JP6811702B2 - トーショナルダンパ - Google Patents

Description

本発明は、自動車エンジンのクランクシャフト等の回転軸に発生する振動を吸収し低減するトーショナルダンパに関する。

従来からハブにダンパゴムを介してダンパマスを接続したトーショナルダンパが知られており、このトーショナルダンパは、ダンパゴムをバネとするとともにダンパマスを慣性質量とする共振系を設定することにより、回転軸に発生する捩り振動などを吸収し低減する。

特開２００２−３５７２４４号公報

ところで、近年における自動車業界の動向として、低燃費やダウンサイジングによるエンジン高出力化（ターボチャージャー化を含む）により、エンジン自体の軽量化やピストンの高燃焼率化が求められている。また、クランクシャフトにおいては、クランクシャフトの細軸化やロングストローク化（ジャーナル軸中心からピストンピン中心までの距離を増大すること）が考えられている。これらのエンジンやクランクシャフトの構造変更が進捗すると、問題点として、各ピストンでの爆発力増大やクランクシャフトの剛性低下によるクランクシャフトの曲げモーメント（曲げ振動）増大化が挙げられる。

そこで、トーショナルダンパで採り得る対策として、トーショナルダンパ曲げ方向の剛性を増大することが考えられ、更に、トーショナルダンパの円周上回転位置と各ピストンの爆発タイミングに相関関係があることを利用して、例えば４気筒エンジンで１番および４番ピストン爆発時の振動が大きい場合に対しては、１番および４番ピストン爆発時の振動が入力する方向についてのトーショナルダンパ曲げ方向の剛性を一層増大することにより曲げ方向の固有値（固有振動数）を高周波側へずらし、１番および４番ピストン爆発時の曲げ振動を積極的に低減することが考えられる。

しかしながら、上記従来のトーショナルダンパでは、トーショナルダンパ曲げ方向の剛性が十分とは云えず、また、トーショナルダンパ曲げ方向の剛性に円周上の方向性が設定されていないため、振動低減の狙いとする方向の曲げ振動を積極的に低減することができない。

例えば、参考例として示す図５のトーショナルダンパ１１では、ハブ２１にダンパゴム３１を介してダンパマス４１が接続され、ハブ２１にボス部２２、スポーク部２６およびリム部２７が一体に設けられた構造とされるところ、ボス部２２とリム部２７とをつなぐ円周上複数のスポーク部２６がそれぞれボス部２２から径方向外方へ向けて延設された軸直角平面状に形成されているため、トーショナルダンパ曲げ方向の剛性が十分とは云えず、また、トーショナルダンパ曲げ方向の剛性に円周上の方向性が設定されていないため、振動低減の狙いとする方向の曲げ振動を積極的に低減することができない。

本発明は以上の点に鑑みて、トーショナルダンパ曲げ方向の剛性を増大することができ、しかも、トーショナルダンパ曲げ方向の剛性に円周上の方向性を設定することにより振動低減の狙いとする方向の曲げ振動を積極的に低減することができるトーショナルダンパを提供することを課題とする。

また、加えて、このような構造を備えながら、トーショナルダンパの重量が増加するのを極力抑制することができるトーショナルダンパを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のトーショナルダンパは、ハブにダンパゴムを介してダンパマスを接続したトーショナルダンパであって、前記ハブは、クランクシャフトに固定されるボス部と、前記ダンパゴムを保持するリム部と、前記ボス部および前記リム部を連結した円周上で放射状にのびる複数のスポーク部とを有するトーショナルダンパにおいて、前記複数のスポーク部はそれぞれ軸方向に傾斜した傾斜形状とされ、前記複数のスポーク部から選択された一部のスポーク部であって入力する曲げ振動に対応する一方向のスポーク部に補強構造が設けられていて、正面多角形状の治具係合部が、前記リム部の内周側において前記ハブに設けられ、前記補強構造は、前記リム部の内周と前記スポーク部と前記治具係合部の外周との間にひろがり且つ外径側にいくほど幅が漸減する補強用リブであることを特徴とする。

また、実施の態様として、上記記載のトーショナルダンパにおいて、前記ハブのリム部、前記ダンパゴムおよび前記ダンパマスによって断面円弧形状を呈する径方向内向き凸のダンパゴム抜け止め構造が設けられ、前記ダンパゴム抜け止め構造によって前記リム部の内周面に径方向内向き凸の凸形状が設けられ、前記凸形状に対し、前記傾斜形状とされたスポーク部の外周端部が一体に連結されていることを特徴とする。

また、実施の態様として、上記記載のトーショナルダンパにおいて、前記スポーク部は、前記リム部における軸方向一方側端部から前記治具係合部における軸方向他方側端部へむかって軸方向に対して傾斜しながらのびるように構築され、前記補強用リブは、前記リム部における前記軸方向一方側端部と前記スポーク部と前記治具係合部の外周との間にひろがるように構築されたことを特徴とする。

本発明では、円周上複数設けられるスポーク部がそれぞれ軸方向に傾斜した傾斜形状とされて、径方向のみならず軸方向にも立体化されているため、トーショナルダンパ曲げ方向の剛性を増大することが可能とされる。

また、円周上複数設けられるスポーク部のうち、入力する曲げ振動に対応する一方向のスポーク部に補強構造が設けられて、トーショナルダンパ曲げ方向の剛性に円周上の方向性が設定されているため、振動低減の狙いとする方向の曲げ振動を積極的に低減することが可能とされる。

また、トーショナルダンパに径方向内向き凸のダンパゴム抜け止め構造が設けられるのに伴ってハブのリム部の内周面に径方向内向き凸の凸形状が設けられ、この凸形状に対しスポーク部の外周端部が一体に連結される場合には、凸形状による長さ分、スポーク部の長さが短く設定される。したがって凸形状に対しスポーク部の外周端部が一体に連結されない場合と比較してハブの重量が軽減されるため、トーショナルダンパの重量が増加するのを極力抑制することが可能とされる。

また、ハブにおけるリム部の内周側であって正面多角形状の治具係合部の外周側に位置して補強構造が補強用リブとして設けられる場合には、補強用リブが治具係合部によって保持された形状に形成される。したがって補強構造が高強度のリブ構造として設けられる。

実施の形態に係るトーショナルダンパを示す図で、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）はその断面図であって（Ａ）におけるＢ−Ｏ−Ｂ線断面図 同トーショナルダンパの斜視図 他の実施の形態に係るトーショナルダンパを示す図で、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）はその断面図であって（Ａ）におけるＢ’−Ｏ−Ｂ’線断面図 同トーショナルダンパの斜視図 参考例に係るトーショナルダンパの断面図

図１および図２に示すように、実施の形態に係るトーショナルダンパ１１は、ハブ２１の外周側にダンパゴム（ゴム弾性体）３１を介してダンパマス（慣性質量体）４１を接続したトーショナルダンパとされており、また、環状のハブ２１とその外周側に配置した環状のダンパマス４１との間の径方向間隙に軸方向いずれか一方から環状のダンパゴム３１を非接着で圧入嵌合した構造のゴム嵌合タイプのトーショナルダンパとされている。また、実施の形態に係るトーショナルダンパ１１は、ダンパゴム３１をバネとするとともにダンパマス４１を慣性質量とする共振系を設定することにより、自動車エンジンのクランクシャフトに発生する捩り振動（円周方向の振動）や曲げ振動（径方向の振動、こじり方向の振動）などを吸収し低減するクランクシャフト用トーショナルダンパとされている。ダンパマス４１の外周面には、トルク伝達用の無端ベルトを巻架するためのベルト係合溝４２が形成されているので、トーショナルダンパ１１はダンパプーリとも称される。

ハブ２１は、クランクシャフト（図示せず）の軸端部に固定される環状のボス部２２を有し、このボス部２２の外周側にスポーク部２６が一体に設けられ、スポーク部２６の外周側に環状のリム部２７が一体に設けられている。

ボス部２２は、内周面の円周上一箇所にキー溝２４を設けた筒状部２３を有し、この筒状部２３の軸方向一方（当該トーショナルダンパ１１の正面側であって図１（Ｂ）における左方）の端部から径方向外方へ向けて軸直角平面状の径方向立ち上がり部（フランジ部）２５が一体に設けられている。

スポーク部２６は、ボス部２２の径方向立ち上がり部２５の外周端部から径方向外方であってかつ軸方向一方へ向けて斜めに設けられており、すなわちスポーク部２６の内周端部２６ａに対し外周端部２６ｂが軸方向一方へ変位して配置されることによりスポーク部２６は、軸方向に傾斜した傾斜形状に形成されている。

また、このスポーク部２６は、円周上に複数が等配状に設けられており、具体的にはスポーク部２６がエンジン気筒数に合わせて４本等配状に設けられている。４本のスポーク部２６のうちの１本は、上記キー溝２４と円周上位置を合わせて設けられ、残りの３本はキー溝２４に対し円周上９０度、１８０度および２７０度の位置に設けられている。

リム部２７は、スポーク部２６の外周端部から軸方向一方および軸方向他方（当該トーショナルダンパ１１の背面側であって図１（Ｂ）における右方）の双方へ向けて円筒状に設けられており、すなわち円筒状を呈するこのリム部２７の軸方向中央部の内周面に対しスポーク部２６が一体に連結されている。

また、リム部２７の内周側に位置して筒状の治具係合部３０が一体に設けられており、すなわちボス部２２の径方向立ち上がり部２５の外周端部近傍から軸方向一方へ向けて筒状の治具係合部３０が一体に設けられている。この治具係合部３０は、当該トーショナルダンパ１１をクランクシャフトの軸端部に装着するとき、または当該トーショナルダンパ１１をクランクシャフトの軸端部から取り外すときに、ハブ２１を回り止めする回り止め治具（図示せず）を差し込んで円周方向に係合するために設けられており、回り止め治具の差し込み部が多角形状であるのに対応して、この治具係合部３０も正面多角形状に形成されている。多角形状は具体的には六角形状とされ、六角形状における６箇所の角部３０ａのうちの１箇所が上記キー溝２４と円周上位置を合わせて設けられ、残りの５箇所はキー溝２４に対し円周上６０度、１２０度、１８０度、２４０度および３００度の位置に設けられている。

ハブ２１におけるリム部２７外周面の軸方向中央部に環状凹部２８が設けられるとともにこれに対応してダンパマス４１の内周面の軸方向中央部に環状凸部４３が設けられ、これによりハブ２１のリム部２７、ダンパゴム３１およびダンパマス４１によって断面円弧形状（断面波形形状）を呈する径方向内向き凸のダンパゴム抜け止め構造（コンボリューション部）５１が設けられている。このダンパゴム抜け止め構造５１は、ハブ２１およびダンパマス４１間の径方向間隙に非接着で圧入したダンパゴム３１が同間隙から脱落することがないようにダンパゴム３１を軸方向に係合し抜け止めするために設けられている。

また、ハブ２１におけるリム部２７外周面の軸方向中央部に環状凹部２８が設けられるのに伴って、リム部２７内周面の軸方向中央部に径方向内向き凸の凸形状２９が設けられており、この凸形状２９に対し、上記傾斜形状とされたスポーク部２６の外周端部２６ｂが一体に連結されている。

また、当該トーショナルダンパ１１における曲げ方向の固有値（固有振動数）に高低についての方向性を設定すべく、上記４本のスポーク部２６のうちの上記キー溝２４と円周上位置を合わせて設けられたスポーク部２６およびその１８０度対称位置のスポーク部２６よりなる２本のスポーク部２６に補強構造６１が設けられており、具体的にはこの２本のスポーク部２６にそれぞれ径方向に延びる補強用リブ６２が設けられている。したがって図１（Ａ）の正面図において、上下方向は固有値が比較的高く設定され、これに対し、左右方向は補強構造６１（補強用リブ６２）が設けられていないので、固有値が比較的低く設定されている。

補強用リブ６２は、図１（Ｂ）に示すように、スポーク部２６の軸方向一方の端面側に一体に設けられており、ここには、スポーク部２６、リム部２７および治具係合部３０の角部３０ａによって三方を囲まれる空間が形成されているので、この三方を囲まれる空間に補強用リブ６２が設けられている。したがって補強用リブ６２はその外周端部６２ｂをリム部２７に一体に連結されるとともに内周端部６２ａを治具係合部３０の角部３０ａに一体に連結され、スポーク部２６、リム部２７および治具係合部３０により三方から保持されている。

上記構成を備えるトーショナルダンパ１１は、自動車用４気筒エンジンのクランクシャフトに取り付けることが予定され、また、４気筒エンジンで１番および４番ピストン爆発時の振動が大きいクランクシャフトに取り付けることが想定されているので、この１番および４番ピストン爆発時に発生する振動が、振動低減の狙いとする方向の曲げ振動とされている。またこのトーショナルダンパ１１は、ハブ２１の内周面に設けたキー溝２４の円周上位置が１番および４番ピストン爆発時に合わせて位置決めされるので、１番および４番ピストンが爆発したとき、図１（Ａ）における上下方向に曲げモーメントが入力する。

上記構成を備えるトーショナルダンパ１１によれば、以下の作用効果が発揮される。

すなわち上記構成のトーショナルダンパ１１では、円周上複数（４本）設けられるスポーク部２６がそれぞれ軸方向に傾斜した傾斜形状とされているため、スポーク部２６がそれぞれ径方向のみならず軸方向にも立体化されている。また、スポーク部２６がそれぞれ円筒状を呈するリム部２７の軸方向端部ではなく軸方向中央部に対し一体に連結されているため、スポーク部２６からのリム部２７の軸方向突出長さが小さく設定され、よってリム部２７に傾く（首を振る）ような変形を生じにくい。したがってこれらのことからトーショナルダンパ曲げ方向の剛性を増大することが可能とされている。

また、円周上複数（４本）設けられるスポーク部２６のうち、振動低減の狙いとする方向の曲げ振動に対応する一方向のスポーク部（図１（Ａ）における上下２本のスポーク部）２６に補強構造６１が設けられて、トーショナルダンパ曲げ方向の剛性に円周上の方向性が設定されているため、振動低減の狙いとする方向の曲げ振動を積極的に低減することが可能とされている。試作値によると、図１（Ａ）における左右方向の固有値が約６％上昇するのに対し、上下方向の固有値が約１９％上昇するので、トーショナルダンパ曲げ方向の剛性に円周上の方向性が設定されることが確認されている。

また、トーショナルダンパ１１に径方向内向き凸のダンパゴム抜け止め構造５１が設けられるのに伴ってハブ２１のリム部２７の内周面に径方向内向き凸の凸形状２９が設けられ、この凸形状２９に対してスポーク部２６の外周端部２６ｂが一体に連結されているため、凸形状２９による径方向長さの分、スポーク部２６の径方向長さが短く設定されている。したがって凸形状２９に対しスポーク部２６の外周端部２６ｂが一体に連結されない場合（凸形状２９とスポーク部２６が連結されず別々に形成される場合）と比較してハブ２１の重量が軽減されるため、トーショナルダンパ１１の重量が増加するのを極力抑制することが可能とされている。試作値によると、上記したように固有値が約６％および約１９％上昇するのに対し、重量は約１．６％の増加にとどまっているので、重量増加率が小さいことが確認されている。

また、正面多角形状の治具係合部３０とリム部２７の間に補強構造６１が補強用リブ６２として設けられているため、補強用リブ６２が治具係合部３０、スポーク部２６およびリム部２７によって三方を保持された形状に形成されている。したがって補強用リブ６２に高強度を持たせることが可能とされている。

尚、本発明において、スポーク部２６はボス部２２から径方向外方であってかつ軸方向一方へ向けて斜めに設けられていれば、必ずしもリム部２７内周面の凸形状２９に連結されていなくても良い。

この例として図３および図４に示す他の実施の形態に係るトーショナルダンパ１１では、スポーク部２６の傾斜角度が図１および図２の場合よりも大きく設定されることによりスポーク部２６がリム部２７の軸方向一方の端部内周面に対しても連結されており、その結果として、補強用リブ６２の外周端部６２ｂの側面形状が台形ではなく三角形状に形成されている。このように補強用リブ６２の外周端部６２ｂの側面形状が三角形状に形成された場合（図３および図４）には、同側面形状が台形に形成された場合（図１および図２）と比較して、補強用リブ６２による重量増加分が小さいながらもスポーク部２６の剛性を高めることが可能とされる。

また、本発明において、ダンパゴム抜け止め構造５１は省略されても良く、内向き凸ではなく断面円弧形状を呈する径方向外向き凸の形状とされても良い。

１１ トーショナルダンパ
２１ ハブ
２２ ボス部
２３ 筒状部
２４ キー溝
２５ 径方向立ち上がり部
２６ スポーク部
２７ リム部
２８ 環状凹部
２９ 凸形状
３０ 治具係合部
３１ ダンパゴム
４１ ダンパマス
４２ ベルト係合溝
４３ 環状凸部
５１ ダンパゴム抜け止め構造
６１ 補強構造
６２ 補強用リブ
６２ａ 内周端部
６２ｂ 外周端部

Claims (3)

1. ハブにダンパゴムを介してダンパマスを接続したトーショナルダンパであって、
   前記ハブは、クランクシャフトに固定されるボス部と、前記ダンパゴムを保持するリム部と、前記ボス部および前記リム部を連結した円周上で放射状にのびる複数のスポーク部とを有するトーショナルダンパにおいて、
   前記複数のスポーク部はそれぞれ軸方向に傾斜した傾斜形状とされ、
   前記複数のスポーク部から選択された一部のスポーク部であって入力する曲げ振動に対応する一方向のスポーク部に補強構造が設けられていて、
   正面多角形状の治具係合部が、前記リム部の内周側において前記ハブに設けられ、
   前記補強構造は、前記リム部の内周と前記スポーク部と前記治具係合部の外周との間にひろがり且つ外径側にいくほど幅が漸減する補強用リブであることを特徴とするトーショナルダンパ。
2. 請求項１記載のトーショナルダンパにおいて、
   前記ハブのリム部、前記ダンパゴムおよび前記ダンパマスによって断面円弧形状を呈する径方向内向き凸のダンパゴム抜け止め構造が設けられ、
   前記ダンパゴム抜け止め構造によって前記リム部の内周面に径方向内向き凸の凸形状が設けられ、
   前記凸形状に対し、前記傾斜形状とされたスポーク部の外周端部が一体に連結されていることを特徴とするトーショナルダンパ。
3. 前記スポーク部は、前記リム部における軸方向一方側端部から前記治具係合部における軸方向他方側端部へむかって軸方向に対して傾斜しながらのびるように構築され、
   前記補強用リブは、前記リム部における前記軸方向一方側端部と前記スポーク部と前記治具係合部の外周との間にひろがるように構築された請求項１または２に記載のトーショナルダンパ。

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