JP6176232B2 - 捩り振動低減装置 - Google Patents

Description

この発明は、転動体の往復動によって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。その装置は、エンジンのクランクシャフトに取り付けられるプレート部材を備え、そのプレート部材に環状に形成された凹状の収容部が形成されている。この収容部内に、伝達されるトルクの変動によって往復動する複数の質量体が配置されており、各質量体はその両側面に沿って配置された連結部材によって連結されている。

また、特許文献２には、第１振子部材と第２振子部材とによって構成される慣性質量体を備えた捩り振動低減装置が記載されている。各振子部材の両側面に接続部材が設けられており、それらの接続部材同士はバネを介して互いに連結されている。

特開２０１４−４７８０５号公報 特開２０１３−１４８２１１号公報

特許文献１に記載された構成では、トルクの変動によって質量体が往復動する場合に、質量体の側面と連結部材とが接触する可能性がある。質量体の側面と連結部材とが接触して質量体が転動すると、両者の間の摺動摩擦が抵抗となって質量体の往復動が阻害されて制振性能が低下してしまう可能性がある。このような不都合は、特許文献２に記載された発明によっても同様に生じる可能性がある。

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、転動体と、その転動体同士を連結する部材との間の摺動摩擦を低減して制振性能に優れた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、トルクを受けて回転する回転体に、複数のガイド孔が前記回転体の円周方向に所定の間隔をあけて形成され、複数の前記ガイド孔のそれぞれに転動体が収容されるとともに、各々の前記転動体が連結部材によって連結されており、前記回転体が回転することによる遠心力によって前記転動体が前記ガイド孔の内面のうち前記回転体の半径方向で外側の内面であるガイド面に押し付けられるとともに前記トルクが変動することによる慣性力によって前記転動体が前記回転体の円周方向に往復動するように構成されている捩り振動低減装置において、前記連結部材は、環状の支持部と、前記支持部の円周方向で前記ガイド孔に対応する位置に設けられかつ前記回転体の半径方向で前記転動体の外周面側から前記転動体を保持する収容部とを備えていて前記転動体と共に往復動するように構成され、前記収容部は、前記転動体が往復動する場合における前記回転体の軸線方向での前記転動体の重心の予め決まっている移動長さより幅広に形成されていて前記転動体の外周面のうち前記移動長さを含む範囲を前記外周面側から保持しかつ前記ガイド孔内に配置されており、前記外周面に前記転動体の往復動方向で接触する少なくとも２つの接触部が前記収容部の内面に形成されていることを特徴とするものである。

また、この発明における２つの前記接触部は、前記外周面に前記転動体の往復動方向で線接触または点接触するように前記収容部の内面に形成されていてよい。

さらに、この発明における２つの前記接触部は、前記回転体の半径方向で前記転動体の重心より外側の前記外周面であってかつ前記回転体の円周方向で前記重心を挟んで両側の前記外周面に線接触または点接触するように形成されていてよい。

この発明によれば、連結部材の収容部の内面の形成された２つの接触部は、転動体の外周面に線接触または点接触する。そのため、転動体の側面に沿って連結部材を配置して両者が面接触する場合に比較して、転動体と連結部材との接触面積を低減できる。これにより伝達されるトルクの変動によって転動体が往復動する場合における転動体と連結部材との間の摺動摩擦を低減することができ、摺動摩擦が抵抗となって転動体の往復動が阻害されることを抑制できる。また、上記の収容部は、転動体が往復動する場合における回転体の軸線方向での転動体の重心の移動長さより幅広に形成されていて、転動体の外周面のうち前記移動長さを含む範囲を転動体の外周面側から保持する。つまり収容部は転動体の重心を支持するため、連結部材と転動体との接触に伴う荷重は、転動体の重心に作用する。そのため、前記荷重が転動体に作用するとしても、前記荷重によって転動体にヨーモーメントが生じて転動体がその往復動方向に対して傾くことを抑制できる。それらの結果、安定して転動体を往復動させることができ、制振性能を向上できる。

また、この発明によれば、連結部材の収容部は、回転体の半径方向で外側に開いて形成されており、その内部に転動体を嵌め込むように構成されている。そのため、転動体の側面に沿って連結部材を配置する場合に比較して捩り振動低減装置の軸長の増大を抑制できる。さらに、転動体を連結するための構成を転動体に設ける必要がなく、その分、転動体の加工コストを削減できる。そして、２つの接触部は、回転体の半径方向で転動体の重心より外側の外周面であってかつ回転体の円周方向で転動体の重心を挟んで両側に線接触または点接触する。そのため、回転体の半径方向で外側に転動体が移動しようとしても、転動体の外周面は２つの接触部に引っ掛かり、転動体が抜け出ることを抑制できる。

捩り振動低減装置の実施形態の一例における一部を示す断面図である。 捩り振動低減装置の実施形態の一例における一部を拡大して示す図である。 図１に示す転動体を、断面がＨ型の転動体に変更した例における一部を示す断面図である。 捩り振動低減装置の実施形態の他の例における一部を示す断面図である。 図４に示す転動体を、断面がＨ型の転動体に変更した例における一部を示す断面図である。 捩り振動低減装置の実施形態の更に他の例における一部を示す断面図である。

図１は、捩り振動低減装置の実施形態の一例における一部を示す断面図であり、図２は、捩り振動低減装置の実施形態の一例における一部を拡大して示す図である。この捩り振動低減装置は、制振対象に取り付けられる回転体１を備えている。その回転体１は円盤状の部材であって、回転体１の回転中心から半径方向に外れた箇所に、円周方向に長いガイド孔２が回転体１を板厚方向に貫通して形成されている。このガイド孔２は回転体１の円周方向に予め定めた間隔をあけて形成されており、一例として８つ形成されている。

各ガイド孔２の内部に、回転体１に伝達されるトルクが変動した場合に慣性力で往復動する転動体３が配置されている。その転動体３は、回転体１が回転した場合に遠心力によってガイド孔２の内面のうち回転体１の半径方向で外側の内面に押し付けられ、その内面に沿って転動する。以下の説明では、このガイド孔２の内面のうち回転体１の半径方向で外側の内面をガイド面４と記す。また転動体３のうちガイド面４に接触する部分は、断面が円形となっている。したがって、転動体３は、図１に示すように、単純な円盤状もしくは円柱状の部材であってよい。また、図３に示すように、ガイド孔２からその軸線方向に抜け出ないように断面が「Ｈ」形に形成されていてもよい。すなわち、円盤状もしくは円柱状の本体部３ａの両端部に、当該本体部の外径より大きい外径の円盤状のフランジ部３ｂ，３ｃが設けられていて、それらのフランジ部３ｂ，３ｃが回転体１の側面に引っ掛かるようになっていてもよい。これらの回転体１および転動体３は、それらに要求される強度や質量などを満たすため、金属材料によって形成されることが好ましい。

各転動体３は、連結部材５によってガイド面４上を往復動可能に互いに連結されている。この連結部材５は転動体３の往復動を阻害しないために例えば合成樹脂材料によって形成されることが好ましい。上記の連結部材５は環状の支持部６を備え、この支持部６は回転体１の側面に沿って配置されている。この支持部６の円周方向であってガイド孔２に対応する位置に転動体３を保持する収容部７が設けられている。例えば支持部６の円周方向に８つの収容部７が設けられている。この収容部７は、図１に示す例では、支持部６に対して回転体１の軸線方向にずれて形成されており、ガイド孔２内に配置されている。またこの収容部７は、転動体３の重心ｇを通りかつ回転体１の軸線方向に垂直な平面内で転動体３を保持するように構成されている。具体的には、伝達されるトルクの変動によって転動体３が往復動する際に当該転動体３が回転体１の軸線方向に移動する場合がある。この軸線方向への転動体３の移動を、以下の説明では、前後動と記す。つまりガイド面４上における転動体３の重心ｇの位置は前記軸線方向に変化する。前記軸線方向での収容部７の幅７ｗは、この軸線方向における転動体３の重心ｇの構造上予め決まっている移動長さｇｌと同じかそれより幅広に形成されている。また収容部７は、転動体３の外周面３ｓのうち前記重心ｇの移動長さｇｌを含む範囲を外周面３ｓ側から保持するようにガイド孔２内に配置されている。こうすることにより、トルクの変動によって回転体１の円周方向に往復動し、また回転体１の軸線方向に前後動する転動体３の重心ｇを支持するようになっている。

さらに各収容部７は、図２に示すように、回転体１の半径方向で外側に開口したほぼ半円状に形成されており、この収容部７内に転動体３が嵌め込まれる。つまり転動体３は、その外周面３ｓ側から保持される。前記半径方向で外側に開口する開口部７ａから転動体３の外周面３ｓの一部が露出するようになっている。こうすることにより遠心力によって転動体３が回転体１の半径方向で外側に移動した場合に、開口部７ａから転動体３の外周面３ｓの一部が露出し、その露出した外周面３ｓがガイド面４に押しつけられる。

収容部７の内面のうち回転体１の半径方向で外側の部分すなわち回転体１の円周方向で開口部７ａの両端部は、ここに示す例では、転動体３の外周面３ｓに線接触または点接触するように、転動体３の曲率より大きい曲率の円弧面となっている。この両端部がこの発明における接触部となっている。以下の説明では、開口部７ａの両端部を接触部７ｂ，７ｃと記す。また、上記の収容部７は、遠心力によって転動体３がガイド孔２における回転体１の中心から最も遠い箇所に移動させられた場合に、回転体１の半径方向で転動体３の重心ｇより外側であって、回転体１の円周方向で前記重心ｇの両側に各接触部７ｂ，７ｃが配置されるように形成されている。こうすることにより回転体１の半径方向で外側に連結部材５の収容部７から転動体３がはずれ、そのはずれた転動体３がガイド孔２の内面に衝突して異音が生じることを抑制できるようになっている。そして、転動体３が往復動した場合に、転動体３の外周面３ｓに対して接触部７ｂ，７ｃが交互に線接触または点接触する。なお、図３に示す断面が「Ｈ」形の転動体３を使用する場合には、連結部材５の収容部７によって転動体３における本体部の外周面３ｓを保持する。

また、回転体１の半径方向での中間部から外周端に到る部分が、図１および図３に示すように、ケーシング８によって囲われており、そのケーシング８の中空部に、上述したガイド孔２および転動体３ならびに連結部材５が配置されている。上記のケーシング８は、例えば、軸線方向に凹んでおりかつ全体として環状に形成された第１ケース部材８ａと第２ケース部材８ｂとによって構成されている。各ケース部材８ａ，８ｂの内周側部分は互いに接近して回転体１の内周部分を挟み付け、回転体１と一体化されている。また、第１ケース部材８ａの外周側の端部は、回転体１の外周端面を覆って第２ケース部材８ｂ側に延びており、かつ、各ケース部材８ａ，８ｂの外周端部同士が一体化されている。

上述した構成の捩り振動低減装置の作用・効果について説明する。回転体１が回転すると、遠心力によって転動体３はガイド孔２のうち回転体１の中心から最も遠い箇所に移動させられる。回転体１のトルクが変動すると、転動体３は慣性力によってガイド孔２の内部ですなわちガイド面４に押し付けられた状態で往復動する。このような転動体３の往復動によって回転体１の捩り振動が低減させられる。連結部材５は転動体３の往復動に伴って往復動する。また、トルクの変動が大きくなると、それに伴って転動体３の振幅も大きくなり、転動体３が回転体１の円周方向でのガイド孔２の内面に接近する可能性がある。しかしながら、上述した構成では、転動体３を保持する収容部７がガイド孔２内に配置されているため、転動体３とガイド面４以外のガイド孔２の内面とが直接接触もしくは衝突することが抑制されており、それらが接触もしくは衝突することによる異音の発生を抑制できる。ここで、上述したように回転体１および転動体３を金属材料によって形成し、連結部材５を合成樹脂材料によって形成するとすれば、金属同士の接触による異音の発生を防止できるとともに、連結部材５を緩衝材として機能させることができ、より効果的に異音の発生を抑制できる。またこうすることにより、転動体３およびガイド孔２の耐久性の悪化を抑制できる。

また、上述したように、転動体３が往復動する際に、転動体３が回転体１の軸線方向に移動する場合がある。連結部材５の収容部７は、転動体３の外周面３ｓのうち前記軸線方向への転動体３の重心ｇの移動長さｇｌを含む範囲を保持するように構成されている。そのため、ガイド面４に沿って転動体３が往復動する際に前記軸線方向に前後動したとしても、転動体３の重心ｇは収容部７によって支持される。したがって、転動体３の外周面３ｓと連結部材５の各接触部７ｂ，７ｃとの接触に伴う荷重は転動体３の軸線方向での中央部すなわち重心ｇに作用する。そのため、前記接触に伴う荷重が転動体３に作用するとしても、転動体３の往復動方向に対して転動体３を回転させるヨーモーメントが生じにくく、転動体３が往復動する際に傾くことを抑制できる。また、各接触部７ｂ，７ｃは、転動体３の外周面３ｓに対して線接触または点接触する。したがって、転動体３の側面に沿って連結部材５を配置することによりそれらが面接触する場合に比較して転動体３と連結部材５との接触面積を低減でき、これらの間の摺動摩擦を抑制できる。その摺動摩擦が抵抗となって転動体３の往復動が阻害されることを抑制できる。これらの結果、安定して転動体３を往復動させることができ、制振性能を向上できる。

一方、回転体１の回転速度の低下に伴って転動体３に生じる遠心力が小さくなり、その遠心力が転動体３に作用する重力より小さくなると、重力によって転動体３はガイド孔２の下方に移動しようとする。各転動体３は連結部材５の収容部７に保持されており、回転体１の回転中心軸線を対称の中心として点対称に前記収容部７に保持された転動体３同士がバランスする。そのため、ガイド孔３の下方への転動体３の移動が緩慢になったり、連結部材５を介して転動体３とガイド孔２の内面とが接触する際の荷重が小さくなったりする。また上述したように転動体３の外周面３ｓは、ガイド面４以外のガイド孔２の内面に対して直接接触しにくくなっている。それらの結果、転動体３とガイド孔２の内面との接触に伴う異音の発生を抑制できる。またこれにより転動体３やガイド面４の耐久性を向上できる。

また、上記構成の捩り振動低減装置では、連結部材５は、回転体１の半径方向で転動体３の内側にオーバーラップして配置されているため、連結部材５を転動体３の側面に沿って配置する場合に比較して捩り振動低減装置の軸長の増大を抑制できる。さらに、連結部材５の収容部７は、ガイド孔２内に配置され、かつ、転動体３の外周面３ｓを保持するため、回転体１の半径方向でのガイド孔２内のスペースを縮小することができる。つまりガイド孔２内での転動体３の自由な移動を制限でき、これによっても上述した異音の発生を抑制できる。また、複数の転動体３を連結するために転動体３の形状を変更する必要が無く、転動体３の設計や製造、加工などが容易になり、その分、転動体３にかかるコストを抑制できる。

図４は、捩り振動低減装置の実施形態の他の例における一部を示す断面図であり、ここに示す例は、回転体１の半径方向での内側部分に対してガイド面４が形成される外側部分を回転体１の軸線方向にずれた位置に形成した例である。一方、連結部材５は平板の円盤状に形成されている。すなわち支持部６は平板環状に形成されており、その支持部６の円周方向であってガイド孔２に応じた位置に図１に示す構成と同様に収容部７がそれぞれ形成されている。また、転動体３は図４に示す例では、単純な円盤状もしくは円柱状に形成されている。

図５は、図４に示す単純な円盤状もしくは円柱状の転動体３に替えて、断面が「Ｈ」形の転動体３をガイド孔２に配置した例であり、図５に示す連結部材５の収容部７は、転動体３における本体部の外周面３ｓを保持している。

図４および図５に示す構成であっても、連結部材５の収容部７は、転動体３の外周面３ｓのうち前記軸線方向への重心ｇの移動長さｇｌを含む範囲を保持する。そのため、ガイド面４に沿って転動体３が往復動する際に前記軸線方向に前後動したとしても、転動体３の重心ｇは収容部７によって支持される。また、転動体３が往復動する際に、転動体３の外周面３ｓに対して連結部材５の各接触部７ｂ，７ｃが線接触または点接触する。そのため、図４および図５に示す構成であっても、図１および図３に示す例と同様の作用・効果を得ることができる。

図６は、捩り振動低減装置の実施形態の更に他の例における一部を示す断面図であり、ここに示す例は、上記の連結部材５を、同一形状の２枚の環状の部材によって構成した例である。具体的には、第１環状部材５０１および第２環状部材５０２の各板厚は上記の連結部材５の板厚より薄く形成されている。したがって、支持部６０１，６０２は薄い平板環状に形成されており、それら支持部６０１，６０２の円周方向で上記のガイド孔２に応じた位置に、同様に板厚が薄い収容部７０１，７０２がそれぞれ設けられている。各収容部７０１，７０２は、図６に示す例では、支持部６０１，６０２に対して回転体１の軸線方向にずれて形成されており、こうすることによりガイド孔２内に配置されるようになっている。また、各収容部７０１，７０２は、それらの板厚が図１および図３に示す収容部７の板厚より薄くなっている以外は、図１および図３に示す収容部７と同様に構成されている。

そして図６における回転体１の両側に、つまり回転体１を挟んで第１環状部材５０１と第２環状部材５０２とを対称に配置する。この場合に、収容部７０１と収容部７０２とを互いに重なり合うように接近させ、それら収容部７０１と収容部７０２との間の間隔７ｗを上述した転動体３の重心ｇの移動長さｇｌと同じかそれより幅広にする。また、各環状部材５０１，５０２同士を図示しないピンによって互いに連結する。つまり各収容部７０１，７０２によって転動体３の重心ｇを支持するようになっている。また、転動体３は図６に示す例では、単純な円盤状もしくは円柱状に形成されているが、これに替えて、図３や図５に示すように断面が「Ｈ」形の転動体３であってもよい。その場合、断面が「Ｈ」形の転動体３の本体部３ａの外周面３ｓを収容部７０１，７０２によって保持する。

上述した図６に示す構成であっても、各収容部７０１，７０２は、転動体３の外周面３ｓのうち転動体３の重心ｇの移動長さｇｌを含む範囲を保持する。そのため、ガイド面４に沿って転動体３が往復動する際に前記軸線方向に前後動したとしても、転動体３の重心ｇは収容部７によって支持される。また、転動体３が往復動する際に、転動体３の外周面３ｓに対して連結部材５の各接触部７ｂ，７ｃが線接触または点接触する。そのため、図６に示す構成であっても、図１および図３ないし図５に示す例と同様の作用・効果を得ることができる。

なお、ガイド面４は回転体１の円周方向に連続的に形成されていてもよい。具体的には、回転体１の板厚方向に貫通した中空部が回転体１の全周に亘って形成され、その環状の中空部の内面のうち回転体１の半径方向で外側の内面を回転体１の半径方向に連続して凹凸に変化する曲面として形成する。また、前記中空部の内面のうち回転体１の半径方向で内側の内面を単純な円弧面として形成する。これら外周側の内面と内周側の内面との間隔が狭い部分の間によって区画された部分を転動体３が挿入されるガイド孔２とし、また、前記外周側の内面をガイド面４としてもよい。

１…回転体、 ２…ガイド孔、 ３…転動体、 ３ｓ…転動体の外周面、 ４…ガイド面、 ５…連結部材、 ７…収容部、 ７ｂ，７ｃ…接触部、７ｗ…収容部の幅、 ｇ…重心、 ｇｌ…重心の移動長さ。

Claims (3)

1. トルクを受けて回転する回転体に、複数のガイド孔が前記回転体の円周方向に所定の間隔をあけて形成され、複数の前記ガイド孔のそれぞれに転動体が収容されるとともに、各々の前記転動体が連結部材によって連結されており、前記回転体が回転することによる遠心力によって前記転動体が前記ガイド孔の内面のうち前記回転体の半径方向で外側の内面であるガイド面に押し付けられるとともに前記トルクが変動することによる慣性力によって前記転動体が前記回転体の円周方向に往復動するように構成されている捩り振動低減装置において、
   前記連結部材は、環状の支持部と、前記支持部の円周方向で前記ガイド孔に対応する位置に設けられかつ前記回転体の半径方向で前記転動体の外周面側から前記転動体を保持する収容部とを備えていて前記転動体と共に往復動するように構成され、
   前記収容部は、前記転動体が往復動する場合における前記回転体の軸線方向での前記転動体の重心の予め決まっている移動長さより幅広に形成されていて前記転動体の外周面のうち前記移動長さを含む範囲を前記外周面側から保持しかつ前記ガイド孔内に配置されており、
   前記外周面に前記転動体の往復動方向で接触する少なくとも２つの接触部が前記収容部の内面に形成されている
   ことを特徴とする捩り振動低減装置。
   
2. ２つの前記接触部は、前記外周面に前記転動体の往復動方向で線接触または点接触するように前記収容部の内面に形成されている
   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. ２つの前記接触部は、前記回転体の半径方向で前記転動体の重心より外側の前記外周面であってかつ前記回転体の円周方向で前記重心を挟んで両側の前記外周面に線接触または点接触するように形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の捩り振動低減装置。

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