以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1には、本発明に従う構造とされた流体封入式防振装置の第一の実施形態として、自動車用のエンジンマウント10が示されている。エンジンマウント10は、第一の取付部材12と第二の取付部材14が本体ゴム弾性体16によって弾性連結された構造を有している。以下の説明において、上下方向とは、原則として、図1中の上下方向を言う。
より詳細には、第一の取付部材12は、鉄やアルミニウム合金などの金属や繊維補強された硬質の合成樹脂で形成された高剛性の部材であって、上部が略円柱形状とされていると共に、下部が下方に向かって次第に縮径する逆向きの略円錐台形状とされている。更に、第一の取付部材12には、中心軸上を上下に延びて上面に開口するねじ穴18が形成されている。
第二の取付部材14は、第一の取付部材12と同様の材料で形成された高剛性の部材であって、全体として薄肉大径の略円筒形状を有しており、内周側に凸のくびれ部20と、くびれ部20の上端から外周側に突出する略円環板状のフランジ部22とが、上部に一体で設けられている。
そして、第一の取付部材12と第二の取付部材14が、略同一中心軸上で上下に離隔して配置されて、本体ゴム弾性体16によって弾性連結されている。本体ゴム弾性体16は、厚肉の略円錐台形状とされており、第一の取付部材12の下部が小径側の端部に加硫接着されていると共に、第二の取付部材14が大径側の端部の外周面に重ね合わされて加硫接着されている。なお、本体ゴム弾性体16は、第一の取付部材12と第二の取付部材14を備えた一体加硫成形品として形成されている。
さらに、本体ゴム弾性体16には、大径凹所24が形成されている。大径凹所24は、上方に向かって次第に縮径する逆向きの略すり鉢形状を有しており、本体ゴム弾性体16の大径側端面に開口している。更にまた、大径凹所24の外周側には、シールゴム層26が形成されている。シールゴム層26は、薄肉大径の略円筒形状とされており、本体ゴム弾性体16の外周端部から下方に向かって延び出すように一体形成されて、第二の取付部材14の内周面に加硫接着されている。
また、第二の取付部材14には、可撓性膜28が取り付けられている。可撓性膜28は、薄肉の略円板形状乃至は略円形ドーム形状を有するゴム膜であって、上下に弛みをもって容易に変形可能とされていると共に、外周端部が固定部材30に固着されている。固定部材30は、鉄などの金属で形成された高剛性の部材であって、略円筒形状とされていると共に、内周面に加硫接着された可撓性膜28によって中心孔が流体密に閉塞されている。
そして、固定部材30が第二の取付部材14の下開口部に差し入れられると共に、第二の取付部材14が八方絞りなどによって縮径されることにより、固定部材30が第二の取付部材14の下開口部に固定されて、可撓性膜28が第二の取付部材14の下開口部を閉塞するように取り付けられる。
これにより、本体ゴム弾性体16と可撓性膜28の軸方向対向面間には、外部空間に対して流体密に隔てられて非圧縮性流体を封入された流体室32が形成されている。なお、流体室32に封入される非圧縮性流体は、特に限定されるものではないが、例えば、水やエチレングリコール、アルキレングリコール、ポリアルキレングリコール、シリコーン油、或いはそれらの混合液などが、好適に採用される。また、後述する流体の流動作用に基づく防振効果を効率的に得るために、非圧縮性流体は0.1Pa・s以下の低粘性流体であることが望ましい。
また、流体室32には、仕切部材34が配設されている。仕切部材34は、略円板形状を呈する硬質の部材であって、仕切部材本体36に蓋部材38が重ね合わされた構造を有している。
仕切部材本体36は、アルミニウム合金等の金属や合成樹脂などで形成された略円板形状の部材であって、径方向中央部分には上面に開口する収容凹所40と下面に開口する肉抜凹所42とが形成されている。更に、ゴム弾性体で形成された可動膜44が、収容凹所40に配設されていると共に、それら収容凹所40と肉抜凹所42を隔てる部分には、複数の下透孔46が貫通形成されている。
さらに、仕切部材本体36の外周部分には、上面に開口する周溝48が周方向に所定の長さで延びて形成されている。この周溝48は、深さ寸法が周方向で略一定とされていると共に、内周壁面の曲率が周方向で徐々に変化しており、幅寸法が周方向一方の側に向かって次第に小さくなっている。本実施形態では、周溝48の幅寸法が、全長に亘って略一定の変化率で変化している。
蓋部材38は、金属や合成樹脂などで形成された薄肉の略円板形状を呈する部材であって、径方向中央部分には厚さ方向に貫通する複数の上透孔50が形成されている。そして、蓋部材38は、仕切部材本体36の上面に重ね合わされて、仕切部材本体36に複数のねじ52で固定されている。なお、蓋部材38が仕切部材本体36に固定されることにより、収容凹所40の上側開口が蓋部材38によって閉塞されて、可動膜44の中央部分と外周部分が仕切部材本体36と蓋部材38の間で上下に挟み込まれている。更に、周溝48の上側開口が蓋部材38によって閉塞されて、周方向に延びるトンネル状の流路が形成されている。
このような構造とされた仕切部材34は、流体室32に収容配置されている。即ち、仕切部材34は、流体室32内で軸直角方向に広がっており、その外周面が第二の取付部材14の内周面にシールゴム層26を介して押し当てられていると共に、外周端部が第二の取付部材14のくびれ部20と固定部材30との間で上下に挟持されている。
かくの如き仕切部材34の配設によって、流体室32が仕切部材34を挟んだ上下に二分されている。そして、仕切部材34の上方には、壁部の一部が本体ゴム弾性体16で構成されて、振動入力時に内圧変動が生ぜしめられる主液室としての受圧室54が形成されている。一方、仕切部材34の下方には、壁部の一部が可撓性膜28で構成されて、容積変化が容易に許容される副液室としての平衡室56が形成されている。なお、それら受圧室54と平衡室56には、非圧縮性流体が封入されている。
また、仕切部材34の可動膜44には、上面に上透孔50を通じて受圧室54の液圧が及ぼされていると共に、下面に下透孔46を通じて平衡室56の液圧が及ぼされている。そして、小振幅振動の入力時には、受圧室54と平衡室56の液圧差によって可動膜44が厚さ方向に弾性変形することで、受圧室54の液圧が平衡室56に伝達される一方、大振幅振動の入力時には、可動膜44の変形が追従し切れずに、受圧室54から平衡室56への液圧伝達が制限されるようになっている。
また、仕切部材34の周溝48の開口が蓋部材38で覆われることにより、トンネル状の流路が形成されていると共に、該トンネル状流路の両端部が受圧室54と平衡室56の各一方に連通されている。これにより、受圧室54と平衡室56を相互に連通するオリフィス通路58が、周溝48を用いて形成されている。このオリフィス通路58は、受圧室54と平衡室56を相互に連通する単管状の閉流路とされており、途中で分岐することなく周方向に延びている。なお、オリフィス通路58は、受圧室54および平衡室56の壁ばね剛性を考慮しながら、通路断面積(A)と通路長(L)の比(A/L)を適宜に設定することで、流動流体の共振周波数であるチューニング周波数が設定されている。本実施形態では、オリフィス通路58のチューニング周波数が、エンジンシェイクに相当する低周波数に設定されている。
さらに、オリフィス通路58は、通路長方向の受圧室54側から平衡室56側に向かって幅寸法が次第に小さくなっており、それに伴って通路断面積が長さ方向で平衡室56側に向かって次第に小さくなっている。本実施形態のオリフィス通路58は、深さ寸法が全長に亘って略一定とされていると共に、幅寸法が全長に亘って略一定の変化率で変化しており、長さ方向一方側に向かって次第に狭幅となっている。更に、オリフィス通路58は、長さ方向の全長に亘って幅寸法が変化しており、受圧室54側の端部から平衡室56側の端部に至るまで通路断面積が徐々に小さくなっている。また、オリフィス通路58の断面形状は通路長方向で縦横比が徐々に変化しているが、断面外周形状は全長に亘って略矩形とされて実質的に変化していない。
なお、図中では示されていないが、オリフィス通路58の受圧室54への開口が蓋部材38を貫通する図示しない上連通孔で構成されており、該上連通孔の開口面積が周溝48の受圧室54側端部の断面積と略同じとされている。更に、オリフィス通路58の平衡室56への開口が仕切部材本体36を貫通する下連通孔59で構成されており、下連通孔59の開口面積が周溝48の平衡室56側端部の断面積と略同じとされている。
かくの如き構造とされたエンジンマウント10は、第一の取付部材12がねじ穴18に螺着される図示しない取付ボルトで図示しないパワーユニットに取り付けられると共に、第二の取付部材14が外嵌される図示しないアウタブラケットを介して図示しない車両ボデーに取り付けられることにより、車両に装着されるようになっている。
そして、第一の取付部材12と第二の取付部材14の間にアイドリング振動や走行こもり音などに相当する中乃至高周波数の小振幅振動が入力されると、可動膜44の微小な弾性変形によって、受圧室54の液圧が平衡室56に伝達されて吸収されることから、低動ばね化による防振効果(振動絶縁効果)が有効に発揮される。なお、オリフィス通路58は、入力振動の周波数がチューニング周波数よりも高周波であることから、反共振によって実質的に閉塞される。
また、第一の取付部材12と第二の取付部材14の間にエンジンシェイクに相当する低周波大振幅振動が入力されると、非圧縮性流体がオリフィス通路58を通じて受圧室54と平衡室56の間で積極的に流動せしめられて、流体の流動作用に基づく防振効果が発揮される。なお、低周波大振幅振動の入力時には、可動膜44の変形が追従し切れずに液圧吸収作用が制限されることから、受圧室54と平衡室56の相対的な圧力変動が効率的に惹起されて、オリフィス通路58を通じた流体流動が効率的に生ぜしめられる。
ここにおいて、受圧室54から平衡室56に向かう往路方向で、オリフィス通路58の通路断面積が次第に小さくなっていると共に、平衡室56から受圧室54に向かう復路方向で、オリフィス通路58の通路断面積が次第に大きくなっている。これにより、振動入力によって受圧室54に正圧が及ぼされて流体が往路方向に流動する場合と、受圧室54に負圧が及ぼされて流体が復路方向に流動する場合とにおいて、最大のエネルギー減衰作用を得られる周波数などの減衰特性が互いに異なっている。その結果、流体の流動作用に基づく防振効果がより広い周波数域で発揮されて、防振特性のブロード化が実現される。
さらに、オリフィス通路58は、単管状の閉流路とされており、途中で分岐することなく周方向に延びて、受圧室54と平衡室56を相互に連通している。それ故、分岐した別流路への流体流入や分岐部分での乱流などによる流体流動の効率低下が防止されて、オリフィス通路58を通じた流体流動が効率的に生ぜしめられる。
更にまた、オリフィス通路58は、通路断面積が一方側に向かって小さくなっていることにより、通路断面積の大きい部分と小さい部分が長さ方向で交互に設けられる構造に比して、乱流等による流動抵抗の増大が抑えられて、通路内の流動抵抗が比較的に小さくされており、流体流動がスムーズに生じるようになっている。それ故、オリフィス通路58を流動する流体の容積(単位時間当たりの流量)が実質的に大きく確保されて、流動流体をマスとする共振作用などに基づいた防振効果がより有利に発揮されることから、減衰ピーク値の低下を抑えつつ、防振特性のブロード化が実現される。
しかも、本実施形態のオリフィス通路58は、内周壁面の曲率が周方向に漸変しており、通路断面積が徐々に小さくなっていることから、通路断面積の変化による流動抵抗の増大が抑えられることで、流体の流動作用による防振効果が有利に発揮されて、減衰ピーク値の低下を抑えつつ、防振特性のブロード化が図られる。
加えて、オリフィス通路58の通路断面積が全長に亘って変化していることから、通路断面積の変化率を小さく設定しつつ、オリフィス通路58の両端開口部における通路断面積の差を大きく設定することができる。それ故、通路断面積の急激な変化による乱流の発生や流動抵抗の増大が回避されて、オリフィス通路58の流体流動がよりスムーズに生ぜしめられる。特に、通路断面積が徐々に小さくなる往路方向での流体流動において、オリフィス通路58内での乱流が低減乃至は回避されて、効率的な流体流動による優れた防振効果を得ることができる。
また、オリフィス通路58の通路断面積が受圧室54から平衡室56に向かって小さくなっており、オリフィス通路58の受圧室54への開口面積が、平衡室56への開口面積に比して大きくされている。これにより、受圧室54の液圧がオリフィス通路58内の流体に広い面積で及ぼされることから、オリフィス通路58内の流体がより効率的に流動せしめられて、オリフィス通路58による防振効果が有利に発揮され得る。
本発明に係る流体封入式防振装置において、オリフィス通路による減衰が広い周波数域の振動入力に対して有効に発揮されることは、図3に示す減衰特性のシミュレーション結果によっても確認されている。以下の図3の説明において、比較例の流体封入式防振装置は、オリフィス通路の通路幅が一定とされた従来構造の流体封入式防振装置の減衰特性であって、通路幅が全長に亘って6mmとされている。本発明1の流体封入式防振装置は、図2中にa〜dで示すオリフィス通路の通路幅が、a=9mm、b=7.5mm、c=6mm、d=4.5mmとされている。本発明2の流体封入式防振装置は、図2中にa〜dで示すオリフィス通路の通路幅が、a=8mm、b=7mm、c=6mm、d=5mmとされている。要するに、図3における本発明1と本発明2は、何れも本発明に係る流体封入式防振装置の減衰特性を示しており、本発明1の方が本発明2よりもオリフィス通路の通路断面積の変化率を大きく設定されている。また、図3のシミュレーションは、パワーユニットの分担支持荷重に相当する1260Nの静的な初期荷重を、防振装置の中心軸方向(第一の取付部材と第二の取付部材の接近方向)に入力した状態で、振幅±1mmの振動荷重を同中心軸方向に入力する条件で行った。なお、シミュレーションに用いた流体封入式防振装置の具体的な構造は、第一の実施形態に示すエンジンマウント10と略同じであり、本発明1と本発明2と比較例はオリフィス通路の構造だけが相互に異ならされている。
図3によれば、実線で示された本発明1と一点鎖線で示された本発明2において、破線で示された比較例よりも広い周波数域で有効な減衰作用が発揮されることが、明らかである。より具体的には、所定の減衰閾値Cよりも大きな減衰を得ることのできる周波数域が、本発明1では略7Hz、本発明2では略5.7Hzであり、それに対して比較例では4.5Hzであった。このように、本発明構造の流体封入式防振装置では、従来構造の流体封入式防振装置に比して、より広い周波数域の振動入力に対して、オリフィス通路による有効な減衰作用が発揮される。
なお、本発明1と本発明2の比較によって、オリフィス通路の通路断面積の変化率が大きい方が、より広い周波数域に亘って減衰を得られると共に、減衰が最大となる周波数(オリフィス通路のチューニング周波数)が、同じ通路長であってもより低周波数に移行することが確認された。また、図3のシミュレーション結果からは、オリフィス通路の通路断面積の変化率が異なる場合にも、発揮される減衰の最大値は大きく変化しないことが分かった。これらに基づけば、オリフィス通路の通路長や実質的な通路断面積を変更することなく、オリフィス通路の通路断面積の変化率を調節することによって、減衰特性をチューニングすることも可能であると考えられる。
図4,5には、本発明の第二の実施形態としてのエンジンマウント60が示されている。エンジンマウント60は、受圧室54と平衡室56を隔てる仕切部材62を備えている。なお、以下の説明において、第一の実施形態と実質的に同一の部材および部位については、図中に同一の符号を付すことで、説明を省略する。
より詳細には、仕切部材62は、仕切部材本体64に蓋部材38が重ね合わされた構造とされており、仕切部材本体64の外周部分には、周溝66が形成されている。周溝66は、仕切部材本体64の上面に開口しながら、周方向に所定の長さで延びている。
さらに、周溝66の内周壁面には、段差68が形成されている。段差68は、周溝66の長さ方向の中間部分で径方向に広がっており、周溝66における段差68を挟んだ両側には、広溝部70とそれよりも狭幅の狭溝部72との各一方が、相互に連続して形成されている。なお、本実施形態の広溝部70と狭溝部72は、それぞれが略一定の断面形状で周方向に延びている。また、広溝部70と狭溝部72は、幅寸法が互いに異なっていると共に、深さ寸法が互いに略同じとされている。
かくの如き構造とされた仕切部材62が流体室32に配設されることによって、受圧室54と平衡室56を相互に連通するオリフィス通路74が、周溝66を用いて形成されている。オリフィス通路74は、段差68を挟んで通路断面積が2段階に変化しており、広溝部70によって通路断面積の大きい受圧室54側部分が構成されていると共に、狭溝部72によって通路断面積の小さい平衡室56側部分が構成されている。換言すれば、オリフィス通路74の通路断面積は、受圧室54側から平衡室56側に向かって段階的に小さくなっている。
このような本実施形態に従う構造とされたエンジンマウント60においても、第一の実施形態のエンジンマウント10と同様に、流体の流動作用に基づく防振効果が、より広い周波数域で有効に発揮される。
さらに、本実施形態の構造では、オリフィス通路74の通路断面積が段差68によって段階的に変化していることから、オリフィス通路74の通路長が短い場合にも、通路断面積の変化量を大きく設定し易い。
図6には、本発明の第三の実施形態としてのエンジンマウント80が示されている。エンジンマウント80は、仕切部材82を備えており、仕切部材82が仕切部材本体84の上面に蓋部材38を重ね合わせた構造を有している。
また、仕切部材本体84は、周溝86を備えている。周溝86は、仕切部材本体84の上面に開口しながら、周方向に所定の長さで延びており、幅寸法が全長に亘って略一定とされていると共に、深さ寸法が長さ方向一方側に向かって小さくされている。周溝86の底面は、図6に破線で示すように、全長に亘って略一定の傾斜で長さ方向一方側に向かって上傾する傾斜面とされている。
そして、仕切部材82が流体室32に配設されることにより、受圧室54と平衡室56を相互に連通するオリフィス通路88が、周溝86を用いて形成されている。オリフィス通路88は、周溝86の深さ寸法の変化によって、通路断面積が受圧室54から平衡室56に向かって略一定の変化率で次第に小さくなっており、往路方向と復路方向で流体の流動特性が相互に異ならされている。
このような本実施形態に従う構造とされたエンジンマウント80においても、第一,第二の実施形態と同様に、流体の流動作用に基づく防振効果が、より広い周波数域で有効に発揮される。
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、前記実施形態では、周方向に延びるオリフィス通路が例示されているが、オリフィス通路は周方向に延びる形状に限定されるものではない。
また、第一の実施形態において幅寸法が変化するオリフィス通路58が例示されていると共に、第三の実施形態において深さ寸法が変化するオリフィス通路88が例示されているが、幅寸法と深さ寸法の両方が通路長方向で変化することによって通路断面積が変化するオリフィス通路も、採用され得る。
さらに、例えば、オリフィス通路の内周壁面と外周壁面の両方において、曲率を通路長方向で変化させることにより、オリフィス通路の幅寸法を変化させて、オリフィス通路の通路断面積を変化させることもできる。更にまた、例えば、蓋部材の下面に突出して周方向に延びる突起を形成して、該突起の突出高さを周方向の何れか一方側に向かって大きくなるように変化させると共に、該突起を周溝に差し入れることにより、オリフィス通路の深さ寸法を周方向の一方側に向かって小さくなるように変化させて、オリフィス通路の通路断面積を変化させることもできる。このように、オリフィス通路の通路断面積を変化させる具体的な構造は、特に限定されるものではなく、例えば、第一〜第三の実施形態などに例示した各種の具体的な構造を、適宜に組み合わせて採用することも可能である。
また、オリフィス通路の通路断面積を徐々に変化させる場合にも、通路断面積は通路長方向の全長に亘って変化している必要はなく、通路長方向の少なくとも一部において変化していれば良い。更に、オリフィス通路の通路断面積が徐変する場合に、通路断面積の変化率は一定であることが望ましいが、例えば長さ方向で部分的に或いは全体に亘って変化していても良い。
なお、オリフィス通路の複数箇所に通路断面積の変化部分を設けることもできるが、その場合にも、オリフィス通路の通路断面積は、通路長方向の何れか一方側に向かって小さくなるように、各変化部分において徐々に乃至は段階的に変化する。要するに、通路断面積は、小さくなる通路長方向の一方側において、オリフィス通路の何れの領域でも大きくなることがないようにされている。これにより、オリフィス通路の一方の開口部の開口面積は、他方の開口部の開口面積に比して、通路上で断面積が小さく変化した分だけ小さくなっている。また、オリフィス通路における断面積の変化領域は、好適には、断面外周形状が実質的に変化せず、例えば、全長に亘って矩形などとされる。
また、前記実施形態では、オリフィス通路の通路断面積が受圧室54から平衡室56に向かって小さくなっているが、平衡室56から受圧室54に向かって小さくなっていても良い。
また、例えば、主液室と副液室が何れも受圧室とされた流体封入式防振装置や、筒形の流体封入式防振装置などにも、本発明は好適に適用され得る。
本発明の適用範囲は、エンジンマウントとして用いられる流体封入式防振装置に限定されず、例えば、サブフレームマウントやボデーマウント、デフマウントなどにも適用され得る。更に、本発明は、自動車用の流体封入式防振装置の他、自動二輪車や鉄道用車両、産業用車両などに用いられる流体封入式防振装置にも、好適に適用され得る。