JP2015129543A - トルク変動吸収ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で耐摩耗性及び耐食性を向上させたトルク変動吸収ダンパを提供する。
【解決手段】ハブ１の外周に第一の弾性体６を介して環状質量体３が連結され、前記環状質量体３にベアリング８を介して回転可能に支持されたプーリ７が第二の弾性体９を介して前記環状質量体３に連結されたトルク変動吸収ダンパにおいて、前記環状質量体３及び前記プーリ７のうち少なくとも一方が、硬質アルマイト処理又は硬質クロムめっき処理により表面硬化処理されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用エンジンのクランクシャフト等回転機器の駆動軸から、他の回転機器へ回転トルクを伝達すると共にその回転速度の変動を吸収し、かつ前記駆動軸の振動を吸収するトルク変動吸収ダンパに関する。

自動車の内燃機関のクランクシャフトの先端に設けられたプーリには、トルク変動を吸収して伝達トルクの平滑化を図るためのトルク変動吸収機構が設けられる。このトルク変動吸収ダンパは、自動車用内燃機関のクランクシャフトの軸端に取り付けられて一体に回転する鋳鉄又は板金プレス成形体等からなるハブと、ダイナミックダンパ部及びカップリング部を備え、このうちダイナミックダンパ部は、鋳鉄又は板金プレス成形体等からなるハブと、その外周に配置した鋳鉄等からなる環状質量体とを、第一の弾性体を介して弾性的に連結した構造を有する。また、カップリング部は、ハブ又は環状質量体の外周に合成樹脂製ベアリングを介して支持された鋳鉄又は板金プレス成形体等からなるプーリと、前記環状質量体又はハブとを、第二の弾性体を介して弾性的に連結した構造を有する。

そしてこのトルク変動吸収ダンパは、第一の弾性体と環状質量体で構成されるダイナミックダンパ部が、所定の振動数域において円周方向へ共振することによる動的吸振効果によって、クランクシャフトの捩り振動のピークを低減すると共に、クランクシャフトからハブへ入力された駆動トルクを、カップリング部における第二の弾性体の円周方向剪断変形作用によってトルク変動を吸収しながら、プーリへ伝達するものである。

なお、トルク変動吸収ダンパの典型的な従来技術としては、例えば下記の先行技術文献に開示されたようなものがある。

特開２００８−２６１３号公報

従来、この種のトルク変動吸収ダンパの部品には、鋳物や鋼板が多用されており、部品数が多いため、製品の重量が大きく、燃費を悪化させる要因になっている。ここで、これらの部品の素材としてアルミニウムを採用すれば、軽量化を図ることは可能であるが、アルミニウムは鋳物や鋼板と比較して耐摩耗性が低く、プーリのポリＶ溝に巻き掛けられたＶベルトとの摩擦によるポリＶ溝の摩耗や、ベアリングや鉄製部品との摺動による摩耗が発生し、早期に製品機能が損なわれる虞がある。また、アルミニウムからなる部品と鉄系の部品が混在する部分では、水などが浸入するとイオン化傾向の差による電食が発生するといた問題がある。

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、軽量で耐摩耗性及び耐食性を向上させたトルク変動吸収ダンパを提供することにある。

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、ハブの外周に第一の弾性体を介して環状質量体が連結され、前記環状質量体にベアリングを介して回転可能に支持されたプーリが第二の弾性体を介して前記環状質量体に連結されたトルク変動吸収ダンパにおいて、前記環状質量体及び前記プーリのうち少なくとも一方が表面硬化処理されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものである。

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、表面硬化処理が硬質アルマイト処理又は硬質クロムめっき処理によるものである。

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、環状質量体及びプーリの双方がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、このうち、ベアリングと摺動する一方の部材が表面硬化処理され、ベアリングと摺動しない他方の部材が表面硬化処理以外の表面処理手段により防錆処理されたものである。

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、ベアリングがプーリ及び環状質量体のうちアルミニウム又はアルミニウム合金からなる一方の部材に保持されると共に、前記一方の部材に塑性加工により形成した突起部で抜け止めされたものである。

本発明に係るトルク変動吸収ダンパによれば、環状質量体及びプーリの少なくとも一方に、表面硬化処理されたアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることによって軽量化が図られると共に、耐摩耗性が確保され、鉄系部品との間に水などが介入することによる電食や、錆などの発生を有効に抑制することができる。しかもアルミニウム又はアルミニウム合金は熱伝導性に優れているため、放熱性が向上し、第一の弾性体又は第二の弾性体の耐久性を向上させることができる。

また、環状質量体及びプーリの双方をアルミニウム又はアルミニウム合金製とした場合、この環状質量体及びプーリのうち、ベアリングと摺動する一方の部材のみを表面硬化処理し、ベアリングと摺動しない他方の部材を表面硬化処理以外の安価な表面処理手段により防錆処理すれば、コストの上昇を抑えることができる。

しかも、プーリをアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものとすることによって、その内周面に配置されるラジアルベアリングを抜け止めするための突起を、塑性加工によって容易に設けることができる。

本発明に係るトルク変動吸収ダンパの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斜視図である。 第一の実施の形態におけるカップリング部を、軸心を通る平面で切断して示す部分断面斜視図である。 本発明に係るトルク変動吸収ダンパの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斜視図である。

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を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において「正面側」とは、各図における左側であって車両のフロント側のことであり、「背面側」とは各図おける右側であって不図示の内燃機関が存在する側のことである。

まず図１は第一の実施の形態を示すものであって、参照符号１は、自動車用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である。このハブ１は、鋳鉄材料又はアルミニウム又はアルミニウム合金により製作されたものであって、クランクシャフトの軸端が挿入されるボス部１ａと、このボス部１ａの正面側の端部から外径側へ延びる環状段差部１ｂと、その外周から正面側へ向けてボス部１ａと同心の円筒状に延びる外周筒部１ｃからなる。また、ボス部１ａの内周面にはキー溝１ｄが形成されている。

ハブ１の外周筒部１３の外周側にはスリーブ２と、その外周面に嵌着された環状質量体３及びプーリアングル４と、環状質量体３の外周面に嵌着されたカップリングアングル５が配置されている。スリーブ２は鉄製であって、単純な円筒状をなしており、このスリーブ２と、ハブ１の外周筒部１３の間には第一の弾性体６が一体に加硫接着されている。

環状質量体３はアルミニウム又はアルミニウム合金製であって、スリーブ２の正面寄りの外周面に圧入嵌着された内周筒部３ａと、その正面寄りの位置から外径側へ展開した円盤部３ｂと、更にこの円盤部３ｂの外径部近傍から背面側へ延びる支持筒部３ｃからなる二重筒状をなす。また、支持筒部３ｃには、所要の慣性質量を確保するために径方向厚さを大きくした複数の厚肉部３ｄが円周方向等配状に形成されている。

プーリアングル４は鉄製のプレス成形体であって、スリーブ２の背面寄りの外周面に圧入嵌着された取付筒部４ａと、その背面側の端部から円盤状に展開した支持フランジ部４ｂからなる断面略Ｌ字形をなす。

カップリングアングル５は鉄製のプレス成形体であって、環状質量体３の内周筒部３ａの外周面に圧入嵌着された取付筒部５ａと、その正面側の端部から正面側へ倒れた円錐面状をなして展開した外向きフランジ部５ｂからなる。なお、カップリングアングル５の外向きフランジ部５ｂの正面側に位置する環状質量体３の円盤部３ｂの内側面も、前記外向きフランジ部５ｂと対応する円錐面状に形成されている。

第一の弾性体６は、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）からなるものであって、不図示の金型に、ハブ１とスリーブ２を互いに同心的にセットし、型締めによってハブ１の外周筒部１ｃの外周面とスリーブ２の内周面との間に画成されるキャビティに、未加硫ゴム材料を充填して加熱・加圧することによって、環状（円筒状）に加硫成形すると同時に前記外周筒部１ｃの外周面及びスリーブ２の内周面に加硫接着したものである。

スリーブ２、環状質量体３、プーリアングル４及びカップリングアングル５と第一の弾性体６は、ダイナミックダンパ部Ｄを構成するものであり、このダイナミックダンパ部Ｄは、互いに一体に嵌着されたスリーブ２、環状質量体３、プーリアングル４及びカップリングアングル５による慣性質量と、第一の弾性体６のばね定数によって、クランクシャフトの捩れ角が最大となる所定の振動数域、言い換えればクランクシャフトの捩り方向固有振動数と合致するように同調されている。

参照符号７はプーリである。このプーリ７はアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものであって、プーリ本体７ａと、その背面側の端部からプーリアングル４の支持フランジ部４ｂの正面側を内径側へ延びる内向きフランジ部７ｂと、前記プーリ本体７ａの正面側の端部の外周部から延びて環状質量体３の支持筒部３ｃの外周にラジアルベアリング８を介して支持される被支持筒部７ｃからなる。

ラジアルベアリング８はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の耐摩耗性に優れた低摩擦係数の合成樹脂材料からなるものであって、円周方向１カ所が切断された円筒状をなし、プーリ７の被支持筒部７ｃの内周面に配置されると共に、環状質量体３の支持筒部３ｃの外周面と摺動可能に接触している。

プーリ本体７ａの外周面にはポリＶ溝７ｄが形成されており、不図示のＶベルトが巻き掛けられるようになっている。また、被支持筒部７ｃの正面側の端部と、環状質量体３における円盤部３ｂの外径端部の間は、ラジアルベアリング８の外側に位置するラビリンス隙間Ｌとなっている。

環状質量体３に嵌着されたカップリングアングル５の外向きフランジ部５ｂと、その背面側から軸方向に対向するプーリ７の内向きフランジ部７ｂは、環状質量体３の中空部内を略円筒状に延びる第二の弾性体９を介して、円周方向相対変位可能に弾性的に連結されており、これによってカップリング部Ｃが構成されている。

第二の弾性体９は、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）からなるものであって、不図示の金型にカップリングアングル５とプーリ７を同心的にセットし、型締めによってこのカップリングアングル５の外向きフランジ部５ｂとプーリ７の内向きフランジ部７ｂとの間に画成される円筒状のキャビティに、未加硫ゴム材料を充填して加熱・加圧することによって、加硫成形と同時に前記外向きフランジ部５ｂと内向きフランジ部７ｂに加硫接着したものである。

この第二の弾性体９は、クランクシャフトからハブ１へ入力された駆動トルクを、円周方向剪断変形によって平滑化しながらプーリ７へ伝達するものであって、クランクシャフトのトルク変動は、アイドリング以下の低回転領域で顕著になることから、この第二の弾性体９は、ばね定数を低くすると共に捩り方向への許容変形量を大きくし、かつトルク伝達力を確保するため、軸方向及び径方向の肉厚が大きなものとなっている。

カップリングアングル５の外向きフランジ部５ｂの正面側には第二の弾性体９から廻り込んだゴム層９ａが形成され、環状質量体３の円盤部３ｂの内側面に密接されている。

プーリアングル４の支持フランジ部４ｂと、プーリ７の内向きフランジ部７ｂとの間には、スラストベアリング１０が介在している。このスラストベアリング１０は、ラジアルベアリング８と同じくＰＴＦＥ等の耐摩耗性に優れた低摩擦係数の合成樹脂材料からなるものであって、平ワッシャ状に成形されている。

アルミニウム又はアルミニウム合金からなる環状質量体３及びプーリ７は、硬質アルマイト処理又は硬質クロムめっきによる表面硬化処理がなされている。

以上の構成を備えるトルク変動吸収ダンパは、自動車用内燃機関のクランクシャフトと共に回転され、その駆動トルクを、プーリ７のプーリ本体７ａ（ポリＶ溝７ｄ）に巻き掛けられたＶベルトを介して補機の回転軸に伝達するものである。そして、環状質量体３及びプーリ７が軽金属であるアルミニウム又はアルミニウム合金からなるため、製品の重量を軽減し、燃費の向上に寄与することができる。

そして、環状質量体３は、支持筒部３ｃに複数の厚肉部３ｄが円周方向等配状に形成されていることによって、重心が比較的外周側に偏在しているので、軽量であるにもかかわらず十分な慣性質量が確保され、したがって、入力されるクランクシャフトの捩り振動のトルクと対抗する十分な大きさの制振トルクを得ることができる。

ここで、ダイナミックダンパ部Ｄは、クランクシャフトの共振によって捩れ角が最大となる振動数域で円周方向に共振し、その共振によるトルクは、入力振動のトルクと方向が逆になる。そしてこのような動的吸振作用によって、クランクシャフトの共振による捩れ角のピークを有効に低減することができる。

また、低回転域でクランクシャフトに顕著に発生するトルク変動は、ハブ１から第一の弾性体６を介してスリーブ２及びこれと一体の環状質量体３、プーリアングル４及びカップリングアングル５へ伝達され、さらにこのカップリングアングル５から、第二の弾性体９を介してプーリ７へ伝達される。ここで第二の弾性体９は円周方向剪断ばね定数が著しく低いため、入力されたトルク変動に応じて円周方向へ繰り返し剪断変形され、このトルク変動を熱エネルギに変換する。このため、プーリ７のプーリ本体７ａ（ポリＶ溝７ｄ）に巻き掛けられたＶベルトへの伝達トルクが平滑化される。

ここで、ダイナミックダンパ部Ｄの動的吸振作用に伴い、第一の弾性体６がハブ１の外周筒部１３とスリーブ２の間で円周方向へ繰り返し剪断変形を受けることによって発熱し、その熱の一部はスリーブ２から環状質量体３へ伝導され、この環状質量体３から外気中へ放出される。このとき、環状質量体３は熱伝導性に優れたアルミニウム又はアルミニウム合金からなることに加え、円盤部３ｂにおいて外気との広い接触面を有するため、外気への放熱が良好に行われる。したがって、熱の蓄積による第一の弾性体６の劣化を有効に防止することができる。

一方、カップリング部Ｃでも、第二の弾性体９がカップリングアングル５とプーリ７の内向きフランジ部７ｂの間で円周方向へ繰り返し剪断変形を受けることによって発熱し、その熱の一部は、プーリ７の内向きフランジ部７ｂへ伝導され、あるいは前記熱の他の一部は、カップリングアングル５を介して環状質量体３へも伝導され、これらプーリ７の内向きフランジ部７ｂ及び環状質量体３から外気中へ放出される。このとき、プーリ７及び環状質量体３が熱伝導性に優れたアルミニウム又はアルミニウム合金からなることに加え、環状質量体３の円盤部３ｂ及びプーリ７の内向きフランジ部７ｂにおいて外気との広い接触面を有するため、外気への放熱が良好に行われる。したがって、熱の蓄積による第二の弾性体９の劣化を有効に防止することができる。

また、環状質量体３、プーリ７、及び第二の弾性体９で囲まれた環状空間Ｓに存在する空気の一部は、温度上昇時に熱膨張によってラジアルベアリング８と環状質量体３の支持筒部３ｃとの摺動部の隙間を介して外部へ出て行き、その後の温度低下時には、冷却収縮によって前記摺動部の隙間を介して外部の空気が取り込まれる。そしてこの外気取り込みの際に、ラジアルベアリング８の外側のラビリンス隙間Ｌに付着していたダスト等の異物が吸い込まれて前記摺動部を損傷してしまうおそれがある。これに対し、図示の実施の形態では、上述のように環状質量体３及びプーリ７の放熱性が高いため、冷間と熱間との温度差が小さくなり、その結果、環状空間Ｓの温度低下時の負圧を小さくしてダスト等の浸入を抑制することができる。

また、プーリ７は硬質アルマイト処理又は硬質クロムめっきによって表面硬化処理されているので、Ｖベルトの微細スリップによるプーリ本体７ａのポリＶ溝７ｄの摩耗、及びスラストベアリング１０との摺動による内向きフランジ部７ｂの摩耗が有効に抑制される。同様に、環状質量体３も硬質アルマイト処理又は硬質クロムめっきによって表面硬化処理されているので、ラジアルベアリング８との摺動による支持筒部３ｃの外周面の摩耗が有効に抑制される。

さらに、スリーブ２と、環状質量体３の内周筒部３ａとの嵌着面は異種金属同士の接触となるが、硬質アルマイト処理又は硬質クロムめっき処理された環状質量体３の内周筒部３ａの表面は、硬質で絶縁性の高い皮膜からなるため、鉄製のスリーブ２との間に水分が介在した時の電食を有効に防止することができる。

しかも、アルミニウム又はアルミニウム合金は塑性加工が容易であるため、プーリ７における被支持筒部７ｃの内周にラジアルベアリング８を配置してから、図２に示すように、前記被支持筒部７ｃの端部を円周方向複数個所でポンチにより軸方向へつぶして座屈変形させることで、ラジアルベアリング８を抜け止めするための突起７ｅを容易に形成することができる。

次に図３は、本発明に係るトルク変動吸収ダンパの第二の実施の形態を示すものである。この第二の実施の形態において、上述した第一の実施の形態と異なる点について説明すると、プーリ７の被支持筒部７ｃがプーリ本体７ａにおける正面側の端部の内周部から延びており、環状質量体３の支持筒部３ｃがプーリ７の被支持筒部７ｃの外周側を包囲するように延びて、その背面側の端部がプーリ本体７ａとラビリンス隙間Ｌを介して軸方向に対向しており、環状質量体３の支持筒部３ｃの内周面に配置されたラジアルベアリング８がプーリ７の被支持筒部７ｃの外周面と摺動可能に接触している。そして、環状質量体３の支持筒部３ｃに円周方向等配状に形成された複数の厚肉部３ｄは、外径方向へ厚肉（大径）となっているものである。

また、環状質量体３及びプーリ７は、共にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものであり、このうちプーリ７は、硬質アルマイト処理又は硬質クロムめっきによる表面硬化処理がなされているのに対し、環状質量体３は耐食性を向上させ電食を防止するためのクロム酸処理等による表面処理がなされている。

その他は、基本的に第一の実施の形態と同様に構成することができる。

第二の実施の形態のトルク変動吸収ダンパによれば、第一の実施の形態と同様の効果が実現されるのに加え、ラジアルベアリング８及びスラストベアリング１０との摺動面を、ベルト摺動面（ポリＶ溝７ｄ）を有するプーリ７に集約したことによって、耐食性の向上と電食の防止のほかに耐摩耗性の向上を考慮した高価な硬質アルマイト処理又は硬質クロムめっきはプーリ７のみに行い、摺動部の存在しない環状質量体３は安価なクロム酸処理等による表面処理で良いため、コストを抑えた仕様を実現することができる。

すなわち、プーリ７は硬質アルマイト処理又は硬質クロムめっきによって表面硬化処理されているので、Ｖベルトの微細スリップによるプーリ本体７ａのポリＶ溝７ｄの摩耗や、スラストベアリング１０との摺動による内向きフランジ部７ｂの摩耗、及びラジアルベアリング８との摺動による外周筒部７ｃの外周面の摩耗が有効に抑制される。

そして、スリーブ２と、環状質量体３の内周筒部３ａとの嵌着面は異種金属の接触となるが、クロム酸処理等により表面処理された環状質量体３の内周筒部３ａの表面は、防錆力の高い皮膜からなるため、鉄製のスリーブ２との間での電食を有効に防止することができる。

また、第二の実施の形態では、環状質量体３の厚肉部３ｄがプーリ７の被支持筒部７ｃ及びラジアルベアリング８よりも外周側に存在することによって、環状質量体３の重心が第一の実施の形態よりもさらに外周側に偏在するので、一層大きな慣性質量を確保することができる。

また、この実施の形態でも、内周にラジアルベアリング８を保持している環状質量体３の支持筒部３ｃにおける背面側の端部を、円周方向複数個所でポンチにより軸方向につぶして座屈変形させることで、ラジアルベアリング８を抜け止めするための図２と同様の突起（不図示）を容易に形成することができる。

１ ハブ
２ スリーブ
３ 環状質量体
４ プーリアングル
５ カップリングアングル
６ 第一の弾性体
７ プーリ
８ ラジアルベアリング
９ 第二の弾性体９
１０ スラストベアリング

Claims (4)

1. ハブの外周に第一の弾性体を介して環状質量体が連結され、前記環状質量体にベアリングを介して回転可能に支持されたプーリが第二の弾性体を介して前記環状質量体に連結されたトルク変動吸収ダンパにおいて、前記環状質量体及び前記プーリのうち少なくとも一方が表面硬化処理されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とするトルク変動吸収ダンパ。
2. 表面硬化処理が硬質アルマイト処理又は硬質クロムめっき処理によるものであ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。
3. 環状質量体及びプーリの双方がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、このうち、ベアリングと摺動する一方の部材が表面硬化処理され、ベアリングと摺動しない他方の部材が表面硬化処理以外の表面処理手段により防錆処理さ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。
4. ベアリングがプーリ及び環状質量体のうちアルミニウム又はアルミニウム合金からなる一方の部材に保持されると共に、前記一方の部材に塑性加工により形成した突起部で抜け止め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。

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