(57)【要約】【課題】低回転から高回転まで広い回転域で振動を抑制できるクランクシャフト捩りダンパープーリーを提供する。【解決手段】回転軸たるクランクシャフト２０に取り付けられる捩りダンパープーリーであって、円盤状に形成されたプーリー本体１に環状の空洞部２を形成するとともに、この空洞部２内に数多の球体３を僅かなクリアランスを以て収容した。空洞部２内に収納した球体３同士の衝突によって生じる球体３の変形、衝突音の発生、熱の発生等によって振動エネルギーを吸収して減衰させることで、クランクシャフトの速度変動を抑制する。【選択図】　　図１
2004084857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸たるクランクシャフトに取り付けられる捩りダンパープーリーであって、円盤状に形成されたプーリー本体に環状の空洞部を設けるとともに、この空洞部内に数多の球体を僅かなクリアランスを以て収容したことを特徴とするクランクシャフト捩りダンパープーリー。
【請求項２】
前記空洞部内には、この空洞部を複数の部屋に分割する仕切を設け、分割された各部屋には複数の前記球体を収納したことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト捩りダンパープーリー。
【請求項３】
前記クリアランスは、クランクシャフトの捩り振幅以下に設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載のクランクシャフト捩りダンパープーリー。
【請求項４】
前記空洞部に粘性流体を封入したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のクランクシャフト捩りダンパープーリー。
【請求項５】
前記球体の表面に弾性皮膜層を形成したことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト捩りダンパープーリー。
【請求項６】
前記弾性皮膜層が加硫ゴムであることを特徴とする請求項５に記載のクランクシャフト捩りダンパープーリー。
【請求項７】
前記弾性皮膜層の硬度は、この弾性皮膜層によるダンピング効果が最大点となる周波数と、クランクシャフトの捩り周波数とが一致するように設定されていることを特徴とする請求項５または６に記載のクランクシャフト捩りダンパープーリー。
【請求項８】
クランクシャフトの捩り周波数に複数のピークがあるときは、これらの複数のピークの捩り共振周波数にぞれぞれ合致した前記弾性皮膜層の硬度を備える数種類の球体を設け、これらの数種類の球体を空洞部内に収納したことを特徴とする請求項７に記載のクランクシャフト捩りダンパープーリー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクランクシャフトに取り付ける捩りダンパープーリーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、内燃機関のクランクシャフトには、各シリンダ毎の爆発力が周期的に作用し、捩りの強制振動（角速度変動）が生じる。このような捩りの強制振動は、クランクシャフト内に引張りや剪断等種々の応力を生じさせるため、クランクシャフトの疲労及び損傷の原因となり、また、クランクシャフトを回転可能に軸支する軸受に大きな負担を生じさせることとなっている。
【０００３】
さらに、クランクシャフトの捩りの共振周波数と、燃焼加振力の振動数とが一致するとクランクシャフトが共振状態となり、このとき、最も大きな振幅を生じるため、共振時の振幅を抑制することが特に重要となる。
【０００４】
このような捩りの強制振動を低減させるクランクシャフトの防振構造としては、いわゆるダイナミックダンパが多く用いられている。このダイナミックダンパには、図６及び図７に示すようなものがある。
【０００５】
図示のものは内燃機関のクランクシャフト２０に取り付けられるもので、円盤状のプーリーの中心に位置するクランクシャフト取り付け部２１から４本のスポーク２２を延出し、これらスポーク２２の外端に幅の狭い円筒体２３を設けてある。そして円筒体２３の外面に弾性体としてのゴム層２４を形成し、さらにこのゴム層２４の外側にダンパマス２５を一体的に設けてある。
【０００６】
このようなダイナミックダンパを回転させると、回転が均一な場合には全体が一体となって回転するが、クランクシャフトの強制振動があるので、実際には内燃機関の角速度変動により、クランクシャフト２０とダンパマス２５とがゴム層２４を介して別々の動きを示す。このため、ゴム層２４は常に変形を受け、エネルギーの吸収が行われる。これにより振動のピークを低減させ、あるいは振動を分散させることができ、結果として円滑な回転が得られる。
【０００７】
【特許文献１】
なお、弾性体としては前記した帯状のものの他、実開平１−１４４５４３公報に示されるような球状のものがある。これは、クランク軸に連結されるバブに環状凹所を設け、この環状凹所内に振動リングを配置し、前記環状凹所と振動リングとの間の少なくとも内外周面間に、その周面に沿って円周方向にころがり可能な複数の弾性部材を設けたものである。そして、クランク軸の回転は弾性部材を介して振動リングに伝わり、振動リングがクランク軸にやや遅れて回転するので、クランク軸の捩れ振動を吸収することができるものである。
【０００８】
この発明も上述の従来のダイナミックダンパと同様で、いずれにせよ弾性体の内部損失のみによって振動を吸収する形態を採っているものである。
【０００９】
上述のようなクランクシャフトのねじれ振幅比は、図８におけるＣで示ようなピーク値（裸特性）となる。図８においては、縦軸がクランクシャフト捩れ振幅、横軸がその周波数をそれぞれ示す。このような状況で、上記のような従来のダンパープーリーをクランクシャフトに取り付けることで、Ｄに示すように全体として振動が低減される。
【００１０】
この場合、図８に示すグラフから明かなように、低減された振動を示すＤは、低周波数領域と高周波数領域のそれぞれにピークを呈する特性となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のダンパ装置は、ダンパの質量やコンプライアンスの選定によってクランクシャフトのねじれ振動特性を設定し、ねじれ振動応答を制御しているため、全ての周波数（回転数）でフラットな特性を得ることができないという問題がある。
【００１２】
上記のような複数のピーク成分は、例えば、最も角速度変動が大きいアイドリング付近で不快な振動を生じさせる可能性が高く、また高回転型エンジンにおいては高回転と中速回転のいずれかにピークを合わせざるを得ないため、どこかの回転域で振動が発生してしまうことになる。
【００１３】
本発明は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、低回転から高回転までの広い回転域において振動を低減させることができるクランクシャフト捩りダンパープーリーを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明クランクシャフト捩りダンパープーリーは前述した技術的課題を解決するために以下のように構成されている。
【００１５】
すなわち、回転軸たるクランクシャフトに取り付けられる捩りダンパープーリーであって、円盤状に形成されたプーリー本体に環状の空洞部を設けるとともに、この空洞部内に数多の球体を僅かなクリアランスを以て収容した。
【００１６】
プーリー本体は全体として円盤状であればよく、例えばスポーク構造とすることができるのは勿論である。
【００１７】
空洞部は、プーリー本体に直接溝を設け、この溝を蓋などで覆うようにして形成することができる。あるいは、ドーナツ状の部材をプーリー本体に別に取り付け、この部材の内部に空洞部を形成するようにしてもよい。
【００１８】
なお、前記球体は金属球とすることができ、この場合必要に応じて前記空洞部に粘性流体を封入することができる。粘性流体としては、例えば、グリースを使用することができる。この場合、金属球間のクリアランスは、通常はクランクシャフトの振動振幅以下の数μ程度とし、全部のクリアランスを詰めた最大のクリアランスも十数μ以下にするのが望ましい。
【００１９】
これはクリアランスをクランクシャフトの捩れ振幅以下に設定することで、捩れによって球体同士を衝突させ、この衝突によって振動エネルギーを消費させて、振動を減衰させることを狙いとするからである。
【００２０】
上述したような形態において、前記空洞部内には仕切りを設け、球体の動きを規制するのが望ましい。仕切りは数ヶ所以上任意の数を設置できるが、球体同士の充分な衝突が生じる程度に設けられればよい。
【００２１】
また、上記した構成とは異なり、前記球体の表面に弾性皮膜層を形成する構成としてもよい。このようにすると、金属球をそのまま使用した場合とは別の振動減衰特性が得られる。この弾性皮膜層としては、例えば加硫ゴムが好適である。その弾性皮膜層の硬度は、弾性皮膜層によるダンピング効果が最大点となる周波数と、クランクシャフトの捩り周波数とが一致する硬さに設定するのがよい。
【００２２】
また、クランクシャフトの捩り周波数に複数のピークがあるときは、これらの複数のピークの捩り共振周波数にぞれぞれ合致した前記弾性皮膜層の硬度を備える数種類の球体を設け、これらの数種類の球体を空洞部内に収納することができる。このようにすれば、ピーク周波数をさらに分散させることができる。
【００２３】
本発明によれば、プーリ内に収納した球体同士の衝突によって生じる球体の変形、衝突音の発生、熱の発生等によって振動エネルギーを吸収して減衰させることで、クランクシャフトの速度変動を抑制することができる。、
さらに、球体の衝突による減衰効果に加え、球体の表面に弾性被膜層を形成することでダイナミックダンパ効果をも生じさせ、複数のピーク周波数成分を許容しながらも、全体として速度変動を極めて低く抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のクランクシャフト捩りダンパープーリーを、図１から図５に示される実施形態について更に詳細に説明する。
【００２５】
本発明のダンパープーリーは内燃機関のクランクシャフト２０に取り付けられるものである。プーリー本体１は、全体がほぼ円盤状に形成され、中心にクランクシャフト取り付け孔１０が設けられており、このクランクシャフト取り付け孔１０の周囲部分から４方向に強化リブ１１を延出してある。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。
【００２６】
プーリー本体１の外周部には環状の空洞部２が形成されている。
この空洞部２を形成する構造には２つの方法がある。１つは最外周部を解放した［コ］字状の溝をプーリー本体１に形成し、この解放部分に幅の狭い円筒を横から嵌合して外周部を閉塞することで内部を密閉する構造である。もうひとつの構造は、プーリー本体１の外周部の側面を解放した［コ］字状の溝を形成し、この解放部分に円盤をプーリー本体１の側面から取り付ける内部を密閉する構造である。
【００２７】
いずれの構造においても、空洞部２は断面正方形のドーナツ形状となる。
空洞部２内には２カ所の仕切り５が設けられている。この仕切り５はプーリー本体１と一体に形成した高剛性のものであり、対向する位置に２カ所形成してある。
【００２８】
この空洞部２内には多数の金属製の球体３が僅かなクリアランスを以て収容されている。収容にあたっては、まず空洞部２を解放状態にしておき、内部に球体３を収容した後、封印する。この場合、球体間のクリアランスは数μ程度とし、全部のクリアランスを詰めた最大のクリアランスも十数μ以下にする。
【００２９】
球体３は仕切り５によって、動きが規制されており、空洞部２内を自由に移動できないようになっている。動きの範囲は前記クリアランスの距離と自身の回転のみである。
【００３０】
なお、必要に応じて前記空洞部２にグリース等の粘性流体６を封入しておくことができる。粘性流体６を封入する理由は、球体３同士が衝突する際に、接触点で流体が圧縮されることとなるため、ここでエネルギーを吸収させるためである。
【００３１】
第１の実施の形態の発明によれば、複数のピーク周波数成分を生じさせることなく速度変動を抑制することができる。これにより振動対策は１つのピークに対して行えば済み、内燃機関の周辺の設計が容易となる利点がある。
【００３２】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態を、図３及び図４に基づいて説明する。
【００３３】
プーリー本体１の構造は第１の実施形態と同様のため省略する。
【００３４】
この実施形態は前記球体３の表面に弾性皮膜層４を形成したものが使用されている。弾性皮膜層４は金属の球体３にゴムを加硫接着したものであるため、金属同士の衝突は起こらない。このように、弾性皮膜層４を形成したものでは金属球を使用した場合とは別の振動減衰特性が得られる。すなわち、一般のダイナミックダンパーのように２つのピークを持つ振動特性となる、そしてその弾性皮膜層の硬度と厚みは、弾性皮膜層によるダンピング効果が最大点となる
周波数とクランクシャフトの捩り周波数とが一致するように設定することが好ましい。
【００３５】
以上のように構成した第１及び第２の実施形態のプーリーを、実際にクランクシャフトに取り付け、振幅の減衰率を測定した結果を図５に示す。図中の縦軸はクランクシャフト捩れ振幅、横軸はその周波数をそれぞれ示している。
【００３６】
図中、Ｃは、プーリーを取り付けないクランクシャフトの裸特性、Ｄは、従来のダイナミックダンパーを取り付けた場合の特性をそれぞれ示す。Ｄでは、ピークは約半減しているものの、２つのピークが発生している。
【００３７】
また、Ａは、第１の実施形態のプーリーをクランクシャフトに取り付けた場合の特性であり、裸特性に比較して全ての周波数でピークが約半減していることがわかる。したがって、ピークは１カ所であり、全体の振幅レベルを低く抑えることができる。
【００３８】
このような結果が得られた理由として、クランクシャフトの角速度変動に伴って球体３が揺動させられた際に、球体３同士が激しく衝突するので、このときの変形に伴う力−熱変換によって振動を吸収するとともに、衝突音によってもエネルギーの消費が起きるものと考えられる。
【００３９】
また、球体３が金属であるため、エネルギーの吸収と放出の速度が早く、その共振周波数がクランクシャフトの振動周波数の域外となるために、特定の共振点を持たずピークが増加することはない。
【００４０】
一方、Ｂは、第２の実施形態のプーリーをクランクシャフトに取り付けた場合の特性であり、裸特性に比較してピークが約１／３となっていることがわかる。しかし僅かに２カ所のピークが見られる。このピークは従来のダイナミックダンパーとは異なり、その特性がブロードであり、極端な共振点を持たないとこがわかる。したがって全体の振幅レベルを極めて低く抑えることができる。
【００４１】
このような結果が得られた理由として、クランクシャフトの角速度変動に伴って球体３が揺すられた際に、主に弾性皮膜層４の変形によってエネルギーが消費されることが考えられる。金属に比較して弾性皮膜層４の変形ストロークが長いため、より幅広い周波数で高い振幅抑制効果が見られた。
【００４２】
２つのピークが生ずるのは、弾性皮膜層４の共振周波数がクランクシャフトの振動周波数の域内となるためと推測されるが、全体に振幅抑制効果が極めて高いため、アイドリング帯域から高速回転帯域まで、目立ったピークもなく円滑な回転が得られた。
【００４３】
このように、第２の実施の形態の発明では、複数のピーク周波数成分を許容しながらも、全体として速度変動を極めて抑制することができるため、広い回転域で振動を少なくすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、低回転から高回転まで、幅広いクランクシャフトの回転域においてその振動を低く抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるクランクシャフト捩りダンパープーリーの内部構造を示す正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態であるクランクシャフト捩りダンパープーリーの内部構造を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態であるクランクシャフト捩りダンパープーリーの内部構造を示す正面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態であるクランクシャフト捩りダンパープーリーの内部構造を示す縦断面図である。
【図５】本発明のクランクシャフト捩りダンパープーリーの捩れと周波数との関係を示すグラフ図である。
【図６】従来のクランクシャフト捩りダンパープーリーの構造を示す正面図である。
【図７】従来のクランクシャフト捩りダンパープーリーを示す縦断面図である。
【図８】従来のクランクシャフト捩りダンパープーリーを使用した場合の、クランクシャフトの捩れと周波数の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１　プーリー本体
２　空洞部
３　球体
４　弾性皮膜層
５　仕切り
６　粘性流体
【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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【図６】
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【図７】
2004084857.tif 000009
【図８】
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