JP2014503777A - 質量ダンパ - Google Patents

Abstract

同調質量ダンパは、フレーム（１）と、その両端部からフレームに接続される少なくとも１つの折り曲げ可能なバネ素子（２）と、バネ素子の両端部から離間してバネ素子に接続される少なくとも１つの質量素子（３）と、ダンパの同調周波数を調節するための少なくとも１つの移動可能なバネ支持素子（４）と、バネ素子を移動させる手段（５）とを含む。

Description

本発明は、請求項１の前文に従った適用性同調質量ダンパに関する。

往復動する或いは回転する部品を含む多くの機械では、振動が一般的な問題である。振動は、例えば、内燃機関又はターボチャージャのような内燃機関の付属品内で起こる。構成部品を改変することによって、例えば、構造の一部の部品の剛性(stiffness)を増大させることによって、振動を減少させ得る。しかしながら、費用効率性の理由の故に、これは必ずしも常に可能でなく或いは実際的でない。従って、機械又は機械部品の振動を減少させるために、異なる振動ダンパが開発されている。振動ダンパを同調質量ダンパ、適用性同調質量ダンパ、半能動ダンパ、又は能動ダンパとして実施し得る。典型的な質量ダンパは、気体又は液体のような減衰媒体が充填された空間内を移動し得るバネ支持された移動可能な質量（マス）を含む。減衰媒体の運動及び圧力エネルギは熱エネルギに変換され、質量素子の運動は減衰され、よって、質量ダンパが取り付けられる構成部品の振動も減衰される。同調質量ダンパでは、使用中に同調周波数を調節し得ないのに対し、適用性同調質量ダンパでは、使用中も同調周波数を調節し得る。よって、異なるモードの振動によって引き起こされる振動を減衰するために、適用性同調質量ダンパを使用し得る。能動ダンパでは、質量素子の振動の代わりに或いは質量素子の振動に加えて、外力が生成される。

特許ＦＩ１１７５７３Ｂは、気体又は液体のような減衰媒体が充填されたチャンバの内側に配置される振動素子を含む質量ダンパを開示している。振動素子は、バネによってチャンバの両端部に支持され、チャンバの内側に配置される直線ガイドの方向において往復動し得る。振動素子は、質量ダンパのより容易な調節を可能にするために、幾つかの部品で構成される。また、減衰特性を変更するためにダンパ内の減衰媒体流を調節し得る。特許ＦＩ１１７５７３Ｂに開示される質量ダンパの減衰特性をある程度調節し得るが、ダンパの使用中の同調周波数の変更は可能でない。

本発明の目的は、適用性同調質量ダンパの改良を提供することである。本発明に従った質量ダンパは、請求項１の特徴部分によって特徴付けられる。

本発明によれば、同調質量ダンパは、フレームと、少なくとも１つの折り曲げ可能なバネ素子であって、その両端部からフレームに接続されるバネ素子と、バネ素子の両端部から離間してバネ素子に接続される少なくとも１つの質量素子と、少なくとも１つの移動可能なバネ支持素子と、質量ダンパの同調周波数を調節するためにバネ素子の長手方向においてバネ支持素子を移動させる手段とを含む。移動可能なバネ支持素子は、質量ダンパの取り外しを必要とせずに、使用中にも、質量ダンパの同調周波数の容易な調節を可能にする。バネ素子は両端部からフレームに接続されるので、大きな質量ダンパにも適したロバスト（頑強）な構造が達成される。

本発明の実施態様によれば、移動可能なバネ支持素子は、質量ダンパの振動方向においてバネ素子の両側に配置されるローラである。ローラは単純な構造を有し得、それらは大きな力を支持し得る。

本発明の実施態様によれば、バネ支持素子を移動させる手段は、質量ダンパの振動方向と平行であり且つバネ素子の長手方向において移動可能である移動素子である。これは単純であるが、支持素子を移動させるための確実な設計である。

本発明の実施態様によれば、移動素子は、移動可能なバネ支持素子の両側の周りに配置される孔を含む。孔は、質量ダンパの振動方向における移動可能なバネ支持素子の動作を可能にし、移動可能なバネ支持素子を移動素子に接続するために別個の素子は必要とされない。

本発明の実施態様によれば、移動素子は、親ネジに取り付けられ、質量ダンパは、親ネジを回転させる手段を含む。この構造は単純且つ確実であり、小さな場所内に適合し得る。

本発明の実施態様によれば、バネ素子は、第２のバネ支持素子が質量ダンパの振動方向においてバネ素子の両側に配置され且つフレームの凹部とバネ素子との間に楔留めされた状態で、フレームに接続される。この支持構造を用いるならば、第２のバネ支持素子に適切な予荷重を適用し得る。

本発明の実施態様によれば、質量ダンパの振動方向と平行なフレームの部分は、バネ素子の固定地点の移動を可能にするために弾性的である。質量素子が移動するとき、内向きに向く力がバネ素子の固定地点に向けられる。質量ダンパのフレームが弾性的に作製されるならば、バネ素子における張力を低減させ得る。

本発明の実施態様によれば、質量素子は、移動可能なバネ支持素子を収容するための凹部を備える。この実施態様は、小さな大きさの質量ダンパと、移動可能なバネ支持素子の簡単な構造とを可能にする。

本発明の実施態様によれば、質量素子は、少なくとも１つのスタッドボルトで互いに接続される。他の実施態様によれば、バネ素子の長手方向における質量素子の相互の移動を防止するために、バネピンが質量素子の間に配置される。他の実施態様によれば、バネが、バネ素子の周りにある質量素子の周りに配置される。質量素子の間のバネとスタッドボルトとを用いるならば、質量素子の相互の振動を防止し得るように、質量素子を互いに堅固に接続し得る。また、移動可能なバネ支持素子の予荷重は、スタッドボルトにプレテンションを与えること及び質量素子の間のバネの特性によって制御される。質量素子の間のバネピンは、質量素子の相互の横方向の移動を防止する。

本発明の実施態様によれば、質量ダンパは、質量素子を支持し且つ質量ダンパの振動方向における質量素子の動作を可能にする少なくとも１つの直線ガイドを含む。これはより大きな質量ダンパにおいて特に有益である。直線ガイドは、振動方向と異なる方向において作用する力を支持し、従って、バネ素子は、１つの方向における力を支持する必要があるだけである。

本発明の実施態様によれば、直線ガイドは、質量ダンパのフレームを締めるために使用される。直線ガイドが質量ダンパのフレームの締付け素子として作用し、質量ダンパに向けられる力の一部を支持するとき、フレームの他の部分をより自由に設計し得る。直線ガイドは、フレーム両端部を予荷重で締め付け、且つ、質量素子のための案内素子として作用する。

本発明の実施態様に従った質量ダンパを示す概略図である。 図１の質量ダンパをダンパのケーシングのない他の角度から示す斜視図である。 移動可能なバネ支持素子を示す斜視図である。 本発明の実施態様に従った質量ダンパ及びバネ支持構造を示す部分断面図である。 質量ダンパを示す部分断面図である。

次に、添付の図面を参照して、本発明の実施態様をより詳細に記載する。

本発明に従った適用性同調質量ダンパは、フレーム１と、少なくとも１つのバネ素子２と、少なくとも１つの質量素子３と、少なくとも１つの移動可能なバネ支持素子４とを含む。バネ素子２は、その両端部からフレーム１に接続される。質量ダンパは、例えば、内燃機関、内燃機関のターボチャージャ、又は幾つかの他の振動装置の振動を減少させるために意図される。図１乃至５の実施態様において、質量ダンパは、複数のバネ素子２と、移動可能なバネ支持素子４と、質量素子３とを含む。バネ素子２は、バネ素子２の両端部がフレーム１に固定されるようにフレーム１の内側に配置される板バネである。「板バネ」という用語は、ここでは、単一の細長い弾性的な素子又は互いに重なり合う複数の素子で構成され得るバネを指している。質量素子３は、振動素子を形成する積重ねとして配置される。質量素子３は、一対の質量素子３の間に２つの平行なバネ素子２があるようにバネ素子２の周りに配置される。質量素子３は、単一部片の材料で作製される必要はなく、一体に取り付けられる鋼板のような幾つかの部片で構成され得る。必要に応じてバネ素子２及び質量素子３の数を選択し得る。例えば、質量ダンパは、１つだけのバネ素子２と、バネ素子２の周りに配置される一対の質量素子３とを含み得る。他方、質量ダンパは、複数の質量素子３と、各対の質量素子の間に配置される３つ又はそれよりも多くのバネ素子２とを含み得る。

質量ダンパの振動方向とは異なる方向における質量素子３の動作を防止するが、振動方向における動作を許容するために、直線ガイド１０が、質量素子３を通じるよう配置される。質量素子３は、リニア軸受によって直線ガイド１０に対して支持される。よって、直線ガイド１０は質量素子３を支持し、バネ素子２が振動方向とは異なる方向において有意な力を支持する必要がないことを保証する。ここで、「振動」という用語は、振動を減少させるために質量ダンパが使用される方向を指す。直線ガイド１０は、フレーム１の第１及び第２の端板（エンドプレート）２１，２２を通じ、質量ダンパの第１の端部で交差する剛化ビーム２３，２４を通じ、且つ、質量ダンパの第２の端部で交差する剛化ビーム２５，２６を通じるようにも配置される。よって、直線ガイド１０を質量ダンパのフレーム１の剛化素子として使用し得る。

バネ素子２は、移動可能なバネ支持素子４と、第２のバネ支持素子１１とによって支持される。各バネ素子２は、４つの移動可能なバネ支持素子４と、４つの第２のバネ支持素子１１とによって支持される。バネ支持素子４，１１は、バネ素子２の両端部で両側に位置付けられる。図４は、バネ素子２がフレーム１にどのように取り付けられるかをより詳細に示している。フレーム１は、凹部１２を備える。凹部１２の他の縁部は直線であるのに対し、他の縁部は凹部１２がフレーム１の内側でより狭いように傾斜している。各バネ素子２は、フレーム１の両側で凹部１２を通じ、図面中に示す実施態様では円筒形のバーである第２のバネ支持素子１１は、質量ダンパの振動方向においてバネ素子２の両側に配置されている。調節ネジ１４が、フレーム１にボルト締めされる押板（プッシュプレート）１３を通じる。調節ネジ１４は、第２のバネ支持素子１１を楔形状の凹部１２に対して締め付け、第２のバネ支持素子１１の適切な予荷重を可能にする。バネ素子２が接続されるフレーム１の側は、固定地点の移動を可能にするために弾性的に作製される。

質量ダンパの同調周波数の調節を可能にするために、質量ダンパは、移動可能なバネ支持素子４を移動させる手段５を備える。移動可能なバネ支持素子４を移動させることによって、バネ素子２の剛性を調節し得、従って、質量ダンパの同調周波数も調節し得る。移動可能なバネ支持素子４が第２の支持素子１１から離れる方向に移動されるとき、質量ダンパの同調周波数は変更される。バネ支持素子４の位置は、装置の振動を減衰させる必要がある装置の各動作地点で適切な同調周波数が達成されるように制御される。移動可能なバネ支持素子４を図３により詳細に示す。移動可能なバネ支持素子４は、シャフト４ａと、軸受ローラ４ｂと、端部旋回軸（端部ピボット）４ｃとを含む。

質量素子３は、移動可能なバネ支持素子４を収容し得る凹部３ａを備える。凹部３ａは、質量素子３の両端部に配置されている。移動可能なバネ支持素子４の軸受ローラ４ｂは、バネ素子２と凹部３ａの表面とに対して位置する。バネ素子２の周りのそれらの質量素子３の各分離平面内には間隙（遊び）がある。他の分離平面内において、質量素子３は互いに直接的に対抗し合って配置される。ダイアフラムスプリングのようなバネ１５が、バネ素子２の周りにあるそれらの質量素子３の間に配置される。スタッドボルト（植込ボルト）１６が、
質量素子の積重ね全体を通じる。移動可能なバネ支持素子４の動作は、質量素子３の間のバネ１５とスタッドボルト１６とによる適切な予荷重によって可能とされる。質量素子３の間の間隙とバネ１５及びスタッドボルト１６によるプレテンションとを備える構造は、より大きな製造公差を可能にすると同時に、バネ素子２の長手方向における移動可能なバネ支持素子４の移動が可能である。接触表面の上に汚損がある場合においてさえも、移動可能なバネ支持素子４が目詰まりする危険性は最小限化される。プレテンションを与えられるスタッドボルト１６は、質量素子の積重ねの振動も防止する。質量素子の相互の水平方向の移動を防止するために、バネピン１７が質量素子３の間に配置される。

移動可能なバネ支持素子４を移動させる手段は、質量ダンパの振動方向と平行であり且つバネ素子２の長手方向において移動可能である移動素子５を含む。図面に示す実施態様では、バネ素子２の両端部で質量素子３の各側に２つの移動素子５が配置されている。各移動素子５は、孔５ａを備え、移動可能なバネ支持素子４の端部旋回軸４ｃは、移動素子５の孔５ａ内に配置される。孔５ａの代わりに、移動素子５は、例えば、端部旋回軸４ｃを収容するための溝を備え得る。移動素子５の孔５ａと移動可能なバネ支持素子４の端部旋回軸４ｃとの間には間隙（遊び）がある。その間隙は、質量ダンパの振動方向における移動素子５に対する質量素子３の移動を可能にし、よって、バネ素子２及び移動可能なバネ支持素子４の移動も可能にする。移動素子５が移動させられるとき、移動可能なバネ支持素子４も移動素子５と共に移動する。移動素子５の両端部は、横向き直線ガイド２８で支持され、移動素子５は、直線ガイド２８に沿って移動し得る。移動素子５を移動させるために、質量ダンパの両側には親ネジ６がある。各親ネジ６の一端部は、ベルト７によって回転させられるプーリ８を備える。ベルト７は、質量ダンパの一端部に配置される電気モータ２０の軸の上に取り付けられる駆動プーリ９によって駆動させられる。

質量ダンパは、その振動を減衰させる必要がある構造に質量ダンパを締結するために使用し得るフランジ１８を備える。如何なる方向においても作動するように質量ダンパを据え付け得る。

減衰効果は、質量ダンパのケーシング２９の内側の流れを制限することによって、既知の方法において実施される。減衰媒体が質量ダンパに充填され、減衰媒体は、オイルのような液体又は気体であり得る。質量ダンパの両端部に最も近い質量素子３は、質量素子３を越える減衰媒体流を防止するための板２７を備える。質量素子３の移動によって圧搾される減衰媒体は、最も外側の質量素子３内の穿孔を通じて流れる。質量ダンパは、減衰媒体の膨張及びシステムの加圧を可能にするための圧力アキュムレータ１９を備える。

本発明が上述の実施態様に限定されず、付属の請求項の範囲内で異なり得ることが、当業者によって理解されるであろう。多くの異なる構造が可能である。例えば、質量素子を案内する直線ガイドは、質量素子を貫通する必要はなく、１つ又はそれよりも多くのガイドを質量ダンパの両側に配置し得る。一部の場合には、如何なる直線ガイドを有することも不要でさえあり得る。これは質量ダンパの寸法が小さい場合に特に当て嵌まる。移動可能なバネ支持素子を移動させる移動素子を多くの方法において支持し得る。直線ガイドはないが、移動素子が２つの親ネジによって支持されることも可能である。代替的に、親ネジが取り除かれたままとし、空圧又は液圧ピストンによって移動素子を移動してもよい。親ネジが使用されるならば、電気モータの代わりに液圧又は空圧モータを使用し得る。

Claims (13)

1. フレームと、少なくとも１つの折り曲げ可能なバネ素子であって、その両端部から前記フレームに接続されるバネ素子と、前記バネ素子の両端部から離間して前記バネ素子に接続される少なくとも１つの質量素子とを含む、同調質量ダンパであって、
   当該質量ダンパは、少なくとも１つの移動可能なバネ支持素子と、当該質量ダンパの同調周波数を調節するために前記バネ素子の長手方向において前記バネ支持素子を移動させる手段とを含むことを特徴とする、同調質量ダンパ。
2. 前記移動可能なバネ支持素子は、当該質量ダンパの振動方向において前記バネ素子の両側に配置されるローラであることを特徴とする、請求項１に記載の質量ダンパ。
3. 前記バネ支持素子を移動させる手段は、当該質量ダンパの振動方向と平行であり且つ前記バネ素子の長手方向において移動可能である移動素子であることを特徴とする、請求項２に記載の質量ダンパ。
4. 前記移動素子は、前記移動可能なバネ支持素子の両側の周りに配置される孔を含むことを特徴とする、請求項３に記載の質量ダンパ。
5. 前記移動素子は、親ネジに取り付けられること、並びに、当該質量ダンパは、前記親ネジを回転させる手段を含むことを特徴とする、請求項３又は４に記載の質量ダンパ。
6. 前記バネ素子は、第２のバネ支持素子が当該質量ダンパの振動方向において前記バネ素子の両側に配置され且つ前記フレームの凹部と前記バネ素子との間に楔留めされた状態で、前記フレームに接続されることを特徴とする、請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の質量ダンパ。
7. 当該質量ダンパの振動方向と平行な前記フレームの前記部分は、前記バネ素子の固定地点の移動を可能にするために弾性的であることを特徴とする、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の質量ダンパ。
8. 前記質量素子は、前記移動可能なバネ支持素子を収容するための凹部を備えることを特徴とする、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の質量ダンパ。
9. 前記質量素子は、少なくとも１つのスタッドボルトで互いに接続されることを特徴とする、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の質量ダンパ。
10. 前記バネ素子の長手方向における前記質量素子同士の移動を防止するために、バネピンが前記質量素子の間に配置されることを特徴とする、請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載の質量ダンパ。
11. バネが、前記バネ素子の周りにある前記質量素子の周りに配置されることを特徴とする、請求項１乃至１０のうちのいずれか１項に記載の質量ダンパ。
12. 当該質量ダンパは、前記質量素子を支持し且つ当該質量ダンパの振動方向における前記質量素子の動作を可能にする少なくとも１つの直線ガイドを含むことを特徴とする、請求項１乃至１１のうちのいずれか１項に記載の質量ダンパ。
13. 前記直線ガイドは、当該質量ダンパの前記フレームを締めるために使用されることを特徴とする、請求項１２に記載の質量ダンパ。

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