JP4625791B2 - スプリングシート及びスプリング組立体 - Google Patents

Description

本発明は、スプリングシート及びスプリング組立体、特に、捩り振動ダンパーの少なくとも２つの部材が相対回転する際に回転方向に圧縮されるスプリング組立体及びスプリング組立体に用いられるスプリングシートに関する。

車両のクラッチディスク組立体、フライホイール組立体、トルクコンバータのロックアップクラッチ等のダンパー機構には、入力側回転部材及び出力側回転部材を回転方向において弾性的に連結するようにスプリング組立体が配置されている。このスプリング組立体は、入力側回転部材と出力側回転部材とが相対回転することで、両部材間で回転方向に圧縮される。そして、このようなスプリング組立体として、コイルスプリングが二重に配置された親子バネを用いたものが知られている（特許文献１参照）。

親子バネを用いたスプリング組立体は、主として、外側に配置される大コイルスプリングと、大コイルスプリングの内側に配置された小コイルスプリングと、大コイルスプリング及び小コイルスプリングの両端に配置されたスプリングシートとを有している。このために、両コイルスプリングが圧縮されることによって、単一のコイルスプリングの場合に比べて剛性が高くなり、発生する荷重も大きくなる。

このような、親子バネを用いたスプリング組立体では、入力側回転部材及び出力側回転部材が回転するのに伴って、小コイルスプリングが捩り振動によって圧縮されるとともに遠心力がスプリング組立体に作用する。このときに、スプリング組立体に遠心力が作用することによって外周側にスプリング組立体が移動することで、大コイルスプリングの内周面に摺動する場合がある。摺動抵抗によるヒステリシスはダンパー機構をソリッドな特性とするために音振動性能を悪化させる原因となる。
特開２００４−１８３８７１号公報

特許文献１に記載のスプリング組立体では、大コイルスプリングと小コイルスプリングとが摺動することで発生するヒステリシスを、小コイルスプリングの外側面を覆う覆い部を設けることで軽減している。しかし、このスプリング組立体では、性能にばらつきが生じる可能性がある。具体的には、特許文献１に記載のスプリング組立体では、小コイルスプリングが大コイルスプリングの内側で回転方向に移動可能になっている。また、小コイルスプリングの外側面と大コイルスプリングとの間には隙間が存在している。このために、大コイルスプリングの内側における小コイルスプリングの位置が安定せずに、小コイルスプリングの作動する軌道がやや不安定になるおそれがあり、性能にばらつきが生じるおそれがある。

また、大コイルスプリングと小コイルスプリングとが摺動することでヒステリシスが発生する可能性がある。このために音振動性能を悪化させている。

さらに、特許文献１に記載のスプリング組立体では、小コイルスプリングが捩り振動によって圧縮される際に遠心力によって外周側に移動することで、大コイルスプリングが各回転部材の窓部の外周側縁に摺動する。この摺動によって、ダンパー機構の音振動性能が低下してしまう。

本発明の課題は、小コイルスプリングと大コイルスプリングとの摺動を防止し、大コイルスプリングと各回転部材の窓部の外周側縁との摺動を防止することにある。

請求項１に係るスプリングシートは、捩じり振動を吸収・減衰するための大コイルスプリングと、大コイルスプリングの内径よりも小さな外径を有し大コイルスプリングの内側に配置される小コイルスプリングとを支持するためのスプリングシートであって、シート本体と、円柱状の第１支持部と、円弧状の第２支持部と、凸部と、を備えている。シート本体は、大コイルスプリングの端部と小コイルスプリングの端部とを圧縮方向に支持するための部材である。第１支持部はシート本体から小コイルスプリングの圧縮方向に突出し小コイルスプリングの内周を支持する。第２支持部は、シート本体の外周側端部から大コイルスプリングの一部を覆うように形成され、大コイルスプリングの一部を外周側から支持する。凸部はシート本体の第１支持部が形成された側と逆側の面に形成されている。そして、第１支持部の中心線は第２支持部の中心線より第２支持部から離れる側に偏倚している。

このスプリングシートでは、第２支持部によって大スプリングが外周側から支持されるとともに、第１支持部によって小スプリングが支持される。

ここでは、大コイルスプリングと小コイルスプリングとの取り付け精度が高くなる。このために、小コイルスプリングの圧縮する際の軌道が安定し、性能にバラツキが生じにくくなる。また、大スプリングと小スプリングとの間で摺動しにくくすることができる。

請求項２に係るスプリングシートは、請求項１に記載のスプリングシートであって、第１支持部は圧縮方向に半径が徐々に減少するテーパが形成されている。

このスプリングシートでは、圧縮方向に半径が徐々に減少するテーパが形成されているために、小コイルスプリング及び大コイルスプリングを圧縮する際に両コイルスプリングの圧縮を妨げにくくなる。

請求項３に係るスプリング組立体は、捩り振動ダンパーの２つの回転部材の窓孔に配置され、２つの回転部材が相対回転する際に窓孔によって回転方向に圧縮されるスプリング組立体であって、大コイルスプリングと、大コイルスプリングの内径よりも外径の小さな小コイルスプリングと、大コイルスプリング及び小コイルスプリングの両端に配置された請求項１又は２に記載のスプリングシートとを有している。

このスプリング組立体では、２つの回転部材が相対回転する際に２つの回転部材の窓孔の間で圧縮させられる。このとき、スプリングシートが大コイルスプリングと小コイルスプリングとの両端に配置されているために、大コイルスプリングと小コイルスプリングとが摺動しにくくなる。

請求項４に係るスプリング組立体は、請求項３に記載のスプリング組立体であって、第２支持部はシート本体からの距離に応じて徐々に厚さが増加する。

このスプリン組立体では、２つの回転部材が相対回転する際に、大スプリングが遠心力によって外周側に移動しようとする。このとき、窓孔の外周側縁と第２支持部とが接触するために大スプリングと窓孔の縁とが摺動してヒステリシスを発生するのを防止できる。

請求項５に係るスプリング組立体は、請求項４に記載のスプリング組立体であって、第１支持部は小コイルスプリングの座巻き部分よりも圧縮方向に突出している。

ここでは、小コイルスプリングを支持しやすくなる。

請求項６に係るスプリング組立体は、請求項４又は５に記載のスプリング組立体であって、小コイルスプリングは、両端で大コイルスプリングの内周側に内側から接触し、中央部で外周側に内側から接触するように円弧状に形成されている。

ここでは、２つの部材が相対回転する際にスプリング組立体が圧縮させられる場合には、大コイルスプリングと小コイルスプリングとを摺動しにくくすることができ、両コイルスプリングが摩耗するのを防止できる。

本発明は、内側コイルスプリングと外側コイルスプリングとの摺動を防止し、外側コイルスプリングと各回転部材の窓部の外周側縁との摺動を防止することができる。

図面に基づいて、本発明の一実施形態が採用されたスプリング組立体５について説明する。

１．２マスフライホイールの全体構成
図１に示す本発明の一実施形態が採用されたスプリング組立体５を備えた２マスフライホイール１は、エンジン側のクランクシャフト９１からトルクをクラッチ（クラッチディスク組立体及びクラッチカバー組立体）を介してトランスミッション側の入力シャフト（図示せず）にトルクを伝達するためのダンパー機能を有している。２マスフライホイール１は、主に第１フライホイール２と、第２フライホイール３と、両フライホイール２、３の間に配置されるダンパー機構４とから構成されている。

なお、図１のＯ−Ｏが２マスフライホイール１の回転軸線であり、図１の左側にはエンジン（図示せず）が配置されており、右側にはトランスミッション（図示せず）が配置されている。以後、図１において左側を軸方向エンジン側といい、右側を軸方向トランスミッション側という。また、図２において矢印Ｒ１の向きが駆動側（回転方向正側）であり、矢印Ｒ２の向きが反駆動側（回転方向負側）である。

第１フライホイール２は、クランクシャフト９１の先端に固定されている部材であって、クランクシャフト９１側に大きな慣性モーメントを確保するための部材である。第１フライホイール２は、主に、フレキシブルプレート１１と、イナーシャ部材１３とから構成されている。

フレキシブルプレート１１は、クランクシャフト９１からイナーシャ部材１３に対してトルクを伝達すると共に、クランクシャフト９１からの曲げ振動を吸収するための部材である。したがって、フレキシブルプレート１１は、回転方向には剛性が高いが軸方向及び曲げ方向には剛性が低くなっている。フレキシブルプレート１１は、中心孔が形成された円板状の部材であり、例えば板金製である。フレキシブルプレート１１は内周端が複数のボルト２２によってクランクシャフト９１の先端に固定されている。フレキシブルプレート１１には、ボルト２２に対応する位置にボルト貫通孔が形成されている。ボルト２２はクランクシャフト９１に対して軸方向トランスミッション側から取り付けられている。

イナーシャ部材１３は、厚肉ブロック状の部材であり、フレキシブルプレート１１の外周端の軸方向トランスミッション側に図示しないリベットによって固定されている。イナーシャ部材１３の外周面にはエンジン始動用リングギア１４が固定されている。なお、第１フライホイール２は一体の部材から構成されていてもよい。

第２フライホイール３は、環状かつ円板状の部材であり、第１フライホイール２の軸方向トランスミッション側に配置されている。また、第２フライホイール３は、フライホイール本体３Ａと、フライホイール本体３Ａをクランクシャフト側の部材に対して半径方向に位置決めするための位置決め部材３Ｂとから構成されている。

フライホイール本体３Ａは、軸方向の厚みがフレキシブルプレート１１よりも厚い環状の部材であり、軸方向トランスミッション側に環状かつ平坦なクラッチ摩擦面３ａが形成されている。クラッチ摩擦面３ａは、図示しないクラッチディスク組立体が連結される部分である。

位置決め部材３Ｂは、フライホイール本体３Ａの内周側に配置された環状の板金製プレート部材である。位置決め部材３Ｂは、フライホイール本体３Ａの内周部に当接することでフライホイール本体３Ａに芯出しをする外周部６７を有している。位置決め部材３Ｂは、さらに、内周縁において軸方向エンジン側に延びる内周筒状部７０を有している。

ダンパー機構４について説明する。ダンパー機構４は、クランクシャフト９１と第２フライホイール３とを回転方向に弾性的に連結するための機構である。このように第２フライホイール３はダンパー機構４によってクランクシャフト９１に連結されることで、ダンパー機構４と共にフライホイール組立体を構成している。ダンパー機構４は、一対の出力側円板状プレート３２、３３と、入力側円板状プレート２０とスプリング組立体５と、第３コイルスプリング３６とを備えている。

一対の出力側円板状プレート３２、３３は、軸方向エンジン側の第１プレート３２と、軸方向トランスミッション側の第２プレート３３とから構成されている。両プレート３２、３３は、円板状部材であり、軸方向に所定の間隔を空けて配置されている。各プレート３２、３３には、円周方向に並んだ複数の窓部４６がそれぞれ形成されている。窓部４６は、後述するスプリング組立体５を軸方向及び回転方向にそれぞれ支持するための構造であり、スプリング組立体５を軸方向に保持しかつその円周方向両端に当接する切り起こし部を有している。窓部４６は、円周方向に４つ並んで配置されている。さらに、各プレート３２、３３には、対向する位置に２つの第２窓部４８がそれぞれ形成されている。第２窓部４８は、窓部４６の外周側に形成されており、後述する第３コイルスプリング３６を軸方向及び回転方向にそれぞれ支持するための構造である。

第１プレート３２と第２プレート３３は、内周部同士は軸方向に一定の間隔を維持しているが、外周部同士は互いに近接してリベット４１、４２によって堅く固定されている。第１リベット４１は、円周方向に並んで配置されている。第２リベット４２は、第１プレート３２と第２プレート３３において形成された切り起こし当接部４３、４４同士を固定している。切り起こし当接部４３、４４は、円周方向の２カ所において半径方向に対向して形成され、具体的には窓部４６の半径方向外側に配置されている。

入力側円板状プレート２０は、出力側円板状プレート３２、３３の間に配置された円板状の部材である。入力側円板状プレート２０には、窓部４６に対応した入力側円板状プレート側窓孔３８が形成されている。入力側円板状プレート側窓孔３８は、それぞれ、直線状の内周縁を有しているが、内周縁の回転方向中間部分には半径方向内側に凹んだ切り欠き３８ａを有している。また、入力側円板状プレート側窓孔３８は、回転方向両端の縁に後述するスプリングシート５１の凸部５５が挿入可能な凹部３８ｂが形成されている。入力側円板状プレート２０は、中心に円形の孔を有しており、その回りに複数のボルト貫通孔が形成されている。また、外周縁の各入力側円板状プレート側窓孔３８の円周方向間にあたる位置には、半径方向外側に突出する突起２０ｃが形成されている。突起２０ｃは、出力側円板状プレート３２、３３の切り起こし当接部４３、４４と第３コイルスプリング３６から回転方向に離れて配置されており、かつ、回転方向に接近するといずれにも当接可能となっている。言い換えると、突起２０ｃと切り起こし当接部４３、４４はダンパー機構４全体のストッパー機構を構成している。また、突起２０ｃ同士の回転方向の空間は第３コイルスプリング３６を収納するための第２窓孔４０として機能している。

入力側円板状プレート２０は、フレキシブルプレート１１、支持部材１９と共に、ボルト２２によってクランクシャフト９１に固定されている。フレキシブルプレート１１の内周部は、クランクシャフト９１の先端面９１ａの軸方向トランスミッション側面に当接している。支持部材１９は、筒状部１９ａと、その外周面から半径方向に延びる円板状部１９ｂとから構成されている。円板状部１９ｂは、フレキシブルプレート１１の軸方向トランスミッション側面に当接している。筒状部１９ａの内周面は、クランクシャフト９１の先端中心に形成された円柱突起９１ｂの外周面に当接して芯出しされている。フレキシブルプレート１１の内周面は、筒状部１９ａの軸方向エンジン側の外周面に当接して芯出しされている。入力側円板状プレート２０の内周面は、筒状部１９ａの軸方向トランスミッション側根元の外周面に当接して芯出しされている。筒状部１９ａの内周面には軸受２３が装着され、軸受２３はトランスミッションの入力シャフトの先端を回転自在に支持している。また、各部材フレキシブルプレート１１、支持部材１９、入力側円板状プレート２０はネジ２１によって互いに堅く固定されている。

位置決め部材３Ｂの筒状部７０の内周面は、ブッシュ３０を介して、支持部材１９の筒状部１９ａの外周面に支持されている。このようにして、位置決め部材３Ｂは支持部材１９によって第１フライホイール２及びクランクシャフト９１に対して芯出しされており、さらにフライホイール本体３Ａは位置決め部材３Ｂを介して第１フライホイール２及びクランクシャフト９１に対して芯出しされている。ブッシュ３０は、筒状部７０と筒状部１９ａの間に配置された筒状部分３０ａと、入力側円板状プレート２０の内周部と位置決め部材３Ｂの筒状部７０先端との間に配置されたスラスト部３０ｂとを有している。このように、第２フライホイール３からのスラスト荷重は、スラスト部３０ｂを介して、軸方向に並んで配置された各部材フレキシブルプレート１１、支持部材１９、入力側円板状プレート２０によって受けられるようになっている。

スプリング組立体５は、複数の窓部４６に配置された部材であって、第１コイルスプリング３４と、第２コイルスプリング３５と、スプリングシート５１とを有している。

第１コイルスプリング３４は、両端が入力側円板状プレート側窓孔３８及び窓部４６の回転方向両端まで延びている。

第２コイルスプリング３５は、第１コイルスプリング３４の内部に配置されている部材である。また、第２コイルスプリング３５は、第１コイルスプリング３４の内周側と両端で接触するとともに中央部で外周側に内側から接触するように緩やかな円弧状になっている。第１コイルスプリング３４と同様に、第２コイルスプリング３５の回転方向両端は窓部４６の回転方向両端まで延びている。

スプリングシート５１は、第１コイルスプリング３４と第２コイルスプリング３５との両端に配置された部材であって、図３に示すように、端部支持部５２と、外周側覆い部５３と、突出部５４とを有している。

端部支持部５２は、第１コイルスプリング３４と第２コイルスプリング３５とを圧縮方向に支持するために、第１コイルスプリング３４及び第２コイルスプリング３５の両端に配置されている。また、端部支持部５２は、円板状の部分であって、第１及び第２コイルスプリング３４、３５が配置されている側と逆側の面に凸部５５が設けられている。

外周側覆い部５３は、第１コイルスプリング３４の外周側を覆うように支持する部分であって、端部支持部５２から第１コイルスプリング３４が配置されている側に延びるように形成されている。また、外周側覆い部５３は、第１コイルスプリング３４の外周側に沿って円筒の一部を構成するように形成された部分であって、第１及び第２コイルスプリング３４、３５が配置されている側に徐々に厚さが厚くなるように形成されている。

突出部５４は、第２コイルスプリング３５の内周部に配置された部分であって、端部支持部５２から第２コイルスプリング３５が配置されている側に突出する部分である。突出部５４は、略円柱状の部分であって、中心軸が第２コイルスプリング３５の中心軸と重なるが第１コイルスプリング３４の中心軸とは重なり合わない状態で配置されている。具体的には、突出部５４の中心軸は第１コイルスプリング３４の中心軸から図３の下方にずれている。さらに、突出部５４は、圧縮方向に半径が徐々に減少するテーパが形成されている部分であって、第２コイルスプリング３５の座巻き部分（スプリングとして機能しない部分）よりも圧縮方向に突出している。

第３コイルスプリング３６は、第２窓部４８内に配置されている部材であって、第１コイルスプリング３４より小型の部材である。第３コイルスプリング３６は、第１コイルスプリング３４及び第２コイルスプリング３５よりも外周側に配置されている。なお、第３コイルスプリング３６の回転方向両端は、第２窓部４８の回転方向両端に当接しているが、第２窓孔４０の回転方向両端つまり入力側円板状プレート２０の突起２０ｃの回転方向端面から大きく離れている。

２．動作
２−１．トルク伝達の動作
この２マスフライホイール１では、エンジンのクランクシャフト９１からのトルクは、第２フライホイール３に対してダンパー機構４を介して伝達される。ダンパー機構４では、トルクは、入力側円板状プレート２０、コイルスプリング３４〜３６、出力側円板状プレート３２、３３の順番で伝達される。さらに、トルクは、２マスフライホイール１から、クラッチ連結状態でクラッチディスク組立体に伝達され、最後にトランスミッション側入力シャフト（図示せず）に出力される。

２−２．捩り振動の吸収・減衰動作
２マスフライホイール１にエンジンからの燃焼変動が入力されると、ダンパー機構４において入力側円板状プレート２０と出力側円板状プレート３２、３３とが相対回転し、その間でコイルスプリング３４〜３６が並列に圧縮される。このとき、スプリング組立体５は、入力側円板状プレート２０と出力側円板状プレート３２、３３とによって圧縮されて図４に示すような状態になる。

２−３．効果
ここでは、スプリングシート５１の外周側覆い部５３が形成されているためにスプリング組立体５に遠心力が作用した場合でも、入力側円板状プレート側窓孔３８に第１コイルスプリング３４が接触するのを防止できる。そのために、第１コイルスプリング３４と入力側円板状プレート側窓孔３８との間で摩擦が発生することによって第１コイルスプリング３４が摩耗するのを防止できる。また、スプリングシート５１に突出部５４が形成されているために第２コイルスプリング３５の両端部が外周側に移動するのを防止できる。さらに、第２コイルスプリング３５が円弧状に形成されているために入力側円板状プレート２０と出力側円板状プレート３２、３３とが相対回転し、スプリング組立体５が圧縮された場合に第２コイルスプリング３５の長手方向中央部が第１コイルスプリング３４と接触しにくくなる。このために、第１コイルスプリング３４と第２コイルスプリング３５とが摺動しにくくなり、第１コイルスプリング３４及び第２コイルスプリング３５が摩耗しにくくなる。

３．他の実施形態
以上、本発明に係るスプリング組立体５を備えた２マスフライホイール１の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

２マスフライホイール１の断面図。 ２マスフライホイール１の正面図。 本発明の一実施形態に係るスプリング組立体を示す図。 入力側円板状プレート２０と出力側円板状プレート３２，３３とが相対回転することでスプリング組立体が圧縮されている状態の図。

５ スプリング組立体
２０ 入力側円板状プレート
３２ 第１プレート
３３ 第２プレート
３４ 第１コイルスプリング（大コイルスプリング）
３５ 第２コイルスプリング（小コイルスプリング）
５１ スプリングシート
５２ 端部支持部（シート本体）
５３ 外周側覆い部（第２支持部）
５４ 突出部（第１支持部）

Claims (6)

1. 捩じり振動を吸収・減衰するための大コイルスプリングと、前記大コイルスプリングの内径よりも小さな外径を有し前記大コイルスプリングの内側に配置される小コイルスプリングと支持するためのスプリングシートであって、
   前記大コイルスプリングの端部と前記小コイルスプリングの端部とを圧縮方向に支持するためのシート本体と、
   前記シート本体から前記小コイルスプリングの圧縮方向に突出し前記小コイルスプリングの内周を支持する円柱状の第１支持部と、
   前記シート本体の外周側端部から前記大コイルスプリングの一部を覆うように形成され、前記大コイルスプリングの一部を外周側から支持する円弧状の第２支持部と、
   前記シート本体の前記第１支持部が形成された側と逆側の面に形成された凸部と、
   を備え、
   前記第１支持部の中心線は前記第２支持部の中心線より前記第２支持部から離れる側に偏倚している、
   スプリングシート。
2. 前記第１支持部は圧縮方向に半径が徐々に減少するテーパが形成されている、請求項１に記載のスプリングシート。
3. 捩り振動ダンパーの２つの回転部材の窓孔に配置され、前記２つの回転部材が相対回転する際に前記窓孔によって回転方向に圧縮されるスプリング組立体であって、
   大コイルスプリングと、
   前記大コイルスプリングの内径よりも外径の小さな小コイルスプリングと、
   前記大コイルスプリング及び小コイルスプリングの両端に配置された請求項１又は２に記載のスプリングシートと、
   を備えたスプリング組立体。
4. 前記第２支持部は前記シート本体からの距離に応じて徐々に厚さが増加する、請求項３に記載のスプリング組立体。
5. 前記第１支持部は前記小コイルスプリングの座巻き部分よりも圧縮方向に突出している、請求項４に記載のスプリング組立体。
6. 前記小コイルスプリングは、両端で前記大コイルスプリングの内周側に内側から接触し、中央部で外周側に内側から接触するように円弧状に形成されている、請求項４又は５に記載のスプリング組立体。

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