JP5282719B2

JP5282719B2 - 捩り振動低減装置

Info

Publication number: JP5282719B2
Application number: JP2009253821A
Authority: JP
Inventors: 悠宮原; 浩之天野; 真一郎末永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: JP2011099490A

Description

この発明は、トルク変動に伴って生じる動力伝達軸の捩り振動を低減する装置に関するものである。

この種の装置の一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１には、ダンパマスを備えたフライホイールにおいて、そのダンパマスの転動面にダンパマスのスムーズな転動を確保するための案内レール構造が形成された発明が記載されている。また、特許文献２には、吸振器に形成された転動室の内部に収容された転動体をガイド部材で摺動自在に保持し、このガイド部材によって転動体の軌道を円弧状に規制するように構成された発明が記載されている。さらにまた、特許文献３には、転動室と転動体との互いに対向する面に規制壁を形成し、その規制壁間にワッシャを介装させることにより、規制壁間で発生する摩擦抵抗を低減させて所望の吸振効果を得られるように構成された発明が記載されている。

特開平６−１９３６８４号公報特開平７ー２８００３７号公報特開平８ー９３８５４号公報

上述した特許文献１に記載された発明によれば、案内レール構造により、ダンパマスの蛇行を阻止できる。そして、ダンパマスと転動室側面との接触面積が小さくなり、ダンパマスの振子運動に抗する力（ここでは摩擦力）を低減できる。しかしながら、この特許文献１に記載された構成では、ダンパマスの蛇行は阻止されるものの急激なトルク変動が生じた場合に、案内レール構造上をダンパマスが滑る虞があり、この点で改善の余地があった。

また、特許文献２に記載された発明によれば、ガイド部材によって転動体の軌道を円弧状にすることができる。しかしながら、特許文献２に記載された構成では、ガイド部材によって転動体の軌道を円弧状にできたとしても、転動体が転動していない虞があり、この点で改良の余地があった。

さらにまた、特許文献３に記載された発明によれば、ワッシャにより規制壁間で生じる摩擦力を低減できる。しかしながら、特許文献３に記載された構成では、規制壁間の摩擦力を低減させるために、ワッシャを介装させなければならないため、構成部材が増加し、またその構成が複雑になったりする可能性があり、この点で改良の余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、転動体を安定的に転動できる捩り振動低減装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、回転体の周辺部に形成された転動室の内部に、該転動室の内面に形成された転動面に沿って移動可能な転動体が収容されている捩り振動低減装置において、前記回転体に加速度が生じ、前記転動体が前記転動面に沿って前記回転体の回転方向とは反対方向に相対移動する場合に、前記転動体を前記転動面に沿って回転させる転動機構が設けられ、前記転動機構は、前記転動体における回転中心よりも半径方向で外側の部分に形成された突起部と、前記転動室の内面で前記転動体の回転面に平行な面に前記転動体が前記転動面に沿って回転する場合に描くハイポサイクロイドに沿う形状に形成されかつ前記突起部を遊嵌するガイド溝とを備えていることを特徴とするものである。

この発明によれば、回転体に加速度が生じて、転動体が回転体とは反対方向に相対移動する場合に、転動機構によって転動体が転動面に沿って回転（転動）させられる。このようにこの発明によれば、回転体にいわゆる回転変動が生じた場合に、転動体が転動機構によって転動面に沿って回転させられるから、転動体の安定した転がり運動を確保できる。言い換えれば、回転体にいわゆる回転変動が生じた場合に、転動体が回転（転動）せずに相対移動すること、転動体のいわゆる滑り運動が防止もしくは抑制される。その結果、設計した転動体の固有振動数もしくはそれに近似した振動数を得ることができる。そして、これにより回転体の回転変動にともなう捩り振動を低減させることができる。

また、この発明によれば、転動体における回転中心よりも外側と転動室の内面における回転体の回転面に平行な面とのいずれか一方に突起部が形成され、他方にその突起部を遊嵌するガイド溝が形成されている。上記の突起部およびガイド溝を形成することによって、転動体の運動を、いわゆる転がり運動のみにすることができる。言い換えれば、回転体に回転変動が生じた場合に、転動体が回転（転動）せずに相対移動する滑り運動を防止もしくは抑制することができる。その結果、設計した転動体の固有振動数もしくはそれに近似した振動数を得ることができ、これにより回転体の回転変動にともなう捩り振動を低減させることができる。

さらに、この発明によれば、突起部あるいはガイド溝は、転動体が転動面に沿って回転する場合に描くハイポサイクロイドに沿って形成される。そのため、突起部およびガイド溝を形成する位置の設計を簡素化でき、また、転動体と転動室の内面との接触位置を明らかにできる。そしてまた、この接触位置が転動体と転動室の内面との間で摩耗を生じる部分になるから、摩耗処理を施す場合には、その処理を施す部分を限定することができる。このように例えば摩耗処理を施す部分を限定することができるから、コスト低減を図ることができる。

この発明に係る捩り振動低減装置の構成例を模式的に示す図である。図１におけるII−II’線に沿う断面図である。この発明における転動体の転がり運動を原理的に示す図である。この発明における転動体の滑り運動を原理的に示す図である。この発明に係る捩り振動低減装置の他の構成例を模式的に示す図である。図５におけるVI−VI’線に沿う断面図である。この発明に係る捩り振動低減装置の更に他の構成例を模式的に示す図である。図７におけるVIII−VIII’線に沿う断面図である。

つぎに、この発明を具体例を参照して説明する。図１には、この発明に係る捩り振動低減装置１の構成例を模式的に示してある。この発明における回転体２は、例えば動力源の発生させたトルクを伝達する動力伝達軸に一体回転可能に設けられており、その動力伝達軸に入力されるトルクの変動を回転体２の慣性力によって低減させることにより、動力源のトルク変動を低減させるようになっている。したがって、回転体２は、例えば車両に搭載されるフライホイールなどの回転板であってよい。また、動力源には、例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどが挙げられる。

上記の回転体２の周縁部に、もしくは周縁近傍に、回転体２と一体回転可能に転動室３が設けられている。この転動室３は回転体２に複数個設けてもよい。この転動室３は例えば円筒形状に形成されており、その一方の面（上面）３ａおよび他方の面（底面）３ｂが、回転体２の回転面２ａ，２ｂに対して平行になるように形成されている。図１には、回転体２の周縁近傍であって、回転体２の内部に前述した転動室３が形成された例を示してある。その転動室３の内部に、転動室３の内周面３ｃに少なくとも一部が接触して転動する円柱形状の転動体４が収容されている。その転動体４は転動室３に収容されるように、その半径ｒ２は転動室３の半径ｒ１よりも小さく、また、その高さ４ｈは転動室３の高さ３ｈよりも低くなっている。そして、転動室３の内周面３ｃが、転動体４が転動する転動面３ｃになっている。

図１において、この発明における突起部５は、円柱形状の転動体４の各回転面４ａ，４ｂにおける最外周近傍に、もしくは、各回転面４ａ，４ｂの最外周に突起部５の最外周が接するようにそれぞれ設けられている。そして、一方の回転面４ａに形成された突起部５と、その反対側の他方の回転面４ｂに形成された突起部５との位置関係は、相対的に同位置になるように形成されている。また、この突起部５は、突起部５に対向する転動室３の側面３ａ，３ｂに対して突になるように形成されている。

この突起部５に対向する転動室３の側面３ａ，３ｂには、この発明におけるガイド溝６が形成されており、突起部５を遊嵌するようになっている。このガイド溝６は、転動体４がその外周面４ｃの一部を転動室３の内周面３ｃに接触させながら、内周面３ｃに沿って滑らずに転動（回転）する場合に、突起部５が描く軌跡（ハイポサイクロイド）に沿って形成されている。これらの突起部５およびガイド溝６がこの発明における転動機構７に相当している。また、図１における矢印Ｄ１は、回転体２が回転する方向を示しており、矢印Ｄ２は回転体２に加速度が生じた場合に、転動体４が転動面３ｃに沿って回転する方向を示している。

図２は、図１におけるII−II’線に沿う断面図を模式的に示しており、図２に示すように、転動体４に設けられた突起部５は、転動室３の側面３ａ，３ｂに形成されたガイド溝６に遊嵌されるようになっている。

より具体的に説明すると、回転体２に加速度が生じて矢印Ｄ１で示す方向に回転した場合に、転動体４は慣性力によって元の場所に留まろうとする。その結果、転動体４は回転体２の回転方向（矢印Ｄ１）とは反対方向に相対移動する。この転動体４の相対移動には、例えば転がり運動と滑り運動とがあり、図３には、転動体４の転がり運動を原理的に示してある。図３に示すように、転動体４が転がり運動をおこなう場合には、転動体４は転動面３ｃに接する外周面４ｃの一部が連続的に移り変わりながら転動面３ｃに沿って転動（回転）する。図４には、転動体４の滑り運動を原理的に示してある。図４に示すように、転動体４が滑り運動をおこなう場合には、転動体４は転動面３ｃに接する外周面４ｃの一部が一定であり、もしくは転動面３ｃに接する外周面４ｃの一部が不連続に移り変わる。すなわち、前述したように、転動体４は転動面３ｃに沿って転動（回転）せずに、転動面３ｃ上を相対移動する。

この発明に係る捩り振動低減装置１は、動力源のトルク変動の周期に、転動体４の振子運動を合わせるように、すなわちトルク変動の周期に転動体４の振子運動の周期を共振させるように構成されている。言い換えれば、動力源のトルク変動により転動体４にその固有振動数ωｐを生じさせて、動力源のトルク変動を低減もしくは抑制するように構成されている。その転動体４の固有振動数ωｐは、回転体２の回転中心から転動室３の中心までの距離Ｌ、および、転動室３の半径ｒ１、ならびに、転動体４の半径ｒ２等から下記の（１）式のように表わすことができる。なお、これらの各パラメータは、回転体２の回転変動に合わせて適宜設計される。また、ωは回転体２の回転速度を示している。

しかしながら、この（１）式は、図３に示すように、転動体４が転動面３ｃ上を滑らずに転動（回転）した場合にのみ成立する式であり、例えば図４に示すように、転動体４が滑り運動をおこなった場合には成立しない。転動体４が前述した滑り運動をおこなった場合における転動体４の固有振動数ωｐを、下記の（２）式に示してある。

したがって、図１および図２に示す構成によれば、転動体４を滑らせずに転動させることができ、転動体４の固有振動数ωｐもしくはこれに近似した振動数で転動体４を共振させることができる。その結果、トルク変動を低減させることができる。より具体的には、突起部５およびガイド溝６を設けることにより、転動体４の滑り運動を規制でき、また、これによりを滑り運動を防止もしくは抑制することができる。言い換えれば、上記の（１）式に基づいて、捩り振動を低減させるための転動体４の固有振動数ωｐを設計した場合に、その固有振動数ωｐ、もしくは、それに近似した振動数を得ることができ、トルク変動を低減させることができる。さらにまた、突起部５およびガイド溝６によって転動体４の滑り運動を含む不規則な変位を抑制することができる。さらに、転動面３ｃの摩擦係数を調整することにより、転動体４の滑り運動を抑制する方法と比較して、安定して転動体４を転動（回転）させることができる。そして、突起部５およびガイド溝６は、前述したハイポサイクロイドに沿って形成されるので、それらの設計が容易になり、また、転動体４および転動室３との接触位置を特定することができる。そのため、転動室３と転動体４との接触位置に摩耗処理を施す場合に、その摩耗処理を施す部分を限定することができる。このように例えば摩耗処理を施す部分を限定することができるから、コスト低減を図ることができる。

図５に、この発明に係る捩り振動低減装置１の他の構成例を模式的に示してある。なお、図５に示す例は、前述した図１に示す構成の一部を変更したものであり、したがって図１に示す部分と同一の部分には図５に図１と同様の符号を付してその説明を省略する。図５において、突起部５は、転動体４の各回転面４ａ，４ｂにおける最外周近傍に、もしくは各回転面４ａ，４ｂの最外周に突起部５の最外周が接するように複数設けられている。図５において、突起部５は、各回転面４ａ，４ｂにそれぞれ二つずつ設けられた例を示している。そして、これらの突起部５は、転動体４の各回転面４ａ，４ｂにおける直径の両端部側にそれぞれ設けられている。また、一方の回転面４ａに形成された二つの突起部５と、その反対側の他方の回転面４ｂに形成された二つの突起部５との位置関係は、相対的に同位置になるように形成されている。そしてこれらの突起部５は、突起部５に対向する転動室３の側面３ａ，３ｂに対して突になるように設けられている。

この突起部５に対向する転動室３の側面３ａ，３ｂには、突起部５を遊嵌するガイド溝６が形成されている。このガイド溝６は、前述したように、転動体４がその外周面４ｃの一部を転動室３の内周面３ｃに接触させながら、内周面３ｃに沿って滑らずに転動（回転）する場合に、突起部５が描く軌跡（ハイポサイクロイド）に沿って形成されている。これらの突起部５およびガイド溝６がこの発明における転動機構７に相当している。また、図５における矢印Ｄ１は、回転体２が回転する方向を示しており、矢印Ｄ２は回転体２に加速度が生じた場合に、転動体４が転動面３ｃに沿って回転する方向を示している。

図６は、図５におけるVI−VI’線に沿う断面図を模式的に示しており、図６に示すように、突起部５は、ガイド溝６に遊嵌されるようになっている。

図７に、この発明に係る捩り振動低減装置１の更に他の構成例を模式的に示してある。なお、図７に示す例は、前述した図１および図５に示す構成の一部を変更したものであり、したがって図１および図５に示す部分と同一の部分には図７に図１および図５と同様の符号を付してその説明を省略する。図７において、突起部５は、転動体４の各回転面４ａ，４ｂにおける最外周近傍に、もしくは、各回転面４ａ，４ｂの最外周に突起部５の最外周が接するように設けられており、また、これらの突起部５は、各回転面４ａ，４ｂに対して一つずつ、いわゆるオフセットされて設けられた例を示している。すなわち、突起部５が設けられた一方の回転面４ａにおける直径の他方の端部側であって、一方の回転面４ａとは反対側の他の回転面に他の突起部５がオフセットされて設けられている。また、これらの突起部５は、転動室３の側面３ａ，３ｂに対して突になるように設けられている。

これらの突起部５に対向する転動室３の側面３ａ，３ｂに、突起部５を遊嵌するガイド溝６が形成されている。このガイド溝６は、前述したように、転動体４がその外周面４ｃの一部を転動室３の内周面３ｃに接触させながら、内周面３ｃに沿って滑らずに転動（回転）する場合に、突起部５が描く軌跡（ハイポサイクロイド）に沿って形成されている。これらの突起部５およびガイド溝６がこの発明における転動機構７に相当している。また、図７における矢印Ｄ１は、回転体２が回転する方向を示しており、矢印Ｄ２は回転体２に加速度が生じた場合に、転動体４が転動面３ｃに沿って回転する方向を示している。

図８は、図７におけるVIII−VIII’線に沿う断面図を模式的に示しており、図８に示すように、突起部５は、ガイド溝６に遊嵌されるようになっている。

したがって、図５および図６ならびに図７そして図８に示す構成によれば、前述した図１および図２に示す例と同様に、転動体４を滑り運動させずにガイド溝６にそって転動させることができ、その結果、トルク変動を低減させることができる。言い換えれば、ガイド溝６によって転動体４の滑り運動を規制することができるから、前述した（１）式から算出される転動体４の固有振動数ωｐもしくはそれに近似した振動数を得ることができ、トルク変動を低減させることができる。また、突起部５およびガイド溝６によって転動体４の滑り運動を含む不規則な変位を抑制することができる。さらに、転動面３ｃの摩擦係数を調整することにより、転動体４の滑り運動を抑制する方法と比較して、安定して転動体４を転動（回転）させることができる。そして、突起部５およびガイド溝６は、ハイポサイクロイドに沿って形成されるので、それらの設計が容易になり、また、転動体４および転動室３との接触位置が特定される。そのため、これらの接触位置に摩耗処理を施す場合に、その摩耗処理を施す部分を限定することができる。このように例えば摩耗処理を施す部分を限定することができるから、コスト低減を図ることができる。

なお、転動室は、その内部に転動体を収容し、その内部で転動体を転がり運動させるものであればよく、前述した円柱形状に限定されない。また、同様に、転動体４は、要は、転動することができ、その固有振動数によって、すなわちトルク変動に共振してトルク変動を低減させるものであればよく、その形状は前述した円柱形状に限定されない。

１…捩り振動低減装置、２…回転体、３…転動室、３ｃ…転動面、４…転動体、５…突起部、６…ガイド溝、７…転動機構。

Claims

回転体の周縁部に形成された転動室の内部に、該転動室の内面に形成された転動面に沿って移動可能な転動体が収容されている捩り振動低減装置において、
前記回転体に加速度が生じ、前記転動体が前記転動面に沿って前記回転体の回転方向とは反対方向に相対移動する場合に、前記転動体を前記転動面に沿って回転させる転動機構が設けられ、
前記転動機構は、前記転動体における回転中心よりも半径方向で外側の部分に形成された突起部と、前記転動室の内面で前記転動体の回転面に平行な面に前記転動体が前記転動面に沿って回転する場合に描くハイポサイクロイドに沿う形状に形成されかつ前記突起部を遊嵌するガイド溝とを備えていることを特徴とする捩り振動低減装置。