一質量である。
【００３８】
図４から明らかなように、２マスタイプの本例のトーショナルダンパ１６の場合、１マスタイプの従来のトーショナルダンパに対して振動減衰の効果幅、即ち振動減衰効果を良好に発揮する周波数範囲及び振動減衰の大きさ（効果代）の何れにおいても優れていることが分る。
【００３９】
尚、図３（Ｂ）に示しているようにベルト掛部２０における分割体２０Ａと２０Ｂとの間の隙間に弾性体２２の一部を立ち上げて、その立上げ部２２Ｃをそれら分割体２０Ａと２０Ｂとの間に介在させておいてもよい。
【００４０】
以上の例では分割体２０Ａ，２０Ｂのマス質量を異ならせることによって第１のダイナミックダンパ３２Ａと第２のダイナミックダンパ３２Ｂとを異なった共振周波数にチューニングしているが、図５に示しているように分割体２０Ａ，２０Ｂの質量を同一とした上で、弾性体２２における一部２２Ａ、即ち分割体２０Ａとともに第１のダイナミックダンパ３２Ａを構成する弾性体２２の一部２２Ａと、分割体２０Ｂとともに第２のダイナミックダンパ３２Ｂを構成する弾性体２２の他の一部２２Ｂとを、その厚みを異ならせるなどして異なったばね特性を有するものとなし、以って第１のダイナミックダンパ３２Ａと第２のダイナミックダンパ３２Ｂとの共振周波数を異なった周波数にチューニングするといったことも可能である。
【００４１】
或いはまた分割体２０Ａ，２０Ｂのマス質量及び弾性体２２の一部２２Ａと２２Ｂとのばね特性の両方を異ならせることによって、第１のダイナミックダンパ３２Ａ及び第２のダイナミックダンパ３２Ｂを異なった共振周波数にチューニングすることも可能である。
【００４２】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば上例ではダンパマスとしてのベルト掛部２０を２分割しているが、場合によって３つ以上に分割し以って１ベルトタイプのトーショナルダンパ１６に３以上のダイナミックダンパ機能を持たせるといったことも可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のトーショナルダンパをクランク軸，ピストン等とともに示す図である。
【図２】同実施例のトーショナルダンパの構成を具体的に示す図である。
【図３】同実施例のトーショナルダンパ及び他の実施例のトーショナルダンパの要部を拡大して示す図である。
【図４】図１〜図３（Ａ）に示すトーショナルダンパの振動低減効果を従来品との比較において示す図である。
【図５】本発明の他の実施例のトーショナルダンパの要部を拡大して示す図である。
【図６】従来公知のトーショナルダンパの一例を示す図である。
【図７】ベルト駆動の方式として従来行われている１ベルト方式と２ベルト方式の説明図である。
【図８】図６（Ａ）の１マスタイプのトーショナルダンパの問題点の説明図である。
【符号の説明】
１０クランク軸（回転軸）
１６トーショナルダンパ
１８ハブ
２０ベルト掛部
２０Ａ，２０Ｂ分割体
２２弾性体
３０プーリ溝
３２Ａ，３２Ｂダイナミックダンパ

Claims

回転軸に固定される内周側のハブと、外周面にプーリ溝を有し、該プーリ溝において動力伝達用の１本のベルトを支持する、ダンパマスとしての外周側のベルト掛部と、それらハブとベルト掛部とを弾性的に連結するゴム製の弾性体とを有し、該弾性体とベルト掛部とで構成されるダイナミックダンパの機能により、該回転軸の捩り振動を抑制する１ベルトタイプのトーショナルダンパにおいて、
前記ゴム弾性体は前記ハブと前記ベルト掛部との間に円環状に介在させるとともに、前記１本のベルトを支持するベルト掛部を軸方向に複数分割して、該ベルト掛部の複数の分割体の何れかの分割体と前記弾性体の該何れかの分割体に対応する一部とからなる第１のダイナミックダンパと、他の分割体と該弾性体の該他の分割体に対応する一部とからなる第２のダイナミックダンパとを含む複数のダイナミックダンパを構成し、且つ前記何れかの分割体と前記他の分割体との間には外周側に軸方向の隙間を確保しておくとともに、前記第１のダイナミックダンパと第２のダイナミックダンパとを異なった共振周波数にチューニングしてあることを特徴とするトーショナルダンパ。
請求項１において、前記何れかの分割体と前記他の分割体とのマス質量を異ならせることによって、前記第１のダイナミックダンパと前記第２のダイナミックダンパを異なった共振周波数にチューニングしてあることを特徴とするトーショナルダンパ。
請求項１において、前記弾性体のばね特性を異ならせることによって、前記第１のダイナミックダンパと前記第２のダイナミックダンパを異なった共振周波数にチューニングしてあることを特徴とするトーショナルダンパ。