JP2005165152A - 音源構造体のノイズ低減方法およびノイズ低減構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 音源構造体用として充分な制振すなわちノイズ低減効果を得ることができる音源構造体のノイズ低減方法およびノイズ低減構造を提供する。
【解決手段】 音源構造体としてのトランスミッションケース１０の制振対象面に第１層として制振塗料層２０が設けられ、該第１層の外側に第２層として、前記制振対象面の面方向における伸縮特性が第１層とは異なる制振材３０が積層されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車のエンジンやトランスミッション等の音源構造体のノイズ低減方法およびノイズ低減構造に関する。

従来から、自動車のエンジンやトランスミッション等の音源構造体から外部に放射されるノイズを低減する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、自動車に搭載されるエンジンの鋼板製オイルパンに対して制振塗料を所定の形状に塗布して、重量の増加を抑えつつ振動の低減を図った技術が開示されている。

また、特許文献２には、従来技術として、圧電素子を制振対象物に接着剤で貼り付けることによるパッシブ制振技術、およびこれを改善すべく、圧電素子の作動軸方向の両端にこれよりも弾性率が大きい接続部材が配されると共に、板ばねにより圧電素子に初期圧が与えられて構成された圧電制振ユニットを、接続部材を介して皿ねじにより被制振材に取り付け、被制振材の振動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより制振を図る技術、および圧電制振ユニットに複数の圧電素子を含ませ、その一部を振動検出に用い、残りを被制振材の振動を能動的に制御するアクチュエータとして用いる技術が開示されている。

さらに、音源構造体ではないが、特許文献３には、特に自動車の下回りのシート金属等の基材に、振動吸収、防錆、耐摩耗性を図る目的で、内側にゲル又は硬化後に被覆層よりも柔らかく且つより厚い内層と、外側にそれより硬く薄い被覆層を配した２層コーティングを施す技術が開示されている。

特開平１１−２３６９４３号公報 特開２０００−３５７８２４号公報 特許第２７０１２４４号公報

ところで、特許文献１に開示の技術では、エンジンの鋼板製オイルパンに対して単層の制振塗料が塗布されているのみであるため、制振塗料のオイルパンに接していない外側は自由表面となり、何等の拘束力も受けない。従って、制振塗料に発生する歪は曲げモーメント分のみの引張荷重となり、塗布厚を増やせば幾らかの制振効果は得られるが、内部摩擦が大きくなる剪断力は効率的に発生せず、充分な制振作用を発揮させることができないという問題を有している。

また、特許文献２に開示の技術では、複雑な構造の圧電制振ユニットを個別に用意する必要があり、コストが嵩み自動車の音源構造体用としては不向きである。

さらに、特許文献３に開示の技術は、基材自体が発する振動を制振するものではなく、飛び石等が直接に基材に突き当たるのを防ぐ、すなわち、飛び石が突き当たった際の衝撃を緩和するために２層コーティングを施すものであり、音源構造体用の制振技術としては充分な効果を得ることができない。

そこで、本発明の目的は、かかる従来の問題を解消し、音源構造体用として充分な制振すなわちノイズ低減効果を得ることができる音源構造体のノイズ低減方法およびノイズ低減構造を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の一形態に係る音源構造体のノイズ低減構造は、音源構造体の制振対象面に第１層として制振塗料層が設けられ、該第１層の外側に第２層として、前記制振対象面の面方向における伸縮特性が第１層とは異なる制振材が積層されていることを特徴とする。

ここで、前記第２層は、圧電セラミックスであってもよい。
また、前記第２層は、前記第１層としての制振塗料層よりも弾性率が大きい制振塗料層であってもよい。
なお、前記制振対象面は、音源構造体の振動の腹部であることが好ましい。

さらに、上記目的を達成する本発明の他の形態に係る音源構造体のノイズ低減方法は、音源構造体を用意し、前記音源構造体の振動を検出して制振対象面を求め、前記求められた制振対象面に第１層として制振塗料層を設けると共に、該第１層の外側に第２層として圧電セラミックス制振材を積層し、前記第２層としての圧電セラミックス制振材に前記音源構造体の振動と逆位相の振動を発生させる工程を備えることを特徴とする。
ここで、前記制振対象面は、音源構造体の振動の腹部であることが好ましい。

本発明の一形態に係る音源構造体のノイズ低減構造によれば、音源構造体用として充分なノイズ低減効果を得ることができる。

ここで、前記第２層が圧電セラミックスである構成によれば、この圧電セラミックスに音源構造体の振動と逆位相の振動を発生させることが可能となり、さらに大きなノイズ低減効果を得ることができる。

また、前記第２層が、前記第１層としての制振塗料層よりも弾性率が大きい制振塗料層である構成によれば、簡単な構成で充分なノイズ低減効果を得ることができる。

さらに、本発明の他の形態に係る音源構造体のノイズ低減方法によれば、ノイズ低減効果の大きな部位での制振作用を行わせることができ、音源構造体用として充分なノイズ低減効果を得ることができる。

以下に、本発明の音源構造体のノイズ低減構造および方法の実施形態につき添付図面を参照して説明する。

図1および図２は、音源構造体として、自動車用のトランスミッションケースに本発明を適用した一実施の形態を示す。この一実施の形態に係る制振構造は、トランスミッションケース１０（図1には、トランスミッションケースとしてカバーのみが示されている）の表面の制振対象面に第１層として制振塗料層２０が塗布形成され、該第１層の外側に第２層として、制振対象面の面方向における伸縮特性が第１層とは異なる制振材としての圧電セラミックス３０が接着されて積層されている。本実施の形態においては、該積層体に隣接する位置に歪センサ４０が貼着され、その検出出力がコントローラ５０に入力されるべく配線４１されている。さらに、圧電セラミックス３０の表裏面にはそれぞれ給電線６１、６２が結線され、コントローラ５０により制御される交流電源６０に接続されている。

制振塗料としては、アクリル、アクリル−スチレン、酢酸ビニル、エポキシ等を単独又は複合して用いた水溶性樹脂、又は、水分散型樹脂、あるいは、エマルジョンを主たる構成物とし、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、タルク、クレー、マイカ、珪藻土等の充填剤と水から構成される水系塗料、さらには、スチレン、イソプレン、スチレン共重合体、水添ジクロペンタジェンを主成分とし、炭酸カルシウム、シリカ、カーボンブラック、マイカ等の充填剤から構成される水系塗料等、膜振動に伴い内部摩擦を生ずるものであればよい。

また、圧電セラミックス３０は、その貼付されるトランスミッションケース１０の制振対象面の形状に合わせて予め成形されているか、他の実施形態として後で説明するように、制振塗料を厚く塗布することにより、平板形状とすることも出来る。

この実施形態においては、歪センサ４０により発生されるトランスミッションケース１０の表面の歪の大きさに比例した電圧によりその変位の方向を含む振動が検出される。コントローラ５０は、この検出に応じて、圧電セラミックス３０にトランスミッションケース１０の表面の伸縮位相と逆位相の伸縮が生ずるように交流電源６０の周波数および位相を制御する。これにより、トランスミッションケース１０から伝わる歪量とは関係なく、常に、トランスミッションケース１０の振動と逆位相の振動を圧電セラミックス３０に発生させ、制振塗料層２０に大きな剪断歪を与えることができる。従って、制振塗料層２０の振動減衰性能を最大限に引き出すことができ、ノイズが低減される。

また、図３に、前述した制振塗料を厚く塗布することにより、圧電セラミックス３０を平板形状に形成した他の実施の形態を示す。この実施の形態は、トランスミッションケース１０の表面に構造用のリブ１２等が設けられている場合に好適であり、制振塗料２０がリブ１２を覆い、外表面が平坦になるように厚く塗布されている。

さらに、図４に本発明の他の実施の形態を示す。この実施の形態では、図３に示した形態における圧電セラミックス３０の制振層の外側にさらに制振塗料層３５が塗布されている。この実施の形態によれば、図２および３に示す実施形態に比べ、ノイズの低減効果がさらに向上する。且つ、この制振塗料層３５は圧電セラミックス３０の保護層としても機能し、その割れ等が防止される。

次に、本発明のさらに他の実施の形態につき、図５を参照して説明する。この実施形態では、音源構造体であるトランスミッションケース１０の表面の制振対象面に第１層として第１の制振塗料層２１が設けられ、該第１層の外側に、面方向における伸縮特性が第１層とは異なる第２層として、第１の制振塗料層２１よりも弾性率が大きい第２の制振塗料層２２が積層されている。換言すると、第１の制振塗料層２１の弾性率は第２の制振塗料層２２の弾性率よりも小さい。

この実施の形態によれば、トランスミッションケース１０の表面に単層の制振塗料層を設けたノイズ低減構造では、制振塗料層がトランスミッションケースに接着していない側は自由表面となり何らの拘束力を受けず、制振塗料層に発生する歪は曲げモーメント分のみの引張り荷重であるのに対し、第１の制振塗料層２１の外側面が第２の制振塗料層２２により拘束される。従って、図５（Ｂ）に示すように、第１の制振塗料層２１の外側面側に塗布面に平行する方向の剪断力を発生させることができる。また、第２の制振塗料層２２は、それ自体、減衰能を有する制振塗料あるため、単なる拘束層の場合に比べて、全体的な制振能力、すなわち、ノイズ低減能力が高いのである。

なお、図５には、第１の制振塗料層２１および第２の制振塗料層２２よりなる２層構造を示したが、図６に示すように、多数層の積層構造とすることもできる。但し、この場合には、第１の制振塗料層２１から第（ｎ-１）の制振塗料層２（ｎ-１）、第ｎの制振塗料層２ｎと自由表面に向かうに従って、弾性率は順に大きくする必要がある。これは、トランスミッションケース１０の制振対象面に近い側の制振塗料層で発生した変位を効果的に抑制するには、内側の制振塗料層よりも外側の制振塗料層の弾性率がより高くなければならないからである。

一般に、トランスミッションケースの膜振動を原因とする（ギア）ノイズが発生するのは、歯車等の噛合いトルク変動に伴う強制力の発生周波数とトランスミッションケースの膜共振周波数が一致することによる。また、制振塗料によるノイズ（振動）低減メカニズムは、塗料の内部摩擦が大きいことを利用して、トランスミッションケースの膜振動に塗料を追従させ、運動エネルギーを熱エネルギーに変換することによりエネルギーを消費させてトランスミッションケースの振動を低減させるものである。つまり、制振塗料は発生する歪が大きい部位に施せばその低減効果は高まるが、逆に、歪が小さい部位に施してもその低減効果はほとんど期待できない。

そこで、本発明のさらに他の実施形態として、トランスミッションケース１０の表面に上述の多数制振塗料層を施して積層構造とする場合、問題となる周波数での振動モードの節付近には、制振塗料を塗布せず、振動の腹の部位のみに施すようにした実施形態を図７に示す。図７（Ａ）は膜振動が生じているトランスミッションケース１０を示し、図７（Ｂ）の上側は、図７（Ａ）のＡ方向から視た振動波形図であり、図７（Ｂ）の下側は、図７（Ａ）のＢ方向から視た平面図である。そして、白抜き部１４は制振塗料を塗布しない部位を、黒塗り部は制振塗料を施した部位を示している。なお、振動モードによっては、節が点状に存在するのではなく線状に存在する場合もあるので、その場合には、図７（Ｃ）に示すように、白抜き部１４が線状に設けられている。

この形態によると、白抜き部１４で表示されている制振塗料を塗布しない部位は振動モードの節に該当し、この部位に制振塗料層が存在しなくても、振動（ノイズ）低減効果が減少することはほとんどない。この実施形態によれば、かえって、トランスミッションケース１０における振動モードの節の部分が制振塗料層を介さず大気に直接に触れることになり、熱放散が促進されてトランスミッションケース１０内の油温上昇を抑制することが可能となる。

次に、本発明の音源構造体のノイズ低減方法につき、再度、図１および２を参照して説明する。このノイズ低減方法は、まず音源構造体として、例えば、トランスミッションを用意する。そして、該トランスミッションを作動させてその振動を検出し、有限要素法または境界要素法等を用いて振動周波数や振動モードからトランスミッションケース１０の膜共振面である制振対象面を求める。この求められたトランスミッションケース１０の制振対象面に第１層として制振塗料層２０を設けると共に、該第１層の外側に第２層として圧電セラミックス３０を接着により積層する。さらに、この制振塗料層２０と圧電セラミックス３０との積層体に隣接する位置に歪センサ４０を貼着し、その検出出力がコントローラ５０に入力されるべく配線する。また、圧電セラミックス３０の表裏面にそれぞれ給電線を結線し、コントローラ５０により制御される交流電源６０に接続する。そして、前記トランスミッションの作動に伴うトランスミッションケース１０の振動を歪センサ４０にて検出し、圧電セラミックス３０にトランスミッションケース１０の振動と逆位相の振動を発生させる。

トランスミッションケース１０の膜共振面である制振対象面を求めることにより、ノイズ低減効果の大きな部位での制振作用を行わせることができる。また、トランスミッションケース１０から伝わる歪量とは関係なく、常に、トランスミッションケース１０の振動と逆位相の振動を圧電セラミックス３０に発生させるので、制振塗料層２０に大きな剪断歪を与えることができる。従って、制振塗料層２０の振動減衰性能を最大限に引き出すことができ、ノイズが効果的に低減されるのである。

なお、上述の実施形態では、音源構造体としてトランスミッションケースを例示して説明したが、本発明はこれに限られず、起震源による強制力の発生周波数とそれを囲むケースの膜共振周波数が一致するような音源構造体であれば、適用可能である。また、制振対象面の振動を検出するのに歪センサを用いる例を説明したが、これは膜振動の周波数と膜の変位方向を検出できる加速度センサに置き換えることも可能である。

本発明の一実施の形態を概念的に示す斜視図である。 本発明の一実施の形態を概念的に示す断面図である。 本発明の他の実施の形態を概念的に示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態を概念的に示す断面図である。 本発明の別の実施の形態を示す断面図であり、（Ａ）不作動時、（Ｂ）は作動時を示す。 本発明のさらに別の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る一実施の形態の膜振動を説明する図であり、（Ａ）はトランスミッションケースの一部の斜視図、（Ｂ）の上側は図７（Ａ）のＡ方向から視た振動波形図、（Ｂ）の下側は、図７（Ａ）のＢ方向から視た平面図および（Ｃ）はその他の実施の形態の斜視図である。

符号の説明

１０ トランスミッションケース
１２ リブ
１４ 白抜き部
２０ 第１層としての制振塗料層
２１ 第１の制振塗料層
２２ 第２の制振塗料層
３０ 圧電セラミックス
４０ 歪センサ
５０ コントローラ
６０ 交流電源

Claims (6)

1. 音源構造体の制振対象面に第１層として制振塗料層が設けられ、該第１層の外側に第２層として、前記制振対象面の面方向における伸縮特性が第１層とは異なる制振材が積層されていることを特徴とする音源構造体のノイズ低減構造。
2. 前記第２層は、圧電セラミックスであることを特徴とする請求項１に記載の音源構造体のノイズ低減構造。
3. 前記第２層は、前記第１層としての制振塗料層よりも弾性率が大きい制振塗料層であることを特徴とする請求項１に記載の音源構造体のノイズ低減構造。
4. 前記制振対象面は、音源構造体の振動の腹部であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の音源構造体のノイズ低減構造。
5. 音源構造体を用意し、
   前記音源構造体の振動を検出して制振対象面を求め、
   前記求められた制振対象面に第１層として制振塗料層を設けると共に、該第１層の外側に第２層として圧電セラミックス制振材を積層し、
   前記第２層としての圧電セラミックス制振材に前記音源構造体の振動と逆位相の振動を発生させる工程を備えることを特徴とする音源構造体のノイズ低減方法。
6. 前記制振対象面は、音源構造体の振動の腹部であることを特徴とする請求項５に記載の音源構造体のノイズ低減方法。
   
   

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