JP3625872B2

JP3625872B2 - 防振装置

Info

Publication number: JP3625872B2
Application number: JP25929194A
Authority: JP
Inventors: 聖司福原; 隆英大坂
Original assignee: Tokkyokiki Corp
Current assignee: Tokkyokiki Corp
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: JPH0893846A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、粘弾性リングを上キャップと下部収納ケースとの間に配設する事により、圧縮コイルバネのばね特性を損なう事なく粘弾性リングの粘性抵抗を活用してダンパ効果を発揮させる事ができる新規な防振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
防振装置は、下部架台と上部架台との間に配設され、上部架台上の機械装置の荷重を支えると共に機械装置より発生する振動並びに衝撃を吸収するものである。しかしながら、圧縮コイルバネだけの場合では、共振の問題があり、広域にわたる効果的な防振を行うことは不十分であった。
【０００３】
そこで、図６に示すように、下部架台（２１’）上に設置される上方開口の下部収納ケース（９’）内に負荷を担持する圧縮コイルバネ（１’）を挿入し、更に下方開口の上キャップ（３’）を上から外嵌し、この下部収納ケース（９’）の開口縁に弾性体（２６’）を取着し、弾性体（２６’）の外周から上キャップ（３’）の下面開口縁方向に向かって下り傾斜に弾性鍔（２６ａ’）を全周にわたって突設し、上キャップ（３’）の内周に弾性鍔（２６ａ’）を弾接するようにしていた。
【０００４】
これにより、弾性鍔（５ｂ’）が上キャップ（３’）の内周全周にわたって弾接するために防振装置（Ｂ’）の内部がある程度気密状態となり、防振装置（Ｂ’）に衝撃荷重が加わった場合防振装置（Ｂ’）内部が一瞬にして高気圧となってこの衝撃に耐え、ばね体（４’）が大きく撓むのを防ぎ、振幅増加を防ぐようにしていた。下部収納ケース（９’）に形成されている小透孔（９ａ’）はオリフィスの役目を果たし、前記ダッシュポット効果を加減するためのものである。
又、負荷の加わり方によって上キャップ（３’）が傾斜したり一方にずれたりして下部収納ケース（９’）に上キャップ（３’）が接触し、圧縮コイルバネ（１’）のばね特性を阻害する事があるが、前記弾性鍔（２６ａ’）は、これを防止する効果も有する。
【０００５】
さて、このような弾性鍔（２６ａ’）は前記ダッシュポット効果や接触防止効果を奏するものの以下のように欠点も有する。
即ち、上キャップ（３’）が圧縮コイルバネ（１’）の弾発力に抗して下方に沈み込む方向に移動する場合には、移動方向が弾性鍔（２６ａ’）の順方向（弾性鍔（２６ａ’）を伸ばす方向’）であるために発生する力は弾性鍔（２６ａ’）と上キャップ（３’）との接触抵抗だけであり、且つ上キャップ（３’）の下降とともに内容積が減少して内部の圧力が高まり、弾性鍔（２６ａ’）の間から空気が流出して弾性鍔（２６ａ’）の上キャップ（３’）との接触圧を減少させるようになり、その結果上キャップ（３’）は前述のダッシュポット効果を奏しつつ比較的円滑に移動する事になるのであるが、逆に圧縮コイルバネ（１’）の弾発力により上キャップ（３’）が上方に移動しようとする場合には弾性鍔（２６ａ’）に対して逆方向［弾性鍔（２６ａ’）を圧縮する方向］に移動する事になり、接触抵抗が増大すると同時に内容積が増加するために内部が減圧状態となって外気との間に気圧が生じ、その圧力差が弾性鍔（２６ａ’）を上キャップ（３’）の内周面に強く押圧する方向に働くことになり、上キャップ（３’）の上方への移動は下降時に比べてその動きは緩慢なものになっている。
【０００６】
換言すれば、上キャップ（３’）の上下移動に差があるため、ダッシュポット効果を奏するものの迅速な応答が困難となるばかりか、摩擦抵抗も大きいため圧縮コイルバネ（１’）のばね特性も損なわれ、設計通りの防振効果を得る事ができなかった。此の点は図７〜９に従って本発明との比較において更に詳述する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、粘弾性リングを上キャップと下部収納ケースとの間に配設する事により、上キャップの上下方向の移動特性を同一且つ円滑に行わせる事により、圧縮コイルバネのばね特性を損なう事なく粘弾性リングの粘性抵抗による内部減衰を活用し、且つ粘弾性リングを用いて上キャップと下部収納ケースとで構成される空間の密閉性を持たせることにより、上キャップの昇降移動時にエアダンパ効果を発揮させ、圧縮コイルバネの共振点での振幅の増幅を抑制出来るようにする事にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の防振装置(A)は『荷重担持用の圧縮コイルバネ(1)と、中心部に内筒支持筒部が突設されており、前記圧縮コイルバネ(1)を収納する上面開口の下部収縮ケース(9)と、前記下部収縮ケース(9)の外径より大きく、下部収縮ケース(9)の側面との間で間隙(K)を設けて上から嵌め込まれる上キャップ(3)と、上キャップ(3)と下部収縮ケース(9)の側面全周に接触し、上キャップ(3)と下部収縮ケース(9)の挿入方向の相対的移動にあわせて転動するように前記間隙(K)に配設された粘弾性リング(24)と、内筒支持筒部が挿入される筒部と筒部の外周面に軸方向へ延びて突設され、前記圧縮コイルバネ(1)の内周に接触して撓められる粘弾性片(2c)とを有するサージング防止部材(2)とで構成された』事を特徴とする。
【０００９】
これにより、下部収縮ケース（９）に対する上キャップ（３）の挿入方向の相対的移動（本実施例では上キャップ（３）の昇降）にあわせて従来のような摩擦抵抗が発生しないで、応答性よく粘弾性リング（２４）が転動するので、大きな抵抗力を生じる事なく上キャップ（３）は円滑に上下移動してその上下方向の動きに差が生じず、圧縮コイルバネ（１）のばね特性をほとんど損なう事なく粘弾性リング（２４）の粘性抵抗による内部減衰を効果的に利用する事ができ、且つ下部収縮ケース（９）と上キャップ（３）との間に粘弾性リング（２４）を配設する事により、下部収縮ケース（９）と上キャップ（３）とで構成される空間の密閉性を利用してエアダンパ効果を発揮させ、共振点における振幅の増幅を抑制する事ができる。
【００１０】
請求項２は『荷重担持用の圧縮コイルバネ(1)と、中心部に内筒支持筒部が突設されており、前記圧縮コイルバネ(1)を収納する上面開口の下部収縮ケース(9)と、前記下部収縮ケース(9)の外径より大きく、下部収縮ケース(9)の側面との間で間隙(K)を設けて上から嵌め込まれる上キャップ(3)と、上キャップ(3)と下部収縮ケース(9)の側面全周に接触し、上キャップ(3)と下部収縮ケース(9)の挿入方向の相対的移動にあわせて転動するように前記間隙(K)に配設された粘弾性リング(24)と、上キャップ(3)又は下部収縮ケース(9)の少なくともいずれか一方に設けられたオリフィス(25)と、内筒支持筒部が挿入される筒部と筒部の外周面に軸方向へ延びて突設され、前記圧縮コイルバネ(1)の内周に接触して撓められる粘弾性片(2c)とを有するサージング防止部材(2)とで構成された』事を特徴とする。
【００１１】
この場合は、前記作用に加えて、下部収縮ケース（９）と上キャップ（３）とで構成される密閉空間を利用したエアダンパ機能がオリフィスにより調節可能となり、より幅の広い防振制御が可能となる。
なお、オリフィスは絞り弁を使用する事により可変としてもよく、絞り弁の調整によりエアダンパ効果を最適条件に設定して圧縮コイルバネ（１）のバネ特性をほとんど損なう事なく共振点での振幅低減を達成する事が出来る。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。図１は本発明に係る防振装置(A)の１実施例の断面図で、上面開口の下部収納ケース(9)に下面開口の上キャップ(3)が被せてあり、内部に圧縮コイルバネ(1)が収納されている。下部収納ケース(9)の中心部には内筒支持筒部(10)が突設されており、内筒支持筒部(10)の上部内周に係合内鍔部(11)が形成されている。下部収納ケース(9)の外カップ部(12)の内周には一定間隔で軸方向へ延びて下部位置決め突条(9a)が突設されており、圧縮コイルバネ(1)の下部外周がほぼ下部位置決め突条(9a)内に嵌まり込むようになっている。
【００１３】
サージング防止部材(2)は、本発明においては必ずしも必要でないが、仮想線で示すように設置してもよい。サージング防止部材(2)に付いて簡単に説明すると、円筒状の筒部(2a)と、筒部(2a)の下端に外周方向に突設された係合鍔部(2b)および筒部(2a)の外周面に軸方向へ延びて突設された複数の粘弾性片(2c)とで構成されている。粘弾性片(2c)の突設枚数は図３の実施例では、９０°間隔で４枚となっているが、勿論これに限られず、３枚でも良いし４枚以上であってもよい。
【００１４】
このサージング防止部材（２）は全体が粘弾性部材（衝撃振動吸収性、内部減衰に優れた高減衰制振ゴムで、外力を受けてもほとんど反発せず、エネルギーを吸収する性質を持つ特殊ゴム。）で形成されているが、サージング部材（２）の筒部（２ａ）のみ又は筒部（２ａ）と係合鍔部（２ｂ）を鉄や真鍮のような金属部材とし、筒部（２ａ）からばね定数の小さいの粘弾性片（２ｃ）を一体的に突設しても良い。係合鍔部（２ｂ）を粘弾性部材で構成すれば、下部収納ケース（９）と圧縮コイルバネ（１）とを絶縁することも可能でありより好ましい。
なお、粘弾性部材は、前述のような部材に限られるものでなく、低反発ゴム（弾力性は小さいが、変形しても元の形状に復帰する復元力はもっている素材）のようなものでもよい事は言うまでもない。
【００１５】
サージング防止部材（２）の高さは圧縮コイルバネ（１）が圧縮された時の最小寸法よりも小さく形成されており、筒部（２ａ）に内筒支持筒部（１０）が挿入されている。サージング防止部材（２）の係合鍔部（２ｂ）は筒部（２ａ）の下端外周から突設されており、圧縮コイルバネ（１）の下端に係合している。
【００１６】
上キャップ（３）は下部収納ケース（９）の上から被嵌されており、上キャップ（３）の天井面に圧縮コイルバネ（１）が弾接している。上キャップ（３）の中央には複数の弾性フックアーム（４）が下方に向かって突設されており、その内周側下端には係合フック部（５）が突設されている。
【００１７】
脱落防止部材（１６）は、柱状部（１９）、円錐状頭部（１７）及び下端係合鍔部（１８）とで構成されており、柱状部（１９）の上端に円錐状頭部（１７）が形成されており、下端に下端係合鍔部（１８）が形成されている。円錐状頭部（１７）は弾性フックアーム（４）にて構成された上キャップ（３）の中心に位置する凹所（３ａ）に挿入され、円錐状頭部（１７）が係合フック部（５）に係合して弾性フックアーム（４）によって吊り下げられるようになっている。円錐状頭部（１７）は上キャップ（３）を介して負荷がかかり、圧縮コイルバネ（１）が撓んだ状態では、係合内鍔部（１１）の下方に下端係合鍔部（１８）が位置する事になる。
【００１８】
上パッド（６）は上キャップ（３）の上面に配設され、上パッド（６）の下端から突設された上部挿入凸部（７）が弾性フックアーム（４）によって形成された前記凹所（３ａ）に嵌まり込むようになっている。上部挿入凸部（７）の先端は円錐状頭部（１７）のエッジ部分に接触しておらず、円錐状頭部（１７）が係合フック部（５）に係合した状態で自由に首振りできるようになっている。また、上パッド（６）の上面（上部架台（２０）との接触面）には凹凸（８）が形成されている。
【００１９】
下パッド（１３）は下部収納ケース（９）の下側に配設されて使用されるもので、下部収納ケース（９）の内筒支持筒部（１０）内に下パッド（１３）の中央部分から突出した下部挿入凸部（１５）が嵌まり込むようになっている。又、下パッド（１３）の両側から垂下片（１４）が垂設されており、図１に示すように下部架台（２１）を両側から挟み込むようになっている。
【００２０】
粘弾性リング（２４）は、例えば非常に柔らかい高粘度素材（＝高粘度シリコン樹脂、軟質ゴム、低反発ゴム）のようなもので形成されており、上キャップ（３）と下部収納ケース（９）との間に挿入され、上キャップ（３）の内周面と下部収納ケース（９）の外周面に接触して使用されるようになっている。粘弾性リング（２４）は図１の場合は中実体であるが、これに限られず中空体でもよい。また、粘弾性リング（２４）の表面は、摩擦係数が非常に高く、中心軸を中心にして転動するようになっている。
【００２１】
上キャップ（３）には、オリフィス（２５）が接続されており、本実施例では絞り弁にて開口率を可変できるようになっている。勿論、絞り弁を設けず開口率は固定であってもよい。オリフィス（２５）の設置場所は、上キャップ（３）のみに限られず、下部収納ケース（９）に設けてもよい。
【００２２】
上キャップ（３）の下端開口には、脱落防止鍔（２６）が設置されており、粘弾性リング（２４）の脱落を防止するようになっている。
【００２３】
次に、本実施例の組み立て方に付いて説明する。必要があれば、下部収納ケース（９）の内筒支持筒部（１０）にサージング防止部材（２）の筒部（２ａ）を先ず挿入し、次に圧縮コイルバネ（１）を下部収納ケース（９）に挿入し、下部位置決め突条（９ａ）にて圧縮コイルバネ（１）の位置決めを行う。これにより圧縮コイルバネ（１）の外周が下部位置決め突条（９ａ）に近接するために（非接触）圧縮コイルバネ（１）は正確に下部収納ケース（９）の中心に立設される事になる。この時、サージング防止部材（２）が設置されている場合には、粘弾性片（２ｃ）が圧縮コイルバネ（１）の内周に接触して撓められる事になる。
収納された圧縮コイルバネ（１）の下端は係合鍔部（２ｂ）を下部収納ケース（９）の底面に押圧する事になり、係合鍔部（２ｂ）は圧縮コイルバネ（１）の下端によって係合固定される事になる。
【００２４】
続いて、内筒支持筒部（１０）内に脱落防止部材（１６）を挿入し、脱落防止部材（１６）の円錐状頭部（１７）が係合内鍔部（１１）から突出するようにし、然る後、下部収納ケース（９）の下面に下パッド（１３）を配設し、下部挿入凸部（１５）を内筒支持筒部（１０）内に挿入して下部収納ケース（９）の下面に下パッド（１３）を固定する。
【００２５】
次に、下部収納ケース（９）の外周に粘弾性リング（２４）を嵌着し、下部収納ケース（９）の上から上キャップ（３）を嵌め込み、圧縮コイルバネ（１）を圧縮して撓めつつ図４に示すように弾性フックアーム（４）のセンターの凹所（３ａ）に脱落防止部材（１６）の円錐状頭部（１７）を合わせて押し込み、弾性フックアーム（４）を外方に撓めつつ挿入し、円錐状頭部（１７）を係合する。弾性フックアーム（４）は弾力性を有するために円錐状頭部（１７）が係合フック部（５）を通過すると、自然に元に戻り、図４の仮想線で示すように円錐状頭部（１７）と係合フック部（５）とが係合する事になる。この状態で手を離すと圧縮コイルバネ（１）が伸長し、下端係合鍔部（１８）が係合内鍔部（１１）に係合した状態となり、且つ上キャップ（３）の側面と下部収納ケース（９）の側面との間に粘弾性リング（２４）が入り込んで両者の間隙（Ｋ）を閉塞する。
【００２６】
上記組み立ての際に、粘弾性リング（２４）は、上キャップ（３）の移動と共に転動するが、その移動量は上キャップ（３）の半分となる。また、粘弾性リング（２４）の表面の摩擦係数は非常に高いので、上キャップ（３）の移動時に滑りを生じるような事がなく、正確に上キャップ（３）の移動に合わせて上キャップ（３）と下部収納ケース（９）の側面に沿って転動する事になる。
【００２７】
次に、上パッド（６）を上キャップ（３）の上面に配設し、上部挿入凸部（７）を弾性フックアーム（４）で構成された凹所（３ａ）に挿入し、上パッド（６）を上キャップ（３）上面に固定する。このようにして本発明に係る防振装置（Ａ）を組み上げる。
【００２８】
次に本実施例の作用に付いて説明する。本発明に係る防振装置（Ａ）は図１、２に示すように上部架台（２０）と下部架台（２１）との間に配設されて使用されるもので、下部架台（２１）上に下パッド（１３）が載置され、垂下片（１４）が両側から下部架台（２１）を挟み込むようになっている。上パッド（６）は上部架台（２０）の下面に当接し上部架台（２０）に加わる負荷を担持する事になる。
【００２９】
負荷が掛かると、圧縮コイルバネ（１）は所定寸法だけ撓み、図１のように脱落防止部材（１６）の下端係合鍔部（１８）が係合内鍔部（１１）の下方に離間した状態となる。上部架台（２０）上の機械装置が作動して振動が伝達されたり、床からの外乱振動が下部架台（２１）を通して伝達されると、この振動に合わせて圧縮コイルバネ（１）が伸縮し、振動を吸収する事になる。
【００３０】
次に、本発明と従来例とを図７〜９に示すグラフによって説明する。この場合はいずれもサージング防止部材（２）は装着されていない。図７は本発明の防振装置（Ａ）の第１実施例であるオリフィス制御のない場合［＝（イ）で示す。］とその比較のために記載した圧縮コイルバネ（１）だけを用いた場合の防振特性曲線［＝（ニ）で示す。］であり、図８は本発明の防振装置（Ａ）の第２実施例であるオリフィス制御を行った場合［（ロ）で示す。］とその比較のために記載した圧縮コイルバネ（１）だけを用いた場合［＝（ニ）で示す。］の防振特性曲線であり、図９は図６に示す従来の防振装置（Ｂ’）の場合［＝（ハ）で示す。］とその比較のために記載した圧縮コイルバネ（１）だけを用いた場合の防振特性曲線［＝（ニ）で示す。］である。
図７〜９において、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸が伝達関数（ｄＢ）である。
【００３１】
図７によれば、オリフィス制御のない場合［換言すれば、上キャップ（３）と下部収納ケース（９）と、その間隙（Ｋ）に装着されている粘弾性リング（２４）とで構成される閉空間が密閉されている場合で、この場合は圧縮コイルバネ（１）の共振周波数（５Ｈｚ程度の所）での伝達関数（ｄＢ）が若干下落して粘弾性リング（２４）の減衰効果が見られるものの、前記閉空間内の空気圧が上昇して空気バネ定数高くなり、これが圧縮コイルバネ（１）のバネ定数に加算されて特性曲線は全体として曲線（ニ）で示す圧縮コイルバネ（１）だけの場合に比べて谷が浅く、共振周波数以上での周波数領域での防振特性の改善は若干損なわれる。勿論、後述する従来例よりは格段に改善されている。
【００３２】
図８はこれに対してオリフィス制御を行った場合で、オリフィス（２５）の口径を調節する事で共振周波数での改善効果は著しく、且つ防振特性曲線全体も圧縮コイルバネ（１）だけの場合にかなり接近しており、エアダンパ効果と粘弾性リング（２４）による内部減衰効果が顕著に働いている事が分かる。換言すれば、バネ特性をほとんど損なう事なく共振現象の抑制がなされている。
【００３３】
図９は図６の従来例の場合で、共振周波数は２２Ｈｚと高周波数側に移動し且つ共振周波数以上の高周波側での谷も非常に浅く、バネ特性が圧縮コイルバネ（１）だけの場合に比べて著しく劣化している。
以上から、粘弾性リング（２４）の効果は従来例に比べて顕著であり、これに加えてオリフィス制御を行うことにより更なる改善がなされる事が分かる。
なお、サージング防止部材（２）を使用すれば、高周波領域で現れているサージングを軽減する事が出来る。
【００３４】
図１０は粘弾性リング（２４）を装着した本発明における防振装置（Ａ）の圧縮コイルバネ（１）の振幅の収束状態を示すグラフであり、図１１は圧縮コイルバネ（１）だけを用いた場合の振幅の収束状態を示すグラフである。横軸が時間で縦軸が圧縮コイルバネ（１）の振幅である。これによれば、粘弾性リング（２４）の内部減衰効果とエアダンパ効果とが発揮されて急速にその振幅が収束している事が分かる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、上キャップと下部収縮ケースの間に両者の側面全周に接触し、上キャップと下部収縮ケースの挿入方向の相対的移動にあわせて転動する粘弾性リングが配設されているので、圧縮コイルバネのばね特性をさほど損なう事なく粘弾性リングの粘性抵抗による内部減衰を効果的に利用する事ができ、共振点における圧縮コイルバネの振幅を抑制する事ができて効果的なダンパ機能を発揮させる事ができ、更に共振周波数以上でもバネ特性をさほど損なうことがなく優れた防振特性を発揮する。
また、上キャップ又は下部収縮ケースの少なくともいずれか一方にオリフィスを設けてあるので、前記ダンパ効果を調節する事ができ、これにより共振抑制とバネ特性の劣化防止とが更に効果的に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る防振装置の１実施例の縦断面図。
【図２】本発明に係る防振装置の正面図。
【図３】図２の平断面図。
【図４】本発明における脱落防止部材を弾性フックアームに弾接係合させる場合の状態説明断面図。
【図５】本発明に使用するサージング防止部材の斜視図。
【図６】従来例の縦断面図。
【図７】本発明の防振装置の第１実施例であるオリフィス制御のない場合とその比較のために記載した圧縮コイルバネだけを用いた場合の防振特性曲線。
【図８】本発明の防振装置の第２実施例であるオリフィス制御を行った場合とその比較のために記載した圧縮コイルバネだけを用いた場合の防振特性曲線。
【図９】図６に示す従来の防振装置の場合とその比較のために記載した圧縮コイルバネだけを用いた場合の防振特性曲線。
【図１０】粘弾性リングを装着した本発明における防振装置の圧縮コイルバネの振幅の収束状態を示すグラフ。
【図１１】圧縮コイルバネだけを用いた場合の振幅の収束状態を示すグラフ。
【符号の説明】
（１）…圧縮コイルバネ
（２）…サージング防止部材
（２ａ）…筒部
（２ｂ）…係合鍔部
（２ｃ）…粘弾性片
（３）…上キャップ
（３ａ）…下部位置決め凸条
（４）…弾性フックアーム
（５）…係合フック部
（６）…上パッド
（６ａ）…上部バネ嵌着部
（７）…上部挿入凸部
（８）…凹凸
（９）…下部収納ケース

Claims

荷重担持用の圧縮コイルバネと、中心部に内筒支持筒部が突設されており、前記圧縮コイルバネを収納する上面開口の下部収縮ケースと、前記下部収縮ケースの外径より大きく、下部収縮ケースの側面との間で間隙を設けて上から嵌め込まれる上キャップと、上キャップと下部収縮ケースの側面全周に接触し、上キャップと下部収縮ケースの挿入方向の相対的移動にあわせて転動するように前記間隙に配設された粘弾性リングと、内筒支持筒部が挿入される筒部と筒部の外周面に軸方向へ延びて突設され、前記圧縮コイルバネの内周に接触して撓められる粘弾性片とを有するサージング防止部材とで構成された事を特徴とする防振装置。
荷重担持用の圧縮コイルバネと、中心部に内筒支持筒部が突設されており、前記圧縮コイルバネを収納する上面開口の下部収縮ケースと、前記下部収縮ケースの外径より大きく、下部収縮ケースの側面との間で間隙を設けて上から嵌め込まれる上キャップと、上キャップと下部収縮ケースの側面全周に接触し、上キャップと下部収縮ケースの挿入方向の相対的移動にあわせて転動するように前記間隙に配設された粘弾性リングと、上キャップ又は下部収縮ケースの少なくともいずれか一方に設けられたオリフィスと、内筒支持筒部が挿入される筒部と筒部の外周面に軸方向へ延びて突設され、前記圧縮コイルバネの内周に接触して撓められる粘弾性片とを有するサージング防止部材とで構成された事を特徴とする防振装置。