JP5965056B2 - 外形が均一でないエラストマーからなるねじれ振動ダンパー装置 - Google Patents

Description

ねじれ振動ダンパー装置（ＴＶＤ）は内燃（ＩＣ）によって駆動される動力伝達装置および動力伝達経路に内燃機関の作用によって回転部材に伝達されるねじれ振動を抑えるために広く利用されている。これらシステムのねじれ振動の自然周波数が回転部材の自然周波数と一致している場合、発生する振動の振幅はかなりの振幅になる（共鳴として知られている現象）。これら振動を緩和しないと、回転部材に取り付けられている付属装置が損傷する潜在的な恐れがある。さらに、これら振動は回転部材の疲労故障を誘起する原因にもなる。

ＴＶＤの場合、回転部材のねじれ振動を二段階で（in two ways）抑制する。第１段では、吸収作用を通じて、ＴＶＤが振動振幅ピークを２つの別な（比較的小さい）ピークに分割する。第２段では、減衰作用を通じて、ＴＶＤがシステムに存在する運動エネルギーの一部を熱に変換し、この熱を大気に放出する。この結果、回転部材の重量が最適化され、回転部材に取り付けられた付属装置の振動が比較的小さくなる。

最も簡単なＴＶＤの場合、３つの部材、即ちＴＶＤを回転部材に剛性接続する構造用ブラケット（ハブ）、能動的な慣性部材（リング）およびＴＶＤに対するバネダッシュポット（ｓｐｒｉｎｇ−ｄａｓｈｐｏｔ）システムになるエラストマー部材（ゴム）からなる。ハブおよびリングを個別に製造してから、ハブとリングとの間に存在する間隔（横断面間隔）にゴムを挿入する。ゴムが圧縮され、リングおよびハブの金属表面間に圧力が作用し、構成体を所定の位置に保持する。このようにして得られる構成体は、この構成に用いられるプロセスに因んで挿入形ＴＶＤとして知られている。

ＴＶＤの作動時、リングはハブに対して前後に角度をもって運動し、この運動時にゴムにせん断ひずみを与える。このせん断ひずみの周波数が必要な吸収作用を担保し（provides）、そしてこのせん断ひずみの大きさが必要なダンパー作用を担保する（provides）。

ゴムの半径方向横断面は、ハブの外面とリングの内面との間にある領域を構成する横断面間隔によって定まる。一部のＴＶＤの場合、外径に内向きか外向きの凸部（ｈｕｍｐ）を有する。波形形状などのその他のより複雑な横断面間隔構成も利用されている。ゴムをこの横断面間隔に従って構成すると、圧縮時にＴＶＤの疲労寿命に悪影響を与える主ひずみが発生する。一般には、線形横断面間隔形状（linear configuration）を採用するとゴム内の主ひずみが最小化すると考えられている。

上記のいずれの場合も、ハブの外面とリングの内面との間の距離は横断面全体を通して一定のままである。換言するならば、ハブの外面とリングの内面は相互に平行である。

本発明は、ゴムに蓄積する主ひずみはハブの外面とリングの内面との間の距離を変更することによって抑制できるという技術思想（realization）を前提にする。これら両面はいずれも相互に対して可変な凹度数（concave）または凸度数（convex）の形状をもち、これら面の半径は同一でないことを意味する。この結果、ハブ外面はリング内面に対して平行でなくなる。

これら表面が凹面の場合、ハブの外面を構成する円弧の半径は、リングの内面を構成する円弧の半径より小さくなる。同様に、これら表面が凸面の場合、ハブの外面を構成する円弧の半径は、リングの内面を構成する円弧の半径よりも大きくなる。このように、横断面間隔は一定ではなく、外形の中心からの距離に応じて比例変化する。

このためゴムに蓄積する主ひずみが減り、ゴムの流れに抵抗する圧力が小さくなるため挿入作用が簡単になり、ダンパー装置の疲労寿命が改善する。ゴムの容量が少し大きくなることも別な改善点になる。ゴムの動力放出能力（(power dissipation capacity)ＴＶＤの疲労寿命の別な尺度である）がダンパー装置に存在するゴムの容量に直接比例するからである。さらにこの設計の場合、ハブ外面とリング内面の球形内球形構成（ｓｐｈｅｒｅ−ｗｉｔｈｉｎ−ｓｐｈｅｒｅ）を取るため、センタリング作用が自動的に生じる。

本発明の目的および作用効果については、以下の詳細な説明および添付図面から明らかになるはずである。

本発明に従って構成した振動ダンパー装置の横断面図である。 本発明の凹形横断面を示す拡大横断面概略図である。 本発明の凸形横断面を示す拡大横断面概略図である。

図１に示すように、本発明はねじれ振動ダンパー装置（ＴＶＤ）１０を提供するものである。図１はＴＶＤの比較的包括的な設計を示す図である。多くの異なる設計も可能であるが、本発明のＴＶＤ１０の場合いずれも構造用ブラケット（ハブ）１２は、能動的な慣性部材（active inertial member）（リング）１４、およびエラストマー部材（ゴム）１６を有する。図示のように、ハブ１２は本システムの回転部材、代表的には内燃機関の回転部材に取り付ける。ハブ１２は、ハブ１２の中心部分２４と外周面２６との間に延在するスポーク２２またはウェブを有する。

図示のリング１４は蛇行ベルトを駆動し、従って水ポンプやオルタネーターなどの各種の付属装置を駆動する凹部を形成したベルトガイド３０を有する。リング１４はさらにハブ１２の外周面２６に対向する環状内面（inner annular surface）３２を有する。ゴム１６は外周面２６と環状内面３２との間の間隔（gap(profile)）に存在する。この横断面間隔は半径方向厚さが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度であり、また軸方向幅が１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度であり、かつ外側部分（outer side portions）３６、３８および中心部分４０を有する。ゴム１６はストリップかリングであればよい。ゴム１６は吸振器などに利用されるブチルゴムなどの任意のエラストマー系部材から形成することができる。挿入前のゴムの厚さは横断面間隔の中心厚さの１２０％〜１５０％程度であればよい。

図２に示すように、ハブの外周面およびリング１４の環状の内面はいずれも凹形円弧の形を取る。各円弧の半径は図示のようにＲ_１およびＲ_２である。半径Ｒ_１が半径Ｒ_２よりも小さいため、外周面２６に形成する円弧の半径はリング１４の環状の内面３２に形成する円弧の半径よりも大きい。従って、これら表面２６、３２間の距離は横断面間で可変である。側部３６、３８における横断面間隔の厚さは中心部４０の横断面よりも厚い。ここでも同様に、例えば、側部における横断面間隔の厚さは２ｍｍ〜１１ｍｍで、中心部の間隔は３ｍｍ〜１０ｍｍである。

図３に示すように、ハブの外周面およびリング１４の環状の内面はいずれも凸形円弧の形を取る。各円弧の半径は図示のようにＲ_１およびＲ_２である。半径Ｒ_１が半径Ｒ_２よりも大きいため、外周面２６に形成する円弧の半径はリング１４の環状の内面３２に形成する円弧の半径よりも大きい。従って、これら表面２６、３２間の距離は横断面間で可変である。側部３６、３８における横断面間隔の厚さは中心部４０の横断面間隔よりも厚い。ここでも同様に、例えば、側部における横断面間隔の厚さは２ｍｍ〜１１ｍｍで、中心部の間隔は３ｍｍ〜１０ｍｍである。

本発明のＴＶＤを構成するためには、リング１４およびハブ１２を固定具（in a fixture）に置き、ガイドを使用してエラストマー部材１６をこれらの間の間隔に強制挿入する。全体として、エラストマー部材１６は横断面が均一であるため、一旦挿入されると、横断面間隔（profile）４０の中心部が横断面間隔の側部３６、３８よりも大きな圧縮作用を受ける。この圧縮作用によって、接着剤を使用しなくても、ダンパー装置が所定位置に保持される。ゴムだけでなくその組成の実際の寸法はＴＶＤの設計特性に応じて可変である。

この構造には多くの異なる作用効果がある。特に、ゴムに蓄積する局所的な主ひずみ（localized principal-strain buildup in）が小さくなるため、ＴＶＤの実効寿命が延びる。この設計の場合、ゴムの除去率の高低（rubber high-low rejections）を原因とする製造上のスクラップも減少する。また、上記表面３２、２６が円弧を形成しているため、ＴＶＤのセンタリングが自動的に生じる。

以上、本発明を実施するための好ましい方法について説明してきたが、本発明自体は特許請求の範囲の記載によってのみ定義されるものである。

１０：ねじれ振動ダンパー装置（ＴＶＤ）
１２：構造用ブラケット（ハブ）
１４：慣性部材（リング）
１６：エラストマー部材（ゴム）
２２：スポーク
２４，４０：中心部分
２６：外周面
３０：ベルトガイド
３２：環状内面
Ｒ_１，Ｒ_２：半径

Claims (8)

1. 回転部材に取り付けられるように構成されており、外周面を有するハブと、
   前記ハブを取り囲みかつこれから離間するリングであって、当該リングと前記ハブとの間に間隔を定め、前記間隔が、第２側部分と対向する第１側部分であって当該第１側部分と前記第２側部分との間に中心部分がある第１側部分を有しており、当該リングが、環状内面を有する、リングと、
   前記外周面と前記環状内面との間に圧縮挿入されたゴム体と、
   を備えており、
   前記外周面が、凹形断面を有し、前記外周面が、第１円弧半径をもつ第１円弧を形成し、
   前記環状内面が、凸形断面を有し、第２円弧半径をもつ第２円弧を形成し、
   前記第１円弧半径が、前記第２円弧半径よりも大きく、異なる中心点から測定されており、それにより、前記間隔が前記第１側部分と前記第２側部分との双方において前記中心部分と比較して厚い半径方向厚さを有するように構成されていることを特徴とするねじれ振動ダンパー装置。
2. 前記ゴム体が、当該ねじれ振動ダンパー装置の中心において前記外周面と前記環状内面との間の径方向距離の１２０％〜１５０％である非圧縮状態の厚さを有する、請求項１に記載のねじれ振動ダンパー装置。
3. 前記ゴム体が、前記ハブと前記リングとの間に圧縮挿入される前に均一な横断面を有しており、それにより、前記第１側部分と前記第２側部分との双方における圧縮と比較して前記間隔の前記中心部分においてより大きな圧縮を受ける、請求項１に記載のねじれ振動ダンパー装置。
4. 回転部材に取り付けられるように構成されており、外周面を有するハブと、
   前記ハブを取り囲みかつこれから離間するリングであって、当該リングと前記ハブとの間に間隔を定め、前記間隔が、第２側部分と対向する第１側部分であって当該第１側部分と前記第２側部分との間に中心部分がある第１側部分を有しており、当該リングが、環状内面を有する、リングと、
   前記外周面と前記環状内面との間に圧縮挿入されたゴム体と、
   を備えており、
   前記外周面が、凸形断面を有し、前記外周面が、第１円弧半径をもつ第１円弧を形成し、
   前記環状内面が、凹形断面を有し、第２円弧半径をもつ第２円弧を形成し、
   前記第１円弧半径が、前記第２円弧半径よりも小さく、異なる中心点から測定されており、それにより、前記間隔が前記第１側部分と前記第２側部分との双方において前記中心部分と比較して厚い半径方向厚さを有するように構成されていることを特徴とするねじれ振動ダンパー装置。
5. 前記ゴム体が、当該ねじれ振動ダンパー装置の中心において前記外周面と前記環状内面との間の径方向距離の１２０％〜１５０％である非圧縮状態の厚さを有する、請求項４に記載のねじれ振動ダンパー装置。
6. 前記ゴム体が、前記ハブと前記リングとの間に圧縮挿入される前に均一な横断面を有しており、それにより、前記第１側部分と前記第２側部分との双方における圧縮と比較して前記間隔の前記中心部分においてより大きな圧縮を受ける、請求項４に記載のねじれ振動ダンパー装置。
7. 回転部材に取り付けられるように構成されており、外周面を有するハブと、
   前記ハブの周囲に同心状に配設されたリングであって、当該リングの環状内面が、前記ハブの前記外周面を向き、前記ハブから離間しており、円弧状間隔を定めており、前記円弧状間隔が、第２側部分と対向する第１側部分であって当該第１側部分と前記第２側部分との間に中心部分がある第１側部分を有しており、前記第１側部分及び前記第２側部分双方が、前記中心部分と比較して厚い径方向厚さを有する、リングと、
   前記外周面と前記環状内面との間に定められた前記円弧状間隔内に圧縮挿入されたエラストマー部材と、
   を備えており、
   前記円弧状間隔が、横断面で見たときに、前記ハブの前記外周面によって定められたまたは前記リングの前記環状内面によって定められた凹形面を有しており、
   前記ハブの前記外周面と前記リングの前記環状内面とのそれぞれが、横断面で円弧状であり、当該外周面及び当該環状内面のうちの一方の曲率半径が他方の曲率半径よりも大きい曲率半径を有しており、異なる中心点を有する異なる円弧を定めていることを特徴とするねじれ振動ダンパー装置。
8. 前記エラストマー部材が、ゴム材料を備える請求項７に記載のねじれ振動ダンパー装置。

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