(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加粉末形成技術を用いて、第１の材料の格子ネットワークであって、相互接続された気孔を備える格子ネットワークを形成し、
相互接続された気孔内に異なる第２の材料のマトリックスを堆積させて、目標の振動モードを減衰させるように調整された音響減衰を有するダンパ部材を形成する、
ことを含み、格子ネットワークを形成することは、格子ネットワークの形成中に自然に決定されず、格子ネットワークの形成前に決定された、人工的にランダムな形状に従って、格子ネットワークを形成することを含むことを特徴とする、ダンパ部材を作成する方法。
【請求項２】
付加粉末形成技術は、粉末材料の複数の層を互いの上に堆積させ、ダンパ部材の特定の断面に関するデータに関連してこれらの層を互いに選択的に融合させることを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
コンピュータ支援設計により画定される形状に対応する格子ネットワークの形状を選択することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
第１の材料は、金属材料であり、第２の材料は、異なる金属材料およびポリマー材料から成る群より選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
第２の材料は、ポリマー材料であり、ポリマー材料は、粒子を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
粒子は、セラミックであることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
粒子は、金属であることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】
減衰させるための目標の振動モードを特定し、
目標の振動モードに従ってダンパ部材の音響減衰を調整する、
ことを含み、
ダンパは、第１の材料の格子ネットワークを備え、格子ネットワークは、相互接続された気孔と、相互接続された気孔内の異なる第２の材料のマトリックスと、を備え、調整することは、ダンパ部材の音響減衰が目標の振動モードを減衰させるよう調整されるように、マトリックスの異なる第２の音響インピーダンスを選択することに対応して格子ネットワークに第１の音響インピーダンスを選択することを含むことを特徴とする、ダンパ部材を作成する方法。
【請求項９】
付加粉末形成技術を用いて格子ネットワークを形成することをさらに含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
相互接続された気孔内にマトリックスを堆積させることをさらに含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
音響減衰を調節するように目標の振動モードに従って格子ネットワークの形状を選択することをさらに含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１２】
選択される形状は、コンピュータ支援設計により画定される形状に対応することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
相互接続された気孔は、コンピュータ支援設計により画定された人工的なランダム性を有することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１４】
相互接続された気孔は、コンピュータ支援設計により画定された予め決められたパターンを有することを特徴とする請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は目標の振動モードへのダンパ部材の調整の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダンパ部材は既知であり、ガスタービンエンジン、液体ロケット、自動車などの機械や、一般に振動が好ましくない任意の機械で生じる振動を減衰させるために使用される。しかしながら、そのようなダンパ部材を設計する際の問題は、ダンパ部材の音響減衰を目標の振動モードに調整することに関する。特に、ダンパ部材を目標の振動モードに調整することで、振動減衰を向上させることができる。しかしながら実際には、ダンパ部材を目標の振動モードに厳密に調整することは、困難であることが判明している。例えば、既知の一種類の複合ダンパ部材は、発泡剤の存在下で金属を凝固させることで作成される多孔質金属発泡体を含む。金属発泡体は次いで樹脂で含浸させ、硬化させて最終の複合材を形成する。このような複合構造では、もっぱら材料の選択によってダンパ部材を調整する限定された能力があるにすぎない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の例示的な一態様によるダンパ部材を作成する方法は、付加粉末形成技術を用いて第１の材料の格子ネットワークを形成することを含む。格子ネットワークは、相互接続された気孔を備えており、相互接続された気孔内に異なる第２の材料のマトリックスを堆積させて、目標の振動モードを減衰させるように調整された音響減衰を有するダンパ部材を形成する。
【０００４】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、付加粉末形成技術は、粉末材料の複数の層を互いの上に堆積させ、ダンパ部材の特定の断面に関するデータに関連してこれらの層を互いに選択的に融合させることを含む。
【０００５】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例は、コンピュータ支援設計により画定される形状に対応する格子ネットワークの形状を選択することを含む。
【０００６】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、第１の材料は、金属材料であり、第２の材料は、異なる金属材料およびポリマー材料から成る群より選択される。
【０００７】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、第２の材料は、ポリマー材料であり、ポリマー材料は、粒子を含む。
【０００８】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、粒子は、セラミックである。
【０００９】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、粒子は、金属である。
【００１０】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、請求項１の方法によって作成されるダンパ部材。
【００１１】
本開示の例示的な一態様によるダンパ部材を作成する方法は、減衰させるための目標の振動モードを特定し、目標の振動モードに従ってダンパ部材の音響減衰を調整する、ことを含み、ダンパは、第１の材料の格子ネットワークを備える。格子ネットワークは、相互接続された気孔と、相互接続された気孔内の異なる第２の材料のマトリックスと、を備える。調整することは、ダンパ部材の音響減衰が目標の振動モードを減衰させるよう調整されるように、マトリックスの異なる第２の音響インピーダンスを選択することに対応して格子ネットワークに第１の音響インピーダンスを選択することを含む。
【００１２】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例は、付加粉末形成技術を用いて格子ネットワークを形成することを含む。
【００１３】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例は、相互接続された気孔内にマトリックスを堆積させることを含む。
【００１４】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例は、音響減衰を調節するように目標の振動モードに従って格子ネットワークの形状を選択することを含む。
【００１５】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、選択される形状は、コンピュータ支援設計により画定される形状に対応する。
【００１６】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、相互接続された気孔は、コンピュータ支援設計により画定された人工的なランダム性を有する。
【００１７】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、相互接続された気孔は、コンピュータ支援設計により画定された予め決められたパターンを有する。
【００１８】
本開示の例示的な一態様によるダンパシステムは、減衰させるための目標の振動モードと、目標の振動モードに調整されるダンパ部材と、を備え、ダンパ部材は、第１の材料の格子ネットワークを備え、格子ネットワークは、相互接続された気孔と、相互接続された気孔内の異なる第２の材料のマトリックスと、を備え、第２の材料は、金属、ポリマー、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される。格子ネットワークは、第１の音響インピーダンスを有し、マトリックスは、ダンパ部材が目標の振動モードを減衰させるよう調整された音響減衰を有するように、異なる第２の音響インピーダンスを有する。
【００１９】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、格子ネットワークは、コンピュータ支援設計により画定される形状に対応する形状を有する。
【００２０】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、第１の材料は、金属であり、第２の材料は、ポリマーである。
【００２１】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、第１の材料は、第１の金属材料であり、第２の材料は、組成において第１の金属材料とは異なる第２の金属材料である。
【００２２】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、相互接続された気孔は、コンピュータ支援設計により画定された人工的なランダム性を有する。
【００２３】
上述のいずれかの実施例のうちのさらなる非限定的な実施例において、相互接続された気孔は、コンピュータ支援設計により画定された予め決められたパターンを有する。
【００２４】
当業者には以下の詳細な説明から本開示のさまざまな特徴および利点が明らかとなるであろう。詳細な説明に付随する図面については、以下に簡単に説明できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例のダンパシステムを示す図。
【図２】格子ネットワークの実施例の人工的にランダムな形状を示す図。
【図３】ダンパ部材を作成する実施例の方法を示す図。
【図４】ダンパ部材を作成する別の実施例の態様を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、非構造／非荷重軸受構成要素として使用することができる、実施例のダンパシステム２０の選択された部分を示す。理解されるように、ダンパシステム２０を説明の目的で一般的な形状で示しているが、特定の用途に適合した形状で設計することもできる。限定される訳ではないが、ガスタービンエンジン、ロケット、自動車、または調整された振動減衰によって利益が得られるであろう任意の他の用途などのさまざまな異なる用途にダンパシステム２０を使用することができることを理解されたい。
【００２７】
この実施例では、ダンパシステム２０は、減衰のための目標の振動モード２２を有する。目標の振動モード２２は、任意の特定のモードに限定されないが、与えられた用途における振動ノイズまたは他の望ましくない振動数に対応することができる。
【００２８】
ダンパシステム２０はさらに、目標の振動モード２２に調整されるダンパ部材２４を備える。ダンパ部材２４は、第１の材料の格子ネットワーク２６を備える。格子ネットワーク２６は、相互接続された気孔２６ａを備える。相互接続された気孔２６ａには、異なる第２の材料のマトリックス２８が完全に、または少なくとも部分的に充填されている。格子ネットワーク２６は、第１の音響インピーダンスを有し、マトリックス２８は、異なる第２の音響インピーダンスを有する。
【００２９】
格子ネットワーク２６およびマトリックス２８それぞれの第１および第２の材料の組成および量は、格子ネットワーク２６およびマトリックス２８の形状と共に、目標の振動モード２２に従って音響減衰を調整するように選択される。本開示で使用する「調整される」という用語およびその変形例は、特定の目標に対して調節される特性減衰モードに関連する。すなわち、特定の目標の振動モードに「調整される」ダンパは、目標の振動モードの音響減衰を向上させるように目標の振動モードに従って調節されている。
【００３０】
音響減衰は、材料内の振動伝播のエネルギー損失の程度である。音響減衰の機構の１つは、振動が伝播する材料内の熱散逸である。格子ネットワーク２６およびマトリックス２８に異なる材料および相対量を提供し、異なるインピーダンスを持たせることで、音響減衰を調整することができる。また、格子ネットワーク２６およびマトリックス２８の構造は、伝播する振動が格子ネットワーク２６およびマトリックス２８に遭遇する際の音響散乱によって音響減衰をさらに向上させることができる。従って、材料の選択と組み合わせて、ダンパ部材２４をさらに調整するために形状の選択を用いることができる。
【００３１】
実施例として、格子ネットワーク２６の第１の材料は、金属材料であり、マトリックス２８の第２の材料は、異なる金属材料またはポリマー材料である。一実施例では、ポリマー材料は、ダンパ部材２４の所望の音響減衰を実現するために第１の材料に対して第２の材料の音響インピーダンスを調節するように、セラミック粒子、金属粒子、またはこれらの組み合わせなどの粒子を含む。
【００３２】
格子ネットワーク２６の形状も、目標の振動モード２２に従ってダンパ部材２４を調整するように選択される。例示的な実施例では、格子ネットワーク２６は、予め決められたパターンを有する。図示の予め決められたパターンは、メッシュ構造である。代替として、図２に示すように、格子ネットワーク２６’は、人工的にランダムな形状を有する。すなわち、格子ネットワーク２６’の、従ってまた相互接続された気孔２６ａのランダム性は、格子ネットワーク２６’の形成中に自然に決定されず、その代わりに、ランダムなパターンまたは数の発生器などによって格子ネットワーク２６’の形成前に決定され、次いで、以下に述べるコンピュータ支援設計（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）（ＣＡＤ）および付加粉末形成技術を用いて、格子ネットワーク２６’によって採用される。特に、コンピュータ支援設計により画定される形状を、ダンパ部材２４の音響減衰を調整するように目標の振動モード２２に従って適合させることができる。
【００３３】
図３は、ダンパ部材２４を作成する方法４０を示す。方法４０は一般に、形成ステップ４２および堆積ステップ４４を含む。形成ステップ４２は、付加粉末形成技術を用いて第１の材料の格子ネットワーク２６を形成することを含む。堆積ステップ４４は、相互接続された気孔２６ａ内に異なる第２の材料のマトリックス２８を堆積させて、目標の振動モード２２を減衰させるように調整された音響減衰内にダンパ部材２４を形成する。
【００３４】
付加粉末形成技術は、粉末材料の複数の層を互いの上に堆積させ、次いで、ダンパ部材２４の特定の断面に関するデータに関連してこれらの層を互いに選択的に融合させることを含む。通常、気孔または多孔質構造の形成は、所望の形状を形成するように制御するのが困難な発泡剤および同様のものなどの使用からの変動を受ける。しかしながら、付加粉末形成技術は、目標の振動モード２２に従って詳細に選択される形状を有する格子ネットワーク２６の形成を可能にする。従って、ダンパ部材２４の音響減衰を適合させるように、図１に示すようなパターン構造、または図２に示すような人工的にランダムな構造を作成するために付加粉末形成技術を用いることができる。
【００３５】
さらなる実施例として、付加粉末形成技術において複数の層を互いに融合させることを制御するために使用されるデータは、コンピュータ支援設計データである。従って、格子ネットワーク２６の形状は、コンピュータ支援設計データにより画定される形状に対応する。
【００３６】
格子ネットワーク２６の相互接続された気孔２６ａ内へ第２の材料を堆積させるために使用する堆積技術を、第２の材料に選択される組成に基づいて選択することができる。例えば、トランスファー成形、射出成形、鋳造、含浸、溶融浸透、蒸着、または他の技術を用いることができる。
【００３７】
さらなる態様では、図４もダンパ部材２４を作成する方法５０を例示する。この実施例では、方法５０は、特定ステップ５２および調整ステップ５４を含む。特定ステップ５２は、減衰させる目標の振動モード２２を特定することを含む。目標の振動モード２２は、予め画定された振動モード、または、例えばコンピュータ化された解析によって決定される振動モードとすることができる。
【００３８】
調整ステップ５４は、目標の振動モード２２に従ってダンパ部材２４の音響減衰を調整することを含む。音響減衰は、マトリックス２８の音響インピーダンスを選択することに対応して格子ネットワーク２６に音響インピーダンスを選択することによって調整される。一実施例では、格子ネットワーク２６およびマトリックス２８の音響インピーダンスの調整は、上述したように、格子ネットワーク２６およびマトリックス２８に異なる材料を選択することを含む。予め決められたパターンメッシュまたは人工的にランダムな形状など、格子ネットワーク２６の形状の選択によって、目標の振動モード２２に対してダンパ部材２４の音響減衰をさらに調節することができる。
【００３９】
例示の実施例において特徴の組み合わせを示しているとはいえ、本開示のさまざまな実施例の利益を得るためにこれらの特徴の全てを組み合わせる必要はない。すなわち、本開示の実施例に従って設計されるシステムは、図の任意の１つに示される特徴の全て、または図に概略的に示される部分の全てを必ずしも含まない。さらに、１つの例示的な実施例の選択された特徴は、他の例示的な実施例の選択された特徴と組み合わせることができる。
【００４０】
上記の説明は、本質的に限定ではなく例示である。本開示の本質から必ずしも逸脱しない、開示の実施例に対する変更および修正が、当業者には明らかとなり得る。本開示に与えられる法的保護範囲は、添付の特許請求の範囲を検討することでのみ決定可能である。
【図１】
0006357150.tif 000002
【図２】
0006357150.tif 000003
【図３】
0006357150.tif 000004
【図４】
0006357150.tif 000005