JP3801716B2

JP3801716B2 - 衝撃吸収用クッション

Info

Publication number: JP3801716B2
Application number: JP03404397A
Authority: JP
Inventors: 哲郎佐藤; 孝光佐々
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: JPH10231875A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝撃吸収用クッションに関し、詳しくは油圧ドロップハンマ、プレス装置、鍛造機等の打撃を繰返す装置に好適で耐久性の高い衝撃吸収用クッションに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、油圧ドロップハンマでは、実公平２−７９４１号公報に示されるように、油圧シリンダで吊下した重錘を落下させて杭を打ち込むが、重錘が杭を打撃する際の振動及び騒音を低減するために、木材の低い弾性率を利用し、合板製の衝撃吸収用クッションを配設している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、木製の衝撃吸収用クッションは、木材内部でのエネルギーの散逸や永久変形が大きく、繰返し使用中の性能の劣化が不可避で、交換の頻度が高く、交換のための作業中断による時間的損失、人件費の損失があった。
【０００４】
そこで本発明は、内部でのエネルギーの散逸や永久変形が少なく、頻度の高い繰返しの負荷に耐え、長期間使用しても性能変化のない衝撃吸収用クッション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】
上記した目的を達成するため、本発明の衝撃吸収用クッションは、第１の手段では、１単位分のバネ要素が、中心軸を一にする３枚の円板の積層体からなり、中間に配置される第１円板は、中央に円形孔を有し、内周縁と外周縁とが同心円で形成されたドーナッツ状であって、上面及び下面が平面に形成され、荷重を受けると弾性変形してエネルギーを一時的に吸収する媒体で、変形した際に最小半径及び最大半径が変化しない断面形状を有し、該第１円板の上面又は下面に配置される第２円板は、荷重を前記第１円板に伝達するものであって、前記第１円板との接触面は、非荷重時に、外周側が第１円板に接触し、内周側が第１円板から離間し、荷重の増加とともに、それ自身が変形することなく、第１円板との接触面の内周側が前記内周縁側へ移動する表面形状に形成され、前記第１円板の下面又は上面に配置される第３円板は、荷重を前記第１円板に伝達するものであって、前記第１円板との接触面は、非荷重時に、内周側が第１円板に接触し、外周側が第１円板から離間し、荷重の増加とともに、それ自身が変形することなく、第１円板との接触面の外周側が前記外周縁側へ移動する表面形状に形成されていることを特徴としている。また、前記第２円板及び第３円板は、中央に前記第１円板の円形孔と同一径の円形孔を有し、内周縁と外周縁とが同心円で形成されたドーナッツ状であっても良い。
【０００６】
さらに、前記第２円板は、前記第１円板との接触面の断面が、非荷重時に、外周側が第１円板に接触し、内周側が第１円板から離間する円弧状に形成されており、前記第３円板は、前記第１円板との接触面の断面が、非荷重時に、内周側が第１円板に接触し、外周側が第１円板から離間する円弧状に形成されていても良い。
【０００７】
また、前記１単位分のバネ要素の偶数単位個の連続した積層からなり、前記第２円板、前記第１円板、前記第３円板、前記第１円板の順序の１回以上の繰返しの末尾に前記第２円板を積層する順序で構成されていても良く、さらに、前記１単位分のバネ要素の３個以上の奇数単位個の連続した積層からなり、前記第２円板、前記第１円板、前記第３円板、前記第１円板の順序の１回以上の繰返しの末尾に前記第２円板、前記第１円板、前記第３円板を積層する順序で構成されていても良い。
【０００８】
第２の手段では、中央に円孔を有し、内周縁と外周縁とが同心円で形成された１枚の可動円板を２平面で挟んだものから構成され、該可動円板の下面は、外周縁がなす平面よりも下にはみださない、下に凸の円弧あるいは下に凸の円弧とそれに連続する直線の軸回転体として形成され、可動円板の上面は、内周縁がなす平面よりも上にはみださない、上に凸の円弧あるいは上に凸の円弧とそれに連続する直線の軸回転体として形成され、非荷重時には、可動円板の下面の外周縁側が下平面と面接触し、上面の内周縁側が上平面と面接触し、荷重の増加にしたがって、下平面との接触面は内周側へ、上平面との接触面は外周側へ、それぞれ移動することを特徴としており、また、前記可動円板を複数枚１枚毎に上下を反転させながら積層して構成されていてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面に示す実施形態例に基づいて、さらに詳細に説明する。図１乃至図３は本発明の第１実施形態例を示すもので、衝撃吸収用クッション１は、上下方向から荷重を受ける１単位分のバネ要素２が、中央に円形孔を有し、内周縁と外周縁とが同心円で形成された同一径のドーナッツ状の第１円板３、第２円板４及び第３円板５の３枚の積層体からなり、本実施形態例では、この１単位分のバネ要素２を６段積み重ねている。尚、１単位分のバネ要素２は、必要に応じて複数段積み重ねて用いられるが、積み重ねる場合には、直接隣り合うバネ要素２は上下を逆にする。
【００１０】
バネ要素２の中間に配置される第１円板３は、第２円板４及び第３円板５よりも厚く且つ上面及び下面が平面に形成され、荷重を受けると弾性変形してエネルキーを一時的に吸収する媒体で、変形した際に最小半径及び最大半径が変化しない断面形状をしている。
【００１１】
第２円板４及び第３円板５は、第１円板３に荷重を伝達するもので、第２円板４は、第１円板３の上面又は下面のいずれか一側面に積層され、また、第３円板５は、第１円板３の下面又は上面のいずれか他側面に積層される。尚、本実施形態例の図１に示される一番上のバネ要素２では、第２円板４は、第１円板３の上面に積層されており、第３円板５は、第１円板３の下面に積層されている。
【００１２】
第２円板４は、第１円板３の約１／５の厚さに形成され、第１円板３との接触面４ａは、その断面が、非荷重時に、外周側が第１円板３に接触し、内周側が第１円板３から僅かに離間する緩やかな円弧状に形成され、接触面４ａの反対側面４ｂは平面状に形成される。尚、この第２円板４は、バネ要素２を複数段積み重ねて２つの第１円板３，３間に配置されるときは、反対側面４ｂが隣り合うバネ要素２の第１円板３に接触するので、厚さを倍にして反対側面４ｂを接触面４ａと同様に形成する。
【００１３】
第３円板５は、第１円板３の約１／１０の厚さに形成され、第１円板３との接触面５ａは、その断面が、非荷重時に、内周側が第１円板３に接触し、外周側が第１円板３から僅かに離間する緩やかな円弧状に形成され、接触面５ａの反対側面５ｂは平面状に形成される。尚、この第３円板５は、バネ要素２を複数段積み重ねて２つの第１円板３，３間に配置されるときは、反対側面５ｂが隣り合うバネ要素２の第１円板３に接触するので、厚さを倍にして反対側面５ｂも接触面５ａと同様に形成される。
【００１４】
このように構成されたバネ要素２は、非荷重時は、図２のＡに示されるように、第２円板４は、接触面４ａの外周側が第１円板３の下面外周側に接触し、接触面４ａの内周側が第１円板３の下面内周側から僅かに離間し、第３円板５は、接触面５ａの内周側が第１円板３の上面内周側に接触し、接触面５ａの外周側が第１円板３の上面内周側から僅かに離間している。
【００１５】
そして、荷重が負荷されて第１円板３の変形が進行していくと、荷重の伝達位置即ち第２円板４と第１円板３との接触点及び第３円板５と第１円板３との接触点は、図２のＢ，Ｃ，Ｄの順に、第２円板４では、接触点が外周側から内周側へ移動し、第３円板５では、接触点が内周側から外周側へ移動する。荷重が除荷される間は、上記とは逆に、Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ａの順で接触点が移動する。
【００１６】
このように、荷重の伝達位置が移動するバネ要素２は、応力集中が少なく、永久変形が残らないから疲労にも耐え、高い繰返し頻度で負荷・除荷のサイクルに耐える。また、弾性エネルギーは、第１円板３内に比較的一様に分布し、極端な応力集中部がない。さらに、荷重の伝達位置が移動するから、変形の度合いに応じてバネ係数が変化する非線形性を有し、図３に示されるように、低荷重域では小さいバネ係数を、高荷重域では大きいバネ係数となる。
【００１７】
したがって、軽量且つ占有容積が小さくても、大荷重に耐え荷重変動を抑えるために大きく撓み、滑らかな荷重の伝達が実現し、その結果エネルギーを損なうことなく、騒音及び振動を抑制できる。しかも、第１円板３内に極端な応力集中部がないから、最大の応力を抑えることができ、設計上利用できる材料の選択幅は広がる。
【００１８】
材料としては、金属、セラミックス、高分子系材料、複合材料等を使用でき、高耐力の材料を用いることで、高い頻度で繰返し大きな負荷を加えても性能の劣化はなく、長期間使用できて交換頻度が少なくなるから時間、人件費を節約できる。
【００１９】
このため、油圧ドロップハンマのクッションとして、ハンマとアンビルとの間に配設して騒音及び振動を抑制するとともに、非線形性を応用して杭の打ち込み効率を高め、打撃回数を減らすことができる。また、プレス装置、鍛造機等の打撃を繰り返す装置で、荷重を伝達する要素として使用できる。さらに、薄型にしてバネとして使用が可能で、常用時は大たわみバネとして使用しつつ、大きな荷重が加わった際には、バネ係数を高くすることで寸法、容量の増加を招くことなく適用荷重を大きくすることができる。しかも、バネ係数の変化は連続的なので、ストッパに当たるようなショックはない。
【００２０】
尚、上記第１実施形態例では、１単位分のバネ要素２の偶数単位個の連続した積層からなるもので説明したが、１単位分のバネ要素２の３個以上の奇数単位個の連続した積層からなる衝撃吸収用クッションの場合は、前記第２円板４、前記第１円板３、前記第３円板５、前記第１円板３の順序の１回以上の繰返しの末尾に前記第２円板４、前記第１円板３、前記第３円板５を積層する順序で構成すれば同様の作用・効果を奏する。
【００２１】
また、第２円板４の接触面４ａの内周側は、第１円板３の内周縁側へ移動する表面形状に形成されていれば良く、第３円板５の接触面５ａの外周側は、第１円板３の外周縁側へ移動する表面形状に形成されていれば良い。
【００２２】
図４は本発明の第２実施形態例を示すもので、衝撃吸収用クッション１０は、中央に円孔を有し、内周縁と外周縁とが同心円で形成された１枚の可動円板１１を２平面１２，１２で挟んだものから構成され、可動円板１１の下面側は、外周縁がなす平面よりも下にはみださない、下に凸の緩やかな円弧あるいは下に凸の緩やかな円弧とそれに連続する直線の軸回転体として形成され、可動円板１１の上面側は、内周縁がなす平面よりも上にはみださない、上に凸の緩やかな円弧あるいは上に凸の緩やかな円弧とそれに連続する直線の軸回転体として形成され、非荷重時には、可動円板１１の下面の外周縁側が下平面１２と面接触し、上面の内周縁側が上平面と面接触し、荷重の増加にしたがって、下平面との接触面は内周側へ、上平面との接触面は外周側へ、それぞれ移動して、前記第１実施形態例と同様の作用・効果を奏する。
【００２３】
図５は本発明の第３実施形態例を示すもので、衝撃吸収用クッション２０は、前記第２実施形態例で用いた可動円板１１を複数枚１枚毎に上下を反転させながら積層して構成されている。これにより、前記第１実施形態例と同様の作用・効果を奏するとともに、部品点数及び部品の種類を削減でき、しかも、衝撃吸収用クッション２０の全占有容積を節約することができる。
【００２４】
尚、上記各実施形態例では、衝撃吸収用クッションの構成部材を円板で説明したが、外周が円形に近い例えば８角形等の多角形であっても同様の作用・効果を奏する。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の衝撃吸収用クッションは、第１の手段では、１単位分のバネ要素が、中心軸を一にする３枚の円板の積層体からなり、中間に配置される第１円板は、中央に円形孔を有し、内周縁と外周縁とが同心円で形成されたドーナッツ状であって、上面及び下面が平面に形成され、荷重を受けると弾性変形してエネルギーを一時的に吸収する媒体で、変形した際に最小半径及び最大半径が変化しない断面形状を有し、該第１円板の上面又は下面に配置される第２円板は、荷重を前記第１円板に伝達するものであって、前記第１円板との接触面は、非荷重時に、外周側が第１円板に接触し、内周側が第１円板から離間し、荷重の増加とともに、それ自身が変形することなく、第１円板との接触面の内周側が前記内周縁側へ移動する表面形状に形成され、前記第１円板の下面又は上面に配置される第３円板は、荷重を前記第１円板に伝達するものであって、前記第１円板との接触面は、非荷重時に、内周側が第１円板に接触し、外周側が第１円板から離間し、荷重の増加とともに、それ自身が変形することなく、第１円板との接触面の外周側が前記外周縁側へ移動する表面形状に形成されているので、荷重が負荷されて第１円板の変形が進行していくと、荷重の伝達位置即ち第２円板と第１円板との面接触及び第３円板と第１円板との面接触は、第２円板では、接触面の内周側が内周縁側へ移動し、第３円板では、接触面の外周側が外周縁側へ移動する。荷重が除荷される間は、上記とは逆に接触面の周縁が移動する。
【００２６】
このように、荷重の伝達位置が移動するから応力集中が少なく、永久変形が残らないから疲労にも耐え、高い繰返し頻度で負荷・除荷のサイクルに耐える。また、弾性エネルギーは、第１円板内に比較的一様に分布し、極端な応力集中部がない。さらに、荷重の伝達位置が移動するから、変形の度合いに応じてバネ係数が変化する非線形性を有し、低荷重域では小さいバネ係数を、高荷重域では大きいバネ係数となる。
【００２７】
したがって、軽量且つ占有容積が小さくても、大荷重に耐え荷重変動を抑えるために大きく撓み、滑らかな荷重の伝達が実現し、その結果エネルギーを損なうことなく、騒音及び振動を抑制できる。しかも、第１円板内に極端な応力集中部がないから、最大の応力を抑えることができ、設計上利用できる材料の選択幅は広がり、高耐力の材料を用いることで、高い頻度で繰返し大きな負荷を加えても性能の劣化はなく、長期間使用できて交換頻度が少なくなるから時間、人件費を節約できる。
【００２８】
このため、油圧ドロップハンマ、プレス装置、鍛造機等の打撃を繰り返す装置で、荷重を伝達する要素として騒音及び振動を抑制するとともに、非線形性を応用して効率を高め、打撃回数を減らすことができる。また、薄型にしてバネとして使用が可能で、常用時は大たわみバネとして使用しつつ、大きな荷重が加わった際には、バネ係数を高くすることで寸法、容量の増加を招くことなく適用荷重を大きくすることができる。しかも、バネ係数の変化は連続的なので、ストッパに当たるようなショックはない。
【００２９】
第２の手段では、中央に円孔を有し、内周縁と外周縁とが同心円で形成された１枚の可動円板を２平面で挟んだものから構成され、該可動円板の下面は、外周縁がなす平面よりも下にはみださない、下に凸の円弧あるいは下に凸の円弧とそれに連続する直線の軸回転体として形成され、可動円板の上面は、内周縁がなす平面よりも上にはみださない、上に凸の円弧あるいは上に凸の円弧とそれに連続する直線の軸回転体として形成され、非荷重時には、可動円板の下面の外周縁側が下平面と面接触し、上面の内周縁側が上平面と面接触し、荷重の増加にしたがって、下平面との接触面は内周側へ、上平面との接触面は外周側へ、それぞれ移動するので、同様の作用・効果を奏し、また、前記可動円板を複数枚１枚毎に上下を反転させながら積層して構成することにより、部品点数及び部品の種類を削減でき、しかも、衝撃吸収用クッションの全占有容積を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例を示す衝撃吸収用クッションの断面図である。
【図２】同じく荷重の伝達位置の変化を示す概略図である。
【図３】バネ係数の変化を示すグラフ図である。
【図４】本発明の第２実施形態例を示す衝撃吸収用クッションの断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態例を示す衝撃吸収用クッションの断面図である。
【符号の説明】
１，１０，２０…衝撃吸収用クッション、２…バネ要素、３…第１円板、４…第２円板、５…第３円板、１１…可動円板

Claims

１単位分のバネ要素が、中心軸を一にする３枚の円板の積層体からなり、中間に配置される第１円板は、中央に円形孔を有し、内周縁と外周縁とが同心円で形成されたドーナッツ状であって、上面及び下面が平面に形成され、荷重を受けると弾性変形してエネルギーを一時的に吸収する媒体で、変形した際に最小半径及び最大半径が変化しない断面形状を有し、該第１円板の上面又は下面に配置される第２円板は、荷重を前記第１円板に伝達するものであって、前記第１円板との接触面は、非荷重時に、外周側が第１円板に接触し、内周側が第１円板から離間し、荷重の増加とともに、それ自身が変形することなく、第１円板との接触面の内周側が前記内周縁側へ移動する表面形状に形成され、前記第１円板の下面又は上面に配置される第３円板は、荷重を前記第１円板に伝達するものであって、前記第１円板との接触面は、非荷重時に、内周側が第１円板に接触し、外周側が第１円板から離間し、荷重の増加とともに、それ自身が変形することなく、第１円板との接触面の外周側が前記外周縁側へ移動する表面形状に形成されていることを特徴とする衝撃吸収用クッション。
前記第２円板及び第３円板は、中央に前記第１円板の円形孔と同一径の円形孔を有し、内周縁と外周縁とが同心円で形成されたドーナッツ状であることを特徴とする請求項１記載の衝撃吸収用クッション。
前記第２円板は、前記第１円板との接触面の断面が、非荷重時に、外周側が第１円板に接触し、内周側が第１円板から離間する円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の衝撃吸収用クッション。
前記第３円板は、前記第１円板との接触面の断面が、非荷重時に、内周側が第１円板に接触し、外周側が第１円板から離間する円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の衝撃吸収用クッション。
前記１単位分のバネ要素の偶数単位個の連続した積層からなり、前記第２円板、前記第１円板、前記第３円板、前記第１円板の順序の１回以上の繰返しの末尾に前記第２円板を積層する順序で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の衝撃吸収用クッション。
前記１単位分のバネ要素の３個以上の奇数単位個の連続した積層からなり、前記第２円板、前記第１円板、前記第３円板、前記第１円板の順序の１回以上の繰返しの末尾に前記第２円板、前記第１円板、前記第３円板を積層する順序で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の衝撃吸収用クッション。
中央に円孔を有し、内周縁と外周縁とが同心円で形成された１枚の可動円板を２平面で挟んだものから構成され、該可動円板の下面は、外周縁がなす平面よりも下にはみださない、下に凸の円弧あるいは下に凸の円弧とそれに連続する直線の軸回転体として形成され、可動円板の上面は、内周縁がなす平面よりも上にはみださない、上に凸の円弧あるいは上に凸の円弧とそれに連続する直線の軸回転体として形成され、非荷重時には、可動円板の下面の外周縁側が下平面と面接触し、上面の内周縁側が上平面と面接触し、荷重の増加にしたがって、下平面との接触面は内周側へ、上平面との接触面は外周側へ、それぞれ移動することを特徴とする衝撃吸収用クッション。
前記可動円板を複数枚１枚毎に上下を反転させながら積層して構成されていることを特徴とする請求項７記載の衝撃吸収用クッション。