動力伝達用シャフト
【課題】大きな減衰効果を得ることのできる動力伝達用シャフトを提供する
【解決手段】動力伝達用シャフト５０は、動力を伝達するシャフト本体５２と、シャフト本体５２と中心線が一致するように配置された多重円筒部材５４と、を備え、多重の円筒部材５４は、その片側の端部のみがシャフト本体５２の一方側の端部に一体的に取り付けられた第１の円筒部材５６と、その片側の端部のみがシャフト本体５２の他方側の端部に一体的に取り付けられた第２の円筒部材５８とを有し、第１の円筒部材５６と第２の円筒部材５８との間には粘性体の封入空間Ｙ１〜Ｙ３が円筒状に形成される。
【解決手段】動力伝達用シャフト５０は、動力を伝達するシャフト本体５２と、シャフト本体５２と中心線が一致するように配置された多重円筒部材５４と、を備え、多重の円筒部材５４は、その片側の端部のみがシャフト本体５２の一方側の端部に一体的に取り付けられた第１の円筒部材５６と、その片側の端部のみがシャフト本体５２の他方側の端部に一体的に取り付けられた第２の円筒部材５８とを有し、第１の円筒部材５６と第２の円筒部材５８との間には粘性体の封入空間Ｙ１〜Ｙ３が円筒状に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動力伝達用シャフトに係り、特にエンジン試験装置においてエンジンとダイナモメータとの間で動力を伝達する動力伝達用シャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン試験装置としてエンジンベンチが知られている。エンジンベンチは、供試エンジンが所定の性能を備えているかを評価する装置であり、供試エンジンは台上に取り付けられ、その出力軸がシャフトを介してダイナモメータに連結される。そして、ダイナモメータでエンジンの出力軸の回転力を吸収しながら、トルクや回転数を計測することによって、エンジンの性能が測定・評価される。
【０００３】
ところで、エンジンベンチでは、シャフトにおいて特定の振動数（回転数）で共振が発生するおそれがある。共振ゲインは、固有振動数を頂点として大きくなり、その周辺振動数で共振現象が発生する。そこで従来は、シャフトの剛性やシャフトに連結した慣性の慣性値を調節することによって、共振を避けた領域で運転するよう、設計している。また、別の対策として、特許文献１は、軸にフライホイルを着脱自在に取り付けたり、剛性の異なるカップリングを用いたりすることによって共振域をずらしている。特許文献２は、共振点をアイドリング周波数以下に設定している。
【０００４】
しかし、特許文献１、特許文献２は共振点を運転領域からずらすだけなので、共振点をうまくずらせない場合には、運転領域に制限がかかったり、運転中の装置が破損したりするおそれがあった。
【０００５】
そこで、本願出願人は特許文献３において、共振そのものを抑制するシャフトを提案している。これを、図８に示す基本的なネジリ共振の系で説明する。同図に示す系では、シャフト３の両側に２つの回転円盤１、２が設けられている。シャフト３はネジリ剛性がｋ、減衰係数がｃであり、回転円盤１は慣性がＪ１、変位角がθ１であり、回転円盤２は慣性がＪ２、変位角がθ２である。この系の運動方程式は以下のように示される。
【０００６】
【数１】
この式の第２項から分かるように、角速度差が生じる部位に減衰機構を設置することで共振ゲインを抑えることができ、且つ、その角速度差が大きいほど減衰効果が大きくなる。そこで、特許文献３では、ネジリ共振時に角速度差が生じる部位に粘性体の封入空間を形成し、減衰を行っている。具体的には、図９に概念図を示すように、シャフト本体４の外側に円筒部材５を配置し、その片側の端部５ａのみをシャフト本体４の一方の端部に取り付けるとともに、シャフト本体４と円筒部材５との間に粘性体６を封入している。その結果、円筒部材５の他方側の端部５ｂとシャフト本体４との間には角速度差が生じ、その角速度差に伴って減衰効果が得られ、共振ゲインを抑制することができる。実際、特許文献３に示すシャフトを用いれば、共振ゲインを抑制する効果が得られることが試験結果から分かっている。そして、現状では、より大きな減衰効果が得られるシャフトが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平9-178616号公報
【特許文献２】特許3918435号
【特許文献３】特願2010-19860
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、より大きな減衰効果を得ることのできる動力伝達用シャフト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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、動力を伝達するシャフト本体と、前記シャフト本体と中心線が一致するように配置された多重の円筒部材と、を備え、前記多重の円筒部材は、前記シャフト本体の一方側の端部に片側の端部のみが固定された第１の円筒部材と、前記シャフトの他方側の端部に片側の端部のみが固定された第２の円筒部材とを有し、前記第１の円筒部材と第２の円筒部材との間には粘性体の封入空間が円筒状に形成されることを特徴とする動力伝達用シャフトを提供する。
【００１０】
本発明によれば、粘性体の封入空間が第１の円筒部材と第２の円筒部材との間に形成されている。第１の円筒部材はその片側の端部のみがシャフト本体の一方側の端部に取り付けられているので、その回転速度は略一様にシャフト本体の一方側の端部と同じ回転速度になる。一方、第２の円筒部材はその片側の端部のみがシャフト本体の他方側の端部に取り付けられているので、その回転速度は略一様にシャフト本体の他方側の端部と同じ速度になる。したがって、第１の円筒部材と第２の円筒部材に挟まれた円筒状の封入空間は、軸方向に全体にわたって一定の速度差（すなわち、第１の円筒部材の速度と第２の円筒部材の速度との差）になる。よって、封入空間では、ネジリ共振時に全体にわたって大きな回転速度差が生じることになり、大きな減衰効果が得られる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は請求項１において、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材が交互に複数設けられ、前記粘性体の封入空間が多重に形成されることを特徴とする。本発明によれば、粘性体の封入空間が多重に形成されるので、粘性体による減衰効果をさらに大きくすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は請求項１または２において、前記シャフト本体の表面に対向して配置された前記第１または第２の円筒部材と前記シャフト本体の表面との間には、前記粘性体が封入されることを特徴とする。本発明によれば、シャフト本体との間にも粘性体が封入されるので、この部分においても減衰効果を得ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は請求項１〜３のいずれか１において、前記動力伝達用シャフトは、エンジンの出力軸とダイナモメータの回転軸とを連結するシャフトであることを特徴とする。本発明はねじり振動が発生しやすいエンジン試験装置のシャフトとして特に有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シャフト本体の一方側の端部に取り付けた第１の円筒部材とシャフト本体の他方側の端部に取り付けた第２の円筒部材との間に粘性体の封入空間を形成するようにしたので、封入空間の内部には全体にわたって略一様な回転速度差が発生し、粘性体によって大きな減衰効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が適用されたエンジンベンチの概略構成図
【図２】第１の実施形態の動力伝達用シャフトを示す部分斜視図
【図３】第１の実施形態の動力伝達用シャフトを示す断面図
【図４】第２の実施形態の動力伝達用シャフトを示す断面図
【図５】第３の実施形態の動力伝達用シャフトを示す断面図
【図６】第４の実施形態の動力伝達用シャフトを示す断面図
【図７】第５の実施形態の動力伝達用シャフトを示す断面図
【図８】基本的なネジリ共振の系を示す図
【図９】別提案の動力伝達用シャフトを説明する概念図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に従って、本発明に係る動力伝達用シャフトの好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施の形態の動力伝達用シャフト（以下、単にシャフトという）５０が適用されたエンジン試験装置１０の概略構成図である。
【００１７】
同図に示すエンジン試験装置１０は、試験対象であるエンジン１２の性能を測定・評価する装置であり、主としてエンジン１２、ダイナモメータ１４、ダイナモ制御部１６、エンジン制御部１８、制御装置２０、及び、シャフト５０を含むシャフト部材３２で構成される。
【００１８】
エンジン１２は、架台２２に固定されており、その内部には燃焼室（不図示）が設けられる。燃焼室には空気吸引用の吸気管２４が接続されており、その吸気管２４には流入量調節用のスロットル２６が設けられる。また、燃焼室には排気管２８が接続されており、この排気管２８には排ガス浄化用の触媒装着部３０が設けられる。
【００１９】
エンジン１２は、その出力軸がシャフト部材３２を介してダイナモメータ１４に接続されている。シャフト部材３２は、本発明のシャフト５０（図２参照）を含む複数の軸部材が連結されることによって構成されている。また、シャフト部材３２にはトルクメータ３６が取り付けられ、このトルクメータ３６によってトルクが計測される。なお、本実施の形態は、トルクメータ３６によってトルクを計測するようにしたが、これに限定するものではなく、たとえばダイナモメータ１４の出力値からトルクを検出してもよい。また、トルクメータ３６の他に、クラッチ、変速機、各種の連結手段等を目的に応じて挿入してもよい。さらに、トルク以外のエンジン１２の状態（たとえば排ガスの温度など）を計測する手段を挿入してもよい。
【００２０】
ダイナモメータ１４は、エンジン１２に所定の負荷トルクを与える装置であり、電流・電圧を可変させることで負荷トルクを設定できるようになっている。ダイナモメータ１４としては、低慣性ダイナモメータを用いることが好ましく、低慣性ダイナモを用いることによって、低速回転から高速回転までの急激な回転数の変化に応じた安定した出力が得られる。
【００２１】
ダイナモメータ１４にはダイナモ制御部１６が接続されている。ダイナモ制御部１６は、ダイナモメータ１４に印加する電流・電圧を可変制御する手段であり、このダイナモ制御部１６で電流・電圧を可変制御することによって、ダイナモメータ１４に接続されたエンジン１２の負荷トルクが制御される。
【００２２】
一方、エンジン１２は、エンジン制御部１８に接続される。エンジン制御部１８は、スロットル開度や点火進角等の制御指令値をエンジン１２に与えることによって、エンジン１２を駆動制御する手段であり、通常はＥＣＵ、もしくはＥＣＵにバイパス回路を付加したエンジン制御回路で実現される。ＥＣＵの代わりに仮想ＥＣＵと称されるＤＳＰ（Digital Signal Processor）で実現してもよい。このエンジン制御部１８によってエンジン１２に制御パラメータ（たとえば所定のスロットル開度）が与えられる。これにより、エンジン１２が回転し、その回転がシャフト５０を介してダイナモメータ１４に伝達される。なお、エンジン制御部１８から与えられる制御パラメータとしては、回転数、スロットル開度の他、燃料注入量、空気注入量、燃料と空気の混合比、点火時間（ガソリンエンジンの場合）、燃料噴射制御方法（ジーゼルエンジンの場合）など様々なパラメータがある。
【００２３】
上述したダイナモメータ１４、ダイナモ制御部１６、エンジン制御部１８、トルクメータ３６は、制御装置２０に接続されている。制御装置２０には、トルクメータ３６からトルク・回転数などのデータが入力されるとともに、エンジン制御部１８からスロットル開度等の制御データが入力される。入力されたデータはメモリに一時的に格納された後、必要に応じて演算処理回路に出力され、トルク等が演算される。その際、各種信号処理回路によってノイズ除去などのデータ信号処理を行ってもよい。
【００２４】
なお、制御装置２０において、得られたデータからエンジンのモデルを作成したり、そのモデルを用いてシミュレーションを実行したりするようにしてもよい。また、制御装置２０において、各種の条件設定、たとえばスロットル開度、燃料噴射時期、点火進角、噴射時間、ＶＶＴ、ＥＧＲなどの制御パラメータや、吸気温度、排気温度、燃料注入量、空気注入量、ＮОＸ密度、ＨＣ密度、ＣО濃度、ＣО２濃度、燃料消費量、水温などの計測パラメータを設定するようにしてもよい。
【００２５】
次に本発明の特徴部分であるシャフト５０について説明する。図２は第１の実施形態のシャフト５０の内部構成を示す部分斜視図であり、一部分を切り欠いた状態を示している。また、図３は、シャフト５０の断面図である。
【００２６】
これらの図に示すようにシャフト５０は主として、シャフト本体５２、連結部材５３、多重円筒部材５４で構成されている。
【００２７】
シャフト本体５２は、動力（回転力）を入力側（モータ等）から出力側（ダイナモメータ等）に伝える部材であり、たとえばチタン６Ａｌ−４Ｖ合金やステンレス等の金属によって円柱状に形成されている。ここで、図３の左側を入力側、右側を出力側とする。なお、シャフト本体５２の材質は、上記に限定されるものではなく、カーボン等の他の材料であってもよい。
【００２８】
シャフト本体５２の両端はカップリング部材（不図示）を介して連結部材５３に取り付けられ、さらに連結部材５３が他の軸部材（不図示）に連結されている。カップリング部材の構成は特に限定するものではないが、たとえば板バネカップリング（たわみ継手）が用いられる。板バネカップリングの構成は図示しないが、円盤状に形成された一対の継手本体がボルト等によって連結されており、その継手本体の間には、リング状に形成された金属製の板ばねが設けられ、この板ばねが継手本体に固定される。このような板バネカップリングを用いることによって、板ばねで軸心のずれを調整することができるとともに、曲げモーメントを伝えずに軸トルクのみを伝えることができ、大きいトルクや高速回転に対応することができる。また、上記の如く構成された板バネカップリングは、簡単に着脱することができるので、後述の多重円筒部材５４をシャフト本体５２に容易に取り付けることができる。
【００２９】
多重円筒部材５４は、径の異なる複数の円筒部材が同心円状に配置された多重の筒構造になっており、この多重円筒部材５４にシャフト本体５２が挿通された状態で固定される。本実施の形態の多重円筒部材５４は４重の円筒構造になっており、２重の円筒構造の入力側円筒部材（第１の円筒部材に相当）５６と、２重の円筒構造の出力側円筒部材（第２の円筒部材に相当）５８とで構成される。
【００３０】
図３に示すように、入力側円筒部材５６は、径の異なる２つの筒部５６Ａと筒部５６Ｂを備えている。筒部５６Ａはその径がシャフト本体５２の外径よりも若干大きく形成されており、シャフト本体５２が挿通された状態で固定されている。また、筒部５６Ａはシャフト本体５２と同心円状に配置されており、シャフト本体５２の外周面と筒部５６Ａとの間には、円筒状の封入空間Ｘが形成される。この封入空間Ｘは、軸方向に且つ周方向に一定の隙間となるように形成されている。
【００３１】
入力側円筒部材５６の筒部５６Ｂは、筒部５６Ａと中心線が一致するように配置されている。また、筒部５６Ｂは、その径が出力側円筒部材５８の筒部５８Ａよりも大きく、且つ、筒部５８Ｂよりも小さく形成されており、取付状態において筒部５８Ａ、筒部５８Ｂの間に挿入される。
【００３２】
上述の筒部５６Ａと筒部５６Ｂは、その入力側（図３の左側）の端部のみがシャフト本体５２の入力側の端部に一体的に取り付けられており、反対側の端部は固定されずにフリーの状態になっている。なお、図３には、筒部５６Ａと筒部５６Ｂが一体品である例を示したが、これに限定するものではなく、別部材で構成してもよい。その場合、筒部５６Ａと筒部５６Ｂをシャフト本体５２の入力側の端部で一体的に取り付けるようにするとよい。
【００３３】
入力側円筒部材５６と同様に、出力側円筒部材５８は、径の異なる２つの筒部５８Ａと筒部５８Ｂを備えている。筒部５８Ａは、その径が入力側円筒部材５６の筒部５６Ａよりも若干大きく、且つ、入力側円筒部材５６の筒部５６Ｂよりも若干小さく形成されている。取付状態において筒部５８Ａは筒部５６Ａ、５６Ｂの間に挿入され、且つ、筒部５６Ａ、５６Ｂと同心円状に配置される。これにより、筒部５６Ａと筒部５８Ａとの間に円筒状の封入空間Ｙ１が形成されるとともに、筒部５６Ｂと筒部５８Ａとの間に円筒状の封入空間Ｙ２が形成される。封入空間Ｙ１と封入空間Ｙ２は、軸方向に且つ周方向に一定の隙間となるように形成されている。
【００３４】
出力側円筒部材５８の筒部５８Ｂは、筒部５８Ａと中心線が一致するように配置されている。また、筒部５８Ｂは、その径が入力側円筒部材５６の筒部５６Ｂよりも若干大きく形成されており、取付状態において筒部５６Ｂの外側に配置され、且つ、筒部５６Ｂと同心円状に配置される。これにより、筒部５６Ｂと筒部５８Ｂとの間には、円筒状の封入空間Ｙ３が形成される。封入空間Ｙ３は、軸方向にかつ周方向に一定の隙間となるように形成されている。
【００３５】
筒部５８Ｂは、筒部５８Ａよりよりも長く形成されており、その先端は入力側円筒部材５６よりの入力側まで延設されている。筒部５８Ｂの先端には円盤状の封止部材５８Ｄが設けられる。封止部材５８Ｄの中央には、シャフト本体５２が挿通される孔が形成されており、シャフト本体５２に対して若干の隙間を持って配置される。この封止部材５８Ｄを設けることによって、シャフト５０の回転時に、粘性体が遠心力によって封入空間Ｘや封入空間Ｙ１〜Ｙ３から漏洩することを防止できる。
【００３６】
筒部５８Ａと筒部５８Ｂは、その出力側（図３の右側）の端部のみがシャフト本体５２の出力側の連結部材５３に一体的に取り付けられており、反対側の端部は固定されずにフリーの状態になっている。なお、図３には、筒部５８Ａと筒部５８Ｂを一体品として示したが、これに限定するものではなく、別部材で構成してもよい。その場合、筒部５８Ａと筒部５８Ｂをシャフト本体５２の出力側の端部で一体的に取り付けるようにするとよい。また、本実施の形態では、筒部５８Ａと筒部５８Ｂを出力側の連結部材５３に固定したが、シャフト本体５２の出力側の端部に直接固定してもよい。
【００３７】
上述したように、多重円筒部材５４は、入力側円筒部材５６と出力側円筒部材５８から成り、入力側円筒部材５６と出力側円筒部材５８との間には円筒状の封入空間Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３が形成されている。また、入力側円筒部材５６とシャフト本体５２との間には円筒状の封入空間Ｘが形成されている。
【００３８】
これらの封入空間Ｙ１〜Ｙ３と封入空間Ｘにおいて隙間の大きさ（内周面と外周面の間隔）は特に限定するものではなく、様々な態様が可能である。ただし、内側の封入空間になるほど、隙間が小さくなるように設定することが好ましい。これにより、後述の減衰効果をより大きくすることができる。
【００３９】
上述した封入空間Ｙ１〜Ｙ３と封入空間Ｘは連通しており、同一の粘性体が封入される。粘性体の種類は特に限定するものではなく、振動を吸収できる程度の粘性（具体的には、隙間の大きさによって決定される粘度）が得られるものであればよく、たとえば高粘度のグリースが用いられる。グリースは、シャフト５０を組み立てる際、封入空間Ｙ１〜Ｙ３や封入空間Ｘになる位置に付着させておき、組み立てた後にはみ出たグリースを塗布することによって、封入空間Ｙ１〜Ｙ３に充填させることができる。
【００４０】
次に上記の如く構成されたシャフト５０の作用について説明する。
【００４１】
上述したようにシャフト本体５２には多重円筒部材５４が装着されており、シャフト本体５２の周囲には円筒状の封入空間Ｘと封入空間Ｙ１〜Ｙ３が形成されている。これらの封入空間Ｘと封入空間Ｙ１〜Ｙ３には粘性体が封入されており、その内周面側の回転速度と外周面側の回転速度との間に差が生じると、生じた回転速度差の大きさに応じて減衰効果が得られる。
【００４２】
ここで、シャフト５０にネジリ共振が発生する状態について説明する。ネジリ共振が発生する状態では、シャフト本体５２にねじれが生じており、シャフト本体５２の入力側と出力側で回転速度が異なっている。以下、シャフト本体５２の入力側の回転速度をω１、出力側の回転速度をω２として、封入空間Ｘや封入空間Ｙ１〜Ｙ３に生じる回転速度差について説明する。
【００４３】
シャフト本体５２は、軸方向において入力側から出力側へ、回転速度がω１からω２に徐々に変化している。その一方で、多重円筒部材５４の入力側円筒部材５６は、入力側の端部がシャフト本体５２の入力側の端部に固定されており、出力側の端部はフリーの状態（すなわち固定されていない状態）になっている。したがって、入力側円筒部材５６は全体（すなわち筒部５６Ａと筒部５６Ｂ）が略一様な回転速度ω１で回転する。これに対して、出力側円筒部材５８は、出力側の端部がシャフト本体５２の出力側の端部に固定されており、入力側の端部はフリーの状態になっている。したがって、出力側円筒部材５８は全体（すなわち筒部５８Ａと筒部５８Ｂ）が略一様な回転速度ω２で回転する。
【００４４】
ところで、封入空間Ｘは、シャフト本体５２の外周面と入力側円筒部材５６の筒部５６Ａとに挟まれている。上述したように、筒部５６Ａは略一様な回転速度ω１であるのに対して、シャフト本体５２はω１からω２へと変化している。このため、封入空間Ｘにおいて内周面と外周面との間で生じる回転速度差は、出力側の端部が｜ω１−ω２｜と大きいのに対して、入力側の端部では両方がω１であるために略零になっている。したがって、封入空間Ｘで得られる粘性体による減衰効果は、入力側の端部で小さくなり、全体としても減衰効果が略半減する。
【００４５】
これに対して、封入空間Ｙ１〜Ｙ３はそれぞれ、入力側円筒部材５６と出力側円筒部材５８とに挟まれている。上述したように、入力側円筒部材５６は略一様な回転速度ω１であり、出力側円筒部材５８は略一様な回転速度ω２である。このため、封入空間Ｙ１〜Ｙ３では、内周面と外周面との間の回転速度差が軸方向において常に｜ω１−ω２｜になる。したがって、封入空間Ｙ１〜Ｙ３では、軸方向のどの部分でも大きな回転速度差になり、全体としても大きな減衰効果が得られる。
【００４６】
このように本実施の形態は、入力側円筒部材５６の入力側端部のみをシャフト本体５２の入力側端部に固定し、出力側円筒部材５８の出力側端部のみをシャフト本体５２の出力側端部に固定したので、両者の間に形成される封入空間Ｙ１〜Ｙ３では、軸方向において一様な回転角度差｜ω１−ω２｜が発生し、全体として大きな減衰効果が得られる。特に本実施の形態では、多重円筒部材５４を４重にすることによって封入空間Ｙ１〜Ｙ３を３重に形成したので、３倍の減衰効果を得ることができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態では、封入空間Ｙ１〜Ｙ３のほかに封入空間Ｘを形成している。すなわち、シャフト本体５２と多重円筒部材５４との隙間を封入空間Ｘとして利用している。したがって、本実施の形態はさらに大きな減衰効果を得ることができる。なお、本実施の形態では、シャフト本体５２と多重円筒部材５４との隙間（封入空間Ｘ）にも粘性体を封入するようにしたが、これに限定するものではなく、封入空間Ｙ１〜Ｙ３のみに粘性体を充填するようにしてもよい。この点は以下の実施形態でも同様である。
【００４８】
また、上述した実施形態は、多重円筒部材５４を４重に構成し、封入空間Ｙ１〜Ｙ３を３重に形成したが、これに限定するものではなく、それ以上の多重の構成としてもよい。たとえば、図４に示す第２の実施形態のシャフト６０は、多重円筒部材６４が６重に構成されている。具体的に説明すると、入力側円筒部材５６は筒部５６Ａ、筒部５６Ｂのさらに外側に筒部５６Ｃが形成されており、この筒部５６Ｃは、筒部５６Ａ、５６Ｂとともにシャフト本体５２の入力側の端部に固定されている。また、筒部５６Ｃは、出力側円筒部材５８の筒部５８Ｂより大きく形成されており、筒部５６Ｃと筒部５８Ｂとの間には円筒状の封入空間Ｙ４が形成される。一方、出力側円筒部材５８は筒部５８Ａ、筒部５８Ｂのさらに外側に筒部５８Ｃが形成されており、この筒部５６Ｃは、筒部５８Ａ、５８Ｂとともにシャフト本体５２の出力側の端部に固定されている。また、筒部５８Ｃは、入力側円筒部材５６の筒部５６Ｂよりも大きく形成されており、筒部５８Ｃと筒部５６Ｂとの間には円筒状の封入空間Ｙ５が形成される。これらの封入空間Ｙ４、Ｙ５にも粘性体が封入されており、その内周面と外周面との回転速度差｜ω１−ω２｜に応じて減衰効果が得られる。このように構成されたシャフト６０によれば、封入空間Ｙ１〜Ｙ５が５重に形成されているので、さらに大きな減衰効果を得ることができる。
【００４９】
なお、上述した実施形態は、内周面と外周面の回転速度差が略一様となる円筒状の封入空間Ｙ１〜Ｙ５を複数設けたが、１つのみでもあってもよい。たとえば図５に示す第３の実施形態のシャフト７０は、多重円筒部材７４が２重に構成されている。多重円筒部材７４の入力側円筒部材５６は筒部５６Ａのみを備え、出力側円筒部材５８は筒部５８Ａのみを備えている。したがって、封入空間Ｙ１は、筒部５６Ａと筒部５８Ａとの間に１つのみ形成される。この場合にも回転速度差が略一様となるので、大きな減衰効果を得ることができる。なお、図５では省略したが、最も外側の筒部５８Ａの先端には、粘性体が封入空間Ｙ１から漏洩することを防止する漏洩防止手段を設けることが好ましい。漏洩防止手段としては、たとえば上述した実施形態ように円盤状の封止部材５８Ｄを設けたり、或いはラビリンス構造を設けたりする方法が考えられる。
【００５０】
また、上述した実施形態は、入力側円筒部材５６と出力側円筒部材５８が同じ数の筒部を有する例であるが、これに限定するものではなく、入力側円筒部材５６と出力側円筒部材５８の筒部の数が異なっていてもよい。たとえば、図６に示す第４の実施形態のシャフト８０は、多重円筒部材８４が３重に形成されており、入力側円筒部材５６が２つの筒部５６Ａ、５６Ｂを備え、出力側円筒部材５８は１つの筒部５８Ａのみを備えている。この場合にも、回転速度差が略一様となる封入空間Ｙ１、Ｙ２が形成されるので、大きな減衰効果を得ることができる。なお、図６の場合も図５の場合と同様に、最も筒部５６Ｂの先端に漏洩防止手段を設けることが好ましい。
【００５１】
また、上述した実施の形態では、シャフト本体５２の外側に封入空間Ｙ１〜Ｙ５を形成したが、これに限定するものではなく、シャフト本体５２の内側に形成してもよい。たとえば図７に示す第５の実施形態のシャフト９０は、シャフト本体９２が筒状に形成されており、その内部に多重円筒部材９４が挿入されている。多重円筒部材９４は、入力側円筒部材９６と、出力側円筒部材９８とから成り、入力側円筒部材９６は筒部９６Ａと筒部９６Ｂとを備え、出力側円筒部材９８は筒部９８Ａと筒部９８Ｂを備えている。なお、最も内側の筒部９８Ｂは円柱状であってもよい。また、最も内側の筒部９８Ｂの先端には、ラビリンス構造などの何らかの粘性体封止手段を設けることが好ましい。
【００５２】
入力側円筒部材９６の筒部９６Ａと筒部９６Ｂは入力側の端部のみがシャフト本体９２の入力側端部の内周面に固定され、出力側の端部は固定されないフリーの状態になっている。出力側円筒部材９８の筒部９８Ａと筒部９８Ｂは出力側の端部のみが連結部材５３を介してシャフト本体９２の出力側端部に固定されており、入力側の端部は固定されないフリーの状態になっている。なお、入力側の端部には、ラビリンス構造などの何らかの粘性体封止手段を設けることが好ましい。また、入力側円筒部材９６は、連結部材５３を介さずに筒部９８Ａと筒部９８Ｂをシャフト本体９２の出力側の端部に直接固定してもよい。
【００５３】
多重円筒部材９４は、筒部９６Ａ、筒部９８Ａ、筒部９６Ｂ、筒部９８Ｂの順に径が小さくなっており、それらの間には円筒状の封入空間Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３が形成されている。また、筒部９６Ａとシャフト本体９２との間には円筒状の封入空間Ｘが形成されている。これらの封入空間Ｙ１〜Ｙ３と封入空間Ｘには粘性体が充填され、筒部９８Ｂの先端に設けた円盤状の封止部材９８Ｄによって封止されている。このように構成されたシャフト９０の場合にも、内周面と外周面との速度差が略一様な円筒状の封入空間Ｙ１〜Ｙ３が形成されるので、大きな減衰効果を得ることができる。
【００５４】
なお、上述した実施形態は、封入空間Ｘと封入空間Ｙ１〜Ｙ５をそれぞれ連通するように形成したが、これに限定するものではなく、各封入区間Ｘ、Ｙ１〜Ｙ５を区切ってもよい。また、上述した実施形態は、全ての封入空間Ｘ、Ｙ１〜Ｙ５に同一の粘性体を封入したが、これに限定するものではなく、たとえば粘度の異なる粘性体を封入するようにしてもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態は本発明をエンジン試験装置に適用した例であるが、本発明はこれに限定するものではなく、他の動力伝達用シャフトに適用してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０…エンジン試験装置、１２…エンジン、１４…ダイナモメータ、１６…ダイナモ制御部、１８…エンジン制御部、２０…制御装置、３４…シャフト部材、５０…（第１の実施形態の）シャフト、５２…シャフト本体、５３…連結部材、５４…多重円筒部材、５６…入力側円筒部材、５６Ａ〜５６Ｃ…筒部、５８…出力側円筒部材、５８Ａ〜５８Ｃ…筒部、５８Ｄ…封止部材、６０…（第２の実施形態の）シャフト、６４…（第２の実施形態の）多重円筒部材、７０…（第３の実施形態の）シャフト、７４…（第３の実施形態の）多重円筒部材、８０…（第４の実施形態の）シャフト、８４…（第４の実施形態の）多重円筒部材、９０…（第５の実施形態の）シャフト、９２…（第５の実施形態の）シャフト本体、９４…（第５の実施形態の）多重円筒部材、９６…（第５の実施形態の）入力側円筒部材、９６Ａ〜９６Ｂ…（第５の実施形態の）筒部、９８…（第５の実施形態の）出力側円筒部材、９８Ａ〜９８Ｂ…（第５の実施形態の）筒部、９８Ｄ…（第５の実施形態の）封止部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は動力伝達用シャフトに係り、特にエンジン試験装置においてエンジンとダイナモメータとの間で動力を伝達する動力伝達用シャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン試験装置としてエンジンベンチが知られている。エンジンベンチは、供試エンジンが所定の性能を備えているかを評価する装置であり、供試エンジンは台上に取り付けられ、その出力軸がシャフトを介してダイナモメータに連結される。そして、ダイナモメータでエンジンの出力軸の回転力を吸収しながら、トルクや回転数を計測することによって、エンジンの性能が測定・評価される。
【０００３】
ところで、エンジンベンチでは、シャフトにおいて特定の振動数（回転数）で共振が発生するおそれがある。共振ゲインは、固有振動数を頂点として大きくなり、その周辺振動数で共振現象が発生する。そこで従来は、シャフトの剛性やシャフトに連結した慣性の慣性値を調節することによって、共振を避けた領域で運転するよう、設計している。また、別の対策として、特許文献１は、軸にフライホイルを着脱自在に取り付けたり、剛性の異なるカップリングを用いたりすることによって共振域をずらしている。特許文献２は、共振点をアイドリング周波数以下に設定している。
【０００４】
しかし、特許文献１、特許文献２は共振点を運転領域からずらすだけなので、共振点をうまくずらせない場合には、運転領域に制限がかかったり、運転中の装置が破損したりするおそれがあった。
【０００５】
そこで、本願出願人は特許文献３において、共振そのものを抑制するシャフトを提案している。これを、図８に示す基本的なネジリ共振の系で説明する。同図に示す系では、シャフト３の両側に２つの回転円盤１、２が設けられている。シャフト３はネジリ剛性がｋ、減衰係数がｃであり、回転円盤１は慣性がＪ１、変位角がθ１であり、回転円盤２は慣性がＪ２、変位角がθ２である。この系の運動方程式は以下のように示される。
【０００６】
【数１】
この式の第２項から分かるように、角速度差が生じる部位に減衰機構を設置することで共振ゲインを抑えることができ、且つ、その角速度差が大きいほど減衰効果が大きくなる。そこで、特許文献３では、ネジリ共振時に角速度差が生じる部位に粘性体の封入空間を形成し、減衰を行っている。具体的には、図９に概念図を示すように、シャフト本体４の外側に円筒部材５を配置し、その片側の端部５ａのみをシャフト本体４の一方の端部に取り付けるとともに、シャフト本体４と円筒部材５との間に粘性体６を封入している。その結果、円筒部材５の他方側の端部５ｂとシャフト本体４との間には角速度差が生じ、その角速度差に伴って減衰効果が得られ、共振ゲインを抑制することができる。実際、特許文献３に示すシャフトを用いれば、共振ゲインを抑制する効果が得られることが試験結果から分かっている。そして、現状では、より大きな減衰効果が得られるシャフトが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平9-178616号公報
【特許文献２】特許3918435号
【特許文献３】特願2010-19860
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、より大きな減衰効果を得ることのできる動力伝達用シャフト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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、動力を伝達するシャフト本体と、前記シャフト本体と中心線が一致するように配置された多重の円筒部材と、を備え、前記多重の円筒部材は、前記シャフト本体の一方側の端部に片側の端部のみが固定された第１の円筒部材と、前記シャフトの他方側の端部に片側の端部のみが固定された第２の円筒部材とを有し、前記第１の円筒部材と第２の円筒部材との間には粘性体の封入空間が円筒状に形成されることを特徴とする動力伝達用シャフトを提供する。
【００１０】
本発明によれば、粘性体の封入空間が第１の円筒部材と第２の円筒部材との間に形成されている。第１の円筒部材はその片側の端部のみがシャフト本体の一方側の端部に取り付けられているので、その回転速度は略一様にシャフト本体の一方側の端部と同じ回転速度になる。一方、第２の円筒部材はその片側の端部のみがシャフト本体の他方側の端部に取り付けられているので、その回転速度は略一様にシャフト本体の他方側の端部と同じ速度になる。したがって、第１の円筒部材と第２の円筒部材に挟まれた円筒状の封入空間は、軸方向に全体にわたって一定の速度差（すなわち、第１の円筒部材の速度と第２の円筒部材の速度との差）になる。よって、封入空間では、ネジリ共振時に全体にわたって大きな回転速度差が生じることになり、大きな減衰効果が得られる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は請求項１において、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材が交互に複数設けられ、前記粘性体の封入空間が多重に形成されることを特徴とする。本発明によれば、粘性体の封入空間が多重に形成されるので、粘性体による減衰効果をさらに大きくすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は請求項１または２において、前記シャフト本体の表面に対向して配置された前記第１または第２の円筒部材と前記シャフト本体の表面との間には、前記粘性体が封入されることを特徴とする。本発明によれば、シャフト本体との間にも粘性体が封入されるので、この部分においても減衰効果を得ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は請求項１〜３のいずれか１において、前記動力伝達用シャフトは、エンジンの出力軸とダイナモメータの回転軸とを連結するシャフトであることを特徴とする。本発明はねじり振動が発生しやすいエンジン試験装置のシャフトとして特に有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シャフト本体の一方側の端部に取り付けた第１の円筒部材とシャフト本体の他方側の端部に取り付けた第２の円筒部材との間に粘性体の封入空間を形成するようにしたので、封入空間の内部には全体にわたって略一様な回転速度差が発生し、粘性体によって大きな減衰効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が適用されたエンジンベンチの概略構成図
【図２】第１の実施形態の動力伝達用シャフトを示す部分斜視図
【図３】第１の実施形態の動力伝達用シャフトを示す断面図
【図４】第２の実施形態の動力伝達用シャフトを示す断面図
【図５】第３の実施形態の動力伝達用シャフトを示す断面図
【図６】第４の実施形態の動力伝達用シャフトを示す断面図
【図７】第５の実施形態の動力伝達用シャフトを示す断面図
【図８】基本的なネジリ共振の系を示す図
【図９】別提案の動力伝達用シャフトを説明する概念図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に従って、本発明に係る動力伝達用シャフトの好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施の形態の動力伝達用シャフト（以下、単にシャフトという）５０が適用されたエンジン試験装置１０の概略構成図である。
【００１７】
同図に示すエンジン試験装置１０は、試験対象であるエンジン１２の性能を測定・評価する装置であり、主としてエンジン１２、ダイナモメータ１４、ダイナモ制御部１６、エンジン制御部１８、制御装置２０、及び、シャフト５０を含むシャフト部材３２で構成される。
【００１８】
エンジン１２は、架台２２に固定されており、その内部には燃焼室（不図示）が設けられる。燃焼室には空気吸引用の吸気管２４が接続されており、その吸気管２４には流入量調節用のスロットル２６が設けられる。また、燃焼室には排気管２８が接続されており、この排気管２８には排ガス浄化用の触媒装着部３０が設けられる。
【００１９】
エンジン１２は、その出力軸がシャフト部材３２を介してダイナモメータ１４に接続されている。シャフト部材３２は、本発明のシャフト５０（図２参照）を含む複数の軸部材が連結されることによって構成されている。また、シャフト部材３２にはトルクメータ３６が取り付けられ、このトルクメータ３６によってトルクが計測される。なお、本実施の形態は、トルクメータ３６によってトルクを計測するようにしたが、これに限定するものではなく、たとえばダイナモメータ１４の出力値からトルクを検出してもよい。また、トルクメータ３６の他に、クラッチ、変速機、各種の連結手段等を目的に応じて挿入してもよい。さらに、トルク以外のエンジン１２の状態（たとえば排ガスの温度など）を計測する手段を挿入してもよい。
【００２０】
ダイナモメータ１４は、エンジン１２に所定の負荷トルクを与える装置であり、電流・電圧を可変させることで負荷トルクを設定できるようになっている。ダイナモメータ１４としては、低慣性ダイナモメータを用いることが好ましく、低慣性ダイナモを用いることによって、低速回転から高速回転までの急激な回転数の変化に応じた安定した出力が得られる。
【００２１】
ダイナモメータ１４にはダイナモ制御部１６が接続されている。ダイナモ制御部１６は、ダイナモメータ１４に印加する電流・電圧を可変制御する手段であり、このダイナモ制御部１６で電流・電圧を可変制御することによって、ダイナモメータ１４に接続されたエンジン１２の負荷トルクが制御される。
【００２２】
一方、エンジン１２は、エンジン制御部１８に接続される。エンジン制御部１８は、スロットル開度や点火進角等の制御指令値をエンジン１２に与えることによって、エンジン１２を駆動制御する手段であり、通常はＥＣＵ、もしくはＥＣＵにバイパス回路を付加したエンジン制御回路で実現される。ＥＣＵの代わりに仮想ＥＣＵと称されるＤＳＰ（Digital Signal Processor）で実現してもよい。このエンジン制御部１８によってエンジン１２に制御パラメータ（たとえば所定のスロットル開度）が与えられる。これにより、エンジン１２が回転し、その回転がシャフト５０を介してダイナモメータ１４に伝達される。なお、エンジン制御部１８から与えられる制御パラメータとしては、回転数、スロットル開度の他、燃料注入量、空気注入量、燃料と空気の混合比、点火時間（ガソリンエンジンの場合）、燃料噴射制御方法（ジーゼルエンジンの場合）など様々なパラメータがある。
【００２３】
上述したダイナモメータ１４、ダイナモ制御部１６、エンジン制御部１８、トルクメータ３６は、制御装置２０に接続されている。制御装置２０には、トルクメータ３６からトルク・回転数などのデータが入力されるとともに、エンジン制御部１８からスロットル開度等の制御データが入力される。入力されたデータはメモリに一時的に格納された後、必要に応じて演算処理回路に出力され、トルク等が演算される。その際、各種信号処理回路によってノイズ除去などのデータ信号処理を行ってもよい。
【００２４】
なお、制御装置２０において、得られたデータからエンジンのモデルを作成したり、そのモデルを用いてシミュレーションを実行したりするようにしてもよい。また、制御装置２０において、各種の条件設定、たとえばスロットル開度、燃料噴射時期、点火進角、噴射時間、ＶＶＴ、ＥＧＲなどの制御パラメータや、吸気温度、排気温度、燃料注入量、空気注入量、ＮОＸ密度、ＨＣ密度、ＣО濃度、ＣО２濃度、燃料消費量、水温などの計測パラメータを設定するようにしてもよい。
【００２５】
次に本発明の特徴部分であるシャフト５０について説明する。図２は第１の実施形態のシャフト５０の内部構成を示す部分斜視図であり、一部分を切り欠いた状態を示している。また、図３は、シャフト５０の断面図である。
【００２６】
これらの図に示すようにシャフト５０は主として、シャフト本体５２、連結部材５３、多重円筒部材５４で構成されている。
【００２７】
シャフト本体５２は、動力（回転力）を入力側（モータ等）から出力側（ダイナモメータ等）に伝える部材であり、たとえばチタン６Ａｌ−４Ｖ合金やステンレス等の金属によって円柱状に形成されている。ここで、図３の左側を入力側、右側を出力側とする。なお、シャフト本体５２の材質は、上記に限定されるものではなく、カーボン等の他の材料であってもよい。
【００２８】
シャフト本体５２の両端はカップリング部材（不図示）を介して連結部材５３に取り付けられ、さらに連結部材５３が他の軸部材（不図示）に連結されている。カップリング部材の構成は特に限定するものではないが、たとえば板バネカップリング（たわみ継手）が用いられる。板バネカップリングの構成は図示しないが、円盤状に形成された一対の継手本体がボルト等によって連結されており、その継手本体の間には、リング状に形成された金属製の板ばねが設けられ、この板ばねが継手本体に固定される。このような板バネカップリングを用いることによって、板ばねで軸心のずれを調整することができるとともに、曲げモーメントを伝えずに軸トルクのみを伝えることができ、大きいトルクや高速回転に対応することができる。また、上記の如く構成された板バネカップリングは、簡単に着脱することができるので、後述の多重円筒部材５４をシャフト本体５２に容易に取り付けることができる。
【００２９】
多重円筒部材５４は、径の異なる複数の円筒部材が同心円状に配置された多重の筒構造になっており、この多重円筒部材５４にシャフト本体５２が挿通された状態で固定される。本実施の形態の多重円筒部材５４は４重の円筒構造になっており、２重の円筒構造の入力側円筒部材（第１の円筒部材に相当）５６と、２重の円筒構造の出力側円筒部材（第２の円筒部材に相当）５８とで構成される。
【００３０】
図３に示すように、入力側円筒部材５６は、径の異なる２つの筒部５６Ａと筒部５６Ｂを備えている。筒部５６Ａはその径がシャフト本体５２の外径よりも若干大きく形成されており、シャフト本体５２が挿通された状態で固定されている。また、筒部５６Ａはシャフト本体５２と同心円状に配置されており、シャフト本体５２の外周面と筒部５６Ａとの間には、円筒状の封入空間Ｘが形成される。この封入空間Ｘは、軸方向に且つ周方向に一定の隙間となるように形成されている。
【００３１】
入力側円筒部材５６の筒部５６Ｂは、筒部５６Ａと中心線が一致するように配置されている。また、筒部５６Ｂは、その径が出力側円筒部材５８の筒部５８Ａよりも大きく、且つ、筒部５８Ｂよりも小さく形成されており、取付状態において筒部５８Ａ、筒部５８Ｂの間に挿入される。
【００３２】
上述の筒部５６Ａと筒部５６Ｂは、その入力側（図３の左側）の端部のみがシャフト本体５２の入力側の端部に一体的に取り付けられており、反対側の端部は固定されずにフリーの状態になっている。なお、図３には、筒部５６Ａと筒部５６Ｂが一体品である例を示したが、これに限定するものではなく、別部材で構成してもよい。その場合、筒部５６Ａと筒部５６Ｂをシャフト本体５２の入力側の端部で一体的に取り付けるようにするとよい。
【００３３】
入力側円筒部材５６と同様に、出力側円筒部材５８は、径の異なる２つの筒部５８Ａと筒部５８Ｂを備えている。筒部５８Ａは、その径が入力側円筒部材５６の筒部５６Ａよりも若干大きく、且つ、入力側円筒部材５６の筒部５６Ｂよりも若干小さく形成されている。取付状態において筒部５８Ａは筒部５６Ａ、５６Ｂの間に挿入され、且つ、筒部５６Ａ、５６Ｂと同心円状に配置される。これにより、筒部５６Ａと筒部５８Ａとの間に円筒状の封入空間Ｙ１が形成されるとともに、筒部５６Ｂと筒部５８Ａとの間に円筒状の封入空間Ｙ２が形成される。封入空間Ｙ１と封入空間Ｙ２は、軸方向に且つ周方向に一定の隙間となるように形成されている。
【００３４】
出力側円筒部材５８の筒部５８Ｂは、筒部５８Ａと中心線が一致するように配置されている。また、筒部５８Ｂは、その径が入力側円筒部材５６の筒部５６Ｂよりも若干大きく形成されており、取付状態において筒部５６Ｂの外側に配置され、且つ、筒部５６Ｂと同心円状に配置される。これにより、筒部５６Ｂと筒部５８Ｂとの間には、円筒状の封入空間Ｙ３が形成される。封入空間Ｙ３は、軸方向にかつ周方向に一定の隙間となるように形成されている。
【００３５】
筒部５８Ｂは、筒部５８Ａよりよりも長く形成されており、その先端は入力側円筒部材５６よりの入力側まで延設されている。筒部５８Ｂの先端には円盤状の封止部材５８Ｄが設けられる。封止部材５８Ｄの中央には、シャフト本体５２が挿通される孔が形成されており、シャフト本体５２に対して若干の隙間を持って配置される。この封止部材５８Ｄを設けることによって、シャフト５０の回転時に、粘性体が遠心力によって封入空間Ｘや封入空間Ｙ１〜Ｙ３から漏洩することを防止できる。
【００３６】
筒部５８Ａと筒部５８Ｂは、その出力側（図３の右側）の端部のみがシャフト本体５２の出力側の連結部材５３に一体的に取り付けられており、反対側の端部は固定されずにフリーの状態になっている。なお、図３には、筒部５８Ａと筒部５８Ｂを一体品として示したが、これに限定するものではなく、別部材で構成してもよい。その場合、筒部５８Ａと筒部５８Ｂをシャフト本体５２の出力側の端部で一体的に取り付けるようにするとよい。また、本実施の形態では、筒部５８Ａと筒部５８Ｂを出力側の連結部材５３に固定したが、シャフト本体５２の出力側の端部に直接固定してもよい。
【００３７】
上述したように、多重円筒部材５４は、入力側円筒部材５６と出力側円筒部材５８から成り、入力側円筒部材５６と出力側円筒部材５８との間には円筒状の封入空間Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３が形成されている。また、入力側円筒部材５６とシャフト本体５２との間には円筒状の封入空間Ｘが形成されている。
【００３８】
これらの封入空間Ｙ１〜Ｙ３と封入空間Ｘにおいて隙間の大きさ（内周面と外周面の間隔）は特に限定するものではなく、様々な態様が可能である。ただし、内側の封入空間になるほど、隙間が小さくなるように設定することが好ましい。これにより、後述の減衰効果をより大きくすることができる。
【００３９】
上述した封入空間Ｙ１〜Ｙ３と封入空間Ｘは連通しており、同一の粘性体が封入される。粘性体の種類は特に限定するものではなく、振動を吸収できる程度の粘性（具体的には、隙間の大きさによって決定される粘度）が得られるものであればよく、たとえば高粘度のグリースが用いられる。グリースは、シャフト５０を組み立てる際、封入空間Ｙ１〜Ｙ３や封入空間Ｘになる位置に付着させておき、組み立てた後にはみ出たグリースを塗布することによって、封入空間Ｙ１〜Ｙ３に充填させることができる。
【００４０】
次に上記の如く構成されたシャフト５０の作用について説明する。
【００４１】
上述したようにシャフト本体５２には多重円筒部材５４が装着されており、シャフト本体５２の周囲には円筒状の封入空間Ｘと封入空間Ｙ１〜Ｙ３が形成されている。これらの封入空間Ｘと封入空間Ｙ１〜Ｙ３には粘性体が封入されており、その内周面側の回転速度と外周面側の回転速度との間に差が生じると、生じた回転速度差の大きさに応じて減衰効果が得られる。
【００４２】
ここで、シャフト５０にネジリ共振が発生する状態について説明する。ネジリ共振が発生する状態では、シャフト本体５２にねじれが生じており、シャフト本体５２の入力側と出力側で回転速度が異なっている。以下、シャフト本体５２の入力側の回転速度をω１、出力側の回転速度をω２として、封入空間Ｘや封入空間Ｙ１〜Ｙ３に生じる回転速度差について説明する。
【００４３】
シャフト本体５２は、軸方向において入力側から出力側へ、回転速度がω１からω２に徐々に変化している。その一方で、多重円筒部材５４の入力側円筒部材５６は、入力側の端部がシャフト本体５２の入力側の端部に固定されており、出力側の端部はフリーの状態（すなわち固定されていない状態）になっている。したがって、入力側円筒部材５６は全体（すなわち筒部５６Ａと筒部５６Ｂ）が略一様な回転速度ω１で回転する。これに対して、出力側円筒部材５８は、出力側の端部がシャフト本体５２の出力側の端部に固定されており、入力側の端部はフリーの状態になっている。したがって、出力側円筒部材５８は全体（すなわち筒部５８Ａと筒部５８Ｂ）が略一様な回転速度ω２で回転する。
【００４４】
ところで、封入空間Ｘは、シャフト本体５２の外周面と入力側円筒部材５６の筒部５６Ａとに挟まれている。上述したように、筒部５６Ａは略一様な回転速度ω１であるのに対して、シャフト本体５２はω１からω２へと変化している。このため、封入空間Ｘにおいて内周面と外周面との間で生じる回転速度差は、出力側の端部が｜ω１−ω２｜と大きいのに対して、入力側の端部では両方がω１であるために略零になっている。したがって、封入空間Ｘで得られる粘性体による減衰効果は、入力側の端部で小さくなり、全体としても減衰効果が略半減する。
【００４５】
これに対して、封入空間Ｙ１〜Ｙ３はそれぞれ、入力側円筒部材５６と出力側円筒部材５８とに挟まれている。上述したように、入力側円筒部材５６は略一様な回転速度ω１であり、出力側円筒部材５８は略一様な回転速度ω２である。このため、封入空間Ｙ１〜Ｙ３では、内周面と外周面との間の回転速度差が軸方向において常に｜ω１−ω２｜になる。したがって、封入空間Ｙ１〜Ｙ３では、軸方向のどの部分でも大きな回転速度差になり、全体としても大きな減衰効果が得られる。
【００４６】
このように本実施の形態は、入力側円筒部材５６の入力側端部のみをシャフト本体５２の入力側端部に固定し、出力側円筒部材５８の出力側端部のみをシャフト本体５２の出力側端部に固定したので、両者の間に形成される封入空間Ｙ１〜Ｙ３では、軸方向において一様な回転角度差｜ω１−ω２｜が発生し、全体として大きな減衰効果が得られる。特に本実施の形態では、多重円筒部材５４を４重にすることによって封入空間Ｙ１〜Ｙ３を３重に形成したので、３倍の減衰効果を得ることができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態では、封入空間Ｙ１〜Ｙ３のほかに封入空間Ｘを形成している。すなわち、シャフト本体５２と多重円筒部材５４との隙間を封入空間Ｘとして利用している。したがって、本実施の形態はさらに大きな減衰効果を得ることができる。なお、本実施の形態では、シャフト本体５２と多重円筒部材５４との隙間（封入空間Ｘ）にも粘性体を封入するようにしたが、これに限定するものではなく、封入空間Ｙ１〜Ｙ３のみに粘性体を充填するようにしてもよい。この点は以下の実施形態でも同様である。
【００４８】
また、上述した実施形態は、多重円筒部材５４を４重に構成し、封入空間Ｙ１〜Ｙ３を３重に形成したが、これに限定するものではなく、それ以上の多重の構成としてもよい。たとえば、図４に示す第２の実施形態のシャフト６０は、多重円筒部材６４が６重に構成されている。具体的に説明すると、入力側円筒部材５６は筒部５６Ａ、筒部５６Ｂのさらに外側に筒部５６Ｃが形成されており、この筒部５６Ｃは、筒部５６Ａ、５６Ｂとともにシャフト本体５２の入力側の端部に固定されている。また、筒部５６Ｃは、出力側円筒部材５８の筒部５８Ｂより大きく形成されており、筒部５６Ｃと筒部５８Ｂとの間には円筒状の封入空間Ｙ４が形成される。一方、出力側円筒部材５８は筒部５８Ａ、筒部５８Ｂのさらに外側に筒部５８Ｃが形成されており、この筒部５６Ｃは、筒部５８Ａ、５８Ｂとともにシャフト本体５２の出力側の端部に固定されている。また、筒部５８Ｃは、入力側円筒部材５６の筒部５６Ｂよりも大きく形成されており、筒部５８Ｃと筒部５６Ｂとの間には円筒状の封入空間Ｙ５が形成される。これらの封入空間Ｙ４、Ｙ５にも粘性体が封入されており、その内周面と外周面との回転速度差｜ω１−ω２｜に応じて減衰効果が得られる。このように構成されたシャフト６０によれば、封入空間Ｙ１〜Ｙ５が５重に形成されているので、さらに大きな減衰効果を得ることができる。
【００４９】
なお、上述した実施形態は、内周面と外周面の回転速度差が略一様となる円筒状の封入空間Ｙ１〜Ｙ５を複数設けたが、１つのみでもあってもよい。たとえば図５に示す第３の実施形態のシャフト７０は、多重円筒部材７４が２重に構成されている。多重円筒部材７４の入力側円筒部材５６は筒部５６Ａのみを備え、出力側円筒部材５８は筒部５８Ａのみを備えている。したがって、封入空間Ｙ１は、筒部５６Ａと筒部５８Ａとの間に１つのみ形成される。この場合にも回転速度差が略一様となるので、大きな減衰効果を得ることができる。なお、図５では省略したが、最も外側の筒部５８Ａの先端には、粘性体が封入空間Ｙ１から漏洩することを防止する漏洩防止手段を設けることが好ましい。漏洩防止手段としては、たとえば上述した実施形態ように円盤状の封止部材５８Ｄを設けたり、或いはラビリンス構造を設けたりする方法が考えられる。
【００５０】
また、上述した実施形態は、入力側円筒部材５６と出力側円筒部材５８が同じ数の筒部を有する例であるが、これに限定するものではなく、入力側円筒部材５６と出力側円筒部材５８の筒部の数が異なっていてもよい。たとえば、図６に示す第４の実施形態のシャフト８０は、多重円筒部材８４が３重に形成されており、入力側円筒部材５６が２つの筒部５６Ａ、５６Ｂを備え、出力側円筒部材５８は１つの筒部５８Ａのみを備えている。この場合にも、回転速度差が略一様となる封入空間Ｙ１、Ｙ２が形成されるので、大きな減衰効果を得ることができる。なお、図６の場合も図５の場合と同様に、最も筒部５６Ｂの先端に漏洩防止手段を設けることが好ましい。
【００５１】
また、上述した実施の形態では、シャフト本体５２の外側に封入空間Ｙ１〜Ｙ５を形成したが、これに限定するものではなく、シャフト本体５２の内側に形成してもよい。たとえば図７に示す第５の実施形態のシャフト９０は、シャフト本体９２が筒状に形成されており、その内部に多重円筒部材９４が挿入されている。多重円筒部材９４は、入力側円筒部材９６と、出力側円筒部材９８とから成り、入力側円筒部材９６は筒部９６Ａと筒部９６Ｂとを備え、出力側円筒部材９８は筒部９８Ａと筒部９８Ｂを備えている。なお、最も内側の筒部９８Ｂは円柱状であってもよい。また、最も内側の筒部９８Ｂの先端には、ラビリンス構造などの何らかの粘性体封止手段を設けることが好ましい。
【００５２】
入力側円筒部材９６の筒部９６Ａと筒部９６Ｂは入力側の端部のみがシャフト本体９２の入力側端部の内周面に固定され、出力側の端部は固定されないフリーの状態になっている。出力側円筒部材９８の筒部９８Ａと筒部９８Ｂは出力側の端部のみが連結部材５３を介してシャフト本体９２の出力側端部に固定されており、入力側の端部は固定されないフリーの状態になっている。なお、入力側の端部には、ラビリンス構造などの何らかの粘性体封止手段を設けることが好ましい。また、入力側円筒部材９６は、連結部材５３を介さずに筒部９８Ａと筒部９８Ｂをシャフト本体９２の出力側の端部に直接固定してもよい。
【００５３】
多重円筒部材９４は、筒部９６Ａ、筒部９８Ａ、筒部９６Ｂ、筒部９８Ｂの順に径が小さくなっており、それらの間には円筒状の封入空間Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３が形成されている。また、筒部９６Ａとシャフト本体９２との間には円筒状の封入空間Ｘが形成されている。これらの封入空間Ｙ１〜Ｙ３と封入空間Ｘには粘性体が充填され、筒部９８Ｂの先端に設けた円盤状の封止部材９８Ｄによって封止されている。このように構成されたシャフト９０の場合にも、内周面と外周面との速度差が略一様な円筒状の封入空間Ｙ１〜Ｙ３が形成されるので、大きな減衰効果を得ることができる。
【００５４】
なお、上述した実施形態は、封入空間Ｘと封入空間Ｙ１〜Ｙ５をそれぞれ連通するように形成したが、これに限定するものではなく、各封入区間Ｘ、Ｙ１〜Ｙ５を区切ってもよい。また、上述した実施形態は、全ての封入空間Ｘ、Ｙ１〜Ｙ５に同一の粘性体を封入したが、これに限定するものではなく、たとえば粘度の異なる粘性体を封入するようにしてもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態は本発明をエンジン試験装置に適用した例であるが、本発明はこれに限定するものではなく、他の動力伝達用シャフトに適用してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０…エンジン試験装置、１２…エンジン、１４…ダイナモメータ、１６…ダイナモ制御部、１８…エンジン制御部、２０…制御装置、３４…シャフト部材、５０…（第１の実施形態の）シャフト、５２…シャフト本体、５３…連結部材、５４…多重円筒部材、５６…入力側円筒部材、５６Ａ〜５６Ｃ…筒部、５８…出力側円筒部材、５８Ａ〜５８Ｃ…筒部、５８Ｄ…封止部材、６０…（第２の実施形態の）シャフト、６４…（第２の実施形態の）多重円筒部材、７０…（第３の実施形態の）シャフト、７４…（第３の実施形態の）多重円筒部材、８０…（第４の実施形態の）シャフト、８４…（第４の実施形態の）多重円筒部材、９０…（第５の実施形態の）シャフト、９２…（第５の実施形態の）シャフト本体、９４…（第５の実施形態の）多重円筒部材、９６…（第５の実施形態の）入力側円筒部材、９６Ａ〜９６Ｂ…（第５の実施形態の）筒部、９８…（第５の実施形態の）出力側円筒部材、９８Ａ〜９８Ｂ…（第５の実施形態の）筒部、９８Ｄ…（第５の実施形態の）封止部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力を伝達するシャフト本体と、
前記シャフト本体と中心線が一致するように配置された多重の円筒部材と、を備え、
前記多重の円筒部材は、前記シャフト本体の一方側の端部に片側の端部のみが固定された第１の円筒部材と、前記シャフトの他方側の端部に片側の端部のみが固定された第２の円筒部材とを有し、前記第１の円筒部材と第２の円筒部材との間には粘性体の封入空間が円筒状に形成されることを特徴とする動力伝達用シャフト。
【請求項２】
前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材が交互に複数設けられ、前記粘性体の封入空間が多重に形成されることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達用シャフト。
【請求項３】
前記シャフト本体の表面に対向して配置された前記第１または第２の円筒部材と前記シャフト本体の表面との間には、前記粘性体が封入されることを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達用シャフト。
【請求項４】
前記動力伝達用シャフトは、エンジンの出力軸とダイナモメータの回転軸とを連結するシャフトであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の動力伝達用シャフト。
【請求項１】
動力を伝達するシャフト本体と、
前記シャフト本体と中心線が一致するように配置された多重の円筒部材と、を備え、
前記多重の円筒部材は、前記シャフト本体の一方側の端部に片側の端部のみが固定された第１の円筒部材と、前記シャフトの他方側の端部に片側の端部のみが固定された第２の円筒部材とを有し、前記第１の円筒部材と第２の円筒部材との間には粘性体の封入空間が円筒状に形成されることを特徴とする動力伝達用シャフト。
【請求項２】
前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材が交互に複数設けられ、前記粘性体の封入空間が多重に形成されることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達用シャフト。
【請求項３】
前記シャフト本体の表面に対向して配置された前記第１または第２の円筒部材と前記シャフト本体の表面との間には、前記粘性体が封入されることを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達用シャフト。
【請求項４】
前記動力伝達用シャフトは、エンジンの出力軸とダイナモメータの回転軸とを連結するシャフトであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の動力伝達用シャフト。
【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２０１３−３６８０９（Ｐ２０１３−３６８０９Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１８７９（Ｐ２０１１−１７１８７９）
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００１２７５７０）株式会社エー・アンド・デイ (136)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００１２７５７０）株式会社エー・アンド・デイ (136)
【Ｆターム（参考）】
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