JP3672330B2 - 制振構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、機械、器具等の締付けボルトに使用されるワッシャーや、自動車用オイルパン、バッフルプレート等のプレス構造物に好適な制振構造体の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車を始めとし、家電製品、建築材の多くの分野で広義の防音材料が用いられてきている。これは大きな社会問題にもなっている騒音を低減するために大きな役割を担うものである。
騒音は、その源となる各種機械、器具の運動により発生する各種の振動がその他の部材に振動を伝達し、共鳴し、騒音となって放射されるのが一般的であり、ここに振動の他部材への伝達を防止（振動絶縁）するために、防振材が用いられている。
【０００３】
上記防振材は、金属ばね系と防振ゴム系に大別でき、金属ばね系は固有振動数を変化させることで対象となる周波数の振動との共振を避けることで振動レベルを低減するものであり、また防振ゴム系は主にゴム粘弾性体内部での内部摩擦によって振動を減衰させ、その結果、振動を絶縁するものである。
【０００４】
上記防振材のうち、幅広い周波数領域の振動絶縁には、防振ゴムが一般的に使用されている。特に自動車等のエンジン振動が締付けボルト等を経由してヘッドカバー・オイルパン等の他部材に伝達され、騒音として放射するのを防止する目的で、ボルト部にワッシャー状に成型した防振ワッシャーが多用されている。
【０００５】
一般的な防振ワッシャーは、ゴムのモールド品を主体とし、ゴム単体のもの、あるいはそのゴム単体の土下面に金属板が加硫接着されているもの等、様々な構造のものが用途に合わせて用いられている。
【０００６】
特にエンジンのヘッドカバー用には、ボルトの圧縮荷重を受ける目的で、ゴムの片面に金属キャップを加硫接着したものが広く用いられている。このタイプの防振ゴムは、用途に合わせてゴムの種類、形状もさることながら、振動絶縁性能までも、自由に設計できるところが最大の特長である。しかしながら、これらタイプの防振ワッシャーには、下記の欠点がある。
【０００７】
前記ゴムモールド品による防振ワッシャーは、振動絶縁性ならびにその他の必要特性を安定して発揮するためには、ゴムのもつ物性（硬度、引張り強度、圧縮復元性、永久圧縮歪等）、さらにはこれらの耐熱性を始めとするその他の環境への耐性に大きく左右され、一般的にはこれらの変化は避けられないとされている。
【０００８】
そのため、大きな負荷のかからない用途ならまだしも、自動車エンジンのヘッドカバー用防振ワッシャーのように熱負荷環境下で、かつ大きなボルト荷重が加わるような場合には、ゴムのへたりによってボルトが緩み、振動絶縁効果が失われるばかりでなく、エンジンオイル等の流出を防ぐためのガスケット等が共締めされている場合に、最悪時にはシール性が低下し、流体が漏れたり、ボルトが脱落する事態にも発展し、大きな問題となり得る。
【０００９】
そのほかにも、ボルト締結時には、ゴムと座面の接触抵抗が大きいため、ゴムが捩じれたり、摩擦係数が高まることで、ボルトの締付けトルクが正確に管理できないことにより、必要なボルト締付力（軸力）を確保できなかったり、これを見越して必要以上に締付けてしまい、金属キャップと座面が接触した結果、振動絶縁性が失われる等の問題が発生する。
【００１０】
また、振動絶縁性を向上させるため、ゴムの露出側面積の大きいものが多く、ゴムの変形量が大きいため、締付け高さが不安定になる、締め過ぎでゴムが座屈する、また様々なオイル・塩水等の攻撃を受け易くなる等の問題も起こり得る。
【００１１】
実開昭５７−８３２５４号公報によれば、皿状に加工した金属板上にゴム粘弾性層を有する前記素材を複数枚積層し、振動絶縁効果および長期の耐クリープ性の向上を図った構造が考案されている。しかし、この考案の構造では後述する本発明の振動伝送経路の延長、複雑化による振動絶縁効果は発揮できないばかりか、締付け時には、各積層体が自由に動いてしまうため、ゴム／ゴムおよびゴム／金属界面に不要な摩擦が発生し、ゴム面が摩耗したり、剥離するという不具合が生じる。
【００１２】
また特開昭６０−８１５１１号公報によれば、防振効果のあるゴム層と、２枚または３枚の金属板（もしくは防振合金）とを交互に積層接着した構造が提案されているが、ボルト締結時のゴムの捩じれに関する対策が見受けられず、最悪時には剥離、切れ等の問題が指摘される。
【００１３】
次に自動車用オイルパン、バッフルプレート等のプレス構造物の問題点について述べる。
従来、自動車用オイルパン、バッフルプレート等のプレス構造物に制振性を付与する場合、プレス構造物自体として、２枚の金属板間にゴムまたは樹脂等の高分子粘弾性層をサンドイッチ状に挾んで構成した制振材を用い、これをプレス加工して製作するか、もしくは構造物の内面または外面のいずれか一方にゴム、合成樹脂等の高分子粘弾性層を形成して制振機能を持たせる手段が知られている。
【００１４】
また、前記プレス構造物にあっては、構造物からの油漏れなどを防止するため、シール機能を併せて必要とする場合が多いが、前者は別にガスケット等のシール材を必要とするのに対し、後者の場合は、表面の高分子粘弾性層のシール機能を利用し、シールおよび制振機能を兼用できる利点がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前記防振ワッシャーの場合、特に自動車エンジン部品のように信頼性を重視する用途には、高い振動絶縁性のみならず、耐へたり性、初期締付け性（締付け容易性、トルク伝達性、捩じり強度）、耐環境性等の多様な特性を併せもっていることが不可欠であり、これらを充分満足できる防振ワッシャーの出現が望まれている。
【００１６】
一方、前記自動車用オイルパン、バッフルプレート等のプレス構造物にあっては、２枚の金属板間に高分子粘弾性層を挾み込んだ制振構造（拘束型制振材）は、高い損失係数を有しているが、製作面でコスト高となる欠点がある。また、この拘束型制振構造体にシール性を持たせる場合、別にガスケットを必要とする。
これに対し、１枚の金属板の表面または裏面のいずれか一方に高分子粘弾性層を形成した制振構造（非拘束型制振材）は表面の高分子粘弾性層を利用し、シール機能を持たせた製品が多用されているが、損失係数が低く、制振効果は拘束型に比べ、かなり低い。
【００１７】
【発明の目的】
本発明の第１の目的は、防振ワッシャーに適用した場合に、高負荷環境下における振動絶縁性、耐へたり性（耐圧縮座屈性、長期の耐クリープ性）、初期締付け性（締付け容易性、トルク伝達性、捩じり強度）、耐環境性（オイル、塩水性）のすべてを同時に満足できる制振構造体を提供することにある。
本発明の第２の目的は、自動車用オイルパン、バッフルプレート等のプレス構造物に適用した場合に、非拘束型制振構造に拘束型制振機能を持たせることができ、しかも従来の拘束型制振鋼板では得られなかった幅広い温度領域での制振効果を発揮させることができる制振構造体を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による防振ワッシャー用制振構造体は、制振構造体であって、粘弾性層を表面に形成した剛性体を素材とし、この素材同士を粘弾性層で向い合わせて粘弾性層同士ですべり摩擦を発生させる積層構造体となし、この積層構造体を、局部的に切り起した複数の爪片を重ね合わせた結合部により一体化して構成することを要旨としている。
請求項２の発明による制振構造体は、少なくとも粘弾性層を表面に一体的に形成した剛性体を素材として含み、前記素材を粘弾性層同士がすべり摩擦を得るように重ね合わせて構成した制振構造体であって、重ね合わせた素材には、局部的に形成された結合部と、結合部以外の接触部とが設けられ、前記結合部は前記接触部において振動に対してすべり摩擦を発生させることを許容する構成であることを要旨としている。
【００１９】
【作用】
前記制振構造体を防振ワッシャーに適用した場合には、従来の防振ゴムより薄く、かつ剛性が高いにも拘らず、従来の防振ゴム以土の高い防振防音性が得られるだけでなく、良好な安定締付け性が得られる。また、ゴム等の高分子粘弾性層の露出断面積を小さくでき、優れた耐環境性が発揮される。
一方、前記制振構造体を自動車用オイルパン、バッフルプレート等のプレス構造物に適用した場合に、幅広い温度領域での制振作用が発揮される。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明を防振ワッシャーに実施した例を下記に述べる。
図１（Ａ）は、本発明の構成を概念的に示した防振ワッシャーの斜視図、図１（Ｂ）はその防振ワッシャーの基本単体を説明する部分側面図、図１（Ｃ）は切り起し爪片で基本単体と接合する状態を示す部分側面図、図２は前記防振ワッシャーの重ね合わせ状態を示す斜視図である。
【００２１】
同図において、ａ_１，ｂ_１は防振ワッシャーの基本単体であり、１は金属板、２はゴム粘弾性層、３は接着層である。基本単体ａ_１は金属板１の両面にゴム粘弾性層２を形成してなる素材同士をゴム粘弾性層が向い合わされるように接着層３で一体に接着したもので、それ自体は拘束型制振板の構造となっている。基本単体ｂ_１は金属板１の片面にゴム粘弾性層２を形成しており、それ自体は非拘束型制振材の構造となっている。そして前記基本単体ｂ_１，ｂ_１を基本単体ａ_１にゴム粘弾性層が向い合わされるようにそれぞれ重ね合わされる。
【００２２】
前記素材を形成する金属板としては、アルミ板、鉄板、鋼板、ステンレス板等が挙げられ、厚みは０．１〜１．０ｍｍ程度のものが用いられる。
一方、素材を形成するゴム粘弾性層としては、アクリロニトリルブタジェンゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジェンゴム（ＳＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ブタジェンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）等が挙げられ、その厚さは０．０３〜０．５０ｍｍ程度のものが好ましい。
【００２３】
前記素材は金属板の片面または両面に前記液状ゴム材をコーティング、加硫してゴム粘弾性層を形成することにより容易に得られる。
前記素材同士を接着する手段としては、ポリアミド樹脂系、ユリア樹脂系、メラミン樹脂系、フェノール樹脂系、エポキシ樹脂系等の接着剤を用い接着する手段、あるいはそれら樹脂材料による熱融着性樹脂フィルムを使用して接着する手段があるが、後者の方の接着手段は貼り合わせが可能であり、量産性に適しており、かつコスト的にも有利である。
【００２４】
前記基本単体ｂ_１−ａ_１−ｂ_１のうち、上層の単体ｂ_１と中間層の単体ａ_１には、その円周方向に複数の矩形状切り起し爪片４が設けられ、下層の単体ｂ_１には前記爪片と同形の矩形状切欠開口５を設け、単体ｂ_１−ａ_１−ｂ_１を重ね合わせて厚み方向に加圧することにより、中間層の単体ａ_１の爪片４は下層の単体ｂ_１の切欠開口５に嵌合され、上層の単体ｂ_１の爪片４は中間層の単体ａ_１の切り起し爪片４で作られた切欠開口に嵌合され、重ね合わされた全単体ｂ_１−ａ_１−ｂ_１は前記爪片４の嵌合作用により局部的に結合され、その結合部で一体化されている。
【００２５】
前記構成の防振ワッシャーにあっては、特に以下の３つの振動絶縁機構が有効に組み合わされる。即ち、基本単体ａ_１は図３に示した拘束制振構造であり、この構造では曲げ振動によるゴム粘弾性材の「剪断（ずり）変形」により制振性能が発揮される。−方、基本単体ｂ_１は、図４に示した非拘束型制振構造であり、この構造では、曲げ振動にともなうゴム粘弾性材の「伸縮変形」により制振性能が発揮される。
【００２６】
前記拘束型と非拘束型を比べると、前者では薄いゴム粘弾性層で効果を発揮できるが、非拘束型では金属板の３〜４倍の厚さが必要とされる点に違いがあるにしても、前記基本単体の重ね合わせ枚数が多いほど、つまり金属板と交互に積層されるゴム粘弾性層の合計厚さが厚いほど、高い防振性が得られる。
【００２７】
また、上記構成の防振ワッシャーでは、基本単体ｂ_１，ａ_１，ｂ_１は接着せずに局部的に結合され、その結合部以外の面を接触させる接触部にとどめていることで、振動発生時には基本単体間界面（接触部）で微小な「すべり摩擦（クーロン摩擦）」が生じ、これにより振動エネルギーが摩擦熱に変換され、ここでも振動吸収効果が得られる。
さらにまた、上記構成の防振ワッシャーでは、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、例えば下側にある単体に流入した振動は、上側にある切り起し爪の側面接触部（図５（Ａ）の斜線部分）を介して上側にある単体に伝達されることで、振動伝達経路の延長、複雑化による振動減衰効果が得られる。
【００２８】
図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）は、基本単体にかしめ用切り起し爪片４を形成する場合の切り出し方向と位置の各種例を平面図にして示したもので、図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、断面図にして示したものである。なお、図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は片面からかしめた構造例、（Ｄ）は両面からかしめた構造例である。
【００２９】
図８に、好適な基本単体を示す。図中、ｂ_１は金属板１の片面にゴム粘弾性層２を形成した素材、ｂ_２は金属板１の両面にゴム粘弾性層２を形成した素材である。ａ_１は前記素材ｂ_２同士を接着層３で接着した積層体、ａ_２は前記素材ｂ_１同士を接着層３で接着した積層体、ａ_３は素材ｂ_１，ｂ_２を接着層３で接着した積層体である。これらの基本単体の組み合わせによる接触界面は「すべり摩擦」の効果を良くするため、原則としてゴム／ゴム、もしくはゴム／金属とするのが好ましい。
次に本発明の実施例を比較例と共に図面に基づいて説明する。
【００３０】
実施例［１］
本実施例の防振ワッシャーは、図９に示すように、基本単体ａ_１を４枚重ね合わせ、前述した切り起し爪片で一体に結合した構造である。
金属板１……アルミ板、厚さ０．２５ｍｍ
ゴム粘弾性層２……ＮＢＲ系ゴム、厚さ０．１２ｍｍ
接着層３……ポリアミド系接着フイルム、厚さ０．０３ｍｍ
ワッシャー総厚さ……４．０ｍｍ
ゴム総厚さ……１．９ｍｍ
すべり摩擦面数……３
ワッシャーの寸法……外径１７ｍｍ、内径６．５ｍｍ（Ｍ６ボルト用）
【００３１】
基本単体の製作方法：
まず表面処理を施した金属板の片面または両面に、ゴムとの接着に有効なプライマーをコーティングして反応させた後、溶剤に溶かしたゴムを薄く均一にコーティングし、所定の温度で加硫処理を施して素材（非拘束型制振材）を得た。
なお、最外側にゴム層を配置することで、ボルトを伝わる流体（オイル等）をシールする場合に有効な構造としている。
【００３２】
次に両面にコーティングした２枚の素材をゴム面同士で対向させ、それらの間にポリアミド系接着フィルムを挾み込み、接着した。接着に際しては、これらを積層後、しわ、ふくれ等の不具合がでないようにポリアミド系接着フィルムの両端にテンションを負荷し、熱プレスを用いて融点以上の温度下で貼り合わせを行った。
【００３３】
爪片によるかしめ結合法：
積層する最下層の基本単体のみ、爪片かしめの各位置を矩形に切り取り、その他の基本単体については、爪片かしめの各位置を矩形の一辺を残し、他の３辺を切り起したものを用いた。これらの加工した基本単体を構成内容に合わせて順次に重ね合わせた後、爪片各部が各層に食い込み、かつ基本単体間に隙間がないようにかしめた。これらの切り取り、切り起し、かしめ作業は総て金型を用いて行った。また、かしめ個所は４個所とし、平面配置は図６（Ａ）、断面構造は図７（Ａ）を用いた。
【００３４】
実施例［２］
本実施例の防振ワッシャーは、図１０に示すように、基本単体ｂ_１，ａ_１，ａ_１，ｂ_１を重ね合わせ、前述した切り起し爪片で一体に結合した構造である。
本実施例は、最外面に位置する基本単体ｂ_１のアルミ板１を厚さ０．６ｍｍとした点が実施例［１］と異なる。最外面に他より厚いアルミ板を用いたのは、ボルト頭部の集中荷重による座屈に耐えることを狙ったものである。
【００３５】
実施例［３］
本実施例の防振ワッシャーは、図１１に示すように、実施例［２］の中間基本単体を一層分、少なくしたものであり、他に変更点はない。
【００３６】
比較例［１］
本比較例の防振ワッシャーは、図１２に示すように、実施例［１］の基本単体ａ_１を４枚用い、「爪かしめ」「接着」の手段を用いずに、バラバラの状態でボルト等に組み付け、供試したものである。そのため、各層間でのずれ等が起らないように特に留意した。
【００３７】
比較例［２］
本比較例による防振ワッシャーは、図１３に示すように、実施例［２］の基本単体ｂ_１，ａ_１，ａ_１，ｂ_１を全面的な接着により一体化したものである。そのため総厚さは新たに用いた接着フィルムの厚さ分、実施例［２］より厚くなっている。接着に際しては、各基本単体間にポリアミド系接着フィルム３（厚さ０．０３ｍｍ）を挾み込み、熱プレスを用いて融点以上の温度下で貼り合わせを行った。
【００３８】
比較例［３］
本比較例の防振ワッシャーは、図１４に示すように、厚さ１ｍｍの鉄製キャップ６と共に厚さ３．５ｍｍのＮＢＲ系ゴム７をモールド成型・加硫接着して構成したもので、従来、防振ワッシャーとして最も広く用いられているものである。
なお、前記各実施例および比較例の中では、圧倒的にゴム厚さが厚く、実施例［１］に比較しても１．８倍に達する。
【００３９】
図１５、図１６、図１７、図１８のグラフに、前記実施例［１］，［２］，［３］および比較例［１］，［２］，［３］による防振ワッシャーの防振防音性能を示す。
【００４０】
防振防音性測定方法：
自動車用エンジンの台上試験機でエンジン回転数に応じた騒音レベルを測定。
エンジンヘッドカバーとシリンダーヘッドを締結しているボルト部のワッシャー総てに本実施例・比較例を供試した。
まず、ヘッドカバーに供試体を一定のトルクで締付け後、エンジンを始動し、回転数を一定の間隔で上昇させた。
各回転数毎にヘッドカバー中央部１５ｃｍ高さ位置で、等価騒音レベルを騒音計を用いて測定した。
特に、２４００〜３４００ｒｐｍに見られる共振ピーク騒音レベルに注目し、また必要に応じて特徴的な回転数について、防振ワッシャーを一切用いない騒音レベルとの比較を行った。
防振ワッシャーを用いない場合の共振ピーク騒音レベルは９５デシベル（Ａ）である。
なお、騒音レベルが低いものほど、高い防音効果を期待できる。
図１９のグラフに安定締付け性能を示す。図２０はその部分拡大グラフである。
【００４１】
安定締付け性測定方法：
雌ねじを加工したアルミ板に供試体をボルトで締付ける際に、トルクレンチの回転角と到達トルクの関係を測定した。
ここでは締付けトルク１００ｋｇｆ−ｃｍに達するまでの回転角で評価し、この値が小さいほど、トルク伝達性が高く、安定した締付けが可能となる。
図２１のグラフに長期クリープ性の指標となる永久圧縮歪を示す。図２２のグラフは図２１の部分拡大グラフである。
【００４２】
永久圧縮歪測定方法：
雌ねじを加工したアルミ板に供試体をボルトで一定のトルクにより締付け、熱劣化環境下に長時間放置後の供試体の厚さ変化量を測定し、かつ外観を観察した。
ここでは熱劣化環境を１３０℃×２００時間とし、締付けトルク５０ｋｇｆ−ｃｍで締付けた。
厚さ変化量が小さいほど、ボルトの緩みが少なく、高い残留トルクを維持できる。
次に、前記実施例および比較例について行った性能試験の結果を述べる。
【００４３】
実施例［１］の成績結果
防振防音性…共振ピークの騒音レベルはおよそ８５デシベル（Ａ）となり、他の回転数における騒音レベルも全体的に低く抑えられている。
ワッシャーなしと比較すると実に１０デシベルの減音量となり、本実施例、比較例の中では最も高い防音効果が得られた。
安定締付け性…回転角は１２０度となり、比較例［３］に対し、１／３程度である。
長期の耐クリープ性…厚さ変化量で０．３ｍｍ程度となり、試験後の外観もゴム粘弾性体のはみ出し等はなく、良好である。
【００４４】
実施例［２］の成績結果
防振防音性…共振ピークの騒音レベルはおよそ８６デシベル（Ａ）となり、実施例［１］に比較し若干高めであるが、ワッシャーなしに対しては９デシベルと高い減音量となった。
３０００ｒｐｍ前後では実施例［１］に比較し、３デシベルほど高い結果となっているものの、何れも８５デシベル（Ａ）以下で、高い防音性を維持している。
安定締付け性…回転角は１００度となり、さらに優れた締付け性を実現している。
長期の耐クリープ性…厚さ変化量で０．２ｍｍ程度となり、試験後の外観もゴム粘弾性体のはみ出し等はなく、良好である。
【００４５】
実施例［３］の成績結果
防振防音性…共振ピークの騒音レベルはおよそ８８デシベル（Ａ）となり、実施例［２］に比較し若干高めであるが、ワッシャーなしに対してはおよそ７デシベルもの減音量が得られ、高い防音効果を発揮している。
安定締付け性…回転角は５８度となり、さらに優れた締付け性を実現している。
長期の耐クリープ性…厚さ変化量で０．１ｍｍ程度となり、試験後の外観もゴム粘弾性体のはみ出し等はなく、良好である。
【００４６】
以上の実施例を通して言えることは、何れの特性もゴム層厚さまたは基本単体積層数の影響を強く受けることがわかる。つまり防音性はゴム層厚さまたは基本単体積層数が増すほど向上し、これに対し安定締付け性・長期の耐クリープ性はゴム層厚さまたは基本単体積層数が増すほど悪化するものである。但し、何れもその差は僅かで、使用目的に応じた特性の選択を可能にしている。
【００４７】
比較例［１］の成績結果
防振防音性…共振ピークの騒音レベルはおよそ８５デシベル（Ａ）となり、実施例［１］の騒音レベルと差はない（但しピーク回転数の上方へのシフトが見られる）。
しかし実施例［１］に比較し、中回転領域全般にわたり、２〜３デシベルの悪化が見られ、「爪かしめによる振動減衰」の効果が確認できた。
安定締付け性…回転角は１１５度となり、実施例［１］と差はない。
長期の耐クリープ性…厚さ変化量で０．３ｍｍ程度となり、実施例［１］と差はない。
試験後の外観ではゴム粘弾性体の端部からのはみ出し等はなかったものの、個々の基本単位のゴム面には擦れることによるゴムの剥離が見られ、一部、金属の露出が確認された。
【００４８】
比較例［２］の成績結果
防振防音性…共振ピークの騒音レベルはおよそ９２デシベル（Ａ）となり、実施例［２］に比較して６デシベル、またワッシャーなしに対して、３デシベル程度の減音量となった。
さらに全回転数域にわたって２〜５デシベル悪化した。
これは基本単位間を全面接着したことで「すべり摩擦による振動吸収」「爪かしめによる振動減衰」の効果が発揮できなくなったためと考えられ、本発明の有効性が確認できた。
安定締付け性…回転角は１０５度で、実施例［２］と同レベルとなったことから、基本単位間の全面接着の影響は少ない。
長期の耐クリープ性…厚さ変化量で０．２ｍｍとなり、試験後の外観もゴム粘弾性体のはみ出し等はなく、良好である。
【００４９】
比較例［３］の成績結果
防振防音性…共振ピークの騒音レベルはおよそ９０デシベル（Ａ）となり、実施例［１］，［２］，［３］に比較しても高めであり、ゴム粘弾性体の厚さが本実施例・比較例を通して最も厚いにも係わらず、ワッシャーなしに対して、５デシベル程度の減音量に留まった。
安定締付け性…回転角で３４０度に達した。これは締付けに伴い、ゴムが左右にフローしていることを意味し、しかもゴムの捩じれによるトルク戻りが確認された。
長期の耐クリープ性…厚さ変化量で０．９〜１．０ｍｍ程度あり、実施例の３〜１０倍となった。また試験後にはゴム粘弾性体のはみ出し、割れが確認された。
以上の実施例による防振ワッシャーの性能に示されるように、本発明を適用することにより、防振防音性、安定締付け性、長期クリープ性に優れた防振ワッシャーを得ることができる。
【００５０】
即ち、本発明を適用した防振ワッシャーは、金属板の片面または両面にゴム粘弾性層を形成してなる素材を用い、この素材同士をゴム粘弾性層で向い合わせて接着して積層体となし、この積層体同士または積層体と前記素材を重ね合わせてなる積層構造体を、その厚さ方向に切り起した複数の爪片により機械的にかしめて点接合により一体に接合した構成としているので、ゴム粘弾性層による振動減衰効果ばかりでなく、全体厚さに占めるゴム粘弾性層の総量を必然的に減少させ、かつ個々のゴム粘弾性層の圧縮量が大幅に抑えられることで、優れた「安定締付け性」、「長期の耐クリープ性」を実現することができる。
【００５１】
また、前記基本単体を複数積層した後、その基本単位間を接着によらず、全層を厚さ方向に切り起した爪により機械的にかしめた結合部により、一体化したことにより、締付け時に発生する「ゴム粘弾性層の捩じれ」を防止でき、優れた「安定締付け性」「ゴム面へのダメージ防止」に寄与できるばかりでなく、「すべり摩擦による摩擦制振効果」および「振動伝達経路の延長・複雑化による振動減衰効果」という新しい振動絶縁機構を導入できる。
【００５２】
なお、積層する個々のゴム粘弾性層の厚さは、その材質により一概に規定できないが、前記実施例に限っては、０．０３〜０．５０ｍｍの間であれば、良好な結果が得られるものの、理想的には０．０３〜０．２０ｍｍで、さらに満足のいく結果が得られる。
【００５３】
以上に述べたように、本発明を適用した上記構成の防振ワッシャーにあっては、以下の振動絶縁機構が有効に組み合わされることで、その効果が最大限に発揮される。
その１つは、「ゴム粘弾性による振動減衰効果」である。これに特に目新しいものはなく、従来の防振ワッシャー（ゴム使用）がこの機構を利用したものである。
【００５４】
本発明を適用した防振ワッシャーに関しては、基本単体としている前記積層体の積層枚数が多いほど、つまり金属板と交互に積層されるゴム粘弾性層の合計厚さが厚いほど高い防振性（防音性）が得られる。これは、ゴム粘弾性層の内部摩擦により振動エネルギーが熱エネルギーに変換され、その結果として振動絶縁が得られるメカニズムに対応したものである。
【００５５】
第２の機構は、「すべり摩擦による振動エネルギーの吸収効果」であり、本発明の新しい振動絶縁機構の１つである。
これは、基本単体としている前記積層体同士を接着せずに、局部的に形成した結合部以外の面を相互に当接させる接触部にとどめることで、振動発生時には積層体同士の界面（接触部）で微少な「すべり摩擦（クーロン摩擦）を生じさせるもので、これにより振動エネルギーを摩擦熱に変換させることで、高い振動吸収効果を得ることができる。
【００５６】
第３の機構は、「振動伝達経路の延長、複雑化による振動減衰効果」であり、本発明のもう１つの振動絶縁機構である。
これは、「重ね合わせた全積層体を厚さ方向に切り起した爪片により機械的にかしめた結合部」とすることで、防振ワッシャーに入力された振動がワッシャー内を伝達する際、複雑で長い伝達経路を辿ることで、振動の減衰の機会を数多く生じさせることを意味する。
以上の３つの振動絶縁機構を最適に組み合わせて使用することで多くの利点を生む。
【００５７】
それは、第１の機構によった場合、振動絶縁性の観点からは、従来の防振ワッシャーに優るだけのゴム粘弾性層の総厚さを確保するには、個々のゴム層厚さを厚くすること、および／または積層枚数を増やすことで対応できる。しかし、振動絶縁性を発揮できるゴム厚さはかなり厚くなり、金属板との複合体でもあるため、全体厚さが非常に厚いものとなってしまい、実用的とはいえない。
【００５８】
また、個々のゴムを厚くし、金属板厚さを薄くすると、機械的強度が低下するばかりでなく、耐圧縮性、耐へたり性、耐環境性等に悪影響を与えるうえ、従来の防振ワッシャーに近いものとなり、改良の主旨と異なる。
【００５９】
そこで、個々のゴム粘弾性層厚さはできるだけ薄くし、これを実用上許容できる範囲で積層することにより、ゴム粘弾性による振動絶縁性を高め、かつ良好な耐圧縮性、耐へたり性、耐環境性を同時に満足し、当然ながら不足する振動絶縁性を、前述した第２、第３の振動絶縁機構と相互に補完することで、最大に高めることができる。
【００６０】
また、「爪片による機械的結合手段」は、第２の機構である微少な「すべり摩擦」を発生し易くするためにも効果的であるばかりでなく、金属材の機械強度を活用したものであるため、初期締付け時のゴムの捩じりに伴う剥離、切れを防止し（捩じり強度）、トルクの正確な伝達を可能にする作用があり、捩じりトルクが必然的に負荷される防振ワッシャー用途に必須といえる。
【００６１】
仮に「爪片による機械的結合手段」を用いずに、単に基本単体とする積層体を重ね合わせただけの場合、振動伝送経路の延長、複雑化による振動絶縁性が期待できないばかりか、ボルトへの組み付けに手間がかかり、また、ボルト組み付けを容易にする手段があったとしても、締付け時には、各積層体が自由に動いてしまうため、ゴム／ゴム、ゴム／金属界面に不要な摩擦が発生し、ゴム面が摩耗したり、剥離するという不具合が生じる。
【００６２】
さらに「爪片による機械的結合手段」は、基本単体の加工によるものであり、他の「副資材」を用いる必要はない。これは防振ワッシャーを取り付けるスペースが限定されている場合、振動絶縁に必要な面積最大にワッシャー寸法を設計できる、取付部に対する「副資材」の化学的、物理的影響を考慮する必要がない等、多くの利点を生む。
【００６３】
次に、本発明を自動車用オイルパンのバッフルプレートのプレス構造物に適用した例を下記に述べる。
図２３は、バッフルプレートの斜視図、図２４は点接合の各種構造例を示す。
図２３において、Ｍはプレス構造物であり、１１はその剛性基板となる金属板、１２は金属板の表面に接着により形成したシール性を有するゴム粘弾性層、Ｎはゴム粘弾性層１２のうえに重ね合わせたプレート部材であり、金属板１３のみで構成されており、プレス構造物の金属板１１にリベット１４により４個所でそれそれ結合されている。
【００６４】
図２４（Ａ）は、図２３のリベット１４による結合部位の拡大断面図を示したもので、図中、１５は金属板１１にゴム粘弾性層１２を接着する接着層である。この結合は、リベットのほかに、図２４（Ｂ）に示すボルト１６、ナット１７によるねじ結合、図２４（Ｃ）に示すハトメ１８による結合、図２４（Ｄ）に示すスボット溶接部１９による点接合、あるいは図２４（Ｅ）に示すかしめ部２０による結合等を、基板およびプレート部材の材質や厚み等によって任意に適用される。また、結合の数や結合間の間隔等も前記構成に応じて任意に定められる。前記剛性基板は、金属板に限らず、硬質プラスチック、セラミック板等を使用してもよい。
【００６５】
上記のように、プレート部材Ｎの金属板１３を結合した部分の構造は、金属板−ゴム粘弾性層−金属板となり、拘束型制振構造を構成するが、従来の拘束型制振材では、それぞれの構成部材が接着により一体化されているのに対し、前記構成では、前記プレート部材Ｎとプレス構造物Ｍが機械的に緩やかに固定されているため、プレス構造物Ｍに振動が加わった場合、プレス構造物Ｍに微少な反りが生じ、これによりプレス構造物Ｍのゴム粘弾性層１２とプレート部材の金属板１３との接触で微少な滑りが生じる。この場合、ゴムなどの粘弾性体は金属に対し滑りずらい材料のため、両者の間に摩擦が生じ、この摩擦力により振動を吸収することができる。
【００６６】
前記プレート部材Ｎはプレス構造物の全面に当接させる必要はなく、プレス構造物が共振作用等で最も大きく振動する個所に必要最低限の当接面積で取り付けることにより、最大の制振効果を発揮させることができる。
また、前記プレス構造物Ｍが剛性体のみで構成されている場合は、プレート部材Ｎとして、剛性体の片面もしくは両面に高分子粘弾性層を接着により形成したものとの部材を用い、この高分子粘弾性層と前記基板とを局部的に結合した構造にすることができる。
【００６７】
図２４（Ｆ）および図２４（Ｇ）は、プレス構造物Ｍの剛性基板を金属板１１のみで構成し、これに対しプレート部材Ｎは金属板１３の片面もしくは両面に接着層２１を介してゴム粘弾性層２２を接着して構成した部材を用い、これを前記金属板１１に重ね、リベット１４により結合した構造例である。特に図２４（Ｇ）は、構造物にシール部分を必要としないものに適用される。これらのプレス構造物にあっても、前記と同様な効果が得られる。図２４（Ｈ）は、プレート部材Ｎを金属板１３の片面に接着層２１を介してゴム粘弾性層２２を接着した構成とし、これをプレス構造物Ｍのゴム粘弾性層１２に重ね合わせた構造例である。
【００６８】
従って、本発明を前記の如きプレス構造物の制振に適用した場合、下記効果が得られる。
（１）最小の面積で大きな制振効果が得られるため、プレス構造物全体を拘束型制振材で製作した場合に比較し、安価で、かつ軽量に製作できる。
（２）プレス構造物に粘弾性層を形成してある場合は、これによりシール機能を兼ねるため、部品点数、組立て工数を低減できる。
（３）プレート部材に油、水、ブローバイガス等の整流または制流に使用されるバッフルプレートを兼用させることにより、部品点数、取り付け工数、材料コストを低減できる。
次に本発明を前記プレス構造物に実施した場合の実験例および実験比較例を下記に示す。
【００６９】
測定試料および測定方法：
図２５および図２６に示すように、長さ２４０ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの鉄板２３上に厚さ２００μｍゴム層２４を接着してなる非拘束型制振構造体のゴム粘弾性層上に、長さ、幅が前記鉄板と同じで、厚さ２００μｍのプレート部材２５を重ね合わせ、符号［１］〜［７］で示した各部位を、かしめ加工による結合をした構造物を試料とし、その中心部を動電型加振機２６で加振し、そのあいだに挿入されているインピーダンスヘッド２７［試料に接着］から力と振動加速度を計測しながら、加振周波数を変化させ、加振点の機械インピーダンスを計測し、共振曲線から損失係数を算出する装置を使用した。
【００７０】
図２７に、前記実験例による損失係数（η）−温度曲線を示す。
図中、（イ），（ロ），（ハ），（ニ），（ホ），（ヘ）の各曲線は、下記点接合によるものである。ここでは、特に点接合の効果を明らかにするために、単位面積当りの接合点の点数を変化させ、その効果を確認した。
曲線（イ）…［１］〜［３］，［５］〜［７］の６点結合
曲線（ロ）…［１］，［２］，［４］［６］，［７］の５点結合
曲線（ハ）…［１］，［３］，［５］，［７］の４点結合
曲線（ニ）…［１］，［４］，［７］の３点結合
曲線（ホ）…［１］，［７］の２点結合
曲線（ヘ）…［４］の１点結合
【００７１】
前記測定結果によれば、局部的な結合の数の増加に伴い、制振効果は尖鋭なピークを描くようになり、また極端に結合数が減った場合、制振効果は急速に失われる。
これは、結合の数の増加により、従来の接着による拘束型制振構造に近づくことを意味し、結合のコストがかさむうえ、本発明の主旨と異なる結果となってゆく。
【００７２】
また、結合の数が１点もしくは２点の場合、プレート部材と非拘束型制振構造との当接面部が点接合部位近傍に留まり、他の部位はほとんど当接しておらず、すべり摩擦が発生できないことで、制振効果は急速に減少する。
この間の結合の数では、ほぼ同じレベルで、かつ同様な温度依存性を呈していることから、すべり摩擦による制振効果の存在は歴然としており、少なくとも結合間で当該摩擦面が互いに当接していることが必須条件であるといえる。
【００７３】
ただし、結合される構造体の面積、剛性により、条件が異なることにもなり、摩擦制振効果の発現に必要な結合の数は、規定できないものの、コスト的に有利にするためにも、最小で、かつ、有効な当接面が得られる結合の数を個別に決定することが必須である。
【００７４】
図２８に、前記実験例と下記実験比較例とを対比した損失係数（η）−温度曲線を示す。
【００７５】
実験比較例１
本発明と同様の構造を市販の制振鋼板（鋼板厚さ０．５ｍｍ／樹脂層厚さ０．０５ｍｍ／鋼板厚さ０．５ｍｍ）で構成した例である。曲線（ハ）は前記実験例の４点結合によるもので、曲線（ト）は実験比較例１によるものである。
前記実験比較例１の場合、樹脂の動的粘弾性による尖鋭なピークが６０℃付近にあり、そのレベルは高いものの、他の温度領域では、極端に低くなっている。
また、プレス構造物の深絞りに際しては、２枚の鋼板の伸びの違いにより、絞り部に割れが生じ、適切な加工には、さらに工夫が必要であることが判明した。
【００７６】
実験比較例２
本発明に用いた非拘束型制振構造のシールを兼ねたゴム層にプレート部材を接着により固定した例である。図２８の曲線（チ）は比較例２によるものである。
前記プレート部材の接着には、強固に接着するためにフェノール系の熱硬化型接着剤を用いた。
非拘束型制振構造の部分は、鋼板が１枚であるため、従来の絞り加工法により、割れ等の発生もなく加工できたものの、その制振効果はゴムの動的粘弾性層により、５０℃付近をピークに、実験比較例１に対比すると若干ブロードであるものの、その前後ではレベル的に低いものとなった。
【００７７】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明を防振ワッシャーに適用した場合には、従来の防振ゴムの常識を覆すほど薄くかつ剛性が高いにも拘らず、従来の防振ゴム以上の高い防振防音性を実現できるだけでなく、安定締付け性は、所定トルクに達するまでの回転角で１／３〜１／６を、長期の耐クリープ性（耐へたり性）では、厚さ変化量で１／３〜１／１０に抑えることができ、ゴム露出断面積が小さいことから、圧倒的な耐環境性をも実現できる画期的な防振ワッシャーを得ることができる。
【００７８】
また、本発明を自動車用オイルパン、バッフルプレート等のプレス構造物に適用した場合には、下記効果が得られる。
従来の拘束型制振構造を用いたプレス構造物では、その制振効果は拘束される高分子粘弾性層の動的粘弾性に大きく依存するものであり、その結果、得られる制振効果の温度特性は、高分子粘弾性体のガラス転移点近傍で大きなピークをもつものの、それより低温もしくは高温領域では、極端に小さな制振効果しか得られず、特に自動車のエンジン回りなどの常温（２０℃）から高温（１５０℃）までの広い温度領域で用いた場合などでは使用に耐えない。
【００７９】
これに対し、本発明を適用すれば、従来の拘束型制振構造と同様な３層構造になるものの、非拘束型制振構造に固定されるプレート状部材は接着一体化によらず、リベット、ねじ、かしめ、スポット溶接等の結合にとどめ、これにより見掛け上の拘束型制振構造とすることができる。この点は従来技術と大きく異なる点と言える。
【００８０】
つまり、局部的な結合により、結合以外は厳密には接着されておらず、当接にとどまっている。従って、振動時には、前述したように、プレート状部材と非拘束型制振構造に用いている粘弾性体の間では、相互に動こうとする力が発生し、その際、摩擦係数の高い高分子粘弾性体表面とプレート状部材の間に「すべり摩擦」が発生し、この「すべり摩擦」により振動エネルギーは熱エネルギーに変換され、振動が吸収される。
【００８１】
すべり摩擦は基本的に温度に依存することがないため、高分子粘弾性体のすべり摩擦効果が維持できる温度範囲であれば、ほぼ一定の制振効果を持続でき、結果として幅広い温度領域で制振効果を発揮できるものとなる。
ただし、一定の制振効果を維持できる分、従来の制振鋼板に見られるような或る温度での卓越したピークをもたず、その温度では拘束型制振構造が有利となるが、自動車エンジン回りのように幅広い温度領域で効果を発揮する必要がある場合などでは、前記摩擦制振によることが最適と言える。
【００８２】
これにより、従来の制振鋼板では困難な加工性（深絞り等）だけでなく、多くが従来技術で対応できるため、コスト的にも有利で、幅広い温度領域での高い制振効果（騒音低減効果）も得られることになる。
また、前記プレス構造物に、金属板の内面または両面に高分子粘弾性層を形成したものを用いることにより、表面の高分子粘弾性層のシール機能を利用し、シールおよび制振機能を兼用できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明による防振ワッシャーの概念的構成を示す斜視図、（Ｂ）は前記防振ワッシャーの構成基本単体の部分側面図、（Ｃ）は防振ワッシャーの基本単体を切り起し爪片で一体に結合した状態を示す斜視図である。
【図２】前記防振ワッシャーの重ね合わせ状態を示す斜視図である。
【図３】拘束型制振材の制振機能の説明図である。
【図４】非拘束型制振材の制振機能の説明図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は防振ワッシャーにおける基本単体間の振動伝達経路の説明図である。
【図６】切り起し爪片の切り出し方向と位置の各種例を示す防振ワッシャーの平面図である。
【図７】切り起し爪片の各種構造例を示す防振ワッシャーの側面図である。
【図８】防振ワッシャーを構成する基本単体の側面図である。
【図９】本発明の第１実施例による防振ワッシャーの構成基本単体の側面図である。
【図１０】第２実施例による防振ワッシャーの構成基本単体の側面図である。
【図１１】第３実施例による防振ワッシャーの構成基本単体の側面図である。
【図１２】第１比較例による防振ワッシャーの構成基本単体の側面図である。
【図１３】第２比較例による防振ワッシャーの構成基本単体の側面図である。
【図１４】第３比較例による防振ワッシャーの構成基本単体の側面図である。
【図１５】実施例［１］〜［３］の防振ワッシャーの防振防音性能を示すグラフである。
【図１６】実施例［１］と比較例［１］の防振ワッシャーの防振防音性能を示すグラフである。
【図１７】実施例［２］と比較例［２］の防振ワッシャーの防振防音性能を示すグラフである。
【図１８】実施例［２］と比較例［３］の防振ワッシャーの防振防音性能を示すグラフである。
【図１９】実施例［１］〜［３］と比較例［１］〜［３］の防振ワッシャーの安定締付け性能を示すグラフである。
【図２０】図１９の部分拡大グラフである。
【図２１】実施例［１］〜［３］と比較例［１］〜［３］の防振ワッシャーの永久圧縮歪を示すグラフである。
【図２２】図２１の部分拡大グラフである。
【図２３】本発明の他の実施例を示すプレス構造体の一部の斜視図である。
【図２４】点接合の各種例を示す拡大断面図であり、（Ａ）はリベット接合、（Ｂ）はねじ接合、（Ｃ）はハトメ接合、（Ｄ）はスポット溶接接合、（Ｅ）はかしめ接合、（Ｆ），（Ｇ），（Ｈ）はそれぞれ他のプレス構造物におけるリベット接合を示す。
【図２５】制振構造測定試料の平面図である。
【図２６】試料測定装置の構成図である。
【図２７】実験実施例における損失係数を示すグラフである。
【図２８】実験例と実験比較例との損失係数を対比したグラフである。
【符号の説明】
ａ，ａ_１，ａ_２，ａ_３，ｂ_１，ｂ_２ 防振ワッシャーを構成する基本単体
１ 金属板
２ ゴム粘弾性層
３ 接着層
４ 切り起し爪片
５ 切欠開口
６ 金属キャップ
７ ゴム
Ｍ プレス構造物
Ｎ プレート部材
１１ 金属板
１２ ゴム粘弾性層
１３ プレート状部材の金属板
１４ リベット
１５ 接着層
１６ ボルト
１７ ナット
１８ ハトメ
１９ スポット溶接部
２０ かしめ部
２１ 接着層
２２ ゴム粘弾性層
２３ 試料に用いた鉄板
２４ 試料に用いたゴム層
２５ 試料に用いたプレート部材
２６ 電動加振機
２７ インピーダンスヘッド

Claims (2)

1. 粘弾性層を表面に形成した剛性体を素材とし、この素材同士を粘弾性層で向い合わせて粘弾性層同士ですべり摩擦を発生させる積層構造体となし、この積層構造体を、局部的に切り起した複数の爪片を重ね合わせた結合部により一体化したことを特徴とする防振ワッシャー用制振構造体。
2. 少なくとも粘弾性層を表面に一体的に形成した剛性体を素材として含み、前記素材を粘弾性層同士がすべり摩擦を得るように重ね合わせて構成した制振構造体であって、重ね合わせた素材には、局部的に形成された結合部と、結合部以外の接触部とが設けられ、前記結合部は前記接触部において振動に対してすべり摩擦を発生させることを許容する構成であることを特徴とする制振構造体。

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