ダイナミックダンパ
【課題】 ダイナミックダンパとしての性能を維持しつつ軽量でかつコンパクトにする。
【解決手段】 回転軸５の外径よりも大きな内径を有して回転軸５の外周を包囲する質量部材２と、該質量部材２の内周にあって回転軸５に保持される保持部３と、保持部３と質量部材２とを繋いで質量部材２を支える周方向に複数個均等配置された弾性部４からなるダイナミックダンパ１において、弾性部４が質量部材２あるいは回転軸５の法線６に対して径方向に同一方向に傾斜して設けられている。
【解決手段】 回転軸５の外径よりも大きな内径を有して回転軸５の外周を包囲する質量部材２と、該質量部材２の内周にあって回転軸５に保持される保持部３と、保持部３と質量部材２とを繋いで質量部材２を支える周方向に複数個均等配置された弾性部４からなるダイナミックダンパ１において、弾性部４が質量部材２あるいは回転軸５の法線６に対して径方向に同一方向に傾斜して設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のドライブシャフトなどの回転軸の周囲に取付けて、その回転軸に生ずる有害振動を抑制するダイナミックダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のドライブシャフトやプロペラシャフトなどの回転軸の回転に伴って生ずる回転アンバランスによる曲げ振動やねじり振動など、本来発生しないのが望ましい有害振動を抑制するために、ダイナミックダンパが多く用いられている。これらのダイナミックダンパは、固有振動数を励起される有害振動の卓越振動数に合せることにより、回転軸の振動エネルギを共振によりダイナミックダンパの振動エネルギとして変換して吸収することでその機能を果たしている。
【０００３】
従来のダイナミックダンパとしては、回転軸に保持される固定部材と、この固定部材の外周に配設される筒状の質量部材と、これら固定部材と質量部材とを径方向に連結する弾性部材とで構成され、質量部材の径方向における振動に対し弾性部材の圧縮・引張りによって荷重を受ける構造のものがある（特許文献１）。
【０００４】
また、異なるタイプのダイナミックダンパとしては、軸方向に所定間隔を隔てて回転軸に支持される一対のリング状の固定部材と、回転軸の外周面より大きい内周面を有し一対の固定部材の間に配置される筒状の質量部材と、各固定部材と固定部材に隣接する質量部材の各軸端部とを一体的に連結する一対の弾性部材とを備え、質量部材の内周面と回転軸の外周面との間に質量部材の径方向における変位を可能とする環状の空所を画成して、固定部材と弾性部と質量部材とを軸方向に同軸上に配置して、一対の弾性部材の剪断方向の変位で質量部材の振動を抑制する構造のものがある（特許文献２）。
【０００５】
さらに、弾性部材の支配的なばね定数が剪断ばね定数となるタイプの他のダイナミックダンパとしては、回転軸の外周面より所定間隔を隔てて同軸的に配置される筒状の質量部材と、一端が該質量部材の内周面に一体的に結合され他端が中心方向に伸びて図示していない回転軸の外周面に当接保持されて質量部材を支えるハの字形の弾性部材とで構成されるものがある。このダンパの弾性部材は、法線に対して対称的な断面略ハ字形状の変位部を互いに周方向に間隔を隔てて一周するように配置したもの、または断面略逆ハ字形状をなす複数個の弾性部材の集合として有し、法線に対して対称形状を成すハの字形の弾性部材を径方向に変形させることで質量部材の振動を抑制する構造のものがある（特許文献３）。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２２９１３７
【特許文献２】特公平６−３７９１５
【特許文献３】特公平６−９４８９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した引用文献１記載のタイプのダイナミックダンパでは、弾性部材が質量部材を圧縮方向で支持しているため、ダイナミックダンパの外径を小さくしようとすると、弾性部材が径方向に薄くなり、圧縮ばね定数が大きくなる問題がある。その結果、ダイナミックダンパの固有振動数が高くなってしまうため、所定の固有振動数が得られない。他方、質量部材の質量を大きくしてその固有振動数を低い値に維持する場合には、重量の増加を招く問題がある上に、さらに捩り方向の剛性が圧縮方向の剛性に対して相対的に低下する影響も無視できなくなる。このように従来のダイナミックダンパでは、その外径を小さくすることは非常に困難であり、その小型化、軽量化が大きな課題となっている。
【０００８】
また、固定部材と質量部材と弾性部材とを径方向に重ならないように軸方向に配置するタイプの特許文献２記載のダイナミックダンパでは、軸方向に長くなってしまう問題を有している。しかも、質量部材を挟んで左右に配置された弾性部材は、ハの字状に対を為して質量部材を支持するため、剛性がその分だけ高くなるため、コンパクト化が難しくなる問題を有している。
【０００９】
さらに、剪断方向のばね定数を利用した特許文献３記載のダイナミックダンパにおいても、弾性部材がハの字状に対を為していることから、剛性がその分だけ高くなるため、コンパクト化が難しくなる問題を有している。さらに、ハの字状の弾性部材が円周方向に分断されているダイナミックダンパでは、回転軸への圧入、固定作業がやっかいである。
【００１０】
このように従来のダイナミックダンパでは、その性能を維持しつつ外径を小さくすることは困難であり、その小型化、軽量化が大きな課題となっている。
【００１１】
そこで本発明は、ダイナミックダンパとしての性能を維持しつつ軽量でかつコンパクトなダイナミックダンパを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するため、本発明は、回転軸の外径よりも大きな内径を有して回転軸の外周を包囲する質量部材と、該質量部材の内周にあって回転軸に保持される保持部と、保持部と質量部材とを繋いで質量部材を支える周方向に複数個均等配置された弾性部からなるダイナミックダンパにおいて、弾性部が質量部材あるいは回転軸の法線に対して径方向に同一方向に傾斜して設けられるようにしている。
【００１３】
このダイナミックダンパによると、質量部材と弾性部と保持部とが径方向に重なって同一軸上に配置されているにもかかわらず、いずれの弾性部材も同一方向に傾いていることによって、径方向への剛性が低くかつばね定数が主にせん断ばね定数となって非常に小さくなる。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のダイナミックダンパにおいて、傾斜角度θが２０°≦θ≦５０°の範囲
［但し、θは弾性部の中心部分の傾斜角度(弾性部の中心線とこの中心線が保持部外
周面と接する位置の法線との角度)を示す。］
であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のダイナミックダンパにおいて、保持部と質量部材との間の径方向スペースが１．５ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１つに記載のダイナミックダンパにおいて、保持部が連続した環状に形成され、回転軸に対して締め代を有し、回転軸への固定部とされていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載のダイナミックダンパによれば、弾性部が質量部材あるいは回転軸の法線に対して径方向に同一方向に傾斜しているので、ばね定数が主にせん断ばね定数となり非常に小さく設定することができる。しかも、弾性部の傾斜方向が同じなので、軸の振動に対して変形し易く(剛性が低い)、ばね定数が一層小さくできる。したがって、固有振動数を小さくすることができるので、ダイナミックダンパの外径を小さくしてコンパクトにすることも、質量部材の質量を小さくして軽量化することも可能となる。即ち、ダイナミックダンパとしての所定の性能を維持しつつ、質量や大きさ、特に外径寸法を小さくすることができる。加えて、弾性部と質量部材と保持部とを重ねて配置しているので、軸方向に並べて配置する場合にも比べてもコンパクト化が図れる。
【００１８】
請求項２記載のダイナミックダンパによれば、弾性部の傾斜角度θが２０°≦θ≦５０°の範囲にすることにより、ばね定数をより小さくすることができる。即ち、θ＜２０°であるとばね定数の低減効果が小さく、また、コンパクト化が図れない。５０°＜θであると弾性部の厚さを考慮すると製造がきわめて難しくなる。
【００１９】
請求項３記載のダイナミックダンパによれば、保持部と質量部材との間の径方向スペースを１．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲にすることにより、せん断方向の変形が支配的となってばね定数をより小さくすることができると共に、製造が容易となる。即ち、径方向スペースが１．５ｍｍ未満であると、スペースを形成するための金型の厚さが薄くなりすぎて金型強度が弱いために生産性がきわめて低下してしまう。一方、径方向スペースが５ｍｍより大きいと、ばね定数の低減効果が小さい割にダンパー全体の大きさが大きくなりすぎてコンパクト化が図れないか、または保持部の肉厚が薄くなり嵌合力が問題となる。
【００２０】
請求項４記載のダイナミックダンパによれば、保持部が環状連続に形成されているので軸に対して十分な嵌合力を有し、また、保持部が質量部材の内周位置にあるため軸方向のコンパクト化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１から図５に本発明のダイナミックダンパの実施の一形態を示す。このダイナミックダンパ１は、回転軸５の外径よりも大きな内径を有して回転軸５の外周を包囲する質量部材２と、該質量部材２の内周にあって回転軸５に保持される保持部３と、保持部３と質量部材２とを繋いで質量部材を支える周方向に複数個均等配置された弾性部４からなる。そして、弾性部４は質量部材２あるいは回転軸５の法線６に対して径方向に同一方向に傾斜して設けられるものである。
【００２３】
ここで、弾性部４の傾斜角度θは２０°≦θ≦５０°の範囲に設定されることが好ましい。但し、傾斜角度θは質量部材２あるいは回転軸５の法線６に対する角度であり、例えば弾性部４の中心部分の傾斜角度つまり弾性部４の中心線とこの中心線が保持部３の外周面と接する位置の法線６との角度を示す。本実施形態の場合、傾斜角度θは２０°より小さいとばね定数の低減効果が小さく、また、コンパクト化が図れない。他方、傾斜角度θが５０°より大きいと、弾性部４の厚さｔを考慮すると製造がきわめて難しくなる。したがって、弾性部４の傾斜角度θは２０°≦θ≦５０°の範囲に設定すれば、より小さなばね定数の弾性部４を容易に製造することができる。
【００２４】
また、保持部３と質量部材２との間の径方向スペース７は１．５ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。径方向スペース７が１．５ｍｍ未満であると、スペースを形成するための金型の厚さが薄くなりすぎて金型強度が弱いために生産性がきわめて低下してしまう。他方、径方向スペース７が５ｍｍより大きいと、ばね定数の低減効果が小さい割にダイナミックダンパ１の全体の大きさが大きくなり過ぎてコンパクト化が図れない。さらに、保持部３の肉厚ｔが薄くなり回転軸５への固定時の嵌合力が不足する問題が生じる。したがって、径方向スペース７が１．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定されるとき、ばね定数をより小さくして十分な厚みの保持部３を得ることができる。
【００２５】
さらに、保持部３は、エチレン・プロピレンゴム（EPDM）等の合成ゴムや天然ゴム等のゴム材料によって連続した環状（筒）に形成され、回転軸５に対して締め代を有し、回転軸５への固定部とされている。即ち、回転軸５に圧入されるように設けられている。保持部３の内径は回転軸５の外径よりも少し小さく形成されているが、さらに軸方向中央部には内側に突出する台形状の凸部から成る嵌合部８が設けられてさらに小さな径とされている。したがって、回転軸５に対して十分な嵌合力を有し、また、保持部３が質量部材２の内方にあるため軸方向への保持部３のはみ出しがなく、軸方向へのコンパクト化が図れる。しかも、締め付けバンドなどの部品を用いずに、簡単にダイナミックダンパを装着可能とすることができる。尚、保持部の両端の開口部付近は、面取りが施されて回転軸の挿入が容易となるように配慮されている。
【００２６】
ここで、好ましくは固定相手となる回転軸５の取り付け部の形状を嵌合部８に対応させた形状、即ち僅かな凹部９の環状部を形成することである。この場合、固定効果特に軸方向への固定効果が高まり、ダイナミックダンパ１が軸方向へも移動し難くなる。
【００２７】
質量部材２は、筒状の厚肉鋼管等の金属製質量体であり、回転軸５の外方に回転軸５と同軸的に組み付けられるように設けられている。本実施形態の場合、金属管の周りがエチレン・プロピレンゴム（EPDM）等の合成ゴムや天然ゴム等のゴム材料で最小限の肉厚例えば１ｍｍ程度の厚みでコーティングされることにより、弾性部４並びに保持部３と一体化されている。
【００２８】
質量部材２の内周面には、図１に示すように、その周方向に等間隔に配置された弾性部４が備えられ、該弾性部４を介して質量部材２が支持されている。各弾性部４は、それぞれエチレン・プロピレンゴム（EPDM）等の合成ゴムや天然ゴム等のゴム材料によって形成され、一方の端部が質量部材２の内周面にそれぞれ一体的に結合され、他方の端部が内側の環状の保持部の外周面にそれぞれ一体的に結合されている。
【００２９】
弾性部４は法線６に対して径方向に同一方向に傾斜するように複数設けられている。各弾性部４はそれぞれの外側端部が質量部材２を包囲して支持するコーティング１０の内周面に結合されると共に内側端部が保持部３の外周面に結合されて互いに一体として連結され、弾性部４を介して質量部材２が支持されると共に保持部３を介して回転軸５に固定されている。
【００３０】
なお、本実施形態では、量産性を上げるため、各弾性部４、保持部３および質量部材２のゴムコーティングは型加硫成形によって一体的に形成している。しかしながら、各部材を個別に製造してから、接着などにより一体化するようにしても良い。
【００３１】
以上のように構成される本実施形態のダイナミックダンパ１は、次のようにして使用される。
【００３２】
まず、ダイナミックダンパ１を回転軸５に圧入によって装着する。保持部３の両端の出入り口付近の内径は回転軸５の外径よりも小径であるが、少し小さい程度であるので圧入による保持部３の出入り口付近における筒状の保持部３は僅かな力で拡がり、さらに軸方向中央のより小径となる嵌合部８の挿入を容易にする。そして、嵌合部８が回転軸５の凹部９に達したときに、嵌合部８が凹部９に嵌り込んで軸方向に均一な締め付け力で回転軸５の外周面に固定される。こうしてダイナミックダンパ１は回転軸５の所定位置に配置され、固定される。
【００３３】
この状態で回転軸５が回転して有害な振動が励起されると、その有害振動の振動数に固有振動数を適合させたダイナミックダンパ１の質量部材２が共振する。そして、質量部材２の共振によって、回転軸５の振動エネルギを吸収し、回転軸５の励起された有害振動を抑制する。この固有振動数は質量部材２の質量と弾性部４のばね定数で基本的に決定される。したがって、ダイナミックダンパ１の径方向に対して周方向の一定の方向に傾斜している弾性部４は、回転軸５が振動し、部分的に回転軸５の外周面が質量部材２の内周面に近接あるいは遠ざかると、弾性部４がさらにその傾きを大きくする方向に押されて撓むように変形する。その結果、本発明のダイナミックダンパ１では、質量部材２は弾性部４の圧縮方向ではなく剪断方向に支持され、そのばね定数は主として剪断ばね定数となる。剪断ばね定数は、その形状によっても異なるが、その値は圧縮・引張りばね定数に比べてかなり小さい値となっている。したがって、ばね定数を大幅に小さくすることができる。尚、この剪断変形を受ける弾性部４の幅、形状を変更することによって非常に小さなばね定数も実現が可能となる。
【００３４】
次に、図４から図６に本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する他の実施形態において上述の実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３５】
この実施形態のダイナミックダンパ１は、保持部３の内周面中央の圧入用の嵌合部・凸部８を設けずに、保持部３の両端に固定用のバンド１２を装着するためのバンド保持部１１を一体的に成形したものである。この場合には、保持部３は回転軸５の外径とほぼ同じに形成され、容易に装着可能とすることができる。尚、バンド保持部１１は必ずしも保持部３の両端に設ける必要はなく、保持部３の一端のみであっても良い。
【００３６】
さらに、本発明のダイナミックダンパ１の保持部３と質量部材２との間の径方向スペース７は、軸方向に貫通させるものに限られず、図６に示すように、径方向スペース７の途中に径方向スペース７を軸方向に分断する膜１３を形成するようにしても良い。この場合、ダイナミックダンパとしての性能を維持しつつ、金型の径方向スペース７を形成する中子を短くして金型強度を高めることができる。
【００３７】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態のダイナミックダンパ１を弾性部４として直線状に伸びるものとした例を挙げて主に説明したが、弾性部４はこれに限られず、横断面形状で円弧状やＳ字状、階段状あるいはその他の非直線形状にしても良く、これら種々の形状とすることにより、弾性部４の長さを長くして更にばね定数を低下させることも可能である。また、弾性部４の厚さｔは必ずしも均一でなくても良く、例えば内側(保持部３側)を厚くすれば保持部３の剛性が高くなり回転軸５との嵌合力を高められ、また、外側(質量部材２側)を厚くすれば質量部材２との接合力を高められる。さらに、各弾性部４は全て同じ条件でなくてもよく、例えば、周方向に交互に傾斜角度θ、肉厚ｔ、形状を変えてもよく、このようにすれば種々の特性が得られる。
【実施例】
【００３８】
有限要素法解析ソフトを用いたコンピュータシミュレーションにより、図１及び図２に示す構造の本発明のダイナミックダンパについて、径方向スペース７とばね定数との関係、弾性部傾斜角度とばね定数との関係について検討をした。
【００３９】
尚、想定したダイナミックダンパの諸元は以下の通りである。ダンパの外径は５０ｍｍ、保持部３の肉厚２．５ｍｍ、径方向スペース７の長さ３ｍｍ、弾性部３の肉厚（ｔ）３ｍｍ、弾性部３の傾斜角度（θ）５０°とした。また、保持部３、弾性部４並びに質量部材２のゴムコーティング１０を構成する素材として質量１８ｇのＥＰＤＭを用いて、各弾性部４、保持部３および質量部材２のゴムコーティング１０を型加硫成形によって一体的に成形した。そして、質量部材２として、Ｓ１０ＣあるいはＳ１０Ｃ相当材で、外径４９ｍｍ、内径３７．５ｍｍ、長さ２２ｍｍ、質量１３４ｇの金属環を採用した。尚、６本の弾性部３を周方向に等間隔に備えるものとした。そして、ダイナミックダンパを圧入する回転軸５の直径は２６ｍｍとした。
【００４０】
（径方向スペース）
径方向スペース７のスペース高さ（径方向の厚み）を変えてばね定数の変化を求めた。結果を図８並び表１に示す。尚、シミュレーション結果は、径方向スペース３ｍｍを基準（１００％）とした場合の径方向スペースの高さの変化に対するばね定数の比率の変化として表している。
【表１】
以上の実験の結果、ばね定数を最小化するには、径方向スペースは、１．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲、好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍの範囲とすることが判明した。
【００４１】
（弾性部の傾斜角度）
弾性部３の傾斜角を変えてばね定数の変化を求めた。結果を図９並びに表２に示す。尚、シミュレーション結果は、傾斜角度０°時を基準（１００％）とした場合の弾性部傾斜角度の変化に対するばね定数の比率の変化として表している。
【表２】
以上の実験の結果、ばね定数を最小化するには、弾性部の傾斜角度θは、２０°〜５０°の範囲、好ましくは３０°〜４０°の範囲とすることである。
【００４２】
（比較例との対比）
比較例として、図７に示す構造のダイナミックダンパ１０１を想定して、有限要素法解析ソフトを用いて上述の本発明のダイナミックダンパのばね定数と比較した。この比較例のダイナミックダンパ１０１は、６本の弾性部１０３が２本ずつ互いに逆方向に傾きを以て向かい合うハの字状（台形状）に配置されている構成である。尚、図中の符号１０２は環状の質量部材、１０４は保持部、１０５は質量部材１０２を覆うゴムコーティングである。また、このシミュレーションにおけるダンパの諸元は双方共に、ダンパの外径は５０ｍｍ、保持部３の肉厚２．５ｍｍ、径方向スペース７の長さ３ｍｍ、弾性部３の肉厚（ｔ）３ｍｍ、弾性部３の傾斜角度（θ）５０°とした。そして、本発明のダイナミックダンパのばね定数を基準（１００％）として比較例のばね定数を表した結果を表３に示す。
【表３】
ばね定数を比較したところ、本発明のダイナミックダンパのばね定数を１００とすると、比較例のダイナミックダンパは１１５％の数値であった。このことから、本発明のダイナミックダンパの構造はばね定数が小さく、ダイナミックダンパのコンパクト化並びに軽量化に適していることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のダイナミックダンパの一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】図１のダイナミックダンパを回転軸に装着した状態を示す説明図であり、ダイナミックダンパの構造を仮想線で示す。
【図４】本発明のダイナミックダンパの他の実施形態を示す正面図である。
【図５】図４のダイナミックダンパを回転軸に装着した状態を示す説明図である。
【図６】本発明のダイナミックダンパのさらに他の実施形態を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】比較例のダイナミックダンパの構造を示す図であり、（Ａ）は中央縦断面図、（Ｂ）はＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う横断面図である。
【図８】有限要素法解析ソフトを用いた径方向スペース３ｍｍを基準（１００％）とした場合の径方向スペースの高さの変化に対するばね定数の比率の変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図９】有限要素法解析ソフトを用いた傾斜角度０°時を基準（１００％）とした場合の弾性部傾斜角度の変化に対するばね定数の比率の変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１ ダイナミックダンパ
２ 質量部材
３ 保持部
４ 弾性部
５ 回転軸部
６ 法線
７ 径傾斜角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のドライブシャフトなどの回転軸の周囲に取付けて、その回転軸に生ずる有害振動を抑制するダイナミックダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のドライブシャフトやプロペラシャフトなどの回転軸の回転に伴って生ずる回転アンバランスによる曲げ振動やねじり振動など、本来発生しないのが望ましい有害振動を抑制するために、ダイナミックダンパが多く用いられている。これらのダイナミックダンパは、固有振動数を励起される有害振動の卓越振動数に合せることにより、回転軸の振動エネルギを共振によりダイナミックダンパの振動エネルギとして変換して吸収することでその機能を果たしている。
【０００３】
従来のダイナミックダンパとしては、回転軸に保持される固定部材と、この固定部材の外周に配設される筒状の質量部材と、これら固定部材と質量部材とを径方向に連結する弾性部材とで構成され、質量部材の径方向における振動に対し弾性部材の圧縮・引張りによって荷重を受ける構造のものがある（特許文献１）。
【０００４】
また、異なるタイプのダイナミックダンパとしては、軸方向に所定間隔を隔てて回転軸に支持される一対のリング状の固定部材と、回転軸の外周面より大きい内周面を有し一対の固定部材の間に配置される筒状の質量部材と、各固定部材と固定部材に隣接する質量部材の各軸端部とを一体的に連結する一対の弾性部材とを備え、質量部材の内周面と回転軸の外周面との間に質量部材の径方向における変位を可能とする環状の空所を画成して、固定部材と弾性部と質量部材とを軸方向に同軸上に配置して、一対の弾性部材の剪断方向の変位で質量部材の振動を抑制する構造のものがある（特許文献２）。
【０００５】
さらに、弾性部材の支配的なばね定数が剪断ばね定数となるタイプの他のダイナミックダンパとしては、回転軸の外周面より所定間隔を隔てて同軸的に配置される筒状の質量部材と、一端が該質量部材の内周面に一体的に結合され他端が中心方向に伸びて図示していない回転軸の外周面に当接保持されて質量部材を支えるハの字形の弾性部材とで構成されるものがある。このダンパの弾性部材は、法線に対して対称的な断面略ハ字形状の変位部を互いに周方向に間隔を隔てて一周するように配置したもの、または断面略逆ハ字形状をなす複数個の弾性部材の集合として有し、法線に対して対称形状を成すハの字形の弾性部材を径方向に変形させることで質量部材の振動を抑制する構造のものがある（特許文献３）。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２２９１３７
【特許文献２】特公平６−３７９１５
【特許文献３】特公平６−９４８９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した引用文献１記載のタイプのダイナミックダンパでは、弾性部材が質量部材を圧縮方向で支持しているため、ダイナミックダンパの外径を小さくしようとすると、弾性部材が径方向に薄くなり、圧縮ばね定数が大きくなる問題がある。その結果、ダイナミックダンパの固有振動数が高くなってしまうため、所定の固有振動数が得られない。他方、質量部材の質量を大きくしてその固有振動数を低い値に維持する場合には、重量の増加を招く問題がある上に、さらに捩り方向の剛性が圧縮方向の剛性に対して相対的に低下する影響も無視できなくなる。このように従来のダイナミックダンパでは、その外径を小さくすることは非常に困難であり、その小型化、軽量化が大きな課題となっている。
【０００８】
また、固定部材と質量部材と弾性部材とを径方向に重ならないように軸方向に配置するタイプの特許文献２記載のダイナミックダンパでは、軸方向に長くなってしまう問題を有している。しかも、質量部材を挟んで左右に配置された弾性部材は、ハの字状に対を為して質量部材を支持するため、剛性がその分だけ高くなるため、コンパクト化が難しくなる問題を有している。
【０００９】
さらに、剪断方向のばね定数を利用した特許文献３記載のダイナミックダンパにおいても、弾性部材がハの字状に対を為していることから、剛性がその分だけ高くなるため、コンパクト化が難しくなる問題を有している。さらに、ハの字状の弾性部材が円周方向に分断されているダイナミックダンパでは、回転軸への圧入、固定作業がやっかいである。
【００１０】
このように従来のダイナミックダンパでは、その性能を維持しつつ外径を小さくすることは困難であり、その小型化、軽量化が大きな課題となっている。
【００１１】
そこで本発明は、ダイナミックダンパとしての性能を維持しつつ軽量でかつコンパクトなダイナミックダンパを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するため、本発明は、回転軸の外径よりも大きな内径を有して回転軸の外周を包囲する質量部材と、該質量部材の内周にあって回転軸に保持される保持部と、保持部と質量部材とを繋いで質量部材を支える周方向に複数個均等配置された弾性部からなるダイナミックダンパにおいて、弾性部が質量部材あるいは回転軸の法線に対して径方向に同一方向に傾斜して設けられるようにしている。
【００１３】
このダイナミックダンパによると、質量部材と弾性部と保持部とが径方向に重なって同一軸上に配置されているにもかかわらず、いずれの弾性部材も同一方向に傾いていることによって、径方向への剛性が低くかつばね定数が主にせん断ばね定数となって非常に小さくなる。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のダイナミックダンパにおいて、傾斜角度θが２０°≦θ≦５０°の範囲
［但し、θは弾性部の中心部分の傾斜角度(弾性部の中心線とこの中心線が保持部外
周面と接する位置の法線との角度)を示す。］
であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のダイナミックダンパにおいて、保持部と質量部材との間の径方向スペースが１．５ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１つに記載のダイナミックダンパにおいて、保持部が連続した環状に形成され、回転軸に対して締め代を有し、回転軸への固定部とされていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載のダイナミックダンパによれば、弾性部が質量部材あるいは回転軸の法線に対して径方向に同一方向に傾斜しているので、ばね定数が主にせん断ばね定数となり非常に小さく設定することができる。しかも、弾性部の傾斜方向が同じなので、軸の振動に対して変形し易く(剛性が低い)、ばね定数が一層小さくできる。したがって、固有振動数を小さくすることができるので、ダイナミックダンパの外径を小さくしてコンパクトにすることも、質量部材の質量を小さくして軽量化することも可能となる。即ち、ダイナミックダンパとしての所定の性能を維持しつつ、質量や大きさ、特に外径寸法を小さくすることができる。加えて、弾性部と質量部材と保持部とを重ねて配置しているので、軸方向に並べて配置する場合にも比べてもコンパクト化が図れる。
【００１８】
請求項２記載のダイナミックダンパによれば、弾性部の傾斜角度θが２０°≦θ≦５０°の範囲にすることにより、ばね定数をより小さくすることができる。即ち、θ＜２０°であるとばね定数の低減効果が小さく、また、コンパクト化が図れない。５０°＜θであると弾性部の厚さを考慮すると製造がきわめて難しくなる。
【００１９】
請求項３記載のダイナミックダンパによれば、保持部と質量部材との間の径方向スペースを１．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲にすることにより、せん断方向の変形が支配的となってばね定数をより小さくすることができると共に、製造が容易となる。即ち、径方向スペースが１．５ｍｍ未満であると、スペースを形成するための金型の厚さが薄くなりすぎて金型強度が弱いために生産性がきわめて低下してしまう。一方、径方向スペースが５ｍｍより大きいと、ばね定数の低減効果が小さい割にダンパー全体の大きさが大きくなりすぎてコンパクト化が図れないか、または保持部の肉厚が薄くなり嵌合力が問題となる。
【００２０】
請求項４記載のダイナミックダンパによれば、保持部が環状連続に形成されているので軸に対して十分な嵌合力を有し、また、保持部が質量部材の内周位置にあるため軸方向のコンパクト化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１から図５に本発明のダイナミックダンパの実施の一形態を示す。このダイナミックダンパ１は、回転軸５の外径よりも大きな内径を有して回転軸５の外周を包囲する質量部材２と、該質量部材２の内周にあって回転軸５に保持される保持部３と、保持部３と質量部材２とを繋いで質量部材を支える周方向に複数個均等配置された弾性部４からなる。そして、弾性部４は質量部材２あるいは回転軸５の法線６に対して径方向に同一方向に傾斜して設けられるものである。
【００２３】
ここで、弾性部４の傾斜角度θは２０°≦θ≦５０°の範囲に設定されることが好ましい。但し、傾斜角度θは質量部材２あるいは回転軸５の法線６に対する角度であり、例えば弾性部４の中心部分の傾斜角度つまり弾性部４の中心線とこの中心線が保持部３の外周面と接する位置の法線６との角度を示す。本実施形態の場合、傾斜角度θは２０°より小さいとばね定数の低減効果が小さく、また、コンパクト化が図れない。他方、傾斜角度θが５０°より大きいと、弾性部４の厚さｔを考慮すると製造がきわめて難しくなる。したがって、弾性部４の傾斜角度θは２０°≦θ≦５０°の範囲に設定すれば、より小さなばね定数の弾性部４を容易に製造することができる。
【００２４】
また、保持部３と質量部材２との間の径方向スペース７は１．５ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。径方向スペース７が１．５ｍｍ未満であると、スペースを形成するための金型の厚さが薄くなりすぎて金型強度が弱いために生産性がきわめて低下してしまう。他方、径方向スペース７が５ｍｍより大きいと、ばね定数の低減効果が小さい割にダイナミックダンパ１の全体の大きさが大きくなり過ぎてコンパクト化が図れない。さらに、保持部３の肉厚ｔが薄くなり回転軸５への固定時の嵌合力が不足する問題が生じる。したがって、径方向スペース７が１．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定されるとき、ばね定数をより小さくして十分な厚みの保持部３を得ることができる。
【００２５】
さらに、保持部３は、エチレン・プロピレンゴム（EPDM）等の合成ゴムや天然ゴム等のゴム材料によって連続した環状（筒）に形成され、回転軸５に対して締め代を有し、回転軸５への固定部とされている。即ち、回転軸５に圧入されるように設けられている。保持部３の内径は回転軸５の外径よりも少し小さく形成されているが、さらに軸方向中央部には内側に突出する台形状の凸部から成る嵌合部８が設けられてさらに小さな径とされている。したがって、回転軸５に対して十分な嵌合力を有し、また、保持部３が質量部材２の内方にあるため軸方向への保持部３のはみ出しがなく、軸方向へのコンパクト化が図れる。しかも、締め付けバンドなどの部品を用いずに、簡単にダイナミックダンパを装着可能とすることができる。尚、保持部の両端の開口部付近は、面取りが施されて回転軸の挿入が容易となるように配慮されている。
【００２６】
ここで、好ましくは固定相手となる回転軸５の取り付け部の形状を嵌合部８に対応させた形状、即ち僅かな凹部９の環状部を形成することである。この場合、固定効果特に軸方向への固定効果が高まり、ダイナミックダンパ１が軸方向へも移動し難くなる。
【００２７】
質量部材２は、筒状の厚肉鋼管等の金属製質量体であり、回転軸５の外方に回転軸５と同軸的に組み付けられるように設けられている。本実施形態の場合、金属管の周りがエチレン・プロピレンゴム（EPDM）等の合成ゴムや天然ゴム等のゴム材料で最小限の肉厚例えば１ｍｍ程度の厚みでコーティングされることにより、弾性部４並びに保持部３と一体化されている。
【００２８】
質量部材２の内周面には、図１に示すように、その周方向に等間隔に配置された弾性部４が備えられ、該弾性部４を介して質量部材２が支持されている。各弾性部４は、それぞれエチレン・プロピレンゴム（EPDM）等の合成ゴムや天然ゴム等のゴム材料によって形成され、一方の端部が質量部材２の内周面にそれぞれ一体的に結合され、他方の端部が内側の環状の保持部の外周面にそれぞれ一体的に結合されている。
【００２９】
弾性部４は法線６に対して径方向に同一方向に傾斜するように複数設けられている。各弾性部４はそれぞれの外側端部が質量部材２を包囲して支持するコーティング１０の内周面に結合されると共に内側端部が保持部３の外周面に結合されて互いに一体として連結され、弾性部４を介して質量部材２が支持されると共に保持部３を介して回転軸５に固定されている。
【００３０】
なお、本実施形態では、量産性を上げるため、各弾性部４、保持部３および質量部材２のゴムコーティングは型加硫成形によって一体的に形成している。しかしながら、各部材を個別に製造してから、接着などにより一体化するようにしても良い。
【００３１】
以上のように構成される本実施形態のダイナミックダンパ１は、次のようにして使用される。
【００３２】
まず、ダイナミックダンパ１を回転軸５に圧入によって装着する。保持部３の両端の出入り口付近の内径は回転軸５の外径よりも小径であるが、少し小さい程度であるので圧入による保持部３の出入り口付近における筒状の保持部３は僅かな力で拡がり、さらに軸方向中央のより小径となる嵌合部８の挿入を容易にする。そして、嵌合部８が回転軸５の凹部９に達したときに、嵌合部８が凹部９に嵌り込んで軸方向に均一な締め付け力で回転軸５の外周面に固定される。こうしてダイナミックダンパ１は回転軸５の所定位置に配置され、固定される。
【００３３】
この状態で回転軸５が回転して有害な振動が励起されると、その有害振動の振動数に固有振動数を適合させたダイナミックダンパ１の質量部材２が共振する。そして、質量部材２の共振によって、回転軸５の振動エネルギを吸収し、回転軸５の励起された有害振動を抑制する。この固有振動数は質量部材２の質量と弾性部４のばね定数で基本的に決定される。したがって、ダイナミックダンパ１の径方向に対して周方向の一定の方向に傾斜している弾性部４は、回転軸５が振動し、部分的に回転軸５の外周面が質量部材２の内周面に近接あるいは遠ざかると、弾性部４がさらにその傾きを大きくする方向に押されて撓むように変形する。その結果、本発明のダイナミックダンパ１では、質量部材２は弾性部４の圧縮方向ではなく剪断方向に支持され、そのばね定数は主として剪断ばね定数となる。剪断ばね定数は、その形状によっても異なるが、その値は圧縮・引張りばね定数に比べてかなり小さい値となっている。したがって、ばね定数を大幅に小さくすることができる。尚、この剪断変形を受ける弾性部４の幅、形状を変更することによって非常に小さなばね定数も実現が可能となる。
【００３４】
次に、図４から図６に本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する他の実施形態において上述の実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３５】
この実施形態のダイナミックダンパ１は、保持部３の内周面中央の圧入用の嵌合部・凸部８を設けずに、保持部３の両端に固定用のバンド１２を装着するためのバンド保持部１１を一体的に成形したものである。この場合には、保持部３は回転軸５の外径とほぼ同じに形成され、容易に装着可能とすることができる。尚、バンド保持部１１は必ずしも保持部３の両端に設ける必要はなく、保持部３の一端のみであっても良い。
【００３６】
さらに、本発明のダイナミックダンパ１の保持部３と質量部材２との間の径方向スペース７は、軸方向に貫通させるものに限られず、図６に示すように、径方向スペース７の途中に径方向スペース７を軸方向に分断する膜１３を形成するようにしても良い。この場合、ダイナミックダンパとしての性能を維持しつつ、金型の径方向スペース７を形成する中子を短くして金型強度を高めることができる。
【００３７】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態のダイナミックダンパ１を弾性部４として直線状に伸びるものとした例を挙げて主に説明したが、弾性部４はこれに限られず、横断面形状で円弧状やＳ字状、階段状あるいはその他の非直線形状にしても良く、これら種々の形状とすることにより、弾性部４の長さを長くして更にばね定数を低下させることも可能である。また、弾性部４の厚さｔは必ずしも均一でなくても良く、例えば内側(保持部３側)を厚くすれば保持部３の剛性が高くなり回転軸５との嵌合力を高められ、また、外側(質量部材２側)を厚くすれば質量部材２との接合力を高められる。さらに、各弾性部４は全て同じ条件でなくてもよく、例えば、周方向に交互に傾斜角度θ、肉厚ｔ、形状を変えてもよく、このようにすれば種々の特性が得られる。
【実施例】
【００３８】
有限要素法解析ソフトを用いたコンピュータシミュレーションにより、図１及び図２に示す構造の本発明のダイナミックダンパについて、径方向スペース７とばね定数との関係、弾性部傾斜角度とばね定数との関係について検討をした。
【００３９】
尚、想定したダイナミックダンパの諸元は以下の通りである。ダンパの外径は５０ｍｍ、保持部３の肉厚２．５ｍｍ、径方向スペース７の長さ３ｍｍ、弾性部３の肉厚（ｔ）３ｍｍ、弾性部３の傾斜角度（θ）５０°とした。また、保持部３、弾性部４並びに質量部材２のゴムコーティング１０を構成する素材として質量１８ｇのＥＰＤＭを用いて、各弾性部４、保持部３および質量部材２のゴムコーティング１０を型加硫成形によって一体的に成形した。そして、質量部材２として、Ｓ１０ＣあるいはＳ１０Ｃ相当材で、外径４９ｍｍ、内径３７．５ｍｍ、長さ２２ｍｍ、質量１３４ｇの金属環を採用した。尚、６本の弾性部３を周方向に等間隔に備えるものとした。そして、ダイナミックダンパを圧入する回転軸５の直径は２６ｍｍとした。
【００４０】
（径方向スペース）
径方向スペース７のスペース高さ（径方向の厚み）を変えてばね定数の変化を求めた。結果を図８並び表１に示す。尚、シミュレーション結果は、径方向スペース３ｍｍを基準（１００％）とした場合の径方向スペースの高さの変化に対するばね定数の比率の変化として表している。
【表１】
以上の実験の結果、ばね定数を最小化するには、径方向スペースは、１．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲、好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍの範囲とすることが判明した。
【００４１】
（弾性部の傾斜角度）
弾性部３の傾斜角を変えてばね定数の変化を求めた。結果を図９並びに表２に示す。尚、シミュレーション結果は、傾斜角度０°時を基準（１００％）とした場合の弾性部傾斜角度の変化に対するばね定数の比率の変化として表している。
【表２】
以上の実験の結果、ばね定数を最小化するには、弾性部の傾斜角度θは、２０°〜５０°の範囲、好ましくは３０°〜４０°の範囲とすることである。
【００４２】
（比較例との対比）
比較例として、図７に示す構造のダイナミックダンパ１０１を想定して、有限要素法解析ソフトを用いて上述の本発明のダイナミックダンパのばね定数と比較した。この比較例のダイナミックダンパ１０１は、６本の弾性部１０３が２本ずつ互いに逆方向に傾きを以て向かい合うハの字状（台形状）に配置されている構成である。尚、図中の符号１０２は環状の質量部材、１０４は保持部、１０５は質量部材１０２を覆うゴムコーティングである。また、このシミュレーションにおけるダンパの諸元は双方共に、ダンパの外径は５０ｍｍ、保持部３の肉厚２．５ｍｍ、径方向スペース７の長さ３ｍｍ、弾性部３の肉厚（ｔ）３ｍｍ、弾性部３の傾斜角度（θ）５０°とした。そして、本発明のダイナミックダンパのばね定数を基準（１００％）として比較例のばね定数を表した結果を表３に示す。
【表３】
ばね定数を比較したところ、本発明のダイナミックダンパのばね定数を１００とすると、比較例のダイナミックダンパは１１５％の数値であった。このことから、本発明のダイナミックダンパの構造はばね定数が小さく、ダイナミックダンパのコンパクト化並びに軽量化に適していることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のダイナミックダンパの一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】図１のダイナミックダンパを回転軸に装着した状態を示す説明図であり、ダイナミックダンパの構造を仮想線で示す。
【図４】本発明のダイナミックダンパの他の実施形態を示す正面図である。
【図５】図４のダイナミックダンパを回転軸に装着した状態を示す説明図である。
【図６】本発明のダイナミックダンパのさらに他の実施形態を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】比較例のダイナミックダンパの構造を示す図であり、（Ａ）は中央縦断面図、（Ｂ）はＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う横断面図である。
【図８】有限要素法解析ソフトを用いた径方向スペース３ｍｍを基準（１００％）とした場合の径方向スペースの高さの変化に対するばね定数の比率の変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図９】有限要素法解析ソフトを用いた傾斜角度０°時を基準（１００％）とした場合の弾性部傾斜角度の変化に対するばね定数の比率の変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１ ダイナミックダンパ
２ 質量部材
３ 保持部
４ 弾性部
５ 回転軸部
６ 法線
７ 径傾斜角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の外径よりも大きな内径を有して前記回転軸の外周を包囲する質量部材と、該質量部材の内周にあって前記回転軸に保持される保持部と、前記保持部と前記質量部材とを繋いで前記質量部材を支える周方向に複数個均等配置された弾性部からなるダイナミックダンパにおいて、前記弾性部が前記質量部材あるいは前記回転軸の法線に対して径方向に同一方向に傾斜して設けられるものであるダイナミックダンパ。
【請求項２】
前記傾斜角度θが２０°≦θ≦５０°の範囲
［但し、θは弾性部の中心部分の傾斜角度(弾性部の中心線とこの中心線が保持部外
周面と接する位置の法線との角度)を示す。］
である請求項１記載のダイナミックダンパ。
【請求項３】
前記保持部と前記質量部材との間の径方向スペースが１．５ｍｍ〜５ｍｍである請求項１または２記載のダイナミックダンパ。
【請求項４】
前記保持部は連続した環状に形成され、前記回転軸に対して締め代を有し、前記回転軸への固定部とされている請求項１から３のいずれか１つに記載のダイナミックダンパ。
【請求項１】
回転軸の外径よりも大きな内径を有して前記回転軸の外周を包囲する質量部材と、該質量部材の内周にあって前記回転軸に保持される保持部と、前記保持部と前記質量部材とを繋いで前記質量部材を支える周方向に複数個均等配置された弾性部からなるダイナミックダンパにおいて、前記弾性部が前記質量部材あるいは前記回転軸の法線に対して径方向に同一方向に傾斜して設けられるものであるダイナミックダンパ。
【請求項２】
前記傾斜角度θが２０°≦θ≦５０°の範囲
［但し、θは弾性部の中心部分の傾斜角度(弾性部の中心線とこの中心線が保持部外
周面と接する位置の法線との角度)を示す。］
である請求項１記載のダイナミックダンパ。
【請求項３】
前記保持部と前記質量部材との間の径方向スペースが１．５ｍｍ〜５ｍｍである請求項１または２記載のダイナミックダンパ。
【請求項４】
前記保持部は連続した環状に形成され、前記回転軸に対して締め代を有し、前記回転軸への固定部とされている請求項１から３のいずれか１つに記載のダイナミックダンパ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−３１９２６（Ｐ２０１０−３１９２６Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９３０７１（Ｐ２００８−１９３０７１）
【出願日】平成２０年７月２８日（２００８．７．２８）
【出願人】（０００１０４４９０）キーパー株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２８日（２００８．７．２８）
【出願人】（０００１０４４９０）キーパー株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
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