(57)【要約】【課題】  本発明は、慣性体要素と、取付要素との相互のレイアウトを工夫し、よりシンプル且つ実用的な形態が得られる粒子トーショナルダンパの開発を技術課題としたものである。【解決手段】  本発明の粒子トーショナルダンパＤは、被制振軸５に取り付けられる取付要素１と、これに取り付けられる慣性体要素２と、これら双方に当接するクラッチ要素３とを具えて成り、前記取付要素１は、被制振軸５にはその外周部を摩擦リング１２としたディスク１１を有し、一方前記慣性体要素２は、円環状で内部に作動室２２を備えたケーシングマス２０により構成され、且つ前記摩擦リング１２を作動室２２に内包するような状態でディスク１１外周寄りの軸受１３に支持され、更にクラッチ要素３は、複数の粒状態により前記作動室２２内に可動状態に収められて、その内壁２２ａと摩擦リング１２にともに接していることを特徴として成るものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被制振軸に直接取り付けられ、被制振軸とともにねじり振動する取付要素と、適宜の質量を有し、前記取付要素に回転自在に取り付けられる慣性体要素と、前記取付要素と慣性体要素とに接するクラッチ要素とを具えて成り、前記取付要素は、被制振軸に取り付けられるディスクを有し、その中心で被制振軸に取り付けられるとともにその周囲を摩擦リングとし、一方前記慣性体要素は、円環状で内部に作動室を備えたケーシングマスにより構成され、且つ前記ディスクの外周部の摩擦リングを作動室に内包するような状態でディスク外周よりの軸受に支持され、更に、クラッチ要素は、粒子群より成り、前記作動室内に可動状態に収められて作動室内壁と摩擦リングにともに接していることを特徴とする粒子トーショナルダンパ。
【請求項２】
前記作動室は、断面形状において中央部外周に向かって先窄まり状に構成されていることを特徴とする請求項１記載の粒子トーショナルダンパ。
【請求項３】
前記クラッチ要素としての粒子群は、金属球状粒子を使用したことを特徴とする請求項１または２記載の粒子トーショナルダンパ。
【請求項４】
前記クラッチ要素としての粒子群は、セラミックの球状粒子を使用したことを特徴とする請求項１または２記載の粒子トーショナルダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転する軸の軸回りに発生するねじり振動を制振するトーショナルダンパに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、往復機関等において一層の高出力化、高速化が試行されている。その典型的な回転部材であるクランクシャフトをはじめ、高速回転する軸に関して、その強度向上、往復機関の低振動低騒音化のために、優れた制振特性を具えたトーショナルダンパの出現が望まれている。
ところで、この種のトーショナルダンパとしては、ゴムトーショナルダンパ、オイルトーショナルダンパ、更には、ゴムとオイルとを併用したハイブリットのオイルゴムトーショナルダンパが知られている。
これらのトーショナルダンパでは、その性能を左右する重要なダンパ設計項目でもある振動減衰能としては、熱放散機能により、ねじり振動を抑制（制振）させるが、それらの減衰材として使用されるゴムやオイルに因む特性上、好ましくない問題の発生が不可避である。
すなわち、ゴム、オイルにおいてはその使用状態、特に温度、経時的劣化によってその特性が変化するために、使用状態によってはトーショナルダンパの制振特性が得られない。
また、ゴム等にあっては、振動数及び振動振幅依存性があるため使用時における制振特性を正確に把握することが難しい。
またこれらは、経時的劣化のため機関の使用途中において一定の時間的スパンで交換が要求される場合がある。
このようなことから、本発明者は、これらの減衰要素ないしは素材としてオイル、ゴム等を用いて熱放散により制振するといういわば常識的な発想を変え、鋼球等の粒子群をクラッチ要素として使い、被制振軸系の共振周波数を変化させて制振することに着眼し、既に特許第２７９１７６９号「粒子トーショナルダンパ」として提案し、特許取得に及んでいる（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、このものの設計的なレイアウト手法は、回転する部材、すなわち被制振軸に直接取り付けられた取付要素と、一定の慣性質量を具えた慣性体要素とのそれぞれについて、これらを被制振軸に取り付けるにあたっては、従来手法の典型的な形態を採用し、確実な被制振軸への取り付けを図るように意図していたものである。
すなわち図７に示すように、軸取付部に対して、取付要素としてのケーシング２′をまず固定し、更にこの固定した軸を直接取り囲むように、慣性体要素としてのロータ５′をローラーベアリングを介して、軸周縁に回転軸受部を配置したものであり、作動室となる空所内に収められるフィン３′は、前記ロータ側の中心軸からフランジ状に伸びるように構成されている。このため結果的には、ダンパの小型軽量化という制約の中で、慣性体要素の慣性モーメントを大きくし、且つその構成をよりシンプルなものとするには、一定の限界があった。
【特許文献１】特開昭６３−１３９３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような背景を考慮してなされたものであって、クラッチ要素としての粒子の極めて優れた機能を活かしながらも、慣性体要素と、取付要素との相互のレイアウトを、革新的且つ大胆な配置にして、よりシンプルな形態で実用的な制振性能が得られる粒子トーショナルダンパの開発を技術課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち請求項１記載の粒子トーショナルダンパは、被制振軸に直接取り付けられ、被制振軸とともにねじり振動する取付要素と、適宜の質量を有し、前記取付要素に回転自在に取り付けられる慣性体要素と、前記取付要素と慣性体要素とに接するクラッチ要素とを具えて成り、前記取付要素は、被制振軸に取り付けられるディスクを有し、その中心で被制振軸に取り付けられるとともにその周囲を摩擦リングとし、一方前記慣性体要素は、円環状で内部に作動室を備えたケーシングマスにより構成され、且つ前記ディスクの外周部の摩擦リングを作動室に内包するような状態でディスク外周よりの軸受に支持され、更に、クラッチ要素は、粒子群より成り、前記作動室内に可動状態に収められて作動室内壁と摩擦リングにともに接していることを特徴として成るものである。
【０００６】
また請求項２記載の粒子トーショナルダンパは、前記要件に加え、前記作動室は、断面形状において中央部外周に向かって先窄まり状に構成されていることを特徴として成るものである。
【０００７】
また更に請求項３記載の粒子トーショナルダンパは、前記請求項１または２記載の要件に加え、前記クラッチ要素としての粒子群は、金属球状粒子を使用したことを特徴として成るものである。
【０００８】
また更に請求項４記載の粒子トーショナルダンパは、前記請求項１または２記載の要件に加え、前記クラッチ要素としての粒子群は、セラミックの球状粒子を使用したことを特徴として成るものである。
【発明の効果】
【０００９】
まず請求項１記載の発明によれば、制振性能に優れた鋼球等の粒子をクラッチ要素として使用しながらも、構成する部材のレイアウトを工夫することにより、シンプルな構造にすることができる。特に慣性体要素を、ディスク状の取付要素の外周側において支持するという、いわば大胆なレイアウトを採ることによって、慣性体要素は、回転マスとしての機能と、粒子群のケーシングとしての作用とを併せ持った合理的な構成が得られる。加えて慣性ダンパとしての直接の作用が装置外周寄りで行われ、慣性体要素の慣性モーメントと重量の比を大きくとれるのみならず、取付要素と慣性体要素の慣性モーメントの差が大きくとれ、ダンパの小型、軽量化と、制振性能の向上を図ることができる。
【００１０】
また請求項２記載の発明によれば、作動室の断面形状が外周側よりに窄まっていることから、定常回転時において、クラッチ要素が取付要素を効率的に押え付けることができ、慣性体要素、クラッチ要素及び取付要素を確実に固着して伝達することができる。
【００１１】
また請求項３記載の発明によれば、金属製の球状粒子を用いることより、耐久性に優れていることに加えて、その生産加工が行いやすいために種々の粒子を適用することができる。
【００１２】
また請求項４記載の発明によれば、セラミック製の球状粒子を用いることことから耐熱性や耐腐食性や耐摩耗性の点で優れているので、様々な環境下でも対応できる粒子トーショナルダンパを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の最適な実施例は、以下の具体的な実施の形態の説明並びに図面に開示されるものである。
【実施例】
【００１４】
以下本発明の粒子トーショナルダンパＤについて具体的に説明する。
このものは、図１から図３に示すように大別すると被制振軸に直接取り付けられ被制振軸とともにねじり振動する取付要素１と、適宜の質量を有し、前記取付要素１に回転自在に取り付けられる慣性体要素２と、これらと取付要素１と慣性体要素２とに接するクラッチ要素３とを具えて成るものである。
【００１５】
まず取付要素１は、実質的にディスク１１により構成されるものであって、このものは、中央部において被制振軸５に取り付ける円環状部材である。
なお、被制振軸５に取付要素１を取り付けるにあたっては、被制振軸５の径、形状等が相違することに対応させ部品としての汎用性を持たせるために、被制振軸５との間に、図示のようなアダプタ６を介在させて取り付けを図る。本実施例においては、一例としてアダプタ６を被制振軸５に対し回転止めキー６１等を介して、回転方向にずれない状態で嵌め込み、押えボルト６２等により固定する。そして、このアダプタ６のフランジ部分と、前記ディスク１１の中心の取付孔とを嵌め合わせるようにして、取付ボルト６３を用いて固定するものである。
【００１６】
一方ディスク１１の外周縁には、摩擦リング１２が設けられるものであって、この摩擦リング１２は、一例として前記ディスク１１の中心寄り部位の厚みより、幾分薄い状態のリング状部材とする。もちろん、ディスク１１の本体部分に対して摩擦リング１２は一体構成であってもいいし、別体のものとしてリベット止め等により組み合わせる構成とすることももとより差し支えない。
更に、前記ディスク１１には、摩擦リング１２との境界部近くに軸受１３を設けるものである。具体的には、この軸受１３は、メタル材等の素材を利用したすべり軸受であることが好ましい。
【００１７】
なお、この軸受１３をより安定的に支承するために、ディスク１１には、軸方向に円環リブ状に張り出すような軸受支承部１４を設ける。一方この形状に因み前記軸受１３は全体としてはリング状であるが、その断面形状をＬ型に形成した部材を用いるものである。
【００１８】
次に取付要素１に対して組み合わされる慣性体要素２について説明する。
この慣性体要素２は、実質的にケーシングマス２０によって構成されるものであって、この技術的な特徴としては、慣性体としての機能と、クラッチ要素３を保持するケーシングとしての機能とを一部材に兼用させたことが挙げられる。すなわち、ケーシングマス２０は、円環状のリング単体２１を、もなか合わせ状に組み合わせることによって、その内側にクラッチ要素３を収める作動室２２が形成される。
この作動室２２は、一例として断面形状でみると、外周寄りの範囲が先窄まり状に狭くなるような形状を呈するように内壁２２ａの形状が設定されている。
また各リング単体２１は、それぞれその内周寄りの部位が前記作動室２２を塞ぐ、ないしは区画するように内側に張り出し、前記軸受１３と摺接する軸支部２３を構成する。この軸支部２３は断面方向に見て、先端側（内側）の縁部が、前記断面Ｌ字状の軸受１３に支持されるように組み付けられるものである。なお一対のリング単体２１相互は、ボルト２４によって、結合されている。なお、この作動室２２は、全周にわたって一連に連なっているもののほか、直径方向に、適宜の数の仕切りが設けられて複数室に分断されたようなものであってもよい。そして結果的には、前記作動室２２内に、取付要素１における摩擦リング１２を内包したような状態で、慣性体要素２は、ディスク状の取付要素１の外周部に回転自在に支持される組立構造を採る。
【００１９】
次に、クラッチ要素３について説明する。
このものは、複数の粒子を集合させた粒子群３１をその実質とするものであり、前記作動室２２内において、自由に移動にできる程度に充填されている。
もちろん、このような粒子群３１の充填形態に因み、この粒子群３１は、摩擦リング１２に接するとともに、ケーシングマス２０における作動室２２の内壁２２ａにも当接するものである。
【００２０】
また、この粒子群３１については、本実施例においては鋼球を用いた金属製のものであるが、これ以外の材料として、セラミックを用いたものや、例えば耐摩耗性に優れた工業用樹脂などの樹脂を用いたものも差し支えない。もちろん、これらの素材を複合的に用いることも可能である。
【００２１】
本発明の粒子トーショナルダンパＤの具体的且つ実用性に優れた形態は、以上に述べた構成を基本とするものであり、以下このものの作動態様について説明する。
まず適宜の被制振軸５に対してアダプタ６を介して固定し、運転を開始する。例えば図１で示すような機関Ｅのクランクシャフト等の被制振軸５の端部に取り付ける。因みに図１に示す機関Ｅは、本発明者の開発に係るリニアクランク機構を適用した水平対向４気筒往復機関である。
そして、前記被制振軸５が回転すると、作動室２２内で自由な移動が許されていた粒子群３１が遠心力を受けて作動室２２の外周部に押し付けられる状態となる。
これによって、粒子群３１の相互の全体としての密度が高まり作動室内おいて、慣性体要素２と、摩擦リング１２との間に密に嵌まり込み、両者を固定状態に保持するような作用を行う。
【００２２】
このような状態で、被制振軸５が小さなねじり振動で安定的に回転している場合には、粒子トーショナルダンパＤの構成要素は一体となって回転する。一方被制振軸５に大きなトルク変動、回転方向の振動等のねじり振動が生じた場合には、そのねじり振動が取付要素１に先ず伝わり、粒子トーショナルダンパＤの一体回転を乱す作用をする。この作用は、摩擦リング１２を介して粒子群３１を適用したクラッチ要素３に伝達され、その相互の密着状態を瞬間的に解除する。そして、ケーシングマス２０と、摩擦リング１２との固定状態を解除し、その解除が結果的に、被制振軸５のねじり振動を低減する作用をして、回転慣性ダンパとしての作用を行う。また回転慣性ダンパとしての直接の作用を担う部材、すなわち取付要素１、慣性体要素２、クラッチ要素３が装置外周寄りに集中しており、この結果ケーシングマス２０の慣性モーメントが大きくとれ、小型軽量に設計しても制振性能を充分得られる。
また特に、この実施例においては、前記作動室２２の内壁が断面方向に見て外周側が先窄まり形状となっているから、粒子群３１は全体としてクサビ状に作用して、取付要素１としての摩擦リング１２と慣性体要素２としてのケーシングマス２０との一体化が十分に確保できるものである。
【００２３】
〔他の実施例〕
本発明は以上述べた実施例を一つの基本的な技術思想を具現化した例とするものであるが、更に次のような改変が考えられる。
まず、前記作動室２２の形状については、先の実施例は外周側が先窄まりになるような断面形状をしたものであるが、粒子群３１は遠心力で外周側に集中することを考慮すると、必ずしもくさび効果が得られる外周側窄まり状の断面形状とする必要はなく、図４（ａ）に示すようなほぼ断面矩形状のものとすることも差し支えない。
【００２４】
また、図４（ｂ）に示すものは、摩擦リング１２側の断面を外広がりテーパ状断面とし、粒子群３１によるクサビ効果をより発揮させたものである。
逆に、図４（ｃ）に示すように摩擦リング１２の外周端側の厚みを幾分か減らすように構成して、クサビ効果を和らげることも可能である。
【００２５】
また更に、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ケーシングマス２０の慣性質量を選択設計できるようにすることも可能である。例えばケーシングマス２０の外周側面に質量調整リング２１ａの受入凹部２１ｂを形成し、質量調整リング２１ａを必要な量を嵌め込んで、慣性体要素２の質量を変更できるようにしたものである。
【００２６】
また使用にあたっては、先に述べたような粒子トーショナルダンパＤを例えば図６に示すように必要に応じて、２連にわたって装着して制振負荷に応じた性能を発揮させるようにすることももとより差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の粒子トーショナルダンパの使用状態並びに一部を拡大切断して示す斜視図である。
【図２】本発明の粒子トーショナルダンパを示す正面図である。
【図３】本発明の粒子トーショナルダンパの直径方向の中心縦断面図である。
【図４】本発明の粒子トーショナルダンパにおける作動室と摩擦リングとの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図５】本発明の粒子トーショナルダンパにおける他の実施例を示す縦断側面図である。
【図６】本発明の粒子トーショナルダンパにおける更に他の実施例を示す一部縦断側面図である。
【図７】従来の粒子トーショナルダンパを示す一部縦断斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１        取付要素
１１      ディスク
１２      摩擦リング
１３      軸受
１４      軸受支承部
２        慣性体要素
２０      ケーシングマス
２１      リング単体
２１ａ    質量調整リング
２１ｂ    受入凹部
２２      作動室
２２ａ    内壁
２３      軸支部
２４      ボルト
３        クラッチ要素
３１      粒子群
５        被制振軸
６        アダプタ
６１      キー
６２      押えボルト
６３      取付ボルト
Ｄ        粒子トーショナルダンパ
Ｅ        機関
【図１】
2008025626.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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