JP5729560B2

JP5729560B2 - 回転変動吸収ダンパプーリ

Info

Publication number: JP5729560B2
Application number: JP2011187375A
Authority: JP
Inventors: 成田　信彦; 信彦成田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-08-30
Also published as: JP2013050135A

Description

本発明は、自動車用内燃機関のクランクシャフト等の回転軸からベルトを介して他の回転機器へトルクを伝達すると共にその回転変動を吸収してベルト駆動を平滑化する回転変動吸収ダンパプーリに関する。

従来、この種のダンパプーリとしては、クランクシャフトと共に回転するハブと、このハブの外周に配置されてベルトが巻き掛けられるプーリと、前記ハブとプーリとを連結するゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなる環状の第一の弾性体と、前記ハブの外周にゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなる環状の第二の弾性体を介して環状の質量体を弾性的にかつ同心的に連結した構造のダイナミックダンパ等により構成されたものが知られている。

すなわち従来の回転変動吸収ダンパプーリは、ハブの外周に第二の弾性体を介して環状の質量体を弾性的に連結したダイナミックダンパが、所定の振動数域において円周方向へ共振することによる動的吸振効果によって、クランクシャフトの捩り振動を低減すると共に、クランクシャフトからハブへ入力された駆動トルクを、第一の弾性体の円周方向剪断変形作用によって反復的な回転変動（伝達トルクの変動）を吸収しながらプーリへ伝達するものである（例えば下記の特許文献１参照）。

しかしながら、従来の回転変動吸収ダンパプーリは、プーリと、これをハブの外周に弾性的に連結している低ばねの第一の弾性体によって、共振点（共振周波数）の低い振動系を構成しているため、内燃機関を起動又は停止する過程でクランクシャフトの回転変動が前記共振点を通過することによってプーリが捩り方向（円周方向）へ大きく振動し、プーリと、これに巻き掛けられたベルトとの間にスリップを生じてしまう問題が指摘される。また、常用回転域で急激なトルク変動が発生した場合も、同様なベルトスリップが発生することがあった。

そして上述のようなベルトスリップの発生は、「ベルト鳴き」と呼ばれる異音が発生する原因となるほか、ベルトの摩耗によってその耐久性が低下し、走行に支障を来たすなどの懸念がある。

特開２００７−１０７６３７号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、回転変動を吸収しながらトルクを伝達する回転変動吸収ダンパプーリにおいて、ベルトスリップの発生を有効に防止することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る回転変動吸収ダンパプーリは、回転軸に取り付けられてこの回転軸と一体的に回転するハブと、その外周側に同心的に配置されると共に前記ハブと相対回転可能なプーリと、このプーリの内周面に一体的に設けられた弾性体と、前記ハブの円周方向所定箇所に揺動可能に結合されたリンクと、このリンクの揺動端に揺動可能に結合され前記ハブの正回転側へ向けて延びるアームを備え、前記弾性体の内周面の所定箇所に、前記ハブに対する前記プーリの遅角差動時にのみ前記アームの先端部と係合可能な係合部が形成され、前記アームが前記リンクの揺動によって前記弾性体の圧縮方向へ径方向変位可能となっているものである。

上記構成の回転変動吸収ダンパプーリは、ハブに対するプーリの遅角差動時にハブ側からプーリ側へ正回転方向のトルクを伝達し、ハブに対するプーリの進角差動時にはトルク伝達を遮断するといったワンウェイクラッチ機構をなすと共に、伝達トルクの変動によるハブとプーリの円周方向相対変位を、リンクの揺動によって径方向反復変位するアームによる弾性体の圧縮量の変化として変換してプーリの回転を平滑化するものである。

すなわちハブが回転軸と共に正回転方向へ起動すると、遠心力によってアームが外径側へ変位してその先端部が弾性体の内周面を滑り、プーリはハブに対して相対的に遅角差動状態になるので、やがてアームの先端部が弾性体の内周面に形成された係合部と係合する。このため、ハブに入力された正回転方向のトルクは、リンクからアームを介して弾性体へ伝達され、さらにプーリへ伝達されて、プーリの回転が開始される。そしてこの状態では、伝達トルクによってリンクとアームの結合部が折れるように変位して、アームが弾性体を径方向へ圧縮変形させ、その圧縮反力によってトルク反力を負荷することになる。

また、ハブの正回転の減速時には、プーリ側の慣性によってプーリにハブに対する進角差動を生じると、アームの先端部が弾性体の係合部とは係合せず、プーリがアームと弾性体の内周面との滑りを伴いながら進角方向へ回転可能となるので、プーリとその外周に巻き掛けられるベルトの滑りが防止される。

請求項２の発明に係る回転変動吸収ダンパプーリは、請求項１に記載の構成において、ハブと同心的に配置された環状マスと、この環状マスをハブに弾性的に支持するマス支持弾性体からなるトーショナルダンパ部を備えるものである。

上記構成において、トーショナルダンパ部は、環状マスの捩り方向慣性質量とマス支持弾性体の捩り方向ばね定数による共振周波数域で入力振動と共振することによって、回転軸の捩り振動を動的に吸収する制振機能を発揮するものである。

また、請求項３の発明に係る回転変動吸収ダンパプーリは、請求項１又は２に記載の構成において、アームが円弧状に形成されたものであって、その先端部が係合部と係合すると共にリンクの揺動によって最も外径側へ変位した状態ではプーリの内周面と略同心の円弧状をなすようになっているものである。

上記構成において、アームはリンクの揺動によって、プーリの内周面と略同心となるように外径側へ変位して行くので、アームによる弾性体の圧縮が円周方向に広い範囲で行われ、圧縮応力が一部分に集中しないようにすることができる。

本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリによれば、プーリをマスとする共振系が構成されないので、起動や回転停止の過程でプーリとそれに巻き掛けられたベルトとの間でプーリの共振運動によるスリップが発生することはなく、ハブからの伝達トルクの変動（回転変動）によるプーリの遅角差動時には先端部が係合部と係合したアームによって弾性体が径方向へ圧縮変形され、プーリの進角差動時にはアームが係合部と係合されずに弾性体の内周面を滑る、といった動作によって、ハブからプーリへのトルクの伝達と回転変動の吸収を行うことができる。

本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリの好ましい実施の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面図である。図１におけるII−II線位置で軸心Ｏと直交する平面で切断して示す断面斜視図である。本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリの好ましい実施の形態を、プーリを取り外した状態で示す斜視図である。図１におけるII−II線位置で軸心Ｏと直交する平面で切断して示す、トルク非伝達状態の断面図である。図１におけるII−II線位置で軸心Ｏと直交する平面で切断して示す、ハブに対するプーリの遅角差動によるトルク伝達開始状態の断面図である。図１におけるII−II線位置で軸心Ｏと直交する平面で切断して示す、ハブに対するプーリの遅角差動による弾性体の圧縮量が小さい状態の断面図である。図１におけるII−II線位置で軸心Ｏと直交する平面で切断して示す、ハブに対するプーリの遅角差動による弾性体の圧縮量が増大した状態の断面図である。図１におけるII−II線位置で軸心Ｏと直交する平面で切断して示す、ハブに対するプーリの遅角差動による弾性体の圧縮量が最大となった状態の断面図である。図１におけるII−II線位置で軸心Ｏと直交する平面で切断して示す、ハブに対するプーリの進角差動によるアームと弾性体の滑り状態の断面図である。

以下、本発明に係る回転変動吸収ダンパプーリの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において用いられる「正面側」とは、図１における左側、すなわち車両のフロント側のことであり、「背面側」とは、図１における右側、すなわち内燃機関が存在する側のことであり、正回転方向とは、図１を除く各図における時計回りの方向をいう。

まず図１において、参照符号１は、自動車の内燃機関のクランクシャフト（不図示）の軸端に取り付けられるハブである。このハブ１は、金属材料の鋳造等により製作されたものであって、回転軸であるクランクシャフトに固定される内筒部１ａと、そこから外径側へ展開する円盤部１ｂと、その径方向中間から正面側へ突出した中間筒部１ｃと、円盤部１ｂの外径端部から背面側へ延びる外筒部１ｄを有する。

ハブ１の外筒部１ｄの外周には環状マス２が配置されており、この環状マス２と前記外筒部１ｄは、マス支持弾性体３を介して捩り方向（円周方向）相対変位可能に弾性的に連結されている。環状マス２は、密度（比重）の高い金属材料の鋳造等により製作されたものであり、マス支持弾性体３は、耐熱性、耐寒性及び機械的強度に優れたゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で環状（円筒状）に加硫成形され、環状マス２と外筒部１ｄの間の曲がりくねった隙間へ圧入されたものである。

そして、環状マス２とマス支持弾性体３は機関振動に起因するクランクシャフトの捩り方向の共振を動的に吸収するトーショナルダンパ部ＴＶＤを構成するものであって、すなわちこのトーショナルダンパ部ＴＶＤの捩り方向共振周波数は、環状マス２の慣性質量と、マス支持弾性体３のばね定数によってクランクシャフトの捩れ角が最大となる所定の振動数域と合致するように同調されている。

ハブ１の外周側にはプーリ４が同心的に配置されている。このプーリ４は金属板のプレス成形及び転造等によって製作されたものであって、トーショナルダンパ部ＴＶＤにおける環状マス２の外周にラジアルベアリング５を介して回転可能に同心支持されたプーリ本体４ａと、そこから正面側へ延在された円筒部４ｂと、この円筒部４ｂの端部からトーショナルダンパ部ＴＶＤ（環状マス２及びマス支持弾性体３）の正面側を内径方向へ延びる内向きフランジ４ｃとからなる。プーリ本体４ａの外周面にはポリＶ溝が形成されており、不図示の無端ベルトが巻き掛けられるようになっている。

環状マス２とプーリ４のプーリ本体４ａの間に摺動可能に介在しているラジアルベアリング５は、摺動性及び耐摩耗性に優れたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの合成樹脂材料からなるものであって、円筒状に成形されている。

ハブ１における円盤部１ｂの正面側には、図２及び図３に一層明確に示すように、この円盤部１ｂにおける１８０度対称位置に軸心Ｏと平行に植設された取付軸６を介して、それぞれリンク７が揺動可能に結合されており、各リンク７の揺動端には、リンクピン８を介してアーム９が揺動可能に結合されている。アーム９は、リンク７との連結端部９ａからハブ１の正回転側（図２及び図３における時計回りの方向）へ向けて円弧状をなして延びている。

プーリ４における円筒部４ｂの内周面には弾性体１０が一体的に設けられている。この弾性体１０は、耐熱性、耐寒性及び機械的強度に優れたゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で環状に加硫成形され、成形と同時に前記円筒部４ｂに一体的に加硫接着されたものである。

弾性体１０の内周面には、図２に示すように、山形の突起からなる係合部１０ａと、なだらかに隆起した被圧縮部１０ｂがそれぞれ円周方向六等配（６０度間隔）で交互に形成されている。係合部１０ａは、その頂部から見て正回転方向（図２における時計回りの方向）側の面がなだらかな斜面をなし、その反対側の面がほぼ半径方向へ切り立った形状をなすものであって、ハブ１に対するプーリ４の遅角差動時にのみ、アーム９の先端部９ｂと係合可能となっているものである。

また、取付軸６を中心として揺動するリンク７の揺動端部が、図８に示すように外径方向を向いた状態（可動範囲における最も外径側へ変位された状態）では、これによって変位されるアーム９の連結端部９ａが弾性体１０の内周面の係合部１０ａ及び被圧縮部１０ｂよりも外径側に位置するように、前記リンク７の揺動半径が規定されている。そして前記アーム９は、その先端部９ｂが係合部１０ａと係合すると共に、リンク７との連結端部９ａがリンク７の揺動によって最も外径側へ変位した状態では、弾性体１０における２組分の係合部１０ａと被圧縮部１０ｂを連ねた長さ（円周方向へ約１２０度の長さ）で、プーリ４の円筒部４ｂの内周面と略同心の円弧状をなすものである。

説明を図１に戻すと、ハブ１の中間筒部１ｃの外周面には内側押さえ部材１１が取り付けられている。この内側押さえ部材１１は金属板のプレス成形等によって製作されたものであって、前記中間筒部１ｃの外周面に圧入嵌着された嵌合筒部１１ａ及びその正面側の端部から外径方向へ展開したフランジ部１１ｂを有し、このフランジ部１１ｂによって、取付軸６からのリンク７の脱落が防止されている。

プーリ４の内向きフランジ４ｃは内側押さえ部材１１のフランジ部１１ｂの正面側に位置していて、この内側押さえ部材１１のフランジ部１１ｂと軸方向に対向する内向きフランジ４ｃの内側面には、プーリ４の円筒部４ｂの内周に設けられた弾性体１０から延在されたスラストばね部１０ｃが一体に設けられ、その端面には内側スラストベアリング１２が一体に設けられている。すなわちスラストばね部１０ｃは、弾性体１０の成形に際して同時に成形され、前記内向きフランジ４ｃに一体的に加硫接着されたものであり、内側スラストベアリング１２は摺動性及び耐摩耗性に優れたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの合成樹脂材料からなるものであって、平ワッシャ状に成形され、前記内側押さえ部材１１のフランジ部１１ｂに摺動可能に密接されている。

ハブ１の中間筒部１ｃの内周面には外側押さえ部材１３が取り付けられている。この外側押さえ部材１３は金属板のプレス成形等によって製作されたものであって、前記中間筒部１ｃの内周面に圧入嵌着された嵌合筒部１３ａ及びその正面側の端部から外径方向へ展開したフランジ部１３ｂを有する。このフランジ部１３ｂはプーリ４の内向きフランジ４ｃの正面側に位置していて、互いに軸方向に対向する前記内向きフランジ４ｃとフランジ部１３ｂの間には、外側スラストベアリング１４が摺動可能に介在されている。この外側スラストベアリング１４は摺動性及び耐摩耗性に優れたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの合成樹脂材料からなり、平ワッシャ状に成形されたものである。

したがってプーリ４は、その内向きフランジ４ｃが、弾性体１０のスラストばね部１０ｃ及び内側スラストベアリング１２と外側スラストベアリング１４を介して、内側押さえ部材１１のフランジ部１１ｂと外側押さえ部材１３のフランジ部１３ｂの間に相対回転可能に挟持されることによって、軸方向変位が規制されている。

以上の構成を備える回転変動吸収ダンパプーリは、ハブ１に対するプーリ４の遅角差動時にはハブ１側からプーリ４側へ正回転方向のトルクを伝達し、ハブ１に対するプーリ４の進角差動時にはトルク伝達を遮断するといったワンウェイクラッチ機構をなし、回転変動によるハブ１とプーリ４の円周方向相対変位を、弾性体１０の径方向圧縮量の変化として変換することによりプーリ４の回転を平滑化するものである。

詳しくは、まずハブ１が停止した状態では、図４に示すようにアーム９の先端部９ｂが弾性体１０の内周面に形成された係合部１０ａと非係合状態にある。

そしてこの停止状態から内燃機関の起動によってハブ１が不図示のクランクシャフトと共に正回転方向（図４における時計回りの方向）へ起動すると、この時点ではプーリ４にはハブ１の正回転方向のトルクは伝達されないから、プーリ４はハブ１に対して相対的に遅角差動状態になるので、ハブ１と共に回転を開始するアーム９は、遠心力によって外径側へ変位してその先端部９ｂが弾性体１０の内周面を滑り、やがて図５に示すように、係合部１０ａの切り立った面と係合する。このため、ハブ１に入力された正回転方向のトルクは、リンク７からアーム９を介して係合部１０ａから弾性体１０へ伝達され、この弾性体１０と一体のプーリ４の回転が開始される。

なお、上述のように、図５に示す係合状態となることによってプーリ４は回転を開始することになるが、わかりやすいように、図５〜図９では、プーリ４及びこれと一体の弾性体１０は図４と同じ状態（同じ回転角）にあるものとして、ハブ１、リンク７及びアーム９と、プーリ４及びこれと一体の弾性体１０の相対的な動作を表現してある。また、図中の三角印は、ハブ１とプーリ４の相対変位量の変化をわかりやすく示すために付したものである。

図５に示すように、アーム９の先端部９ｂが弾性体１０の係合部１０ａと係合した後、ハブ１の回転が加速されて行くのに伴い、プーリ４はハブ１に対してさらに遅角差動状態になって行くので、リンク７はトルク負荷によって取付軸６を中心として外径側へ揺動し、すなわちリンクピン８によるリンク７とアーム９の関節部が外径側へ折れるように変位し、図６に示す状態を経て図７に示す状態へ変化して行く。そしてこのような動作の過程で、アーム９がリンク７の揺動及び遠心力によって、係合部１０ａを支点として外径側へ変位する。このため弾性体１０に形成された被圧縮部１０ｂが、図６及び図７に破線で示すように、アーム９によって径方向へ圧縮変形され、その圧縮反力によってトルク反力が負荷される。

詳しくは、図６に示す状態では各アーム９がその先端部９ｂ寄りの部分で１箇所の被圧縮部１０ｂのみを圧縮しているのに対し、図７に示す状態では各アーム９が２箇所の被圧縮部１０ｂ及びその間の係合部１０ａを圧縮しており、先端部９ｂ寄りの部分による圧縮量も図６に示す状態よりも増大している。このため、ばね定数が非線形的に上昇する。

図８は、リンク７の揺動端部がほぼ外径方向を向くことによって、アーム９におけるリンク７との連結端部９ａが最も外径側へ変位した状態を示しており、すなわち弾性体１０の圧縮量が最大となっている。そしてこの状態では、アーム９はプーリ４の円筒部４ｂの内周面と略同心の円弧状をなす位置にあり、アーム９による弾性体１０の圧縮が円周方向に広い範囲で行われ、圧縮応力が一部分に集中しないようになっている。

また、図５に示す係合初期状態では、アーム９の先端部９ｂと弾性体１０の係合部１０ａのみが係合することでトルク伝達が行われるが、その後はアーム９がリンク７の揺動によって外径側へ変位するのに伴い、弾性体１０との接触面積が増大すると共に圧接力も大きくなることによってトルク伝達力が増大して行くので、トルク伝達による負荷が係合部１０ａのみに集中することがない。

そして、周期的な回転変動の入力においては、ベルトや補機を含むプーリ４側の慣性によってプーリ４にハブ１に対する遅角差動と進角差動が反復的に発生することになるが、プーリ４の遅角差動においては上述のようにアーム９による弾性体１０の圧縮量が増大し、プーリ４の進角差動においては上述と逆の動作によってアーム９による弾性体１０圧縮量が減少する。すなわち比較的小さな回転変動によるハブ１とプーリ４の反復的な円周方向相対変位は、リンク７の揺動によって径方向反復変位するアーム９による弾性体１０の圧縮量の変化として変換され、これによってベルトや補機を含むプーリ４側の平滑な回転が維持される。

また、このような回転変動の入力によるハブ１とプーリ４の円周方向相対変位θ（図８参照）に対して、弾性体１０の小さな径方向圧縮量の変化として変換されるため、圧縮ばねとなるにも拘らず、常用回転時の比較的小さな回転変動においては円周方向のばね定数が低く抑えられるので回転変動が良好に吸収され、しかも弾性体１０が受ける負荷も小さく抑えられる。

さらに、クランクシャフトの共振によってその捩れ角が最大となる回転域では、環状マス２とマス支持弾性体３からなるトーショナルダンパ部ＴＶＤが入力される回転変動と逆位相で捩り方向（円周方向）に共振し、すなわちその共振によるトルクは入力されるトルク変動と逆方向へ生じるため、クランクシャフトの回転変動のピークを有効に低減する動的吸振効果を発揮する。

また、例えば内燃機関を停止させるときなどにハブ１の正方向の回転が減速されることによって、プーリ４がハブ１に対して大きく進角差動し、すなわちオーバーラン状態になった場合は、図５に示す状態から図９に示すように、アーム９の先端部９ｂが弾性体１０の内周面に形成された係合部１０ａとは係合せず、アーム９と弾性体１０の内周面との滑りを伴いながらプーリ４が自由回転することができる。

したがって、これらの作用によって、プーリ４とその外周に巻き掛けられるベルトの滑りが防止され、ひいてはこのようなベルトスリップによる「ベルト鳴き」と呼ばれる異音の発生や、ベルトの耐久性低下が有効に防止される。

１ハブ
２環状マス
３マス支持弾性体
４プーリ
７リンク
９アーム
９ｂ先端部
１０弾性体
１０ａ係合部
１０ｂ被圧縮部
ＴＶＤトーショナルダンパ部

Claims

回転軸に取り付けられてこの回転軸と一体的に回転するハブと、その外周側に同心的に配置されると共に前記ハブと相対回転可能なプーリと、このプーリの内周面に一体的に設けられた弾性体と、前記ハブの円周方向所定箇所に揺動可能に結合されたリンクと、このリンクの揺動端に揺動可能に結合され前記ハブの正回転側へ向けて延びるアームを備え、前記弾性体の内周面の所定箇所に、前記ハブに対する前記プーリの遅角差動時にのみ前記アームの先端部と係合可能な係合部が形成され、前記アームが前記リンクの揺動によって前記弾性体の圧縮方向へ径方向変位可能であることを特徴とする回転変動吸収ダンパプーリ。
ハブと同心的に配置された環状マスと、この環状マスをハブに弾性的に支持するマス支持弾性体からなるトーショナルダンパ部を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転変動吸収ダンパプーリ。
アームが円弧状に形成されたものであって、その先端部が係合部と係合すると共にリンクの揺動によって最も外径側へ変位した状態ではプーリの内周面と略同心の円弧状をなすようになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転変動吸収ダンパプーリ。