JP2008121779A - 弾性体スプリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より耐久性の高い弾性体スプリング装置を提供すること
【解決手段】
ある一点を共有するよう同心的に配置されるアウターハウジング、第一のインナーハウジング及び第二のインナーハウジングと、このアウターハウジングと第一のインナーハウジングとの間に設けられる複数の第一の弾性体と、第一のインナーハウジングと第二のインナーハウジングとの間に設けられる複数の第二の弾性体と、を有する弾性体スプリング装置とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、弾性体スプリング装置に関する。

弾性スプリング装置は、振動側から伝達される振動や衝撃を緩和する装置であって、例えばいわゆるサスペンションとして車両等に搭載されている。

従来の弾性スプリング装置は、弾性体（例えばゴム）に大きな変形を与えて所望の回転角度を得ていた。例えば下記特許文献１には、アウターパイプ内にゴム部材を加硫接着させ、このゴム部材を介在させてアウターパイプ内にトルク用金具を同心的に配置したナイトハルトバネが開示されている。
特開２００４−５２８８０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術であっても、大きな回転角を生み出すためには、やはりゴム部材に対して大きな変形を負荷させなければならず、ゴム部材の大きな変形は耐久性の低下をもたらしてしまうといった問題がある。

そこで、本発明は、上記課題を解決し、より耐久性の高い弾性体スプリング装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を行ったところ、アウターハウジング内に複数のインナーハウジングを同心的に配置することで、振動や衝撃を段階的に緩和することができ、ゴム部材の変形を緩和し、耐久性を向上させることができる点に想到し、本発明を完成させるに至った。

即ち、上記課題を解決する一手段に係る弾性体スプリング装置は、ある一点を共有するよう同心的に配置されるアウターハウジング、第一のインナーハウジング及び第二のインナーハウジングと、アウターハウジングと第一のインナーハウジングとの間に設けられる複数の第一の弾性体と、第一のインナーハウジングと第二のインナーハウジングとの間に設けられる複数の第二の弾性体と、を有する。

また、この手段において、限定されるわけではないが、アウターハウジングは、ある一点を通る第一の直線と略平行な端面を有する内側突起部を有し、第一のインナーハウジングは、ある一点を通る第二の直線と略平行な端面であって、かつ、アウターハウジングにおける内側突起部の端面に対向する外側突起部を有し、第一の弾性体は、アウターハウジングにおける内側突起部の端面と、第一のインナーハウジングにおける外側突起部の端面との間に配置されていることが好ましく、第一の弾性体も、前記第一の直線と略平行な端面及び前記第二の直線と略平行な端面を有することがより好ましい。

また、この手段において、限定されるわけではないが、第一のインナーハウジングは、ある一点を通る第三の直線と略平行な端面を有する内側突起部を有し、第二のインナーハウジングは、ある一点を通る第四の直線と略平行な端面であって、かつ、第一のインナーハウジングにおける内側突起部の端面に対抗する外側突起部を有し、第二の弾性体は、第一のインナーハウジングにおける内側突起部の端面と、第二のインナーハウジングにおける外側突起部の端面との間に配置されていることが好ましく、第二の弾性体も、第三の直線と略平行な端面及び第四の直線と略平行な端面を有することがより好ましい。

また、この手段において、限定されるわけではないが、第一の直線と第三の直線は、第二のインナーハウジングが前記アウターハウジングに対して回転していない状態において同じであることが好ましく、また第二の直線と第四の直線は、第二のインナーハウジングが前記アウターハウジングに対して回転していない状態において同じであることも好ましい。

また、この手段において、限定されるわけではないが、第一の弾性体の数と、第二の弾性体の数とが同じであることが好ましく、第一の弾性体における圧縮応力は、前記第二の弾性体における圧縮応力よりも小さいことがより好ましい。

以上、本発明により、より耐久性の高い弾性体スプリング装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書においては同一又は同様の機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る弾性体スプリング装置（以下「本弾性体スプリング装置」ともいう。）の概略斜視図であり、図２は、本実施形態に係る弾性体スプリング装置の概略断面図である。なお、図２は、図１に示されるｘｙ平面で弾性体スプリング装置を切断した場合の図である。

図２で示すように、本弾性体スプリング装置１は、ある一点（以下「中心点」という。）１１を共有するよう同心的に配置されるアウターハウジング２、第一のインナーハウジング３及び第二のインナーハウジング４と、アウターハウジング２と第一のインナーハウジング３との間に設けられる３個の第一の弾性体５ａ、５ｂ、５ｃと、第一のインナーハウジング３と第二のインナーハウジング４との間に設けられる３つの第二の弾性体６ａ、６ｂ、６ｃと、を有している。

アウターハウジング２は、本弾性体スプリング装置１の外観を形成する主要な部材の一つであって、第一のインナーハウジング３及び第二のインナーハウジング４を格納することができる部材である。アウターハウジング２は、限定されるわけではないが、内側に円筒形状の空間を有することを基本とし、この内側には、中心点１１を通る第一の直線１２と略平行な端面２１１を有する内側突起部２１を有して構成されている。限定されるわけではないが内側突起部２１は、衝撃や振動により生じる圧縮応力を後述の第一の弾性体それぞれに均等に分散させるため、中心点１１を中心点とする円の周方向に対して規則的に（均等に）配置されていることが好ましく、例えば、周方向に対し、（３６０／Ｍ）度毎（Ｍは内側突起部２１の数）に形成されていることが好ましい（図２では３の例を示している。）。アウターハウジング２の材質としては十分な硬さを有する限りにおいて限定されることなく周知のものを採用することができるが、例えば鉄等の金属やその合金が好適である。なおアウターハウジング２は、例えば第一の軸２２（図１参照）に接続されており、装置外部の振動源（図示省略）に接続されている。

第一のインナーハウジング３は、アウターハウジング２内に配置されるとともに、この内部に第二のインナーハウジング４を格納することができるものである。第一のインナーハウジング３は、限定されるわけではないが、円筒形状を基本とし、外側には中心点１１を通る第二の直線１３と略平行であって、かつ、アウターハウジング２における内側突起部２１の端面２１１と第一の弾性体５ａ、５ｂ又は５ｃを挟んで対向するよう配置される端面３１１を有する外側突起部３１を複数（アウターハウジング２における内側突起部２１の数と同じ数だけ）有して構成されている。また更に、第一のインナーハウジング３は、内側に、中心点１１を通る第一の直線１２と略平行な端面３２１を有する内側突起部３２を複数有して構成されている。この内側突起部３２の数については、上記のアウターハウジングにおける内側突起部２１と同様であり、限定されるわけではないが、中心点１１を中心とする円の周方向に対して均等に配置されていることが好ましく、例えば、周方向に対し、（３６０／Ｎ）度毎に形成されていることが好ましい（図２の例はＮが３の例である。）。なお、第一のインナーハウジング３における外側突起部３１と内側突起部３２の数は同じであることが衝撃、振動の緩和をより容易に設計、実現しやすい点において好ましい。第一のインナーハウジング３の材質としては十分な硬さを有する限りにおいて限定されることなく周知のものを採用することができ、例えば鉄等の金属やその合金が好適であり、この材質はアウターハウジング２と同じであっても、異なっていても良い。

第一の弾性体５ａ、５ｂ、５ｃは、力が加えられた場合変形し、この力が除かれれば元の寸法に戻る性質を有するものである。この性質を有する限り、第一の弾性体は限定されることなく種々の材質を使用することができるが、例えばゴムが好ましい。本実施形態における第一の弾性体は、限定されるわけではないがいずれも同じ材質、形状であることが好ましく、第一の弾性体の各々は、アウターハウジング２の内側面２３１、第一のインナーハウジングの外側面３３１、アウターハウジング２の内側突起部２１の端面２１１、第一のインナーハウジング３の外側突起部３１の端面３１１で囲まれる領域に嵌め込まれるように配置されている。

第二のインナーハウジング４は、第一のインナーハウジング３内に配置されるものである。第二のインナーハウジング４は、限定されるわけではないが、円筒形状を基本とし、外側には中心点１１を通る第二の直線１３と略平行であって、かつ、第一のインナーハウジング３における内側突起部３２の端面３２１と第二の弾性体６ａ、６ｂ又は６ｃを挟んで対向するよう配置される端面４１１を有する外側突起部４１を複数（第一のインナーハウジング３における内側突起部３２と同数）有して構成されている。第二のインナーハウジング３の材質としては十分な硬さを有する限りにおいて限定されることなく周知のものを採用することができ、例えば鉄等の金属やその合金が好適であり、この材質はアウターハウジング２、第一のインナーハウジング３と同じであっても、異なっていても良い。なお、本実施形態において第二のインナーハウジングは第二の軸４２を介して外部の振動源（図示省略）と接続されている。

第二の弾性体６ａ、６ｂ、６ｃは、力が加えられた場合変形し、この力が除かれれば元の寸法に戻る性質を有するものである。この性質を有する限り、第一の弾性体は限定されることなく種々の材質を使用することができるが、例えばゴムであることが好適である。本実施形態における第二の弾性体は、限定されるわけではないがいずれも同じ材質、形状であることが好ましく、第一の弾性体の数と第二の弾性体の数とは、同じであることが設計容易の観点から好ましい。また第二の弾性体の各々は、第一のインナーハウジング３の内側面３４１、第二のインナーハウジングの外側面４３１、第一のインナーハウジング３の内側突起部３２の端面３２１、第二のインナーハウジング４の外側突起部４１の端面４１１で囲まれる領域に嵌め込まれるように配置されている。ただし、本実施形態において、ある割合だけ変形させために必要な第一の弾性体に対する圧縮応力は、同じ割合だけ変形させるために必要な第二の弾性体に対する圧縮応力よりも小さいことが好ましい。

本実施形態に係る弾性体スプリング装置は、上記の構成により、より耐久性の高い弾性体スプリング装置となる。ここで、この原理、動作について説明する。なお、この動作においてはアウターハウジング２を基準に、第二のインナーハウジング４が（装置外部の振動源の振動により）回転する場合を説明する。この回転した場合の図を図３に示す。図３は、第二のインナーハウジング４及び第一のインナーハウジング３が反時計回りに回転した場合の図である。

まず、第二のインナーハウジング４が回転すると、第二のインナーハウジング４の外側突起部４１の端面４１１は、第二の弾性体６ａを押し始める。すると第二の弾性体６ａは圧縮応力を受けて変形するとともに、第一のインナーハウジング３の内側突起部３２の端面３２１を押し始める。第一のインナーハウジング３は、この力を受けて回転し、第一のインナーハウジングの外側突起部３１の端面３１１を介して第一の弾性体５ａを面で押し始める。すると第一の弾性体は、アウターハウジング２における内側突起部２１の端面２１１との間で圧縮応力を受けて変形する。即ち、本実施形態に係る弾性体スプリング装置は、第一の弾性体と第二の弾性体とを連結させて装置外部からの振動を円周方向に段階的に吸収、緩和することができるようになり、たとえ軸の（第二のインナーハウジングの）回転角が大きくても弾性体一つあたりに加わる圧縮変形負荷を軽減させることができ、更には、アウターハウジングに対する第二のインナーハウジングの回転角度の限界をより大きくすることができるようになる。特に、本実施形態における弾性体スプリング装置は、極めて簡便な構成であり、小型化も可能となるという利点も有する。

以上、本実施形態により、より耐久性の高い弾性体スプリング装置を得ることができる。
なお、本実施形態においては、アウターハウジング２における内側突起部２１の数、第一のインナーハウジング３における外側突起部３１及び内側突起部３２の数、第二のインナーハウジング４における外側突起部４１の数、第一の弾性体の数、第二の弾性体の数をそれぞれ３個としているが、上記原理を実現することができる限りにおいて数は限定されることはない。またもちろん、第一の弾性体の数と第二の弾性体の数を異ならせることも可能ではある。更に、インナーハウジングの数も、段階的に衝撃や振動を吸収させることができる限りにおいて本実施形態に限定されず、インナーハウジングを３個以上とすることも可能である。ただし、第一の弾性体及び第二の弾性体を３とすることは力の均等化を図る上でより効率的である。

また、本実施形態では、効率的な力の伝達を考慮してアウターハウジングの内側突起部２１と第一のインナーハウジングの内側突起部３２とを第一の直線に略平行としているが、アウターハウジングの内側突起部２１と第一のインナーハウジングの内側突起部３２とは別の直線に略平行（例えばアウターハウジングの内側突起部を第一の直線に略平行、第一のインナーハウジングの内側突起部を別の第三の直線に略平行）であるとしてもよく、第一のインナーハウジングの外側突起部と第二のインナーハウジングの外側突起部において同様ではある。

更に、本実施形態では、第一及び第二のインナーハウジングがアウターハウジングに対して回転するため、円周方向に最も力を加える効率がよいとの観点からそれぞれの内側突起部及び外側突起部の端面を略平行（数度程度の誤差を含む平行を意味する。）としているが、回転に応じて円周方向に効率的に力を伝達できる形態であれば、形状などは適宜調整可能ではある。

（実施形態２）
図４に、本実施形態に係る弾性体スプリング装置の斜視図を、図５に、その概略断面図である。なお、図５は、図４に示されるｙｚ平面で弾性体スプリング装置を切断した場合の図である。

本実施形態に係る弾性体スプリング装置は、実施形態１とほぼ同じであるが、第二のインナーハウジング４に固定される第二の軸４２に、間隙７１を介して板材７が固定して配置されている点が主として異なる。このようにすると、例えば第一の軸２２に対し第二の軸４２が回転した場合、上記実施形態において説明したとおり、第一の弾性体及び第二の弾性体は、内側突起部と外側突起部により加えられる圧縮応力に応じて間隙７１にはみ出るように突出し、それぞれ板材７にまで達し弾性体のこれ以上の突出の制限（弾性体の変形）を加えるとともに、第一及び第二の弾性体と板材との接触による抵抗によりインナーハウジングの回転を抑えることができるようになる。これにより、上記実施形態１に記載の効果に加え、アウターハウジング２に対する第一のインナーハウジング３及び第二のインナーハウジング４の回転角、振動吸収量の調整又は制限をすることが可能になる。なお、第一及び第二の弾性体が突出した状態の図を図６に示しておく。

またここで図７に、実施形態に係る弾性体スプリング装置のトルク量調整の一例として、第二のインナーハウジング４の回転角に対するトルク量の変化のイメージ図を示す。本図では、第二のインナーハウジング４が４０度回転すると、第一の弾性体及び第二の弾性体が同時に板材７に接触し、それ以上回転させるためにはより大きなトルク量が必要となる。具体的には、０度から４０度までの範囲におけるトルク量の変化（傾き）から予測されるトルク量よりも大きなトルク量が急激に必要となる。これにより、上記実施形態１に記載の効果に加え、アウターハウジング２に対する第一のインナーハウジング３及び第二のインナーハウジング４の回転角、振動吸収量の調整又は制限をすることが可能になる。

なお図７では、第一の弾性体及び第二の弾性を同時に板材７に接触するようにしているが、第一の弾性体及び第二の弾性体が板材７に接触するための回転角は、適宜調整可能であり、もちろん異ならせてもよい。このようにすることで、段階的に回転角に対するトルク量を制御することが可能となる。

また、本実施形態において、第一の弾性体又は第二の弾性体の少なくとも一方の板材側の露出している面（以下「露出面」という）５１を、図８で示すように、板材７の表面に対して傾けさせることも有用である。このようにすることで、板材と弾性体との接触面積が第二のインナーハウジングの回転角に対して変化するため、図７で示す所定の角度（４０度）以上の必要とされるトルク量の調整をより細かく行うこと（例えばより緩やかにすること）ができる。

また更に、本実施形態において、板材７の表面に凹凸をつけることも有用である。図９に本実施形態における弾性体スプリング装置の概略断面図を示す。このようにすることで、弾性体と板材との間の摩擦を調節することが可能となり、回転角に対するトルク量をより容易に制御することが可能となる。

（応用形態）
本発明に係る弾性体スプリング装置は、上記のとおり振動や衝撃を吸収することができ、その性能が要求されるものであれば、限定されることなく適宜調整して種々の用途、例えば乗り物に用いることができる。

本弾性体スプリング装置は、例えば図１０のイメージ図で示すように、オートバイに応用し、オートバイの車体部８１１と、スイングアーム８１２とを接続するサスペンション８１３として用いることができる。

また、本弾性体スプリング装置は、例えば図１１のイメージ図で示すように、三輪車に応用し、三輪車の車体部８２１と、スイングアーム８２２とを接続するサスペンション８２３として用いることができる。なお、この三輪車の後輪の一方が段差を乗り越えて前進する場合のイメージ図を、図１２に示す。

また、図１３のイメージ図で示すように、本弾性体スプリング装置は、車椅子に応用することができる。図１３で示す車椅子は、後輪８３１の軸８３２と、前輪８３３の軸８３４と、これら軸にそれぞれ接続されるスイングアーム８３５、８３６と、これらの間に配置されるサスペンション８３７と、を有して構成される。このサスペンション８３７として上記の弾性体スプリング装置を応用することで、前輪又は後輪が段差を乗り越える場合に生じる衝撃を緩和することが可能となる（この状態の図を図１４に示す）。

また、図１５のイメージ図で示すように、本弾性体スプリング装置は、ストレッチャに応用することができる。図１５で示すストレッチャは、ストレッチャの台８４１と、この台を支える第一の脚８４２及び第二の脚８４３とを交差するように有しており、その交差部分に本弾性体スプリング装置をサスペンション８４４として配置されている。なお第一の脚８４２、第二の脚８４３、サスペンション８４４の組み合わせはストレッチャに対して二つ平行して配置されており、サスペンション同士は軸８４５を介して接続されている。なお、図１５のサスペンション部分近傍の上面から見た図を図１６に示す。図１６で示すように、本応用例では、第一の脚８４２は弾性スプリング装置の第二のインナーハウジングの第二の軸に固定され、第二の脚８４３は弾性スプリング装置（サスペンション８４４）のアウターハウジングに固定されている。また、第一の脚８４２はストレッチャの台８４１でピン８４６を用いて接続されて回転可能になっており、第二の脚８４３は、ピン８４６を用いて接続されているものの、レール８４７によりベッドに対して摺動可能となっている（図１７（ａ）及び（ｂ）参照）。

本発明に係る弾性体スプリング装置は、振動や衝撃を緩和する装置として、例えば自転車、オートバイ、自動車、車椅子、ストレッチャなどのサスペンションとして利用することが可能であり、産業上の利用可能性がある。

実施形態１に係る弾性体スプリング装置の概略斜視図である。 実施形態１に係る弾性体スプリング装置の概略断面図である。 実施形態１に係る弾性体スプリング装置の概略断面図である。 実施形態２に係る弾性体スプリング装置の斜視図である。 実施形態２に係る弾性体スプリング装置の概略断面図である。 実施形態２に係る弾性体スプリング装置の概略断面図である。 実施形態２に係る弾性体スプリング装置の回転に対するトルク量調整の一例を示す図である。 実施形態２に係る弾性体スプリング装置の概略断面図の他の例である。 実施形態２に係る弾性体スプリング装置の概略断面図の他の例である。 弾性体スプリング装置をオートバイに応用した場合の例を示す図である。 弾性体スプリング装置を三輪車に応用した場合の例を示す図である。 弾性体スプリング装置を三輪車に応用した場合の例を示す図である。 弾性体スプリング装置を車椅子に応用した場合の例を示す図である。 弾性体スプリング装置を車椅子に応用した場合の例を示す図である。 弾性体スプリング装置をベッドに応用した場合の例を示す図である。 弾性体スプリング装置をベッドに応用した場合のサスペンション部分近傍を示す図である。 弾性体スプリング装置をベッドに応用した場合のベッドの台部分について示す図である。

符号の説明

１…弾性体スプリング装置，２…アウターハウジング，３…第一のインナーハウジング，４…第二のインナーハウジング，５ａ、５ｂ、５ｃ…第一の弾性体，６ａ、６ｂ、６ｃ…第二の弾性体、７…板材，１１…中心点，１２…第一の直線，１３…第二の直線，２１…内側突起部，２２…第一の軸，３１…外側突起部，３２…内側突起部，４１…外側突起部，４２…第二の軸，５１…露出面，７１…間隙，２１１…端面，２３１…内側面，３１１…端面，３２１…端面，３３１…外側面，３４１…内側面，４１１…端面，４３１…外側面，８１１…オートバイの車体部，８１２…スイングアーム，８１３…サスペンション，８２１…三輪車の車体部，８２２…スイングアーム，８２３…サスペンション，８３１…後輪，８３２…軸，８３３…前輪，８３４…軸，８３５、８３６…スイングアーム，８３７…サスペンション

Claims (9)

1. ある一点を共有するよう同心的に配置されるアウターハウジング、第一のインナーハウジング及び第二のインナーハウジングと、
   前記アウターハウジングと前記第一のインナーハウジングとの間に設けられる複数の第一の弾性体と、
   前記第一のインナーハウジングと前記第二のインナーハウジングとの間に設けられる複数の第二の弾性体と、を有する弾性体スプリング装置。
2. 前記アウターハウジングは、前記ある一点を通る第一の直線と略平行な端面を有する内側突起部を有し、
   前記第一のインナーハウジングは、前記ある一点を通る第二の直線と略平行な端面であって、かつ、前記アウターハウジングにおける前記内側突起部の前記端面に対向する外側突起部を有し、
   前記第一の弾性体は、前記アウターハウジングにおける前記内側突起部の前記端面と、前記第一のインナーハウジングにおける前記外側突起部の前記端面との間に配置されている請求項１記載の弾性体スプリング装置。
3. 前記第一の弾性体も、前記第一の直線と略平行な端面及び前記第二の直線と略平行な端面を有する請求項２記載の弾性体スプリング装置。
4. 前記第一のインナーハウジングは、前記ある一点を通る第三の直線と略平行な端面を有する内側突起部を有し、
   前記第二のインナーハウジングは、前記ある一点を通る第四の直線と略平行な端面であって、かつ、前記第一のインナーハウジングにおける前記内側突起部の前記端面に対抗する外側突起部を有し、
   前記第二の弾性体は、前記第一のインナーハウジングにおける前記内側突起部の前記端面と、前記第二のインナーハウジングにおける前記外側突起部の前記端面との間に配置されている請求項２記載の弾性体スプリング装置。
5. 前記第二の弾性体も、前記第三の直線と略平行な端面及び前記第四の直線と略平行な端面を有する請求項４記載の弾性体スプリング装置。
6. 前記第一の直線と前記第三の直線は、前記第二のインナーハウジングが前記アウターハウジングに対して回転していない状態において同じである請求項１記載の弾性体スプリング装置。
7. 前記第二の直線と前記第四の直線は、前記第二のインナーハウジングが前記アウターハウジングに対して回転していない状態において同じである請求項１又は６記載の弾性体スプリング装置。
8. 前記第一の弾性体の数と、前記第二の弾性体の数とが同じである請求項１記載の弾性体スプリング装置。
9. 前記第一の弾性体における圧縮応力は、前記第二の弾性体における圧縮応力よりも小さい請求項１記載の弾性体スプリング装置。