JPH01312246A - 定次数形ダイナミックダンパ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車用エンジン等の原動機の回転トルク変
動を吸収する定次数形ダイナミックダンパに関する。

（発明の背景） 回転機械において、原動機の駆動力又は被駆動機械の抵
抗が同期的に変動し、そのため回転速度が変動し、振動
や騒音の原因になることがよくある。

特に、ピストン型内燃機関においては、駆動力が間欠的
に起る爆発をクランク機構によって回転駆動力に変換す
るという原理に基づいているため、必然的に原動機の回
転に同期したトルク変動が発生し、これが振動の原因と
なる。

このトルク変動を吸収するためフライホイールや捩りば
ねを用いたダンパーが広く用いられているが、十分とは
いえない。

特に、近年、広く自動車が交通手段として用いられてい
るが、その殆ど全部がピストン型内燃機関を原動機とし
ているし、最近は走行時の快適性に対する要求が高まり
、上記原因による振動、騒音を低減することが大きな課
題となっている。

現状では、この対策として多気筒化が行なわれているが
、多気筒化は構造が複雑になるのでコストが高くなり、
又、重量や摩擦損失の増加を招き、更に燃料消費量も増
す等から専ら高級車に用いられているに過ぎない。

（従来の技術） ピストン型内燃機関のトルク変動を吸収する装置として
、従来、回転部分に振子状の重錘を懸垂させた定次数形
ダイナミックダンパというものが知られている（第３図
）。

出典：　「機械工学便覧１９８７年版」のＡ３−４７頁
及びＡ３−１４６頁参照 「機械学会論文集第６巻第２４号（第１部）昭和１５年
８月」の４７〜６１頁参照 この定次数形ダイナミックダンパがトルク変動を吸収す
るためには、次式の関係が成立する必要がある。

Ｂ、ｕｌｈｌ（ｌｌ＋ｈｌ）　ｖ　２ω　２　＝ＴＶ但
し、Ｂ、；振子の振幅（ｒａｄ）　、帽；振子の重錘の
質量（複数個の場合は合計）、ｈ、；振子の腕の長さ、
１□：振子の揺動中心から回転中心までの長さ、Ｖ；回
転角速度に対する加振トルクの変動の角速度の次数、ω
：回転角速度、Ｔｖ：加振トルク変動振幅である。

ここで、特別高級ではない自動車に最も多く使われてい
る直列４気筒４サイクルの内燃機関ではｖ＝２である。

又、このダイナミックダンパが有効に作動するためには
加振トルクの変動周期と振子の周期が共振する必要かあ
り、その条件としては、１１／ｈｌ　”Ｖ２である。

従って、上記４気筒４サイクルの場合、ｌ、／ｈ、　＝
４でなければならない。

又、Ｌ＋ｈ＋は回転中心から重錘の重心までの長さであ
り、これをｒと表す。更に、Ｂ、ｈ、は重錘の横方向の
移動量（長さ）の振幅であり、これをＸで表す。これら
の関係を先のトルク変動吸収の式に代入すると、４気筒
４サイクルの場合、ＩＪ＋ｘ　ｒω’　＝Ｔｖ／ｖ　’
　＝Ｔｖ／４となる。即ち、この左辺の値でダイナミッ
クダンパのトルク変動吸収能力が決定される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような定次数形ダイナミックダンパ
にあっては、回転体並びに重錘に円形の空孔を設け、こ
れらに共通に内接するローラを介して重錘を懸垂させ、
ローラが空孔内面に接触しながら転動することにより重
錘が回転体に対し揺動する様にしている為、回転体に対
する重錘の相対運動の軌跡は円弧となる。しかるに、軌
跡が円弧である場合には振幅が大きくなると駆動トルク
の変動と振子の運動とが同期しなくなる。

即ち、前述の理論は、振子の振れ角が微小な時にのみ成
立するものであって、前掲の機械学会論文集によればＢ
、は１０〜１５°以下とされている。

従って、ｘ＝Ｂ＋ｈ＋≦１５Ｘ　ｎ　、’Ｉａｏｘ　ｒ
１５　＝　０．０５２ｒとなる。一方、ＩＪ、、　　ｒ
は装置の大きさからおのずから限度がある。ωは高速回
転時は大きな値であるが、低速回転時は小さな値である
。しかし、通常、自動車の運転においてエンジンのトル
ク変動が車体を振動させ、不快感を与えるのはエンジン
回転の低い時である。

以上により、振子型の定次数形ダイナミックダンパを通
常の４気筒４サイクルエンジンに搭載した自動車で、車
体に伝わるトルク変動を有効に吸収する様に設計すると
非常に大きなものとなり、実用的ではない。

また、これを改良するため、ｌ、／ｈ、の値をｖ２より
若干修正するのがよい事が示されているか、その場合で
も広い範囲の条件に対して有効に作用するものではなか
った。

つまり、従来の定次数形ダイナミックダンパが用いられ
るのは、専ら高速回転時のトルク変動によりエンジンの
クランクシャフトに発生する過大な応力を低減し、クラ
ンクシャフトの折損等の事故が発生するのを防止する目
的であって、低速回転時のトルク変動が車体に伝わって
乗員に不快感を与えるのを防止することは出来なかった
。

本発明は、上記のような問題を解決すること、即ち、小
型のダンパでありながら、低速回転時のトルク変動の有
効吸収を図った定次数形ダイナミックダンパを提供する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明の定次数形ダイナミッ
クダンパでは、ダンパの大きさを大きくすることなしに
低速回転時でも大きなトルク変動を吸収するためには、
重錘の横方向移動振幅を大きくとれる様にすることが肝
要ある点に着目し、従来の振子型に代えて、重錘を、横
方向移動、即ち回転運動のみを行なうリング状重錘と、
縦方向移動、即ち、半径方向の運動のみを行なうフライ
ウェイトに分け、両者の動きに所定の連動関係を持たせ
るようにした。

具体的には、変動するトルクを受けつつ駆動される回転
体にリング状重錘とフライウェイトを装着し、前記リン
グ状重錘は、前記回転体に対し同一の回転軸で、少なく
とも限られた所定範囲内では自由に回動できる様に装着
され、前記フライウェイトは、前記回転体に対しガイド
によって半径方向に限定され、且つ、半径方向には少な
くとも限られた所定範囲内では自由に摺動できる様に装
着され、前記リング状重錘とフライウェイトの間には、
フライウェイトにかかる遠心力がリング状重錘の横移動
量に応じた復元力として作用する様に、リング状重錘の
回転方向の動きと前記フライウェイトの半径方向の動き
とを関係づける連動機構を設けた事を特徴とする手段と
した。

尚、連動機構としては、リング状重錘に形成されたカム
面とフライウェイトに設けられローラ部とにより構成さ
れ、遠心力の作用によりフライウェイトが半径方向外方
に移動すると前記ローラ部とカム面とが接触する様な機
構が用いられる。

（作　用） 駆動トルクのトルク変動入力時には、転勤ローラが内面
を接して転勤するローラ転動部分に、その曲率半径が中
立点より離れるに従って小さく、その曲率半径の変化率
が中立点より離れるに従って大きくなる部分を含む為、
重錘の横移動量が大きくとれ、しかも重錘に加わる復元
力が重錘の中立位置からの変位に比例して発生する。

従って、重錘の揺動により回転体に加えられるトルクが
駆動トルクの変動に遅れなく同期して作用することにな
り、ローラ転動部分の形状のみを変更する小型のダンパ
でありながら、低速回転時のトルク変動を有効に吸収出
来る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

尚、この実施例は、定次数形ダイナミックダンパを自動
車エンジンのフライホイールに装着した例である。

まず、構成を説明する。

第２図は実施例の定次数形ダイナミックダンパが適応さ
れたフライホイール部の断面図であり、１はクランクシ
ャフト出力端、２はフライホイール本体（回転体）、３
はトランスミッション入力軸、４はクラッチディスク、
５はプレッシャプレート、６はダイヤフラムスプリング
、７はリング状重錘、８はローラ付フライウェイト（フ
ライウェイト）、９はリング状重錘７に形成されたカム
面（連動機構）、１０．１１はフライホイール本体２に
形成されたローラ付フライウェイト８のガイド溝である
。

前記フライホイール本体２は、第２図に示すように、ク
ラッチ接合部２１と始動用リングギヤ支持部２２とに分
れ、両者２１．２２の角度方向位置決めのためにキー２
３が設けられ、図外のボルトにより両者２１．２２は一
体に結合されている。

前記リング状重錘７は、第１図に示すように、カム面９
を除く内面位置で、フライホイール本体２に対しポール
１２を介して回動可能に支持されている。尚、１３はポ
ール脱落防止片である。

前記ローラ付フライウェイト８は、第１図及び第２図に
示すように、ローラ部８１とシャフト部８２とニードル
部８３とで構成され、外周等間隔の６個所に形成された
カム面９に対応して同じものが６個所装着されている。

前記ガイド溝１０．１１は、ローラ付フライウェイト８
のシャフト部８２が半径方向に摺動可能に嵌合するよう
に形成されている。

次に、前記カム面９の形状決定手法について述べる。

第１図の実線で示したのは、リング状重錘７が中立点に
位置する状態で、駆動トルクの変動がなく、一定速度で
回転している場合の状態である。

尚、駆動トルクに変動があるとリング状重錘７はこの位
置から左右に揺動することになり、その復元力によって
トルク変動を吸収する。

また、第１図の２点鎖線で示したのは、リング状重錘７
の振幅が最大になった時の最大振れ位置を示す。

中立点においては、ローラ付フライウェイト８に加わる
遠心力は半径方向と一致しているので、リング状重錘７
を揺動させることはない。

しかし、中立点からずれた位置では、リング状重錘７と
ローラ付フライウェイト８との接点の法線方向が半径方
向と角度を持つので、リング状重錘７の変位を復元させ
、又、フライホイール本体２に駆動トルクの変動に抗す
るトルクを生ずることになる。

そこで、上述の様な状況で常にリング状重錘７の揺動に
よってフライホイール本体２に加えられるトルクが駆動
トルクの変動に遅れなく同期して作用する様にするには
、ローラ付フライウェイト８に作用する遠心力がリング
状重錘７の横移動量に比例する復元力として作用するも
のであれば良い。

この復元力が移動量に比例するという条件を満足する為
には、近似的にはカム面９の勾配が移動量に比例して大
きくなるもの、即ち、カム面９に対するローラ付フライ
ウェイト８の相対運動の軌跡が放物線であれば良い。

実際には、これにカム面９に沿う移動に伴なう慣性力針
の修正を加え、又、縦、横が半径方向と円周方向となる
様に修正し、Ｏ−ラ部８１がカム面９を転動して所望の
軌跡が得られる様にカム面９の形状を決定すれば良い。

この様にして得られるカム面９の形状は、カム面９に対
するローラ付フライウェイト８の相対運動の軌跡の勾配
が中立点より離れるに従って増大すると共に、その変化
率も中立点より離れるに従って増大するものとなる。

次に、作用を説明する。

（イ）駆動トルク一定時 エンンジンからフライホイール本体２に伝達された駆動
トルクに変動がなく一定である時は、フライホイール本
体２の回転変動がなく、一定の角速度で回転する。

この時、ローラ付フライウェイト８は遠心力によって外
方に移動し、カム面９の最深部位置、即ち、第１図の実
線で示す中立位置にある状態となる。この状態でリング
状重錘７もフライホイール本体２と同じ一定の角速度で
回転する。

従って、ローラ付フライウェイト８のローラ部８１とカ
ム面９の押し合う力は半径方向を向き、駆動トルクは発
生しない。

（ロ）駆動トルク変動時 エンンジンからフライホイール本体２に伝達された駆動
トルクが変動する時は、フライホイール本体２の角速度
も変動する。

この時、もはやフライホイール本体２の角速度はリング
状重錘了の角速度とは一致せず、両者２゜７は相対的な
回転差を生じ、リング状重錘γはフライホイール本体２
に対し相対的な揺動運動を行なう。この周期は、フライ
ホイール本体２に作用するトルク変動の周期に一致する
。

一方、ローラ付フライウェイト８は常に遠心力により外
方に移動しようとしている為、ローラ部８１とカム面９
が常時接触をしながらリング状重錘７の揺動運動に対応
した半径方向の往復運動を行なう。

この時、ローラ部８１とカム面９との接触方向は半径方
向とは一致せず成る角度を持つので、この接触圧によっ
てリング状重錘了は中立点からのずれに応じた復元力を
受けることになる。同時に、その反力がローラ付フライ
ウェイト８のシャフト部８２とフライホイール本体２に
設けられたガイド溝１０．１１の側面との接触圧を生じ
ることになり、これがフライホイール本体２の変動駆動
トルクを打ち消すトルクを発生することになる。

このリング状重錘７の揺動運動は、リング状重錘７の慣
性能率、カム面９の形状、フライウェイト８の重量、フ
ライホイール本体２の回転速度その他の諸条件によって
定まる固有振動数を持つ。

従って、この固有振動数が駆動トルクの変動周波数に一
致する様にカム面９を決定すれば、リング状重錘７の揺
動振幅は最大となり、その反力が駆動トルク変動を打ち
消して、フライホイール本体２の回転角速度の変動を殆
ど無くしてしまう。

即ち、そのフライホイール本体２によって駆動される車
両は駆動トルクの変動が抑えられて、振動のない滑らか
な駆動走行状態が実現出来ることになる。

又、ピストン式エンジンのように駆動トルクの変動周波
数が回転速度と一定の割合で変化する場合は、ローラ部
８１とカム面９とによる連動機構による固有周波数もや
はり回転速度に比例しくこれは、ローラ付フライウェイ
ト８にかかる遠心力が回転速度に比例する為）、所謂、
定次数形ダイナミックダンパとなる為、全ての回転速度
領域において上記駆動トルク変動の吸収が有効に行なわ
れる。

以上説明してきたように、実施例の定次数形ダイナミッ
クダンパにあっては、重錘を、横方向移動、即ち回転運
動のみを行なうリング状重錘７と、縦方向移動、即ち、
半径方向の運動のみを行なうローラ付フライウェイト８
に分け、ローラ付フライウェイト８にかかる遠心力がリ
ング状重錘７の横移動量に比例する復元力として作用す
る様に両者７，８の動きに所定の連動関係を持たせるよ
うにした為、小型のダンパでありながら、低速回転時の
トルク変動の有効吸収をことが出来るという効果が得ら
れる。

また、連動関係を持たせる連動機構として、フライウェ
イト８のローラ部８１とカム面９によるカム機構とした
為、簡単な構造にて確実な力の伝達が出来ると共に、ロ
ーラ部８１はニードル部８３を介して回転可能に支持し
た為、カム面９に対する円滑な接触移動を確保出来る。

以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体的
な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても本
発明に含まれる。

例えば、実施例では、連動機構として、カム機構を示し
たが、フライウェイトにかかる遠心力がリング状重錘の
横移動量に比例する復元力として作用する様に、リング
状重錘の回転方向の動きと前記フライウェイトの半径方
向の動きとを関係づける機構であればカム機構に限定さ
れない。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明の定次数形ダイナミッ
クダンパにあっては、変動するトルクを受けつつ駆動さ
れる回転体に、回転体に対し所定範囲内で回動するリン
グ状重錘と、半径方向に所定範囲内で摺動するフライウ
ェイトを装着し、リング状重錘とフライウェイトの間に
は、フライウェイトにかかる遠心力がリング状重錘の横
移動蛍に応じた復元力として作用する様に、リング状重
錘の回転方向の動きとフライウェイトの半径方向の動き
とを関係づける連動機構を設けた為、４気筒程度の内燃
機関に適応出来るコンバトなダンパーでありながら、車
体に伝わって乗員に不快感を与える低速回転時のトルク
変動を有効に吸収出来るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の定次数形ダイナミックダンパを
示す第２図Ａ−Ａ線による断面図、第２図は実施例の定
次数形ダイナミックダンパを示す第１図Ｂ−Ｂ線による
断面図、第３図は従来の定次数形ダイナミックダンパを
示す図である。 １・・・クランクシャフト出力端 ２・・・フライホイール本体（回転体）３・・・トラン
スミッション入力軸 ４・・・クラッチディスク ５・・・プレッシャプレート ６・・・ダイヤフラムスプリング ７・・・リング状重錘 ８・・・ローラ付フライウェイト （フライウェイト） ８１・・・ローラ部（連動機構） ９・・・カム面（連動機構） １０．１１・・・ガイド溝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）変動するトルクを受けつつ駆動される回転体にリン
   グ状重錘とフライウェイトを装着し、前記リング状重錘
   は、前記回転体に対し同一の回転軸で、少なくとも限ら
   れた所定範囲内では自由に回動できる様に装着され、 前記フライウェイトは、前記回転体に対しガイドによっ
   て半径方向に限定され、且つ、半径方向には少なくとも
   限られた所定範囲内では自由に摺動できる様に装着され
   、 前記リング状重錘とフライウェイトの間には、フライウ
   ェイトにかかる遠心力がリング状重錘の横移動量に応じ
   た復元力として作用する様に、リング状重錘の回転方向
   の動きと前記フライウェイトの半径方向の動きとを関係
   づける連動機構を設けた事を特徴とする定次数形ダイナ
   ミックダンパ。 ２）前記連動機構が、リング状重錘に形成されたカム面
   とフライウェイトに設けられローラ部とにより構成され
   、遠心力の作用によりフライウェイトが半径方向外方に
   移動すると前記ローラ部とカム面とが接触する連動機構
   である請求項１記載の定次数形ダイナミックダンパ。