(57)【要約】【課題】転動体を安定的に転動できる捩り振動低減装置を提供する。【解決手段】回転体２の振動数に合わせた固有振動数を有し、前記回転体２に形成された室内３に転動する転動体を備えた捩り振動低減装置１において、前記転動体は、前記室内３の内周面３ａに形成された転動面３ｂを転動する第一マス部材４によって形成され、その第一マス部材４は、その重心位置を前記転動面３ｂと平行な方向に貫通する軸線を中心にして前記第１マス部材４に対して回転自在でかつ前記転動面３ｂに対して非接触な第二マス部材５を備えていることを特徴とする。上記のように構成された装置１によれば、転動体を第一マス部材４と第二マス部材５とに分けることにより、転動体の転動軸回りの慣性モーメントを小さくでき、滑り運動を規制して転がり運動をさせることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の振動数に合わせた固有振動数を有し、前記回転体に形成された室内に転動する転動体を備えた捩り振動低減装置において、
前記転動体は、前記室内の内周面に形成された転動面を転動する第一マス部材によって形成され、
その第一マス部材は、その重心位置を前記転動面と平行な方向に貫通する軸線を中心にして前記第一マス部材に対して回転自在でかつ前記転動面に対して非接触な第二マス部材を備えていることを特徴とする捩り振動低減装置。
【請求項２】
前記第二マス部材は、その重心位置を前記軸線上に一致させた状態で前記第一マス部材に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の捩り振動低減装置。
【請求項３】
前記第二マス部材は、前記第一マス部材に対し相対的に大径であることを特徴とする請求項１または２に記載の捩り振動低減装置。
【請求項４】
前記第二マス部材は、その重心に棒形状あるいは円柱形状の軸部材が形成され、その軸部材が前記第一マス部材の重心を貫通するとともに、
前記軸部材と前記第一マス部材との間には、前記第一マス部材に前記第二マス部材を回転自在に支持する軸受部材が介装されていることを特徴とする請求項１に記載の捩り振動低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トルク変動に伴って生じる動力伝達軸の捩り振動を低減する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば４サイクルエンジンでは、混合気の吸気工程・圧縮工程・爆発（膨張）工程・排気工程を繰り返すことによりトルクを発生させるため、不可避的に周期的なトルク変動が生じる。また加減速のためにエンジン出力を変化させることにより、駆動トルクが変動する。そして、エンジンで発生したトルクを伝達する動力伝達軸は、このトルク変動にともなって瞬間的に捩られたり戻ったりし、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。また、この捩り振動とシリンダの爆発回転速度の周期が共振する虞があることが知られている。そのため、動力伝達軸の捩り振動を低減させる必要がある。
【０００３】
そのような動力伝達軸の捩り振動を低減させるための装置の一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１には、ダンパマスを備えたフライホイールにおいて、フライホイールの振動数に合う振動数を有するダンパマスを転動させる転動面に、そのダンパマスのスムーズな転動を確保するための案内レール構造が形成された発明が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、共通の回転軸線を中心とした互いに異なる循環軌道に質量の異なる複数の補償体（転動体）が配置された発明が記載されている。また、特許文献２に記載された発明では、循環する補償体として球体を用いるように構成されており、また、その質量を異ならせるために、直径の異なる球体を用いるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１９３６８４号公報
【特許文献２】特表２００４ー５１９６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に記載された発明によれば、案内レール構造により、ダンパマスの蛇行を阻止できる。また、ダンパマスの蛇行が阻止されることにより、ダンパマス側面と転動室内面との接触面積が小さくなり、ダンパマスの振子運動に抗する力（ここでは摩擦力）を低減でき、ダンパマスの回転変動を減少させることができる。しかしながら、この特許文献１に記載された構成では、ダンパマスの蛇行は阻止されるものの、フライホイールに大きな加速度が生じた場合に、言い換えれば大きなトルク変動が生じた場合に、転動面上をダンパマスが滑る虞があり、この点で改善の余地があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載された発明によれば、異なる軌道に沿って転動する質量の異なる補償体（転動体）がそれぞれ異なる循環軌道に配置されているから、一つの軌道に一つの補償体しか配置されていない場合に比較して、回転機構のアンバランス（トルク変動）に起因する（捩り）振動を排除もしくは減少させることができる。また、補償体に球体を用いているので、補償体の摩擦損失を減少できる。しかしながら、特許文献２に記載された構成では、回転機構に大きなトルク変動が生じた場合に、循環軌道に形成された走行面（転動面）上を補償体が滑る虞があり、また、直径の大きい補償体は、直径の小さい補償体に比較して転動し難いため、この点で改良の余地があった。
【０００８】
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、転動体を転動させるとともに、転動体の滑り運動を抑制することができる捩り振動低減装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、回転体の振動数に合わせた固有振動数を有し、前記回転体に形成された室内に転動する転動体を備えた捩り振動低減装置において、前記転動体は、前記室内の内周面に形成された転動面を転動する第一マス部材によって形成され、その第一マス部材は、その重心位置を前記転動面と平行な方向に貫通する軸線を中心にして前記第１マス部材に対して回転自在でかつ前記転動面に対して非接触な第二マス部材を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第二マス部材は、その重心位置を前記軸線上に一致させた状態で前記第一マス部材に連結されていることを特徴とする捩り振動低減装置である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記第二マス部材は、前記第一マス部材に対し相対的に大径であることを特徴とする捩り振動低減装置である。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記第二マス部材は、その重心に棒形状あるいは円柱形状の軸部材が形成され、その軸部材が前記第一マス部材の重心を貫通するとともに、前記軸部材と前記第一マス部材との間には、前記第一マス部材に前記第二マス部材を回転自在に支持する軸受部材が介装されていることを特徴とする捩り振動低減装置である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、転動体は、転動面を転動する第一マス部材と、第一マス部材に対して回転自在でかつ転動面に非接触な第二マス部材とによって形成されている。このように請求項１の発明によれば、転動体を第一マス部材と第二マス部材とに分けられるから、転動面を転動する第一マス部材の慣性モーメントを小さくできる。言い換えれば、転動面を転動する第一マス部材を、より転がりやすくすることができ、これにより第一マス部材を転がり運動させることができる。その結果、回転体にいわゆる回転変動が生じた場合に、第一マス部材滑り運動を規制（抑制）できる。すなわち、回転体にいわゆる回転変動が生じた場合に、第一マス部材が回転（転動）せずに相対移動すること、いわゆる第一マス部材の滑り運動が防止もしくは抑制される。そして、設計した転動体の固有振動数もしくはそれに近似した振動数を得ることができる。また、これにより回転体の回転変動にともなう捩り振動を低減させることができる。
【００１４】
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、第二マス部材は、その重心位置を第一マス部材の重心位置を転動面と平行な方向に貫通する軸線上に一致させた状態で、第一マス部材と自由に相対回転可能に連結されている。その結果、第二マス部材によって、第一マス部材の転動が阻害されることを防止もしくは抑制することができる。そして、これにより、設計した転動体の固有振動数もしくはそれに近似した振動数を得ることができ、回転体の回転変動にともなう捩り振動を低減させることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明による効果と同様の効果に加えて、第二マス部材は、第一マス部材に対し相対的に大径に形成される。言い換えれば、第一マス部材は、第二マス部材に対し相対的に小径に形成される。そのため、第一マス部材の慣性モーメントを小さくでき、第一マス部材を転がり運動させることができる。かつ、第一マス部材よりも大径な第二マス部材により、動吸振器として必要な質量を確保することができる。その結果、回転体にいわゆる回転変動が生じた場合に、第一マス部材が回転（転動）せずに相対移動すること、いわゆる滑り運動が防止もしくは抑制される。そして、設計した転動体の固有振動数もしくはそれに近似した振動数を得ることができる。また、動吸振器としては十分な質量を確保することができ、これにより回転体の回転変動にともなう捩り振動を低減させることができる。
【００１６】
請求項４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、第二マス部材の重心に軸部材が形成され、その軸部材が第一マス部材の重心を貫通し、また、第一マス部材と第二マス部材との間には、第一マス部材に第二マス部材を回転自在に支持する軸受部材が介装されている。そのため、第一マス部材と第二マス部材との間で、第一マス部材の転動を阻害する摩擦力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明に係る捩り振動低減装置の構成例を模式的に示す図である。
【図２】図１におけるII−II’線に沿う断面図である。
【図３】この発明における転動体の転がり運動を原理的に示す図である。
【図４】この発明における転動体の滑り運動を原理的に示す図である。
【図５】従来の一般的な捩り振動低減装置の構成例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
つぎに、この発明を具体例を参照して説明する。図１には、この発明に係る捩り振動低減装置１の構成例を模式的に示してある。この発明に係る捩り振動低減装置１は、例えば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などの回転部材に対してそれらの回転部材と一体回転するように取り付けられることにより、回転部材のトルク変動もしくはそのトルク変動に起因する捩り振動を低減できるように構成されている。
【００１９】
図１に示すように、制振対象となる回転部材に取り付けられる回転体２の内部に転動室３が形成されている。そして、転動室３には、その内周面３ａに形成された転動面３ｂに沿って、少なくともその一部が接触して転動もしくは揺動する振子すなわち転動体が収容されている。この転動体は、転動面３ｂに沿って転動もしくは揺動する第一マス部材４と、この第一マス部材４の重心を貫通する軸線を中心にして第一マス部材４に対して回転自在に保持された第二マス部材５とによって構成されている。
【００２０】
第一マス部材４は、この捩り振動低減装置１における遠心振り子（転動体）として機能するための所定の剛性と重量を有する剛体によって構成されており、その半径ｒ４は、第二マス部材５の半径ｒ５よりも小さく、かつ高さｈ４が第二マス部材５の高さ（深さ）ｈ４よりも低い円柱形状に形成されている。第二マス部材５の外径は、転動室３の内径よりも小さく、かつ高さｈ５が転動室３の高さ（深さ）ｈ３よりも低い円柱形状に形成されている。なお、この転動室３は、回転体２に複数形成してもよい。また、第一マス部材４の形状は、前述したような円柱形状に限定されるものではなく、転動室３内において滑らかに転動もしくは揺動可能な形状であればよい。例えば曲率半径が転動室３の内径および高さ（深さ）ｈ３よりも小さな球体であってもよい。
【００２１】
第二マス部材５には、その重心に棒状もしくは円柱状の軸部材６が設けられており、前述した第一マス部材４の重心を貫通する軸線に合わさるように、言い換えれば、その軸部材６が第一マス部材４の重心を貫通するようになっている。また、第二マス部材５は、前述したように、第一マス部材４に対し相対的に大径になるように形成されており、また第二マス部材５の外周面５ａが転動室３の内周面３ａに形成された転動面３ｂに接触しないように、転動室３の内径が部分的に大きくなるように形成されている。あるいは、転動室３の内周面３ａに形成された転動面３ｂが、転動室３の内周面３ａに対し突になるように形成されていてもよい。上記のように第一マス部材４と第二マス部材５とを構成することにより、転動体の慣性モーメントを大きくしながら、第一マス部材４の転動軸回りの慣性モーメントＩを小さくするように構成されている。
【００２２】
そして、これらの第一マス部材４と第二マス部材５との間には、第一マス部材４に第二マス部材５を回転自在に支持するベアリングなどの軸受部材７が介装されている。なお、図１における矢印Ｄ１は、回転体２が回転する方向を示しており、矢印Ｄ２は回転体２にトルク変動が生じた場合に、第一マス部材４および第二マス部材５が転動面３ｂに沿って回転する方向を示している
【００２３】
図２に、図１におけるII−II’線に沿う断面図を模式的に示してある。なお、図２において、図１に示す部分と同一の部分には図１と同様の符号を付してその説明を省略する。前述したように、転動室３の内部に、その内周面３ａに形成された転動面３ｂ上を転動するように円柱形状の第一マス部材４が収容され、その重心位置を転動面３ｂと平行な方向に貫通する軸線を中心にして、第二マス部材５が保持されている。
【００２４】
この第二マス部材５は、例えば一対の円盤形状の部材（５ｂ，５ｃ）によって構成されており、その各部材５ｂ，５ｃにおける各重心を棒状あるいは円柱形状の軸部材６によって連結されている。そして、その軸部材６が前述した軸線を貫通し、軸受部材７を介して第一マス部材４に回転自在に保持されている。要は、第二マス部材５は、その重心位置を、第一マス部材４の重心位置を転動面３ｂに平行な方向に貫通する軸線上に一致させた状態で第一マス部材４に回転自在に保持されていればよい。したがって、第二マス部材５は、例えばその重心位置を第一マス部材４の重心位置を転動面３ｂに平行な方向に貫通する軸線上に一致させた棒状もしくは円柱形状であってもよい。また、第二マス部材５は、第一マス部材４に対し相対的に大径になるように形成されており、その外周面５ａが転動室３の内周面３ａや転動面３ｂに接触しないように、転動室３の内径は、部分的に大きくなるように形成されている。
【００２５】
より具体的に説明すると、回転部材に回転変動（加速度）が生じて、回転部材と一体回転する回転体２が矢印Ｄ１で示す方向に回転した場合に、転動体は、慣性力によって元の場所に留まろうとする。その結果、転動体は回転体２の回転方向（矢印Ｄ１）とは反対方向に相対移動する。この転動体の相対移動には、例えば転がり運動と滑り運動とがあり、図３には、転動体の転がり運動を原理的に示してある。図３に示すように、転動体が転がり運動をおこなう場合には、転動体は転動面３ｂに接する外周面５ａの一部が連続的に移り変わりながら転動面３ｂに沿って転動（回転）する。
【００２６】
図４には、転動体の滑り運動を原理的に示してある。図４に示すように、転動体が滑り運動をおこなう場合には、転動体は転動面３ｂに接する外周面５ａの一部（点Ｐ）が一定（同一）であり、もしくは転動面３ｂに接する外周面５ａの一部が不連続に移り変わる。すなわち、前述したように、転動体は転動面３ｂに沿って転動（回転）せずに、転動面３ｂ上を相対移動する。
【００２７】
この発明に係る捩り振動低減装置１は、トルク変動の周期に、転動体の振子運動を合わせるように、すなわちトルク変動の周期に転動体の振子運動の周期を共振させるように構成されている。言い換えれば、動力源のトルク変動により転動体にその固有振動数ωｐを生じさせて、動力源のトルク変動を低減もしくは抑制するように構成されている。その転動体の固有振動数ωｐは、回転体２の回転中心から転動室３の中心までの距離Ｌ、および、転動室３の半径ｒ３、ならびに、転動体（第一マス部材４）の半径ｒ４等から下記の（１）式のように表わすことができる。なお、これらの各パラメータは、回転体２の回転変動に合わせて適宜設計される。また、ωは回転体２の回転速度を示している。
【数１】
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【００２８】
しかしながら、この（１）式は、図３に示すように、転動体が転動面３ｂ上を滑らずに転動（回転）した場合にのみ成立する式であり、例えば図４に示すように、転動体が滑り運動をおこなった場合には成立しない。転動体が前述した滑り運動をおこなった場合における転動体の固有振動数ωｐを、下記の（２）式に示してある。
【数２】
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【００２９】
図５に、比較例として、従来の一般的な捩り振動低減装置１の構成例を模式的に示してある。なお、図５に示す例は、前述した図１および図２に示す構成の一部を変更したものであり、したがって図１および図２に示す部分と同一の部分には図５に図１および図２と同様の符号を付してその説明を省略する。図５において、転動室３には、その内周面３ａに形成された転動面３ｂに沿って、少なくともその一部が接触して転動もしくは揺動する振子すなわち転動体８が収容されている。また、表１に、この発明に係る捩り振動低減装置１と従来の捩り振動低減装置１との比較結果を示してある。
【表１】
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【００３０】
したがって、図１および図２に示す構成ならびに表１によれば、この発明に係る捩り振動低減装置１は、転動体を第一マス部材４と第二マス部材５とに分けることにより、従来の捩り振動低減装置１と比較して、転動体の転動軸回りの慣性モーメントを小さくでき、第一マス部材４を転がり運動させることができる。言い換えれば、従来の捩り振動低減装置１と比較して、捩り振動低減装置１としての転動体の慣性モーメントを維持しつつ、転動面３ｂ上を転動する第一マス部材４の転動軸回りの慣性モーメントＩを小さくすることができる。
【００３１】
前述したように構成された装置１が、回転部材に一体回転するように取り付けられ、その回転部材とともに回転すると、第一マス部材４は慣性力によってその場に留まろうとして転動面３ｂ上を転動（移動）する。言い換えると、回転部材にトルク変動が生じ、そのトルク変動が回転体２に伝達されると、転動室３内では、第一マス部材４がトルク変動の方向とは逆方向に相対移動する。第一マス部材４は、前述したように転動軸回りの慣性モーメントＩが小さくなるように構成されているから、転動面３ｂ上を滑らずに転動することができる。すなわち、第一マス部材４の転動軸回りの慣性モーメントＩを小さくすることにより、滑り運動を防止もしくは抑制することができ、転動体の固有振動数ωｐもしくはこれに近似した振動数で共振させることができる。その結果、回転部材のトルク変動は、転動体の慣性モーメントによって相殺されることになるので、トルク変動もしくはトルク変動により生じる捩り振動を低減することができる。
【００３２】
なお、転動室３は、その内部に転動体を収容し、その内部で転動体を転がり運動させるものであればよく、前述した形状に限定されない。また、同様に、転動体は、要は、転動することができ、その固有振動数によって、すなわちトルク変動に共振してトルク変動を低減させるものであればよく、前述した形状に限定されない。さらにまた、第二マス部材は、要は、その重心位置を、第一マス部材の重心位置を転動面３ｂに平行な方向に貫通する軸線上に一致させた状態で第一マス部材に回転自在に保持されていればよく、前述した形状に限定されない。
【符号の説明】
【００３３】
１…捩り振動低減装置、  ２…回転体、  ３…転動室、  ３ｂ…転動面、  ４…第一マス部材（転動体）、  ５…第二マス部材、  ６…軸部材、  ７…軸受部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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