JP2614162B2

JP2614162B2 - 液封入制御型エンジンマウント

Info

Publication number: JP2614162B2
Application number: JP31995692A
Authority: JP
Inventors: 善治中島; 陽一島原; 稔古市; 俊之柴山; 公夫伊藤; 敏行賀美; 岳史奥
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyo Tire Corp
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JPH06316222A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として自動車のパワ
ーユニットと支持フレームまたはシャーシ等の車体側と
の間で使用される液体封入式防振装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】自動車の
エンジン等のパワーユニットを、その振動を車体へ伝達
させないように支承するマウント等の液体封入式の防振
装置は、液体が充満された第１液室と第２液室とをオリ
フィスにより連通させ、このオリフィス内液体の共振に
より振動減衰効果を得るものである。この効果は共振周
波数付近で顕著であり、エンジンシェイクによる振動減
衰やアイドル振動低減に用いられる。しかしながら、エ
ンジンシェイクによる振動とアイドル振動の周波数が離
れていて両方とも防振機能を持たせたり、更に、こもり
音や透過音も抑制しようとすると、従来の液体封入式の
防振装置そのままでは、対応が不可能であり、振動入力
による液室内の圧力を相殺するように、液圧制御するこ
とが問題解決の方策となる。

【０００３】液圧を制御する手段として、磁石とコイル
を用いるものが特願昭６０−１１００５２に開示されて
いる。この方式で１５〜４０Ｈｚ付近のアイドリング時
の動的ばね定数を下げようとすると、大きな消費電力が
必要である。また、圧力を発生させるためのコイルに接
続したダイヤフラムの剛性が低いので、ダイヤフラムと
コイルの系の共振周波数が低く、発明者が追試した結果
では、高々２００Ｈｚが上限であり、２００Ｈｚ以上の
周波数では防振性能が得られなかった。また、この方式
では磁石を用いるので、製品重量が重くなるという欠点
もある。

【０００４】特開昭６０−１９２１４１には液室の壁の
一部をセラミック圧電板で構成し、これを湾曲振動させ
る方式が開示されている。しかしながら、現在生産され
ているセラミック圧電板では、湾曲によって発生できる
力は、高々数１０ｇ程度であり、一方マウントで実際に
必要な力は、後述の如く、数１０ｋｇ必要となるので、
この方式は到底実用に供し得ない。

【０００５】特開平２−４２２２８に開示されたものの
うち、第２図は積層セラミックのアクチュエータでオリ
フィスを内蔵した仕切板を加振した構造となっている。
現在市販されている、実用的な長さを有するセラミック
アクチュエータは、その伸びが通常数１０μ程度しかな
いのに対し、有効に液圧制御するには数１００μ必要な
ので、この構造のままでは防振機能はない。第２図と第
５図を組み合わせたものは、一見したところでは、実用
性がありそうに見える。しかしながら、第５図に示され
ているように、ピストン、ピストンリングを使う方式で
は、ピストン、ピストンリング、シリンダ共に高精度の
加工が必要で、しかも実際上は長期間の間に、ピストン
とピストンリング間、ピストンリングとシリンダ間に液
漏れが発生し、その補償手段を講じないと実用に耐えら
れない。

【０００６】以上に述べた如く、従来開示されている技
術は、広い周波数域にわたって液室の圧力を制御すると
いう目的を掲げながら、その手段として提示されたもの
は、圧力を発生する力や変位が不十分であったり、ある
いは、液漏れで長期信頼性のないもの、液圧発生機構の
固有振動数が低くしかも大電力を消費するものであり、
目的を達していない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の液体封入式防振装置は、振動源側と支持側との２つ
の部材がゴム等の弾性体よりなる厚肉の防振基体を介し
て結合され、前記防振基体及び可動部が室壁の一部をな
す第１液室と、ゴムダイヤフラムに接する第２液室と、
第１液室と第２液室を連通するオリフィスとからなり、
可動部と周辺固定部とは金属弾性体またはゴム弾性体で
接続して液封止し、可動部は変位拡大機構を介してセラ
ミックアクチュエータにより変位が与えられるものであ
って、セラミックアクチュエータには常に圧縮を与えて
おくために、大小ピストンのいずれかまたは可動部にス
プリングあるいはゴム等により荷重を加えており、変位
拡大機構は、２つの径の異なったピストンの間に液体を
充満し、両ピストンの周囲はゴム弾性体を接着又は圧着
することにより液体を封止し、両ピストンの有効面積比
を後述する（３）式で与えられる値ｎ₀とすることを特
徴とする液封エンジンマウントである。

【０００８】

【作用】本発明の液体封入式防振装置は図１のように
モデル化することができる。すなわち、オリフィス中の
液柱質量Ｍと可動部質量ｍ_cの２自由度をもった振動系
であるので、２つの共振周波数が存在する。

【０００９】低い方の共振周波数を、例えば１０Ｈｚ近
くなるように、防振基体のばね定数やオリフィス諸元を
設計すると、シェイクのような大振幅が加わり、減衰性
能が必要な時、必要十分な減衰係数を得ることができる
ことは周知の通りである。

【００１０】高い方の共振周波数は、例えば、３００Ｈ
ｚ以上の周波数に、少なくとも、こもり音に影響しない
高い周波数に設定することができる。具体的な設定方法
については後述する。

【００１１】上記のように共振周波数を設定すると、両
共振点間の周波数領域では防振機能として入力振動によ
る液圧振動が相殺するように可動板を制御する必要があ
るが、力と変位が最も必要なのは、１５〜４０Ｈｚのア
イドリング領域である。

【００１２】アイドリング領域では、液柱質量Ｍの共振
点を超え、可動部質量ｍ_cの共振点からも離れているの
で、近似的に次の力の釣合い関係が成立する。

【００１３】

【数２】但し、Ｋ_a＝小ピストンのゴム及び与圧縮用スプリング
のばね定数。

【００１４】Ｋ_b＝大ピストンのゴムのばね定数。

【００１５】Ｋ_p＝セラミックアクチュエータのばね定
数。

【００１６】Ｋ₀＝第１液室の体積弾性率Ｋ₁＝第２液室の体積弾性率ａ＝可動部の有効面積ｎ＝大ピストンの有効面積／小ピストンの有効面積Ｚ＝可動部の変位振幅ｕ＝入力変位振幅Ａ₀＝防振基体の有効ピストン面積 δ ＝セラミックアクチュエータの変位振幅 ω ＝角速度ｔ＝時刻 θ₁，θ₂＝位相角（１）式において、位相角θ₁，θ₂の影響を小さいも
のとすると、Ｚは

【数３】Ｚはｎのみの関数とみて、また、他の諸元はｎに関係し
ないとして、Ｚが最大となるときのｎをｎ₀とすると、

【数４】但し、

【数５】この時、Ｚは、

【数６】可動板を動かす力Ｆは

【数７】高い方の共振周波数ｆ_Zは次式で与えられ、

【数８】但し、ｍ_c＝可動部の振動質量（７）式の右辺のパラメータを適切に選ぶことによっ
て、セラミックアクチュエータと可動板の系の共振周波
数ｆ_zをこもり音に影響しないように、例えば、３００
Ｈｚ以上に容易に設定することができる。

【００１７】設計例として、幾つかの場合の計算値を表
１に示す。表１より可動板の変位と力は前記の「従来の
技術と発明が解決しようとする課題」の項で述べた程度
の大きさが必要であることが分かる。

【００１８】

【表１】最適の大ピストンの有効面積／小ピストンの有効面積の
比ｎは（３）式で与えられ、この式の値より小さな比と
するときには、十分な変位を可動部に与えられなくな
り、この式の値より大きな比とするときには、十分な液
圧力を可動部に与えられなくなる。

【００１９】（３）式には５つのゴムのばね特性値が含
まれているが、ゴムのばね特性値はばらつきが多いこと
は周知の事実であり、±１０〜１５％の許容公差をつけ
て取引されるのが慣行となっている。そこで、中間の１
２．５％の誤差を各ばね特性が持っているものとして、
累積二乗和の平方根を求めると±２８％がｎの誤差範囲
となる。従って、実際の設計にあたっては、（３）式の
計算値の±２８％程度の誤差範囲は本発明の範囲に含ま
れる。

【００２０】（３）式は可動板の変位を最大にするよう
にｎを求めたが、この時振動源側のばね定数が最小とな
ることは容易に証明できる。何故ならば、振動源側の荷
重Ｗは

【数９】であるから、振動源側のばね定数Ｗ／ｕを最小にするｎ
は

【数１０】なる関係から、Ｚを最大にするｎであることは明らかで
ある。

【００２１】次に（２）を（９）に代入すると、

【数１１】（１０）式よりＷ／ｕを０にする時は、

【数１２】を満たすようにセラミックアクチュエータを選定すれば
よい。

【００２２】以上は、慣性項や粘性項の影響を無視して
ばね力の関係のみで論じてきた。実際には、慣性項や粘
性項、セラミックアクチュエータのヒステリシスの影響
があるので、セラミックアクチュエータには電圧と位相
の両方を調整して加電することになり、図２のような制
御が有効である。

【００２３】

【実施例】図３は本発明の一実施例を示す。１０はエン
ジンマウントの全体である。１２はカップ状のサポー
ト、１４は筒部であり、両者はリング状の金具１６によ
りかしめられている。筒部１４の上部にはゴムなどから
なる円錐状をなした厚肉の防振基体１８が取付けられて
おり、その中央部には振動源金具２０が装着されてい
る。２２はゴムダイヤフラムであって、その周縁部はか
しめ金具１６によってサポート１２などと共に固定さ
れ、その中央部は次に述べる可動板２４の中央筒部に固
定されている。

【００２４】防振基体１８、筒部１４、ゴムダイヤフラ
ム２２により画される空間部は、仕切板２６によって、
第一液室２８と第二液室３０に区分されている。仕切板
２６の周縁には周回オリフィス３２が設けられ、これに
より前記の第一および第二液室を連通させている。仕切
板２６の中央の円形孔にはリング状ゴム３４を介して可
動板２４が取付けられている。

【００２５】サポート１２の内部には、その底面に当接
して、ケーシング３６が配されている。さらに、サポー
ト１２の下端部にはケース３８が配されて、その内部に
セラミックアクチュエータ４０が配設されている。アク
チュエータ４０は柱状に積層されており、その上端がケ
ーシング３６の下部に挿入された大径ピストン４２に当
接している。大径ピストン４２は拡幅用の液室４４を介
して、ケーシング３６の上部に配設された小径ピストン
４６と連結されている。小径ピストン４６の上部は可動
板２４の中央筒部に嵌合している。セラミックアクチュ
エータ４０の振動が拡幅されて小径ピストン４６に伝達
され、可動板２４を駆動する。なお、仕切板２６と可動
板２４との間にはリング状の板ばね４８が掛け渡されて
おり、これにより、セラミックアクチュエータ４０に予
圧縮が与えられている。

【００２６】図４はこの発明の第二の実施例を示す。第
一の実施例と同じ部分には同じ番号を付した。以下の実
施例でも同様である。この実施例では、第二液室３０を
防振基体１８の上方に配しており、ダイヤフラム２１を
その外側から囲むように取付けている。この場合には、
液封入作業が容易である。

【００２７】セラミックアクチュエータ４０の振動は、
第一の実施例の場合と同様に、大径ピストン４２に、液
室４４を経て小径ピストン４６に伝達される。４３はケ
ーシング３６と大径ピストン４２との間に介在するゴム
リング、４５はケーシング３６と小径ピストン４６との
間に介在する同じくゴムリングである。小径ピストン４
６の振動により可動板２４がその周縁に設けられたダイ
ヤフラム２５を介して振動する。２３はセラミックアク
チュエータ４０に与圧縮を加えるばね、２７はその支持
板である。

【００２８】図５は本発明の第三の実施例を示す。この
場合には、セラミックアクチュエータ４０はサポート１
２の軸方向に対して直角に配設されている。すなわち、
セラミックアクチュエータは必要な拡幅を得るにはある
程度の長さが必要であるが、前記２つの実施例のように
配設すると、マウント全高が高くなるので、車輌によっ
ては取付けにくい場合がある。本実施例はそのような場
合に有効である。

【００２９】この場合、横置きされたセラミックアクチ
ュエータ４０の図において左端部が大径ピストン４２に
当接し、この大径ピストン４２は、液室４４を介して、
マウントの軸方向に配設された小径ピストン４６と連動
する。小径ピストン４６の振動は可動板２４に伝わり、
可動板２４はゴム３４を介して仕切板２６に対して振動
する。この実施例においても第二液室３０は防振基体１
８の上方に位置している。

【００３０】図６はこの発明の第四の実施例を示す。こ
の場合には、マウント全高をさらに低くするために、セ
ラミックアクチュエータ４０と大径ピストン４２とをマ
ウント本体１０から離れた位置に設置し、連結管１１に
より小径ピストン４６と結んでいる。その他の構成は図
４の場合とほぼ同様である。

【００３１】

【発明の効果】図７に、図４の構造で表１のケース１の
設計値を採用したときの試験結果を示す。１０〜７０Ｈ
ｚの間は、入力振幅ｕ＝０．２ｍｍとした場合で、制御
をしない時に比べて、セラミックアクチュエータに適当
な位相角をもった電圧をかけて制御した時は、とりわけ
約２０Ｈｚ付近において著しく縦軸の絶対ばね定数Ｋ^＊
が低下していて、アイドル振動低減に効果的であること
を示している。７０Ｈｚ以上の周波数域では、５Ｇ一定
の条件で加振した場合の試験結果で、制御をしない時に
比べて、制御した時は殆どＫ^＊を０にすることができ、
また電圧を加減することにより、Ｋ^＊＝０となる周波数
を変えることができることを示している。７０〜３００
Ｈｚ域はこもり音の領域であり、この領域でＫ^＊＝０に
できることは、こもり音の低減に顕著な効果があること
を意味する。

【００３２】図８に減衰係数の試験結果を示す。この減
衰効果は第１液室と第２液室を連通したオリフィスにお
ける液柱共振によるもので、セラミックアクチュエータ
を制御することなしに得られ、エンジンシェイクに有効
である。

【００３３】本発明は、ゴムブッシュタイプのピストン
を２個組合せた液圧変位拡大機構とセラミックアクチュ
エータを液封入マウントに組み入れたもので、高精度な
加工を必要とせず、液漏れを生じることもなく、かつ、
液圧を与える可動部系の固有振動数を高く設定できるの
で、シェイク、アイドリング、こもり音、透過音の領域
までまたがって防振機能を発揮するマウントを提供する
ものである。しかしながら、セラミックアクチュエータ
には、変位と発生力の間に固有の性質があり、また、ア
クチュエータが発生する力の一部はピストンまわりのゴ
ムの変形に使われるので、作動メカニズムについて適切
な配慮をしないと効率の良いマウントが設計出来ない。
本発明者は本発明の作動メカニズムを子細に研究した結
果、効率を高める方策を見出した。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のエンジンマウントのモデルを示す。

【図２】この発明のエンジンマウントの制御方法を示す
概略図。

【図３】この発明の一実施例を示す縦断面図。

【図４】この発明の他の実施例を示す縦断面図。

【図５】この発明のさらに他の実施例を示す縦断面図。

【図６】この発明のさらに他の実施例を示す縦断面図。

【図７】この発明の効果を示す概略図。

【図８】この発明の効果を示す概略図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古市稔大阪府茨木市西中条町５番７号東洋ゴム工業株式会社技術開発研究所内 (72)発明者柴山俊之大阪府茨木市西中条町５番７号東洋ゴム工業株式会社技術開発研究所内 (72)発明者伊藤公夫大阪府茨木市西中条町５番７号東洋ゴム工業株式会社技術開発研究所内 (72)発明者賀美敏行大阪府茨木市西中条町５番７号東洋ゴム工業株式会社技術開発研究所内 (72)発明者奥岳史大阪府茨木市西中条町５番７号東洋ゴム工業株式会社技術開発研究所内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液封入制御型エンジンマウントであっ
て、振動源側と支持側の両方に接続した厚肉のゴム弾性体と
一部を可動とした壁面とで囲われた第１液室と、ゴムダイヤフラムに接する第２液室と、第１液室と第２液室を連通するオリフィスとを介し、可動部と周辺固定部とは金属弾性体またはゴム弾性体で
接続して液封止し、可動部は変位拡大機構を介してセラ
ミックアクチュエータにより変位が与えられるものであ
って、セラミックアクチュエータには常に圧縮を与えて
おくために、大小ピストンのいずれかまたは可動部にス
プリングあるいはゴム等により荷重を加えており、変位拡大機構は、２つの径の異なったピストンの間に液
体を充満し、両ピストンの周囲はゴム弾性体を接着又は
圧着することにより液体を封止し、両ピストンの有効面
積比を次式で与えられる値ｎ₀とすることを特徴とする
液封エンジンマウント。【数１】但し、Ｋ_a＝小ピストンのゴム及び与圧縮用スプリング
のばね定数。Ｋ_b＝大ピストンのゴムのばね定数。Ｋ_p＝セラミックアクチュエータのばね定数。Ｋ₀＝第１液室の体積弾性率Ｋ₁＝第２液室の体積弾性率ａ＝可動部の有効面積ｕ＝入力変位振幅Ａ₀＝防振基体の有効ピストン面積 δ ＝セラミックアクチュエータの変位振幅