(57)【要約】【課題】制振性能が向上された制振カバー装置を提供する。【解決手段】制振カバー装置は、振動と熱を発生する振動源に対して間隔をあけて配置され、振動源からの振動と熱との放散を抑制べく用いられる制振カバー装置であって、該振動源の熱遮蔽領域に対応した立体形状に加工された弾性変形可能な金属製薄板材から構成され、該薄板材は、実質的に、Ａｌ：含有量６〜１０重量％と残部Ｆｅとを含んで構成される制振合金体を含んで構成されるていることを特徴とする。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動と熱を発生する振動源に対して間隔をあけて配置され、振動源からの振動と熱との放散を抑制べく用いられる制振カバー装置であって、
該振動源の熱遮蔽領域に対応した立体形状に加工された弾性変形可能な金属製薄板材から構成され、
該薄板材は制振合金体を含んで構成され、前記制振合金体はＡｌとＦｅを含み、前記Ａｌの含有量が６〜１０重量％である
ことを特徴とする制振カバー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例として内燃機関の排気管など振動と熱を発生する振動源に対して用いられ、振動源に対して制振作用及び遮熱作用を実現する制振カバー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような振動を発生する対象物の一例として内燃機関が挙げられる。内燃機関本体や、内燃機関に接続されたエキゾーストマニホールド（以下、エキマニと略記）などの排気系からは、熱や騒音、振動などが外部に放散されている。このような内燃機関本体や排気系などの振動源から振動が外部に無闇に放散される事態を防止するために、従来から、上記振動源に対してインシュレータなど各種のカバーが用いられている。
【０００３】
図６（１）は下記特許文献１に記載されている典型的な従来技術のエキゾーストマニホールドインシュレータ（以下、インシュレータ）１の斜視図であり、図６（２）及び同図（３）は、図６（１）の各切断面線A―A、C―Cから見た各断面図である。以下、図６を参照して、インシュレータ１について説明する。
【０００４】
インシュレータ１は、内燃機関のエキマニに取り付けられて、エキマニを覆っている。インシュレータ１は、ほぼ平坦な前面部１ａとそれから折れ曲がって、内燃機関のシリンダヘッド側に延びる側壁部１ｂとを有する。インシュレータ１は、図６（２）及び同図（３）に示される２枚の鋼板１Ａ、１Ｂの重ね合わせからなり、スリット２の縁の少なくとも１つの適宜の位置で、２枚の鋼板の一方が他方の鋼板に対して折り返し部２ｃで折り返されている。この折り返しによって２枚の鋼板１Ａ、１Ｂの結合の強化が図られる。
【０００５】
この従来技術のインシュレータ１は、２枚の鋼板１Ａ、１Ｂを重ね合わせた構成により、内部を毎分数千回の周波数で脈動する高温の排気ガスが通過するエキマニから発生する前記周波数の振動が、周囲に無闇に放散されないように作用している。
【特許文献１】特開平１０−２６６８５０号公報（第８段落〜第１１段落、及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来技術のインシュレータ１は、前述したように２枚の鋼板１Ａ、１Ｂが重ね合わされた構成であり、比較的重量が重いという問題点がある。また、エキマニから伝播される振動によってインシュレータ１が面振動を生じ、振動周波数がインシュレータ１の共振周波数と一致する場合は、インシュレータ１自身が騒音源になってしまうという問題点がある。
【０００７】
また、近年の内燃機関やエキマニは、軽量化の点から軽合金化、薄肉化が図られている。従って、インシュレータに関しても、軽量化が求められていると共に、一層の制振性能の向上も求めらている。
【０００８】
これらの点に鑑み、本件発明者は、前記インシュレータにおける制振作用を実現するメカニズムと、そのメカニズムに適合する材料を研究した結果、後述する本件発明に到達したものである。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決しようとして成されたものであり、その目的は、制振性能と遮熱性能が向上されると共に、軽量化、低コスト化を図ることができる制振カバー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用について説明する。請求項１記載の発明の制振カバー装置は、振動と熱を発生する振動源に対して間隔をあけて配置され、振動源からの振動と熱との放散を抑制べく用いられる制振カバー装置であって、該振動源の熱遮蔽領域に対応した立体形状に加工された弾性変形可能な金属製薄板材から構成され、該薄板材は制振合金体を含んで構成され、前記制振合金体はＡｌとＦｅを含み、前記Ａｌの含有量が６〜１０重量％である振動と熱を発生する振動源に対して間隔をあけて配置され、振動源からの振動と熱との放散を抑制すべく用いられる制振カバー装置であって、該振動源の熱遮蔽領域に対応した立体形状に加工された弾性変形可能な金属製薄板材から構成され、該薄板材は、実質的に、Ａｌ：含有量６〜１０重量％と残部Ｆｅとを含んで構成される制振合金体を含んで構成されるていることを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明の制振カバー装置が上述の構成を有することにより、本発明において、以下の作用が実現される。本発明に含まれる制振合金体は強磁性材料であり、その主要な振動減衰機構の一つは、磁壁の非可逆移動に伴う磁気的・機械的履歴損失による振動抑制作用によって実現される。
【００１２】
また、このような制振合金体は、構造用炭素鋼の７〜１０倍の制振性能を有し、この制振性能は室温から約３００℃付近に至るまで低下しないことが確認されている。また、強度は鉄鋼材料と同程度であり、加工性も鉄鋼材料と同程度であることも確認されている。従って、板状或いは棒状などに加工が可能である。比重は６．８程度であり鉄よりも軽い特性を有していることが確認されている。
【００１３】
また、本発明によれば、このような薄板材は、前述したように加工性が鉄鋼などと同様に良好であり、薄板材をプレス加工するなどして、所望の制振カバー装置形状に加工する場合、前記波形形状が伸縮することにより、波形形状が形成された薄板材の加工における延び代が、平板形状の薄板材と比較して格段に大きくなる特性と相まって深絞りなど、多様な加工が可能になる。これにより、加工性が平板形状の薄板材と比較して格段に向上される。
【００１４】
これにより、前記薄板材自身の前記磁気的・機械的履歴損失による制振作用により、制振カバー装置の振動を抑制することができ、制振カバー装置の振動に起因する騒音やクラックなどの発生を防止することができ、制振カバー装置の品質を格段に向上することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の制振カバー装置は、上述した制振合金体を含んで構成されるので、制振性能が格段に向上され、また、格段の軽量化を図ることができる。また、制振対象物の形状に対応して、深絞り加工など各種の加工が可能であり、生産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を、発明を実施するための最良の形態である下記の実施形態に沿って説明する。但し、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、技術分野、材料、製法、形状、或いは構造に関して、本発明の精神を逸脱しない範囲で広範な変形例を含むものである。
【００１７】
（実施形態）
本発明を実施形態について以下に説明する。図１〜図５に本発明の実施形態を示す。図１は実施形態の金属製カバー１をエキマニ３に装着した状態の正面図であり、図２は図１の切断面線Ｘ２−Ｘ２から見た断面図であり、図３は本実施形態の制振性能を説明するグラフであり、図４は本実施形態の及び既存技術の制振性能を示すグラフであり、図５は損失係数の温度変化を示すグラフである。
【００１８】
以下、図１及び図２を参照して、制振カバー装置である金属製カバー１の概略について説明する。一例として、自動車のエンジン２などの内燃機関のエキゾーストマニホールド（以下、エキマニ）３には、内燃機関の燃焼室から例として６００〜７００℃の高温で毎分数千サイクルの周波数で脈動する燃焼排ガスが通過するため、エキマニ３自身も高温になり高温の熱輻射を発生する熱源となり、また、エンジン２内での燃料の爆発音、燃焼排ガスのエキマニ３内の通過などに起因する騒音を外部に放散する振動源となる。ここで、上記エンジン２及びエキマニ３のいずれもが本発明の騒音振動源であるが、以下の実施形態ではエキマニ３を振動源の一例として説明する。
【００１９】
本実施形態では、エキマニ３からのこのような振動を可及的に抑制するために、後述される構成と立体形状を有する金属製カバー１がエキマニ３を覆う態様に設置される。本実施形態の金属製カバー１は、後述されるＦｅ−Ａｌ合金材料（以下、制振合金体）から実質的に形成される。
【００２０】
本発明は、以下の実施形態で説明される自動車用の金属製カバー１に対して、上記制振合金体を採用し得ることに関する知見を基礎にして実現されたものである。例として、サンドイッチ鋼板などの制振金属は周知の制振材料であるが、複数種類の材料を組合せて構成されるサンドイッチ鋼板などの構造体は、金属製カバー１には採用し得ない。これは、自動車のエキマニ３に装着される金属製カバー１が、例として６００℃程度など、高温になるからであり、また、エキマニ３から数千サイクル毎分などの高い周波数で比較的大きな振幅の振動が伝達されるからである。
【００２１】
即ち、サンドイッチ鋼板などを金属製カバー１に採用すると、上記熱や振動などで、サンドイッチ鋼板などに備えられている例として無機繊維などからなる制振層が熱破壊、疲労破壊を生じ、使用に伴って次第に脆くなり粉末化して金属製カバー１から脱落することになる。これにより、金属製カバー１から制振性及び遮熱性が失われる。
【００２２】
また、制振材料としてのＦｅ−Ａｌ合金材料も知られているが、このようなＦｅ−Ａｌ合金材料に関する既存の知見によれば、熱や振動に関する耐久性、即ち、Ｆｅ−Ａｌ合金材料をエキマニ３近傍などの熱的及び振動的に過酷な環境で使用可能であるかどうかの知見は知られていない。本発明は、Ｆｅ−Ａｌ合金材料が、このような熱的及び振動的に過酷な環境下であっても使用可能である特性を発見し、新規な制振カバー装置を発明するに至ったものである。
【００２３】
この制振合金体は、Ａｌ含有率が６〜１０重量％であり、その他、Ｆｅおよび不可避的不純物（Ｓｉ０．１重量％以下；Ｍｎ０．１重量％以下；その他Ｃ、Ｎ、Ｓ、Ｏなど併せて０．１重量％以下）を含んで構成される。また、制振合金体の結晶の平均粒径は３００〜７００μｍの範囲内にあるように後述するように製造される。また、この制振合金体は比重が６．８程度であることが本件発明者によって確認されている。
【００２４】
このような制振合金体は強磁性材料であり、外部から加えられた振動により、磁壁の非可逆移動に伴う磁気・機械的履歴損失によって振動減衰機構を実現することができる。これにより、金属製カバー１に伝達される振動の程度が格段に抑制される。従って、金属製カバー１における振動の振幅を抑制することができる。これにより、当該金属製カバー１の振動に起因して、金属製カバー１から発生される振動や騒音の発生を防止することができ、また、金属製カバー１の屈曲部などにおける金属疲労の増大と損傷という不具合を防止することができる。
【００２５】
前記制振合金体は、以下のようにして製造することができる。まず、製造後の合金中のＡｌ含有量が所定値となる割合に予め調整したＡｌとＦｅ素材とを、窒素および酸素の侵入を防止するために、０．１〜０．０１Ｐａ程度の減圧下で溶融した後、鋳型に流し込んで、Ｆｅ−Ａｌ合金鋳塊を得る。次いで、得られた合金鋳塊を圧延、鍛造などの塑性加工と機械加工により、所定の形状の塑性加工材に仕上げる。
【００２６】
次いで、得られた塑性加工材を７００〜１０００℃程度の温度に３０分〜２時間程度保持して、焼き鈍し処理する。焼き鈍し処理時の温度および時間は、合金の組成、最終製品である金属製カバー１の形状と関連する塑性加工条件などを考慮して、上記の範囲から適宜選択する。
【００２７】
次いで、得られた焼き鈍し材を、所定の保持温度から６００度までの温度域における冷却速度を、一例として２０度／分以下（好ましくは１０度／分以下、さらに好ましくは１〜５度／分程度）として、徐冷する。６００度未満の温度域では、自然冷却（放冷）を行えば良い。
【００２８】
このようにして、制振合金体の塑性加工による内部歪みが除去され、結晶の平均粒径が３００〜７００μｍである制振合金体が得られる。結晶の平均粒径は、合金組成に応じて、焼き鈍し処理時の温度および時間、徐冷速度などにより、制御することができる。
【００２９】
例えば、前記塑性加工材を８５０度で１時間保持した後、８５０〜６００度の温度域での冷却速度を５度／分として徐冷することにより、結晶粒径５００〜７００μｍ程度の材料が得られる。この様な材料は、内部摩擦が大きいので、その制振性能はより一層改善される。
【００３０】
また、金属製カバー１の振動モードの最低次の固有振動数が、金属製カバー１の共振周波数と合致する場合でも、本実施形態において、金属製カバー１の振動が格段に抑制されるので、上記共振によって、金属製カバー１に高い応力が発生する事態が防止され、金属製カバー１における疲労破壊を防止することができる。更に、同様な理由により、金属製カバー１が上記共振により大きな騒音を発生する事態を防止することができる。
【００３１】
図２に示されるように、金属製カバー１は、前記制振合金体からなる板厚０.１ｍｍの薄板材４から構成され、図１及び図２に示されるように、エキマニ３の外観形状に沿って、立体形状に形成される。本実施形態によれば、このような制振合金体自身の磁気的制振作用により、本実施形態の金属製カバー１の振動を各段に抑制することができ、金属製カバー１のクラックの発生を防止することができ、金属製カバー１の品質を格段に向上することができる。
【００３２】
プレス加工で製造される金属製品、一例として自動車部品は、鉄材やステンレス材を材料とするものが多い。これら鉄材やステンレス材は、比較的強度が高い点で使用頻度が高い。これに対し、本実施形態では、制振合金体からなる薄板材４がステンレス鋼の延性、展性と同等な加工性を有し、更に制振合金体自身の延性、展性により加工性が更に向上される。即ち、深絞り加工を含むプレス加工を行う場合でも、従来の鉄素材と同等以上の加工性を有することが確認された。これにより、金属製カバー１の材料として、上記制振合金体を用いることが可能であることが確認でき、制振性の向上に加え、軽量化と加工性が改善された金属製カバー１を実現することができる。
【００３３】
このような薄板材４をプレス加工するなどして、金属製カバー１の制振カバー装置形状に加工する場合、薄板材自身が鉄材と同等な延性及び展性を有していることが確認されている。これにより、本実施形態の制振合金体により、鉄材と同等な加工性が確保される。
【００３４】
更に、本実施形態において、前述したように、金属製カバー１の不所望な変形や割れの発生が防止されるので、これを達成するために、金属製カバー１を構成する薄板材４の板厚を大きくしたり補強部材を追加したりして、金属製カバー１の剛性を増大させたり、金属製カバー１のエキマニ２に対する支持個所を増大させたりする必用が解消される。
【００３５】
これにより、金属製カバー１の剛性を増大させたときに想定される金属製カバー１の重量の増大による支持個所付近での割れの可能性の増大や、金属製カバー１の支持個所を増大させた際に想定される熱歪による割れの発生を防止することができる。これらの点でも金属製カバー１の信頼性が格段に向上される。
【００３６】
図３は金属製カバー１の制振作用を説明するグラフである。以下、図３を併せて参照して、金属製カバー１の制振作用について説明する。本件発明者は、本実施形態の金属製カバー１の制振作用を確認するために、鋼板、ステンレス鋼板、ＦＲＰ板、サンドイッチ鋼板、及び本実施形態の金属製カバー１について、振動を加えた場合の振動の減衰係数の計測を行った。その結果が図１０のグラフに示されている。
【００３７】
この計測によれば、図３において領域Ｐで示される本実施形態の金属製カバー１の振動減衰係数は、鋼板、ステンレス鋼板、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）板及びサンドイッチ鋼板のいずれよりも大きい範囲に属することが確認された。従って、異種材料の積層構造を有するサンドイッチ鋼板や、内部に無機繊維を含有するＦＲＰ、内燃機関のカバー類の材料として多く用いられている鋼板、ステンレス鋼板などのいずれよりも大きな振動減衰係数を有しており、制振性能に関して従来技術よりも格段に向上されていることが確認された。
【００３８】
図４は本実施形態の金属製カバー１の制振性を確認するために、本実施形態の金属製カバー１、板厚０．５ｍｍの単層アルミメッキ鋼板を用いたサンドイッチ鋼板、板厚０．５ｍｍの単層アルミ板、金属製カバー１、板厚０．３ｍｍと０．１２５ｍｍの平板アルミ板の積層アルミ板の各損失係数ηを室温で計測した結果を示すグラフである。各材料毎の損失係数を図７の表１に示す。
【００３９】
図７の表１及び図４から、室温において、本実施形態の金属製カバー１の制振性能は、前記単層アルミメッキ鋼板、単層アルミ版、積層アルミ板のいずれよりも高いことが確認された。
【００４０】
図５は本実施形態の金属製カバー１に関連して、各種材料の振動に関する損失係数ηの温度変化を計測した結果を示すグラフである。計測温度範囲は室温と約２５０℃の間であり、金属製カバー１の計測結果を曲線ｇ１で示し、板厚０．５ｍｍのアルミメッキ鋼板の計測結果を曲線ｇ２で示す。曲線ｇ３は、後述する他の実施形態で参照される。
【００４１】
この計測結果によれば、本実施形態の金属製カバー１の損失係数は、約１００℃付近より下方の温度範囲ではアルミメッキ鋼板の損失係数よりも低いが、約１００℃付近を超える温度範囲では、アルミメッキ鋼板の損失係数よりも格段に向上し、しかも１００℃を超える範囲では損失係数がほぼ一定であることが確認された。従って、金属製カバー１を、例として自動車のエンジンなどのような熱を発生する振動源に対して用いる場合、エンジンの稼動下において、良好な制振性を示すことが確認された。
【００４２】
本実施形態において、上記金属製カバー１は、１枚の薄板材４のみから構成される場合だけでなく、制振合金体からなる薄板材４に、やはり制振合金体からなる異厚の薄板材を積層する場合を含み、更に、制振合金体からなる薄板材４に、他種の金属シートを積層する場合を含む。更に、制振合金体からなる薄板材４に、各種ゴム類やエンジニアリングプラスチックなどの合成樹脂類シートを積層した場合も含むものである。
【００４３】
また、本件発明者は、本実施形態の金属製カバー１ａに関して、振動に関する損失係数の温度変化を計測した。計測結果は、前述した図５の曲線ｇ３に示されている。図５の曲線ｇ１〜ｇ３を比較すると、本実施形態の金属製カバー１は、室温から約２５０℃の計測温度範囲において、前記アルミメッキ鋼板や前記第１実施形態の金属製カバー１よりも格段に良好な制振性を示すことが確認された。
【００４４】
これにより、既存のアルミメッキ鋼板から製造されたカバー類よりも格段に高い制振性を実現する金属製カバー１は重量を格段に軽量化することができるので、金属製カバー１のエキマニ３への取り付け箇所を削減することができる。従って、取り付け用のボルト３１の本数や、金属製カバー１の取り付け部位の数を削減することができ、金属製カバー１の構成を簡略化することができる。これにより、製造工程を簡略化できると共に製造コストをも削減することができる。また、金属製カバー１ａの軽量化を図ることができるので、振動に伴う前記エキマニ３への取りつけ部位の疲労による破損などを抑制することができる。
【００４５】
また、金属製カバー１は、軽量化されているので、エキマニ３に対する取り付け部位数や取り付けボルト数を削減することができるので、リサイクルを行う際に、金属製カバー１、１ａをエキマニ３から取外す作業が格段に容易になる。この点でリサイクルの工数を格段に削減することができる。
【００４６】
本発明は、上記各実施形態の例に権利範囲を限定されるものではなく、本発明の精神逸脱しない範囲で広範な変形例を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、実施形態で説明された自動車のエキゾーストマニホールド用のカバーに限らず、自動車のアンダーカバー、排気系のカバーなど、熱と振動の少なくともいずれかの遮蔽を必要とする産業分野で広く実施することができる。また、本発明は、自動車用途に限定されず、熱や振動を発生する振動源に対して、放散される熱や振動を抑制する広範な産業分野において、実施されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態の金属製カバー１をエキマニ３に装着した状態の正面図である。
【図２】図１の切断面線Ｘ２−Ｘ２から見た断面図である。
【図３】金属製カバー１の制振作用を説明するグラフである。
【図４】金属製カバー１の損失係数を示すグラフである。
【図５】金属製カバー１の損失係数の温度変化を示すグラフである。
【図６】従来技術の斜視図である。
【図７】表１の図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  金属製カバー
３  エキマニ
３１  ボルト
Ａ１  第１方向
Ａ２  第２方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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