JP2011519403A - 剪断ハブアイソレータ - Google Patents

Abstract

弾性アイソレータは、内側構造部材及び外側構造部材が設けられた弾性体を有する。弾性体は、内側構造部材及び外側構造部材の放射方向フランジの間を延びる剪断ハブを含み、剪断ハブは弾性アイソレータの撓み時に剪断応力を受ける。内側構造部材及び外側構造部材は、高い荷重時の剪断ハブの圧縮を防止するために弾性アイソレータの移動停止部材となるように設計されている。弾性ブッシングは、剪断ハブを保護する任意の一体的な弾性熱シールドを含むことができる。

Description

本発明は、自動車用排気装置アイソレータ等のアイソレータに関する。より詳細には、本発明は、非常にソフトなセンタリングを確保し、急激な荷重に対する耐性を有し、圧縮時に剪断ハブ部材の圧縮を防止するように構成されたアイソレータに関する。

本発明に関する背景情報を以下に記載するが、従来技術を構成するものではない。

通常、自動車やトラック等の自動推進車両は、車両の駆動輪に動力を供給するために少なくとも変速機及び差動装置に接続された内燃機関を有する。通常は排気管、触媒コンバータ、マフラを含む内燃機関排気装置は、燃焼過程によって生じる騒音を抑制し、排気ガスを清浄化し、燃焼生成物を内燃機関から通常は車両後部の所望の位置に排出するように内燃機関に取り付けられている。排気装置は、排気装置と車体の車枠（又はその他の支持構造体）との間に配置されている排気装置取付部材によって支持されている。内燃機関の振動が車体に伝達されることを防止するために、排気装置を車体から隔離するための柔軟な部材（弾性サスペンション部材）が排気装置取付部材に設けられている。排気装置を車体から効果的に隔離するために、アイソレータはソフトな撓みセンタリングを確保していることが好ましい。

従来の排気装置取付部材（アイソレータ）は、少なくとも４分の３インチの厚みを有し、内部を貫通する少なくとも一対の開口部が設けられた剛性を有するゴム部品（パック）からなるゴム製アイソレータを含む。各開口部は細長い金属製ボルト（ｓｔｕｄ）を収容する。金属製ボルトには、アイソレータの開口部内を通過させることができるが、アイソレータからは容易に取り外すことができない大型の頭部が設けられている。ボルトの反対側の端部は、車両内の支持点又は排気装置の部品の１つに溶接又は固定されている。

アイソレータのその他の設計としては、引張又は圧縮時にスポークに荷重を与えるスポーク設計の弾性成形体、一次荷重方向に剪断する脚部を含む脚部剪断設計が挙げられる。排出装置用アイソレータに使用される弾性体のほとんどは、低い引裂強度特性のために低い引張疲労特性を示す。弾性材料に荷重を与える好適な方法は圧縮又は剪断である。

従来のパックの設計は最もシンプルな設計であり、上述したように、２本のピンを弾性体の両端に挿入し、両端を接続する弾性体コードに純粋な張力を与える。通常、この設計は最も低コストであるが、材料に最もダメージを与える。不具合が生じる可能性を相殺するために、通常は弾性パックの内部又は外部の周囲に柔軟なバンド又は剛性を有するバンドを設ける。この設計の利点は、１つのハンガー穴を中心とした旋回により、ハンガーに対する大きな位置決め公差を許容することができることである。

従来のスポーク型アイソレータは、圧縮又は引張時に弾性材料に荷重を与える。引張荷重により、過荷重時に破損が生じやすくなる。応力の大きさは、最小スポーク断面積によって除算した荷重に正比例する。また、スポーク型アイソレータでは、排気装置の重量によって静的に予荷重を与えながら、係合部品（ハンガーピン）を撓み領域内に配置しなければならない。さもなければ、アイソレータ内の空隙部は最も小さくなるか、グラウンドアウト（ｇｒｏｕｎｄｏｕｔ）状態で配置されてしまうことになる。これにより、ソフトなセンタリングを採用することができず、アイソレータの目的を達成することができない。

従来の脚部剪断設計は、通常は縦方向の一次荷重方向と、通常は横方向の二次荷重方向を有する。脚部剪断設計に対して一次荷重方向に荷重を与えると、剪断が生じるように荷重が加わる。また、剪断荷重はソフトに設計することが望ましい。しかし、二次荷重方向では耐久性にとって好ましくない引張圧縮応力が加わる。また、二次荷重方向は、好ましくない条件である一次レートよりも２〜３倍堅いレートを有する。

弾性取付部としては、弾性ブッシングの望ましくない引張荷重を防止しながらソフトなセンタリングを確保し、高いグラウンドアウト荷重時に剪断ハブの圧縮を防止する弾性取付部の開発が続けられている。これは従来の剪断ハブ設計によって達成されてきたが、空隙部の端部における応力集中が問題となっていた。

本発明は、放射方向の荷重を使用して引張応力荷重を回避する弾性ブッシングを提供する。放射方向の荷重により、荷重方向に関わらず弾性ブッシングの剪断応力が生じる。弾性ブッシング内の空隙部を変更することによって、特定の方向における撓み率及び撓みをその他の方向とは独立して調節することができる。弾性ブッシングは、アイソレータが高いグラウンドアウト荷重を受けた場合に圧縮しない剪断ハブを含む。これにより、弾性ブッシングをよりコンパクトにし、小さなパッケージを設計することが可能となる。

本発明の利用可能性のさらなる領域は以下の詳細な説明から明らかになるだろう。以下の詳細な説明と実施例は本発明の好適な実施形態を示すものではあるが、単なる例示のみを意図するものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。

ブラケットと共に組み立てられた本発明に係る弾性アイソレータの斜視図である。 図１に示す弾性アイソレータの断面図である。 図１に示す弾性アイソレータの金属又はプラスチック製インサートを示す部分断面斜視図である。 本発明の別の実施形態に係る弾性アイソレータの部分断面斜視図である。 本発明に係る排気装置アイソレータを含む排気装置の斜視図である。

以下の好適な実施形態の説明は単なる例示であって、本発明及び本発明の用途又は使用を制限することを意図するものではない。

図５は、本発明に係る排気装置アイソレータを含む排気装置１０を示す。一般的な車両は、内燃機関（図示せず）と、車体（図示せず）と、サスペンション装置（図示せず）と、内燃機関に取り付けられ、通常は車両の下に支持される排気装置１０と、を含む。内燃機関は車両の１以上の駆動輪に動力を供給するように設計されており、排気装置は車両の外部付近の所望の排出位置に燃焼生成物を排出する。

排気装置１０は、中間パイプ１２と、マフラ１４と、排気管１６と、異なる設計を有する複数のアイソレータアセンブリと、を含む。通常、中間パイプ１２は内燃機関又は触媒コンバータ（図示せず）に接続され、内燃機関と触媒コンバータとの間に延在する排気管に取り付けられている。触媒コンバータは、単一の排気マニホールドに接続された単一の排気管に取り付けるか、複数の排気マニホールドに接続された複数の排気管に接続された分岐排気管に取り付けることができる。また、マフラ１４の手前で中間パイプ１２によって接続される複数の触媒コンバータに中間パイプ１２を取り付けるか、複数の排気管と、複数の触媒コンバータと、複数の中間パイプ１２と、１以上の排気管１６によって接続された複数のマフラ１４とを車両に設けることができる。また、本発明に係る排気装置アイソレータは、内燃機関から延びる２つの分離された平行な排気装置を備えたデュアル排気装置等の、あらゆる排気装置に適用することができる。

排気装置１０は、内燃機関から排出される排気ガスを車両の外部付近の所望の位置に排出するために使用される。排気ガスが排気装置内を通過する際に、触媒コンバータによって排気ガスを清浄化し、マフラ１４によって内燃機関における燃焼過程で生じる騒音を抑制する。本発明は、排気装置１０を車両に取り付けると共に排気装置１０の運動が車両に伝達されないようにする（排気装置１０を車両から分離する）ための排気装置アイソレータに関する。

図１〜図３に示すように、排気装置アイソレータアセンブリ３０は、ブラケット３２と、排気装置アイソレータ３４と、を含む。ブラケット３２は、一対の取付フランジ３６とアイソレータインターフェース３８を有する金属又はプラスチック製の構成部材である。一対の取付フランジ３６のそれぞれは、排気装置アイソレータアセンブリ３０を車両のフレーム又は車両の別の構造部材に固定するための固定部品を収容する穴４０を有する。図１では取付フランジ３６は互いほぼ垂直に設けられているが、ブラケット３２を車両の取付構造体に適切に連結するために必要な任意の向きでフランジ３６を配置することが本発明の範囲に含まれる。

排気装置アイソレータ３４は、内側構造部材５０と、外側構造部材５２と、構造部材５０，５２の間に配置された弾性体５４と、を含む。

弾性体５４は、インナーチューブ、ボルト又はハンガーピン６０を収容するように設計された取付穴５８を有する。ハンガーピン６０は、排気装置１０の構成部材に取り付けられる。ブラケット３２は車両の構造部材に取り付けられ、排気装置アイソレータ３４は排気装置１０の構成部材にハンガーピン６０を使用して取り付けられるものとして説明するが、ブラケット３２を排気装置１０に取り付け、排気装置アイソレータ３４を車両の構造部材にハンガーピン６０を使用して取り付けることも本発明の範囲に含まれる。従って、排気装置１０は１以上の排気装置アイソレータアセンブリ３０を介して車両に固定される。

弾性体５４は、弾性体５４及び内側構造部材５０内を延びる１以上のプレスフィット開口部６２を有する。プレスフィット開口部６２により、外側構造部材５２をブラケット３２に押圧固定することができる。あるいは、外側構造部材５２が排気装置１０又は車両の構造部材に取り付けられるように、外側構造部材５２とブラケット３２を一体化することもできる。押圧固定後、通常は外側構造部材５２上におけるブラケット３２のクリンピング（折り目をつける）によって取付を確実にすることができる。排気装置アイソレータ３４を異なる方向に向けることが必要な場合には、弾性体５４の非連続的な環状壁を設けるためにプレスフィット開口部６２を使用することができる。弾性体５４は、外側周囲空隙部６４及び内側周囲空隙部６６を有する。空隙部６６は取付穴５８に対して非対称的であるものとして図示しているが、空隙部６６を取付穴５８に対して対称的に設計することも本発明の範囲に含まれる。空隙部６６を取付穴５８に対して対称的に設計することにより、排気装置アイソレータアセンブリ３０の組立状態又は静止荷重状態において、取付穴５８は外側構造部材５２の中心線上又は中心線近傍に配置されるようになる。

空隙部６６の設計（特に厚み）によって、排気装置アイソレータアセンブリ３０を放射方向に移動させる荷重が空隙部６６の閉鎖のために急激に上昇するまでの外側構造部材５２及びブラケット３２に対する取付穴５８の移動量が決まる。空隙部６６が閉じるまで、取付穴５８の放射方向の移動によって荷重方向とは関係なく弾性体５４の純粋な剪断が生じる。剪断荷重は、外側構造部材５２と内側構造部材５０の間に配置された弾性体５４の一部において生じる。

図示するように、空隙部６４は軸方向において内側周囲空隙部６６とオーバーラップし、弾性体５４の撓みによる剪断荷重を受ける剪断ハブ７０を規定する。排気装置アイソレータアセンブリ３０への荷重が大きくなると、内側構造部材５０がブラケット３２（ブラケット３２が外側構造部材５２とは別個に設けられている場合）又は外側構造部材５２（ブラケット３２が外側構造部材５２と一体化されている場合）に接触するまで空隙部６６が閉じる。内側構造部材５０がブラケット３２又は外側構造部材５２と接触することにより、排気装置アイソレータアセンブリ３０が高いグラウンドアウト荷重を受けた場合に、圧縮並びに剪断ハブ７０に対する圧縮応力を防止することができる。これにより、排気装置アイソレータアセンブリ３０の性能と信頼性が向上する。

任意に設けられる環状の弾性熱シールド７２が外側周囲空隙部６４の外側部分を規定する。弾性熱シールド７２は弾性体５４と一体化されている。弾性熱シールド７２は、外部の熱源から剪断ハブ７０を保護する。

内側構造部材５０は、軸方向円筒部７６及び放射方向フランジ７８を含む、金属又はプラスチック製のフランジ付き円筒状構成部材である。軸方向円筒部７６は取付穴５８の周囲に延在し、放射方向フランジ７８は軸方向円筒部７６から放射方向に外側に延在して剪断ハブ７０の基体となる。弾性体５４は、放射方向フランジ７８に接合された剪断ハブ７０を含む内側構造部材５０に接合されている。

外側構造部材５２は、軸方向円筒部８２及び放射方向フランジ８４を含む、金属又はプラスチック製のフランジ付き円筒状構成部材である。軸方向円筒部８２は、内側周囲空隙部６６の外周に沿って延び、ブラケット３２とプレスフィットするか、ブラケット３２を収容するように設計されている。別個のブラケット３２を使用した排気装置アイソレータアセンブリ３０を図示しているが、外側構造部材５２とブラケット３２を一体化し、剪断ハブ７０をブラケット３２に直接接合することも本発明の範囲に含まれる。放射方向フランジ８４は軸方向円筒部７６から放射方向に外側に延在し、剪断ハブ７０の反対側の端部において剪断ハブ７０の基体となる。弾性体５４は、放射方向フランジ８４に接合された剪断ハブ７０を含む外側構造部材５２に接合されている。

ブラケット３２は、円筒内壁部８６と、外壁部８８と、円筒内壁部８６と外壁部８８との間に延在する放射方向壁部９０と、を有する金属又はプラスチック製のブラケットである。図２に示すように、円筒内壁部８６は、外側構造部材５２の軸方向円筒部８２によって形成された開口部内にプレスフィット（圧入）するように設計されている。

図２に示すように、内側構造部材５０の軸方向円筒部７６は、外側構造部材５２の軸方向円筒部８２によって形成された開口部及びブラケット３２の円筒内壁部８６内に延在している。これにより、外側構造部材５２に対する内側構造部材５０の放射方向の移動に対する移動停止部材を設けることができ、圧縮及び剪断ハブ７０に対する圧縮応力を防止することができる。内側構造部材５０は、外側構造部材５２に対して放射方向に移動し、内側構造部材５０がブラケット３２に接触するまで内側周囲空隙部６６を閉じる。

内側構造部材５０の外部に配置された弾性体５４の環状部分は緩衝作用を有し、内側構造部材５０とブラケット３２の直接的な接触を防止する。ブラケット３２が外側構造部材５２と一体化されて排気装置アイソレータアセンブリ３０を車両の構造部材に取り付ける場合には、外側構造部材５２の軸方向円筒部８２、車両の構造部材又は別のブラケットを停止部材として使用することができる。

排気装置アイソレータ３４は、放射方向の荷重が生じた際に弾性体５４における引張応力荷重を防止する。全方向における剪断荷重により、排気装置アイソレータ３４は、より低く、より安定した撓み率を達成することができる。これは、剛性率（剪断荷重）が弾性率（引張荷重）よりも低いためである。また、剪断における弾性材料のバネ定数は引張時よりも一貫している。撓み率と撓みは中心軸に対して対称であってもよく、プレスフィット開口部６２を使用するか、弾性体５４又は剛性構造体の大きさ又は形を変更することによって調節することもできる。さらなる利点は、剪断ハブ７０の撓み率が撓み時（空隙部６６が閉じるまで）において直線的であり、位置に関する設計にロバスト性（ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）を加えることである。すなわち、位置公差による予荷重によって撓み率は急激に上昇することはなく、車両のＮＶＨ（Ｎｏｉｓｅ、Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ、Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）が排気幾何公差と共に変化することはない。

図４は、本発明の別の実施形態に係る排気装置アイソレータアセンブリ１３０を示す。排気装置アイソレータアセンブリ１３０は、ブラケット１３２と、一対の排気装置アイソレータ３４と、を含む。ブラケット３２の代わりにブラケット１３２を使用することにより、一対のハンガーピン６０を使用して、排気装置アイソレータアセンブリ１３０を車両及び排気装置に取り付けることができる。ブラケット３２に関する上述した説明はブラケット１３２にも当てはまる。

排気装置アイソレータ３４の取付装置はブラケット３２又はブラケット１３２の使用に限定されるものではない。本願出願人による同時係属中での米国特許出願第１１／２３３，２８３号に開示された任意の取付装置を使用して排気装置アイソレータ３４を車両に取り付けることができる。なお、米国特許出願第１１／２３３，２８３号の開示内容はこの参照によって本願明細書に援用する。

Claims (24)

1. 弾性体と、
   前記弾性体に取り付けられ、放射方向に延びるフランジを有する外側構造部材と、
   前記弾性体に取り付けられ、軸方向に延びる円筒部と、前記軸方向に延びる円筒部から放射方向に外側に延びる、放射方向に延びるフランジと、を有する内側構造部材と、
   を含み、
   前記弾性体が、前記外側構造部材と前記内側構造部材の間に延在する剪断ハブを有するアイソレータ。
2. 請求項１において、前記内側構造部材の前記放射方向に延びるフランジが、前記外側構造部材の前記放射方向に延びるフランジと軸方向において対向している、アイソレータ。
3. 請求項２において、前記剪断ハブが、前記内側構造部材の前記放射方向に延びるフランジ及び前記外側構造部材の前記放射方向に延びるフランジに接合されている、アイソレータ。
4. 請求項２において、前記外側構造部材に取り付けられた、剛性を有する取付ブラケットをさらに含む、アイソレータ。
5. 請求項４において、前記外側構造部材に対する前記内側構造部材の放射方向の移動によって、前記内側構造部材の前記軸方向に延びる円筒部が前記外側構造部材に接触する、アイソレータ。
6. 請求項１において、前記剪断ハブを取り囲む熱シールドをさらに含む、アイソレータ。
7. 請求項６において、前記熱シールドが前記弾性体と一体化されている、アイソレータ。
8. 請求項１において、前記弾性体が、前記弾性体内に延びるプレスフィット開口部を有する、アイソレータ。
9. 請求項１において、前記内側構造部材が、前記内側構造部材内を延びるプレスフィット開口部を有する、アイソレータ。
10. 請求項１において、前記弾性体が、前記内側構造部材の周囲に配置された第１の周囲空隙部を有し、前記剪断ハブが前記第１の周囲空隙部によって規定されている、アイソレータ。
11. 請求項１０において、前記弾性体が、前記剪断ハブを取り囲む熱シールドを規定する第２の周囲空隙部を有する、アイソレータ。
12. 請求項１１において、前記熱シールドが前記弾性体と一体化されている、アイソレータ。
13. 請求項１において、前記弾性体が、前記弾性体内を延びる取付穴を有し、前記内側構造部材の前記軸方向に延びる円筒部が前記取付穴の周囲に延在する、アイソレータ。
14. 請求項１において、前記内側構造部材の前記軸方向に延びる円筒部が、前記外側構造部材によって規定された開口部内を延びて移動停止部材を形成する、アイソレータ。
15. 請求項１４において、前記内側構造部材の前記放射方向に延びるフランジが、前記外側構造部材の前記放射方向に延びるフランジと軸方向において対向している、アイソレータ。
16. 請求項１５において、前記剪断ハブが、前記内側構造部材の前記放射方向に延びるフランジ及び前記外側構造部材の前記放射方向に延びるフランジに接合されている、アイソレータ。
17. 請求項１において、前記外側構造部材が、軸方向に延びる円筒部を含み、前記外側構造部材の前記放射方向に延びるフランジが、前記外側構造部材の前記軸方向に延びる円筒部から放射方向に外側に延びている、アイソレータ。
18. 請求項１において、前記外側構造部材がブラケットを備える、アイソレータ。
19. 弾性体と、
    前記弾性体に取り付けられた外側構造部材と、
    前記弾性体に取り付けられた内側構造部材と、
    前記弾性体を取り囲む熱シールドと、
    を含むアイソレータ。
20. 請求項１９において、前記熱シールドが前記弾性体と一体化されている、アイソレータ。
21. 請求項１９において、前記内側構造部材の放射方向に延びるフランジが、前記外側構造部材の放射方向に延びるフランジと軸方向において対向している、アイソレータ。
22. 請求項２１において、前記弾性体が、前記内側構造部材の前記放射方向に延びるフランジ及び前記外側構造部材の前記放射方向に延びるフランジに接合されている、アイソレータ。
23. 請求項１９において、前記弾性体が、第１の周囲空隙部と、前記第１の周囲空隙部を取り囲む第２の周囲空隙部と、を有し、前記第２の周囲空隙部が前記熱シールドを規定している、アイソレータ。
24. 弾性体と、
    前記弾性体を第１の部材に取り付けるための手段と、
    前記弾性体を第２の部材に取り付けるための手段と、
    前記弾性体を取り囲む熱シールドと、
    を含むアイソレータ。

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