JP6100070B2 - トルク変動吸収ダンパ - Google Patents

Description

本発明は、自動車用エンジンのクランクシャフト等、回転機器の駆動軸から他の回転機器へ回転トルクを伝達すると共にその回転速度の変動を吸収し、かつ前記駆動軸の振動を吸収するトルク変動吸収ダンパに関する。

自動車の内燃機関のクランクシャフトの先端に設けられたプーリには、トルク変動を吸収して伝達トルクの平滑化を図るためのトルク変動吸収機構が設けられる。図３は、下記の特許文献１に開示された従来の技術によるトルク変動吸収ダンパの一例を示す断面図で、図における左側が車両のフロント側となる正面側、右側が車両の内燃機関が存在する背面側である。

すなわち、この種のトルク変動吸収ダンパは、自動車用内燃機関のクランクシャフトの軸端に取り付けられて一体に回転するハブ１００と、ダイナミックダンパ部Ｄ及びカップリング部Ｃを備える。

このうちダイナミックダンパ部Ｄは、ハブ１００の外筒部１０１と、その外周に配置した環状質量体１１０の間に、第一の弾性体１２０を介して弾性的に連結した構造を有する。図示の例では、環状質量体１１０は、断面略コ字形のプーリ支持環１１１と、このプーリ支持環１１１に取り付けられたカップリングアングル１１２及びプーリアングル１１３からなる。

また、カップリング部Ｃは、環状質量体１１０におけるプーリ支持環１１１の外周に支持されたプーリ１３０と、このプーリ１３０の正面側の端部から内径方向へ向けて延在された内向きフランジ部１３０ａと環状質量体１１０におけるカップリングアングル１１２との間に加硫接着された第二の弾性体１４０と、プーリ支持環１１１とプーリ１３０の間に介在されたラジアルベアリング１５０及びプーリ１３０の内向きフランジ部１３０ａとプーリアングル１１３の間に介在されたスラストベアリング１６０からなる。

そしてこのトルク変動吸収ダンパは、第一の弾性体１２０と環状質量体１１０で構成されるダイナミックダンパ部Ｄ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のピークを低減すると共に、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、カップリング部Ｃにおける第二の弾性体１４０の円周方向剪断変形作用によってトルク変動を吸収しながら、プーリ１３０へ伝達するものである。

特開２００８−２６１３号公報

しかしながらこの種のトルク変動吸収ダンパは、スラスト方向へのプーリ１３０の挙動に起因するプーリ１３０の内向きフランジ部１３０ａとスラストベアリング１６０の打音を生じたり、金属板からなるカップリングアングル１１２が振動してプーリ支持環１１１との打音を生じたり、クランクシャフトから入力される軸方向振動に起因する放射音が発生する問題が指摘される。

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、騒音の発生を低減したトルク変動吸収ダンパを提供することにある。

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の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、ハブの外周に第一の弾性体を介して環状質量体が連結され、プーリが第二の弾性体を介して前記環状質量体に連結されたトルク変動吸収ダンパにおいて、前記環状質量体が、前記第一の弾性体の外周側に取り付けられたプーリ支持環及びプーリアングルを含み、前記プーリが前記プーリ支持環の外周にラジアルベアリングを介して支持され、前記第二の弾性体が前記プーリ支持環に固定されたカップリングアングルと前記プーリの内向きフランジ部の間で略円筒状に延び、前記内向きフランジ部が前記第二の弾性体と反対側からスラストベアリングを介して前記プーリアングルで軸方向に支持され、前記プーリ支持環と前記カップリングアングルの間にゴム層が介在されたものである。

請求項２の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、請求項１に記載の構成において、ゴム層が第二の弾性体から延在されたものである。

請求項３の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、請求項１又は２に記載の構成において、第二の弾性体がプーリとカップリングアングルの間で軸方向に予圧縮されたものである。

本発明に係るトルク変動吸収ダンパによれば、プーリ支持環及びプーリアングルが第一の弾性体に支持されているため、ハブ側からの振動が第一の弾性体によって絶縁され、しかもプーリ支持環とカップリングアングルの間にゴム層が介在しているので、プーリ支持環からの騒音の放射を有効に低減することができる。

また、第二の弾性体がプーリとカップリングアングルの間で軸方向に予圧縮されることによって、スラストベアリングがプーリとプーリアングルの間で押し付けられるので、スラストベアリングの打音も有効に防止される。

本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい実施の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面図である。 本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい実施の形態におけるゴム層の形状変更例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。 従来の技術によるトルク変動吸収ダンパを、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面図である。

以下、本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい実施の形態を、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明において「正面側」とは、図における左側であって車両のフロント側のことであり、「背面側」とは各図おける右側であって不図示の内燃機関が存在する側のことである。

図１において、参照符号１は、自動車用内燃機関のクランクシャフト（不図示）に取り付けられるハブである。このハブ１は、金属材料の鋳造により製作されたものであって、クランクシャフトの軸端が挿入される内周筒部１１と、この内周筒部１１の正面側の端部から外径側へ延びる中間部１２と、その外周から正面側へ向けて内周筒部１１と同心の円筒状に延びるリム部１３からなる。１１ａは内周筒部１１の内周面に形成されたキー溝である。

ハブ１のリム部１３の外周側には環状質量体２が配置されており、この環状質量体２と前記リム部１３は、第一の弾性体３を介して円周方向相対変位可能に弾性的に連結され、これによってダイナミックダンパ部Ｄが構成されている。

詳しくは、環状質量体２は、ハブ１のリム部１３の外周側に同心的に配置され単純な円筒状の金属からなる金属製のスリーブ２１と、このスリーブ２１の外周面に取り付けられたプーリ支持環２２及びプーリアングル２３と、プーリ支持環２２に取り付けられたカップリングアングル２４からなる。

環状質量体２におけるプーリ支持環２２は金属からなるものであって、スリーブ２１の正面寄りの外周面に圧入嵌着された内周筒部２２ａと、その正面寄りの位置から外径側へ展開した円盤部２２ｂと、更にこの円盤部２２ｂの外径端部から背面側へ延びる外周筒部２２ｃからなる二重筒状の中空形状をなし、すなわち軸心Ｏを通る平面で切断した形状（図示の断面形状）が略コ字形をなす。

環状質量体２におけるプーリアングル２３は、金属板の打ち抜きプレス等によって製作されたものであって、スリーブ２１の背面寄りの外周面に圧入嵌着された取付筒部２３ａと、その背面側の端部から円盤状に展開した支持フランジ部２３ｂからなる断面略Ｌ字形をなす。

環状質量体２におけるカップリングアングル２４は金属板の打ち抜きプレス等によって製作されたものであって、プーリ支持環２２の内周筒部２２ａの外周面に圧入嵌着された取付筒部２４ａと、その正面側の端部から正面側へ倒れた円錐面状をなして展開した外向きフランジ部２４ｂからなる。なお、カップリングアングル２４の外向きフランジ部２４ｂの正面側に位置するプーリ支持環２２の円盤部２２ｂの内側面も、前記外向きフランジ部２４ｂと対応する円錐面状に形成されている。

第一の弾性体３は、耐熱性、耐寒性及び機械的強度に優れたゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるものであって、ハブ１のリム部１３の外周面と、環状質量体２におけるスリーブ２１の内周面に一体的に加硫接着されている。すなわちこの第一の弾性体３は、不図示の金型に、ハブ１とスリーブ２１を互いに同心的にセットし、型締めによってハブ１のリム部１３の外周面とスリーブ２１の内周面との間に画成される環状のキャビティに、未加硫ゴム材料を充填して加熱・加圧することによって、加硫成形と同時に前記リム部１３の外周面及びスリーブ２１の内周面に加硫接着したものである。

ダイナミックダンパ部Ｄの捩り方向固有振動数は、第一の弾性体３のばね定数と、環状質量体２の慣性質量によって、クランクシャフトの捩れ角が最大となる所定の振動数域、言い換えればクランクシャフトの捩り方向固有振動数と合致するように同調されている。

参照符号４はプーリである。このプーリ４は金属からなるものであって、環状質量体２におけるプーリ支持環２２の外周筒部２２ｃの外周側に配置されたプーリ本体４ａと、その背面側の端部から環状質量体２におけるプーリアングル２３の支持フランジ部２３ｂの正面側を内径側へ延びる内向きフランジ部４ｂとからなる。プーリ本体４ａの外周面にはポリＶ溝が形成されており、不図示の無端ベルトが巻き掛けられるようになっている。

環状質量体２におけるプーリ支持環２２の外周筒部２２ｃと、その外周側にあるプーリ４のプーリ本体４ａとの間には、ラジアルベアリング５が介在している。このラジアルベアリング５は、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）等の耐摩耗性に優れた低摩擦係数の合成樹脂材料で円筒状に成形され、プーリ本体４ａを内周側から回転摺動自在に支持するものである。

環状質量体２におけるカップリングアングル２４の外向きフランジ部２４ｂと、その背面側から軸方向に対向するプーリ４の内向きフランジ部４ｂは、環状質量体２の中空部内を略円筒状に延びる第二の弾性体６を介して、円周方向相対変位可能に弾性的に連結されており、これによって、カップリング部Ｃが構成されている。

第二の弾性体６は、耐熱性、耐寒性及び機械的強度に優れたゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるものであって、カップリングアングル２４の外向きフランジ部２４ｂと、プーリ４の内向きフランジ部４ｂに一体的に加硫接着されている。すなわちこの第二の弾性体６は、不図示の金型にカップリングアングル２４とプーリ４を同心的にセットし、型締めによってこのカップリングアングル２４の外向きフランジ部２４ｂとプーリ４の内向きフランジ部４ｂとの間に画成される円筒状のキャビティに、未加硫ゴム材料を充填して加熱・加圧することによって、加硫成形と同時に前記外向きフランジ部２４ｂと内向きフランジ部４ｂに加硫接着したものである。

第二の弾性体６は、クランクシャフトからハブ１へ入力された駆動トルクを、円周方向剪断変形によって平滑化しながらプーリ４へ伝達するものである。そしてクランクシャフトのトルク変動は、アイドリング以下の低回転領域で顕著になることから、この第二の弾性体６は、ばね定数を極力低くすると共に捩り方向への許容変形量を極力大きくし、しかも大きなトルク伝達力を与えるため、軸方向及び径方向の肉厚が十分に大きなものとなっている。また、カップリングアングル２４の外向きフランジ部２４ｂが円錐面状をなすことによって、第二の弾性体６は軸方向の肉厚が外周側ほど増大しており、環状質量体２とプーリ４の間で円周方向剪断変形を受けた時に、内周側と外周側とで歪応力がほぼ均一になるようになっている。

カップリングアングル２４の外向きフランジ部２４ｂには円周方向所定間隔で複数の孔２４ｄが開設されており、第二の弾性体６の成形に際して成形用ゴム材料の一部が前記孔２４ｄ及び外向きフランジ部２４ｂの外径端を廻り込むことによって、この外向きフランジ部２４ｂの正面側には第二の弾性体６から連続して延びるゴム層６１が形成され、プーリ支持環２２の円盤部２２ｂの内側面との間に挟持されている。

なお、カップリングアングル２４における取付筒部２４ａの先端の切欠２４ｃは、第二の弾性体６を加硫成形する際の加硫型にカップリングアングル２４を位置決めするために形成されたものである。

環状質量体２におけるプーリアングル２３の支持フランジ部２３ｂと、プーリ４の内向きフランジ部４ｂとの間には、スラストベアリング７が介在している。このスラストベアリング７は、ラジアルベアリング５と同じくＰＴＦＥ等の耐摩耗性に優れた低摩擦係数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。

また、当該トルク変動吸収ダンパを組み立てる過程で、第二の弾性体６には、スラストベアリング７を介して押圧されるプーリ４の内向きフランジ部４ｂと、カップリングアングル２４の外向きフランジ部２４ｂとの間で、軸方向の適当な予圧縮が与えられている。

以上の構成を備えるトルク変動吸収ダンパは、自動車用内燃機関のクランクシャフト（不図示）の軸端に、ハブ１の内周筒部１１が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され、その駆動トルクを、プーリ４のプーリ本体４ａに巻き掛けられた不図示の無端ベルトを介して補機の回転軸に伝達するものである。

ここで、アイドリング以下の低回転域でクランクシャフトに顕著に発生するトルク変動（回転速度変動）は、ハブ１から第一の弾性体３を介して環状質量体２に伝達されるが、この環状質量体２におけるカップリングアングル２４の外向きフランジ部２４ｂと、プーリ４の内向きフランジ部４ｂとの間を連結している第二の弾性体６は、第一の弾性体３に比較して円周方向剪断ばね定数が著しく低いため、入力されたトルク変動に応じて円周方向へ繰り返し剪断変形され、このトルク変動を熱エネルギに変換する。このため、プーリ４のプーリ本体４ａに巻き掛けられた無端ベルトへの伝達トルクが平滑化される。

ダイナミックダンパ部Ｄは、クランクシャフトの共振によって捩れ角が最大となる振動数域で円周方向に共振し、その共振によるトルクは、入力振動のトルクと方向が逆になる。そしてこのような動的吸振作用によって、クランクシャフトの共振による捩れ角のピークを有効に低減することができる。

そして一般に、トルク変動吸収ダンパは、カップリング部Ｃとダイナミックダンパ部Ｄを有することによって体積や重量が大きくなってしまうが、上記構成によれば、カップリング部Ｃとダイナミックダンパ部Ｄが互いに直列に配置され、すなわち第一の弾性体３が第二の弾性体６より内周側に位置することによってハブ１のリム部１３が小径になるため、このハブ１の軽量化を図ることができる。

加えて、カップリング部Ｃにおけるプーリ４を支持するプーリ支持環２２や、カップリング部Ｃにおける第二の弾性体６を取り付けるカップリングアングル２４やプーリアングル２３が、ダイナミックダンパ部Ｄの環状質量体２の一部を構成する構造となっているので、カップリング部Ｃとダイナミックダンパ部Ｄが互いに独立しているものに比較して、トルク変動吸収ダンパ全体としての重量を軽量化、及び小型化を図ることができる。しかも、プーリ支持環２２は、円盤部２２ｂの内側面が円錐面状に形成されることによってこの円盤部２２ｂが厚肉となっており、その外周側に外周筒部２２ｃを有し、さらにはプーリアングル２３の取付筒部２３ａが厚肉に形成されていることなどによって、環状質量体２の十分な慣性質量が確保されているので、入力されるクランクシャフトの捩り振動のトルクと対抗する十分な大きさの制振トルクを得ることができる。

ここで、軸方向への予圧縮が与えられた第二の弾性体６の反力によって、プーリ４の内向きフランジ部４ｂがスラストベアリング７を介してプーリアングル２３の支持フランジ部２３ｂ側へ押し付けられているため、スラストベアリング７の密着度が向上し、プーリ４の軸方向挙動によるスラストベアリング７の打音の発生が抑制される。

また、放射音が発生しやすいプーリ支持環２２やプーリアングル２３が第一の弾性体３の外周に支持されているため、ハブ１側からの軸方向振動の伝達が第一の弾性体３によって絶縁され、加えて、カップリングアングル２４の外向きフランジ部２４ｂとプーリ支持環２２の円盤部２２ｂとの間には、第二の弾性体６から連続して形成されたゴム層６１が介在しているので、金属板のプレス成形体からなるカップリングアングル２４の外向きフランジ部２４ｂの振動がプーリ支持環２２に伝達されることがなく、したがって、プーリ支持環２２からの騒音の放射を有効に低減することができる。

なお、ゴム層６１は、カップリングアングル２４の外向きフランジ部２４ｂの正面全域に形成されていても良いが、図２に示すように一部のみに形成されていても良く、また、円周方向へ断続したものであっても良い。

１ ハブ
２ 環状質量体
２１ スリーブ
２２ プーリ支持環
２３ プーリアングル
２４ カップリングアングル
２４ｄ 孔
３ 第一の弾性体
４ プーリ
４ｂ 内向きフランジ部
５ ラジアルベアリング
６ 第二の弾性体
６１ ゴム層
７ スラストベアリング
Ｃ カップリング部
Ｄ ダイナミックダンパ部

Claims (3)

1. ハブの外周に第一の弾性体を介して環状質量体が連結され、プーリが第二の弾性体を介して前記環状質量体に連結されたトルク変動吸収ダンパにおいて、前記環状質量体が、前記第一の弾性体の外周側に取り付けられたプーリ支持環及びプーリアングルを含み、前記プーリが前記プーリ支持環の外周にラジアルベアリングを介して支持され、前記第二の弾性体が前記プーリ支持環に固定されたアングルと前記プーリの内向きフランジ部の間で略円筒状に延び、前記内向きフランジ部が前記第二の弾性体と反対側からスラストベアリングを介して前記プーリアングルで軸方向に支持され、前記プーリ支持環と前記アングルの間にゴム層が介在されたことを特徴とするトルク変動吸収ダンパ。
2. ゴム層が第二の弾性体から延在されたことを特徴とする請求項１に記載のトルク変動吸収ダンパ。
3. 第二の弾性体がプーリとアングルの間で軸方向に予圧縮されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトルク変動吸収ダンパ。

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