JPH01210637A - 液体封入ブッシュ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は自動車の振動、車内騒音１乗り心地等の改善を
目的にエンジンマウントやボディマウントブツシュとし
て使用することのできる液体封入ブツシュに関するもの
である。

〈従来の技術〉 車のサスペンション部材（アーム、ロンド、リンクなど
）の振動伝達を緩和したり、エンジンマウントのエンジ
ンから車体への振動伝達を低減させる目的で高減衰特性
をもつ液体封入ブツシュが考案されている１例えば、ド
イツ特許第２８４１５０５号には第１５．１６図にみら
れるように、　内筒（１）とそれに対し同心又は偏心し
て間隔を保って配設された外筒（２）とその間に挿入さ
れたゴム弾性体（３）によって構成され、その中にＨｉ
ｆ’ｆ液が充填され、絞り位置を経由して互いに液圧的
に連絡される液室（４）が形成されている流体緩衝式ゴ
ム軸受が示されている。このような液体封入ブツシュは
外筒（２）に対し同心的にゴム部（３）と内筒（１）が
内側に配設されており、更にゴム部（３）と固着され、
かつ液室（４）の領域に窓を設けた中間筒（５）に、液
室（４）を互いに連絡するための溝（６）が周囲に形成
され、この溝（６）が窓と同様に外方に向って密封され
た構造を有し、加振振動時に一方の液室内の緩衝液が前
記溝を通じて他方の液室内に流通する際に生じる流通抵
抗により高減衰作用がつくられる６また。このような液
体封入ブツシュのバネ定数切換を目的とした液室間の連
通路をアクチュエーターによって開閉制御するブツシュ
形防振装置も考案されている（特開昭６２−１０１９３
６号）。

〈発明が解決しようとする課題〉 複数の液室を設けてそれらの液室を連通路により流通可
能とした従来の前者のような液体封入ブツシュは、減衰
特性、バネ特性が不変であって、液体封入ブツシュの構
成部材で定まるある特定の振動のみを抑制するものであ
り、更には、中高周波振動（２０Ｈｚ以上）において動
バネ定数が高くなり振動を伝達しやすくなるという楚点
があったにの問題解決のために、液体封入ブツシュの減
衰特性及びバネ定数特性を広い周波数範囲にわたって制
御できるようにする必要があったのである。

また、連通路の流れを遮断する部材とそれを駆動するア
クチュエーターを設け、連通路の流通・遮断の制御を可
能にしてバネ定数が変えられるようにした後者のような
液体封入ブツシュでは、構造が複雑になり故障しやすい
という問題点があった。この問題解決のためには、連通
路の流通・遮断にこのような機械式切り換え手段を用い
ることなく構造を簡単にし、構成部品点数ｔ＆最小限に
留める必要がある。

くａ題を解決するための手段〉 そこで、種々検討した結果、液室及び連通路内には電界
によって粘度の変化する電気粘性流体を充填し、中間筒
及び外筒には電源を接続して中間筒外側表面及び外筒内
側表面を通電状態にすることにより、連通路内に電界を
かけるようにして、従来の短点を解決したのである。

ここにいう電気粘性流体とは、シリコン油等の分散媒に
水分を含むシリカ粉末等の固形物を分散させた液体であ
って、＠界をかけると、みかけの粘度が変化し、電解強
度とともに上昇する。電界がかかった状態ではビンガ１
１流体的性質をもち。

剪断の降伏応力？：Ｃを越えると流動する特徴を有して
いる。

この電気粘性流体は、電界強度とともに降伏応カフｃが
上昇し、流動している流体の剪断応力が増す。連通路内
の流れに垂直に電界をかけた場合、剪断応力の上昇によ
り流路間の圧力損失が大きくなる。

この流体を液体封入ブツシュに使用し、プツシ゛ユの減
衰及びバネ定数特性を変化させることができるほどに流
体のみかけの粘度を上昇させるには、実用上掛なくとも
５００Ｖ／＋ｗ＋以上の電界強度が必要になる。

〈作用〉 このような構造の液体封入ブツシュは、電圧を中間筒、
外筒間に印加しない状態では連通路内に電界がかからず
、連通路内の電気粘性流体は低粘度であり、連通路での
流体の圧力損失が小さいためにバネ定数は低周波から高
周波までの広い周波数領域において低い値となる。連通
路内の流体の目詰まり現象によって、ある値以上の周波
数領域でバネ定数が高くなるが、その周波数帯域は対象
とする振動現象の周波数範囲よりも高いところにあるか
ら問題とならない。

電圧印加状態では連通路内の電気粘性流体の粘度が上昇
し、連通路内の流体の圧力損失が大きくなるために減衰
（ロスファクター）のピークが低周波領域で発生し、し
かも印加電圧を変えることにより減衰ピーク発生の周波
数を広い周波数領域にわたって制御できる。また、動バ
ネ定数が最小値となる周波数も同様にして移動させるこ
とができる。

〈実施例〉 第１図は本発明実施例の液体封入ブツシュの外筒装着状
態の第２図中Ｂ−ｎ断面図であり、第２図は同側面図、
第３図は第１図中Ａ−Ａに相当する外筒装着状態の断面
図である。第４図は同液体封入ブツシュを用いた自動車
のパワーユニット支持装置の例を示す図である。第５図
は同液体封入ブツシュの斜視図である。

この液体封入ブツシュは、弾性体（３）の中間筒患部（
１４）の位置に凹部を設けて外筒（２）と前記凹部との
間でポケットを形成することにより、軸心に対して対称
位置に二つの液室（４）が設けられており、両液室（４
）内の電気粘性流体は二つの連通路（７）により流通で
きるようになっている。一方の外筒（２）端部は中間筒
（５）及びゴム弾性体（３）をはさんでカシメられてい
る。金属の中間筒（５）に正極側のリード線（８）が図
に示す位置に接続されている。ブツシュ外筒（２）は取
付ブラケット外筒（１０）に圧入され取付ブラケット外
筒（１０）と通電可能であるため、取付ブラケットを接
地することによりブツシュ外筒（２）がアース側になっ
ている。

中間筒（５）にリード線（８）を接続する方法は、第７
図のように突起状の接続端子（１５）を設け、リード線
（８）側へ前記突起（５）の嵌挿可能なコネクター（１
６）を設けた構造としてもよい。

ブツシュ中間筒（５）とブツシュ外筒（２）の電気的絶
縁性は、ブツシュ中間筒（５）のまわりにゴム弾性体（
３）をまわすことにより保たれている。また、必要に応
じて外筒（２）内周面又は／及び中間筒（５）のオリフ
ィス面に絶縁皮膜、例えばテフロンなどをコーティング
してもよい。

ブツシュ中間筒（５）に電圧を印加すると、ブツシュ中
間筒（５）とブツシュ外筒（２）で囲まれた連通路（７
）内に電界がかかり、連通路（７）内の電気粘性流体の
粘度が上昇する。ブツシュ中間筒（５）とブツシュ外筒
（２）との間隔は０．５ｗ１１〜３ＩＩＩ１１が望まし
い。

この間隔がこれより大きいと同じ印加電圧に対し電界が
弱くなり流体の粘度変化が小さくなる。反対に間隔を狭
くすればするほど電界は強くなるが、ブツシュ中間筒（
５）とブツシュ外ｆＪ（２）との絶縁保持が回連になる
。絶縁保持はブツシュ中間筒（５）とブツシュ外筒（２
）間のゴム弾性体（３）により行なっているが、絶縁性
を更に向上する目的で第８゜９図のようにブツシュ中間
筒（５）を電気的絶縁体の合成樹脂等で形成し、外側表
面を金属メツキしてその金属メツキ部（１１）にリード
線（８）を接続して電圧を印加することもできる。この
場合金属メツキ部（１１）は、リード線接続部及び連通
路形成部を含む最小限の領域とする。更に、ブツシュ外
筒内面に絶縁材料（テフロン、フッ素樹脂など）をコー
ティングし、絶縁性を高めることができる。

ブツシュ外筒（２）へ印加する電圧は、第４図のように
直流電源型ｆｆｌ　（１２）により供給される。電圧レ
ベルはＯｖ〜５ＫＶである。電圧の印加及び遮断、電圧
レベルは直流電源型ａ（１２）に接続されたコントロー
ラー（１３）により制御される。コントローラー（１３
）は車の運転状態を感知するための検出器（エンジンｕ
転数、車速、アクセル開度、ギヤーシフト位置）からの
信号を受け、車の状態を識別しくアイドリング状態、定
常走行状態など）、それに基づいて電圧印加／遮断、電
圧レベルの制御を行なう。

ブツシュ中間筒（５）に電圧を印加していない状態にお
いて連通路内の電気粘性流体は低粘度であり、第１０図
に示される動バネ特性となる。動バネ定数はある周波数
まで低いままであり、災シもしくはそれ以下である。屍
シはゴム弾性体の剪断バネ定数であって、液体封入ブツ
シュの動バネ定数は低周波になるにつれてこの−Ｌｔ、
に漸近する。それ以上の周波数になると連通路内の流体
がスムースに流れなくなって目詰まり状態になり動バネ
定数が上昇する。動バネ定数の立ち上る周波数をグラフ
の変曲点周波数ｆ　ｉｎｆで表わすことにする。

この周波数ｆ　ｉｎｆは連通路の長さ、断面積、出入口
の形状、連通路内側表面の粗さ、液室の体積コンプライ
アンス（弾性壁のふくらみ剛性）、液体の圧縮率、粘度
などによって決まるが、これらを適切に選定することに
よりｆ　ｉｎｆを少なくとも５００１１ｚ以上に設定し
ている。　このため、少なくとも３００１１ｚまでは低
い動バネ定数となり、２０　Ｈｙ、〜３００Ｈｚの広い
周波数域の振動伝達を抑えることができる。

このようにｆ　ｉｎｆを十分高い周波数に設定するには
、連通路の断面積を大きくし、液室の体積コンプライア
ンスを下げる（弾性壁をふくらみにくくする）ことで実
現できる。また粘度もできるだけ低い方がよい、このこ
とは、ニュートン流体において連通路の圧力損失が流速
に比例するとした次の理論解析結果からも説明できる。

以下の説明で粘度μは、電界印加がかかっていないとき
の電気粘性流体固有の粘度もしくは電界印加時のみかけ
の粘度と見なす。

変曲点周波数ｆ　ｉｎｆは次式で表わされる。

■ｆ　１ｎｆ＝　ｆ　ｎｏ　　１−４／３ζ”　−１６
／８１ζ’　−６４／７２９（’　＋−・・ｆｎｏは連
通路の有効流路長内の流体ＪＲ量と液室の体積コンプラ
イアンスと流体の圧縮率によって定まる固有振動であり
、 ■　ｆ　ｎ　□　＝１／２π、４ａ／ｐ　Ｑｅ　・１／
（ＣＶ＋ＶＸ）ａ：連通路断面積 Ｑｅ：有効流路長 Ｃｖ：液室の体積コンプライアンス（ΔＶ／ΔＰ、ΔＶ
、ΔＰは液室の体積変化、 圧力変化） に：液体の圧縮率 Ｖ：液室の容積 である。ζは減衰比であり、 ■　ζ＝Ｋ・μ／（４πρｆ　ｎ□） Ｋ：連通路断面寸法により決まる定数 μ：液体粘度 である。

■、■、■式によれば、変曲点周波数ｆ　ｉｎｆは連通
路内流体質量の往復振動についての固有振動数ｆｎ□及
び減衰比ζに依存しており、連通路断面積ａを大きくす
るか、体積コンプライアンスＣｖを小さくして液室を囲
む弾性壁をふくらみにくくするか、粘度の低い流体を使
用することにより変曲点周波数ｆ　ｉｎｆを要求の高い
周波数に設定できる。連通路長を短くして（有効流路長
Ｑｅ小）変曲点周波数ｆ　ｉｎｆを高くすることもでき
るが、そのような方法をとると液体封入ブツシュのロス
ファクターピーク値が低下してしまい十分な減衰効果が
得られない。

また、第１０図に示されるように周波数ｆ　ｗｉｎで動
バネ定数は最小になり、　この周波数ｆ　＋ｉｉｎをこ
もり音などの特定の周波数（主にエンジン回転数の２次
成分）に一致させれば車体への振動伝達を更に抑えるこ
とができる。　　ｆｍｉｎは流体の粘度を上げると低周
波側に移動することが知られており（第１１図）、前述
の理論解析によれば、■　ｆ　ｍ１ｎ＝　ｆ　ｎｏ　１
−２ことなる。ことμは０式で関係づけられているから
、０式によれば粘度μを調整して、　ｆ　ｗｉｎを問題
の周波数に設定できる。ブツシュ中間筒に電圧を印加す
ると連通路内の流体粘度が上昇するからｆＩｌｉｎを低
周波側に移すことが可能になる。　このように、　印加
電圧の調節によりｆ　ｗｉｎをコンｌ−ロールでき、　
こもり音の周波数にｆ　ｔａｉｎを容易に合わせること
ができる。しかも、こもり音のような問題の周波数が複
数個ある場合は、エンジン回転変化に応じて、それぞれ
にｆ　ｗｉｎが一致するよう印加電圧を調節することに
より問題の振動伝達を抑えることができる。

なお、この動バネ定数最小における谷の深さΔ−ｔｗｉ
ｎは大きいほど振動伝達低減に効果がある。

ｆ　ｍｉｎをあまり低周波側にもってこないよう液体粘
度を低くしておけば（印加電圧レベルを上げない）、連
通路での圧力損失が小さくなるためΔ孔＋ｗｉｎが深く
なる。したがって、ｆ　ｗｉｎを高周波に近づけるほど
動バネ定数最小による振動伝達低減効果が大きい。　こ
こに述べたΔ−１ｗ１ｎと液体粘度ｆｗｉｎの関係は、
前述の理論解析からも説明できる。

Δ−ＩＬ　ｗｉｎは次式で表わされる。

０６４．ｍ１ｎ＝２ａＡｔＡｃ／　ｐ　Ｑ　ｃ”　（２
／ＣＶ＋Ｖ　ｄ）”　（１／４？Ｃｆ　ｎ　□　）”・
１／ζ（ζ＋１） ＡｔＳ液室の等価受圧面積 Ａｃ：液室の等価ピストン断面積（ΔＶ／ΔＸａ、ΔＸ
ｃ：内筒と外筒の相対変位）本式によれば、液体粘度が
低いほど減衰比ζが小さくなるため、　Δｉ　ｗｉｎが
大きくなり動バネ定数最小の谷を深くできる。このとき
、ζが小さくなることから、ｆ　ｗｉｎは０式により高
周波側に移ることになる。減衰比ζは、液体の粘度変化
を通して印加電圧の調節によりコントロールされる。

印加電圧を５ＫＶ前後の大きな値にすると、連通路内の
流体は高粘度化し、動バネ定数の上昇する変曲点周波数
ｆ　ｉｎｆは１５１１ｚ以下の低周波領域に移動する（
第１２図、第１３図）。ここで重要なことは。

ｆ　ｉｎｆの移動にともなってロスファクターが最大と
なる周波数ｆｐも同じ低周波領域に移り、その大きな減
衰力によってその周波数帯域の共振振動を減衰さぜれる
ことである。車の定常走行中に生じるシェイクなどの共
振の抑制には大きな効果を発揮する。周波数ｆＰぼ印加
電圧レベルの調節で変化させるため（？１圧入→流体粘
度人→ｆｐ低下）、シェイクの共振周波数へのチューニ
ングが容易である。

以上のような構造としたことにより、様々な車の運転状
態によって生じる振動に対応して以下に示すように作用
させることができる。

（Ｅｌ）定常走行におけるシェイクに対する作用コント
ローラー（１３）は、検出手段からの信号を受けてシェ
イクの発生を判断し、直流電源装置（１２）に対し制御
信号を出す。このとき、直流電源装置（１２）から５Ｋ
Ｖ前後の高電圧がブツシュ中間筒（５）に印加され、連
通路内の流体が高粘度化する。

液体封入ブツシュのロスファクターピークの周波数ｆＰ
は、シェイクの周波数１０１−１ｚ〜１３１１ｚになる
ため、エンジンのシェイク振動を減衰させ車体へ伝達さ
れる振動レベルを低減させることができる。

ロスファクターピークの周波数ｆｐは、　印加電圧によ
り調節されるため　ｆｐのチューニングが容易である。

（ｂ）アイドリング振動及び走行時のこもり音に対する
作用 コントローラーは検出手段からの信号を受けて、アイド
リング振動もしくはこもり行の発生を判断し、直流電源
装Ｆｉ（１２）に対し電圧印加ＯＦＦの制御４３号を出
す。　この場合、ブツシュ中間筒（５）に電圧が印加さ
れず連通路内に電界がかからないため。

連通路内の流体は低粘度である。したがって、動バネ定
数の上昇する変曲点周波数が５００１１７．以上になる
ため、低周波から５００１１ｚの広い周波数領域にわた
って低い動バネ定数となり、エンジンの起振振動伝達が
抑えられる。特に、こもり音発生時においてはエンジン
回転数の検知により、こもり音周波数（主としてエンジ
ン回転数の２火成分）を求め、動バネ定数が最小になる
周波数ｆ　ｗｉｎがこのこもり音周波数に一致するよう
電圧を印加し、そのレベルを調節する。このようにすれ
ば、こもり行を更に低減させることができる。　ｆ　ｗ
ｉｎの変更は単に印加電圧レベルを変えるだけであるか
ら、エンジン回転数が変化して周波数の異なるいくつか
のこもり音を発生する場合であっても、それらを容易に
低減できる。

この例では連通路を２つ設けているが、一つのみもしく
は３つ以上であってもよい。

実施例ではシェイク、エンジンのアイドリング振動、こ
もり行を低減させる例を示したが、この液体討入ブツシ
ュをサスペンションのアームブツシュやトレーリングリ
ンクブツシュとしても使用することができる。

〈発明の効果〉 連通路内に電界をかけて電気粘性流体のみかけの粘度を
上昇させることにより、連通路での圧力損失を変化させ
液体封入ブツシュの動バネ定数、減衰力を制御できる。

勤バネ定数を低くすることにより、アイドル振動及びこ
もり音を低減できる。また、シェイクを減衰効果によっ
て低減できる。

ブツシュ中間筒及び外筒を電極としているため新たな電
極部材は不要であり、簡単な構造（従来の液体封入ブツ
シュの構造と同じ）で動バネ定数、減衰力が変えられる
。

印加電圧レベルの調節によって、連通路内の圧力損失を
変え、ロスファクターピークの周波数や動バネ定数最小
の周波数を制御するので、製造段階におけるこれらの周
波数のバラツキを印加電圧の調整により吸収できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液体封入ブツシュの外筒未装着状態の
第２図中１（−Ｂ断面図であり、第２図は同側面図、第
３図は第１図中Ａ−Ａに相当する外筒装着状態の断面図
である。第４図は同液体封入ブツシュを用いた自動車の
パワーユニット支持装置の例を示す概要図である。第５
図は同液体封入ブツシュの斜視図である。第６図は第５
図中Ｐ部の断面斜視図である。第７図〜第９図は本発明
の他の実施例における中間筒の斜視図である。第１Ｏ図
と第１１図及び第１３図は周波数に対する動バネ定数の
変化を示すグラフである。第１２図はロスファクターの
最大となる周波数を示すグラフである。第１４図は剪断
応力と変形速度との関係を示すグラフである。第１５図
は従来品の一部破断側面図であり、第１６図は同要部破
断側面図である。 （１）内筒　　　　　　　　（２）外筒（３）弾性体　
　　　　　　（４）液室（５）中間筒　　　　　　　　
（６）溝（７）連通路　　　　　　　（８）リード線（
１０）取付ブラケット外筒　（１１）金属メツキ部（１
２）直流電源装置　　　　（１３）コントローラー（１
４）中間筒の窓部　　　　（１５）接続端子以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　同心的又は偏心的に配置した内筒（１）と外筒（２
   ）の間に窓部を少なくとも２個所設けた中間筒（５）を
   配置し、中間筒（５）と内筒（１）との間及び中間筒（
   ５）と外筒（２）との間に弾性体（３）を配設し、弾性
   体（３）の中間筒窓部（１４）の位置に凹部を設けて外
   筒と前記凹部との間でポケットの液室（４）を形成して
   流体を封入し、中間筒の外周に固着した弾性体層に溝部
   を設けて複数の液室（４）間に連通路（７）を設けた弾
   性体ブッシュにおいて、流体に電気粘性流体を用い、中
   間筒（５）の少なくとも外側表面及び外筒の少なくとも
   内側表面が導電性を有したことを特徴とする液体封入ブ
   ッシュ。 ２　中間部（５）及び外筒（２）は電気的に相互に絶縁
   され、正極又は負極の電源に接続されてなる請求項１記
   載の液体封入ブッシュ。 ３　外筒（２）はその内面に絶縁皮膜が形成されてなる
   請求項１記載の液体封入ブッシュ。