JP5496485B2 - 液体封入マウント - Google Patents
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Description
図17には、特許文献1に記載の液体封入マウント90が示されている。液体封入マウント90は、カップ状の容器91と、容器91の上方開口部に設けられた円筒形プレート92と、円筒形プレート92に固定されているゴムマウント97と、ゴムマウント97に固定されたカラー98と、カラー98を介して上下に貫通するロッド93と、ロッド93の下端にボルトにより固定されたダンパプレート94と、ダンパプレート94の下面および容器91の底面間に介装されたバネ95とを備えている。
円筒形プレート92の円筒状部分には、弾性を有したゴム製のゴムマウント97が固定されている。ゴムマウント97には、上下に貫通した円筒状のカラー98が加硫接着等により固着されている。カラー98の内周面には、ベアリング102およびシールリング99が取り付けられており、ベアリング102とシールリング99とを介して前記ロッド93が上下に摺動自在に挿通されている。
また、上液室912の上方には、ゴムマウント97下面の凹部により空気室100が形成されている。
押し込まれたロッド93が上方に移動する場合には逆に、高粘度流体96が上液室912から下液室911へと流れる。
特許文献2に記載の液体封入マウントは、弾性を有した支持板でエンジンを防振、支持するものであり、支持板の下方には流体室が形成され、流体室がオリフィスを有した隔板で上下に隔てられ、下方の流体室が弾性体薄板で閉塞されている。
支持板が上方に戻る場合には逆に、上方の流体室の容積が増えるため、下方の流体室にあった流体が上方側に移動することになる。減衰力が生じるメカニズムは、オリフィスを通過する際の流体抵抗によるものであり、特許文献2におけるオリフィス抵抗の機能は、特許文献1のダンパプレートにより発生する剪断抵抗の機能と略同一である。
ただし、特許文献3では、減衰力が生じるメカニズムは、ダンパプレートが流体室内を移動する際の剪断抵抗によるものであり、特許文献1と略同様である。
特に特許文献2および特許文献3の液体封入マウントを前述のごとく建設機械に用いた場合では、支持板の剛性を大きくしたことによって、特許文献1の液体封入マウントに比して低周波数域において静バネ定数が大きくなる。そのため、高周波数域では特許文献1の液体封入マウントよりもはるかに大きな静バネ定数に動バネ上昇分が加わるため、動バネ定数が大きくなり、乗り心地が一層劣ることになる。
特許文献4の液体封入マウントは、上下方向の剛性を低下させてはいるが、やはり特許文献1程は小さくならない。
従って、広範囲な周波数域で乗り心地を良好にするためには、高粘度流体を用いた場合と同様な減衰係数が得られ、かつ高周波数域でも動バネ定数を低下させることが望まれる。
なお、容器内の主液室の容積は、ロッドの下方への移動に伴って減少するが、この減少分は副液室の容積増加となって現れることになる。
また、ロッドが戻る場合にも、加圧手段による加圧により、主液室が負圧になるおそれがなく、高粘度流体を副液室から主液室に確実に戻すことができる。
ここで、可動膜としては、弾性変形自在なゴム膜や、フィルム状の合成樹脂膜等を採用できる。
図1には、本発明の第1実施形態に係る液体封入マウント1が示されている。この液体封入マウント1では、容器91が筒状の容器本体21と、底面部分を形成する円板状の底面部22とで構成されており、容器本体21および底面部22が互いに接合されている。
以上により、振動の周波数域の広範囲にわたって、振動の入力速度に比例した減衰力のみを生じさせることができ、動バネ定数の上昇を抑制して乗り心地を改善できる。
図2には、本発明の第2実施形態に係る液体封入マウント2が示されている。液体封入マウント2では、空気室30内にコイルバネ31ではなく、その代替として圧縮空気33が封入されており、また、キャップ26には、空気室30内に圧縮空気33を注入するためのムシゴム式等のエアバルブ34が設けられている。つまり、フリーピストン27および圧縮空気33により、本発明の加圧手段が形成されている。これらの点で第1実施形態と第2実施形態とでは構成が異なる。高粘度流体96が液密状態で封入されているなど、他の構成は第1実施形態と同じである。
第1実施形態では、コイルバネ31を用いているため、付勢力を大きくするために、バネ長さを増大させることがある。それに伴いシリンダ部材24が長くなる場合がある。これに対して本実施形態では、圧縮空気を用いるために、付勢力を大きくしてもシリンダ部材24を短くでき、構造をコンパクトにできる。このことにより、本実施形態では、第1実施形態と同程度の大きさでも、さらに大きな必要差圧に対応できる。
図3には、本発明の第3実施形態に係る液体封入マウント3が示されている。液体封入マウント3では、底面部22に設けられた大径の貫通孔23が高粘度流体96の移動孔としてそのまま用いられている。底面部22下方の副液室29は、貫通孔23を塞ぐ弾性変形自在な薄肉のゴム膜35によって形成されている。
図4には、本発明の第4実施形態に係る液体封入マウント4が示されている。液体封入マウント4では、第3実施形態での薄肉のゴム膜35の代替として、弾性力の大きな厚肉のゴム膜36が用いられ、ロッド93が延びた状態で大気圧となっても、ロッド93が中立位置および縮み方向に摺動した状態では、このゴム膜36の弾性力により主液室32内が必要差圧以上(大気圧の数倍程度)に加圧されることになる。このため、本実施形態では、空気室30内には加圧用の圧縮空気が注入されておらず、キャップ26には圧縮されていない空気が通る空気抜き用のオリフィス26Aが設けられている。つまり、ゴム膜36はゴム膜35よりも弾性力が大きいので、ゴム膜36のみで本発明の加圧手段としてする機能する。他の構成は、第3実施形態と略同様である。
本実施形態でも、高粘度流体96が液密状態で封入され、かつ主液室32内がゴム膜36にて加圧されることで、第1〜第3実施形態と同様な効果を得ることができ、本発明の目的を達成できる。
図5には、本発明の第5実施形態に係る液体封入マウント5が示されている。液体封入マウント5では、シリンダ部材24の上端に第1実施形態での開口部25よりも小径の開口からなる固定型のオリフィス37が設けられ、また、空気室30内には、コイルバネ38が収容されている。コイルバネ38においては、第1実施形態のコイルバネ31よりも例えばバネ定数が小さいことで、付勢力が小さく設定されている。他の構成は、第1実施形態と同じである。すなわち、コイルバネ38は、フリーピストン27を上部側に向けて補助的に付勢しているのであり、主液室32内を第1実施形態程度に大きく加圧している訳ではない。
オリフィス37は、下液室911および上液室912が負圧にならないように、その寸法が決定される。ここで、コイルバネ38のバネ定数K等の諸元値は既知である。
先ず、ロッド93の押し込み時であり、上液室912が負圧になりやすい状態での必要な減衰力Fdを決める。この減衰力Fdが決まると、以下の式から差圧ΔPdを求めることができる。ここで、Adは、ダンパプレート94の径方向の断面積である。
Fd=ΔPd×Ad
ΔPd=Fd/Ad
Pb−Pu=ΔPd
Pu=Pb−ΔPd
一方、オリフィス37での差圧ΔPoと、下液室911の内圧Pb、副液室29の内圧Prとの関係は以下の通りである。この際、内圧Prは、ロッド93の体積流入量、コイルバネ38の諸元値、およびフリーピストン27の径方向の断面積により求めることができる。体積流入量とは、ロッド93が主液室に押し込まれたときの押し込まれ部分の体積のことである。
ΔPo=Pb−Pr
Pb=ΔPo+Pr
Pu=ΔPo+Pr−ΔPd
上液室912の内圧Puが正であるためには、以下の式を満足する必要がある。
ΔPo−ΔPd+Pr>0
この式において、ΔPdおよびPrが上述のごとく既知であり、また、ΔPoは高粘度流体96のオイル物性値、ロッド93の体積流入量で決まるオリフィス通過流量Q1、およびオリフィス37の形状の関数であるため、オイル物性値およびオリフィス通過流量Q1を定めることでオリフィス径を決定できる。なお、Q1=As×νであり、Asはロッド93の径方向の断面積、νはロッド93の速度である。
ΔPo=Pr−Pb
Pb=Pr−ΔPo
下液室911の内圧Prが正であるためには、以下の式を満足する必要がある。
Pr−ΔPo>0
この式において、前述同様、高粘度流体96のオイル物性値、およびオリフィス通過流量Q1を定めることでオリフィス径を決定できる。
なお、上述の差圧ΔPdは、高粘度流体96の物性値、ダンパプレート94の形状、ダンパプレート94と容器本体21との隙間形状、およびロッド93の速度νの関数であり、差圧ΔPdが決まることで、これらの値を決定することができる。
図6に示す第6実施形態の液体封入マウント6では、空気室30内にはコイルバネ38は収容されておらず、ロッド93が図中の最も上方に位置する状態で、略大気圧とされた空気が封入されているだけである。オリフィス37を有する等の他の構成は、第5実施形態と同じである。
このような液体封入マウント6においても、主にオリフィス37の作用によって下液室911内の圧力が上昇するため、上液室912との間で差圧を生じさせることができ、振動入力に対する応答性を改善して動バネ定数を低減でき、広範囲な周波数域での良好な乗り心地を達成できる。
図7に示す第7実施形態の液体封入マウント7では、第6実施形態のフリーピストン27を薄肉のゴム膜35に換えた構成であり、第6実施形態と同様に、底面部22にはオリフィス37が設けられ、空気室30内にはロッド93が最も上方に位置する状態で略大気圧とされた空気が封入されている。
このような液体封入マウント7でも、ロッド93の移動に伴って主液室32および副液室29間を移動する高粘度流体96のオリフィス37での流体抵抗により、下液室911と上液室912との間に差圧を生じさせることができ、第6実施形態と同様な効果を得ることができる。本実施形態も、必要差圧が大気圧程度の場合に有効である。
図8に示す第8実施形態の液体封入マウント8では、薄肉のゴム膜35に代えて厚肉のゴム膜36を用い、また、キャップ26に空気抜き用のオリフィス26Aを設けた点が、前記第7実施形態とは異なる。
このような液体封入マウント8では、第7実施形態の液体封入マウント7とは異なって、空気室30内での空気の収縮圧による反力は期待できないが、代わってゴム膜36の弾性力を用いることができ、ロッド93を上方に戻す場合には、このゴム膜36自身が補助加圧手段として機能し、副液室29内の高粘度流体96をスムースに主液室32に戻すことが可能である。
オリフィス37を用いたことによる効果は、第5〜第7実施形態と同様である。
図9に示す第9実施形態の液体封入マウント9は、第5実施形態の液体封入マウント5にチェックバルブ39を付加した構成である。このチェックバルブ39は、シリンダ部材の上端において、オリフィス37と共に並設されており、副液室29から主液室32への高粘度流体96の移動は許可するが、主液室32から副液室29への移動は許可しない構造になっている。なお、オリフィス37とチェックバルブ39とにより、可変オリフィス40が構成される。
すなわち、下方に移動したロッド93が上方に戻る場合には、補助加圧手段であるフリーピストン27およびコイルバネ38によって副液室29が補助的に加圧されるうえ、副液室29内の高粘度流体96がチェックバルブ39を通って主液室32に容易に戻ることになるため、主液室32内が負圧になるのをより確実に防止できる。
図10に示す第10実施形態の液体封入マウント10は、第6実施形態での液体封入マウント6にチェックバルブ39を付加した構成であり、各実施形態での効果に加えて、前記第9実施形態で説明したチェックバルブ39による効果を得ることができる。
ここで、図示を省略するが、同様なチェックバルブ39を第7実施形態の図7および第8実施形態の図8に示す液体封入マウント7,8に設けることで、チェックバルブ39による効果が得られるようにすることも可能である。
図11に示す第11実施形態の液体封入マウント13では、薄肉のゴム膜35、空気抜き用のオリフィス26Aが設けられたキャップ26、および可変オリフィス40を用いたことが特徴である。
この液体封入マウント13は、ロッド93の下方への移動時には、オリフィス37の作用によってのみ下液室911の内圧を上昇させることができ、また、ロッド93の上方への移動時には、チェックバルブ39の作用により、主液室32内が負圧になるのを抑制できるものである。このような液体封入マウント13でも、チェックバルブ39を用いることでオリフィス37の開口面積をより小さくできるから、より大きな必要減衰力の発生にも対応できる。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
図13〜図16にはそれぞれ、本発明の効果を説明するための図が示されている。具体的に、図13は周波数(Hz)と動バネ定数(N/mm)との関係を示した図、図14は、周波数と損失係数(tanδ)との関係を示した図、図15は、周波数と減衰係数(Ns/mm)との関係を示した図、図16は、周波数と振動伝達率との関係を示した図である。
図中の各ラインは、本発明の液体封入マウントとして、前記第7実施形態の液体封入マウント7での特性、特許文献1に記載の液体封入マウントでの特性、特許文献4に記載の液体封入マウントでの特性を示している。
特許文献1の液体封入マウントでは、静バネ定数は小さくなるが、高周波域での動バネ定数との差分を解消することができず、高周波域での動バネ定数が大きい。従って、この液体封入マウントでも、十分な防振特性が得られるとは言い難い。
これに対して本発明に係る液体封入マウント7では、低周波数域から高周波数域にわたって動バネ定数を小さく抑えることができ、特に高周波数域での動バネ定数を小さくできることで、防振特性が大幅に向上することがわかる。
Claims (9)
- 高粘度流体が封入された容器と、
前記容器の上部に設けられたゴムマウントと、
前記容器内の高粘度流体に対して進退自在に設けられて前記ゴムマウントに対して摺動自在に挿通されたロッドと、
前記ロッドの端部に一体に設けられて前記高粘度流体内に配置されたダンパプレートと、
前記容器の内周面と前記ダンパプレートの外周面との隙間によって形成される減衰力発生手段と、
前記容器内が前記ダンパプレートによって上下に分割された上液室および下液室からなる主液室とを備え、
前記主液室の内部全体が高粘度流体で満たされており、
前記ロッドの軸方向への移動時に、前記主液室の高粘度流体の移動に伴って移動し、前記封入された高粘度流体を加圧する加圧手段を備えている
ことを特徴とする液体封入マウント。 - 請求項1に記載の液体封入マウントにおいて、
前記主液室と連通し、かつ容積が可変となるように設けられた副液室を備え、
前記加圧手段は、前記主液室および前記副液室の連通部分に設けられたオリフィスを備えている
ことを特徴とする液体封入マウント。 - 請求項2に記載の液体封入マウントにおいて、
前記連通部分には、前記副液室から前記主液室への前記高粘度流体の移動を許可し、前記主液室から前記副液室への前記高粘度流体の移動を許可しないバルブが設けられている
ことを特徴とする液体封入マウント。 - 請求項1に記載の液体封入マウントにおいて、
前記加圧手段は、前記上液室と前記下液室との間に生じる差圧以上に加圧する加圧手段である
ことを特徴とする液体封入マウント。 - 請求項1に記載の液体封入マウントにおいて、
前記加圧手段は、前記主液室の前記高粘度流体の移動により可動自在に配置されたフリーピストンを備えている
ことを特徴とする液体封入マウント。 - 請求項5に記載の液体封入マウントにおいて、
前記加圧手段は、前記フリーピストンを付勢するコイルバネ、空気室または気体室を備えている
ことを特徴とする液体封入マウント。 - 請求項1に記載の液体封入マウントにおいて、
前記加圧手段は、前記主液室の前記高粘度流体の移動により動くことができる可動膜を備えている
ことを特徴とする液体封入マウント。 - 請求項7に記載の液体封入マウントにおいて、
前記加圧手段は、前記可動膜を付勢する空気室または気体室を備えている
ことを特徴とする液体封入マウント。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の液体封入マウントにおいて、
前記ダンパプレートと前記容器の底面部との間に介装されたバネを備えている
ことを特徴とする液体封入マウント。
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