JP4046203B2 - 液体封入式空気ばね - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、三次元空間における任意方向の振動を吸収することができる液体封入式空気ばねに関し、特に車両用エンジンの防振支持台として好適に使用できるものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車用エンジンの防振支持台として、防振ゴム製のものが知られているが、最近では振動の減衰機能を高めるため、防振ゴムの下に液室および気室を順に配置したものが使用されるようになった。図5はその一例を示し、防振ゴム1の下端に中間筒2を介して仕切り板3、ゴム製のダイヤフラム4および皿形の受け板5を順に固定して、防振ゴム1の下に第1液室6Aを、仕切り板3の下に上記の第1液室6Aと仕切り板3上のオリフィス3aで連通する第2液室6Bを、またダイヤフラム4の下に気室7をそれぞれ形成し、上記防振ゴム1の上端に固着された上面板1aをボルト8でエンジン(図示されていない)に、また受け板5を中空ボルト9で車体フレーム(図示されていない)にそれぞれ固定する。
【0003】
そして、上記の第1液室6Aおよび第2液室6Bに作動液、例えばエチレングリコールを封入し、上記の気室7に、空気を封じ込めるか、または上記中空ボルト9に接続された空気パイプ(図示されていない)を介し、制御された圧力供給源から所定圧の空気を供給し、防振ゴム1にエンジンの振動荷重がかかると、第1液室6Aおよび第2液室6Bを満たす液がオリフィス3aを通って液室6A、6B間を移動し、このオリフィス通過時の摩擦抵抗で振動を減衰させると共に、この移動に伴う第2液室6Bの容積変化を気室7で吸収するようになっている。
【0004】
上記の従来装置は、中間筒2と受け板5とからなる剛体の支持台上に防振ゴム1を介してエンジンを支持するものであるから、上下方向、前後方向および左右方向の振動を吸収することができ、かつアイドリング時に発生する低周波領域の振動に対しては上記オリフィス3aの直径や長さの設定により、所定の振動数に合わせて減衰係数を大きくとれるが、防振ゴム1には支持荷重による静的撓みが生じ、これを小さくするにはばね定数を大きくする必要があり、特に大型エンジンを搭載する場合は、上記のばね定数をあらかじめ大きく設定して静的撓みを小さくする必要があった。また、低周波領域の減衰力を大きくするオリフィスの設定では、高速回転で発生する高周波の振動に対してオリフィスの抵抗が大きくなって液室6A、6Bの液体の流動が困難になり、流動による粘性摩擦が減少して減衰力が低下し、また液室6A、6Bの液圧が上昇するので、全体のばね定数が一層増大するという問題があった。
【0005】
上記の問題を解決するため、上記仕切り板3の周囲や中央部のオリフィス3a付近に弁その他の液通路を形成し、液室6A、6B間における液の移動抵抗を高周波領域において低下させることが種々試みられているが、いずれもエンジンマウントとしての基本形態は、中間筒2と受け板5とからなる剛体の支持台上に防振ゴム1を固定するものであるため、エンジンが大型になる程、静荷重による防振ゴム1の撓みが大きくなり、これを抑えるためにばね定数を増大することが避けられず、液圧上昇時の全体のばね定数を低く抑えることが困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、防振ゴムを廃して基本形態を空気ばねとし、これに互いに連通する第1液室と第2液室を組み合わせることにより、任意方向の振動を吸収でき、かつ支持荷重の大小に関係なくばね定数を小さく抑えることができ、オリフィスの直径や長さを振動数に合わせて設定すれば、低周波領域および高周波領域のいずれに対しても支持荷重に比例した減衰力が得られ、エンジンの防振支持用として好適な液体封入式空気ばねを提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る液体封入式空気ばねは、対向する2枚の基板間に該基板と直交する軸線に沿って配置されて上記2枚の基板を連結する気室と液室とからなり、上記2枚の基板の一方が他方に対して任意方向に弾性的に変位できるように構成され、上記の気室が空気ばね機能を備え、上記の液室がオリフィスを有する仕切り板によって上記基板の一方に接する第1液室と上記の気室に接する第2液室とに分けられて振動減衰機能を備えている液体封入式空気ばねにおいて、上記第1液室の側壁が可撓性の第1隔膜によって一方の基板外周とこの基板外周に対して直径差を有する仕切り板外周とを接続する円筒状に形成され、その小径側端部が上記一方の基板または仕切り板と共に上記第1隔膜の円筒部内側に押し込まれており、上記仕切り板の外周と他方の基板の外周とを接続する第2液室の側壁が硬板で円筒状に形成され、この第2液室の内側に可撓性の第2隔膜の外周縁を固定することにより、この第2隔膜と他方の基板との間に気室が形成されていることを特徴とする。
【0008】
この発明において、基板の一方が他方に対して任意方向に弾性的に変位できるようにする構成は、上記第1液室の側壁を、ゴム等の可撓性の第1隔膜によって一方の基板外周とこの基板外周に対して直径差のある仕切り板外周とを接続する円筒状に形成し、かつその小径側端部を上記一方の基板または仕切り板と共に上記第1隔膜の円筒部内側に押し込み、かつ上記仕切り板の外周と他方の基板の外周とを接続する第2液室の側壁を金属等の硬板で円筒状に形成し、この第2液室の内側にゴムまたは樹脂製の可撓性の第2隔膜の外周縁を固定することによって得られる。この場合は、基板に垂直な軸方向の変位により主として気室が圧縮・膨張を行い、また基板相互間の平行変位により主として上記の第1隔膜が押しつぶされるように変形して上記基板相互間の平行変位を吸収し、かつ上記の第1隔膜および気室を構成する第2隔膜の固定が容易である。
【0009】
上記のように、第1液室の側壁を、ゴム等の可撓性の第1隔膜によって一方の基板外周とこの基板外周に対して直径差のある仕切り板外周とを接続する円筒状に形成し、かつその小径側端部を上記一方の基板または仕切り板と共に上記第1隔膜の円筒部内側に押し込んだ場合、一方の基板および仕切り板の中で直径の大きい方の外周に、第1液室の側壁の外側表面に接する外筒を突設することができ、この場合は基板間の平行変位に対する反力が発生し、これが上記の平行変位に対するばねとして作用し、その剛性は第1液室の圧力に比例するので、平行変位のばね定数も支持荷重によって設定が容易になる。
【0010】
上記の液体封入式空気ばねは、一方の基板を車両のフレーム側に、他方をエンジン側にそれぞれボルト等で接続し、気室に経済的に使用可能な任意の圧力気体、例えば空気を充填し、所定圧に維持してエンジンマウントとして使用される。この場合、エンジン側には第1液室または気室のいずれを向けてもよい。エンジン側に第1液室を向けた場合は、エンジンの荷重が一方の基板、第1液室および第2液室を介して気室に加わる。また、エンジン側に気室を向けた場合は、エンジンの荷重が他方の基板を介して直ちに気室に加わり、この気室が下から第2液室および第1液室を介して支持される。いずれの場合も、液体の弾性定数が気体に比べて著しく大きいため、液体はほとんど圧縮されることなく気体が圧縮されてエンジンを任意の高さに支持する。
【0011】
上記エンジンの支持高さは、気体の圧力により任意に設定される。また、空気ばねとしてのばね定数は、気体の圧力および容積で任意に設定され、エンジンの大きさ、すなわち静荷重による撓みに影響されない。また、気体圧と受圧面積の積が支持荷重となるので、気体圧力を大きく設定することにより、大型バスやトラック等に搭載される大型ディーゼルエンジンのマウントとして使用することが可能になる。
【0012】
エンジンが駆動されると、その振動が上記の気体に吸収される。なお、静荷重の大きさに関係なくばね定数を低く設定できるため、大型エンジンを搭載した場合にも、またアイドリング時に限らず走行時にも振動がフレームには伝わるのを防止できる。そして、第1液室および第2液室がオリフィスで連絡されているため、第1液室および第2液室の一方が加圧されると、2室間に発生する圧力差によって2室間を液がオリフィスを介して移動し、その際の抵抗によって振動が減衰する。このオリフィスは、仕切り板に孔を開けるだけでもよいが、仕切り板に筒を取付けて形成してもよく、このオリフィスの直径と長さによって減衰力のピーク値およびピーク時周波数を任意に設定することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
実施形態1
図1において、11は円形の上部基板であり、中心に取付けボルト12が上向きに突設され、その外周縁部11aに補強繊維入りゴムで円筒状に成形されたダイヤフラム(第1隔膜)13の一端ビード部13aおよび金属製の外筒14の上端がかしめ止めされ、この外筒14が上記ダイヤフラム13の外面に接している。このダイヤフラム13の他端ビード部13bは、上記の外筒14よりも小径の内筒15の上端縁部15aにかしめ止めされ、この内筒15をダイヤフラム13の上側円筒部の内側にピストン状に押し込むことにより、図示のようにダイヤフラム13の下半部が断面U字形に曲げられる。そして、上記内筒15の上端縁部15aの内面に円板形で中心に円孔状のオリフィス16aを開けた仕切り板16の外周が固着され、この仕切り板16の外周部上面にゴム製のリング状ストッパ17が固定される。
【0014】
上記の外筒14および内筒15は、ダイヤフラム13の湾曲部13cよりも下に延びており、この内筒15の下端側外面にゴム製のリング状ストッパ18が固着され、このストッパ18の外周面が上記外筒14の下端部内面と対向する。そして、上記内筒15の下端縁部15bの内側にゴムまたは合成樹脂からなる可撓性の第2隔膜19の外周部および皿形の下部基板20の外周部が下部基板20を下にしてかしめ止めされ、この下部基板20の中央に中空ボルト21が下向きに突設される。この中空ボルト21は、下部基板20を車両の車体フレーム(図示されていない)に固定するものであり、その先端は空気パイプ(図示されていない)を介し、制御された圧力供給源に接続される。
【0015】
上記の上部基板11、ダイヤフラム13および第2隔膜19で囲まれた空間には、所定圧の任意の液体、例えばエチレングリコールが封入され、仕切り板16の上側に第1液室Aが、また仕切り板16の下側に第2液室Bがそれぞれ形成される。また、第2隔膜19と下部基板20とで囲まれた空間には、中空ボルト21の中心孔を通じて圧力供給源から加圧空気が導入され、所定圧の気室Cが形成される。そして、上部基板11が中心の取付けボルト12でエンジンに固定され、下部基板20が中空ボルト21で車体フレームに固定される。
【0016】
上記の構造において、エンジンの搭載で生じる静荷重は、上部基板11および液室A、Bを満たす液を伝達媒体として気室Cの気体を加圧し、上記の上部基板11は気体圧力および受圧面積で定まる所定の高さに支持される。そして、エンジンの駆動により発生する振動の鉛直方向成分は、液室A、Bを満たす液の弾性定数が気室Cの加圧気体に比べて著しく大きいため、液を介して加圧気体に伝えられ、主として加圧気体の弾性変形で吸収され、上記の液はオリフィス16aを介して液室A、B間を移動する際の摩擦抵抗により、振動を減衰させる。なお、この実施形態1では、仕切り板16の上面にリング状ストッパ17が存在するため、上部基板11がその異常下降により内筒15の上端縁部15aに接するのを防ぐことができる。
【0017】
一方、水平方向成分は、ダイヤフラム13を変形させ、この変形に伴って上記の液がオリフィス16aを通じて液室A、B間を移動し、気室Cに振動を伝えるため、上記水平方向成分はダイヤフラム13の弾性変形および気室Cの弾性変形の共同作用で吸収され、上記オリフィス16aにおける液の通過抵抗で減衰する。そして、この実施形態1では、ダイヤフラム13の外面に外筒14が接しているため、ダイヤフラム13の変形に対する抵抗が液体圧力に比例して増大する。また、内筒15の下端付近にリング状ストッパ18が固定されているため、上記の水平方向成分の作用でダイヤフラム13の一部がつぶされるのを防ぐことができる。
【0018】
実施形態2
図2において、上部基板11、取付けボルト12、ダイヤフラム(第1隔膜)13、外筒14、内筒15、仕切り板16、下部基板20および中空ボルト21は、前記の実施形態1と同様に構成されるが、この実施形態2では、第2隔膜19Aが一端の閉じた蛇腹形に形成され、その開口部が内筒15の上端縁部に固定される。また、オリフィス16bがパイプ形に形成され、上下方向を向くように仕切り板16の中央に固定される。なお、実施形態1のリング状ストッパ17、18は省略されている。この実施形態2では、第2隔膜19Aが蛇腹形に形成されるので、内筒15を細長くした構成に適用できる。
【0019】
実施形態3
図3に示す実施形態3では、上部基板11の中央に中空ボルト21が上向きに突設され、外周縁部に上部円筒22の一端が接続され、この上部円筒22と上部基板11とで下向きの箱が形成される。この上部円筒22の下端に実施形態1の第2隔膜19、仕切り板16の各縁部および外筒14、ダイヤフラム(第1隔膜)13の各上端がそれぞれ固定され、仕切り板16の中央には実施形態2のオリフィス16bが固定される。そして、上記仕切り板16の下方に仕切り板16よりも小径の中空ピストン23が配置され、この中空ピストン23の上端に上記ダイヤフラム13の下端が接続され、中空ピストン23を押し込むことにより、ダイヤフラム(第1隔膜)13の下半部が断面U字形に曲げられる。なお、ピストン23の下端中央に取付けボルト12が下向きに突設される。
【0020】
この実施形態3では、上部基板11が中空ボルト21でエンジンに固定され、上部基板11と第2隔膜19の間が気室Cを構成し、中空ボルト21および空気パイプを介して圧力供給源に接続される。また、第2隔膜19と仕切り板16の間が第2液室Bを、また上記仕切り板16の下方空間が第1液室Aをそれぞれ構成する。そして、下端のピストン23が取付けボルト12で車体フレーム(図示されていない)に固定される。
【0021】
この場合は、上部基板11の高さ、すなわちエンジンの取付け高さが実施形態1、2に比べて高くなる傾向になるが、気室Cおよび第2液室Bが第1液室Aの上に設置されるので、気室Cの直径および容積を大きくすることができる。
【0022】
実施形態4
図4に示す実施形態4では、前記実施形態3の第2隔膜19が上部基板11の外周縁部に固定されることを除き、他の上部基板11、中空ボルト21、上部円筒22、仕切り板16、オリフィス16b、外筒14、ダイヤフラム13、中空ピストン23および取付けボルト12は前記実施形態3と同様に設けられ、組立て順序が選択できることを除き、実施形態3と同様の機能を備える。
【0023】
【発明の効果】
上記のとおり、この発明によれば、一方の基板を車両のフレーム側に、他方をエンジン側にそれぞれボルト等で接続し、気室に圧力気体を充填してエンジンマウントとして使用することができ、この場合に上記エンジンの支持高さおよび空気ばねとしてのばね定数を気体の圧力によって任意に設定することができ、エンジンの大きさに影響されず、気体圧力を大きく設定することにより、大型バスやトラック等に搭載される大型ディーゼルエンジンのマウントとして使用することが可能になる。そして、ばね定数の小さい空気ばねとして作用するので、大型エンジンを搭載した場合にも、またアイドリング時に限らず走行時にも振動がフレームに伝わるのを防止でき、しかも振動の減衰機能に優れている。また、第1液室の側壁を構成する第1隔膜および気室を構成する第2隔膜の取付け制御が容易である。
【0024】
特に請求項2に記載の発明は、2枚の基板間の平行変位に対する抵抗力が増大し、第1液室の剛性がその内圧に比例するようになり、設計が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1の縦断面図である。
【図2】実施形態2の略示縦断面図である。
【図3】実施形態3の略示縦断面図である。
【図4】実施形態4の略示断面図である。
【図5】従来装置の縦断面図である。
【符号の説明】
11:上部基板 12:取付けボルト
13:第1隔膜(ダイヤフラム) 14:外筒
15:内筒 16:仕切り板
16a、16b:オリフィス 17、18:リング状ストッパ
19、19A:第2隔膜 20:下部基板
21:中空ボルト 22:上部円筒
23:中空ピストン A:第1液室
B:第2液室 C:気室
Claims (2)
- 対向する2枚の基板間に該基板と直交する軸線に沿って配置されて上記2枚の基板を連結する気室と液室とからなり、上記2枚の基板の一方が他方に対して任意方向に弾性的に変位できるように構成され、上記の気室が空気ばね機能を備え、上記の液室がオリフィスを有する仕切り板によって上記基板の一方に接する第1液室と上記の気室に接する第2液室とに分けられて振動減衰機能を備えている液体封入式空気ばねにおいて、上記第1液室の側壁が可撓性の第1隔膜によって一方の基板外周とこの基板外周に対して直径差を有する仕切り板外周とを接続する円筒状に形成され、その小径側端部が上記一方の基板または仕切り板と共に上記第1隔膜の円筒部内側に押し込まれており、上記仕切り板の外周と他方の基板の外周とを接続する第2液室の側壁が硬板で円筒状に形成され、この第2液室の内側に可撓性の第2隔膜の外周縁を固定することにより、この第2隔膜と他方の基板との間に気室が形成されていることを特徴とする液体封入式空気ばね。
- 一方の基板および仕切り板の中で直径の大きい方の外周に、第1液室の側壁の外側表面に接する外筒が突設されている請求項1記載の液体封入式空気ばね。
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