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技術 板状部材の防振構造

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 大室圭佑田端淳河野哲也奥田弘一
出願日 2020年2月28日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2020-032902
公開日 2021年9月13日 (5ヶ月経過) 公開番号 2021-134877
状態 未査定
技術分野 防振装置
主要キーワード 外郭部分 カバー状 低周波数化 リベット接合 ダンパゴム 防音カバー 三日月形 マスダンパ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2021年9月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

例えばエンジンに取り付けられるヒートインシュレータのような板状部材に対して、マスダンパ振動抑制効果を利用して、適切に、共振を抑制し、振動を低減することが可能な板状部材の防振構造を提供する。

解決手段

振動発生源を有するまたは振動発生源から振動が伝播する構造体1に形成されたボス部2に取り付けられる板状部材4の振動を抑制する板状部材の防振構造において、板状部材4は、ボス部2に対応する取り付け位置6で、構造体1よりも弾性が高い弾性部材3を介して、ボス部2に取り付けられており、板状部材4の取り付け位置6に近接する外縁8に、所定の重量を有するマス部5を設ける。

概要

背景

例えば、内燃機関に取り付けられる遮熱板ヒートインシュレータ)のような板状部材防振構造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に記載された防振構造は、内燃機関の排気管に遮熱板を支持する構造であって、遮熱板は、排気管に形成されたボス部にボルト締結される円形プレートに対して、グロメットを介して取り付けられている。グロメットは、プレートの外縁を係止する第1係止部と、遮熱板に形成された開口部の内縁を係止する第2係止部とを有している。更に、グロメットの第2係止部に、遮熱板と共にダンプマスが係止されている。そして、この特許文献1に記載された防振構造では、ダンプマスの重量を遮熱板の固有振動数を低下させるように設定することにより、特に、比較的高い周波数成分の振動伝達を抑制することができる、とされている。

概要

例えばエンジンに取り付けられるヒートインシュレータのような板状部材に対して、マスダンパ振動抑制効果を利用して、適切に、共振を抑制し、振動を低減することが可能な板状部材の防振構造を提供する。振動発生源を有するまたは振動発生源から振動が伝播する構造体1に形成されたボス部2に取り付けられる板状部材4の振動を抑制する板状部材の防振構造において、板状部材4は、ボス部2に対応する取り付け位置6で、構造体1よりも弾性が高い弾性部材3を介して、ボス部2に取り付けられており、板状部材4の取り付け位置6に近接する外縁8に、所定の重量を有するマス部5を設ける。

目的

この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、例えば内燃機関に取り付けられる遮熱板(ヒートインシュレータ)のような板状部材に対して、マスダンパの振動抑制効果を利用して、適切に、共振を抑制し、振動を低減することが可能な板状部材の防振構造を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

振動発生源を有するまたは前記振動発生源から振動伝播する所定の構造体に形成されたボス部に取り付けられる板状部材の振動を抑制する板状部材の防振構造において、前記板状部材は、前記ボス部に対応する取り付け位置で、前記構造体よりも弾性が高い弾性部材を介して、前記ボス部に取り付けられており、前記板状部材の前記取り付け位置に近接する外縁に、所定の重量を有するマス部が設置されていることを特徴とする板状部材の防振構造。

技術分野

0001

この発明は、板状部材共振を抑制し、振動を低減する防振構造に関するものである。

背景技術

0002

例えば、内燃機関に取り付けられる遮熱板ヒートインシュレータ)のような板状部材の防振構造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に記載された防振構造は、内燃機関の排気管に遮熱板を支持する構造であって、遮熱板は、排気管に形成されたボス部にボルト締結される円形プレートに対して、グロメットを介して取り付けられている。グロメットは、プレートの外縁を係止する第1係止部と、遮熱板に形成された開口部の内縁を係止する第2係止部とを有している。更に、グロメットの第2係止部に、遮熱板と共にダンプマスが係止されている。そして、この特許文献1に記載された防振構造では、ダンプマスの重量を遮熱板の固有振動数を低下させるように設定することにより、特に、比較的高い周波数成分の振動伝達を抑制することができる、とされている。

先行技術

0003

特開2004−169733号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上記のように、特許文献1に記載された防振構造では、ダンプマスは、遮熱板と共に、グロメットを介して、プレートに固定されている。したがって、ダンプマスのマスダンパとしての作用効果を十分に得るためには、大きくかつ重いダンプマスが必要になる。ダンプマスの大型化は、この防振構造を採用する機械・装置の小型軽量化を図る上で障壁になってしまう。また、上記の特許文献1では、防振構造における固有振動数を低下させるようにダンプマスの重量を設定する旨の記述はあるものの、遮熱板自体の共振を抑制する技術に関しては記載されていない。遮熱板のような板状部材は、振動が伝搬されることによって板厚方向の振動(いわゆる、膜振動)が生じ、そのような膜振動による共振も発生しやすい。

0005

このように、マスダンパの振動抑制効果を用いて、過剰な重量の増大や大型化を招くことなく、上記の遮熱板のような板状部材の共振を抑制し、効果的に振動を低減するには、未だ、改良の余地があった。

0006

この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、例えば内燃機関に取り付けられる遮熱板(ヒートインシュレータ)のような板状部材に対して、マスダンパの振動抑制効果を利用して、適切に、共振を抑制し、振動を低減することが可能な板状部材の防振構造を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0007

上記の目的を達成するために、この発明は、振動発生源を有するまたは前記振動発生源から振動が伝播する所定の構造体に形成されたボス部に取り付けられる板状部材の振動を抑制する板状部材の防振構造において、前記板状部材は、前記ボス部に対応する取り付け位置で、前記構造体よりも弾性が高い弾性部材を介して(または、弾性部材を挟んで)、前記ボス部に取り付けられており、前記板状部材の前記取り付け位置に近接する外縁に、所定の重量を有して(マスダンパとして機能する)マス部が設けられていることを特徴とするものである。

0008

なお、この発明における前記板状部材は、例えば、熱または音を遮断する膜状の部材であってもよい。

0009

また、この発明における前記外縁は、前記取り付け位置からの距離が最短になる端部を含む前記板状部材の縁部分であってもよい。

0010

また、この発明における前記弾性部材は、前記ボス部よりも100000倍以上弾性が高い材料から形成されてもよい。言い換えると、前記弾性部材は、ヤング率が前記ボス部のヤング率の1/100000倍以下である材料から形成されてもよい。

発明の効果

0011

この発明で防振の対象にする板状部材は、構造体のボス部から板状部材に振動が伝播して板状部材が振動する場合、その振動の振幅は板状部材の外縁部分で大きくなる。また、伝播する振動の周波数に応じて共振が発生する。その共振は、特に、板状部材の外縁部分で発生する。それに対して、この発明の板状部材の防振構造では、振動の振幅が大きくなり、共振が発生する可能性のある板状部材の外縁にマス部が設けられる。マス部は、所定の重量を有する部材または部分である。そのため、マス部を、いわゆるマスダンパとして機能させて、板状部材の固有振動数を効果的に低下させることができる。更に、本出願人は、ボス部に対する板状部材の取り付け位置からマス部の設置位置までの距離が短いほど防振効果が高くなることを実験等によって確認している。そこで、この発明の板状部材の防振構造では、マス部は、板状部材の取り付け位置に近接する外縁に設けられる。そのため、マス部によって、より効果的に、板状部材の固有振動数を低下させ、マスダンパとしての振動抑制効果を得ることができる。例えば、小型で軽量のマス部を用いて、高い防振効果を得ることができる。したがって、この発明の板状部材の防振構造によれば、振動する所定の構造体に取り付けられる板状部材に対して、マスダンパの振動抑制効果を利用して、適切に、共振を抑制し、振動を低減することができる。

図面の簡単な説明

0012

この発明の板状部材の防振構造を説明するための図であって、(a)は、この発明の防振構造の振動モデルを示す図であり、(b)は、この発明で対象にする板状部材およびマス部の設置部分のイメージを示す正面図である。
この発明の板状部材の防振構造の課題を説明するための図であって、この発明の防振構造を適用しない場合に、板状部材で発生する共振の位置を示す図である。
この発明の板状部材の防振構造の作用効果を説明するための図であって、この発明の防振構造を適用した場合に、板状部材における共振の発生状況および共振の抑制効果を示す図である。
この発明の板状部材の防振構造の特徴的な構成を説明するための図であって、板状部材の取り付け位置からマス部の設置位置までの距離と、振動低減効果との関係を示す図である。
この発明の板状部材の防振構造におけるマス部を設けた後の板状部材の剛性と、振動低減効果との関係を示す図である。
この発明の板状部材の防振構造の課題を説明するための図であって、この発明の防振構造を適用しない従来の防振構造で板状部材を防振する場合の事象を示す図である。
この発明の板状部材の防振構造の作用効果を説明するための図であって、この発明の防振構造を適用して板状部材を防振する場合の事象を示す図である。

実施例

0013

この発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。

0014

この発明の実施形態で対象にする板状部材の防振構造は、振動発生源を有する所定の構造体、または、振動発生源から振動が伝播する所定の構造体に取り付けられる板状部材の振動を抑制する。板状部材は、構造体に形成されたボス部に対応する取り付け位置で、構造体よりも弾性が高い弾性部材を介して、構造体のボス部に取り付けられる。そして、この発明の実施形態で対象にする板状部材の防振構造では、板状部材の取り付け位置に近接する外縁に、マスダンパとして機能する所定の重量を有するマス部が設置される。

0015

具体的には、図1に示すように、この発明の実施形態で対象にする板状部材の防振構造は、構造体1、ボス部2、弾性部材3、板状部材4、および、マス部5を備えている。図1の(a)に振動モデルとして示すように、それら構造体1、ボス部2、弾性部材3、板状部材4、および、マス部5から、振動伝達系が構成されている。

0016

構造体1は、所定の振動発生源(図示せず)を有する任意の構造物である。あるいは、所定の振動発生源から振動が伝播する任意の構造物である。一例として、構造体1は、燃焼運転時に振動を発生する、すなわち、振動発生源を有するエンジン(内燃機関)のクランクケース(図示せず)である。あるいは、エンジンのクランクケースに取り付けられ、エンジンと共に振動する、すなわち、振動発生源(エンジン)から振動が伝播するエキゾーストマニホールド(図示せず)等である。

0017

ボス部2は、後述する板状部材4の取り付け位置6に対応する、上記のような構造体1の所定の位置に形成されている。ボス部2の上端部分には、板状部材4を載置する座面(図示せず)が形成されている。また、例えば、板状部材4を構造体1にボルト締結する場合、ボス部2には、ボルト(図示せず)に対応するねじ穴(図示せず)が形成される。あるいは、板状部材4を構造体1にリベット接合締結する場合、ボス部2には、リベット(図示せず)の軸部に対応する貫通孔(図示せず)等が形成される。

0018

弾性部材3は、構造体1よりも弾性が高い材料を用いて形成されている。より具体的には、弾性部材3は、構造体1のボス部2よりも100000倍以上弾性が高い材料を用いて形成されている。例えば、ボス部2の材質アルミニウム合金の場合は、弾性部材3は、ゴムあるいは樹脂を材料として形成される。その場合、弾性部材3のヤング率は、ボス部2のヤング率のおよそ1/100000倍以下になる。

0019

また、弾性部材3は、具体的には、ゴム製のグロメット、あるいは、ワッシャ状のダンパゴムであり、板状部材5の取り付け位置6で、構造体1のボス部2と板状部材4とに挟まれて、ボス部2に取り付けられる。したがって、後述するように、板状部材4は、ボス部2に対応する取り付け位置6で、構造体1よりも弾性が高い弾性部材3を介して、ボス部2に取り付けられる。

0020

板状部材4は、上記のような構造体1に形成されたボス部2に取り付けられ、この発明の実施形態において制振の対象となる部材である。板状部材4は、例えば、前述した特許文献1に記載されている遮熱板(ヒートインシュレータ)のような熱を遮断する膜状の部材、もしくは、カバー状の部材である。である。あるいは、板状部材4は、例えば、エンジンやモータ(図示せず)等の振動発生源に取り付けられる遮音板または防音カバーなど、音(振動)を遮断する膜状の部材、もしくは、カバー状の部材である。

0021

また、板状部材4は、構造体1のボス部2に対応する取り付け位置6で、上記の弾性部材3を介して、あるいは、弾性部材3を挟んで、ボス部2に取り付けられる。図1の(a)に示す例では、板状部材4は、弾性部材3およびブラケット7を介して、ボス部2に取り付けられている。そして、後述するように、板状部材4には、板状部材4の取り付け位置6に近接する外縁8に、マス部5が設置されている。板状部材4の外縁8は、取り付け位置6からの距離が最短になる端部を含む板状部材4の外郭部分である。

0022

なお、この発明の実施形態における板状部材の防振構造は、前述の特許文献1に記載されている遮熱板の防振構造に対して適用することもできる。例えば、図1では図示していないが、板状部材4は、弾性部材3、および、特許文献1に記載されているプレート(図示せず)を介して、構造体1のボス部2に取り付けられてもよい。そのように構成された場合であっても、後述するこの発明の実施形態における板状部材の防振構造の作用効果を同様に得ることができる。

0023

マス部5は、所定の重量を有し、上述したような構造体1、ボス部2、弾性部材3、および、板状部材4からなる振動系で、マスダンパとして機能する部材もしくは部分である。マス部5は、図1の(b)に示すように、板状部材4の取り付け位置6に近接する外縁8に設けられている。マス部5は、板状部材4と別体の部材として形成され、例えば、リベット接合によって板状部材4の外縁8に取り付けられる。リベット接合に限らず、ボルト締結、溶接、または、接着など、他の接合方法によって外縁8に取り付けられてもよい。あるいは、マス部5は、例えば、溶接やろう付けなどにより、所定の重量分を外縁8に肉盛りして形成してもよい。もしくは、マス部5は、板状部材4の一部分として、外縁8を所定の重量分だけ厚肉にして、外縁8と一体に形成してもよい。または、後述する図3に示しているように、外縁8を所定の重量分だけ外側に拡大するようにして、外縁8と一体に形成してもよい。

0024

また、マス部5は、図1の(b)に示すように、板状部材4の取り付け位置6が複数(図1の(b)に示す例では三箇所)存在する場合、少なくとも、最も大きな振動が伝播する取り付け位置6(図1の(b)に示す例では、左端の取り付け位置6)に近接する外縁8に設けられる。図2図3に示すように、板状部材4の取り付け位置6に近接する外縁8は、板状部材4における共振の発生箇所に設定されている。そのため、最も大きな振動が伝播する取り付け位置6に近接する外縁8で、最も大きな共振が発生する。もしくは、最も大きな共振の発生する可能性が高い。したがって、その最も大きな振動が伝播する取り付け位置6に近接する外縁8にマス部5を設けて、共振の大きさを低下させることにより、効果的に、板状部材4を防振することができる。なお、図2は、板状部材4にマス部5を設けていない状態、すなわち、この発明の実施形態における板状部材の防振構造を適用しない場合に、板状部材4で発生する共振の位置を示している。また、図3は、板状部材4にマス部5を設けた状態、すなわち、この発明の実施形態における板状部材の防振構造を適用した場合に、板状部材4における共振の発生状況(共振の発生が抑制された状況)を示している。上記のようにして板状部材4の外縁8にマス部5を設けることにより、図3に示すように、板状部材4の外縁8で発生する共振が効果的に抑制される。

0025

なお、マス部5は、マスダンパとして機能するための所定の重量を有していればよく、その形状は問わない。図1では、便宜上、矩形形状のマス部5を示しているが、矩形形状に限定されるものではない。マス部5の形状は、例えば、板状部材4の外縁8の形状に応じて、自由に設定できる。例えば、図3に示すように、板状部材4の外縁8の外形に沿ったいわゆる三日月形の形状にマス部5を形成してもよい。

0026

上記のように、この発明の実施形態で防振の対象にする板状部材4は、構造体1のボス部2から板状部材4に振動が伝播して板状部材4が振動する場合、板状部材4の振動の振幅は、図2に示したように、板状部材4の外縁8周辺で大きくなる。それに伴い、板状部材4の外縁8周辺で大きな共振が発生する。それに対して、この発明の実施形態における板状部材の防振構造では、振動の振幅が大きくなって共振が発生する可能性のある板状部材4の外縁8に、マス部5が設けられる。マス部5は、所定の重量を有する部材または部分であって、いわゆるマスダンパとして機能する。そのため、板状部材4の振動を効果的に低減することができる。

0027

更に、本出願人は、最適なマス部5の設置位置を求めるために、板状部材4の取り付け位置6からマス部5の設置位置までの距離と、板状部材4に対する振動低減効果との関係を、実験あるいはシミュレーション等によって検証した。その結果、図4に示すように、板状部材4の取り付け位置6からマス部5の設置位置までの距離が短いほど板状部材4の振動低減効果が高くなることを確認した。そこで、この発明の実施形態における板状部材の防振構造では、マス部5を、板状部材4の取り付け位置6に近接する外縁8に設けている。すなわち、板状部材4の取り付け位置6からの距離が最短もしくはほぼ最短となる外縁8に、マス部5が設けられる。そのため、板状部材4に対してマスダンパとして機能するマス部5によって、より効果的に、板状部材4の振動を低減することができる。

0028

また、板状部材4は、上記のように、外縁8にマス部5が設けられることによって剛性が増大する。したがって、板状部材4では、図5に示すように、マス部5が設けられることによる剛性の増大に比例して、振動低減効果も大きくなる。

0029

この発明の実施形態における板状部材の防振構造に対する比較例として、この発明の実施形態における防振構造を適用しない従来技術(具体的には、前述の特許文献1に記載されている防振構造)で板状部材を防振した場合の例を図6に示してある。図6の(a)は、排気管に形成されたボス部の振動を示し、図6の(b)は、プレートの振動を示している。ボス部とプレートとの間は、互いに金属同士の連結であり、同様の周波数帯で、また、同等の振動伝達率で、大きな振動が発生している。そのような振動が遮音板(板状部材)に伝播すると、図6の(c)に示すように、遮音板(板状部材)の振動を抑制し、共振を低周波数化するためには、相当に大きなマス部材を取り付けないと、狙いの周波数帯まで防振することができない。

0030

それに対して、この発明の実施形態における板状部材の防振構造では、図7の(a)に示す構造体1のボス部2の振動は、図7の(b)に示すように、ボス部2と板状部材4との間に設けた弾性部材3(例えば、ゴム製のグロメット)のダンパ効果により、一定の防振効果が得られている(共振の低周波数化が図られている)。そして、この発明の実施形態における板状部材の防振構造では、図7の(c)に示すように、板状部材4の取り付け位置6に近接する外縁8にマス部5を設けることにより、より一層の防振効果が得られている(共振の低周波数化が更に図られている)。なお、図7の(c)に二点鎖線で示すように、最も大きな振動が伝播する取り付け位置6に近接する外縁8以外の他の外縁8にマス部5を設けた場合であっても、一定の防振効果が得られる。それと比較して、図7の(c)に実線で示すように、最も大きな振動が伝播する取り付け位置6に近接する外縁8にマス部5を設けた場合に、最大の防振効果が得られている。そのため、この発明の実施形態における板状部材の防振構造では、小型で軽量のマス部5を用いて、より大きな防振効果を得ることができる。

0031

したがって、この発明の実施形態における板状部材の防振構造によれば、振動する所定の構造体1に取り付けられる板状部材4に対して、板状部材4に設けるマス部5のマスダンパの振動抑制効果を利用して、適切に、共振を抑制し、振動を低減することができる。

0032

1構造体
2ボス部
3弾性部材
4板状部材
5マス部
6 (板状部材の)取り付け位置
7ブラケット
8 (板状部材の)外縁

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