JP2017133548A

JP2017133548A - 捩り振動低減装置

Info

Publication number: JP2017133548A
Application number: JP2016012075A
Authority: JP
Inventors: 匡史関口; Tadashi Sekiguchi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-01-26
Also published as: JP6485376B2

Abstract

【課題】回転数が低い場合であっても転動体を往復動させて振動減衰性能を得ることができるとともに、転動体が円周方向での転動室の両端部に衝突して異音が生じることを防止もしくは抑制することのできる捩り振動低減装置を提供する。【解決手段】捩り振動低減装置において、軸線方向で回転プレート１の両側に緩衝部材６がそれぞれ設けられ、緩衝部材６におけるガイド孔２に対応する位置に板厚方向に貫通する貫通孔７が形成され、円周方向で貫通孔７におけるガイド孔２の両端部に対応する箇所は、転動体３の直径より回転プレート１の半径方向での孔幅が狭く、かつ、円周方向でガイド孔２の両端部からガイド孔２の中央に向けて半径方向での孔幅が次第に広くなり、ガイド孔２の中央では半径方向での孔幅が転動体３の直径より広い。【選択図】図１

Description

この発明は、慣性質量体の往復運動あるいは振り子運動によって捩り振動を低減させる装置に関するものである。

この種の装置が特許文献１に記載されている。その装置は、回転体の円周方向に一定の間隔で形成された転動室の内部に、転動体と、軸線方向における転動体の両側を挟み付けて拘束する一対の支持部材とが設けられている。各支持部材は、軸線方向における転動室の両側面に弾性体を介して取り付けられている。そして、回転体が回転していない場合すなわち各支持部材に生じる遠心力が小さい場合には、各支持部材は弾性体の弾性力によって転動体に接近させられ、かつそれら支持部材の間に転動体を挟み込んで転動体を固定する。一方、回転体の回転数が高くなることにより各支持部材に生じる遠心力が弾性体の弾性力より大きくなると、転動体から各支持部材が離隔して上述した転動体の固定が解除される。

特開２０１２−２１９８１６号公報

駆動力源としてエンジンを用いる場合には、その出力トルクの変動は、エンジンを始動させた直後のいわゆる低回転数領域で大きい。特許文献１に記載されている構成では、回転体の回転数がある程度高くすなわちエンジンの回転数が高く、各支持部材に作用する遠心力が弾性体の弾性力より大きい場合に、各支持部材による転動体の固定が解除される。言い換えれば、エンジンや回転体の回転数が低いことにより、前記弾性力よりも前記遠心力が小さい場合には、転動体が固定された状態となってしまう。そのため、特許文献１に記載されている構成では、エンジンのいわゆる低回転数領域では所期の振動減衰性能を得ることができない可能性がある。なお、特許文献１に記載されている構成では、各支持部材による転動体の固定が解除されている状態で回転体に入力されるトルクの変動が大きくなり、それに伴って転動体の振幅が大きくなると、円周方向での転動室の両端部に転動体が衝突して異音が生じてしまう可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされものであって、回転数が低い場合であっても転動体を往復動させて振動減衰性能を得ることができるとともに、円周方向での転動室の両端部に転動体が衝突して異音が生じることを防止もしくは抑制することのできる捩り振動低減装置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、この発明は、トルクを受けて回転する回転プレートに、複数のガイド孔が前記回転プレートの円周方向に所定の間隔をあけて形成され、前記回転プレート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プレートの回転方向に往復動する転動体が前記ガイド孔内に配置されている捩り振動低減装置において、軸線方向で前記回転プレートの両側に緩衝部材がそれぞれ設けられ、前記緩衝部材における前記ガイド孔に対応する位置に板厚方向に貫通する貫通孔が形成され、前記円周方向で前記貫通孔における前記ガイド孔の両端部に対応する箇所は、前記転動体の直径より前記回転プレートの半径方向での孔幅が狭く、かつ、前記円周方向で前記ガイド孔の両端部から前記ガイド孔の中央に向けて前記半径方向での前記孔幅が次第に広くなり前記ガイド孔の中央では前記半径方向での前記孔幅が前記転動体の直径より広いことを特徴とするものである。

この発明によれば、軸線方向で回転プレートの両側に緩衝部材がそれぞれ設けられている。各緩衝部材には、回転プレートに形成されたガイド孔に対応する位置に貫通孔が形成されている。その貫通孔におけるガイド孔の両端部に対応する箇所は、転動体の直径より回転プレートの半径方向での孔幅が狭い。また、ガイド孔の両端部から中央に向けて半径方向での孔幅が次第に広くなりガイド孔の中央では半径方向での孔幅が転動体の直径より広い。回転プレートが回転すると、転動体は遠心力によってガイド孔のうち回転プレートの回転中心から最も離れた箇所つまりガイド孔の中央に移動する。この状態でトルクが変動すると、回転方向に転動体が往復動する。ガイド孔の中央における貫通孔の孔幅は、転動体の直径より広いため、緩衝部材によって転動体の往復動が阻害されることなく、転動体が往復動する。これによりトルク変動に起因する捩り振動を低減できる。一方、ガイド孔の両端部に対応する貫通孔の孔幅は転動体の直径より狭い。そのため、大きいトルク変動が入力されることにより転動体の振幅が大きくなった場合には、上述した部分で転動体が拘束される。その結果、円周方向でのガイド孔の両端部と転動体とが衝突して異音が生じることを防止もしくは抑制することができる。また、前記半径方向での転動体の両側を挟んで保持するため、緩衝部材に対して転動体を衝突させる構成に比較して転動体と緩衝部材との接触に伴う衝撃力を低減できる。さらに、上述したような衝突が繰り返されて緩衝部材に変形や摩耗が生じた場合には、それらの摩耗粉が円周方向での貫通孔の両端部に入り込む。その結果、いわゆるくさび効果が生じ、上述した衝突による異音の発生を更に防止もしくは抑制することができる。

この発明の実施形態に係る捩り振動低減装置の一例の一部を示す正面図である。図１に示すII−II線に沿う断面図である。この発明の実施形態における緩衝部材の一例を示す斜視図である。この発明の実施形態における転動体が転動面の端部側に移動した状態を示す正面図である。図４に示すV−V線に沿う断面図である。図５に示すVI−VI線に沿う断面図である。この発明の実施形態に係る捩り振動低減装置の他の例の一部を示す正面図である。図７に示すVIII−VIII線に沿う断面図である。図８に示すIX−IX線に沿う断面図である。

つぎにこの発明を実施形態に基づいて説明する。この発明の実施形態に係る捩り振動低減装置は、トルクが入力される回転プレートに取り付けられた転動体を、トルクの変動に応じて往復動させることによりトルク変動に起因する回転プレートの捩り振動を低減もしくは抑制するように構成されている。図１は、この発明の実施形態に係る捩り振動低減装置の一例の一部を示す正面図であり、図２は、図１に示すII−II線に沿う断面図である。回転プレート１は、ここに示す例では、環状あるいは円板状のプレートであって、その中心に図示しないエンジンのクランク軸や、駆動力を図示しない車輪に伝達するプロペラシャフトあるいは車軸などの回転軸が連結されている。すなわち回転プレート１と上述した各回転軸とは同軸上に配置されている。

この回転プレート１の回転中心Ｏから同一の半径位置の円周上に一定の間隔でガイド孔２が形成されている。それらのガイド孔２は回転プレート１をその板厚方向に貫通して形成されている。各ガイド孔２に転動体３がそれぞれ配置されている。各ガイド孔２はその内部に配置される転動体３が所定の範囲で往復動できる適宜の形状および大きさに形成されている。その形状は、図１に示す長孔形状であってもよく、あるいは単純な円形であってもよい。

ガイド孔２の内壁面のうち回転プレート１の半径方向で外周側の内壁面は、転動体３が遠心力によって押し付けられかつトルク変動によって転動体３が往復動させられる転動面４となっている。その転動面４の形状は、回転プレート１の半径より小さい曲率半径の円弧面もしくは円弧面に近似した曲面である。この転動面４に続いている両側の内壁面が各ガイド孔２を区画している境界面５となっている。転動体３はこれらの境界面５を限度として、あるいは各境界面５同士の間で転動するように構成されている。なお、図１および図２には、遠心力によって転動面４に転動体３が押し付けられている状態を示している。

転動体３は、ここに示す例では、円柱状の軸部３Ａと、軸線方向で軸部３Ａの両側に設けられたフランジ部３Ｂとによって構成されており、断面形状が「Ｈ」形を成している。なお、転動体３は単純な円柱形状であってもよい。軸部３Ａの軸長は回転プレート１の板厚より長く設定されている。軸部３Ａの外径はガイド孔２における最も開口幅の狭い箇所の寸法より僅かに小さく設定されている。これは、転動体３がガイド孔２の内壁面に滑り接触することなく転動面４上を転動できるようにするためである。したがって、軸部３Ａの外周面とガイド孔２の内壁面との間には隙間がある。フランジ部３Ｂの外径は、回転プレート１の半径方向でのガイド孔２の幅より大きく設定されている。これは、転動体３が軸線方向に移動した場合に、各フランジ部３Ｂを回転プレート１の両側面に引っ掛けるためである。こうすることにより、転動体３がガイド孔２からその軸線方向に抜け出ることを抑制することができる。

回転プレート１の軸線方向で回転プレート１の両側に緩衝部材６がそれぞれ設けられている。図３は、この発明の実施形態における緩衝部材６の一例を示す斜視図である。緩衝部材６は、転動体３に接触して緩衝を行うものであって、合成樹脂材料などによって構成されている。緩衝部材６は、図３に示す例では環状に形成されていて、その中心が回転プレート１の回転中心Ｏを通る軸線にほぼ一致するように、回転プレート１に取り付けられている。その外径は回転プレート１の外径より僅かに小さく設定されている。内径はガイド孔２の内壁面における回転プレート１の回転中心Ｏから最も近い箇所まで寸法より小さく設定されている。緩衝部材６の厚さは、トルク変動に応じて転動体３が転動面４に沿って往復動した場合に、上述したフランジ部３Ｂの外周面が接触する厚さに設定されている。具体的には、一対の緩衝部材６の厚さと回転プレート１の厚さとを合算した厚さが、転動体３の軸長とほぼ同じ長さになるように各緩衝部材６の厚さが設定されている。

さらに、緩衝部材６における、ガイド孔２に対応する位置に貫通孔７がそれぞれ形成されている。それらの貫通孔７は緩衝部材６を厚さ方向に貫通して形成されている。各貫通孔７の形状は、図３に示す例では、長孔形状であって、転動面４に対応する部分は転動体３の往復動を許容するように半径方向における孔幅が転動体３の各フランジ部３Ｂの外径より広く設定されている。またフランジ部３Ｂの外周面と貫通孔７の内壁面との間に隙間があり、この隙間は、前述した軸部３Ａの外周面とガイド孔２の内壁面との間の隙間より小さく設定されている。こうすることにより、転動面４上を往復動している転動体３が例えば外乱により半径方向に振動した場合に、転動体３に緩衝部材６が接触して緩衝を行うことができる。

一方、貫通孔７における転動面４の両端部側に対応する部分は半径方向における孔幅が転動体３の外径より僅かに狭く設定されている。すなわち、貫通孔７における円周方向でガイド孔２の両端部側がすぼまって構成されており、このすぼまった部分がいわゆる拘束部として機能する。転動体３の振幅が大きくなった場合には、ここに転動体３がはまり込んで保持される。より具体的には、円周方向で転動面４の中央部から両端部に向けて前記半径方向での孔幅が次第に狭く設定されており、転動面４に続いている境界面５より前記転動面４の中央側で転動体３が保持されるように構成されている。また、転動体３は貫通孔７における前記すぼまった部分にはまり込んでいるだけであるから、遠心力に起因して転動面４の中央部に向けて転動体３を移動させる力が、転動体３を挟み付けている力すなわち拘束力よりも大きくなると、前記すぼまった部分から抜け出て転動体３の拘束が解除される。

つぎに上記構成の捩り振動低減装置の作用について説明する。回転プレート１が回転すると、ガイド孔２内に配置されている転動体３が回転プレート１と共に回転し、各転動体３に遠心力が作用する。その遠心力がある程度大きければ、各転動体３は、図１および図２に示すように、転動面４のうち回転プレート１の回転中心Ｏから最も離れた箇所に移動し、転動体３の軸部３Ａが転動面４に押し付けられる。なお、各フランジ部３Ｂの外周面は貫通孔７の内壁面から離隔している。

回転プレート１が回転している状態で回転プレート１のトルクが変動すると、回転プレート１が回転方向に振動（捩り振動）する。これにより、各転動体３に回転方向の相対的な加速度が生じ、各転動体３は慣性力によって転動面４に沿って転動する。転動面４は前述したように、曲率半径が小さい曲面となっているので、転動体３の慣性力が回転プレート１の振動を抑制する方向に作用し、捩り振動が低減される。また、いわゆる外乱によって転動体３が半径方向に振動した場合には、前述したように、転動体３に緩衝部材６が接触する。その結果、転動面４に転動体３が衝突することによる打音を低減することができる。

次に、回転プレート１のトルクが大きく変動した場合について説明する。図４は、この発明の実施形態における転動体３が転動面４の端部側に移動した状態を示す正面図であり、図５は、図４に示すV−V線に沿う断面図であり、図６は、図５に示すVI−VI線に沿う断面図である。回転プレート１のトルクが大きく変動すると、それに応じて転動体３の振幅が大きくなる。転動体３は転動面４上を転動し、境界面５に接近する。貫通孔７における転動面４の両端部に対応する孔幅は、転動体３の外径より狭く設定されているため、図４および図５に示すように、貫通孔７における転動面４の両端部で転動体３は拘束される。具体的には、この拘束状態では図６に示すように、軸部３Ａの外周面と境界面５とが離隔しており、それらが衝突して異音が生じることを防止もしくは抑制することができる。また転動体３の４カ所が緩衝部材６に接触しているため、この拘束状態では軸線方向における転動体３の傾きが防止もしくは抑制されている。なお、ここに示す例では、転動体３の軸部３Ａは転動面４から離隔している。

また上述した構成では、半径方向での転動体３の両側を挟んで保持するため、緩衝部材６に転動体３を衝突させることにより転動体３と境界面５との接触を抑制する構成に比較して、転動体３と緩衝部材６との接触に伴う衝撃力を低減できる。さらに、上述したような転動体３の拘束が繰り返されて緩衝部材６に変形や摩耗が生じた場合には、その摩耗粉は転動体３の移動に伴って移動して円周方向での貫通孔７の両端部に蓄積したり、入り込んだりする。いわゆるくさび効果が生じるため、転動体３と境界面５とが衝突することによる異音の発生を更に防止もしくは抑制することができる。

転動体３が拘束されている状態で回転プレート１の回転数が高くなると、転動面４の端部で貫通孔７に拘束されている転動体３に生じる遠心力も高くなる。その遠心力に起因して転動面４の中央に向けて転動体３を移動させる力が、転動体３を挟み付けている力すなわち拘束力よりも大きくなると、上述したように、転動体３の拘束が解除される。そして、転動面４に沿う転動体３の往復動が再開される。上述した構成では、遠心力によって転動体３の拘束を解除できるので、全体としての構成を簡素化できる。

また、回転プレート１の回転数が低回転数であることにより転動体３に作用する遠心力が小さい場合について説明する。転動体３が拘束されている状態であれば、遠心力に起因して転動面４の中央に向けて転動体３を移動させる力が転動体３を挟み付けている力よりも小さいことによりその状態が維持される。例えば、図示しないエンジンの回転数がいわゆる低回転数領域にある場合には、転動体３が拘束された状態が維持されるため、転動体３が前述した境界面５に向けて落下したり、境界面５に衝突したりすることが回避もしくは抑制される。

また、転動体３が拘束されていないとしても、エンジン回転数がいわゆる低回転数領域にある場合には、トルクの変動が大きいことにより、転動体３の振幅が大きくなり、その結果、上述したように転動体３が拘束される。エンジン回転数が未だ低回転数領域にあることにより回転プレート１の回転数が低回転数である場合には、転動体３が拘束された状態が維持される。そのため、転動体３が前述した境界面５に向けて落下したり、境界面５に衝突したりすることが回避もしくは抑制される。

図７は、この発明の実施形態に係る捩り振動低減装置の他の例の一部を示す正面図であり、図８は、図７に示すVIII−VIII線に沿う断面図であり、図９は、図８に示すIX−IX線に沿う断面図である。回転プレート１における回転中心Ｏから同一の半径位置に回転プレート１を板厚方向に貫通する一対の第１連通孔８が円周方向に一定の間隔で形成されている。その形状は、長孔形状であってもよく、あるいは単純な円形であってもよい。第１連通孔８の内壁面のうち、回転プレート１の半径方向で外周側の内壁面は回転中心Ｏに対して凹曲面となっており、遠心力によってその凹曲面に後述するピン１２が押し付けられる。すなわち、上述した凹曲面がピン１２の転動面として機能し、その凹曲面に続いている両側の内壁面が第１連通孔８を区画している境界面として機能する。以下の説明では、上述した凹曲面を転動面４０と称し、その転動面４０に続いている両側の内壁面を境界面５０と称する。

回転プレート１の両側であって、一対の第１連通孔８に対応する位置のそれぞれに遠心マス９が配置されている。各遠心マス９は、ここに示す例では、円周方向に延びかつ回転プレート１の外径に沿って湾曲して形成されている。それらの遠心マス９における第１連通孔８に対応する位置に第２連通孔１０が板厚方向に貫通して形成されている。第２連通孔１０の形状は、図７に示すように、長孔形状であってもよく、あるいは単純な円形であってもよい。第２連通孔１０の内壁面のうち、半径方向で内周側の内壁面は回転中心Ｏに対して凸曲面となっており、遠心力によってその凸曲面に後述するピン１２が押し付けられる。また、回転プレート１の半径方向における第２連通孔１０の孔幅は、第１連通孔８とほぼ同じに形成されている。

回転プレート１と各遠心マス９との間に緩衝部材６が配置されている。緩衝部材６における第１連通孔８や第２連通孔１０に対応する位置に、貫通孔１１が板厚方向に貫通して形成されている。その貫通孔１１における上述した転動面４０に対応する部分はピンの往復動を許容するように半径方向における孔幅がピンの後述する張出部より広く設定されている。貫通孔１１における転動面４０の両端部側に対応する部分は、ピンの張出部の外径より僅かに狭く設定されており、半径方向における張出部の外周面を挟み付けて保持するようになっている。すなわち、その孔幅は貫通孔１１の中央部から両端部に向けて次第に狭くなっており、円周方向での貫通孔１１の両端部はその中央部分に対してすぼまって形成されている。そのすぼまった部分がいわゆる拘束部として機能する。

これらの第１連通孔８および第２連通孔１０ならびに貫通孔１１に亘ってピン１２が挿入されている。そのピン１２は、第１連通孔８および第２連通孔１０の孔幅より僅かに小さい外径の軸部１２Ａと、軸部１２Ａの外径より大きくかつ貫通孔１１の孔幅より僅かに小さい外径の張出部１２Ｂとを備えている。第１連通孔８および第２連通孔１０に軸部１２Ａが配置され、貫通孔１１に張出部１２Ｂが配置されている。すなわち、ピン１２の軸部１２Ａが第１連通孔８および第２連通孔１０に緩く嵌合し、張出部１２Ｂが貫通孔１１に緩く嵌合している。

つぎに上記構成の捩り振動低減装置の作用について説明する。図７に示す例では、回転プレート１がある程度高速で回転することにより各遠心マス９に大きい遠心力が作用すると、第２連通孔１０の内壁面のうち、半径方向で内周側の内壁面に軸部１２Ａの外周面が押し付けられる。また、第１連通孔８の内壁面のうち、半径方向で外周側の内壁面すなわち転動面４０に張出部１２Ｂの外周面が押し付けられる。そしてトルクが変動すると、遠心マス９がトルク変動に応じて往復動する。それに伴って転動面４０に沿ってピン１２が往復動する。トルクの変動が大きくなると、遠心マス９やピン２の振幅も大きくなる。そして貫通孔１１における転動面４０の両端部に対応する部分で張出部１２Ｂが挟み付けられ、ピン１２が拘束される。その結果、貫通孔１１の内部でピン１２と境界面５０とが衝突することによる異音の発生を防止もしくは抑制することができる。

また、ピン１２が拘束されている状態で回転プレート１の回転数が低下した場合には、遠心マス９に生じる遠心力が小さいことにより上述したピン１２の拘束が維持される。そのため、貫通孔１１の内部で前記境界面５０に向けてピン１２が落下することがない。したがって、回転プレート１の回転数が低回転数になった場合であっても、ピン１２が境界面５０に激しく衝突したり、それに伴う衝突音が発生したりするなどの事態が確実に防止もしくは抑制される。また、ピン１２が拘束されている状態で回転プレート１の回転数が高くなると、ピン１２を介して回転プレート１に連通されている遠心マス９に生じる遠心力も大きくなる。その遠心力に起因して転動面４０の中央に向けてピン１２を移動させる力が、ピン１２を挟み付けている力よりも大きくなると、ピン１２の拘束が解除され、転動面４０に沿うピン１２の往復動が再開される。すなわち、遠心マス９が往復動する。さらに、ピン１２が拘束されていないとしても、図示しないエンジン回転数がいわゆる低回転数領域にあることにより回転プレート１の回転数が低い場合には、トルクの変動が大きいため、上述したように転動体３が拘束される。エンジン回転数が未だ低回転数領域にある場合には、ピン１２の拘束状態で維持され、ピン１２と境界面５０とが衝突することによる異音の発生を防止もしくは抑制することができる。

１…回転プレート、２…ガイド孔、Ｏ…回転プレート１の回転中心、３…転動体、６…緩衝部材、７…貫通孔。

Claims

トルクを受けて回転する回転プレートに、複数のガイド孔が前記回転プレートの円周方向に所定の間隔をあけて形成され、前記回転プレート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プレートの回転方向に往復動する転動体が前記ガイド孔内に配置されている捩り振動低減装置において、
軸線方向で前記回転プレートの両側に緩衝部材がそれぞれ設けられ、
前記緩衝部材における前記ガイド孔に対応する位置に板厚方向に貫通する貫通孔が形成され、
前記円周方向で前記貫通孔における前記ガイド孔の両端部に対応する箇所は、前記転動体の直径より前記回転プレートの半径方向での孔幅が狭く、かつ、前記円周方向で前記ガイド孔の両端部から前記ガイド孔の中央に向けて前記半径方向での前記孔幅が次第に広くなり前記ガイド孔の中央では前記半径方向での前記孔幅が前記転動体の直径より広い
ことを特徴とする捩り振動低減装置。