JP2012189148A - 防振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の重量を増加させることなしに、サージング現象の発生を有効に防止して、常に所期したとおりの防振機能を発揮することができる防振装置を提供する。
【解決手段】筒体１と、該筒体１の中心軸線の一方側に片寄せて筒体１と同心に配置したコア部材２と、筒体１の内周面を全周にわたってコア部材２に連結する本体ゴム３とを具え、本体ゴム３の外表面を、本体ゴム軸線を含む縦断面内でコア部材２側に凸となる錐台状に形成してなり、振動発生側の部材からの、軸線方向の入力振動を、主として、本体ゴム３の剪断変形で吸収し、該入力振動の、振動伝達側の部材への伝達を防止する防振装置であって、前記本体ゴム３を、筒体１の周方向で、互いにゴム硬度が異なる二種類のゴム弾性体３ａ,３ｂの相互を一体的に固着させて構成する。
【選択図】図４

Description

この発明は、たとえば円筒状をなす筒体と、それの中心軸線の一方側に片寄せて同心配置したコア部材とを、錐台状の本体ゴムで連結してなるものであって、振動発生側の部材からの、軸線方向の入力振動を、主として、本体ゴムの剪断変形で吸収し、その入力振動の、振動伝達側の部材への伝達を防止するべく機能する、エンジンマウント等として用いて好適な防振装置に関するものであり、とくに、装置の使用に際し、筒体とコア部材との間に配設した本体ゴムに発生するおそれのある、いわゆるサージング現象を有効に抑制して、装置に、常に所期したとおりの防振機能を発揮させる技術を提案するものである。

たとえば、エンジン側の部材と車体側の部材とのそれぞれに、筒体およびコア部材のそれぞれを取り付けて使用に供されることがあるこの種の防振装置では、エンジン側部材からの入力振動を、本体ゴムの弾性変形で吸収するに当り、いずれも剛性材料からなる筒体およびコア部材のそれぞれに固着された本体ゴムをばねおよび質量とするばね―質量系にあって、固有振動周波数、たとえば１０００Ｈｚ前後の周波数の振動が入力された場合は、本体ゴムそれ自身が自励振動して振幅が急激に増大し、硬いばね特性がもたらされる、いわゆるサージング現象が発生し、装置が、所期したとおりの防振機能を発揮し得なくなることがある。

このようなサージング現象に対処するべく、特許文献１では、本体ゴムの外表面の中央域にそれの全周にわたって延びる、密度が２ｇ／ｃｍ²以上で硬度がＨｓ８０以下のリング部材を設けることとし、これにより、リング部材を有する本体ゴムの重量の増大に基く、本体ゴム自身の固有周波数の変動をもたらして、上記の自励振動の発生を防止するとともに、リング部材による本体ゴムの拘束に起因する、本体ゴムの弾性特性の変化、本体ゴムへの応力集中を、リング部材を低硬度のゴム弾性体とすることによって小さく抑えることができるとしているも、この防振装置では、装置全体としての重量もまた増大することから、とくにエンジンマウントとして用いる場合に、車両の燃費の低下を招くという他の問題があった。

特開平１０−２６７０６９号公報

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、装置の重量を増大させることなしに、サージング現象の発生を有効に防止して、常に所期したとおりの防振機能を発揮することができる防振装置を提供するにある。

発明者は、有限要素法による数値解析を実施して、上述した本体ゴムのような、縦断面内で、外表面が、軸線方向の一方側に凸となる円錐台状の弾性体の、振動入力時の挙動について鋭意研究を重ねた結果、円錐台状の弾性体を、それの周方向の複数個所で相互に固着させた、ゴム硬度の異なる二種類の弾性要素にて構成することで、弾性体の動的ばね定数の、各次数の共振周波数でのピーク値を、一種類の弾性要素からなる弾性体に比して大幅に低減させることができ、併せて、その動的ばね定数のピークの発生周波数を、共振周波数より高周波数側もしくは低周波数側にシフトできることを見出した。
そして、このことを防振装置に適用することにより、サージングの発生を有効に防止することができると考えた。

このような知見に基き、この発明の防振装置は、筒体と、その筒体の中心軸線の一方側に片寄せて筒体と同心に配置したコア部材と、筒体の内周面を全周にわたってコア部材に連結する本体ゴムとを具え、本体ゴムの外表面を、本体ゴムの軸線を含む縦断面内で凸となる錐台状に形成してなり、振動発生側の部材からの、軸線方向の入力振動を、主として、本体ゴムの剪断変形で吸収し、その入力振動の、振動伝達側の部材への伝達を防止するものであって、前記本体ゴムを、筒体の周方向で、たとえば、ＪＩＳ Ａ硬度で４５〜６０の範囲とすることができる、ゴム硬度が互いに異なる二種類のゴム弾性体の相互を一体的に固着させて構成してなるものである。

ここで、二種類のゴム弾性体の、それぞれのゴム硬度の差は、ＪＩＳ Ａ硬度で４〜１５の範囲内とすることが好ましい。
なおここで、「ＪＩＳ Ａ硬度」は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定される、タイプＡデュロメータを用いたデュロメータ硬さ試験により得られるデュロメータ硬さをいう。

またここで、筒体の内周面を全周にわたってコア部材に連結する本体ゴムを、筒体の周方向に連続する各一箇所の高硬度ゴムと低硬度ゴムとで構成する場合は、その本体ゴムにおける、高硬度ゴムの占める周方向配設域を２５％とすることが好ましい。

図１に、有限要素法を用いた解析結果を、入力振動の周波数に対する動的ばね定数の変化のグラフで示す。
ここで、この数値解析では、図２に縦断面図で示すような、縦断面内で、軸線方向の一方側に凸となる円錐台状の外表面を有する弾性体で、頂面の中央域に設けた窪みの、コア部材が固着される周面および、筒体の内周面が固着される弾性体外周面のそれぞれを固定端とした状態をモデル化し、ゴム硬度が、ＪＩＳ Ａ硬度４５と５５とで互いに異なる二種類の弾性要素の、弾性体の周方向の配設域を、図３（ａ）〜（ｆ）に平面図で示すように各種変更したものについて、振動が入力した際の、動的ばね定数の変化をそれぞれ算出した。
なお、図１では参考のため、ゴム硬度が４５もしくは５５のいずれか一種類だけの弾性要素からなる弾性体のそれぞれの解析結果についても示した。

図１に示すところから明らかなように、図３（ａ）〜（ｆ）に示す、ゴム硬度の異なる二種類の弾性要素を相互に固着させてなる弾性体では、ゴム硬度が５５の一種類の弾性要素からなる弾性体に比して、一次および二次のそれぞれの共振周波数での、動的ばね定数のピークがいずれも大幅に低減されていることが解かる。
このことは、振動の入力時に、弾性体を構成する、ゴム硬度が４５の弾性要素と、それに一体的に固着されたゴム硬度が５５の弾性要素とが、互いに振幅の大きさおよび位相の異なる挙動を示すことによって、弾性要素自身の振動の増幅を互いに抑制しあうことによるものと考えられる。

そして、各次数の共振周波数での、動的ばね定数のピーク値は、図１に示すところでは、弾性体における、ゴム硬度が５５の弾性要素の周方向配設域が小さいものほど低下する傾向にある。
なお、ゴム硬度が４５の一種類の弾性要素からなる弾性体は、静的ばね定数が小さいことから、それの、動的ばね定数のピークもまた、ゴム硬度が５５の一種類の弾性要素からなる弾性体に比して小さくなっている。

また、図１の結果より、とくに、図３（ｂ）に示すように、ゴム硬度の異なる二種類の弾性体を、周方向に二箇所ずつ交互に、ともに等しい角度範囲（４５°）にわたって対角に配設してなる弾性体では、ピーク周波数が、一次、二次ともに、ゴム硬度が５５の一種類の弾性要素からなる弾性体の同様のピーク周波数に対して低周波数側にシフトしていることが解かる。

以上に述べた解析結果から、この発明の防振装置によれば、筒体の内周面とコア部材とを連結する本体ゴムを、筒体の周方向で、互いにゴム硬度が異なる二種類のゴム弾性体の相互を一体的に固着させて構成したことにより、たとえばエンジンマウントに必要とされる所要の静的ばね特性を発揮させつつも、本体ゴム自身の動的ばね定数のピークを大幅に低減させるとともに、そのピークの発生周波数を、従来の装置でサージングが生じる入力振動の周波数より高周波数側もしくは低周波数側にシフトさせることができるので、別個の部材のさらなる配設に起因する、装置の重量の増大を招くことなしに、サージング現象の発生を有効に防止することができる。

ここで、二種類のゴム弾性体の、それぞれのゴム硬度の差を４〜１５の範囲内としたときは、本体ゴムを二種類のゴム弾性体で構成することに基く、本体ゴムの動的ばね定数のピーク低減効果と、本体ゴムによる入力振動の抑制効果とを高い次元で両立させることができる。
これをいいかえれば、ゴム硬度の差を４未満とした場合は、ゴム硬度の差が小さいことによって、振動入力時に、ゴム硬度の差に基く、本体ゴムの動的ばね定数のピーク低減効果が十分に発揮されない結果、入力振動によっては、サージング現象が生じるおそれがあり、この一方で、ゴム硬度の差を、１５を超えるものとした場合は、二種類のゴム弾性体のいずれかのゴム硬度が小さすぎるか、もしくは大きすぎることから、本体ゴムの剪断変形による入力振動の吸収が適正に行われないおそれがある。

なおここで、上記の数値解析で、図３（ｃ）に示すような、周方向に連続する各一箇所の高硬度の弾性要素および低硬度の弾性要素で構成されて、高硬度の弾性要素の配設域を２５％とした弾性体は、図１に示すように、動的ばね定数のピークが十分大きく低減されていることから、これを防振装置に適用したとき、すなわち、筒体の内周面を全周にわたってコア部材に連結する本体ゴムを、筒体の周方向に連続する各一箇所の高硬度ゴムと低硬度ゴムとで構成するとともに、その本体ゴムにおける、高硬度ゴムの占める周方向配設域を２５％としたときは、低硬度ゴムが占める割合の影響下で、サージングの発生を有効に防止しつつも、所要の大きさの静的ばね定数を確保することができる。

有限要素法による解析結果を、入力振動の周波数に対する動的ばね定数の変化で表すグラフである。 図１の数値解析に用いた弾性体モデルを示す、中心軸線を含む縦断面図である。 図１の数値解析に用いた弾性体モデルのそれぞれの、ゴム硬度が異なる二種類の弾性要素の周方向配設域を示す平面図である。 この発明の一の実施形態を示す、装置の中心軸線を含む縦断面図である。 図４のＶ―Ｖ線に沿う横断面図である。 本体ゴムの変形例を示す、図５と同様の横断面図である。 他の実施形態を示す、図４と同様の縦断面図である。

以下に図面を参照しつつ、この発明の実施の形態について説明する。
図４に例示する防振装置は、金属材料、プラスチック材料その他の剛性材料からなる、ここでは円筒状の筒体１と、筒体１の中心軸線の一方側、図では上方側に片寄せて筒体１と同心に配置されて、これもまた剛性材料からなるコア部材２と、筒体１の内周面をコア部材２に連結する本体ゴム３とを具えてなる。
なお、図示は省略するが、筒体は、横断面の内外輪郭形状がともに多角形の角筒状とすることもできる。
そしてここでは、本体ゴム３の外表面を、図示の縦断面内で、コア部材２側に凸となる、たとえば円錐台状に形成する。

このような防振装置は、筒体１を、振動発生側もしくは振動伝達側のいずれか一方側の部材に取り付けるとともに、コア部材２を、他方側の部材に取り付けて使用に供することができ、振動発生側の部材からの、図の上下方向の入力振動を、主として、本体ゴム３の剪断変形で吸収することで、入力振動の、振動伝達側の部材への伝達を防止するべく機能する。

ここにおいて、筒体１の内周面およびコア部材２のそれぞれに固着された本体ゴム３を、ばねおよび質量とするばね―質量系の固有振動周波数に近い周波数、たとえば１０００Ｈｚ前後の周波数の振動が装置に入力されたときは、本体ゴム３自身が自励振動して、振幅および動的ばね定数が増大するサージング現象が生じることがあるので、この発明では、かかるサージング現象に対処するべく、本体ゴム３を、図５に横断面図で示すように、筒体１の周方向で、互いにゴム硬度の異なる二種類、たとえば、所要の静的ばね特性を発揮させ得る本体ゴム３のゴム硬度に対して大小二種類のゴム弾性体３ａ，３ｂの相互を固着させて構成する。

このことによれば、図１に示す解析結果から解かるように、高硬度の一種類のゴム弾性体で構成した本体ゴムを有する装置に比して、本体ゴム３の動的ばね定数のピークを大きく低減することができ、また、ピークの発生周波数を、高硬度の一種類のゴム弾性体で構成した本体ゴムの共振周波数より高周波数側もしくは低周波数側にシフトさせることができるので、静的ばね定数を大幅に低下させることなしに、本体ゴム３の自励振動を有効に抑制して、サージング現象の発生を防止することができる。

上記の防振装置の製造は、たとえば、図示は省略するが、はじめに、型開きしたモールド内に、筒体およびコア部材のそれぞれを配置し、次いで、モールドを型締めして、それの内部に形成されるキャビティに、二つの注入口から、二種類の粘性流体状の生ゴムのそれぞれを射出してキャビティ内に充満させ、しかる後に、生ゴムを加硫することによって行うことができる。
このようにして製造した防振装置では、本体ゴム３の、高硬度のゴム弾性体３ａと、低硬度のゴム弾性体３ｂとが互いに一体的に固着されることになる。

なお、図４および５に示すところでは、本体ゴム３を、筒体１の周方向に連続する二種類のゴム弾性体３ａ，３ｂのそれぞれを、その周方向に１８０°の角度範囲にわたって一箇所ずつ設けることとしたが、本体ゴムは、図６（ａ）に示すように、二種類のゴム弾性体１３ａ〜１３ｄを、筒体１の周方向に交互に、９０°の角度範囲にわたって二箇所ずつ設けて構成することもできる。ここでは、ゴム弾性体１３ａと１３ｃ、ゴム弾性体１３ｂと１３ｃのそれぞれのゴム硬度を、互いに等しい大きさとした。
ところで、図示は省略するが、本体ゴムの、二種類のゴム弾性体のそれぞれは、筒体の周方向に三箇所以上に分けて配設することも可能である。

図６に示す装置によれば、図１の解析結果から解かるように、高硬度の一種類のゴム弾性体で本体ゴムを形成する場合に比し、本体ゴム１３の動的ばね定数のピークを低減できることに加えて、ピークの発生周波数を、高硬度の一種類のゴム弾性体で本体ゴムを形成してなる装置で生じるピーク周波数より低周波数側にシフトさせることができるので、各ゴム弾性体１３ａ〜１３ｄの周方向配設域の割合を適宜変更することによって、サージングの発生をより確実に防止することができる。

また、図４および５に示すところでは、本体ゴム４における、高硬度ゴムおよび低硬度ゴムのそれぞれが占める周方向配設域をともに５０％としているが、図１に示す解析結果によれば、本体ゴムの動的ばね定数のピークをより一層低減するとの観点からは、図６（ｂ）に示すように、筒体１の内周面を全周にわたってコア部材２に連結する本体ゴム２３における、高硬度ゴム弾性体２３ａの占める周方向配設域を２５％とすることが好ましい。

ところで、図７に示す他の実施形態は、筒体３１の中心軸線の他方側、図では下方側に、その他方側の開口部を液密に密閉するダイヤフラム３４を設けるとともに、筒体３１の内部に、通路構成部材３５の内周面にメンブラン３６を固着してなる仕切壁３７を配設することで、非圧縮性の液体を封入してなる二の液室３８，３９を形成し、これらの液室３８，３９の相互を、通路構成部材３５の外周面に構成される制限通路４０によって連通させたことを除いて、図４に示す防振装置と同様の構成を有するものである。

図７に示すこの液封防振装置は、図４に示す装置と同様にして、振動発生側の部材と振動伝達側の部材のそれぞれに取り付けられて、振動発生側の部材からの、上下方向の入力振動を、本体ゴム３３の弾性変形による吸収、減衰に加えて、装置内部の液体が制限通路４０を介して二の液室３８,３９の相互間で流動するときの液柱共振、制限通路４０が液体に及ぼす流動抵抗等によって減衰させて、入力振動の、伝達側の部材への伝達を防止するべく機能する。

そして、このような液封防振装置でも、本体ゴム３３を、筒体３１の周方向で、互いにゴム硬度の異なる二種類のゴム弾性体３３ａ，３３ｂを相互に固着させて構成することにより、振動入力時に、二種類のゴム弾性体３３ａ，３３ｂが、それ自身の振動を互いに抑制しあうべく機能することから、本体ゴム３３の自励振動に起因するサージングの発生を有効に防止することができる。

１，３１ 筒体
２，３２ コア部材
３，１３，２３，３３ 本体ゴム
３ａ，３ｂ，１３ａ〜１３ｄ，３３ａ，３３ｂ ゴム弾性体
２３ａ 高硬度ゴム
２３ｂ 低硬度ゴム
３４ ダイヤフラム
３５ 通路構成部材
３６ メンブラン
３７ 仕切壁
３８，３９ 液室
４０ 制限通路

Claims (3)

1. 筒体と、該筒体の中心軸線の一方側に片寄せて筒体と同心に配置したコア部材と、筒体の内周面を全周にわたってコア部材に連結する本体ゴムとを具え、本体ゴムの外表面を、本体ゴム軸線を含む縦断面内でコア部材側に凸となる錐台状に形成してなり、振動発生側の部材からの、軸線方向の入力振動を、主として、本体ゴムの剪断変形で吸収し、該入力振動の、振動伝達側の部材への伝達を防止する防振装置であって、
   前記本体ゴムを、筒体の周方向で、互いにゴム硬度が異なる二種類のゴム弾性体の相互を一体的に固着させて構成してなる防振装置。
2. 前記二種類のゴム弾性体の、それぞれのゴム硬度の差を、ＪＩＳ Ａ硬度で４〜１５の範囲内としてなる請求項１に記載の防振装置。
3. 円筒状をなす筒体の内周面を全周にわたってコア部材に連結する本体ゴムを、筒体の周方向に連続する各一箇所の高硬度ゴムおよび低硬度ゴムにて構成し、該本体ゴムにおける、高硬度ゴムの占める周方向配設域を２５％としてなる請求項１もしくは２に記載の防振装置。