JPWO2017022808A1 - ビスカスダンパ - Google Patents

Abstract

ビスカスダンパ１０は、回転軸に装着されるハブプレート１１を有し、ハブプレート１１には円筒部１２が軸方向に突出して設けられ、フランジ１４が円筒部から径方向外方に突出している。フランジ１４の外側に配置される慣性質量体２０は、第１の環状慣性部材２１と第２の環状慣性部材２２を備え、慣性質量体２０とフランジとの間にはジャーナルベアリング２８が配置される。第１の環状慣性部材２１の内周部には、減衰液をシールする第１の摺動シール４１が設けられ、第２の環状慣性部材２２の内周部には、減衰液Ｌをシールする第２の摺動シール４２が設けられる。

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。回転軸は、燃料の燃焼に起因して捩り振動つまり回転脈動が発生する。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ケース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おり、慣性マスとしての慣性リングが収納されるケース内には、シリコーンオイルが減衰液として封入される。特許文献１に記載されるような内マス型は、慣性マスがケース内に収納されるので、捩り振動を吸収する対象に合わせて、慣性マスの大きさや形状を容易に変更することができない。さらに、慣性マスをケースで覆う必要があるため、ハブ側部材を含む被防振系の質量が大きくなり、慣性マスとの質量比を大きくすることができない。

特許文献２〜６には、それぞれ外マス型のビスカスダンパが記載されている。特許文献２に記載されるビスカスダンパは、プレート状のハブ側部材の外周部の両側に慣性マスとしての振動リングを装着し、それぞれの振動リングのハブ側部材との間に環状ゴムが挟み込まれている。一方、特許文献３〜６に記載されるビスカスダンパは、ハブ側部材の外周部に円筒部が設けられ、円筒部には径方向外方に伸びてフランジが設けられており、フランジの外側に環状の慣性質量体が装着される。フランジと慣性質量体との間の空間内に封入される減衰液をシールするために、特許文献３に記載されるビスカスダンパにおいては、慣性質量体の内周面と円筒部との間に弾性バンドが圧入され、特許文献４に記載されるビスカスダンパにおいてはＯリングが圧入される。さらに、特許文献５および特許文献６に記載されるビスカスダンパにおいては、フランジと円筒部との角部に弾性部材が圧入される。

実開平４−７５２５９号公報 実公平３−２０３３号公報 特公昭４２−１２８７２号公報 特公昭３９−１４８８５号公報 実開昭５１−１１０１９０号公報 特公昭４４−２９４９４号公報

上述のように、外マス型のビスカスダンパにおいては、振動により作動する慣性マスがハブ側部材の外周部の外側に装着されるので、慣性マスとハブ側部材との間から減衰液の漏れを防止するために、慣性マスとハブ側部材との間に装着されるシール用の弾性部材を加圧状態となるように組み立てる必要がある。しかしながら、漏れを防止するために慣性マスとハブ側部材に装着されるシール用の弾性部材の緊迫力が高いと、ハブ側部材に対して慣性マスが大きく変位することができず、ハブ側部材と慣性マス間に封入された減衰液に大きな剪断力を付与できないため、減衰液の剪断抵抗による大きな振動減衰が期待できない。また、シール用の弾性部材の加圧力が高い場合には、シール用の弾性部材の圧入抵抗が大きくなり、組み立てが難しい。そこで、シール用の弾性部材の緊迫力を弱めて滑りを許容すると、弾性部材による慣性マスの保持力が弱くなるため、振動時に慣性マスが暴れて、シール用弾性部材の局所的な摩耗や振動減衰性の低下が生じる可能性がある。

本発明の目的は、振動減衰性が高いビスカスダンパを提供することにある。さらに、組み立てが容易で、長期にわたって使用しても、摺動シールの脱落や摩耗が生じ難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、円筒部が軸方向に突出して外周部に設けられたプレート基部と前記円筒部から径方向外方に突出するフランジとを備え回転軸に装着されるハブプレートと、前記フランジの一方面に対向する第１の対向面が設けられた第１の環状慣性部材、および前記フランジの他方面に対向する第２の対向面が設けられた第２の環状慣性部材を備え、前記フランジの外側に空間を介して配置される慣性質量体と、前記慣性質量体に設けられた支持面と前記フランジの外周面との間に配置されるジャーナルベアリングと、前記第１の環状慣性部材の内周部に設けられ、前記第１の環状慣性部材と前記円筒部との間で前記空間内に充填された減衰液をシールする第１の摺動シールと、前記第２の環状慣性部材の内周部に設けられ、前記第２の環状慣性部材と前記円筒部との間で前記空間内に充填された減衰液をシールする第２の摺動シールと、を有する。

本発明のビスカスダンパによれば、それぞれの摺動シールが、ハブプレートに対する慣性質量体の大きな差動を許容して大きな防振性を実現するとともに、慣性質量体には、ハブプレートの回転方向以外のブレが生じず、また、摺動シールには、慣性質量体から径方向の負荷が加わらないので、摺動シールの摩耗が抑制される。よって、ビスカスダンパの振動防振性を維持したまま、耐久性を向上させることができる。

一実施の形態であるビスカスダンパの断面図である。 図１の右側面図である。 図１の要部を示す拡大断面図である。 他の実施の形態であるビスカスダンパの要部を示す断面図である。 他の実施の形態であるビスカスダンパの要部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。図１および図２に示されるビスカスダンパ１０は円板形状のハブ側部材、すなわちハブプレート１１を有する。ハブプレート１１は、自動車、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図示しない回転軸に装着される。ハブプレート１１は、円筒部１２が外周部に一体に設けられたプレート基部１３を有し、円筒部１２はプレート基部１３の両面から軸方向に突出している。円筒部１２の軸方向の中央部には、フランジ１４が径方向外方に突出しており、フランジ１４は円筒部１２と一体となっている。

ハブプレート１１には、回転軸が挿入される貫通孔１５と、図示しないボルトが挿入される複数の取付孔１６とが設けられており、ハブプレート１１は回転軸にボルトによって取り付けられる。

フランジ１４の外側には慣性マスつまり慣性質量体２０が配置され、ビスカスダンパ１０は慣性マスがフランジ１４の外側に装着される外マス型である。慣性質量体２０は、第１の環状慣性部材２１と、第２の環状慣性部材２２とを備えており、両方の部材を組み合わせることにより組み立てられる。図３に示されるように、第１の環状慣性部材２１には、フランジ１４の一方面に対向する第１の対向面２３が設けられ、環状慣性部材２１の外周部から軸方向に嵌合部２４が突出している。第２の環状慣性部材２２には、フランジ１４の他方面に対向する第２の対向面２５が設けられ、第１の環状慣性部材２２の嵌合部２４内に圧入嵌合される。

両方の対向面２３，２５の間の間隔は、フランジ１４の厚みよりも大きく設定されており、フランジ１４と対向面２３，２５の間には空間２６が形成され、空間２６内にはシリコーンオイルが減衰液Ｌとして封入される。フランジ１４と慣性質量体２０との間の空間２６は、狭い隙間となっており、回転軸の捩り振動によりフランジ１４とそれぞれの対向面２３，２５との間に差動が生じ、この差動により、減衰液Ｌは剪断力を受け、減衰液の剪断抵抗により捩り振動が吸収され消散される。

環状慣性部材２１の嵌合部２４の内周面のうち、両方の対向面２３，２５の間は、支持面２７となっており、この支持面２７とフランジ１４の外周面との間にはジャーナルベアリング２８が配置される。したがって、慣性質量体２０からハブプレート１１に径方向に加わる負荷は、ジャーナルベアリング２８を介してハブプレート１１により支持され、慣性質量体２０は回転軸に同軸状に保持される。これにより、慣性質量体２０がハブプレート１１すなわち回転軸に対して偏心することが防止される。

フランジ１４と第１の対向面２３との間には第１のスラストベアリング３１が設けられ、フランジ１４と第２の対向面２５の間には第２のスラストベアリング３２が設けられる。スラストベアリング３１は、環状慣性部材２１の対向面２３に環状に設けられた収容溝３３ａ内に組み込まれる。スラストベアリング３２は、フランジ１４に環状に設けられた収容溝３３ｂ内に組み込まれる。これにより、慣性質量体２０に傾斜させる方向の外力が加わっても、両方のスラストベアリング３１，３２を介してハブプレート１１に慣性質量体２０が支持されて、慣性質量体２０は回転軸の軸方向位置が保持される。

ジャーナルベアリング２８によりハブプレート１１に径方向に加わる負荷を支持し、ジスラストベアリグ３１，３２によりハブプレート１１を傾斜させる方向の負荷を支持するようにしたので、ハブプレート１１に加わる負荷は、別々のベアリングにより支持される。これにより、ジャーナルベアリング２８に加わる負荷がスラストベアリング３１，３２に影響を与えることがなく、同様に、スラストベアリング３１，３２に加わる負荷がジャーナルベアリング２８に影響を与えることなく、それぞれのベアリングの耐久性を向上させることができる。なお、スラストベアリング３２が組み込まれる収容溝３３ｂを環状慣性部材２２の対向面２５に設けるようにしても良い。また、両方のスラストベアリング３１，３２を、フランジ１４の外周部にジャーナルベアリング２８に接近させて設けるようにしても良い。また、スラストベアリング３２を環状とせず、周方向に複数分割して配置することとしても良い。

なお、一般的なエンジンに装着されるビスカスダンパは、立てた状態（回転軸が水平）で使用され、さらに、熱時膨張を考慮して、減衰液Ｌの充填率が９０％程度で使用される場合が多いため、環状のスラストベアリング３１，３２を採用することで、エンジン停止時においても、減衰液Ｌが下方に流れづらいため、一部の減衰液Ｌがジャーナルベアリング２８の周囲に留まり易く、ジャーナルベアリング２８の摩耗を防止できる。

このビスカスダンパ１０は、回転軸に装着されて他の回転軸、例えば、オルタネータなどに回転動力を伝達するためのプーリとしても使用することができる。そのような用途に使用されるビスカスダンパ１０においては、環状慣性部材２１の外周部にプーリ溝が設けられ、プーリ溝にはプーリベルトが掛け渡される。ビスカスダンパ１０にプーリベルトが掛け渡されると、慣性質量体２０には径方向の負荷が加えられるが、フランジ１４と慣性質量体２０との間には、ジャーナルベアリング２８が配置されるので、慣性質量体２０に加えられる負荷は、ハブプレート１１により受けることができる。

環状慣性部材２１の内周部には支持孔３４が設けられ、支持孔３４は対向面２３の径方向内方端に開口してこの内方端から軸方向に伸びている。環状慣性部材２１の外面側の内周部には、第１の脱落防止壁３５が径方向内方に突出しており、この脱落防止壁３５の内面は支持孔３４の底面となっている。同様に、環状慣性部材２２の内周部には、支持孔３４とほぼ同一内径の支持孔３６が設けられ、支持孔３６は対向面２５の径方向内方端に開口してこの内方端から軸方向に伸びている。環状慣性部材２２の外面側の内周部には、第２の脱落防止壁３７が径方向内方に突出しており、この脱落防止壁３７の内面は支持孔３６の底面となっている。

支持孔３４と脱落防止壁３５とにより区画される環状の収納溝３８は、フランジ１４と円筒部１２に向けて開口しており、収納溝３８には第１の摺動シール４１が装着される。この摺動シール４１により、空間２６内に充填された減衰液Ｌは、環状慣性部材２１と円筒部１２との間でシールされる。同様に、支持孔３６と脱落防止壁３７とにより区画される環状の収納溝３９は、フランジ１４と円筒部１２に向けて開口しており、収納溝３９には第２の摺動シール４２が装着される。この摺動シール４２により、空間２６内に充填された減衰液Ｌは、環状慣性部材２２と円筒部１２との間でシールされる。

摺動シール４１は本体部４３を有しており、本体部４３は、軸方向に伸びて支持孔３４に嵌合される軸方向部４３ａと、環状部から径方向に伸びて脱落防止壁３５に突き当てられる径方向部４３ｂとを備えている。径方向部４３ｂが脱落防止壁３５に突き当てられることにより、摺動シール４１は、軸方向に移動しないように収納溝３８内に保持される。摺動シール４１の本体部４３にはリップ部４４が一体に設けられている。リップ部４４は、径方向部４３ｂの径方向内方端部から円筒部１２に向けて径方向内方に傾斜しており、リップ部４４の先端部は円筒部１２の一端部外周面に摺動接触する。摺動シール４２は、摺動シール４１と同様の構造であり、本体部４３とリップ部４４とを有し、リップ部４４は円筒部１２の他端部外周面に摺動接触する。

それぞれの摺動シール４１，４２のリップ部４４には、ばね部材としての引張コイルスプリング４５が装着され、引張コイルスプリング４５によりリップ部４４には円筒部１２に向かう方向のばね力が付勢される。引張コイルスプリング４５は、リップ部４４と軸方向部４３ａとの間のスペースからリップ部４４に装着される。リップ部４４と軸方向部４３ａとの間のスペース、リップ部４４と円筒部１２の外周部との摺動接触部にも減衰液Ｌが接触可能となっている。この摺動接触部に減衰液Ｌが接触することで、振動時の摺動接触部の発熱を抑え、摩耗を抑制することができるのである。

円筒部１２の一端部外周面は、軸方向に伸びて摺動シール４１のリップ部４４が接触する第１の接触面４６と、この接触面４６から円筒部１２の一端面に向けて径方向内方に傾斜した第１のテーパ面４７とを有している。同様に、円筒部１２の他端部外周面は、軸方向に伸びて摺動シール４２のリップ部４４が接触する第２の接触面４８と、この接触面４８から円筒部１２の他端面に向けて径方向内方に傾斜した第２のテーパ面４９とを有している。

慣性質量体２０からハブプレート１１に径方向に加わる負荷は、ジャーナルベアリング２８を介してハブプレート１１により支持されるので、摺動シール４１，４２には慣性質量体２０から径方向に負荷が加わることがなく、慣性質量体２０の偏心発生が抑制される。これにより、摺動シール４１，４２が径方向荷重を保持する必要が無いため、リップ部４４には、減衰液Ｌの漏れ防止、摺動接触部の摩耗抑制に対して、適切な緊迫力を付与することができる。さらに、リップ部４４は、回転方向以外のズレを考慮する必要が無いので、ビスカスダンパ１０の耐久性を向上することができる。

上述のように、円筒部１２の軸方向両端部にはテーパ面４７，４９が設けられているので、ビスカスダンパ１０を容易に組み立てることができる。つまり、ビスカスダンパ１０を組み立てるには、摺動シール４１が収納溝３８に挿入された環状慣性部材２１をフランジ１４の外側に組み付ける。このときには、摺動シール４１のリップ部４４がテーパ面４７にまず接触し、環状慣性部材２１をハブプレート１１に接近させると、リップ部４４はテーパ面４７に案内されて径方向外方に弾性変形し、接触面４６に接触する位置となる。これにより、環状慣性部材２１を容易にハブプレート１１に組み付けることができる。

次いで、摺動シール４２が収納溝３９に挿入された環状慣性部材２２を嵌合部２４に嵌合させる。このときには、摺動シール４２のリップ部４４がテーパ面４９に接触し、環状慣性部材２２がハブプレート１１に接近すると、リップ部４４はテーパ面４９に案内されて径方向外方に弾性変形し、接触面４８に接触する位置となる。このように、テーパ面４７，４９を円筒部１２に設けると、ビスカスダンパ１０を容易に組み立てることができ、組立作業性を向上させることができる。

摺動シール４１は脱落防止壁３５に突き当てられ、摺動シール部４２は脱落防止壁３７に突き当てられるので、ビスカスダンパ１０を組み立てるときに、それぞれの摺動シール４１，４２がずれることなく、容易にビスカスダンパ１０を組み立てることができる。

それぞれのリップ部４４は、軸方向に伸びる接触面４６，４８に摺動接触する形態となっているが、円筒部１２の外周面全体をテーパ面４７，４９として、リップ部４４をそれぞれテーパ面４７，４９に摺動接触させるようにしても良い。

図４および図５は、それぞれ他の実施の形態であるビスカスダンパの要部を示す断面図である。図４および図５においては、図３に示された部材と共通性を有する部材には、図３と同様の符号が付されており、重複した説明は省略される。

図４に示されるビスカスダンパ１０においては、フランジ１４の外周部に軸方向に伸びてフランジ１４の両面から突出する外周円筒部５１が設けられている。このように、外周円筒部５１をフランジ１４に設けると、ジャーナルベアリング２８の軸方向の長さ寸法を、図３に示したジャーナルベアリング２８よりも長くすることができる。長い寸法のジャーナルベアリング２８をフランジ１４と支持面２７との間に装着することができると、ジャーナルベアリング２８によるハブプレート１１を支持するための有効面積を増加させることができる。これにより、慣性質量体２０のハブプレート１１に対する傾斜をより確実に防止することができる。さらに、空間２６を形成する対向面２３，２５等の剪断面積を増加させることができるので、減衰液Ｌの剪断抵抗を高めて、回転軸の捩り振動の吸収特性をたかめることができる。他の構造は、図３に示されたビスカスダンパ１０と同様である。

図４に示されるように、フランジ１４の外周部に外周円筒部５１を設けた形態においては、外周円筒部５１の両側面と環状慣性部材２１，２２との間にスラストベアリングを装着するようにしても良い。

図５に示されるビスカスダンパ１０においては、フランジ１４の両面から軸方向に突出する環状突起部５２がフランジ１４の径方向中間部に設けられている。環状突起部５２とそれぞれの環状慣性部材２１，２２との間には空間２６が形成されている。したがって、図５に示されるビスカスダンパ１０においても、図３に示されるものよりも、空間２６を形成する対向面２３，２５等の剪断面積を増加させることができる。他の構造は、図３に示されたビスカスダンパ１０と同様である。また、図５に示されるように、環状突起部５２を設けた形態においても、環状突起部５２と環状慣性部材２１，２２との間にスラストベアリングを装着するようにしても良い。ここにおいて、減衰液Ｌを１００％充填しない場合でも、環状突起部５２の存在により、減衰液Ｌが環状突起部５２よりも内径側に残存しやすいため、摺動シール４１，４２のリップ部４４と円筒部１２との摺動接触部に減衰液Ｌを保持しやすいため、減衰液Ｌが潤滑油として働き、リップ部４４の発熱及び摩耗を抑制することができる。

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。例えば、減衰液Ｌとして、シリコーンオイルを使用するほか、要求される減衰性が小さくて良い場合には、エチレングリコール水溶液などを使用することもできる。また、上記実施の形態においては、環状慣性部材２１，２２の組み立てには、嵌合を用いたが、通常知られる方法、例えば、接着や、ボルト締結等で代替することもできる。また、ハブプレート１１において、プレート基部１３の円盤状部を廃して、円筒部１２の内径側に、直接回転軸を嵌合固定することもできる。また、上記実施の形態においては、引張コイルスプリング４５を用いたが、引張コイルスプリング４５を使用しなくともよい。その場合、リップ部４４の摺動接触部の内径を円筒部１２の接触面４８よりもわずかに小径に形成しておき、テーパ面４７，４９により、拡径しつつ組み付けることで、容易に組み立てることができる。

この発明のビスカスダンパは、内燃機関のクランクシャフト等の回転軸の捩り振動を吸収するために適用される。

Claims (6)

1. 円筒部が軸方向に突出して外周部に設けられたプレート基部と前記円筒部から径方向外方に突出するフランジとを備え回転軸に装着されるハブプレートと、
   前記フランジの一方面に対向する第１の対向面が設けられた第１の環状慣性部材、および前記フランジの他方面に対向する第２の対向面が設けられた第２の環状慣性部材を備え、前記フランジの外側に空間を介して配置される慣性質量体と、
   前記慣性質量体に設けられた支持面と前記フランジの外周面との間に配置されるジャーナルベアリングと、
   前記第１の環状慣性部材の内周部に設けられ、前記第１の環状慣性部材と前記円筒部との間で前記空間内に充填された減衰液をシールする第１の摺動シールと、
   前記第２の環状慣性部材の内周部に設けられ、前記第２の環状慣性部材と前記円筒部との間で前記空間内に充填された減衰液をシールする第２の摺動シールと、
   を有するビスカスダンパ。
2. 請求項１記載のビスカスダンパにおいて、前記第１の摺動シールと前記第２の摺動シールは、それぞれ前記慣性質量体に装着される本体部と、前記本体部に一体に設けられ前記円筒部に接触するリップ部とを有する、ビスカスダンパ。
3. 請求項１または２記載のビスカスダンパにおいて、前記円筒部の一端部外周面は、軸方向に伸びて前記第１の摺動シールが接触する第１の接触面と、前記第１の接触面から前記円筒部の一端面に向けて径方向内方に傾斜した第１のテーパ面とを有し、前記円筒部の他端部外周面は、軸方向に伸びて前記第２の摺動シールが接触する第２の接触面と、前記第２の接触面から前記円筒部の他端面に向けて径方向内方に傾斜した第２のテーパ面とを有する、ビスカスダンパ。
4. 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、前記第１の環状慣性部材の内周部に径方向内方に突出して前記第１の摺動シールを保持する第１の脱落防止壁を設け、前記第２の環状慣性部材の内周部に径方向内方に突出して前記第２の摺動シールを保持する第２の脱落防止壁を設けた、ビスカスダンパ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のビスカスダンパにおいて、前記フランジの外周部に軸方向に伸びて前記フランジの両面から突出して前記ジャーナルベアリングに支持される外周円筒部を設けた、ビスカスダンパ。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のビスカスダンパにおいて、前記フランジの径方向中間部に、前記フランジから軸方向に突出する環状突起部を設けた、ビスカスダンパ。

Images