JP6301397B2 - トーションダンパ - Google Patents
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Description
本発明は、トーションダンパに関する。
従来、エンジンのクランク軸に連結され、クランク軸の軸心周りに回転する円盤状の慣性体と、慣性体とクランク軸との間に介在するダンパスプリングとを備えるトーションダンパが知られている（例えば、特許文献１、２等参照）。このようなトーションダンパは、入力されるねじり振動（以下、単に入力振動ということがある）に対して次式で示される共振周波数（固有振動数）ｆ０にて逆位相で振動することで動吸振効果を発揮する。
ｆ０＝（１／２π）√（ｋ／ｍ）
（前記式中、ｋはダンパスプリングのばね定数であり、ｍは慣性体の質量である）
ｆ０＝（１／２π）√（ｋ／ｍ）
（前記式中、ｋはダンパスプリングのばね定数であり、ｍは慣性体の質量である）
ところで、従来のトーションダンパ（例えば、特許文献１、２等参照）は、前記のように、慣性体の質量ｍ及びダンパスプリングのばね定数ｋによって決まる固定の共振周波数ｆ０を有する。しかし、エンジンは、回転速度（起振周波数）が変動するために、前記の入力振動の周波数が変化することがある。このように入力振動の周波数が変化すると、トーションダンパはこの入力振動を十分に低減することができない。
そこで、本発明の課題は、起振周波数が変動する場合であっても動吸振効果に優れたトーションダンパを提供することにある。
前記課題を解決する本発明のトーションダンパは、ねじり振動が入力される軸部材と、前記軸部材に対して同軸になるように取り付けられるディスク部材と、前記軸部材に対して同軸になるように前記ディスク部材の外周側に磁気粘弾性エラストマ部材を介して連結されるリング形状の慣性質量体と、前記磁気粘弾性エラストマ部材に対して磁場を印加する電磁コイルと、を備えることを特徴とする。
このトーションダンパは、電磁コイルを流れる電流の大きさを調節することによって磁気粘弾性エラストマ部材のばね定数が変化し、共振周波数（固有振動数）が調節可能となる。
このトーションダンパは、電磁コイルを流れる電流の大きさを調節することによって磁気粘弾性エラストマ部材のばね定数が変化し、共振周波数（固有振動数）が調節可能となる。
本発明によれば、起振周波数が変動する場合であっても動吸振効果に優れたトーションダンパを提供することができる。
次に、本発明の実施形態について説明する。本発明のトーションダンパ（トーショナルダンパ）は軸部材に入力されるねじり振動を低減する可変剛性型動吸振器であり、ねじり振動を発生させる様々な機構に対して適用可能である。
本実施形態では、車両用のエンジンのクランク軸と出力軸との間に配置されるクランクダンパを例にとって本発明のトーションダンパについて具体的に説明する。
本実施形態では、車両用のエンジンのクランク軸と出力軸との間に配置されるクランクダンパを例にとって本発明のトーションダンパについて具体的に説明する。
図１は、本実施形態に係るクランクダンパ１の構成説明図であり、電磁コイル３０を部分的に切欠いて示す構成説明図である。
図１に示すように、クランクダンパ１は、後に詳しく説明するダンパ本体部１０と、第１の電磁コイル３０ａと第２の電磁コイル３０ｂとからなる一対の電磁コイル３０と、を備えている。また、クランクダンパ１は、ダンパ本体部１０を構成する磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数を制御するばね定数制御機構２０を備えている。
なお、以下の説明において、第１の電磁コイル３０ａと第２の電磁コイル３０ｂとを区別する必要がないときは単にこれらを電磁コイル３０と称する。
図１に示すように、クランクダンパ１は、後に詳しく説明するダンパ本体部１０と、第１の電磁コイル３０ａと第２の電磁コイル３０ｂとからなる一対の電磁コイル３０と、を備えている。また、クランクダンパ１は、ダンパ本体部１０を構成する磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数を制御するばね定数制御機構２０を備えている。
なお、以下の説明において、第１の電磁コイル３０ａと第２の電磁コイル３０ｂとを区別する必要がないときは単にこれらを電磁コイル３０と称する。
図１中、符号５１は、電磁コイル３０を所定のベース５０（基礎構造体）に取り付けるためのブラケットである。符号１１は、ねじり振動が入力されるクランク軸（軸部材）であり、符号Ｃは、電磁コイル３０を構成する巻線３１に流れる電流の方向を示す矢印である。また、ばね定数制御機構２０を構成するエンジン回転速度センサ２１、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２２、ＰＤＵ（Power Drive Unit）２３、及びバッテリ２４については後に詳しく説明する。
図２は、クランク軸１１（軸部材）の軸方向に沿うクランクダンパ１の断面図である。図３は、クランクダンパ１を構成するダンパ本体部１０の斜視図である。
図２及び図３に示すように、ダンパ本体部１０は、クランク軸１１（軸部材）と、ディスク部材１２と、慣性質量体１３と、磁気粘弾性エラストマ部材１４と、を備えている。
図２及び図３に示すように、ダンパ本体部１０は、クランク軸１１（軸部材）と、ディスク部材１２と、慣性質量体１３と、磁気粘弾性エラストマ部材１４と、を備えている。
クランク軸１１は、図示を省略するが、エンジンのシリンダボア内で摺動可能に配置されるピストンにコネクティングロッド（コンロッド）を介して連設されている。また、クランク軸１１は、シリンダボアが形成されるシリンダブロックの下面に結合されるクランクケースに回転自在に支持されている。なお、図１には、このクランクケースから延出したクランク軸１１を示している。また、クランクケースとは反対側のクランク軸１１の端部は、動力伝達系の出力軸に連結されている。
ディスク部材１２は、平面形状が円形の厚板で形成されている。このディスク部材１２は、クランク軸１１（軸部材）に対して同軸になるように取り付けられている。このディスク部材１２は、クランク軸１１に固定されており、クランク軸１１の回転に同期して回転する。
本実施形態でのディスク部材１２としては、金属製のものを想定している。この金属としては、例えば、公知のプーリー用の金属材料などを使用することもできるが、アルミニウム合金、ステンレス鋼などの非磁性金属が望ましい。
クランク軸１１に対するディスク部材１２の固定方法としては、特に制限はないが、例えば焼き嵌め、溶接などが挙げられる。また、切削加工が可能な金属製のディスク部材１２であれば、例えばセレーション加工などによってもクランク軸１１に固定することができる。
クランク軸１１に対するディスク部材１２の固定方法としては、特に制限はないが、例えば焼き嵌め、溶接などが挙げられる。また、切削加工が可能な金属製のディスク部材１２であれば、例えばセレーション加工などによってもクランク軸１１に固定することができる。
慣性質量体１３は、リング形状を呈しており、クランク軸１１（軸部材）に対して同軸になるように配置されている。この慣性質量体１３は、ディスク部材１２の外周側に磁気粘弾性エラストマ部材１４を介して連結されている。
慣性質量体１３は、クランク軸１１の回転に同期して回転するディスク部材１２の外周側で質量体を形成して慣性を示すものである。つまり、慣性質量体１３は、回転しようとするディスク部材１２に対して逆方向に（逆位相にて）慣性力を、次に説明する磁気粘弾性エラストマ部材１４を介して付与する。
慣性質量体１３は、クランク軸１１の回転に同期して回転するディスク部材１２の外周側で質量体を形成して慣性を示すものである。つまり、慣性質量体１３は、回転しようとするディスク部材１２に対して逆方向に（逆位相にて）慣性力を、次に説明する磁気粘弾性エラストマ部材１４を介して付与する。
このような慣性質量体１３の材料としては、例えば、前記のディスク部材１２の材料と同様のものが挙げられるが、ディスク部材１２の外周側に質量体を形成し得る非磁性材料が望ましい。
磁気粘弾性エラストマ部材１４は、ディスク部材１２の外周側で慣性質量体１３がクランク軸１１（軸部材）に対して同軸に配置されるようにディスク部材１２と慣性質量体１３とを連結している。
磁気粘弾性エラストマ部材１４は、マトリックスとしての粘弾性を有する基質エラストマと、基質エラストマ中に含められる磁性粒子とで構成されている。
基質エラストマとしては、例えば、エチレン−プロピレンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、シリコーンゴムなどが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、室温で粘弾性を有する公知のゴム状高分子材料を使用することができる。
磁気粘弾性エラストマ部材１４は、マトリックスとしての粘弾性を有する基質エラストマと、基質エラストマ中に含められる磁性粒子とで構成されている。
基質エラストマとしては、例えば、エチレン−プロピレンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、シリコーンゴムなどが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、室温で粘弾性を有する公知のゴム状高分子材料を使用することができる。
磁性粒子は、例えば、純鉄、電磁軟鉄、方向性ケイ素鋼、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、マグネタイト、コバルト、ニッケルなどの金属、４−メトキシベンジリデン−４−アセトキシアニリン、トリアミノベンゼン重合体などの有機化合物、フェライト分散異方性プラスチックなどの有機・無機複合体が挙げられるがこれらに限定されるものではなく、磁場の作用によって磁気分極する公知の材料からなる粒子を使用することができる。
磁性粒子の形状としては特に限定はなく、例えば球形、針形、平板形などが挙げられる。磁性粒子の粒径は、特に限定はないが、例えばレーザ回折・散乱法による粒度分布測定で平均粒径が０．０１μｍ〜５００μｍ程度のものが望ましい。
磁気粘弾性エラストマ部材１４における磁性粒子の割合は、任意に設定可能であるが、体積分率で５％〜７０％程度が望ましい。また、磁気粘弾性エラストマ部材１４における基質エラストマの割合は、任意に設定可能であるが、体積分率で３０％〜９５％程度が望ましい。
このような磁気粘弾性エラストマ部材１４は、後記する電磁コイル３０によって磁場が印加されていない状態にあっては、基質エラストマに含まれる磁性粒子の相互作用が小さい。また、電磁コイル３０によって磁場が印加されている状態にあっては、基質エラストマに含まれる磁性粒子は、磁力線に沿って並ぶように配向しようとする。これにより磁力線に直交する面内における剪断応力が変化する。具体的には、磁場の強さＨ（Ａ／ｍ）が高まるほど磁性粒子の相互作用によって剪断応力が大きくなる。この剪断応力に基づく磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数の変化については後に詳しく説明する。
図４は、磁気粘弾性エラストマ部材１４の態様を模式的に示す断面図であり、（ａ）は磁性粒子分散型の磁気粘弾性エラストマ部材１４の断面図、（ｂ）は磁性粒子配向型の磁気粘弾性エラストマ部材１４の断面図である。
本実施形態での磁気粘弾性エラストマ部材１４は、図４（ａ）に示すように、基質エラストマ１５中に、磁性粒子１６がランダムに分散した磁性粒子分散型のものを想定している。
本実施形態での磁気粘弾性エラストマ部材１４は、図４（ａ）に示すように、基質エラストマ１５中に、磁性粒子１６がランダムに分散した磁性粒子分散型のものを想定している。
磁気粘弾性エラストマ部材１４は、この磁性粒子分散型のものに代えて磁性粒子配向型のものを使用することもできる。
図４（ｂ）に示すように、磁性粒子配向型の磁気粘弾性エラストマ部材１４は、所定方向に磁性粒子１６が並ぶように配向している。具体的には、後記する電磁コイル３０によって磁場が印加された際の磁力線Ｌに沿うように、磁性粒子１６が予め基質エラストマ１５中に分布している。ちなみに、図４（ｂ）に示す磁気粘弾性エラストマ部材１４は、リング形状の径方向に沿うように磁性粒子１６が配向している。なお、図４（ｂ）における磁性粒子１６は、作図の便宜上、配向した様子を模式的に表したものであり、現実のものとは相違している。
図４（ｂ）に示すように、磁性粒子配向型の磁気粘弾性エラストマ部材１４は、所定方向に磁性粒子１６が並ぶように配向している。具体的には、後記する電磁コイル３０によって磁場が印加された際の磁力線Ｌに沿うように、磁性粒子１６が予め基質エラストマ１５中に分布している。ちなみに、図４（ｂ）に示す磁気粘弾性エラストマ部材１４は、リング形状の径方向に沿うように磁性粒子１６が配向している。なお、図４（ｂ）における磁性粒子１６は、作図の便宜上、配向した様子を模式的に表したものであり、現実のものとは相違している。
このような磁性粒子配向型の磁気粘弾性エラストマ部材１４は、磁場が印加された際に、磁性粒子同士の相互作用が磁性粒子分散型の磁気粘弾性エラストマ部材１４（図４（ａ）参照）よりも強くなって、磁力線Ｌに直交する面内における剪断応力が、より大きくなる。つまり、後記する電磁コイル３０に印加する電流（電流値）に対する磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数の変化率が大きくなる。
このような磁気粘弾性エラストマ部材１４は、ディスク部材１２と慣性質量体１３とを加硫接着することで連結している。
ちなみに、ディスク部材１２と慣性質量体１３との加硫接着は、ディスク部材１２と慣性質量体１３とを配置した所定の金型内に架橋剤（加硫剤）を含む磁気粘弾性エラストマ部材１４の原材料を注入し、この原材料の架橋反応を進行させることで行われる。
ちなみに、ディスク部材１２と慣性質量体１３との加硫接着は、ディスク部材１２と慣性質量体１３とを配置した所定の金型内に架橋剤（加硫剤）を含む磁気粘弾性エラストマ部材１４の原材料を注入し、この原材料の架橋反応を進行させることで行われる。
なお、この架橋反応を行わせる架橋剤（加硫剤）、加熱温度などは、選択される前記の基質エラストマの種類に応じた公知の条件を適用することができる。
また、図４（ｂ）に示す磁性粒子配向型の磁気粘弾性エラストマ部材１４は、原材料に含まれる磁性粒子１６を所定の磁場内で一方向に配向させながら、この架橋反応を進行させることで得られる。
また、図４（ｂ）に示す磁性粒子配向型の磁気粘弾性エラストマ部材１４は、原材料に含まれる磁性粒子１６を所定の磁場内で一方向に配向させながら、この架橋反応を進行させることで得られる。
次に、電磁コイル３０について説明する。
本実施形態での電磁コイル３０は、図１及び図２に示すように、第１の電磁コイル３０ａと第２の電磁コイル３０ｂとで構成されている。
第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂは、磁気粘弾性エラストマ部材１４をクランク軸１１（軸部材）の軸方向に挟むように配置されている。
これら第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂは、磁気粘弾性エラストマ部材１４（図１参照）に対して磁場を印加するように構成されている。
本実施形態での電磁コイル３０は、図１及び図２に示すように、第１の電磁コイル３０ａと第２の電磁コイル３０ｂとで構成されている。
第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂは、磁気粘弾性エラストマ部材１４をクランク軸１１（軸部材）の軸方向に挟むように配置されている。
これら第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂは、磁気粘弾性エラストマ部材１４（図１参照）に対して磁場を印加するように構成されている。
図２に示すように、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂのそれぞれは、リング体Ｒを形成している。
これらのリング体Ｒは、クランク軸１１（軸部材）を中心に巻線３１（図１参照）が巻回されて形成されている。また、リング体Ｒ同士は、互いに外径、内径及び軸方向の厚さが同じ長さに設定されている。言い換えれば、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂのそれぞれにおける線径及び巻数は略同じに設定されている。
これらのリング体Ｒは、クランク軸１１（軸部材）を中心に巻線３１（図１参照）が巻回されて形成されている。また、リング体Ｒ同士は、互いに外径、内径及び軸方向の厚さが同じ長さに設定されている。言い換えれば、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂのそれぞれにおける線径及び巻数は略同じに設定されている。
また、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂのそれぞれの巻線３１には、互いに周方向逆回りの電流（図１中の符号Ｃ，Ｃ）が流されるようになっている。
図２に示すように、各リング体Ｒは、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対してクランク軸１１（軸部材）の軸方向に所定の間隔Ｓを開けて配置されている。つまり、このように間隔Ｓを開けて配置されるように、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂのそれぞれが前記のブラケット５１（図１参照）に取り付けられて位置決めされている。
なお、ブラケット５１（図１参照）が設けられるベース５０（図１参照）としては、ダンパ本体部１０に近接してこのダンパ本体部１０とは独立に形成される車両構造部材であれば特に制限はない。
間隔Ｓの長さは、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂがダンパ本体部１０に対して接触せずに最も接近するように設定されることが望ましい。
間隔Ｓの長さは、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂがダンパ本体部１０に対して接触せずに最も接近するように設定されることが望ましい。
また、各リング体Ｒは、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対して、クランク軸１１（軸部材）の軸方向に横並びに配置されている。
また、リング体Ｒの中心軸と、磁気粘弾性エラストマ部材１４の中心軸とは、同軸上に配置されていることから、磁気粘弾性エラストマ部材１４の内径Ｄ１及び外径Ｄ２、並びにリング体Ｒの内径Ｄ３及び外径Ｄ４について下記式（１）が満たされるようになっていることが望ましい。
Ｄ１＋Ｄ２＝Ｄ３＋Ｄ４ ・・・式（１）
また、リング体Ｒの中心軸と、磁気粘弾性エラストマ部材１４の中心軸とは、同軸上に配置されていることから、磁気粘弾性エラストマ部材１４の内径Ｄ１及び外径Ｄ２、並びにリング体Ｒの内径Ｄ３及び外径Ｄ４について下記式（１）が満たされるようになっていることが望ましい。
Ｄ１＋Ｄ２＝Ｄ３＋Ｄ４ ・・・式（１）
このような式（１）を満たすリング体Ｒと磁気粘弾性エラストマ部材１４とは、クランク軸１１の軸中心からリング体Ｒ及び磁気粘弾性エラストマ部材１４のそれぞれの厚さ中心位置までの距離Ｐが互いに等しくなる。
また、磁気粘弾性エラストマ部材１４の径方向の厚さＴ１とリング体Ｒの径方向の厚さＴ２とについては、望ましくは下記式（２）が満たされるようになっている。
Ｔ２＞Ｔ１ ・・・式（２）
つまり、下記式（３）が満たされるようになっている。
Ｄ４−Ｄ３＞Ｄ２−Ｄ１ ・・・式（３）
（ただし、式（３）中、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は前記と同義であり、Ｔ２＝Ｄ４−Ｄ３、Ｔ１＝Ｄ２−Ｄ１である）
Ｔ２＞Ｔ１ ・・・式（２）
つまり、下記式（３）が満たされるようになっている。
Ｄ４−Ｄ３＞Ｄ２−Ｄ１ ・・・式（３）
（ただし、式（３）中、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は前記と同義であり、Ｔ２＝Ｄ４−Ｄ３、Ｔ１＝Ｄ２−Ｄ１である）
次に、図１に示すばね定数制御機構２０について説明する。
ばね定数制御機構２０は、クランク軸１１に入力されるねじり振動（入力振動）の周波数の変化に応じてダンパ本体部１０における磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数を変化させる。
本実施形態でのばね定数制御機構２０は、図１に示すように、エンジン回転速度センサ２１と、ＥＣＵ２２と、ＰＤＵ２３と、バッテリ２４とを備えている。
ばね定数制御機構２０は、クランク軸１１に入力されるねじり振動（入力振動）の周波数の変化に応じてダンパ本体部１０における磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数を変化させる。
本実施形態でのばね定数制御機構２０は、図１に示すように、エンジン回転速度センサ２１と、ＥＣＵ２２と、ＰＤＵ２３と、バッテリ２４とを備えている。
本実施形態でのエンジン回転速度センサ２１は、クランク軸１１の回転速度を磁気的又は光学的に検出するものを想定しているがエンジンの回転速度を検出できれば特に制限はない。
ＥＣＵ２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどにより構成された電子ユニットである。ＥＣＵは、メモリなどの記憶部に保持された制御プログラムをＣＰＵで実行する。
ＥＣＵ２２は、エンジン回転速度センサ２１によってエンジン回転速度を検出する。また、ＥＣＵ２２は、検出したエンジン回転速度によってクランク軸１１に対する前記入力振動の周波数を特定する。この特定は、エンジン回転速度Ｒｘ（変数）とクランク軸１１の入力振動と周波数ｆｙ（変数）との関係を予め求めたマップが格納されるメモリをＣＰＵが参照することで行われる。
また、ＥＣＵ２２は、特定した周波数に合わせるようにダンパ本体部１０の諸元（慣性質量体１３の質量ｍ及び磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数ｋ）を規定する。つまり、特定した入力振動の周波数ｆ０と慣性質量体１３の質量ｍ（一定値）とに基づいて「ｆ０＝（１／２π）√（ｋ／ｍ）」の式から、ねじり振動を動吸振させるための磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数ｋを演算する。
また、ＥＣＵ２２は、磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数を演算した「ｋ」に設定するために必要な、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂに対して印加する電流値を演算する。この演算は、磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数ｋｘ（変数）と、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂに対して印加する電流値Ｉｙ（変数）との関係を予め求めたマップが格納されるメモリをＣＰＵが参照することで行われる。
また、ＥＣＵ２２が参照するマップは、エンジン回転速度に基づいて第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂに対して印加する電流値が演算できるものであれば前記のものに限定されるものではない。
図５は、本実施形態に係るクランクダンパ１を構成する制御装置（ＥＣＵ２２）のメモリに格納されるマップの一例を示すグラフである。
図５に示すように、このマップは、エンジン回転速度Ｒｘ（変数）と、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂに対して印加する電流値Ｉｙ（変数）との関係を予め求めたものであり、当該Ｉｙと磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数との相関関係を省略している。このようなマップを使用することでばね定数制御機構２０の入力に対する応答速度が高まる。
図５に示すように、このマップは、エンジン回転速度Ｒｘ（変数）と、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂに対して印加する電流値Ｉｙ（変数）との関係を予め求めたものであり、当該Ｉｙと磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数との相関関係を省略している。このようなマップを使用することでばね定数制御機構２０の入力に対する応答速度が高まる。
また、エンジンの点火タイミングをＥＣＵ２２が制御する場合にはエンジン回転速度センサ２１を省略して、ＥＣＵ２２は、この点火タイミングに基づいてクランク軸１１に対する入力振動の周波数を演算することもできる。
ＰＤＵ２３は、インバータなどを含む電気回路で構成されている。ＰＤＵ２３は、ＥＣＵ２２の指令に応じてバッテリ２４からの電力を第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂに対して前記の所定電流値にて付与する。
次に、本実施形態のクランクダンパ１の動作及び奏する作用効果について説明する。
図６は、クランクダンパ１の動作を説明するフローチャートである。
本実施形態のクランクダンパ１（図１参照）においては、エンジンの起動とともにＥＣＵ２２（図１参照）はエンジン回転速度センサ２１（図１参照）からの検出信号に基づいてエンジン回転速度を検出する（図６のステップＳ１）。
図６は、クランクダンパ１の動作を説明するフローチャートである。
本実施形態のクランクダンパ１（図１参照）においては、エンジンの起動とともにＥＣＵ２２（図１参照）はエンジン回転速度センサ２１（図１参照）からの検出信号に基づいてエンジン回転速度を検出する（図６のステップＳ１）。
クランクダンパ１は、検出したエンジン回転速度の数値に基づいてクランク軸１１（図１参照）への入力振動の周波数を特定する（図６のステップＳ２参照）。また、ＥＣＵ２２は、この入力振動を動吸振するための磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数ｋを前記したように演算する。
次いで、ＥＣＵ２２は、演算したばね定数ｋを磁気粘弾性エラストマ部材１４に設定するために必要な、電磁コイル３０（図１参照）に印加する電流値を演算する（図６のステップＳ３参照）。そして、ＥＣＵ２２は、この電流値を第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂに印加するようにＰＤＵ２３に指令する。
ＰＤＵ２３は、ＥＣＵ２２からの指令に基づいて、バッテリ２４を電源として電磁コイル３０に前記の電流値を印加して磁場を形成する。これにより磁気粘弾性エラストマ部材１４のバネ定数ｋが設定される（図６のステップＳ４参照）。
図７は、電磁コイル３０に所定の電流値が印加された際に形成される磁場の様子を示すクランクダンパ１の動作説明図である。符号Ｌは、磁力線を示している。
なお、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂのそれぞれには、図１の矢印方向に電流が印加されている。また、図７中、巻線３１に付された「・」印は、図７の紙面の裏側から表側に向けて電流が流れている様子を示し、「×」印は、図７の紙面の表側から裏側に向けて電流が流れている様子を示している。
図７に示すように、第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂのそれぞれに前記のように電流が印加されると磁場が形成されて、リング状の磁気粘弾性エラストマ部材１４の径方向の内側から外側に向かうように磁力線Ｌが形成される。ちなみに、図１の矢印方向とは逆になるように第１の電磁コイル３０ａ及び第２の電磁コイル３０ｂのそれぞれに電流が印加されると、リング状の磁気粘弾性エラストマ部材１４の径方向の外側から内側に向かうように磁力線Ｌが形成される。
そして、クランク軸１１に振動が入力して磁力線に直交する面内で磁気粘弾性エラストマ部材１４に剪断応力が生起する際の磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数が、前記のように入力振動の周波数に応じた「ｋ」に設定される。また、この入力振動に対して慣性質量体１３（図２参照）がクランク軸１１回りに磁気粘弾性エラストマ部材１４を介して逆位相で振動して動吸振する。
以上のような本実施形態のクランクダンパ１によれば、ダンパ本体部１０における磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数が、クランク軸１１への入力振動の周波数に応じて調節可能となっている。したがって、このクランクダンパ１によれば、エンジン回転速度（起振周波数）が変動したとしてもクランク軸１１への入力振動に対して優れた動吸振効果を発揮することができる。
また、本実施形態のクランクダンパ１とは異なって、変動する入力振動の周波数に応じた動吸振効果を発揮させるために、互いにばね定数の異なる複数のクランクダンパ１をクランク軸１１に設けることも考えられる。
しかし、このようにクランク軸１１に複数のクランクダンパ１を設けると、クランクダンパ１の周辺部材との干渉や、クランク軸１１周りでの慣性モーメントの増加による燃費増大などの新たな課題が生じる。
これに対して、本実施形態でのクランクダンパ１は、磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数が可変となっているので、クランク軸１１に設けた単一のクランクダンパ１によって、変動する入力振動の周波数に応じた動吸振効果を発揮する。したがって、本実施形態でのクランクダンパ１よれば、前記の周辺部材との干渉や、クランク軸１１周りでの慣性モーメントの増加を回避することができる。
しかし、このようにクランク軸１１に複数のクランクダンパ１を設けると、クランクダンパ１の周辺部材との干渉や、クランク軸１１周りでの慣性モーメントの増加による燃費増大などの新たな課題が生じる。
これに対して、本実施形態でのクランクダンパ１は、磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数が可変となっているので、クランク軸１１に設けた単一のクランクダンパ１によって、変動する入力振動の周波数に応じた動吸振効果を発揮する。したがって、本実施形態でのクランクダンパ１よれば、前記の周辺部材との干渉や、クランク軸１１周りでの慣性モーメントの増加を回避することができる。
また、本実施形態でのクランクダンパ１では、電磁コイル３０は、クランク軸１１を中心に巻線３１が巻回されて形成されるリング体Ｒをなしている。そして、リング体Ｒは、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対してクランク軸１１の軸方向に所定の間隔Ｓをあけて横並びに配置されている。これにより電磁コイル３０は、前記のように磁気粘弾性エラストマ部材１４の径方向に磁力線Ｌを付与するように磁場を形成する。このような磁場によって磁気粘弾性エラストマ部材１４のばね定数は、入力振動に応じて的確に変化し、その外側に配置される慣性質量体１３による動吸振を効率よく行うことができる。
また、本実施形態でのクランクダンパ１では、磁気粘弾性エラストマ部材１４をクランク軸１１の軸方向に挟むように第１の電磁コイル３０ａと第２の電磁コイル３０ｂとが配置されている。これによりクランクダンパ１は、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対して、より強い磁場を印加することができる。
また、本実施形態のクランクダンパ１では、第１の電磁コイル３０ａの巻線３１と、第２の電磁コイル３０ｂの巻線３１とは、互いに周方向逆回りの電流が流されるように構成されている（図７参照）。これにより第１の電磁コイル３０ａと第２の電磁コイル３０ｂとは、図７に示したように、磁気粘弾性エラストマ部材１４において径方向外側に向かう磁力線Ｌを形成する。
このようなクランクダンパ１によれば、第１の電磁コイル３０ａと第２の電磁コイル３０ｂとにより形成される磁場同士が相互に打ち消されることが回避されて、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対して、より強い磁場を形成することができる。
このようなクランクダンパ１によれば、第１の電磁コイル３０ａと第２の電磁コイル３０ｂとにより形成される磁場同士が相互に打ち消されることが回避されて、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対して、より強い磁場を形成することができる。
また、本実施形態のクランクダンパ１では、下記式（１）が満たされるように、磁気粘弾性エラストマ部材１４の内径Ｄ１及び外径Ｄ２、並びにリング体Ｒの内径Ｄ３及び外径Ｄ４が設定されていることが望ましい。
Ｄ１＋Ｄ２＝Ｄ３＋Ｄ４ ・・・式（１）
このようなクランクダンパ１では、横並びに配置される磁気粘弾性エラストマ部材１４と電磁コイル３０とが正対する。これによりクランクダンパ１は、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対してより強い磁場を形成することができる。
Ｄ１＋Ｄ２＝Ｄ３＋Ｄ４ ・・・式（１）
このようなクランクダンパ１では、横並びに配置される磁気粘弾性エラストマ部材１４と電磁コイル３０とが正対する。これによりクランクダンパ１は、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対してより強い磁場を形成することができる。
また、本実施形態のクランクダンパ１では、磁気粘弾性エラストマ部材１４の径方向の厚さＴ１とリング体Ｒの径方向の厚さＴ２とについては、望ましくは下記式（２）が満たされるようになっている。
Ｔ２＞Ｔ１ ・・・式（２）
つまり、下記式（３）が満たされるようになっている。
Ｄ４−Ｄ３＞Ｄ２−Ｄ１ ・・・式（３）
（ただし、式（３）中、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は前記と同義である）
このようなクランクダンパ１では、リング体Ｒの径方向の厚さＴ２が、磁気粘弾性エラストマ部材１４の径方向の厚さＴ１以下となっているものと比べて、磁力線Ｌを、磁気粘弾性エラストマ部材１４の径方向に沿うように、より直線的に形成することができる。
Ｔ２＞Ｔ１ ・・・式（２）
つまり、下記式（３）が満たされるようになっている。
Ｄ４−Ｄ３＞Ｄ２−Ｄ１ ・・・式（３）
（ただし、式（３）中、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は前記と同義である）
このようなクランクダンパ１では、リング体Ｒの径方向の厚さＴ２が、磁気粘弾性エラストマ部材１４の径方向の厚さＴ１以下となっているものと比べて、磁力線Ｌを、磁気粘弾性エラストマ部材１４の径方向に沿うように、より直線的に形成することができる。
また、本実施形態のクランクダンパ１では、リング体Ｒの中心軸と、磁気粘弾性エラストマ部材１４の中心軸とが同軸上に配置されている。
このようなクランクダンパ１によれば、静止している電磁コイル３０に対して、クランク軸１１周りに磁気粘弾性エラストマ部材１４が回転する際にも、電磁コイル３０は、的確に磁場を印加することができる。
このようなクランクダンパ１によれば、静止している電磁コイル３０に対して、クランク軸１１周りに磁気粘弾性エラストマ部材１４が回転する際にも、電磁コイル３０は、的確に磁場を印加することができる。
このように、本実施形態によれば起振周波数が変動する場合であっても動吸振効果に優れたクランクダンパ１（トーションダンパ）を提供することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更することができる。
図８は、前記実施形態の第１変形例に係るクランクダンパ１ａの構成説明図である。図９は、前記実施形態の第２変形例に係るクランクダンパ１ｂの構成説明図である。図１０は、前記実施形態の第３変形例に係るクランクダンパ１ｃの断面図である。
なお、これらの第１変形例から第３変形例に係るクランクダンパ１ａ，１ｂ，１ｃにおいて、前記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図８は、前記実施形態の第１変形例に係るクランクダンパ１ａの構成説明図である。図９は、前記実施形態の第２変形例に係るクランクダンパ１ｂの構成説明図である。図１０は、前記実施形態の第３変形例に係るクランクダンパ１ｃの断面図である。
なお、これらの第１変形例から第３変形例に係るクランクダンパ１ａ，１ｂ，１ｃにおいて、前記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図８に示すように、第１変形例に係るクランクダンパ１ａは、１つの電磁コイル３０のみを備えている。
このクランクダンパ１ａによれば、部品点数を低減することで動吸振装置のコンパクト化を達成することができる。
このクランクダンパ１ａによれば、部品点数を低減することで動吸振装置のコンパクト化を達成することができる。
図９に示すように、第２変形例に係るクランクダンパ１ｂは、ボビン３２に巻線３１が巻回された電磁コイル３０が構成されている。
このクランクダンパ１ｂによれば、電磁コイル３０の形状安定性に優れることで、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対する電磁コイル３０の位置決めを精密かつ容易に行うことができる。
このクランクダンパ１ｂによれば、電磁コイル３０の形状安定性に優れることで、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対する電磁コイル３０の位置決めを精密かつ容易に行うことができる。
図１０に示すように、第３変形例に係るクランクダンパ１ｃは、ケーシング５２内に、電磁コイル３０が支持され、クランク軸１１は、軸受け５３を介してケーシング５２に支持されている。
このクランクダンパ１ｃによれば、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対する電磁コイル３０の位置決めを精密かつ容易に行うことができるとともに、磁気粘弾性エラストマ部材１４や電磁コイル３０に対する異物の接触を避けることができる。なお、ケーシング５２の材料としては、非磁性体が望ましい。
このクランクダンパ１ｃによれば、磁気粘弾性エラストマ部材１４に対する電磁コイル３０の位置決めを精密かつ容易に行うことができるとともに、磁気粘弾性エラストマ部材１４や電磁コイル３０に対する異物の接触を避けることができる。なお、ケーシング５２の材料としては、非磁性体が望ましい。
また、前記実施形態では、クランクダンパ１，１ａ，１ｂ，１ｃについて説明したが、本発明のトーションダンパは、ねじり振動が入力される様々な機構に適用することができる。また、前記実施形態では、クランクダンパ１，１ａ，１ｂ，１ｃの軸部材としてのクランク軸１１はエンジンの回転に同期して回転するが、本発明のトーションダンパは、回転しない軸部材に入力されるねじり振動を減衰するものに適用することもできる。
１ クランクダンパ
１ａ クランクダンパ
１ｂ クランクダンパ
１ｃ クランクダンパ
１０ ダンパ本体部
１１ クランク軸
１２ ディスク部材
１３ 慣性質量体
１４ 磁気粘弾性エラストマ部材
１５ 基質エラストマ
１６ 磁性粒子
２０ 定数制御機構
２１ エンジン回転速度センサ
２２ ＥＣＵ
２３ ＰＤＵ
２４ バッテリ
３０ 電磁コイル
３０ａ 第１の電磁コイル
３０ｂ 第２の電磁コイル
３１ 巻線
３２ ボビン
５０ ベース
５１ ブラケット
５２ ケーシング
Ｌ 磁力線
１ａ クランクダンパ
１ｂ クランクダンパ
１ｃ クランクダンパ
１０ ダンパ本体部
１１ クランク軸
１２ ディスク部材
１３ 慣性質量体
１４ 磁気粘弾性エラストマ部材
１５ 基質エラストマ
１６ 磁性粒子
２０ 定数制御機構
２１ エンジン回転速度センサ
２２ ＥＣＵ
２３ ＰＤＵ
２４ バッテリ
３０ 電磁コイル
３０ａ 第１の電磁コイル
３０ｂ 第２の電磁コイル
３１ 巻線
３２ ボビン
５０ ベース
５１ ブラケット
５２ ケーシング
Ｌ 磁力線
Claims (6)
- ねじり振動が入力する軸部材と、
前記軸部材に対して同軸になるように取り付けられるディスク部材と、
前記軸部材に対して同軸になるように前記ディスク部材の外周側に磁気粘弾性エラストマ部材を介して連結されるリング形状の慣性質量体と、
前記磁気粘弾性エラストマ部材に対して磁場を印加する電磁コイルと、
を備えることを特徴とするトーションダンパ。 - 請求項１に記載のトーションダンパにおいて、
前記電磁コイルは、前記軸部材を中心に巻線が巻回されて形成されるリング体をなし、このリング体は、前記磁気粘弾性エラストマ部材に対して前記軸部材の軸方向に所定の間隔をあけて横並びに配置されていることを特徴とするトーションダンパ。 - 請求項２に記載のトーションダンパにおいて、
前記磁気粘弾性エラストマ部材を前記軸部材の軸方向に挟むように第１の電磁コイルと第２の電磁コイルとが配置されていることを特徴とするトーションダンパ。 - 請求項３に記載のトーションダンパにおいて、
前記第１の電磁コイルの前記巻線と、前記第２の電磁コイルの前記巻線とは、互いに周方向逆回りの電流が流されるように構成されていることを特徴とするトーションダンパ。 - 請求項２に記載のトーションダンパにおいて、
前記リング体の径方向の厚さは、前記磁気粘弾性エラストマ部材の径方向の厚さよりも厚いことを特徴とするトーションダンパ。 - 請求項５に記載のトーションダンパにおいて、
前記リング体の中心軸と、前記磁気粘弾性エラストマ部材の中心軸とは同軸上に配置されていることを特徴とするトーションダンパ。
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