JP2008298150A - 液封防振装置 - Google Patents

Abstract

【目的】空気室による防振特性に影響を生じることなくキャビテーション現象に伴う異音の発生を効果的に阻止する。
【構成】主液室６内を第１液体室１０と第２液体室１１に区画する。第２液体室１１は、第１液体室１０に封入された第１の液体２１よりも易気化性の第２の液体２２を風船状の隔膜２０へ封入したものであり、インシュレータ３の凹部内へ収容する。隔膜２０は第２の液体２２を透過させず、かつ防振特性に影響のない低弾性体とする。主液室６の内圧が第２の液体２２の飽和蒸気圧よりも低くなると、第１の液体２１よりも先に第２の液体２２が気化し、第２液体室１１が膨張するので、第１液体室１０の膨張を阻止し、第１液体室１０におけるキャビテーション現象を阻止する。主液室６の内圧が第２の液体２２の飽和蒸気圧以上であれば、第２の液体２２が液化して気体室を形成していないため、防振特性に影響せず、高減衰を維持できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、自動車のエンジンマウント等に使用される液封防振装置に係り、特に、液封防振装置の液体中に発生した気泡が崩壊して衝撃波を生じるキャビテーション現象を効果的に阻止できるようにしたものに関する。

液封防振装置である自動車用エンジンマウントにおけるキャビテーション現象は、段差通過時等に大振動が主液室へ入力したとき、まず主液室を加圧により縮小し、その後の反動により主液室が一時的に拡大して内圧が液体の飽和蒸気圧より低くなることで気化が生じ、この気体が再び内圧上昇によって液化するとき、気泡が崩壊して衝撃波を発生することにより起こる。この衝撃波が剛体部分、例えば仕切部材を衝撃し、さらにこの衝撃が車体へ伝達されるとキャビテーションの異音として乗員に感知されることになる。

キャビテーション現象の原因となる気泡は、主液室の急速な拡大に伴う液体の高速移動時に流速の乱れた部分で圧力低下が生じ、この低下した圧力が液体の飽和蒸気圧以下になると発生する。例えば、主液室中に内圧吸収用の弾性可動膜を設けた場合には、まずこの表面に気泡が生じ、続いてオリフィス通路の主液室側開口部近傍に生じる。このような仕切部材に近い部分で気泡が発生すると、キャビテーション現象による衝撃が仕切部材へ伝達し易くなる。

したがって、キャビテーション現象に伴う異音の防止には、キャビテーション現象の発生そのものを阻止するか、発生後の衝撃波が車体側もしくは振動受け側へ伝達しないようにすることである。このうちキャビテーション現象の発生阻止に関するものは種々の構造が提案されており、その一つとして、予め主液室側にゴム膜等で区画した空気室を設けておき、主液室の内圧低下時に空気室を膨張させて、主液室の圧力変化を一定以内に抑えることにより、液体の気化を防ぐものがある（一例として、特許文献１参照）。
また、予め液体に空気を混入して主液室内に空気溜まりとなる気体保留穴を設け、空気の膨張を利用して液体の気化を防ぐようにしたものもある（一例として、特許文献２参照）。

特開２００５−１６３９１９号公報 特開２００５−２８２８２２号公報

ところで、上記空気室を形成するものは、キャビテーション現象の発生しない段階における主液室の液圧変動をこの空気室における収縮・膨張で吸収するため、オリフィス通路による共振効果が弱くなり、必要な高減衰を得られず、防振特性を低下させることがある。また、空気はゴム膜を透過して液体中へ出入りするため、空気室や空気溜まりの空気量及び液中の空気溶存量が経時変化し、性能が不安定になり易い。
そこで本願発明は、空気を介在せずにかかるキャビテーション現象発生を阻止する構造の実現を目的とする。

上記課題を解決するため液封防振装置に係る請求項１の発明は、第１の取付金具と第２の取付金具の間をインシュレータで結合し、インシュレータを壁部の一部とし、内部に非圧縮性の液体を封入した液室を形成し、この液室を仕切部材で主液室と副液室とに区画し、仕切部材に設けたオリフィス通路にて主液室と副液室を連通した液封防振装置において、
液室内に封入される液体を、主液室と副液室に循環する第１の液体と、第１の液体よりも気化し易い第２の液体で構成し、
主液室内に、第１の液体と液圧伝達可能に区画した第２液体室を前記仕切部材から隔てて設け、この第２液体室へ前記第２の液体を封入したことを特徴とする。
ここで液圧伝達可能に区画するとは、区画で液圧伝達を遮断することなく、区画された第１及び第２液体室双方へ液圧が伝達されるように区画することをいう。

請求項２の発明は上記請求項１において、 前記第２液体室を風船状の隔膜で構成したことを特徴とする。

請求項３の発明は上記請求項１において、前記第２液体室を前記第１の取付金具へ取付たことを特徴とする。

請求項４の発明は上記請求項１において、前記主液室内を、第１の取付金具側と前記仕切部材側の２室に隔膜で区画し、第１の取付金具側の区画室を前記第２液体室としたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、主液室の圧力が低下し始めると、液圧伝達可能に区画されている第１及び第２液体室へ液圧変化が伝達され、第１の液体よりも気化し易い第２の液体が第２液体室内にて第１の液体より先に気化し、第２液体室が膨張することで、主液室内における第１の液体収容部分（以下、これを第１液体室という）の圧力低下を阻止することにより第１の液体の気化を防ぐため、第１液体室におけるキャビテーション現象を防ぐ。
第２液体室内ではキャビテーション現象が生じるが、仕切部材と隔てられているため、衝撃を仕切部材へ伝達させないので異音等を生じさせない。
圧力低下が比較的小さく、主液室の圧力が第２の液体の飽和蒸気圧に達しない場合は、第２の液体は非圧縮性の液体のままになっているので、主液室における液圧変動は第２液体室により吸収されることがなく、全体として高減衰を維持でき、良好な防振性能を発揮できる。

請求項２の発明によれば、隔膜を風船状にすることにより、予め易気化性液体を風船状の隔膜内へ封入した第２液体室を形成しておくことができ、これを液体注入前の主液室内へ入れてから、液体を注入することにより容易に形成できる。

請求項３の発明によれば、第２液体室を第１の取付金具へ取付ることにより、第２液体室の位置を一定化して性能を安定化させることができるとともに、第１の取付金具は振動源側であるため、キャビテーション現象による衝撃が伝達されても問題にならないので第２液体室の取付相手として好都合である。

請求項４の発明によれば、主液室内を隔膜で第１の取付金具側と仕切部材側の２室に区画し、第１の取付金具側の区画室に第２の液体を収容すればこれを第２液体室とすることができ、簡単に第２液体室を構成できる。しかも主液室一杯に隔壁を設けることもできるので、第２液体室の容積を大きくすることが容易になる。仕切部材側の区画室は第１の液体を収容することにより第１液体室とすることができる。

以下、図面に基づいて一実施例を説明する。図１は自動車用液封エンジンマウントを中心線Ｃに沿って切断した断面図であり、中心線Ｃは防振すべき主たる振動の入力方向Ｚと平行する。なお本願において、上下方向とは図１における上下方向をいうものとする。

このエンジンマウントは、第１の取付金具１と、全体として略筒状の第２の取付金具２と、これらを連結する防振ゴム等の適宜弾性体からなる略円錐形状のインシュレータ３を備え、第２の取付金具２における上下の開口部のうち上側の開口部にインシュレータ３が結合され、下側の開口部はダイヤフラム４で覆われている。

第１の取付金具１，第２の取付金具２及び仕切部材５は、金属又は硬質樹脂よりなる剛体であり、第１の取付金具１は図示しない振動源であるエンジン側へ連結され、Ｚ方向から振動が入力されるようになっている。第２の取付金具２は振動受け側である図示しない車体側へ取付けられている。
ダイヤフラム４は、ゴム等からなる公知の低弾性体であり、断面が略波形状に屈曲することにより、弾性体としてのばねは防振性能にほとんど影響しない程度である。

第２の取付金具２、インシュレータ３及びダイヤフラム４で囲まれた空間内部に液室を形成し、非圧縮性の液体が封入されている。液室内は仕切部材５により主液室６と副液室７に区画されるとともに、仕切部材５の外周部に設けられたオリフィス通路８により主液室６と副液室７を連通している。また、仕切部材５の中央部にはゴム等の弾性体薄膜からなる可動膜９が設けられ、その両面が主液室６及び副液室７に臨んでいる。

主液室６内は大容量の第１液体室１０と小容量の第２液体室１１とに区画され、第２液体室１１には後述する易気化性液体からなる第２の液体２２が封入され、第１液体室１０には第１の液体２１が封入される。第２液体室１１は主液室６の一部を占めるのみであり、インシュレータ３の内面に形成された凹部１２内に位置し、振動受け側の剛体部である第２の取付金具２及び仕切部材５から第１液体室１０を介して十分に離れている。

主液室６の径方向において、第２の取付金具２の上部で内方へ張り出した屈曲部１３部分の内周面と中心線Ｃとの距離が半径Ｒ１であるのに対して、これより短い半径Ｒ２の位置に第２液体室１１の外方端部が位置している。また第２液体室１１の下端部は仕切部材５から主液室６の中心線Ｃ上においてＤで示す距離で隔てられている。Ｄは第２液体室１１が仕切部材５と非接触を維持する範囲で任意に定めることができる。この距離Ｄは、第２液体室１１において発生するキャビテーション現象の衝撃波が振動受け側の剛体部である第２の取付金具２及び仕切部材５へ伝達されなくなるのに必要な距離である。

仕切部材５は第２金具２における胴部２ａの内側にて上端部を屈曲部１３により、下端部を取付リング１４にて挟持固定される。取付リング１４は胴部２ａの下端部２ｂを内側へ斜めに折り曲げられることにより抜け止めされて固定されている。第２金具２はブラケット１５等の連結部材を介して又は直接車体側へ固定される。オリフィス通路８は開口部１６ａで主液室６へ連通し、開口部１６ｂで副液室７と連通する。

可動膜９は、仕切部材５のオリフィス通路８より内側に支持され、上下に設けられた変位規制部１７の開口部１７ａを通して上面が主液室６に臨み、下面が副液室７に臨んでいる。微小振幅振動入力があると、主液室６の液体が開口部１７ａを通して流動し、この流動を弾性変形で受けるため、主液室６の液圧変動を吸収し低動バネを実現できるように設定されている。
可動膜９の弾性変形による上下方向の変位量（弾性変形による最大突出高さ）は、上下の変形規制部１７により規制され、小振幅振動以上の大きな振動入力時には可動膜９が上又は下側の変形規制部１７へ押しつけられることにより、所定量以上の変位を生じないようになっている。

第１の取付金具１へ加えられる振動でインシュレータ３が弾性変形することにより主液室６の液圧が変動する。この液圧変動のうち、こもり音等の高周波微小振幅振動は、可動膜９の弾性変形により吸収し、主液室６内を低動バネに保つ。
なお、本願において、
微小振幅振動入力とは、１ｍｍ程度以下の振幅で主として騒音に関するもの、
小振幅振動入力とは、１〜３ｍｍ程度の振幅で主としてシェイク振動時のもの、
大振幅振動入力とは、段差通過時等に生じる３ｍｍ程度以上の振幅を有する衝撃的振動に関するもの、をいうものとする。

第２液体室１１を設けるには、第２の液体２２を封入したものを個別に形成しておき、図１の正立状態に対して倒立させた主液室６内へ入れ、その後第１の液体を注入することにより、容易に主液室６内へ第２液体室１１を分離した状態で封入一体化できる。このとき、第２の液体２２を含む第２液体室１１全体の比重を第１の液体２１より小さくすれば、組立後のエンジンマウント全体を図１の正立状態とすることにより、第２液体室１１は自然に上方へ移動し、凹部１２内へ収まる。このようにすれば予め第２液体室１１を独立して形成しておくことができるから取扱が容易になる。

図２は第２液体室１１及びその周囲部分を概略的に示す図である。第２液体室１１は風船状をなす隔膜２０内へ易気化性液体からなる第２の液体２２を封入したものである。
隔膜２０は第１液体室１０と第２液体室１１を液圧伝達可能に区画している。
第２液体室１１の容積は、第１の液体２１側のキャビテーション現象を阻止できるに足るものであればよく、膨張時の容積が、所定の圧力低下における主液室６の容積拡張分以上になるように設定される。

第２の液体２２は、主液室の圧力が飽和蒸気圧より高い状態のとき全体が非圧縮性の液体となる物質であるが、隔膜２０の周囲を囲む第１の液体２１よりも気化し易く、主液室の圧力低下に対して第１の液体２１よりも先に気化し、かつ圧力が飽和蒸気圧以上に戻ると速やかに液化する。

このような物質として、例えば、第１の液体２１をエチレングリコール（ＥＧ）やプロピレングリコール（ＰＧ）とし、第２の液体２２を水にすることが考えられる。液封マウントの使用環境である運転中のエンジンルーム内温度を８０°Ｃとしたとき、この温度における飽和蒸気圧はおおよそ、
水：−０．０５ＭＰａ、ＥＧ：−０．１０ＭＰａ、ＰＧ：−０．１０ＭＰａである。
図３は主液室の液圧変動を示すグラフであり、この図からも明らかなように、
液圧が低下した場合、水の飽和蒸気圧はＥＧやＰＧよりも高いため、ＥＧやＰＧよりも早く気化するので、第２の液体の条件を十分に満たすことができる。しかも、水はごくありふれた安価な物質であり、ＥＧやＰＧは液封マウントの作動液として一般的に使用されている物質であるから、好適な組み合わせになる。
但し、第１の液体及び第２の液体の物質として上記に限定されるものではなく、各種物質を任意に組み合わせることができる。

隔膜２０は液化時の第２の液体２２はもとより、気化時の蒸気も透過させず、気密に保つことができるような材質が好ましく、例えば、ゴムやアルミ箔等の適宜材料からなる。但し、通常時は液体であるから、気体不透過性はあまり重要ではなく、第２の液体が第１の液体と混合しないよう液体不透過性であれば足りる。また第１液体室１０と第２液体室１１の液圧伝達性を良好にする必要があり、ゴム等の弾性部材をダイアフラム４の程度に十分薄肉にするか蛇腹状等の屈曲形状にして伸縮性を確保する。

図４は、第２液体室１１の膨張による変化を模式的に示す図である。Ａは膨張前、すなわち主液室の圧力低下が比較的小さい状態、Ｂは膨張時、すなわち主液室の圧力低下が大きい状態を示す。
Ａの状態では、第２液体室１１は第２の液体２２が全て液化した状態の容積Ｖ１をなし、第１液体室１０は第１の液体２１が全て液化した状態の容積Ｖ０をなす。主液室６全体の容積はＶ０＋Ｖ１である。

Ｂの状態では、圧力低下が大きく、主液室６の内圧が第２の液体２２の飽和蒸気圧よりも低くなることにより、主液室６の容積がΔＶだけ拡大した状態である。このとき第２の液体２２の一部が第１の液体２１より先に気化し、主液室６の容積拡張分に相当する容積ΔＶの気体層２３を形成し、隔膜２０を膨張させて主液室６の容積拡張分を埋める。
このため、第１液体室１０の容積はＶ０のままであり、第１液体室１０の内圧は低下しないので、第１の液体２１の飽和蒸気圧よりも高くなっており、第１の液体２１は気化しない。このため、第１液体室１０内におけるキャビテーション現象の発生を阻止することができる。

このとき、第２液体室１１内においては、第２の液体２２が気化するため、その後の主液室６における内圧上昇により第２液体室１１が圧縮されると、圧力低下で気化していた蒸気が液化して気泡を崩壊させるキャビテーション現象を生じることになる。しかし、第２液体室１１は振動受け側の剛体部となる第２の取付金具２や仕切部材５から十分に離れており、第２液体室１１内で発生した衝撃波の車体側に対する伝達は遮断される。したがってキャビテーション現象が発生してもこれを異音として認識しなくなる。

また、第２液体室１１が防振材料であるインシュレータ３の近傍に位置することも衝撃伝達の遮断に効果的である。さらに第２液体室１１の近傍に第１の取付金具１が位置しても、その表面をインシュレータ３で覆うことにより振動伝達を遮断でき、かつ第１の取付金具１を仮に第２液体室１１側へ露出させたとしても、第１の取付金具１が振動源の部材であるため、車体側への異音伝達には関係がないことになる。

そのうえ、第２液体室１１における第２の液体２２の気化は、ある程度大きな圧力低下時のみであり、それ以外では液化しないため、主液室６の内圧変動を吸収することはなく、オリフィス通路８による高減衰を損なわず、これを維持できる。

さらに、第２の液体２２の気化は瞬間的なものであるから、隔膜２０を透過して第１の液体２１側等へ逃散する量は少なく、したがって長期における性能の経時変化も少ない。

なお、第２液体室１１は固定することもできる。図５はこれを示す第２実施例に係る要部断面であり、第２液体室１１は上部に首状の取付部３０を設け、その上端部を第１の取付金具１の下部に形成された凹部３２へ嵌合し、取付部３０に設けたボルト３１を第１の取付金具１に形成されたネジ穴３３へ締結することにより、取付金具１の下方へ着脱自在に取付できる。このように第２液体室１１の位置を一定に固定できるので性能が安定化する。

また、第２液体室１１は風船状のものに限らず、主液室６内を仕切る隔壁状のものでもよい。図６はこのような構造の第３実施例に係る要部の拡大断面であり、主液室６内を、インシュレータ３の内面に沿って湾曲する横断幕状の隔膜４０により上下２室に区画し、隔膜４０の外周部に一体化したリング金具４１をインシュレータ３の外周部と仕切部材５の外周部との間で挟持する。隔膜４０は蛇腹状等、十分な低弾性構造にする。隔膜４０の上方となる第１の取付金具１側の室には第２の液体２２を収容して第２液体室１１とし、隔膜４０の下方となる仕切部材５側の室には第１の液体２１を収容して第１液体室１０とする。
このようにすると、主液室６内を簡単に第１液体室１０と第２液体室１１に区画できるとともに、第２液体室１１の容積を最大化することができる。

なお、本願発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、エンジンマウントに限らず、サスペンション用等各種用途が可能である。

実施例に係るエンジンマウントの断面図 第１及び第２液体室の構造を示す拡大断面図 液圧変動を示すグラフ 作用の説明図 第２実施例に係る要部の拡大断面図 第３実施例に係る要部の拡大断面図

符号の説明

１：第１の取付金具、２：第２の取付金具、３：インシュレータ、４：ダイヤフラム、５：仕切部材、６：主液室、７：副液室、８：オリフィス通路、９：可動膜、１０：第１液体室、１１：第２液体室、２０：風船状をなす中空の隔膜、２１：第１の液体、２２：第２の液体（易気化性液体）、２３：気体層、３０：取付部、４０：横断幕状の隔膜

Claims (4)

1. 第１の取付金具と第２の取付金具の間をインシュレータで結合し、インシュレータを壁部の一部とし、内部に非圧縮性の液体を封入した液室を形成し、この液室を仕切部材で主液室と副液室とに区画し、仕切部材に設けたオリフィス通路にて主液室と副液室を連通した液封防振装置において、
   液室内に封入される液体を、主液室と副液室に循環する第１の液体と、第１の液体よりも気化し易い第２の液体で構成し、
   主液室内に、第１の液体と液圧伝達可能に区画した第２液体室を前記仕切部材から隔てて設け、この第２液体室へ前記第２の液体を封入したことを特徴とする液封防振装置。
2. 前記第２液体室を風船状の隔膜で構成したことを特徴とする請求項１に記載した液封防振装置。
3. 前記第２液体室を前記第１の取付金具へ取付たことを特徴とする請求項１に記載した液封防振装置。
4. 前記主液室内を、第１の取付金具側と前記仕切部材側の２室に隔膜で区画し、第１の取付金具側の区画室を前記第２液体室としたことを特徴とする請求項１に記載した液封防振装置。

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