JP6448926B2 - 流体封入式防振装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、自動車用のエンジンマウントなどに用いられる流体封入式防振装置に関するものである。
従来から、振動伝達系を構成する部材間に介装されて、それら部材を相互に防振連結する防振連結体乃至は防振支持体の一種として、防振装置が知られている。更に、防振性能の向上などを目的として、内部に封入された非圧縮性流体の流動作用に基づく防振効果を利用する流体封入式防振装置も提案されている。流体封入式防振装置は、第一の取付部材と第二の取付部材が本体ゴム弾性体によって弾性連結されていると共に、壁部の一部を本体ゴム弾性体で構成された受圧室と、壁部の一部を可撓性膜で構成された平衡室とが、形成されており、それら受圧室と平衡室に非圧縮性流体が封入されていると共に、それら受圧室と平衡室を相互に連通するオリフィス通路が形成された構造を有している。
ところで、流体封入式防振装置では、衝撃的な大荷重の入力時に生じるキャビテーション異音が問題になる場合もある。キャビテーション異音は、大荷重の入力により受圧室に局所的且つ急激な圧力低下が生じて、受圧室内の非圧縮性流体に局所的な沸騰や溶存気体の気相分離などによる気泡が生じた後、受圧室の圧力低下が解消されることで気泡が破裂して、破裂時に発せられる衝撃波が車両ボデーに伝達されることで、異音として感取されるものである。
そこで、受圧室の負圧を可及的速やかに解消してキャビテーションによる気泡の生成を防止するために、特開2003−148548号公報(特許文献1)などに開示されているように、受圧室と平衡室を相互に連通する短絡通路を形成すると共に、短絡通路の連通と遮断を切り替える弁体を設けた流体封入式防振装置も提案されている。特許文献1によれば、衝撃的な大荷重の入力によって受圧室の内圧が大きく低下すると、弁体によって遮断された短絡通路が連通状態に切り替えられて、受圧室と平衡室が流動抵抗の小さい短絡通路によって相互に連通される。これにより、短絡通路を通じて平衡室から受圧室に流体が流入して受圧室の負圧が低減されることから、キャビテーションに起因する気泡の発生が防止されて、キャビテーション異音が回避される。
しかしながら、特許文献1の如き構造では、所定の圧力で開閉作動する弁体を要することから、部品点数が増えるのを避け難く、構造が複雑になるという問題があった。
特開2003−148548号公報
本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、部品点数の少ない簡単な構造によって、キャビテーションに起因する異音を低減乃至は回避することができる、新規な構造の流体封入式防振装置を提供することにある。
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。
すなわち、本発明の第一の態様は、第一の取付部材と第二の取付部材が本体ゴム弾性体によって弾性連結されて、壁部の一部が該本体ゴム弾性体で構成された受圧室と壁部の一部が可撓性膜で構成された平衡室とが形成されており、それら受圧室と平衡室に非圧縮性流体が封入されていると共に、それら受圧室と平衡室を相互に連通するオリフィス通路が形成された流体封入式防振装置において、硬質の壁部をもって形成されて一定の断面で延びる前記オリフィス通路方向で両端からそれぞれ離れた位置において該硬質の部の内面に開口する凹部が形成されていると共に該凹部が可動体を収容しない中空構造とされて該オリフィス通路の断面積が長さ方向で該凹部を外れた位置よりも該凹部の形成部分において拡大されることによって、流動流体の流速に応じて流動流体に乱流を生ぜしめて該オリフィス通路の開口部に発生するキャビテーション気泡の発生を抑制する乱流発生部が形成されていることを、特徴とする。
このような第一の態様に従う構造とされた流体封入式防振装置によれば、流体がオリフィス通路を大きな流速で流動しようとすると、流動流体が乱流発生部で乱流を生じて、流動流体の流速の制限や乱流発生部における小規模なキャビテーションによる気相分離などが生じる。これにより、流動流体がオリフィス通路から受圧室に流入する際の乱流による圧力損失が低減されて、受圧室においてオリフィス通路の開口部付近の圧力が局所的に著しく低下するのを防ぐことができる。その結果、オリフィス通路の開口部付近で生じ易いキャビテーションによる気泡の発生を防いで、気泡の消失時に発せられる衝撃波に起因する異音を低減乃至は回避することができる。
しかも、キャビテーションが問題とならない通常の振動入力では、オリフィス通路を流動する流体の流速が比較的に小さいことから、乱流発生部における乱流の発生が抑えられて、流体流動が効率的に生ぜしめられる。それ故、オリフィス通路による流体の流動作用に基づいた防振効果が有効に発揮される。換言すれば、乱流発生部におけるエネルギー損失や気相分離などに基づいたキャビテーション異音の防止効果は、オリフィス通路を流動する流体の流速に応じて発揮され得ることから、オリフィス通路による防振効果とキャビテーション異音の防止効果とが入力振動に応じて適切に発揮される。
加えて、乱流発生部は、例えば、オリフィス通路の壁内面に凸部や凹部を形成するだけの簡単な構造によって実現可能であり、従来の弁体のような複雑な切替え機構が不要となることから、部品点数の削減とそれに伴う構造の簡略化が図られる。
また、このような第一の態様に従う構造とされた流体封入式防振装置によれば、オリフィス通路の通路断面積を凹部の形成部分で変化させることにより、キャビテーションが発生するほどに大きな流速で流体が流動しようとすると、凹部の形成部分で乱流による大きな圧力損失(エネルギー損失)が生じる。これにより、オリフィス通路において、流動流体の流速の制限や、小規模なキャビテーションを発生させることによる圧力差の緩和などが生じ得る。その結果、オリフィス通路の受圧室側の開口部付近で発生する乱流による圧力損失が低減されて、受圧室におけるキャビテーションに起因する気泡の発生と、その消失に伴う異音の発生とが、軽減される。
一方、キャビテーションが問題とならない通常の防振対象振動の入力時には、オリフィス通路を流動する流体の流速が比較的に小さいことから、凹部における乱流の発生が抑えられて、乱流による圧力損失が実質的に問題とならない程度に小さくなる。それ故、オリフィス通路を通じて流動する流体の共振作用などに基づいた防振効果が、凹部の影響を実質的に受けることなく有効に発揮される。特に、乱流発生部がオリフィス通路内に突出する凸部ではなく凹部とされていることから、通常振動の入力時には流動特性に対する乱流発生部の悪影響が効果的に低減される。
本発明によれば、オリフィス通路の中間部分に設けられた乱流発生部で乱流を生ぜしめることにより、流動流体の流速の制限や小規模な気相分離などが生じるようになっており、オリフィス通路の受圧室への開口部付近においてキャビテーションによる気泡の発生が低減されて、気泡の消失時に生じる異音が簡単な構造によって有効に軽減乃至は解消される。
本発明の一実施形態としてのエンジンマウントを示す縦断面図。 図1に示すエンジンマウントを構成する仕切部材の正面図。 図2に示す仕切部材の背面図。 図3のIV−IV断面図。 本発明構造のエンジンマウントと従来構造のエンジンマウントの動荷重の測定結果を示すグラフであって、(a)がキャビテーションが発生し得る大荷重入力時の測定結果を、(b)が通常の防振対象振動入力時の測定結果を、それぞれ示す。
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、マウント中心軸方向である図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で形成された高剛性の部材であって、全体として略円形ブロック形状とされていると共に、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。
また、第一の取付部材12の下方には、スリーブ部材20が配設されている。スリーブ部材20は、第一の取付部材12と同様に高剛性の部材であって、薄肉大径の略円筒形状を有している。
そして、第一の取付部材12とスリーブ部材20が同一中心軸上で上下に配されて、それら第一の取付部材12とスリーブ部材20が、本体ゴム弾性体16によって相互に弾性連結されている。本体ゴム弾性体16は、厚肉大径の略円錐台形状とされており、小径側端部が第一の取付部材12に加硫接着されていると共に、大径側端部の外周面がスリーブ部材20の内周面に加硫接着されている。更に、本体ゴム弾性体16には、大径凹所22が形成されている。大径凹所22は、本体ゴム弾性体16の大径側端面に開口する凹所であって、開口側に向かって次第に拡径する逆向きの略すり鉢形状とされている。なお、本体ゴム弾性体16は、第一の取付部材12とスリーブ部材20を備えた一体加硫成形品として形成されており、本体ゴム弾性体16の加硫成形後にスリーブ部材20に絞り加工を施すことにより、本体ゴム弾性体16の成形後の収縮による引張歪みが低減される。
また、スリーブ部材20には、可撓性膜24が取り付けられている。可撓性膜24は、略円板形状乃至は円形ドーム形状を有する薄肉のゴム膜であって、上下に緩みを持って容易に変形可能とされている。
さらに、可撓性膜24の外周端部には、固定部材26が加硫接着されている。固定部材26は、全体として薄肉大径の略円筒形状を有しており、中間部分に形成された段差部28よりも上方が下方よりも大径とされていると共に、下端部から内周側に突出する内フランジ30が一体形成されている。そして、内フランジ30の内周端部に可撓性膜24の外周端部が全周に亘って加硫接着されており、固定部材26の下開口部が可撓性膜24で流体密に閉塞されている。更に、固定部材26の小径部分の内周面に第一のシールゴム層32が固着されていると共に、固定部材26の大径部分の内周面に第二のシールゴム層34が固着されている。本実施形態では、第一のシールゴム層32が可撓性膜24と一体形成されていると共に、第二のシールゴム層34が可撓性膜24とは別体で形成されている。
そして、固定部材26の大径部分がスリーブ部材20に外挿されて、八方絞りなどの縮径加工によってスリーブ部材20に外嵌固定されることにより、それらスリーブ部材20と固定部材26によって第二の取付部材14が構成される。なお、第二のシールゴム層34がスリーブ部材20の外周面に押し当てられて、固定部材26とスリーブ部材20の間が流体密に封止されている。
これにより、本体ゴム弾性体16と可撓性膜24の対向面間には、外部空間から流体密に隔てられた流体室36が形成されており、流体室36に非圧縮性流体が封入されている。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、シリコーン油などの各種液体、或いはそれらの混合液などが採用される。更に、後述する流体の流動作用に基づく防振効果を有効に得るためには、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36には、仕切部材38が配設されている。仕切部材38は、図2〜4に示すように、略円板形状を有しており、アルミニウム合金などの金属や硬質の合成樹脂で形成されている。更に、仕切部材38の径方向中央部分には、図1に示すように、上面に開口する上凹所40と、下面に開口する下凹所42とが、形成されている。
さらに、仕切部材38の外周端部には、図1〜3に示すように、周溝44が形成されている。この周溝44は、外周面に開口して周方向に二周弱の長さで略螺旋状に延びており、一方の端部が上連通孔46を通じて上凹所40に連通されていると共に、他方の端部が下連通孔48を通じて下凹所42に連通されている。
更にまた、図1,3に示すように、周溝44の長さ方向中間部分には、周溝44の内周壁面に開口する乱流発生部としての凹部50が形成されている。凹部50は、周溝44の長さ方向の一部に形成されており、本実施形態では、周溝44の長さ方向で下連通孔48側に偏倚した位置に配置されている。なお、図3,4に示すように、本実施形態の凹部50は、略一定の断面形状で径方向に延びていると共に、周方向両側に位置する一対の側壁内面52a,52bが、周溝44の長さ方向に対して略直交して広がっている。
そして、仕切部材38は、図1に示すように、流体室36内で軸直角方向に広がるように配設されて、外周端部を第二の取付部材14によって支持されている。具体的には、仕切部材38を固定部材26の小径部分に上方から挿入した後、本体ゴム弾性体16の一体加硫成形品を固定部材26の大径部分に上方から挿入し、固定部材26に縮径加工を施す。これにより、仕切部材38の上端外周部分が本体ゴム弾性体16と固定部材26の間で上下に挟持されると共に、仕切部材38の外周面が固定部材26の小径部分に第一のシールゴム層32を介して押し当てられて、仕切部材38が第二の取付部材14によって支持される。
かかる仕切部材38の流体室36への配設によって、流体室36が仕切部材38を挟んで上下に二分されている。即ち、仕切部材38に対して上方には、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惹起される受圧室56が形成されている。一方、仕切部材38に対して下方には、壁部の一部が可撓性膜24で構成されて、容積変化が容易に許容される平衡室58が形成されている。なお、受圧室56と平衡室58に非圧縮性流体が封入されていることは言うまでもない。
また、周溝44の外周側の開口部が第二の取付部材14によって流体密に覆蓋されることにより、周方向に延びるトンネル状の流路が形成されており、該トンネル状流路の一方の端部が上連通孔46を通じて受圧室56に連通されていると共に、他方の端部が下連通孔48を通じて平衡室58に連通されている。これにより、受圧室56と平衡室58を相互に連通するオリフィス通路60が、周溝44を用いて形成されている。なお、本実施形態のオリフィス通路60は、流体室36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)を調節することにより、流動流体の共振周波数であるチューニング周波数が、エンジンシェイクに相当する10Hz程度の低周波数に設定されている。
さらに、オリフィス通路60の内周側の壁内面には、乱流発生部としての凹部50が開口している。これにより、オリフィス通路60は、凹部50が形成された周上の一部において、通路断面積が部分的に大きくされている(図1参照)。本実施形態では、凹部50の側壁内面52a,52bがオリフィス通路60の通路長方向に対して略直交しており、オリフィス通路60の断面積が凹部50の形成部分で急激に拡大している。
このような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が図示しない車両ボデーに取り付けられることにより、パワーユニットと車両ボデーの間に介装される。
かくの如きエンジンマウント10の車両装着状態において、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、受圧室56と平衡室58の相対的な圧力変動によって、それら両室56,58間でオリフィス通路60を通じた流体流動が生ぜしめられる。その結果、流体の共振作用などの流動作用に基づいて、目的とする防振効果(高減衰効果)が発揮される。
一方、第一の取付部材12と第二の取付部材14の間に衝撃的な大荷重が入力されて、受圧室56に大きな負圧が及ぼされると、受圧室56と平衡室58の相対的な圧力変動によって、平衡室58から受圧室56へオリフィス通路60を通じて流体が流入しようとする。ここにおいて、エンジンマウント10では、オリフィス通路60の壁内面に開口する凹部50が形成されていることによって、キャビテーションによる異音が低減乃至は回避される。
このようなキャビテーション異音の防止効果は、例えば、以下の如くして発揮されるものと考えられる。即ち、キャビテーションによる気泡は、主に受圧室56におけるオリフィス通路60の開口部付近で発生することが知られており、これは、オリフィス通路60から受圧室56に流体が流入する際に生じる乱流に伴う微細渦による局所的な圧力損失によって、受圧室56の液圧がオリフィス通路60の開口部付近で局所的に著しく低下することに起因するものと推測される。かかる圧力損失の大きさは、オリフィス通路60を流動する流体の流速も大きく関係することから、オリフィス通路60を流動する流体の流速を低減することが有効であると考えられる。
そこで、エンジンマウント10のオリフィス通路60では、凹部50の形成部分において通路断面積が部分的に変化せしめられており、一定の通路断面積を有する従来構造のオリフィス通路に比して、凹部50の形成部分において乱流が生じることで流動流体のエネルギー損失が一層大きく生じるようになっている。換言すれば、凹部50を形成することによって、オリフィス通路60の流体流速が大きくなる際の流動抵抗が大きくされている。これにより、オリフィス通路60を流動する流体の流速が大きくなる場合にかかる流速が抑えられて、流体がオリフィス通路60から受圧室56に流入する際の圧力損失が低減されることから、局所的な著しい負圧によるキャビテーション気泡の発生が防止される。
この凹部50によるエネルギー損失は、キャビテーションが問題となる衝撃的な大荷重の入力時には、オリフィス通路60内の流速が大きいことから十分に大きく発揮されて、流速が有効に制限される。一方、エンジンシェイクなどに相当する防振対象振動の入力時には、オリフィス通路60内の流速が比較的に小さいことから、凹部50によるエネルギー損失は流体の流動特性に殆ど影響することがなく、流体の流動作用による防振効果が有効に発揮される。従って、オリフィス通路60の壁内面に凹部50を開口形成するという簡単な構造によって、目的とする防振効果を有効に得ながら、キャビテーションによる異音の発生を効果的に防止することが可能となる。
また、凹部50の形成部分では、乱流に伴う微細渦による局所的な圧力損失によってキャビテーションが生じ易くなっていると共に、オリフィス通路60の通路断面積が部分的に大きくされることから、単位長さ当たりの容積が大きく、単位長さ当たりの溶存気体量が多い。これらにより、衝撃的な大荷重の入力時には、凹部50の形成部分においてもキャビテーションによる気泡が発生し得る。その結果、本来は非圧縮性流体とみなし得る封入流体(オリフィス通路60を流動する流動流体)が、気相分離で圧縮性流体としての特性も示すこととなり、凹部50よりも下流側である受圧室56への開口部分では、圧力変動に対する流動流体の追従性が向上されると共に、凹部50で発生した気泡の圧縮性によって圧力差が緩和されることとなり、その結果、受圧室56に発生する負圧が低減され得て、受圧室56において気相の分離によるキャビテーション気泡の発生が抑えられ得る。
本発明に係る流体封入式防振装置において、従来構造の流体封入式防振装置よりもキャビテーションによる異音が低減されることは、実験によっても確認されている。即ち、図5には、オリフィス通路60に凹部50を備える本発明構造の流体封入式防振装置について動荷重を測定した結果(実施例)と、凹部50を持たない従来構造の流体封入式防振装置について動荷重を測定した結果(比較例)とが、示されている。なお、図5に示した測定結果を得る実験では、キャビテーションが問題となる大荷重入力状態として、周波数が10Hzで振幅が±1.5mmの振動荷重を入力して測定(図5(a))すると共に、通常の防振対象振動入力状態として、周波数が10Hzで振幅が±0.5mmの振動荷重を入力して測定(図5(b))した。
図5(a)の測定結果によれば、キャビテーションが問題となる大荷重の入力時には、実施例の動荷重が比較例の動荷重よりも大幅に小さいことが明らかである。この測定結果から、本発明に係る実施例では、従来構造に係る比較例に比して、キャビテーションに起因する衝撃波が低減されていると推定可能であり、キャビテーションに起因する異音が低減されることが確認された。
一方、図5(b)の測定結果では、実施例と比較例の動荷重の差が、図5(a)の測定結果に比して著しく小さくなっており、実施例において比較例と同等の防振効果が発揮され得るものと考えられる。
以上のように、本発明に係る流体封入式防振装置において、通常の防振対象振動の入力時には、オリフィス通路による防振効果が有効に発揮されると共に、衝撃的な大荷重の入力時には、キャビテーションに起因する異音が低減されることが、実験による測定結果からも確認された。
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、凹部50がオリフィス通路60の平衡室58に近い位置に形成されていたが、オリフィス通路60における凹部50の形成位置は特に限定されるものではなく、受圧室56に近い位置や、受圧室56と平衡室58から同じ距離だけ離隔した位置などにも形成され得る。
さらに、凹部50は、オリフィス通路60上に複数が形成されていても良く、その場合には形状や大きさなどが相互に異なっていても良い。更にまた、前記実施形態で示した凹部50の具体的な形状はあくまでも例示であって、例えば、凹部の側壁内面がオリフィス通路60の通路長方向に対して傾斜するテーパ面とされて、凹部50の形成部分においてオリフィス通路60の通路断面積が徐々に変化していても良い。
更にまた、凹部は、必ずしもオリフィス通路の内周壁内面に開口するように形成されていなくても良く、オリフィス通路の上下壁内面や外周壁内面に開口するように形成されていても良い。
また、前記実施形態では、乱流発生部として凹部50が例示されているが、乱流発生部は、オリフィス通路60の通路断面積を部分的に変化させるなどして、オリフィス通路の他の部位よりも大きなエネルギー損失を流動流体に生ぜしめる構造であれば良く、例えば、オリフィス通路60を部分的に狭窄する凸部なども採用され得る。
また、オリフィス通路は、必ずしも周方向に延びるものには限定されず、例えば、軸方向に延びる直線的なものなども採用され得る。更に、オリフィス通路が周方向に延びる場合にも、周方向に一周に満たない長さで、或いは二周以上の長さで形成されていても良い。
さらに、チューニングが相互に異なる複数のオリフィス通路を備えていても良く、その場合には、少なくとも一つのオリフィス通路に乱流発生部が設けられる。また、複数のオリフィス通路を弁体で切り替える切替型の流体封入式防振装置や、受圧室に能動的な加振力を及ぼして入力振動を相殺する能動型の流体封入式防振装置などにも、本発明は適用され得る。
また、本発明の適用範囲は、エンジンマウントに限定されるものではなく、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にのみ適用されるものではなく、例えば、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、好適に適用される。
10:エンジンマウント(流体封入式防振装置)、12:第一の取付部材、14:第二の取付部材、16:本体ゴム弾性体、24:可撓性膜、50:凹部(乱流発生部)、56:受圧室、58:平衡室、60:オリフィス通路

Claims (1)

  1. 第一の取付部材と第二の取付部材が本体ゴム弾性体によって弾性連結されて、壁部の一部が該本体ゴム弾性体で構成された受圧室と壁部の一部が可撓性膜で構成された平衡室とが形成されており、それら受圧室と平衡室に非圧縮性流体が封入されていると共に、それら受圧室と平衡室を相互に連通するオリフィス通路が形成された流体封入式防振装置において、
    硬質の壁部をもって形成されて一定の断面で延びる前記オリフィス通路方向で両端からそれぞれ離れた位置において該硬質の部の内面に開口する凹部が形成されていると共に該凹部が可動体を収容しない中空構造とされて該オリフィス通路の断面積が長さ方向で該凹部を外れた位置よりも該凹部の形成部分において拡大されることによって、流動流体の流速に応じて流動流体に乱流を生ぜしめて該オリフィス通路の開口部に発生するキャビテーション気泡の発生を抑制する乱流発生部が形成されていることを特徴とする流体封入式防振装置。
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