JPS62188836A - 二股振子形式の振動吸収装置 - 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、一般的には自動車のクランクシャフトの振動
ダンパーに係り、とりわけ二股振子式のダンパーに係る
。

（従来の技術） 二股振子ダンパーは、特に航空機産業界において、振子
質量ラフランクシャフトの励起周波数に等しい固有周波
数に同ｆＡ（ｔｕｎｉｎｇ）させてエンジンの振動を抑
えるためのものであり、このことは周知でちる。例えば
ピンセント氏（Ｖｉｎｃｅｎｔ）の米国特許第３，９３
２．０６０号、チルトン氏（Ｃｈｉｌｔｏｎ）の米国特
許第２，１８４，７３４号、ニプベ氏（Ｋｎｉｂｂｅ）
の米国特許第２，３０６，９５９号、ボール氏その他の
者（Ｐａｕｌ　ｅｔ　ａｌ）の米国特許第３．５４０，
８０９号、デｆニー氏（Ｄｅｐｅｗ）の米国特許第２．
２７２，１０９号、サラジン氏（Ｓａｒａｚｉｎ）の米
国’ｌ第２．５３１５，９５８号、およびソロモン氏（
Ｓａｌｏｍｏｎ）の英国特許第４（］１．９６２号のす
べてが、二股振子ダンパーを用いてエンジンの好ましく
ないオーダーの振動のバランスを取る、すなわち打ち消
すこと金教えている。これら特許の例では、クランクシ
ャフトはローラを介して振子重りに連結されている。前
記箇々の引用例のローラは円形、サイクロイド、長円形
または外サイクロイドの通路に沿って移動し、振子が一
定した同調作用すなわち等時曲線作用を維持できるよう
にしている。その結果、様々なオーダーのエンジンの振
動のすべてを確実にバランスさせられる。しかしながら
従来技術のほとんどの装置は航空機のエンジンに使われ
るようになっている。航空機のエンジンでは、揺動振幅
の小さい大型の重りを使用して衝撃の振動力を相殺する
ことができるが、そうした重りはスペースに制約のある
自動車二ｙジンには使えない。

注目されている特許にマデン氏（Ｍａｄｄｅｎ）の米国
特許第４，２１８，１８７号がある。この特許は、第４
図に楕円形のトラックを丈イクロイド振子運動を起こす
ローラに使用することを示している。

また振動の伝達率に及ぼす円形と非円形の穴の作用、並
びに上限同調作用（ｏｖｅｒｔ、ｕｎｉｎｇ）と下限同
調作用（ｕｎｄθｒｔｕｎｉｎｇ）の効果についても説
明している。この特許はサイクロイド通路をローラに用
いて、大きな負荷レベルの下でも一定した同調を行なえ
るようにすることを試みている。サイクロイド通路は、
振子重りの揺動振幅の増加に伴って湾曲半径が短くなり
同調作用を一定に保つようになっている。しかしながら
この装置はヘリコプタのロータに使用されるもので、物
理的な大きさに関心は払われていない。しかも振子重り
が所定スペースを外れて揺動しないようにする試みはな
されていない。従って、小さい揺動振幅でも大きな振動
力全作り出せる大型の振子重りを設けないと機構は損傷
してしまう。

米国ヘリコプタ協会の１９６９年５月１４〜１６日付け
の論文３５４号は、ヘリコプタに使われる二股振子ダン
パーの理論とその利点について解説している。しかしな
がらこの例では、ローラは円形の穴内全移動し、励起周
波数の増加に伴って揺動振幅は大きくなる。

本発明は、機械的な限界を越えて振子重りが揺動振動す
るのを防止することにより、装置に機械的な損傷が及ぶ
のを防ぐように構成した二股振子ダンパーに関係してい
る。すなわち本発明は、揺動振幅を振子重りの能力の範
囲内に保つものである。本発明の振子重りは小さい振幅
の揺動角度では普通のものと同じように機能し、振子に
ほぼ等時曲線運動をさせる通路に沿ってローラ全動かし
、エンジンの振動を完全に打ち消すことができる。

ただしローラは揺動振幅の増加に伴って徐々に半径の減
少する通路を引き続き動き、すなわちこの通路に沿って
動き、クランクシャフトの励起周波数に徐々に同調する
ようにしている。これにより、振動衝撃に対する振子の
応答性が徐々に減少することになる。従って高いねじり
振動の励起レベルでは揺動振幅を制限し、振子重りを当
該振子重りの揺動角度の限界内に留めている。

さらに詳しく説明すると、本発明は、非常に小さい揺動
振幅時にはほぼ一定の半径を持ち、これに続いて大きな
揺動角度では半径が徐々に減少する穴で作られていて、
振子を徐々に抑制同調する抑制同調用ランプを提供して
いる。高い励起レベルでは、振子重りは最大揺動振幅か
またはこれに近い値になる。この最大揺動振幅時に振子
重りは上限同調状態になり、その後にクランクシャフト
の振動衝撃が増加しても最小の応答性となる。

従って本発明の主要な目的は、自動車エンジン用の二股
振子ダンパーを提供することにある。このダンパーは、
振子の小さい揺動振幅時にはほぼ一定の（等時曲線的）
同調作用を行ない、これに後続してクランクシャフトの
振動振幅が増加して揺動振幅が大きくなるのに対し、ロ
ーラ通路の湾曲半径が徐々に減少するローラ穴全備え、
大きい励起力に対する振子の応答性を漸進的に低くでき
る。その結果、エンジンの振動レベルが振子の通常の振
動吸収能力を越えてしまう場合にでも振子を継続して機
能させることができる。

本発明のその他の目的、特徴および利点は本発明の以下
の詳細な説明並びに本発明の好ましい実施例を図示した
図面を参考にすることでより明らかになる。

（実施例） 標準的なすなわち二股振子ダンパーは、クランクシャフ
トと振子重りの両者にある円形の穴内金動く円形のロー
ラを備えている。このため振子重りの揺動振幅または振
動角度は、励起力すなわち振動の増加に比例して徐々に
天外くなる。さらに、本明細書の冒頭で指摘したマデン
氏の特許の第６図と第７図並びに本件出願の第１図と第
２図に示すように、振動角度の増加に伴い振子重りの抑
制同調が徐々に生じる。

第１図は、クランクシャフトねじり振動の伝達率と振子
同調の関係を図示したグラフである。伝達率は共振との
関係で衣わされている。振子の固有周波数をクランクシ
ャフトの励起周波数に合わせる共振同調を行なった時点
で、伝達率は最小になる。このことは振子の振動は、励
起振動に対し位相が１８０°逆向きで、振幅がほぼ等し
く、すべてではないが励起振動のほとんどを効果的に打
ち消すねじり振動力を作り出していることを意味してい
る。振子重シが上限同調状態になると、振子の固有周波
数が励起力の固有振動数より高くなり、その結果、振子
は応答を始めて励起振動の衝撃を吸収する。また振子振
動の揺動振幅は、当該振子の能力の範囲内で共振時にお
ける揺動振幅よりも小さい。こうし℃部品相互間で機械
的接触を生じることなく最大揺動感幅に到達するが、振
子のねじり振動力は励起周波数が増加するにつれ励起振
動のすべてではなくその一部だけを打ち消すもので、励
起撮動のレベルが低（ければそれに応じて揺動振幅も小
さい。半径の減少する穴によ択振子重りは励起力に対す
る応答性が低下し、第１図に示すように伝達率が増加し
てい（。

他方、振子重りが上限同調されるようになると、振子重
りは、励起力の周波数よりも低い固有周波数または共振
周波数となり、振子振動の位相が変化する。振子のねじ
り振動力は励起振動を打ち消さなくなり、当該励起振動
に加わって、第１図に見られる伝達率よりも高い伝達率
となる。

第２図の曲線Ａは、振動振幅が増加するのに伴って標準
的な円形穴の二股振子が徐々に下限同調されるようにな
り、いかに第１図に示した伝達率より大きな伝達率領域
に急速に到達するかを図示している。こうした小さい振
幅の下での好ましくない高い伝達率領域から外れるよう
にするために、一般的に標準的な二股振子は、第２図の
修正曲線Ａ′の地点でバイアスされ僅かに上限同調され
、また振子を大きい振動振幅で動作させないように注意
が払われている。これらのことは航空機のエンジンでは
簡単に達成されている。小さし・揺動角度で動く大型の
振子重りを使用することができ、またスペースの問題は
概して重要な検討課題ではないからである。

先に述べたーマデン氏の装置は、サイクロイド状の輪郭
を持つ穴を設けることにより円形穴を持つ二股振子の好
ましくない特性を補償し、第２図の直線に近い曲線Ｂで
示すように、振子重りが高い応答揺動振幅に達するまで
一定した同調状態全維持している。大きな揺動振幅の時
期に振子重りは僅かに上限同調状態になり、７２７氏の
特許の第６図と第７図に図示されているように、クラン
クシャフトの励起周波数より高くなるようにしている。

しかしながらマデン氏の装置では、上限同調量が今だ不
充分である。

前述したニブベ氏の装置もマデン氏の装置に類似した動
作をする。ただしこのニプペ氏の例では半径の減少する
楕円形の穴が設げられ、縦軸と重なる線Ｃで示すように
、常に揺動振幅から独立して振子型シの同調状態を一定
に保っている。

第６図は、例えばニデベ氏やマデン氏のような航空機用
装置ｉｉを自動車の用途に使用した場合の問題点を図示
している。航空機と自動車の両エンジンにおける通常の
エンジン速度の操作領域並びに振動レベルを、振子ダン
パーを使用した場合と使用しなかった場合に分けて図示
している。エンジンのねじり振動レベルは、曲線りで示
すように、エンジンがスロットルを大きくあけた状態で
低速を強いられると急激に高まる。振子の揺動振幅の機
械的な限界は点２で示されている。従って自動車エンジ
ンの場合、低速を強いられた時期には振動全吸収する振
子の能力を越えてしまう。これに対し航空機のエンジン
では自動車のエンジンのように低速を強いられることが
ない。例えばヘリコプタではスロットルの開放がプロペ
ラ速度金早めることになるからである。しかしながら、
例えば二デベ氏やマデン氏の方法で同調される振子を備
えた航空機エンジンが自動車の例と同じように低エンジ
ン速度を強いられた場合、ねじり振動により振子の機械
的限界を越える大きな揺動振幅または振動角度が生じる
。すなわちローラまたは振子がこうした部材の動くスペ
ースの端部で金属同志の衝突を起こすことから、振動が
振子の打ち消し能力のレベルを越えてしまい、振子が損
傷する。

本明細書に記載した本発明の抑制同調用ランプは、振子
の振動振幅が当該振子の機械的な限界に近づくにつれて
振子を抑制同調し、ランプは振子の振動振幅の増加に伴
い伝達率の高まる（第１図参照）上限同調状態を作り出
している。明らかな如く、抑制同調用ランプにより振子
はねじり撮動の増加と共に振動全体の一部を吸収し、振
子の能力より大きな振動レベルの下で振子の持つ能力の
限界付近でこの振子を機能させることができる。

これに対し従来技術の装置では、振子の移動量の機械的
な限界まで一定した同調を行なうことにより、最大の振
子効率を得ることを試みている。

円形の穴を備えた標準的な二股振子ダンパーの同調作用
は、振幅の増加に伴って低下する。先に述べたマデン氏
とニプベ氏の例では、ローラをサイクロイド運動（マデ
ン氏）または楕円運動にデベ氏）させ、振子の振幅に関
係なく共振振動（等時曲線運動）を維持している。これ
ら両氏のローラの通路は湾曲半径が減少し、非直線的な
振幅回復力を補償するようにしている。しかしながらこ
れら両氏の技術は、過度の励起力による揺動振幅を制限
することをしていない。

本発明は、第４図に概略的に図示されているように、ク
ランクシャフトの半径方向延長部と振子重りの両者に実
線で示す非円形の重なシ合った穴１０．１２を形成して
いる。これらクランクシャフトの延長部と振子重りは、
両者の間に入れられる一定の直径ローラ１８を介し互い
に連結されている。穴１０．１２に重ねて標準的な円形
の穴２０、　２２ｔｌ一点線で示し、湾曲半径の変化を
図示している。

この特殊ケースでは一例として、静止位置２４を基準と
して穴１０．１２の輪郭の両側に１５゜程度にわたり等
時曲線運動を生み出す構成が施されている。しかしなが
ら１５°を越えると等時曲線形を外れ、穴１０と１２の
半径は徐々に減少されている。このため当初の±１５°
の揺動振幅にわたシ振子重りをクランクシャフト力の固
有周波数に同調させ、エンジンの振動を最大限打ち消す
効果が得られる。その後、振子の振動は徐々に上限同調
されていく。振子が±１５°を越えて振られる力を受け
ると、揺動角度の増加と共に減少する揺動有効半径が機
能し始める。このため振子の共振すなわち固有周波数が
大きくなる。これによシ励起トルクの周波数を抑制同調
し、従って、励起力が増加しても振子の揺動振幅の拡大
を最小限に止めている。事実上この方法は、外からの物
理的な手段を用いておらず自然に振ｖＡを抑制している
。このことを第２図の曲線Ｅが明らかに図示している。

図中では、振子の限界に近い大きな揺動振幅まで共振同
調が維持されている。この限界の地点で、振子の上限同
調作用が曲線を急速に平坦にし、揺動振幅がさらに大き
くなるのを防いでいる。振子は振動を吸収する自己の機
械的能力の限界まで達している。振子が吸収する振動量
はクランクシャフトの振動が増加している間も変わらず
、全体の励起力の吸収割合が減少していく。このように
して振子重９は、抑制同調用ランプを使わないで通常耐
えられるレベルより高いレベルのクランクシャフトの励
起力に対し、はぼ能力の範囲内で働けることになる。こ
のこと金＠６図の低い曲線Ｆが表わしている。この曲線
Ｆは、曲線りの地点４の自動車運転速度範囲の下限にて
、同調された振子重りが当該振子の吸収能力の僅かな部
分であることを示している。

もちろんのこと本発明の範囲から逸脱することなく、１
５°よりも大きいか小さい角度を初期の等時曲線運動に
用いることもできる。

第５図は側面図を示し、また第６図と第７図は第４図に
図示した原理を自動車エンジンのクランクシャフトに実
際に適用した場合の断面図を示している。４０は、エン
ジンのクランク７ヤフト４２を跨ぐようになった、２つ
の部品からなるＵ字形のクラムシェルに似た振子キャリ
ア部材である。クランクシャフトのこの部分は板材４６
を備えている。板材４６の上部は、キャリアに溶接され
たナツト４８に取り付ゆられている。キャップねじ５０
はナツトを引き寄せてクランクシャフトを締め付け、ま
た第２の組のキャップねじ５２はクランクシャツトラ横
切ってキャリアを取り付けている。

この場合のキャリア組立体は、５つの同一の二股振子５
４を使用して、エンジンの第２のオーダーのねじり振動
をバランスさせるように構成されている。キャリアと振
子は、向かい合った湾曲トランク５８．６０上を移動す
ることのできる対のローラ５６で互いに放射方向に連結
されている。

トラックは、第４図で図示したようにトラック１０およ
び１２で構成された、重なり合った穴の湾曲部分でおる
。すなわち、穴の輪郭はローラの揺動振幅の初めの！１
５°程は等時曲線状の振子運動を起こすような適切な形
状からできている。

穴の輪郭またはローラのトラックは、その後に、揺動振
幅が±１５°の揺動角度を越えて増加していくにつれ、
湾曲半径を徐々に小さくしていき、先に説明した方法で
振子を徐々に抑制同調させてクランクシャフトとキャリ
ア４０の励起周波数に少しずつ合わせていく。

機械的な構造に関連して、各々の振子５４は、一方のナ
ツト４８およびクランクシャフト４２と、他方のほぞ形
をした一対のローラトラック挿入体６２との間にちるキ
ャリアの空所内で、ロー２５８を間に挾んで遊動的に取
り付けられている。

前記挿入体により、第７図に詳しく示すようにキャリア
の２つのシート金属部品を互いに合わせれば簡単にキャ
リアを組み立てられる。ローラ５６は端部に薄いフラン
ジ６４を備え、振子がキャリア組立体の内をに接触する
のを防いでいる。また一対のエジストマバンパー６６が
箇々の振子のベースに設けられ、振子の重力が遠心力よ
り大きい場合、エンジンのクランク回転繰゛作と始動操
作に際し部品同志で金属と金属が激しく接触して損傷す
るのを防いでいる。さらにこれらエジストマバンパーは
こうした時期に生じる騒音を少なくしている。

前述したことから、本発明は、揺動振幅角度が大きくな
るにつれ徐々に振子を抑制同調し、振子の振れが大きく
なって振子を損傷させたり動かなくしでしまうことのな
い二股振子振動組立体を提供していることが明らかであ
る。

好ましい実施例に基づいて本発明を図示説明してきたが
、本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更並びに
修正を施せることは当業者には明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は、従来技術並びに本発明
の二股振子装置の特性を図示したグラフである。 第４図は、本発明と従来技術の理論および構造を図解し
て比較している。 第５図は、クランクシャフトに取り付けられた振子キャ
リアを当該クランクシャフトの一万の側部から見た側面
図である。 第６図および第７図は、それぞれ第５図と第６図の矢印
Ｖｌ−Ｖｌと■−■で示した面に沿って見た断面図であ
る。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）クランクシャフトと当該クランクシャフトから半
   径方向に突き出し且つこのクランクシャフトと共に回転
   することのできる重りとを備えた、自動車形式の内燃エ
   ンジン用の二股振子形式の振動吸収装置にして、前記重
   りは、内部に周辺に沿つて間隔をあけて形成された一対
   の穴と、当該穴内に自由回転可能に収容された一対のロ
   ーラと、一対の振子重りとを備え、クランクシャフトの
   重りに対し半径方向に整合されしかもこのクランクシャ
   フトの重りから間隔をあけられ、また振子重りの一対の
   穴によりクランクシャフトの重りに支持されており、前
   記振子重りの一対の穴は、同じように内部にローラを収
   容するクランクシャフトの重りの穴に見合う輪郭および
   円周方向の間隔からなり、前記振子重りは、クランクシ
   ャフトの予め定められたねじり振動の衝撃に応答して円
   弧状に揺動し、穴の輪郭に沿つてピンのころがり運動を
   行なうことができ、前記穴の半径は、振子の小さい振幅
   の揺動運動時に振子の固有周波数をクランクシャフトの
   励起周波数に一致させる同調を行ない、小さい振幅のね
   じり振動の衝撃を吸収するもので、さらに、徐々に大き
   くなる振子重りの揺動振幅の下で働いて振子振動を徐々
   に上限同調させることのできる手段を備え、結果的に、
   振子重りの反動応答を減少して、振子の最大揺動振幅を
   徐徐に制限するようになつている二股振子形式の振動吸
   収装置。
2. （２）クランクシャフトと当該クランクシャフトから半
   径方向に突き出し且つこのクランクシャフトと共に回転
   することのできる重りとを備えた、自動車形式の内燃エ
   ンジン用の二股振子形式の振動吸収装置にして、前記重
   りは、内部に周辺に沿つて間隔をあけて形成された一対
   の穴と、当該穴内に自由回転可能に収容された一対のロ
   ーラと、一対の振子重りとを備え、クランクシャフトの
   重りに対し半径方向に整合されしかもこのクランクシャ
   フトの重りから間隔をあけられ、また振子重りの一対の
   穴によりクランクシャフトの重りに支持されており、前
   記振子重りの一対の穴は、同じように内部にローラを収
   容するクランクシャフトの重りの穴に見合う輪郭および
   円周方向の間隔からなり、前記振子重りは、クランクシ
   ャフトの予め定められたねじり振動の衝撃に応答して円
   弧状に揺動し、穴の輪郭に沿つてピンのころがり運動を
   行なうことができ、前記穴の半径は、振子の小さい振幅
   の揺動運動時に振子の固有周波数をクランクシャフトの
   励起周波数に一致させる同調を行ない、低い周波数のね
   じり振動の衝撃を吸収するもので、穴の半径は、振子重
   りの揺動振幅が徐々に大きくなる時期に徐々に減少して
   振子の振動を徐徐に上限同調させ、結果的に、励起力に
   対する振子重りの反動応答を減少して、振子の最大揺動
   振幅を徐々に制限するようになつている二股振子形式の
   振動吸収装置。
3. （３）振子重りの小さい振幅の振動時における前記穴の
   半径は、ローラの軸線とそして振子の重心がほぼ外サイ
   クロイド通路に沿つて移動するように設定されている特
   許請求の範囲第１項または第２項に記載の振動吸収装置
   。
4. （４）前記小さい振幅が、初期の零振幅の位置からほぼ
   １５°までの範囲内にある特許請求の範囲第１項または
   第２項に記載の振動吸収装置。
5. （５）減少する半径が、大きい振幅または励起力の時期
   に振子重りが励起ねじり振動に対し徐々に応答しなくな
   るようにする抑制同調用ランプを構成している特許請求
   の範囲第１項または第２項に記載の振動吸収装置。
6. （６）振子重りの大きい揺動振幅時における穴の半径は
   徐々に短くなり、小さい振幅時にローラの軸線により描
   かれる曲線が等時曲線である特許請求の範囲第１項また
   は第２項に記載の振動吸収装置。