JP2013185598A - 捩り振動減衰装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】転動体同士の接触や衝突を抑制することにより多くの転動体が往復運動するためのスペースを確保することができ、ひいては制振性能を向上させることができる捩り振動減衰装置を提供する。
【解決手段】回転体7の回転中心O0から外れた箇所に曲率中心を有する転動面14が回転体7に形成され、回転体7と共に回転することによる遠心力によって転動面14に接触させられかつ回転体7の捩り振動によって転動面14上を転動する複数の転動体11,17を備えた捩り振動減衰装置1において、捩り振動によって各転動体11,17が転動面14上を転動する場合に、各転動体11,17が互いに接触しないように、回転体7の円周方向に対してねじれた方向に前記各転動体11,17を転動させるガイド機構15,19を備えている。
【選択図】図1
【解決手段】回転体7の回転中心O0から外れた箇所に曲率中心を有する転動面14が回転体7に形成され、回転体7と共に回転することによる遠心力によって転動面14に接触させられかつ回転体7の捩り振動によって転動面14上を転動する複数の転動体11,17を備えた捩り振動減衰装置1において、捩り振動によって各転動体11,17が転動面14上を転動する場合に、各転動体11,17が互いに接触しないように、回転体7の円周方向に対してねじれた方向に前記各転動体11,17を転動させるガイド機構15,19を備えている。
【選択図】図1
Description
この発明は、クランクシャフトや動力伝達軸などの回転体の捩り振動を減衰するための装置に関し、特に捩り振動によって往復運動する質量体が回転体に取り付けられ、その質量体の往復運動により、回転体の捩り振動を減衰するように構成された装置に関するものである。
駆動力源で発生させたトルクを伝達するための駆動軸などの回転体は、入力されるトルク自体の変動や回転体に連結されている機器を駆動することによる負荷トルクの変動などが要因となって振動が生じる場合がある。このようなトルクの変動は回転体に対して捩り振動として作用する。この種の振動を減衰するための装置が開発されており、その一例が特許文献1や特許文献2に記載されている。
特許文献1に記載されている遠心振子式動吸振器は、回転体の外周側に形成された転動室の内壁面に軌道面が形成され、その軌道面上を捩り振動によって転動体が往復運動することにより上記の捩り振動を減衰するように構成されている。転動体の外周面には突起が形成されており、その突起に嵌合する溝が上記の軌道面に形成されている。また、転動体が回転体と共に回転して転動体に遠心力が作用しかつ回転体の円周方向への力が作用していない場合、転動体は軌道面のうち回転体の回転中心に対して最も離れた位置に移動させられている。この位置を以下の説明では、ニュートラル位置と記すことがある。このような構成の遠心振子式動吸振器では、回転体の捩り振動により転動体に円周方向の慣性力が生じて軌道面上を往復運動する場合、突起が溝に嵌合していることにより、回転体の回転軸線方向への転動体の移動が抑制される。そのため、転動体と転動室とが接触することによりそれらの間で発生する摩擦力を低減することができ、ひいては振動減衰性能を向上させることができる、とされている。
なお、特許文献2に記載されたフライホイールは、その半径方向で外側に形成された転動室の内部に、その内壁面に形成された転動面上をフライホイールの回転変動によって転動し、かつその転動の中心軸線がフライホイールの回転中心軸に対して傾斜したダンパマスが収容されて構成されている。この特許文献2に記載されたフライホイールでは、ダンパマスに生じる遠心力の作用方向と、ダンパマスの中心軸線方向とが直交しないために、ダンパマスを転動室の一方の側面の側に押し付ける分力が生じ、その分力によってダンパマスが一方の側面に接触させられた状態で往復運動する。
特許文献1に記載された遠心振子式動吸振器において、転動体の外径を大きくすれば、転動体の質量が増大することによる振動減衰性能の向上に有利に作用するものの、転動体の重心が回転体の回転中心側に寄ってしまい、所期の振動減衰性能を得られない可能性がある。また、転動体の往復運動による所期の振動減衰性能を得るためには、例えば隣接する転動体同士の接触や衝突を回避するためのスペースを確保しなければならず、その結果、装置が大型化する可能性がある。このようなスペースを確保することに替えて、各転動体同士を連結するとすれば、上述した接触や衝突を回避することができるものの、各転動体の往復運動を妨げないで、すなわち往復運動の次数を変化させないで接続するのは困難である。一方、転動体を密度の高い金属性材料、例えば金や鉛あるいはアクチノイドもしくはこれらの酸化物などによって形成すれば、転動体の質量を増大することができるものの、材料コストが増大したり、耐久性に不足が生じたり、取り扱いが困難であるなど未だ改良の余地がある。
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、転動体同士の接触や衝突を抑制することにより多くの転動体が往復運動するためのスペースを確保することができ、ひいては制振性能を向上させることができる捩り振動減衰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、請求項1の発明は、回転体の回転中心から外れた箇所に曲率中心を有する転動面が前記回転体に形成され、前記回転体と共に回転することによる遠心力によって前記転動面に接触させられかつ前記回転体の捩り振動によって前記転動面上を転動する複数の転動体を備えた捩り振動減衰装置において、前記捩り振動によって前記各転動体が前記転動面上を転動する場合に、前記各転動体が互いに接触しないように、前記回転体の円周方向に対してねじれた方向に前記各転動体を転動させるガイド機構を備えていることを特徴とするものである。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記ガイド機構は、前記転動体の外周縁と前記転動面とのいずれか一方に設けられた凸部と、いずれか他方に設けられて前記凸部に嵌合するガイド溝とを備えていることを特徴とする振動減衰装置である。
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記凸部にはテーパ状の傾斜面が形成されており、前記テーパ面に対向する面が前記ガイド溝に形成されていることを特徴とする振動減衰装置である。
この発明によれば、転動体同士の接触を回避するために設けていたスペースに新たに転動体を配置することが可能になり、その結果、転動体の総質量を増大させることができるので振動減衰性能を向上させることができる。このように転動体同士の接触を防止もしくは抑制することができるので、例えば制振対象の捩り振動の次数が小さいことにより転動体の振幅が大きい場合であっても、所期の振動減衰性能を得ることができる。また、凸部にガイド溝が嵌合するため、転動体が転動する方向を維持することができる。すなわち、回転体の円周方向と、転動体が転動する方向とのなす角を変更するような外力が転動体に作用する場合であっても、所期の転動方向を維持することができる。また、上述したスペースに新たに転動体を配置することに替えて、各転動体を大型化してその質量を増大させることにより振動減衰性能を向上させることもできる。
つぎにこの発明をより具体的に説明する。図1に、この発明に係る捩り振動減衰装置1の一例を模式的に示してあり、(a)は捩り振動減衰装置1の正面図であり、(b)は捩り振動減衰装置1の一部を拡大した断面図である。また図2に、図1に示す捩り振動減衰装置1の一部を拡大して示してある。図示しないエンジンの出力軸や変速機の入力軸などの回転軸と一体に回転する円柱形状の内側部材2に対して同心円状に円筒形状の外側部材3が設けられている。内側部材2の外周側に環状のスペーサー4が嵌め込まれており、そのスペーサー4によって内側部材2の外周面と外側部材3の内周面との間に形成される中空部を減少させるようになっている。内側部材2とスペーサー4とは例えばボルト5によって連結されている。中空部は以下に説明する転動体を収容するとともに、その転動領域を区画して確保し、さらには転動面を形成するためのものである。
スペーサー4の外周側に複数の突起部6が円周方向に一定の間隔を空けて形成されている。それらの突起部6は一例として円形もしくは半円形状に形成されており、図1における(a)および図2に示すように、突起部6と上述した中空部の内周縁のうち回転軸の半径方向で外周側の面との間に転動体を配置することにより回転軸の半径方向への転動体の移動を抑制するように構成されている。なお、詳細は図示しないが、内側部材2と外側部材3とを連結するとともに、上述した中空部を覆うカバー部材が設けられており、これらの内側部材2および外側部材3ならびにスペーサー4などによってこの発明における回転体7が構成されている。
図1に示す例では、中空部の内周縁のうち回転体7の半径方向で外周側の面8が、すなわち外側部材3の内周面8が回転体7の半径方向に連続して凹凸に変化する曲面として形成されている。外周面8とスペーサー4の外周側の面9との間の間隔が狭い部分によって中空部が区画されており、このようにして区画された部分が転動室10となっている。各転動室10の内部に転動体11がそれぞれ収容されている。転動体11は回転体7と共に回転して遠心力が作用することにより各転動室10の外周面8に移動させられ、回転体7の捩り振動によって転動体11に回転体7の円周方向の慣性力が生じると、以下に説明するガイド機構によって回転体7の円周方向に対して予め定めた角度θ1だけ捩れた方向にガイドされ、すなわち傾斜させられて後述する転動面上を転動する。
転動体11は、図1の(b)に示すように、円柱形状の軸部11aと、その両側に一体的に設けられかつ軸部11aの外径よりも大きな外径を有する円板部11b,11cとによって構成されている。円板部11bにおける軸部11a側の面11dに対して、円板部11cにおける軸部11a側の面11eが対向しており、これらの各面11d,11eの間に溝部12が形成されている。その溝部12に、転動室10の外周面8に形成される凸部13が嵌合することにより転動体11の転動する方向がガイドされるようになっている。凸部13は一例として外周面8の形状に沿って湾曲した矩形に形成されている。また、突起部6も溝部12に嵌合するようになっている。すなわち、溝部12の幅は、凸部13や突起部6の幅よりも大きく形成されている。この溝部12がこの発明におけるガイド溝に相当している。
また、凸部13の上面が軸部11aの外周面に接触していて転動面14となっている。凸部13の高さは軸部11aの外周面から各円板部11b,11cの外周縁までの長さと同じか、僅かに長く形成されている。これらの溝部12と凸部13とがこの発明におけるガイド機構15に相当している。なお、ここに示す例では、転動面14は一例として回転体7の半径より小さい曲率半径でかつ一定曲率の円弧面として形成されている。
これらの凸部13と外周面8との相対的な位置について説明すると、図3に示すように、凸部13は、その転動面14に沿った方向が回転体7の円周方向あるいは回転面rpに対して予め定めた角度θ1だけ捩れるように外周面8上に形成されている。すなわち、回転体7の円周方向に対して転動体11が予め定めた角度θ1だけ捩れた方向に転動するようになっている。そのため、転動面14を転動することにより変化する転動体11の重心Gの位置を結んで形成される転動体11の軌道面opが、回転体7の回転面rpに対して予め定めた角度θ1だけ傾斜して交差するようになっている。その予め定めた角度θ1、すなわち傾斜角θ1は、一例として制振対象の捩り振動が回転体7に作用し、回転体7の円周方向に転動体11に生じる慣性力IFによって転動体11が転動することができる最大の角度以下の角度程度となっている。その最大の角度とは、図3に示す例において、上述した二平面op,rpの交点あるいは交線を通りかつ回転体7の回転軸線に平行な平面pと、軌道面opとのなす角θ2がいわゆる摩擦角の場合である。そのため、上述した傾斜角θ1の範囲は、回転面rpと平面pとのなす角(π/2)から上記のなす角θ2を減じた角度の範囲となっている。なお、突起部6も溝部12に嵌合するように構成されているため、突起部6も回転体7の回転面rpに対して角度θ1だけ傾斜させられている。
つぎに上述した構成の捩り振動減衰装置1の作用について説明する。回転体7が回転することにより転動室10に収容されている転動体11が回転体7と共に回転する。具体的には、転動体11は遠心力によって転動面14に押し付けられるため、転動体11は回転体7の回転中心O0に対して公転する。転動面14は回転体7の半径より小さい曲率半径の曲面であるから、転動面4の中央部すなわち転動面4の曲率中心と回転体7の回転中心O0とを結んだ線が転動面4に交差する位置が、回転体7の中心O0から最も離れた位置となる。そのため、転動体11に遠心力が作用しかつ回転体7の円周方向への力が作用していない状態では、転動体11は転動面4のうち回転体7の回転中心O0から最も離れた位置に移動させられる。図1および図2はその状態を示している。この位置をニュートラル位置と記す。このニュートラル位置においては、転動体11の重心が、回転体7の回転中心O0と転動面14の曲率中心とを結んだ線上に並ぶ。
回転体7に捩り振動が作用すると、回転体7と一体の回転軸を捩るように力が作用する。すなわち、回転体7に角加速度が生じることに伴って転動体11に慣性力が作用する。転動体14の転動する方向は、ガイド機構15によってガイドされており、回転体7の回転面rpに対して傾斜角θ1だけ捩れている。そのため、複数の転動体14を回転体7に取り付けたとしても、各転動体14は互いに接触せずに転動面14上を往復運動することができる。その状態を図4に示してある。
ガイド機構15によって転動する方向がガイドされた転動体14に作用する力について説明する。転動体11の軌道面opは回転体7の回転面rpに対して予め定めた角度θ1だけ傾いて交差しているため、転動体11に慣性力IFが生じて例えば一方の側に転動する場合、図3に示すように、円板部11bの側面11dとこれに対向する凸部13の側面13aとが接触する。慣性力IFは図3に示すように、転動体11の転動する方向の分力cf1と、その分力cf1に垂直な方向の分力cf2とに分解することができる。分力cf2は転動体11を凸部13に押し付けるように作用するため、転動体11には軸部11aの外周面と転動面14との間に生じる摩擦力f1に加えて、側面11dと側面13aとの間に生じる摩擦力f2も作用する。すなわち、転動体11は側面11dと側面13aとの間で滑りを生じながら、側面13aに沿って転動する。そのため、傾斜角θ1はそれらの摩擦力f1およびf2を合わせた摩擦力よりも分力cf1が大きくなるように設定される。なお、詳細は図示しないが、転動体11に上述した慣性力IFとは作用方向が逆向きの慣性力が生じて他方の側に転動する場合、円板部11cの側面11eとこれに対向する凸部13の側面13bとが接触する。そして同様の原理により、転動体11は側面11eと側面13bとの間で滑りを生じながら側面13bに沿って転動する。
図5に、図1に示す捩り振動減衰装置1の構成の一部を変更した例を模式的に示してあり、ここに示す例は、転動体11にこの発明におけるガイド機構の凸部を形成した例である。図5に示すように、転動体11の軸部11aが大径に形成され、これに対して円板部11b,11cが小径に形成されている。そのため、軸部11aの外周側が各円板部11b,11cの外周縁から突出している。その突出している部分がこの発明におけるガイド機構の凸部に相当していて、その凸部に嵌合する溝部12が外周面8に形成されている。すなわち、溝部12幅は軸部11aの幅よりも幅広に形成されており、その溝に沿った方向が回転体7の円周方向あるいは回転面rpに対して予め定めた角度θ1だけ捩れるように、すなわち傾斜している。また、溝深さは各円板部11b,11cの外周縁から軸部11aの外周縁までの高さよりも短くなっている。このように図5に示す例では、軸部11aの外周側の部分が、溝部12に嵌り込んで溝部12の底面を転動面14として転動するように構成されている。なお、円板部11b,11cの外周面が、外周面8における溝部12の両側の面(すなわち、外周面8)上を転動するように構成してもよい。一方、突起部6は、ほぼ円形状の一対の円板部と、それらの円板部の間に形成されて軸部11aがはまり込む溝部とによって形成されている。図5に示す突起部6も回転体7の回転面rpに対して角度θ1だけ傾斜させられている。
したがって、図5に示すように構成された転動体11においても、転動体14の転動する方向はガイド機構15によってガイドされるため、複数の転動体14を回転体7に取り付けたとしても、各転動体14は互いに接触せずに転動面14上を往復運動することができる。また、転動体11に慣性力IFが生じて例えば一方の側に転動する場合、軸部11aの側面11fと溝部12を形成している一方の側面12aとが接触して摩擦力f2が生じる。すなわち、転動体11はそれらの側面11f,12aの間で滑りを生じながら溝部12の側面12aに沿って転動する。なお、詳細は図示しないが、転動体11に上述した慣性力IFとは作用方向が逆向きの慣性力が生じて他方の側に転動する場合、軸部11aの他方の側面11gと溝部12の他方の側面12bとが接触し、同様の原理により、転動体11はそれらの側面11g,12bの間で滑りを生じながら他方の側面12bに沿って転動する。
図6に、図1に示す捩り振動減衰装置1の構成の一部を変更した他の例を模式的に示してある。図6に示すように、転動室10の外周面8に転動面14が形成されており、その転動面14上におけるニュートラル位置付近にテーパ面を有する凸部16が形成されている。凸部16は一例として三角柱形状に形成されており、テーパ状の2面16a,16bの交線が回転体7の回転面rpに対して角度θ1だけ捩れて、すなわち傾いて交差している。転動体17は図6に示す例では、転動体17の軸方向で両端部の外径に比較して中央付近の外径が短く形成されている。すなわち、転動体17は軸方向の両側から中央付近に向けて傾斜したテーパ状の傾斜面17a,17bがそれぞれ形成されており、それらの各傾斜面17a,17bによって溝部18が形成されている。また、各傾斜面17a,17bは凸部16のテーパ面16a,16bにそれぞれ対向している。これらの凸部16と溝部18とによってこの発明におけるガイド機構19が構成されている。なお、図6に示す例では、突起部6はほぼ半円形に形成されており、突起部6における転動体17側に、凸部16と対称な形状の、すなわち三角柱形状の凸部が形成されている。その凸部は、図6に示すように、転動体17の傾斜面17a,17bに対向するとともに、傾斜面17a,17bによって形成される溝にはまり込むテーパ面6a,6bを備えている。図6に示す突起部6においては、テーパ状の2面6a,6bの交線が回転体7の回転面rpに対して角度θ1だけ傾斜させられている。
このような構成の捩り振動減衰装置1においては、転動体17に慣性力IFが生じて一方の側に転動する場合であってかつ転動体17がニュートラル位置付近にある場合、凸部16は溝部18に嵌合しており、転動体17の傾斜面17aと凸部16のテーパ面16aとが接触している。すなわち、これらの面16a,17aが接触している箇所において、転動体17の転動する方向がテーパ面16aに沿った方向にガイドされ、また変更される。そして、ニュートラル位置から外れた場合、凸部16は溝部18に嵌合しないため、転動体17の転動する方向はガイドされない。すなわち、ニュートラル位置から外れた場合、転動体17の転動する方向はテーパ面16aに沿った方向から外れる可能性がある。しかしながら、往復運動によって転動体17がニュートラル位置付近に戻ることにより傾斜面17aとテーパ面16aとが接触すると、転動体17の転動する方向が、テーパ面16aに沿った方向にガイドされる。このように、図6に示すガイド機構19は転動体17の転動方向を調整あるいは補正する機能を有していると言うことができる。
したがって、図6に示す構成の捩り振動減衰装置1においても、転動体17の転動する方向はガイド機構19によってガイドされるため、複数の転動体17を回転体7に取り付けたとしても、各転動体17は互いに接触せずに転動面14上を往復運動することができる。また、図6に示す例では、図1および図5に示す例に比較して、凸部16が溝部18に嵌合する箇所が少ないために摩擦力f2を生じる箇所が低減され、その結果、転動体17を転動し易くすることができる。さらに、ニュートラル位置付近においては、テーパ面16a,17a同士が接触することになるため、過大な慣性力が作用する場合であっても、凸部16が溝部18に噛み込んだり、これらが相互に引っ掛かることを防止もしくは抑制することができる。
このように、この発明に係る捩り振動減衰装置1においては、傾斜角θ1に沿って転動体11を転動させることができるため、転動体11同士の接触を防止もしくは抑制することができ、これにより所期の振動減衰性能を得ることができる。また、転動体11同士の接触を回避するために設けていたスペースを低減することができるので、回転体7に配置する転動体11の数を増大させることができる。すなわち、装置に搭載する転動体11の総質量を増大させることができるので、振動減衰性能を向上させることができる。
1…捩り振動減衰装置、 11,17…転動体、 12,18…溝部、 13,16…凸部、 14…転動面、 15,19…ガイド機構。
Claims (3)
- 回転体の回転中心から外れた箇所に曲率中心を有する転動面が前記回転体に形成され、前記回転体と共に回転することによる遠心力によって前記転動面に接触させられかつ前記回転体の捩り振動によって前記転動面上を転動する複数の転動体を備えた捩り振動減衰装置において、
前記捩り振動によって前記各転動体が前記転動面上を転動する場合に、前記各転動体が互いに接触しないように、前記回転体の円周方向に対してねじれた方向に前記各転動体を転動させるガイド機構を備えている
ことを特徴とする捩り振動減衰装置。 - 前記ガイド機構は、前記転動体の外周縁と前記転動面とのいずれか一方に設けられた凸部と、いずれか他方に設けられて前記凸部に嵌合するガイド溝とを備えている
ことを特徴とする請求項1に記載の捩り振動減衰装置。 - 前記凸部にはテーパ状の傾斜面が形成されており、
前記テーパ面に対向する面が前記ガイド溝に形成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の捩り振動減衰装置。
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