JP3250594B2 - ダイナミックダンパ装置 - Google Patents

ダイナミックダンパ装置

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JP3250594B2 JP07522595A JP7522595A JP3250594B2 JP 3250594 B2 JP3250594 B2 JP 3250594B2 JP 07522595 A JP07522595 A JP 07522595A JP 7522595 A JP7522595 A JP 7522595A JP 3250594 B2 JP3250594 B2 JP 3250594B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、乗用車等の車両におけ
る排気系のこもり音対策として、排気管本体に取り付け
られるダイナミックダンパ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の車両の排気系におけるエンジン
から延出した排気管は、エンジン爆発によって振動し、
特定の振動数(周波数)で所謂こもり音がピークにな
る。従来より、このような排気系のこもり音対策とし
て、例えば排気管本体にダイナミックダンパ装置が取り
付けられる。このダイナミックダンパ装置は通常、錘と
この錘に結合したゴム(弾性体)を備え、排気管本体の
適所に固着されるようになっている。そして排気管本体
に対するダイナミックダンパ装置の適切なチューニング
周波数を設定することにより、こもり音の発生を抑制し
ようとしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ダイナミックダンパ装置において、排気管の温度上昇に
よって弾性体としてのゴム自体の温度が上がり、このゴ
ムが軟化してそれに伴い弾性係数が小さくなる。する
と、図7に示したようにチューニング周波数がずれてし
まい、従って排気管の温度上昇前(冷間時)には所定の
ダンパ効果を得ることができるものの、温度上昇中や上
昇後(温間時)においてはダンパ効果を期待し得ない。
一方、温間時のチューニング周波数の低下を見込んで、
冷間時のチューニング周波数を高めに設定すると、この
場合には冷間時においてダンパ効果を得ることができな
くなる。このように、排気管の温度変化に対応し得るよ
うにチューニング周波数を設定するのは極めて困難であ
った。
【0004】また、温度変化による影響の少ない金属ば
ねを用いたダイナミックダンパ装置も知られているが、
この場合、図8に示したようにダイナミックダンパ装置
の特性は、上述のようなゴム製のものに比べて極めてシ
ャープになる。なお、図8において、実線はゴムのダン
パ装置、点線は金属のダンパ装置をそれぞれ示してい
る。従って、このようなダイナミックダンパ装置におい
ては、チューニング周波数の設定が更に困難になる。
【0005】本発明は上記の点に鑑み、排気管の温度変
化に影響されずに、常に適正なチューニング周波数を設
定することができるダイナミックダンパ装置を提供する
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載のダイナ
ミックダンパ装置は、質量部とこの質量部に結合する弾
性体を備え、振動体の適所に固着されるようになってい
るが、温間時に熱が加わると長さ方向に向かって収縮
し、弾性係数を大きくする弾性素子を前記弾性体に形成
した収容口内に前記弾性体の軸方向に沿って装着し、前
記弾性体及び前記弾性素子全体としての弾性係数をほぼ
一定に保持し得るように、温度変化に伴う前記弾性体の
弾性係数の変化分を前記弾性素子が補うものである。
【0007】請求項2に記載のダイナミックダンパ装置
では、前記弾性体をゴム材料により形成すると共に、前
記弾性素子を形状記憶合金により形成した。
【0008】更に、請求項2に記載のダイナミックダン
パ装置では、前記弾性素子は、コイル状に形成される。
【0009】
【作用】本発明によれば、温度変化に応じて弾性係数
(ばね定数)が変化する弾性素子を弾性体と一体化して
装着するが、この弾性素子は形状記憶合金により形成さ
れる。先ず、この形状記憶合金の特性として、高温の母
相(原子が規則正しく並んだ状態)で材質が極めて強
い、即ち硬度が高く且つ降伏応力が高い。また低温マル
テンサイト相(原子が言わば将棋倒しの状態)で弱い。
更に、本発明において弾性素子は、コイル状に形成され
る。実用上において、直線状の素子とするよりもコイル
状にしたものの方が所望のばね定数を得易い。
【0010】本発明はこのような形状記憶合金の特性を
有効に利用するものであり、チューニング周波数が排気
管の温度変化に依存しないようにする。つまり、温間時
には弾性体に用いるゴムは軟化する(ゴム硬度が低下す
る)ため、その弾性係数が小さくなる。一方、温間時に
熱が加わると収縮する形状記憶合金で成る弾性素子は、
温度上昇に応じて弾性係数(ばね定数)が大きくなる。
かかる弾性素子を装着することにより、弾性体の弾性係
数の低下を補償することができ、冷間時にチューニング
されたダイナミックダンパ装置のチューニング周波数
は、温間時においても変化することなく一定に保持され
る。
【0011】
【実施例】以下、図1乃至図6に基づき、本発明による
ダイナミックダンパ装置の好適な実施例を説明する。図
1は、本発明の好適な適用例を示しており、この例は振
動体として排気管本体1にダイナミックダンパ装置10
が取り付けられる。このダイナミックダンパ装置10
は、後述するように質量部とこの質量部に結合する弾性
体を備え、排気管本体1の適所に固着されるようになっ
ている。
【0012】また、図2は上記のダイナミックダンパ装
置10の構成例を示している。図2において、11は質
量部を構成する錘、12は押え用座金、13は形状記憶
合金により形成された弾性素子、14は弾性体としての
ゴム体である。弾性素子13は、ゴム体14の軸方向に
沿って装着される。15はダンパ取付用座金、16はダ
ンパ取付用金具、17はワッシャである。弾性素子13
は、ゴム体14の中央部に形成した収容口14a内に収
容され、両端の止め部13aにより押え用座金12と係
合するようになっている。なお、図中に示される長さ、
直径等の寸法は、本実施例で使用した数値の具体例を表
している。
【0013】本実施例において、弾性素子13はコイル
状に形成される。ここで先ず、弾性素子13を構成する
コイルばねの設計に関するパラメータ等を確認する。コ
イルばねの素線表面における最大剪断応力τは、 τ=Κ・8PD/πd3 (1) である。(1)式においてPはコイルばねの軸荷重
(N)、Dはコイルばねの直径(mm)、dはコイルば
ねの素線の線径(mm)、Kは応力修正係数である。な
お、K=(4c−1)/(4c−4)+0.615/c
(但し、c=D/d)である。
【0014】また、剪断歪みγは、 γ=dδ/πnD2 (2) により与えられる。(2)式において、δはコイルばね
の撓み(mm)、nはコイルばねの有効巻数である。 更に、Κ=P/δ (3) τ=Gγ (但し、Gは横弾性係数) (4) PH /δH H =PL /δL L (5) であり、(5)式において、Hは高温時の条件(変形
後)を、またLは常温時の条件(変形前)を意味するも
のとする。弾性素子13のコイルばねの設計にあたり、
上記各式を用いてコイルばねの直径D、コイルばねの素
線の線径d及び有効巻数n等を求める。
【0015】また、ゴム体14を構成するゴムの熱特性
は一般に、温度が上昇すると、その弾性特性を決定する
縦弾性係数Eは、図3のように低下する。また、そのゴ
ムの形状が例えば図4に示したような場合、ゴムを軸方
向に圧縮又は引張る際の弾性係数kは、次式により決定
される。 F=kδ=EAε=EA/h・δ(但し、ε=δ/h) 上式においてFは荷重、δは荷重Fによる撓み量、Aは
荷重負荷面の面積、εは歪みである。故に、k=EA/
h,E=kh/Aとなり、つまりゴムに加わる熱(温度
上昇)によりゴム体14の縦弾性係数Eが低下し、或い
はゴムの軸方向の圧縮により弾性係数kが大きくなる。
【0016】次に、上述のゴムの熱的特性を考慮しなが
ら、f0 =100Hzにチューニングされたダイナミッ
クダンパ装置(図5)が雰囲気温度の上昇によりf0
90Hzに低下したとき、形状記憶合金のコイルばねに
よってf0 を100Hzまで上げる場合のコイルばねの
諸元について算出する。
【0017】先ず、常温時(f0 =100Hz)のばね
定数(弾性係数)k1 は、f0 =1/2π√(980k
1 /m)よりk1 =80.6Kg/cmとなる。但し、
mは錘11の質量であり、m=0.2Kgとする。また
雰囲気温度の上昇によりf0 =90Hzになったときの
ばね定数k2 は、k2 =65.3Kg/cmとなる。従
って、ばね定数の増分は、Δk=15.3Kg/cmで
ある。
【0018】上記コイルばねは、そのコイル形状から常
にばね定数を有している。更に、ダイナミックダンパ装
置の形状により常温時のf0 を決定するばね定数は、ゴ
ムの弾性係数kR1とコイルばねのばね定数kC1による並
列ばねで決定される。
【0019】先に計算したk1 よりkC1を設計の都合上
25.0Kg/cmとすると、kR1は55.6Kg/c
mとなる。温度上昇による縦弾性係数の低下は、ゴム体
14のゴムによる分だけであるから、温度上昇時のコイ
ルばねのばね定数kC2は、kC2=kC1+Δk=25.0
+15.3=40Kg/cmとなる。
【0020】ところで、形状記憶合金のコイルばねは、
温度上昇により軸に沿った圧縮方向に変形するものとし
ているので、その変形量δは、δ=1.0mmとする
と、温度上昇後における圧縮後のゴムの弾性係数kR2
は、h=20mm、A≒6π(但し、d=50mm)よ
り、温度上昇後で、圧縮前のゴムの弾性係数が、 ER2=kR2h/A=(55.6−15.3)・2/6π
≒4.28Kg/cm となるので、 kR2′=ER2A/h′=4.28・6π/1.9≒4
2.4Kg/cm で与えられる。よって、温度上昇後のゴムの弾性係数
は、コイルばねの変形により kR2′−kR2≒42.4−40.3≒2.1Kg/cm だけ大きくなることになり、従ってこのときのコイルば
ねのばね定数は、kC2′=40.3−2.1=38.2
Kg/cmとなる。
【0021】ここで、以上の内容を整理すると常温時に
て、ゴムの弾性係数kR1=55.6Kg/cm、またコ
イルばねのばね定数kC1=25.0Kg/cmであるダ
イナミックダンパ装置(f0 =100Hz)が雰囲気温
度の上昇により、ゴムの弾性係数kR2′が42.4Kg
/cm(f0 =90Hz)に低下するためコイルばねの
ばね定数kC2′が38.2Kg/cmとなるコイルばね
を設計すればよいことになる。
【0022】温度上昇後のコイルばねは、ゴムを軸に沿
った圧縮方向に1.0mm撓ませるため、コイルばねに
対する軸方向の荷重Pは、 P=kR2δ=40.3×0.1=4.03Kgf≒3
9.5N となる。よって(1)、(2)式によりコイルばねの直
径D、コイルばねの素線の線径d及び有効巻数nを求め
ることができる。
【0023】なお、形状記憶合金の圧縮(撓み量)δ=
1.0cm、常温時の形状記憶合金の弾性係数GL =1
5G(Pa)であり、これらは合金の熱処理条件によて
決定される値であるため任意に決定される。またGH
(5)式により kC2′/GH =kc1/GL 故に、GH =23G(Pa)となる。
【0024】また、常温時の形状記憶合金の(最大)剪
断歪みγL (=γmax )=1.5%であり、形状記憶合
金の場合2%以内が望ましいため任意に決定する。γH
は、(4)式によりGL γL =GH γH (変形前後の応
力一定)であり、故にγH =0.98%となる。更に、
応力修正係数Kにおける係数c=6となり、コイルばね
の場合一般に、4〜10の値で決定される。
【0025】上記の値を用いて、(1)式によりコイル
ばねの素線の線径d=1.9mm、直径D=12mmが
求められる。また、(2)式によりγにΔγ=γL −γ
H を代入してコイルばねの有効巻数n=1巻が求められ
る。
【0026】本発明のダイナミックダンパ装置におい
て、特に車両の加減速走行時に、排気管本体の熱によっ
て弾性体のゴムが軟化する。このように該弾性体自体の
チューニング周波数が変化した場合でも、弾性素子の形
状記憶合金のばね定数が大きくなることにより、ダイナ
ミックダンパ装置全体としての弾性係数は、図6に示さ
れるようにチューニング周波数内に管理され、従って温
度変化に影響されることなくこもり音を有効に解消する
ことができる。なお図6において、(A)は冷間時の振
動レべルを、また(B)は温間時の振動レべルをそれぞ
れ示している。
【0027】実施例について本発明を説明したが、ここ
で用いた具体的数値等は本発明に好適な一例を示したも
のであり、本発明はそれらの数値の場合のみに限定され
るものではなく、その範囲内で適宜変更可能である。ま
た、特に振動体として車両の排気管に本発明のダイナミ
ックダンパ装置を取り付ける例を説明したが、特に温度
によってその周波数特性が変わり得るその他の振動体に
対しても、本発明を有効に適用することができ、上記実
施例と同様な作用効果を得ることができる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、形
状記憶合金の特性を有効に利用することにより、特に冷
間時及び温間時等の温度変化がある場合でもダイナミッ
クダンパ装置のチューニング周波数を常に一定に保持す
ることができ、温度変化に影響されることなく適正なダ
ンパ効果を得ることができる等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるダイナミックダンパ装置の実施例
における適用例を示す斜視図である。
【図2】本発明によるダイナミックダンパ装置の実施例
における構成例を示す分解斜視図である。
【図3】本発明によるダイナミックダンパ装置に係る弾
性体の弾性係数及び温度の関係を示す図である。
【図4】本発明によるダイナミックダンパ装置に係る弾
性体の軸方向荷重に対する作用の例を示す斜視図であ
る。
【図5】本発明によるダイナミックダンパ装置の設計例
を示す模式図である。
【図6】本発明によるダイナミックダンパ装置の適用効
果を示す図である。
【図7】従来のダイナミックダンパ装置におけるチュー
ニング周波数の変化状態を示す図である。
【図8】従来の金属ばねに係るダイナミックダンパ装置
におけるダンパ特性を示す図である。
【符号の説明】
1 排気管本体 10 ダイナミックダンパ装置 11 錘 12 押え用座金 13 弾性素子 14 ゴム体 15 ダンパ取付用座金 16 ダンパ取付用金具 17 ワッシャ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 光二 神奈川県横須賀市田浦港町無番地 関東 自動車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−208644(JP,A) 実開 昭63−64988(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 7/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量部とこの質量部に結合する弾性体を
    備え、振動体の適所に固着されるようにしたダイナミッ
    クダンパ装置において、温間時に熱が加わると長さ方向に向かって収縮し、弾性
    係数を大きくする 弾性素子を前記弾性体に形成した収容
    口内に前記弾性体の軸方向に沿って装着し、前記弾性体
    及び前記弾性素子全体としての弾性係数がほぼ一定に保
    持されるように、温度変化に伴う前記弾性体の弾性係数
    の変化分を前記弾性素子が補うようにしたことを特徴と
    するダイナミックダンパ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のダイナミックダンパ装
    置において、 前記弾性体をゴム材料により形成すると共に、前記弾性
    素子を形状記憶合金により形成したことを特徴とするダ
    イナミックダンパ装置。
  3. 【請求項3】 前記弾性素子が、コイル状に形成される
    ことを特徴とする請求項2に記載のダイナミックダンパ
    装置。
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