JP5105875B2 - 振動のフィルタリングおよび減衰の方法ならびに装置 - Google Patents

Description

本発明の技術分野は、二つの構造体間で伝達される機械的な原因による振動をフィルタリングして、その振動および音響を減衰することにより、振動性環境からこれらの構造体を相互に保護することにある。

機械的な原因による振動源を含む機械システムに収容される、あらゆる要素または構造体は、振動源からの振動励振および／または音響励振を受け、これらは、システムを構成する各構造要素のダイナミック応答により修正され、さらには増幅される。

システムの機械耐性を確保するには、静的および動的に十分な剛性を組み込んだ固定手段により、構造体または要素を相互に結合しなければならない。

機械的に結合されている場合、構造体間で伝達される振動エネルギーを低減するために、現時点では、フィルタリングと減衰との二種類の知られている解決方法が用いられている。

第一の解決方法は、保護すべき構造体の入力励振を機械的にフィルタリングすることからなる。フィルタリングシステムの有効性は、負荷をかけられるシステムの共鳴周波数に本質的に関連する。すなわち、カットオフ周波数が低ければ低いほど、システムの効率が高くなる。しかしながら、低いカットオフ周波数によるこの柔軟性により、負荷をかけたときの揺動が激しくなり、近接環境と適合せず、システム疲労による破損が加速される。

このため、フィルタリングは、保護すべき構造体のインタフェースに、柔軟な弾性システム（金属または複合材料製のブレード、ばね）、または油圧弾性システム（流体）、または超弾性システム（エラストマー、シリコーン、特殊合金）を組み込むことによって行われる。

弾性サスペンションは、潜在的な振動利得および／または音響利得により、静的および動的耐性を保証するが、固有の共鳴をほんの少し減衰するだけなので、この周波数では、保護すべき構造体に投入されるレベルは致命的である（共鳴モードのレベルにおける低周波数の移動または加速）。

仏国特許出願公開第２６７４５９０号明細書およびＪＰ２６５８８８７が開示する油圧サスペンションは、粘性流体が満たされ狭いダクトが通じているチャンバから構成される。サスペンションが、衝突により付勢されるか、または相対移動をもたらす振動により付勢されると、流体は、好適には、励振方向に従って一方のチャンバ側または他方のチャンバ側に循環しようとし、絞り（ｌａｍｉｎａｇｅ）機能によって、振動エネルギーを局部的な加熱に変化させようとする。流体の非圧縮性は、サスペンションの耐性に寄与し、流体の循環によって導入応力を減衰することができる。こうしたサスペンションは、特に走行装置からシャシの結合を切り離すために、自動車分野で広く使用されている。しかし、これらのサスペンションは、単一の自由度でしか動作せず、流体の粘性によって広い周波数帯で挙動性能を確保することはできない。このようなサスペンション／減衰システムは、非常に低い周波数のフィルタリング専用である。

超弾性のサスペンションは、たとえば仏国特許出願公開第２７０４６１２号明細書または仏国特許出願公開第２７６２５６４号明細書により、エラストマー材料の肉厚ブロックから構成される。超弾性のサスペンションの柔軟性は、静的剛性および動的剛性の要求と適合せず、ストッパの配置が必要となる。必然的に３軸からなるこれらのシステムの挙動は複雑で、さらには不確実であるので、寸法決定の予測に際して制限を受ける。しかも、高周波数ではシステムの挙動が劣化し（構造体の硬直化作用）、材料の構成が、投入レベルにうまく耐えられないために（時期尚早の老化）、寸法決定の際は著しい安全幅が課される。

上記の不都合を解消するために、超弾性サスペンションに対する解決方法は、止め金具付きまたは止め金具なしで、減衰材料と金属とからなる層を交互に重ねて構成される。その場合、ブレードは撓み（仏国特許出願公開第２６７８２２１号明細書）、せん断され（欧州特許出願公開第０１５５２０９号明細書）、あるいはバックリング（仏国特許出願公開第２６７２３５１号明細書）作用して、カットオフ周波数を低く保ち、機械耐性を確保する。この減衰方法の構造体（超弾性材料の層と金属材料の層とを交互に重ねる）を考慮すると、減衰性能は低い。しかも、止め金具が、単一の自由度で付勢されると、硬直化が急に進んで、構造体内に強いレベルの振動が再投入される。

フィルタリングとは別に、機械的な構造体により放射される振動および音響障害を低減するために、知られている多数の解決方法は、質量パラメータと剛性パラメータとに働きかけて、構造体の共鳴周波数と励振周波数とを分離する分離基準を基本としている。

一つの解決方法は、高密度材料（たとえばアスファルト混合物（ｂｉｔｕｍｉｎｅｕｘ）製品）で放射面を被覆することにより、構造体の質量を増すことからなる。この解決方法は、構造体の高周波数帯域で一定の有効性を持つが、低周波数における挙動は劣化する。しかも、この方法は、外形寸法と質量とを実質的に増加させる。

別の解決方法は、構造体の剛性を高めて、励振スペクトルを越える共鳴モードの周波数を排除することからなる。この目標に到達することは難しい。何故なら、こうした超剛性の構造体は、剛性システムにより論理的に負担が重くされ、すなわち、依然としてコスト／性能比が高いからである。その上、高周波数で新しい共鳴モードが現れて、応力が一時的に集中するので、疲労強度が減少する。この解決方法は、高周波数における共鳴問題を解決しない。

ある種の解決方法は、プレストレスを付与した粘弾性材料により減衰をもたらすという概念を導入した。この解決方法は、粘弾性材料と金属フィルムとのサンドイッチ構造体で放射面を覆うことにより、音響放射の原因となりうる構造体の振動を分散できる。この解決方法では、減衰性能を制限するために質量が大きくなってしまう。

さらに、本出願人による国際公開第９７／１１４５１号パンフレットに開示されたある解決方法では、広範囲の周波数帯で構造体の減衰を著しく増加できる。振動励振を被る構造体の放射面を適切に並列固定するこの技術は、振動波を偏向し、増幅し、次いで、振動エネルギーを別の形態のエネルギーに変換することができる。このように並列装置が構造体内でエネルギーを分散すると、構造体の質量および剛性への影響を制限しながら、多数の共鳴モードに強い減衰をもたらすことができる。

従って、この従来技術により、低周波数または高周波数の狭い帯域でフィルタリングを行って静的および動的耐性を提供する、いわゆる「直列」の解決方法と、広い周波数帯域で構造体の固有のモードの振動応答性を強く減衰する、いわゆる「並列」の解決方法とを識別可能である。

国際公開第０１／９２７５４号パンフレットは、振動構造体と固定構造体との間に挿入される全く特別な構造体を備えたビームを開示している。このビームの構造は、記載されているように、低周波数のフィルタリングと減衰とに適合しない、著しい静的剛性および動的剛性を含んでいる。

従って、上記の機能性全体を組み合わせ可能な技術的な「直列」の解決方法、すなわち、広域の周波数帯域で著しい減衰を伴って動作する方法は存在しない。

本発明の目的は、このようなシステムを提供することにある。

従って、本発明の目的は、付与される機械応力の非常に広範な周波数帯域および振幅範囲で、２個の構造体間の共鳴周波数の振幅を大幅に減衰しながら、フィルタリングを可能にすることにある。

本発明は、分離される構造体の機械的な原因による振動振幅を減衰およびフィルタリングする方法を目的とし、前記構造体に付与される非常に広範な周波数帯域および振幅範囲の機械応力に、この構造体に伝達されるフィルタリングされた振動波の減衰をもたらすことによって、減衰に組み合わされた入射振動波のフィルタリングを実施することを特徴とする。

有利には、この方法は、構造体の２個の要素間に直列接続されたサスペンションアセンブリの形状を呈する直列サスペンションを、このサスペンションに並列接続された減衰装置に組み合わせる。

有利には、減衰装置が並列型であって、振動を偏向し、場合によっては増幅し、かつ局在化して、フィルタリングされた振動波を減衰可能な内部形状を有し、直列サスペンションが、十分に剛性である静的支持機能と、構造体に付与される負荷レベルに従って様々な特性を持つ動的フィルタリング機能とを同時に有する。

本発明は、また、入射振動波を受ける第一の要素と、フィルタリングされた振動波を放射する第二の要素との間で、振動をフィルタリングして減衰する装置に関し、少なくとも一つの弾性部品と、この弾性部品に並列に固定された少なくとも一つの分散部品とからなる、振動エネルギーの伝達インタフェース構造体を含み、入射振動波のフィルタリングおよび減衰を行うことを特徴とする。

有利には、インタフェース構造体が、２個の要素の間に直列に配置された複数の弾性部品と、各弾性部品にそれぞれ並列に固定された複数の分散部品とを含む。

有利には、また、分散部品が、２個の異なる剛性フレームからなり、場合によってはレバーアーム作用を介した偏向機能と、弾性部品が発生する振動エネルギーをフレーム間に配置される分散材に向けて増幅する機能とを、一時的または連続して実施可能であり、前記分散部品が、弾性部品を減衰する。

実施形態によれば、分散部品が、線形の輪郭を有し、かつ弾性部品に底で固定されるアラインメントされた剛性フレームのアセンブリからなり、フレームは、弾性部品の振動応答のレバーアーム作用による増幅に対応するフレームの相対運動が、フレーム端から分散材に伝達されるように互いに無関係であり、前記分散材に連続または不連続の応力プレートが取り付けられて、フレームアセンブリに振動エネルギーを伝達する。

別の実施形態によれば、分散部品が、回転体であり、中央部分の周囲に周期的に配分された、または配分されない剛性フレームのアセンブリから構成され、このアセンブリが、一端で、他端とは無関係に弾性部品の片側に堅固に固定され、または堅固ではなく固定されて、これらのフレームの相対運動が分散材に伝わるようにし、他方で、分散材を介して、フレームアセンブリを保持可能な連続または不連続の応力プレートに固定される。

本発明の別の実施形態によれば、弾性部品が、弾性ブレード型の連続または不連続の可変輪郭を持つ２個の回転サブアセンブリからなる組立品を含み、少なくともそれらの一端が、可変接触面を有し、アセンブリは、分散材が挿入される領域により補完される。

有利には、弾性ブレードが、可変の形状輪郭により付与される潜在的に非線形の剛性を有し、ブレードが他方のブレードの相補輪郭と段階的に接触するようにして、付与される動的負荷に応じて、フィルタリング周波数を変化させ、ブレードの相対的な揺動を制御する。

別の実施形態によれば、インタフェース構造体が、回転体であって、かつ第二の要素に剛性結合される弾性ブレードと第一の要素に剛性結合される弾性ブレードとからなり、ブレードが、その自由端で相互に結合されるとともに、弾性または非弾性リングを中心として分散材の層を介して巻きつけられ、付与される動的負荷に応じて直接接触することにより、非線形のフィルタリングおよび減衰機能を果たす。

有利には、弾性ブレードが、可変の形状輪郭により、またブレード間の段階的な接触により、潜在的に非線形の剛性を有し、ブレードの輪郭が、個々の最大許容変形で互いに相補的であることにより、付与された動的負荷に応じて、フィルタリング周波数を変化させ、その要素の相対的な揺動を制御し、さらには制限する。

さらに有利には、分散材が、振動エネルギーを他の形態のエネルギーに変換し、たとえば、材料間の摩擦または粘弾性材料との摩擦により熱エネルギーに、圧電材料により電気エネルギーに、磁歪材料により磁気エネルギーに、または他のあらゆる形態のエネルギーに変換する。

また、有利には、弾性部品が、少なくとも二次元であって、ビーム、直線もしくは曲線バー、中実の容積、偏平プレートもしくはもっと複雑な形状のプレートの組立により形成可能であり、その弾性特性が、弾性材料、金属または非金属材料、均質または不均質材料、等方性または異方性材料から得られる。

本発明により得られる結果は、構造体から一つの要素またはこの構造体の別の部分に伝達および／または放射される、機械的な原因による振動現象の振幅をフィルタリングして減衰することにあり、広い範囲の動作周波数および励振負荷において支持機能、フィルタリング機能、および減衰機能を結合することを特徴とする。

本発明により得られる別の結果は、構造体から一つの要素またはこの構造体の別の部分に伝達および／または放射される、機械的な原因による振動現象の振幅をフィルタリングして減衰することにあり、広範囲の周波数で動作するいわゆる「並列」プロセスとの組み合わせによって、いわゆる「直列」機能を実施することを特徴とする。並列プロセスを改善するこのような組み合わせによって、用途範囲を広げることができる。

本発明により得られる別の結果は、直列の構造体に非線形性の制御を導入することにあり、この構造体に付与される負荷に応じて、許容可能な揺動を制御できることを特徴とする。

本発明により得られる別の結果は、装置の内部多様性に基づいて、任意の物体または構造体のいわゆる直列サスペンションを構成する方法にあり、この方法により、一つまたは複数の自由度に応じてサスペンションを使用可能になることを特徴とする。

本発明により得られる別の結果は、非線形性が導入される物体のいわゆる直列サスペンションを、いわゆる並列方法と組み合わせることにあり、２個の装置の性能（広帯域周波数、著しい減衰、強い励振負荷）を、軽量で小型容積内に結合できることを特徴とする。

本発明により得られる別の結果は、離隔される構造体間に弾性サスペンションを直列に配置するフィルタリングにあり、サスペンションの潜在的に非線形の柔軟性によって、その固有の共鳴周波数を超えてフィルタリング機能を最大化することができる。

本発明により得られるさらに別の結果は、弾性サスペンションにより、周波数および励振負荷の広い範囲で正確かつ有限のダイナミック移動の負荷と振幅とを静的に保持可能にすることにある。

本発明により得られるさらに別の結果は、直列の弾性サスペンションにより、このサスペンションに並列に配置される減衰装置に向けて、入射波の振動方向を偏向させることにある。

本発明により得られるまた別の結果は、弾性サスペンションに構造体上の減衰をもたらし、このために、弾性サスペンションの振動応答を減衰する減衰装置の性能にある。

有利には、減衰装置と２個の構造体との組み合わせにより、入射波に結合される振動エネルギーを、局部的に分散される別の形態のエネルギーに変換することができる。このように構成される装置全体の減衰特性が、組み合わされる減衰装置の減衰特性となる。こうした現状を起点として、出願人は、この出願人が以前開発し、既に共鳴モードの振動応答を著しく減衰するとともに弾性サスペンションの変形を非常に少なくした、並列減衰装置の改善をめざして研究を実施することにより、直列装置との組み合わせに関してその性能を発展させて用途範囲を広げるに至った。

非線形性と、その制御との導入により、直列弾性サスペンションに対し、励振負荷が大きい場合、余分な妨害や衝撃を要素に再投入することなしに、被懸架要素の揺動を制限することができる。

非線形性と知られている並列減衰装置との組み合わせは、特に励振負荷が大きい場合に、減衰特性の利用が改善されることを特徴とする。

非線形の直列サスペンションと知られている並列減衰装置との組み合わせは、軽量の限られた容積内で良好な減衰性能（周波数範囲が広い、減衰が大きい、励振負荷が大きい）を有するサスペンションを実現できることを特徴とする。

減衰装置と非線形性との内部多様性から、一つまたは複数の自由度に従って、上記の良好な性能がサスペンションに与えられることを特徴とする。

機械要素で製造された直列サスペンションの内部形状は、この形状が確保する静的な配置が、エラストマーからなる、知られている直列サスペンションの場合のように経時的に変化しないことを特徴とする。

本発明の他の特徴、細部、および結果は、添付図面に関して例として挙げた以下の補完的な説明を読めばいっそう明らかになるであろう。

以下、本発明による方法および装置を適切に示すために、入射斜面から入る機械的な原因による振動波、ミクロ振動波、またはナノ振動波と、放射面から出る潜在的な音響振動波とを用いた場合について考える。

入射面と放射面との間に配置される材料のダイナミック挙動に応じて、伝達される振動波は、多少とも減衰される。そのため、材料の挙動が励振界で「中性」であるとき、入射波は、完全に放射面に伝達される。その逆に、材料に可撓性があると、フィルタリングが有効になる前に、放射波が増加することがある（システムの共鳴に超過応力がかかる）。

本発明は、入射波をフィルタリングすること、また、入射面で機械的な原因による振動を受ける要素をなす材料が、放射面で発生する振動波を減衰することをめざしている。前記材料は、振動エネルギーの伝達インタフェース構造体を決定する弾性構造体と分散構造体との組み合わせからなる。

分散構造体の材料とは、材料の粒子が、課された相対移動に比例しない応力を発生する材料を意味し、この相対移動は、伝達される変形エネルギー全体を再生するものではない。

本発明によれば、分散材は、その粘弾性から、二つの構造体間の摩擦または他のあらゆる方式によって、振動エネルギーを熱エネルギーに変換することができる。

本発明によれば、分散材は、その圧電特性または磁歪特性から、振動エネルギーを電気エネルギーに変換できる。

図１、図２に示した組立品は、多次元の形状パターンの並置、重なり、または横方向もしくは長手方向の嵌合による結合体からなり、この結合体が、非対称な異方性構造、すなわち、非対称またはそうでない中実の形状パターンと、元の方向に関係なく振動波の伝達妨害に寄与する非対称またはそうでない空洞とを、任意の一軸に沿って有する構造体を構成する。本発明の開示による構造体は、装置における構造体の構成と、この方法の実施とに介在する幾何学的な本体である。この構造体は、少なくとも二次元であって、ビーム、直線もしくは曲線バー、中実の容積、偏平プレート、もしくはもっと複雑な形状のプレートの組立品から形成可能である。これについては後で詳しく説明する。

図１では、強い異方性を持つ材料または構造体１０の使用に基づいて、変形を増幅する際に考慮される原理を概略的に示した。インタフェース構造体１０は、支持体（図示せず）に堅固に固定された第一の要素２と、振動を受ける第二の要素３との間に配置されている。この構造体１０は、弾性ブレード１と分散部品７とのアセンブリからなる。これらのブレード１に、その伸張性に応じて、剛性の非線形性の変化を制御する一定の形状および配向を与える。ブレード１が、第二の要素３に固定された部分９と第一の要素２に固定された別の部分１１とを有することがわかる。分散構造体６を用いて自由端を結合した２個のフレーム４、５からなる減衰装置７を、各ブレードに設置する。

システムは完全に全単射的であるが、後述する実施形態全体に対して簡単かつ有効に説明するために、入射振動波を伝達する要素として第一の要素２を示し、放射振動波を伝達する要素として第二の要素３を示す。

振動源波Ｏｉによって伝達される応力ｆ１が付与されると、ブレードは、入射振動方向を偏向させることによって、図２に例として示したような固有のモード挙動で、所与の機構に従って変形する。減衰装置７は、各ブレードに平行であり、各ブレードに適切に配置されたフレーム４、５により、こうしたエネルギーを偏向させ、次いで場合によっては増幅することができる。さらに、これらのエネルギーは、フレーム４、５を介して分散構造体６内の優先的な一つまたは複数の方向に伝達される。

可変輪郭に応じたブレード１の潜在的な変形タイプによって、動的負荷の作用下で、振動エネルギーの供給と、ブレード１における内部応力レベル、ひいてはブレードの剛性とが修正される。この機構は、予め設定されているので、広範な帯域で有効な減衰装置７は、振動エネルギーを常時分散できる。図１では、ブレード１の変形率が小さいとみなされるが、構造体１０は、第二の要素３を静的に支持し、その揺動を制限し、低周波数または高周波数で応力Ｆ１の大半をフィルタリングするのに、十分に可撓性がある。その場合、分散構造体がわずかに変形する低周波数または高周波数の減衰特性を利用する。図２では、強い動的負荷Ｆ２により、ブレード１の剛性が、その変形率により著しく増大している。従って、構造体１０が硬化するので、揺動は所望のレベルに制限される。しかし、第二の要素３の動的質量の組み合わせ作用により、この構造体は、十分に可撓性を持ち続け、低周波数になるや否やフィルタリングを行う。その場合は、分散構造体の変形率が有限である低周波数または高周波数の減衰特性を利用する。

従って、耐性の意味を広げた剛性特性と、アセンブリの減衰特性とは、動的励振のレベルまたは周波数がどのようなものであっても、サスペンションおよび分散構造体の剛性および減衰特性によりそれぞれ制御される。

上記の異方性構成により、低周波数で付勢レベルが低いときは小さく、より強い応力を加えると大幅に剛性が高くなる、サスペンションを実現できる。このような形状の著しい非線形性により、変形率の高い剛性手段を組み入れることによって、減衰される可撓性サスペンションを実現できる。減衰ブロックのストッパはもはや不要である。さらに、行程終了時の機械ストッパ（変形不能な硬いストッパ）に関連する急激な剛性変化は、もはや起こらない。そのため、設備寿命を制限する衝突現象がなくなる。

図３ａ、図３ｂは、第一の要素２の入射面１１と第二の要素３の放射面９との間に配置される、構造体１０の形状を呈する本発明の別の実施形態を示す断面図である。構造体１０は、一端１７で互いに嵌合される２個のサブアセンブリ１２、１３からなる。サブアセンブリ１３は、別の一端１５で、分散部品６により、サブアセンブリ１２のフレーム間に部分的にサンドイッチ状に挟まれている。要素１４、１６は、端１５、１７の間でインタフェース構造体の弾性ブレードを形成する。これらのブレード１４、１６は、それぞれ、サブアセンブリ１２、１３の中央部分をなし、断面が可変の輪郭を有し、その底が、それぞれ入射面１１および放射面１９に堅固に固定されている。この輪郭は、連続でも不連続でも、軸対称でも非対称でもよい。

たとえばポリマーを含浸した合成基材に埋設されるガラスファイバまたはカーボンファイバ等の複合材料からなる弾性ブレード１４または１６を選択することにより、異方性が大きく、強い負荷に耐える機械特性が得られる。

サブアセンブリ１２、１３の間の結合手段１５、１７は、撓んだブレード、引っ張られたブレード、または捩れたブレードにプレストレスを与えて、第二の要素３の重量の作用により、平均的な剛性の動作領域でシステムが休止位置にくるようにすることができる。

寸法特性の全体と、ブレード１４、１６の構成材料とがあいまって、付与される動的負荷に応じてブレードの挙動の非線形性が促進される。

入射面１１と放射面９との間に動的負荷が伝達されると、ブレード１４、１６は、励振レベルと周波数とに応じて、所定の各種の機構（撓み、バックリング、捩れ、引っ張りなど）に従って変形する。こうした様々な変形モードによって、弾性材料の剛性が修正される。そのため、ブレード１４、１６の固有の周波数が修正されて、この方法のフィルタリング周波数を制御し、拡大することができる。

フィルタリング要素の非線形の動的挙動を増すために、サブアセンブリ１２の底は、端１７に輪郭１８を有する。この輪郭は、ブレード１６の輪郭１９との潜在的な接触面を有し、ブレード１６の最大許容変形の形状に係合する。ブレード１６の変形率が低い場合、接触は行われない。一定の閾値を越えると、ブレード１６のわずかな部分で接触が開始される。そうするとブレードの挙動が少し修正される。動的負荷が増すと、接触面が徐々に増し、剛性の高まりに対する影響が無視できなくなって、ブレード１６の動的挙動が甚だしく妨害される。

このような接触方式によりもたらされる非線形性の影響によって、低周波数であっても高周波数であっても装置を損傷するおそれなく、高い動的負荷レベルに到達できる。サブアセンブリ１２の輪郭１８の相補性と、ブレード１６の変形状態とにより、知られている硬いストッパとは逆に、あらゆる急激な接触を回避できる。

入射面１１と放射面９との間の振動波の伝達妨害は、減衰装置１５の方へ、変形によってブレードの相対移動または相対回転が最大になる領域内で偏向される。サブアセンブリ１２の剛性部分と弾性ブレード１４、１６との間にサンドイッチ状に挟まれた減衰装置１５は、剛性であろうと、回転体であろうと、球形であろうと、可撓性であろうと、適切な結合手段を介して、優先的な方向に相対エネルギーを吸収できる。

上記の装置のアセンブリは、全体として、本発明による減衰機能を果たし、振動および／または音響を原因とするエネルギーの偏向、増幅、変換動作を実施できる。

従って、上記の適用において、減衰装置１５は、この領域１５に粘弾性材料６を付加して、ブレード１４、１６からの振動エネルギーを分散する。前記領域では、粘弾性材料の微小構造により振動波のエネルギーが集中するのである。粘弾性材料の構造体は、粘弾性の減衰が、最も有効である材料の一つまたは複数の自由度を偏向し、かつ優先することができる。従って、本発明の適用により、ブレード１４、１６の領域１５に入射する振動波のエネルギーを偏向してから、この所定の領域１５で、放射壁の機械的な原因による幾つかの振動モードをもたらす方向に沿って、このエネルギーを別の形態で分散できる。

領域１５を構成する複合材料の内部特性は、ブレード１４、１６の振動応答性に影響を及ぼし、その振動を減衰する。そのため、本発明による方法および装置は、ユーザが望むフィルタリングおよび減衰の必要性に応えるために十分な機能性を提供する。

本発明によれば、直列サスペンションまたは他のあらゆる構造体で使用される並列減衰装置は、本発明による減衰方法および装置を考慮に入れれば、様々な輪郭または形状をとることができる。最も簡単な形状を示した図４では、構造７の２個の剛性プレート１８、１９の間にエネルギー変換材料６を配置可能であり、図１の実施形態を参照すれば、構造体７自体が、剛性プレート４、５を介してブレード１またはあらゆる振動要素に結合される。変換に際して優先される動作モードでは、ブレード１から送られる振動エネルギーを、要素４、５が剛性プレート１８、１９の方へ増幅し、剛性プレート１８、１９は、振動エネルギーを分散材の方に伝達する。この事例では、材料６の動的なせん断応力により分散が行われる。

振動エネルギーが妥当であれば、この方法は、プレート４、５のレバーアーム作用を促すことによって、プレート１８、１９に振動が伝達される前に、振動を増幅する機能を組み込むことができる。こうした増幅は、また、直列サスペンション自体の内部形状、もしくは装置が並列接続される構造体の内部形状によって、または十分な差動を伴う移動もしくは変形を行う、不連続な２地点間への固定によって、実現可能である。

たとえば、図５、図６、図７は、網羅的ではないが、直列サスペンションまたは他のあらゆる構造体で使用されるように改良された並列減衰装置がとりうる、様々な形状を示している。

図５は、フレーム４、５が、ブレード１に底で結合されるＴ字形の輪郭を有し、フレーム間の個々の端に分散材６が組み込まれている、実施形態７を示している。

図６、図７は、網羅的ではないが、並列減衰装置７がとることのできる特定の形状を示している。これらの実施形態は、ブレード１または他のあらゆる弾性構造体に底で固定されるアラインメントされた剛性フレーム４４、４５のアセンブリからなり、フレームは、その上端で互いに無関係である。この上端でのフレームの相対運動は、レバーアーム作用による弾性部品１の振動応答の増幅に相当し、分散材６の下面に伝達される。分散材６の上面は、連続または不連続の剛性の応力プレート８ａ、８ｂにより保持される。分散材が受ける相対的な変形は、片側で最大で反対側でゼロであり、強い振動エネルギーレベルを有効に変換することができる。

図４、図５、図６、図７に示された例では、偏向、増幅、および変換は、双方向処理が促進される方向に、いわゆる線形に装置を構成することにより実現される。表面の他の外観形状については、多方向性処理が可能であれば同一視される。

このため、図１２に示された減衰装置の第一の表面形状は、要素１に取り付けられる分散部品７の変形実施形態である。連続または不連続の構造体５０は、等方性または非等方性で集合体もしくは複合体の均質な材料からなり、振動を受ける要素１に底５０ａによって堅固に固定されている。この構造体の材料特性および形状特性から、構造体５０に適切な撓み剛性およびせん断剛性を与えて、放射構造体の振動エネルギーを偏向し、かつ増幅する。上端５０ｂは十分に可撓性であり、ダイアフラムのように変形する。この変形は、構造体５０の形状および挙動により、振動要素１の変形が増幅された結果である。

外面５０ｂは、分散部品６を介して応力プレート２７に接続される。

連続または不連続であって高密度で薄肉の応力プレート２７は、上面５０ｂとは逆に、剛性が大きくたわみが少ないダイアフラムを提供する。

こうした様々な変形モードと変形振幅とによって、分散材６の処理面全体に強い内部変形レベルが伝えられ、それによって振動エネルギーの変換性能が確実にされる。

さらに、剛性で高密度の応力プレート２７と組み合わせて、撓み／圧縮時の可撓性を優先することにより、構造体部品５０の個別の形状パターンが、音響伝達性を減衰する音響スクリーン固有の品質を備えた、「スプリングブロック」アセンブリを構成することが分かる。

上記の表面装置は、振動応答性を減衰すべき面で、適切に反復設置される後述の表面装置のアセンブリと同様に、たとえば車体の薄鋼板などの大型プレートの振動音響の減衰および緩和に特に適している。

この表面装置を、曲線プレートまたは捩れプレートの処理に適合させるために、図１３は、表面装置７の変形実施形態を提案している。異方性構成の構造体５０の下面５０ａは、分割または非分割の線または曲線５３ａ、５３ｂに沿ってカットされる。

応力プレート２７と分散材６の撓み剛性が小さいことを考慮して、アセンブリ７は、その設置時に、振動構造体１の偏平な形状輪郭または捩れた形状輪郭に適合可能である。装置７は、下面５０ａを介してこの構造体１に堅固に結合されると、図１２に示した包括的な設計の諸特性および性能の全体を再び有する。

図８、図９では、「菊の花」状の表面形状７を示した。先に述べた分散材６は、例として他の形状にも適用可能であって、粘弾性要素、圧力作用要素、磁歪要素、またはエネルギーを他の形態のエネルギーに変換する機能を備えた他の要素から構成できる。これらの要素は、振動エネルギーを、熱、電気、磁気その他のエネルギーに変換する。

この実施形態では、図９の断面図で示された分散部品７が、中央部分で結合される独立したブレード２２のアセンブリから構成されている。中央部分は、剛性のインタフェース９により、振動応答性を減衰すべき弾性部品１または他のあらゆる振動構造体に結合される。各ブレード２２は、インタフェース９で受ける振動運動を、優先的な方向に増幅可能な少なくとも一つの波形部２４を備える。各ブレード２２の端にある偏平な下面２６ａは、分散部品２５ａを介して構造体１に結合される。各ブレード２２の端にある偏平な上面２６ｂは、他の分散部品２５ｂを介して応力プレート２７に結合される。応力プレートは連続しているので、分散部品２５を介して、図８に概略的に示したような多数の「菊の花」パターンを結合可能である。

従って、この構成により、インタフェース９、ブレード２２の平面端、および応力プレート２７に関して、構造体１の相対運動全体を増幅できる。こうした増幅は、分散材の内部で偏向されて良好なエネルギー変換が行われる。

図１０、図１１では、減衰装置の特性を適切に展開して組み合わせることにより、図３の実施形態による、入射面９と放射面１１との間のフィルタリングおよび減衰装置の変形実施形態を示した。周期的な対称性を有する各パターンは、リング３０を中心とする弾性ブレード３１、３２の適切な組立品から構成されている。この組立品は、リング３０とブレード３１との間に配置された分散材３３およびブレード３１と３２の間に配置された分散材３４を介して、減衰機能を組み込んでおり、これらの分散材がインタフェース構造体をなす。この場合、各パターンが、周囲のパターンに対して入射面と放射面とを構成する底を有する。

ブレード３１、３２の可変断面の輪郭は、図３に示した個々の面９、１１のような、入射面と放射面とに堅固に固定された中央部分に向かって収束する。この輪郭は、連続でも不連続でも、軸対称でも非対称でもよい。

ブレード３１、３２の結合リング３０は、撓み、引っ張り、またはねじれ状態にあるブレードに、弾性特性からプレストレスを与え、放射面１１をもたらす重い要素３６の重量の作用で、休止時にシステムが低剛性の動作領域にくるようにすることができる。

ブレード３１、３２の形状特性および材料特性の全体があいまって、振動波に応じてその挙動の非線形性が促進される。図１１の断面図では、ブレード３１は、一端でリング３０を中心として巻きつけられ、他端で結合されて入射面９を画定する。同様に、ブレードが最大変形振幅に達すると、ブレード３２の内部輪郭が、ブレード３１の外部輪郭に係合する傾向を有する。ブレード３２は、他端で結合されて放射面１１を画定する。

入射面９と放射面１１との間に動的負荷が伝達されると、ブレードは、当初の輪郭、励振レベル、および励振周波数に応じて、所定の様々な機構（バックリング、捩れ、引っ張りなど）に従って変形する。こうした様々な変形タイプによって、フィルタリング装置の剛性が修正される。

従って、ブレード固有の周波数が修正されるので、アセンブリのフィルタリング周波数を制御し、かつ広げることができる。

フィルタリング要素の非線形の動的挙動を増すために、ブレード３２の内部輪郭は、ブレード３１との潜在的な接触面を有し、ブレード３１の最大許容な変形の形状に係合する。ブレード３１の変形率が低い場合、接触は行われない。一定の閾値を越えると、ブレード３１のわずかな部分で接触が開始される。その場合、ブレードの挙動はわずかに修正される。動的負荷が増すと、接触面が徐々に増え、剛性が増すことに対する影響、ひいては切り離し機能の適合性に対する影響が無視できなくなり、ブレード３１の動的挙動が甚だしく妨害される。

ブレード３１、３２の変形全体によって、リング３０を中心とする相対回転が生じる。そのため、変形エネルギーは、この領域で偏向されかつ増幅される。要素３０、３１と３１、３２のインタフェース間の減衰材料の存在によって、振動および／または音響を原因とするエネルギーを、別の形態のエネルギーに変換する機能を確保でき、装置が取り付けられる構造体に減衰を組み込むことができる。

この特定の実施形態は、回転装置または他のあらゆる振動構造体の振動の減衰に使用可能である。ブレード３１は、表面９により第二の要素３の位置で接合手段に結合され、ブレード３２は、表面１１により第一の要素２の位置で結合される。

最適性能を得るために、寸法決定計算ツールおよび各種の方法によって、ブレードの形状と、上記の分散部品のアセンブリとを適合できることはいうまでもない。ブレードの形状は、所望の様々なフィルタリング周波数を制御するように設定される。本発明による装置の（付与される負荷の下での）変形状態によれば、所定のカットオフ周波数を持つサスペンション構成から、カットオフ周波数を修正した別の状態に移行していることが分かる。負荷を大きくする場合は、高い負荷レベルのもとでの揺動振幅または移動振幅を制限可能にする非線形特性が求められる。

伝達される振動波が様々なレベル構成にあるときの、本発明による材料の第一の実施形態を示す図である。 伝達される振動波が様々なレベル構成にあるときの、本発明による材料の第一の実施形態を示す図である。 本発明による装置の別の実施形態を示す図である。 本発明による装置の別の実施形態を示す図である。 本発明による一方向の減衰原理を示す図である。 減衰と双方向の分散とを可能にする原理を示す変形実施形態の図である。 減衰と双方向の分散とを可能にする原理を示す変形実施形態の図である。 減衰と双方向の分散とを可能にする原理を示す変形実施形態の図である。 多方向分散部品を示す別の実施形態の図である。 図８のＡＡ線による断面図である。 本発明による装置の別の実施形態を示す図である。 本発明による装置の別の実施形態を示す図である。 減衰と、多方向の分散とを可能にする概念を拡張した実施形態を示す図である。 減衰と、多方向の分散とを可能にする概念を拡張した実施形態を示す図である。

Claims (14)

1. 分離されるべき第一の構造要素（２）および第二の構造要素（３）の間で機械的振動をフィルタリングおよび減衰する方法であって、第１の構造要素（２）上の入射振動波が、２つの構造要素の間に配置されたインタフェース構造（１０）によってフィルタリングされ、該インタフェース構造が、各々一端が第１の構造要素（２）に結合され、他端が第２の構造要素（３）に結合され、特性が弾性ブレード（１）の剛性に依存するフィルタリング機能を与える一組の弾性ブレード（１）を含み、前記第一の構造要素（２）に加えられた機械的力の非常に広い周波数帯域および振幅にわたって、前記第二の構造要素（３）に伝達されるフィルタリングされた力学的な波の振動の減衰を与えることにより減衰機能を達成するために、分散材（６）が設けられている少なくとも１つの分散装置（７）が、弾性ブレード（１）に取り付けられていることを特徴とする、機械的振動をフィルタリングおよび減衰する方法。
2. 入射振動波を受ける第一の要素（２）と、フィルタリングされた振動波を放射する第二の要素（３）との間で、振動をフィルタリングして減衰するフィルタリングおよび減衰装置であって、２つの要素間での振動エネルギー伝達のインタフェース構造（１０）を備えており、該インタフェース構造は、各々一端が第１の要素（２）に結合され、他端が第２の要素（３）に結合され、特性が弾性ブレード（１）の剛性に依存するフィルタリング機能を与える１組の弾性ブレード（１）と、前記弾性ブレードの組の各ブレードに取り付けられ、分散材（６）が設けられた少なくとも１つの分散装置（７）とからなり、分散装置の入射振動波の減衰レベルは、前記分散装置の形状および分散材（６）の特性に依存する、フィルタリングおよび減衰装置。
3. 分散装置（７）が、前記分散材（６）が設けられた２つの別個の剛性フレーム（４、５）からなり、偏向機能と、レバー作用による弾性ブレード（１）の組が発生する振動波を前記フレーム間に配置された前記分散材（６）へ増幅する機能とを確実なものとし、前記分散部材（６）が、前記１組の弾性ブレードの減衰を確実なものとし、前記分散装置（７）の剛性が弾性ブレードの組の剛性と比較して低ければ低いほど、より多くの振動エネルギーが分散材にそらされることを特徴とする、請求項２に記載のフィルタリングおよび減衰装置。
4. 分散装置（７）が、線形の輪郭を有し、かつ少なくとも１つのブレード（１）に底部で固定されるアラインメントされた剛性フレームの組（４、５）からなり、剛性フレームは、インタフェース構造（１０）の振動応答のレバー作用による増幅に対応する剛性フレームの相対運動が、前記剛性フレーム（４、５）の端から分散材（６）に伝達されるように、互いに無関係である、請求項２または３に記載のフィルタリングおよび減衰装置。
5. 分散装置（７）が、線形で立体的な輪郭を有しており、かつ少なくとも１つのブレード（１）に底部で固定されるアラインメントされた剛性フレームの組（４４、４５）からなり、剛性フレームは、インタフェース構造（１０）の振動応答のレバー作用による増幅に対応する剛性フレームの相対運動が、前記剛性フレーム（４４、５５）の端から分散材（６）に伝達されるように、互いに無関係であり、該分散材上に振動エネルギーをフレームの組（４４、４５）に伝達するための平らなまたは平らではない、連続的なまたは不連続な拘束プレート（８ａ、８ｂ）が取り付けられている、請求項４に記載のフィルタリングおよび減衰装置。
6. 表面輪郭を持つ分散部品（７）が、等方性または非等方性で連続または不連続の適切な剛性を持った均質または不均質の構造（５０）から構成され、弾性ブレード（１）に堅固に固定されることによって、内部構造により局在化および増幅された偏位された振動波が、該構造の上面（５０ｂ）から分散材（６）に伝達されるようにし、分散材自体が、その上面で連続または局部的に不連続のプレート（２７）によって固定され、該プレートが、上記の構造（５０）に分散材（６）を介して振動エネルギーを伝達することを確実にすることができることを特徴とする、請求項２に記載のフィルタリングおよび減衰装置。
7. 分散部品（７）が、円筒形上を有し、かつ中央コア（９）の周囲に周期的にまたは非周期的に配分された一組の剛性フレーム（２２）から構成され、該剛性フレームの組は、一端で少なくとも１つのブレード（１）に一方の側で堅固に固定され、または堅固ではなく固定され、他方では自由であり、剛性フレームの相対運動が、分散材（２５）に伝達され、他方側で、分散材を介して、フレーム（２２）の組を保持可能な連続または不連続の応力プレート（２７）に固定されることを特徴とする、請求項２に記載のフィルタリングおよび減衰装置。
8. 前記ブレードが、第１及び第２の要素（２、３）の間に取り付けられる減衰部品（１５）の２つのサブアセンブリ（１２、１３）のうちの少なくとも１つのサブアセンブリ（１３）によって形成され、前記２つのサブアセンブリ（１２、１３）が、連続または不連続の変化する輪郭を有し、前記減衰部品（１５）が、前記減衰部品の振動応答の減衰を確実なものとするために、振動を偏向させ、増幅し、局在化することができる内部形状を有しており、前記減衰部品は、同時に十分堅固な静的支持機能および適用された負荷に依存する可変の特性の動的フィルタリング機能を与え、サブアセンブリ（１２、１３）の間の端部に変化する接触面（１８、１９）を規定し、前記２つのサブアセンブリ（１２、１３）は、前記分散材（６）が挿入される領域を画成することを特徴とする、請求項２に記載のフィルタリングおよび減衰装置。
9. 前記２つのサブアセンブリ（１２，１３）が、変化する形状輪郭により付与される潜在的に非線形の剛性を有する弾性ブレード（１４、１６）からなり、一方のブレード（１６）が他方のブレード（１４）の相補輪郭（１８）と漸進的に接触することを確実なものとし、付与される動的負荷に応じて、フィルタリング周波数を変化させるとともに、２つのサブアセンブリ（１２，１３）のブレード（１４、１６）の相対的な偏位を制御することを特徴とする、請求項８に記載のフィルタリングおよび減衰装置。
10. 分散装置（７）が、円筒形状を有しており、かつ剛性のインタフェースに堅固に固定された少なくとも１つの弾性ブレード（３１）と重い要素に堅固に固定された少なくとも１つの弾性ブレード（３２）とからなり、分散装置（７）の弾性ブレード（３１、３２）が、弾性または非弾性のリング（３０）を用いて自由端で相互に結合されるとともに、分散材（６）の層の周りに巻き付けられており、付与される動的負荷に応じて、フィルタリングおよび非線形の減衰機能を確実なものとすることを特徴とする、請求項２に記載のフィルタリングおよび減衰装置。
11. 分散装置（７）の弾性ブレード（３１、３２）が、変化する形状輪郭により、また分散装置（７）の弾性ブレード（３１、３２）間の漸進的な接触により、潜在的に非線形の剛性を有し、弾性ブレードの輪郭が、個々の最大許容変形で互いに相補的であることにより、付与される動的負荷に応じた、変化するフィルタリング周波数および相対的な偏位を確実なものとすることを特徴とする、請求項１０に記載のフィルタリングおよび減衰装置。
12. 分散材（６）が、該分散材がその間に固定されているフレーム（４、５）に負荷が加えられたときに、振動エネルギーを他の形態のエネルギーに変換し、エネルギーは、材料間の摩擦または粘弾性材料のせん断による熱エネルギー、圧電材料による電気エネルギー、または磁歪材料による磁気エネルギーであることを特徴とする、請求項２から１１のいずれか一項に記載のフィルタリングおよび減衰装置。
13. インタフェース構造（１０）が、少なくとも二次元であって、直線もしくは曲線バー、中実の立体、またはプレートの組立により形成可能であり、弾性特性が、弾性材料、金属または非金属材料、均質または不均質材料、等方性または異方性材料から得られることを特徴とする、請求項２から１１のいずれか一項に記載のフィルタリングおよび減衰装置。
14. 分散装置（７）が、表面輪郭を有しており、断熱特性および遮音特性を有する構造（５０）の形であり、該構造が分散部品（７）が広い温度範囲で減衰性能を維持し、加えて、遮音板および断熱材の本質的な性能を備えられるように、ハニカム構造の発泡材、コルク質の複合材、またはポリマによって構成されていることを特徴とする、請求項２から１３のいずれか一項に記載のフィルタリングおよび減衰装置。

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