JP6009905B2 - 回転変動吸収ダンパプーリ - Google Patents

Description

本発明は、自動車用内燃機関のクランクシャフト等の回転軸から伝動ベルトを介して他の回転機器へトルクを伝達すると共にその回転変動を吸収してベルト駆動を平滑化する回転変動吸収ダンパプーリに関する。

従来から、回転変動吸収機構が設けられたクランクプーリ（回転変動吸収ダンパプーリ）が知られている。図９は、従来の技術による回転変動吸収ダンパプーリの一例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す部分断面図である。

この回転変動吸収ダンパプーリは、自動車用内燃機関のクランクシャフトの端部に取り付けられて一体に回転するハブ１００と、このハブ１００に取り付けられたダイナミックダンパ部１１０及びフレキシブルカップリング部１２０を備える。ダイナミックダンパ部１１０は、ハブ１００の外筒部１０１と、その外周に配置した質量体１１２の間に、ゴム状弾性を有するダンパゴム１１１を介在させたものであり、カップリング部１２０は、質量体１１２にベアリング１２２，１２３を介して支持され外周に不図示の伝動ベルトが巻き掛けられるプーリ本体１２１と、質量体１１２に設けられたフランジ１１２ａと前記プーリ本体１２１の内径の内向きフランジ１２１ａとの間に加硫接着されたゴム状弾性を有するカップリングゴム１２４とからなる。

すなわち従来の回転変動吸収ダンパプーリは、ダイナミックダンパ部１１０が、所定の振動数域において円周方向へ共振することによる動的吸振効果によって、クランクシャフトの捩り振動を低減すると共に、クランクシャフトからハブ１００へ入力された駆動トルクを、カップリングゴム１２４の円周方向剪断変形作用によって反復的な回転変動（伝達トルクの変動）を吸収しながらプーリ本体１２１へ伝達するものである（例えば下記の特許文献１参照）。

特開２００７−１０７６３７号公報

しかしながら、従来の回転変動吸収ダンパプーリは、プーリ本体１２１と、低ばねのカップリングゴム１２４によって共振点（共振周波数）の低い振動系を構成しているため、内燃機関を起動し、あるいは停止する際に、クランクシャフトの回転数の変化に伴うトルク変動の周波数の変化が、前記共振点を通過することによってプーリ本体１２１が捩り方向（円周方向）へ大きく振動し、プーリ本体１２１と、これに巻き掛けられた伝動ベルトとの間にスリップを生じてしまう問題が指摘される。また、常用回転域で急激なトルク変動が発生した場合も、同様なベルトスリップが発生することがあった。

そしてこのようなベルトスリップを生じると、「ベルト鳴き」と呼ばれる異音が発生するばかりか、伝動ベルトの耐久性を低下させ、走行に支障を来たすおそれがある。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、回転変動を吸収しながらトルクを伝達する回転変動吸収ダンパプーリにおいて、回転変動によるベルトスリップの発生を有効に防止することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る回転変動吸収ダンパプーリは、内周部材と、その外周側にラジアルベアリングを介して相対回転可能かつ軸方向相対変位可能に配置されると共に外周面に伝動ベルトが巻き掛けられるプーリ部とを備え、前記内周部材と前記プーリ部にそれぞれ互いに軸方向に対向する端面が形成され、この対向端面間に、スラストベアリングと、このスラストベアリングを前記対向端面のうちの一方へ押し付ける軸方向付勢部材を備え、前記ラジアルベアリング及び前記スラストベアリングが摩擦力によって前記内周部材から前記プーリ部への駆動トルクの伝達を行うものであり、前記ラジアルベアリングのスリップトルクと、前記軸方向付勢部材により前記スラストベアリングに与えられるスリップトルクの和が、前記伝動ベルトと前記プーリ部間のスリップトルクよりも小さく設定されたものである。

上記構成において、プーリ部は内周部材にラジアルベアリング及びスラストベアリングを介して径方向及び軸方向に対して拘束されると共に相対回転可能な状態に支持されている。そして通常の入力トルクは、ラジアルベアリング及びスラストベアリングの摩擦力によって内周部材からプーリ部間で伝達され、入力される回転変動（トルク変動）が、軸方向付勢部材によって対向端面のうちの一方に押し付けられたスラストベアリングのスリップトルクと、ラジアルベアリングのスリップトルクとの和を上回った時点で、ラジアルベアリング及びスラストベアリングに滑りを生じ、これによりベルトスリップを防止する。

請求項２の発明に係る回転変動吸収ダンパプーリは、請求項１に記載された構成において、軸方向付勢部材がばね部材からなるものである。

請求項３の発明に係る回転変動吸収ダンパプーリは、請求項１に記載された構成において、軸方向付勢部材が同極同士で対向配置された磁石からなるものである。

本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリによれば、回転変動（トルク変動）が所定以上に増大すると、プーリ部の端面又は内周部材の端面に対してスラストベアリングに滑りを生じるので、プーリ部と伝動ベルトの滑りが発生せず、この滑りに起因する耐久性の低下やベルト鳴きを有効に防止することができる。

本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリの好ましい第一の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す断面斜視図である。 第一の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す部分断面図である。 本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリの好ましい第二の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す部分断面図である。 本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリの好ましい第三の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す部分断面図である。 第三の実施の形態において用いられる環状ホルダの一部を示す断面斜視図である。 本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリの好ましい第四の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す部分断面図である。 本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリの好ましい第五の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す部分断面図である。 本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリの好ましい第六の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す部分断面図である。 従来技術に係る回転変動吸収ダンパプーリの一例を、軸心を通る平面で切断して示す部分断面図である。

以下、本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリの好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において用いられる「正面側」とは、各図における左側、すなわち車両のフロント側のことであり、「背面側」とは、各図における右側、すなわち不図示の内燃機関が存在する側のことである。

まず図１及び図２は第一の実施の形態を示すもので、参照符号１は、自動車の内燃機関のクランクシャフト（不図示）の軸端に取り付けられるハブである。このハブ１は、金属材料の鋳造等により製作されたものであって、前記クランクシャフトに固定される内筒部１１と、この内筒部１１から外径側へ展開する円盤部１２と、その外径端部に形成された外筒部１３を有する。なお、図１における参照符号１１ａはハブ１の内筒部１１の内周の軸孔に形成されたキー溝である。

ハブ１の外筒部１３の外周側には質量体３が同心的に配置されている。この質量体３は請求項１に記載の内周部材に相当するものであって、金属からなり、前記外筒部１３にゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるダンパゴム２を介して連結された内径筒部３１と、その軸方向中間部から外径側へ突出した外径凸部３２からなる。

ダンパゴム２と質量体３はダイナミックダンパＤを構成しており、このダイナミックダンパＤの捩り方向（円周方向）固有振動数は、質量体３の捩り方向慣性質量とダンパゴム２の捩り方向剪断ばね定数によって、クランクシャフトの捩り角が極大となる所定の振動数域、すなわちクランクシャフトの捩り方向共振域に設定されている。

質量体３の外周側には、ラジアルベアリング４を介してプーリ部５が前記質量体３と相対回転可能かつ軸方向相対変位可能な状態に支持されている。ラジアルベアリング４は、摺動性及び耐摩耗性に優れたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの合成樹脂材料からなるものであって、円筒状に成形されている。

プーリ部５は、外周面に不図示の伝動ベルトが巻き掛けられるポリＶ溝５１ａが形成され、背面側に内向きフランジ５１ｂが形成された本体部５１と、この本体部５１の筒状内周面に嵌着され正面側に内向きフランジ５２ａが形成されたスリーブ５２からなり、スリーブ５２の内周面において、質量体３における外径凸部３２の外周面に配置されたラジアルベアリング４の外周面に、円周方向摺動可能に接触した状態で支持されている。

質量体３における外径凸部３２の正面側の端面３２ａは、プーリ部５におけるスリーブ５２の内向きフランジ５２ａの内側端面と軸方向に対向しており、その間には、スラストベアリング６、平ワッシャ７及び弾性体８が介在されている。

詳しくは、スラストベアリング６はラジアルベアリング４と同じく、摺動性及び耐摩耗性に優れたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの合成樹脂材料からなるものであって、平ワッシャ状に成形され、質量体３における外径凸部３２の正面側の端面３２ａと、金属又は合成樹脂からなる平ワッシャ７との間に、円周方向摺動可能な状態で当接されている。

弾性体８は、請求項１に記載された軸方向付勢部材及び請求項２に記載されたばね部材に相当するものであって、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で環状に成形されており、平ワッシャ７と、プーリ部５におけるスリーブ５２の内向きフランジ５２ａの内側端面との間に、軸方向へ適宜圧縮された状態で介装されている。

質量体３における外径凸部３２の背面側の端面３２ｂは、プーリ部５における本体部５１の背面側の内向きフランジ５１ｂの内側端面と軸方向に対向しており、その間には、スラストベアリング９が円周方向摺動可能な状態で介在されている。スラストベアリング９も、スラストベアリング６及びラジアルベアリング４と同じく、摺動性及び耐摩耗性に優れたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの合成樹脂材料からなるものであって、平ワッシャ状に成形されている。

そして弾性体８は、軸方向へ適宜圧縮されることによってその反力としての軸方向付勢力が与えられており、この軸方向付勢力によって、質量体３における外径凸部３２の正面側に配置されたスラストベアリング６及び背面側に配置されたスラストベアリング９は、その摺動面に適当な摩擦力が与えられている。

また、弾性体８の軸方向付勢力によって与えられるスラストベアリング６，９のスリップトルクと、伝動ベルトの張力によるプーリ部５の径方向荷重によって与えられるラジアルベアリング４のスリップトルクの和は、ハブ１からプーリ部５へ伝達される通常のトルクよりも大きく、プーリ本体５１のポリＶ溝５１ａと、これに巻き掛けられた不図示の伝動ベルトとのスリップトルクよりも小さく設定されている。

以上の構成を備える回転変動吸収ダンパプーリは、ハブ１の内筒部１１が不図示のクランクシャフトの軸端に装着されることによって、このクランクシャフトと共に回転駆動し、その駆動トルクを、ハブ１からダンパゴム２、質量体３、ラジアルベアリング４及びスラストベアリング６，９、平ワッシャ７、弾性体８を介して、プーリ部５へ伝達され、更に、プーリ部５のポリＶ溝５１ａに巻き掛けられた伝動ベルトを介して、冷却水循環ポンプや、オルタネータや、冷却ファン等の補機の回転軸に伝達するものである。

また、内燃機関の駆動は、吸気、圧縮、爆発（膨張）及び排気の各行程を繰り返しながら、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換しているため、このクランクシャフトには、回転に伴って捩り振動（回転方向の振動）を生じる。そして、クランクシャフトからハブ１へ入力される捩り振動の振動数が、クランクシャフトの振幅が極大となる振動数域になると、質量体３及びダンパゴム２によって構成されるダイナミックダンパＤが、入力振動と逆位相の振動波形で共振し、すなわちその共振によるトルクは入力振動のトルクと逆方向に生じ、このような動的吸振効果によって、クランクシャフトの捩り振動のピークを有効に低減することができる。

ここで、ダイナミックダンパＤによる動的吸振動作時には、質量体３に振れ回りを生じることになるが、この質量体３の振れ回りによるトルク変動は、弾性体８が繰り返し捩り方向（円周方向）の剪断変形を受けることによって、トルク変動による運動エネルギが、弾性体８の変形に伴い発生する内部摩擦により熱エネルギとして消費されるので、プーリ部５の回転が平滑化され、すなわちプーリ部５の振れ回りが抑制される。

また、例えば急加速や急減速などによって、クランクシャフトからハブ１及びダンパゴム２を介して質量体３に入力されるトルクの変動が、スラストベアリング６，９のスリップトルクとラジアルベアリング４のスリップトルクの和を超えて増大した場合は、その時点でスラストベアリング６，９及びラジアルベアリング４に滑りを生じることによって伝達トルクの変動が吸収され、このため回転数０から常用回転域までのすべての領域で、プーリ部５におけるプーリ本体５１のポリＶ溝５１ａと、これに巻き掛けられた伝動ベルトとの滑りが防止され、ひいては、この滑りに起因する耐久性の低下やベルト鳴きが有効に防止される。しかも、スラストベアリング６の滑りによって、弾性体８に加わる捩り方向の剪断変形も抑制されるため、弾性体８の過大変形による破損や耐久性の低下が防止される。

図３〜図８は、スラストベアリング６，９に摩擦力を付与する軸方向付勢部材として、上述した第一の実施の形態における弾性体８に代えて、種々のものを用いた他の実施の形態を示すものである。

このうち、図３に示す第二の実施の形態は、スラストベアリング６，９に摩擦力を付与する軸方向付勢部材として、単一の大径コイルスプリング８１を用いたものである。すなわちこの大径コイルスプリング８１は、プーリ部５におけるスリーブ５２の内向きフランジ５２ａの内側端面と平ワッシャ７の間に適宜圧縮された状態で保持され、その圧縮反力として軸方向付勢力が与えられている。

図４に示す第三の実施の形態は、スラストベアリング６，９に摩擦力を付与する軸方向付勢部材として、複数の小径コイルスプリング８２を円周方向等間隔で配置したものである。各コイルスプリング８２は、図５に示すような環状ホルダ８３によって保持され、すなわち図４に示すように軸方向に並んで配置された一対の環状ホルダ８３，８３の互いに対向する保持穴８３ａ，８３ａ間に適宜圧縮された状態で保持され、その圧縮反力として軸方向付勢力が与えられている。

さらに、図６に示す第四の実施の形態は、スラストベアリング６，９に摩擦力を付与する軸方向付勢部材として、複数の皿ばね８４が互いに同方向に重ねた状態で、先に説明したような一対の環状ホルダ８３，８３の互いに対向する保持穴８３ａ，８３ａ間に適宜圧縮された状態で保持され、その圧縮反力として軸方向付勢力が与えられている。

図７に示す第五の実施の形態は、スラストベアリング６，９に摩擦力を付与する軸方向付勢部材として、同極同士で軸方向に対向させた永久磁石８５，８６を用いたものである。各永久磁石８５，８６は、先に説明したような環状ホルダ８３の保持穴８３ａによって円周方向等間隔で保持され、同極間の磁気反発力を利用して軸方向付勢力が与えられている。この場合、磁気反発力によって正面側の永久磁石８５と背面側の永久磁石８６が円周方向へ互いにずれてしまうことがないように、永久磁石８５，８６のいずれか一方が正面側・背面側双方の環状ホルダ８３の保持穴８３ａに跨るように、環状ホルダ８３の軸方向寸法が正面側と背面側で互いに異なるものとなっている。また、永久磁石８５，８６による軸方向付勢力は、ゴム状弾性材料によるもののようなヘタリによる劣化が起こらないといった利点がある。

なお、図４〜図７に示す実施の形態においては、環状ホルダ８３にＰＴＦＥなどの低摩擦材料をコーティングしたものを用いれば、これがスラストベアリングとしての機能を兼用することになるので、正面側のスラストベアリング６を省略することもできる。

図８に示す第六の実施の形態も、軸方向付勢部材として、同極同士で軸方向に対向させた永久磁石８５，８６を用いたものである。この形態において、上述した第五の実施の形態と異なるところは、永久磁石８５，８６が質量体３と同心の環状をなし、軸方向両端が互いに異極、端面は全周が同極となるように着磁されていて、同極同士が軸方向に対向することによる磁気反発力によって、永久磁石８５，８６同士が摩擦のない状態で相対回転可能となっている点にある。また、質量体３における外径凸部３２の背面側に配置されたスラストベアリング９は、永久磁石８５，８６の磁気反発力を利用した軸方向付勢力によって、質量体３における外径凸部３２の背面とプーリ部５における背面側の内向きフランジ５１ｂとの間で、適当な摩擦力を発生するようになっている。なお、永久磁石８５，８６間の磁気反発力による隙間Ｇには非磁性体からなるスラストベアリングを介在させても良い。

１ ハブ
２ ダンパゴム
３ 質量体
４ ラジアルベアリング
５ プーリ部
５１ 本体部
５１ａ ポリＶ溝
５２ スリーブ
６，９ スラストベアリング
８ 弾性体（軸方向付勢部材，ばね部材）
８１ 大径コイルスプリング（軸方向付勢部材，ばね部材）
８２ 小径コイルスプリング（軸方向付勢部材，ばね部材）
８３ 環状ホルダ
８４ 皿ばね（軸方向付勢部材，ばね部材）
８５，８６ 永久磁石（軸方向付勢部材）

Claims (3)

1. 内周部材と、その外周側にラジアルベアリングを介して相対回転可能かつ軸方向相対変位可能に配置されると共に外周面に伝動ベルトが巻き掛けられるプーリ部とを備え、前記内周部材と前記プーリ部にそれぞれ互いに軸方向に対向する端面が形成され、この対向端面間に、スラストベアリングと、このスラストベアリングを前記対向端面のうちの一方へ押し付ける軸方向付勢部材を備え、前記ラジアルベアリング及び前記スラストベアリングが摩擦力によって前記内周部材から前記プーリ部への駆動トルクの伝達を行うものであり、前記ラジアルベアリングのスリップトルクと、前記軸方向付勢部材により前記スラストベアリングに与えられるスリップトルクの和が、前記伝動ベルトと前記プーリ部間のスリップトルクよりも小さく設定されたことを特徴とする回転変動吸収ダンパプーリ。
2. 軸方向付勢部材がばね部材からなることを特徴とする請求項１に記載の回転変動吸収ダンパプーリ。
3. 軸方向付勢部材が同極同士で対向配置された磁石からなることを特徴とする請求項１に記載の回転変動吸収ダンパプーリ。

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