JP7083329B2 - 車両用防振装置 - Google Patents

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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
車両用防振装置の振動減衰特性を液体の流れ方向によって変化させる場合、逆止弁を有するオリフィス通路を複数設け、液体を流通させるオリフィス通路を液体の流れ方向によって切り替えている。しかし、このような構成を採用すると、車両用防振装置の振動減衰特性を変化させるための機構が複雑になり、車両用防振装置の大型化や製造コストの上昇につながる虞がある。また、逆止弁等の可動部が存在するため、耐久性の問題が生じる虞もある。
本発明は、以上の背景を鑑み、車両用防振装置の大型化、製造コストの上昇、耐久性の問題を生じさせずに、車両用防振装置の振動減衰特性を液体の流れ方向によって変化させ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は、前記第１液室と連通する第１連通口（３１）と、前記第２液室と連通する第２連通口（３２）とを含み、前記第１連通口の開口面積が、前記第２連通口の開口面積とは異なっている。
この態様によれば、液体の流れ方向によって液体のせん断速度が変化し、液体に含まれる非ニュートン流体のせん断速度及び粘度も変化する。これにより、逆止弁を有するオリフィス通路を複数設けることなく、車両用防振装置の振動減衰特性を液体の流れ方向によって変化させることができる。つまり、車両用防振装置の大型化、製造コストの上昇、耐久性の問題を生じさせずに、液体の流れ方向によって車両用防振装置の振動減衰特性に異方性を持たせることができる。
上記の態様において、前記第１連通口の開口面積が、前記第２連通口の開口面積よりも小さく、前記オリフィス通路が、前記第１連通口から前記第２連通口に向かって徐々に拡径していても良い。
この態様によれば、液体のせん断速度及び粘度を徐々に変化させることができるため、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。
上記の態様において、前記第１連通口の開口面積が、前記第２連通口の開口面積よりも小さく、前記第１連通口には、前記液体の乱流度を高めるための乱流化部材（４２）が設けられていても良い。
この態様によれば、第１連通口における液体の乱流化を促進し、第１連通口における液体のせん断速度の上昇量を増加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を液体の流れ方向によって大きく変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、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、車両用防振装置の大型化、製造コストの上昇、耐久性の問題を生じさせずに、車両用防振装置の振動減衰特性を液体の流れ方向によって変化させることができる。
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斜視図 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ているオリフィス通路１２が、模式的に直管状に表示されている。また、図３では、オリフィス通路１２内を分かりやすく表示するために、オリフィス通路１２の紙面奥側の半分のみが表示されている。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Ａ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、図３の点線矢印Ｂは、第２液室１１から第１液室１０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の第１端部には、第１液室１０と連通する第１連通口３１が設けられている。オリフィス通路１２の第２端部には、第２液室１１と連通する第２連通口３２が設けられている。オリフィス通路１２は、第１連通口３１から第２連通口３２に向かって徐々に拡径している。そのため、第１連通口３１の開口面積は、第２連通口３２の開口面積よりも小さくなっている。なお、他の異なる実施形態では、オリフィス通路１２が第２連通口３２から第１連通口３１に向かって徐々に拡径しており、第１連通口３１の開口面積が第２連通口３２の開口面積よりも大きくても良い。また、他の異なる実施形態では、オリフィス通路１２の直径が第１連通口３１から第２連通口３２まで一定であり、第１連通口３１又は第２連通口３２の一部をフランジ等の構造体で覆うことで、第１連通口３１の開口面積と第２連通口３２の開口面積を変えても良い。
＜オリフィス通路１２の作用＞
マウント液Ｍが第１液室１０から第２液室１１に流入する場合、マウント液Ｍがオリフィス通路１２を第１連通口３１から第２連通口３２に向かって流れる。この時、オリフィス通路１２が第１連通口３１から第２連通口３２に向かって徐々に拡径しているため、マウント液Ｍを構成するチキソ流体のせん断速度は徐々に低下し、チキソ流体の粘度は徐々に上昇する。
一方で、マウント液Ｍが第２液室１１から第１液室１０に流入する場合、マウント液Ｍがオリフィス通路１２を第２連通口３２から第１連通口３１に向かって流れる。この時、オリフィス通路１２が第２連通口３２から第１連通口３１に向かって徐々に縮径しているため、マウント液Ｍを構成するチキソ流体のせん断速度は徐々に上昇し、チキソ流体の粘度は徐々に低下する。
＜効果＞
上記のように、本実施形態では、第１連通口３１の開口面積が第２連通口３２の開口面積とは異なっている。そのため、マウント液Ｍの流れ方向によってマウント液Ｍのせん断速度が変化し、マウント液Ｍを構成するチキソ流体のせん断速度及び粘度も変化する。これにより、逆止弁を有するオリフィス通路を複数設けることなく、エンジンマウント１の振動減衰特性をマウント液Ｍの流れ方向によって変化させることができる。つまり、エンジンマウント１の大型化、製造コストの上昇、耐久性の問題を生じさせずに、マウント液Ｍの流れ方向によってエンジンマウント１の振動減衰特性に異方性を持たせることができる。
また、オリフィス通路１２が第１連通口３１から第２連通口３２に向かって徐々に拡径している。これにより、マウント液Ｍのせん断速度及び粘度を徐々に変化させることができるため、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。
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。
オリフィス通路４１の第１連通口３１には、マウント液Ｍの乱流度を高めるための乱流化部材４２が設けられている。乱流化部材４２は、第１連通口３１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の第１連通口３１に乱流化部材４２が設けられている。そのため、第１連通口３１におけるマウント液Ｍの乱流化を促進し、第１連通口３１におけるマウント液Ｍのせん断速度の上昇量を増加させることができる。そのため、エンジンマウント１の振動減衰特性をマウント液Ｍの流れ方向によって大きく変化させることができる。なお、他の異なる実施形態では、乱流化部材４２の代わりに第１連通口３１の内周面に凹凸を設けることで、第１連通口３１におけるマウント液Ｍの乱流化を促進しても良い。
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の第１連通口３１には、マウント液Ｍの乱流度を高めるための乱流化部材５２が設けられている。乱流化部材５２は、第１連通口３１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の第１連通口３１に乱流化部材５２が設けられている。そのため、第１連通口３１におけるマウント液Ｍの乱流化を促進し、第１連通口３１におけるマウント液Ｍのせん断速度の上昇量を増加させることができる。そのため、エンジンマウント１の振動減衰特性をマウント液Ｍの流れ方向によって大きく変化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の第１連通口３１には、マウント液Ｍの乱流度を高めるための複数の乱流化部材６２が設けられている。各乱流化部材６２は、第１連通口３１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の第１連通口３１に乱流化部材６２が設けられている。そのため、第１連通口３１におけるマウント液Ｍの乱流化を促進し、第１連通口３１におけるマウント液Ｍのせん断速度の上昇量を増加させることができる。そのため、エンジンマウント１の振動減衰特性をマウント液Ｍの流れ方向によって大きく変化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 ：第１連通口
３２ ：第２連通口
４１ ：オリフィス通路
４２ ：乱流化部材
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
５４ ：メッシュ部
６１ ：オリフィス通路
６２ ：乱流化部材
Ｍ ：マウント液（液体の一例）

Claims (8)

  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は、前記第１液室と連通する第１連通口と、前記第２液室と連通する第２連通口とを含み、
    前記第１連通口の開口面積が、前記第２連通口の開口面積よりも小さく、
    前記第１連通口には、前記液体の乱流度を高めるための乱流化部材が設けられていることを特徴とする車両用防振装置。
  2. 前記オリフィス通路が、前記第１連通口から前記第２連通口に向かって徐々に拡径し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。
  3. 前記乱流化部材が、回転可能な部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用防振装置。
  4. 前記回転可能な部分が、プロペラを含むことを特徴とする請求項３に記載の車両用防振装置。
  5. 前記乱流化部材が、メッシュ部を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用防振装置。
  6. 前記乱流化部材が、円柱状の部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用防振装置。
  7. 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１～６のいずれか１項に記載の車両用防振装置。
  8. 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１～７のいずれか１項に記載の車両用防振装置。
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