トーションダンパ
トーションダンパは回転系のねじり振動を減衰させる機械要素であり、ばね要素と減衰要素でトルク脈動を吸収し、共振やギヤ鳴き、軸の疲労を抑える。内燃機関や電動機の回転むら、変速機・駆動系のバックラッシュ起因の角速度変動を取り込み、摩擦・粘性で熱に変換して振幅を低減する。自動車のクランクプーリ、クラッチディスク、デュアルマスフライホイール、産業機械主軸に用いられる。
目的と機能
トーションダンパの目的は回転速度の変動を平滑化し、共振域での角変位とねじり応力を抑えることである。ピーク共振倍率を下げる一方、過大な減衰は効率低下や発熱を招く。NVHの改善、歯車打音の低減、摩耗抑制、寿命延長に寄与する。
基本原理
回転1自由度系ではJθ¨+cθ̇+kθ=T_ex、固有角速度ω_n=√(k/J)、減衰比ζ=c/(2√(kJ))で表す。加振次数が固有に一致すると共振が生じるため、kとJで固有を移動し、ζでピークを抑える。摩擦型は速度非依存、粘性型は速度比例、粘弾性型は周波数依存の複素ばね特性を示す。
構造と種類
トーションダンパの主な構造は、(1)ゴムせん断式（金属ハブと慣性リング間にNBR/HNBRを介在）、(2)ばね・摩擦式（コイルばねと摩擦ワッシャで段付き特性を作る）、(3)粘性流体式（密封ハウジング内のシリコーンオイルで慣性リングをせん断）である。必要トルク、温度域、許容スペース、コストで使い分ける。
代表的な適用例
自動車ではクランクプーリ減衰器、クラッチディスク、デュアルマスフライホイール、トランスミッション入力のラトル対策に使う。産業機械ではコンプレッサ・ポンプ駆動、工作機械主軸のトルクむら平滑化に適用する。電動化に伴う高周波トルク脈動や回生時の反転にもトーションダンパは有効である。
設計パラメータと選定
主要パラメータは、ねじりばね定数k、減衰係数c、回転慣性J、許容ねじり角θ_max、トルク容量T_capである。選定の基本手順を以下に示す。
- 起振源のトルクスペクトルを取得する。
- 目標回転域で固有と次数線の交点を確認し、kとJのレンジを決める。
- タイプ（ゴム・粘性・摩擦）を絞り、cとヒステリシス量を設定して試作検証する。
材料・耐久
ゴム系はNBR/HNBR/ACMを用い、環境に応じ配合を選ぶ。粘性流体はシリコーンオイルが一般的で、粘度は周波数帯域と温度特性で決める。ばね・摩擦系はSUP系ばね鋼や焼結摩擦材を用い、表面処理で強度と耐摩耗を確保する。劣化はゴム硬化・クリープ、油漏れ、摩耗粉、接触腐食が主因であり、シールと放熱、グリース選定が重要である。
解析と評価
1〜2自由度の等価系から始め、多自由度・非線形摩擦へ拡張する。周波数応答やオーダートラッキングで設計値を検証し、実験では角度—トルクヒステリシスと耐久試験を実施する。評価指標は共振倍率、角変位RMS、音圧、発熱安定性である。
取付と保全
偏心や芯ずれは効果低下と異音の原因であるため、同心度と動バランスを管理する。指定締付トルクと位置決めを遵守し、ガタを残さない。点検ではクラック、ゴムの硬化・膨潤、シールのにじみ、ワッシャ磨耗を確認し、異常振動や温度上昇がある場合はトーションダンパの能力低下を疑い交換する。