JPH0587189A - 振動吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧電素子の電圧−歪特性を利用し、防振効果が
優れ、信頼性と作業性の向上に好適な振動吸収装置を提
供する。 【構成】電圧印加による圧電素子１の歪をダイヤフラム
ホルダ２、ダイヤフラム３、流動媒体１０、ベローズ１
１を介して伝達する変位拡大機構２０と、防振ゴム６を
並列に配設する構成を有するエンジンマウント用振動吸
収装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子による電圧−
歪特性を利用した振動吸収装置に係り、特に自動車のエ
ンジンを車体に防振的に支持するエンジンマウント装置
及びその応用技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記従来技術のエンジンマウント装置と
しては、特開昭５９−２３１３９号、特開昭５９−２３
１４０号、及び特開平１−１１４５２２号公報に開示さ
れているが、例えば図１２に示すように、圧電素子５１
は防振ゴム５２と直列にフランジ５３、５４、５４を介
して配列してなり、これを取付ボルト５６によってエン
ジンと車体の間に固定される構造であって、電圧を印加
することによって圧電素子５１が矢印Ｐ方向に伸長し、
圧電素子５１と直列に設けた防振ゴム５２との協同作用
によって車体をエンジンの振動から防護する構造であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
に示す従来技術のエンジンマウント装置は、能動的な制
振手段としての圧電素子を、受動的な制振手段としての
防振ゴムと直列に配置した構造であるため、圧電素子の
もつ能動的振動防止機能が防振ゴによって吸収され防振
効果が小さくなるという問題点があった。さらにまた、 １）車室内のこもり音や加速時に発生する騒音の原因と
なるエンジンの振動変位は１００μｍ程度あり、通常、
歪が０．１％以下の圧電素子を使用すると全長が１０ｃ
ｍ以上必要になるため大きな車両スペースを要し搭載が
困難になる。

【０００４】２）圧電素子に付加される引張方向及びせ
ん断方向の応力により圧電素子が破損するおそれがあ
る。

【０００５】３）エンジンの静荷重により圧電素子に過
大の圧縮応力が付加され圧電素子の機能が減退すること
がある。

【０００６】などの付随的な問題点があった。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決しエンジンマ
ウント用に好適で防振性能が優れており、しかも作業性
の高い振動吸収装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術にお
ける高周波電圧印加による圧電素子を用いた微小歪検知
機能が、圧電素子と直列に配設された防振ゴムによって
制振効果が相殺される点を改善することに着目したもの
であり、圧電素子と直列に設けたダイヤフラムとベロー
ズの組合わせからなる媒体室に流動媒体を密封し、ダイ
ヤフラムとベローズとの受圧面積差に比例して圧電素子
の変位を増幅する変位拡大機構をフランジと取付部材に
接続すると共に、圧電素子の変位拡大機構と並列に弾性
部材を配設する着想から得られたものであって、上記課
題を解決するための手段は特許請求の範囲に記載されて
いる。すなわち、本発明の目的は、振動体と基台との間
に介装され前記振動体からの振動を緩和する振動吸収装
置において、印加電圧に対応して圧電素子に生ずる歪を
流動媒体を介して伝達する変位吸収手段と、付加荷重に
対して弾性変形する弾性部材とを有し、前記変位吸収手
段と前記弾性部材とを並列に配設した振動吸収装置であ
って、前記変位吸収手段は、前記圧電素子の変位を伝達
するダイヤフラムホルダと、前記ダイヤフラムホルダに
支持されたダイヤフラムと、前記ダイヤフラム面に対向
して配設したベローズホルダと、前記ベローズホルダに
接続したベローズと、前記ダイヤフラムホルダ、前記ダ
イヤフラム、前記ベローズホルダ、及び前記ベローズに
よって仕切られた媒体室と、前記媒体室内に密封した流
動媒体とを有し、前記ダイヤフラムの外径と前記ベロー
ズの平均径との相違により前記圧電素子の歪を増幅する
変位拡大機構を備えると共に、前記振動体と前記基台間
の圧縮方向に対する位置規制手段を有する振動吸収装置
によって達成される。

【０００９】

【作用】上記の構成により、圧電素子のもつ能動的振動
防止機能が防振ゴムによって吸収されることなく優れた
防振効果が得られ、圧電素子の位置決め作業が容易にな
ると共に引張応力やせん断応力に対する保護が容易にな
る。具体的には、 （１）車室内のこもり音や加速時騒音の原因となる振動
を消去するに十分な１００μｍ程度の変位をコンパクト
なエンジンマウント装置で発生させることができる。

【００１０】（２）積層圧電素子に引張応力やせん断応
力が加わっても圧電素子が破損されない。

【００１１】（３）エンジンの静荷重を防振ゴムと圧電
素子とで分担することにより、圧電素子に適正な荷重が
付加され、またベローズの耐久性も向上する。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面と共に説明する。 〔第１実施例〕以下、本発明を図面に基づいて説明す
る。図１は、本発明に係る振動吸収装置をエンジンマウ
ント装置に適用した一実施例を示す図である。まず、構
成を説明すると、振動吸収機構は、フランジ５と取付部
材４の間に挾まれて構成されておりフランジ５と取付部
材４には各々取付用ボルト２１、２２が設けられてい
る。フランジ５は、取付用ボルト２２によって振動源で
あるエンジン側に連結され、取付部材４は取付用ボルト
２１によって車体側に連結され、これによりエンジン
は、取付部材４とフランジ５に設けた圧電素子１と変位
拡大機構２０を介して車体により支持される。

【００１３】次に圧電素子１と変位拡大機構２０の内部
機構について説明する。圧電素子１は、取付部材４の内
側中心に固定されている。圧電素子１は、ＰＺＴ（鉛・
ジルコネート・タイタネート）等の圧電セラミックスの
薄板と電極材料を交互に積層したもので、板厚方向に分
極され板面間に印加される直流電圧に応じて発生する歪
により板厚を増大する方向に伸長する。伸長量は長さ２
０ｍｍの素子について１０μｍ程度である。圧電素子１
は、ダイヤフラムホルダ２によって表面を覆われ、圧電
素子１と直列に接続される変位拡大機構２０内の流動媒
体１０と隔離されている。変位拡大機構２０は、ベロー
ズ１１、ベローズホルダ７、ダイヤフラム３、ダイヤフ
ラムホルダ２によって構成され、これらに囲まれた部分
に流動媒体１０が密封されている。流動媒体１０にはシ
リコン油、グリセリン油のような熱膨張率の小さい油の
使用が好ましい。ベローズ１１はフランジ５に接する側
は閉底面を形成しており、他端側は開放されたままベロ
ーズホルダ７に溶接などの手段により固着されている。

【００１４】ダイヤフラム３はりん青銅板などの弾性材
で形成されており、外縁部は溶接などの手段によりでベ
ローズホルダ７の内側に固定されている。ダイヤフラム
ホルダ２は圧電素子１を覆い、鍔の部分はダイヤフラム
３と対接している。ベローズ１１、ベローズホルダ７、
ダイヤフラム３、ダイヤフラムホルダ２によって囲まれ
た媒体室９内に流動媒体１０を注入したのち、ダイヤフ
ラムホルダ２にボール１４を圧入することによって流動
媒体１０を媒体室９内に密封する。

【００１５】防振ゴム６は、フランジ５、取付部材４に
挾着され、かつ、圧電素子１および変位拡大機構２０の
外周を囲んで変位拡大機構２０と並列に配設されてい
る。

【００１６】さらに、アクティブ制振機構は、図示しな
いエンジンのクランク角センサからの出力を整形するク
ランク角信号３０、クランク角信号３０から圧電素子制
御信号３１を発動させる制御回路および圧電素子制御信
号３１によって、圧電素子１を増幅駆動する高速電力増
幅器３２によって構成される。

【００１７】次に作用を説明する。いま、圧電素子１に
高速電力増幅器３２から駆動電圧を印加すると、駆動電
圧に応じて圧電素子１が伸張し、この圧電素子１の伸長
に伴いベローズホルダ２およびダイヤフラム３が矢印Ａ
方向に移動する。この時ダイヤフラム３とベローズホル
ダ７に囲まれた部分の体積が減少するため、体積減少分
の流動媒体１０がベローズ１１内に流入する。従ってベ
ローズ１１内の体積が拡大することによりベローズ１１
が伸張して、フランジ５、取付部材４間の間隔長が拡大
する。いま、ダイヤフラム３の外径（ベローズホルダ７
の内径）よりも、ベローズ１１の平均径（外径＋内径の
１／２）を小さくすると、ダイヤフラム３とベローズ１
１の面積の比だけ圧電素子１の変位は拡大される。例え
ば、ダイヤフラムの径が３０ｍｍ、ベローズの径９．５
ｍｍとすると、面積比は約１０対１となり、圧電素子１
が１０μｍ変位した時にベローズは約１００μｍ伸張す
る。本実施例システムは車室内のこもり音および加速時
騒音発生の原因となるエンジン振動の制振を目的として
いるが、こもり音および加速時騒音発生の原因となるエ
ンジン振動は、最大変位が約１００μｍ程度であるた
め、エンジン振動を制振するには、エンジンマウントに
逆位相の１００μｍ程度の振動変位を付加する必要があ
り従って変位拡大機構２０の拡大率も１０倍程度あれば
よい。

【００１８】図２はクランク角とエンジン振動および圧
電素子伸張量の変位を示す特性図である。エンジンの振
動は、ハイパスフィルタを通して、こもり音および加速
時騒音の原因となる比較的高周波の振動を抽出したもの
であって、振動はエンジン回転のクランク角に対応した
２次振動（エンジン１回転につき２回）が主になってい
る。従って該振動に逆位相の変位をエンジンマウントで
発生させれば制振されることになる。つまり、エンジン
のクランク角を検出し、該クランク角に対応して圧電素
子１を制御すればよい。

【００１９】図１に示すエンジンのクランク角信号３０
を検出し、クランク角に対応して図２のパターンのよう
な圧電素子制御信号３１を発生させ、該信号を高速電力
増幅器３２によって圧電素子１を駆動する電力に増幅す
る。圧電素子１は高速電力増幅器３２の駆動電圧によっ
て図２のパターンで伸縮動作を行ない、エンジン振動と
逆位相の変位をするため制振されるものである。また、
振動の振幅は、エンジンの回転数によっても異なるの
で、エンジン回転数に応じて圧電素子１の変位量を制御
することにより一層高い制御効果が得られる。

【００２０】また、防振ゴム６はアイドル振動やシェイ
ク等の比較的低い周波数の振動を低減させる。さらに、
エンジンの静荷重は、防振ゴム６と圧電素子１および変
位拡大機構２０で分担するので、圧電素子１には最適な
電圧−変位特性が得られるような適正荷重が付加され
る。これにより、ベローズ１１内圧力の高圧によるベロ
ーズ１１の疲労を回避し長寿命化を図ることができる。

【００２１】また、エンジンマウントのフランジ５、取
付部材４間に発生する引張またはせん断応力に対して
も、変位拡大機構２０内の流動媒体１０およびベローズ
１１による緩衝作用により圧電素子１の損傷を防止する
ことが可能である。

【００２２】以上説明してきたように、上記実施例によ
れば、積層された圧電素子１と直列に、ダイヤフラム３
とベローズ１１の組合わせによる媒体室９内に流動媒体
１０を密封し、ダイヤフラム３とベローズ１１の受圧面
積に比例して圧電素子１の変位を増幅する変位拡大機構
２０と、防振ゴム６とを並列に配設する構成としたた
め、圧電素子のもつ能動的振動防止機能が防振ゴムによ
って吸収されることなく優れた防振効果が得られ、さら
に、 （１）車室内のこもり音や加速時騒音の原因となる振動
を消去するに十分な１００μｍ程度の変位をコンパクト
なエンジンマウント装置で発生させることができる。

【００２３】（２）積層圧電素子に引張応力やせん断応
力が加わっても圧電素子１が破損されない。

【００２４】（３）エンジンの静荷重を防振ゴム６と圧
電素子１とで分担することにより、圧電素子１に適正な
荷重が付加され、またベローズ１１の耐久性も向上す
る。

【００２５】という効果が得られる。

【００２６】〔第２実施例〕図３は本発明の第２実施例
を示す図で、第１実施例における変位拡大機構２０の部
分のみを示している。ベローズホルダ７は上部ベローズ
ホルダ７ａと下部ベローズホルダ７ｂからなり、フラン
ジ５と上部ベローズホルダ７ａとはベローズ１１を介し
て接続されている。圧電素子１の上面はダイヤフラムホ
ルダ２の底面と密着しており、また下面は取付部材４に
固定されており、取付部材４は下部ベローズホルダ７ｂ
と螺合し、さらにロックナット１２で回り止めされてい
る。リード線１ａから電圧を印加すると圧電素子１は図
３の矢印Ａ方向に伸長し、これに伴ってダイヤフラムホ
ルダ２も矢印Ａ方向に変位する。

【００２７】一方、ダイヤフラムホルダ２は円筒孔２ｂ
を有し、円筒孔２ｂ内に位置規制ロッド８を嵌装したの
ち固定されている。ダイヤフラムホルダ２とダイヤフラ
ム３とは円形溝２ａを介して係合されている。ダイヤフ
ラム３の外縁部は上部ベローズホルダ７ａと下部ベロー
ズホルダ７ｂの間に装着され、ベローズホルダ７の内部
空間は、ダイヤフラム３によっての上側の媒体室９と下
側の空室１５と分離されており、圧電素子１の上下方向
の変位に伴いダイヤフラムホルダ２を介してダイヤフラ
ム３が弾性変形するように構成されている。媒体室９に
は注入口１３から流動媒体１０が注入されたのちボール
１４を圧入して密封し、ベローズ１１の一端は上部ベロ
ーズホルダ７ａに、他端はフランジ５に接続されてい
る。フランジ５は、流動媒体１０の圧力によりベローズ
１１の伸縮と共に矢印Ａ方向または矢印Ａと反対の方向
に変位する。

【００２８】位置規制ロッド８は、一端がダイヤフラム
ホルダ２の円筒孔２ｂに嵌装され他端はダイヤフラム３
とベローズ１１の初期状態、すなわち、撓んでいない状
態にあるとき、フランジ５に軽く接触して、いわゆる零
タッチの状態となるように調整して固定されている。上
記調整のための組付け手順は以下の通りである。

【００２９】（ａ）下部ベローズホルダ７ｂに、ダイヤ
フラム３、ダイヤフラムホルダ２、ベローズ１１を取り
付ける。

【００３０】（ｂ）上部ベローズホルダ７ａの上面７ｄ
と、フランジ５の上面５ａとの平行間隔を確保する位置
決め治具を用い、ベローズ１１の初期状態におけるフラ
ンジ５とベローズ１１とのラップ量を調整し両者を溶接
する。

【００３１】（ｃ）位置決め治具を固定したまま、ダイ
ヤフラムホルダ２の円筒孔２ａから位置規制ロッド８を
挿入し、ダイヤフラム３が撓んでいない状態で位置規制
ロッド８の先端をフランジ５の下面５ｂに接触させ、円
筒孔２ａの内側に位置規制ロッド８をロウ付けする。

【００３２】（ｄ）位置決め治具を固定したまま、注入
口１３を通じて減圧し媒体室９内の空気を抜いた後に流
動媒体１０を注入し、ボール１４を圧入して媒体室９を
密封する。

【００３３】（ｅ）位置決め治具を固定したまま、圧電
素子１と取付部材４を所定の位置に取付けロックナット
１２でロックする。

【００３４】上記の組付け手順（ａ）〜（ｄ）によっ
て、「ダイヤフラム３、ベローズ１１とも撓みのない状
態を維持したまま位置規制ロッド８がフランジ５に当接
する」条件が満たされ、フランジ５の位置を規制するこ
とにより、ダイヤフラムホルダ２を下側から押しても、
ダイヤフラム３が変形せず流体の圧力が上昇することは
ない。そのあと（ｅ）を実施し圧電素子１を組付ける
が、前記所定の位置とは、製造バラツキ、加工精度など
を考慮し、圧電素子１、ダイヤフラムホルダ２、取付部
材４がそれぞれ密着した位置を意味する。従来はこのダ
イヤフラムホルダ２の位置決めは困難であり、従って圧
電素子１の位置決めも困難であったが、本実施例によ
り、圧電素子１の位置決めは自動的にかつ安定的にダイ
ヤフラムホルダ２に当接させることにより、効率的な位
置決め作業を実現することができる。すなわち、取付部
材４の締結トルクを適正値に管理すれば足りるものであ
る。したがって、圧電素子１の位置決め作業が容易にな
り生産性の向上と品質の安定化を図ることができる。

【００３５】また、組み立て後、位置決め治具を取外し
て作動させる段階においては、フランジ５の変位はダイ
ヤフラムホルダ２の変位より大きく拡大されるため、位
置規制ロッド８とフランジ５は接触位置から離されるよ
うになり、位置規制ロッド８が圧電素子１の動作時に障
害を及ぼすことはない。

【００３６】一方、予想外に大きな外力がフランジ５に
対して作用した場合は、従来、流動媒体１０の圧力が上
昇しベローズ１１が破壊する恐れがあり、また受圧面積
比で拡大された力が圧電素子１に付加されるため、圧電
素子１が破壊する可能性もあったが、本実施例は位置規
制ロッド８により流動媒体１０の圧力は上昇せず、動作
力の拡大もない。したがって、過大外力によってベロー
ズ１１、圧電素子１が破壊するおそれは極めて低くな
る。さらに、本実施例のように、ダイヤフラムホルダ２
の円筒孔２ａに位置規制ロッド８を挿入しロウ付けする
構成により、ベローズ１１、ダイヤフラム３などの薄板
構造部品に対する熱影響を低減することができ、位置決
めの精度を高めることができる。

【００３７】〔第３実施例〕図４は本発明の第３の実施
例を示す図である。本実施例では、圧電素子１の位置規
制ロッド８に代えて筒状位置規制ロッド１６を設けたも
のである。これによって、第１実施例に比べて圧電素子
１の外径が小さくなり、これにより発生伸長力は小さく
なるが変位長さを大きくすることができる。したがっ
て、圧電素子１の変位量、すなわち、検出変位量を大き
くすることができ、また機構全体の高さを低くすること
ができる。

【００３８】〔第４実施例〕図５は本発明の第４実施例
を示す図である。本実施例では、フランジ１７の高さ寸
法をベローズ１１の高さ寸法と概ね等しくし、ベローズ
１１の中立状態の時に上部ベローズホルダ７ａの上面と
フランジ１７とが当接するように構成したものである。
したがって、第２実施例では位置決め治具を使用してフ
ランジ５とベローズ１１との溶接位置決めを行なった
が、本実施例では単にフランジ１７を上部ベローズホル
ダ７ａに当接させる操作のみで位置決め治具は必要でな
い。また以後の組み立て移行時においても、上記当接状
態を保持していればよく組立て作業が一層容易になる。
さらに、フランジ１７上面に不測の過大荷重が付加され
ても、本実施例では圧電素子１に何等影響を及ぼすこと
はない。

【００３９】上記第２〜第４実施例による変位拡大機構
２０では、圧電素子１によって駆動される端面と、変位
を取り出す端面とが、所定の間隔以下にならないように
位置規制ロッド８、筒形位置規制ロッド１６を設けるこ
とにより、圧電素子１の位置決めが容易に実施され、生
産性の向上と品質の安定化を図ることができ、さらに不
測の過大荷重の付加に対してベローズ１１、圧電素子１
を破損事故から防止することができる。

【００４０】〔第５実施例〕第５実施例は、圧電アクチ
ュエータ変位拡大装置に対する適用例であって、図６に
示すように、ベローズ１１、ベローズホルダ７、ダイヤ
フラム３、ダイヤフラムホルダ２、プランジャ１８によ
って構成され、これらに囲まれた媒体室９に流動媒体１
０が密封されている。圧電素子１は、取付部材４とダイ
ヤフラムホルダ２によって固定されている。電圧の印加
により圧電素子１が伸張すると、ダイヤフラムホルダ２
が押圧力を受けてダイヤフラム３が変形するが流動媒体
１０の体積は不変であるからベローズ１１は収縮しプラ
ンジャ１８が圧電素子１の伸張方向と同方向に移動す
る。このときプランジャ１８の移動量は、圧電素子１の
伸長量よりもベローズ１１とダイヤフラム３の面積比だ
け拡大されるように構成されている。本実施例は、温度
上昇により流動媒体１０は膨張し体積が増加するがベロ
ーズ１１の先端部の変位は温度変化による変動が大き
く、本機構を油圧開閉弁やリレー等に適用するとき、圧
電素子１は、電圧の印加と無関係に環境温度の変化によ
って開閉する弊害の防止手段として、変位拡大機構２０
の一部に、形状記憶合金を使用した温度補償部材１９を
介挿したものである。

【００４１】図６において、温度変化による密封油の膨
張ないし収縮でベローズの変位が変動するのを抑えるた
め、変位増幅機構２０のベローズホルダ７の一部に所定
の厚さの形状記憶合金からなる温度補償部材１９を挿入
している。温度補償部材１９は、図７に示すような形状
記憶合金（Ｎｉ−Ｔｉ合金）を、それぞれ変態温度約１
０℃毎にずらして積層したもので、Ｔｉ−５０ａｔ％
（原子％）Ｎｉ合金はＮｉ量が０．１ａｔ％変化すると
変態温度は約１０℃変化する。これらの形状記憶合金の
それぞれは真空中で５００℃−３０分間の熱処理を施し
た後、水焼き入れし、さらに可逆形状記憶効果を与える
ために矢印Ｑ−Ｑ方向に３％の変形を与え、その後、変
態温度以上の熱を与え回復させるという形状記憶処理を
行ったものである。この動作を３０〜４０回繰り返す
と、それぞれの形状記憶合金は前記変形方向に対して温
度変化に対応してそれぞれの高さの約０．２％の可逆形
状記憶効果を示すようになる。このようにして得られた
形状記憶合金を積層して一つの温度補償部材とみなすと
図８に示すような熱膨張変化を示し、ステンレス合金と
比較してはるかに膨張率は大きくなり、２００×１０~⁶
／℃になる。

【００４２】次にこの形状記憶合金をベローズホルダ７
の一部に温度補償部材１９として使った変位拡大機構２
０の設計例を示す。封入する油（通常シリコン油を用い
る）の初期体積をＶ、温度上昇をΔｔ、シリコン油の体
積膨張率をβとすると、シリコン油の体積増加分ΔＶは ΔＶ＝β×Ｖ×Δｔ …（１） で表わされる。

【００４３】β＝１．０５×１０~³／℃ Ｖ＝１．６（ｃｍ³） Δｔ＝１００（℃）としてこれらを（１）式に代入する
と ΔＶ＝１．０５×１０~³×１．６×１００＝０．１６８（ｃｍ³） となりシリコン油の体積が０．１６８ｃｍ³増加する。

【００４４】一方、ベローズ１１の平均径を０．９ｃｍ
とすると、ベローズ１１の有効断面積Ａは０．６４ｃｍ
³となる。従って、温度が１００℃上昇した場合のベロ
ーズ１１の変位増加分Ｌ_tは Ｌ_t＝ΔＶ／Ａ＝０．１６８（ｃｍ³）／０．６４（ｃｍ²） ＝０．２６（ｃｍ）＝２６００（μｍ） となる。

【００４５】一方、圧電素子１は、縦、横、高さがそれ
ぞれ１０×１０×１８（ｍｍ）で高さ方向に負の線膨張
率α＝−６．０×１０~⁶／℃の積層圧電セラミックスを
使っている。従って、圧電素子の高さＬをとすると圧電
素子が１００℃上昇した時の変位減少分ΔＬは ΔＬ＝α×Ｌ×Δｔ ＝−６．０×１０~⁶／（℃）×１８（ｍｍ）×１００（℃） ＝０．０１（ｍｍ）＝１０（μｍ） 変位拡大機構２０の変位拡大率Ｚを１０倍とすると、圧
電素子が１００℃上昇した場合のベローズ１１の変位減
少分Ｌ_pは Ｌ_p＝Ｚ×ΔＬ ＝１０×１０（μｍ）＝１００（μｍ）となる。

【００４６】従って変位拡大機構２０が１００℃上昇し
た場合のベローズ１１およびプランジャ１８の変位増加
分は、シリコン油の膨張による変位増加分２６００μｍ
から圧電素子１の収縮による変位減少分１００μｍを差
し引いた値２５００μｍとなる。故に２５００μｍの変
位増加を零にしなければならない。

【００４７】ダイヤフラム３の取付け面Ｄから圧電素子
１下端Ｅまでのベローズホルダ７ｂの長さをＬ_Kとする
と、Ｌ_Kは１００℃の温度上昇に対して、ベローズ変位
増加分／変位拡大率すなわち２５００／１０＝２５０
（μｍ）伸張すれば、相対的に圧電素子が２５０μｍ収
縮することとなり、変位拡大率が１０倍なので、結果的
にはベローズ変位が２５００μｍ減少することになる。
従ってシリコン油の膨張による変位増加分に対して相殺
し、ベローズ変位は温度上昇に影響されないことにな
る。

【００４８】さらに実際にはＬ_Kの伸張分２５０μｍは
変位拡大機構２０の変位増加となるので、これを考慮し
て、２５０μｍ以上伸張させなければならない。

【００４９】下部ベローズホルダ７ｂの一部に形状記憶
合金を使わずに全てステンレスで構成したとすると次式
が成り立つ。

【００５０】 γ×Δｔ×Ｌ_K×Ｚ＝ベローズの変位増加分＋γ×Δｔ×Ｌ_K …（２） ただし γ：ステンレスの線膨張率 Ｚ：変位拡大率 Δｔ：温度上昇 γ＝７×１０~⁶／℃ Δｔ＝１００℃ Ｚ＝１０ ベローズの変位増大分＝２．５(ｍｍ)をそれぞれ（２）
式に代入すると （７×１０~⁶×１００×９）Ｌ_K＝２．５ 故に Ｌ_K＝３９７(ｍｍ) 従って、下部ベローズホルダ７ｂの材質をステンレスと
して温度補償しようとすると高さが３９７ｍｍにもなっ
てしまい、圧電素子１およびベローズ１１の長さに対し
て非常に長く、装置全体も大きくなってしまうので現実
的ではない。

【００５１】次に下部ベローズホルダ７ｂを全て形状記
憶合金を使用したとすると δ×Δｔ×Ｌ_K×Ｚ＝ベローズの変位増加分＋δ×Δｔ
×Ｌ_K δ：形状記憶合金の線膨張率＝２００×１０~⁶／℃代入
すると （２００×１０~⁶×１００×９）Ｌ_K＝２．５ 故に Ｌ_K＝１３．８(ｍｍ) 下部ベローズホルダ７ｂの材質を全て形状記憶合金で構
成すると、形状記憶合金の長さは僅かに１３．８ｍｍと
なり、圧電素子１およびベローズ１１の長さに対して下
部ベローズホルダ７ｂの方が短くなってしまい構成が不
可能となる。

【００５２】そこで、ステンレス製下部ベローズホルダ
７ｂの一部に形状記憶合金を介挿することにより、圧電
素子１およびベローズ１１の長さと同じにすることがで
き、装置全体を最小にすることができる。

【００５３】圧電素子１とベローズ１１の長さの和をＬ
_Q、ステンレスおよび形状記憶合金で構成される下部ベ
ローズホルダ７ｂの線膨張率をεとすると次式が成り立
つ。

【００５４】ε×Δｔ×Ｌ_Q×Ｚ＝ベローズの変位増加
分＋ε×Δｔ×Ｌ_Q Ｌ_Q＝圧電素子長１８(ｍｍ)＋ベローズ長(８ｍｍ)＝２
６(ｍｍ)を代入すると ε×１００×２６×９＝２．５ 故に ε＝１０７×１０~⁶／℃ すなわち下部ベローズホルダ７ｂの線膨張率εは１０７
×１０~⁶／℃となる。

【００５５】次に下部ベローズホルダ７ｂを構成するス
テンレスと形状記憶合金の長さの割合を求める。ステン
レス：形状記憶合金＝ｘ：１−ｘとおくと次式が成り立
つ。

【００５６】ε＝γ×ｘ＋δ×（１−ｘ） ここで ε：下部ベローズホルダ７ｂの線膨張率１
０７×１０~⁶ γ：ステンレスの線膨張率７×１０~⁶ δ：形状記憶合金の線膨張率２００×１０~⁶を代入する
と １０７×１０~⁶＝７×１０~⁶ｘ＋２００×１０~⁶（１−
ｘ） 故にｘ＝０．４８となる。すなわち、ステンレスの長さ
４８％、形状記憶合金の長さが５２％のとき最適な値と
なる。

【００５７】以上説明してきたように、変位拡大機構２
０の下部ベローズホルダ７ｂをステンレスと形状記憶合
金とで構成することにより、装置内のシリコン油の温度
変化に関係なく、ベローズ１１の変位を一定に保つと共
に、変位拡大機構２０を小型・軽量化することができ
る。

【００５８】本実施例の場合、シリコン油の熱膨張およ
び圧電素子１の熱収縮を考慮しているが、さらにダイヤ
フラムホルダ２の熱膨張を考慮するとさらによい。

【００５９】また、下部ベローズホルダ７ｂの材質はス
テンレスに限ることなく、ニッケル、鉄、黄銅等の金属
による構造部材の使用が可能である。

【００６０】〔第６実施例〕図９は圧電アクチュエータ
変位拡大装置に適用した他の実施例を示す図であって、
この場合には下部ベローズホルダ７ｂの高さを設計する
際に圧電素子１の長さのみを考慮すればよく、第５実施
例の場合のようにベローズ１１の長さを考慮しなくとも
よい。

【００６１】第５、第６実施例によれば、下部ベローズ
ホルダ７ｂの一部に、温度補償部材１９として形状記憶
合金を介挿する構成としたため、温度変化による変位拡
大機構２０内の油の膨張によるベローズ１１の伸長変位
を補償して、温度による影響を受けないようにすると共
に、装置全体の小型・軽量化を図ることができるという
効果が得られる。

【００６２】〔第７実施例〕図１０は圧電アクチュエー
タ変位拡大装置に適用した別の実施例を示す図である。
まず構成を説明すると、図６、図９の実施例とは圧電素
子１の支持機構を異にし圧電素子１は、ベローズホルダ
ベース７ｃ、取付部材４、ベローズホルダベース７ｃと
取付部材４との間に介挿される所定の長さの形状記憶合
金からなる温度補償部材１９およびベローズホルダベー
ス７ｃと温度補償部材１９をボルトなど締結手段によっ
て結合されている。温度補償部材１９として使用する形
状記憶合金の組成、処理、及び圧電素子支持機構の一部
に温度補償部材１９として使った圧電アクチュエータ変
位拡大装置の設計例については第５実施例に準ずる。

【００６３】ベローズ１１の変位増加分と装置全体の長
さＬ_Kの熱膨張分を補償するように、ダイヤフラム３と
圧電素子１の上端面Ｅとの距離が熱膨張によって （ベローズの変位増加分＋装置全体の変位増加）／変位拡大率 …（３） の長さだけ伸びればよいことになる。従って、図１０に
おいて温度補償部材１９を形成する形状記憶合金が熱膨
張によって伸張すると、圧電素子１の底面Ｆが押し下げ
られダイヤフラム３との距離が増加する。

【００６４】さらに、ダイヤフラム３の取り付け部Ｄと
形状記憶合金１０の上面Ｅとの距離をＬ_lとすると、熱
膨張によってＬ_lも若干増加し、さらにダイヤフラム３
と圧電素子１の距離が増加する。これら形状記憶合金１
０と下部ベローズホルダ７ｂの長さＬ_lの熱膨張による
変位増加分が（３）式を満足すれば完全に補償される。

【００６５】次に補償するための設計例を示す。

【００６６】上述したように補償するためには次に示す
（４）式が成り立つ。

【００６７】 δ×Δｔ×Ｌ_m×Ｚ＋γ×Δｔ×Ｌ_l×Ｚ＝ベローズの変位増加分 ＋γ×Δｔ×Ｌ_k …（４） δ：形状記憶合金の線膨張率２００×１０~⁶／℃ γ：ステンレスの線膨張率７×１０~⁶／℃ Ｚ：変位拡大率１０ Δｔ：温度上昇１００℃ Ｌ_l：ダイヤフラム取り付け部Ｄと形状記憶合金１０の
上面Ｅとの距離１５ｍｍ Ｌ_k：装置全体の長さ３０ｍｍ （下部ベローズホルダ７ｂとベローズホルダベース７ｃ
の合計寸法） Ｌ_m：形状記憶合金の長さ これらの数値を（４）式に代入して形状記憶合金の長さ
Ｌ_mを求めると、 ２００×１０~⁶×１００×Ｌ_m×１０＋７×１０~⁶×１００×１５×１０ ＝２．５＋７×１０~⁶×１００×３０ ０．２Ｌ_m＋０．１０５＝２．５＋０．０２１ 故にＬ_m＝１２(ｍｍ) となり、形状記憶合金の長さＬ_mは１２ｍｍとなる。

【００６８】以上説明してきたように、変位拡大機構の
圧電素子支持機構の一部に形状記憶合金からなる温度補
償部材を適用することにより、装置内のシリコン油の温
度変化に関係なく、ベローズ３の変位を一定に保つこと
ができ、また装置の大きさを小型、軽量にすることがで
きる。本実施例の場合、シリコン油の熱膨張および圧電
素子の熱収縮を考慮しているが、さらにダイヤフラムホ
ルダ２の熱膨張を考慮して補正すればさらによい。

【００６９】また、下部ベローズホルダ７ｂ、ベローズ
ホルダベース７ｃの材質はステンレスに限ることなく、
ニッケル、鉄、黄銅等の金属による構造部材でもよい。

【００７０】〔第８実施例〕図１１は圧電アクチュエー
タ変位拡大装置に適用したさらに別の実施例を示す図で
ある。本実施例の場合には、下部ベローズホルダ７ｂ、
ベローズホルダベース７ｃの長さを設計する際に圧電素
子１の長さのみを考慮すればよく、第７実施例のように
ベローズ１１の長さを考慮しなくともよい。

【００７１】本実施例によれば、その構成を変位拡大機
構２０内の圧電素子支持機構の一部に形状記憶合金で構
成された温度補償部材１９を介挿する構成としたため、
温度変化による装置内の流動媒体１０の膨張によるベロ
ーズ１１の変位変化を補償して温度変化の影響を受けな
いようにし、なおかつ装置全体の小型、軽量化を図るこ
とができるという効果が得られる。

【００７２】

【発明の効果】上記各実施例から明らかなように、本発
明の実施により圧電素子のもつ能動的振動防止機能が防
振ゴムによって吸収されることなく、防振ゴムの受動的
な防振機能と相俟って振動吸収効果の優れたエンジンマ
ウント装置が得られ、また、圧電素子の位置決め作業が
容易になり生産性の向上と品質の安定化に顕著な効果を
奏すると共に、引張応力やせん断応力に対して圧電素子
が保護され、ベローズの耐久性も向上するなど信頼性の
高い振動吸収装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動吸収装置に係る第１実施例を示す
断面図である。

【図２】本発明の第１実施例の作用特性図（クランク角
とエンジン振動および圧電素子伸張量の変位を示す特性
図）である。

【図３】本発明の振動吸収装置に係る第２実施例を示す
断面図である。

【図４】本発明の振動吸収装置に係る第３実施例を示す
断面図である。

【図５】本発明の振動吸収装置に係る第４実施例を示す
断面図である。

【図６】本発明の振動吸収装置に係る第５実施例を示す
断面図である。

【図７】本発明のベローズホルダに温度補償部材として
使用する形状記憶合金の実施例を示す斜視図である。

【図８】図７に示す温度補償部材の温度と熱膨張率の変
化を示す特性図である。

【図９】本発明の振動吸収装置に係る第６実施例を示す
断面図である。

【図１０】本発明の振動吸収装置に係る第７実施例を示
す断面図である。

【図１１】本発明の振動吸収装置に係る第８実施例を示
す断面図である。

【図１２】従来の振動吸収装置としてエンジンマウント
装置を示す図である。

【符号の説明】

１、５１ 圧電素子 ２ ダイヤフラムホルダ ３ ダイヤフラム ４ 取付部材 ５、１７、５３、５４、５５ フランジ ６、５２ 防振ゴム ７ ベローズホルダ ８ 位置規制ロッド ９ 媒体室 １０ 流動媒体 １１ ベローズ １２ ロックナット １３ 注入口 １４ ボール １５ 空室 １６ 筒形位置規制ロッド １８ プランジャ １９ 温度補償部材 ２０ 変位拡大機構 ３０ エンジンのクランク角信号 ３１ 圧電素子制御信号 ３２ 高速電力増幅器 ５６ 取付ボルト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体と基台との間に介装され前記振動
   体からの振動を緩和する振動吸収装置において、 印加電圧に対応して圧電素子に生ずる歪を流動媒体を介
   して伝達する変位吸収手段と、 付加荷重に対して弾性変形する弾性部材とを有し、 前記変位吸収手段と前記弾性部材とを並列に配設したこ
   とを特徴とする振動吸収装置。
2. 【請求項２】 前記変位吸収手段は、 前記圧電素子の変位を伝達するダイヤフラムホルダと、 前記ダイヤフラムホルダに支持されたダイヤフラムと、 前記ダイヤフラム面に対向して配設したベローズホルダ
   と、 前記ベローズホルダに接続したベローズと、 前記ダイヤフラムホルダ、前記ダイヤフラム、前記ベロ
   ーズホルダ、及び前記ベローズによって仕切られた媒体
   室と、 前記媒体室内に密封した流動媒体とを有し、 前記ダイヤフラムの外径と前記ベローズの平均径との相
   違により前記圧電素子の歪を増幅する変位拡大機構を備
   えることを特徴とする請求項１記載の振動吸収装置。
3. 【請求項３】 前記変位拡大機構は、前記振動体と前記
   基台間の圧縮方向に対する位置規制手段を有することを
   特徴とする請求項２記載の振動吸収装置。