JP2014055599A

JP2014055599A - トルク変動吸収ダンパ

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Publication number: JP2014055599A
Application number: JP2012199178A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Sekine; 政勝関根
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: JP5989470B2

Abstract

【課題】回転変動を吸収しながらトルクを伝達するトルク変動吸収ダンパにおいて、ベルトスリップの発生を有効に防止する。
【解決手段】回転軸に取り付けられてこの回転軸と一体的に回転するハブ側回転体１と、その外周側に同心的に配置されると共にハブ側回転体１と円周方向相対変位可能なプーリ２と、ハブ側回転体１の外周面及びプーリ２側の内周面のうちいずれか一方に設けられ山部３ａと谷部３ｂが円周方向交互に形成された波状スリーブ３と、ハブ側回転体１の外周面及びプーリ２側の内周面のうちいずれか他方に前記山部３ａと同ピッチで設けられた円周方向ストッパ４ａと、波状スリーブ３における各谷部３ｂとハブ側回転体１の外周面及びプーリ２側の内周面のうちいずれか他方との間に介在された転動体５と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車エンジンのクランクシャフト等、回転軸に取り付けられるトルク変動吸収ダンパに関する。

自動車エンジンのクランクシャフトの端部に取り付けられるプーリには、エンジンの駆動に伴ってクランクシャフトに生じるトルク変動による不具合の発生を防止する機能を備えており、すなわちトルク変動吸収ダンパが構成されている。

従来、この種のトルク変動吸収ダンパは、クランクシャフトと共に回転するハブと、このハブの外周に配置されてベルトが巻き掛けられるプーリと、前記ハブとプーリとを連結するゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなる環状の弾性体とにより構成されている。

すなわち従来のトルク変動吸収ダンパは、クランクシャフトからハブへ入力された駆動トルクを、弾性体の円周方向剪断変形作用によって反復的な回転変動（伝達トルクの変動）を吸収しながらプーリへ伝達するものである（例えば下記の特許文献参照）。

特許第３１５５２８０号公報

しかしながら、従来のトルク変動吸収ダンパは、プーリと、これをハブの外周に弾性的に連結している低ばねの第一の弾性体によって、共振点（共振周波数）の低い振動系を構成しているため、内燃機関を起動又は停止する過程でクランクシャフトの回転変動が前記共振点を通過することによってプーリが捩り方向（円周方向）へ大きく振動し、プーリとこれに巻き掛けられたベルトとの間にスリップを生じてしまう問題が指摘される。また、常用回転域で急激なトルク変動が発生した場合も、同様なベルトスリップが発生することがあった。

そして上述のようなベルトスリップの発生は、「ベルト鳴き」と呼ばれる異音が発生する原因となるほか、ベルトの摩耗によってその耐久性が低下し、走行に支障を来たすおそれがあった。

また、常用回転域でのトルク変動吸収性は、弾性体の捩り方向ばね定数を低くすることで向上させることができるが、この場合は逆に弾性体の耐久性が低下するので破損しやすくなる問題がある。

さらにベルトスリップは、プーリとベルトのミスアライメントによっても起こる。このようなミスアライメントは、トルク変動吸収ダンパのプーリと補機のプーリの軸心の相対的な傾斜などによって、ベルトのリブがプーリのＶ溝に斜めに咬み込まれて行く過程で、連続的に擦れ合ってスティック−スリップを生じるものである。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、回転変動を吸収しながらトルクを伝達するトルク変動吸収ダンパにおいて、ベルトスリップの発生を有効に防止することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、回転軸に取り付けられてこの回転軸と一体的に回転するハブ側回転体と、その外周側に同心的に配置されると共に前記ハブ側回転体と円周方向相対変位可能なプーリと、前記ハブ側回転体の外周面及びプーリ側の内周面のうちいずれか一方に設けられ山部と谷部が円周方向交互に形成された波状スリーブと、前記ハブ側回転体の外周面及びプーリ側の内周面のうちいずれか他方に前記山部と同ピッチで設けられた円周方向ストッパと、前記波状スリーブにおける谷部と前記ハブ側回転体の外周面及びプーリ側の内周面のうちいずれか他方との間に介在された転動体と、を備えるものである。

請求項２の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、請求項１に記載された構成において、ハブ側回転体が、回転軸に取り付けられるハブと、このハブに同心的に配置された環状質量体と、前記ハブと環状質量体を弾性的に連結する弾性体からなるものである。

請求項３の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、請求項１又は２に記載された構成において、ハブ側回転体又はプーリに、このハブ側回転体とプーリの軸方向相対変位を規制するプレートが設けられたものである。

請求項４の発明に係るトルク変動吸収ダンパは、請求項１〜３のいずれかに記載された構成において、転動体が、波状スリーブの一つおきの谷部に配置されたものである。

本発明に係るトルク変動吸収ダンパによれば、転動体の転動によってハブ側回転体とプーリの円周方向相対変位が許容されており、ハブ側回転体に対するプーリの遅角差動時には、これによって転動する転動体が波状スリーブの山部を圧縮することで、その反力でハブ側回転体からプーリへ正回転方向のトルクを伝達し、伝達トルクの変動を、ハブ側回転体とプーリの反復的な円周方向相対変位によって吸収してプーリの回転を平滑化するものである。また、過大なトルク変動の入力の際には、これによって転動する転動体が波状スリーブの山部を圧縮しながら乗り越え、ハブ側回転体とプーリの大きな円周方向相対変位を許容するので、プーリの外周に巻き掛けられるベルトの滑りが防止される。

本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい第一の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す断面図である。本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい第一の実施の形態を、軸心と直交する平面で切断して示す断面図である。第一の実施の形態における波状スリーブの一例を示す斜視図である。第一の実施の形態の動作を示す説明図である。第一の実施の形態における波状スリーブに対する転動体の円周方向位置とトルクの関係を示す線図である。本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい第二の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す断面図である。本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい第三の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す断面図である。本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい第四の実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す断面図である。第四の実施の形態の動作を示す説明図である。

以下、本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２は、本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい第一の実施の形態を示すもので、参照符号１は、自動車の内燃機関のクランクシャフト（不図示）に取り付けられるハブ側回転体である。

ハブ側回転体１は、内径の軸孔においてクランクシャフトの軸端に取り付けられるハブ１１と、このハブ１１の外周側に同心的に配置され密度（比重）の高い金属材料からなる環状質量体１２と、耐熱性、耐寒性及び機械的強度に優れたゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されハブ１１と環状質量体１３を弾性的に連結する弾性体１３からなる。

ハブ１１は、金属材料の鋳造等により製作されたものであって、回転軸であるクランクシャフトに固定される内筒部１１ａと、そこから外径側へ展開する円盤部１１ｂと、その外径端部から軸方向へ延びる外筒部１１ｃを有する。

そして上記構成のハブ側回転体１は、クランクシャフトの捩り振幅が大きくなる所定の振動周波数域において、弾性体１３及び環状質量体１２からなるばね−マス系が共振し、その振動変位によるトルクが入力振動によるトルクと逆方向へ生じることによって、動的吸振効果を発揮するものである。

ハブ側回転体１における環状質量体１２の外周側には、プーリ２が同心的にかつハブ側回転体１と円周方向相対変位可能な状態で配置されている。このプーリ２の外周面にはポリＶ溝２ａが形成されており、不図示の無端ベルトが巻き掛けられるようになっている。

ハブ側回転体１における環状質量体１２の外周面には、図３に示すような山部３ａと谷部３ｂが円周方向交互に形成された金属製の波状スリーブ３が嵌着されており、プーリ２の内周面には、波状スリーブ３の山部３ａ（又は谷部３ｂ）と同ピッチの円周方向ストッパ４ａを有する金属製のスリーブ４が嵌着されている。

波状スリーブ３における各谷部３ｂと、プーリ２側であるスリーブ４の各円周方向ストッパ４ａ，４ａ間の内周面との間には、それぞれ球体（例えば鋼球）からなる転動体５が一個ずつ介在されている。この転動体５は、波状スリーブ３とスリーブ４の間で円周方向及び軸方向に転動可能となっている。すなわち、ハブ側回転体１とプーリ２の円周方向相対変位が生じることによって、転動体５が、波状スリーブ３の山部３ａを環状質量体１２の外周面へ押し付けるように弾性変形させながら波状スリーブ３とスリーブ４の間で円周方向へ転動するようになっている。

ハブ側回転体１におけるハブ１１の外筒部１１ｃには、このハブ側回転体１に対するプーリ２の軸方向相対変位を制限する一対のプレート６が設けられている。詳しくは、各プレート６は内径の嵌合筒部６ａがハブ１１の外筒部１１ｃの内周面に嵌着され、この嵌合筒部６ａから展開する円盤部６ｂの外径がプーリ２の軸方向両側の位置に達している。

以上のように構成された第一の実施の形態のトルク変動吸収ダンパは、ハブ１１の内筒部１１ａがクランクシャフトの一端に固定され、エンジンの駆動時に、クランクシャフトと共に回転されるものである。また、プーリ２の外周面のポリＶ溝２ａには不図示のベルトが巻き掛けられ、クランクシャフトの回転力が、オルタネータや冷却水ポンプなど不図示の補機へ伝達されるようになっている。

詳しくは、まずクランクシャフトが停止した状態では、図４（Ａ）に示すように、転動体５が波状スリーブ３における各谷部３ｂのほぼ中間位置でかつスリーブ４の円周方向ストッパ４ａ，４ａ間のほぼ中間位置にある。

そしてこの停止状態から、エンジンの起動によってハブ側回転体１が不図示のクランクシャフトと共に正回転方向（図４における反時計回りの方向）へ回転すると、この時点ではプーリ２にはハブ側回転体１の正回転方向のトルクｔは伝達されていないので、ハブ側回転体１及びその環状質量体１２の外周面に嵌着された波状スリーブ３は、プーリ２に対して進角差動状態になり、このため図４（Ｂ）に示すように、波状スリーブ３と、プーリ２側のスリーブ４との間で転動体５が円周方向へ転動する。そして、円周方向への転動体５の転動は波状スリーブ３の山部３ａを環状質量体１２の外周面へ押し付けるように弾性変形させながら行われるので、その反力によって、正回転方向のトルクｔが転動体５を介してスリーブ４へ伝達され、プーリ２の回転が開始される。

ここで、図５に波状スリーブ３に対する転動体５の円周方向位置とトルクｔの関係を示すように、伝達トルクｔが大きくなるほど転動体５は波状スリーブ３の山部３ａをつぶすように変形させながら大きく変位することになる。なお、図５に示す符号Ａ〜Ｄは、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す転動体５の位置と対応するものである。

また、入力されるトルクｔが急激に増大したような場合、図４（Ｃ）に示すように、転動体５はスリーブ４の円周方向ストッパ４ａに当接した状態となって、前記トルクｔが所定値ｔ_１に達した時点で、波状スリーブ３の山部３ａを完全につぶすように変形させながらこれを乗り越え、図４（Ｄ）に示すように変位されることによって、プーリ２へのトルクｔの伝達を遮断するトルクリミッタとして作動する。そして、山部３ａが完全につぶれて転動体５が乗り越えるためのトルク値ｔ_１は、プーリ２とこれに巻き掛けられたベルトとの間にスリップ（ベルトスリップ）を発生させるトルクｔ_２よりも小さくなるように、山部３ａの剛性が設定されているので、トルクｔの急激な上昇などによるベルトスリップの発生や、それによるベルト鳴きやベルトの摩耗を防止することができる。

また、常用回転域において、クランクシャフトからハブ１１を介して入力される捩り振動の周波数が、クランクシャフトの振幅が極大となる帯域付近になると、環状質量体１２と弾性体１３によって構成されるばね−マス系が入力振動と異なる位相角をもって共振し、その振動変位によるトルクが入力振動のトルクと逆方向に生じることによる動的吸振効果を発揮する。このため、クランクシャフトの捩り振動のピークを有効に低減することができる。

またこの場合、等速回転しようとするプーリ２に対して、環状質量体１２は上述のような捩り方向の共振によって遅角差動と進角差動を周期的に繰り返すため、環状質量体１２の外周面に嵌着された波状スリーブ３と、プーリ２の内周面に嵌着されたスリーブ４は円周方向へ反復的に相対変位し、これに伴い、両者間で転動体５が円周方向へ反復的に転動する。そしてこの転動体５の転動によって環状質量体１２の周期的な回転変動が吸収されるので、プーリ２は円滑な回転を維持することができる。

さらに、当該トルク変動吸収ダンパのプーリ２と不図示の補機のプーリの軸心の相対的な傾斜などによって、プーリ２とベルトのミスアライメントがある場合、このようなミスアライメントによって、ベルトのリブがプーリ２のポリＶ溝２ａに斜めに咬み込まれて行く過程で、軸方向への転動体５の転動を伴いながらハブ側回転体１とプーリ２の軸方向相対変位が許容されるので、ミスアライメントに起因するベルト鳴きやベルトの摩耗も有効に防止される。

なお、ハブ側回転体１からのプーリ２及び転動体５の脱落は、プレート６によって防止される。

次に図６は、本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい第二の実施の形態を示すもので、上述した第一の実施の形態と異なるところは、波状スリーブ３における各谷部３ｂと、プーリ２側であるスリーブ４の各円周方向ストッパ４ａ，４ａ間の内周面との間に、それぞれ球体からなる転動体５が複数個（図示の例では三個）ずつ介在されている点にある。この構成によれば、一個の転動体５に作用する負荷を小さくすることができる。

次に図７は、本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい第三の実施の形態を示すもので、上述した第一の実施の形態と異なるところは、波状スリーブ３における各谷部３ｂと、プーリ２側であるスリーブ４の各円周方向ストッパ４ａ，４ａ間の内周面との間に、それぞれ円柱状の「ころ」からなる転動体５が介在されている点にある。転動体５が球体からなるものである場合は波状スリーブ３及びスリーブ４に対して点接触となるのに対し、この構成によれば、転動体５が線接触となるので、一個の転動体５に作用する負荷を小さくすることができる。

次に図８は、本発明に係るトルク変動吸収ダンパの好ましい第四の実施の形態を示すもので、上述した第一の実施の形態と異なるところは、転動体５が、波状スリーブ３の一つおきの谷部３ｂに配置されたことにある。したがってこの実施の形態では、波状スリーブ３における各谷部３ｂと、スリーブ４の各円周方向ストッパ４ａ，４ａ間の内周面との間には、転動体５が介在された部分と、転動体５が介在されていない部分が円周方向交互に存在する。

このため、第四の実施の形態のトルク変動吸収ダンパによれば、波状スリーブ３における山部３ａが転動体５によってつぶされる時の応力が、隣接する山部３ａの***変形によって吸収されるため、波状スリーブ３に顕著な弾性を与えることができる。

詳しくは、図９（Ａ）に示すように、転動体５が波状スリーブ３における谷部３ｂ_１のほぼ中間位置でかつスリーブ４の円周方向ストッパ４ａ，４ａ間のほぼ中間位置にある状態から、エンジンの起動等によってハブ側回転体１へ正回転方向（図９における反時計回りの方向）へのトルクｔが入力され、ハブ側回転体１及びその環状質量体１２の外周面に嵌着された波状スリーブ３が、プーリ２に対して進角差動状態になると、図９（Ｂ）に示すように、波状スリーブ３と、プーリ２側のスリーブ４との間で転動体５が谷部３ｂ上から山部３ａ_１へ向けて円周方向へ転動する。そして、円周方向への転動体５の転動は波状スリーブ３の山部３ａ_１を環状質量体１２の外周面へ押し付けるように弾性変形させながら行われるので、その反力によって、正回転方向のトルクｔが転動体５を介してスリーブ４へ伝達され、プーリ２の回転が開始される。このとき、転動体５によって山部３ａ_１がつぶされることによる応力が、円周方向に隣接する山部３ａ_２（転動体５によるつぶしを受けない山部３ａ_２）を***させるように作用し、すなわち前記応力を吸収するように変形するため、ハブ側回転体１とプーリ２が顕著に円周方向相対変位して、伝達トルクの変動を、一層良好に吸収することができる。

そして、入力されるトルクｔが急激に増大したような場合、図９（Ｃ）に示すように、転動体５はスリーブ４の円周方向ストッパ４ａに当接した状態となって、前記トルクｔが所定値に達した時点で、波状スリーブ３の山部３ａ_１を完全につぶすように変形させながらこれを乗り越え、図９（Ｄ）に示すように、隣の谷部３ｂ_２上へ変位されることによって、プーリ２へのトルクｔの伝達を遮断するトルクリミッタとして作動する。そしてこのときも、山部３ａ_１が完全につぶれるような変形が山部３ａ_２の***変形によって確実に行われるので、動作の信頼性が確保される。

また、上記第四の実施の形態による構成は、図６に示す第二の実施の形態や、図７に示す第三の実施の形態についても適用することができる。

なお、上述した各実施の形態では、波状スリーブ３がハブ側回転体１における環状質量体１２の外周面に嵌着され、プーリ２の内周面に嵌着したスリーブ４に円周方向ストッパ４ａを設けたが、これとは逆に、波状スリーブ３をプーリ２の内周面に嵌着し、外周に円周方向ストッパ４ａを設けたスリーブ４を前記環状質量体１２の外周面に嵌着した構成とすることもできる。

１ハブ側回転体
１１ハブ
１２環状質量体
１３弾性体
２プーリ
３波状スリーブ
３ａ山部
３ｂ谷部
４スリーブ
４ａ円周方向ストッパ
５転動体
６プレート

Claims

回転軸に取り付けられてこの回転軸と一体的に回転するハブ側回転体と、その外周側に同心的に配置されると共に前記ハブ側回転体と円周方向相対変位可能なプーリと、前記ハブ側回転体の外周面及びプーリ側の内周面のうちいずれか一方に設けられ山部と谷部が円周方向交互に形成された波状スリーブと、前記ハブ側回転体の外周面及びプーリ側の内周面のうちいずれか他方に前記山部と同ピッチで設けられた円周方向ストッパと、前記波状スリーブにおける各谷部と前記ハブ側回転体の外周面及びプーリ側の内周面のうちいずれか他方との間に介在された転動体と、を備えることを特徴とするトルク変動吸収ダンパ。
ハブ側回転体が、回転軸に取り付けられるハブと、このハブに同心的に配置された環状質量体と、前記ハブと環状質量体を弾性的に連結する弾性体からなることを特徴とする請求項１に記載のトルク変動吸収ダンパ。
ハブ側回転体又はプーリに、このハブ側回転体とプーリの軸方向相対変位を規制するプレートが設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトルク変動吸収ダンパ。
転動体が、波状スリーブの一つおきの谷部に配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトルク変動吸収ダンパ。