JP5445423B2 - ダイナミックダンパ - Google Patents

Description

この発明は、回転体に取り付けられて、そのトルク変動もしくは捩り振動を吸収もしくは減衰するダイナミックダンパに関するものである。

車両に搭載されるエンジンのクランクシャフトや変速機のインプットシャフトあるいはドライブシャフトなど、あるいはこれらに取り付けられてこれらと一体回転する部材などの回転体は、エンジンからの起振力（もしくは、強制力と呼ばれることがある。）に起因して、その軸心の周りに固有の捩り振動を起こすことが知られている。この捩り振動とエンジンのシリンダの爆発回転速度の周期とが共振することを抑制するために、前述したような回転体に取り付けられて、捩り振動を吸収もしくは減衰させるダイナミックダンパが知られている。そのようなダイナミックダンパの一例が特許文献１に記載されている。

この特許文献１には、回転体に、その回転体の回転中心軸線から所定間隔だけ離れ、かつ、その回転中心軸に平行な軸線を中心として振子運動をおこなう質量体が設けられたダイナミックダンパが記載されている。そして、質量体の往復運動次数を回転体の回転変動次数に等しくすることにより、回転体の捩り振動を吸収もしくは減衰するように構成されている。そのため、特許文献１に記載されているダイナミックダンパは、振子の往復運動次数が回転体の所定の回転変動次数に等しくなるように設計されているので、回転体に捩り振動が生じ、これに振子が共振して振子運動すると、振子の往復運動次数に等しい回転体の回転変動次数を減衰することができる、とされている。

また、特許文献２には、回転体に取り付けられる吸振ブロックの外周縁部に、複数の略円形状の振子室が環状に配設されるとともに隣接する振子室の間には、これらを相互に連通する連通孔が形成され、各振子室の側面にコロ状の振子がその重心から外れた位置で枢支されて収容されるとともに、各振子室に収容される各振子に摺接するガイド部材が連通孔を介して各振子室に進退自在に遊挿されたダイナミックダンパが記載されている。そして、振子が所定次数の捩り振動に共振して振動すると、振子はガイド部材に摺接してガイド部材を押し動かし、これによって全ての振子が同方向に揃って揺動変位するとともに各振子同士が互いの揺動変位を阻害することがないように構成されている。

特許文献２に記載されているダイナミックダンパは、ガイド部材によって複数の振子の揺動を連動するように構成されているので、回転体の回転速度が速い領域では、各振子はガイド部材によって連動されて所定次数の捩り振動に共振して、その所定次数の捩り振動を減衰でき、回転体の回転速度が遅い領域では、ガイド部材を介して各振子が互いの変位を規制し合うので、振子が振子室に衝突することによって生じる異音や振動の発生を防止することができる、とされている。

さらにまた、振子の移動軌跡がサイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くサイクロイド振子（ホイヘンス振子と呼ばれることがある。）が、多くの教科書、ハンドブックなどに公知である。サイクロイド振子は、例えば一対のサイクロイド形状の壁の間に、可撓性を有する支持部材によって質量体が支持されて構成されており、振子の振幅が増大することに伴って可撓性の支持部材が壁に接触する箇所が変化し、すなわち振子の振動支点が変化して振子の重心と振動支点との距離である振子長さが変化するようになっている。そして、振子運動の軌跡がサイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くようになっている。このサイクロイド振子は、その往復運動次数が振子の振動角度（すなわち、振動の大きさ）に依存しない、とされている。

特開２００２−３４００９７号公報 特開平７−２８００３７号公報

上記の特許文献１に記載されているような単振子は、その振幅が増大することにともなって、設計した振子の往復運動次数と実際の振子の往復運動次数との乖離が大きくなる。そこで、特許文献１に記載された振子の移動軌跡が、前述したサイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くように構成すれば、振子の振動の大きさに依存しないで振子の往復運動次数に等しい回転体の回転変動次数を減衰することができる。しかしながら、特許文献１に記載された振子に、サイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くように振子運動をさせるためには、例えば、振子を収容する収容室の内壁面の一部をサイクロイド形状に加工する必要がある。そのため、収容室の加工が複雑になってその加工コストが増大したり、また、振子には回転体の回転速度に応じた遠心力が作用するから、可撓性を有する支持部材で質量体を支持するとその強度あるいは信頼性に不足が生じる虞がある。

また、特許文献２に記載された技術は、各振子の運動を連動させることにより、各振子が互いに揺動変位を阻害し合ったり、各振子が不規則な変位をすることによって異音や振動が発生することを防止するための技術である。

このように従来では、回転体の捩り振動を減衰するダイナミックダンパにおいて、振子の振子運動の軌跡をサイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線にしようとすると、収容室に複雑な加工を施したり、質量体を可撓性を有する支持部材で保持しなければならず、未だ改善の余地があった。

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り、複雑な加工を要しないで振子の振子運動の軌跡をサイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線にすることができるダイナミックダンパ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、捩り振動する回転体の回転中心から離れた箇所に形成された収容室の内部に前記回転体の回転方向に振子運動する質量体が自在に収容され、前記回転体が捩り振動することに伴って前記質量体が振子運動することにより前記回転体の捩り振動を減衰させるダイナミックダンパにおいて、前記質量体に連結されかつその質量体を前記収容室内で振子運動できるように前記回転体に連結している軸部材と、前記回転体に固定して設けられ、前記軸部材を前記回転体に対して回転自在に係合させて前記質量体を振動させる振子中心となる支点部と、前記軸部材に形成されかつその軸部材を前記支点部に対して前記軸部材の長手方向に移動可能でかつ回転自在に係合させる係合部と、前記回転体に形成され、前記質量体が前記支点部を振子中心として振子運動した場合の振幅が増大することに伴って前記質量体の重心と前記支点部との距離が短くなるように前記軸部材を前記支点部に対して移動させるガイド部と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、前記ガイド部は、前記質量体の重心の軌跡がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線となるように構成されていることを特徴とするダイナミックダンパである。

請求項１の発明によれば、ガイド部は、振子として機能する質量体の振幅が増大することに伴って質量体を、その振子運動の振子中心となる支点部に近づけるように軸部材を支点部に対して軸部材の長手方向に移動させる構成であればよい。そのため、例えば回転体や振子収容室に、振子の移動軌跡をサイクロイド曲線にするためのサイクロイド曲線形状の壁などを加工する場合に比較して、ガイド部の加工を比較的容易にでき、加工コストを抑えることができる。また、質量体は収容室内で振子運動できるように軸部材によって回転体に連結されており、その軸部材は撓まないから、ワイヤーや糸などの可撓性を有する部材で質量体を回転体に連結する場合に比較してある程度強度を確保できるとともに、質量体が収容室の内面に当接あるいは衝突して異音が発生するなどの事態を未然に防止もしくは抑制できる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、ガイド部は、振子運動するとともに振幅が増大することに伴って支点部に近づけられる質量体の重心の軌跡がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くように構成されていればよい。より具体的には、ガイド部は、振子運動する質量体の振幅が増大することに伴ってその重心と支点部との距離が短くなるように軸部材を移動させて質量体の重心の軌跡における瞬間中心を変化させ、質量体の重心の軌跡がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くように構成されていればよい。その結果、ガイド部の加工を比較的容易にできるとともに、簡易な加工で質量体すなわち振子の移動軌跡をサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線にできる。また、質量体すなわち振子がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線に沿って振子運動できることにより、振幅が増大することに伴う回転体の回転変動次数と質量体の往復運動次数との乖離を抑制できる。またこれらが乖離することを防止できるので、これらが乖離することによる捩り振動減衰効果の低下を防止もしくは抑制することができる。

この発明に係るダイナミックダンパを回転体に適用した例を模式的に示す図である。 回転体に回転変動が生じ、その回転変動にともなって振子が振動する状態を模式的に示す図である。

つぎにこの発明をより具体的に説明する。この発明は、回転する回転体に取り付けられて、回転体の回転変動もしくはこれに起因する捩り振動を吸収もしくは減衰するダイナミックダンパに関するものである。したがって、その回転体は、車両に搭載されるエンジンのクランクシャフトや変速機のインプットシャフトあるいはドライブシャフトなど、あるいはこれらに取り付けられてこれらと一体回転する部材などである。

この発明では、回転体の回転中心から離れた箇所に収容室が形成されており、その内部に、回転体の回転方向に振子運動する質量体が収容されている。質量体は、軸部材を介して回転体に対して振子運動できるように連結されている。すなわち、軸部材によって振子運動できるように回転体に連結された質量体が振子として機能するようになっている。振子は、回転体の回転変動もしくはこれに起因する所定次数の捩り振動を吸収もしくは減衰させるためのものであるから、振子の往復運動次数は、吸収もしくは減衰したい回転体の回転変動次数に等しくなるように、あるいは回転体の回転変動次数に近似した値になるように設定することができる。

回転体には、軸部材を回転体に対して回転自在に係合させて質量体すなわち振子の振子運動の振子中心となる支点部が固定して設けられている。一方、軸部材には、軸部材を支点部に対して軸部材の長手方向に移動でき、かつ支点部を回転自在に係合させる係合部が形成されている。そして、この発明では、質量体が支点部を振子支点として振子運動した場合に、その振幅が増大することに伴って質量体の重心と支点部との距離が短くなるように軸部材を支点部に対して移動させるガイド部が回転体に設けられている。

より具体的には、ガイド部は、振幅が増大することに伴って軸部材を回転体の半径方向で内側の回転中心側に移動させることにより質量体の重心と支点部との距離である振子長さを短くして振子運動している質量体の重心の軌跡における瞬間中心を変化させるようになっている。また、ガイド部は、振幅が増大することに伴って軸部材を移動させることにより変化させた質量体の重心の軌跡がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くように形成されている。要は、ガイド部は、振幅が増大することに伴って振子長さを変化させ、かつ、振子運動の軌跡がサイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くように形成あるいは構成されていればよい。

したがって、このような構成のダイナミックダンパにおいては、ガイド部は、振幅が増大することに伴って質量体をその振子運動の振子中心となる支点部に近づけるように軸部材を支点部に対して移動させる構成であればよく、また、軸部材を支点部に対して移動させることによって変化した質量体の重心の軌跡がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くように構成されていればよい。したがって、例えば、振子の振子運動の軌跡をサイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線にしようとして、収容室の内壁面の一部をサイクロイド形状に加工する場合に比較して、ガイド部の加工を比較的容易にでき、加工コストを抑えることができる。

より具体的に説明すると、図１に、この発明に係るダイナミックダンパを回転体に適用した例を模式的に示してある。図１には、一つのダイナミックダンパ１を、そのダイナミックダンパ１が取り付けられる回転体２の回転面に対し、垂直な方向から見た状態を示してある。ダイナミックダンパ１は、制振対象となる例えば車両のエンジンのクランクシャフトや変速機のインプットシャフトあるいはドライブシャフトなど、あるいはこれらに取り付けられてこれらと一体回転する回転体２と、その回転体２の内部かつ回転体２の回転中心から離れた箇所に例えば中空の円筒形状に形成された振子収容室３と、その振子収容室３に収容されかつ揺動可能に保持された振子４とを主要な構成要素として構成されている。

振子４は、軸部材５と所定の質量を有する質量体６とを備え、軸部材５と質量体６とは、例えば所定の剛性と重量とを有する金属などの剛性材料によって形成されている。振子４は、その往復運動次数によって回転体２の所定次数の捩り振動を吸収もしくは減衰するものであるから、振子４の往復運動次数は、吸収もしくは減衰したい回転体２の捩り振動の次数、すなわち回転変動次数に等しくなるように、あるいはその回転変動次数に近似した値になるように設定されている。軸部材５の一方の端部には、質量体６が連結されてあるいは一体に設けられている。軸部材５の他方の端部は、振子収容室３の内部で質量体６が振子運動できるように回転体２に連結されている。軸部材５の長手方向には、所定長さに亘って一定幅かつ孔形状の長孔７が形成されている。この長孔７は、矩形状あるいは楕円形状に形成してもよく、また、軸部材５における回転体２の回転面に対向する側に凹となった溝形状に形成されてもよい。図１に示す例では、長孔７は、軸部材５の長手方向に亘って一定幅に形成されており、その両端部が円弧状に形成されている。

回転体２の回転面には、回転体２の回転中心２ａと振子収容室３の幾何学的な中心（図示せず）とを結ぶ直線上であって、振子収容室３の外側かつ回転体２の回転中心２ａ側に、回転体２の回転面に対して垂直に凸となって例えば円柱形状に形成された支点部８が回転体２に一体化あるいは固定化して設けられている。この支点部８は、前述した長孔７に挿入あるいは嵌め込まれるようになっており、その直径は、長孔７の長手方向に垂直な方向の孔幅よりも小さく形成されている。したがって、支点部８は、長孔７に挿入あるいは嵌め込まれることにより、軸部材５を回転体２に対して回動自在に係合させて質量体６を振動させる振子支点として機能するようになっている。また、長孔７は、軸部材５の長手方向に亘って一定幅に形成されていることにより、軸部材５を支点部８に対して軸部材５の長手方向に移動できるようになっている。この長孔７が、この発明に係る係合部に相当する。

軸部材５の他方の端部には、その長手方向に対して垂直に凸となって、例えば円柱形状のピン部９が設けられており、ピン部９に対向する回転体２の回転面に、ピン部９が挿入あるいは嵌め込まれるガイド溝１０が形成されている。図１に示す例では、このガイド溝１０は、回転体２の半径方向で外周側に凸となった円弧状に形成されており、その溝幅は、ピン部９の直径よりも大きく形成されており、また溝深さはピン部９の高さよりも深く形成されている。このガイド溝１０は、ドリルやエンドミルなどを使用する従来知られている切削加工によって形成することができる。このガイド溝１０にピン部９が挿入され、あるいは嵌め込まれることにより、振子４が振子運動できるように回転体２に対して支持あるいは連結されており、振幅が増大することに伴って軸部材５すなわち振子４は、ガイド溝１０に沿って回転体２の半径方向で内側に移動され、質量体６が支点部８に近づくように軸部材５を支点部８に対して軸部材５の長手方向に移動させるようになっている。また、ガイド溝１０は、振幅が増大することに伴って質量体６が支点部８に近づくように振子４を移動させた場合に、質量体６の重心ｇの軌跡がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くようになっている。

ガイド溝１０は、要は、振幅が増大することに伴って質量体６を支点部８に近づけるように軸部材５を移動させるとともに、質量体６すなわち振子４の重心ｇの軌跡がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くように構成されていればよい。したがって、例えば、振子の振子運動の軌跡をサイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線にしようとして、振子収容室３の内壁面の一部をサイクロイド形状に加工する場合に比較して、ガイド部の加工を比較的容易にでき、加工コストを抑えることができる。すなわち、このガイド溝１０が、この発明に係るガイド部に相当する。

つぎに、前述したように構成されたこの発明に係るダイナミックダンパの作用について説明する。図２に、回転体に回転変動が生じ、その回転変動にともなって振子が振動する状態を模式的に示してある。制振対象の回転体２が回転し始めて、これと一体にダイナミックダンパ１が回転し始めると、振子４には、ダイナミックダンパ１の回転数に応じた遠心力が作用する。すなわち、ダイナミックダンパ１の回転数が上昇するほど大きな遠心力が振子４に作用する。振子４は、その振子４に作用する遠心力が振子４に作用する重力よりも大きくなることによって、振子収容室３内において、回転体２の外周縁側に移動する。そして回転体２の回転数が一定であり、すなわち回転体２に回転変動が生じていない場合には、図２に示す例では、振子４は、回転体２の回転中心２ａと振子４のピン部９と回転体２に一体化して設けられている支点部８と振子収容室３の幾何学的な中心とが同一の直線状に配列したいわゆる中立状態になっている。言い換えれば、回転体２に回転変動が生じていない場合には、振子４は、振子収容室３における最外周位置に配置されるようになっている。

ついで、回転体２の回転数が上昇あるいは下降してある程度の大きさの回転変動が生じ、その回転変動がダイナミックダンパ１に入力されると、図２に示すように、振子４は、回転体２の回転変動の大きさに応じて回転体２の回転方向とは反対方向に振子運動するとともに、ガイド溝１０によって回転体２の半径方向で内側に移動される。すなわち、質量体６がその振子運動の振子支点となる支点部８に近づくように、ガイド溝１０は、軸部材５を支点部８に対して軸部材５の長手方向に移動させる。また、回転体２の回転数が前述した回転数よりも更に上昇あるいは下降して更に大きな回転変動が生じ、振子４の振動あるいは振幅が増大すると、振幅が増大することに伴って振子４がガイド溝１０によって回転体２の半径方向で内側に移動される距離あるいは長さが更に長くなり、質量体６が更に支点部８に近づくようになる。したがって図２に示す例では、振幅が増大することに伴って質量体６の重心ｇと支点部８との距離は次第に短くなる。また、ガイド溝１０は、前述したように振幅が増大することに伴って軸部材５を回転体２に対して移動させた場合に、質量体６の重心ｇの軌跡がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線になるように形成されているので、質量体６の重心ｇの移動軌跡は、図２に鎖線で示したようにサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線になる。なお、図２に示す破線は、振子４をガイド溝１０によって移動させない場合の質量体６の重心の移動軌跡を示している。

このように、前述した構成では、ガイド溝１０は、ダイナミックダンパ１に入力される回転体２の回転変動の大きさに応じて、すなわち振子４の振幅が増大することに伴って質量体６と支点部８との距離が次第に短くなるように軸部材５を回転体２に対して移動させる構成であればよく、また、軸部材５を回転体２に対して移動させた場合に、質量体６の重心ｇの軌跡がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くように形成されていればよい。したがって、例えば、振子４の振子運動の軌跡をサイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線にしようとして、振子収容室３の内壁面の一部をサイクロイド形状に加工する場合に比較して、ガイド溝１０の加工を比較的容易にでき、加工コストを抑えることができる。また、前述した構成では、振子４は、その軌跡がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くように振子運動できるので、吸収もしくは減衰したい回転体２の回転変動次数と振子４の往復運動次数との乖離を抑制できるとともに、これらの次数が乖離していることによるダイナミックダンパ１の捩り振動減衰効果の低下を防止もしくは抑制することができる。さらにまた、振子４は、例えば金属材料によって形成される質量体６を同じく金属材用によって形成される軸部材５によって回転体２に連結しているので、可撓性を有する部材で質量体６を回転体２に保持する場合に比較して、ある程度の強度および剛性を有するダイナミックダンパ１を形成することができる。そして、前述した構成では、回転体２と振子４とが衝突あるいは接触する箇所が、例えばガイド溝１０とピン部９とに限定されるので、回転体２と振子４とが衝突あるいは接触して発生する異音や騒音を緩衝する緩衝材などを配置する箇所を限定することができ、異音や騒音対策を比較的容易におこなうことができる。

したがって、この発明によれば、ガイド部は、質量体すなわち振子の振幅が増大することに伴って振子をその振子運動の振子中心となる支点部に近づけるように軸部材を支点部に対して軸部材の長手方向に移動させるとともに、その移動させられた質量体すなわち振子の重心の軌跡がサイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線になるような構成であればよい。そのため、ガイド部の加工を比較的容易にでき、加工コストを抑えることができる。そして振子は、振幅が増大することに伴ってガイド部によって移動させられ、その重心の軌跡がサイクロイド曲線あるいはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線を描くので、振子の往復運動次数と吸収もしくは減衰したい回転体の回転変動次数との乖離を抑制でき、これらの次数が乖離していることによるダイナミックダンパの捩り振動減衰効果の低下を防止もしくは抑制することができる。

１…ダイナミックダンパ、 ２…回転体、 ４…振子、 ５…軸部材、 ６…質量体、 ７…長孔、 ８…振子４の振動の中心となる支点部、 １０…ガイド溝。

Claims (2)

1. 捩り振動する回転体の回転中心から離れた箇所に形成された収容室の内部に前記回転体の回転方向に振子運動する質量体が自在に収容され、前記回転体が捩り振動することに伴って前記質量体が振子運動することにより前記回転体の捩り振動を減衰させるダイナミックダンパにおいて、
   前記質量体に連結されかつその質量体を前記収容室内で振子運動できるように前記回転体に連結している軸部材と、
   前記回転体に固定して設けられ、前記軸部材を前記回転体に対して回転自在に係合させて前記質量体を振動させる振子中心となる支点部と、
   前記軸部材に形成されかつその軸部材を前記支点部に対して前記軸部材の長手方向に移動可能でかつ回転自在に係合させる係合部と、
   前記回転体に形成され、前記質量体が前記支点部を振子中心として振子運動した場合の振幅が増大することに伴って前記質量体の重心と前記支点部との距離が短くなるように前記軸部材を前記支点部に対して移動させるガイド部とを備えている
   ことを特徴とするダイナミックダンパ。
2. 前記ガイド部は、前記質量体の重心の軌跡がサイクロイド曲線もしくはこれに近似した擬似的なサイクロイド曲線となるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のダイナミックダンパ。

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