JP5928515B2 - 捩り振動低減装置 - Google Patents

Description

この発明は、慣性質量体の往復運動あるいは振り子運動によって捩り振動を低減させ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や特許文献２に記載されている。これらの装置は、慣性質量体を転動体として構成しており、その転動体は、軸線方向の長さが回転体の板厚より長く形成されていて、その軸線方向の中央部に回転体の板厚よりも若干幅広の環状溝が転動体の全周に亘って形成されている。特に、特許文献２に記載された装置では、転動体は、一方の端部にフランジ状の突起が形成されたコロと、そのコロとは別体であって前記コロの他方の端部に取り付けられる側板との２つの部材によって構成されている。特許文献１や特許文献２に記載された転動体は、その断面形状がいわゆる「Ｈ」形になっている。その転動体が回転体に形成されたガイド孔内に収容されている。ガイド孔の内面のうち回転体の半径方向で外側の内面が、ガイド面となっており、そのガイド面に上記の環状溝の底部が接触するようになっている。このように環状溝の内部すなわち前記突起と側板との間に回転体の一部を挟み込むことにより、転動体の軸線方向への変位が規制されている。また、特許文献３には、上記の環状溝の内側面に相当する面がテーパ面として形成された転動体が記載されている。

特開平８−９３８５５号公報 特開平８−９３８５４号公報 特開２０１３−１８５５９８号公報

特許文献１に記載された構成では、ガイド面に沿って転動体が往復動している状態で転動体に対して回転体の軸線方向の力が作用すると、回転体がその軸線方向に移動して環状溝を形成している内側面のいずれか一方が回転体の側面に接触し、両者の間の摩擦によって振動減衰特性が低下する可能性がある。このような状況は特許文献２に記載された装置であっても同様である。

なお、特許文献３では、環状溝の内側面に相当する面がテーパ面状に形成されているため、回転体に形成されているガイド面がテーパ面に接触すると、転動体に作用している遠心力とテーパー角度とに応じた軸線方向力が転動体に作用し、環状溝の内側面と回転体の側面とが離間させられる。この軸線方向力は転動体における左右のテーパ面のそれぞれで生じるから転動体が一旦、軸線方向の一方側に変位すると、上記の軸線方向力により軸線方向の他方側に押し戻されて他方のテーパー面がガイド面に接触して再度上記の軸線方向力が発生する。すなわち転動体に対して左右の軸線方向力が交互に作用し、その結果、転動体が左右方向に繰り返し往復動し、共振した状態になる不都合がある。

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って、転動体の軸線方向での偏りを抑制すると共に軸線方向での往復動を抑制することの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、この発明は、支持軸部の両端部のそれぞれに前記支持軸部の外径よりも大きい外径のフランジ部を有している転動体と、回転体に形成されかつその内部に前記転動体を収容する転動室と、その転動室の内面のうち前記回転体の半径方向で外側の内面に形成されかつ前記支持軸部が接触する転動面とを備えている捩り振動低減装置において、前記支持軸部の外周面と前記フランジ部とのコーナー部を、前記支持軸部の中心軸線に沿う平面によって切断した場合の前記コーナー部の断面形状が、前記転動体の軸線方向でいずれか一方の側と、いずれか他方の側とで異なっていることを特徴とするものである。

この発明では、前記いずれか一方の側の前記コーナー部は、凹曲面であり、前記いずれか他方の側の前記コーナー部は、前記支持軸から前記転動体の半径方向で外側に向けて次第に外径が増大するテーパ面もしくは凸曲面とされていてよい。

この発明では、前記転動体は、第１部材と第２部材とによって構成されており、前記第１部材は、前記支持軸部の両端部のそれぞれに設けられる前記フランジ部のうちいずれか一方のフランジ部が前記支持軸部の一方の端部に一体的に構成された部材であり、前記第２部材は、前記第１部材における前記支持軸部の他方の端部に取り付けられるように構成された円板状の取付フランジであってよい。

この発明では、いずれか一方の側のコーナー部と回転体とが接触すると、転動体に作用している遠心力とそのコーナー部の形状とに応じた回転体の軸線方向に平行な力（以下、軸線方向力と記す。）が転動体に作用する。その軸線方向力によって転動体と回転体とが離間させられ、また、いずれか他方の側のコーナー部と回転体とが接触する。このようにして上記の軸線方向力は転動体における各コーナー部のそれぞれで生じる。各コーナー部の形状は互いに異なっているため、各コーナー部での軸線方向力の大きさはそれぞれ異なる。そのため、上述した軸線方向力によって転動体が回転体の軸線方向に往復動するとしても、その往復動が一定の周期で繰り返されにくい。そのため、共振した状態になることを抑制することができる。その結果、転動体が前記軸線方向に激しく振動して転動面に沿った転動体の往復動が阻害されることがなく、制振性能が良好になる。また、回転体に転動体が激しく衝突することに伴う大きな異音や振動の発生を抑制することができる。さらに、小さい軸線方向力によって転動体が変位する場合には、大きい軸線方向力によって転動体が変位する場合に比較して転動面上で前記軸線方向への滑りが発生しにくく、不要な摩擦が生じにくい。そのため、この発明に係る装置の耐久性を向上させることができる。

また、この発明では、いずれか一方の側のコーナー部が凹曲面として形成され、いずれか他方の側のコーナー部が凸曲面あるいはテーパ面として形成されるため、上述した各コーナー部で転動体に生じる軸線方向力の大きさを異ならせることができる。また、上述した各面は、従来知られた簡易な加工方法によって形成することができるため、すなわち特殊な加工を要しないため、上述した構成の転動体を加工あるいは製造しやすくなる。

さらに、この発明では、転動体は第１部材と第２部材とによって構成することができる。そのため、第２部材である取付フランジに、上述した凸曲面あるいはテーパ面を形成するとすれば、それらの面を第１部材に形成する場合に比較して、それらの面の加工を容易に行うことができる。また、転動室の内面と支持軸部の外周面との間のクリアランスを可及的に小さくするために、転動室の開口幅を支持軸部の外径よりも大きくかつ各フランジ部の外径よりも小さく形成した場合には、その転動室に第１部材の支持軸部を挿入した後に、第２部材である取付フランジを支持軸部の他方の端部に取り付ければよい。そのため、組立性の良好な装置とすることができる。

この発明に係る捩り振動低減装置の一例を示す断面図である。 この発明における回転体と転動体とが当接した状態を示す断面図である。 転動面の幅方向における転動体の重心位置の軌跡を示す図である。 製造誤差により、第１部材と第２部材との境界部分に段差が生じた場合の一例を示す断面図である。 この発明における転動体の他の例を示す断面図である。 図５に示す転動体が回転体に対して傾斜した状態を示す断面図である。 第２部材に対するテーパ面の加工方法を説明するための断面図であって、（ａ）は加工前の第２部材を示し、（ｂ）は加工後の第２部材を示す。 第２部材に対する凹曲面の加工方法を説明するための断面図であって、（ａ）は加工前の第２部材を示し、（ｂ）は加工途中の第２部材を示し、（ｃ）は加工後の第２部材を示す。 この発明における転動体のさらに他の例を示す断面図である。 この発明に係る捩り振動低減装置の一例を示す正面図である。

つぎにこの発明を具体的に説明する。図１０は、この発明に係る捩り振動低減装置の一例を示す正面図である。回転体１は、図示しない駆動軸などの捩り振動を生じる回転部材に取り付けられる円板状の部材であり、等間隔に４つの転動室２が形成されている。それらの転動室２は、回転体１をその厚さ方向に貫通して形成された貫通部であり、図１０に示すように、円弧状に湾曲した形状である。特に、ここに示す例では、転動室２における回転体１の円周方向での中央部を通りかつ回転体１の半径方向に沿う直線を対称軸として左右対称形状に形成されている。各転動室２の内面のうち回転体１の半径方向で外側に位置する内面が転動面３として形成されている。また、各転動室２には、転動体４が転動面３に沿って往復動できるように収容されている。

図１は、この発明に係る捩り振動低減装置の一例を示す断面図である。上記の転動体４は、第１部材５と、これとは別体の第２部材６との２つの部材によって構成されている。第１部材５は、円柱状の支持軸部７を備え、その支持軸部７は回転体１の板厚より長く、またその外径は、回転体１の半径方向での転動室２の開口幅よりも小さく形成されている。この支持軸部７の外周面８が転動面３に接触する部分であり、後述するように遠心力によって転動面３に押し付けられる。その支持軸部７の一方の端部に、支持軸部７よりも半径方向で外側に突出したフランジ部９が一体に形成されている。そのフランジ部９の外径は転動室２の開口幅よりも大きく形成されている。またフランジ部９の根元部分であり、支持軸部７の外周面８とフランジ部９との間のコーナー部に、凹曲面１０が形成されている。この凹曲面１０に、後述するように、転動面３の一方の縁部３ａが当接するようになっている。また、支持軸部７の他方の端部における半径方向での中心部分に、軸線方向に窪んだ凹部１１が形成されている。その凹部１１に嵌合させられあるいは圧入される凸部１２が、第２部材６の半径方向での中心部分に形成されている。

上記の第２部材６は、図１に示す例では、３段の階段状に形成された円盤部材であって、その最上段の部分が上述した凸部１２となっている。最下段の部分における外周部は、第１部材５に第２部材６を取り付けた場合に、上記のフランジ部９と対をなす他のフランジ部１３になっている。そのため、最下段の部分の外径は、上記のフランジ部９と同径に形成され、また、フランジ部９と同じ板厚に形成されている。そのフランジ部１３と凸部１２との間の部分が中間部１４となっており、その中間部１４の外周面はテーパ面１５として形成されている。そのテーパ面１５における凸部１２側の端部の外径は、支持軸部７と同径に形成されている。上記のテーパ面１５におけるフランジ部１３側の端部の外径は、支持軸部７の外径よりも大きく、フランジ部１３の外径よりも小さく形成されている。またテーパ面１５は、フランジ部１３の根元部分すなわち支持軸部７の外周面８とフランジ部１３との間のコーナー部に形成されている。このテーパ面１５に、後述するように、転動面３の他方の縁部３ｂが当接するようになっている。なお、上述した第２部材６が、この発明における取付フランジに相当し、凹曲面１０およびテーパ面１５が、この発明における支持軸部の外周面と前記フランジ部とのコーナー部に相当している。

そして、この発明に係る装置では、転動室２に挿入した第１部材５の支持軸部７に、第２部材６が取り付けられる。このようにして転動室２に転動体４を保持した回転体１が図示しない回転部材と共に回転すると、転動体４は遠心力によって転動面３に押し付けられる。その場合、支持軸部７の外周面８が転動面３に接触する。これが図１に示す状態である。その状態で回転部材およびこれに取り付けられている回転体１に捩り振動が生じると、転動面３に沿って転動体４が捩り振動に応じた往復動を行う。この往復動により捩り振動が低減させられる。

図２は、転動面３に沿って往復動している転動体４に対して回転体１の軸線方向の力が作用して転動体４が回転体１に当接した状態の一例を示す断面図である。転動体４は、図２に実線で示すように、上述した回転体１の軸線方向の力によって図２での右側に移動し、その凹曲面１０と転動面３の縁部３ａとが当接している。この場合、その当接箇所すなわち接点を通る凹曲面１０の接線を含む平面と支持軸部７の外周面８との成す角つまり前記接線の接線角、および、転動体４に作用している遠心力に応じた回転体１の回転中心軸線に平行な方向の力（以下、軸線方向力と記す。）Ａが転動体４に生じる。その軸線方向力Ａによって図２での右側から左側に転動体４が戻される。また、凹曲面１０と縁部３ａとが当接した状態では、転動体４の重心が、転動面３の幅方向の中心Ｏよりも図２での右側に位置している。転動面３の幅方向での転動体４の重心位置を図２に矢印Ｘ１で示してある。

上記の軸線方向力Ａによって図２での右側から左側に転動体４が戻されると、図２に破線で示すように、転動体４のテーパ面１５と転動面３の縁部３ｂとが当接させられる。その場合、転動体４に作用している遠心力と、テーパ面１５のテーパー角度とに応じた回転体１の回転中心軸線に平行な方向の力（以下、他の軸線方向力と記す。）Ｂが転動体４に生じる。その他の軸線方向力Ｂによって図２での左側から右側に転動体４が戻される。また、テーパ面１５と縁部３ｂとが当接した状態では、転動体４の重心が、転動面３の幅方向で転動面３の幅方向の中心Ｏよりも図２での左側に位置している。この転動体４の重心位置を図２に矢印Ｘ２で示してある。

この発明に係る装置では、各軸線方向力Ａ，Ｂは転動体４を転動面３上における正規の位置すなわち転動面３の幅方向での中心Ｏ側に戻すいわゆる調心力として転動体４に作用している。また、上述したように、転動面３の各縁部３ａ，３ｂに対して転動体４が当接する各コーナー部の形状が異なっているため、各コーナー部で転動体４に生じる軸線方向力Ａ，Ｂの大きさが異なっている。ここに示す例では、凹曲面１０で転動体４に生じる軸線方向力Ａが、テーパ面１５で転動体４に生じる他の軸線方向力Ｂよりも小さくなるように、凹曲面１０およびテーパ面１５が構成されている。そのため、転動体４は、小さい軸線方向力Ａによって転動面３の幅方向で図２での右側から左側に向けてゆっくりと移動させられる。また、大きい軸線方向力Ｂによって転動面３の幅方向で図２での左側から右側に向けて速やかに移動させられる。これを、図３に実線で示してある。その結果、回転体１の軸線方向への転動体４の往復動が、一定の周期で繰り返されにくく、共振した状態になりにくい。

そのため、転動体４が軸線方向に激しく振動して転動面３に沿った転動体４の往復動が阻害されることを抑制でき、制振性能が良好になる。また転動体４が転動面３の縁部３ａ，３ｂに対して激しく衝突したり、その衝突に伴って異音および振動が発生したりすることを抑制できる。さらに、この発明に係る装置では、上述したように、各軸線方向力Ａ，Ｂの大きさが異なっている。そのため、小さい軸線方向力Ａによって転動面３の幅方向に転動体４が変位する場合には、大きい軸線方向力Ｂによって転動面３の幅方向に転動体４が変位する場合に比較して、転動面３の幅方向での転動体４の滑りが発生しにくく、転動体４および転動面３に不要な摩擦が生じにくい。それらの結果、この発明に係る装置の耐久性を向上させることができる。

なお、転動面３の各縁部３ａ，３ｂに対して転動体４が当接する部分の形状が同じである場合には、転動体４の軸線方向における各コーナー部で生じる軸線方向力Ａ，Ｂの大きさが同じかほぼ同じになる可能性がある。このような場合には、図３に破線で示すように、回転体１の軸線方向に一定の周期で転動体４が往復動し、共振した状態になる可能性がある。

図４は、製造誤差により、第１部材５と第２部材６との境界部分に段差が生じた場合の一例を示す断面図である。ここに示す例では、支持軸部７の外径よりも、中間部１４における支持軸部７側の端部の外径が小さく形成されている。転動面３に沿って往復動している転動体４に回転体１の軸線方向の力が作用すると、転動体４が図４での左側に移動させられ、回転体１とフランジ部１３とが接近する。ここで、支持軸部７とフランジ部１３との間のコーナー部に形成されたテーパ面１５は、そのコーナー部に図４に破線で示す凹曲面を形成した場合に比較して、転動体４の半径方向で外側に突出している。そのため、転動体４が図４での左側に更に移動すると、転動面の縁部３ｂとテーパ面１５とが当接する。

このように、この発明に係る装置では、製造誤差によって第１部材５と第２部材６との境界部分に上述した段差が生じた場合であっても、フランジ部１３と回転体１とを面接触させずに、テーパ面１５と転動面３の縁部３ｂとを当接させることができる。これにより、テーパ面１５で上述した軸線方向力Ｂを生じさせて転動体４を転動面３の幅方向での中心Ｏ側に戻すことができる。

図５は、この発明における転動体４の他の例を示す断面図である。ここに示す例は、第２部材６のフランジ部１３における支持軸部７側の面に、テーパ面１６を形成した例である。そのテーパ面１６における支持軸部７側の端部の外径は、支持軸部７と同径に形成されている。転動面３に沿って往復動している転動体４に回転体１の軸線方向の力が作用して図５での左側に移動すると、テーパ面１６と転動面３の縁部３ｂとが当接する。そして転動体４に作用する遠心力とテーパ面１６のテーパ角度とに応じた軸線方向力が転動体４に生じる。その軸線方向力によって転動面３の幅方向での中心Ｏ側に転動体４が戻される。

また図５に示す構成において、製造誤差により、第１部材５と第２部材６との境界部分に図４に示すような段差が生じた場合について説明する。図５に示す構成では、上述したように、フランジ部１３における支持軸部７側の面にテーパ面１６が形成されている。そのため、転動体４に回転体１の軸線方向の力が作用して図５での左側に転動体４が移動した場合に、回転体１とテーパ面１６とが面接触せずに、転動面３の縁部３ｂとテーパ面１６とが当接する。その結果、調心力である軸線方向力が転動体４に生じて、図１に示す例と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、図５に示す転動体４が回転体１に対して傾斜した場合について説明する。図６はその一例を示す断面図であり、このような転動体４の傾きは、例えば、転動体４に生じる遠心力が増減し、また転動体４に回転体１の軸線方向の力が掛かるなどにより転動体４の回転中心軸線を回転体１の回転中心軸線に対して傾斜させる荷重が転動体４に生じた場合に生じる可能性がある。図６に示す例では、回転体１の半径方向で転動室２より内側の回転体１の側面に対して、転動体４のフランジ部９における支持軸部７側の縁部が当接している。一方、回転体１の半径方向で転動室２より外側の回転体１の側面には、テーパ面１６が接近しているものの、その側面に、フランジ部１３における支持軸部７側の縁部が当接していない。このように、図５に示す構成の転動体４は、図６に示すように傾斜したとしても、そのフランジ部１３と、回転体１の側面との当接を回避あるいは抑制することができる。そのため、転動体４が上記のように傾いた際に、その往復動が阻害されにくい。これにより転動体４が傾いた際の振動減衰能の低下を抑制することができる。

ここで、第２部材６に対するテーパ面１６の加工方法について簡単に説明する。図７は、その方法を説明するための断面図であって、図７の（ａ）は加工前の第２部材６を示し、図７の（ｂ）は加工後の第２部材６を示している。テーパ面１６は、図７の（ａ）に示すように、例えば、第２部材６の外周部における所定箇所を切削し、あるいは、切断して形成することができる。特に、第２部材６の所定箇所を切断することによりテーパ面１６を形成するとすれば、一つの工程で第２部材６にテーパ面１６を形成することが可能である。なお、上述した第２部材６を切削し、あるいは、切断する加工方法は、従来知られた方法であってよい。

また、比較例として、第２部材６に対する凹曲面の加工方法について説明する。図８は、その方法を説明するための断面図であって、図８の（ａ）は加工前の第２部材６を示し、図８の（ｂ）は加工途中の第２部材６を示し、図８の（ｃ）は加工後の第２部材６を示している。図８の（ａ）に示すように、エンドミルあるいはカッターなどの切削工具によって第２部材６の一方の面における所定箇所を切削する。その結果、第２部材６には、その切削工具の大きさに応じた凹曲面１７が形成される。また上記した切削加工を施すと、図８の（ｂ）に示すように、第２部材６の一方の面側に第２部材６の端部に削り残し１８が生じる場合がある。そのため、図８の（ｃ）に示すように、次工程でその削り残し１８を取り除くとともに、その加工面を平らにする。このように凹曲面を形成する場合には、上述したテーパ面１６を形成する場合に比較して、削り残し１８を取り除くための工程を追加する場合がある。それらの結果、図５に示す構成では、一つの工程で第２部材６にテーパ面１６を形成することができるため、凹曲面を形成する場合に比較して、加工工程の増加を抑制することができる。また、一度の加工でテーパ面１６を形成することができるため、製造しやすい。

図９は、この発明における転動体４のさらに他の例を示す断面図である。ここに示す例は、図５に示すテーパ面１６に替えて、第２部材６に凸曲面１９を形成した例である。転動面３に沿って往復動している転動体４に回転体１の軸線方向の力が作用して図９での左側に移動すると、凸曲面１９と転動面３の縁部３ｂとが当接する。この場合、その当接箇所すなわち接点を通る凸曲面１９の接線を含む平面と支持軸部７の外周面８との成す角つまり前記接線の接線角、および、転動体４に作用している遠心力に応じた回転体１の回転中心軸線に平行な方向の力（以下、軸線方向力と記す。）が転動体４に生じる。その軸線方向力によって転動体４は、転動面３の中央Ｏ側に戻される。また、製造誤差により、凸曲面１９における支持軸部７側の端部の外径が、支持軸部７の外径よりも小さく形成されてしまい、第１部材５と第２部材６との境界部分に段差が生じた場合について説明する。フランジ部１３における支持軸部７側の面は、上述したように、凸曲面１９として形成されている。そのため、転動体４に回転体１の軸線方向の力が作用して図９での左側に転動体４が移動した場合に、回転体１と凸曲面１９とが面接触せずに、転動面３の縁部３ｂと凸曲面１９とが当接する。その結果、上述した調心力である軸線方向力が転動体４に生じる。図９に示す構成であっても、図１に示す例と同様の作用効果を得ることができる。

１…回転体１、 ２…転動室、 ３…転動面、 ４…転動体、 ５…第１部材、 ６…第２部材、 ７…支持軸部、 ８…支持軸部の外周面、 ９，１３…フランジ部。

Claims (3)

1. 支持軸部の両端部のそれぞれに前記支持軸部の外径よりも大きい外径のフランジ部を有している転動体と、回転体に形成されかつその内部に前記転動体を収容する転動室と、その転動室の内面のうち前記回転体の半径方向で外側の内面に形成されかつ前記支持軸部が接触する転動面とを備えている捩り振動低減装置において、
   前記支持軸部の外周面と前記フランジ部とのコーナー部を、前記支持軸部の中心軸線に沿う平面によって切断した場合の前記コーナー部の断面形状が、前記転動体の軸線方向でいずれか一方の側と、いずれか他方の側とで異なっている
   ことを特徴とする捩り振動低減装置。
2. 前記いずれか一方の側の前記コーナー部は、凹曲面であり、
   前記いずれか他方の側の前記コーナー部は、前記支持軸部から前記転動体の半径方向で外側に向けて次第に外径が増大するテーパ面もしくは凸曲面とされていることを特徴とする請求項１に記載の捩り振動低減装置。
3. 前記転動体は、第１部材と第２部材とによって構成されており、
   前記第１部材は、前記支持軸部の両端部のそれぞれに設けられる前記フランジ部のうちいずれか一方のフランジ部が前記支持軸部の一方の端部に一体的に構成された部材であり、
   前記第２部材は、前記第１部材における前記支持軸部の他方の端部に取り付けられるように構成された円板状の取付フランジであることを特徴とする請求項１または２に記載の捩り振動低減装置。

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