以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1〜6には、本発明に従う構造とされたダイナミックダンパの第一の実施形態として、自動車用のシートダンパ10を示す。シートダンパ10は、左右方向に長尺とされたマス部材12に対して、マス支持体14が左右両側に配された構造を有している。以下の説明において、原則として、上下方向とは図2中の上下方向を、左右方向とは図2中の左右方向を、前後方向とは図3中の上下方向を、それぞれ言う。また、シートダンパ10の上下方向、左右方向、前後方向は、必ずしも車両の上下方向、左右方向、前後方向と一致しなくても良い。
より詳細には、マス部材12は、金属などで形成された高剛性の部材であって、略直方体とされていると共に、下面の左右両端部分に段差15がそれぞれ設けられて、左右両端部分が左右中央部分よりも薄肉とされている。更に、薄肉とされたマス部材12の左右両端部分には、前方(図3中の上方)に偏倚した位置において、上下方向に貫通するねじ孔16がそれぞれ形成されている。また、マス部材12は、左右方向中央を通って左右方向に対して直交して広がる対称面S(図2,3中の二点鎖線)に関する左右対称形状とされており、重心位置が左右方向において略中央とされている。なお、マス部材12は、鉄などの比重の大きな材料で形成されていることが望ましい。
一方、マス支持体14は、取付部材18とマス固定部材20が支持ゴム弾性体22によって相互に弾性連結された構造を有している。本実施形態において、左右のマス支持体14,14は、相互に対称面Sに関する面対称形状とされていることから、以下では左側のマス支持体14について説明し、右側のマス支持体14については、図中に左側のマス支持体14と同じ符号を付すことで説明を省略する。
取付部材18は、図2,3に示すように、上下方向と略直交する方向に広がる平板形状の第一の固着部24と、第一の固着部24から左右内側(左側の取付部材18では右側)へ突出する中間板部26と、中間板部26の前端において前後方向と略直交する方向に広がる第一の締結部28とを、一体的に備えている。更に、第一の締結部28は、前後方向に貫通する2つの第一のボルト孔30,30を備えている。なお、取付部材18は、金属などで形成された硬質の部材であって、本実施形態ではプレス金具とされている。本実施形態では、第一の固着部24と中間板部26との間が段差状に曲げられており、取付部材18の変形のし難さをあらわす変形剛性が大きくされている。
マス固定部材20は、図2,4に示すように、板状とされて、左右方向の中間部分に傾斜段差部32が設けられており、傾斜段差部32よりも左右方向の外側部分が上方に位置する第二の固着部34とされていると共に、傾斜段差部32よりも左右方向の内側部分が下方に位置する第二の締結部36とされている。本実施形態では、傾斜段差部32が第二の固着部34から第二の締結部36に向けて前後方向で次第に幅狭となっており、第二の締結部36の前後方向の幅寸法が第二の固着部34の幅寸法よりも小さくされていると共に、第二の締結部36が第二の固着部34における前後方向の中央部分に設けられている。更に、第二の締結部36には、中央部分を上下方向に貫通する第二のボルト孔38が形成されている。なお、マス固定部材20は、金属などで形成された硬質の部材であって、本実施形態ではプレス金具とされている。また、マス固定部材20は、傾斜段差部32が設けられていると共に、第二の固着部34の左右外側端部が下方へ折り曲げられていることによって、変形剛性が大きくされている。
そして、取付部材18とマス固定部材20は、図2に示すように、第一の固着部24と第二の固着部34が上下方向で所定の距離を隔てて対向するように、上下方向で相互に離隔して配されており、それら取付部材18とマス固定部材20が支持ゴム弾性体22によって上下方向で相互に弾性連結されている。
支持ゴム弾性体22は、略矩形断面で直線的に延びており、上端が取付部材18の第一の固着部24の下面に加硫接着されていると共に、下端がマス固定部材20の第二の固着部34の下面に加硫接着されている。本実施形態の支持ゴム弾性体22は、上下方向の中間部分が略一定の断面形状で延びていると共に、上端部および下端部が前後左右に広がっており、支持ゴム弾性体22の第一,第二の固着部24,34に対する固着面積が大きく確保されている。なお、支持ゴム弾性体22は、取付部材18とマス固定部材20を備える一体加硫成形品として形成されており、支持ゴム弾性体22の一体加硫成形品によってマス支持体14が構成されている。
さらに、支持ゴム弾性体22は、図2に示すように、取付部材18側からマス固定部材20側に向けて左右方向で外側へ傾斜しながら、上下方向に延びている。図2に示す支持ゴム弾性体22の弾性主軸が上下方向に対して成す左右の傾斜角度θ1は、特に限定されるものではないが、例えば、5°≦θ1≦20°の範囲に設定されることが望ましい。
更にまた、支持ゴム弾性体22は、図5に示すように、取付部材18側からマス固定部材20側に向けて前方(図5中の左方)へ傾斜しながら、上下方向に延びている。図5に示す支持ゴム弾性体22の弾性主軸が上下方向に対して成す前後の傾斜角度θ2は、特に限定されるものではないが、例えば、10°≦θ2≦30°の範囲に設定されることが望ましい。
さらに、支持ゴム弾性体22は、図2,5に示すように、左右方向の幅寸法w1に比して、前後方向の幅寸法w2が大きくされている。左右方向の幅寸法w1と前後方向の幅寸法w2の大きさの違いは、後述する副振動系の左右方向の共振周波数と前後方向の共振周波数に応じて適宜に設定されるが、好適には、例えば、前後方向の幅寸法w2が左右方向の幅寸法w1の2倍〜8倍とされる。本実施形態では、前後方向の幅寸法w2が左右方向の幅寸法w1の4倍程度とされている。なお、支持ゴム弾性体22の左右方向の幅寸法w1と前後方向の幅寸法w2は、部分的に前後左右に広がった上端部と下端部を除く中間部分の幅寸法を言う。
もっとも、支持ゴム弾性体22の左右幅寸法と前後幅寸法は、必ずしも上下方向で略一定である必要はなく、少なくとも一方が上下方向で変化していても良い。このように支持ゴム弾性体22の左右幅寸法と前後幅寸法の少なくとも一方が上下方向で変化する場合には、上述した支持ゴム弾性体22の左右幅寸法w1と前後幅寸法w2は、各方向の幅寸法の平均値とされて、前後幅寸法の平均値w2が左右幅寸法の平均値w1よりも大きくされる。なお、支持ゴム弾性体22の左右幅寸法と前後幅寸法は、上下方向で連続的に変化していても良いし、段階的に或いは部分的に変化していても良い。また、上下方向の何れの位置での断面においても、支持ゴム弾性体22の左右幅寸法w1と前後幅寸法w2は、w1<w2とされることが望ましい。
このように、支持ゴム弾性体22は、左右方向および前後方向の何れにおいても傾斜しながら、上下方向に延びている。なお、上記の説明からも分かるように、支持ゴム弾性体22が上下方向に対して左右方向および前後方向に傾斜しているとは、取付部材18とマス固定部材20の連結方向に延びる支持ゴム弾性体22の弾性主軸が、上下方向に対して左右方向および前後方向に傾斜していることを言う。また、支持ゴム弾性体22の上面に固着される取付部材18の第一の固着部24と、支持ゴム弾性体22の下面に固着されるマス固定部材20の第二の固着部34は、支持ゴム弾性体22の傾斜方向に応じて左右方向および前後方向で互いにずれた位置に配されている。
そして、支持ゴム弾性体22の上端部が取付部材18の第一の固着部24の下面に加硫接着されていると共に、支持ゴム弾性体22の下端部がマス固定部材20の第二の固着部34の上面に加硫接着されている。これにより、取付部材18とマス固定部材20が支持ゴム弾性体22によって相互に弾性連結されて、本実施形態のマス支持体14が構成されている。なお、マス支持体14は、取付部材18およびマス固定部材20を備える支持ゴム弾性体22の一体加硫成形品として形成されている。
かくの如き構造とされたマス支持体14は、マス固定部材20の第二の締結部36がマス部材12の左右端部の下面に重ね合わされており、第二の締結部36の第二のボルト孔38に挿通されたボルト40がマス部材12のねじ孔16に螺着されることによって、マス固定部材20においてマス部材12に取り付けられる。
本実施形態では、マス支持体14がマス部材12とは別体として形成されており、マス支持体14のマス固定部材20がボルト40によってマス部材12に後固定されている。左右のマス支持体14を構成する取付部材18とマス固定部材20は、何れもマス部材12に比して左右方向の寸法が十分に小さくされていることから、マス支持体14を取付部材18およびマス固定部材20を備える支持ゴム弾性体22の一体加硫成形品として製造する際に、加硫成形用金型のサイズを小さくすることができる。従って、コンパクトな設備で製造することができると共に、複数のマス支持体14を同時に効率よく製造することもできる。
また、マス部材12とマス固定部材20がボルト40によって固定されていることで、マス部材12をマス固定部材20から取り外すことも可能とされている。このように、マス部材12とマス固定部材20がボルト40で着脱可能に固定されていることにより、例えば、支持ゴム弾性体22が損傷した際にマス支持体14だけを交換したり、マス部材12を質量の異なるものに交換することでチューニングを変更したりすることもできる。
なお、マス固定部材20がマス部材12の下面に重ね合わされていることにより、マス固定部材20における第二の固着部34の上面、換言すれば、支持ゴム弾性体22の下端面が、上下方向でマス部材12の下面よりも上方に位置している。更に、支持ゴム弾性体22の下端面は、上下方向でマス部材12の上面よりも下方に位置している。本実施形態では、マス固定部材20に傾斜段差部32が設けられていることによって、支持ゴム弾性体22の下端面がマス部材12の上下方向の中央よりも上方に位置している。
また、図1〜5に示すように、相互に左右対称形状とされた左右のマス支持体14,14がマス部材12の左右各一方側に配されており、それぞれマス部材12の左右端部に取り付けられている。これにより、マス部材12と左右のマス支持体14,14の取付部材18,18とが支持ゴム弾性体22,22によって相互に弾性連結されて、本実施形態のシートダンパ10が構成されている。
左右のマス支持体14,14が相互に左右対称形状であることからも分かるように、左側のマス支持体14の支持ゴム弾性体22と、右側のマス支持体14の支持ゴム弾性体22は、左右方向で相互に逆向きに傾斜して、下方に向けて左右方向の距離が次第に大きくなっている一方、前後方向では相互に同じ向きに傾斜して、何れも下方へ行くに従って前方へ傾斜している。更に、本実施形態では、マス部材12も左右方向中央を通る対称面Sに関する左右対称形状とされていることから、シートダンパ10全体が対称面Sに関する左右対称形状とされている。
なお、シートダンパ10は、マス部材12が左右方向に長尺とされていることで、左右寸法が前後寸法および上下寸法よりも大きくされた左右に細長い形状とされている。
このような構造とされたシートダンパ10は、各取付部材18の第一の締結部28に設けられた第一のボルト孔30,30に挿通される図示しないボルトによって、第一の締結部28が制振対象部材である車両のシート42の背もたれ44に固定されて、図7,8に示すように、シート42に装着される。なお、取付部材18,18は、シート42の背もたれ44の内部において図示しないシートフレームにボルト固定されるようになっており、シートダンパ10がシート42の背もたれ44の内部空間に収容状態で配設される。本実施形態では、シートダンパ10のシート42への装着状態において、マス部材12が支持ゴム弾性体22,22によって吊下げられた状態で弾性支持されており、支持ゴム弾性体22,22がマス部材12側から上方へ延びるように配されている。
シート42の背もたれ44は、一般的に上側へ行くに従って後方へ傾斜しているが、シートダンパ10は、支持ゴム弾性体22,22が上側へ行くに従って後方へ傾斜していることによって、マス部材12およびマス固定部材20,20が取付部材18,18に比して前方に位置しており、背もたれ44の傾斜に略沿った形状とされている。これにより、シートダンパ10をシート42の背もたれ44に優れたスペース効率で装着することが可能とされており、配設スペースが前後方向で狭い場合にも、シートダンパ10を配設することができる。
また、本実施形態のシートダンパ10は、マス部材12に対して上側に延びる左右各1つの支持ゴム弾性体22,22によって、マス部材12がシート42に弾性連結されることから、マス部材の上下両側に支持ゴム弾性体を配する構造に比して、上下方向の高さ寸法を小さくすることができる。
しかも、本実施形態では、各支持ゴム弾性体22が左右方向および前後方向に傾斜しながら上下方向に延びていることから、支持ゴム弾性体22の上下方向の高さ寸法hを小さく設定しながら、支持ゴム弾性体22の自由長を長く得ることができる。それ故、シートダンパ10において、支持ゴム弾性体22のばね特性の調節自由度や耐久性を有効に得ながら、上下方向の小型化を図ることができる。
そして、シートダンパ10を装着したシート42が振動すると、シート42に対して支持ゴム弾性体22,22を介して弾性連結されたマス部材12が変位して、支持ゴム弾性体22,22をばねとするマス−バネ共振系(副振動系)による相殺的な制振効果が発揮される。
なお、シートダンパ10によって構成される副振動系の共振周波数は、特に限定されるものではなく、マス部材12とマス固定部材20,20とボルト40,40の合計質量と、支持ゴム弾性体22,22のばね定数とによって、制振対象振動の周波数に応じて適宜に設定される。このように、シートダンパ10によって構成される副振動系のマスは、マス部材12とそれに固定されるマス固定部材20,20およびボルト40,40とによって構成されている。尤も、本実施形態では、マス固定部材20,20およびボルト40,40の質量がマス部材12の質量に対して十分に小さいことから、実質的にマス部材12をマスとみなすことができる。
さらに、左右方向の振動入力に対する副振動系の共振周波数と、前後方向の振動入力に対する副振動系の共振周波数は、相互に異なっていても良いが、本実施形態では、左右の支持ゴム弾性体22,22の傾斜方向と断面形状によって、相互に略同じにチューニングされている。
すなわち、左右の支持ゴム弾性体22,22は、左右方向で互いに逆向きに傾斜していると共に、前後方向で互いに同じ向きに傾斜していることから、圧縮ばね成分および引張ばね成分が作用し易い左右方向のばねが、前後方向のばねよりも硬くなる。一方、支持ゴム弾性体22,22の左右方向の幅寸法w1が前後方向の幅寸法w2よりも小さくされていることにより、断面形状によって左右方向のばねが前後方向のばねよりも柔らかく設定されている。これらによって、シートダンパ10によって構成される副振動系において、支持ゴム弾性体22,22の左右方向と前後方向のばね比が略1とされており、マス質量は前後方向と左右方向で同じであることから、左右方向の共振周波数と前後方向の共振周波数が略同じとされている。
もっとも、このような支持ゴム弾性体22,22における左右方向と前後方向のばね比のチューニングは、あくまでも例示であって、必ずしもばね比が1になるようにチューニングされるものではない。要するに、支持ゴム弾性体22,22の左右方向および前後方向の傾斜角度や、左右方向の幅寸法w1と前後方向の幅寸法w2の比を適宜に設定することにより、左右方向の共振周波数と前後方向の共振周波数の差を、要求される制振性能に応じて設定することができる。
また、振動が入力されていない初期状態において、図6に示すように、マス部材12の重心が、左右の支持ゴム弾性体22,22の下端部の前後中央よりも、支持ゴム弾性体22の傾斜方向である前後方向においてマス固定部材20に対する取付部材18の偏倚方向となる後方に偏倚して位置している。これにより、前後方向で同じ向きに傾斜した左右の支持ゴム弾性体22,22で支持されたマス部材12が前後方向に変位する際に、マス部材12の上下変位が支持ゴム弾性体22,22の圧縮ばね成分および引張ばね成分によって抑制され易く、マス部材12の変位の安定化が図られる。その結果、前後方向の入力振動に対する制振作用が、安定して効率的に発揮される。
さらに、振動が入力されていない初期状態において、図2に示すように、左右の支持ゴム弾性体22,22の下端面が、マス部材12の上面よりも下方に位置している。それ故、シートダンパ10の上下方向の小型化がより有利に実現されていると共に、左右方向および前後方向の振動入力に際して、マス部材12の変位の安定化が図られて、目的とする制振作用を安定して効率的に得ることができる。
特に本実施形態では、左右の支持ゴム弾性体22,22の下端面が、マス部材12の上面よりも下方且つマス部材12の下面よりも上方に位置している。このように、左右の支持ゴム弾性体22,22の下端面が、上下方向においてマス部材12の上下面の間に位置していることにより、マス部材12の重心が左右の支持ゴム弾性体22,22による支持面に対して上下方向で近い位置に配されて、左右方向および前後方向の振動入力に際して、マス部材12の変位の安定化を図りつつ、マス部材12の変位量を十分に大きく生ぜしめて、制振効果を有効に得ることができる。
更にまた、本実施形態のシートダンパ10は、左右方向の中央を通る対称面Sに関する左右対称形状とされている。これにより、左右方向および前後方向の振動入力に際して、マス部材12の変位が安定することから、目的とする制振効果を効率的に得ることができる。加えて、左右の支持ゴム弾性体22,22が相互に左右対称形状とされていることで、左右の支持ゴム弾性体22,22のばねのチューニングも容易になり得る。
また、通常の走行状態で入力される制振対象となる振動(衝突や段差乗り越えなどに起因する突発的且つ一時的な振動を除く)の入力に際しては、マス部材12の重心位置が支持ゴム弾性体22の弾性中心を通る上下方向線を越えないように、或いは、支持ゴム弾性体22においてマス固定部材20に固着された下端面が取付部材18に固着された上端面の位置を越えないように、マス質量とばね特性が設定されることが望ましい。これにより、支持ゴム弾性体22における大きな歪の発生を回避して優れた耐久性を確保することができると共に、支持ゴム弾性体22における応力分布の大きな変化によるマス部材12の不規則な変位も抑えることが可能になる。
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、左右の取付部材18,18は、相互に左右対称形状でなくても良く、シート42への装着構造などに応じて互いに異なる構造であっても良い。更に、左右の支持ゴム弾性体22,22の傾斜角度や断面形状は、相互に同じであることが望ましいが、互いに異なっていても良く、左右の支持ゴム弾性体22,22は左右対称形状に限定されない。また、マス部材12および左右のマス固定部材20,20も、左右対称形状が望ましいが、限定されるものではない。
また、左右の支持ゴム弾性体22,22は、取付部材18,18からマス固定部材20,20に向けて左右方向内側へ傾斜するように延びていても良い。同様に、左右の支持ゴム弾性体22,22は、取付部材18,18からマス固定部材20,20に向けて後方へ傾斜していても良い。
また、マス部材12は、左右方向に長尺であれば、具体的な形状は特に限定されず、例えば、配設スペースに応じて角部が斜めに切り落とされた形状とされていたり、切欠きや孔などが設けられていても良い。
前記実施形態では、本発明に係るダイナミックダンパとして、車両のシート42の背もたれ44に装着される車両用のシートダンパ10について説明したが、本発明に係るダイナミックダンパは、自動車や鉄道などの車両に用いられるシート42だけでなく、各種の制振対象部材に装着して用いることが可能である。具体的には、例えば、航空機など車両以外に用いられるシート、車両のボデーやサブフレーム、家電の筐体などにも、本発明に係るダイナミックダンパを取り付けて制振効果を得ることができる。