JP7056539B2

JP7056539B2 - 振り子式捩り振動低減装置

Info

Publication number: JP7056539B2
Application number: JP2018235270A
Authority: JP
Inventors: 弘達北畠; 秀之西田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2038-12-17
Also published as: JP2020097957A

Description

この発明は、伝達されるトルクの変動に伴って振動する回転体に慣性質量体を保持させ、その慣性質量体が回転体に対して位相がずれて振動することにより、回転体の振動を抑制するように構成された振り子式の捩り振動低減装置に関するものである。

従来、トルクが伝達されて回転する回転体と振り子運動をする慣性質量体とを、転動体を介して連結した構成の捩り振動低減装置が知られている。その一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された装置は、回転体の外周部の複数箇所に半径方向に向けたガイド部を有しており、その各ガイド部には、転動体が回転可能でかつ回転体の半径方向に移動可能に保持されている。転動体は、円柱状もしくは断面形状が「Ｈ」形の滑車に類似した形状の部材であり、この転動体はガイド部に挿入されることにより、回転体に対して回転体の回転方向には拘束され、かつその半径方向には移動可能となっている。慣性質量体は、一例として、リング状の部材であり、回転体に対して同心円上に配置されている。この慣性質量体の内周部には、上記のガイド部と同数の転動面が、円周方向に等間隔に形成されている。転動面は、転動体が遠心力によって押し付けられ、その状態で転動する面であって、それぞれの転動面が形成されている箇所の半径（慣性質量体の回転中心からの半径）より小さい曲率半径の円弧状の面である。また、転動面は、慣性質量体の中心から距離が中央部でもっとも遠くなるように、慣性質量体の半径方向で外側に凸となる円弧面となっている。

したがって、回転体が回転すると、転動体に遠心力が作用して転動体は転動面に押し付けられる。各転動体は回転体の円周方向に等間隔に配置されているので、転動体によって半径方向で外側に押される慣性質量体は、回転体と同心円上に保持される。その状態で回転体に伝達されるトルクの変動によって回転体が振動すると、慣性質量体はそれ自体の慣性力によって従前の動作状態を維持しようとするので、慣性質量体が回転体に対して反対方向に相対的に回転する。転動体が押し付けられている転動面は、上記のように曲率半径の小さい円弧面であるから、慣性質量体（転動面）が回転体に対して相対的に回転すると、転動体は転動面によって回転体の半径方向で内側に押し戻される。その転動体には遠心力が作用し続けているので、転動面における中央位置から外れた箇所に押し付けられている転動体は、転動面のうち慣性質量体の回転中心からもっとも遠い中央位置に戻るように作用する。そのような転動体の作用が慣性質量体に対して慣性質量体を回転させるトルクとして働くので、慣性質量体は回転体に追従するように回転体に対して相対的に回転させられる。すなわち、慣性質量体は、トルクの変動による回転体の回転に対して遅れて回転し、その結果、このような慣性質量体の振動の位相のずれによって回転体の振動が抑制される。

特開２０１７－１４５８５７号公報

上記の特許文献１に記載された装置では、転動体が「Ｈ」形断面をなし、その軸線方向での中央の軸部を、慣性質量体に形成された転動面に押し付けるように構成されている。したがって、軸線方向での両側のフランジ状の部分は、慣性質量体の両側面および回転体におけるガイド部の両側面に対向し、これら慣性質量体および回転体に対して軸線方向への抜け止めとして機能している。回転体は、慣性モーメントが小さいことが望ましいので、薄い金属板によって構成し、それに合わせて慣性質量体も薄いものとなる。上述した構成では、転動体はその薄い慣性質量体に対して上記の軸部で押し付けられる。そのため両者の接触面積（線接触であれば接触長さ）が小さくなり、単位面積（単位長さ）当たりの荷重が大きくなって摩耗が早期に進行するなどの課題が生じる。

このような課題に対して、従来、回転体の両側面で転動面が形成されている箇所に軸線方向に庇状に突出した部分を設け、その庇状部分の転動面を形成し、転動体の軸線方向での両端部に形成されているフランジ状部分をその転動面に押し付けるように構成することが提案されている。このような構成であれば、転動体と転動面とが接触する面積（長さ）が大きくなり、単位面積（単位長さ）当たりの荷重を下げることができる。また、庇状部分は、慣性質量体を挟んでその両側に形成され、その間の部分には、従来転動面が形成されている板状の部分が入り込んでいる。そのため、転動体におけるフランジ状部分がその板状の部分を挟んで対向しているから、その板状の部分およびフランジ状部分によって転動体が軸線方向に抜け出ることが阻止される。

このような庇状部分に転動面を形成した構成では、転動面が左右に分かれて形成され、それら二つの転動面に一つの転動体を押し付けることになる。したがって、それらの転動面は慣性質量体における円周方向での位置や曲率などがほぼ完全に一致している必要がある。しかしながら、上述した構成では、二つの転動面の間に前記板状の部分が介在しているので、左右に分かれている転動面のそれぞれを個別に加工せざるを得ず、その結果、困難な加工あるいは仕上げを余儀なくされ、また僅かな狂いによって制振性能が十分ではなくなる可能性があった。

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、回転体ならびに転動体および慣性質量体の相互の軸線方向への移動を規制できるとともに広い転動面を確保でき、さらにはその転動面を容易に高精度の面とすることのできる振り子式の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、トルクが伝達されて回転する回転体と、前記回転体に設けられ前記回転体の半径方向への移動の案内を行うガイド部と、前記ガイド部によって前記回転体の回転方向には拘束されかつ前記回転体の半径方向には移動可能に前記ガイド部に係合している転動体と、前記回転体に対して相対回転可能な慣性質量体と、前記転動体より外周側に位置していて前記転動体が遠心力によって押し付けられるように前記慣性質量体に設けられた転動面とを備えた振り子式捩り振動低減装置において、前記転動体は、軸部と、前記軸部の両端部に形成された一対のフランジ状部分とを有し、前記ガイド部は、前記軸部を移動可能に挿入したスリットによって構成されるとともに、前記各フランジ状部分の内面が前記回転体の側面に対向しており、前記転動面は、前記各フランジ状部分を押し付ける、前記慣性質量体の軸線方向に連続した単一面となっており、さらに前記回転体と前記慣性質量体とのいずれか一方における第１の側面には、前記回転体と前記慣性質量体とのいずれか他方に向けて突き出ていて、前記いずれか一方における前記第１の側面と同じ側にある前記他方の第１の側面に対向する第１プレート部が設けられ、かつ前記回転体と前記慣性質量体とのいずれか一方における前記第１の側面とは反対側の第２の側面には、前記回転体と前記慣性質量体とのいずれか他方に向けて突き出ていて、前記いずれか一方における前記第２の側面と同じ側にある前記他方における第２の側面に対向する第２プレート部が設けられていることを特徴とするものである。

この発明においては、転動体が、軸部の両端部にフランジ状部分を設けた構成であり、そのフランジ状部分が回転体の側面に対向している。したがって、そのフランジ状部分が、回転体に対してその軸線方向において係合するので、転動体は回転体の軸線方向に抜け止めされ、転動体が回転体から離脱もしくは脱落することはない。また、回転体と慣性質量体とが相対的に回転自在であっても、第１プレート部および第２プレート部が回転体の軸線方向において、回転体もしくは慣性質量体の側面に対向して係合するので、回転体と慣性質量体とが、軸線方向に過度にずれることが規制され、両者が軸線方向に離脱もしくは脱落することはない。さらに、転動面は転動体が軸線方向に移動することを規制する部分もしくは機能を有していないが、慣性質量体の軸線方向に連続した単一面となっている。したがって、転動面は、所定の単一の基準点を加工の基準位置として成形加工もしくは仕上げ加工などの加工を行うことができるので、転動面の精度を向上させることができるとともに、その加工が容易になる。

この発明の実施形態の一例を示す縦断正面図である。その切欠き部内での転動体の縦断面図である。転動面の形状を示すための部分的な斜視図である。プレート部の部分を示す部分図である。図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。

図１は、この発明の実施形態に係る捩り振動低減装置の一例を示す斜視図である。図１に示すように、捩り振動低減装置１は、回転体２、慣性質量体３および複数の転動体４を備えている。回転体２は図に示す例では金属製の円板状の部材であって、例えば車両に搭載された駆動源が出力するトルクが伝達されることで回転軸線Ｌ１を中心に回転するとともに、そのトルクの変動によって捩り振動する。したがって、回転体２は、例えば、図示しないエンジンのクランク軸、トルクを車輪に伝達するプロペラシャフト、および車軸等の回転軸に取り付けられている。

回転体２は図に示す例では、円板状に形成され、強度を損なうことなく質量を低減するために複数の打ち抜き孔が形成されている。回転体２は外周部で円周方向における等間隔の複数箇所（図１では三箇所）にガイド部５を有している。ガイド部５は転動体４を回転体２の回転方向には拘束しかつ半径方向には移動可能に保持する部分であって、回転体２の半径方向に延びているスリット部として構成されている。なお、図に示す例では、二股のフォーク状の部分によってガイド部５が構成されているが、ガイド部５は回転体２の外周縁から回転中心に向けて形成したスリットによって構成されていてもよい。

転動体４は、軸部６と、その軸部６の軸線方向での両端部に設けられたフランジ状部分（以下、フランジ部と記す）７とを有し、断面形状が「Ｈ」形を成している。転動体４はその軸部６をガイド部５に挿入した状態で回転体２に保持されている。その軸部６の外径は、ガイド部５であるスリットの幅より僅かに小さい程度であり、したがって転動体４はガイド部５に沿って回転体２の半径方向に移動可能であり、また軸部６の中心軸線を中心に回転可能になっている。なお、フランジ部７が回転できればよいので、軸部６に嵌合させた軸受（図示せず）によってフランジ部７を回転可能に保持してもよい。フランジ部７の外径はガイド部５のスリットの幅より大きく、したがってフランジ部７の互いに対向する内側面は、ガイド部５の部分において回転体２の側面に対向している。すなわちフランジ部７は回転体２の回転軸線Ｌ１の方向では回転体２に係合していてこの方向にいわゆる抜け止めされている。

慣性質量体３は、慣性モーメントと加速度（角加速度）との積である慣性力を、制振力として回転体２に対して作用させるための板状の部材であり、回転体２と同心円上に保持されるリング状をなしている。慣性質量体３の内径は、回転体２における円板部分の外径より僅かに大きい内径であり、また外径は回転体２におけるガイド部５の先端までの半径より大きく構成されている。慣性質量体３は、回転体２に対して比較的小さい角度の範囲で相対的に振動（揺動）するように構成され、前記ガイド部５および転動体４が慣性質量体３に干渉しないように切欠き部８が慣性質量体３に形成されている。切欠き部８は、ガイド部５および転動体４に対応させてこれらと同数（図に示す例では三つ）、円周方向に等間隔を空けて設けられている。切欠き部８は、慣性質量体３の一部を、内周側に開口するように扇形状に除去した部分であり、回転体２と慣性質量体３とを組み付けた状態では前記ガイド部５が内周側から差し込まれる部分である。なお、回転体２と慣性質量体３とは、厚さがほぼ等しい板状体であり、したがってガイド部５に保持されている転動体４におけるフランジ部７が慣性質量体３に接触することはない。

慣性質量体３の両側面のうち上記の切欠き部８よりも外周側の部分に、回転軸線Ｌ１に沿う方向に突き出た膨出部９ａ，９ｂが設けられている。これらの膨出部９ａ，９ｂは、慣性質量体３の慣性モーメントを増大させるとともに前記転動体４が押し付けられて転動する転動面１０の面積を広くするために設けられた部分であり、切欠き部８の外周側で庇状に突き出ている。なお、これらの膨出部９ａ，９ｂは切欠き部８に対応する部分だけに設けられている必要はなく、切欠き部８の外周側で慣性質量体３の側面の全周に亘って環状に設けられていてもよい。

これらの膨出部９ａ，９ｂの内周面に転動面１０が形成されている。転動面１０は、転動体４におけるフランジ部７を遠心力によって押し付け、かつ慣性質量体３が回転体２に対して相対回転した場合にフランジ部７が転動する面である。この転動面１０は、前記回転軸線Ｌ１からの半径（距離）が中央部で最も大きく、その両側で前記回転軸線Ｌ１からの半径（距離）が次第に小さくなる曲面形状になっている。その一例は、転動面１０が設けられている箇所の回転軸線Ｌ１からの半径より小さい曲率半径の円弧面である。また、一方の膨出部９ａにおける転動面１０の幅および一方の膨出部９ａにおける転動面１０の幅のそれぞれは、ここに押し付けられる各フランジ部７の厚さ以上になっている。

転動面１０は図２および図３に明示するように、一方の膨出部９ａから他方の膨出部９ｂに亘って回転軸線Ｌ１の方向に連続した単一面（段差のない面）となっている。なお、図３では一方のフランジ部７を削除してある。したがって、切欠き部８における外周側の面（円周方向での両側面（両側縁）の間の円弧状の面（縁））も転動面１０と同一曲率の円弧状に形成され、転動面１０の一部となっている。転動面１０のうち一方の膨出部９ａの内周側の部分には一方のフランジ部７が接触し、他方の膨出部９ｂの内周側の部分に他方のフランジ部７が接触するが、転動面１０は単一面であるから、各フランジ部７の接触箇所の曲率や慣性質量体３の円周方向での位置などに相違が生じることはない。すなわち、転動面１０の全体は、単一の工具を用い、単一の基準点を基準とした切削や研削などの加工によって形成できるので、一方の膨出部９ａ側と他方の膨出部９ｂ側とで転動面１０に狂いが生じることがない。

転動体４におけるフランジ部７が接触する転動面１０は単一の面であって慣性質量体３の軸線方向に連続した面であり、したがって転動体４と慣性質量体３との間には、回転軸線Ｌ１の方向への相対移動を規制する作用が生じる箇所が存在しない。これに対してこの発明の実施形態では、回転体２と慣性質量体３との間に、回転軸線Ｌ１の方向への相対移動を規制する部材が設けられている。図４はその一例を示す部分的な斜視図であり、図５は図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図であり、回転体２における円板部分の外周部のうち各ガイド部５の間の部分に、プレート部１１ａ，１１ｂが設けられている。各プレート部１１ａ，１１ｂはほぼ矩形の板片であり、回転体２の両側面にリベットや溶接などの適宜の手段で一体化されている。また、各プレート部１１ａ，１１ｂは、回転体２における円板部分から半径方向で外側に突き出ており、その突き出た部分の間に慣性質量体３の内周側の部分が挿入されている。すなわち、一方のプレート部１１ａが慣性質量体３の一方の側面に前記回転軸線Ｌ１の方向で対向していてこのプレート部１１ａがこの発明の実施形態における第１プレート部に相当しており、また他方のプレート部１１ｂが慣性質量体３の他方の側面に前記回転軸線Ｌ１の方向で対向していてこのプレート部１１ｂがこの発明の実施形態における第２プレート部に相当している。したがって、回転体２と慣性質量体３とが回転軸線Ｌ１の方向に相対的にずれると、慣性質量体３と各プレート部１１ａ，１１ｂとが接触してそれ以上には、ずれることがない。すなわち、これらのプレート部１１ａ，１１ｂが、慣性質量体３の回転体２に対する前記回転軸線Ｌ１の方向でのずれを規制する部分となっている。

なお、各プレート部１１ａ，１１ｂは、回転体２の円周方向で同一の位置に設けられている必要はなく、円周方向にずれた位置に設けられていてもよい。また、各プレート部１１ａ，１１ｂのいずれか一方もしくは両方を、回転体２に替えて慣性質量体３に設けてもよい。さらに、各プレート部１１ａ，１１ｂは、回転体２や慣性質量体３とは別部材として用意してこれら回転体２や慣性質量体３に取り付けてもよいが、これとは異なり、回転体２や慣性質量体３と予め一体に形成されていてもよい。

上述したこの発明の実施形態における捩り振動低減装置においても、慣性質量体３が回転体２に対して遅れて振動するので、慣性質量体３の慣性力が回転体２に対して制振力として作用する。具体的に説明すると、回転体２の回転数の増大に伴って遠心力が大きくなると、転動体４が回転体２の半径方向で外側に押されて慣性質量体３の転動面１０に押し付けられる。このような転動体４を介して慣性質量体３を半径方向で外側に押す力は、転動体４が円周方向に等間隔に配置されていることにより、慣性質量体３の全周に亘って均等に作用する。そのため、重力によって下側に下がり、したがって回転体２に対して偏心していた慣性質量体３が持ち上げられ、回転体２に対して同心円上に保持される。

回転体２のトルクが振動すると、回転体２に正逆の両回転方向の加速度が繰り返し生じる。これに対して慣性質量体３はその慣性力によって回転状態（運動状態）を維持しようとするので、回転体２と慣性質量体３との間に相対回転が生じる。これら回転体２と慣性質量体３とは、遠心力によって転動面１０に押し付けられている転動体４を介して連結されているので、回転体２と慣性質量体３との間に相対回転が生じると、転動体４は転動面１０における中央位置から外れ、回転体２の中心方向に押し戻される。その転動体４には遠心力が作用し続けているので、転動面１０において中央位置から外れた箇所に押し付けられている転動体４は中央位置に戻るように作用する。そのような転動体４の作用が慣性質量体３を回転させるトルクとして働くので、慣性質量体３は回転体２に追従するように回転体２に対して相対的に回転させられる。すなわち、慣性質量体３は、トルクの変動による回転体２の回転に対して遅れて回転し、その結果、このような慣性質量体３の振動の位相のずれによって回転体２の振動が抑制される。

転動体４に対して大きい遠心力が作用することにより、慣性質量体３が転動体４を介して回転体２と同心円上に保持されている状態では、転動体４のフランジ部７が回転体２の側面に接触したり、プレート部１１ａ，１１ｂが慣性質量体３の側面に接触したりすることは殆どない。これに対して振動などの何らかの要因で回転軸線Ｌ１の方向の力が生じた場合、転動体４がその回転中心軸線方向に移動する。その場合、フランジ部７の内側面が回転体２の側面に接触するので、それ以上に転動体４が移動することがない。すなわち、転動体４はフランジ部７によって、回転体２から離脱もしくは脱落することが防止される。また、慣性質量体３は転動体４に対しては転動面１０で接触しているだけであるが、回転軸線Ｌ１の方向の力が作用して回転体２に対して移動した場合、その側面がいずれかのプレート部１１ａ，１１ｂの内側面に接触し、それ以上に移動することが阻止される。すなわち、慣性質量体３はプレート部１１ａ，１１ｂによって回転体２から離脱もしくは脱落することが防止される。

１…振動低減装置、２…回転体、３…慣性質量体、４…転動体、５…ガイド部、６…軸部、７…フランジ部、８…切欠き部、９ａ，９ｂ…膨出部、１０…転動面、１１ａ，１１ｂ…プレート部。

Claims

トルクが伝達されて回転する回転体と、前記回転体に設けられ前記回転体の半径方向への移動の案内を行うガイド部と、前記ガイド部によって前記回転体の回転方向には拘束されかつ前記回転体の半径方向には移動可能に前記ガイド部に係合している転動体と、前記回転体に対して相対回転可能な慣性質量体と、前記転動体より外周側に位置していて前記転動体が遠心力によって押し付けられるように前記慣性質量体に設けられた転動面とを備えた振り子式捩り振動低減装置において、
前記転動体は、軸部と、前記軸部の両端部に形成された一対のフランジ状部分とを有し、
前記ガイド部は、前記軸部を移動可能に挿入したスリットによって構成されるとともに、前記各フランジ状部分の内面が前記回転体の側面に対向しており、
前記転動面は、前記各フランジ状部分を押し付ける、前記慣性質量体の軸線方向に連続した単一面となっており、
さらに前記回転体と前記慣性質量体とのいずれか一方における第１の側面には、前記回転体と前記慣性質量体とのいずれか他方に向けて突き出ていて、前記いずれか一方における前記第１の側面と同じ側にある前記他方の第１の側面に対向する第１プレート部が設けられ、かつ
前記回転体と前記慣性質量体とのいずれか一方における前記第１の側面とは反対側の第２の側面には、前記回転体と前記慣性質量体とのいずれか他方に向けて突き出ていて、前記いずれか一方における前記第２の側面と同じ側にある前記他方における第２の側面に対向する第２プレート部が設けられている
ことを特徴とする振り子式捩り振動低減装置。