JP6355986B2 - 減衰ばね、振動減衰装置及び防振パレット - Google Patents

Description

本発明は、異形線コイルばねを用いる減衰ばねとのそれを利用する振動対策技術に関する。

振動対策として多くの各種コイルばねが使用されている。その中でも、一次側から二次側への振動絶縁に機能するコイルばねのみならず、その自由振動を抑えるダンピング機能を付加したダンピングコイルばねが知られている（特許文献１参照）。ダンピングコイルばねは、丸線ばねの湾曲する外周面形状に沿ってシート状の粘弾性体を周着して構成されている。これによればコイルばねの自由振動を抑えるためにダンパー機器を併設する必要がなく、ダンピングコイルばね単体で多用な機器の振動系に優れた防振機能を簡単に付加することができるという優れた汎用性・実用性を発揮することができる。

特許第４９４８７６３号公報

ところで、上記ダンピングコイルばねでは、その優れた減衰力をシート状の粘弾性体の弾性変形によって得ている。即ち、ダンピングコイルばねは、シート状の粘弾性体がコイルばねの素線をなす丸線の外周側の輪郭形状に沿って上下の素線が対向する素線間の内側にまで入り込ませた状態で丸線に対して固着し且つ隣接する素線間に架け渡されている。そして、振動や衝撃を受けてコイルばねが伸縮すると、上下の素線間の内側にある粘弾性体がコイルばねの中心軸方向に折れ曲がり変形することで粘性抵抗を発揮して、コイルばねの伸縮変形を減衰させるというものである。

しかしながら、このように粘弾性体が隣接する上下の素線間に入り込む構造であるために、例えば設計条件を超える想定外の振動や衝撃が作用してコイルばねが大きく縮んだ際に、素線と粘弾性体、あるいは粘弾性体どうしが衝突してしまい、それにより粘弾性体に位置ずれや損傷等の不具合が生じて正規の減衰性を持続的に安定して発揮できなくなるおそれがある。

そこで、こうした事態が生じないようにするために、コイルばねの上下の素線間のピッチを拡大して伸縮ストロークに余裕を持たせることが考えられる。しかしながら、それではコイルばねの自由長を長くしたり、防振対象物に対する支持が腰高となって水平方向での安定した支持力が弱まるおそれがある。

以上のような従来技術を背景としてなされたのが本発明である。その目的は正規の減衰力を持続的に安定して発揮することができ、しかも小型化と水平方向の確実な支持力の発揮を実現することができる減衰ばねの提供にある。

上記目的を達成すべく、本発明は以下のように構成される。
即ち、振動を受けて伸縮するコイルばねと、コイルばねの外周面に固着する粘弾性体シートとを備える減衰ばねについて、前記コイルばねは、素線の外周面を成すようにコイルばねの中心軸の軸線方向に沿って伸長する外周平面部と、外周平面部の上縁及び下縁から前記中心軸に向けて伸長する径方向平面部とを有する異形線コイルばねであり、前記粘弾性体シートは、異形線コイルばねの前記外周平面部に固着して異形線コイルばねのすべての素線を常時直接拘束する固着部と、前記中心軸の軸線方向で前記固着部どうしを、隣接する径方向平面部間の対向間隙に入り込まずに繋ぐ架設部とを有しており、振動を受けた異形線コイルばねが伸縮変形すると、粘弾性体シートの固着部が異形線コイルばねの前記外周平面部を常時拘束しつつ、架設部が前記対向間隙の内側に折れ曲がることなく隣接する素線の変位と連動しつつ弾性変形することで粘性抵抗を発揮して異形線コイルばねの伸縮変形を減衰させることを特徴とする減衰ばねである。

コイルばねが素線の外周面を成すようにコイルばねの中心軸の軸線方向に沿って伸長する外周平面部を有し、粘弾性体シートが異形線コイルばねの前記外周平面部に固着して異形線コイルばねのすべての素線を常時直接拘束する固着部を有する。即ち、粘弾性体シートの固着部が平面形状の外周平面部に固着するため、丸線ばねの湾曲形状に沿って固着するよりも、繰り返しの振動を受けて伸縮変形しても固着位置がずれたりせず、安定した固着力を発揮することができ、長期に亘って初期の振動減衰力を発揮することが可能である。

コイルばねが、外周平面部の上縁及び下縁から前記中心軸に向けて伸長する径方向平面部を有する。即ち、素線が断面薄板状であることから、丸線ばねと同一寸法であれば巻数増加によるばね力の増加が可能であり、したがって耐荷重を高めることができ、丸線ばねと耐荷重を同一とすれば全長を短くしてコンパクト化が可能であり、また撓み量を増やすことも可能である。さらにコイルばねの２次断面係数を比べると、水平方向のばね定数は、丸線ばねの２倍から３倍にできることから、縦置きしたコイルばねに載置した支持対象物に水平方向への慣性力が作用した場合でもコイルばねが倒れるように腰折れすることがなく、水平方向への確実な支持力を発揮できる。

粘弾性体シートは、前記中心軸の軸線方向で隣接する素線に固着した固着部どうしを、隣接する径方向平面部間の対向間隙に入り込まずに繋ぐ架設部を有する。丸線ばねの場合、隣接する素線間の内側に粘弾性体が入り込んでいることから、上側の素線に固着した粘弾性体の厚みと、下側の素線に固着した粘弾性体の厚みとを差し引いて、それらが接触しないように素線間の間隔、ストロークを設定する必要があり、そうするとコイルばねや減衰ばねの自由長が長くなってしまう。他方、本発明の架設部は粘弾性体シートが前記対向間隙に入り込まないので、粘弾性体シートの厚み分を考慮することなく素線間の前記対向間隙を設定できることから、コイルばねと減衰ばねの全長を短くして小型化を実現することができる。

本発明では、振動を受けた異形線コイルばねが伸縮変形すると、粘弾性体シートの固着部が異形線コイルばねの前記外周平面部を常時拘束しつつ、架設部が対向間隙の内側に折れ曲がることなく隣接する素線の変位と連動しつつ弾性変形することで粘性抵抗を発揮して異形線コイルばねの伸縮変形を減衰させる。このように架設部は静止時でも動作時でも隣接する素線の径方向平面部間の対向間隙に折れ曲がることがないため、コイルばねが大きく縮んだ際でも、素線と粘弾性体シート、粘弾性体シートどうしが衝突して、粘弾性体シートに位置ずれや損傷等の不具合が生じることはなく、よって正規の減衰性を持続的に安定して発揮できる。

前記径方向平面部は、下底を外周側とし上底を内周側とする横台形状に窄む傾斜面として形成することができる。これによれば、粘弾性体シートの架設部の内側面と径方向平面部の傾斜面との内角が鈍角になることから、架設部の内側面が前記対向間隙の内側に入り込んで径方向平面部の外縁側部分に固着し難くすることができ、仮に入り込んで固着しても内角が鈍角になるため容易に剥がすことができる。

前記異形線コイルばねは、前記軸線方向に沿う外周平面部の長さが隣接する素線間の距離よりも長くするのが好ましい。これによれば外周平面部に対する固着部の固着力を高めることができ、しかも素線間の距離が短いので架設部が前記対向間隙に入り込むことを防ぐことができる。その結果、繰り返し長期間に亘って使用しても異形線コイルばねと粘弾性体シートの固着位置が変わらず、当初の減衰性能を発揮し続けることが可能である。

本発明は、前記何れかの減衰ばねを備える振動減衰装置を提供する。また前記何れかの減衰ばねを備える防振パレットを提供する。これによれば本発明の減衰ばねの特徴を活かした振動減衰装置、防振パレットを実現できる。特にこれらを小型化することが可能であり、また当初の減衰性能を持続的に安定して発揮し続けることができる。さらに異形線コイルばねの中心軸と交差する方向への慣性力が作用する機器や装置、例えば輸送時に加速・減速が繰り返される防振パレットにおいては、異形線コイルばねの全長を低背にできることから積載物の重心位置を低くすることができ、輸送時に積載物に慣性力が作用しても、異形線コイルばねが倒れて腰折れせず水平方向への確実な支持力を発揮することができる。

本発明の減衰ばね、振動減衰装置、防振パレットによれば、正規の減衰力を持続的に安定して発揮できる。また、減衰ばね自体及びそれを備える機器・装置の小型化を実現できる。さらに水平方向の確実な支持力の発揮を実現することができ、防振対象物に水平方向への慣性力が加わるような機器・装置を確実に振動や衝撃から保護することができる。

一実施形態による減衰ばねの外観図で、分図（ａ）は正面図、分図（ｂ）は平面図。 図１の減衰ばねの縦断面図。 図１の減衰ばねを利用する防振パレットの側面図。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下の実施形態では先ず減衰ばね１について説明し、その後にそれを備える「振動減衰装置」の一例として防振パレット１０を説明する。なお、本明細書中では減衰ばね１の中心軸に沿う長手方向を上下方向として説明するが、それによって減衰ばね１の取付方向を限定するものではない。

減衰ばね１の実施形態〔図１、図２〕
減衰ばね１は、図１で示すように異形線コイルばね２と粘弾性体シート３とで構成される。

異形線コイルばね２は圧縮コイルばねであり、図２で示すような断面多角形の素線により形成されている。異形線コイルばね２には、素線の外周面を成すようにその中心軸の軸線方向に沿って伸長する外周平面部２ａが形成されている。粘弾性体シート３はこの広い平面形状の外周平面部２ａに対して固着する。

外周平面部２ａの上縁２ｂ及び下縁２ｃからは、中心軸に向けて伸長する径方向平面部２ｄが形成されている。素線の上面をなす径方向平面部２ｄと素線の下面をなす径方向平面部２ｄはいずれも異形線コイルばね２の外周側から内周側に向けて窄む傾斜面をなしている。これによりその傾斜面と粘弾性体シート３の内周面との間でなす内角は鈍角となっている。

径方向平面部２ｄの内周端には素線の内周面をなす内周平面部２ｅが形成されている。それらの外周平面部２ａ、径方向平面部２ｄ、内周平面部２ｅは何れも凹凸の無い平面形状として形成されていて、異形線コイルばね２の素線は「上底」を内周平面部２ｅ、「下底」を外周平面部２ａとし、外周平面部２ｅと外周平面部２ａとの距離を「高さ」とする横台形状の断面形状をなしている。

異形線コイルばね２の上下方向で隣接する素線間、具体的には径方向平面部２ｄの間には対向間隙２ｆが形成されている。前述の通り素線の断面形状が内周側に窄む横台形状であるため、対向間隙２ｆの空間断面形状はそれとは逆に外周側に窄む横台形状をなしている。その外周側における上縁２ｂと下縁２ｃとの間の距離Ｌ１は素線の変位を許容する空間となり、異形線コイルばね２の撓み量の許容範囲を決める部分となる。この距離Ｌ１は異形線コイルばね２の軸線方向に沿う外周平面部２ａの長さＬ２よりも短く形成されている。

粘弾性体シート３は、例えばアクリル系樹脂からなる粘弾性体を厚みがほぼ均一となるようにシート状に形成したものである。粘弾性体シート３の素材としての粘弾性体は、天然ゴムや合成ゴムなどのいわゆるゴム材料を含まない用語として使用している。例えば振動に関連する物理値を粘弾性体と防振ゴムとで比較すると、粘弾性体は損失係数ｔａｎδが０．７程度の値を示す物質であるのに対して、防振ゴムは損失係数ｔａｎδが０．３程度の値を示す物質であり、それらは明確に区別すべきものである。

また、本実施形態の粘弾性体シート３は自己粘着性を有しており、それにより異形線コイルばね２と固着しているが、その固着方法は自己粘着性の有無に拘わらずその他の方法、例えば型枠で圧着させて固着する方法などでも良い。異形線コイルばね２に固着した素材としての粘弾性体シート３は、外周平面部２ａに固着して異形線コイルばね２のすべての素線を常時直接拘束する固着部３ａと、中心軸の軸線方向で前記固着部どうしを、隣接する径方向平面部２ｄ間の対向間隙２ｆに入り込まずに繋ぐ架設部３ｂとを有するものとなる。

以上のような本実施形態の減衰ばね１は振動系に設置されて伝達経路の一次側と二次側との間に介在して、異形線コイルばね２により振動伝達を絶縁し、粘弾性体シート３により異形線コイルばね２の自由振動を減衰させる。これにより防振がなされることになる。より具体的な作用・効果について説明する。

粘弾性体シート３の固着部３ａは異形線コイルばね２の平面形状の外周平面部２ａに対して固着する。このため、例えば異形線コイルばね２を丸線ばねとして、その湾曲形状に沿って固着する場合と比較して、繰り返しの振動を受けて伸縮変形しても固着位置がずれたりせず、安定した固着力を発揮することができ、長期に亘って初期の振動減衰力を発揮することができる。

異形線コイルばね２の素線が径方向平面部を有する断面薄板状である。このため、丸線ばねと同一寸法であれば巻数増加によるばね力の増加が可能であり、したがって耐荷重を高めることができる。また、丸線ばねと耐荷重を同一とすれば全長を短くしてコンパクト化が可能である。さらに撓み量を増やすことも可能である。そして異形線コイルばね２と、これを丸線ばねに置換した場合に、それらの２次断面係数を比べると、異形線コイルばね２では水平方向のばね定数を丸線ばねの２倍から３倍にできることから、減衰ばね１の中心軸の交差方向、即ち水平方向への慣性力が作用した場合でも減衰ばね１が倒れるように腰折れすることがなく、水平方向への確実な支持力を発揮できる。

粘弾性体シート３は、固着部３ａどうしを対向間隙２ｆに入り込まずに繋ぐ架設部３ｂを有する。異形線コイルばね２を丸線ばねに置換して隣接する素線間の内側に粘弾性体シート３を入り込ませる構成とすると、上側の素線に固着した粘弾性体シート３の厚みと、下側の素線に固着した粘弾性体シート３の厚みとを差し引いて、それらが接触しないように素線間の間隔、ストロークを設定する必要があり、そうすると減衰ばねの全長が長くなってしまう。しかしながら、本実施形態の減衰ばね１は粘弾性体シート３の架設部３ｂが対向間隙２ｆに入り込まない。したがって粘弾性体シート３の厚み分を考慮することなく素線間の対向間隙２ｆを設定できることから、減衰ばね１の全長を短くして小型化することができる。

振動を受けた異形線コイルばね２が伸縮変形すると、粘弾性体シート３の固着部３ａが異形線コイルばね２の外周平面部２ａを常時拘束しつつ、架設部３ｂが対向間隙２ｆの内側に折れ曲がることなく隣接する素線の変位と連動しながら弾性変形することで粘性抵抗を発揮し、異形線コイルばね２の伸縮変形を減衰させる。このように粘弾性体シート３の架設部３ｂは、静止時でも動作時でも隣接する素線の径方向平面部２ｄ間の対向間隙２ｆに折れ曲がることがないため、異形線コイルばね２が大きく縮んだ際でも、上下で対向する素線と粘弾性体シート３、粘弾性体シート３どうしが衝突して、粘弾性体シート３に位置ずれや損傷等の不具合が生じることがない。したがって本実施形態の減衰ばね１ならば正規の減衰性を持続的に安定して発揮することができる。

粘弾性体シート３の架設部３ｂの内周面と径方向平面部２ｄの傾斜面とのなす角が鈍角である。このため、架設部３ｂの内周面が対向間隙２ｆの内側に入り込んで径方向平面部２ｄの上面又は下面の外縁側部分にくっついて固着することを防ぐことができる。もし入り込んでくっついた場合でも、径方向平面部２ｄに対して架設部３ｂが剥離方向で広角となる鈍角に配置されることから、自然と又は容易に剥がすことができる。

異形線コイルばね２は、外周平面部２ａの長さＬ２が隣接する素線間の距離Ｌ１よりも長くしているため、外周平面部２ａに対する固着部３ａの固着力を高めることができる。しかも素線間の距離Ｌ１が短いので、架設部３ｂが対向間隙２ｆに入り込むことを防ぐことができる。その結果、繰り返し長期間に亘って使用しても異形線コイルばね２と粘弾性体シート３の固着位置が変わらず、当初の減衰性能を発揮し続けることが可能である。

防振パレットの実施形態〔図３〕
図３は減衰ばね１を備える振動減衰装置の一実施形態としての防振パレット１０である。この防振パレット１０は荷物や貨物の輸送用パレットとして用いられ、フレーム１１に脚部１２を取付けたものである。

フレーム１１は、上部フレーム１１ａと下部フレーム１１ｂとを有しておりそれらの間に減衰ばね１が固定されている。したがって上部フレーム１１ａは減衰ばね１によって変位可能に支持されている。フレーム１１は平面視で矩形枠状に形成されており、その枠内には対向辺どうしの間に架け渡した補強枠が設けられている。減衰ばね１は矩形枠状のフレーム１１の四隅に設置されている。上部フレーム１１ａの上には荷物や貨物などの支持対象物が載置される。下部フレーム１１ｂは例えば車両の荷台の積載面等の上に設置される。

このような防振パレット１０によれば、減衰ばね１の特徴を活かした優れた防振パレット１０を実現できる。具体的には振動減衰機能を有する防振パレット１０を簡易に且つ小型化した構成で実現することが可能である。また、可動機構が減衰ばね１だけなので、実質的にメンテナンスフリーであり当初の減衰性能を持続的に安定して発揮し続けることができる。さらに、減衰ばね１は異形線コイルばねの自由長を低背にできることから、防振パレット１０に載置する支持対象物の重心位置を低くすることができ、輸送時に積載物に慣性力が作用しても、異形線コイルばね２が倒れて腰折れしたりせず、水平方向への確実な支持力を発揮することができる。また、異形線コイルばね２であれば前述の通り水平方向のばね定数を丸線ばねの２倍から３倍にできることも水平方向への確実な支持力の発揮に貢献しており、安定した振動減衰性能と支持力を有する防振パレット１０とすることができる。

１ 減衰ばね
２ 異形線コイルばね
２ａ 外周平面部
２ｂ 上縁
２ｃ 下縁
２ｄ 径方向平面部
２ｅ 内周平面部
２ｆ 対向間隙
３ 粘弾性体シート
３ａ 固着部
３ｂ 架設部
１０ 防振パレット（振動減衰装置）
１１ フレーム
１１ａ 上部フレーム
１１ｂ 下部フレーム
１２ 脚部

Claims (5)

1. 振動を受けて伸縮するコイルばねと、
   コイルばねの外周面に固着する粘弾性体シートとを備える減衰ばねにおいて、
   前記コイルばねは、
   素線の外周面を成すようにコイルばねの中心軸の軸線方向に沿って伸長する外周平面部と、外周平面部の上縁及び下縁から前記中心軸に向けて伸長する径方向平面部とを有する異形線コイルばねであり、
   前記粘弾性体シートは、
   異形線コイルばねの前記外周平面部に固着して異形線コイルばねのすべての素線を常時直接拘束する固着部と、
   前記中心軸の軸線方向で前記固着部どうしを、隣接する径方向平面部間の対向間隙に入り込まずに繋ぐ架設部とを有しており、
   振動を受けた異形線コイルばねが伸縮変形すると、粘弾性体シートの固着部が異形線コイルばねの前記外周平面部を常時拘束しつつ、架設部が前記対向間隙の内側に折れ曲がることなく隣接する素線の変位と連動しつつ弾性変形することで粘性抵抗を発揮して異形線コイルばねの伸縮変形を減衰させることを特徴とする減衰ばね。
2. 前記径方向平面部は、下底を外周側とし上底を内周側とする横台形状に窄む傾斜面として形成されている請求項１記載の減衰ばね。
3. 異形線コイルばねは、前記軸線方向に沿う外周平面部の長さが隣接する素線間の距離よりも長い請求項１又は請求項２記載の減衰ばね。
4. 請求項１〜請求項３何れか１項記載の減衰ばねを備える振動減衰装置。
5. 請求項１〜請求項３何れか１項記載の減衰ばねを備える防振パレット。

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