WO2013161058A1

WO2013161058A1 - 振動低減装置

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Publication number: WO2013161058A1
Application number: PCT/JP2012/061376
Authority: WO
Inventors: 匡史関口; 浩之天野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2014-10-27
Also published as: CN104246301A; JPWO2013161058A1; US20150005078A1; EP2843262B1; JP5862767B2; US9958027B2; EP2843262A1; CN104246301B; EP2843262A4

Abstract

　転動体を収容する転動室を備えたダンパの振動低減の効果を向上させることができる振動低減装置を提供する。　回転部材１７（２７）に伝達されるトルクの変化に伴う振動を、前記回転部材１７（２７）に対して相対回転可能に連結された転動体２８が揺動することにより低減する振動低減装置において、前記転動体２８を囲うケース部材２９，３０と、前記ケース部材２９，３０と前記回転部材１７（２７）とを相対回転可能に連結しかつ前記転動体２８が揺動する空間３３にオイルが流入しないように封止するシール部材３１，３２とを備えている。

Description

振動低減装置

　この発明は、捩り振動を低減するための装置に関し、特にトルクを受けて回転する回転体の内部に、その回転体に対して相対回転自在な転動体を収容した構成を備えている振動低減装置に関するものである。

　動力源で発生させたトルクを、目的とする箇所もしくは部材に伝達するための駆動軸や歯車などの回転体は、入力されるトルク自体の変動や負荷の変動、あるいは摩擦などが原因となって不可避的に振動する。その振動の周波数は回転数に応じて変化するとともに、二次振動以上の高次の振動も併せて発生するので、共振によって振幅が大きくなり、ひいては騒音や耐久性低下などの原因となることがある。そのため、回転によって動力を伝達する各種の機器には上記のような振動を防止するための装置もしくは機構が広く採用されている。その一例が特表２０１１－５０４９８７号公報に記載されている。

　特表２０１１－５０４９８７号公報に記載されている振動低減装置は、トルクコンバータを構成するタービンランナから出力される動力伝達経路あるいはそのトルクコンバータに設けられたロックアップクラッチを介してエンジンから直接伝達される動力伝達経路にバネの弾性作用を利用して振動を低減する弾性ダンパと、その弾性ダンパの出力側の回転体に設けられた振り子ダンパとによって、動力源から出力されたトルクの振動を低減して伝達するように構成されている。この特表２０１１－５０４９８７号公報に記載された弾性ダンパや振り子ダンパは、トルクコンバータの内部に設けられており、トルクコンバータに供給されたオイルに各ダンパが浸漬された状態となっている。

　したがって、特表２０１１－５０４９８７号公報に記載された振動低減装置は、トルクコンバータの内部に各ダンパを設けることにより、それらダンパの搭載性を向上させることができる。一方、トルクコンバータの内部はオイルが満たされており、そのオイルに振り子ダンパにおける転動体が浸漬された状態となっている。そのため、オイルの粘性抵抗を転動体が受けることにより、転動体の振動次数が変化して振動低減の効果が低下し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たものであって、転動体を収容する転動室を備えたダンパの振動低減の効果を向上させることができる振動低減装置を提供することを目的とするものである。

　この発明は、上記の課題を解決するために、回転部材に伝達されるトルクの変化に伴う振動を、前記回転部材に対して相対回転可能に連結された転動体が揺動することにより低減する振動低減装置において、前記転動体を囲うケース部材と、前記ケース部材と前記回転部材とを相対回転可能に連結しかつ前記転動体が揺動する空間にオイルが流入しないように封止するシール部材とを備えていることを特徴とするものである。

　また、この発明は、上記の発明において、前記回転部材と前記ケース部材とが相対回転したときの位相を減少させる弾性部材を更に備えていることを特徴とする振動低減装置である。

　さらに、この発明は、上記の発明において、前記ケース部材は、前記回転部材の表裏両面にそれぞれ設けられたプレートを含み、該プレート同士が一体に回転するように連結されていることを特徴とする振動低減装置である。

　さらに、この発明は、上記の発明において、前記回転部材は、流体流により動力を伝達する流体伝動装置の従動側部材と一体に回転し、かつ前記流体伝動装置の内部に配置されていることを特徴とする振動低減装置である。

　さらに、この発明は、上記の発明において、前記回転部材は、流体流により動力を伝達する流体伝動装置に入力されるトルクを機械的に伝達する直結クラッチの出力部材と一体に回転し、かつ該流体伝動装置の内部に配置されていることを特徴とする振動低減装置である。

　さらに、この発明は、上記の発明において、前記流体伝動装置は、前記流体流により動力を伝達するとともに、該流体伝動装置に入力された動力を増幅する機能を有するトルクコンバータを含むことを特徴とする振動低減装置である。

　この発明によれば、回転部材に伝達されるトルクの変化に伴う振動を、その回転部材に対して相対回転可能に連結された転動体が揺動することにより低減することができる。また、その転動体は、回転部材と相対回転可能に連結されたケース部材によって囲われており、そのケース部材と回転部材とがシール部材によって、転動体が揺動する空間にオイルが流入しないように連結されている。したがって、流体の粘性による粘性抵抗が、転動体に作用することを抑制もしくは防止することができるので、転動体が揺動することによる振動低減の効果が低下してしまうこと、あるいは転動体が揺動する振動次数がずれることを抑制もしくは防止することができる。

　また、ケース部材と回転部材とが相対回転可能に連結されることにより、ケース部材の質量が回転部材と一体に回転する部材の質量、すなわち転動体が揺動することにより振動を低減するための回転体の質量に加算されることがなく、その結果、転動体が揺動することにより振動を低減するための回転体の質量に対する転動体の質量を相対的に増大させることができるので、転動体の揺動による振動低減の効果を向上させることができる。

　さらに、回転部材とケース部材とが相対回転したときの位相を減少させる弾性部材が更に設けられているので、ケース部材を質量体としたいわゆるマスダンパとして機能させることができる。その結果、ケース部材を設けることにより回転部材の振動低減の効果を向上させることができる。

この発明に係る振動低減装置の一例を示す部分的な断面図であって回転中心軸線から上側の半分を示す図である。図１におけるII-II線に沿う断面図である。その転動体の他の構成例を説明するための断面図である。その転動体の更に他の構成例を説明するための断面図である。

　つぎにこの発明に係る振動低減装置の一例を具体的に説明する。図１はトルク増幅作用のある流体伝動装置であるトルクコンバータ１の内部に振動低減装置を設けた例を示しており、ここに示すトルクコンバータ１は従来車両に広く搭載されているトルクコンバータと同様の構成を備えている。すなわち、入力側の部材であるポンプインペラ２は、環状に配列されたポンプブレード３をポンプシェル４の内面に取り付けて構成されており、そのポンプインペラ２に対向して、この発明における従動側部材に相当するタービンランナ５が配置されている。このタービンランナ５は、ポンプインペラ２とほぼ対称となる形状を有するものであって、環状（もしくは半ドーナツ状）をなすシェルの内面に、環状に配列した多数のタービンブレード６を固定して構成されている。したがって、これらポンプインペラ２とタービンランナ５とは同一軸線上で対向して配置されている。

　ポンプシェル４の外周端には、タービンランナ５の外周側を覆うフロントカバー７が一体に接合されている。このフロントカバー７は、図１に示すように、ポンプシェル４の内面と対向するフロント壁面を有するいわゆる有底円筒状の部材であり、その内部には、オイルが封入されている。したがって、タービンランナ５に動力が伝達されて回転することにより、フロントカバー７に封入された流体流が発生して、その流体流によってタービンランナ５が回転して動力が伝達される。なお、フロントカバー７の中心部には、外表面側に突出した円筒部材８が一体に形成されており、その円筒部材８の中空部に図示しないエンジンの出力軸が挿入されている。また、フロントカバー７の外周側の外表面には、エンジンの出力軸と一体に回転する図示しないドライブプレートと連結するためのナット９が円周方向に複数設けられており、そのドライブプレートからフロントカバー７に動力が伝達されるように構成されている。

　さらに、ポンプシェル４の内周端部には、円筒軸１０が一体に設けられており、その円筒軸１０は、ポンプシェル４の背面側（エンジン側とは反対側）に延びており、図示しないオイルポンプに連結されている。その円筒軸１０の内部には、その円筒軸１０の内径より小さい外径の固定軸１１が挿入されており、その先端部は、ポンプシェル４とフロントカバー７とで囲われたトルクコンバータ１の内部にまで延びている。

　固定軸１１の先端部は、前述したタービンランナ５の内周側もしくはポンプインペラ２とタービンランナ５との間の部分の内周側に位置しており、この固定軸１１の先端部に一方向クラッチ１２のインナーレースがスプライン嵌合させられている。また、その一方向クラッチ１２のアウターレースには、前述したポンプインペラ２の内周部とこれに対向するタービンランナ５の内周部との間に配置されたステータ１３が取り付けられている。すなわち、ポンプインペラ２とタービンランナ５との速度比が小さい状態では、タービンランナ５から流出したオイルがステータ１３に作用してもステータ１３の回転を一方向クラッチ１２によって阻止し、その結果、オイルの流動方向を変化させてポンプインペラ２にオイルを送り込み、また速度比が大きくなってステータ１３のいわゆる背面に向けてオイルが当たる状態では、ステータ１３を回転させてオイルの流れを乱さないように構成されている。

　上記の固定軸１１の内周側には、出力軸（図示しない変速機の入力軸）１４が回転自在に挿入されており、その先端部は固定軸１１の先端部から突き出て（越えて）フロントカバー７の内面近くまで延びており、その固定軸１１から突き出ている先端外周部にはハブ軸１５がスプライン嵌合されている。このハブ軸１５には外周側に突出したフランジ状のハブ１６が形成されており、そのハブ１６に前述したタービンランナ５と、後述する転動体保持部材１７と、トーショナルダンパを構成する出力側プレート１８とが、リベット１９によってハブ１６と一体となるように連結されている。具体的には、タービンランナ５、転動体保持部材１７、出力側プレート１８、ハブ１６の順に軸線方向に沿って配置されて、各部材５，１７，１８，１６がリベット１９によって一体化されている。

　そして、図に示す例では、出力側プレート１８は、環状に形成されたプレートであって、そのプレート１８と対向して入力側プレート２０が配置されている。この入力側プレート２０は、出力側プレート１８と図示しないリベットやボルトなどによって一体化されており、それら入力側プレート２０と出力側プレート１８との間に、それらのプレート１８，２０と相対回転することができるようにセンタープレート２１が配置されている。このセンタープレート２１は、入力側プレート２０と出力側プレート１８とにバネ２２を介して動力を伝達するように構成されており、したがって、図１に示す例では、環状に形成されたセンタープレート２１に貫通孔２１ａが形成され、入力側プレート２０および出力側プレート１８は、半径方向における貫通孔２１ａが形成された箇所と同一の箇所が双方から離れるように、あるいは双方の隙間が大きくなるように形成されており、その隙間２０ａにバネ２２が円周方向に収縮することができるように配置されている。すなわち、センタープレート２１が、入力側プレート２０および出力側プレート１８に対して相対回転したときに、バネ２２が圧縮されるように構成されている。したがって、図１に示す例では、センタープレート２１から入力側プレート２０および出力側プレート１８に動力が伝達されるときに、その伝達される動力のトルク変動に基づく振動をバネ２２によって減衰することができる。

　一方、ハブ軸１５におけるハブ１６よりエンジン側の外周側には、ロックアップクラッチ２３が設けられている。このロックアップクラッチ２３は、ピストンの表裏両面側の油圧差に応じてピストンが軸線方向に移動するように構成されたものであり、従来知られたロックアップクラッチと同様の構成とすることができる。そのロックアップクラッチ２３の構成を具体的に説明すると、環状に形成されたロックアップピストン２４と、ロックアップピストン２４の内周部をエンジン側に屈曲して形成されかつハブ軸１５と相対回転可能に嵌合されたハブ部２５と、ロックアップピストン２４の外周側の壁面、より具体的にはフロントカバー７と対向した壁面に設けられた摩擦板２６とによって構成されている。したがって、ロックアップピストン２４とフロントカバー７との間の油圧を低下させることにより、ロックアップピストン２４がフロントカバー７側に移動して摩擦板２６とフロントカバー７の内壁面とが接触して連結される。すなわち、ロックアップピストン２４とフロントカバー７とが機械的に連結される。その結果、フロントカバー７に伝達された動力がロックアップピストン２４に直接入力される。

　また、ロックアップピストン２４の外周側が、出力側、すなわちハブ１６側に屈曲して形成されており、その屈曲して形成された円筒部２４ａと、上記センタープレート２１とがスリーブなどによって連結されている。すなわち、円筒部２４ａとセンタープレート２１とが軸線方向に相対的に移動することができるとともに、円筒部２４ａとセンタープレート２１とが一体となって回転することができるように構成されている。なお、このロックアップクラッチ２３は、図に示すトルクコンバータ１の入力回転数と出力回転数との速度比が１となるときに係合するように構成されており、図に示すトルクコンバータ１を搭載した車両が定常走行している時にロックアップクラッチ２３が係合される。

　上記タービンランナ５とハブ１６とに挟まれて一体化された転動体保持部材１７は環状に形成されており、ハブ軸１５に嵌合されている。また、転動体保持部材１７の外周側には、所定の厚みを有する環状凸部２７が形成されている。この環状凸部２７は、転動体２８を保持するためのものであり、その転動体２８が揺動することにより振動を低減させる効果を向上させるためには、外周側で転動体２８を保持することが好ましく、図１に示す例では環状凸部２７が、半径方向に所定の長さを有して、その先端側すなわち外周側で転動体２８を保持している。具体的には、環状凸部２７の外周側には、図２に示すように円弧状に貫通した挿入孔２７ａが形成されており、軸線方向における双方の端部が中央部の外径より大きく形成された転動体２８が、その挿入孔２７ａに挿入されて保持されている。すなわち、図１に示すように中央部が挿入孔２７ａに挿入されており、その両端部は、転動体２８が軸線方向に移動することを制限するように構成されている。

　さらに、挿入孔２７ａにおける外周側の内壁面２７ｂは、ロックアップクラッチ２３が係合した場合における、フロントカバー７に入力されるトルク振動の次数に合わせて転動体２８を揺動させるように形成されている。すなわち、転動体２８が揺動する回転中心からハブ軸１５の回転中心までの距離Ｒを、転動体２８の重心からその転動体２８が揺動する回転中心までの距離Ｌで除算した値の平方根が、フロントカバー７に入力されるトルク振動の次数ｎとなるように、センタープレートに形成された挿入孔２７ａの内壁面２７ｂが形成されている。その関係を次式に示す。
　　　ｎ＝√（Ｒ／Ｌ）

　なお、挿入孔２７ａの内壁面１７ｂが、転動体２８が揺動する振動次数と、転動体２８が揺動することにより振動を低減する対象の振動次数とを一致させるように形成されていればよく、したがって、内壁面２７ｂと対向する壁面の形状は特に限定されない。また、図に示す転動体２８は、転動体２８が環状凸部２７に形成された挿入孔２７ａから軸線方向に離脱してしまうことを防止するために、両端部を大きく形成しているが、特に転動体２８の形状については限定されず、要は転動体２８が挿入孔２７ａにおける内壁面２７ｂに沿って揺動することができるように構成されていればよい。さらに、転動体２８は、環状凸部２７に形成された挿入孔２７ａの内壁面２７ｂに沿って揺動するため、転動体２８と環状凸部２７に形成された挿入孔２７ａの内壁面２７ｂとの潤滑性を向上させるために、転動体２８の表面を樹脂によって被覆してもよく、転動体２８の外周面あるいは環状凸部２７に形成された挿入孔２７ａの内壁面２７ｂにグリースを塗布してあってもよい。

　さらに、図１に示すように、転動体２８が収容されている箇所が、いわゆるドライな状態、すなわち潤滑油が供給されていない状態とするためのケース部材が設けられている。具体的には、環状凸部２７における挿入孔２７ａを囲うように、環状凸部２７の両面にそれぞれ有底円筒状に形成されたケース部材２９，３０が設けられている。すなわち、それぞれのケース部材２９，３０は、それらの開口部が環状凸部２７に向けて開口するように配置されている。なお、これらケース部材２９，３０が、この発明におけるプレートに相当する。そして、各ケース部材２９，３０の開口部と環状凸部２７とは、シール部材３１，３２を介して相対回転することができるように連結されている。すなわち、シール部材３１，３２は、ケース部材２９，３０と環状凸部２７との隙間から、転動体２８が収容されている箇所、すなわち転動室３３にオイルが流入しないように封止するとともに、ケース部材２９，３０を環状凸部２７に対して相対回転することができるように連結されている。したがって、シール部材３１，３２は、比較的柔らかい部材で形成されており、その一例としてゴムや樹脂材料で形成された蛇腹状の部材である。そして、図１に示す例では、それらシール部材３１，３２は、環状に形成されており、シール部材３１，３２と環状凸部２７あるいはケース部材２９，３０とが接着や溶着されている。

　上述したように、ケース部材２９，３０によって転動室３３を形成することにより、オイルの粘性による粘性抵抗が転動体２８に作用することがないので、転動体２８が揺動する次数が変化してしまうことを抑制もしくは防止することができる。また、そのケース部材２９，３０と環状凸部２７とが相対回転することができるように連結されている。すなわち、転動体２８が揺動することによって振動を低減する主振動系、すなわちタービンランナ５、ハブ軸１５、出力軸１４および図示しない変速機と一体となって回転する振動系と、ケース部材２９，３０とが一体となって回転しないので、転動体２８が揺動することによって振動を低減する主振動系の質量が増大してしまうことを抑制もしくは防止することができる。その結果、主振動系の質量に対する転動体２８の質量（質量比）を大きくすることができ、振動低減の効果を向上させることができる。

　さらに、上述したシール部材３１，３２が所定の弾性力を有する弾性体であることが望ましい。すなわち、環状凸部２８とケース部材２９，３０とが相対的に回転したときに、その位相を減らすように弾性力を作用させるようにシール部材３１，３２が機能することが望ましい。そのようにシール部材３１，３２を機能させることにより、ケース部材２９，３０がいわゆるマスダンパとして機能することができるので、上述したように質量比により振動低減の効果を向上させるとともに、ケース部材２９，３０がマスダンパとして機能することにより、更に振動低減の効果を向上させることができる。

　なお、シール部材３１，３２は、上述したように環状凸部２７とケース部材２９，３０とに接着あるいは溶着されたものに限らず、例えば、図３に示すようにケース部材２９，３０同士をボルト３４とナット３５とで挟持することにより、シール部材３１，３２を保持していてもよい。図３に示す構成について具体的に説明すると、ケース部材２９，３０、環状凸部２７およびシール部材３１，３２には、貫通孔が形成されており、その貫通孔にボルト３４が挿入されるように構成されている。一方、ケース部材２９，３０と環状凸部２７あるいはシール部材３１，３２とが相対回転するために、環状凸部２７やシール部材３１，３２に形成された貫通孔は、円周方向に所定の長さを有している。すなわち、ケース部材２９，３０が環状凸部２７に対して相対的に回転したときに、ボルト３５を介して環状凸部２７からケース部材２９，３０に動力が伝達されることがないように、環状凸部２７における貫通孔が形成されている。そして、各部材に形成された貫通孔を円周方向で一致させた後に、ボルト３５を一方のケース部材２９（３０）側から挿入して、他方のケース部材３０（２９）側に設けられたナット３４によって固定させる。このようにボルト３５とナット３４とによってケース部材２９，３０、シール部材３１，３２あるいは環状凸部２７を保持することにより、環状凸部２７に過剰なトルクが伝達されたときであっても、シール部材３１，３２と環状凸部２７あるいはケース部材２９，３０とが剥離して、転動室３３内にオイルが流入してしまうことを抑制もしくは防止することができる。

　さらに、この発明に係るシール部材は、要はオイルの流入を防止することができればよく、さらにマスダンパとして機能することが好ましいのであって、ゴムなどにより一つの部材のみで双方の機能を備える必要はなく、例えば、図４に示すようにシール機能のみを有する部材３６と、弾性力を作用させる弾性体３７とをそれぞれ環状凸部２７とケース部材２９，３０との間に配置したものであってもよい。図４に示す構成を具体的に説明すると、環状凸部２７の側面と、その環状凸部２７の側面に対向した各ケース部材２９，３０の開口部側の端面とに、円周方向に所定の長さを有する長穴２７ａ，２９ａ，３０ａを形成し、その長穴２７ａ，２９ａ，３０ａに円周方向に伸縮するようにバネ３７が配置されている。より具体的には、環状凸部２７に形成された長穴２７ａと、ケース部材２９，３０に形成された長穴２９ａ，３０ａとの双方に亘ってバネ３７を配置し、環状凸部２７とケース部材２９，３０とが相対的に回転したときに、バネ３７の一方の端部を環状凸部２７に形成された長穴２７ａの端面が押圧し、他方の端部をケース部材２９，３０に形成された長穴２９ａ，３０ａの端面が押圧するように構成されている。したがって、環状凸部２７とケース部材２９，３０とが相対回転したときには、その回転の位相を減少させるようにバネ力が環状凸部２７に作用するので、ケース部材２９，３０がマスダンパとして機能することができる。

　また、図４に示す例では、そのバネ３７の内周側にＯリングなどのシール部材３６が設けられている。このシール部材３６は、環状凸部２７とケース部材２９，３０とに挟まれることにより、それらの部材２７，２９，３０同士の隙間を封止するように構成されたものである。そのため、環状凸部２７とケース部材２９，３０とが相対的に回転したときであっても、シール部材３６によるシール性が損なわれることがなく、その結果、転動室３３内にオイルが流入してしまうことを抑制もしくは防止することができる。すなわち、オイルの粘性抵抗によって転動体２８が揺動する次数が変化してしまうことを抑制もしくは防止することができる。

　なお、この発明における流体伝動装置は、駆動側部材および従動側部材を有するものであればよく、したがって、上述したトルク増幅作用のあるトルクコンバータ以外の流体伝動装置もしくは流体継手であってもよい。

Claims

　回転部材に伝達されるトルクの変化に伴う振動を、前記回転部材に対して相対回転可能に連結された転動体が揺動することにより低減する振動低減装置において、
　前記転動体を囲うケース部材と、
　前記ケース部材と前記回転部材とを相対回転可能に連結しかつ前記転動体が揺動する空間にオイルが流入しないように封止するシール部材と
を備えていることを特徴とする振動低減装置。
　前記回転部材と前記ケース部材とが相対回転したときの位相を減少させる弾性部材を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の振動低減装置。
　前記ケース部材は、前記回転部材の表裏両面にそれぞれ設けられたプレートを含み、
　該プレート同士が一体に回転するように連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動低減装置。
　前記回転部材は、流体流により動力を伝達する流体伝動装置の従動側部材と一体に回転し、かつ前記流体伝動装置の内部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の振動低減装置。
　前記回転部材は、流体流により動力を伝達する流体伝動装置に入力されるトルクを機械的に伝達する直結クラッチの出力部材と一体に回転し、かつ該流体伝動装置の内部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の振動低減装置。
　前記流体伝動装置は、前記流体流により動力を伝達するとともに、該流体伝動装置に入力された動力を増幅する機能を有するトルクコンバータを含むことを特徴とする請求項４または５に記載の振動低減装置。