JP4046203B2

JP4046203B2 - 液体封入式空気ばね

Info

Publication number: JP4046203B2
Application number: JP27966897A
Authority: JP
Inventors: 治大西; 洋一垣内
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: JPH11101287A

Description

【０００１】
【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

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。