(57)【要約】【課題】液体中に発生するキャビテーションに起因する振動だけを検知して評価することのできるキャビテーション評価装置、および、それを用いたキャビテーション評価方法を提供する。【解決手段】キャビテーション評価装置１０は、液体に圧力を加えてこれを送り出す液圧発生装置１と、送り出された液体を通過させる第一流路と、第一流路２に連通し第一流路２より狭い流路断面積を有する第二流路３と、第二流路３に連通し第二流路３より広い流路断面積を有する第三流路４と、第三流路４に取り付けられ第三流路４に発生する振動を検知する振動検知手段５とを具える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に発生させたキャビテーションによる振動を検知することにより、キャビテーションの発生の有無およびその特性を評価する装置において、
液体に圧力を加えてこれを送り出す液圧発生装置と、送り出された液体を通過させる第一流路と、第一流路に連通し第一流路より狭い流路断面積を有する第二流路と、第二流路に連通し第二流路より広い流路断面積を有する第三流路と、第三流路に取り付けられ第三流路に発生する振動を検知する振動検知手段とを具えるキャビテーション評価装置。
【請求項２】
前記液圧発生装置を、前記第一流路をシリンダとして、このシリンダ内を往復変位可能に設けられたピストンで構成してなる請求項１に記載のキャビテーション評価装置。
【請求項３】
前記液圧発生装置を液体ポンプで構成し、液体ポンプの振動が第三流路に伝搬するのを抑制する防振装置を設けてなる請求項１に記載のキャビテーション評価装置。
【請求項４】
前記振動検知手段を、加速度計、速度計、もしくは、変位計で構成してなる請求項１〜３のいずれかに記載のキャビテーション評価装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載されたキャビテーション評価装置を用いたキャビテーション評価方法であって、
前記第二流路で気泡を発生させ、前記第三流路で気泡を消失させ、気泡の消失に伴って発生するキャビテーションによる振動を前記検知手段で検知することにより、キャビテーションの発生の有無およびその特性を評価するキャビテーション評価方法。
【請求項６】
前記振動検知手段として加速計を用い、加速度の絶対値を時間で積分した積分値の大小によってキャビテーションの強さを評価する請求項５に記載のキャビテーション評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に発生させたキャビテーションによる振動を検知することにより、キャビテーションの発生の有無およびその特性を評価するキャビテーション評価装置、および、それを用いたキャビテーション評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、中心部材９１と、この中心部材９１の半径方向外側に軸方向にずれて配置された筒状部材９２と、これらの部材９１、９２の間にこれらの部材９１、９２同士を全周にわたって連結するゴム部材９３を具え、ゴム部材９３の軸方向一方側に、筒状部材９２に液密に取り付けられた仕切り部材９４を配設し、この仕切り部材９４とゴム部材９３との間に主液室９６を形成するとともに、主液室９６の、仕切り部材９４を挟んだ反対側に膜部材９５を設け仕切り部材９４と膜部材９５との間に副液室９７を形成し、仕切り部材９４内に形成したオリフィス９８によりこれらの液室９６、９７を相互に連通させてなる液体封入式防振装置９０は知られており、この装置９０は、中心部材９１と筒状部材９２とが軸方向に相対変位する際の振動を、オリフィス９８を通過する流体の共振作用によって所望の防振性能を付与するよう構成されて、例えば、エンジンを支持しエンジンからの車体側に伝達される振動を低減するのに用いられる。
【０００３】
このような液体封入式防振装置９０において、急激に大きな振動が入力されると異音や異常振動が発生することが分かっていて、このような異音や振動の問題は、近年において、特に自動車におけるエンジンマウントの小型軽量化や、エンジンを含むパワーユニットの静粛性の向上等に伴って、問題が顕在化してきている。この要因は、大きな振動が入力されると、主液室９６内のオリフィス９８入り口を中心に仕切り部材９４付近に気泡が発生し、発生した気泡が消失する際に発せられるエネルギーが水撃圧となって周囲の壁を振動させることによって異音や異常振動が発生させる、いわゆるキャビテーション現象であることが分かってきている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
そして、キャビテーション現象の発生を抑制するためには、正確にその発生のメカニズムを把握し、発生するための条件を精査する等の研究が必要となる。
【特許文献１】特開２００２−２９５５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような目的のために、実際の液体封入式防振装置に振動検出手段を取り付けて、キャビテーションの発生の有無やその強さを評価しようとしても、キャビテーションを発生させるためには、この防振装置を加振手段で加振しなければならず、そのことによって、振動検出手段で検出される振動は、加振手段によって加振された振動とキャビテーションによって発生した振動とが重畳したものとなってしまい、キャビテーションによる振動だけを抽出してキャビテーションの発生の有無やその程度を評価することが難しかった。
【０００６】
この他、例えば液体ポンプとこの液体を配液するパイピングとで構成される液体送出システムにおいて発生するキャビテーションを評価するために、キャビテーションに起因する振動を検知する際にも、同様に、液体ポンプの振動によって送水される振動が重畳されて、キャビテーションだけによる振動を抽出することが難しかった。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、液体中に発生するキャビテーションに起因する振動だけを検知して評価することのできるキャビテーション評価装置、および、それを用いたキャビテーション評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
＜１＞は、液体中に発生させたキャビテーションによる振動を検知することにより、キャビテーションの発生の有無およびその特性を評価する装置において、
液体に圧力を加えてこれを送り出す液圧発生装置と、送り出された液体を通過させる第一流路と、第一流路に連通し第一流路より狭い流路断面積を有する第二流路と、第二流路に連通し第二流路より広い流路断面積を有する第三流路と、第三流路に取り付けられ第三流路に発生する振動を検知する振動検知手段とを具えるキャビテーション評価装置である。
【０００９】
＜２＞は、＜１＞において、前記液圧発生装置を、前記第一流路をシリンダとして、このシリンダ内を往復変位可能に設けられたピストンで構成してなるキャビテーション評価装置である。
【００１０】
＜３＞は、＜１＞において、前記液圧発生装置を液体ポンプで構成し、液体ポンプの振動が第三流路に伝搬するのを抑制する防振装置を設けてなるキャビテーション評価装置である。
【００１１】
＜４＞は、＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、前記振動検知手段を、加速度計、速度計、もしくは、変位計で構成してなるのキャビテーション評価装置である。
【００１２】
＜５＞は、＜１＞〜＜４＞のいずれかのキャビテーション評価装置を用いたキャビテーション評価装置であって、前記第二流路で気泡を発生させ、前記第三流路で気泡を消失させ、気泡の消失に伴って発生するキャビテーションによる振動を前記検知手段で検知することにより、キャビテーションの発生の有無およびその特性を評価するキャビテーション評価方法である。
【００１３】
＜６＞は、＜５＞において、前記振動検知手段として加速計を用い、加速度の絶対値を時間で積分した積分値の大小によってキャビテーションの強さを評価するキャビテーション評価方法である。
【発明の効果】
【００１４】
＜１＞によれば、液体に圧力を加えてこれをを送り出す液圧発生装置と、送り出された液体を通過させる第一流路と、第一流路に連通し第一流路より狭い流路断面積を有する第二流路と、第二流路に連通し第二流路より広い流路断面積を有する第三流路と、第三流路に取り付けられ第三流路に発生する振動を検知する振動検知手段とを具えるので、ベルヌーイの定理より、第一流路より流速の早い第二流路で静圧が低下することによって発生した気泡が、第二流路より流速の遅い第三流路において静圧が高まることによって押し潰されてなくなり、これによってキャビテーション現象を発生させることができ、このとき、第三流路に取り付けられた振動検出手段によって振動を検知することにより、キャビテーションの発生、すなわち、液中で生成された気泡が消失することによって発生する振動にの有無や振動の程度を評価することができる、そして、この装置において、液体を静かに大きな振動を発生させることなく液体を加圧送水することによって、他の原因による振動が重畳されていない、キャビテーションによる振動だけを検知することができる。
【００１５】
＜２＞によれば、前記液圧発生装置を、前記第一流路をシリンダとして、このシリンダ内を往復変位可能に設けられたピストンで構成したので、キャビテーションによる振動以外の大きな振動を発生させることがないので、効率よくキャビテーションによる振動を抽出することができる。
【００１６】
＜３＞によれば、前記液圧発生装置を液体ポンプで構成し、液体ポンプの振動が第三流路に伝搬するのを抑制する防振装置を設けたので、この場合も、キャビテーションによる振動以外の大きな振動が第三流路に伝搬することがないので、効率よくキャビテーションによる振動を抽出することができる。
【００１７】
＜４＞によれば、前記振動手段を、加速度計、速度計、もしくは、変位計で構成したので、一層正確に振動を検知することができる。
＜５＞によれば、前記第二流路で気泡を発生させ、前記第三流路で気泡を消失させ、気泡の消失に伴って発生するキャビテーションによる振動を前記検知手段で検知することにより、キャビテーションの発生の有無およびその特性を評価するので、キャビテーション現象を発生させることができ、また、振動検知手段によりキャビテーションによる振動を評価することができる。
【００１８】
＜６＞によれば、前記振動検知手段として加速計を用い、加速度の絶対値を時間で積分した積分値の大小によってキャビテーションの強さを評価するので、、キャビテーションの強さの程度を効率よく評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る実施形態について図に基づいて説明する。図２は、実施形態のキャビテーション評価装置の構成を示す模式図であり、キャビテーション評価装置１０は、評価対象となる液体に圧力を加えてこれをを送り出す液圧発生装置１と、送り出された液体を通過させる第一流路２と、第一流路２と連通し第一流路２より狭い流路断面積を有する第二流路３と、第二流路３より広い流路断面積を有する第三流路４と、第三流路４に取り付けられ第三流路４に発生する振動を検知する振動検知手段５とを具える。
【００２０】
液圧発生装置１は、前記第一流路２をシリンダとして、この内側を往復変位するピストン１１と、これを駆動する、例えば油圧、水圧、あるいは空圧等によって駆動されるピストン駆動シリンダ１２とを具えて構成される。また、第一流路１には、ピストン１１が後退変位したとき液体を吸入する吸入弁１３が設けられる。
【００２１】
このように構成されたキャビテーション評価装置の作用について説明する。まず、ピストン駆動シリンダ１２を作動させて、ピストン１１を後退させて吸入弁１３から液体を吸い込んで第一流路２内に液体を充満させ、次いで、ピストン１１を前進させる方向にピストン駆動シリンダ１２を作動させて液体を第二流路３内を通過させて第三流路４内に流出させる。
【００２２】
このときの液体の流動において、第一流路２、第二流路３、第三流路４のいずれにおいても、ベルヌーイの定理により、式（１）が成立する。
【数１】
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ただし、ρは液体の密度を、vは流速を、Pは静圧力を、hは高さを表す変数であり、gは重力加速度を表す定数である。
【００２３】
そして、図３〜５は、それぞれ、第一流路２、第二流路３、第三流路４における液体の状態を縦軸に圧力、横軸に温度をとって表すグラフであり、それぞれのグラグにおいて曲線Qより下の領域は気体領域、すなわち、液体中に気泡が発生する領域であり、曲線Qより上の領域は液体状態を維持することのできる液体領域である。
このようなグラフにおいて、液体となっている状態の流体について、その温度を上昇させる、すなわち、流体の状態を、グラフの右方に移動してゆけばこの液体は沸騰する方向に向かい、一方、このような液体の圧力を低下させる、すなわち、流体の状態を、グラフの下方に移動してゆけばこの液体はキャビテーションが発生する方向に向かう。
【００２４】
図３の流体態ポイントＳ１で示すように、第一流路２内では、液圧発生装置１を用いて圧力が高く流速の遅い液体の状態を作り出すことによって、流体が液体状態を保つようにする。
【００２５】
第二流路３では、第一流路２より流路断面積が狭く設定されていて、したがって、流速が速く、その分、ベルヌーイの定理によって圧力が低下し、図４に示すように、流体によっては、この状態に対応する流体態ポイントＳ２は気体状態の範囲にあり、この状態に流体では気泡が精製されている。
【００２６】
最後に、第三流路４では、第二流路３より流路断面積が広く設定されていて、したがって、流速が遅くなり、ベルヌーイの定理によって、流速の低下に伴って圧力が上昇し、図５に示すように、この流体は液体の状態（流体状態ポイントＳ３）となり気泡が消滅する。そして、気泡が消滅するとき、高圧となってシステムに異常振動や異常音響が発生することとなるのである。
【００２７】
そして、異常振動や異常音響が発生した際、第三流路４に振動検知手段、例えば、加速度センサ５を取り付けてこの加速度入力を測定することによって振動を検知し、その振動の大きさによってキャビテーションの発生の有無、および、その強さを知ることができる。
【００２８】
ここで、第一流路２をシリンダとして、その内径に対応する外径を有するピストン１１を、ピストン駆動シリンダ１２によって、静かに前進させることによって、第三流路４を加振することなく、キャビテーションを発生させることができ、このことによって、加速度センサ５で検知する振動は、ほとんど、キャビテーションに起因するものとなり、キャビテーションの発止の有無および程度を正確に捉えることができる。
【００２９】
図９（ａ）は、図２に示すた装置１０によってキャビテーションを発生させ、その振動を加速度センサ５で検知したときのデータを、横軸に時間を、縦軸に加速度の大きさをとって示したグラフであり、区間Ａは、キャビテーションが発生した時間帯を表していて、図から明かなようにキャビテーションが発生した時間帯にだけ振動が現れているので、これをキャビテーションによる振動として扱うことができ、この装置の場合、容易に、キャビテーションの発生の有無や強さの程度を知ることができる。
【００３０】
これに対して、図９（ｂ）は、従来のように実機（実際には、液体封入式防振装置に加速度センサを取り付けたもの）を加振することによってキャビテーションを発生させたときの加速度センサによって検知されたデータを、図９（ａ）と同じように、横軸に時間を、縦軸に加速度の大きさをとって示すグラフであり、加振装置に起因する振動は、図中の区間Ｂ〜区間Ｅまで連続して検知されているのに対して、キャビテーションに起因する振動は、区間Ｂ、区間Ｄ、および、区間Ｅにだけ生じていて、これらの区間においては、これらの、原因の異なる２つの振動が重畳された波形が現れる。このような場合、キャビテーションに起因するものだけを抽出することが難しく、従って正確に、キャビテーションの発生の有無や大きさの程度を知ることが困難となる。
【００３１】
キャビテーションの程度を評価するメジャーとして、図７に、横軸に時間を、縦軸に加速度の大きさをとったグラフにおいてハッチングをつけた部分として示すように、所定時間ｔに対して、加速度の絶対値を時間で積分した時間積分値の大小によってキャビテーションの強さを評価するのが好ましい。キャビテーションの強さの程度が大きければこの値も比例的に大きくなるからであり、また、データの処理がやりやすいからでもある。
【００３２】
図８は、実施形態の第一の変形例を示す模式図であり、この変形例のキャビテーション評価装置１０Ａが、実施形態の装置１０と異なっているのは、液圧発生装置として、ピストン１１の代わりに例えばゴム材料よりなる弾性壁１１Ａを配置している点であり、これによっても、振動を生じることなく、液体を送り出し、発生したキャビテーションによる振動だけを検知するようにすることができる。
【００３３】
図９は、実施形態の第二の変形例を示す模式図であり、この変形例のキャビテーション評価装置１０Ｂのように、第二流路３をシリンダとして、このシリンダ内を、その内径に対応するピストン１１Ｂを前進させることにより流体に流速を付与することもできる。
【００３４】
図１０は、実施形態の第三の変形例を示す模式図であり、この変形例のキャビテーション評価装置２０は、液圧発生装置としての液体ポンプ２１と、液体ポンプ２１より送出された液体を通過させる第一流路２２と、第一流路２２と連通し第一流路２２より狭い流路断面積を有する第二流路２３と、第二流路２３より広い流路断面積を有する第三流路１４と、第三流路２４に取り付けられ第三流路２４に発生する振動を検知する振動検知手段５とを具える。
【００３５】
このように、液圧発生装置として液体ポンプ２１を用いることもできるが、液体ポンプ２１はその回転に伴う振動が発生するので、この振動が、振動検知手段５の取り付けられている第三流路２４に伝播しないようにする必要があり、１５は、このような、液体ポンプ２１からの振動の、第三流路２４への伝播を防止する防振装置である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る防振装置は、自動車のエンジンマウントやボディマウントとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】キャビテーションを発生させるものの例としての液体封入式防振装置を示す断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態のキャビテーション評価装置を示す模式図である。
【図３】第一流路における液体の状態を表すグラフである。
【図４】第二流路における液体の状態を表すグラフである。
【図５】第三流路における液体の状態を表すグラフである。
【図６】加速度計で計測される振動データを表すグラフである。
【図７】キャビテーションの強さの評価に用いる、加速度の絶対値を時間で積分した積分値を表すグラフである。
【図８】実施形態の第一変形例のキャビテーション評価装置を示す模式図である。
【図９】実施形態の第二変形例のキャビテーション評価装置を示す模式図である。
【図１０】実施形態の第三変形例のキャビテーション評価装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    液圧発生装置
２    第一流路
３    第二流路
４    第三流路
５    振動検知手段
１０、１０Ａ、１０Ｂ    キャビテーション評価装置
１１    ピストン
１１Ａ    弾性壁
１１Ｂ    ピストン
１２    ピストン駆動シリンダ
１３    吸入弁
１５    防振装置
２０    キャビテーション評価装置
２１    液圧発生装置
２２    第一流路
２３    第二流路
２４    第三流路
【図１】
2010019644.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010019644.tif 000007
【図５】
2010019644.tif 000008
【図６】
2010019644.tif 000009
【図７】
2010019644.tif 000010
【図８】
2010019644.tif 000011
【図９】
2010019644.tif 000012
【図１０】
2010019644.tif 000013