JP7083328B2 - 車両用防振装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用防振装置に関する。

オリフィス通路を介して複数の液室間で液体を流通させることで、振動を減衰させる車両用防振装置が公知である（例えば、特許文献１）。

特開２００４－３２４８２３号公報

このような車両用防振装置では、振動が発生する周波数領域によって、求められる液体の粘度が異なる。例えば、振動の減衰量が最大となる周波数領域では、いわゆる液柱共振現象を利用して振動を十分に減衰すべく、液体の粘度を低下させることが求められる。一方で、上記の周波数領域よりも低い周波数領域では、いわゆる粘性減衰を利用して振動を十分に減衰すべく、液体の粘度を上昇させることが求められる。

このような液体の粘度に対する様々な要請に応えるためには、液体の粘度の変化量を大きくすることが望ましい。しかし、従来の車両用防振装置には、液体の粘度の変化量を大きくするための工夫が施されていない。そのため、広い周波数領域において振動を十分に減衰させることができない虞がある。

本発明は、以上の背景を鑑み、広い周波数領域において振動を十分に減衰させる車両用防振装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明のある態様は、車両用防振装置（１）であって、第１部材（２）に取り付けられる第１取付部材（５）と、第２部材（３）に取り付けられる第２取付部材（６）と、前記第１取付部材と前記第２取付部材の相対変位に応じて容積を変化させる第１液室（１０）及び第２液室（１１）と、前記第１液室と前記第２液室の容積の変化に応じて前記第１液室と前記第２液室の間で液体（Ｍ）を流通させるオリフィス通路（１２）とを備え、前記液体が、せん断速度の上昇に応じて粘度が低下する非ニュートン流体を含み、前記オリフィス通路には、前記液体の乱流度を高めるための乱流化構造（３１）が設けられている。

この態様によれば、オリフィス通路を介して第１液室と第２液室の間で液体が流通する際に、乱流化構造によって液体を乱流化させ、液体のせん断速度を上昇させることができる。そのため、液体の粘度を十分に低下させ、液体の粘度の変化量を大きくすることができる。これにより、広い周波数領域において振動を十分に減衰させることができる。

上記の態様において、前記乱流化構造が、前記オリフィス通路の内周面に設けられた凹凸を含んでいても良い。

この態様によれば、新たな部品を追加することなく乱流化構造を形成することができるため、車両用防振装置の製造コストの上昇を抑制することができる。

上記の態様において、前記凹凸が、螺旋状を成していても良い。

この態様によれば、オリフィス通路内を流れる液体のレイノルズ数を上昇させ、液体の乱流化を促進することができると共に、液柱共振現象の発生時に液体の流速が低下するのを抑制することができる。

上記の態様において、前記乱流化構造が、前記オリフィス通路内に突出する乱流化部材（４２）であっても良い。

この態様によれば、オリフィス通路の断面方向の広範囲にわたって、液体を十分に乱流化させ、液体のせん断速度を上昇させることができる。

上記の態様において、前記乱流化部材が、回転可能な部分を含んでいても良い。

この態様によれば、乱流化部材による液体の乱流化効率を高めることができる。

上記の態様において、前記回転可能な部分が、プロペラ（４４）を含んでいても良い。

この態様によれば、乱流化部材による液体の乱流化効率を更に高めることができる。

上記の態様において、前記乱流化部材が、メッシュ部（５４）を含んでいても良い。

この態様によれば、可動部を有しない簡易な構成を用いて、液体を十分に乱流化させることができる。

上記の態様において、前記乱流化部材が、円柱状の部分を含んでいても良い。

この態様によれば、乱流化部材によってカルマン渦を発生させ、液体の乱流化を促進することができる。

上記の態様において、車両用防振装置は、前記第１液室を部分的に画定し、かつ前記第１取付部材を支持する弾性変形可能な第１壁体（７）と、前記第２液室を部分的に画定し、かつ前記第２取付部材に取り付けられる弾性変形可能な第２壁体（８）と、前記第２液室を前記第１液室に対して区画すべく前記第１壁体に結合され、前記オリフィス通路が設けられる隔壁（９）とを有していても良い。

この態様によれば、車両用防振装置による振動の減衰作用を高めることができる。

上記の態様において、前記非ニュートン流体は、チキソトロピック流体であっても良い。

この態様によれば、せん断速度の上昇に応じて非ニュートン流体の粘度を徐々に低下させることができる。そのため、車両用防振装置の振動減衰特性が急激に変化するのを抑制することができる。

以上の構成によれば、広い周波数領域において振動を十分に減衰させる車両用防振装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンマウントの断面図 ニュートン流体とチキソ流体の粘度特性を示すグラフ 本発明の一実施形態に係るオリフィス通路を示す模式的な断面図 本発明の第１変形例に係るオリフィス通路を示す模式的な斜視図 本発明の第２変形例に係るオリフィス通路を示す模式的な斜視図 本発明の第３変形例に係るオリフィス通路を示す模式的な斜視図

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る液体封入型のエンジンマウント１（車両用防振装置の一例）について説明する。各図に適宜付される矢印Ｕ、Ｌｏは、それぞれエンジンマウント１の上方と下方を示している。

＜エンジンマウント１の構成＞
図１を参照して、エンジンマウント１は、自動車等の車両において、内燃機関であるエンジン２（第１部材の一例）と車体３（第２部材の一例）の間に配置されている。エンジンマウント１は、エンジン２の振動を抑制しつつ、エンジン２を支持するための部品である。

エンジンマウント１は、エンジン２に取り付けられる第１取付部材５と、車体３に取り付けられる第２取付部材６と、第１取付部材５と第２取付部材６の間に配置される第１壁体７と、第１壁体７の下方に配置される第２壁体８と、第１壁体７と第２壁体８の間に配置される隔壁９と、隔壁９の上方に設けられる第１液室１０と、隔壁９の下方に設けられる第２液室１１と、隔壁９の外周に設けられるオリフィス通路１２とを備えている。以下、エンジンマウント１の構成要素について順番に説明する。

エンジンマウント１の第１取付部材５は、エンジンマウント１の上端部に位置している。第１取付部材５は、係合部１４と、係合部１４の上面から上方に向かって突出する取付部１５と、を備えている。取付部１５は、ボルト１６によってエンジン２に取り付けられている。

エンジンマウント１の第２取付部材６は、エンジンマウント１の下部に位置している。第２取付部材６は、外筒部１８と、外筒部１８の内周側に配置される内筒部１９と、を備えている。外筒部１８の上端部と内筒部１９の上端部は、ボルト２０によって互いに取り付けられている。外筒部１８の下部は、ボルト（図示せず）によって車体３に取り付けられている。

エンジンマウント１の第１壁体７は、ゴムによって形成されており、弾性変形可能に設けられている。第１壁体７の上部には、上方に向かって開口された上側凹部２２が設けられている。上側凹部２２には、第１取付部材５の係合部１４が係合している。これにより、第１壁体７が第１取付部材５を下方から支持している。第１壁体７の下部には、下方に向かって開口された下側凹部２３が設けられている。

エンジンマウント１の第２壁体８は、いわゆるダイヤフラムである。第２壁体８は、ゴムによって形成されており、弾性変形可能に設けられている。第２壁体８の外周部は、第２取付部材６の内筒部１９の下部内周に係合している。これにより、第２壁体８が第２取付部材６に取り付けられている。

エンジンマウント１の隔壁９は、第２液室１１を第１液室１０に対して区画している。隔壁９は、円筒状の周壁部２５と、周壁部２５の下端部を覆う底壁部２６と、を備えている。周壁部２５は、第１壁体７の下側凹部２３に係合している。これにより、隔壁９が第１壁体７に結合されている。周壁部２５の外周面には、螺旋状の外周溝２７が設けられている。

エンジンマウント１の第１液室１０は、第１壁体７の下側凹部２３及び隔壁９によって画定された空間である。つまり、第１液室１０は、第１壁体７によって部分的に画定された空間である。第１液室１０は、マウント液Ｍ（液体の一例）を収容している。

エンジンマウント１の第２液室１１は、第１液室１０の下方に設けられている。第２液室１１は、第２壁体８及び隔壁９によって画定された空間である。つまり、第２液室１１は、第２壁体８によって部分的に画定された空間である。第２液室１１は、マウント液Ｍを収容している。

エンジンマウント１のオリフィス通路１２は、隔壁９の周壁部２５の外周面に設けられた外周溝２７と第１壁体７の下側凹部２３によって画定された通路である。つまり、オリフィス通路１２は、外周溝２７によって部分的に画定された通路である。オリフィス通路１２は、その軸心方向（長手方向）において円弧状に湾曲している。オリフィス通路１２の第１端部は第１液室１０に連通しており、オリフィス通路１２の第２端部は第２液室１１に連通している。つまり、オリフィス通路１２は、第１液室１０と第２液室１１とを互いに連通している。なお、オリフィス通路１２の詳細については、後述する。

＜エンジンマウント１の作用＞
エンジン２が振動すると、第１取付部材５と第２取付部材６が相対変位するのに応じて、第１壁体７と第２壁体８が弾性変形し、第１液室１０と第２液室１１の容積が変化する。例えば、第１取付部材５が第２取付部材６に対して下降すると、第１壁体７及び第２壁体８が下方に弾性変形し、第１液室１０の容積が減少すると共に第２液室１１の容積が増加する。一方で、第２取付部材６が第１取付部材５に対して上昇すると、第１壁体７及び第２壁体８が上方に弾性変形し、第１液室１０の容積が増加すると共に第２液室１１の容積が減少する。

このように第１液室１０と第２液室１１の容積が変化するのに応じて、オリフィス通路１２を介して第１液室１０と第２液室１１の間でマウント液Ｍが流通する。例えば、第１液室１０の容積が減少すると共に第２液室１１の容積が増加すると、第１液室１０から第２液室１１へとマウント液Ｍが流入する。一方で、第１液室１０の容積が増加すると共に第２液室１１の容積が減少すると、第２液室１１から第１液室１０へとマウント液Ｍが流入する。このようにオリフィス通路１２を介して第１液室１０と第２液室１１の間でマウント液Ｍが流通することで、エンジン２の振動が減衰される。

＜マウント液Ｍ＞
マウント液Ｍは、非ニュートン流体のみによって構成されている。なお、他の異なる実施形態では、マウント液Ｍは、非ニュートン流体とニュートン流体の両方によって構成されていても良い。

マウント液Ｍを構成する非ニュートン流体は、チキソトロピック流体（以下、「チキソ流体」と略称する）である。図２を参照して、ニュートン流体の粘度がせん断速度に関わらず一定であるのに対して、チキソ流体の粘度はせん断速度の上昇に応じて徐々に低下する。なお、他の異なる実施形態では、マウント液Ｍを構成する非ニュートン流体として、チキソ流体以外の流体（例えば、ビンガム流体）を用いても良い。

マウント液Ｍを構成するチキソ流体は、ニュートン流体によって構成されるベース液にチキソトロピー性付与剤（以下、「チキソ剤」と略称する）を混合することによって形成されている。なお、他の異なる実施形態では、マウント液Ｍを構成するチキソ流体は、ベース液とチキソ剤以外の添加物を含んでいても良い。

チキソ流体のベース液は、水にグリコール系溶媒（例えば、エチレングリコール又はプロピレングリコール）を溶解させることで形成されている。エチレングリコールは、水の凍結温度を下げる効果を持ち、且つ、このような効果を持つ溶媒の中では粘度が低いため、ベース液の溶媒として好ましい。なお、他の異なる実施形態では、ベース液は、水にグリコール系溶媒以外の溶媒を溶解させることで形成されても良い。また、他の異なる実施形態では、ベース液は、水系の液体以外の液体（例えば、油系の液体）に溶媒を溶解させることで形成されても良い。

チキソ流体のチキソ剤は、無機系材料（例えば、ベントナイト又はシリカ）によって構成されている。ベントナイトに含まれるモンモリロナイトは、チキソ流体の特性の温度依存性を低下させる効果を有するため、チキソ剤として好ましい。なお、他の異なる実施形態では、チキソ剤は、有機系材料（例えば、セルロース誘導体又はポリエーテル系材料）によって構成されていても良いし、複合系材料（例えば、有機ベントナイト又は炭酸カルシウム）によって構成されていても良い。なお、チキソ流体におけるチキソ剤の含有量を１０ｗｔ％以下とすれば、チキソ流体の全体にチキソ剤を均一に分散させることができる。但し、チキソ流体におけるチキソ剤の含有量は、１０ｗｔ％を超える量（例えば、２０ｗｔ％）であっても良い。

＜オリフィス通路１２の構成＞
図３は、オリフィス通路１２を示している。但し、図３では、実際には円弧状に湾曲したオリフィス通路１２が、模式的に直管状に表示されている。図３の２点鎖線Ｘは、オリフィス通路１２の軸心を示している。図３の点線矢印は、第１液室１０から第２液室１１に向かうマウント液Ｍの流れを示している。

オリフィス通路１２の内周面には、マウント液Ｍの乱流度を高めるための凹凸３１（乱流化構造の一例）が全域にわたって設けられている。凹凸３１は、複数の凹部３２と、複数の凹部３２の間隔に形成される複数の凸部３３と、によって構成されている。各凹部３２及び各凸部３３が螺旋状を成しているため、凹凸３１も螺旋状を成している。なお、他の異なる実施形態では、凹凸３１を構成する各凹部３２及び各凸部３３が円環状を成していても良い。また、他の異なる実施形態では、オリフィス通路１２の内周面の一部のみに凹凸３１が設けられていても良い。また、他の異なる実施形態では、凹凸３１が粗面によって構成されており、一定のパターンを持たなくても良い。

＜効果＞
上記のように、本実施形態では、オリフィス通路１２の内周面に、マウント液Ｍの乱流度を高めるための凹凸３１が設けられている。そのため、オリフィス通路１２を介して第１液室１０と第２液室１１の間でマウント液Ｍが流通する際に、凹凸３１によってマウント液Ｍを乱流化させ、マウント液Ｍを構成するチキソ流体のせん断速度を上昇させることができる。そのため、オリフィス通路１２の内周面に凹凸３１が無い場合と比較して、チキソ流体の粘度を十分に低下させることができ、チキソ流体の粘度の変化量を大きくすることができる(図２参照)。これにより、振動の減衰量が最大となる周波数領域では、マウント液Ｍの粘度を十分に低下させ、いわゆる液柱共振現象を利用して振動を十分に減衰させることができる。一方で、上記の周波数領域よりも低い周波数領域では、マウント液Ｍの粘度を十分に上昇させ、いわゆる粘性減衰を利用して振動を十分に減衰させることができる。つまり、広い周波数領域において振動を十分に減衰させることができる。なお、マウント液Ｍの流速が速くなるに連れて、マウント液Ｍの乱流度は高まる。

また、オリフィス通路１２の内周面に設けられた凹凸３１によって乱流化構造が構成されている。そのため、新たな部品を追加することなく乱流化構造を形成することができ、エンジンマウント１の製造コストの上昇を抑制することができる。
また、凹凸３１が螺旋状を成している。そのため、オリフィス通路１２内を流れるマウント液Ｍのレイノルズ数を上昇させ、マウント液Ｍの乱流化を促進することができると共に、液柱共振現象の発生時にマウント液Ｍの流速が低下するのを抑制することができる。

また、エンジンマウント１は、第１液室１０を部分的に画定し、かつ第１取付部材５を支持する弾性変形可能な第１壁体７と、第２液室１１を部分的に画定し、かつ第２取付部材６に取り付けられる弾性変形可能な第２壁体８と、第２液室１１を第１液室１０に対して区画すべく第１壁体７に結合され、オリフィス通路１２が設けられる隔壁９とを有している。そのため、エンジンマウント１による振動の減衰作用を高めることができる。

また、マウント液Ｍを構成する非ニュートン流体がチキソ流体であるため、せん断速度の上昇に応じて非ニュートン流体の粘度を徐々に低下させることができる。そのため、エンジンマウント１の振動減衰特性が急激に変化するのを抑制することができる。

＜変形例＞
以下、本発明の好適な変形例について説明する。但し、上記実施形態と同様の事項については、説明を省略する。

＜第１変形例＞
図４は、本発明の第１変形例に係るオリフィス通路４１を示している。なお、図４では、オリフィス通路４１内を分かりやすく表示するために、オリフィス通路４１の紙面奥側の半分のみが表示されている（図５以降も同様である）。

オリフィス通路４１内には、乱流化部材４２（乱流化構造の一例）が突出している。乱流化部材４２は、オリフィス通路４１の内周面からオリフィス通路４１の軸心と直交する方向に延びる支柱４３と、支柱４３に回転可能に支持されるプロペラ４４と、を備えている。プロペラ４４は、支柱４３に回転可能に取り付けられるハブ４５と、ハブ４５から放射状に延びる３個のブレード４６と、を備えている。各ブレード４６は、オリフィス通路４１の軸心に対して傾斜している。なお、他の異なる実施形態では、プロペラ４４が支柱４３に固定されていても良い。また、他の異なる実施形態では、乱流化部材４２の回転可能な部分がスクリューによって構成されていても良い。

第１変形例の構成によれば、オリフィス通路４１内に乱流化部材４２が突出している。そのため、オリフィス通路４１の断面方向の広範囲にわたって、マウント液Ｍを十分に乱流化させ、マウント液Ｍのせん断速度を上昇させることができる。

また、オリフィス通路４１を介して第１液室１０と第２液室１１の間でマウント液Ｍが流通する際に、乱流化部材４２のプロペラ４４が回転する。これにより、乱流化部材４２によるマウント液Ｍの乱流化効率を高めることができる。

＜第２変形例＞
図５は、本発明の第２変形例に係るオリフィス通路５１を示している。

オリフィス通路５１内には、乱流化部材５２（乱流化構造の一例）が突出している。乱流化部材５２は、オリフィス通路５１の内周面に嵌め込まれた円環状の枠部５３と、枠部５３に取り付けられたメッシュ部５４と、を備えている。

第２変形例の構成によれば、オリフィス通路５１内に乱流化部材５２が突出している。そのため、オリフィス通路５１の断面方向の広範囲にわたって、マウント液Ｍを十分に乱流化させ、マウント液Ｍのせん断速度を上昇させることができる。

また、オリフィス通路５１を介して第１液室１０と第２液室１１の間でマウント液Ｍが流通する際に、マウント液Ｍが乱流化部材５２のメッシュ部５４を通過することで、マウント液Ｍが乱流化される。このような構成によれば、可動部を有しない簡易な構成を用いて、マウント液Ｍを十分に乱流化させることができる。

＜第３変形例＞
図６は、本発明の第３変形例に係るオリフィス通路６１を示している。

オリフィス通路６１内には、複数の乱流化部材６２（乱流化構造の一例）が突出している。各乱流化部材６２は、オリフィス通路６１の内周面からオリフィス通路６１の軸心と直交する方向に延びている。各乱流化部材６２は、全体が円柱状を成している。なお、他の異なる実施形態では、各乱流化部材６２の一部のみが円柱状を成していても良い。

第３変形例の構成によれば、オリフィス通路６１内に各乱流化部材６２が突出している。そのため、オリフィス通路６１の断面方向の広範囲にわたって、マウント液Ｍを十分に乱流化させ、マウント液Ｍのせん断速度を上昇させることができる。

また、オリフィス通路６１を介して第１液室１０と第２液室１１の間でマウント液Ｍが流通する際に、マウント液Ｍが各乱流化部材６２を通過することで、カルマン渦Ｋが発生する。これにより、マウント液Ｍの乱流化を促進することができる。

＜その他の変形例＞
上記の実施形態では、オリフィス通路１２の内周面に設けられた凹凸３１を乱流化構造の一例としている。一方で、他の実施形態では、オリフィス通路１２の入口付近（第１液室１０から第２液室１１に向かうマウント液Ｍの流れ方向における上流端部）に設けられた角部を乱流化構造の一例としても良い。また、他の実施形態では、オリフィス通路１２の出口付近（第１液室１０から第２液室１１に向かうマウント液Ｍの流れ方向における下流端部）に設けられた角部を乱流化構造の一例としても良い。

上記実施形態では、オリフィス通路１２がその軸心方向において円弧状に湾曲している。一方で、他の異なる実施形態では、オリフィス通路１２がその軸心方向において直線状に延びていても良い。

上記実施形態では、エンジン２を支持するエンジンマウント１を車両用防振装置の一例としている。一方で、他の異なる実施形態では、モーターを支持するモーターマウントを車両用防振装置の一例としても良いし、サスペンションに用いられるショックアブソーバーを車両用防振装置の一例としても良い。つまり、本発明に係る車両用防振装置は、車両において振動の減衰が必要なあらゆる箇所に適用することができる。

以上で具体的な実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態や変形例に限定されることなく、幅広く変形実施することができる。

１ ：エンジンマウント（車両用防振装置の一例）
２ ：エンジン（第１部材の一例）
３ ：車体（第２部材の一例）
５ ：第１取付部材
６ ：第２取付部材
７ ：第１壁体
８ ：第２壁体
９ ：隔壁
１０ ：第１液室
１１ ：第２液室
１２ ：オリフィス通路
３１ ：凹凸（乱流化構造の一例）
４１ ：オリフィス通路
４２ ：乱流化部材（乱流化構造の一例）
４４ ：プロペラ（回転可能な部分の一例）
５１ ：オリフィス通路
５２ ：乱流化部材（乱流化構造の一例）
５４ ：メッシュ部
６１ ：オリフィス通路
６２ ：乱流化部材（乱流化構造の一例）
Ｍ ：マウント液（液体の一例）

Claims (4)

1. 第１部材に取り付けられる第１取付部材と、
   第２部材に取り付けられる第２取付部材と、
   前記第１取付部材と前記第２取付部材の相対変位に応じて容積を変化させる第１液室及び第２液室と、
   前記第１液室と前記第２液室の容積の変化に応じて前記第１液室と前記第２液室の間で液体を流通させるオリフィス通路とを備えた車両用防振装置であって、
   前記液体が、せん断速度の上昇に応じて粘度が低下する非ニュートン流体を含み、
   前記オリフィス通路には、前記液体の乱流度を高めるための乱流化構造が設けられており、
   前記乱流化構造が、前記オリフィス通路内に突出する乱流化部材であり、前記乱流化部材が、可動部を有さず、メッシュ部を含むことを特徴とする車両用防振装置。
2. 前記第１液室を部分的に画定し、かつ前記第１取付部材を支持する弾性変形可能な第１壁体と、
   前記第２液室を部分的に画定し、かつ前記第２取付部材に取り付けられる弾性変形可能な第２壁体と、
   前記第２液室を前記第１液室に対して区画すべく前記第１壁体に結合され、前記オリフィス通路が設けられる隔壁とを有することを特徴とする請求項１に記載の車両用防振装置。
3. 前記非ニュートン流体は、チキソトロピック流体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用防振装置。
4. 前記乱流化部材は、前記オリフィス通路の内周面に嵌め込まれた枠部を備え、前記メッシュ部は、前記枠部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用防振装置。

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