JP4243290B2 - 能動型防振支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、支持系に振動体を弾性的に支持する弾性体と、前記弾性体により区画されて液体が封入される液室と、前記液室の容積を変化させる可動部材と、前記可動部材を駆動するアクチュエータと、前記弾性体、液室、可動部材およびアクチュエータを収納して前記支持系に連結されるハウジングと、アクチュエータの外周部をハウジングに保持するアクチュエータケースとを備える能動型防振支持装置に関する。

かかる能動型防振支持装置は、下記特許文献１により公知である。
特開２００６−５７７５０号公報

ところで、上記従来の能動型防振支持装置のハウジングは鉄系材料で構成されており、かつその内部に収納されるアクチュエータケースも鉄系材料で構成されているため、車両の衝突により能動型防振支持装置に衝突荷重が入力した場合に、アクチュエータケースにより補強されたハウジングが容易に破断しない問題があった。そのため、能動型防振支持装置を介して車体フレームに拘束されたエンジンは衝突の衝撃で後方に移動し難くなり、クラッシュストロークを充分に確保できなくなって衝突時の衝撃吸収性能が低下する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、能動型防振支持装置に衝突荷重が入力したときに、そのハウジングを容易に破断させてクラッシュストロークを確保することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、支持系に振動体を弾性的に支持する弾性体と、前記弾性体により区画されて液体が封入される液室と、前記液室の容積を変化させる可動部材と、前記可動部材を駆動するアクチュエータと、前記弾性体、液室、可動部材およびアクチュエータを収納して前記支持系に連結されるハウジングと、前記アクチュエータの外周部を前記ハウジングに保持するアクチュエータケースとを備える能動型防振支持装置において、前記ハウジングを、下端にフランジ部を有する上部ハウジングと上端にフランジ部を有する下部ハウジングとから形成し、これら上部ハウジングと下部ハウジングとを鉄系材料で構成すると共に前記アクチュエータケースを樹脂部材で構成し、前記上部ハウジングのフランジ部と前記下部ハウジングのフランジ部とを、その両フランジ部間に前記アクチュエータケースの一部を挟持した状態で相互にカシメ結合したことを特徴とする能動型防振支持装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記アクチュエータケースは、前記アクチュエータのステータをインサートして成形されていることを特徴とする能動型防振支持装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記アクチュエータケースは、前記アクチュエータの外周を囲む磁性体よりなる円筒状のシェルをインサートして成形されていることを特徴とする能動型防振支持装置が提案される。

尚、実施の形態の上部、下部ハウジング１１，１２は本発明のハウジングに対応し、実施の形態の第１弾性体１９は本発明の弾性体に対応し、実施の形態の第１、第２液室３０，３１は本発明の液室に対応し、実施の形態のエンジンは本発明の振動体に対応し、実施の形態の車体フレームは本発明の支持系に対応する。

請求項１の構成によれば、能動型防振支持装置の弾性体、液室、可動部材およびアクチュエータを収納するハウジングを、下端にフランジ部を有する上部ハウジングと上端にフランジ部を有する下部ハウジングとから形成し、これら上部ハウジングと下部ハウジングとを鉄系材料で構成すると共に、前記ハウジングに前記アクチュエータの外周部を保持するアクチュエータケースを樹脂部材で構成し、前記上部ハウジングのフランジ部と前記下部ハウジングのフランジ部とを、その両フランジ部間に前記アクチュエータケースの一部を挟持した状態で相互にカシメ結合したので、衝突時に加わる衝撃で樹脂製のアクチュエータケースを容易に破断させることでハウジングの破断を可能にすることができる。これにより、支持系に対する振動体の移動を可能にしてクラッシュストロークを確保することができ、しかもアクチュエータケースを鉄系部材で構成する場合に比べて能動型防振支持装置の重量を軽減することができる。

また請求項２の構成によれば、アクチュエータケースを樹脂で成形する際にアクチュエータのステータをインサートするので、アクチュエータケースにステータを組み付ける場合に比べて組付工数を削減できるだけでなく、アクチュエータ全体を小型化することができる。

また請求項３の構成によれば、アクチュエータケースを樹脂で成形する際にアクチュエータの外周を囲む磁性体よりなる円筒状のシェルをインサートするので、アクチュエータケースを非磁性体よりなる樹脂製としても、前記シェルによりアクチュエータの磁路を構成することができ、しかもアクチュエータケース全体を鉄系部材で構成する場合に比べて軽量化が可能である。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明の実施の形態を示すもので、図１は能動型防振支持装置の縦断面図、図２は図１の２部拡大図、図３は作用を説明するフローチャートである。

図１および図２に示すように、自動車のエンジンを車体フレームに弾性的に支持するために用いられる能動型防振支持装置Ｍ（アクティブ・コントロール・マウント）は、軸線Ｌに関して実質的に軸対称な構造を有するもので、概略円筒状の上部ハウジング１１の下端のフランジ部１１ａと、概略円筒状の下部ハウジング１２の上端のフランジ部１２ａとの間に、上面が開放した概略カップ状のアクチュエータケース１３の外周のフランジ部１３ａと、環状の第１弾性体支持リング１４の外周部と、環状の第２弾性体支持リング１５の外周部とが重ね合わされてカシメにより結合される。このとき、下部ハウジング１２のフランジ部１２ａとアクチュエータケース１３のフランジ部１３ａとの間に環状の第１フローティングラバー１６を介在させ、かつアクチュエータケース１３の上部と第２弾性体支持部材１５の内面との間に環状の第２フローティングラバー１７を介在させることで、アクチュエータケース１３は上部ハウジング１１および下部ハウジング１２に対して相対移動可能にフローティング支持される。

上部ハウジング１１および下部ハウジング１２は鉄系材料で構成されるが、アクチュエータケースは樹脂で構成される。

第１弾性体支持リング１４と、軸線Ｌ上に配置された第１弾性体支持ボス１８とに、厚肉のラバーで形成した第１弾性体１９の下端および上端がそれぞれが加硫接着により接合される。第１弾性体支持ボス１８の上面にダイヤフラム支持ボス２０がボルト２１で固定されており、ダイヤフラム支持ボス２０に内周部を加硫接着により接合されたダイヤフラム２２の外周部が上部ハウジング１１に加硫接着により接合される。ダイヤフラム支持ボス２０の上面に一体に形成されたエンジン取付部２０ａが図示せぬエンジンに固定される。また下部ハウジング１２の下端の車体取付部１２ｂが図示せぬ車体フレームに固定される。尚、エンジンは本発明の振動体を構成し、車体フレームは本発明の支持系を構成する。

上部ハウジング１１の上端のフランジ部１１ｂにストッパ部材２３の下端のフランジ部２３ａがボルト２４…およびナット２５…で結合されており、ストッパ部材２３の上部内面に取り付けたストッパラバー２６にダイヤフラム支持ボス２０の上面に突設したエンジン取付部２０ａが当接可能に対向する。能動型防振支持装置Ｍに大荷重が入力したとき、エンジン取付部２０ａがストッパラバー２６に当接することで、エンジンの過大な変位が抑制される。

第２弾性体支持リング１５に膜状のラバーで形成した第２弾性体２７の外周部が加硫接着により接合されており、第２弾性体２７の中央部に埋め込むように可動部材２８が加硫接着により接合される。第２弾性体支持リング１５の上面と第１弾性体１９の外周部との間に円板状の隔壁部材２９が固定されており、隔壁部材２９および第１弾性体１９により区画された第１液室３０と、隔壁部材２９および第２弾性体２７により区画された第２液室３１とが、隔壁部材２９の中央に形成した連通孔２９ａを介して相互に連通する。

第１弾性体支持リング１４と上部ハウジング１１との間に環状の連通路３２が形成されており、連通路３２の一端は連通孔３３を介して第１液室３０に連通し、連通路３２の他端は連通孔３４を介して、第１弾性体１９およびダイヤフラム２２により区画された第３液室３５に連通する。

次に、前記可動部材２８を駆動するアクチュエータ４１の構造を説明する。

樹脂製のアクチュエータケース１３を成形する際に、その内部にステータ４４およびシェル４７が一体にインサートされる。ステータ４４は円筒部４４ａとフランジ部４４ｂとを備えており、そのフランジ部４４ｂの外周部がアクチュエータケース１３にインサートされ、円筒状のシェル４７は、その下端部を除く大部分がアクチュエータケース１３にインサートされる。シェル４７の下端に固定コア４２の外周部が結合されており、これらステータ４４、シェル４７および固定コア４２に囲まれた空間にコイル組立体４３が収納される。

コイル組立体４３は、樹脂製のボビン４５と、ボビン４５に巻き付けられたコイル４６とを備えており、ボビン４５の外周部を樹脂製のアクチュエータケース１３にインサートすることで、コイル組立体４３がアクチュエータケース１３と一体化される。アクチュエータケース１３には、シェル４７および下部ハウジング１２に形成した開口４７ａ，１２ｃを貫通して外部に延出するコネクタ４８が一体に形成される。

ボビン４５の下面と固定コア４２の上面との間にシール部材５０が配置されており、このシール部材５０によって、下部ハウジング１２に形成した開口４７ａからアクチュエータ４１の内部空間６１に水や塵が入り込むのを阻止することができる。

ステータ４４の円筒部４４ａの内周面に薄肉円筒状の軸受け部材５１が上下摺動自在に嵌合しており、この軸受け部材５１の上端には径方向内向きに折り曲げられた上部フランジ５１ａが形成されるとともに、下端には径方向外向きに折り曲げられた下部フランジ５１ｂが形成される。下部フランジ５１ｂとステータ４４の円筒部４４ａの下端との間にセットばね５２が圧縮状態で配置されており、このセットばね５２の弾発力で下部フランジ５１ｂを弾性体５３を介して固定コア４２の上面に押し付けることで、軸受け部材５１がステータ４４に支持される。

軸受け部材５１の内周面に概略円筒状の可動コア５４が上下摺動自在に嵌合する。前記可動部材２８の中心から下向きに延びるロッド５５が可動コア５４の中心を緩く貫通し、その下端にナット５６が締結される。可動コア５４の上面に設けたばね座５７と可動部材２８の下面との間に圧縮状態のセットばね５８が配置されており、このセットばね５８の弾発力で可動コア５４はナット５６に押し付けられて固定される。この状態で、可動コア５４の下面と固定コア４４の上面とが、円錐状のエアギャップｇを介して対向する。ロッド５５およびナット５６は固定コア４２の中心に形成された開口４２ａに緩く嵌合しており、この開口４２ａはシール部材５９を介してプラグ６０で閉塞される。

エンジンのクランクシャフトの回転に伴って出力されるクランクパルスを検出するクランクパルスセンサＳａが接続された電子制御ユニットＵは、能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１に対する通電を制御する。エンジンのクランクパルスは、クランクシャフトの１回転につき２４回、つまりクランクアングルの１５°毎に１回出力される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用について説明する。

自動車の走行中に低周波数のエンジンシェイク振動が発生したとき、エンジンからダイヤフラム支持ボス２０および第１弾性体支持ボス１８を介して入力される荷重で第１弾性体１９が変形して第１液室３０の容積が変化すると、連通路３２を介して接続された第１液室３０および第３液室３５間で液体が行き来する。第１液室３０の容積が拡大・縮小すると、それに応じて第３液室３５の容積が縮小・拡大するが、この第３液室３５の容積変化はダイヤフラム２２の弾性変形により吸収される。このとき、連通路３２の形状および寸法、並びに第１弾性体１９のばね定数は前記エンジンシェイク振動の周波数領域で低ばね定数および高減衰力を示すように設定されているため、エンジンから車体フレームに伝達される振動を効果的に低減することができる。

尚、上記エンジンシェイク振動の周波数領域では、アクチュエータ４１は非作動状態に保たれる。

前記エンジンシェイク振動よりも周波数の高い振動、即ちエンジンのクランクシャフトの回転に起因するアイドル時の振動や気筒休止時の振動が発生した場合、第１液室３０および第３液室３５を接続する連通路３２内の液体はスティック状態になって防振機能を発揮できなくなるため、アクチュエータ４１を駆動して防振機能を発揮させる。

能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１を作動させて防振機能を発揮させるべく、電子制御ユニットＵはクランクパルスセンサＳａからの信号に基づいてコイル４６に対する通電を制御する。

即ち、図３のフローチャートにおいて、先ずステップＳ１でクランクパルスセンサＳａからクランクアングルの１５°毎に出力されるクランクパルスを読み込み、ステップＳ２で前記読み込んだクランクパルスを基準となるクランクパルス（特定のシリンダのＴＤＣ信号）と比較することでクランクパルスの時間間隔を演算する。続くステップＳ３で前記１５°のクランクアングルをクランクパルスの時間間隔で除算することでクランク角速度ωを演算し、ステップＳ４でクランク角速度ωを時間微分してクランク角加速度ｄω／ｄｔを演算する。続くステップＳ５でエンジンのクランクシャフト回りのトルクＴｑを、エンジンのクランクシャフト回りの慣性モーメントをＩとして、
Ｔｑ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ
により演算する。このトルクＴｑはクランクシャフトが一定の角速度ωで回転していると仮定すると０になるが、膨張行程ではピストンの加速により角速度ωが増加し、圧縮行程ではピストンの減速により角速度ωが減少してクランク角加速度ｄω／ｄｔが発生するため、そのクランク角加速度ｄω／ｄｔに比例したトルクＴｑが発生することになる。

続くステップＳ６で時間的に隣接するトルクの最大値および最小値を判定し、ステップＳ７でトルクの最大値および最小値の偏差、つまりトルクの変動量としてエンジンを支持する能動型防振支持装置Ｍの位置における振幅を演算する。そしてステップＳ８で、アクチュエータ４１のコイル４６に印加する電流のデューティ波形およびタイミング（位相）を決定する。

しかして、エンジンが車体フレームに対して下向きに移動し、第１弾性体１９が下向きに変形して第１液室３０の容積が減少したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のコイル４６を励磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力で可動コア５４が固定コア４２に向けて下向きに移動し、可動コア５４にロッド５５を介して接続された可動部材２８に引かれて第２弾性体２７が下向きに変形する。その結果、第２液室３１の容積が増加するため、エンジンからの荷重で圧縮された第１液室３０の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第２液室３１に流入し、エンジンから車体フレームに伝達される荷重を低減することができる。

続いてエンジンが車体フレームに対して上向きに移動し、第１弾性体１９が上向きに変形して第１液室３０の容積が増加したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のコイル４６を消磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力が消滅して可動コア５４が自由に移動できるようになるため、下向きに変形した第２弾性体２７が自己の弾性復元力で上向きに復元する。その結果、第２液室３１の容積が減少するため、第２液室３１の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第１液室３０に流入し、エンジンが車体フレームに対して上向きに移動するのを許容することができる。

このように、エンジンの振動の周期に応じてアクチュエータ４１のコイル４６を励磁および消磁することで、エンジンの振動が車体フレームの伝達するのを防止する能動的な制振力を発生させることができる。

さて、車両の車体前部が衝突して能動型防振支持装置Ｍの外周に突出する上部ハウジング１１のフランジ部１１ａに水平方向の荷重が作用したとき、下部ハウジング１２の内部に配置される従来のアクチュエータケース１３は強固な鉄系材料で構成されていたため、そのアクチュエータケース１３が存在することで、上部ハウジング１１および下部ハウジング１２全体の強度が高められて前記荷重により破断し難くなる傾向があった。その結果、能動型防振支持装置Ｍを介して車体フレームに拘束されたエンジンは衝突の衝撃で後方に移動し難くなり、クラッシュストロークを充分に確保できなくなって衝突時の衝撃吸収性能が低下する可能性があった。

しかしながら本実施の形態によれば、アクチュエータケース１３が鉄系材料に比べて遥かに脆弱な樹脂で構成され、アクチュエータケース１３のフランジ部１３ａが、上部ハウジング１１のフランジ部１１ａと下部ハウジング１２のフランジ部１２ａとの間に挟持された状態でカシメ結合されているため、車両の衝突時にアクチュエータケース１３が容易に破断することができ、それにより上部ハウジング１１および下部ハウジング１２全体の強度も低下して衝突の衝撃で破断し易くなり、エンジンのクラッシュストロークを確保して衝撃吸収性能を高めることができる。

またアクチュエータ４１が可動コア５４を効果的に吸引するには、コイル組立体４３を取り囲む磁路を形成することが必要であり、従来はその磁路の一部を鉄系材料製のアクチュエータケース１３で構成していた。本実施の形態では、アクチュエータケース１３を樹脂製としているが、その内部に鉄系材料製で円筒状に形成したシェル４７をインサートしたので、ステータ４４、シェル４７、固定コア４２および可動コア５４でコイル組立体４３を取り囲む磁路を形成することが可能になり、アクチュエータ４１の出力を充分に確保することができる。シェル４７は鉄系材料製であるが、アクチュエータケース１３全体を鉄系材料製とする場合に比べて、アクチュエータ４１の重量を大幅に削減することができる。

更に、ステータ４４およびシェル４７をアクチュエータケース１３に一体にインサートしたので、それらをアクチュエータケース１３に組み付ける場合に比べて、組付工数の削減およびアクチュエータ４１の小型化が可能になる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では自動車のエンジンを支持する能動型防振支持装置Ｍを例示したが、本発明の能動型防振支持装置Ｍは自動車のエンジン以外の任意の振動体の支持に適用することができる。

能動型防振支持装置の縦断面図 図１の２部拡大図 作用を説明するフローチャート

符号の説明

１１ 上部ハウジング（ハウジング）
１１ａ フランジ部
１２ 下部ハウジング（ハウジング）
１２ａ フランジ部
１３ アクチュエータケース
１９ 第１弾性体（弾性体）
２８ 可動部材
３０ 第１液室（液室）
３１ 第２液室（液室）
４１ アクチュエータ
４４ ステータ
４７ シェル

Claims (3)

1. 支持系に振動体を弾性的に支持する弾性体（１９）と、
   前記弾性体（１９）により区画されて液体が封入される液室（３０，３１）と、
   前記液室（３０，３１）の容積を変化させる可動部材（２８）と、
   前記可動部材（２８）を駆動するアクチュエータ（４１）と、
   前記弾性体（１９）、液室（３０，３１）、可動部材（２８）およびアクチュエータ（４１）を収納して前記支持系に連結されるハウジング（１１，１２）と、
   前記アクチュエータ（４１）の外周部を前記ハウジング（１１，１２）に保持するアクチュエータケース（１３）とを備える能動型防振支持装置において、
   前記ハウジング（１１，１２）を、下端にフランジ部（１１ａ）を有する上部ハウジング（１１）と上端にフランジ部（１２ａ）を有する下部ハウジング（１２）とから形成し、
   これら上部ハウジング（１１）と下部ハウジング（１２）とを鉄系材料で構成すると共に前記アクチュエータケース（１３）を樹脂部材で構成し、
   前記上部ハウジング（１１）のフランジ部（１１ａ）と前記下部ハウジング（１２）のフランジ部（１２ａ）とを、その両フランジ部（１１ａ，１２ａ）間に前記アクチュエータケース（１３）の一部を挟持した状態で相互にカシメ結合したことを特徴とする能動型防振支持装置。
2. 前記アクチュエータケース（１３）は、前記アクチュエータ（４１）のステータ（４４）をインサートして成形されていることを特徴とする、請求項１に記載の能動型防振支持装置。
3. 前記アクチュエータケース（１３）は、前記アクチュエータ（４１）の外周を囲む磁性体よりなる円筒状のシェル（４７）をインサートして成形されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の能動型防振支持装置。

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