JP6254788B2 - トーショナルダンパ - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車の内燃機関のクランクシャフト等、回転軸に発生する捩り振動を抑制するトーショナルダンパに関する。

自動車等の内燃機関のクランクシャフトには、回転に伴って生じる捩り振動（回転方向の振動）の振幅増大による不具合の発生を防止するため、トーショナルダンパが取り付けられる。

図６に示すように、この種のトーショナルダンパ１００は、内径ボス部１０１ａが不図示のクランクシャフトの軸端に取り付けられるハブ１０１と、その外周筒部１０１ｂの外周側に同心的に配置された質量体１０２と、これらハブ１０１と環状の質量体１０２とを弾性的に連結するゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなる弾性体１０３とを備える。

弾性体１０３及び質量体１０２からなるばね−質量系（副振動系）には、所定の捩り方向共振周波数が設定されている。すなわちトーショナルダンパ１００は、クランクシャフトの捩り振幅が最大となる所定の振動周波数域において、捩り方向に加振されることによって弾性体１０３及び質量体１０２からなるばね−質量系が共振し、その振動変位によるトルクが入力振動によるトルクと逆方向へ生じることによって、動的吸振効果を発揮するものである（例えば下記の特許文献１参照）。

特開２００３−５６６４５号公報

この種のトーショナルダンパ１００において、動的吸振効果による制振性能を向上させるには質量体１０２の質量（重量）を増大させることが有効な手段であるが、近年は自動車の燃費向上を目的としてトーショナルダンパの軽量化が求められており、したがって質量体１０２の質量増大による性能向上は困難になってきている。

そこで、弾性体１０３に用いられるゴム状弾性材料として、高減衰化ゴム材料が開発されており、図７に示すように、弾性体１０３の振動減衰性が高いほど、制振性能を向上することができる。しかしながらゴム状弾性材料は、高減衰であるほど耐久寿命が低下するといった新たな問題が指摘される。

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、ばね−質量系の共振による動的吸振効果を得るトーショナルダンパにおいて、質量体の質量増大に依存することなく制振性能を向上させることにある。

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の発明に係るトーショナルダンパは、回転軸に取り付けられるハブと、前記ハブに対して同心的に配置された質量体と、前記質量体を前記ハブに円周方向相対変位可能に連結する弾性体とを備えるトーショナルダンパにおいて、前記ハブと前記質量体の間に、このハブと質量体のうち少なくとも一方と摺動可能に接触される滑り軸受が介在されたものである。

請求項１に記載の構成において、質量体及びこれをハブに円周方向相対変位可能に連結している弾性体は、所定の振動周波数域で円周方向へ共振するばね−質量系を構成し、動的吸振機能を奏するものである。回転軸からの入力振動によってハブと質量体が弾性体の捩り変形を伴いながら円周方向相対変位すると、ハブと質量体の間に介在された滑り軸受がハブと質量体のうち少なくとも一方と摺動することによって、入力振動に対する摩擦減衰（クーロン減衰）を生じ、この減衰力が、ハブと質量体の間で捩り変形を受ける弾性体に分子間の摩擦や粘性により生じる振動減衰力に付加されるため、高減衰を得ることができる。

請求項１の発明に係るトーショナルダンパは、滑り軸受が合成樹脂からなるものであって、ハブと質量体のうちいずれか他方に係止部が形成され、前記滑り軸受に、前記係止部へ着脱可能に係止される被係止部が形成されたものである。

請求項１に記載の構成によれば、滑り軸受がハブ又は質量体に着脱可能に取り付けられるので、滑り軸受が長期使用によって摩耗しても、これを新しいものと容易に取り換えることができる。

請求項２の発明に係るトーショナルダンパは、請求項１に記載された構成において、質量体が外周面に伝動ベルトが巻き掛けられるものであり、滑り軸受がハブと質量体の間に径方向に挟み込まれるものである。

請求項２に記載の構成によれば、伝動ベルトの張力が質量体に径方向に作用することによって、質量体と滑り軸受とハブの互いの接触荷重が与えられるので、顕著な摩擦減衰が得られる。

本発明に係るトーショナルダンパによれば、動的吸振機能と、弾性体の有する内部減衰に加え、ハブと質量体の間に介在された滑り軸受による摩擦減衰が得られるため、質量体の質量増大に依存することなく制振性能を向上させることができ、したがって軽量化が実現でき、しかも弾性体の内部減衰による制振性が滑り軸受によって補完されるので、弾性体の耐久寿命を向上させることができる。

トーショナルダンパの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。 トーショナルダンパの第一の実施の形態において、滑り軸受を分離した状態を、軸心を通る平面で切断して示す断面斜視図である。 トーショナルダンパの第一の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面である。 トーショナルダンパの第二の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面である。 本実施の形態に係るトーショナルダンパと従来のトーショナルダンパの特性を比較して示す線図である。 従来の技術によるトーショナルダンパの一例を、軸心を通る平面で切断して示す断面斜視図である。 弾性体の減衰性による制振機能の相違を示す線図である。

以下、トーショナルダンパの好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１、図２及び図３は、第一の実施の形態を示すものである。なお、以下の説明において、「正面」とは各図における左側であって車両のフロント側、「背面」とは各図における右側すなわち内燃機関側のことである。

第一の実施の形態のトーショナルダンパは、不図示の内燃機関のクランクシャフトに固定されるハブ１と、このハブ１の外周側に同心的に配置された環状の質量体２と、この質量体２を前記ハブ１に円周方向相対変位可能に連結する弾性体３と、前記ハブ１と質量体２の間に介在された滑り軸受４を備える。

詳しくは、ハブ１は金属の鋳物からなるものであって、軸孔１１ａ及びキー溝１１ｂが形成されたボス部１１と、その正面側の端部から外径方向へ延在された円盤部１２と、その外径端から正面側へ延在された外周筒部１３とを有する。外周筒部１３における正面側の端部１３ａの内周面には、後述する滑り軸受４の被係止突条４２ａと嵌合可能な係止溝１４が形成されている。なお、係止溝１４は係止部に相当するものである。

質量体２は金属からなるものであって、円環状に形成され、その外周面には、ポリＶ溝２ａが形成され、補機へ動力を伝達するための不図示の伝動ベルトが巻き掛けられるようになっている。

弾性体３は、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）によって環状に成形された後、ハブ１の外周筒部１３の外周面と、これに径方向に対向する質量体２の内周面との間に圧入され、所要の圧縮代をもって嵌着されたものである。そして互いに対向する質量体２の内周面とハブ１の外周筒部１３の外周面は、弾性体３との間での滑りを防止するために、軸方向中間位置で互いに対応して径方向へ緩やかに起伏した形状となっている。このため、弾性体３は径方向へうねった状態でハブ１の外周筒部１３と質量体２の間に介在している。

滑り軸受４は、ポリアミドなどの合成樹脂材料からなるものであって、ハブ１の外周筒部１３における正面側の端部１３ａの外周面と質量体２における正面側の端部内周面との間に介在される軸受本体部４１と、その正面側の端部から前記外周筒部１３の正面側の端部１３ａを内径側へ廻り込むように延びる断面略Ｌ字形のファスナー部４２からなる。ファスナー部４２は適当な可撓性を有するものであって、背面側を向いた先端部の外周面には被係止突条４２ａが形成されており、ハブ１の外周筒部１３に形成された係止溝１４と嵌合可能な被係止突条４２ａが形成されている。また、この被係止突条４２ａの外周面は先端側が小径となる円錐状傾斜面４２ｂとなっている。なお、被係止突条４２ａは被係止部に相当するものである。

弾性体３と質量体２からなるばね−質量系の捩り方向の共振周波数は、弾性体３の円周方向剪断ばね定数と、質量体２の円周方向慣性質量によって、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、すなわちクランクシャフトの捩り方向共振周波数域に同調されている。

上述の構成を備えるトーショナルダンパの組み立てにおいては、まずハブ１の外周筒部１３の外周側に、質量体２を同心的に配置し、この質量体２の内周面と前記外周筒部１３の外周面との間に、ゴム状弾性材料で成形された弾性体３を軸方向へ圧入嵌合する。

次に図２に示すように、ハブ１の外周筒部１３に滑り軸受４を取り付ける。この取付作業では、滑り軸受４の軸受本体部４１を、ハブ１の外周筒部１３と質量体２との間へ正面側から挿入すると共に、滑り軸受４のファスナー部４２をハブ１の外周筒部１３の内周へ正面側から挿入する。ファスナー部４２は可撓性を有するため、被係止突条４２ａの円錐状傾斜面４２ｂが前記外周筒部１３における正面側の端部１３ａの内周面に乗り上げることによってファスナー部４２が撓みながら挿入され、やがて前記被係止突条４２ａがファスナー部４２の弾性的な復元力によって前記外周筒部１３の係止溝１４に嵌合し、抜け止め状態に係止され、図１及び図３に示す組立状態となる。

このトーショナルダンパは、ハブ１のボス部１１の軸孔１１ａにおいて、不図示のボルト及びキーによってクランクシャフトの軸端に固定され、質量体２のポリＶ溝２ａに不図示の伝動ベルトが巻き掛けられ、内燃機関の駆動によってクランクシャフトと共に回転されるものである。

そしてクランクシャフトの回転時に、ハブ１を介して入力される捩り振動の周波数が、クランクシャフトの振幅が極大となる周波数帯域付近になると、質量体２と弾性体３によって構成されるばね−質量系が共振し、その共振によるトルクが入力振動のトルクと逆方向に生じることによる動的吸振効果を発揮する。

一方、このような入力振動や共振によって、ハブ１と質量体２が円周方向へ相対変位すると、その間で弾性体３が繰り返し捩り剪断変形を受けることによって、分子間の摩擦や粘性による振動減衰作用を生じる。しかも、ハブ１の外周筒部１３の端部１３ａに取り付けられた滑り軸受４の軸受本体部４１の外周面が、質量体２に径方向に作用する伝動ベルトの張力によって質量体２の内周面と摺動するので、摩擦減衰（クーロン減衰）が付加される。このため高減衰が得られ、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。

したがって、質量体２と弾性体３からなるばね−質量系の共振による動的吸振機能と、弾性体２の有する内部減衰作用に加え、滑り軸受４による摩擦減衰が得られるため、質量体２の質量増大に依存することなく制振性能を向上させることができ、軽量化が実現できる。しかも弾性体の内部減衰による制振性が滑り軸受によって補完されるので、弾性体の耐久寿命を向上させることができる。

なお、滑り軸受４の軸受本体部４１が摺動によってある程度摩耗した場合は、これを新しいものと取り替えることができる。取替作業においては、滑り軸受４のファスナー部４２を内周側からめくるようにして被係止突条４２ａと外周筒部１３の係止溝１４との嵌合状態を解除することによって、摩耗した滑り軸受４を取り外し、新しい滑り軸受４を、先に説明したように挿入して取り付ければ良い。

次に図４は、トーショナルダンパの第二の実施の形態を示すものである。

この第二の実施の形態のトーショナルダンパも、不図示の内燃機関のクランクシャフトに固定されるハブ１と、このハブ１の外周側に同心的に配置された環状の質量体２と、この質量体２を前記ハブ１に円周方向相対変位可能に連結する弾性体３と、前記ハブ１と質量体２の間に介在された滑り軸受４を備える。

詳しくは、ハブ１は金属の鋳物からなるものであって、軸孔１１ａ及びキー溝１１ｂが形成されたボス部１１と、その正面側の端部近傍から外径方向へ延在された円盤部１２と、その径方向所定位置から背面側へ延在された内周筒部１５と、円盤部１２の外径端部から背面側へ延在されたプーリ部１６とを有する。プーリ部１６の外周面には、ポリＶ溝１６ａが形成され、補機へ動力を伝達するための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。なお、参照符号１２ａは、軽量化及び通気を図るために円盤部１２に円周方向所定間隔で開設された開口部である。

質量体２は金属からなるものであって、円環状に形成されており、ハブ１における円盤部１２と内周筒部１５とプーリ部１６によって断面略コ字形に囲まれた空間内に配置されている。

弾性体３は、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）によって環状に成形された後、ハブ１の内周筒部１５の外周面と、これに径方向に対向する質量体２の内周面との間に圧入され、所要の圧縮代をもって嵌着されたものである。

滑り軸受４は、ポリアミドなどの合成樹脂材料からなるものであって、ハブ１のプーリ部１６の内周面と質量体２の外周面との間に介在されたラジアルベアリング部４３と、その正面側の端部から内径側へ延びてハブ１の円盤部１２と質量体２の正面側の端面との間に介在されたスラストベアリング部４４を備える断面略Ｌ字形に形成されている。

弾性体３と質量体２からなるばね−質量系の捩り方向の共振周波数は、弾性体３の円周方向剪断ばね定数と、質量体２の円周方向慣性質量によって、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、すなわちクランクシャフトの捩り方向共振周波数域に同調されている。

上述の構成を備えるトーショナルダンパの組み立てにおいては、まずハブ１の円盤部１２と内周筒部１５とプーリ部１６によって断面略コ字形に囲まれた空間へ、その背面側から滑り軸受４を、スラストベアリング部４４を先頭にして挿入し、次に滑り軸受４のラジアルベアリング部４３の内周に質量体２を挿入し（滑り軸受４と質量体２は、前記空間へ同時に挿入することもできる）、質量体２の内周面とハブ１の内周筒部１５の外周面との間に、ゴム状弾性材料で成形された弾性体３を背面側から軸方向へ圧入嵌合することで、図４に示す組立状態とすることができる。

このトーショナルダンパは、ハブ１のボス部１１の軸孔１１ａにおいて、不図示のボルト及びキーによってクランクシャフトの軸端に固定され、ハブ１のプーリ部１６のポリＶ溝１６ａに不図示の伝動ベルトが巻き掛けられ、内燃機関の駆動によってクランクシャフトと共に回転されるものである。

そしてクランクシャフトの回転時に、ハブ１を介して入力される捩り振動の周波数が、クランクシャフトの振幅が極大となる周波数帯域付近になると、質量体２と弾性体３によって構成されるばね−質量系が共振し、その共振のトルクが入力振動のトルクと逆方向に生じることによる動的吸振効果を発揮する。

一方、このような入力振動や共振によって、ハブ１と質量体２が円周方向へ相対変位すると、その間で弾性体３が繰り返し捩り剪断変形を受けることによって、分子間の摩擦や粘性による振動減衰作用を生じる。しかも、滑り軸受４のラジアルベアリング部４３がハブ１のプーリ部１６の内周面又は質量体２と摺動すると共に、滑り軸受４のスラストベアリング部４４が円盤部１２の内側面又は質量体２の内端面と摺動することによって、摩擦減衰（クーロン減衰）が付加される。このため高減衰が得られ、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。

図５は、図４に示す本実施の形態のトーショナルダンパと、図６に示す従来の技術によるトーショナルダンパの特性を比較して示す線図である。この線図から、本発明のトーショナルダンパは、滑り軸受の付加によって、従来のトーショナルダンパよりも捩れ角（振幅）のピークが低減されていることがわかる。

１ ハブ
１４ 係止溝（係止部）
２ 質量体
３ 弾性体
４ 滑り軸受
４１ 軸受本体部
４２ ファスナー部
４２ａ 被係止突条（被係止部）

Claims (2)

1. 回転軸に取り付けられるハブと、前記ハブに対して同心的に配置された質量体と、前記質量体を前記ハブに円周方向相対変位可能に連結する弾性体とを備えるトーショナルダンパにおいて、
   前記ハブと前記質量体の間に、このハブと質量体のうち少なくとも一方と摺動可能に接触される滑り軸受が介在され、
   この滑り軸受は合成樹脂からなるものであって、前記ハブと前記質量体のうちいずれか他方に係止部が形成され、前記滑り軸受に、前記係止部へ着脱可能に係止される被係止部が形成された、
   ことを特徴とするトーショナルダンパ。
2. 前記質量体が外周面に伝動ベルトが巻き掛けられるものであり、前記滑り軸受が前記ハブと前記質量体の間に径方向に挟み込まれることを特徴とする請求項１に記載のトーショナルダンパ。

Images