(57)【要約】【課題】ダンパ等の減衰部材を設けることなく良好な振動絶縁性能を発揮するコンパクトで安価な振動絶縁装置を提供すること。【解決手段】ベースプレート２に対しプラットホーム４を揺動自在に支持する複数の弾性手段を設け、弾性手段の少なくとも一つをダッフィング型スプリング６で構成した。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートと、該ベースプレートに対し揺動自在のプラットホームと、該プラットホームを揺動自在に支持する複数の弾性手段とを備えた振動絶縁装置であって、
上記複数の弾性手段の少なくとも一つがダッフィング型スプリングであることを特徴とする振動絶縁装置。
【請求項２】
上記ダッフィング型スプリングが、磁気ばねと弾性部材とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の振動絶縁装置。
【請求項３】
上記磁気ばねが、所定距離離間した反発系の固定磁石対と、該固定磁石対の間に設けられた可動磁石とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の振動絶縁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン等の振動源からの振動を絶縁するための振動絶縁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動源からの振動を周囲に極力伝達しないようにするため、振動源は振動絶縁装置により周囲から絶縁されており、例えば車両用エンジンはエンジンマウントを介して車体フロア上に載置されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
金属ばね等の弾性部材とオイルダンパ等の減衰部材とで構成される１自由度の振動絶縁装置（制振装置）は、振動体の運動をオイルの流れに変え、その中で運動エネルギーを熱に変えることで減衰力を与えている。しかしながら、この熱がオイルダンパの筐体の中で蓄熱されることにより、オイルダンパの減衰力に変化が生じたり、オイルダンパの取り付け部から振動が伝わりやすいという問題があった。
【０００４】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ダンパ等の減衰部材を設けることなく良好な振動絶縁性能を発揮するコンパクトで安価な振動絶縁装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、ベースプレートと、該ベースプレートに対し揺動自在のプラットホームと、該プラットホームを揺動自在に支持する複数の弾性手段とを備えた振動絶縁装置であって、上記複数の弾性手段の少なくとも一つがダッフィング型スプリングであることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、上記ダッフィング型スプリングが、磁気ばねと弾性部材とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
さらに、請求項３に記載の発明は、上記磁気ばねが、所定距離離間した反発系の固定磁石対と、該固定磁石対の間に設けられた可動磁石とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明にかかる振動絶縁装置Ｍを示しており、特にエンジンからの振動を周囲に極力伝達しないように設計されたエンジンマウントを示している。
【０００９】
図１に示されるように、この振動絶縁装置Ｍは、ベースプレート２と、ベースプレート２に対し揺動自在に取り付けられ振動源（図１ではエンジン）Ｅが載置されるプラットホーム４とを備えており、ベースプレート２とプラットホーム４との間に、ダッフィング型スプリング６と、コイルスプリング等の金属ばね８とが設けられている。この振動絶縁装置Ｍはさらに、フレームＦに取り付けられたサポート部材１０と振動源Ｅとの間に設けられたコイルスプリング等の金属ばね１２を備えている。
【００１０】
図２及び図３に示されるように、ダッフィング型スプリング６は、周期磁界型磁気回路による周期型のばね定数を持つ磁気ばねユニット１４とコイルスプリング等の金属ばね１６とを有し、磁気ばねユニット１４は、永久磁石４個で構成される反発系（同一磁極が対向する系）の２極磁石対（固定磁石）１８と、所定距離離間した２極磁石対１８の空隙間を運動する永久磁石（可動磁石）２０とにより構成されている。図３（ｂ）に示される磁石配置では、２極磁石対１８は内側に対向させてＮ極及びＳ極が上下に配置され、可動磁石２０はＮ極及びＳ極が上下に配置されている。また、固定磁石１８は枠体２１の内部に収容されており、枠体２１はボールジョイント２２を介してベースプレート２に取り付けられるとともに、可動磁石２０も同様にボールジョイント２４を介してプラットホーム４に取り付けられ、ボールジョイント２２，２４は自由度３のジョイントとして採用されている。一方、金属ばね１６は、下端がベースプレート２に設けられたサポート部材２６に取り付けられており、上端はプラットホーム４に取り付けられている。
【００１１】
また、金属ばね８は、ダッフィング型スプリング６を構成する金属ばね１６と同様に、下端がベースプレート２に設けられたサポート部材２８に取り付けられており、上端はプラットホーム４に取り付けられている。
【００１２】
この振動絶縁装置Ｍは、経年劣化の少ない金属ばね８，１２と周期磁界型磁気回路１４を利用した減衰比可変機構６により構成された制振装置であり、振動源Ｅが取り付けられているプラットホーム４の運動挙動により系のばね定数が変化し、振幅依存性のある減衰比により振動絶縁するものである。
【００１３】
次に、図３に示されるように、固定磁石１８を１０×８×８ｍｍの４個の永久磁石からなる２極磁石対と可動磁石２０を１０×１０×８ｍｍの永久磁石により構成し、固定磁石１８と可動磁石２０間に１ｍｍの隙間を設けた場合を例にとり、その特性を説明する。
【００１４】
図４は上記構成の磁気ばねユニット１４の平衡点と、正と負のばね定数が交互に現れる周期型の変位−荷重特性を示しており、図５は平衡点での磁束分布を示している。図５の磁束分布から分るように、中央部に配置された磁石（可動磁石２０）は反発力が作用する状態にあり、不安定状態にある。
【００１５】
図６は上記構成の磁気ばねユニットと金属ばねで構成される制振装置（以下、ダッフィング型マウントと呼ぶ）の模式図を示している。
【００１６】
図６に示されるように、負荷質量ｍ（エンジンＥ）は、磁気ばねユニットＡ（磁気ばねユニット１４：ばね定数ｋＡ）、金属ばねＢ（金属ばね１６：ばね定数ｋＢ）、金属ばねＣ（金属ばね８：ばね定数ｋＣ）及び金属ばねＤ（金属ばね１２：ばね定数ｋＤ）により支持されており、磁気ばねユニットＡの負のばね定数ｋＡと金属ばねＢの正のばね定数ｋＢを複合することによりダッフィング型非線形のばね定数を作っている。
【００１７】
なお、磁気ばねユニットＡは、平衡点ではばね力が零となり支持荷重に影響を与えないので、プラットホーム４はベースプレート２に対し、ばね定数の異なるもので支持されているが、平行を保っている。そして、金属ばねＤも自由度３のボールジョイントで固定され、線形のばね定数を持っている。
【００１８】
図７は、上述した磁気ばねユニットＡ、金属ばねＢ，Ｃ，Ｄの特性を示しており、ｍ＝２０．０ｋｇのとき、各ばねのばね定数は次のとおりである。
ｋＡ＝−７１６７Ｎ／ｍ
ｋＢ＝１１４４４Ｎ／ｍ
ｋＣ＝１１４４４Ｎ／ｍ
ｋＤ＝　３５２８Ｎ／ｍ
【００１９】
（減衰比可変機構のメカニズム）
負荷荷重２０ｋｇを有するダッフィング型マウントの運動挙動を変位励振により実験し、入力波として１〜２０Ｈｚ、片振幅０．１ｍｍで一定の正弦波を用いた。測定は、ダッフィング型マウントとダッフィング型マウントから磁気ばねユニットを取り除いたスプリングマウントについて行った。
【００２０】
図８はベースプレート２上の点ｂ’とプラットホーム４上の点ｂ間の振動伝達率を示しており、図９はプラットホーム４上の点ｂに対する点ｃの位相遅れを示している。また、図１０（ａ）及び（ｂ）は、ダッフィング型マウント及びスプリングマウントにおける点ｂ及び点ｃの点ｂ’に対する相対変位をそれぞれ示している。
【００２１】
図８よりスプリングマウントの共振点は５．５Ｈｚにあることが分る。ところが、ダッフィング型マウントの共振点は４．７Ｈｚに移動し、共振点のゲインも４８から８に低減している。図９よりダッフィング型マウントでは６〜７Ｈｚの間で位相遅れが０から１８０度となり、運動の挙動が変化していることが分る。
【００２２】
一方、動揺中心が点ｂから無限大にある場合のプラットホーム４は垂直方向に往復運動を行う。往復運動を行っている場合は、図１１（ａ）に示されるように位相遅れは生じない。他方、動揺中心が点ｂに近接してくると図１１（ｂ）に示されるように揺動が生じる。この揺動により金属ばねＢの振幅より磁気ばねユニットＡの振幅が大きくなりダッフィング型スプリングのばね定数が変化する。すると、ダッフィング型マウントのばね定数も変化する。したがって、ダッフィング型マウントの減衰比は振幅依存性を持つ。
【００２３】
図１２、図１３及び表１はタイプ１，２（図１１参照）におけるダッフィング型スプリングとダッフィング型マウントのばね定数を示している。
なお、スプリングマウントの運動はタイプ１のみであった。
【表１】
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【００２４】
（減衰比比較）
図１４及び図１５は、それぞれダッフィング型マウントとスプリングマウントの自由振動波形を示しており、変位量は各タイプの共振時の状態を再現したものである。また、図１６はこれらの自由振動波形の極値間の全振幅比から求めたもので、直線の傾き角から粘性減衰係数が読み取れる。
【００２５】
図１６よりダッフィング型マウントは振幅に対応して２種類の減衰比を持つ一方、スプリングマウントは振幅に依存せず単一の減衰比であることが分る。
これらの図より算出した減衰比を表２に示す。
【表２】
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【００２６】
（振動伝達率の解析）
図１７は、ダッフィング型マウントのタイプ１とスプリングマウントの振動伝達率を表１及び表２の数値を用いて解析した結果を示しており、解析値と実測値がよく一致していることが分かる。
【００２７】
（変位−力のリサージュ図形比較）
図１８は、共振時のダッフィング型マウントの図１１に示されるタイプ１及びタイプ２と、スプリングマウントのタイプ１における変位−力のリサージュ図形を示しており、測定点は図６（ａ）に示される点ｂである。
【００２８】
ダッフィング型マウントでは、スプリングマウントより変位がタイプ１で１８％、タイプ２で３％に減少していることが分る。すなわち、ばね要素だけで変位を抑制することが可能なことを示している。
【００２９】
なお、上記実施の形態において、本発明にかかる振動絶縁装置Ｍは、振動源Ｅを横方向から支持する一つの金属ばね１２を備えているが、振動源Ｅを横方向から支持する金属ばね１２は必ずしも必要ではなく、この金属ばね１２に代えて、ベースプレート２とプラットホーム４との間に金属ばね、ゴム等の弾性手段を配設してもよく、さらにこの弾性手段をダッフィング型スプリングに置換してもよい。同様に、上記実施の形態において、ベースプレート２とプラットホーム４との間に配設された金属ばね８をダッフィング型スプリングに置換することもできる。すなわち、本発明にかかる振動絶縁装置は、少なくとも一つのダッフィング型スプリングを含む複数の弾性手段により構成されるものであり、複数の弾性手段のすべてがダッフィング型スプリングであってもよい。
【００３０】
また、上記実施の形態では、ダッフィング型スプリングを磁気ばねと金属ばねとで構成したが、必ずしもこの組み合わせに限られるものではなく、金属ばねに代えてゴム等の他の弾性部材を使用することもできる。
【００３１】
【実施例】
図１に示される制振装置のプラットホーム４に振動源として４サイクル１３５ｃｃ単気筒エンジン（質量２０ｋｇ）を固定して実験を行った。振動絶縁性能の比較は、プラットホーム４とベースプレート２の間に動揺を小さくできるダッフィング型スプリングＡ，Ｂと金属ばねＣ，Ｄによるものと、図１９に示される従来の防振ゴムをダッフィング型スプリングＡ，Ｂと金属ばねＣ，Ｄの代わりに２個取り付けたもので行った。図２０は、従来の防振ゴムの変位−荷重特性を示している。
【００３２】
本実験では、クランク回転力が大きく振動に寄与する最大回転数（３７５０ｒｐｍ）時と、ガス圧力の影響も生じるアイドリング状態（１６５０ｒｐｍ）の２つの回転数で加速度を計測した。
【００３３】
なお、制振装置は、図１に示されるように、フレームＦの下端部４隅にそれぞれラバー３０（ばね定数ｋＦ＝５７２３７Ｎ／ｍ）を取り付けている。
【００３４】
また、ベースプレート２の振動により発生する固体音を計測した。この固体音測定では、ラバー３０を取り除き、実験装置を共鳴材のテーブル上に配置しマイクロフォンで音圧を計測した。なお、マイクロフォンの周囲を吸音材で囲み、回り込みによる空気音を軽減した。解析は１／３オクターブバンド実時間分析器で行った。
【００３５】
（振動絶縁性能）
図２１及び図２２は、エンジンの回転数を１６５０ｒｐｍに保った場合のプラットホーム４とベースプレート２の加速度をそれぞれ示している。図２３及び図２４は同様に、３７５０ｒｐｍ時のプラットホーム４とベースプレート２の加速度をそれぞれ示している。
【００３６】
図２１乃至図２４のグラフから分かるように、エンジンの回転周波数と同一及び２倍の周波数に、慣性力の１次成分、２次成分による加速度のピークが現れている。また、エンジンの回転数に相当する周波数の１／２の周波数にも加速度ピークが見られる。これはエンジンのガス圧力のためと考えられる。
【００３７】
表３は振動加速度レベルを示しており、振動加速度実効値を振動加速度基準値（１０−５ｍ／ｓ２）で除して対数表示したものである。
【００３８】
表３から分かるように、ダッフィング型マウントの振動絶縁性能はラバーマウントと比較して優れており、振動加速度レベルで８．９〜２６ｄＢ低減した。
【表３】
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【００３９】
（固体伝搬音の減衰性能比較）
図２５及び図２６は、それぞれエンジン回転数１６５０ｒｐｍ（２７．５Ｈｚ）及び３７５０ｒｐｍ（６２．５Ｈｚ）でラバーマウントまたはダッフィング型マウントを取り付けた時の音圧レベル（Ｆｌａｔ特性）を示している。
【００４０】
図２５から、ラバーマウントではエンジン回転数（１６５０ｒｐｍ）に相当する周波数の２７．５Ｈｚ付近と２倍の周波数の５５Ｈｚ付近に大きな音圧レベルを確認することができる。一方、ダッフィング型マウントでは、これらの周波数帯の音圧レベルは計測範囲の下限値（４０ｄＢ）以下であった。
【００４１】
図２６から、ラバーマウントではエンジン回転数（３７５０ｒｐｍ）に相当する周波数６２．５Ｈｚ付近と２倍の周波数の１２５Ｈｚ付近に大きな音圧レベルを確認することができる。一方、ダッフィング型マウントでは音圧レベルが２０〜３０ｄＢ　程度低減した。
【００４２】
ラバーマウントからダッフィング型マウントに変更することで往復質量慣性力に起因する騒音の低減が可能となることが分った。
【００４３】
なお、２００Ｈｚ付近の騒音があまり低減できていないのは固体音ではなく、空気音の回り込みの影響と思われる。
【００４４】
以上より、次のことが確認できた。
（１）線形ばねとダッフィング型の非線形ばねの組み合わせにより、１自由度のばね−質量系の質量に働くばね定数と減衰比を可変にすることができる。この減衰比は振幅依存性を持ち、変位励振に対して高い振動絶縁性能を持つ。
（２）４サイクル単気筒エンジンが振動していない状態で線形ばねとダッフィング型の非線形ばねによるばね力を同一にして平衡状態を作る。すると、エンジンを作動させても、高い振動絶縁性と固体音の音圧レベルを低減することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明のうちで請求項１に記載の発明によれば、ベースプレートに対しプラットホームを揺動自在に支持する複数の弾性手段の少なくとも一つをダッフィング型スプリングで構成したので、ダンパ等の減衰部材を設けることなく良好な振動絶縁性能を発揮する振動絶縁装置を提供することができる。
【００４６】
また、請求項２に記載の発明によれば、ダッフィング型スプリングを、磁気ばねと弾性部材とで構成したので、簡素な構成で安価な振動絶縁装置を提供することができる。
【００４７】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、磁気ばねを、所定距離離間した反発系の固定磁石対と、固定磁石対の間に設けられた可動磁石とで構成したのでダッフィング型スプリングをコンパクトに製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる振動絶縁装置にエンジンを取り付け、振動絶縁性能及び固体伝播音の減衰性能を測定したときの実験装置の斜視図である。
【図２】図１の振動絶縁装置に設けられたダッフィング型スプリングの斜視図である。
【図３】図２のダッフィング型スプリングに設けられた磁気ばねユニットを示しており、（ａ）はその全体構成を示す斜視図であり、（ｂ）は磁石配置を示す斜視図である。
【図４】図３の磁気ばねユニットの変位−荷重特性を示すグラフである。
【図５】図３の磁気ばねユニットの磁束分布図である。
【図６】図１の振動絶縁装置の模式図を示しており、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図７】図１の振動絶縁装置に設けられた磁気ばねユニット及び各金属ばねの変位−荷重特性を示すグラフである。
【図８】ダッフィング型マウント及びスプリングマウントの振動伝達率を示すグラフである。
【図９】ダッフィング型マウント及びスプリングマウントの位相遅れ角を示すグラフである。
【図１０】各マウントにおける特定の点の相対変位を示しており、（ａ）はダッフィング型マウントの相対変位を示すグラフで、（ｂ）はスプリングマウントの相対変位を示すグラフである。
【図１１】ダッフィング型マウントの振動タイプを示しており、（ａ）は位相遅れが生じていない場合を示す模式図で、（ｂ）は位相遅れが生じた場合を示す模式図である。
【図１２】ダッフィング型スプリング及びダッフィング型スプリングを構成する各ばねの位相遅れが生じない場合の変位−荷重特性を示すグラフである。
【図１３】ダッフィング型スプリング及びダッフィング型スプリングを構成する各ばねの位相遅れが生じる場合の変位−荷重特性を示すグラフである。
【図１４】ダッフィング型スプリングの自由振動波形を示しており、（ａ）は位相遅れが生じない場合のグラフで、（ｂ）は位相遅れが生じる場合のグラフである。
【図１５】スプリングマウントの自由振動波形を示すグラフである。
【図１６】各マウントの振幅比を示しており、（ａ）はダッフィング型マウントの振幅比を示すグラフで、（ｂ）はスプリングマウントの振幅比を示すグラフである。
【図１７】ダッフィング型マウント及びスプリングマウントの振動伝達率を示すグラフである。
【図１８】ダッフィング型マウント及びスプリングマウントの変位−力のリサージュ図形を示すグラフである。
【図１９】比較例として使用した従来の防振ゴムの斜視図である。
【図２０】図１９の防振ゴムの変位−荷重特性を示すグラフである。
【図２１】エンジン回転数が１６５０ｒｐｍの場合のダッフィング型マウント及びラバーマウントのプラットホームの加速度を示すグラフである。
【図２２】エンジン回転数が１６５０ｒｐｍの場合のダッフィング型マウント及びラバーマウントのベースプレートの加速度を示すグラフである。
【図２３】エンジン回転数が３７５０ｒｐｍの場合のダッフィング型マウント及びラバーマウントのプラットホームの加速度を示すグラフである。
【図２４】エンジン回転数が３７５０ｒｐｍの場合のダッフィング型マウント及びラバーマウントのベースプレートの加速度を示すグラフである。
【図２５】ダッフィング型マウント及びラバーマウントを取り付けた時のエンジン回転数が１６５０ｒｐｍの場合の音圧レベルを示すグラフである。
【図２６】ダッフィング型マウント及びラバーマウントを取り付けた時のエンジン回転数が３７５０ｒｐｍの場合の音圧レベルを示すグラフである。
【符号の説明】
２　ベースプレート、
４　プラットホーム、
６　ダッフィング型スプリング、
８，１２，１６　金属ばね、
１０，２６，２８　サポート部材、
１４　磁気ばねユニット、
１８　固定磁石、
２０　可動磁石、
２１　枠体、
２２，２４　ボールジョイント、
３０　ラバー、
Ｅ　振動源、
Ｆ　フレーム、
Ｍ　振動絶縁装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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