JPH01312245A - 定次数形ダイナミックダンパ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車用エンジン等の原動機の回転トルク変
動を吸収する定次数形ダイナミックダンパに関する。

（発明の背景） 回転機械において、原動機の駆動力又は被駆動機械の抵
抗が同期的に変動し、そのため回転速度が変動し、振動
や騒音の原因になることがよくある。

特に、ピストン型内燃機関においては、駆動力が間欠的
に起る爆発をクランク機構によって回転駆動力に変換す
るという原理に基づいているため、必然的に原動機の回
転に同期したトルク変動が発生し、これが振動の原因と
なる。

このトルク変動を吸収するためフライホイールや捩りば
ねを用いたダンパーが広く用いられているが、十分とは
いえない。

特に、近年、広く自動車が交通手段として用いられてい
るが、その殆ど全部がピストン型内燃機関を原動機とし
ているし、最近は走行時の快適性に対する要求が高まり
、上記原因による振動、騒音を低減することが大きな課
題となっている。

現状では、この対策として多気筒化が行なわれているが
、多気筒化は構造が複雑になるのでコストが高くなり、
又、重量や摩擦損失の増加を招き、更に燃料消費量も増
す等から専ら高級車に用いられているに過ぎない。

（従来の技術） ピストン型内燃機関のトルク変動を吸収する装置として
、従来、回転部分に振子状の重錘を懸垂させた定次数形
ダイナミックダンパというものが知られている（第５図
）。

出典：　［機械工学便覧１９８７年版］のＡ３−４７頁
及びＡ３１４６頁参照 「機械学会論文集第６巻第２４号（第１部）昭和１５年
８月」の４７〜６１頁参照 この定次数形ダイナミックダンパがトルク変動を吸収す
るためには、次式の関係が成立する必要がある。

ＢＩＭｌｈｌ（ｌｌ＋ｈｌ）　　Ｖ　　２ω　’　＝　
Ｔ　Ｖ但し、ＢＩ：振子の振幅（ｒａｄ）、ＩＬ　；振
子の重錘の質量（複数個の場合は合計）、ｈ、、振子の
腕の長さ、１１：振子の揺動中心から回転中心までの長
さ、Ｖ二回転角速度に対する加振トルクの変動の角速度
の次数、ω；回転角速度、ＴＶ：加振トルク変動振幅で
ある。

ここで、特別高級ではない自動車に最も多く使われてい
る直列４気筒４サイクルの内燃機関ではｖ＝２である。

又、このダイナミックダンパが有効に作動するためには
加振トルクの変動周期と振子の周期が共振する必要があ
り、その条件としては、ｌ、／ｈ、　＝ｖ２である。

従って、上記４気筒４サイクルの場合、１．／ｈ、　＝
４でなければならない。

又、ｌｌ＋ｈｌは回転中心から重錘の重心までの長さで
あり、これをｒと表す。更に、ｅ、ｈ、は重錘の横方向
の移動量（長さ）の振幅であり、これを×で表す。これ
らの関係を先のトルク変動吸収の式に代入すると、４気
筒４サイクルの場合、Ｍ＋ｘｒω２＝Ｔｖ／ｖ’＝Ｔｖ
／４ となる。即ち、この左辺の値でダイナミックダンパのト
ルク変動吸収能力が決定される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような定次数形ダイナミックダンパ
にあっては、回転体並びに重錘に円形の空孔を設け、こ
れらに共通に内接するローラを介して重錘を懸垂させ、
ローラが空孔内面に接触しながら転動することにより重
錘が回転体に対し揺動する様にしている為、回転体に対
する重錘の相対運動の軌跡は円弧となる。しかるに、軌
跡が円弧である場合には振幅が大きくなると駆動トルク
の変動と振子の運動とが同期しなくなる。

即ち、前述の理論は、振子の振れ角が微小な時にのみ成
立するものであって、前掲の機械学会論文集によればＢ
、は１０〜１５°以下とされている。

従って、ｘ＝Ｂ、ｈ、≦Ｉｓｘ　ｒＴ　／１８０Ｘ　ｒ
１５　＝　０．０５２ｒとなる。一方、ＩＪ＋、ｒは装
置の大きさからおのずから限度がある。■は高速回転時
は大きな値であるが、低速回転時は小さな値である。し
がし、通常、自動車の運転においてエンジンのトルク変
動が車体を振動させ、不快感を与えるのはエンジン回転
の低い時である。

以上により、振子型の定次数形ダイナミックダンパを通
常の４気筒４サイクルエンジンに搭載した自動車で、車
体に伝わるトルク変動を有効に吸収する様に設計すると
非常に大きなものとなり、実用的ではない。

また、これを改良するため、ｌ、／ｈ、の値をＶ２より
若干修正するのがよい事が示されているが、その場合で
も広い範囲の条件に対して有効に作用するものではなか
った。

つまり、従来の定次数形ダイナミックダンパが用いられ
るのは、専ら高速回転時のトルク変動によりエンジンの
クランクシャフトに発生する過大な応力を低減し、クラ
ンクシャフトの折損等の事故が発生するのを防止する目
的であって、低速回転時のトルク変動が車体に伝わって
乗員に不快感を与えるのを防止することは出来なかった
。

本発明は、上記のような問題に着目し、４気筒程度の内
燃機関において低速回転時のトルク変動を有効に吸収出
来る定次数形ダイナミックダンパの開発を課題とする。

そして、この課題を下記の手段にて解決することで、小
型のダンパでありながら、低速回転時のトルク変動の有
効吸収を図った定次数形ダイナミックダンパを提供する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明の定次数形ダイナミッ
クダンパでは、回転体に対し転動ローラを介して１個又
は数個の重錘を振子状に懸垂させるか、もしくは、転動
ローラ自体を重錘とした構成の定次数形ダイナミックダ
ンパにおいて、前記回転体と重錘の少なくとも一方には
転動ローラが内面を接して転動する弯曲部が設けられ、
且つ、該弯曲部のローラ転動部分には、その曲率半径が
中立点より離れるに従って小さくなる部分を含む事を特
徴とする手段とした。

尚、前記弯曲部のローラ転動部分には、その曲率半径が
中立点より離れるに従って小さくなる部分を含むと共に
、その曲率半径の変化率が中立点より離れるに従って大
きくなる部分を含むようにしても良い。

（作　用） 駆動トルクのトルク変動入力時には、転動ローラが内面
を接して転動するローラ転動部分に、その曲率半径が中
立点より離れるに従って小さくなる部分を含む為、重錘
の横移動量が大きくとれ、しかも重錘に加わる復元力が
重錘の中立位置からの変位に比例して発生する。

従って、重錘の揺動により回転体に加えられるトルクが
駆動トルクの変動に遅れなく同期して作用することにな
り、ローラ転動部分の形状のみを変更する小型のダンパ
でありながら、低速回転時のトルク変動を有効に吸収出
来る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

尚、この実施例は、定次数形ダイナミックダンパを自動
車エンジンのフライホイールに装着した例である。

まず、構成を説明する。

第２図は実施例の定次数形ダイナミックダンパが適応さ
れたフライホイール部の断面図であり、１はクランクシ
ャフト出力端、２はフライホイール本体（回転体）、３
はトランスミッション入力軸、４はクラッチディスク、
５１ｊプレツシヤプレート、６はダイヤフラムスプリン
グ、７はダイナミックダンパ用重錘（重錘）、８は転動
ローラ、９はフライホイール本体２に設けられた空孔（
弯曲部）、１０は重錘７に設けられた空孔（弯曲部）、
１１は転動ローラ８の脱活防止用蓋である。

前記重錘Ｙは、第１図に示すように、扇形をしており、
同じものが外周等間隔に６個所装着されている。

前記空孔９．１０は、転動ローラ８との干渉を避けるた
めの必要最小限の形状としており、重錘７の質量として
必要な値を確保して極力コンパクトになる様にすると共
に、重錘Ｙの不必要な移動を規制している。

そして、第１図に示す９ａ部分及びＩＯａ部分がローラ
転動部分で、該ローラ転動部分９ａ、１０ａは、ローラ
中心に対して点対称な形状となっている。また、ローラ
転動部分９ａ、１０ａの形状は、一定曲率の円弧ではな
く、中央の中立点より両端に離れるに従って曲率半径が
小さくなり、又、その曲率半径の変化率（曲率変化／９
ａ、ＩＯａの周縁に沿う位置の変化）は、中立点より両
端に離れるに従って大きくなっている。

次に、ローラ転動部分９ａ、ＩＯａの形状決定手法につ
いて述べる。

第１図の実線で示したのは、重錘Ｙが中立点に位置する
状態で、駆動トルクの変動がなく、一定速度で回転して
いる場合の状態である。

尚、駆動トルクに変動があると重錘７はこの位置から左
右に揺動することになり、その反力によってトルク変動
を吸収する。

また、第１図の２点鎖線で示したのは、重錘７の振幅が
最大になった時の最大振れ位置を示す。

重錘７には回転による遠心力がかかっており、これが１
０ａ部のローラ接点に圧力を及ぼす原因となる。中立点
においては、接点の法線方向が半径方向と一致している
ので単なる圧力となり、これが重錘７を揺動させ、或は
その反力として９８部の転動ローラ８とフライホイール
本体２との接点においてフライホイール本体２に回転力
を与えることはない。

しかし、中立点からずれた位置では、接線の法線方向が
半径方向と角度を持つので、重錘７の変位を復元させ、
又、フライホイール本体２に駆動トルクの変動に抗する
トルクを生ずることになる。

そこで、上述の様な状況で常に重錘７の揺動によってフ
ライホイール本体２に加えられるトルクが駆動トルクの
変動に遅れなく同期して作用する様にするには、重錘７
の変位は時間に対する正弦波であるとして、重錘７に加
わる復元力が重錘７の中立位置からの変位に比例するも
のであれば良く、この条件を満足するＯ−ラ転動部分９
ａ。

＋Ｏａの形状を求めると、第３図に示すものとなった。

第３図に示すカーブのうち、■〜■のカーブはこの様に
して求めたもので、これらは重錘７の揺動振幅の異なる
値（変動トルクと回転数の組合わせによって異なる値）
に対応するものである。

尚、第３図に示したものはローラ転動部分９ａ。

１０ａの形状そのものではなく、ローラ８の中心の軌跡
を示している。従って、ローラ転動部分９ａ、１０ａの
形状はローラ８の径と等しい径の円の中心が、このカー
ブ上を移動した時の円の包絡線で与えられる。

第４図の■〜■のカーブは第３図の■〜■のカーブの曲
率半径をプロットしたものである。

これも、ロー５８の中心軌跡の曲率半径であるからロー
ラ転動部分９ａ、ｌｏａの曲率半径は、これにローラ８
の半径を加えたものになる。

曲率半径は中立点で大きく、そこから遠ざかるに従い小
さくなっている。又、この形状は上に凸で中立点から遠
ざかるに従い勾配が急、即ち、曲率半径の変化率は大き
くなる。

この様な形状にすることにより、大きな揺動振幅におい
てもトルク変動を有効に吸収することが出来るのである
。

この理由を考察すると、軌跡形状が円弧、即ち一定の曲
率半径である場合には、重錘７のフライホイール本体２
に対する変位角（θ、−中、）に対し、復元力は５ｉｎ
（θ、−中１）に比例したものとなる。

従って、変位角が小さい時には復元力は変位にほぼ比例
するが、変位角が大きくなると復元力が不足し、その為
、重錘７の運動に遅れを生じ、トルク変動に同期しなく
なる。

これに対し、前記■〜■のカーブの様に変位が増すと共
に曲率半径を小さくし、その結果、第３図の軌跡形状に
おける勾配が大きくなる様にした為、変位角が大きな領
域での復元力が増し、変位角が小から大までの領域で位
相遅れなく同期した動きが得られるわけである。

次に、ローラ転動部分９ａ、１０ａの他の形状決定手法
について述べる。

前記■〜■のカーブでは、それぞれ特定の振幅にしか対
応出来ない為、本発明者は■のカーブを検討した。

このカーブ■では、中立点からＡ点迄は先に述べた共振
条件（これは変位が小さい場合に有効）に従ったものと
し、Ａ点〜Ｂ点間で曲率半径を次第に小さくする様に変
化させている。

そして、Ｂ点は第３図に示す軌跡形状において接線が回
転中心を通る線、即ち、半径となる点である。

尚、本例では、Ｂ点において曲率半径が０より大となっ
ているが、０としても良い。また、本例では、ＡＮＢ間
の曲率半径は曲率半径と変位角との関係が楕円形となる
ように定めているが、放物線その他の滑らかな形状とし
ても良い。

いずれにしても、中立点から遠ざかるに従い曲率半径が
小で、且つ、曲率半径の変化率が大となり、更に、軌跡
形状が半径と接する点において変位角と曲率半径が適正
な値となる様に定めれば良゛　　い。

以上により、この曲線■に従ったローラ転動部分９ａ、
１０ａの形状とすることで、広い範囲の変位の振幅（こ
れがトルク変動の振幅に対応する）において有効にトル
ク変動を吸収出来ることが判かった。

以上説明してきたように、実施例の定次数形ダイナミ・
ンクダンバにあっては、ローラ転動部分９ａ、　　１０
ａの形状を真円弧ではなく、中立点より離れるに従って
曲率半径が小さく、又、その変化率が中立点から離れる
に従って大きくなるものとした為、重錘７の横方向の移
動量が大きい場合でも駆動トルクのトルク変動に遅れな
く同期して作用し、コンパクトで、低回転時のトルク変
動吸収能力の大きなものを実現することが出来るという
効果が得られる。

ま、た、第３図及び第４図の曲線■に示す様に、小変位
領域においては共振条件に従い、これを越えた変位領域
においては曲線■〜■の円周方向変位に対し妥協的な曲
線とし、この曲線■に従ってローラ転動部分９ａ、ＩＯ
ａの形状を決定した場合には、広い範囲の変位の振幅に
対して有効にトルク変動を吸収出来るという効果が得ら
れる。

以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体的
な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても本
発明に含まれる。

例えば、実施例では、重錘７の横方向の移動量が大きい
場合でも駆動トルクのトルク変動に遅れなく同期して有
効に作用する様に、ローラ転動部分９ａ、ＩＯａの形状
を真円弧ではなく、中立点より離れるに従って曲率半径
が小さく、又、その変化率が中立点から離れるに従って
大きくなる好ましい例を示したか、ローラ転動部分の形
状が中立点より離れるに従って曲率半径が小さくなると
いう条件さえ満たせば、曲率半径の変化率が中立点から
離れるに従って大きくなるという条件を満足しない形状
であっても含まれる。

また、実施例では、ローラが空孔内面を転動する例を示
したが、必ずしも空孔状ではなくても、要するに、ロー
ラが弯曲面に沿って転動する全てのものにおいて該当す
ることは言うまでもない。

また、ローラ自体を重錘とするものでも同様に適応出来
る。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明の定次数形ダイナミッ
クダンパにあっては、回転体と重錘の少なくとも一方に
は転動ローラが内面を接して転動する弯曲部が設けられ
、且つ、該弯曲部のローラ転動部分には、その曲率半径
が中立点より離れるに従って小さくなる部分を含む為、
４気筒程度の内燃機関に適応出来るコンバトなダンパー
でありながら、車体に伝わって乗員に不快感を与える低
速回転時のトルク変動を有効に吸収出来るという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の定次数形ダイナミックダンパを
示す第２図Ａ−Ａ線による断面図、第２図は実施例の定
次数形ダイナミックダンパを示す第１図Ｂ−Ｂ線による
断面図、第３図はローラ転動部分の中心軌跡を示す円周
方向変位に対する半径方向変位の特性線図、第４図はロ
ーラ転動部分の中心軌跡を示す円周方向変位に対する曲
率半径の特性線図、第５図は従来の定次数形ダイナミッ
クダンパを示す図である。 １・・・クランクシャフト出力端 ２・・・フライホイール本体（回転体）３・・・トラン
スミッション入力軸 ４・・・クラッチディスク ５・・・プレッシャプレート ６・・・ダイヤフラムスプリング ７・・−ダイナミックダンパ用重錘（重錘）８・・・転
動ローラ ９．１０・・・空孔（弯曲部） ９ａ、１０ａ・・・ローラ転動部分

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回転体に対し転動ローラを介して１個又は数個の重
   錘を振子状に懸垂させるか、もしくは、転動ローラ自体
   を重錘とした構成の定次数形ダイナミックダンパにおい
   て、 前記回転体と重錘の少なくとも一方には転動ローラが内
   面を接して転動する弯曲部が設けられ、且つ、該弯曲部
   のローラ転動部分には、その曲率半径が中立点より離れ
   るに従って小さくなる部分を含む事を特徴とする定次数
   形ダイナミックダンパ。 ２）前記弯曲部のローラ転動部分には、その曲率半径が
   中立点より離れるに従って小さくなると共に、その曲率
   半径の変化率が中立点より離れるに従って大きくなる部
   分を含む請求項１記載の定次数形ダイナミックダンパ。