JP3879542B2 - Damping device and control method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【技術分野】
本発明は、振動部材に装着されて振動部材の振動を低減する制振装置に係り、特に、自動車における振動部材に適用されることにより有効な制振効果を発揮することが出来る制振装置に関するものである。
【0002】
【背景技術】
従来から、振動部材において問題となる振動を低減する方法としては、▲1▼振動部材にマス材を固定するマスダンパや、▲2▼振動部材に対してバネ材を介してマス材を連結支持せしめるダイナミックダンパ、更に、▲3▼振動部材の表面にシート状弾性材を貼着した制振材が、知られている。ところが、上記▲1▼マスダンパと▲2▼ダイナミックダンパは、何れも、大きなマス材の質量が必要になることに加えて、有効な制振効果の発揮される周波数域が狭いという問題があった。また、上記▲3▼制振材は、広い貼着面積が必要になると共に、重量が嵩むという問題があった。更に、上気▲2▼ダイナミックダンパと▲3▼制振材は、制振効果の温度依存性が高いために、使用条件によっては目的とする制振効果を安定して得ることが難しいという問題もあったのである。
【0003】
そこで、本出願人は、先に、国際公開WO00/14429号公報において、振動部材に固定されるハウジングに対して、隙間を隔てて非接着で相対変位可能に独立マス部材を配設せしめて、振動入力時に、かかる独立マス部材を、ハウジングに対して弾性的な当接面で当接させることにより、当接時における滑り摩擦と衝突によるエネルギ損失を利用して制振効果を得るようにした、新規な構造の制振装置を車両用制振装置として提案した。このような構造の制振装置においては、小さなマス質量により、広い周波数域に亘る振動に対して有効な制振効果を得ることが出来るのである。
【0004】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上記国際公開WO00/14429号公報に記載された車両用制振装置について、本発明者が更なる検討を行った結果、完成されたものであり、その解決課題とするところは、かかる国際公開WO00/14429号公報に記載された車両用制振装置よりも、更に優れた制振効果を得ることが出来る、改良された構造の制振装置を提供することにある。
【0005】
【解決手段】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。また、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載され、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきである。
【0006】
すなわち、本発明者が上記国際公開WO00/14429号公報に記載の車両用制振装置について更なる検討を行った結果、独立マス部材をハウジングに対してより効率的に相対変位させ、更には飛び上がらせて飛び跳ね変位させることにより、独立マス部材のハウジングへの実質的な打ち当たり当接に基づく制振効果が一層効果的に発揮されるようにすることが出来るという新たな技術思想を見い出し得たのであり、本発明者は、かかる新たな知見に基づいて、本発明を完成され得たものである。
【0007】
そこにおいて、制振装置に関する本発明の第一の態様は、(a)振動部材に取り付けられて制振すべき振動が入力される当接部材と、(b)該当接部材に対して非接着で独立変位可能に配設されて該当接部材に直接的且つ弾性的に当接せしめられる独立マス部材と(c)前記当接部材における前記独立マス部材の当接面を加振することによって該独立マス部材に該当接部材からの飛び跳ね力を及ぼす加振手段とを、有することを、特徴とする。
【0008】
このような本態様に従う構造とされた制振装置においては、加振手段によって当接部材における独立マス部材の当接面を加振することにより、外部から入力される加振力が小さい場合でも制振装置自体が生ずる内部の加振力を作用させて独立マス部材を有利に飛び跳ね変位せしめて当接部材に打ち当たり当接させることが出来る。
【0009】
従って、本態様に係る制振装置においては、例えば、振動部材における制振すべき振動の加速度が1G(重力加速度)以下の場合でも、独立マス部材を当接部材から飛び上がらせて飛び跳ね変位せしめることが出来ることから、そのような小さなエネルギの振動に対しても、独立マス部材の当接部材に対する打ち当たり当接に基づく制振効果が有効に発揮され得るのである。
【0010】
また、本態様においては、加振手段によって独立マス部材を任意の周波数で強制的に加振変位させて当接部材に打ち当り当接させることが出来ることから、制振すべき振動周波数が変化する場合等においても有効な制振効果を得ることが可能となるのである。
【0011】
なお、本態様において、当接部材は、振動部材に対して、固定されて直接的に取り付けられていても良いが、後述する第四の態様に示されるように、ばね部材を介して間接的に取り付けられても良い。また、本態様において、独立マス部材は、その全体をゴム弾性体や合成樹脂材、或いは、それらの発泡材で形成したり、そのようなものに対して補強的に金属等の剛性材を固着することで形成することも可能であるが、その他、独立マス部材の全体を金属等の剛性材で形成しても良く、その場合には、独立マス部材が当接部材に対して弾性的に当接されるように、独立マス部材の当接面と当接部材の当接面の少なくとも一方が、ゴム弾性体や合成樹脂材等の弾性材によって形成されることが望ましい。
【0012】
また、本態様において、独立マス部材と当接部材を相互に弾性的に直接連結せしめる部材は存在していない。即ち、独立マス部材の全外表面が当接部材における当接面に対して完全に独立せしめられており、独立マス部材を当接部材に対する相対的な移動中心に位置せしめた状態下では、独立マス部材の当接面が当接部材の当接面に対して所定の空間からなる隙間を隔てて離隔位置せしめられるようになっているのであり、それによって、独立マス部材が当接部材に対して非接着で独立変位可能とされているのである。
【0013】
さらに、本態様においては、当接部材における独立マス部材の当接面の加振構造としては、当接面を直接に加振する構造と、当接部材における当接面以外を加振し、かかる加振力を当接面に伝達して加振する構造の何れか或いは両方を採用することが出来る。また、本態様において、加振される当接面は、振動が入力されていない状態下で独立マス部材が当接されている当接面とすることが望ましいが、それに加えて、或いはそれに代えて、振動入力時における独立マス部材の変位によって当接せしめられる任意の面を含めても良く、加振される当接面が複数あっても良い。
【0014】
また、本態様における加振手段は、電気モータや油圧式のアクチュエータ等によって構成することも可能であるが、加振周波数等の制御を容易に行うことが出来る磁歪素子や電歪素子,電磁式のアクチュエータ等で構成することが望ましく、それによって、当接部材における独立マス部材の当接面を高周波で加振したり、更には加振力の周波数や位相を高精度に制御することも可能となるのである。
【0015】
また、制振装置に関する本発明の第二の態様は、前記第一の態様に係る制振装置において、前記加振手段が、前記当接部材における前記独立マス部材の前記当接面に取り付けられて該当接面を繰り返し変形させることにより該当接面を直接に加振するようにしたことを、特徴とする。このような本態様に従う構造とされた制振装置においては、当接部材における独立マス部材の当接面が加振手段による加振によって直接に変形せしめられることから、加振手段による加振力を独立マス部材に対して一層効率的に作用せしめることが出来ると共に、独立マス部材に及ぼされる加振力の制御も容易となる。
【0016】
なお、本態様において、加振手段による当接部材における独立マス部材の当接面の変形は、例えば、当接部材における独立マス部材の当接面に添着配設した磁歪素子を利用するものや、当接部材における独立マス部材の当接面に添着配設した電歪素子(圧電素子)を利用するもの、或いは、当接部材における独立マス部材の当接面に電磁式アクチュエータの出力部材を固定したもの等が、何れも、好適に採用され得る。
【0017】
また、制振装置に関する本発明の第三の態様は、前記第一又は第二の態様に係る制振装置において、前記当接部材を中空構造を有するハウジングによって構成すると共に、前記独立マス部材を球状又は円形ロッド状を有する円形断面体として該ハウジングに収容配置せしめたことを、特徴とする。このような本態様に従う構造とされた制振装置においては、中空構造のハウジング内面によって独立マス部材の当接面を独立マス部材の周囲に複数形成することが可能であり、それによって、複数方向から入力される振動に対しても、有効な制振効果を得ることが可能となる。また、独立マス部材が球状又は円形ロッド状を有する円形断面体とされていることにより、独立マス部材の飛び跳ね変位に際してのハウジングに対する摺接面積が小さくされて、引っ掛り的な抵抗も軽減されることから、加振手段によって当接面が加振された際に独立マス部材が一層効率的に飛び跳ね変位せしめられることとなり、独立マス部材の当接部材(ハウジング)に対する打ち当たり当接に基づく制振効果を一層有利に得ることが出来るのである。
【0018】
なお、本態様は、前記第二の態様と組み合わせて採用することが望ましく、その場合には、ハウジング(当接部材)における独立マス部材の当接面に磁歪素子等の加振手段を固定した構成が有利に採用される。
【0019】
また、制振装置に関する本発明の第四の態様は、前記第一乃至第三の何れかの態様に係る制振装置において、前記振動部材に対してばね部材を介してダンパマスを弾性支持せしめることにより、該振動部材に対する副振動系を構成すると共に、該ダンパマスに対して前記当接部材を一体的に設けたことを、特徴とする。このような本態様に従う構造とされた制振装置においては、振動部材の振動がばね部材とダンパマスからなる副振動系に入力されてダンパマスが加振変位せしめられることに伴い、ダンパマスに設けられた当接部材に対して独立マス部材が相対的に変位せしめられることとなる。そこにおいて、特に、副振動系の固有振動数域の周波数成分を有する振動の入力時には、副振動系の共振作用によってダンパマスの振幅が大きくなり、独立マス部材の当接部材に対する相対変位も大きくなって、独立マス部材が当接部材に対して直接的且つ弾性的に当接せしめられることとなる。その結果、独立マス部材の当接部材への打ち当たり当接に基づいて、振動部材に対する振幅抑制効果が発揮されるのであり、結果的にダンパマスとばね部材からなる副振動系において、見かけ上の損失係数が大きくなって制振効果が向上されたのと同じような状態が発現される。
【0020】
従って、本態様に係る制振装置においては、独立マス部材の当接部材への打ち当たりによってダンパマスの振幅が抑えられることから、ばね部材自体の損失係数が小さくても、副振動系を構成するダンパマスの変位量が抑えられて共振ピーク値が下げられることとなり、副振動系の付加によって主振動系たる振動部材において、該副振動系のチューニング周波数域を挟んだ低周波側と高周波側の両周波数領域にそれぞれ生ぜしめられる新たな振動ピークを抑えて、全体として広い周波数域に亘って良好なる制振効果を得ることが出来るのである。
【0021】
また、本態様に係る制振装置においては、副振動系の固有振動数に関係なく、加振手段によって独立マス部材を当接部材から飛び跳ね変位せしめることが出来ることから、例えば、振動部材において、制振すべき振動が複数の周波数域にある場合には、それら複数の周波数域のうちの一つの周波数域に副振動系の固有振動数をチューニングして、副振動系の共振作用に基づく制振効果を、かかる周波数域の振動に対して、有効に発揮する一方、その他の周波数域の振動に対しては、加振手段によって当接部材から飛び跳ね変位せしめられた独立マス部材の当接部材に対する打ち当たり当接に基づいて、制振効果を発揮することが可能となり、それによって、広い周波数域に亘って、有効な制振効果を発揮することも可能となるのである。
【0022】
なお、本態様におけるばね部材としては、要求される制振特性に応じて金属ばねやゴムばね,樹脂ばね等、各種のばね材が採用可能であるが、なかでも、例えば、高分子エラストマの他、シリコンゴム,天然ゴム,天然ゴムとブタジエンゴムをブレンドしたもの等の特定のゴム材によって形成されたゴムばねが小さな損失係数を有することから好適に採用されることとなり、より好適には、温度依存性が小さいばね鋼等によって形成された金属ばねが採用される。
【0023】
また、本態様に係る制振装置において、採用されるばね部材の構造は特に限定されるものでないが、例えば片持ち梁構造でダンパマスを振動部材に対して弾性支持せしめるばね部材を採用するに際しては、ダンパマスの重心位置を、制振すべき振動の入力方向での投影において、振動部材への固定部位から延び出して配設されたばね部材の突出先端部分よりも、ばね部材の振動部材に対する固定部位側に位置せしめることが望ましい。このような構成を採用すれば、ダンパマスの配設位置を、振動部材に近づけて制振装置全体のサイズをコンパクトに抑えつつ、ばね部材の自由長を大きく確保することが可能となる。
【0024】
また、制振装置に関する本発明の第五の態様は、前記第四の態様に係る制振装置において、前記ダンパマスが前記当接部材によって構成されていることを、特徴とする。即ち、前記第四の態様においては、当接部材をダンパマスと別体形成して固着することも可能であるが、本態様に従い、例えば中空筐体構造のダンパマスを採用し、該ダンパマスの中空筐体内に独立マス部材を収容配置することにより、該ダンパマス自体で当接部材を構成することも可能であり、それによって、目的とする制振装置が少ない部材点数と簡単な構造で実現され得る。
【0025】
また、制振装置に関する本発明の第六の態様は、前記第四又は第五の態様に係る制振装置において、前記ばね部材における損失係数が0.07以下とされていることを、特徴とする。このような本態様に従う構造とされた制振装置においては、ダンパマス延いては当接部材に対して、より大きな振動振幅が生ぜしめられることとなり、その結果、独立マス部材が当接部材に対して、より効率的に飛び跳ね的に変位せしめられて、独立マス部材の当接部材に対する繰り返しの打ち当たり当接に基づく制振効果が一層有利に発揮され得る。
【0026】
また、上述の如き第一乃至第六の態様を含む制振装置に関する本発明においては、独立マス部材の質量が振動部材における質量の5〜20%であることが望ましい。蓋し、独立マス部材の質量が振動部材の質量の5%より小さいと有効な制振効果を得ることが難しい場合があり、一方、20%を超えると制振装置全体の重量化が問題となるからである。なお、制振装置が複数の独立マス部材を有している場合には、それら複数の独立マス部材の合計質量が振動部材における質量の5〜20%であることが望ましい。
【0027】
また、制振装置に関する本発明においては、独立マス部材の当接部材に対する当接音の低減等のために、当接部材と独立マス部材との振動入力方向における少なくとも一方の当接面を形成する弾性部材は、その当接面において、ASTM規格D2240のショアD硬さが好ましくは80以下、より好ましくは20〜40に設定される。更に、独立マス部材の当接部材に対する当接音の低減等のためには、かかる弾性部材において、圧縮弾性率が、好ましくは1〜104 MPa、より好ましくは1〜103 MPaに設定されることとなり、また、損失正接(tanδ)が好ましくは10-3以上、より好ましくは0.01〜10とされる。
【0028】
また、制振装置に関する本発明においては、振動部材における制振すべき振動入力方向の両側で独立マス部材が当接部材に対して当接せしめられるようにすることが望ましく、そのためには、独立マス部材の当接部材に対する振動入力方向の両側での当接面間における往復可動距離が好ましくは0.1〜1.6mm、より好ましくは0.1〜1.0mmとされている。
【0029】
また、制振装置に関する本発明において、当接部材は、例えば、鉄,アルミニウム合金等の金属材や合成樹脂材等で形成することが可能であり、特に、独立マス部材を支持するための剛性と制振効果を有利に確保するためには、少なくとも独立マス部材の当接面において、弾性率が5×103 MPa以上とされた剛性材が好適に採用される。なお、当接部材を構成する剛性材としては、例えば、弾性率が5×103 〜5×104 MPaとされた硬質の合成樹脂材等も採用可能であって、そのような剛性材は、当接音の低減や低周波数域での制振特性の向上等に望ましい場合があるが、特に中乃至高周波数域でより有効な制振効果を得るためには、5×104 MPa以上の弾性率を有する金属等の剛性材が好適に採用される。
【0030】
また、本発明は、上述の如き本発明に係る制振装置において、前記加振手段がランダムな周波数成分を含む加振力を前記当接部材に及ぼすように該加振手段を制御する制振装置の制御方法も、特徴とする。このような制振装置の制御方法に従えば、振動部材における制振すべき振動がサイン波形の振動成分だけを含まないで波形や周波数成分が変化するような無作為的な振動成分を含む場合にも有効な制振効果を得ることが出来る。
【0031】
さらに、本発明は、上述の如き本発明に係る制振装置において、前記加振手段が単一又は複数の周波数成分を含む加振力を前記当接部材に及ぼすように該加振手段を制御する制振装置の制御方法も特徴とする。このような制振装置の制御方法に従えば、振動部材における制振すべき振動が特定の周波数成分を含んでいる場合において、かかる特定の周波数成分の振動に対して有効な制振効果を得ることが出来る。
【0032】
【発明の実施形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【0033】
先ず、図1には、本発明の第一の実施形態としての制振装置10が示されている。この制振装置10は、当接部材としてのハウジング12によって形成された収容空間14内に独立マス部材16が収容配置された構造とされている。そして、かかる制振装置10は、図示しない自動車のボデー等の振動部材に対して、ハウジング12がボルト固定されることにより、装着されるようになっている。また、そのような装着状態下、振動部材における制振すべき主たる振動は、上下方向(図1中上下方向)に入力されることとなり、特に、本実施形態では、かかる上下方向は略鉛直方向とされている。
【0034】
より詳細には、ハウジング12は、ハウジング本体18と蓋体20によって構成されている。ハウジング本体18は、硬質の合成樹脂材によって形成されており、略円筒形状の筒壁部22と、略円板形状の上底部24を含んで構成されて、全体として逆カップ形状を呈している。また、上底部24の外周縁部は、筒壁部22に向かって次第に拡径して延びるテーパ筒形状とされており、かかる外周縁部によって、テーパ筒部26が形成されている。更に、ハウジング本体18の開口側端部には、径方向外方に向かって延び出す一対の取付片28,28が一体形成されている。この一対の取付片28,28は、それぞれ、平板形状とされており、ハウジング本体18の径方向一方向において、ハウジング本体18の開口部を挟んだ両側で、それぞれ、径方向外方に向って突設されている。そして、それら一対の取付片28,28の略中央部分において、ボルト挿通孔としての金属スリーブ30が貫通状態で固着されている。
【0035】
一方、蓋体20は、ハウジング本体18と同様に、硬質の合成樹脂材によって形成されており、ハウジング本体18の開口部よりも僅かに大径の薄肉円板形状を有している。また、蓋体20の中央部分には、厚さ方向一方(図1中上方)に突出する円板形状の嵌着部32が一体形成されている。一方、ハウジング本体18には、その開口部における内周縁部が段付き形状とされることによって、周方向に連続して延びる嵌着凹部34が設けられており、かかるハウジング本体18の嵌着凹部34に対して蓋体20の嵌着部32が嵌め込まれて溶着や接着によって、ハウジング本体18と蓋体20が固着されている。このようにして、ハウジング本体18の開口部が蓋体20によって覆蓋されることによって、ハウジング12の内部にハウジング本体18の内周面と蓋体20の上面によって画成されて、外部空間から独立した収容空間14が形成されている。ここにおいて、上述の如く、蓋体20がハウジング本体18の開口部に固着された状態下では、蓋体20の下面と一対の取付片28,28の下面が略面一とされていると共に、ハウジング本体18における上底部24の中央部分と蓋体20の上面中央の離隔距離がハウジング本体18における筒壁部22の内径寸法と略同一とされている。また、ハウジング本体18および蓋体20の弾性率は、5×103 MPa以上とされている。そして、このような構造とされたハウジング12は、一対の取付片28,28に固着された金属スリーブ30,30に挿通される図示しないボルトによって、振動部材に対してボルト固定されるようになっている。
【0036】
また、独立マス部材16は、中実球形状を有するマス金具36とマス金具36の全面に亘って略一定の肉厚寸法で被着形成された被覆ゴム層38から構成されており、その外形寸法は、ハウジング本体18の筒壁部22の内径寸法よりも所定寸法だけ小さくされている。また、マス金具36は、鉄等の高比重な金属材によって形成されており、一方、被覆ゴム層38は、使用条件等に応じて適宜に選択された、天然ゴムやスチレンブタジエンゴム,イソプレンゴム,アクリロニトリルブタジエンゴム,クロロプレンゴム,ブチルゴム等の公知のゴム材料を、単体で、或いはブレンドして加硫することによって得られたゴム弾性体によって形成されている。ここにおいて、所望の制振効果を発揮すると共に、独立マス部材16とハウジング12の当接時における当接音を消失乃至は軽減するためには、被覆ゴム層38は、ハウジング12に対する当接面において、好ましくは80以下、より好ましくは20〜40のショアD硬さをもって形成される。更に、被覆ゴム層38は、圧縮弾性率が、好ましくは1〜104 MPa、より好ましくは1〜103 MPaに設定されると共に、損失正接(tanδ)が好ましくは10-3以上、より好ましくは0.01〜10に設定される。
【0037】
そして、このような構造とされた独立マス部材16は、ハウジング12の収容空間14内に非接着で収容配置されており、かかる収容状態下において、独立マス部材16と収容空間14を画成するハウジング12の内面(即ち、ハウジング本体18の内周面および蓋体20の上面)との間には、独立マス部材16を収容空間14の中心に位置せしめた状態下で該独立マス部材16の全周囲に亘って、所定の隙間が形成されるようになっている。これにより、独立マス部材16がハウジング12の内面に対して独立的に相対変位可能とされている。
【0038】
具体的には、図1に示されているように、独立マス部材16が重力によって収容空間14内の下方で蓋体20に載置された静置状態下においては、ハウジング本体18における筒壁部22の内周面と独立マス部材16の外周面との隙間寸法:δが、好ましくは0.05〜0.8mm、より好ましくは0.05〜0.5mmとなるようにされていると共に、ハウジング本体18の上底部24の中央内面と独立マス部材16の外周面との隙間寸法:2δが、好ましくは0.1〜1.6mm、より好ましくは0.1〜1.0mmとなるようにされている。即ち、独立マス部材16を収容空間14の移動中心に位置せしめた状態下では、独立マス部材16の外周面と筒壁部22の内周面との間において、上記δの隙間が形成されると共に、独立マス部材16の外周面と上底部24の中央部内面および蓋体20との間において、上記δの隙間が形成されるようになっている。これにより、独立マス部材16の収容空間14内における鉛直および水平方向の往復可動距離(2δ)が、何れも、0.1〜1.6mm、より好ましくは0.1〜1.0mmとされている。なお、本実施形態では、独立マス部材16が振動部材における制振すべき主たる振動入力方向(図中の上下方向)の両側でハウジング12に対して打ち当たり当接せしめられるようになっていることから、独立マス部材16の収容空間14内における鉛直方向の往復可動距離が0.1〜1.6mmとされているが、独立マス部材16を制振すべき主たる振動入力方向、即ち、鉛直方向の下方の側でのみハウジング12に対して打ち当たり当接せしめる場合には、独立マス部材16の鉛直方向の往復可動距離は、1.6mmより大きく設定しても良い。
【0039】
また、蓋体20の下面には、凹所40が設けられており、かかる凹所40には、加振手段を構成する磁歪素子42が固定的に設けられている。この磁歪素子42は、磁化された時に寸法変化やねじれ等の磁気歪み現象が生ぜしめられる鉄,ニッケルまたはそれらの合金の強磁性体によって形成されており、全体として凹所40の上底部に対応した平板形状を呈している。そして、磁歪素子42は、一方の面が凹所40の上底面に重ね合せられて、かかる磁歪素子42を他方の面側から全体に亘って被覆する固定部材44によって蓋体20に固着されている。この固定部材44の形成材料は、制振装置10の使用状態下において、磁化された磁歪素子42の磁気歪み現象を許容する弾性材が好適に採用され、特に、本実施形態では、エポキシ樹脂が採用されている。また、図中に明示はされていないが、磁歪素子42には、リード線が巻回されており、かかるリード線に外部の制御装置から電流が通電されることにより、磁歪素子42が磁化されて磁歪素子42に磁気歪現象が生ぜしめられることとなり、それによって、磁歪素子42が重ね合わせられた蓋体20に加振力が及ぼされるようになっている。このことから明らかなように、本実施形態では、磁歪素子42とリード線と制御装置を含んで加振手段が構成されており、かかる加振手段によって加振されるハウジング12(当接部材)における独立マス部材16の当接面は、蓋体20の上面によって構成されている。そして、磁歪素子42の磁気歪現象によって磁歪素子42が重ね合わせられた蓋体20の上面、即ち、ハウジング12(当接部材)における独立マス部材16の当接面が繰り返し変形せしめられるのである。
【0040】
なお、リード線への通電を制御して磁歪素子42の磁気歪現象、延いては、蓋体20の加振を制御する制御装置としては、振動部材の振動状態を検出する加速度センサ等の振動センサの検出信号に基づいて、その振動に対して有効な制振効果を発揮し得るように、検出信号に対応した電気信号を出力するものが採用される。例えば、予め設定されたデータに基づいて、検出信号の大きさに対応した大きさの電流を、検出信号に対して所定の位相差で給電することによりフィードフォワード的に制御するものや、或いは、検出信号に含まれる振動部材の振動値を可及的に零にするように電流の大きさ等をフィードバック制御するもの等が好適に採用され得る。
【0041】
このような構造とされた制振装置10は、前述の如く、ハウジング12が振動部材に対してボルト固定されることにより、振動部材に対して固定的に装着される。かかる装着状態下、振動部材の振動がハウジング12に入力されると収容空間14内において、独立マス部材16がハウジング12に対して振動入力方向で独立的に飛び跳ねるように相対変位せしめられて、独立マス部材16がハウジング12に対して打ち当たり当接せしめられることとなる。そして、独立マス部材16のハウジング12への当接作用に基づいて、振動部材に対して制振効果が発揮されるのである。
【0042】
また、磁歪素子42を制振すべき振動周波数に対応した周期で磁化することにより、磁歪素子42に制振すべき振動周波数に対応した周期の変形やねじれ等の磁気歪現象を生ぜしめて、磁歪素子42が重ね合わせられた蓋体20を制振すべき振動周波数で加振することが出来るのであり、それによって、振動が入力されていない静置状態下で蓋体20に載置されている独立マス部材16をハウジング12に対して加振方向、即ち、本実施形態では、主たる振動入力方向としての鉛直方向で独立的に飛び跳ね変位せしめて、独立マス部材16をハウジング12における独立マス部材16の当接面を構成する蓋体20の上面に対して打ち当たり当接せしめることが出来るのである。その結果、独立マス部材16のハウジング12への当接作用に基づいて、振動部材に対して制振装置10の制振効果が発揮されるのである。
【0043】
従って、振動部材における制振すべき振動のエネルギが小さく、その加速度が1G(重力加速度)以下の場合でも、独立マス部材16をハウジング12に対して飛び上がらせて飛び跳ね変位せしめることが可能となり、独立マス部材16のハウジング12への打ち当たり当接に基づいて発揮される制振効果を、小さなエネルギの振動に対しても、有利に得ることが出来るのである。
【0044】
そこにおいて、振動部材における制振すべき振動が特定の周波数成分だけを含まないで広い周波数域に亘って存在する場合には、特定の周波数成分だけを含んでいないランダムな波形に基づいて磁歪素子42を磁化し、磁化された磁歪素子42の磁気歪現象を利用して磁歪素子42が重ね合わせられた蓋体20を加振することにより、特定の周波数成分だけを含まずに広い周波数域に亘って存在する制振すべき振動に対して、有効な制振効果を発揮することが出来るのである。また、振動部材における制振すべき振動が、単一の或いは複数の特定の周波数域に存在する場合には、それら特定の周波数成分を含んだサイン波形に基づいて磁歪素子42を磁化し、磁化された磁歪素子42の磁気歪現象を利用して磁歪素子42が重ね合わせられた蓋体20を加振することにより、それら特定の周波数成分の振動に対して有効な制振効果を発揮することが出来るのである。また、上述の如き特定の周波数成分のみを含まないランダムな波形に基づく加振と単一乃至は複数の特定の周波数成分のみを含む波形に基づく加振の両方を組み合わせて採用することも可能であり、それによって、それら複数の波形に基づく加振を、目的に応じて適宜に選択することが出来るのである。
【0045】
因みに、図2には、本実施形態の制振装置10を振動部材に装着した場合の振動部材における振動レベルの周波数依存性をシミュレーションした結果が実線で示されている。ここにおいて、かかるシミュレーションでは、振動部材における制振すべき振動は、単一の特定の周波数成分のみを含む振動とされている。なお、比較の為に、制振装置が装着されていない状態下での振動部材における振動レベルの周波数依存性を破線で示すと共に、マス部材がばね部材を介して振動部材に弾性的に支持された所謂ダイナミックダンパを装着した状態下での振動部材における振動レベルの周波数依存性をシミュレーションした結果を一点鎖線で示す。
【0046】
図2に示されたシミュレーション結果から明らかなように、本実施形態の制振装置10は、単一の特定の周波数成分のみを含む振動に対して有効な制振効果を発揮することが認められる。
【0047】
また、図3には、本実施形態の制振装置10を振動部材に装着した場合の振動部材における振動レベルの周波数依存性をシミュレーションした結果が実線で示されている。ここにおいて、かかるシミュレーションでは、振動部材における制振すべき振動は、特定の周波数成分のみを含まずに広い周波数域の全体に亘って存在している。なお、比較の為に、制振装置が装着されていない状態下での振動部材における振動レベルの周波数依存性を破線で示す。
【0048】
図3に示されたシミュレーション結果から明らかなように、本実施形態の制振装置10は、特定の周波数成分のみを含まずに広い周波数域の全体に亘って存在する振動に対して有効な制振効果を発揮することが認められる。
【0049】
また、図4には、本発明の第二の実施形態としての制振装置46が示されている。なお、以下第二〜四の実施形態の説明において、第一の実施形態と同様な構造とされた部材及び部位については、図中に、第一の実施形態と同一の符号を付すことにより、それらの詳細な説明を省略する。
【0050】
すなわち、前記第一の実施形態では、ハウジング12における独立マス部材16の当接面がハウジングを形成する蓋体20に形成されており、磁歪素子42の磁気歪現象を利用して蓋体20を加振変形させることにより、独立マス部材16をハウジング12に対して飛び上がらせて飛び跳ね変位せしめていたが、本実施形態では、ハウジング12における独立マス部材16の当接面が蓋体20に固着された磁歪素子42で形成されており、磁歪素子42の磁気歪現象を利用して、直接に、独立マス部材16をハウジング12に対して飛び上がらせて飛び跳ね変位せしめるようになっている。
【0051】
より詳細には、本実施形態では、前記第一の実施形態で蓋体20の下面に設けられていた凹所(40)の代わりに、蓋体20の上面に凹所48が設けられており、かかる凹所48内に、磁歪素子42が配設されている。また、磁歪素子42と蓋体20との対向面間には、略平板形状のゴム板50が介在せしめられており、それによって、磁歪素子42の磁気歪現象が許容されるようになっている。このことから明らかなように、本実施形態では、磁歪素子42の上面によってハウジング12(当接部材)における独立マス部材16の当接面が構成されており、リード線への通電により磁歪素子42に磁気歪現象が生ぜしめられることによって、磁歪素子42の上面、即ち、ハウジング12(当接部材)における独立マス部材16の当接面が繰り返し変形せしめられるのである。
【0052】
このような構造とされた制振装置46は、ハウジング12の内部に形成された収容空間14内に、独立マス部材16がハウジング12に対して相対変位可能に収容配置されており、また、磁歪素子42の磁気歪現象に基づいて、独立マス部材16をハウジング12に対して飛び上がらせて飛び跳ね変位せしめるようになっていることから、第一の実施形態と同様な制振効果を得ることが出来るのである。
【0053】
また、本実施形態では、磁歪素子42によってハウジング12における独立マス部材16の当接面が構成されていることから、独立マス部材16のハウジング12に対する飛び跳ね変位が容易に生ぜしめられることとなる。
【0054】
また、図5には、本発明の第三の実施形態としての制振装置52が示されている。
【0055】
すなわち、本実施形態では、第一の実施形態で採用されていた磁歪素子(42)の代わりに電磁式の加振器54が採用されている。また、一対の取付片28,28の一部および金属スリーブ30,30が下方に突出せしめられており、それによって、蓋体20の下面と振動部材の間に加振器54を変位可能な状態で配設することが出来るのである。
【0056】
この加振器54は、蓋体20に取り付けられる取付金具56に対してマス金具58が連結ゴム弾性体60によって弾性連結されており、それによって、マス金具58をマス成分とし、連結ゴム弾性体60をバネ成分とする振動系が構成されている。
【0057】
より詳細には、取付金具56は、それぞれ円板形状を有する第一の板金具62と第二の板金具64が重ね合せられて固定ボルト66で相互に固定されている。また、第二の板金具64の中央部分には、第一の板金具62との重ね合わせ面に開口する収容凹所68が形成されており、この収容凹所68に頭部が収容されて軸方向下方に脚部が突出せしめられた支持ボルト70によってガイドロッド72が固定されている。このガイドロッド72は、金属等の硬質材で形成されて、略一定の断面形状で直線的に延びており、取付金具56の中心軸上で軸方向下方に向かって突出せしめられていると共に、その突出先端部分には、軸方向外方に広がるストッパ部74が一体形成されている。
【0058】
また、第二の板金具64の下面には、軸方向外方に向ってスカート状に広がるボビン76が重ね合せられており、支持ボルト70で固定されたガイドロッド72によって、第二の板金具64に固定されている。このボビン76は、合成樹脂等の電気絶縁材で形成されており、軸方向の突出先端部に設けられた円筒状部には、コイル78が巻回固着されている。
【0059】
一方、マス金具58は、連結金具80とマスブロック82と永久磁石84を含んで構成されている。連結金具80は、円環ブロック形状を有しており、取付金具56に対して、径方向外方に離隔して同軸上で且つ軸方向下方に所定量だけ偏倚して配設されている。そして、取付金具56を構成する第二の板金具64と連結金具80が連結ゴム弾性体60で相互に連結されている。この連結ゴム弾性体60は、全体として略円環板形状乃至はテーパ付円筒形状を有しており、その小径側端部の内周面に対して取付金具56(第二の板金具64)の外周面が加硫接着されていると共に、その大径側端部の外周面に対して連結金具80の内周面が加硫接着されている。
【0060】
また、マスブロック82は、鉄等の強磁性材で且つ高比重材からなる材料により大径の円形ブロック形状をもって形成されており、中心軸上には、軸方向に貫通するガイド孔86が形成されていると共に、かかるガイド孔86には、摺動ブッシュ88が組み込まれている。更にまた、マスブロック82には、径方向の中間部分を周方向に連続して延びて軸方向一方の側(図5中上方)に開口する環状凹溝90が形成されており、この環状凹溝90に永久磁石84が挿入配置されて環状凹溝90の外周側壁部の内面に固着されている。なお、永久磁石84は、周方向に全周に亘って連続していても良いし、或いは、不連続であっても良い。そして、この永久磁石84には、内周面側と外周面側とに両磁極が設定されており、それによって、マスブロック82において、全体としてドーナツ形状の磁路が形成されていると共に、この磁路上に環状凹溝90が位置せしめられて全体として円筒形状の磁気ギャップが形成されている。
【0061】
そして、かかるマスブロック82は、取付金具56に対して同一中心軸上で軸方向下方に離隔して対向配置されており、かかるマスブロック82の上面が連結金具80の下面に重ね合わせられて連結ボルト92で固定されることにより、連結ゴム弾性体60を介して、マスブロック82が取付金具56に弾性連結されている。
【0062】
なお、マスブロック82には、ガイド孔86の上端開口部の周りにおいて、取付金具56側に突出する円環形状の緩衝ゴム94が固設されており、この緩衝ゴム94を介してマスブロック82が取付金具56側(ボビン76の上底壁部)に当接することにより、取付金具56とマス金具58の軸方向での接近方向の相対変位量が緩衝的に制限されるようになっている。また、マスブロック82におけるガイド孔86の下端開口部には、大径凹所96が形成されており、この大径凹所96内にガイドロッド72のストッパ部74が収容配置されている。そして、取付金具56に対してマス金具58が離隔方向に大きく相対変位せしめられた際に、ガイドロッド72のストッパ部74が大径凹所96の底面に固着された緩衝ゴム層98を介してマスブロック82の大径凹所96の上底面に当接することによって、それら両金具56,58の相対変位量が緩衝的に制限されるようになっている。
【0063】
また、マスブロック82の環状凹溝90には、取付金具56によって支持されたコイル78が挿入配置されており、環状凹溝90の内周側壁面と永久磁石84で構成された環状凹溝90の外周側壁面との径方向対向面間で軸方向に変位可能に配設されている。また、このコイル78に対して図示しない給電用リード線を通じて外部の制御装置から駆動電流が供給されるようになっており、コイル78に駆動電流が通電されることにより、コイル78と永久磁石84の間に電磁力が生ぜしめられることとなり、それによって、取付金具56とマス金具58の間に中心軸上での接近/離隔方向の相対変位力が及ぼされるようになっている。特に、コイル78に通電する電流の方向を逆向きとすることによって、取付金具56とマス金具58の間に及ぼされる相対変位力を逆向きにすることが出来るのであり、コイル78に交番電流を通電することによって、取付金具56とマス金具58に対して軸方向の相対的な加振力が及ぼされるようになっている。
【0064】
なお、コイル78への通電を制御して加振器54を加振制御する制御装置としては、前記第一の実施形態における磁歪素子42の駆動用電流の制御装置と同様に、制振すべき振動に応じた駆動電流をコイル78へ給電し得る各種のものが好適に採用され得る。
【0065】
そして、図示しないボルトや接着,溶接等によって蓋体の下面に固着された取付板100に対して、取付金具56が重ね合せられて、図示しないボルトや接着,溶接等によって取付板100に固着されることにより、取付金具56が蓋体20に取り付けられており、かかる取付状態下において、マス金具58の変位方向は振動部材における制振すべき振動方向(図5中上下方向)に略一致している。
【0066】
このような構造とされた制振装置52は、加振器54のコイル78に通電すると、コイル78と永久磁石84の磁界との間に生ぜしめられる電磁力に基づく軸方向の加振力が、マス金具58に及ぼされることとなり、それによって、マス金具58と連結ゴム弾性体60からなる振動系が強制加振されることとなる。ここにおいて、かかる振動系は、固有振動数を有していることから、固有振動数に対応した周波数域で振動系を加振すると、振動系の共振作用により、マス金具58が大きく変位せしめられて大きな加振力が蓋体に及ぼされるのであり、それによって、独立マス部材16がハウジング12に対して飛び上がらされて飛び跳ね変位せしめられることとなり、独立マス部材16のハウジング12に対する打ち当たり当接に基づく制振効果を、振動系の固有振動数に対応した周波数域で、発揮することが出来るのである。それ故、かかる振動系の固有振動数を振動部材における制振すべき振動周波数域にチューニングすることにより、かかる周波数域では、小さな消費電力によって、振動部材に対して有効な制振効果を発揮することが出来る。このことから明らかなように、本実施形態では、加振器54によってハウジング12(当接部材)における独立マス部材16の当接面を構成する蓋体20の上面が繰り返し変形せしめられるのである。
【0067】
また、図6には、本発明の第四の実施形態としての制振装置102が示されている。かかる制振装置102は、制振すべき振動部材104に対してばね部材としての板ばね106を介して当接部材(ハウジング)としてのダンパマス108を弾性支持せしめる構造とされており、板ばね106とダンパマス108によって、振動部材に対する副振動系が構成されている。
【0068】
より詳細には、板ばね106は、ばね鋼によって形成されており、全体として薄肉の矩形平板形状を有しており、長手方向中央部分で板厚方向一方の側と他方の側に屈曲されている。また、板ばね106の損失係数は、0.07以下とされている。そして、板ばね106は、一方の端部が振動部材104に重ね合せられて、ボルト110によって、振動部材104に固定されている。また、このようにして板ばね106の長手方向一方の端部が振動部材104に固着されることにより、板ばね106の中間部分から他方の部分にかけて板ばね106が振動部材104から離隔せしめられている。そして、この板ばね106の突出先端部分(他方の端部)に対して、ダンパマス108が取り付けられている。
【0069】
かかるダンパマス108は、それぞれ、アルミニウム合金等によって形成されたダンパマス本体112と蓋体114を含んで構成されており、それらダンパマス本体112と蓋体114の弾性率は、何れも、5×103 MPa以上とされている。ダンパマス本体112は、全体として下側に開口する逆カップ形状を有しており、その内穴116の内径寸法は、内穴116の深さ寸法と略同じとされている。また、蓋体114は、ダンパマス本体112における内穴の開口部形状に対応した円板形状を有しており、ダンパマス本体112の内穴116の開口部に圧入されて溶接や接着などにより固着されている。これによって、ダンパマス本体112の開口部が蓋体114によって覆蓋されており、もって、ダンパマス108に収容空間118が形成されている。なお、蓋体114の圧入位置決めのために、ダンパマス本体112の内穴116の開口部には、周方向に延びる段差部120が形成されており、蓋体114がダンパマス本体112に固着された状態下において、この段差部120に蓋体114が当接せしめられている。
【0070】
また、蓋体114の下面中央部分には、ボルト122が下方に突出して固設されており、かかるボルト122が板ばね106の長手方向他方の端部に形成された取付孔124に挿通されて、ナット126で螺着固定されている。これによって、ダンパマス108が、板ばね106を介して、振動部材104に対して弾性支持されており、以て、ダンパマス108と板ばね106を含んで主振動系たる振動部材104に対する副振動系が構成されている。
【0071】
さらに、ダンパマス本体112と蓋体114で画成された収容空間118には、一つの独立マス部材16が収容配置されている。この独立マス部材16は、第一の実施形態と同様な構造とされていることから、図中に、第一の実施形態と同一の符号を付すことにより、それらの詳細な説明を省略する。
【0072】
また、独立マス部材16が収容空間118に収容配置された状態において、独立マス部材16と収容空間118の壁面の間には、第一の実施形態と同様に、独立マス部材16の全周囲に亘って、所定の隙間が形成されており、独立マス部材16が収容空間118の壁面に対して独立変位可能となっている。なお、本実施形態では、独立マス部材16は、ダンパマス108に対して主たる振動入力方向(図6中上下方向)の両側で当接せしめられるようになっていることから、独立マス部材16とダンパマス108の間の隙間の大きさ等は、第一の実施形態と同様に設定される。
【0073】
さらに、蓋体114の上面には、凹所128が設けられており、かかる凹所128内には、加振手段を構成する磁歪素子42が配設されている。この磁歪素子42は、第一の実施形態と同様な構造とされていることから、第一の実施形態と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。また、磁歪素子42と蓋体114との対向面間には、略平板形状のゴム板130が介在せしめられており、それによって、磁歪素子42の磁気歪現象が許容されるようになっている。そして、かかる磁歪素子42に載置された状態で独立マス部材16が収容空間118に収容配置されている。このことから明らかなように、本実施形態では、磁歪素子42によってダンパマス108における独立マス部材16の当接面が構成されている。
【0074】
このような構造とされた制振装置102は、振動部材104における制振すべき振動が複数の周波数域に存在する場合において、それら複数の周波数域の何れか一つに副振動系の固有振動数をチューニングして、かかる副振動系の共振作用に基づいて、制振すべき複数の周波数域の振動のうちの一つの周波数域の振動に対して有効な制振効果を発揮する一方、副振動系の固有振動数がチューニングされた周波数域以外の周波数域の振動に対しては、磁歪素子42の磁気歪現象を利用してダンパマス108に対して飛び跳ね変位せしめられた独立マス部材16のダンパマス108への打ち当たり当接に基づく制振効果を発揮することが出来るのであり、それによって、振動部材104における制振すべき振動が複数の周波数域に存在する場合においても、有効な制振効果を発揮することが出来るのである。
【0075】
以上、本発明の幾つかの実施形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。
【0076】
例えば、前記第一乃至第四の実施形態では、当接部材に当接せしめられる独立マス部材は一つとされていたが、独立マス部材は、複数であっても良い。また、複数の独立マス部材を採用する場合には、それら複数の独立マス部材は同じ質量を有するものであっても良いし、互いに異なる質量を有するものであっても良い。
【0077】
また、前記第一乃至第四の実施形態では、磁歪素子42や加振器54によって当接部材における独立マス部材の当接面が加振されていたが、電界をかけることにより形状が変形せしめられる電歪素子によって当接部材における独立マス部材の当接面が加振されるようにしても良い。更に、当接部材における独立マス部材の当接面を空気圧加振によって加振することも出来る。具体的には、例えば、第一の実施形態において、蓋体に開口窓を形成し、かかる開口窓を流体密に閉塞するゴム板を配設することにより、当接部材における独立マス部材の当接面を振動入力方向で剪断変形可能なゴム板で構成する。そして、ゴム板における独立マス部材の当接面と反対側にかかるゴム板によって壁部の一部が構成された作用空気室を設けて、かかる作用空気室に空気圧変動を及ぼすことにより、独立マス部材の当接面を加振するようにしても良い。
【0078】
また、前記第四の実施形態では、ばね部材がばね鋼によって形成されていたが、ばね部材が、例えば、高減衰特性を有するゴム弾性体によって形成されている制振装置に対しても、本発明は適用可能である。特に、ゴム弾性体によって形成されたばね部材をばね成分とした副振動系を備えたダイナミックダンパに対して本発明を適用した場合には、例えば、副振動系のばね成分を構成するばね部材を形成するゴム弾性体の温度が変化し、それによって、ばね部材の損失係数やばね特性が変化した場合においても、独立マス部材の当接部材に対する打ち当たり当接に基づいて、有効な制振効果を、得ることが出来るのである。
【0079】
また、当接部材における独立マス部材の当接面の形状や独立マス部材の外形形状は、前記第一乃至第四の実施形態のものに限定されることなく、制振装置の装着スペース等を考慮して適宜に設定されるものであり、例えば、当接部材における独立マス部材の当接面を多角形形状や球形状にしたり、或いは、独立マス部材を円形ロッド形状や平板形状にすることも可能である。
【0080】
また、前記第一乃至第四の実施形態では、当接部材は、その内部に収容空間を有するハウジング構造とされていると共に、独立マス部材は、当接部材の内部に形成された収容空間に収容配置されていたが、例えば、外周面が円形断面を有するロッド形状の当接部材を振動部材に取り付けて、この当接部材に対して、円環形状や円筒形状を有する独立マス部材を外挿して組付けることにより、独立マス部材の中空内周面をロッド形状の当接部材の外周面に対して打ち当たり当接せしめるようにしても良い。
【0081】
また、本発明においては、当接部材の当接面に薄肉のゴム膜を形成することも可能であり、その場合には、独立マス部材にゴム膜が被着されていない金属等の硬質材を直接採用することも可能である。
【0082】
また、前記第一乃至第四の実施形態では、加振手段による独立マス部材の当接部材に対する飛び跳ね変位が鉛直方向に生ぜしめられるようになっていたが、加振手段による当接部材における独立マス部材の当接面の加振は、水平方向であっても良い。更に、前記第一乃至第四の実施形態では、当接部材において、振動が入力されていない状態下で独立マス部材が載置されている部分が加振手段によって直接に加振されていたが、独立マス部材が載置されている部分以外を加振手段によって加振して、かかる加振力を独立マス部材が載置されている部分に及ぼすことにより、独立マス部材を当接部材に対して飛び跳ね変位せしめるようにしても良い。
【0083】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更,修正,改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。
【0084】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、本発明に従う構造とされた制振装置においては、振動部材における制振すべき振動のエネルギが小さく、例えば振動部材における振動の加速度が1G(重力加速度)以下の場合でも、独立マス部材を当接部材から飛び上がらせて飛び跳ね変位せしめることが出来るのであり、独立マス部材の当接部材への打ち当たり当接に基づく制振効果を極めて効果的に得ることが出来るのである。
【0085】
また、本発明方法に従えば、上述の如き本発明に従う構造とされた制振装置において、有効な制振効果を発揮させることが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施形態としての制振装置を示す縦断面図である。
【図2】第一の実施形態の制振装置が装着された振動部材の振動レベルの周波数依存性をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図3】第一の実施形態の制振装置が装着された振動部材の振動レベルの周波数依存性をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図4】本発明の第二の実施形態としての制振装置を示す縦断面図である。
【図5】本発明の第三の実施形態としての制振装置を示す縦断面図である。
【図6】本発明の第四の実施形態としての制振装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
10 制振装置
12 ハウジング
16 独立マス部材
42 磁歪素子[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a vibration damping device that is mounted on a vibration member to reduce vibration of the vibration member, and more particularly to a vibration damping device that can exhibit an effective vibration damping effect when applied to a vibration member in an automobile. Is.
[0002]
[Background]
Conventionally, as a method of reducing the vibration that causes problems in the vibration member, (1) a mass damper that fixes the mass material to the vibration member, and (2) a mass material is connected and supported to the vibration member via a spring material. There are known dynamic dampers and (3) vibration damping materials in which a sheet-like elastic material is attached to the surface of a vibration member. However, each of the above (1) mass damper and (2) dynamic damper has a problem that a large mass material mass is required and a frequency range where an effective damping effect is exhibited is narrow. . Further, the above (3) vibration damping material has a problem that a large sticking area is required and the weight increases. Furthermore, the upper air (2) dynamic damper and (3) damping material have high temperature dependence of damping effect, so it is difficult to obtain the desired damping effect stably depending on the usage conditions. There was also.
[0003]
Therefore, the present applicant previously arranged an independent mass member in the international publication WO 00/14429 in such a manner that the independent mass member can be displaced relative to the housing fixed to the vibration member with no gap therebetween. At the time of vibration input, such an independent mass member is brought into contact with the housing by an elastic contact surface, thereby obtaining a vibration damping effect by utilizing sliding friction at the time of contact and energy loss due to collision. Therefore, a damping device with a novel structure was proposed as a damping device for vehicles. In the vibration damping device having such a structure, it is possible to obtain an effective vibration damping effect against vibrations over a wide frequency range due to the small mass.
[0004]
[Solution]
Here, the present invention has been completed as a result of further investigations by the inventor of the vehicle vibration damping device described in the above-mentioned International Publication WO00 / 14429, and is to be solved. However, an object of the present invention is to provide a vibration damping device having an improved structure capable of obtaining a vibration damping effect superior to that of the vehicle vibration damping device described in International Publication WO 00/14429.
[0005]
[Solution]
Hereinafter, the aspect of this invention made | formed in order to solve such a subject is described. In addition, the component employ | adopted in each aspect as described below is employable by arbitrary combinations as much as possible. In addition, aspects or technical features of the present invention are not limited to those described below, but are described in the entire specification and drawings, or can be understood by those skilled in the art from those descriptions. It should be understood that it is recognized on the basis of.
[0006]
That is, as a result of further studies on the vibration damping device for a vehicle described in the above-mentioned International Publication WO00 / 14429, the present inventor can displace the independent mass member relative to the housing more efficiently, and further jump up. It was possible to find a new technical idea that the damping effect based on the substantial abutting contact with the housing of the independent mass member can be exhibited more effectively by making the jumping displacement. Therefore, the present inventor has completed the present invention based on such new knowledge.
[0007]
Accordingly, a first aspect of the present invention relating to a vibration damping device includes: (a) a contact member that is attached to the vibration member and receives vibration to be damped; and (b) non-adhered to the corresponding contact member And (c) by vibrating the contact surface of the independent mass member in the contact member. It has the vibration means which exerts the jumping force from an applicable contact member on an independent mass member, It is characterized by the above-mentioned.
[0008]
In the vibration damping device having such a structure according to this aspect, even when the excitation force input from the outside is small by exciting the contact surface of the independent mass member in the contact member by the vibration means. By applying the internal excitation force generated by the vibration damping device itself, the independent mass member can be advantageously jumped and displaced to hit and come into contact with the contact member.
[0009]
Therefore, in the vibration damping device according to this aspect, for example, even when the acceleration of the vibration to be damped in the vibration member is 1 G (gravity acceleration) or less, the independent mass member jumps from the contact member and jumps and displaces. Therefore, even with such a small energy vibration, the vibration damping effect based on the contact of the independent mass member with the contact member can be effectively exhibited.
[0010]
Further, in this aspect, since the independent mass member can be forcedly displaced by arbitrary vibration at an arbitrary frequency by the vibration means and can come into contact with the contact member, the vibration frequency to be controlled changes. In this case, an effective damping effect can be obtained.
[0011]
In this aspect, the contact member may be fixed and directly attached to the vibration member, but indirectly through a spring member as shown in a fourth aspect to be described later. It may be attached to. Further, in this aspect, the independent mass member is entirely formed of a rubber elastic body, a synthetic resin material, or a foamed material thereof, or a rigid material such as a metal is fixedly attached to such an independent mass member. However, in addition, the entire independent mass member may be formed of a rigid material such as a metal. In that case, the independent mass member is elastically formed with respect to the contact member. It is desirable that at least one of the contact surface of the independent mass member and the contact surface of the contact member is formed of an elastic material such as a rubber elastic body or a synthetic resin material so as to be in contact.
[0012]
Further, in this aspect, there is no member that elastically and directly connects the independent mass member and the contact member. That is, the entire outer surface of the independent mass member is completely independent from the contact surface of the contact member, and the independent mass member is independent in the state where the independent mass member is positioned at the center of movement relative to the contact member. The abutting surface of the mass member is spaced apart from the abutting surface of the abutting member with a gap formed by a predetermined space. In other words, it is non-adhesive and can be displaced independently.
[0013]
Furthermore, in this aspect, as the vibration structure of the contact surface of the independent mass member in the contact member, a structure that directly vibrates the contact surface, and a vibration other than the contact surface of the contact member, Either or both of the structures for transmitting the excitation force to the abutment surface for excitation can be employed. In this aspect, the contact surface to be vibrated is preferably a contact surface with which the independent mass member is in contact with no vibration input. In addition, an arbitrary surface that is brought into contact with the displacement of the independent mass member at the time of vibration input may be included, and there may be a plurality of contact surfaces that are vibrated.
[0014]
Further, the vibration means in this aspect can be constituted by an electric motor, a hydraulic actuator, or the like, but a magnetostrictive element, electrostrictive element, electromagnetic type capable of easily controlling the vibration frequency and the like. It is desirable that the contact surface of the independent mass member in the contact member is vibrated at a high frequency, and further, the frequency and phase of the excitation force can be controlled with high accuracy. It becomes.
[0015]
Further, a second aspect of the present invention relating to the vibration damping device is that in the vibration damping device according to the first aspect, the vibration means is attached to the contact surface of the independent mass member in the contact member. The contact surface is directly vibrated by repeatedly deforming the contact surface. In the vibration damping device having the structure according to this aspect, since the contact surface of the independent mass member in the contact member is directly deformed by the vibration by the vibration unit, the vibration force by the vibration unit Can be more efficiently applied to the independent mass member, and the excitation force exerted on the independent mass member can be easily controlled.
[0016]
In this aspect, the deformation of the contact surface of the independent mass member in the contact member by the vibration means is, for example, using a magnetostrictive element attached to the contact surface of the independent mass member in the contact member. An electrostrictive element (piezoelectric element) attached to the contact surface of the independent mass member in the contact member, or an output member of an electromagnetic actuator on the contact surface of the independent mass member in the contact member Any of the fixed ones can be suitably employed.
[0017]
According to a third aspect of the present invention relating to the vibration damping device, in the vibration damping device according to the first or second aspect, the contact member is configured by a housing having a hollow structure, and the independent mass member is It is characterized in that it is accommodated in the housing as a circular cross section having a spherical or circular rod shape. In the vibration damping device having the structure according to this aspect, it is possible to form a plurality of contact surfaces of the independent mass member around the independent mass member by the inner surface of the housing having the hollow structure, and thereby, in a plurality of directions. It is possible to obtain an effective damping effect even with respect to the vibration input from. Further, since the independent mass member has a circular cross section having a spherical shape or a circular rod shape, the sliding contact area with respect to the housing when the independent mass member jumps and displaces is reduced, and the catching resistance is also reduced. Therefore, when the abutment surface is vibrated by the vibration means, the independent mass member jumps and displaces more efficiently, and the control based on the abutting contact of the independent mass member against the abutment member (housing). The vibration effect can be obtained more advantageously.
[0018]
In addition, it is desirable to adopt this aspect in combination with the second aspect. In that case, a vibration means such as a magnetostrictive element is fixed to the contact surface of the independent mass member in the housing (contact member). A configuration is advantageously employed.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention relating to the vibration damping device, in the vibration damping device according to any one of the first to third aspects, the damper mass is elastically supported by the vibration member via a spring member. Thus, a sub-vibration system for the vibration member is formed, and the contact member is provided integrally with the damper mass. In the vibration damping device having the structure according to this aspect, the vibration of the vibration member is input to the sub-vibration system including the spring member and the damper mass, and the damper mass is provided with the damper mass in response to the vibration displacement. The independent mass member is displaced relative to the contact member. In particular, when a vibration having a frequency component in the natural frequency range of the secondary vibration system is input, the amplitude of the damper mass increases due to the resonance action of the secondary vibration system, and the relative displacement of the independent mass member relative to the contact member also increases. Thus, the independent mass member is brought into direct and elastic contact with the contact member. As a result, the amplitude suppression effect on the vibration member is exhibited based on the contact of the independent mass member with the contact member. As a result, in the sub-vibration system including the damper mass and the spring member, apparently A state similar to that in which the loss factor is increased and the damping effect is improved is exhibited.
[0020]
Therefore, in the vibration damping device according to this aspect, since the amplitude of the damper mass is suppressed by the contact of the independent mass member with the contact member, the secondary vibration system is configured even if the loss coefficient of the spring member itself is small. The amount of displacement of the damper mass is suppressed and the resonance peak value is lowered. With the addition of the secondary vibration system, in the vibration member that is the main vibration system, both the low frequency side and the high frequency side across the tuning frequency range of the secondary vibration system By suppressing new vibration peaks respectively generated in the frequency domain, it is possible to obtain a satisfactory damping effect over a wide frequency domain as a whole.
[0021]
Further, in the vibration damping device according to this aspect, the independent mass member can be jumped and displaced from the contact member by the vibration means regardless of the natural frequency of the sub-vibration system. When the vibration to be damped is in a plurality of frequency ranges, the natural frequency of the sub-vibration system is tuned to one of the plurality of frequency ranges to control based on the resonance action of the sub-vibration system. The abutting member of the independent mass member that effectively exerts the vibration effect against vibrations in such a frequency range, and is jumped and displaced from the abutting member by vibration means for vibrations in other frequency ranges. It is possible to exert a vibration damping effect on the basis of the abutting contact with respect to, and thereby it is also possible to exert an effective vibration damping effect over a wide frequency range.
[0022]
As the spring member in this aspect, various spring materials such as a metal spring, a rubber spring, and a resin spring can be adopted depending on the required vibration damping characteristics. A rubber spring formed of a specific rubber material such as silicon rubber, natural rubber, or a blend of natural rubber and butadiene rubber has a small loss factor, and more preferably is a temperature. A metal spring formed of spring steel or the like having a small dependency is employed.
[0023]
Further, in the vibration damping device according to this aspect, the structure of the employed spring member is not particularly limited. For example, when adopting a spring member that elastically supports the damper mass with respect to the vibration member in a cantilever structure. In the projection of the position of the center of gravity of the damper mass in the input direction of the vibration to be damped, the fixed portion of the spring member with respect to the vibrating member rather than the protruding tip portion of the spring member arranged extending from the fixed portion to the vibrating member It is desirable to position it on the side. By adopting such a configuration, it is possible to secure a large free length of the spring member while keeping the damper mass arrangement position close to the vibration member and keeping the size of the entire vibration damping device compact.
[0024]
A fifth aspect of the present invention relating to a vibration damping device is characterized in that, in the vibration damping device according to the fourth aspect, the damper mass is constituted by the contact member. That is, in the fourth aspect, the contact member can be formed separately from the damper mass and fixed. However, according to this aspect, for example, a damper mass having a hollow casing structure is adopted, and the damper mass has a hollow casing. By accommodating and disposing the independent mass member in the body, the damper mass itself can also constitute the abutting member, so that the target damping device can be realized with a small number of members and a simple structure.
[0025]
Further, a sixth aspect of the present invention relating to a vibration damping device is characterized in that, in the vibration damping device according to the fourth or fifth aspect, a loss coefficient in the spring member is 0.07 or less. To do. In the vibration damping device having the structure according to this aspect, a larger vibration amplitude is generated with respect to the damper mass and the contact member, and as a result, the independent mass member is applied to the contact member. As a result, it is possible to more effectively exhibit the damping effect based on repeated contact of the independent mass member with the contact member.
[0026]
In the present invention relating to the vibration damping device including the first to sixth aspects as described above, it is desirable that the mass of the independent mass member is 5 to 20% of the mass of the vibration member. If the mass of the independent mass member is smaller than 5% of the mass of the vibrating member, it may be difficult to obtain an effective vibration damping effect. On the other hand, if the mass exceeds 20%, the weight of the entire vibration damping device is problematic. Because it becomes. In addition, when the damping device has a plurality of independent mass members, it is desirable that the total mass of the plurality of independent mass members is 5 to 20% of the mass of the vibration member.
[0027]
Further, in the present invention relating to the vibration damping device, at least one contact surface in the vibration input direction between the contact member and the independent mass member is formed in order to reduce a contact sound of the independent mass member with respect to the contact member. The elastic member is configured so that the Shore D hardness of ASTM standard D2240 is preferably 80 or less, more preferably 20 to 40, at the contact surface. Furthermore, in order to reduce the contact noise of the independent mass member with respect to the contact member, the compression elastic modulus of the elastic member is preferably 1 to 10. Four MPa, more preferably 1-10 Three In addition, the loss tangent (tan δ) is preferably 10 -3 As mentioned above, More preferably, it shall be 0.01-10.
[0028]
Further, in the present invention relating to the vibration damping device, it is desirable that the independent mass member is brought into contact with the contact member on both sides of the vibration input direction of the vibration member to be damped. The reciprocating movable distance between the contact surfaces on both sides in the vibration input direction with respect to the contact member of the mass member is preferably 0.1 to 1.6 mm, more preferably 0.1 to 1.0 mm.
[0029]
Further, in the present invention related to the vibration damping device, the contact member can be formed of, for example, a metal material such as iron or aluminum alloy, a synthetic resin material, or the like, and particularly has a rigidity for supporting the independent mass member. In order to advantageously secure the damping effect, the elastic modulus is 5 × 10 at least on the contact surface of the independent mass member. Three A rigid material having a pressure equal to or higher than MPa is preferably employed. In addition, as a rigid material which comprises a contact member, for example, an elastic modulus is 5 × 10. Three ~ 5x10 Four A hard synthetic resin material such as MPa can also be used, and such a rigid material may be desirable for reducing contact noise and improving vibration damping characteristics in a low frequency range. In order to obtain a more effective damping effect in the high frequency range, 5 × 10 Four A rigid material such as a metal having an elastic modulus of MPa or more is preferably employed.
[0030]
Further, the present invention provides the vibration damping device according to the present invention as described above, wherein the vibration control means controls the vibration means so that the vibration means exerts a vibration force including a random frequency component on the contact member. An apparatus control method is also a feature. According to such a control method of the vibration damping device, the vibration to be damped in the vibration member does not include only the vibration component of the sine waveform but includes a random vibration component in which the waveform and the frequency component change In addition, an effective damping effect can be obtained.
[0031]
Further, according to the present invention, in the vibration damping device according to the present invention as described above, the excitation unit controls the excitation unit so that the excitation member includes an excitation force including a single or a plurality of frequency components. The vibration damping device control method is also characterized. According to such a control method of the vibration control device, when the vibration to be controlled in the vibration member includes a specific frequency component, an effective vibration suppression effect is obtained for the vibration of the specific frequency component. I can do it.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0033]
First, FIG. 1 shows a
[0034]
More specifically, the
[0035]
On the other hand, similarly to the
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
Specifically, as shown in FIG. 1, in the stationary state where the
[0039]
Further, a
[0040]
As a control device for controlling the energization of the lead wire to control the magnetostriction phenomenon of the
[0041]
As described above, the
[0042]
In addition, by magnetizing the
[0043]
Therefore, even when the vibration energy to be damped in the vibration member is small and the acceleration thereof is 1 G (gravity acceleration) or less, the
[0044]
If the vibration to be damped in the vibration member exists over a wide frequency range without including only a specific frequency component, the magnetostrictive element is based on a random waveform not including only the specific frequency component. 42 is magnetized, and the
[0045]
Incidentally, in FIG. 2, the result of simulating the frequency dependence of the vibration level in the vibration member when the
[0046]
As is clear from the simulation results shown in FIG. 2, it is recognized that the
[0047]
In FIG. 3, a solid line shows a result of simulating the frequency dependence of the vibration level in the vibration member when the
[0048]
As is clear from the simulation results shown in FIG. 3, the
[0049]
FIG. 4 shows a
[0050]
That is, in the first embodiment, the contact surface of the
[0051]
More specifically, in this embodiment, a
[0052]
In the
[0053]
Further, in the present embodiment, since the contact surface of the
[0054]
FIG. 5 shows a
[0055]
That is, in this embodiment, an
[0056]
In this
[0057]
More specifically, in the mounting bracket 56, a
[0058]
Further, a
[0059]
On the other hand, the mass fitting 58 includes a
[0060]
The
[0061]
The
[0062]
The
[0063]
A
[0064]
As a control device for controlling the excitation of the
[0065]
A mounting bracket 56 is superimposed on a mounting
[0066]
When the
[0067]
Further, FIG. 6 shows a
[0068]
More specifically, the
[0069]
Each of the
[0070]
In addition, a
[0071]
Further, one
[0072]
Further, in the state in which the
[0073]
Further, a
[0074]
When the vibration to be damped in the
[0075]
As mentioned above, although several embodiment of this invention has been explained in full detail, these are illustrations to the last, Comprising: This invention is not limited at all by the specific description in this embodiment. .
[0076]
For example, in the first to fourth embodiments, one independent mass member is brought into contact with the contact member, but a plurality of independent mass members may be provided. Moreover, when employ | adopting a several independent mass member, these several independent mass members may have the same mass, and may have a mutually different mass.
[0077]
In the first to fourth embodiments, the contact surface of the independent mass member in the contact member is vibrated by the
[0078]
In the fourth embodiment, the spring member is made of spring steel. However, the present invention is also applicable to a vibration damping device in which the spring member is made of a rubber elastic body having a high damping characteristic. The invention is applicable. In particular, when the present invention is applied to a dynamic damper having a secondary vibration system using a spring member formed of a rubber elastic body as a spring component, for example, a spring member constituting the spring component of the secondary vibration system is formed. Even when the temperature of the elastic rubber member to be changed changes, and the loss coefficient and spring characteristics of the spring member change accordingly, an effective damping effect is obtained based on the contact of the independent mass member with the contact member. You can get it.
[0079]
Further, the shape of the contact surface of the independent mass member and the external shape of the independent mass member in the contact member are not limited to those of the first to fourth embodiments, and the installation space of the vibration damping device, etc. For example, the contact surface of the independent mass member in the contact member is made into a polygonal shape or a spherical shape, or the independent mass member is made into a circular rod shape or a flat plate shape. Is also possible.
[0080]
In the first to fourth embodiments, the contact member has a housing structure having an accommodation space therein, and the independent mass member is formed in the accommodation space formed inside the contact member. For example, a rod-shaped contact member whose outer peripheral surface has a circular cross section is attached to the vibration member, and an independent mass member having an annular shape or a cylindrical shape is attached to the contact member. By inserting and assembling, the hollow inner peripheral surface of the independent mass member may strike and contact the outer peripheral surface of the rod-shaped contact member.
[0081]
In the present invention, it is also possible to form a thin rubber film on the contact surface of the contact member. In that case, a hard material such as a metal whose rubber film is not attached to the independent mass member It is also possible to adopt directly.
[0082]
In the first to fourth embodiments, the jumping displacement of the independent mass member with respect to the contact member by the vibration means is generated in the vertical direction. The vibration of the contact surface of the mass member may be in the horizontal direction. Furthermore, in the first to fourth embodiments, in the contact member, the portion where the independent mass member is placed in a state where no vibration is input is directly vibrated by the vibration means. By vibrating the portion other than the portion where the independent mass member is placed by the vibration means, and exerting the excitation force on the portion where the independent mass member is placed, the independent mass member becomes the contact member. On the other hand, it may be made to jump and displace.
[0083]
In addition, although not enumerated one by one, the present invention can be carried out in a mode to which various changes, modifications, improvements and the like are added based on the knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that all are included in the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.
[0084]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the vibration damping device structured according to the present invention, the vibration energy to be damped in the vibration member is small, for example, the acceleration of vibration in the vibration member is 1 G (gravity acceleration) or less. Even in this case, the independent mass member can jump up and displace by jumping up from the contact member, and the vibration damping effect based on the contact of the independent mass member with the contact member can be obtained extremely effectively. It is.
[0085]
Further, according to the method of the present invention, an effective damping effect can be exhibited in the vibration damping device having the structure according to the present invention as described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a vibration damping device as a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the result of simulating the frequency dependence of the vibration level of the vibration member on which the vibration damping device of the first embodiment is mounted.
FIG. 3 is a graph showing the result of simulating the frequency dependence of the vibration level of the vibration member on which the vibration damping device of the first embodiment is mounted.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a vibration damping device as a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a vibration damping device as a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a vibration damping device as a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Vibration control device
12 Housing
16 Independent mass members
42 Magnetostrictive element
Claims (12)
該当接部材に対して非接着で独立変位可能に配設されて該当接部材に直接的且つ弾性的に当接せしめられる独立マス部材と
前記当接部材における前記独立マス部材の当接面を加振することによって該独立マス部材に該当接部材からの飛び跳ね力を及ぼす加振手段とを、
有することを特徴とする制振装置。A contact member that is attached to the vibration member and receives vibration to be damped;
An independent mass member that is disposed in a non-adhering and independently displaceable manner with respect to the abutting member and is brought into direct and elastic contact with the corresponding abutting member, and a contact surface of the independent mass member in the abutting member are added. Vibration means for applying a jumping force from the contact member to the independent mass member by shaking,
A vibration damping device characterized by comprising:
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