JP4648131B2 - 能動型防振支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動体の荷重を受ける弾性体と、弾性体が少なくとも壁面の一部を構成する液室と、振動体の振動状態に応じた電流の供給を受けて作動するアクチュエータと、アクチュエータにより往復動して液室の容積を変化させる可動部材とを備え、前記アクチュエータは、環状のヨークと、ヨークの外周に巻回されたコイルと、ヨークの内周に往復動可能に配置されて前記可動部材に接続された可動コアとを含む能動型防振支持装置に関する。

かかる能動型防振支持装置は、例えば下記特許文献１により公知である。この能動型防振支持装置のアクチュエータは、外周にコイルが巻回されたヨークの上端の高さと、ヨークの内周に上下動可能に支持されたアマチュアの上端の高さとが略一致しており、アマチュアに接続された可動部材はヨークの上端よりも高い位置に配置されている。
特開２００４−２９３６０１号公報

ところで、能動型防振支持装置に有効な防振機能を発揮させるには、アクチュエータの出力を充分に確保する必要がある。アクチュエータの出力を増加させるにはコイルの巻き数を増加させれば良いが、単にコイルの巻き数を増加させるとアクチュエータが大型化してしまい、結果として能動型防振支持装置の大型化を招くという問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、能動型防振支持装置のアクチュエータの大型化を回避しながら、コイルの巻き数を増加させてアクチュエータの出力を増加させることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、振動体の荷重を受ける弾性体と、弾性体が少なくとも壁面の一部を構成する液室と、振動体の振動状態に応じた電流の供給を受けて作動するアクチュエータと、アクチュエータにより往復動して液室の容積を変化させる可動部材とを備え、前記アクチュエータは、環状のヨークと、ヨークの外周に巻回されたコイルと、ヨークの内周に往復動可能に配置されて前記可動部材に接続された可動コアとを含む能動型防振支持装置において、前記ヨークは、前記可動コアを往復動可能に支持する可動コア支持部と、該可動コア支持部の上端からテーパー状に拡径しながら上方に延びるテーパー部とを有し、前記コイルは前記可動コア支持部および前記テーパー部の両方に跨がって巻回されるとともに、前記ヨークの内周部に配置される前記可動部材の上端は該ヨークの上端と略同じ高さに位置することを特徴とする能動型防振支持装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記可動部材をアクチュエータケースに往復動可能に支持する支持リングを備え、前記支持リングは、前記ヨークの前記テーパー部の上端から上方に延びる等径部により位置決めされることを特徴とする能動型防振支持装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記支持リングは前記ヨークと協働して磁気回路を構成することを特徴とする能動型防振支持装置が提案される。

尚、実施例の第２弾性体支持リング１５は本発明の支持リングに対応し、実施例の第１弾性体１９は本発明の弾性体に対応し、実施例の第１、第２液室３０，３１は本発明の液室に対応し、実施例のボビンレスコイル４６は本発明のコイルに対応する。

請求項１の構成によれば、能動型防振支持装置のアクチュエータが環状のヨークと、ヨークの外周に巻回されたコイルと、ヨークの内周に往復動可能に配置されて可動部材に接続された可動コアとを備えており、コイルを励磁および消磁するとヨークに対して可動コアが相対移動して可動部材が駆動される。ヨークは、可動コアを往復動可能に支持する可動コア支持部と、可動コア支持部の上端からテーパー状に拡径しながら上方に延びるテーパー部とを有しており、コイルは可動コア支持部およびテーパー部の両方に跨がって巻回されるので、ヨークの外周に巻回可能なコイルの巻き数を増加させてアクチュエータの出力を増加させることができ、またアクチュエータの出力を従来どおりにすればアクチュエータを小型化することができる。しかもヨークの内周部に配置される可動部材の上端は該ヨークの上端と略同じ高さに位置するので、ヨークのテーパー部の上下方向寸法を充分に確保してコイルの巻き数を増加させながら、可動部材がヨークと干渉するのを防止することができる。

請求項２の構成によれば、可動部材をアクチュエータケースに往復動可能に支持する支持リングが、ヨークのテーパー部の上端から上方に延びる等径部により位置決めされるので、支持リングをアクチュエータケースに固定するために該支持リングに折り曲げ部を形成する必要がなくなる。これにより、支持リングの形状を単純化してヨークと干渉し難くすることで、ヨークに対するコイルの巻き数を更に増加させることができる。

請求項３の構成によれば、可動部材をアクチュエータケースに保持する支持リングがヨークと協働して磁気回路を構成するので、ヨークを大型化あるいは厚くすることなく支持リングを利用して磁気回路を構成することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明の第１実施例を示すもので、図１は能動型防振支持装置の縦断面図、図２は図１の２部拡大図、図３は能動型防振支持装置の作用を説明するフローチャートである。尚、本明細書における上方とは、図１における紙面の上側を指すものとする。

図１および図２に示すように、自動車のエンジンを車体フレームに弾性的に支持するために用いられる能動型防振支持装置Ｍ（アクティブ・コントロール・マウント）は、軸線Ｌに関して実質的に軸対称な構造を有するもので、概略円筒状の上部ハウジング１１の下端のフランジ部１１ａと、概略円筒状の下部ハウジング１２の上端のフランジ部１２ａとの間に、上面が開放した概略カップ状のアクチュエータケース１３の外周のフランジ部１３ａと、環状の第１弾性体支持リング１４の外周部と、環状の第２弾性体支持リング１５の外周部とが重ね合わされてカシメにより結合される。このとき、アクチュエータケース１３の上部と第２弾性体支持リング１５の内面との間に、環状のフローティングラバー１７が介在する。

第１弾性体支持リング１４と、軸線Ｌ上に配置された第１弾性体支持ボス１８とに、厚肉のラバーで形成した第１弾性体１９の下端および上端がそれぞれが加硫接着により接合される。第１弾性体支持ボス１８の上面にダイヤフラム支持ボス２０がボルト２１で固定されており、ダイヤフラム支持ボス２０に内周部を加硫接着により接合されたダイヤフラム２２の外周部が上部ハウジング１１に加硫接着により接合される。ダイヤフラム支持ボス２０の上面に一体に形成されたエンジン取付部２０ａが図示せぬエンジンに固定される。また下部ハウジング１２の下端の車体取付部１２ｂが図示せぬ車体フレームに固定される。

上部ハウジング１１の上端のフランジ部１１ｂにストッパ部材２３の下端のフランジ部２３ａがボルト２４…およびナット２５…で結合されており、ストッパ部材２３の上部内面に取り付けたストッパラバー２６にダイヤフラム支持ボス２０の上面に突設したエンジン取付部２０ａが当接可能に対向する。能動型防振支持装置Ｍに大荷重が入力したとき、エンジン取付部２０ａがストッパラバー２６に当接することで、エンジンの過大な変位が抑制される。

第２弾性体支持リング１５に膜状のラバーで形成した第２弾性体２７の外周部が加硫接着により接合されており、第２弾性体２７の中央部に埋め込むように可動部材２８が加硫接着により接合される。第２弾性体支持リング１５の上面と第１弾性体１９の外周部との間に円板状の隔壁部材２９が固定されており、隔壁部材２９および第１弾性体１９により区画された第１液室３０と、隔壁部材２９および第２弾性体２７により区画された第２液室３１とが、隔壁部材２９の中央に形成した連通孔２９ａを介して相互に連通する。

第１弾性体支持リング１４と上部ハウジング１１との間に環状の連通路３２が形成されており、連通路３２の一端は連通孔３３を介して第１液室３０に連通し、連通路３２の他端は連通孔３４を介して、第１弾性体１９およびダイヤフラム２２により区画された第３液室３５に連通する。

次に、前記可動部材２８を駆動するアクチュエータ４１の構造を説明する。

アクチュエータケース１３の内部に固定コア４２、コイル組立体４３およびヨーク４４が下から上に順次取り付けられる。コイル組立体４３は、固定コア４２およびヨーク４４間に配置されたボビンレスコイル４６と、ボビンレスコイル４６の外周を覆うコイルカバー４７とで構成される。コイルカバー４７には、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃを貫通して外部に延出するコネクタ４８が一体に形成される。ボビンレスコイル４６の下面と固定コア４２の上面との間にシール部材５０が配置される。

ヨーク４４の可動コア支持部４４ａの内周面に薄肉円筒状の軸受け部材５１が上下摺動自在に嵌合しており、この軸受け部材５１の上端には径方向内向きに折り曲げられた上部フランジ５１ａが形成されるとともに、下端には径方向外向きに折り曲げられた下部フランジ５１ｂが形成される。下部フランジ５１ｂとヨーク４４の可動コア支持部４４ａの下端との間にセットばね５２が圧縮状態で配置されており、このセットばね５２の弾発力で下部フランジ５１ｂを弾性体５３を介して固定コア４２の上面に押し付けることで、軸受け部材５１がヨーク４４に支持される。

軸受け部材５１の内周面に概略円筒状の可動コア５４が上下摺動自在に嵌合する。前記可動部材２８の中心から下向きに延びるロッド５５が可動コア５４の中心を緩く貫通し、その下端にナット５６が締結される。可動コア５４の上面に設けたばね座５７と可動部材２８の下面との間に圧縮状態のセットばね５８が配置されており、このセットばね５８の弾発力で可動コア５４はナット５６に押し付けられて固定される。この状態で、可動コア５４の下面と固定コア４２の上面とが、円錐状のエアギャップｇを介して対向する。ロッド５５およびナット５６は固定コア４２の中心に形成された開口４２ａに緩く嵌合しており、この開口４２ａはシール部材５９を介してプラグ６０で閉塞される。これらのシール部材４９，５０，５９によって、アクチュエータケース１３、下部ハウジング１２および固定コア４２に形成した開口１３ｂ，１２ｃ，４２ａからアクチュエータ４１の密閉空間６１に水や塵が入り込むのを阻止することができる。

その外周面にボビンレスコイル４６が巻回される環状のヨーク４４は、前記アクチュエータ支持部４４ａの上端からテーパー状に拡径しながら上方に延びるテーパー部４４ｂと、テーパー部４４ｂの上端から一定の直径で上方に延びる等径部４４ｃとを備えており、この等径部４４ｃの内周面に第２弾性体支持リング１５の内周のフランジ部１５ａが嵌合する。ヨーク４４の等径部４４ｃの上端は、可動部材２８の上端近傍に達しており、従って、可動部材２８の少なくとも一部はヨーク４４の内周部に配置されている。

エンジンのクランクシャフトの回転に伴って出力されるクランクパルスを検出するクランクパルスセンサＳａが接続された電子制御ユニットＵは、能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１に対する通電を制御する。エンジンのクランクパルスは、クランクシャフトの１回転につき２４回、つまりクランクアングルの１５°毎に１回出力される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。

自動車の走行中に低周波数のエンジンシェイク振動が発生したとき、エンジンからダイヤフラム支持ボス２０および第１弾性体支持ボス１８を介して入力される荷重で第１弾性体１９が変形して第１液室３０の容積が変化すると、連通路３２を介して接続された第１液室３０および第３液室３５間で液体が行き来する。第１液室３０の容積が拡大・縮小すると、それに応じて第３液室３５の容積が縮小・拡大するが、この第３液室３５の容積変化はダイヤフラム２２の弾性変形により吸収される。このとき、連通路３２の形状および寸法、並びに第１弾性体１９のばね定数は前記エンジンシェイク振動の周波数領域で低ばね定数および高減衰力を示すように設定されているため、エンジンから車体フレームに伝達される振動を効果的に低減することができる。

尚、上記エンジンシェイク振動の周波数領域では、アクチュエータ４１は非作動状態に保たれる。

前記エンジンシェイク振動よりも周波数の高い振動、即ちエンジンのクランクシャフトの回転に起因するアイドル時の振動や気筒休止時の振動が発生した場合、第１液室３０および第３液室３５を接続する連通路３２内の液体はスティック状態になって防振機能を発揮できなくなるため、アクチュエータ４１を駆動して防振機能を発揮させる。

能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１を作動させて防振機能を発揮させるべく、電子制御ユニットＵはクランクパルスセンサＳａからの信号に基づいてボビンレスコイル４６に対する通電を制御する。

即ち、図３のフローチャートにおいて、先ずステップＳ１でクランクパルスセンサＳａからクランクアングルの１５°毎に出力されるクランクパルスを読み込み、ステップＳ２で前記読み込んだクランクパルスを基準となるクランクパルス（特定のシリンダのＴＤＣ信号）と比較することでクランクパルスの時間間隔を演算する。続くステップＳ３で前記１５°のクランクアングルをクランクパルスの時間間隔で除算することでクランク角速度ωを演算し、ステップＳ４でクランク角速度ωを時間微分してクランク角加速度ｄω／ｄｔを演算する。続くステップＳ５でエンジンのクランクシャフト回りのトルクＴｑを、エンジンのクランクシャフト回りの慣性モーメントをＩとして、
Ｔｑ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ
により演算する。このトルクＴｑはクランクシャフトが一定の角速度ωで回転していると仮定すると０になるが、膨張行程ではピストンの加速により角速度ωが増加し、圧縮行程ではピストンの減速により角速度ωが減少してクランク角加速度ｄω／ｄｔが発生するため、そのクランク角加速度ｄω／ｄｔに比例したトルクＴｑが発生することになる。

続くステップＳ６で時間的に隣接するトルクの最大値および最小値を判定し、ステップＳ７でトルクの最大値および最小値の偏差、つまりトルクの変動量としてエンジンを支持する能動型防振支持装置Ｍの位置における振幅を演算する。そしてステップＳ８で、アクチュエータ４１のボビンレスコイル４６に印加する電流のデューティ波形およびタイミング（位相）を決定する。

しかして、エンジンが車体フレームに対して下向きに移動し、第１弾性体１９が下向きに変形して第１液室３０の容積が減少したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のボビンレスコイル４６を励磁すると、可動コア５４、ヨーク４４、第２弾性体支持リング１５、アクチュエータケース１３および固定コア４２よりなる磁路に磁界が形成され、エアギャップｇに発生する吸着力で可動コア５４が固定コア４２に向けて下向きに移動し、可動コア５４にロッド５５を介して接続された可動部材２８に引かれて第２弾性体２７が下向きに変形する。その結果、第２液室３１の容積が増加するため、エンジンからの荷重で圧縮された第１液室３０の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第２液室３１に流入し、エンジンから車体フレームに伝達される荷重を低減することができる。第２弾性体支持リング１５が磁路の一部を構成するので、その分だけヨーク４４を小型化し、あるいは薄くすることができる。

続いてエンジンが車体フレームに対して上向きに移動し、第１弾性体１９が上向きに変形して第１液室３０の容積が増加したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のボビンレスコイル４６を消磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力が消滅して可動コア５４が自由に移動できるようになるため、下向きに変形した第２弾性体２７が自己の弾性復元力で上向きに復元する。その結果、第２液室３１の容積が減少するため、第２液室３１の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第１液室３０に流入し、エンジンが車体フレームに対して上向きに移動するのを許容することができる。

このように、エンジンの振動の周期に応じてアクチュエータ４１のボビンレスコイル４６を励磁および消磁することで、エンジンの振動が車体フレームに伝達するのを防止する能動的な制振力を発生させることができる。

ところで、能動型防振支持装置Ｍに充分な防振機能を発揮させるにはアクチュエータ４１の出力を増加させる必要があり、そのためにはボビンレスコイル４６のコイル断面積、つまり巻き数を増加させる必要がある。しかしながら、ボビンレスコイル４６の巻き数を無闇に増加させるとアクチュエータ４１の寸法が増加してしまい、その結果として能動型防振支持装置Ｍの大型化を招く問題がある。そこで本実施例の能動型防振支持装置Ｍは、密閉空間６１内のデッドスペースを有効に活用してボビンレスコイル４６のコイル断面積の増加を図っている。

即ち、ヨーク４４の可動コア支持部４４ａからテーパー部４４ｂおよび等径部４４ｃを上方に突出させ、そのテーパー部４４ｂおよび等径部４４ｃの径方向外側にボビンレスコイル４６の一部を配置したので、可動部材２８に連なる第２弾性体２７の外周近傍に存在していたデッドスペースを有効利用し、ボビンレスコイル４６の巻き数を増加させることができる。しかもヨーク４４のテーパー部４４ｂが可動部材２８に向けて拡開しているので、ヨーク４４を上方に延長したために可動部材２８と干渉する不具合を解消することができる。

尚、ボビンレスコイル４６の巻き数を従来通りに維持するのであれば、アクチュエータ４１の寸法を小型化して能動型防振支持装置Ｍ全体の小型化を図ることができる。

また上記特許文献１に記載された従来の能動型防振支持装置は、可動部材を第２弾性体および第２弾性体支持リングを介してアクチュエータケースの内周に当接させて該可動部材を径方向に位置決めしているので、第２弾性体支持リングの内周部を折り曲げてアクチュエータケースの内周面に当接させる必要があり、その折り曲げ部によってボビンレスコイルの巻き数が制限されていた。

しかしながら本実施例では、アクチュエータケース１３の内周面に当接して位置決めされたアクチュエータ４１のヨーク４４を延長して第２弾性体支持リング１５（ひいては可動部材２８）を径方向に位置決めしているので、第２弾性体支持リング１５の前記折り曲げ部を不要にしてボビンレスコイル４６の巻き数を増加させることができる。

次に、図４に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

第１実施例のヨーク４４は等径部４４ｃが第２弾性体支持リング１５に嵌合して支持されているが、第２実施例のヨーク４４は等径部４４ｃの上端から径方向外側に延びるフランジ部４４ｄを備えており、そのフランジ部４４ｄの先端がアクチュエータケース１３に嵌合して支持される。

この第２実施例によれば、磁路が殆ど第２弾性体支持リング１５を通過しいなので、磁路が短縮されて磁気抵抗が低減する。しかもヨーク４４がアクチュエータケース１３に直接支持されるので、その位置決め精度が向上する。

次に、図５に基づいて本発明の第３実施例を説明する。

第１実施例のボビンレスコイル４６の径方向外端は、ヨーク４４の径方向外端よりも径方向外側に突出しているが（図２参照）、第３実施例のボビンレスコイル４６の径方向外端はヨーク４４の径方向外端に整列している。従って、第３実施例によれば、第１実施例に比べてアクチュエータ４１の外径を小さくすることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例のアクチュエータ４１はボビンレスコイル４６を備えているが、ボビン付きコイルを備えたものでも良い。

第１実施例に係る能動型防振支持装置の縦断面図 図１の２部拡大図 能動型防振支持装置の作用を説明するフローチャート 第２実施例に係る、前記図２に対応する図 第３実施例に係る、前記図２に対応する図

１５ 第２弾性体支持リング（支持リング）
１９ 第１弾性体（弾性体）
２８ 可動部材
３０ 第１液室（液室）
３１ 第２液室（液室）
４１ アクチュエータ
４４ ヨーク
４４ａ 可動コア支持部
４４ｂ テーパー部
４４ｃ 等径部
４６ ボビンレスコイル（コイル）
５４ 可動コア

Claims (3)

1. 振動体の荷重を受ける弾性体（１９）と、
   弾性体（１９）が少なくとも壁面の一部を構成する液室（３０，３１）と、
   振動体の振動状態に応じた電流の供給を受けて作動するアクチュエータ（４１）と、
   アクチュエータ（４１）により往復動して液室（３０，３１）の容積を変化させる可動部材（２８）とを備え、
   前記アクチュエータ（４１）は、環状のヨーク（４４）と、ヨーク（４４）の外周に巻回されたコイル（４６）と、ヨーク（４４）の内周に往復動可能に配置されて前記可動部材（２８）に接続された可動コア（５４）とを含む能動型防振支持装置において、
   前記ヨーク（４４）は、前記可動コア（５４）を往復動可能に支持する可動コア支持部（４４ａ）と、該可動コア支持部（４４ａ）の上端からテーパー状に拡径しながら上方に延びるテーパー部（４４ｂ）とを有し、
   前記コイル（４６）は前記可動コア支持部（４４ａ）および前記テーパー部（４４ｂ）の両方に跨がって巻回されるとともに、前記ヨーク（４４）の内周部に配置される前記可動部材（２８）の上端は該ヨーク（４４）の上端と略同じ高さに位置することを特徴とする能動型防振支持装置。
2. 前記可動部材（２８）をアクチュエータケース（１３）に往復動可能に支持する支持リング（１５）を備え、前記支持リング（１５）は、前記ヨーク（４４）の前記テーパー部（４４ｂ）の上端から上方に延びる等径部（４４ｃ）により位置決めされることを特徴とする、請求項１に記載の能動型防振支持装置。
3. 前記支持リング（１５）は前記ヨーク（４４）と協働して磁気回路を構成することを特徴とする、請求項２に記載の能動型防振支持装置。

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