JPH06206450A

JPH06206450A - 振動吸収装置

Info

Publication number: JPH06206450A
Application number: JP411593A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Yoshioka; 茂樹吉岡; Osamu Tanaka; 修田中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-01-13
Filing date: 1993-01-13
Publication date: 1994-07-26

Abstract

(57)【要約】【目的】こもり音の原因となる８０〜２００Ｈｚの振動
と加速時騒音の原因となる６００〜８００Ｈｚの高周波
振動との両方を吸収することが出来、かつ小型で実用に
適した振動吸収装置を提供する。【構成】圧電素子８と、印加電圧に対応して圧電素子８
に生じる変位を流動媒体を介して拡大して伝達する変位
拡大機構（１、２、４、５、６、９の部分）と、振動体
の動作状態を検出する検出手段（３２と３３の部分）
と、上記検出手段の検出結果に応じて、所定の動作状態
（例えば加速状態）の場合には、圧電素子８に生じる変
位を上記変位拡大機構の流動媒体を介さずに直接伝達す
るように切り換える切り換え手段（３、１０、１１の部
分）とを備えた構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、振動体と基台との間
に介装され、振動体からの振動を緩和する振動吸収装
置、例えば、車両のエンジンと車体との間に介装される
エンジン・マウント装置に関し、特に、振動を能動的に
吸収するアクティブ・エンジン・マウント装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のエンジン・マウント装置として
は、例えば、特開昭５９−２３１３９号公報、特開昭５
９−２３１４０号公報および特開平１−１１４５２２号
公報に開示されているものがある。図６は、上記のごと
きエンジン・マウント装置の側面図である。図６におい
て、複数枚が積層された圧電素子５１はフランジ５３と
５４に挾まれ、かつフランジ５４と５５に挾まれた防振
ゴム５２と直列に配列されている。これを取付けボルト
５６によってエンジンと車体の間に固定して使用する。
上記の装置に電圧を印加すると圧電素子５１が矢印Ｐ方
向に伸長する。したがって図示しない振動センサ等でエ
ンジンの振動を検出し、その振動を相殺するように圧電
素子５１を伸縮させてやれば、直列に設けた防振ゴム５
２との協同作用によってエンジンから車体に伝わる振動
を減少させることが出来る。しかし、上記の装置は、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ムによって吸
収され、防振効果が小さくなるという問題があると共に
下記のごとき問題があった。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程度ある。それに対
して、通常の圧電素子は歪が０.１％以下であるため、
１００μｍの変位を得るためには圧電素子の全長が１０
ｃｍ以上となり、実用上、車両に搭載するのが困難にな
る。圧電素子に付加される引っ張り方向及びせん断方向の
応力によって圧電素子が破損する畏れがある。エンジンの静荷重によって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。

【０００３】本出願人は、上記のごとき従来技術の問題
を解決した振動吸収装置を既に出願している（特願平３
−２４７５３３）。この振動吸収装置は、圧電素子によ
る歪を流動媒体を介して拡大して伝達する変位拡大機構
と上記圧電素子とを直列に配列したものを、防振ゴムと
並列に接続した構造を有し、変位拡大機構によって圧電
素子の変位を拡大して伝達するように構成している。上
記先行出願の振動吸収装置においては、圧電素子の変位
を増幅する変位拡大機構を用いているので、比較的短い
構造でエンジンの振動分の変位を相殺することが出来、
また、防振ゴムが並列に配列されているため、圧電素子
の変位が吸収されることもない、という利点がある。し
かし、上記の装置においては、圧電素子の変位を流動媒
体を用いて増幅する変位拡大機構を用いているため、圧
電素子の変位を増幅できる応答性の限界が２００〜３０
０Ｈｚになる。そのため、こもり音の原因となる８０〜
２００Ｈｚのエンジン振動は吸収することが出来るが、
加速時騒音の原因となる６００〜８００Ｈｚの高周波振
動を吸収することができないという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術においては、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て防振効果が小さくなり、ま
た、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を圧電素子の歪で相殺するため
には圧電素子の全長が大きくなって実用に適さない、等
の問題があり、また、本出願人の先行技術においては、
変位拡大機構の応答性の限界が低いため、こもり音の原
因となる８０〜２００Ｈｚのエンジン振動は吸収するこ
とが出来るが、加速時騒音の原因となる６００〜８００
Ｈｚの高周波振動を吸収することができないという問題
があった。

【０００５】本発明は、上記のごとき本出願人の先行技
術をさらに改良し、こもり音の原因となる８０〜２００
Ｈｚの振動と加速時騒音の原因となる６００〜８００Ｈ
ｚの高周波振動との両方を吸収することが出来、かつ小
型で実用に適した振動吸収装置を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、振動体と基台との間に介装され、上記振動体の
振動を相殺する振動を発生する圧電素子により、伝達さ
れる振動を緩和する振動吸収装置において、圧電素子
と、印加電圧に対応して上記圧電素子に生じる変位を流
動媒体を介して拡大して伝達する変位拡大機構と、振動
体の動作状態を検出する検出手段と、上記検出手段の検
出結果に応じて、所定の動作状態の場合には、上記圧電
素子に生じる変位を上記変位拡大機構の流動媒体を介さ
ずに直接伝達するように切り換える切り換え手段と、を
備えている。

【０００７】また、請求項２に記載の発明は、上記請求
項１に記載の発明において、上記振動体は、車両に搭載
されたエンジンであり、上記検出手段は、上記エンジン
の加速状態を検出するものであり、上記切り換え手段
は、エンジンの加速時に上記圧電素子に生じる変位を上
記変位拡大機構の流動媒体を介さずに直接伝達するよう
に切り換えるものである。

【０００８】また、請求項３に記載の発明は、上記請求
項１に記載の発明において、上記変位拡大機構は、圧電
素子の変位を伝達するダイヤフラム・ホルダと、上記ダ
イヤフラム・ホルダに支持されたダイヤフラムと、上記
ダイヤフラム・ホルダ面に対向して配設されたベローズ
・ホルダと、上記ベローズ・ホルダに接続されたベロー
ズと、上記ダイヤフラム・ホルダ、ダイヤフラム、ベロ
ーズ・ホルダおよびベローズによって仕切られた媒体室
と、上記媒体室内に密封された流動媒体と、を備え、上
記ダイヤフラムの外径と上記ベローズの平均径との相違
によって上記圧電素子の変位を拡大して伝達するように
構成している。

【０００９】また、請求項４に記載の発明は、上記請求
項３に記載の発明において、上記切り換え手段は、上記
ダイヤフラム・ホルダ内に設けられたコイルと、上記ダ
イヤフラムと対向する面に配設され、かつダイヤフラム
と対向する面が強磁性体で形成され、上記振動体または
上記基台に連結された部材と、を備え、上記コイルを励
磁して上記強磁性体を吸着することにより、上記ダイヤ
フラム・ホルダと上記部材とを直結するように構成して
いる。なお、上記請求項１〜請求項４に記載の発明は、
例えば、後記図１または図５の実施例に相当する。

【００１０】

【作用】本発明は、振動体の振動を相殺する振動を発生
する圧電素子を用いたアクティブ型の振動吸収装置にお
いて、通常時は、変位拡大機構によって圧電素子の変位
を拡大して伝達し、特定の動作状態時には、変位拡大機
構を介さずに圧電素子の変位を直接に伝達するように構
成したものである。このように構成することにより、変
位拡大機構の周波数特性上の問題を解決して広い周波数
範囲で有効に振動を減衰することが出来るものである。
例えば、こもり音発生の原因となるエンジン振動の最大
変位は約１００μｍ程度で、その周波数範囲は８０〜２
００Ｈｚ程度であり、また、加速時騒音の原因となるエ
ンジン振動の最大変位は約１０μｍ程度で、その周波数
範囲は６００〜８００Ｈｚ程度である。したがって通常
時は変位拡大機構を作動させ、加速時には圧電素子の変
位を直接伝達するように構成することにより、可動周波
数帯域が３００Ｈｚ以下の変位拡大機構を用いても、こ
もり音と加速時騒音との両方を有効に減衰させることが
出来る。

【００１１】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の一実施例図であり、振動吸収機構の
断面図と制御系のブロック図を示す。図１において、振
動吸収機構は板部材１４と１５に挾まれて構成されてお
り、板部材１４と１５にはそれぞれ取り付けボルト１
３、１６が設けられている。取り付けボルト１３、１６
はそれぞれエンジン１７および車体１８と振動吸収機構
とを連結している。振動吸収機構は、圧電素子８と、上
記圧電素子８の変位を伝達するダイヤフラム・ホルダ５
と、上記ダイヤフラム・ホルダ５に支持されたダイヤフ
ラム２と、上記ダイヤフラム面に対向して配設されたフ
ランジ４と、上記フランジ４に接続されたベローズ１
と、上記ベローズ１の他端に接続されたベローズ・ホル
ダ１９と、板部材１５と接続されたロッド３と、上記ロ
ッド３と接続され、ベローズ・ホルダ１９と同軸状に配
された強磁性体１１と、上記強磁性体面と対向してダイ
ヤフラム・ホルダ５内に配置された電磁石コイル１０
と、ダイヤフラム・ホルダ５に内蔵されたバネ２０とを
備えている。また、上記ダイヤフラム・ホルダ５、ダイ
ヤフラム２、フランジ４、ベローズ１、ベローズ・ホル
ダ１９および強磁性体１１によって囲まれた媒体室には
封入油９が封入されている。また、上記のダイヤフラム
等からなる変位拡大機構、上記電磁石コイル１０と強磁
性体１１からなる電磁石および圧電素子８の部分はケー
ス６によって覆われており、ケース６の外側にはゴム１
２が配設されている。

【００１２】上記の変位拡大機構は、ダイヤフラム２の
外径とベローズ１の平均径との相違によって圧電素子８
の変位を増幅するものである。また、電磁石コイル１０
を励磁して強磁性体１１を吸着することにより、ゴム１
２が縮んで、ダイヤフラム・ホルダ５とロッド３とが強
磁性体１１を介して連結される。このように連結される
と、圧電素子８の変位はそのままロッド３に伝達される
ことになり、上記変位拡大機構における圧電素子の変位
を拡大する機能を停止させることが出来るようになって
いる。なお、電磁石コイル１０と強磁性体１１との間隔
は、数百μｍ程度と極めて短いので、比較的少ない電力
で大きな吸着力を得ることが出来る。また、ブロック図
で示した制御系は、エンジンのクランク角信号を検出す
るクランク角センサ３１、車両の車速を検出する車速セ
ンサ３２、マイクロコンピュータ等の演算部３３、演算
部３３から出力される圧電素子制御信号３４を増幅する
高速電力増幅器３５、電磁石駆動回路３６から構成され
ている。

【００１３】次に作用を説明する。まず、制御系におい
て、演算部３３は、エンジンのクランク角に応じてエン
ジンの振動を予測し、それを打ち消すための圧電素子制
御信号３４を出力する。この圧電素子制御信号３４は、
高速電力増幅器３５で増幅され、駆動電圧として圧電素
子８に印加される。この駆動電圧に応じて圧電素子８が
伸張し、この圧電素子８の伸張に伴って、ダイヤフラム
・ホルダ５およびダイヤフラム２が矢印Ａ方向に移動す
る。このとき、ダイヤフラム２の外径よりもベローズ１
の平均径の方が小さいため、パスカルの原理によってダ
イヤフラム２とベローズ１の面積の比だけ圧電素子８の
変位は拡大され、ロッド３の出力変位となって表われ
る。例えば、ダイヤフラムの径が３０ｍｍ、ベローズ径
が９.５ｍｍとすれば、面積比は約１０：１となるの
で、変位は１０倍に拡大される。したがって圧電素子に
電圧を印加して１０μｍ伸張した場合には、ロッド３は
１００μｍ伸張することになる。本実施例は車室内のこ
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、図２に示すように、こもり
音発生の原因となるエンジン振動の最大変位は約１００
μｍ程度、加速時騒音の原因となるエンジン振動の最大
変位は約１０μｍ程度であるため、それを制振するため
には、エンジン・マウントにエンジン振動と逆位相で最
大１００μｍ程度の振動変位を付加すればよい。従って
変位拡大率が１０倍程度であれば、圧電素子の変位は最
大１０μｍ程度でよいことになる。

【００１４】次に、図４は、上記の振動吸収機構の圧電
素子に正弦波電圧を加えた場合における駆動周波数とロ
ッド３の変位との関係を示す特性図である。図４から明
らかなように、２００〜３００Ｈｚ付近に本機構の共振
周波数があり、共振周波数では大きな変位となるが、さ
らに駆動周波数を高くすると急激にロッド３の変位が小
さくなり、６００Ｈｚ以上ではほとんど変位が零とな
り、また位相も大きく遅れる。一方、図２に示すよう
に、こもり音の原因となる振動変位は変位１００μｍ、
周波数８０〜２００Ｈｚ程度である。したがって、上記
図４に示す振動吸収機構の応答性でも十分である。しか
し、加速時騒音の原因となる振動変位は、変位は１０μ
ｍと小さいが、周波数は６００〜８００Ｈｚ程度と高い
ため、上記の機構では制振することができない。そのた
め本実施例においては、車速センサ３２で検出した車速
の変化から加速状態を検出し、加速状態と判断した場合
には、電磁石コイル１０に駆動信号を与えて、ベローズ
・ホルダ５とロッド３を連結することによって変位拡大
機能を停止させ、圧電素子８の変位をそのままロッド３
に伝えるように切り替える。なお、加速状態の判定は、
例えば０.８Ｇ以上の加速度の場合に加速状態と判断す
るように構成する。

【００１５】図３は上記の動作を示すタイミングチャー
トである。図３において、時点ｔ₁で、演算部３３は車
速信号の変化によって車両が加速状態と判断する。そし
て、電磁石コイル１０を励磁すると強磁性体１１はバネ
２０の力に打ち勝ってダイヤフラム・ホルダ５に吸着さ
れる。そのためゴム１２が縮んで、強磁性体１１と連結
しているロッド３は強磁性体１１と共にダイヤフラム・
ホルダ５に吸着され、以後、圧電素子８と一体的に変位
する。すなわち、ダイヤフラムとベローズの組み合わせ
による変位拡大機構とは切り離される。そして、時点ｔ
₁以降ｔ₂までは圧電素子８は加速時におけるエンジン振
動と逆位相の６００〜８００Ｈｚの振動変位を発生し、
ロッド３は圧電素子変位と同じ最大１０μｍ程度の振動
変位を発生することによってエンジン振動を低減する。
次に、時点ｔ₂において、演算部３３が車両の加速が終
了したと判断すると、電磁石コイル１０の励磁電流を遮
断する。そのため、ロッド３とダイヤフラム・ホルダ５
は再び切り離され、変位拡大機能が復活する。以後、圧
電素子８は８０〜２００Ｈｚ程度で駆動され、ロッド３
は最大１００μｍの振動変位を発生してこもり音の原因
となる振動を低減する。なお、本実施例では、加速時の
判断を車速によって検知しているが、エンジンの振動セ
ンサまたはエンジン・マウントの荷重を検出する荷重セ
ンサ出力の６００〜８００Ｈｚ付近の周波数成分が所定
値を越えた時に、電磁石コイル１０を励磁するように構
成してもよい。

【００１６】次に、図５は、本発明の第２の実施例図で
あり、流体封入エンジン・マウントに本発明を適用した
例を示す。なお、図５は機構部分の断面図のみを示す
が、制御系は前記図１と同様である。図５において、２
１は可動壁、２２は封入油、２３はゴムであり、その
他、図１と同符号は同一物を示す。図５の装置は、板部
材１４と可動壁２１とゴム２３とで囲まれた部分に封入
された封入油２２と、ゴム２３とによって振動を減衰さ
せるパッシブ型の流体封入エンジン・マウント装置に、
前記図１に示した圧電素子によるアクティブ型のエンジ
ン・マウント装置を組み合わせたものである。図５の装
置において、圧電素子によるアクティブ型のエンジン・
マウント装置の動作は、前記図１で説明したものと同様
であり、それにパッシブ型の流体封入エンジン・マウン
ト装置を組み合わせることにより、伝達される振動をさ
らに減衰させることが出来る。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、所定の動作状態の場合には、圧電素子に生じる変位
を変位拡大機構の流動媒体を介さずに直接伝達するよう
に切り換える手段を設けたことにより、変位拡大機構の
周波数特性上の問題を解決して広い周波数範囲で有効に
振動を減衰することが出来る。例えば、エンジンの加速
時に圧電素子の変位を直接伝達することにより、こもり
音の原因となる８０〜２００Ｈｚの振動と加速時騒音の
原因となる６００〜８００Ｈｚの振動との両方を有効に
低減することが出来る。また、変位拡大機構を用いてい
るので、圧電素子の寸法が長大になることがなく、実用
に適している、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例図。

【図２】エンジンの振動周波数と変位との関係を示す特
性図。

【図３】加速時における動作のタイミングチャート。

【図４】振動吸収機構の圧電素子に正弦波電圧を加えた
場合における駆動周波数とロッド３の変位との関係を示
す特性図。

【図５】本発明の第２の実施例の断面図。

【図６】従来装置の一例の断面図。

【符号の説明】

１…ベローズ１１…強磁性体２…ダイヤフラム１２…ゴム３…ロッド１３…取り付けボルト４…フランジ１４、１５…板部材５…ダイヤフラム・ホルダ１６…取り付けボルト６…ケース１７…エンジン８…圧電素子１８…車体９…封入油１９…ベローズ・ホルダ１０…電磁石コイル２０…バネ２１…可動壁２２…封入油２３…ゴム３１…クランク角センサ３４…圧電素子制御信
号３２…車速センサ３５…高速電力増幅器３３…演算部３６…電磁石駆動回路５１…圧電素子５３、５４…フランジ５２…防振ゴム５６…取付けボルト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動体と基台との間に介装され、上記振動
体の振動を相殺する振動を発生する圧電素子により、伝
達される振動を緩和する振動吸収装置において、圧電素子と、印加電圧に対応して上記圧電素子に生じる変位を流動媒
体を介して拡大して伝達する変位拡大機構と、振動体の動作状態を検出する検出手段と、上記検出手段の検出結果に応じて、所定の動作状態の場
合には、上記圧電素子に生じる変位を上記変位拡大機構
の流動媒体を介さずに直接伝達するように切り換える切
り換え手段と、を備えたことを特徴とする振動吸収装置。
【請求項２】上記振動体は、車両に搭載されたエンジン
であり、上記検出手段は、上記エンジンの加速状態を検出するも
のであり、上記切り換え手段は、エンジンの加速時に上記圧電素子
に生じる変位を上記変位拡大機構の流動媒体を介さずに
直接伝達するように切り換えるものである、ことを特徴
とする請求項１に記載の振動吸収装置。
【請求項３】上記変位拡大機構は、圧電素子の変位を伝達するダイヤフラム・ホルダと、上記ダイヤフラム・ホルダに支持されたダイヤフラム
と、上記ダイヤフラム・ホルダ面に対向して配設されたベロ
ーズ・ホルダと、上記ベローズ・ホルダに接続されたベローズと、上記ダイヤフラム・ホルダ、ダイヤフラム、ベローズ・
ホルダおよびベローズによって仕切られた媒体室と、上記媒体室内に密封された流動媒体と、を備え、上記ダイヤフラムの外径と上記ベローズの平均径との相
違によって上記圧電素子の変位を拡大して伝達するもの
であることを特徴とする請求項１に記載の振動吸収装
置。
【請求項４】上記切り換え手段は、上記ダイヤフラム・ホルダ内に設けられたコイルと、上記ダイヤフラムと対向する面に配設され、かつダイヤ
フラムと対向する面が強磁性体で形成され、上記振動体
または上記基台に連結された部材と、を備え、上記コイ
ルを励磁して上記強磁性体を吸着することにより、上記
ダイヤフラム・ホルダと上記部材とを直結するものであ
ることを特徴とする請求項３に記載の振動吸収装置。