JP7794436B2 - 板状弾性体型消音装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調装置の冷媒配管、排気管等に挿入される板状弾性体型の消音装置に関する。

車両用空調装置において、コンプレッサの機械騒音や冷媒のキャビテーションによる騒音が配管を介してエバポレータに伝わり、吹出口からドライバに伝わるか、あるいは、配管の途中でエンジンルームの空間を介して車体経由でドライバに伝わる。このため、車両用空調装置の配管には、マフラー型のサイレンサが介設されたり、内挿型のサイレンサが挿入されている。マフラー型のサイレンサは、大型で重く、ろう付けによるコストアップが生じるため、近年では、内挿型のサイレンサが多く採用されている。

例えば、特許文献１には、内管の外面に、らせん状のフィンを設けたものが記載されている。これは、内外の流路長の差により位相差が生じて、音の干渉を引き起こし、消音効果が生じるが、流路長の調整が困難である。

特許文献２には、管状の本体に挿入される消音器であって、該消音器と本体との間に共鳴器チャンバが設けられ、本体の流路が接続チャンネルを介して共鳴器チャンバに接続された消音器が記載されている。また、特許文献３には、内側部材を包囲する外側部材をベローズとし、内側部材と外側部材との間にキャビティが形成され、内側部材の開口がキャビティに開放している吸音装置が記載されている。これらは、いずれも共鳴型で、共鳴周波数が共鳴器の形状で決まるので、音源の周波数に応じた調整が困難である。

欧州特許公開公報ＥＰ２１３８７５０Ａ１ 特許第５７８５１７３号公報明細書 特開２００５－８４６９３号公報

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、製造が簡単であり、周波数に応じた調整が容易な消音装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、
（１） 流体が流れる主管に取り付けられる消音装置であって、
板状基部に、第１方向に延びる複数の第１リブと、隣接する前記第１リブの間で前記第１方向に直交する第２方向に延びる第２リブとを設けた板状弾性体が、前記第１リブと前記第２リブとを外側にし、かつ、前記第１リブを軸方向に向けて筒状に曲げた状態で、前記主管の内側に挿入され、
前記板状弾性体の弾性により、前記第１リブと前記第２リブとが前記主管の内面に密着し、
前記主管の内面と、前記板状弾性体の前記板状基部との間に、前記第１リブと前記第２リブで囲まれた消音空間が形成されていることを特徴とする。

この特徴の消音装置では、主管の上流側から、筒状の曲げられた板状弾性体の内側に進入した流体は、板状弾性体の内側を通過して、主管の下流側に流出する。主管と板状弾性体の板状基部とで囲まれた消音空間に進入した音波は、消音空間で消音される。
この特徴により、予め第１リブと第２リブとを設けた板状弾性体を筒状に曲げて主管に挿入するだけで、板状弾性体の第１リブと第２リブとが主管の内面に密着するので、消音装置の製造が容易である。

（２） 前記消音空間は、前記板状基部の軸方向の端縁で開口する出入口を有するサイドブランチチャンバであることが好ましい。
（３） 前記板状弾性体の軸方向の端縁が第３リブにより閉塞され、
前記消音空間は、前記第２リブ又は前記第３リブの近傍で前記板状基部に出入口が形成されたサイドブランチチャンバであることが好ましい。
（４） 前記隣接する前記第１リブの間で、前記第２リブが２つ対向して設けられ、
前記消音空間は、前記隣接する第１リブと、前記２つの第２リブとで囲まれ、前記板状基部に開口を有する共鳴チャンバであることが好ましい。
（５） 前記板状弾性体の軸方向の端縁が第３リブにより閉塞され、
前記消音空間は、前記隣接する第１リブと、前記第２リブと、前記第３リブとで囲まれ、前記板状基部に開口を有する共鳴チャンバであることが好ましい。
このように、第２リブ及び／又は第３リブを追加して、板状基部に出入口や開口を形成することで、サイドブランチチャンバを形成したり、共鳴チャンバを形成したりすることができる。また、騒音の周波数に応じて、第２リブの位置を変えることで、サイドブランチの長さを調整することができるうえ、共鳴チャンバの容積も調整することができる。

（６） 前記第２リブは、先端側の肉厚が基部側の肉厚より薄いことを特徴とする。
（７） 前記第２リブは、前記板状基部及び前記第１リブよりも小さい弾性率を有することを特徴とする。
これらの特徴により、板状弾性体を筒状に曲げるときに、第２リブが周方向に伸び易くなり、抵抗が軽減されるとともに、円筒状に正しく曲げることができる。

（８） 前記第２リブの先端面は、前記板状弾性体を曲げる前の状態で、前記第１リブの先端が形成する平面に対して凸に湾曲していることを特徴とする。
この特徴により、板状弾性体を筒状に曲げるときに、第２リブが周方向に伸びても、第２リブの先端と主管の内面との間に隙間があくことがなく、消音空間の密閉性が確保される。

（９） 前記板状弾性体の前記第２方向の両端部が、前記主管の内面に沿うように、予め縁曲げされていることを特徴とする。
この特徴により、板状弾性体を筒状に曲げるときに、第２方向の両端部が主管の内面と密着するので、板状弾性体の第２方向の両端部と主管の内面との間に隙間があくことがなく、消音空間の密閉性が確保される。

（１０） 前記板状弾性体の内側に、前記板状弾性体を主管に向かって押し付ける付勢部材を設けていることを特徴とする。
この特徴により、筒状に曲げられた板状弾性体の内側から付勢部材により、板状弾性体が主管に押し付けられるので、第１リブと第２リブの先端と主管の内面との間に隙間があくことがなく、消音空間の密閉性がより確保される。

請求項１の発明によれば、予め第１リブと第２リブとを設けた板状弾性体を筒状に曲げて主管に挿入するだけで、板状弾性体の第１リブと第２リブとが主管の内面に密着するので、消音装置の製造が容易である。

請求項２－５の発明によれば、第２リブ及び／又は第３リブを追加して、板状基部に出入口や開口を形成することで、サイドブランチチャンバを形成したり、共鳴チャンバを形成したりすることができる。また、騒音の周波数に応じて、第２リブの位置を変えることで、サイドブランチの長さを調整することができるうえ、共鳴チャンバの容積も調整することができる。

請求項６－７の発明によれば、板状弾性体を筒状に曲げるときに、第２リブが周方向に伸び易くなり、抵抗が軽減されるとともに、円筒状に正しく曲げることができる。

請求項８の発明によれば、板状弾性体を筒状に曲げるときに、第２リブが周方向に伸びても、第２リブの先端と主管の内面との間に隙間があくことがなく、消音空間の密閉性が確保される。

請求項９の発明によれば、板状弾性体を筒状に曲げるときに、第２方向の両端部が主管の内面と密着するので、板状弾性体の第２方向の両端部と主管の内面との間に隙間があくことがなく、消音空間の密閉性が確保される。

請求項１０の発明によれば、筒状に曲げられた板状弾性体の内側から付勢部材により、板状弾性体が主管に押し付けられるので、第１リブと第２リブの先端と主管の内面との間に隙間があくことがなく、消音空間の密閉性がより確保される。

本発明の第１実施形態に係るサイドブランチ型消音装置の一部破断斜視図。 図１の消音装置の板状弾性体の曲げる前（ａ）及び曲げた後（ｂ）における斜視図。 図１の消音装置の横断面図。 図１の消音装置の縦断面図。 図１の消音装置の第２リブの第１変形例を示す拡大断面図。 図１の消音装置の第２リブの第２変形例を示す拡大断面図。 図１の消音装置の第２リブの第３変形例を示す拡大断面図。 図１の消音装置の消音空間の変形例を示す図。 図１の消音装置の板状弾性体の変形例を示す図。 本発明の第２実施形態に係るサイドブランチ型消音装置の一部破断斜視図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る消音装置１を示す。消音装置１は、車両用空調装置の冷媒が流れる配管に設けられる。具体的には、消音装置は、図示しないコンプレッサ、コンデンサ、膨張弁及びエバポレータからなる車両用空調装置におけるエバポレータ又はコンプレッサの出口側の配管（以下、「主管」という）２に装着される。主管２は、ゴムや合成樹脂等の弾性と可撓性とを有する素材で形成されているが、これに限らず、アルミニウム等の可撓性を有さない素材を使用してもよい。主管２には、図１において左側の上流から右側の下流に流体（以下「冷媒」という）が流れるものとする。

主管２は、内側に消音装置１が装着されるようになっている。

消音装置１は、図２（ａ）に示すように、ＩＩＲ等のゴムや、ＰＡ６等の合成樹脂からなり、曲げたときに戻ろうとする弾性を有する矩形の板状弾性体３からなっている。板状弾性体３は、板状基部４と、第１リブ５と、第２リブ６とを有し、射出成形等により一体に成形されている。

板状基部４は、短辺４ａと長辺４ｂとを有する矩形形状を有する。短辺４ａは、消音装置１の軸方向長さを規定し、長辺４ｂは、主管２の内周長よりも短い寸法を有している。板状基部４の短辺４ａの方向を第１方向、長辺４ｂの方向を第２方向という。板状基部４を筒状に曲げたとき、短辺４ａは軸方向、長辺４ｂは周方向となる。板状基部４の肉厚は任意であるが、流体の影響により変形しなければいいので、ゴム等の柔らかい材料であれば２～３ｍｍ、合成樹脂等の硬い材料であれば１～２ｍｍが好ましい。

第１リブ５は、板状基部４の短辺４ａと平行な第１方向に延び、両側の長辺４ｂまで達している。第１リブ５は、長辺４ｂと平行な第２方向に所定間隔で複数設けられている。第１リブ５の肉厚も任意であるが、流体の影響を受けにくいので、板状基部４の肉厚以下であればよく、ゴム等の柔らかい材料であれば１～３ｍｍ、合成樹脂等の硬い材料であれば０．５～２ｍｍが好ましい。第１リブ５の高さと、第１リブ５の間隔とは、後述する消音空間の所望の断面積に基づいて決定すればよい。

第２リブ６は、隣接する第１リブ５の間にあって、板状基部４の第２方向に延びている。第２リブ６の肉厚も任意であるが、流体の影響を受けやすいので、板状基部４の肉厚以上であればよく、ゴム等の柔らかい材料であれば２～４ｍｍ、合成樹脂等の硬い材料であれば１～３ｍｍが好ましい。第２リブ６の高さは、第１リブ５とほぼ同一である。第２リブ６の第１方向の位置は、第２リブ６の両側の消音空間の所望の長さに基づいて決定すればよい。

板状弾性体３は、図２（ｂ）に示すように、第１リブ５と第２リブ６とを外側にし、かつ、第１リブ５を軸方向に向けて筒状に曲げた状態で、主管２の内側に挿入される。板状弾性体３を曲げたとき、板状弾性体３の外径、すなわち、第１リブ５と第２リブ６との先端が形成する外径は、主管２の内径よりも小さくし、また、板状弾性体３の第２方向の両端は、重ならずに、離間した状態とする。

板状弾性体３を主管２に挿入したとき、板状弾性体３はその弾性により、第１リブ５と第２リブ６とが主管２の内面に密着する。これにより、主管２の内面と、板状弾性体３の板状基部４との間に、第１リブ５と第２リブ６とで囲まれた消音空間としてのサイドブランチチャンバ７ａ、７ｂが形成される。このサイドブランチチャンバ７ａ、７ｂは、板状基部４の軸方向の端縁で開口する第１出入口８ａ、第２出入口８ｂを有する。板状弾性体３の内側は、主管２を流れる流体の主流路９を形成する。

本実施形態では、板状弾性体３の第２リブ６の軸方向の両側に、板状基部４の軸方向の上流側の端縁で開口する第１出入口８ａを有する第１サイドブランチチャンバ７ａと、板状基部４の軸方向の下流側の端縁で開口する第２出入口８ｂを有する第２サイドブランチチャンバ７ｂとが形成され、さらに、板状弾性体３の周方向に複数のサイドブランチチャンバが同様に形成されているが、それぞれの第２リブ６の位置は異なっている。

次に、本実施形態の消音装置１の作用について説明する。

図４に示すように、主管２内を流れる冷媒は、板状弾性体３の上流側端部から、板状弾性体３の板状基部４の内側の主流路９に流入し、板状弾性体３の内側を通過して、板状弾性体３の下流側端部から主管２に流出する。消音装置１の上流側の図示しない音源から発生する音（コンプレッサの機械騒音や、冷媒のキャビテーションによる騒音）は、冷媒とともに下流側に伝搬し、第１出入口８ａ、第２出入口８ｂから消音装置１の第１サイドブランチチャンバ７ａ、第２サイドブランチチャンバ７ｂに進入する。なお、音源は、下流側にあってもよく、その場合は、上流側で消音効果が生じることになる。

板状弾性体３の上流側端部の第１出入口８ａから第１サイドブランチチャンバ７ａに進入した音波は、サイドブランチチャンバ７ａの第２リブ６で反射して第１出入口８ａに戻り、ここで、板状弾性体３を伝搬する音波と逆位相になって干渉し、消音される。同様に、板状弾性体３の下流側端部の第２出入口８ｂから第２サイドブランチチャンバ７ｂに進入した音波は、サイドブランチチャンバ７ｂの第２リブ６で反射して第２出入口８ｂに戻り、ここで、板状弾性体３を伝搬する音波と逆位相になって干渉し、消音される。

ここで、主管２の断面積をＳ、サイドブランチチャンバ７ａ、７ｂの断面積をＳｓ、サイドブランチチャンバ７ａ、７ｂの長さをｌ、音波の周波数をｆ、音速をｃとすると、消音装置１の各サイドブランチチャンバ７ａ、７ｂによる透過損失ＴＬは、数１で表される。なお、サイドブランチチャンバ７ａ、７ｂの長さｌは、出入口８ａ、８ｂから第２リブ６までの距離である。

本実施形態の消音装置１では、第２リブ６の軸方向の位置を変えることで、第１サイドブランチチャンバ７ａの長さｌａと、第２サイドブランチチャンバ７ｂの長さｌｂを調整し、音源の周波数に応じて消音効果を高くすることができる。

図５－７は、第１実施形態の消音装置の第２リブの変形例を示す。

図５に示す第２リブ６は、先端側の肉厚ｔ１が基部側の肉厚ｔ２より薄く形成されている。第２リブ６の先端部は、板状弾性体３が曲げられるときに、引っ張られるので、曲げに対する抵抗となる。本変形例のように、第２リブ６の先端側の肉厚ｔ１が、基部側の肉厚ｔ２より薄く形成されていることで、板状弾性体３を筒状に曲げるときに、第２リブ６が周方向に伸び易くなり、抵抗が軽減されるとともに、円筒状に正しく曲げることができる。

図６に示す第２リブ６は、板状基部４及び第１リブ５よりも小さい弾性率を有する材料で形成されている。例えば、板状基部４及び第１リブ５は合成樹脂系の材料とし、第２リブ６はゴム系の材料を使用して、２色成形を行う。本変形例のように、第２リブ６が、第１リブ５よりも小さい弾性率を有する材料で形成されていることで、板状弾性体３を筒状に曲げるときに、第２リブ６が周方向に伸び易くなり、抵抗が軽減されるとともに、円筒状に正しく曲げることができる。

図７に示す第２リブ６は、板状弾性体３を曲げる前の状態で、第１リブ５の先端が形成する平面に対して、第１リブ５と接する先端面の両端よりも中央部が凸に湾曲している。
この変形例のように、第２リブ６の先端面が凸に湾曲していることで、板状弾性体３を筒状に曲げるときに、第２リブ６が周方向に伸びても、第２リブ６の先端と主管２の内面との間に隙間があくことがなく、消音空間の密閉性が確保される。

図８は、板状弾性体３の第２方向の両端部が、主管２の内面に沿うように、予め縁曲げ部３ａが形成されているものである。
このように、両端部に縁曲げ部３ａを有することで、板状弾性体３を筒状に曲げるときに、第２方向の両端部が主管２の内面と密着するので、板状弾性体３の第２方向の両端部と主管２の内面との間に隙間があくことがなく、消音空間の密閉性が確保される。

図９は、板状弾性体３が形成する消音空間の変形例を示す。

図９（ａ）に示す板状弾性体３では、板状弾性体３の軸方向の端縁が第３リブ１０により閉塞され、第３リブ１０の近傍で板状基部４に第１出入口１１ａ、第２出入口１１ｂが形成されて、第２リブ６の両側に第１サイドブランチチャンバ１２ａと第２サイドブランチチャンバ１２ｂとが形成されている。第１出入口１１ａと第２出入口１１ｂとは、第２リブ６の近傍に形成されてもよい。

図９（ｂ）に示す板状弾性体３では、隣接する第１リブ５の間で、第２リブ６が２つ対向して設けられ、隣接する第１リブ５と、２つの第２リブ６とで囲まれ、板状基部４に開口１３を有する共鳴チャンバ１４が形成されている。共鳴チャンバ１４の両側には、第１実施形態と同様に、第１サイドブランチチャンバ７ａ、第２サイドブランチチャンバ７ｂが形成されている。

共鳴チャンバ１４が形成された消音装置１では、上流側の主管２内を流れる冷媒は、板状弾性体３の上流側端部で、板状弾性体３の主流路９に流入し、板状弾性体３を通過して、板状弾性体３の下流側端部から、主管２内に流出する。消音装置１の上流側の図示しない音源から伝搬して板状弾性体３に進入した音波のエネルギーは、開口１３を介して、共鳴チャンバ１４で吸収され、消音される。

ここで、共鳴チャンバ１４の容積をＶ，開口１３の断面積をＳｒ、開口１３の長さをｌ、音速をｃとすると、共鳴周波数ωｒは、数２で表される。

図９（ｃ）に示す板状弾性体３では、板状弾性体３の軸方向の端縁が第３リブ１０により閉塞され、隣接する第１リブ５と、第２リブ６と、第３リブ１０とで囲まれ、板状基部４に第１開口１５ａを有する第１共鳴チャンバ１６ａと、隣接する第１リブ５と、第２リブ６と、第３リブ１０とで囲まれ、板状基部４に第２開口１５ｂを有する第２共鳴チャンバ１６ｂとが形成されている。

このように、第２リブ６の位置を変え、及び／又は第３リブ１０を追加して、板状基部４に出入口１１ａ、１１ｂや開口１３、１５ａ、１５ｂを形成することで、サイドブランチチャンバ１２ａ、１２ｂや、共鳴チャンバ１４，１６ａ、１６ｂ、あるいは、これらを組み合わせた消音空間を形成することができる。また、騒音の周波数に応じて、第２リブ６の位置を変えることで、サイドブランチの長さを調整することができるうえ、共鳴チャンバの容積も調整することができる。

＜第２実施形態＞
図１０は、本発明の第２実施形態に係る消音装置１Ａを示す。消音装置１Ａは、第１実施形態の消音装置１と同様に、主管２に板状弾性体３が挿入されているが、板状弾性体３の内側に付勢部材１７をさらに装着したものである。

付勢部材１７は、板状弾性体３よりも小さい矩形形状を有し、金属又は樹脂からなり、曲げに対して戻ろうとする弾性を有する。付勢部材１７は、板状弾性体３と同様に、円筒状に曲げた状態で、主管２に装着された板状弾性体３の内側に挿入される。付勢部材１７は、その弾性により、径方向に広がろうとする力により、板状弾性体３を主管２に向かって押し付ける。これにより、板状弾性体３の第１リブ５と第２リブ６の先端と主管２の内面との間に隙間があくことがなく、消音空間の密閉性がより確保される。

１，１Ａ…消音装置
２…主管
３…板状弾性体
３ａ…縁曲げ部
４…板状基部
５…第１リブ
６…第２リブ
７ａ…第１サイドブランチチャンバ
７ｂ…第２サイドブランチチャンバ
８ａ…第１出入口
８ｂ…第２出入口
９…主流路
１０…第３リブ
１１ａ…第１出入口
１１ｂ…第２出入口
１２ａ…第１サイドブランチチャンバ
１２ｂ…第２サイドブランチチャンバ
１３…開口
１４…共鳴チャンバ
１５ａ…第１開口
１５ｂ…第２開口
１６ａ…第１共鳴チャンバ
１６ｂ…第２共鳴チャンバ
１７…付勢部材

Claims (9)

1. 流体が流れる主管に取り付けられる消音装置であって、
   板状基部に、第１方向に延びる複数の第１リブと、隣接する前記第１リブの間で前記第１方向に直交する第２方向に延びる第２リブとを設けた板状弾性体が、前記第１リブと前記第２リブとを外側にし、かつ、前記第１リブを軸方向に向けて筒状に曲げた状態で、前記主管の内側に挿入され、
   前記板状弾性体の弾性により、前記第１リブと前記第２リブとが前記主管の内面に密着し、
   前記主管の内面と、前記板状弾性体の前記板状基部との間に、前記第１リブと前記第２リブとで囲まれた消音空間が形成され、
   前記第２リブは、前記板状基部及び前記第１リブよりも小さい弾性率を有することを特徴とする消音装置。
2. 流体が流れる主管に取り付けられる消音装置であって、
   板状基部に、第１方向に延びる複数の第１リブと、隣接する前記第１リブの間で前記第１方向に直交する第２方向に延びる第２リブとを設けた板状弾性体が、前記第１リブと前記第２リブとを外側にし、かつ、前記第１リブを軸方向に向けて筒状に曲げた状態で、前記主管の内側に挿入され、
   前記板状弾性体の弾性により、前記第１リブと前記第２リブとが前記主管の内面に密着し、
   前記主管の内面と、前記板状弾性体の前記板状基部との間に、前記第１リブと前記第２リブとで囲まれた消音空間が形成され、
   前記第２リブの先端面は、前記板状弾性体を曲げる前の状態で、前記第１リブの先端が形成する平面に対して凸に湾曲していることを特徴とする消音装置。
3. 流体が流れる主管に取り付けられる消音装置であって、
   板状基部に、第１方向に延びる複数の第１リブと、隣接する前記第１リブの間で前記第１方向に直交する第２方向に延びる第２リブとを設けた板状弾性体が、前記第１リブと前記第２リブとを外側にし、かつ、前記第１リブを軸方向に向けて筒状に曲げた状態で、前記主管の内側に挿入され、
   前記板状弾性体の弾性により、前記第１リブと前記第２リブとが前記主管の内面に密着し、
   前記主管の内面と、前記板状弾性体の前記板状基部との間に、前記第１リブと前記第２リブとで囲まれた消音空間が形成され、
   前記板状弾性体の前記第２方向の両端部が、前記主管の内面に沿うように、予め縁曲げされていることを特徴とする消音装置。
4. 前記消音空間は、前記板状基部の軸方向の端縁で開口する出入口を有するサイドブランチチャンバであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の消音装置。
5. 前記板状弾性体の軸方向の端縁が第３リブにより閉塞され、
   前記消音空間は、前記第２リブ又は前記第３リブの近傍で前記板状基部に出入口が形成されたサイドブランチチャンバであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の消音装置。
6. 前記隣接する前記第１リブの間で、前記第２リブが２つ対向して設けられ、
   前記消音空間は、前記隣接する第１リブと、前記２つの第２リブとで囲まれ、前記板状基部に開口を有する共鳴チャンバであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の消音装置。
7. 前記板状弾性体の軸方向の端縁が第３リブにより閉塞され、
   前記消音空間は、前記隣接する第１リブと、前記第２リブと、前記第３リブとで囲まれ、前記板状基部に開口を有する共鳴チャンバであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の消音装置。
8. 前記第２リブは、先端側の肉厚が基部側の肉厚より薄いことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の消音装置。
9. 前記板状弾性体の内側に、前記板状弾性体を主管に向かって押し付ける付勢部材を設けていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の消音装置。