JP2008544179A - とくに車両座席に取り付けるための振動ダンパ - Google Patents

Abstract

本発明は、とくに、車両座席上に備え付けるため、支持素子(１２)、振動錘(１４)およびばね装置(２０)を有する、振動ダンパ(１０)に関する。支持素子(１２)および振動錘(１４)を、ばね装置(２０)を介して互いに連結する。振動ダンパのばね装置には、支持素子(１２)および振動錘(１４)を互いに連結する弾性結合素子(２０)を設け、この弾性結合素子(２０)は振動錘(１４)の重心（Ｓ）領域に配置する。

Description

本発明は、とくに自動車座席に取り付けるための振動ダンパであって、キャリヤ素子、振動質量、およびばね装置有し、キャリヤ素子と振動質量とを互いにばね装置によって連結した、振動ダンパに関する。

振動は、走行する車両内で生じ、ならびに外部の影響例えば、路面の表面の凹凸、または他の周期的なもしくは衝撃のような応力で生ずることは、一般に知られている。これらの振動は、車両のボディからさまざまな車両構成部分まで伝達し、とくに、車両の搭乗者に伝達する。このような振動は、一方では、車内に望ましくない雑音をもたらし、もう一方で、雑音のストレスがない場合であっても、自動車の搭乗者の快適さに悪影響を与える。したがって、振動の発生に対抗する、もしくはそれらが発生した後、振動を抑制する車両の構造に関して、自動車産業において試みはすでになされている。さまざまな手法が、この点に関して使用される。この問題に対するひとつの可能な解決策は、それらの振動に対する感度を減らすために、個々の車両の構成部材に高い剛性および慣性モーメントを与えることにある。しかし、このことは、軽量な構造にするという一般的な目的、すなわち重量の節約、それゆえの乗り物の燃料消費を減少しようとする目的に反する。中実構造的手法の問題を回避する他の方法は、非常に、軽量な構成部分（コンポーネント）で生じている振動を弱めることである。このために、振動ダンパが、車両構造技術で使われる。これらの振動ダンパを、振動を受け易い車両の構成部分に接着し、振動する車両構成部分によって固有振動が励起される。固有振動は原則として車両の構成部材の望ましくない振動に対して逆相で発生し、最終的に振動の減衰に至る。振動減衰特性であるとも言える。

このような振動も車両座席で生じ、抑制しなければならないことが分かっている。近年、娯楽システム、例えば、ＤＶＤでまたはテレビ・システムのためのフラットスクリーンを、自動車座席の背もたれ、とくに上位機種の背もたれに設置し、これにより、後部搭乗者はこれらのスクリーンを見ることができる。しかし、このようなタイプの車両では、車両振動で生ずる座席背もたれの振動を抑制することが、一方では、スクリーンに作用する機械的ストレスを減らし、このスクリーンの寿命を伸ばすため、他方では「揺れ」を回避することによって視聴の快適さを向上するために、とくに必要である。

車両座席に統合できる振動ダンパは、従来技術で既知である。たとえば、特許文献１（独国特許出願公開第１０３２７７１１号）は、車両座席に配置することができる冒頭に延べてタイプの振動ダンパを記載している。この振動ダンパにはフレーム構体を設け、このフレーム構体を、フープ状構造を介して車両座席で背もたれフレームに結合する。フレーム構体内に振動質量を配置し、この振動質量をフレーム構体にばね装置を介して連結する。振動質量は、細長い形状であって、端部に窪みを設ける。この窪みは、複雑な形状のばね素子を収容する。このばね素子をエラストマー材料で形成し、一方の端部をプラスチック製のリングに加硫処理し、他方の端を加硫処理によって固定されたボルトに結合する。つぎに、プラスチック製のリングを振動質量の窪みに圧入する。この後、ボルトを設けたばね装置の端部を、振動ダンパのキャリヤ構体に挿入する。この振動ダンパの比較的複雑な構造の理由で、最終的に背もたれフレームに取り付ける準備のために、多数の取付けステップが必要である。さらに、この振動ダンパは、設置の際に行うべき、極めて多くの機械的連結、例えば振動質量とフレーム構体との間の連結が、設置の失敗をし易いという問題があり、発生する振動を考慮した２個の構成部分の相対配置を誤配置し、それゆえ振動ダンパの機能が損なわれる、または基本的に阻害される。
独国特許出願公開第１０３２７７１１号明細書

類似した振動ダンパは、特許文献２（独国特許出願公開第１０３２７７７０号）に記載されている。この振動ダンパも、多数の部品から成る問題が欠点であり、比較的複雑で、それゆえ高コストな設備を必要とし、さらに設置失敗を被り易い。
独国特許出願公開第１０３２７７７０号明細書

さらに、振動ダンパは、２００５年４月２６日に出願した独国特許出願第１０２００５０１９３２３．４号において、振動質量を、キャリヤフレームのばね装置を介して保持することが記載されている。この構成では、好ましい振動方向の振動を減衰するものである。さらに、この構成は比較的重い。

更なる従来技術としては、特許文献３（独国特許出願公開第１９９０８９１６号）に記載されているものがある。
独国特許出願公開第１０３２７７１１号明細書 独国特許出願公開第１０３２７７７０号明細書 独国特許出願公開第１９９０８９１６号明細書

本発明の目的は、冒頭に述べたタイプの振動ダンパを提供することであり、それは、より容易により安く生産することができ、高い信頼性および良好な振動減衰性能力と組み合わされた耐用寿命の長い、しかも軽量の振動ダンパを得るにある。

この目的は、冒頭に延べたタイプの振動ダンパにおいて、ばね装置はキャリヤ素子および振動質量を互いに連結し、かつ振動質量の重心の領域に配置した、弾性連結素子を有する構成とした振動ダンパによって達成することができる。

この手法によって、振動質量が励起されるときに慣性力が作用する箇所に、ばね装置の弾性連結素子を正確に配置することが確実にできるようになる。振動質量の重心領域内におけるこのような弾性連結素子の位置決めは、望ましくないてこ作用を回避することができる。このてこ作用は、特に弾性連結素子を振動質量の重心から大きく離れた位置に配置するときに起こりうる。このような手法で、自動車の振動によって起こる振動質量の望ましくない転動を、抑制することができる。最後に本発明による装置によって、効果的で予測可能な振動挙動を得ることができる。

さらに、本発明は振動ダンパが３個の個別構成部分、すなわちキャリヤ素子、振動質量、およびばね装置、により構成することを想定し、これらの３個の個別構成部分を互いに擬似的な一体構成とされるため、その後における設置、例えば車両座席の背もたれフレームに対する配置において、振動ダンパを構造部分として設置し、またその後の動作においても、振動ダンパの一体構成とした設計のために、機械的ストレスが加わっても個別構成部分のいかなる望ましくない変位も起こらない。振動ダンパの一体構成とした設計のために、据え付け作業は従来技術と比較して大幅に軽減され、そして、信頼性は大幅に向上する。

本発明の実施形態において、弾性連結素子を、エラストマー材料、好ましくは天然ゴムで形成し、いずれの場合においてもキャリヤ素子および振動質量に対して加硫処理することができる。また、連結素子は、天然ゴム以外のエラストマー材料かでも形成することができると理解されたい。キャリヤ素子および振動質量に対する連結素子の加硫処理によって、振動ダンパは有利な一体構造として構成でき、この構成によれば、機械的なストレスにもかかわらず、とくに動作の際に、振動ストレスによって不所望の変形をすることはない。さらに、振動ダンパは、製造がより容易である。キャリヤ素子および振動質量は組み合わせ状態にして、予め形成した成形型内に配置し、弾性材料を射出成形方法によって成形型内に注入し、キャリヤ素子および振動質量に加硫される。ばね装置の弾性連結素子も、また、同時に形成される。

本発明の有利な実施形態においては、弾性連結素子は、柱状の、とくにほぼ円柱状の、支柱部材を有する構成とすることができる。柱状、特に円柱状として設計する支柱部材によれば、連結素子は、円柱状の縦方向軸線に直交する全ての振動方向に対し、ほぼ振動挙動を示すという、利点を有する。しかし、例えば振動をある特定方向に促進し、他の方向の振動を抑制するために、連結素子は異なる幾何学的形状にすることもできる。円柱状支柱部材を使用することによって、振動質量の重心をほぼ円柱の対称軸線上に位置させることができる。一般に、連結素子、とくに支柱部材の剪断中心が、振動質量の重心の近傍に、またはこの重心に一致する位置に配置される場合、本発明はとくに良好な結果を得る。振動質量の望ましくない転動（曲げモード）は、このような構成によってとくに効果的に阻止できる。

本発明の他の実施形態においては、連結素子を、振動質量とキャリヤ素子との間に配置するが、休止状態において振動質量によって牽引力を受ける配置とすることができる。代案として、連結素子を、このように振動質量およびキャリヤ素子の間に配置するが、休止状態において振動質量による圧力を受ける配置にすることができる。換言すると、前者の実施形態においては、振動質量を、連結素子によりキャリヤ素子に懸垂すると見なすことができ、一方、後者の実施形態においては、振動質量を連結素子によってキャリヤ素子に支持するとみなすことができる。これら２つの選択肢のうちどちらが選択されるかに応じて、振動ダンパの異なる固有周波数が、連結素子の縦方向において得られる。このような手法で、望ましい振動挙動が、振動ダンパにおける２つのタイプのうち１個を適切に選択することによって決めることができる。

これまで、とくに、極めて低い周波数を有する振動を減衰させるのは困難であることが分かっている。本発明による振動ダンパは、とくにこの特定のケースのために設計された。それゆえ、本発明による振動ダンパにとって、６〜１８Ｈｚの範囲、好ましくは約９〜１４Ｈｚの、固有の振動数を有することができる。さらに、本発明による振動ダンパにとって、振動質量が０．２ｍｍ以上の励起振幅である場合、０〜５ｍｍの振動質量振幅を生じるよう構成すると好適である。

本発明の有利な実施形態において、キャリヤ素子をＣ字状の形状とすることができる。これは、キャリヤ素子を軽量構造にすることができるという効果がある。しかし、異なる輪郭を有する中実形状のキャリヤ素子を使用することもできることは勿論である。

本発明の他の実施形態においては、振動質量に中央窪みを設け、この中央窪み内にキャリヤ素子の遊端を突入させ、キャリヤ素子は、この遊端の領域で連結素子を介して振動質量に結合する。この構成は、窪みを有する振動質量の構成にとって、減衰効果がほぼ不変のままであるにもかかわらず、振動ダンパの全体の重量を減少させることができるという効果がある。さら、この構成は、とくに本発明による弾性連結素子を振動質量の重心領域に配置することを容易にする可能性をもたらす。

とくに高価ではないにもかかわらず十分に安定しているキャリヤ素子の構成は、例えばキャリヤ素子および／または振動質量を板金材料から形成することにより、得られる。

キャリヤ素子および／または振動質量に対する加硫処理された連結の信頼性を改善するために、本発明の他の実施形態においては、キャリヤ素子および／または振動質量を、ゴムの加硫によって連結素子との一体形成を容易にするため前処理することができる。

さらに、本発明に関して、振動質量を、金属本体、好ましくは鋳造材料製の、金属本体を有する構成とすることができる。この場合、振動質量のジオメトリに関して任意に設計でき、各特定ケースに適合されることができるという利点がある。

本発明の有利な実施形態においては、金属本体に、少なくとも所定領域で、好ましくはエラストマー材料のコーティングを設けることができる。有利には、連結素子を加硫処理するときに、コーティングを形成することができる。上述したように、本発明による振動ダンパは、キャリヤ素子および振動質量を成形型に配置することによって製造し、つぎに、エラストマー材料を射出工程によって射出する。この点について、エラストマー材料の射出の間、エラストマー材料の被膜が、たとえば約１ｍｍの肉厚で、振動質量の金属本体の周りに形成されるよう成形型を構成すると有利である。このことは、振動質量の金属本体が減衰コーティングによって包囲されるという結果をもたらし、その結果、それが、例えばキャリヤ素子のような周囲の構造部品を物に接触することになるほどの、振動質量の極端なたわみの場合、衝撃を弱め、大きい衝撃ノイズを生ずることはなくなる。
以下に、図面につき、本発明の好適な実施例を説明する

本発明による振動ダンパ１０の第１実施例を、図１〜図４に示す。図１は、本発明による振動ダンパ１０を斜視図で示す。振動ダンパは、振動質量１４と同様にＣ字状のキャリヤ素子１２を有する。振動質量１４は中央窪み１６を有し、この中央窪み１６内にキャリヤ素子１２の遊端１８を突入させる。遊端１８には、キャリヤ素子１２と振動質量１４とを互いに連結する、弾性連結素子２０を配置する。この連結素子２０は、エラストマー材料で形成し、振動質量１４に対して、ならびにキャリヤ素子１２に対して加硫処理する。連結素子２０は、ほぼ円形断面の円柱形状を有し、また加硫処理したエラストマー部分２２および２４に、鋭利な端縁となるのを回避するように、滑らかに変形移行させる。しかし、連結素子は異なる断面の柱状形状であってもよい。

図４に示す断面図で分かるように、振動質量１４はねずみ鋳鉄（grey cast iron）により均質な本体を形成し、また、エラストマー材料の被膜２６によってほぼ包囲する。エラストマー材料の被膜２６は、連結素子１８に滑らかに移行変形して、やはり振動質量１４に対して加硫処理する。全ての遷移部、とくにエラストマー被膜２６から連結素子２０にいたる遷移部は調和するよう構成する。振動質量１４のジオメトリおよび連結素子２０の構成は以下のように選択する、すなわち、エラストマー製の連結素子２０の剪断中心が振動質量の重心Ｓとほぼ一致するように、選択する。連結素子２０は、振動質量１４が連結素子２０を介して、キャリヤ素子１２の遊端１８に力を及ぼすように、振動質量１４をキャリヤ素子１２に連結する。このことは、振動ダンパ１０を、図示の向きでわずかに傾斜しているＣ字状のキャリヤ素子１２の上方アームに設けた固定孔２８および３０で固定するとき、休止状態の連結素子２０は振動質量１４によって圧力を受けることを意味する。

図１〜図４に示す振動ダンパ１０のこのような構成によれば、例えば車両座席内で、Ｘ方向、ならびにＹおよびＺ方向の振動を減衰することができる。本発明の基本的な特徴は、エラストマー製の連結素子２０を振動質量１４の重心Ｓの領域に配置することにある。エラストマー製の連結素子２０のこの位置決めによって、振動質量１４の望ましくない転動を回避することができる。１個のエラストマー製の連結素子２０で、３個の空間的方向Ｘ，ＹおよびＺのすべての方向における振動を減衰させるのに十分である。これは、本発明による振動ダンパ１０が比較的簡単な構造であるにもかかわらず、極めて効果的であることを示している。この簡単な構造のために、振動ダンパの総質量を相当小さく維持できるとともに、良好な減衰効果を得ることができる。とくに、例えばキャリヤ素子１２に対する減衰効果に直接寄与しなくとも、それらのコンポーネントの相当な質量減少が得られる。本発明による振動ダンパ１０の大部分がエラストマー材料で被覆されているにもかかわらず、エラストマー材料の全必要量は相当少なく、これは、表面を簡単なデザインおよび構造により、被覆すべき表面を小さく維持できるからである。

明らかなことであるが、振動質量１４のジオメトリは、中央窪み１６を有するという振動質量の設計における基本概念が保持されている限り、必要に応じて選択することができる。

図５〜図８は、本発明の第２実施例を示す。この第２実施例の説明において、図１〜図４に示す第１実施例の説明で使用したのと、同一の参照符号を使用し、ただし符号「ａ」を付加して示す。図１〜図４に示した第１実施例との相違点のみを説明する。

本発明による第１および第２の実施例の基本的相違点は、振動質量１４ａをキャリヤ素子１２ａの遊端１８ａで、連結素子２０ａを介して、懸垂して、キャリヤ素子１２ａに休止しない点である。換言すれば、図５〜図８に示す実施例の連結素子２０ａは、休止状態において牽引力を受け、この結果、図５〜図８に示す振動ダンパ１０ａは、図１〜図４に示す振動ダンパ１０とは、Ｚ方向の振動に関して異なる挙動を呈する。さらに、振動質量１４ａのジオメトリは、第１実施例における振動質量１４のジオメトリとは、とくに中央窪み１６ａを振動質量１４ａ内で、若干より高い位置に配置する点でも異なる。この理由は、エラストマー製の連結素子２０ａを、振動質量１４ａの重心Ｓの中心領域に配置するからである。

動作にあたり、振動は、振動ダンパ１０／１０ａを配置する車両座席の背もたれフレーム（図示せず）に対して空間的軸線Ｘ，ＹおよびＺ方向に発生する。このような振動は、例えば２０Ｈｚ未満の範囲のとくに比較的低い周波数、および０．２ｍｍ〜１ｍｍの範囲の励起振幅を有する。これら振動は、キャリヤ素子１２／１２ａおよび連結素子２０/２０ａを介して振動質量１４／１４ａに伝達される。振動質量１４／１４ａは、このことにより、とくに全３個のＸ，ＹおよびＺ方向成分における逆相の振動が励起され、それによって、エラストマー製の連結素子２０／２０ａは弾性的に屈撓する。連結素子は、このことにより、望ましくは剪断中心が振動質量１４／１４aの重心Ｓと一致している、Ｘ‐Ｙ方向と平行の軸線方向荷重を受ける。連結素子２０／２０aの引張／圧縮荷重は、Ｚ方向に起こる。振動質量１４／１４aの逆位相振動変化のために、背もたれフレーム（図示せず）に生じている振動は減衰する。車両座席の固有周波数はこのように減衰し、したがって、座席は相当弱い振動をするだけとなる。さらに、座席の背もたれに連結したコンポーネント、例えば車両娯楽システムのスクリーンは、より弱い振動応力を受けるだけとなる。したがって、それらの耐用寿命は、相当増大することができる。さらに、娯楽番組を見るときに、悩ましいスクリーン揺れがない。

本発明による振動ダンパ１０／１０aの基本的効果は、ダンパが、例えば６〜１８Ｈｚの範囲の、望ましくは９〜１４Ｈｚの範囲における、非常に低い固有周波数を有するという事実である。さらに、本発明による振動ダンパ１０／１０aの振動質量１４／１４aは、振動運動の間、例えば、０〜５ｍｍの範囲の、比較的大きい振幅に対処でき、このことは、とくに効果的な振動減衰をもたらす。本発明による課題解決手段の更なる利点は、振動質量１４／１４aをゴムコーティングしてあるために、たとえば振動質量１４／１４aがキャリヤ素子１２／１２aを打撃するような、極度の振動でも、望ましくない雑音が発生しないということである。全体的に、本発明によれば、製造簡単、全体重量が比較的少なく、耐用寿命が長く高い振動減衰能力を有する、振動ダンパを得ることができる。

本発明による振動ダンパの第１実施例の斜視図である。 図１に示す振動ダンパの正面図である。 図１に示す振動ダンパを左側から見た側面図である。 図３におけるIV‐IV線上の断面図である。 本発明による振動ダンパの第２実施例の図1と同様の図である。 第２実施例の図２と同様の図である。 第２実施例の図３と同様の図である。 図７のVIII‐VIII線上の断面図である。

Claims (15)

1. とくに、車両座席に取り付けるための振動ダンパ（１０；１０ａ）であって、
   ‐キャリヤ素子（１２；１２ａ）、
   ‐振動質量（１４；１４ａ）、および
   ‐ばね装置（２０；２０ａ）、
   を有し、前記キャリヤ素子（１２；１２ａ）および振動質量（１４；１４ａ）を互いにばね装置（２０；２０ａ）を介して連結した、該振動ダンパにおいて、
   前記ばね装置は、キャリヤ素子（１２；１２ａ）および振動質量（１４；１４ａ）を互いに連結し、かつ振動質量（１４；１４ａ）の重心（Ｓ）の領域において配置した、弾性連結素子（２０；２０ａ）を有する構成としたことを特徴とする特徴とする振動ダンパ。
2. 弾性連結素子（２０；２０ａ）を、エラストマー材料、好ましくは天然ゴムで形成し、キャリヤ素子（１２；１２ａ）および振動質量（２６）に対して加硫処理したことを特徴とする、請求項１に記載の振動ダンパ。
3. 弾性連結素子（２０；２０ａ）は、柱状の、とくにほぼ円柱状の支柱部材を有する構成としたことを特徴とする、請求項１または２に記載の振動ダンパ。
4. 連結素子の剪断中心を振動質量（１４；１４ａ）の重心（Ｓ）の近傍にまたは前記重心（Ｓ）に一致するよう配置したこと特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の振動ダンパ。
5. 連結素子(２０)を振動質量(１４)とキャリヤ素子(１２)との間に配置するが、休止状態において振動質量(１４)によって牽引力を受ける配置としたことを特徴とする、請求項４に記載の振動ダンパ。
6. 連結素子（２０ａ）を振動質量(１４ａ)とキャリヤ素子(１２ａ)との間に配置するが、休止状態において振動質量(１４ａ)によって圧力を受ける配置としたことを特徴とする、請求項４に記載の振動ダンパ。
7. 振動ダンパ（１０；１０ａ）が、６〜１８Ｈｚ、好ましくは９〜１４Ｈｚ、の範囲の固有周波数を有することを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の振動ダンパ。
8. ０．２ｍｍ以上の励起振幅の振動質量（１４；１４ａ）が、０〜５ｍｍの振動質量振幅を保証することを特徴とする、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の振動ダンパ。
9. キャリヤ素子（１２；１２ａ）をＣ字状の形状としたことを特徴とする、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の振動ダンパ。
10. 振動質量（１４；１４ａ）に中央窪み（１６；１６ａ）を設け、この中央窪み内にキャリヤ素子（１２１２ａ）の遊端（１８；１８ａ）を突入させ、キャリヤ素子（１２；１２ａ）は、前記遊端（１８；１８ａ）の領域で連結素子（２０；２０ａ）を介して振動質量（１４；１４ａ）に結合したことを特徴とする、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の振動ダンパ。
11. キャリヤ素子（１２；１２ａ）および／または振動質量（１４；１４ａ）を板金材料で形成したことを特徴とする、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の振動ダンパ。
12. キャリヤ素子（１２；１２ａ）を、ゴムの加硫処理によって連結素子（２０；２０ａ）との一体形成を容易にするよう前処理したことを特徴とする、請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の振動ダンパ。
13. 振動質量（１４；１４ａ）を、金属本体、好ましくは鋳造材料製の金属本体を有する構成としたことを特徴とする、請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載の振動ダンパ。
14. 金属本体には、少なくとも所定領域に、好ましくはエラストマー材料（２６；２６ａ）のコーティングを設けたことを特徴とする、請求項１３に記載の振動ダンパ。
15. 連結素子（２０；２０ａ）を加硫処理するときに、コーティング（２６；２６ａ）を形成することを特徴とする、請求項１４に記載の振動ダンパ。

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