JP2014145441A - 遠心振り子式ダイナミックダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】必要以上のコストアップを招くことなく、適切に強度および耐久性を向上させることができる遠心振子式のダイナミックダンパを提供すること。
【解決手段】トルクを受けて回転する円形の回転体１の外周部分に形成された転動室２に、回転体１が回転している状態でトルクが変動することにより回転体１の回転方向に揺動かつ転動する転動体３が収容された遠心振り子式ダイナミックダンパＤにおいて、転動室２の内壁面であって転動体３が接触して転動する転動面２ａの一部を、回転体１よりも強度が高い補強ピース４で形成した。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転部材に取り付けられてそのトルク変動もしくはねじり振動を抑制する遠心振り子式ダイナミックダンパに関するものである。

車両に搭載されるエンジンのクランクシャフトや変速機のインプットシャフトあるいはドライブシャフトなどの回転部材に取り付けられて、その回転部材のトルク変動やトルク変動に起因するねじり振動を抑制する装置としてダイナミックダンパが知られている。ダイナミックダンパは、例えば振動系にばねや振り子を取り付けることにより、振動系の振動を吸収して減衰させ、また、振動系の共振点を複数に分散させて共振の発生を抑制させる装置である。

そのようなダイナミックダンパの一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された振動吸収装置は、回転体と、回転体に形成された転動室と、転動室に収容された慣性質量体である転動体とから構成される遠心振り子式の振動吸収装置である。そして、転動体と接触する転動室の内周部分が、回転体本体とは別体の別部材によって形成されている。

ドイツ特許公開第１０２００６０４１８８４号

上記の特許文献１に記載されているような遠心振り子式の振動吸収装置では、回転体が回転する際に遠心力を受けた転動体と接触する転動室の内面部分との間の接触応力もしくは面圧が大きくなる。転動体が受ける遠心力は回転体の回転数が高くなるほど大きくなるので、転動体と転動室の内面部分との間の接触応力も、回転体の回転数が高くなるほど大きくなる。したがって、上記の特許文献１に記載されている振動吸収装置のように、転動室の内面部分を回転体の本体部分よりも強度が高い別部材で構成することにより、回転体が高速で回転する際に生じる大きな接触応力に対抗して、振動吸収装置の強度および耐久性を向上させることができる。

また、上記の特許文献１に記載されている振動吸収装置では、回転体本体を円形に刳り抜いた部分に転動室が形成され、その転動室の内周部分を形成する別部材が、円形の転動室の内周全体を覆う環状の部材によって形成されている。そのため、その環状の別部材を回転体の本体部分よりも高強度の材料で製作することにより、上述の通り、振動吸収装置の強度および耐久性が向上する。

ところが、上記のような回転体の内部に転動室とその転動室に収容される転動体とを備えた遠心振り子式のダイナミックダンパでは、回転体が高速で回転している状態で転動体に大きな面圧で接触する部分は、転動室の内周面の一部分だけである。回転体が回転している状態では、遠心力が作用することにより転動体は転動室内で回転体の外周側に偏った状態になる。すなわち、回転体が高速回転する際に転動体と接触して大きな面圧が発生する部分は、転動室の内周面における回転体の外周側に当たる一部分だけである。したがって、特許文献１に記載されている振動吸収装置のように転動室の内周面を環状で高強度の別部材で補強した場合に、実際に転動室内周面の補強に寄与するのは、環状部材の内周面における回転体の外周側に当たる一部分だけである。

一般に強度が高い材料の方が高価であり、上記の特許文献１に記載されている振動吸収装置のように転動室の内周面を高強度の別部材で補強する場合には、通常よりも別部材の材料を強度が高いものにする分だけコストが増大する。この場合に、上記のように補強部材としての別部材が実際に転動室内周面の補強に寄与するのは、回転体が高速回転する際に転動体と接触する別部材の一部分だけであり、その他の部分は不必要に強度が高められていることになる。したがって、不必要に強度が高められる分だけ、必要以上に材料コストが増大してしまうことになる。このように、従来の遠心振子式のダイナミックダンパにおいて、必要以上のコストアップを招くことなく、その強度および耐久性を向上させるためには、未だ改良の余地があった。

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り、必要以上のコストアップを招くことなく、容易に強度および耐久性を向上させることができる遠心振子式のダイナミックダンパ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、請求項１の発明は、トルクを受けて回転する円形の回転体の外周部分に形成された転動室に、前記回転体が回転している状態で前記トルクが変動することにより前記回転体の回転方向に揺動かつ転動する慣性質量体が収容された遠心振り子式ダイナミックダンパにおいて、前記転動室の内壁面であって前記慣性質量体が接触して転動する転動面の一部に、前記回転体よりも強度が高い補強部材が設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記補強部材が、前記転動室内における外周側の前記転動面を形成しているとともに、最も外周側に位置する部分が前記回転体の半径方向で最も厚肉になるように形成されていることを特徴とするものである。

そして、請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記補強部材が、前記回転体が回転することにより前記転動室内で前記慣性質量体が前記転動面に接触して転動する際に前記転動面で所定値以上の接触応力が発生する部分を形成しているとともに、前記接触応力が最大になる部分が前記回転体の半径方向で最も厚肉になるように形成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明では、遠心振り子式のダイナミックダンパにおいて振り子として機能する慣性質量体が収容される転動室内の転動面の一部が、強度の高い補強部材によって形成される。ダイナミックダンパが回転する際には、転動室の転動面に、慣性質量体が接触して部分的に大きな接触応力が発生する。すなわち、ダイナミックダンパが回転する際には、転動室内の慣性質量体が遠心力を受けて転動面を転動するので、慣性質量体は、転動室内で遠心力が作用する方向へ偏って転動することになる。そのため、転動面には、慣性質量体が偏って接触する部分に、部分的に大きな接触応力が発生することになる。それに対して、この請求項１の発明によれば、転動面を補強する補強部材が、転動面の一部のみに設けられるため、高価な補強部材を不必要に用いることなく、例えば慣性質量体との接触応力が大きくなる位置に部分的に補強部材を設けることにより、転動面を効果的にかつ経済的に補強することができる。そのため、必要以上のコストアップを招くことなく、適切に、遠心振り子式のダイナミックダンパの強度および耐久性を向上させることができる。

また、請求項２の発明では、転動室内において回転体の外周側に位置する部分の転動面が、補強部材によって形成される。上記のように、ダイナミックダンパが回転する際には、遠心力の作用により慣性質量体が転動室内における外周側に偏って転動することになる。それに対して、この請求項２の発明によれば、慣性質量体が偏って転動することにより大きな接触応力が発生する外周側の転動面が補強部材によって形成されるので、確実に、転動面を効果的にかつ経済的に補強することができる。

そして、請求項３の発明では、ダイナミックダンパが回転する際に転動室内において慣性質量体との間で所定値以上の接触応力が発生する部分の転動面が、補強部材によって形成される。上記のように、ダイナミックダンパが回転する際には、遠心力の作用により慣性質量体が転動室内における外周側に偏って転動することになる。すなわち、外周側の転動面に偏って大きな接触応力が発生することになる。それに対して、この請求項３の発明によれば、慣性質量体が偏って転動することにより大きな接触応力が発生する外周側の転動面が補強部材によって形成されるので、確実に、転動面を効果的にかつ経済的に補強することができる。

この発明に係るダイナミックダンパの構成例を説明するための模式図および断面図である。 遠心振り子式のダイナミックダンパが所定の入力回転数で回転する場合に、慣性質量体に掛かる力および慣性質量体の揺動振幅を説明するための模式図である。 遠心振り子式のダイナミックダンパが所定の入力回転数で回転する場合に、転動体と転動面との間で発生する接触応力（面圧）、および、図１に示す構成の詳細な形状を説明するための模式図および拡大図である。 図１に示す構成における補強部材の形状を説明するための模式図である。 図１に示す構成における補強部材の材料採りの例を説明するための模式図である。

つぎに、この発明を具体例に基づいて説明する。この発明に係るダイナミックダンパは、いわゆる遠心振り子式のダイナミックダンパであって、トルクを受けて回転するとともにそのトルクの変動によってねじり振動する回転体に対して慣性質量体を振り子運動させることにより、回転体のねじり振動を低減もしくは減衰させるように構成されている。その振り子運動は、回転体に設けた所定の転動面に沿って慣性質量体を転動させることにより生じさせるように構成することができる。

具体的には、図１に示すように、この発明に係るダイナミックダンパＤは、円形の回転体１の外周部分に形成された転動室２に収容されかつ転動可能に保持された複数の転動体３とから構成されている。すなわち、回転体１の内部でかつ回転体１の半径方向における外周側の所定位置に、複数の転動体３を、それぞれ揺動かつ転動可能に収容して保持する複数の転動室２が形成されている。

回転体１は、一例として円板状の部材であって、例えば、図示しないエンジンのクランクシャフトや変速機の回転軸あるいはトルクコンバータのポンプインペラーやタービンランナーなど、制振対象となる回転部材に取り付けられて一体に回転するように構成されている。したがって、回転体１は、例えばクランクシャフトや他の回転部材の回転軸からのトルクを受けて回転するとともに、そのトルクの振動的な変動あるいはねじり振動が伝達されるようになっている。

回転体１の中心部よりも周縁側の複数個所（図１に示す例では７個所）に、回転体１を刳り抜いて形成した転動室２が設けられている。それら複数の転動室２は、回転体１の円周方向（回転体１の回転方向）に、それぞれ一定の間隔を空けて形成されている。また、転動室２の形状は、回転体１が回転する場合に転動体２を揺動かつ転動可能に保持するとともに、後述するように転動室２内で転動体３が転動して捩り振動を抑制する場合に高い振動抑制効果が得られる所定の形状に形成されている。

転動体２は、この遠心振り子式のダイナミックダンパＤにおける振り子として機能する部材であり、所定の剛性および重量を有する剛体によって構成されている。この図１に示す例では、外径が上記の転動室２の内寸よりも小さい円柱形状に形成されている。なお、この転動体３の形状は、上記のような円柱形状に限定されるものではなく、転動室２内において滑らかに揺動かつ転動可能な形状であればよい。例えば曲率半径が収容室２の内寸よりも小さな球体であってもよい。

なお、上記のように転動室２に収容される転動体３は、例えば、回転体１および転動体３がハウジング（図示せず）等の内部に収容されることにより、あるいは転動体３を収容した転動室２の開口部にカバー（図示せず）等を設けることにより、転動室２から脱落することなく、転動室２内で揺動かつ転動可能に保持されている。

上記のように構成されたダイナミックダンパＤが、例えばエンジンのクランクシャフトや変速機のインプットシャフトなどの回転部材に対してそれらの回転部材と一体回転するように取り付けられることにより、回転部材のトルク変動もしくはそのトルク変動に起因するねじり振動が抑制される。すなわち、所定の回転部材に一体回転するように取り付けられたダイナミックダンパＤが、所定の回転部材と共に所定回転数以上で回転すると、各転動体３に作用する遠心力によってそれら各転動体３が回転体１における外周側に移動する。具体的には、ダイナミックダンパＤの回転数が、各転動体３に重力よりも大きな遠心力が作用する所定回転数以上になると、図１に示すように、各転動体３が、各転動室２内で回転体１における外周側に移動して各転動室２の外周側の内壁面に当接した状態となって、ダイナミックダンパＤが回転する。この状態で、回転部材にトルク変動が生じ、そのトルク変動がダイナミックダンパＤに伝達されると、ダイナミックダンパＤの各転動室２内では、各転動体３が揺動する。具体的には、各転動体３がトルク変動の方向とは逆方向に転動しながら相対移動する。そのため、それら各転動体３の慣性モーメントによってトルク変動が相殺されることになり、その結果、トルク変動もしくはトルク変動により生じるねじり振動が抑制される。

そして、この発明に係るダイナミックダンパＤは、転動室２の内壁面であって、転動室２内で転動体３が転動する際にその転動体３が接触する転動面２ａの一部が、回転体１とは別体の補強ピース４によって形成されている。すなわち、この補強ピース４は、この発明における補強部材に相当するものであり、回転体１よりも強度の高い材料によって形成されている。したがって、転動室２の転動面２ａは、その一部が補強ピース４によって補強されている。なお、補強ピース４の材料は、例えば、硬度が高く、耐圧縮性、耐摩耗性、および耐疲労性などに優れた高強度のものが選定される。

上記の補強ピース４は、転動室２内における外周側の転動面２ａを形成している。すなわち、補強ピース４は、転動室２の内壁面でかつ回転体１の半径方向における外周側の一部分に、例えば圧入や溶接などの接合方法によって回転体１に一体となるように固定されている。なお、圧入や溶接などの接合方法以外でも、例えば接着やボルト締結など、他の接合方法によって固定することもできる。

そして補強ピース４は、上記のように転動室２内における外周側に固定される際に、最も外周側に位置する部分が回転体の半径方向で最も厚肉になるような形状に形成されている。言い換えると、補強ピース４は、回転体１が回転することにより転動室２内で転動体３が転動面２ａに接触して転動する際に、転動面２ａで大きな接触応力が発生する部分を形成していて、それとともに、転動面２ａで発生する接触応力が最大になる部分が回転体１の半径方向で最も厚肉になるような形状に形成されている。

上述のように、ダイナミックダンパＤが所定の回転数以上で回転すると、転動室２内の転動体３は遠心力を受けて回転体における外周側に移動し、その外周側の転動面２ａに当接した状態になる。したがって、ダイナミックダンパＤが回転する場合、転動面２ａには、その外周側の部分に、転動体２と接触することによる大きな接触応力が発生する。すなわち、図２の（ａ）に示すように、ダイナミックダンパＤがトルクを受けて回転する場合、その際の入力回転数Ｎが大きくなるほど、主に遠心力により転動体２に作用する力Ｆが大きくなる。また、その場合、図２の（ｂ）に示すように、入力回転数Ｎが大きくなるほど、転動体３が転動室２内を揺動する際の振幅Ａが小さくなる。そのため、図３に示すように、ダイナミックダンパＤが回転する際には、転動体３と接触する転動面２ａの外周側の部分に、０もしくは所定値以上の接触応力（すなわち面圧）が発生する。そして、その接触応力は、入力回転数Ｎが大きくなるほど、転動室２における最も外周側の部分に集中し、かつその大きさが大きくなる。

そのような転動面２ａの最外周部分に集中して最大になる接触応力に対して、上記のように強度が高められた補強ピース４が設けられていることにより、転動面２ａが転動体３から受ける大きな荷重に対抗してして、転動面２ａの強度および耐久性を向上させることができる。そして、補強ピース４の形状を決定する際には、図３および図４に示すように、ダイナミックダンパＤが回転する際に転動体３と転動面２ａとの間に生じる接触応力の積算値を基に、その接触応力に対抗するための必要強度が求められる。そしてその必要強度を実現するように、回転体１における半径方向の肉厚寸法、すなわち、接触応力に対抗する方向の肉厚寸法が決められている。その結果、前述のように、補強ピース４は、転動室２内における外周側の転動面２ａを形成するとともに、最も外周側に位置する部分が回転体１の半径方向で最も厚肉になるような形状に形成されている。言い換えると、補強ピース４は、回転体１が回転することにより転動室２内で転動体３が転動面２ａに接触して転動する際に転動面２ａで所定値以上の接触応力が発生する部分を形成するとともに、その接触応力が最大になる部分が回転体１の半径方向で最も厚肉になるような形状に形成されている。そのため、転動面２ａは、補強ピース４によって、過不足なく、適切に補強されることになる。

以上のように、この発明に係るダイナミックダンパＤでは、遠心振り子式のダイナミックダンパＤにおける振り子マスとして機能する転動体３が収容される転動室２内の転動面２ａの一部が、転動面２ａの他の部分よりも強度が高い補強ピース４によって形成される。そして、その補強ピース４は、転動室２内において回転体１の外周側に位置する部分の転動面２ａを形成している。もしくは、ダイナミックダンパＤが回転する際に転動室２内において転動体３との間で所定値以上の接触応力が発生する部分の転動面２ａを形成している。そのため、ダイナミックダンパＤが回転する際に転動体３が遠心力を受けて偏って転動することにより、大きな接触応力が発生する転動面２ａの外周側の部分が、補強ピース４によって適切に補強される。

したがって、この発明に係るダイナミックダンパＤによれば、転動面２ａを補強する補強ピース４が、過不足のない適切な形状で形成されて、転動面２ａの一部のみに設けられるため、高価な材料を不必要に用いることなく、転動面２ａを効果的にかつ経済的に補強することができる。そのため、必要以上のコストアップを招くことなく、適切に、遠心振り子式のダイナミックダンパＤの強度および耐久性を向上させることができる。

なお、上記のように形成される補強ピースは、例えば、図５に示すような配列で、例えば帯板状の鋼材などの素材から歩留まりよく効率的に材料採りすることができる。したがって、この点においても、コストアップを抑えて、遠心振り子式のダイナミックダンパＤの強度および耐久性を向上させることができる。

１…回転体、 ２…転動室、 ２ａ…転動面、 ３…転動体（慣性質量体）、 ４…補強ピース（補強部材）、 Ｄ…ダイナミックダンパ。

Claims (3)

1. トルクを受けて回転する円形の回転体の外周部分に形成された転動室に、前記回転体が回転している状態で前記トルクが変動することにより前記回転体の回転方向に揺動かつ転動する慣性質量体が収容された遠心振り子式ダイナミックダンパにおいて、
   前記転動室の内壁面であって前記慣性質量体が接触して転動する転動面の一部に、前記回転体よりも強度が高い補強部材が設けられていることを特徴とする遠心振り子式ダイナミックダンパ。
   
2. 前記補強部材は、前記転動室内における外周側の前記転動面を形成しているとともに、最も外周側に位置する部分が前記回転体の半径方向で最も厚肉になるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心振り子式ダイナミックダンパ。
   
3. 前記補強部材は、前記回転体が回転することにより前記転動室内で前記慣性質量体が前記転動面に接触して転動する際に前記転動面で所定値以上の接触応力が発生する部分を形成しているとともに、前記接触応力が最大になる部分が前記回転体の半径方向で最も厚肉になるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心振り子式ダイナミックダンパ。