振動騒音問題解決の定石へのTRIZ応用試行
動力学理論とTRIZ原理の関連付け

石濱 正男
神奈川工科大学・自動車工学センター長・教授(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

日本TRIZ協会主催 第4回TRIZシンポジウム (2008.9.10-12、ラフォーレ琵琶湖)

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乗客から寄せられる症状
言語表現
こもる
圧迫するような
ゴロゴロ感
ゆらゆらする
キンキン音
チッチッ音
*****

問題の明確化
一般化された振動騒音問題

お客様言葉から技術用語への変換表

声を使った真似(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

周波数領域別低、中、高
時間に対する依存性
一定周波数
連続的にゆっくりと周波数変化

間欠的音質による分類
モノトーン
高調波成分を含むランダム音
運転条件による分類
車速
エンジン速度
エンジン負荷日本TRIZ協会主催 第4回TRIZシンポジウム (2008.9.10-12、ラフォーレ琵琶湖)

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目標性能

投入技術・対策手法

ﾄﾚﾝﾄﾞ

剛性・減衰・重量加振力低減モードチューン

ﾚｰﾀﾞｰ
ﾁｬｰﾄ

現象モデル

予測方法

ｽﾍﾟｸﾄﾙfm１m2

実験評価方法単品・ｻﾌﾞｱｯｾﾝﾌﾞﾘ加振ユニット実機台上
実車走行
開発資源

￥計算（マスばね、有限要素etc.）
大日程
データﾍﾞｰｽ

投入人員推移性能計画図 主要な現象毎に作成(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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目標性能の例 (エンジン騒音)• 色々な運転状況に応じて、人間の振動・音響感覚と関連して決める。の例

スペクトル密度

車体遮音からの上限
加速時音質での上限
放射騒音での上限周波数、Hz(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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振動騒音現象のモデリング例
加振源

感性評価
放射系

伝達系
• エンジン振動から乗員の耳までの振動騒音シ
ステムモデル(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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加振源から人間までの長い連鎖
加速時の室内騒音の発生メカニズム

問題解決にはシス
テム的思考が必要

パワープラント

燃焼
圧力

慣性力

感性工学を定量的設計に
車体・トリム系

駆動・シャシ系

人間

シリンダ
ヘッド
ピストン
コンロッド

クランク
シャフト

排気系

シリンダ
ブロック
トランス
ミッション

アクティブ制御技
術も切り札になる(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

エンジン
マウント
ドライブ
シャフト

車体
骨格

車体
パネル

遮音材

吸音材

車室空間

サスペンション

高度信号処理技
術による伝達経路の分析能力がキー

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リサイクルできる素材開発・音響設計が必要

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オーソドックスにTRIZを振動騒音問
題解決に使ってみたときの問題• 次の２箇所が難しい。
１）問題（現象）から技術的な矛盾への絞り込み
２）発明原理から具体的な解の導出
問題の定義
技術的な矛盾
発明原理
工業的実現可能な解(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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TRIZを振動騒音問題へ適用するときのちょっとした修正
振動騒音特有の枠組みに、症状によって問題を分類する問題を「伝達関数」によって一般化して再定義

振動騒音特有の一般解（応用例による説明付き）
エンジニア（発明者）による具体的解決案(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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振動騒音特有の枠組みに、症状によって問題を分類する• 次のような質問に答えることにより、問題を分類する。
1. 振動問題か音響問題か？
2. 周期性の有無？
3. 連続的または間欠的現象？

7 x 2 =14カ
テゴリーに分類される

4. 周波数は一定？
5. 対象は剛体か柔軟性あり？
6. 系から系への伝達問題？
7. 主観的な評価を含むか？
(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

一般化された振動騒音問題

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9伝達関数による一般化振動騒音問題の記述
Y (ω ) = H man (ω ){H machine (ω ) F (ω ) + G (ω )Yinitial (ω )}1H machine (ω ) = ( )K 1 − (ωϕiϕoϕiϕoωr) 2 + j 2ζ (ωωr1)=(2M ωr 1 − (ω)ϕiϕoωr) 2 + j 2ζ (ωωr )局所パラメータ： 入力点、応答点のモード関数{}

2ωMω 1− () + j 2ζ (ω )ωrωr2rグローバルパラメータ： 入力点の等価質量、固有振動数と入力振動数の比、減衰比によって決まる(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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振動騒音問題の一般解の分類
グローバル

2. 自由度の増加

局所

3. モード形変更

構造設計関連1. 質量、減衰などのパラメータ設計

8. 回転の利用
9. 加振力振幅減少

4. バランシング

加振力の修正システム間の結合

5. 干渉
6. 加振力の立ち上がり
感性工学(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

7. 加振周波数

10. 音響放射効率
11. 伝達損失
12. 心理音響

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振動騒音一般解の例• 分類１： １自由度振動系（またはその等価系）のパラメータ変化に着目した解.
N o.
1

振動騒音問題の一般解
１自由度振動システムとしてのパラメータ修正1 -1

流体の粘性を利用した可変減衰1 -2

電気粘性流体の利用
電気回路と組み合わせて、ある周波数にチューニングされた電磁ダンパー構造のサイズ縮小による剛性向上と固有振動数構増加
皿ばねによる、荷重の支持と低ばね定数の実現

1 -3
1 -4
1 -5

(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

応用例

自動車用サスペンションに組み込まれた回転バルブ式可変オリフィス
オリフィスに正負の電極を配置した流体封入エンジンマウント
耐震減衰機、自動車用アクティブ動吸振器
２分割プロペラシャフト、フライホイールをばねで分離したクランク軸.
自動車用サスペンションの車体への取付け

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12一般解 1-1 の応用例

• 可変オリフィス断面積による流体減衰の制御(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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一般解 1-2 の原理SNS• 電磁誘導による減衰力発生と、同調のための電子回路(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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14一般解1-5 の原理
CA
FpF

LoadBFnABCStroke• 皿ばねにより、荷重を支持しつつ、低いばね定数を得て、防振効果を得る(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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一般解 1-6 の原理

Load

B

A

Neutral zone

Spring A+B
Spring A
Spring B

Strokeパンタグラフとばねの組み合わせで、低ばね特性を得る(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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一般解 3-1の原理By extending the member
the overhanging gives
reaction force as if there
were an actuator.

ActuatorMoving vibration nodes to supporting points(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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駆動力

制御なし

一般解5-4

振動をキャンセルするための入力

車両前後方向加速度位相が遅れて入る振動制御された状態

制御無しのときの振動
Time, s

位相を遅らせた入力を加えて、アクセル踏み込み時の前後振動を抑制(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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一般解 10-1 の原理
単純な振動モードでは音響放射効率が高い△板を伝わる振動速度が高い
干渉効果+△-+-△

複雑なモードになり放射効率低下△

板を伝わる振動速度を遅くする(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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一般解 12-2 の応用例
単一周波数の音からランダムな音への変更
タイヤのトレッドパターンをランダムピッチに変更
周期的成分の強さ「トーナリティ」
は音質悪化を招くことがある。

SPL,dB

等間隔ピッチによる単一周波数不等間隔ピッチによるランダム音
Frequency, Hz(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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結論• 従来からの振動・音響理論を整理し、TRIZの原理と組み合わせ、効率よく振動騒音問題の一般解に到達する方法を考案した。
• 振動理論でよく使われる「伝達関数」で問題を整理すると、加振源対策、伝達系（構造系）、放射系、人間系のように分けて対策案導きやすい。
• 振動騒音問題の一般解を１２分類に分けて整理し、将来の逆引き事典の基礎を築いた。

(C) 石濱正男 2008 『TRIZホームページ』掲載 2009.12.31

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