JP6278522B2 - 固体伝播音を吸収するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体伝播音を吸収するための装置に関する。

エンジンおよび対応する駆動系の運転は、音響関連周波数での望まれない振動によってしばしば損なわれる。鋼材などの材料は、わずかな減衰能しか有さないので、振動エネルギーは、それらの材料を通じてほとんど減衰せずに伝達することができる。特定のエンジンおよび変速機の取付け台は、静止支持構造体内への音の伝達を低減し得る。しかし、音が、エンジンから駆動系内の回転構成要素を通じて船のプロペラなどの被駆動構成要素まで伝播する可能性もある。

このような駆動系は、駆動系の回転部分相互間の軸線方向変位および角度変位を補正するための補償継手を含んでもよい。この種の補償継手の一例が、米国特許第７，６７７，９８０号明細書から知られている。この継手は繊維強化プラスチックで製作された波形膜を有し、波形膜は、回転中に変形するように軸線方向に可撓性である。この種の膜および類似の構造は、抜けるときに音響ノイズを放射する傾向がある。

本発明は、回転機械部品を通じた音響関連周波数での振動の伝播を低減することを目的とする。

この技術的課題は、請求項１に記載の装置によって解決される。より具体的には、本発明は、互いに積み重ねられた、異なる減衰能の材料からなる２つ以上の層を有する少なくとも１つのトルク伝達フランジを備える、固体伝播音を吸収するための装置であって、フランジの少なくとも一部分が、半径方向に連続的に配置されかつ半径方向に対して交互に傾けられた２つ以上のフランク（ｆｌａｎｋ）を含む半径方向に鋸刃状の断面輪郭部を有し、連続的なフランクが、それぞれ角部を形成することによって互いに連なる、装置を提供する。

減衰能は、材料体積中で熱に変換されて減衰することになる機械エネルギーの量を表す。減衰能の著しい変化は、層間の境界における機械インピーダンスの急激な変化を意味する。機械インピーダンスの大きな差異により、振動エネルギーの大部分が、一方の層から他方の層へ伝達されるのではなく境界において反射される。

同様に、鋸刃状の輪郭部にある角部は、フランジ内で固体伝播音波の反射を引き起こし、したがって所望の透過損失を増大させる。

加えて、鋸刃状の輪郭部は、固体伝播音波が各材料相内でフランジを通過しなければならない経路の長さを増大させるので、減衰をさらに改善する。

その結果、回転部分相互間の固体伝播音の伝播は、ねじり剛性および軸線方向剛性に実質的な影響を与えずに妨げられ得る。

本発明の好適な諸実施形態は他の請求項に示される。

固体伝播音の内部反射を改善しかつ高い軸線方向剛性および半径方向剛性を保つために、連続的なフランクが角部に８０°〜１００°の角度を含むことが好ましい。

さらに、フランクは、半径方向に対して６０°〜１２０°の範囲内の絶対値を有する正の角度および負の角度だけ交互に傾けられる。

本発明の別の態様によれば、フランクは、半整数の整数倍の長さ比がすべての可能なフランク対に対して除外されるように、長さが異なる。

特に、フランクは、すべての可能なフランク対に対して長さ比が異なる素数によって定義されるように、長さが異なってもよい。

これは、弱く明白な固有モード（ｗｅａｋｌｙ ｐｒｏｎｏｕｎｃｅｄ Ｅｉｇｅｎ ｍｏｄｅｓ）だけを有するフランジをもたらし、音響周波数のクロス増幅を回避する。

本発明の別の態様によれば、フランジは、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で製作された２つの外層と２つの外層との間のエラストマで製作された内層とを含み、外層は内層によって隔てられる。外層は互いに接触するのではなく、エラストマ材料によって離隔される。繊維強化プラスチックとエラストマとの間の境界に沿って伝播する音波が、音波の伝播を減衰させる微小摩擦を引き起こす。このタイプの固体伝播音吸収器は、８〜１０倍重いゴムフランジの透過損失と同程度の透過損失を有し、したがって、上記の技術的課題に対する特に軽量の解決法を提供する。さらに、エラストマ層は全方向にさらなる減衰効果を提供する。

繊維強化プラスチックで製作された層の厚みは、例えば、繊維強化プラスチック内の繊維層の数を減らすことにより、フランクからフランクに半径方向に変化する。このことは、音波のさらなる内部反射を引き起こし、したがって機械インピーダンスを所望の態様で増大させる。

別の好ましい実施形態では、エラストマ層の厚みは、全半径方向範囲にわたって材料内に実質的に同じせん断応力および引張応力を保つように、半径方向に増大している。

本発明の別の態様によれば、２つの角部の間のフランクは真っすぐであるが、わずかに湾曲していてもよい。フランクの曲率半径はフランジの外半径より大きいことが好ましい。

本発明の別の態様によれば、フランジは、第１の回転部分に連結するための、フランジの２つの外層の一方によって形成された外縁部分と、第２の回転部分に連結するための、フランジの２つの外層の他方によって形成された内縁部分と、を有する。したがって、上記装置は、前記２つの回転部分の間で音響吸収器として働く。フランジを回転部分に対して固定するための追加の連結手段、例えば金属ボルトなどが、反射ならびに微小摩擦によって音波を減衰させるためのさらなる材料境界を導入し得る。

必要に応じて、２つ以上のフランジを軸線方向に連続して配置することができる。

固体伝播音を吸収するための上述した装置は、回転部分を通じた音響関連周波数での振動の伝播を減衰させるために、任意のタイプの２つの回転部分の間に使用されてもよい。

特に、この装置は、少なくとも１つの回転構成要素をさらに備えるシステムの部材を構成してもよく、装置のフランジは連結手段によって回転構成要素に連結される。

回転構成要素は、継手およびねじり振動ダンパを含む群から選択されることが好ましい。具体的には、継手は、２つの回転構成要素の回転軸線の軸線方向変位および／または角度変位を補償するための補償継手を含んでもよい。

本発明について、添付図面を参照しながら以下により詳細に説明する。

本発明による固体伝播音を吸収するための装置の一実施形態の半断面図である。 図１による固体伝播音を吸収するための装置の一実施形態の正面図である。 本発明による固体伝播音を吸収するための装置を含む駆動系の概略図である。

図１および図２における実施形態は、例えば、エンジンと被駆動構成要素との間の駆動系内で固体伝播音を吸収するための装置１を示す。より具体的には、装置１は、音響関連周波数以内の振動、すなわち約１０〜２０，０００Ｈｚの範囲内の周波数の振動の伝播を減衰させるように構成される。

装置１は、２つの回転部分２および３の間に配置されるトルク伝達フランジ４を備える。図３に示されるように、装置１は、補償継手２をドライブシャフト３に駆動可能に連結してもよい。

固体伝播音を吸収するための装置１は、実質的に半径方向に広がるフランジ４を備える。フランジ４は多層構造を有し、互いに積み重ねられた、異なる減衰能の材料からなる２つ以上の層５〜７を含む。外層５および７は、外層５および７が互いに接触するのではなく、互いに完全に分離するように、内層６によって離隔される。

図１は、第１の材料で製作された２つの外層５および７と第２の材料で製作された内層６とを有する３層構造を示す。内層６の材料は、外層５および７の材料より高い減衰能と外層５および７の材料とは異なる剛性とを有する、すなわち、内部摩擦によって振動を吸収し、機械的エネルギーを熱に変換するより大きな能力を有する。

特に、内層６の材料の減衰能は、外層５および７の材料の減衰能の少なくとも２倍、好ましくは１０倍であり、それによって、隣接する層間の境界における機械インピーダンスの実質的な変化を引き起こす。

外層５および７は繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で製作されるのに対して、内層６は外層５および７の間に接着されるエラストマで製作されることが好ましい。しかし、他の材料が同様に検討されてもよい。例えば、外層５および７は金属層として形成されてもよい。

フランジ４は、少なくとも、半径方向に鋸刃状の断面輪郭部を有する部分８、言い換えると、半径方向にジグザグまたは鋸歯状の部分８と、回転部分に連結するための他の部分９および１０とを含む。この場合、他の部分９および１０は、外縁部分９および内縁部分１０により、半径方向に鋸刃状の部分８が外縁部分９および内縁部分１０を連結した状態で形成される。より具体的には、外縁部分９は、上記外層の一方７によって一体的に形成されるのに対して、内縁部分１０は、前記外層の他方５によって一体的に形成される。

半径方向に鋸刃状の断面輪郭部は、半径方向に連続的に配置されかつフランジ４の半径方向に対して交互に傾けられた２つ以上のフランク１１〜１４を含む。図１は、２つの歯を有する鋸歯状の構造を示す。フランジ４の直径に応じて、歯の数は２つより多くても少なくてもよい。

鋸刃状の輪郭部の連続的なフランク１１〜１４は、それぞれ角部１５〜１７を形成することにより互いに連なる。隣接するフランク１１〜１４は、角部１５〜１７に８０°〜１００°、好ましくは８５°〜９５°、さらに好ましくは約９０°の角度を含む。

さらに、フランク１１〜１４は、半径方向に対して６０°〜１２０°の範囲内の絶対値を有する正の角度および負の角度だけ交互に傾けられる。

多層構造は、フランク１１〜１４が、音波が同じ材料を伝って移動し得る経路の長さを増大させるように、半径方向に鋸刃状の断面輪郭部を有する部分８の径方向範囲全体にわたって広がる。このことは材料による内部減衰を増大させ、角部１５〜１７は音波の内部反射を引き起こす。両方の効果は、音響関連振動の伝播を低減する、すなわち透過損失を増大させる。

さらに、フランク１１〜１４は長さが異なり、この長さは、フランク１２および１３には２つの角部の間の距離として、または、フランク１１および１４には１つの角部とリム部分９または１０との間の距離として定義される。半整数の整数倍の長さ比が、すべての可能なフランク対に対して除外される。例えば、すべての可能なフランク対に対して、長さ比は異なる素数対によって定義される。図１は、単に例として、フランク１１、１２、１３および１４に対する長さ比２：３：５：７を、すなわち異なる素数に基づいて示す。３：５：７：１１などの他の比も可能である。加えて、比の中の素数の順序を変えることができ、例えば２：５：３：７とすることができ、したがって、必ずしも最内フランクが最も短く、最外フランクが最も長いとは限らない。このような比は明白な固有モードを回避し、材料内の音波の増幅を回避する。

半径方向に鋸刃状の断面輪郭部のフランク１１〜１４は真っすぐでもよい。あるいは、フランク１１〜１４はわずかに湾曲していてもよく、曲率半径はフランジ４の外径の半径よりも大きいことが好ましい。

さらに、外層５および７のフランク１１〜１４は、音波のさらなる反射を引き起こすように、厚みが異なってもよい。例えば、外層５が内縁部分１０を形成する場合、層５の厚みは、フランク１１からフランク１４にかけて半径方向外方に減少してもよく、外層７が外縁部分９を形成する場合、層７の厚みは、フランク１４からフランク１１にかけて半径方向内方に減少してもよい。このような厚みの変化は、繊維強化プラスチック内の繊維層の数を削減することによって達成することができる。

加えて、エラストマ内層６の厚みは、材料内の引張応力およびせん断応力を実質的に一定に保つように、半径方向に増大している。ゴム材料の最大厚みは、繊維強化プラスチック層の最大厚みの２倍未満であることが好ましい。エラストマ内層６の１つの主目的は、外層５および７を互いに離隔することである。エラストマ内層６は、エラストマ内層６の弾性のためにいくらかの軸線方向の減衰をもたらし得るが、固体伝播音の減衰は主として、特に、異なる材料層の間の境界における機械インピーダンスの急激な変化での音波の内部反射、鋸刃状の輪郭部、特にフランク相互間の角部、ならびに、連続的なフランジの狭くなっている厚みとフランク１１〜１４の長さの特定の設計とを組み合わせることによって達成される。

弾性材料からなるより厚い内層６は、減衰特性を改善することができるが、エラストマ材料が通常は繊維強化材料よりずっと重いので、重い設計になる。さらに、ゴムで製作された音響吸収器は、機械的振動エネルギーがゴムの中で熱に変換されるため、ゴムが分解し得る温度にまで熱くなる傾向がある。

補償継手２の波形膜１８に比べて、固体伝達音を吸収するための装置１のフランジ４は軸線方向にいくぶん剛性である。フランジ４は、高い半径方向ねじり剛性も有し、回転部分２および３の回転軸線ＡおよびＢの間の軸線方向変位、半径方向変位、または角度変位のどの実質的な補償も提供しない。

必要な場合に、２つ以上のフランジ４が軸線方向に連続して配置され得る。フランジ４は、直接または軸線方向スペーサを介して連結されてもよい。金属ボルトによる連結部は、音波の反射のために異なる減衰能の材料間にさらなる境界を導入する。加えて、これらの連結部における微小摩擦が振動の伝播をさらに減衰させ得る。直列の複数のフランジ４は、フランジ４の外縁部分９および内縁部分１０において交互に連結される。外縁部分９および内縁部分１０の形状は、図１に示される形状と異なってもよい。

固体伝播音を吸収するための上述した装置１は、任意のタイプの回転部分と組み合わせて使用することができる。図３は、装置１を、少なくとも１つの回転構成要素をさらに備えるシステム内の構成要素として示す。回転構成要素は、継手およびねじり振動ダンパを含む群から選択されてもよい。特に、システムの構成要素は、外縁部分９および内縁部分１０を介して予め画定された機械的インタフェースとモジュラシステムを形成するように寸法を定められてもよい。固体伝播音を吸収するための装置１は、金属ボルト１９や金属ナット２０などの連結手段によって少なくとも１つの回転構成要素に連結される。

図３は、例として、補償継手２を回転構成要素として示す。補償継手２は、補償継手２と上述した固体伝播音吸収器の両方を組み合わせてノイズ放射を妨げる高弾性継手をもたらすように、２つの回転部分の回転軸Ａ、Ｂの軸線方向変位および／または角度変位を補償するための軸方向に可撓性の波形膜１８を有する。図３に示されていないが、両方の構成要素は、繊維強化プラスチックで製作された共通部材を共有してもよい。例えば、継手２と向かい合う音響吸収器１の外層７と膜１８の反対側に配置された層とが、単一部品の形で形成されてもよい。しかし、上述した固体伝播音吸収器１は他のタイプの継手に結合されてもよい。

本発明について、ある実施形態および変形形態に基づいて詳細に説明してきた。特に、明確に説明されていないときでも、これが技術的に実行可能である限り、変形形態とは無関係の他の技術的特徴に関連して説明される個々の技術的特徴を他の個々の技術的特徴と組み合わせることが可能である。したがって、本発明は、既述の実施形態およびこの実施形態の既述の変形形態に限定されるものではなく、むしろ特許請求の範囲によって定義されるすべての実施形態を網羅する。

１…装置、２…回転部分、補償継手、回転構成要素、３…回転部分、ドライブシャフト、４…フランジ、５、７…外層、６…内層、８…一部分、９…一部分、外縁部分、１０…一部分、内縁部分、１１、１２、１３、１４…フランク、１５、１６、１７…角部、１８…波形膜、１９…ボルト、金属ボルト、２０…ナット、金属ナット、Ａ、Ｂ…回転軸線。

Claims (11)

1. 減衰能、剛性および機械インピーダンスが互いに異なる材料からなる互いに積み重ねられた２つ以上の層（５、６、７）を有する少なくとも１つのトルク伝達用のフランジ（４）を備える、１０〜２０，０００Ｈｚの範囲内の音響関連周波数内の振動の伝播を減衰させるように構成された、固体伝播音を吸収するための装置において、
   前記フランジ（４）の少なくとも一部分（８）が、半径方向に連続的に配置されかつ前記半径方向に対して交互に傾けられた２つ以上のフランク（１１〜１４）を含む半径方向に鋸刃状の断面輪郭部を有し、
   連続的なフランク（１１〜１４）が、それぞれ角部（１５、１６、１７）を形成することによって互いに連なっており、連続的なフランクの対が前記角部に８０°〜１００°の角度を有し、
   固体伝播音の減衰が、材料が異なる前記層（５、６、７）の間の境界における機械インピーダンスの変化部での音波の内部反射、前記鋸刃状の輪郭部、および前記フランク相互間の前記角部（１５、１６、１７）によって達成されることを特徴とする、装置。
2. 前記フランク（１１〜１４）は、半整数の整数倍の長さ比がすべての可能なフランク対に対して除外されるように、長さが異なることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記フランク（１１〜１４）は、長さ比が、すべての可能なフランク対に対して異なる素数によって定義されるように、長さが異なることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記フランジ（４）が、繊維強化プラスチックで製作された２つの外層（５、７）と、前記２つの外層（５、７）の間にあり機械インピーダンスが異なるエラストマで製作された内層（６）とを含み、固体伝播音を吸収し、前記外層（５、７）が前記内層（６）によって離隔されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記内層（６）の最大厚さが、前記外層（５、７）の最大厚さの２倍未満である、請求項４に記載の装置。
6. 繊維強化プラスチックで製作された前記外層（５、７）の厚みは、該厚みがフランク同士の間で異なるように、半径方向に変化していることを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
7. エラストマの前記内層（６）の厚みが、半径方向に増大していることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記フランク（１１〜１４）が、真っすぐであるかまたはわずかに湾曲していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記フランジ（４）が、第１の回転部分に連結するための、前記外層の一方（７）によって形成された外縁部分（９）と、第２の回転部分に連結するための、前記外層の他方（５）によって形成された内縁部分（１０）と、を有することを特徴とする、請求項４〜７のいずれか一項、または請求項４を直接もしくは間接的に引用する請求項８に記載の装置。
10. ２つ以上のフランジ（４）が、軸線方向に連続して配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. ２つの回転部分の回転軸線の軸線方向変位および／または角度変位を補償するための補償継手（２）と、
    １０〜２０，０００Ｈｚの範囲内の音響関連周波数内の振動の伝播を減衰させるように構成された、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置（１）とを備えるシステムであって、
    前記装置（１）の前記フランジ（４）が、連結手段によって前記補償継手（２）に連結されており、
    固体伝播音を吸収するための前記装置が、前記補償継手よりも高い軸方向剛性、半径方向剛性およびねじれ剛性を有する、システム。