JP5141261B2 - 振動騒音低減構造 - Google Patents

Description

この発明は、制振対象物に減衰部材を取り付けて、減衰部材を振動させることにより、制振対象物の振動及び騒音を低減する、振動騒音低減構造に関するものである。

従来、制振対象物に減衰部材、例えばケーブルやワイヤを取り付けて、制振対象物の振動の際に生じるエネルギを減衰部材で吸収させて、制振対象物の振動を抑制し、かつ、騒音を低減させる技術が提案されている。その一例として、照明柱や避雷針などの中空の塔状構造物を制振する装置に関する発明が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されている制振装置付き塔状構造物は、内部に中空部を有する塔状構造物が、その中空部にケーブルを有していて、そのケーブルの上端が固定され中空部内で下垂した状態、あるいは下端が固定された状態となるように構成されている。したがって、このような構造によれば、塔状構造物が振動した場合に、ケーブルが塔状構造物の内壁に衝突することやケーブルが有する構造により、塔状構造物の振動を減衰させる効果が期待できる。なお、減衰部材を制振対象物に取り付けて、振動を抑制する技術は、特許文献２ないし特許文献５にも記載されている。

ところで、特許文献１に記載されているように、減衰部材の一端を固定する構造の片持ち梁において、減衰部材の固有振動数は次式により求めることが可能である。

この数式において、Ｌは減衰部材の長さであり、Ｉは減衰部材の断面２次モーメントであり、ρは減衰部材の密度であり、Ｓは減衰部材の長さ方向と垂直な平面における断面積であり、λｎは固有値である。この固有値λｎは、振動モードおよび境界条件に基づいて決定される変数である。ｎは振動モードを示す「次」であり１次振動モード、２次振動モード、３次振動モードなどに対応させて、ｎ＝１、ｎ＝２、ｎ＝３などの数値を用いる。そして、減衰部材の固有振動数を、制振対象物の振動を示す波形の周波数に合わせることにより、最大の振動減衰効果（ダイナミックダンパ効果）を得ることができる。この場合、減衰部材の質量にも、振動を減衰するために最適な値が存在するが、減衰部材だけでは質量不足になることが多い。そこで、減衰部材の自由端に錘を付加することによって減衰部材全体の質量を高めることが可能である。

特開２００３−３２８５９０号公報 特開２０００−３５３８８０号公報 特表２００２−５４０４６３号公報 特開２００１−１２５４１号公報 特開２００６−２２６０３８号公報

ところで、減衰部材の固有振動数は、「１次、２次、３次、ｎ次、以下省略」に対応して複数存在し、減衰しようとする振動の周波数が高周波である場合、２次以上の振動モードに合わせて減衰部材の固有振動数を設計することができる。一方、減衰部材の自由端に取り付けた錘は、１次の振動モードにおいて、減衰部材の質量を調整するには有効であるが、２次、３次の振動モードでは減衰部材の質量の増加には寄与しない。このため、減衰部材に錘を付けても、高周波数の領域で質量を高めるという設計は困難である。また、減衰部材は剛性が相対的に低いため、大きな錘を付加することができない。そこで、減衰部材の両端を固定する構造、つまり両持ち梁の状態にして減衰部材の固有振動数を大きくし、高周波数の領域における制振効果を高めることが考えられる。しかしながら、減衰部材の両端を、別々の支持部を介して制振対象物に接続すると、それぞれの支持部が別個に振動して、減衰部材の両端に入力される振動の振幅が異なる可能性がある。その結果、減衰部材の固有振動数を調整しにくくなる問題があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、減衰部材の固有振動数を相対的に大きくでき、かつ、その減衰部材の固有振動数の調整を容易におこなうことができる振動騒音低減構造を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、減衰部材を固定部材により振動可能に支持し、その固定部材を動力伝達装置のケーシングの表面に固定した振動騒音低減構造において、前記固定部材は、前記ケーシングの表面に沿った方向に延ばされた基部と、その基部の両端に連続してその基部と一体に形成されかつ前記ケーシングの表面から離れる方向に突出された１組の支持部とを有し、かつ前記固定部材は、前記ケーシングの表面に対して垂直な方向に突出されかつ前記基部に接続された突出部によって前記ケーシングの表面に固定されており、前記１組の支持部同士の間隔が前記ケーシングの表面と垂直な方向での複数箇所で異なっており、この１組の支持部同士の間に、前記ケーシングの表面に沿った方向の長さが異なる複数の前記減衰部材の長さ方向の両端が支持されており、前記減衰部材は、金属製のケーブルやワイヤを樹脂によって被覆して形成される線状の部材であることを特徴とするものである。

この発明によれば、減衰部材が両持ち梁の状態で支持されるため、減衰部材の質量を増加することが可能である。また、固定部材の振幅は単数であるため、減衰部材の両端における振動の振幅が一致し、減衰部材の固有振動数を容易に調整できる。また、減衰部材を両持ち梁の状態で支持しやすい。さらに、減衰部材と基部との間に隙間が形成されるため、減衰部材が基部に接触することなく振動できる。そして、減衰部材の長さを変更することが可能であり、減衰部材の固有振動数を一層変更しやすくなる。そしてまた、長さが異なる複数の減衰部材はそれぞれ固有振動数が異なるため、周波数が異なる振動を抑制できる。

この発明においては、減衰部材が振動して制振対象物の振動を抑制する。この発明において、制振対象物は、それ自体が振動する場合、または他の起振源の振動が制振対象物に伝達されて振動する構造のいずれでもよい。この発明の制振対象物には、車両または産業機械または建設機械などの動力源として用いられる電動機または内燃機関自体が含まれる。また、この発明の制振対象物には、前記動力源から動力が伝達される動力伝達装置自体、あるいはその動力伝達装置を取り付けたケーシングまたはハウジングまたはブラケットが含まれる。さらに、この発明の振動騒音低減構造を、車体に取り付けることも可能である。この場合、制振対象物は車体である。さらにまた、この発明における制振対象物には、地上に設置された固定構造物、例えば、建築物、橋梁なども含まれる。つぎに、この発明の実施例を、図面に基づいて説明する。各実施例は、車両に振動騒音低減構造を用いる場合の具体例である。この発明において、減衰部材の両端が固定部材に支持された状態で、制振対象物が振動していない場合、または振動している場合のいずれにおいても、減衰部材は、その両端以外の箇所が固定部材に接触することが無いように、減衰部材の長さ、減衰部材に与えられる張力、１組の支持部同士の間隔などが決定されている。

図１は、この発明における振動騒音低減構造で採用している振動減衰原理を説明するための図であって、図１に示す制振対象物１は、車両の動力源、例えば内燃機関から車輪に至る経路に配置される動力伝達装置を収容するケーシングである。動力伝達装置としては、例えば、歯車変速機構が挙げられる。この制振対象物１は、主として図１の上下方向に振動するものとする。制振対象物１は、金属材料により構成された固体であり、図１で制振対象物１は板形状に示されている。この制振対象物１における一方の表面が固定面２である。この固定面２は、ケーシングの外面または内面のいずれでもよい。各実施例では、固定面２は便宜上、略平坦に示されている。この固定面２には、その固定面２から離れる方向に突出された突出部３が連続して形成されている。つまり、突出部３は固定面２に対して垂直な方向に突出されている。突出部３は円柱形状または角柱形状のいずれでもよい。

この突出部３の先端（自由端）に固定部材４が取り付けられている。この固定部材４は全体が一体化された単一の部品である。この固定部材４は、例えば、金属または樹脂により構成されている。この固定部材４の平面形状は四角形または円形、あるいは他の形状でもよい。この固定部材４は、固定面２に沿った方向に延ばされた基部５と、前記固定面２に沿った方向で基部５の両端に連続された１組の支持部６，７とを有している。１組の支持部６，７は、固定面２から離れる向きで突出されている。そして、固定面２に沿った方向で基部５の略中央に突出部３が接続されている。具体的には、接着、はんだ付け、溶接、ボルト、かしめなどの固定構造により、固定部材４と突出部３とが相互に固定されている。また、固定面２に沿った方向で、突出部３の長さよりも、固定部材４の長さの方が長く構成されている。

このように構成された固定部材４により減衰部材８が支持されている。この減衰部材８は、金属製の線状部材の外周に、軟質樹脂の被覆を施して構成することができる。線状部材とはケーブルまたはワイヤである。前記線状部材は、１本の材料で構成されているもの、または複数本の材料を縒り合わせたもののいずれでもよい。また、減衰部材８は、エラストマー、制振鋼鈑などの制振材料で構成された板または棒を用いることもできる。その減衰部材８の長さ方向の両端が、１組の支持部６，７に接続、具体的には固定されている。減衰部材８を１組の支持部６，７に固定する構造は、溶接、接着、はんだ付けなどである。この減衰部材８は可撓性を有しており、図１で上下方向に撓むことができる。上記のように、減衰部材８はその両端が支持された状態、つまり両持ち梁の状態で固定部材４により支持されている。

そして、減衰部材８が固定部材４により支持され、かつ、制振対象物１が振動していない場合は、減衰部材８と基部５との間に隙間が形成されている。また、内燃機関のトルク変動により制振対象１が振動すると、その振動が固定部材４を経由して減衰部材８に伝達される。このように、減衰部材８が振動すると、内部減衰または摩擦減衰により制振対象物１の振動が抑制もしくは吸収される。さらに、減衰部材８が両持ち梁の状態で支持されているため、１次振動モードにおける固有振動数は、片持ち梁の場合に比べて相対的に高い。したがって、歯車変速機構のギヤノイズによる数ｋＨｚの高周波数の振動領域でも制振効果（ダイナミックダンパ効果）を発揮できる。また、固定部材４が単一の部品であるため、減衰部材８の両端に入力される振動の振幅が同じであり、減衰部材８の固有振動数の調整（チューニング）を容易におこなうことができる。具体的には、減衰部材８の長さ方向に対して垂直な平面内の断面積、減衰部材８の質量などを変更することにより、減衰部材８の固有振動数の調整をおこなうことができる。また、１組の支持部６，７同士の間の間隔を変更して、減衰部材８の長さを変更し、減衰部材８の固有振動数の調整することもできる。つまり、抑制しようとする振動モードに適合するように、減衰部材８の固有振動数を調整できる。

また、減衰部材８の固有振動数の調整を容易におこなうことができるため、振動騒音低減機構を複数個用意する場合に、個々の振動騒音低減機構の制振機能のバラツキを抑制できる。また、減衰部材８の両端が固定部材４により支持されているため、振動騒音低減機構を運搬または組立てる過程で、片持ち梁のように減衰部材の自由端が周囲の部材に接触することを未然に回避でき、減衰部材が変形することを未然に回避できる。

上記の減衰部材８に錘９を取り付けてもよく、その例を図２に示してあり、減衰部材８の長さ方向の中途部位に錘９が取り付けられている。この錘９は、金属または樹脂により構成されている。錘９の形状は、球体の他どのような形状でもよい。図２に示すその他の構成は、図１に示す構成と同じである。図２に示すように構成すれば、錘９により減衰部材８の全体としての質量を増加できるので、固有振動数を相対的に小さくできる。このため、相対的に大きなエネルギーの振動を減衰することができる。つまり、より高周波領域で振動を減衰できる。さらに、減衰部材８が両持ち梁の状態で支持されているため、錘９が固定部材４に接触することを回避できる。したがって、振動減衰機能の低下を抑制できる。

つぎに、この発明の参考例を図３および図４に基づいて説明する。これら参考例では、固定面２と垂直な線分（図示せず）に対して、１組の支持部６，７における減衰部材８が接続された面が、共に傾斜して構成されている。このため、固定面２に沿った方向で１組の支持部６，７同士の間の間隔（図３および図４で左右方向の間隔）が、固定面２と垂直な方向で不均一である。具体的には、１組の支持部６，７同士の間の間隔が無段階（連続的）に変化している。なお、１組の支持部６，７全体を傾斜させることなく、固定面２に沿った方向で１組の支持部６，７同士の間の間隔を、固定面２と垂直な方向で不均一にすることも可能である。これは、減衰部材８が取り付けられる面のみを傾斜させればよい。

これらの参考例において、前述した図１あるいは図２に示す構成と同じ構成部分については、図１および図２と同じ符号を付してある。また、これらの参考例において、図１あるいは図２に示す構成と同様の構成の部分については、前述した振動減衰原理に基づく作用効果を得られる。また、これらの参考例では、図３および図４に示すように、固定面２に沿った方向で減衰部材８の長さを任意に変更すれば、減衰部材８の固有振動数を調整することができる。具体的には、図３に示すように減衰部材８の長さが相対的に短い構造では、固有振動数が相対的に大きくなる。したがって、高周波領域での振動を減衰する場合に適する。これに対して、図４に示すように減衰部材８の長さが相対的に長い構造は、固有振動数が相対的に小さくなる。したがって、低周波領域での振動を減衰する場合に適する。この実施例では、１組の支持部６，７同士の間の間隔が無段階（連続的）に変化しているため、減衰部材８の長さを無段階に変更可能である。ここで、「相対的に長い」または「相対的に短い」とは、図３に示された減衰部材８の長さと、図４に示された減衰部材８の長さとを対比するものである。この実施例によれば、減衰部材８の長さを変更することにより、広い範囲の周波数領域に亘って振動を減衰できる。したがって、固定部材４を１種類（単数）を用意すれば済む。

なお、固定部材４を制振対象物１に固定するための構成について説明すると、図５は、振動騒音低減構造の平面図であり、ボルト１０を締め付けて、固定部材４を制振対象物１に固定する例である。具体的に説明すると、固定部材４の基部５にはボルト１０が挿入される軸孔（図示せず）が設けられており、突出部には雌ねじが形成されている。そして、ボルト１０を雌ねじに挿入して締め付けてある。また、固定面２に沿った方向で、１組の支持部６，７の一方の端部に減衰部材８が取り付けられている。つまり、固定面２に沿った方向で、ボルト１０の真上には減衰部材８は配置されていない。このため、工具（図示せず）を使用してボルト１０を締め付ける工程で、減衰部材８が邪魔になることはない。

つぎに、他の参考例を図６に基づいて説明する。この参考例において、上述した図３および図４に示す参考例と同じ構成部分については、図３および図４に示す参考例と同じ符号を付してある。図６は、振動騒音低減構造の正面図であり、１組の支持部６，７が階段形状に構成されている。この参考例においても、図３および図４に示す参考例と同様の構成部分については、図３および図４に示す参考例と同様の作用効果を得られる。また、この参考例においては、１組の支持部６，７が階段形状に構成されているため、１組の支持部６，７同士の間の間隔が、段階的に変化している。したがって、減衰部材８の長さを段階的に変更可能である。

つぎに、この発明に係る振動騒音低減構造の一例を図７に基づいて説明する。この図７に示す例において、図３および図４に示す参考例と同じ構成部分については図３および図４に示す参考例と同じ符号を付してある。図７は、この発明に係る振動騒音低減構造の一例の正面図であり、１組の支持部６，７同士の間の間隔が無段階（連続的）に変化している。そして、長さの異なる複数の減衰部材８が、１組の支持部６，７同士の間に取り付けられている。具体的には、複数の減衰部材８のうち、固定面２により近い方の減衰部材８の長さは、他方の減衰部材８の長さよりも短い。そして、長さが短い方の減衰部材８の固有振動数は、長さが長い方の減衰部材８の固有振動数よりも大きい。そして、図７に示す例において、図３および図４に示す参考例と同様の構成部分については、図３および図４に示す参考例と同様の作用効果を得られる。また、この図７に示す例によれば、複数の減衰部材８の固有振動数が異なるため、周波数が異なる振動領域で振動を減衰できる。

なお、上述した各例において、減衰部材８に長さ方向の張力τを与えた状態で１組の支持部６，７に取り付けることも可能である。このように構成すると、弦の振動の原理により張力τが大きいほど、減衰部材８の固有振動数が相対的に大きくなり、一層高周波数の領域で振動を抑制することが可能になる。

この発明で採用している振動減衰原理を説明するための図である。 その減衰部材に錘を取り付けた例を説明するための図である。 この発明の参考例であり、減衰部材の長さを相対的に短くした場合の正面図である。 この発明の参考例であり、減衰部材の長さを相対的に長くした場合の正面図である。 固定部材を制振対象物に固定するための構成について説明する図である。 この発明の他の参考例を示す正面図である。 この発明に係る振動騒音低減構造の一例を示す正面図である。

符号の説明

１…制振対象物、 ２…固定面、 ３…突出部、 ４…固定部材、 ５…基部、 ６，７…１組の支持部、 ８…減衰部材。

Claims (1)

1. 減衰部材を固定部材により振動可能に支持し、その固定部材を動力伝達装置のケーシングの表面に固定した振動騒音低減構造において、
   前記固定部材は、前記ケーシングの表面に沿った方向に延ばされた基部と、その基部の両端に連続してその基部と一体に形成されかつ前記ケーシングの表面から離れる方向に突出された１組の支持部とを有し、かつ
   前記固定部材は、前記ケーシングの表面に対して垂直な方向に突出されかつ前記基部に接続された突出部によって前記ケーシングの表面に固定されており、
   前記１組の支持部同士の間隔が前記ケーシングの表面と垂直な方向での複数箇所で異なっており、この１組の支持部同士の間に、前記ケーシングの表面に沿った方向の長さが異なる複数の前記減衰部材の長さ方向の両端が支持されており、
   前記減衰部材は、金属製のケーブルやワイヤを樹脂によって被覆して形成される線状の部材である
   ことを特徴とする振動騒音低減構造。

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