(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記外側環状部は、前記中間環状部から延びる第1外側環状部と、その第1外側環状部から延び、前記シャフトの軸方向に傾斜又は湾曲する第2外側環状部と、その第2外側環状部から延び、外周縁部分に前記マス部が設けられる第3外側環状部とを有していることを特徴とする請求項1に記載のフライホイール。
前記外側環状部には、その内周寄りの部分に貫通孔が設けられており、前記各円板部材の外周部は前記貫通孔よりも内周側部分に至るまで延設されていることを特徴とする請求項4に記載のフライホイール。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
このように弾性円板とクランクシャフトとの連結部分に円板部材を設けることで、それがない構成に比べれば、弾性円板の回転中心側の剛性は高まる。
【0007】
しかしながら、弾性円板の両面のうち一方の側にのみ円板部材が設けられるだけの従来の構成では、弾性円板の剛性の確保がいまだ不十分であり、より一層の剛性向上が求められている。
【0008】
そこで、本発明は、弾性円板の剛性をより一層向上させることができるフライホイールを得ることを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決すべく、以下の手段を採用した。
【0010】
請求項1に記載の発明のフライホイールでは、回転機のシャフトの端部に固定され、前記シャフトに作用する振動を吸収する弾性円板と、前記弾性円板の外周部に設けられたマス部と、前記弾性円板と重ね合わされた状態で当該弾性円板とともに前記シャフトの端部に固定される第1円板部材と、前記弾性円板を挟んで前記第1円板部材の反対側で前記弾性円板に重ね合わされ、その状態で前記弾性円板及び前記第1円板部材とともに前記シャフトの端部に固定される第2円板部材と、を備え、前記弾性円板は、平坦な円板状に形成され、前記シャフトに取り付けられる取付円板部と、その取付円板部の外周部から延び、前記シャフトの軸方向に傾斜又は湾曲する中間環状部と、その中間環状部の外周部から前記マス部まで延びる外側環状部と
、を有し、前記第1円板部材及び第2円板部材は
、外周縁が前記マス部よりも内周側に設けられており、前記取付円板部に当接する当接円板部と、その当接円板部の周囲に設けられ、前記中間環状部に沿うように形成された外周部と
、を有していることを特徴とする。
【0011】
この請求項1に記載の発明によれば、弾性円板の一方の側にのみ円板部材が設けられるだけの従来の構成と異なり、弾性円板はその両側に円板部材が重ね合わされた状態でシャフトに固定される。つまり、弾性円板の取付円板部及びその周囲の中間環状部に沿った形状をなす当接円板部及び外周部が、その取付円板部及び中間環状部に当接しつつそれらを挟んだ状態となっている。
【0012】
ここで、回転するシャフトに振動が作用して弾性円板が弾性変形すると、弾性円板の取付円板部や中間環状部を含む回転中心寄りの部分には、その弾性変形による応力が集中しやすい。特に、回転中心側にかかる応力は外周側に比べて大きいため、中間環状部には相当な応力が作用する。
【0013】
その点、本発明では、弾性円板の取付円板部だけでなく中間環状部も含めた範囲が、第1円板部材及び第2円板部材によって挟まれた状態となっているため、中間環状部を含めた範囲の弾性変形が両側の円板部材によって受け止められる。これにより、応力負荷の大きい中間環状部における剛性を高め、弾性円板の耐久性を高めることができる。
【0014】
請求項2に記載の発明では、請求項1において、前記外側環状部は、前記中間環状部から延びる第1外側環状部と、その第1外側環状部から延び、前記シャフトの軸方向に傾斜又は湾曲する第2外側環状部と、その第2外側環状部から延び、外周縁部分に前記マス部が設けられる第3外側環状部とを有していることを特徴とする。
【0015】
この請求項2に記載の発明の構成では、弾性円板において、前記シャフトの軸方向に傾斜又は湾曲する部分は、中間環状部だけでなく、それよりもさらに外周寄りの部分に第2外側環状部がある。その場合でも、中間環状部についてはその両側に円板部材が設けられているものの、第2外側環状部には円板部材が設けられていない。これは、第2外側環状部は中間環状部よりも外周側にあるため、そこにかかる応力の大きさは中間環状部ほどではなく、逆にその第2外側環状部までその両側に円板部材を設けた構成を採用すると、かえって弾性円板の弾性力を低下させしまうことになる。そこで、傾斜又は湾曲する部分が複数あっても、応力負荷の大きい回転中心寄りの部分にだけ、その両側に円板部材が設けられていることにより、剛性を高めつつ弾性力を維持することができる。
【0016】
請求項3に記載の発明では、請求項2において、前記マス部は、前記第1外側環状部よりも外周側にのみ設けられていることを特徴とする。
請求項
4に記載の発明では、請求項
1乃至3のいずれか1項において、前記各円板部材の外周部は、前記弾性円板の前記外側環状部に至るまで延設されていることを特徴とする。
【0017】
この請求項
4に記載の発明によれば、前記各円板部材の外周部は、前記弾性円板の前記外側環状部に至るまで延設されているため、中間環状部と外側環状部との境界部分も円板部材による受け止め領域となる。このような境界部分でも応力負荷が比較的大きいことから、その部分が円板部材によって受け止められることにより、弾性円板の剛性を高め、耐久性をより向上させることができる。
【0018】
請求項
5に記載の発明では、請求項
4において、前記外側環状部には、その内周寄りの部分に貫通孔が設けられており、前記各円板部材の外周部は前記貫通孔よりも内周側部分に至るまで延設されていることを特徴とする。
【0019】
この請求項
5に記載の発明によれば、弾性円板の外側環状部は貫通孔の存在により撓みやすくなるところ、各円板部材の外周部がその貫通孔の内周側の部分に至るまで(つまり、その手前まで)延設されていることにより、その貫通孔の機能を阻害しない。また、外側環状部において、貫通孔よりも内周側部分も円板部材の外周部によって両側から挟まれることにより、その部分での剛性が高められる。
【0020】
請求項
6に記載の発明では、請求項1乃至
5のいずれか1項において、前記各円板部材の外周部は、前記弾性円板の側の縁部が当該弾性円板から徐々に遠ざかるように形成されていることを特徴とする。
【0021】
円板部材の外周縁部について、その弾性円板側が角張った状態であると、振動吸収のために弾性円板が変形した場合に、その角張った部分と弾性円板とが衝突して弾性円板に傷が付き、その傷が弾性円板を破損させる原因となりかねない。その点、請求項
6に記載の発明によれば、円板部材の外周縁部は弾性円板から徐々に遠ざかるように形成されているため、角張った状態となっていない。これにより、各円板部材の外周縁部との衝突によって弾性円板に傷が生じることを抑制し、弾性円板の耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明について、回転機として車両の内燃機関(エンジン)を想定し、そのクランクシャフトに連結されるフレキシブルフライホイールに適用した実施の形態について、
図1乃至
図3を参照しつつ説明する。
図1は、フレキシブルフライホイールの断面図であり、
図2はそのフレキシブルフライホイールの分解斜視図である。また、
図3は、
図1において一点鎖線で囲まれたA部分についての拡大図である。
【0024】
はじめに、フレキシブルフライホイールの基本的構成について説明する。
【0025】
図1及び
図2に示すように、フレキシブルフライホイール10は、弾性円板としてのフレキシブルプレート11と、イナーシャリング12とを有して構成されている。フレキシブルフライホイール10は、そのフレキシブルプレート11の中央部において、クランクシャフトSの先端部に締結ボルトB1でボルト締めされることにより、クランクシャフトSに固定される。フレキシブルプレート11の中央部には、円形状をなす位置決め孔11aが形成されている。その位置決め孔11aにクランクシャフトSの先端突部Saを挿入することにより、クランクシャフトSの回転中心とフレキシブルプレート11の中心とが同一となるように位置決めがなされる。
【0026】
フレキシブルプレート11は鉄等の金属製であり、全体として円板形状をなしている。このフレキシブルプレート11は、取付円板部21、環状隆起部22及び外縁環状部23を有している。取付円板部21は、平坦な円板状に形成され、クランクシャフトSの先端取付面よりも大きい径を有している。取付円板部21の中央部には、前記位置決め孔11aが形成されている。
【0027】
環状隆起部22は、クランクシャフトSの軸方向における当該クランクシャフトSが存在する側(エンジンが存在する側)とは反対側(以後「表側」という。)からみて、隆起した状態に形成されている。環状隆起部22は、取付円板部21の周囲に環状をなすように設けられ、内側テーパ部24、環状平面部25及び外側テーパ部26を有している。
【0028】
内側テーパ部24は、取付円板部21の外周部から延び、表側へ向けて傾斜している。環状平面部25は、その内側テーパ部24の外周部から延び、前記取付円板部21と平行をなしている。外側テーパ部26は、環状平面部25の外周部から延び、クランクシャフトSの軸方向における当該クランクシャフトSが存在する(エンジンが存在する)側(以後「裏側」という。)へ向けて傾斜している。
【0029】
外縁環状部23は、外側テーパ部26の外周側から延びるように形成されたフレキシブルプレート11の外縁部分であり、取付円板部21と平行をなしている。なお、本実施の形態では、内側テーパ部24が中間環状部に相当し、環状隆起部22及び外縁環状部23により外側環状部が構成されている。また、環状平面部25が第1外側環状部に、外側テーパ部26が第2外側環状部に、外縁環状部23が第3外側環状部にそれぞれ相当する。
【0030】
環状平面部25には、板厚方向に貫通する貫通孔である応力緩和孔27aが、周方向全域にわたって多数設けられている。また、外縁環状部23にも同様に多数の応力緩和孔27bが設けられている。これら応力緩和孔27a,27bの形状、大きさ、数等を工夫することにより、第1プレート13の撓みやすさが任意に調整され、フレキシブルプレート11に作用する応力が緩和される。
【0031】
取付円板部21には内側ボルト挿通孔28が、外縁環状部23には外側ボルト挿通孔29がそれぞれ設けられている。これらボルト挿通孔28,29はいずれも複数(
図2では8個)設けられており、それらが等間隔で環状に配置されている。
【0032】
他方、イナーシャリング12は鋳鉄製であり、円環状に形成されてなる。イナーシャリング12の環状部分はマス部31となっており、フレキシブルフライホイール10が回転した場合には、そのマス部31の重量によって比較的大きな慣性力モーメントが得られるようになっている。
【0033】
図1に示すように、マス部31の裏側には取付け溝32が形成されている。取付け溝32は、フレキシブルプレート11がその取付け溝32内に収まるように、フレキシブルプレート11の大きさに合わせて形成されている。また、取付け溝32の底面部分には、雌ねじが形成されたボルト孔33が設けられている。このボルト孔33は、フレキシブルプレート11における外縁環状部23の外側ボルト挿通孔29と同じ数が設けられ、それらが等間隔で配置されている。
【0034】
そして、イナーシャリング12の取付け溝32にフレキシブルプレート11をはめ込んだ後、外側ボルト挿通孔29とボルト孔33との位置を合わせた上で、締結ボルトB2により、フレキシブルプレート11とイナーシャリング12とが連結される。この場合、締結ボルトB2により、フレキシブルプレート11の裏側からボルト締めされる。これにより、両者が一体化してなるフレキシブルフライホイール10が得られる。
【0035】
かかるフレキシブルフライホイール10では、フレキシブルプレート11の裏面(
図1の左側の面)がクランクシャフトSとの取付面となっている。したがって、フレキシブルフライホイール10は、次のようにしてクランクシャフトSに固定される。
【0036】
すなわち、取付円板部21の裏面をクランクシャフトSの端面に当接させ、締結ボルトB1を取付円板部21の内側ボルト挿通孔28に挿通してボルト締めすることにより、フレキシブルフライホイール10がクランクシャフトSに固定される。このクランクシャフトSへの固定では、締結ボルトB1により、フレキシブルプレート11の表側からボルト締めされる。このボルト締め方向は、外周側でイナーシャリング12と連結する場合のボルト締め方向と逆方向となっている。
【0037】
以上がフレキシブルフライホイール10の基本的構成であり、この実施形態のフレキシブルフライホイール10は、かかる基本的構成に加えて、次のような構成を備えている。
【0038】
すなわち、
図1に示すように、フレキシブルフライホイール10をクランクシャフトSの端部に固定する上で、フレキシブルプレート11の表裏両側には、一対のセンタープレート41,51が設けられている。つまり、フレキシブルプレート11は、その取付円板部21及びその周辺部分がこの両センタープレート41,51によって挟まれ、その状態で締結ボルトB1によってクランクシャフトSの端部に固定されている。
【0039】
この両センタープレート41,51は鉄等の金属材料により、全体として円板形状をなしている。なお、以後の説明において、各センタープレート41,51を区別して説明する場合には、フレキシブルプレート11の表側に設けられるものを第1センタープレート41とし、裏側に設けられるものを第2センタープレート51とする。第1センタープレート41は第1円板部材に相当し、第2センタープレート51は第2円板部材に相当する。
【0040】
各センタープレート41,51の径は、フレキシブルプレート11の取付円板部21及び内側テーパ部24を合わせた径よりも大きくなっている。また、各センタープレート41,51は、取付円板部21及び内側テーパ部24に沿うような形状を有しており、それにより中央円板部42,52、第1外周部43,53及び第2外周部44,54に区分される。なお、この実施の形態では、中央円板部42,52が当接円板部に相当し、第1外周部43,53及び第2外周部44,54により外周部が構成されている。
【0041】
それぞれの中央円板部42,52は、フレキシブルプレート11の取付円板部21と同一径を有し、平坦な円板形状をなしている。各中央円板部42,52の中央部には、フレキシブルプレート11の位置決め孔11aと同一径となる中央円形孔42a,52aが形成されている。各中央円形孔42a,52aは、各センタープレート41,51の位置決め用の孔として、クランクシャフトSの先端突部Saが挿入される。各中央円板部42,52には、取付円板部21の内側ボルト挿通孔28と同じ数のボルト挿通孔45,55が設けられている。第1外周部43,53は、その中央円板部42,52の外周側に環状に設けられ、
図3に示すように、フレキシブルプレート11の内側テーパ部24と同じ幅かつ同じ傾斜角度をなすように形成されている。
【0042】
第2外周部44,54は、各センタープレート41,51の外周縁部分であり、第1外周部43,53の外周側に環状に設けられている。この第2外周部44,54は、中央円板部42,52と平行な状態に形成されている。このため、各センタープレート41,51がフレキシブルプレート11に重ね合わされると、第2外周部44,54は、フレキシブルプレート11の環状平面部25に当接する。したがって、その重なり合った状態では、各センタープレート41,51の外周縁は、第2外周部44,54により、フレキシブルプレート11の内側テーパ部24から環状平面部25の内周寄りの部分に至るまで、延設された状態となっている。
【0043】
第2外周部44,54の端縁部のうち、フレキシブルプレート11と当接する側、すなわち第1センタープレート41の第2外周部44はその裏面側が、第2センタープレート51の第2外周部54はその表面側が、フレキシブルプレート11から徐々に遠ざかって離れるように形成されている。これにより、それら端縁部分はアール部46,56となって、周方向全域にわたって設けられている。
【0044】
フレキシブルプレート11をクランクシャフトSの端面に固定する場合には、第1センタープレート41はその裏面をフレキシブルプレート11の表面に、第2センタープレート51はその表面をフレキシブルプレート11の裏面に当接させて重ね合わせる。これにより、フレキシブルプレート11の取付円板部21、内側テーパ部24及び環状平面部25の内周寄りの部分は両センタープレート41,51によって挟まれ、かつその部分では
図1及び
図3に示すように相互に面接触した状態となる。その状態で、締結ボルトB1を各センタープレート41,51のボルト挿通孔45,55及び取付円板部21の内側ボルト挿通孔28に挿通し、その締結ボルトB1によってフレキシブルプレート11がボルト締めされる。
【0045】
このように本実施の形態のフレキシブルフライホイール10では、フレキシブルプレート11は2つのセンタープレート41,51によって挟まれ、その状態でクランクシャフトSの端部に固定されている。
【0046】
次に、以上のような構成を有するフレキシブルフライホイール10の作用を説明する。
【0047】
クランクシャフトSの端部にフレキシブルフライホイール10が設けられているため、イナーシャリング12のマス部31によって慣性モーメントが生じ、それによりクランクシャフトSの安定した回転動作が得られる。そして、エンジンの駆動に起因してクランクシャフトSに曲げ振動等が作用すると、フレキシブルプレート11が弾性変形し、その曲げ振動等を吸収して減衰する。これにより、クランクシャフトSの安定した回転動作を得つつ、振動等が抑制される。
【0048】
ここで、フレキシブルプレート11が弾性変形して振動を吸収する場合に、そのフレキシブルプレート11のうちクランクシャフトSの回転中心寄りの内周側部位に作用する応力は、外周側部位と比較すれば相当なものとなる。その内周側部位(より詳しくは、取付円板部21、内側テーパ部24及び環状平面部25の内周側部分)でも、特に内側テーパ部24には応力が集中しやすい。
【0049】
この点、フレキシブルフライホイール10では、フレキシブルプレート11の内周側部位が2つのセンタープレート41,51によって挟まれ、各センタープレート41,51と面接触した状態となっている。このため、その内周側部位に応力が作用して変形しようとすれば、その変形が両側の各センタープレート41,51によって受け止められる。これにより、応力負荷の大きい内側テーパ部24を含む内周側部位における剛性を高め、フレキシブルプレート11の耐久性を高めることができる。
【0050】
そして、このように各センタープレート41,51がフレキシブルプレート11の変形を受け止めるにあたり、第2外周部44,54のアール部46,56により、外周縁が角張った場合と異なり、フレキシブルプレート11に傷が付くことが抑制される。
【0051】
以上詳述した本実施の形態のフレキシブルフライホイール10によれば、以下の優れた効果が得られる。
【0052】
前述したように、フレキシブルプレート11の内周側部位が2つのセンタープレート41,51によって挟まれ、各センタープレート41,51と面接触した状態となっている。これにより、クランクシャフトSの曲げ振動等を弾性変形によって吸収するフレキシブルプレート11について、その耐久性を高めることができる。
【0053】
フレキシブルプレート11は、内側テーパ部24と外側テーパ部26という2つの傾斜部分を有しているが、外側テーパ部26の部分にはセンタープレート41,51が設けられていない。外側テーパ部26は内側テーパ部24よりも外周側にあり、そこにかかる応力の大きさは内側テーパ部24ほどではない。逆に、その外側テーパ部26に至るまでセンタープレート41,51を拡張すると、かえってフレキシブルプレート11の弾性力を低下させてしまう。このように、応力負荷の大きい回転中心寄りの内側テーパ部24にだけ、その両側にセンタープレート41,51が設けられているため、剛性を高めつつ弾性力を維持することができる。
【0054】
各センタープレート41,51は第2外周部44,54を有するため、内側テーパ部24と環状平面部25との境界部分も各センタープレート41,51による受け止め領域となる。このような境界部分でも応力負荷が比較的大きいことから、その部分の変形が各センタープレート41,51によって受け止められることにより、フレキシブルプレート11の剛性を高め、耐久性をより向上させることができる。
【0055】
フレキシブルプレート11の環状平面部25に応力緩和孔27aが形成されていることにより、その部分では撓みやすい状態に形成されている。これにより、フレキシブルプレート11の振動吸収性能が高められている。そして、各センタープレート41,51の第2外周部44,54はその応力緩和孔27aの内周側の部分(つまり、その手前)にとどめられているため、その応力緩和孔27aが第2外周部44,54によって塞がれていない。これにより、第2外周部44,54が環状平面部25に至るまで形成されていても、応力緩和孔27aの機能は阻害されない。
【0056】
また、環状平面部25において、応力緩和孔27aよりも内周側部分が第2外周部44,54によって両側から挟まれているため、その部分での剛性が高められる。応力緩和孔27aの形成により、撓みやすさが付与される一方で、過大な応力負荷が作用した場合には、応力緩和孔27aの内周側部分において径方向への亀裂が発生しやすい。その点、第2外周部44,54により応力緩和孔27aの内周側部分の剛性が高められているため、過大な応力負荷がかかっても、その内周側部分で径方向の亀裂ではなく、両センタープレート41,51で挟まれた領域内で生じる環状亀裂に亀裂の発生部位を誘導できる。
【0057】
各センタープレート41,51の第2外周部44,54では、フレキシブルプレート11との当接側がアール部46,56とされ、角張った状態となっていない。これにより、衝撃吸収時に、各センタープレート41,51とフレキシブルプレート11との衝突によって、フレキシブルプレート11に傷が付くことが抑制され、フレキシブルプレート11の耐久性を向上させることができる。
【0058】
[他の実施形態]
(1)本実施の形態では、各センタープレート41,51について、第1外周部43,53の外周側に第2外周部44,54を有する構成としたが、この第2外周部44,54を省略した構成を採用してもよい。かかる構成によっても、応力が集中しやすい内側テーパ部24は各センタープレート41,51で挟まれた状態となる。そのため、取付円板部21だけをセンタープレート41,51で挟む構成と比較すれば、フレキシブルプレート11の剛性を高めることができる。もっとも、剛性向上という点では、本実施の形態のように第2外周部44,54を有する構成が好適である。
【0059】
(2)本実施の形態では、各センタープレート41,51について、第1外周部43,53及び第2外周部44,54が周方向全域にわたって設けられているが、周方向の一部を切り欠いた状態のものとしてもよい。周方向の一部が切り欠かれた状態にあっても、第1外周部43,53や第2外周部44,54が環状に設けられた構成であれば、フレキシブルプレート11の弾性変形を受け止めることができる。もっとも、剛性向上という点では、本実施の形態のように周方向全域にわたり、第1外周部43,53及び第2外周部44,54を有する構成が好適である。
【0060】
(3)本実施の形態では、フレキシブルプレート11と各センタープレート41,51とは直接当接して重ね合される構成としたが、それぞれの間に防振ゴム等の緩衝部材を介在させてもよい。これにより、間に介在する緩衝部材により、フレキシブルプレート11とセンタープレート41,51との擦れが抑制され、フレキシブルプレート11への傷付きをより一層抑制することができる。
【0061】
(4)本実施の形態では、フレキシブルプレート11の両側に各1枚のセンタープレート41,51が設けられる構成としたが、両側又は一方の側にそれぞれ複数枚のセンタープレート41,51が設けられる構成を採用してもよい。この場合、センタープレート41,51の枚数を増加させることにより、フレキシブルプレート11の剛性向上に寄与できる。もっとも、センタープレート41,51の枚数を増加させれば、その分、フレキシブルプレート11の内周側部位での弾性力を低下させることを考慮する必要がある。
【0062】
(5)本実施の形態では、フレキシブルプレート11は、中間環状部としての内側テーパ部24及び第2外側環状部としての外側テーパ部26を有しているが、中間環状部や第2外側環状部としては、直線状に傾斜するのではなく、クランクシャフトSの軸方向に湾曲した形状をなすようにしてもよい。
【0063】
(6)本実施の形態では、各センタープレート41,51について、その第2外周部44,54にはアール部46,56が設けられているが、このアール部46,56をなくして角張った形状としてもよい。もっとも、フレキシブルプレート11が傷つくことを抑制する上では、アール部46,56を有する構成とした方が好適となる。
【0064】
(7)本実施の形態では、回転機として車両の内燃機関(エンジン)を想定したが、本発明の適用についてはそれに限定されるものではなく、慣性モーメントを利用した回転の安定化や回転エネルギの保存等を図る目的で用いられるのであれば、例えばプレス機械などその適用対象は任意である。