JP5275907B2 - 防振装置 - Google Patents

Description

この発明は、剛性板と、所要の厚みのゴム板とのそれぞれを、所要の枚数ずつ交互に接合させた積層構造になり、円形、方形等の適宜の平面輪郭形状を有する防振装置に関するものであり、中心軸線に沿う方向の圧縮振動等の支持に当っての、ゴム板と剛性板との接合境界域への応力の集中を緩和して、ゴム板への亀裂の発生を有効に抑制する技術を提案するものである。

従来のこの種の防振装置としては、たとえば、自動車や振動産業機械等の振動構造物に適用されて、その構造物の周波数等の振動特性の変動に応じて、防振特性を能動的に変動させるものとして、特許文献１に開示されているように、支持板間にゴム部が挟持されてなり、該ゴム部が１枚または２枚以上の中間板で水平方向で分割されて、積層状態とされてなる防振装置において、前記ゴム部が電気粘性ゴムで形成されているとともに前記支持板及び前記中間板がそれぞれ導電板とされ、該導電板間に制御電圧が印加可能とされているものがあり、これによれば、支持金属板または中間金属板間のゴム部が電気粘性ゴムであり、かつ、支持金属板または前記中間金属板間に制御電圧が印加可能とされているため、振動構造物の周波数等の振動特性が変動した場合、その振動特性の変動を変位量検出手段で検出し、該変位量検出手段からの検出信号を電圧制御手段に入力し、該電圧制御手段で判別して制御信号を電圧印加手段に入力することにより、支持金属板または前記中間金属板間の各ゴム層の粘弾性特性、即ち、防振特性を変更することができる。
従って、運転持の周波数ピークの変動に対応して、防振ゴムの防振特性、即ちゴム部の粘弾性特性を能動的に変更することが可能になるとする。

特開平５−１０３８９号公報

しかるに、この従来技術の、上下の支持板と、分割ゴム部分と、中間板とのそれぞれは、図５（ａ）に、中心軸線を含む縦断面図で例示するように積層されていて、支持板１１１もしくは中間板１１２に接着される各分割ゴム部分１１３の縦断面輪郭線形状を、中心軸線ＣＬの側に滑らかに窪む凹形状とするとともに、その輪郭線を、分割ゴム部分１１３の厚み中心線ｔｃに対して線対称に延在させていることから、この従来技術の防振装置が中心軸線に沿う方向の大きな圧縮力を受けると、体積変化しない分割ゴム部分１１３が、図５（ｂ）に一部を拡大して例示するように、中心軸線ＣＬに対して放射方向外方に変形して、支持板１１１もしくは中間板１１２、図では中間板１１２の外周側へ、対をなす上下の中間板１１２のいずれに対してもほぼ均等に大きく突出変形することになり、これにより、装置の非圧縮時には、図に仮想線で示すような形態をとる分割ゴム部分の外輪郭線と、それが接着される中間板１１２とのなす角度は、比較的小さなαであったところ、圧縮変形後には、その角度が、角度αの何倍にもなる角度βまで増加することになるため、分割ゴム部分１１３の、中間板１１２への接着外縁部分で、分割ゴム部分１１３と各中間板１１２との接着界面の近傍に引張応力が集中し、分割ゴム部分１１３の繰返しの圧縮変形によって、その応力集中個所に比較的早期に亀裂が発生することになるという、防振装置の耐久上の問題があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、それの目的とするところは、剛性板とゴム板との積層構造になる防振装置への圧縮力の作用に起因する、ゴム板の、剛性板間からの大きな突出変形が生じてなお、ゴム板の、剛性板への接着界面の近傍での、そのゴム板への応力集中を有効に緩和するとともに、ゴム板への亀裂の発生を長期間にわたって効果的に防止することができる防振装置を提供するにある。

この発明の防振装置は、剛性板および、所要の厚みのゴム板のそれぞれを所要の枚数ずつ、加硫接着、接着剤接着等によって交互に接合させて積層してなるものであって、
中心軸線を含む縦断面内で、剛性板間のゴム板の輪郭線に、いずれか一方の剛性板側で曲線状に窪む窪み部を設けるとともに、この窪み部の、他方の剛性板側に隣接させて形成され、窪み部に連続して中間部で外側へ曲線状に迫出す膨出部を設け、そして、これらの窪み部および膨出部の、それぞれの剛性板側の端部分を、それぞれの凹曲線で終了させてなり、
それぞれの凹曲線の、各剛性板側の端縁を通る二本の水平線分間で、膨出部を終了させる凹曲線と一方の水平線分との交点を通って、前記膨出部に接して延びる仮想直線と、その一方の水平線分との、ゴム板の外側での交角（θ１）を１００〜１２０°の範囲とするとともに、
上記仮想直線と他方の水平線分との交点と、前記窪み部の最深位置から他方の水平線分に下した重線とその他方の水平線分との交点との間の水平距離（β）の、二本の水平線分間の距離（ν）に対する比（β／α）を０．１８〜０．４０の範囲としてなるものである。

ここで好ましくは、膨出部を円弧形状に形成するとともに、その円弧の曲率中心を、二本の水平線分間の二等分点より他方の剛性板側に偏せて配置する。
また好ましくは、それぞれの凹曲線の半径を１〜５ｍｍの範囲とする。

ところで、ゴム板には、それぞれの凹曲線の、各剛性板側の端縁に連続させて、たとえばフランジ状に突出する突部を設けることができる。
この場合、ゴム板のそれぞれの突部の厚みはともに等しくすることができる。

この発明の防振装置では、剛性板間のゴム板が中心軸線方向の圧縮変形を受けて、ゴム板が、対をなす剛性板の外側へ突出変形する場合、一方の剛性板側の窪み部の形成個所は、図５（ｂ）に例示したような、引張り方向の変形をほとんど受けないので、その窪み部の形成個所への引張応力の集中、ひいては、その窪み部の形成個所でのゴム板への早期の亀裂の発生を有効に防止することができる。

この一方で、剛性板間のゴム板の、他方の剛性板側の、窪み部の非形成個所には、ゴム板の圧縮方向への変形によって引張応力が作用することになるも、この場合の引張応力は、ゴム板輪郭線に設けた曲線状の膨出部が、上述した窪み部の形成個所側に向けて斜めに突出変形する形態をとることによって、図５（ｂ）に示す場合に比して大きく緩和されることになるので、ゴム板の、窪み部の非形成個所においてもまた、ゴム板への早期の亀裂の発生を有効に防止することができる。

従って、この発明によれば、ゴム板の縦断面輪郭線の特定により、圧縮変形に対するゴム板の耐久性を大きく向上させることができる。

しかも、この防振装置では、膨出部に接して延びる仮想線と、一方の水平線分との交角（θ１）を１００〜１２０°の範囲とし、また、上記仮想線分と他方の水平線分との交点と、窪み部の最深部から他方の水平線分に下した垂線とその他方の水平線分との交点との間の水平距離（β）の、二本の水平線分間の距離（α）に対する比（β／α）を０．１８〜０．４０の範囲とすることで、最大引張応力に対応する応力比を一層小さく抑えることができ、ゴム板の耐久性をより効果的に向上させることができる。
なおここで「応力比」とは、図５に示す従来技術についての、有限要素法による解析結果の最大引張応力を１とした場合の最大引張応力の比をいうものとする。

ここで、交角（θ１）を、１００°未満としたときは、最大引張応力の応力比が大きくなりすぎて耐久性の低下が否めない。
この一方で、それを１２０°を越える値としたときは、加硫金型からのゴム板の抜き出しが困難になるという、製造上の不都合が生じることになる。
そしてまた、比（β／α）を、０．１８未満とした場合、および０．４０を越える値とした場合のいずれにあっても、応力比が大きくなって、耐久性の低下が余儀なくされる不都合がある。

このような防振装置において、縦断面輪郭線の膨出部を円弧形状に形成し、そして、その円弧の曲率中心を、二本の水平線分間の二等分点より上方の剛性板側に偏せて配置した場合は、ゴム板が圧縮変形されたときの膨出部の突出変形方向を、その輪郭線の、窪み部の形成個所側に向けてより大きく傾けることができ、これにより、ゴム板の、他方の剛性板への接合部近傍への引張応力作用をより有利に緩和することができる。

そしてまた、縦断面輪郭線の、窪み部および膨出部のそれぞれの、剛性板側の端部分を終了させるそれぞれの凹曲線の半径を１〜５ｍｍの範囲としたときは、ゴム板の、圧縮おおよび引張り方向の変形の他、剪断方向の変形に対しても、凹曲線部分への応力集中のおそれを、ゴム板厚みの余剰の増加なしに、有効に取り除くことができる。

この発明の一の実施形態を示す、中心軸線を含む縦断面図である。 ゴム板の縦断面輪郭線を示す拡大断面図である。 ゴム板の圧縮変形形態様を示す拡大断面図である。 角度θ１および比β／αの変化に伴う応力比の変化を示すグラフである。 従来技術を示す縦断面図である。

図１に縦断面図で示す実施形態において、図中１は、金属板とすることができる三枚の剛性板を、２は、それぞれの剛性板1間に、接着接着、加硫接着等によって固着させた、所要の物性および厚みを有する二枚のゴム板をそれぞれ示す。

このような積層構造とすることができる防振装置３は、たとえば、上下のそれぞれの剛性板１に設けたボルト４により、所要の防振対象物に取付けることができる。
なおここで、剛性板１およびゴム板２の積層枚数は、所要に応じて適宜に増域できることはもちろんであり、また、ゴム板２の積層枚数を、剛性板１の枚数と同数または、それより多い枚数とすることもできる。

ここでは、たとえば平面輪郭形状を、円形、多角形等とすることができるこのような防振装置２の中心軸線ＣＬを含む、無負荷時の縦断面内で、剛性板１間の、好ましくは全てのゴム板２の輪郭線に、いずれか一方の剛性板側、図では下方に位置する剛性板１側で曲線状に窪む窪み部５を設けるとともに、この窪み部５の、他方の剛性板側、図では上方に位置する剛性板1側に隣接させて形成されて窪み部５に連続し、厚みの中間部で外側へ曲線状に迫出す膨出部６を設け、そして、これらの窪み部５および膨出部６のそれぞれの、それぞれの剛性板側の端部分を、凹曲線７，８のそれぞれで終了させる。
ところでこの場合、膨出部６を終了させる凹曲線８は、中心軸線ＣＬから遠去かるように湾曲する部分だけからなる曲線にて構成し得ることはもちろんであるが、その全体もしくは一部が、中心軸線ＣＬに近付くように湾曲する曲線にて構成することもできる。

またここでは、図２に拡大して示すように、それぞれの凹曲線７，８の、各剛性板側の端縁を通る二本の水平線分９，１０間で、膨出部６を終了させる凹曲線８と水平線分１０との交点ａを通って、膨出部６に接して延びる仮想直線Ａと、その水平線分１０との、ゴム板２の外側での交角θ１を１００〜１２０°の範囲とする。

そしてさらには、上記の仮想直線Ａと水平線分９との交点ｃと、窪み部５の最深部から水平線分９に下した垂線とその水平線分９との交点ｄとの間の水平距離βの、二本の水平線分９，１０間の距離αに対する比β／αを０．１８〜０．４０の範囲とする。

このように構成してなる防振装置３では、それが圧縮方向の負荷を受けると、剛性板１間のゴム板２が、図３（ｂ）に例示するように、たとえば半径方向外方へ突出変形することになるも、窪み部５の形成個所では、ゴム板２の、剛性板１への接合部に引張変形がほとんど発生せず、従って、その接合部および接合部近傍部分では、引張応力が極めて小さくなるので、そこでのゴム板２への亀裂の発生は有効に防止されることになる。

これに対し、ゴム板２と、図の上方側の剛性板１との接合部には引張変形が生じることになるも、そのゴム板２は、膨出部６の存在の故に、窪み部５の形成個所側に向けて斜めに、図では斜め下方に向けて突出変形されることになるので、ゴム板と上方側剛性材１との接合部に発生する引張応力は、図５（ｂ）に示す場合に比してはるかに小さい値となり、これがため、ゴム板接合部への早期の亀裂の発生は、その接合部および接合部近傍部分でもまた効果的に防止されることになる。

そしてさらにここでは、図２に関連して述べたように、仮想線分Ａと水平線分１０との交角θ１を１００〜１２０°の範囲とするとともに、交点ｃと交点ｄとの間の水平距離βの、二本の水平線分９，１０間の距離αに対する比β／αを０．１８〜０．４０の範囲とすることで、ゴム板２が圧縮変形されるときの、ゴム板２の剛性板接合部に作用する最大引張応力を、従来技術に比してより一層低減させて、ゴム板２の耐久性をさらに高めることができる。

図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ、剛性板間の一枚の方形ゴム板（α＝１０．７５ｍｍ）につき、有限要素法による解析を行ったときの、角度θ１および比β／αをパラメータとする応力比を示すものであり、図４（ａ）に示すところによれば、角度θ１が１００°以上で、ゴム板の圧縮変形に起因する、最大引張応力についての小さい応力比が、そして、図４（ｂ）によれば、比β／αが０．１８〜０．４０の範囲で小さい応力比が、それぞれ実現できることが解かる。

以上のような装置において、より好ましくは、図２に例示するように、膨出部６を円弧形状に形成するとともに、その円弧の曲率中心Ｏを、二本の水平線分９，１０間の二等分点より上方の剛性板1側に偏せて配置して、その膨出部６の、図３に例示するような、斜め下方に向く突出変形を、より確実にかつ円滑なものとする。

１ 剛性板
２ ゴム板
３ 防振装置
４ ボルト
５ 窪み部
６ 膨出部
７，８ 凹曲線
９，１０ 水平線分
１１，１２ 突部
ＣＬ 中心軸線
θ１ 交角
Ａ 仮想線分
ｃ，ｄ 交点
α 距離
β 水平距離

Claims (5)

1. 剛性板およびゴム板のそれぞれを交互に接合させて積層してなる防振装置であって、
   中心軸線を含む縦断面内で、剛性板間のゴム板の輪郭線に、いずれか一方の剛性板側で曲線状に窪む窪み部を設けるとともに、この窪み部の、他方の剛性板側に隣接させて形成され、窪み部に連続して中間部で外側へ曲線状に迫出す膨出部を設け、これらの窪み部および膨出部の、それぞれの剛性板側の端部分を、それぞれの凹曲線で終了させ、
   それぞれの凹曲線の、各剛性板側の端縁を通る二本の水平線分間で、膨出部を終了させる凹曲線と一方の水平線分との交点を通って、膨出部に接して延びる仮想直線と、その一方の水平線分との、ゴム板の外側での交角（θ１）を１００〜１２０°の範囲とするとともに、
   上記仮想直線と他方の水平線分との交点と、前記窪み部の最深位置から他方の水平線分に下した垂線とその他方の水平線分との交点との間の水平距離（β）の、二本の水平線分間の距離（α）に対する比（β／α）を０．１８〜０．４０の範囲としてなる防振装置。
2. 膨出部を円弧形状に形成するとともに、その円弧の曲率中心を、二本の水平線分間の二等分点より他方の剛性板側に偏せて配置してなる請求項１に記載の防振装置。
3. それぞれの凹曲線の半径を１〜５ｍｍの範囲としてなる請求項１もしくは２に記載の防振装置。
4. ゴム板に、それぞれの凹曲線の、各剛性板側の端縁に連続する突部を設けてなる請求項１〜３のいずれかに記載の防振装置。
5. ゴム板のそれぞれの突部の厚みをともに等しくしてなる請求項４に記載の防振装置。

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