JP7030785B2

JP7030785B2 - ビスカスダンパ

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Publication number: JP7030785B2
Application number: JP2019509850A
Authority: JP
Inventors: 繁幸松本
Original assignee: Fukoku Co Ltd
Current assignee: Fukoku Co Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2022-03-07
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: WO2018181246A1; CN110475986B; KR20200014729A; JPWO2018181246A1; CN110475986A; DE112018001070T5; KR102441887B1

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフト等の回転軸に取り付けられ、回転軸の捩り振動を吸収するビスカスダンパに関する。

自動車、トラック、バス等の車両の動力源や、建設機械、農業機械等の産業機械の動力源として使用される内燃機関つまりエンジンは、クランクシャフトやカムシャフト等の回転軸を有している。エンジンの燃焼サイクルに起因して、クランクシャフト等の回転軸には回転脈動を伴うトルクが印加され、これにより回転軸に捩り振動が発生する。この捩り振動を吸収するために、トーショナルダンパが回転軸に装着される。トーショナルダンパの一種として、ビスカスダンパと称されるものがある。ビスカスダンパは、回転軸に装着されるハブ側部材と、ハブ側部材の外周部に回転自在に装着される慣性質量体とを有し、ハブ側部材と慣性質量体との間に配された減衰液の剪断抵抗により、回転軸の捩り振動を吸収して消散する。

ビスカスダンパには、慣性質量体つまり慣性マスがハブ側部材の外周部に設けられた環状のダンパケーシング内に収納されるタイプつまり内マス型と、慣性マスがハブ側部材、すなわちハブプレートの外周部の外側を取り囲むように装着されるタイプつまり外マス型とがある。

特許文献１には内マス型のビスカスダンパが記載されている。このビスカスダンパにおいては、ハブプレートとしてのフランジの外周部にはダンパケーシングが設けられ、ダンパケーシングの作業チャンバー内には慣性質量体と粘性の減衰媒体が収容される。ダンパケーシングの両端面のうちの少なくとも一方には、ダンパケーシングの半径方向に延在する冷却通路を備えたファンディスクが設けられている。冷却通路は円周方向に一定間隔を隔てて同心円状に配置される複数の内側の冷却通路と、内側の冷却通路よりも径方向外側に位置させて円周方向に一定間隔を隔てて同心円状に配置される複数の外側の冷却通路とを備え、内側の冷却通路は外側の冷却通路と異なる寸法を有している。

特開２００６－５０４０６０号公報

特許文献１に記載されるビスカスダンパにおいては、ダンパの運転中、すなわち、回転時に半径方向に搬送される空気を、まず内側の冷却通路に接触させ、その後に外側の冷却通路に接触させるようにしており、冷却通路から空気への熱伝達によりダンパが冷却される。そして、内側の冷却通路と外側の冷却通路との間に間隔を設けることにより、そこに乱流を発生させて層状の空気流動を阻止し、熱伝達を高めている。

しかしながら、このビスカスダンパにおいては、冷却通路が半径方向つまり回転方向に対して直角方向に形成され、加えて、当該冷却通路の開口がダンパの回転方向に向いて開口しておらず、ダンパの回転によって生じる回転方向の空気の流れを利用するものではないので冷却通路に導かれる冷却空気は限定的であり、ビスカスダンパの冷却効果を高めることができないという問題点がある。しかも、内側の冷却通路を通過し、熱を吸収して温められた空気が、再度、外側の冷却通路に導入されるので、冷却効率を高めることができない。

本発明の目的は、冷却効率が高いビスカスダンパを提供することにある。

本発明のビスカスダンパは、回転軸に装着されるハブプレートと、慣性質量体を備え前記慣性質量体と前記ハブプレートとの間の隙間に減衰液が充填され、前記ハブプレートの外周部に配置される環状ダンパと、前記環状ダンパの両端面のうち少なくとも一方の面に設けられる放熱フィンと、を有し、前記放熱フィンは、前記環状ダンパの回転方向前方に向けて開口する空気導入口および回転方向後方に向けて開口する空気流出口を備えた冷却通路から構成され、前記環状ダンパの端面に円周方向に間隔を隔てて複数設けた。

環状ダンパに設けられる放熱フィン、すなわち冷却通路の空気導入口は回転方向前方に向けて開口されており、ビスカスダンパが回転駆動されると、冷却通路の回転移動により外部の空気が冷却通路内に直接流入する。これにより、環状ダンパを構成する慣性質量体とハブプレートとの間に生ずる差動により減衰液が繰り返して剪断力を受けて環状ダンパが発熱しても、冷却通路に直接流入して流れる空気により環状ダンパが冷却され、環状ダンパの放熱効率を向上させることができる。そして、空気流出口の開口面積を、空気導入口の開口面積よりも大きくすると、冷却通路を通過して空気流出口から流出する空気と冷却通路の外側を流れる空気とでは、圧力が異なるため、空気流出口で乱流が発生し、冷却通路の外側を流れる空気の一部を引き込むことになり、層状の空気の流動を阻止することができる。これにより、環状ダンパの放熱効率をより高めることができる。

放熱ディスクに、環状ダンパに設けられるディスク基板と、径方向内方端と径方向外方端との間を径方向に延びるフィン本体部とを備えた放熱フィンを設けると、放熱フィンにより冷却通路を形成することができる。フィン本体部を空気導入口から空気流出口に向けてディスク基板から離れる方向に傾斜させると、放熱フィンにより空気流出口の開口面積が、空気導入口の開口面積よりも大きくなった冷却通路を形成することができる。

一実施の形態であるビスカスダンパを示す正面図である。図１における２－２線断面図である。（Ａ）は図２の正面側を示す斜視図であり、（Ｂ）は図２の背面側を示す斜視図である。（Ａ）は図３（Ａ）の正面図であり、（Ｂ）は図３（Ｂ）の背面図である。（Ａ）は図４（Ａ）に示された放熱ディスクの拡大正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）を下側から見た断面図である。（Ａ）は図５（Ａ）における６Ａ－６Ａ線拡大断面図であり、（Ｂ）は図５（Ａ）における６Ｂ－６Ｂ線拡大断面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ放熱ディスクの変形例を示す正面図である。他の実施の形態であるビスカスダンパを示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ビスカスダンパ１０は、図１および図２に示されるようにハブプレート１１を有し、ハブプレート１１は、乗用車、トラック、バス等の車両や、建設機械等の産業機械の動力源として使用されるエンジンのクランクシャフトやカムシャフト等の回転軸Ｓに装着される。

ハブプレート１１の径方向外方部は正面壁１２を構成しており、正面壁１２には外周壁１３が一体に設けられており、外周壁１３は正面壁１２に対して略直角となっている。ハブプレート１１の背面には内周壁１４が配置され、内周壁１４はハブプレート１１に取り付けられるフランジ１５を有し、内周壁１４はフランジ１５に対して略直角となっている。外周壁１３と内周壁１４の背面にはカバー１６が取り付けられ、正面壁１２、外周壁１３、内周壁１４およびカバー１６により環状のダンパケーシング１７が形成される。正面壁１２はハブプレート１１の外周部により形成されており、ハブプレート１１もダンパケーシング１７の一部を構成する。

ダンパケーシング１７内には環状の収容室１８が形成され、収容室１８内には環状の慣性質量体２１が収容されるとともに、シリコーンオイルが減衰液Ｌとしてダンパケーシング１７と慣性質量体２１との間の隙間に充填される。ダンパケーシング１７と慣性質量体２１と減衰液Ｌとにより、ハブプレート１１の外周部に配置される環状ダンパ２２が構成される。この明細書においては、図１に示される面をビスカスダンパ１０の正面とし、反対側の面をビスカスダンパ１０の背面とする。

フランジ１５はハブプレート１１に溶接され、カバー１６は慣性質量体２１が収容室１８内に組み込まれた状態のもとで外周壁１３と内周壁１４に溶接される。カバー１６には液体注入口２３が形成されており、減衰液Ｌがダンパケーシング１７と慣性質量体２１との間の隙間に注入された後に、液体注入口２３は図示しない封止栓により封止される。ハブプレート１１と、これと一体となった正面壁１２および外周壁１３は、鋼板をプレス加工することにより製造され、内周壁１４とフランジ１５とが一体となった部材、およびカバー１６も鋼板をプレス加工することにより製造される。ただし、内周壁１４と正面壁１２とがハブプレート１１および外周壁１３とが一体となった部材を鋳造により製造するようにしても良い。

正面壁１２と慣性質量体２１との間にはスラストベアリング２４が配置され、スラストベアリング２４は慣性質量体２１に形成された凹部に収容される。カバー１６と慣性質量体２１との間にはスラストベアリング２５が配置され、スラストベアリング２５は慣性質量体２１に形成された凹部に収容される。

ハブプレート１１とフランジ１５には取付孔２６が形成されており、取付孔２６を貫通する図示しないねじ部材により、ビスカスダンパ１０は回転軸Ｓに取り付けられる。ビスカスダンパ１０が回転軸Ｓにより回転駆動されて回転軸Ｓに捩り振動が発生すると、捩り振動によりダンパケーシング１７と慣性質量体２１との間に差動が生じる。この差動により、減衰液Ｌは剪断力を受け、減衰液Ｌの剪断抵抗により捩り振動が吸収され消散される。減衰液Ｌが繰り返し剪断力を受けると、振動エネルギーは剪断抵抗により熱に変換され、環状ダンパ２２は発熱する。ビスカスダンパ１０は、回転軸Ｓにより図１に矢印Ｒで示される方向に回転駆動される。

図３および図４に示されるように、環状ダンパ２２を冷却するために、環状ダンパ２２の正面側の端面つまり正面壁１２の外面には放熱ディスク３１が設けられ、環状ダンパ２２の背面側の端面つまりカバー１６の外面には放熱ディスク３２が設けられる。放熱ディスク３１は、図１に示されるように、環状のディスク基板３３を有しており、放熱ディスク３２もディスク基板３３を有している。それぞれのディスク基板３３には、図１に示されるように、複数の放熱フィン３４がダンパケーシング１７の回転中心から同一半径ｒの位置に円周方向に間隔を隔てて設けられている。図１に示されるように、放熱フィン３４は、円周方向に角度間隔αのピッチで同一半径位置に一列となってディスク基板３３に設けられ、径方向に延びている。このビスカスダンパ１０における角度間隔αは、１０°に設定されており、３～１５°の範囲のうちいずれかの角度に設定することが好ましい。

図５（Ａ）は放熱ディスク３１の一部を示す拡大正面図であり、図６（Ａ）は図５（Ａ）における６Ａ－６Ａ線拡大断面図であり、図６（Ｂ）は図５（Ａ）における６Ｂ－６Ｂ線拡大断面図である。

図５および図６に示されるように、放熱フィン３４は、ディスク基板３３から軸方向に外方に向けて突出しており、径方向内方端３５と径方向外方端３６との間を径方向に延びるフィン本体部３７を有し、放熱フィン３４の内側には冷却通路３８が円周方向に形成される。ビスカスダンパ１０の回転方向が図５（Ａ）および図６（Ｂ）に矢印Ｒで示した方向とすると、放熱フィン３４の回転方向前端面側の空気導入口４１が回転方向前方に開口し、回転方向後端面側の空気流出口４２が回転方向後方に開口する。ビスカスダンパ１０が矢印Ｒの方向に回転すると、図６（Ｂ）に示されるように、ビスカスダンパ１０の周囲空気は、放熱フィン３４に対して相対的に矢印Ａで示されるように、空気導入口４１から冷却通路３８に直接流入し、円周方向に延びる冷却通路３８を流れて空気流出口４２から流出する。このように、冷却通路３８の空気導入口４１が回転方向前方に開口されているので、ビスカスダンパ１０の回転に伴って、放熱フィン３４の回転速度で空気が冷却通路３８内に流入する。これにより、冷却通路３８内には直接空気が流入し、環状ダンパ２２の熱は、放熱ディスク３１、３２から冷却通路３８を流れる空気に熱伝達され、放熱フィン３４により放熱される。したがって、冷却通路３８に直接流入する空気によって、ビスカスダンパ１０の冷却効果を向上させることができる。

冷却通路３８の空気流方向の通路長さＭは、放熱フィン３４の幅寸法により設定される。また、放熱フィン３４のフィン本体部３７は、図６（Ｂ）に示されるように、空気導入口４１から空気流出口４２に向けてディスク基板３３から離れる方向に角度θで傾斜しており、空気導入口４１のフィン本体部３７の高さをｈ１とし、空気流出口４２のフィン本体部３７の高さをｈ２とすると、高さｈ２は高さｈ１よりも高い。これにより、空気流出口４２の開口面積は、空気導入口４１の開口面積よりも大きくなっている。

放熱フィン３４が一体となった放熱ディスク３１は、金属製の薄板からなるブランク材をプレス加工することにより製造される。上述した傾斜角度θは５～４５°に設定され、高さｈ１は１～３ｍｍ、高さｈ２は２～６ｍｍ、冷却通路３８の通路長さＭは５～１０ｍｍ程度に設定される。放熱ディスク３１は環状ダンパ２２の端面に熱伝導性を有する接着剤により取り付けられるか、ディスク基板３３の外周部と内周部とをシーム溶接することにより環状ダンパ２２に取り付けられる。

なお、図示する実施の形態においては、放熱フィン３４が放熱ディスク３１に一体となっているが、径方向内方端３５と径方向外方端３６と、これらの間を径方向に延びるフィン本体部３７とを有する複数の独立した放熱フィン３４を環状ダンパ２２の両端面のうち少なくとも一方の面に直接取り付けるようにしても良い。

上述のように、フィン本体部３７を傾斜させて、空気流出口４２の開口面積を空気導入口４１の開口面積よりも大きくすると、冷却通路３８の空気流出口４２では、負圧が生じて周囲の空気を巻き込んで乱流ないし渦流が発生し、これに冷却通路３８を通過した空気がこの乱流ないし渦流を押し広げる。これにより、放熱フィン３４による放熱効果が高められる。図６（Ｂ）においては、空気流出口４２の付近に発生した乱流が符号Ｔにより模式的に示されている。

フィン本体部３７を傾斜させることなく、空気導入口４１と空気流出口４２の開口面積をほぼ同一に設定した場合と、空気流出口４２の開口面積を空気導入口４１の開口面積よりも大きくした場合とを比較すると、いずれも放熱フィン３４による放熱効果を高めることができるが、フィン本体部３７を傾斜させて空気流出口４２の開口面積を空気導入口４１の開口面積よりも大きくした場合の方が、放熱効果が高められることが実験により確認された。

環状ダンパ２２の背面側に設けられる放熱ディスク３２についても、放熱ディスク３１と同様の構造であり、放熱ディスク３２の放熱フィン３４も空気導入口４１が回転方向前方に開口し、空気流出口４２が回転方向後方に開口する。ビスカスダンパ１０が正面側から見て、図３（Ａ）、図４（Ａ）において矢印Ｒで示す方向に回転すると、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）に示されるように、ビスカスダンパ１０を背面側から見ると、放熱ディスク３２の回転方向は、放熱ディスク３１に対して逆方向となる。したがって、環状ダンパ２２の両端面に放熱ディスク３１、３２が設けられる場合には、放熱ディスク３１と放熱ディスク３２とでは、空気導入口４１と空気流出口４２の開口方向が逆向きとなった放熱ディスクが用いられる。

上述した環状ダンパ２２には、その両端面に放熱ディスク３１、３２が設けられているが、ビスカスダンパ１０の種類によっては、環状ダンパ２２の一方の端面に放熱ディスクを設ける形態としても良く、放熱ディスクを環状ダンパ２２の両端面のうち少なくとも一方に設けることにより、ビスカスダンパ１０の冷却効率を高めることができる。

放熱フィン３４が１２２個設けられた放熱ディスク３１を環状ダンパ２２に設けたビスカスダンパ１０と、特許文献１に記載されるように、径方向に延びる冷却通路が１２２個設けられたファンディスクを環状ダンパに設けたビスカスダンパとについて、冷却効果の確認実験を行った。それぞれの実験においては、放熱フィン３４の表面積と、冷却通路を構成する部材の表面積とをほぼ同一に設定した。その結果、環状ダンパの外周温度は、径方向に冷却通路を延在させた場合には、８１．０℃までしか冷却されなかったのに対し、本発明のように冷却通路３８を円周方向に延在させ、空気流出口４２の開口面積を空気導入口４１の開口面積よりも大きくした場合は、７８．８℃まで冷却された。このように、上述した放熱ディスクを環状ダンパ２２に設けると、ビスカスダンパ１０の冷却効率を高めることができることが確認された。

図７（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ放熱ディスクの変形例を示す正面図である。図７（Ａ）に示される放熱ディスク３１は、半径ｒ１の位置に一列となって放熱フィン３４が複数設けられるとともに、半径ｒ１よりも大きい半径ｒ２の位置に一列となって放熱フィン３４が複数設けられている。半径ｒ１の内側列の放熱フィン３４と、半径ｒ２の外側列の放熱フィン３４は、同一径方向線の位置に設けられており、内側列と外側列の放熱フィン３４の数は同数となっている。なお、内側列の放熱フィン３４と外側列の放熱フィン３４を同一径方向線の位置に設けることなく、円周方向の位置を内側列の放熱フィン３４と外側列の放熱フィン３４とで円周方向の位置を相違させて円周方向にずらした形態としても良い。

図７（Ｂ）に示される放熱ディスク３１は、図７（Ａ）に示したものと同様に、半径ｒ１の位置に一列となって放熱フィン３４が複数設けられるとともに、半径ｒ１よりも大きい半径ｒ２の位置に一列となって放熱フィン３４が複数設けられている。これに対し、図７（Ｂ）に示した放熱ディスク３１における外側の放熱フィン３４の数は、内側の放熱フィン３４の数よりも多く、内側列を構成する放熱フィン３４と、他の列である外側列を構成する放熱フィン３４とでは、円周方向の位置がずらされている。

図７に示される放熱フィン３４についても、図５および図６に示した形状であり、冷却通路３８の空気導入口４１が回転方向前方に開口されており、ビスカスダンパ１０の回転に伴って、放熱フィン３４の回転速度で空気が冷却通路３８内に流入する。また、空気流出口４２の開口面積は、空気導入口４１の開口面積よりも大きくなっており、冷却通路３８を通過した空気は、拡散するように空気流出口４２から流出し、空気流出口４２の付近には、乱流ないし渦流が発生し、放熱フィン３４による放熱効果が高められる。

図７は環状ダンパ２２の正面側に設けられる放熱ディスク３１を示すが、背面側に設けられる放熱ディスク３２についても、図７に示されるように、放熱フィン３４を内側列と外側列の２列設けるようにしても良い。このように、放熱ディスク３１、３２に設けられる放熱フィン３４としては、上述のように１列でも良く、２列またはそれ以上の複数列としても良い。さらに、同一列を構成し円周方向に隣り合う放熱フィン３４を径方向にずらして設けるようにしても良い。

図８は他の実施の形態であるビスカスダンパを示す断面図である。このビスカスダンパ１０は外マス型であり、ハブプレート１１の外周部の前後には、それぞれハブプレート１１との間に隙間を介して２つの慣性質量体２１ａ、２１ｂが配置されている。それぞれの慣性質量体２１ａ、２１ｂの外周面には外周リング１３ａが溶接されており、外周リング１３ａにより両方の慣性質量体２１ａ、２１ｂは一体となっている。ハブプレート１１の両面には、環状部４３が軸方向に突出し、慣性質量体２１ａ、２１ｂの両面には環状部４４が軸方向に突出しており、それぞれの環状部４３、４４の間には環状ゴムからなる弾性体４５が組み込まれている。

慣性質量体２１ａ、２１ｂとハブプレート１１との間の隙間には減衰液Ｌが充填される。このように、図８に示される外マス型のビスカスダンパ１０においては、２つの慣性質量体２１ａ、２１ｂによりハブプレート１１の外周部に配置される環状ダンパ２２が構成される。

それぞれの慣性質量体２１ａ、２１ｂの外面つまり環状ダンパ２２の両端面には、上述した内マス型のビスカスダンパ１０と同様に、放熱フィン３４が設けられている。ただし、放熱フィン３４を慣性質量体２１ａ、２１ｂの一方の外面のみに設けるようにしても良い。

放熱フィン３４の構造としては、図３に示したように、放熱フィン３４が放熱ディスク３１に一体となった構造でも良く、径方向内方端３５と径方向外方端３６と、これらの間を径方向に延びるフィン本体部３７とを有する複数の独立した放熱フィン３４を環状ダンパ２２の両端面のうち少なくとも一方の面に直接取り付けるようにしても良い。また、外周リング１３ａを軸方向に２分割された形状とし、２分割された外周リング１３ａをそれぞれの慣性質量体２１ａ、２１ｂの外周部に予め一体に成形するようにしても良い。

このような外マス型のビスカスダンパ１０においても、ビスカスダンパ１０の回転に伴って、放熱フィン３４の回転速度で空気が冷却通路３８内に流入する。冷却通路３８を通過した空気は、拡散するように空気流出口４２から流出し、空気流出口４２の付近には、乱流ないし渦流が発生し、放熱フィン３４による放熱効果が高められる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

このビスカスダンパは、自動車等の車両の動力源としてのエンジンにより駆動される回転軸に取り付けられ、回転軸の捩り振動を吸収するために使用される。

Claims

回転軸に装着されるハブプレートと、
慣性質量体を備え前記慣性質量体と前記ハブプレートとの間の隙間に減衰液が充填され、前記ハブプレートの外周部に配置される環状ダンパと、
前記環状ダンパの両端面のうち少なくとも一方の面に設けられる放熱フィンと、
を有し、
前記放熱フィンは、前記環状ダンパの回転方向前方に向けて開口する空気導入口および回転方向後方に向けて開口する空気流出口を備えた冷却通路から構成され、前記環状ダンパの端面に円周方向に間隔を隔てて複数設けた、ビスカスダンパ。
回転軸に装着されるハブプレートと、
慣性質量体を収容するダンパケーシングを備え、前記ハブプレートの外周部に配置される環状ダンパと、
前記慣性質量体と前記ダンパケーシングとの間の隙間に充填される減衰液と、
前記ダンパケーシングの両端面のうち少なくとも一方の面に設けられる放熱フィンと、
を有し、
前記放熱フィンは、前記環状ダンパの回転方向前方に向けて開口する空気導入口および回転方向後方に向けて開口する空気流出口を備えた冷却通路から構成され、前記環状ダンパの端面に円周方向に間隔を隔てて複数設けた、ビスカスダンパ。
請求項１または２記載のビスカスダンパにおいて、前記空気流出口の開口面積は前記空気導入口の開口面積よりも大きい、ビスカスダンパ。
請求項１～３のいずれか１項に記載のビスカスダンパにおいて、前記放熱フィンは、前記環状ダンパの端面に取り付けられるディスク基板に設けられ、径方向内方端および径方向外方端の間を径方向に延びるフィン本体部を備え前記冷却通路を形成する、ビスカスダンパ。
請求項４に記載のビスカスダンパにおいて、前記フィン本体部は、前記空気導入口から前記空気流出口に向けて前記ディスク基板から離れる方向に傾斜している、ビスカスダンパ。
請求項１～５のいずれか１項に記載のビスカスダンパにおいて、前記ハブプレートの回転中心から同一半径位置に円周方向に前記放熱フィンを一列に設けた、ビスカスダンパ。
請求項１～５のいずれか１項に記載のビスカスダンパにおいて、前記ハブプレートの回転中心からそれぞれ同一半径位置に円周方向に前記放熱フィンを複数列に設けた、ビスカスダンパ。
請求項７記載のビスカスダンパにおいて、１つの列を構成する前記放熱フィンと、他の列を構成する前記放熱フィンとを円周方向にずらした、ビスカスダンパ。