JP2007170635A - 振動減衰装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動発生源から発生する振動の周波数変動に対して、ウェイトの追随が遅延することなく振動と逆位相の共振状態を迅速に形成し、その結果、振動発生源の振動を十分に減衰することができる振動減衰装置を提供する。
【解決手段】振動発生源５０からの振動と逆位相で共振状態となる共振位置に移動可能なウェイト８を有する振動部２と、当該振動部２の振動による変位を復元させるよう付勢する弾性部１とを備えた振動減衰装置であって、ウェイト８を移動させるアクチュエータ４と、振動発生源５０の駆動状態を検知し、当該駆動状態を示す信号を生成する検知部３と、信号に基づいて、ウェイト８を共振位置またはその近傍に移動させるようにアクチュエータ４を制御する制御部５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動発生源からの振動と逆位相で共振状態となる共振位置に移動可能なウェイトを有する振動部と、当該振動部の振動による変位を復元させるよう付勢する弾性部とを備えた振動減衰装置に関する。

例えば、自動車等の車内における静粛性・快適性を向上させるための一つの方策として、振動発生源であるエンジン等から発生する振動を減衰することが挙げられる。従来、振動を減衰するための装置として、エンジンに対して取り付ける共振装置があった。これは、一端を回動自在にエンジンに支持するとともに、他端には制振バネを取り付けたレバーを有し、このレバーにウェイト（マス）を移動自在に取り付けた構成を有する（例えば、特許文献１を参照）。

この共振装置が振動発生源から振動を受け、レバーに振動が生じると、ウェイトがレバー上を徐々に移動し始め、やがてウェイトは、共振装置が振動発生源の振動と逆位相で共振状態となるような位置（共振位置）で安定する。このように、特許文献１の共振装置は、振動を受けてウェイトが適切な共振位置まで徐々に移動することで、前記共振状態を達成するものであった。

特開２００４−３０１２６７号公報（第１図）

自動車のエンジン等の振動発生源は、常に一定の状態で駆動しているとは限らない。例えば、自動車の走行中にエンジンのスロットルバルブの開度を調節するとエンジン回転数が変動し、それに伴って発生する振動の周波数が変化する。しかし、ウェイトが新たな共振位置まで移動する時間は、振動周波数が変動する時間よりも短いことが多いため、ウェイトの追随が間に合わず共振状態を形成し難くなり、結果として、十分且つ迅速な振動減衰効果が得られないという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振動発生源から発生する振動の周波数変動に対して、ウェイトの追随が遅延することなく振動と逆位相の共振状態を迅速に形成し、その結果、振動発生源の振動を十分に減衰することができる振動減衰装置を提供することにある。

本発明に係る振動減衰装置の特徴構成は、振動発生源からの振動と逆位相で共振状態となる共振位置に移動可能なウェイトを有する振動部と、当該振動部の振動による変位を復元させるよう付勢する弾性部とを備えた振動減衰装置であって、前記ウェイトを移動させるアクチュエータと、前記振動発生源の駆動状態を検知し、当該駆動状態を示す信号を生成する検知部と、前記信号に基づいて、前記ウェイトを前記共振位置またはその近傍に移動させるように前記アクチュエータを制御する制御部とを備えた点にある。

振動発生源からは駆動状態に応じて種々の振動が発生する。本構成の振動減衰装置では、検知部が前記駆動状態を検知し、この駆動状態を示す信号に基づいて、制御部が、アクチュエータを駆動する。つまり、振動部に移動可能に設けられたウェイトを最適な位置、すなわち振動部が振動発生源の振動と逆位相で共振状態となる共振位置またはその近傍に移動させる。その結果、振動部の共振位置またはその近傍への移動時間が短縮されるので直ちに前記共振状態が形成され、振動発生源の振動を減衰することができる。

本発明の振動減衰装置において、予め定められた前記信号と前記ウェイトの位置との相関情報に基づいて、前記制御部が前記アクチュエータを制御することも可能である

本構成の振動減衰装置では、制御部が信号を受信すると予め定められた信号とウェイトの位置との相関情報からウェイトの位置を一義的に決定することができる。このため、振動部の位置決めを行うための演算処理を省略することができ、迅速に前記共振状態が形成され、振動発生源の振動を減衰することができる。

本発明の振動減衰装置において、前記制御部によって制御可能であり、前記弾性部の弾性特性を変更する弾性特性変更部を備えることも可能である。

振動発生源から駆動状態に応じて種々の振動が発生した場合、前記弾性部の弾性特性を適切に変更すれば、ウェイトの位置を変更する場合と同様に、振動部を振動発生源の振動と逆位相の共振状態にすることができ、前記振動を減衰することができる。本構成の振動減衰装置では、検知部が前記駆動状態を検知し、この駆動状態を示す信号に基づいて、制御部が弾性特性変更部に対して、弾性部の弾性特性を最適な値に変更する。この弾性特性の変更は、例えば、弾性部の長さを変更すること等によって行われる。その結果、振動部が前記共振状態を形成するまでの時間が短縮され、速やかに振動発生源の振動を減衰することができる。

本発明の振動減衰装置において、予め定められた前記信号と前記弾性部の弾性特性との相関情報に基づいて、前記制御部が前記弾性特性変更部を制御することも可能である。

本構成の振動減衰装置では、制御部が信号を受信すると予め定められた信号と弾性部の弾性特性との相関情報から弾性部の弾性特性を一義的に決定することができる。このため、振動部の弾性特性の決定を行うための演算処理を省略することができ、迅速に前記共振状態が形成され、振動発生源の振動を減衰することができる。

本発明の振動減衰装置において、前記振動発生源は車両のエンジンであり、前記信号を前記エンジンの回転数を示す信号とすることも可能である。

本構成の振動減衰装置では、車両のエンジンの回転数に応じて振動減衰制御を行っている。このエンジン回転数は、エンジンのクランクシャフトの回転に関連する種々の手段から容易に計測することができるので、簡単且つ確実にエンジンの振動を減衰することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されることを意図するものではなく、当業者が実施可能な範囲において、種々の改変や変更等が可能である。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による振動減衰装置１００を示す斜視図である。また、図２は、振動減衰装置１００の作動状態を示す模式断面図である。本実施形態の振動減衰装置１００は、振動発生源５０の一例であるエンジンＥに取り付けて使用される。振動減衰装置１００は、弾性部１および振動部２を備えており、さらには、検知部３、アクチュエータ４および制御部５を備えている。

本実施形態において、弾性部１はエンジンＥの振動を受ける板バネ１ａで構成されている。板バネ１ａは、後述する振動部２の振動による変位を復元させるよう振動部２を付勢する。板バネ１ａの一端側は、エンジンＥの適切な位置にボルト１ｂで固定される。具体的には、エンジンＥの比較的低温となる部分（例えば、吸気バルブの周辺）にボルト締めしたり、エンジンＥを支持するエンジンマウント（図示せず）に使用されるボルトと共締めしたりすることで固定される。なお、弾性部１を板バネ１ａ以外の構成とすることも可能であり、例えば、コイルバネ、空気バネ、ゴム等の弾性体を採用することができる。

板バネ１ａの他端側には、振動部２が設けられている。本実施形態において、振動部２は、アクチュエータ４と、このアクチュエータ４によって回転される駆動ギア６と、この駆動ギア６と同軸回転する位置決めシャフト７と、この位置決めシャフト７が貫通するウェイト８とが、ケース９内に収納されて構成されている。

アクチュエータ４は、本実施形態において電気モータ４ａが用いられている。電気モータ４ａは、その回転出力軸４ｂに出力ギア４ｃが設けられ、出力ギア４ｃは駆動ギア６と係合する。駆動ギア６には、位置決めシャフト７が同軸回転可能に連結されている。電気モータ４ａが後述する制御部５から指令を受けて回転駆動力を発生すると、当該回転駆動力が駆動ギア６に伝達され、位置決めシャフト７が回転するように構成されている。

位置決めシャフト７には、ウェイト８が貫通した状態で設けられている。位置決めシャフト７の表面には雄ネジが形成され、ウェイト８の貫通孔の内壁には前記雄ネジと噛み合う雌ネジが形成されている。従って、電気モータ４ａが駆動ギア６を介して位置決めシャフト７を左右方向に回転させれば、ケース９内においてウェイト８を軸方向（Ｘ方向）の任意の位置に移動させることができる。このウェイト８の移動を、図２を参照しながら具体的に説明する。

振動部２が振動状態にある場合において、ウェイト８を板バネ１ａに近づく側（近位側）に移動させると（図２（ａ））、板バネ１ａのエンジンＥへの締結部（支点）とウェイト８の重心との距離Ｌ１が短くなり、振動周波数が高くなり且つ振幅は小さくなる。反対に、ウェイト８を板バネ１ａから離れる側（遠位側）に移動させると（図２（ｂ））、板バネ１ａの支点とウェイト８の重心との距離Ｌ２が上記Ｌ１より長くなる。よって、振動周波数が低くなり且つ振幅は大きくなる。このようにウェイト８の軸方向（Ｘ方向）における位置を変更することで、振動部２の振動周波数および振幅の大きさを調整することができる。

ウェイト８は、図１に示すように、軸方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）においては、ケース９の両内側面と接触または近接するよう構成されている。このため、位置決めシャフト７が回転したときにウェイト８が位置決めシャフト７と一緒に回転してしまうことが防止されるとともに、ウェイト８の姿勢を適正に維持することができる。そして、ウェイト８の軸方向（Ｘ方向）における位置移動を確実に行うことができる。また、ウェイト８は、上記のようにネジ機構によって移動されるものであるから、正確且つ迅速な移動が可能である。

本発明の目的であるエンジンＥからの振動を減衰するためには、振動減衰装置１００によってウェイト８を適切な位置に移動させ、振動部２をエンジンＥの振動と逆位相の共振状態にする必要がある。このような共振状態を形成するための制御フローを、図３のフローチャートを参照しながら説明する。

エンジンＥが駆動し、振動減衰装置１００による制御が開始されると（Ｓ１）、検知部３がエンジンＥの駆動状態を検知し、この駆動状態を示す信号を生成する。本実施形態では、検知部３はエンジンＥの駆動状態としてエンジン回転数を検知し、回転信号を生成する回転センサ３ａとしている。回転センサ３ａは、例えば、エンジンＥに連結されたトランスミッションＴから延出しているメーターケーブルＣに取り付けることができる。従って、回転センサ３ａを設置するための新たな配線等は不要であり、装置構成が複雑になることはない。

検知部３の他の構成としては、例えば、エンジンＥの補機類として取り付けられるデストリビュータ（図示せず）を利用したものが挙げられる。この場合、デストリビュータから得られるエンジンＥのスパーク状態を示す電圧信号が駆動状態を示す信号となる。

次に、制御部５は、回転センサ３ａから受信した回転信号の周波数が所定の制御周波数内にあるかを判断する（Ｓ２）。制御部５は、本実施形態ではエンジンを総合的に制御するエンジンＥＣＵ５ａに兼用させているが、専用のコンピュータを設けてもよい。
制御周波数とは、エンジンＥからの振動を減衰させることができる下限回転数と上限回転数との間にあるときに発生する振動の振動周波数を意味する。制御周波数は、エンジンＥの性状（例えば、エンジンの種類、排気量、気筒数、形式、特性等）によって異なり、一律に定まるものではない。

制御部５は、回転信号の周波数が制御周波数内にある場合（Ｓ２；ＹＥＳ）、当該回転信号の周波数に応じたウェイト８の最適な位置、すなわち振動部２がエンジンＥの振動と逆位相で共振状態となる共振位置を算出するための処理を行う（Ｓ３）。この共振位置は、得られた回転信号の値に対して所定のアルゴリズムを適用して演算することにより算出可能であるが、回転信号の値とウェイトの位置との相関情報を予め定めてマッピングしておけば、このマップから共振位置を求めることも可能である。マップは、例えば、制御部５の内部に記憶部５ｂを設け、この記憶部５ｂに前記相関情報を格納しておくことによって利用することができる。
このようなマップを用いる方法では、制御部５が回転信号を受信すると相関情報（マップ）からウェイト８の位置を一義的に決定することができる。このため、振動部２の位置決めを行うための演算処理を省略することができ、迅速に前記共振状態が形成され、エンジンＥの振動を減衰することができる。

なお、ウェイト８が移動する共振位置は、その共振位置の近傍も含めたある程度の幅を有する領域とする。制御部５は、計算上は正確な共振位置を求めることができる。しかし、実際には位置決めシャフト７とウェイト８との係合部分の遊び等のため移動の際に多少のずれが生じたり、共振位置は振動周波数の変動のため常に変動し続けたりするものであることから、ウェイト８を厳密に共振位置に合わせることは現実には困難である。また、ある程度の共振状態を実現することができれば実用的な振動減衰効果が得られるため、共振位置またはその近傍を含めた領域であっても、エンジンＥの振動を減衰するという目的は十分に達成することができる。

前記共振位置が算出されたら、制御部５は、電気モータ４ａに対して当該共振位置にウェイト８を移動させるように指令する（Ｓ４）。この指令に従い、電気モータ４ａは、ウェイト８を制御部５によって算出された最適な共振位置へと移動させる。その後、エンジンＥの振動周波数が変動することによって、制御部５が新たな振動周波数を認識すれば、制御フローはステップ１に戻り（Ｓ５）、上記と同様のステップを繰り返す。

上記ステップ２において、制御部５が、回転信号の周波数が所定の制御周波数内にないと判断した場合（Ｓ２；ＮＯ）、当該回転信号の周波数が想定制御周波数以上であるか否かを判断する（Ｓ６）。
ここで、想定制御周波数は、前記制御周波数内の任意の周波数とすることができる。ステップ６は、その前のステップ２の判断において回転信号の周波数が制御周波数外であることが前提となっているので、前記制御周波数内の任意の一点より上か下かが判明すれば、現在の振動周波数が前記制御周波数より上下どちらにずれているのかの判断が可能となるからである。
前記回転信号の周波数が想定制御周波数以上であると判断した場合（Ｓ６；ＹＥＳ）、制御部５は、ウェイト８の位置を、前記アルゴリズムの適用またはマップから得られる最適データベースのうちの上限値に設定する（Ｓ７）。反対に、前記回転信号の周波数が想定制御周波数以上でないと判断した場合（Ｓ６；ＮＯ）、制御部５は、ウェイト８の位置を、前記アルゴリズムの適用またはマップから得られる最適データベースのうちの下限値に設定する（Ｓ８）。そして、これらの上限値または下限値に基づいて、制御部５は、電気モータ４ａに対して当該共振位置またはその近傍（この場合は、上限値または下限値に対応する位置）にウェイト８を移動させる（Ｓ４）。その後、振動周波数が制御周波数内に入ると、ウェイト８は既に共振位置の上限値または下限値で待機した状態にあるので、直ちに前記共振状態が形成される。その後の処理は、上述したステップ５と同様である。

このように、エンジンＥからは回転数の変動に応じて種々の振動が発生するが、本実施形態の振動減衰装置１００では、回転センサ３ａがエンジンＥの回転数を検知し、このときの回転信号に基づいて、制御部５が電気モータ４ａに対して、振動部２に移動可能に設けられたウェイト８を最適な位置、すなわち振動部２がエンジンＥの振動と逆位相で共振する共振位置またはその近傍に移動させるよう指令する。その結果、振動部２の共振位置またはその近傍への移動時間が短縮されるので直ちに前記共振状態が形成され、エンジンＥの振動を減衰することができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態による振動減衰装置２００を示す概略図である。この振動減衰装置２００は弾性特性変更部２０を備えていることに特徴を有し、その他の構成は、前記第１実施形態の振動減衰装置１００と略同じであるため、重複する部分については詳細な説明は省略する。

エンジンＥの回転数の変動に応じて種々の振動が発生した場合、弾性部１である板バネ１ａの弾性特性を適切に変更することによっても、振動部２をエンジンＥの振動と逆位相の共振状態にすることができる。例えば、板バネ１ａの中央部を把持して板バネ１ａの長さを短くすれば、振動周波数が高くなり且つ振幅は小さくなる。これにより、第１実施形態に示したウェイト８を近位側に移動させて支点と振動部２の重心との距離を短くした場合と同様の効果を得ることができる。

板バネ１ａの弾性特性を変更するための弾性特性変更部２０としては、図４のように、板バネ１ａの任意の中間部分を把持可能な把持部２０ａを設ける。把持部２０ａが非把持状態にあって板バネ１ａを固定していない場合（図４（ａ））では、板バネ１ａの弾性部材１としての有効長はＬ３となる。このときの板バネ１ａの状態は、第１実施形態の振動減衰装置１００における板バネ１ａの状態と同じである。しかし、把持部２０ａが把持状態となって板バネ１ａを固定すると（図４（ｂ））、板バネ１ａの支点から把持部分までが固定されるので、板バネ１ａの有効長はＬ３よりも短いＬ４となる。このとき、有効長の減少によって板バネ１ａが硬くなるので、振動部２の振動周波数が高くなり且つ振幅は小さくなる。従って、制御部５が把持部２０ａの動作を制御できるように構成しておけば、エンジンＥからの回転数の変動に応じて、把持部２０ａの動作により適宜板バネ１ａを固定して板バネ１ａの有効長を変化させ、板バネ１ａの弾性特性を変更することができる。把持部２０ａは瞬時に板バネ１ａを把持することができるので、極めて迅速に板バネ１ａの弾性特性の変更が可能となる。
なお、このような把持部２０ａによる板バネ１ａの弾性特性の変更は、弾性特性の大まかな調整に好適である。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態による振動減衰装置３００を示す概略図である。この振動減衰装置３００は弾性特性変更部２０として板バネ長調整部２０ｂを備えている。その他の構成は、第１実施形態の振動減衰装置１００と略同じであるため、重複する部分については詳細な説明は省略する。

板バネ長調整部２０ｂは、板バネ１ａ上を振動部２と一体的に移動し、板バネ１ａの弾性に寄与する部分の長さを調整することができる。板バネ長調整部２０ｂが板バネ１ａの支点から離間した状態（図５（ａ））では、板バネ１ａの弾性部材１としての有効長はＬ５となる。この状態から板バネ長調整部２０ｂが板バネ１ａの支点側に近接するように移動し適切な位置で停止すると、板バネ１ａの支点から板バネ長調整部２０ｂまでの部分が固定され（図５（ｂ））、板バネ１ａの有効長はＬ５よりも短いＬ６となる。このとき、板バネ１ａの有効長が減少するので、振動部２の振動周波数が高くなり且つ振幅は小さくなる。従って、制御部５が板バネ長調整部２０ｂの動作を制御できるように構成しておけば、エンジンＥからの回転数の変動に応じて、板バネ長調整部２０ｂの動作により適宜板バネ１ａの有効長を変化させ、板バネ１ａの弾性特性を最適な状態に変更することができる。
なお、このような板バネ長調整部２０ｂを用いれば、上記第２実施形態の把持部２０ａを用いる場合よりも弾性特性の調整を細かく行うことができるという利点がある。

（第４実施形態）
第４実施形態は弾性特性変更部２０の他の構成例であり、図示は省略するが、弾性部１をガス充填可能な空気バネとして構成したものである。空気バネは、内部ガスの圧力によって弾性特性が変動する。従って、エンジンＥからの回転数の変動に応じて、内部ガスの充填量を調節すれば、空気バネの弾性特性を最適な状態に変更することができる。

（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態による振動減衰装置の要部拡大図である。これまでの実施形態では、ウェイト８が位置決めシャフト７に係合して設けられていたため、ウェイト８とシャフト７とが係合するギア間で多少の遊びがあったとしても基本的にはウェイト８がフリーの状態でシャフト７に対して移動することはできないように構成されていた。しかし、ウェイト８が位置決めシャフト７にある程度拘束されない構成とすることも可能である。これは、例えば、図６に示すように、ウェイト８を位置決めシャフト７に直接係合させることなく、ストッパ１１を備えたスリーブ１０に摺動可能に取り付けた構成である。

電気モータ４ａを駆動して位置決めシャフト７を回転させると、スリーブ１０が移動を開始し、やがてストッパ１１がウェイト８の側部に当接する。そして、ウェイト８は、その状態でスリーブ１０とともに移動を行う。目標の共振位置またはその近傍に到着したとき、電気モータ４ａを停止して位置決めシャフト７の回転を止めると、スリーブ１０は位置決めシャフト７に対して相対的に固定状態となる。しかし、ウェイト８はスリーブ１０の両サイドのストッパ１１の間でフリーの状態となっており、位置決めシャフト７に対して若干の相対移動が可能となる。このため、ウェイト８はエンジンＥからの振動を受けると、より最適な共振位置へとさらに移動することができる。
このように、本実施形態では、ウェイト８の位置が共振位置から少し外れていても、エンジンＥからの振動を受けて自動的に最適な位置へと移動し、共振状態の微調整を行うことができる。

本実施形態において、ウェイト８の移動中、クランプ等の把持部材（図示せず）でウェイト８を把持して固定しておき、ウェイト８が共振位置近傍に到着したら把持部材の挟持を解除してウェイト８の自由な移動を可能にする構成とすることもできる。

本発明の振動減衰装置は、上記実施形態で説明したような自動車用エンジンの振動減衰装置以外にも種々の分野において適用することができる。例えば、住宅用振動減衰装置、精密機器用振動減衰装置等においても、本発明の振動減衰装置は有効に利用することができる。

本発明の第１実施形態による振動減衰装置を示す斜視図 振動減衰装置の作動状態を示す模式断面図 振動減衰装置によって共振状態を発生させるための制御フローを示すフローチャート 本発明の第２実施形態による振動減衰装置を示す概略図 本発明の第３実施形態による振動減衰装置を示す概略図 本発明の第５実施形態による振動減衰装置の要部拡大図

符号の説明

１ 弾性部
２ 振動部
３ 検知部
４ アクチュエータ
５ 制御部
８ ウェイト
２０ 弾性特性変更部
５０ 振動発生源
１００ 振動減衰装置
２００ 振動減衰装置

Claims (5)

1. 振動発生源からの振動と逆位相で共振状態となる共振位置に移動可能なウェイトを有する振動部と、当該振動部の振動による変位を復元させるよう付勢する弾性部とを備えた振動減衰装置であって、
   前記ウェイトを移動させるアクチュエータと、
   前記振動発生源の駆動状態を検知し、当該駆動状態を示す信号を生成する検知部と、
   前記信号に基づいて、前記ウェイトを前記共振位置またはその近傍に移動させるように前記アクチュエータを制御する制御部とを備えた振動減衰装置。
2. 予め定められた前記信号と前記ウェイトの位置との相関情報に基づいて、前記制御部が前記アクチュエータを制御する請求項１に記載の振動減衰装置。
3. 前記制御部によって制御可能であり、前記弾性部の弾性特性を変更する弾性特性変更部を備える請求項１または２に記載の振動減衰装置。
4. 予め定められた前記信号と前記弾性部の弾性特性との相関情報に基づいて、前記制御部が前記弾性特性変更部を制御する請求項３に記載の振動減衰装置。
5. 前記振動発生源は車両のエンジンであり、前記信号は前記エンジンの回転数を示す信号である請求項１〜４の何れか一項に記載の振動減衰装置。

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