JP2008111538A - 制振材料の取付け構造および取付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に取付けられ、また、制振材料自体が有する共振周波数でも振動することで、制振効果をワイドレンジな周波数帯域で発揮できる制振材料の取付け構造を得る。
【解決手段】自由端９を生じるように制振材料６を相手側被制振部材４の制振対象面５の固定部分Ａに固定し、可動部分Ｂに該当する制振材料６の自由端９が制振対象面５に衝突を伴って振動が吸収されるようにする。また、制振材料６の片面又は両面に、切欠き溝１２，１４を繰り返して設け、あるいは、制振材料６の両面に、切欠き溝１２，１４を繰り返して設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、制振材料の取付け構造および取付け方法に関するものである。

自動車等の車両における振動低減を図る技術として、特許文献１、２のものが知られている。すなわち、特許文献１に記載の技術は、車体軽量化による剛性低下を補うために車体パネルを断面凹凸形状にビード成形し、そのパネル（制振対象部材）表面に制振材料（以下、「制振材料部材」あるいは「制振部材」という）を一体化して設け、パネルの振動を低減するようにしている。また、特許文献２の発明は、制振対象部材であるオイルパンの外面に制振部材を全面的に貼り付けて、制振部材の有する振動減衰特性を利用しオイルパンの振動低減ができるようにしている。

しかし、特許文献１および特許文献２の自動車のドア、ボンネット、オイルパン等（制振対象）における制振構造は、図９に模式化して示したように、制振対象面１に制振材料２を接着剤３等により密着するように固定し、振動や騒音を低減するようにしたものである。これらは、制振材料２（制振部材）として例えば、Ｍｎ−Ｃｕ系の制振合金等の歪みによって生じる内部摩擦により振動エネルギーを消費させ、制振効果を得られる材料を適用しようとする場合には、制振対象面１の歪みを制振材料２（制振部材）に伝えることによって制振する。

ところで、上記Ｍｎ−Ｃｕ系の制振合金等の歪みによる内部摩擦によって制振効果が得られる材料には、振動減衰率の荷重（歪み）依存性を示す図１０のグラフに示したように、歪みが大きいほど制振効果も大きくなるという特性があることが知られている。このため、同じ振動エネルギーであっても、歪み振幅の小さな振動に対しては、振動エネルギーを効率よく歪みエネルギーに変換することができず、制振効果を得られにくくなる。すなわち、高周波振動等のように歪み振幅の小さな振動に対しては、上記特許文献１や特許文献２記載の技術では、制振部材が制振対象面に密着した構造であるため、図３（ａ）に示すイナータンスの周波数特性を示すグラフから明らかなように、制振部材２は制振対象面１の共振点においてしか振動しない。その結果、高周波振動等の歪み振幅の小さな振動に対しては一定の制振効果を得ることが困難となる不具合がある。

そこで、制振部材を相手側の制振対象面１に全面的に貼り付けたりする態様ではなく、特許文献３や特許文献４に示されるように、中心部位を制振対象面に固定する技術がある。すなわち、特許文献３に記載の技術は、トランスミッションケースの振動（音圧）が高い部分の内壁に、内壁の振動方向と固有振動数の略等しく、かつ、その両端を自由端とした状態でボルト結合した鋼板を取付けた構造のものである。この特許文献３に記載の技術は、ボルト結合した鋼板をダイナミックダンパとして利用するため、鋼板の両端部がトランスミッションに干渉しないように、ボルト結合部のみを被制振部材たるトランスミッションに接触させ、自由端では接触させないで自由に振動できるようにしている。また、特許文献４に記載の技術は、制振対象面となる根太における振動変位が高い位置に複数のチェーンの一端を固定して垂らし、振動により生じるチェーンの鎖同士の衝突またはチェーンと内壁との衝突により床から根太に伝わる振動エネルギーを散逸させて制振を行うものである。

特開平１１−３３４６５３号公報 特開平１１−２３６９４３号公報 特開平１１−２５４９８３号公報 特開平９−６７８７７号公報

しかしながら、上記の特許文献３の発明にあっては、ボルト結合された鋼板はダイナミックダンパとして構成されているので、鋼板がトランスミッションや他の部品との干渉を生じないように空間配置を考慮したトランスミッション構造を設計しなければならず、制振対象面の構造、部品の設計コストが嵩張る問題がある。また、特許文献４のものも、チェーンを重力方向に垂下させて使用する態様のものであるので、常に重力を考慮して製作しなければならず、それだけ設計上の制約を伴う問題がある。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、制振材料が取付けられる相手側の制振対象面の形状、構造の設計変更を何ら考慮することなく、平坦な制振対象面があれば、簡単、容易で、安価に取付けられ、また、制振材料自体が有する複数の共振周波数でも振動することで、制振効果をワイドレンジな周波数帯域で発揮できる制振材料の取付け構造を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、自由端を生じるように制振材料を相手側被制振部材の制振対象面に固定した制振材料の取付け構造において、前記制振材料の自由端が前記制振対象面に衝突を伴って振動を吸収するようにしたことを特徴とする制振材料の取付け構造である。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制振材料の片面に、切欠き溝を繰り返して設けたことを特徴とする制振材料の取付け構造である。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記制振材料の両面に、切欠き溝を繰り返して設けたことを特徴とする制振材料の取付け構造である。

請求項４の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記切欠き溝の方向は、前記制振材料が固定される側から前記自由端に向かう方向に対して直交する方向に沿うように形成されることを特徴とする制振材料の取付け構造である。

請求項５の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記切欠き溝の方向は、前記制振材料が固定される側から前記自由端に向かう方向に沿うように形成されることを特徴とする制振材料の取付け構造である。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の発明において、前記制振材料の自由端側に、前記制振対象面と接する側の面を出っ張る突出部を形成したことを特徴とする制振材料の取付け構造である。

請求項７の発明は、請求項１の制振材料を取付ける取付け方法において、前記制振材料の央部を前記制振対象面に固着することを特徴とする制振材料の取付け方法である。

請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記制振対象面が、回転体の側面であることを特徴とする制振材料の取付け方法である。

請求項１の発明によれば、制振材料を、例えば、ボルトや接着剤等の固定手段を使用して相手側の被制振部材に固定したとき、固定した以外の部分が自由に振動しうるように形成される。このため、被制振部材の制振対象面が振動するとき、制振対象面はそれに接する制振材料の自由端と衝突し、振動エネルギーが制振材料に伝わる。その結果、制振材料は自ら有する共振点で振動するため、制振材料に大きな歪みが生じ、制振材料に伝達された振動エネルギーは、制振材料自身が共振するときの内部エネルギーとして吸収されることとなるので、大きな制振効果を得ることができるようになる。そしてまた、イナータンスの周波数特性に基づく振動モードを解析することで、加振源となる制振対象側の構造の重量増加を最小限に抑えながら、最適に設計された制振材料を設置することで、開発設計に効率的で最適な制振材料の取付け構造を実現できる。

また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、制振材料の片面に、切欠き溝が繰り返されるように設定したので、切り欠きによる応力集中によって制振材料に大きな歪みを与えることができ、より大きな制振効果を得ることができる。

また、請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、制振材料の両面に、切欠き溝が繰り返されるように設定したので、切り欠きによる応力集中によって制振材料に大きな歪みを与えることができ、より大きな制振効果を得ることができる。

また、請求項４の発明によれば、請求項２または３の発明と同様の効果を得られる他に、切欠き溝の方向は、制振材料が固定される側から自由端に向かう方向に対して直交する方向に沿うように形成したので、制振材料による内部エネルギー吸収量を適宜に調整したものを製作できるようになる。

また、請求項５の発明によれば、請求項２または３の発明と同様の効果を得られる他に、切欠き溝の方向は、制振材料が固定される側から自由端に向かう方向に沿うように形成されるので、制振材料による内部エネルギー吸収量を適宜に調整された制振材料を製作できるようになる。

また、請求項６の発明によれば、請求項１乃至５のいずれか一項の発明と同様の効果を得られる他に、制振材料の自由端側に、制振対象面と接する側の面に、例えば、微少量だけ被制振部材側に出っ張るように段差を形成したり、あるいは微少量だけ出っ張るようにテーパを設けたりする突出部を形成したので、制振材料と被制振部材との間の平面度のばらつきや、ボルト締結等の固定手段による歪み等により、制振材料と制振対象面が静的に接触しない状態があっても、上記突出部のような当たりを付けることで、確実に制振材料に制振対象面の振動を伝えて衝突させることができ、結果、制振材料による制振効果を安定的に確保することができるようになる。

また、請求項７の発明に係る制振材料の取付け方法によれば、制振材料の央部を制振対象面に固着するので、央部以外の部分は自由に振動できる。このため、制振材料は央部以外の部分において制振対象面と衝突することで、制振対象面の振動を円滑に吸収することができる。

また、請求項８の発明に係る制振材料の取付け方法によれば、請求項７の発明と同様の効果を得られる他に、制振対象面が、例えば、歯車のような回転体の側面である場合において、円板状あるいはリング状の形態の制振材料が側面に密着するように取付けられる。このため、回転体に生じる振動は、制振材料に伝達されることで、大きな制振効果を得ることができる。

以下、本発明を実施した最良の形態について説明する。図１は、この発明に係る制振材料（以下、「制振材料部材」ともいう）の取付け構造の一例を示し、ここに示す制振材料の取付け構造は、振動を吸収して制振される対象となるトランスミッションケース、ドアパネル、ボンネットパネル、歯車等を代表して表した振動源側の被制振部材４と、その表面（以下、「制振対象面」という）５に、制振対象面５に一部が固定された制振材料６とを備えている。

制振材料６は、例えば、接着剤やボルト等の締結具のような適宜の固着手段を用いて制振対象面５に位置決め固定される。したがって、制振材料６には、制振対象面５に固定された固定部分Ａと、それ以外の自由端９に至るまでの領域で振動可能な可動部分Ｂとが形成されることとなる。なお、図１においては、制振材料６は片持ち梁のような状態で制振対象面５に固定されているが、勿論、片持ち梁状に固定されていなくてもよく、固定される箇所は制振材料６の一部分であってよいものである。

次に、本実施形態による制振材料の取付け構造の制振メカニズムを、模式図で表した図２に基づいて説明する。図２（ａ）のように、制振材料６が制振対象面５上に接するようにして設けられている。この状態で、図２（ｂ）のように制振部材４が加振されて矢印Ｃ方向に振動すると、制振材料６は制振対象面５と衝突し、制振対象面５、つまり、制振材料４の振動エネルギーの一部が制振材料６に伝わる。そのエネルギーにより制振材料６は、図２（ｃ）の矢印Ｄに示すように、制振対象面５から規制を受けることなく自らの共振点で自由に振動することができる。

そのため、制振材料６は、図３（ｂ）のイナータンスの周波数特性を示すグラフから明らかなように、制振対象面５側の共振点Ｐ１だけでなく、それ以外の自らが有する共振点Ｐ２，Ｐ３等においても振動する。その結果、制振材料６は自らの共振点Ｐ２，Ｐ３においても振動するため、大きな歪みが制振材料６に発生し、振動エネルギーを効率よく歪みエネルギーに変換して消費することができる。この繰り返しにより、制振対象面５の振動を効率的に減衰ないしは制振できるようになる。

したがって、図３に示す実験データで説明されるように、従来では、図３（ａ）のように、制振材料を制振対象面に密着させて固定した取付け構造により制振を行わせていたため、制振材料側における制振対象面の共振点Ｐ１だけで制振材料が振動するようにしていたが、本実施形態では、図３（ｂ）のように、それ以外の低周波数帯域における自らの共振点Ｐ２，Ｐ３等でも制振材料６が振動する。このため、本実施形態の制振材料の取付け構造およびその取付け方法によれば、制振材料自らの共振点で振動し、より大きな歪みを発生させることができ、大きな制振効果を発揮できることが、実験データより窺い知ることができる。

次に、上記実施形態を具体化した実施例を説明する。すなわち、図４は、第１実施例における制振材料の取付け構造を断面図で示したもので、制振材料６はその央部をトランスミッションケース７にボルト８により固定される態様のものである。制振材料６が固定される部位は、図４（ａ）の点線で示すように、トランスミッションケース７に生じる振動モードが弦状に膜振動を起こす部位である。

制振材料６はその央部を振動振幅が最大となる部位にボルト８で固定されている。ボルト固定部以外の部分では、制振材料６は制振対象のトランスミッションケース７とは静的状態で接触はするが、トランスミッションケース７からは非拘束の状態にある。このため、制振材料６はその央部がボルト８で固定されるので、ボルト８から左右に伸びる端部は、片持ち梁の自由端９が形成される。

したがって、第１実施例によれば、図４（ａ）のように、トランスミッションケース７の側面に振動が伝わり、上面が膜状に上下方向に振動する。ところが、図４（ｂ）のように制振材料６はその央部で制振対象面に固定されているため、トランスミッションケース７との衝突で制振材料６に伝わった振動エネルギーにより、制振材料６は自らの共振点で振動し、より大きな歪みが制振材料６に発生し、大きな制振効果を得ることができる。

図５は、第２実施例であり、歯車１０のような回転体に適用した例を示す。図５（ａ）に示す歯車１０がこれに噛み合う相手側歯車で加振されると、図５（ｂ）の点線で示したような振動モードで振動する。その振動を制振するため、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、歯車１０の一側面に平面視がドーナツ形状を有する制振材料６を、２本のボルト８を用いて固定する。ボルト８により二点で固定された制振材料６の外周縁のうち、ボルト８から離れた位置に存する外周縁が制振材料の自由端９として機能する。したがって、第２実施例によれば、制振対象面となる歯車１０の側面は制振材料６と衝突し、これにより、歯車から制振材料６へ振動エネルギーが伝えられ、その振動エネルギーにより制振材料６が自らの共振点で振動し、制振効果を惹起することとなる。なお、上記では歯車に適用したが、プーリ等の回転体の側面にも適用することができる。

次に、第３実施例を説明する。すなわち、この第３実施例は制振材料表面に複数の切欠き溝を設けた点を特徴とする。上記の実施形態や第１、第２実施例における制振材料６では、それら表面は平坦な面を備えた構造のものを採用した例を挙げて説明したが、図６に示す第３実施例は、制振材料１１の表面に切欠き溝１２を形成した態様のものである。より具体的には、第３実施例の制振材料１１は、制振材料１１が平板状である場合には、図６（ａ）のように、その片面、あるいは図６（ｂ）のように両面に平行配列させるように切欠き溝１２を設けた構成を有する。その平行配列の方向は、制振材料が固定される側から自由端に向かう方向に対して略直交する方向に沿う方向である。なお、両面に切欠き溝１２を設ける場合は、上下の切欠き溝の配置が互い違いになるように配列したが、同じ位相となるように配置してもよい。

また、図６（ｃ）のように、制振材料１３が中心に開口１３ａを備えるリング状（ドーナツ状）の円板である場合には、制振材料が固定される側から自由端に向かう方向、つまり、固定部位から放射状に間隔を存して切欠き溝を配列している。この切欠き溝１４は、図６（ｂ）と同様に、上下両面に形成してもよい。また、開口１３ａを有しない単なる円板状をなす制振材料であってもよい。

第３実施例の制振材料１１，１３を用いれば、制振材料１１，１３はより大きな歪みを受けることとなるので、それだけ大きな制振効果を得ることができる。したがって、単純に制振材料１１，１３の板厚を薄くする場合よりも、切欠き溝１２，１４により生じる応力集中によって制振材料１１，１３は大きな歪みを生じる。この結果、制振効果を良好に高めることが可能となる。

実施形態の第４実施例を図７に基づいて説明する。この第４実施例は、図７（ａ）のように、制振材料６の自由端１５側に突出部を設けた点が特徴である。より具体的に説明すると、図７（ｂ）で自由端部１５を拡大して示したように、突出部は、制振材料６が制振対象面５に面する側で、自由端側から所定長さの範囲で下方に出っ張る段差１６を設けることにより形成される。このため、制振対象面５に製作時に生じる精度誤差等による平面度のばらつき、あるいはボルト結合時の締め付けトルクに起因する歪み等が原因で、制振材料６と制振対象面５とが静的な状態において接触していないような状況があったとしても、図７（ｃ）のように、制振対象面が振動すると、制振対象面５が段差１６に確実に衝突する。これにより、制振対象面５の振動エネルギーが、制振材料６に伝わるので、制振効果を確実に得ることができる。

この場合、微少な段差１６を設ける代わりに、図７（ｄ）に示すように、自由端側に向かうに応じてその出っ張り量が増大していくようなテーパ１７を突出部として形成してもよい。この変形例の構成によっても、第４実施例と同様の効果を有する。

なお、制振材料６は一部が制振対象面５に固定されており、自由端が生じるように構成されていればよい。したがって、制振材料６の形状は板状、棒状であることを問わない。

本発明の実施形態に係る制振材料の取付け構造を模式的に示した全体構成図である。 上記取付け構造における制振メカニズムを説明する説明図である。 本発明と従来技術との実験結果に係り、（ａ）は従来技術である密着固定した場合、（ｂ）は本発明における一部固定した場合のイナータンスの周波数特性を示すグラフである。 上記実施形態の第１変形例を断面図で示した構成図である。 上記実施形態の第２変形例を示す構成図である。 （ａ）、（ｂ）は上記実施形態の第３実施例に係る制振材料の構成図、（ｃ）はその変形例における平面図である。 上記実施形態の第４変形例に係る制振材料の構成図である。 従来技術の構成図である。 振動減衰率の荷重依存性を示すグラフである。

符号の説明

４…被制振部材、 ５…制振対象面、 ６，１１，１３，１８…制振材料（制振材料部材）、 ７…トランスミッションケース、 ８…ボルト、 ９，１５…自由端、 １０…歯車、 １２，１４…切欠き溝、 １６…微少段差（突出部）、 １７…微少テーパ（突出部）、 Ａ…固定部分、 Ｂ…可動部分、 Ｐ１…制振対象面の共振点、 Ｐ２，Ｐ３…制振材料の共振点。

Claims (8)

1. 自由端を生じるように制振材料を相手側被制振部材の制振対象面に固定した制振材料の取付け構造において、前記制振材料の自由端が前記制振対象面に衝突を伴って振動を吸収するようにしたことを特徴とする制振材料の取付け構造。
2. 前記制振材料の片面に、切欠き溝を繰り返して設けたことを特徴とする請求項１に記載の制振材料の取付け構造。
3. 前記制振材料の両面に、切欠き溝を繰り返して設けたことを特徴とする請求項１に記載の制振材料の取付け構造。
4. 前記切欠き溝の方向は、前記制振材料が固定される側から前記自由端に向かう方向に対して略直交する方向に沿うように形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の制振材料の取付け構造。
5. 前記切欠き溝の方向は、前記制振材料が固定される側から前記自由端に向かう方向に沿うように形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の制振材料の取付け構造。
6. 前記制振材料の自由端側に、前記制振対象面と接する側の面を出っ張る突出部を形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の制振材料の取付け構造。
7. 請求項１の制振材料を取付ける取付け方法において、前記制振材料の央部を前記制振対象面に固着することを特徴とする制振材料の取付け方法。
8. 前記制振対象面が、回転体の側面であることを特徴とする請求項７に記載の制振材料の取付け方法。

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