JP6463247B2 - ベローズ式ダンパ、振動絶縁装置及びベローズ式ダンパの設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、振動を減衰するベローズ式ダンパ、振動絶縁装置及びベローズ式ダンパの設計方法に関する。

一般に高精度な位置決めや指向制御を行う駆動装置は、制御分解能を高めるため、駆動機構が発生する微小振動の低減が求められている。広い帯域の周波数の振動を減衰する振動絶縁装置として、作動オイルを作動流体とし、作動オイルの流れに応じて伸縮する溶接ベローズを有する振動絶縁装置が提案されている。

また、作動オイルを作動流体とするピストンダンパを有する振動絶縁装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示された振動絶縁装置は、ピストンダンパが大きな振幅の振動を絶縁することに有効であるが、ピストンダンパの摩擦が大きいため、微小振動を低減しにくいという課題がある。このため、特許文献１に示された振動絶縁装置は、ピストンダンパに加えて粘弾性体を用いて微小振動を低減している。また、微小振動を絶縁するために、ダンパの締結部材に微小な隙間を発生しにくくする振動絶縁装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

これら特許文献１及び特許文献２に示された振動絶縁装置において、微小振動を絶縁するためには、微小振動している部材からダンパに振動を有効に伝えることが必要である。

特開平１１−１４１１７４号公報 特開２００５―１２６９４７号公報

振動絶縁装置は、一般にバネ及びダンパを備え、振動の伝達経路にバネ及びダンパを挿入することにより振動を絶縁する。振動絶縁装置は、バネの共振周波数と等しい周波数の振動が増幅され、ダンパの減衰性能が低下する傾向がある。振動絶縁装置のダンパは、減衰性能の低下が抑制されることが求められる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、減衰性能の低下を抑制することができるベローズ式ダンパを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るベローズ式ダンパは、内部空間に流体が貯留され、かつ、伸縮自在な二つのベローズと、前記二つのベローズの内部空間同士を連結し、かつ、前記流体が移動することを許容するオリフィスと、を備え、入力した振動により一方のベローズが圧縮され、かつ、他方のベローズが膨張して、オリフィス内を移動する前記流体の粘性により前記振動を減衰させるとともに、前記ベローズの有効断面積と前記オリフィスの断面積との比が、４００．０以上でかつ６００．０以下であることを特徴とする。

本発明によれば、減衰性能の低下を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るベローズ式オイルダンパの縦断面図 図１に示されたベローズ式オイルダンパのベローズを拡大して示す側面図 図１に示されたベローズ式オイルダンパのベローズを拡大して示す断面図 実施の形態１に係るベローズ式オイルダンパのベローズの有効断面積とオリフィスの断面積との比を変化させた時の粘性減衰係数の変化を示す図 実施の形態１に係るベローズ式オイルダンパのベローズの山部の数を変化させた時の粘性減衰係数の変化を示す図 実施の形態１に係るベローズ式オイルダンパのベローズの薄板の厚さを変化させた時の粘性減衰係数の変化を示す図 本発明の実施の形態２に係る振動絶縁装置の縦断面図

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るベローズ式オイルダンパの縦断面図であり、図２は、図１に示されたベローズ式オイルダンパのベローズを拡大して示す側面図であり、図３は、図１に示されたベローズ式オイルダンパのベローズを拡大して示す断面図である。

図１に示すベローズ式ダンパであるベローズ式オイルダンパ（以下、単に、ダンパと記す）１は、１軸の並進振動を絶縁する振動絶縁装置を構成する。振動絶縁装置は、一般に単体で１軸の並進振動を絶縁する。振動絶縁装置は、バネとダンパとを備え、振動伝達の物理モデルは、バネの剛性とダンパの減衰係数の２つのパラメータで記述される。一つのバネと一つのダンパを備える振動絶縁装置は、振動伝達のパラメータが２つであるので、一般に２パラメータの振動絶縁装置と呼ばれる。二つのバネと一つのダンパを備える振動絶縁装置は、３パラメータの振動絶縁装置と呼ばれる。また、振動絶縁装置は、バネの共振周波数よりも高い周波数の振動を絶縁するものであり、駆動機構が対象物を駆動した際に、対象物の振動を減衰するものでもある。このため、振動絶縁装置の共振周波数は、駆動機構の対象物を駆動する際の周波数（駆動帯域ともいう）より高い。

図１に示されたダンパ１は、振幅が１μｍ以上でかつ５００μｍ以下、周波数が２０Ｈｚ（ヘルツ）以上でかつ４００Ｈｚ以下の所謂微小振動を絶縁する振動絶縁装置を構成するが、これに限定されない。ダンパ１は、図１に示すように、内部空間１１に流体である作動オイル１２が貯留されかつ伸縮自在な二つのベローズ１０と、二つのベローズ１０の内部空間１１同士を連結しかつ作動オイル１２が移動することを許容するオリフィス２０と、各ベローズ１０の端に取り付けられた二つの端部材３０と、二つのベローズ１０間に設けられたフランジ部材４０と、フランジ部材４０を移動自在に支持する支持軸５０とを備える。ダンパ１は、振動絶縁装置に入力した振動により一方のベローズ１０が圧縮され、かつ、他方のベローズ１０が膨張して、作動オイル１２がオリフィス２０内を移動し、オリフィス２０内を移動する作動オイル１２の粘性により振動を減衰するものである。

ベローズ１０は、外周面１０ａが蛇腹に形成された円筒状の部材である。ベローズ１０は、軸心方向に伸縮自在である。軸心方向は、ベローズ１０の軸心Ｐと平行な方向であり、ベローズ１０の伸縮方向でもある。二つのベローズ１０は、同軸に配置される。同軸に配置されるとは、共通の軸心Ｐを有する位置に配置されることをいう。ベローズ１０は、伸縮性を確保する必要から薄板を成形した構造である成形ベローズ、又は、薄板同士を溶接した構造である溶接ベローズにより構成される。実施の形態１において、ベローズ１０は、溶接ベローズにより構成されるが、これに限定されない。

ベローズ１０は、複数のリング状の薄板１３が同軸に重ねられた伸縮部１４を軸心方向の中央部に設ける。実施の形態１において、薄板１３は、円環状に形成されているが、これに限定されない。ベローズ１０の伸縮部１４を構成する各薄板１３は、分散型高弾性鋼（high modulus steel：ＨＭＳ）、チタン合金、チタンアルミ合金、炭素繊維複合材の少なくとも一つにより構成される。また、ベローズ１０の伸縮部１４を構成する各薄板１３の厚さは、０．１２ｍｍ以上でかつ０．３ｍｍ以下である。

ベローズ１０の伸縮部１４を構成する各薄板１３は、軸心Ｐを通る断面の形状が、ハの字形状である。複数の薄板１３は、図３に示すように、軸心方向に外縁１３ａと内縁１３ｂとが交互に重ねられ、互いに重ねられた外縁１３ａ同士及び内縁１３ｂ同士が固定される。ベローズ１０の伸縮部１４を構成する複数の薄板１３の互いに重ねられた外縁１３ａ同士及び内縁１３ｂ同士は、溶接又は接触により固定される。即ち、ベローズ１０は、重ねられた複数の薄板１３の外縁１３ａ同士と内縁１３ｂ同士が軸心方向に交互に固定される。また、各ベローズ１０は、外縁１３ａ同士が固定された二枚の薄板１３により構成される山部１５を１３個以上でかつ１５個以下備える。ベローズ１０は、作動オイル１２を貯留した内部空間１１が密閉されている。

フランジ部材４０は、二つのベローズ１０間に配置され、かつ各ベローズ１０の一端部が固定されている。フランジ部材４０は、厚手の平板状の部材であり、中央部に作動オイル１２が流れることを許容しかつ作動オイル１２が流れる時に粘性減衰抵抗を発生するオリフィス２０を設けている。オリフィス２０は、二つのベローズ１０と同軸に配置され、かつ、軸心方向と平行である。オリフィス２０の平面形状は、円形である。オリフィス２０は、全長に亘って断面積が一定である。

端部材３０は、各ベローズ１０の他端部に固定される。支持軸５０は、軸心Ｐと平行な直線状の部材である。支持軸５０は、両端部が二つの端部材３０に固定され、かつフランジ部材４０を軸心方向に移動自在に支持する。ダンパ１は、二つのベローズ１０の他端部同士を端部材３０及び支持軸５０により固定し、二つのベローズ１０間に設けられるフランジ部材４０にオリフィス２０を設ける構成にすることにより、ベローズ１０への振動の伝達を効率的に行うことが可能である。

また、ダンパ１は、ベローズ１０の有効断面積をＡとし、オリフィス２０の断面積をａとすると、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比が、４００．０以上でかつ６００．０以下である。ダンパ１は、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比が、４５０．０以上でかつ５５０．０以下であることが望ましい。なお、ベローズ１０の有効断面積Ａは、ベローズ１０を軸心方向にΔＸ圧縮し、かつベローズ１０の内部空間１１の体積がΔＶ減少する場合に、ΔＶ／ΔＸとなる。また、ベローズ１０の有効断面積Ａは、ベローズ１０を構成する薄板１３の外縁１３ａで囲まれる平面の面積と内縁１３ｂで囲まれる平面の面積との和を２で除した値でもよい。

ダンパ１は、振動絶縁装置に駆動機構から振動が入力すると、入力した振動により一方のベローズ１０が圧縮され、かつ、他方のベローズ１０が膨張する。この時、圧縮されるベローズ１０の内部空間１１が陽圧となり、膨張するベローズ１０の内部空間１１が陰圧となり、オリフィス２０の両端に圧力差が生じる。このオリフィス２０の両端に生じる圧力差により、圧縮されるベローズ１０の内部空間１１に貯留された作動オイル１２が、オリフィス２０を通って、膨張するベローズ１０の内部空間１１内に移動する。このとき、圧縮されるベローズ１０の山部１５は、図２に一点鎖線で示すように、オリフィス２０の両端に圧力差が生じていない実線で示す状態よりも外側に膨張し、膨張するベローズ１０の山部１５は、図２に点線で示すように、オリフィス２０の両端に圧力差が生じていない実線で示す状態よりも内側に圧縮される。このように、作動オイル１２は、オリフィス２０の両端に圧力差が生じると、軸心方向と直交する方向にも弾性を有する。ダンパ１は、作動オイル１２がオリフィス２０を通過する際の粘性減衰抵抗により、振動を減衰させる減衰効果を発揮する。

ここで、一般に、理想的なダンパの粘性減衰係数Ｃは、オリフィス２０の軸心方向の長さをＬとし、作動オイルの動粘度をν、作動オイル１２の密度をρとすると、以下の式１に示される。

ただし、ダンパ１が実際には摺動部に摩擦及び剛性を有するため、粘性減衰係数Ｃは、式１に示される値に誤差が加えられる。伸縮する密閉容器としてピストンシリンダーを使用するダンパは、オイルシール部の弾性体により、密閉容器を伸縮する力が減少する。この伸縮力の減少分だけ、作動オイルへの振動伝達効率即ち粘性減衰係数Ｃが低下する。

また、実施の形態１に示されたベローズ１０を備えるダンパ１は、ベローズ１０を構成する材料の剛性により、振動伝達効率即ち粘性減衰係数Ｃが低下するが、ベローズ１０の剛性が非常に弱いため、ピストンシリンダーを使用するダンパに比べ効率的に振動を減衰することが可能である。しかしながら、ダンパ１は、作動オイル１２がオリフィス２０を通過する際に圧縮されるベローズ１０の山部１５が膨張する分、オリフィス２０を通過する作動オイル１２の流量が低下する。このため、実施の形態１に示されたダンパ１の減衰性能即ち粘性減衰係数Ｃが、特に周波数が２０Ｈｚ以上でかつ４００Ｈｚの高周波帯域の振動において低下する原因は、ベローズ１０を構成している薄板１３が変形することであると考えられる。そこで、圧縮されるベローズ１０の山部１５が膨張する分の作動オイル１２の流量が低下する影響を加味したダンパの粘性減衰係数Ｃは、以下の式２に示される。

ただし、Ｒをオリフィス定数と呼び、Ｒ＝８πρνＬとし、ｋνをベローズ１０の体積弾性と呼び、振動絶縁装置から入力する振動の周波数をωとする。

また、ベローズ１０の内圧である内部空間１１の圧力がΔＰ上昇した際に薄板１３が変形することにより生じるベローズ１０の体積の変化量をΔＶとすると、ベローズ１０の体積弾性ｋνは、以下の式３に示される。

前述した構成のダンパ１は、以下のように設計される。ダンパ１は、振動絶縁装置の共振周波数において、粘性減衰係数Ｃが実現したい値となるように設計される必要がある。振動絶縁装置及びダンパ１の大きさが定められるので、振動絶縁装置の共振周波数ωが定められ、粘性減衰係数Ｃが周波数ωが共振周波数ωである時に実現したい定められた値となる。このため、式２において、オリフィス定数Ｒを決定するためのパラメータは、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比、オリフィス２０の断面積ａ、及びベローズ１０の体積弾性ｋνの３つの変数となる。このうち、オリフィス２０の断面積ａとベローズ１０の体積弾性ｋνのパラメータ範囲は限定的であることから、仮の定数とすることができる。

このために、ダンパ１の設計方法は、式２の共振周波数ω及び粘性減衰係数Ｃに定められた値を代入するとともに、オリフィス２０の断面積ａ及びベローズ１０の体積弾性ｋνに実現可能な仮の定数を代入する。すると、オリフィス定数Ｒを決定するためのパラメータは、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比となる。そして、実現可能なベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比を代入して、オリフィス２０の断面積ａとベローズ１０の体積弾性ｋνの値を更新し、式２を用いて再びオリフィス定数Ｒを求めることを繰り返すことにより、実現可能なベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比、オリフィス２０の断面積ａ、及びベローズ１０の体積弾性ｋνを定め、ダンパ１を設計する。このために、ダンパ１は、式２の共振周波数ω及び粘性減衰係数Ｃに定められた値を代入することにより、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比、オリフィス２０の断面積ａ、及びベローズ１０の体積弾性ｋνが設定されている。

ここで、式２は、ベローズ１０の体積弾性ｋνが小さくなると、粘性減衰係数Ｃが小さくなることを示している。すなわち、ダンパ１の減衰性能を向上させるために、粘性減衰係数Ｃを大きくすることが必要となり、粘性減衰係数Ｃを大きくするためには、ベローズ１０は体積弾性ｋνが大きいことが好ましい。このベローズ１０の体積弾性ｋνは、ベローズ１０の軸心方向と直交する方向の弾性であるので、ダンパ１の性能低下を抑制して減衰性能を向上するためには、ベローズ１０の軸心方向と直交する方向の変形を防ぐことにより、粘性減衰係数Ｃを大きくすることが必要となる。

そこで、式２によれば、ダンパ１の性能低下の原因となる、ベローズ１０の薄板１３の変形を抑制するためには、ベローズ１０の内部空間１１の圧力上昇を抑制すること、ベローズ１０の薄板１３の剛性を高め変形を抑制すること、振動絶縁装置の共振周波数において粘性減衰係数Ｃが定められた値となることが考えられる。

実施の形態１のダンパ１は、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比が４００．０以上でかつ６００．０以下である。このため、ダンパ１は、ベローズ１０の内部空間１１の圧力上昇を抑制することができる。その結果、ダンパ１は、減衰性能の低下を抑制することができる。

また、実施の形態１のダンパ１は、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比が４５０．０以上でかつ５５０．０以下であることが望ましいため、ベローズ１０の内部空間１１の圧力上昇を抑制することができる。その結果、ダンパ１は、減衰性能の低下を抑制することができる。

実施の形態１のダンパ１は、山部１５が１３個以上でかつ１５個以下であるので、ベローズ１０の疲労寿命の低下を抑制しながらもベローズ１０の変形を抑制することができる。その結果、ダンパ１は、減衰性能の低下を抑制することができる。

実施の形態１のダンパ１は、薄板１３の厚さが０．１２ｍｍ以上でかつ０．３ｍｍ以下であるので、ベローズ１０の薄板１３の剛性を高め変形を抑制することができる。その結果、ダンパ１は、減衰性能の低下を抑制することができる。

実施の形態１のダンパ１は、各薄板１３が分散型高弾性鋼（high modulus steel：ＨＭＳ）、チタン合金、チタンアルミ合金、炭素繊維複合材の少なくとも一つにより構成されるので、ベローズ１０の薄板１３の剛性を高め変形を抑制することができる。その結果、ダンパ１は、減衰性能の低下を抑制することができる。

また、実施の形態１のダンパ１は、式２のωに振動絶縁装置の定められた共振周波数の値を代入し、Ｃに実現したい定められた値を代入して設計されている。このため、ダンパ１は、振動絶縁装置の共振周波数においても粘性減衰係数Ｃが実現したい値になる。その結果、ダンパ１は、振動絶縁装置の共振周波数においても減衰性能の低下を抑制することができる。

さらに、実施の形態１のダンパ１の設計方法は、式２のωに振動絶縁装置の定められた共振周波数の値を代入し、Ｃに実現したい定められた値を代入する。このため、ダンパ１は、振動絶縁装置の共振周波数においても粘性減衰係数が実現したい値になる。その結果、ダンパ１の設計方法は、振動絶縁装置の共振周波数においても減衰性能の低下を抑制することができるダンパ１を得ることができる。

次に、本発明の発明者らは、実施の形態１のダンパ１の効果を種々の検討及び実験により確認した。以下、図面を参照して説明する。図４は、実施の形態１に係るベローズ式オイルダンパのベローズの有効断面積とオリフィスの断面積との比を変化させた時の粘性減衰係数の変化を示す図であり、図５は、実施の形態１に係るベローズ式オイルダンパのベローズの山部の数を変化させた時の粘性減衰係数の変化を示す図であり、図６は、実施の形態１に係るベローズ式オイルダンパのベローズの薄板の厚さを変化させた時の粘性減衰係数の変化を示す図である。

実施の形態１のダンパ１のベローズ１０の有効断面積Ａは、周辺の装置と干渉しない許容寸法以下である。一般に、振動絶縁装置の外径寸法は、周囲の構造の寸法により制限を受ける。よって、式２において、ベローズ１０の有効断面積Ａは、定められると仮定する。式２において、ベローズ１０の有効断面積Ａが定められると、ベローズ１０の体積弾性ｋνは、ベローズ１０の軸心方向の長さに比例する。すなわち、ベローズ１０の長さは、短いほど、ベローズ１０の体積弾性ｋνは、大きくなる。ベローズ１０の長さは、薄板１３の枚数により規定されるが、薄板１３の枚数を少なくし、薄板１３の厚さを厚くすると、ベローズ１０の可動範囲が少なくなり、ベローズ１０の薄板１３内の応力が高くなる。したがって、疲労寿命によりベローズ１０の薄板１３の枚数即ち軸心方向の長さは、下限の制限を受ける。

よって、ベローズ１０の体積弾性ｋνは、振動絶縁装置の外形寸法及び疲労寿命により最大値が定められる。式２において、体積弾性ｋνを定数と見なすと、粘性減衰係数Ｃは、オリフィス定数Ｒ、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比、オリフィス２０の断面積ａ、及び振動の周波数ωの関数となる。また、式２によれば、振動の周波数ωが大きくなるほど粘性減衰係数Ｃが低下することから、任意の周波数まで粘性減衰係数Ｃを機能させることを前提とすると、粘性減衰係数Ｃは、最悪値で設計する必要があるため、式２の振動の周波数ωを任意の周波数の最大値とする必要がある。

したがって、式２において、体積弾性ｋνと振動の周波数ωは、定数と仮定することが可能である。この仮定を用いると、粘性減衰係数Ｃは、残りのパラメータである、オリフィス定数Ｒ、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比、及びオリフィス２０の断面積ａに対して、最大となる極値を持つ。オリフィス定数Ｒ、及びオリフィス２０の断面積ａも実現可能な値が定められるので、体積弾性ｋνと振動の周波数ωを実用的な設計範囲として、式２を用いてベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比を変化させた時の粘性減衰係数Ｃを算出した。算出した結果を、図４に示す。

図４によれば、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比を、４００．０以上でかつ６００．０以下とすることで、ダンパ１は、ベローズ１０の内部空間１１の圧力上昇を抑制することができ、粘性減衰係数Ｃの極大値を得ることができ、減衰性能の低下を抑制できることが明らかとなった。また、図４によれば、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比を、４５０．０以上でかつ５５０．０以下とすることで、ダンパ１は、ベローズ１０の内部空間１１の圧力上昇を抑制することができ、粘性減衰係数Ｃの極大値を得ることができ、減衰性能の低下を抑制できることが明らかとなった。

実施の形態１のダンパ１は、ベローズ１０の剛性を高めるために、ベローズ１０の薄板１３の枚数をベローズ１０の疲労寿命の制限まで少なくすることが望ましい。ここで、式３によれば、ベローズ１０の内部空間１１内の圧力がΔＰ上昇した際の体積の変化量ΔＶを出来るだけ小さくすることが求められる。ここで、体積の変化量ΔＶは、ベローズ１０の薄板１３の変形による体積変動分を薄板１３の枚数分積分したものである。よって、ダンパ１は、薄板１３の枚数を少なくすることにより、体積弾性ｋνを大きくすることが可能となり、その結果、振動絶縁性能の低下を抑制することが可能となる。

ここで、式２において、振動の周波数ωを定数と仮定することが可能であるため、粘性減衰係数Ｃは、体積弾性ｋν、オリフィス定数Ｒ、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比、及びオリフィス２０の断面積ａの関数となる。オリフィス定数Ｒ、及びオリフィス２０の断面積ａが実現可能な値が定められ、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比を４００．０以上でかつ６００．０以下の実用的な設計範囲として、式２を用いて体積弾性ｋν即ち薄板１３の枚数を変化させた時の粘性減衰係数Ｃを算出した。算出した結果を、図５に示す。

また、前述した疲労寿命によりベローズ１０の薄板１３の枚数即ち軸心方向の長さは、下限の制限を受けるので、実用的な寿命を満たすためには、山部１５の数が１３個以上である必要がある。

したがって、図５によれば、山部１５の数を１３個以上でかつ１５個以下とすることで、ダンパ１は、ベローズ１０の変形を抑制することができ、実用的な寿命を満たす範囲内で粘性減衰係数Ｃの最大値を得ることができ、減衰性能の低下を抑制できることが明らかとなった。

また、実施の形態１のダンパ１は、ベローズ１０の剛性を高めるために、ベローズ１０の薄板１３の変形が薄板１３の厚さの３乗に比例することから、ベローズ１０の薄板１３は、可能な限り厚い方が良い。しかしながら、ダンパ１は、ベローズ１０の薄板１３を厚くすると、ベローズ１０の可動範囲が少なくなり、ベローズ１０の薄板１３内の応力が高くなることから、疲労寿命によりベローズ１０の薄板１３の厚さは、上限の制限を受ける。したがって、ダンパ１は、ベローズ１０の薄板１３の厚さをベローズ１０の疲労寿命の制限まで厚くすることが望ましい。よって、ダンパ１は、薄板１３の厚さを厚くすることにより、体積弾性ｋνを大きくすることが可能となり、その結果、振動絶縁性能の低下を抑制することが可能となる。

ここで、式２において、振動の周波数ωを定数と仮定することが可能であるため、粘性減衰係数Ｃは、体積弾性ｋν、オリフィス定数Ｒ、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比、及びオリフィス２０の断面積ａの関数となる。オリフィス定数Ｒ、及びオリフィス２０の断面積ａが実現可能な値が定められ、ベローズ１０の有効断面積Ａとオリフィス２０の断面積ａとの比を４００．０以上でかつ６００．０以下の実用的な設計範囲として、式２を用いて体積弾性ｋν即ち薄板１３の厚さを変化させた時の粘性減衰係数Ｃを算出した。算出した結果を、図６に示す。

また、前述した疲労寿命によりベローズ１０の薄板１３の厚さは、上限の制限を受けるので、実用的な寿命を満たすためには、薄板１３の厚さが０．３ｍｍ以下である必要がある。

したがって、図６によれば、ベローズ１０の薄板１３の厚さを０．１２ｍｍ以上でかつ０．３ｍｍ以下とすることで、ダンパ１は、ベローズ１０の変形を抑制することができ、実用的な寿命を満たす範囲内で粘性減衰係数Ｃの最大値を得ることができ、減衰性能の低下を抑制できることが明らかとなった。

また、本発明の発明者らは、実施の形態１に示された構成のダンパ１を薄板１３の材質を異ならせて複数製造し、各ダンパ１の減衰性能を確認した。結果を以下の表１に示す。

表１の本発明品１は、全ての薄板１３を分散型高弾性鋼（ＨＭＳ）により構成し、本発明品２は、全ての薄板１３をチタン合金により構成し、本発明品３は、全ての薄板１３をチタンアルミ合金により構成し、本発明品４は、全ての薄板１３を炭素繊維複合材により構成した。また、比較例１は、全ての薄板１３をステンレス鋼により構成し、比較例２は、全ての薄板１３をインコネル（スペシャルメタルズ社登録商標）により構成し、
比較例３は、全ての薄板１３をセミオーステナイト系析出硬化型ステンレス鋼（ＡＭ３５０）により構成した。比較例１は、良好な減衰性能を得ることが出来なかったに対し、比較例２及び比較例３は、比較例１に比べ、減衰性能の向上が見られた。これに対し、本発明品１、本発明品２、本発明品３及び本発明品４は、良好な減衰性能を得ることができた。したがって、表１によれば、ダンパ１のベローズ１０の薄板１３を分散型高弾性鋼、チタン合金、チタンアルミ合金、炭素繊維複合材の少なくとも一つで構成することにより、ダンパ１は、良好な減衰性能を得ることができ、減衰性能の低下を抑制できることが明らかとなった。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る振動絶縁装置を、図面を参照して説明する。図７は、本発明の実施の形態２に係る振動絶縁装置の縦断面図である。図７は、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態２に係る振動絶縁装置１００は、３パラメータの振動絶縁装置である。振動絶縁装置１００は、ダンパ１と、ダンパ１を収容しかつ同軸に配置された二つの入出力部材５０ａ，５０ｂと、ダンパ１に取り付けられかつダンパ１の伸縮方向である軸心方向と平行に弾性変形自在な弾性部である一次バネ６０とを備える。

振動絶縁装置１００は、二つの入出力部材５０ａ，５０ｂの少なくとも一方から振動が入力する。二つの入出力部材５０ａ，５０ｂは、互いに同軸に配置された筒状部５１と、筒状部５１の軸心方向の一端を塞いだ塞ぎ部５２と、を備える。一方の入出力部材５０ａの筒状部５１は、他方の入出力部材５０ｂの筒状部５１を収容している。他方の入出力部材５０ｂの筒状部５１は、ダンパ１を収容し、他方の入出力部材５０ｂの塞ぎ部５２は、一方の入出力部材５０ａの塞ぎ部５２から離れた側の筒状部５１の一端を塞ぎ、ダンパ１の一方の端部材３０が固定されている。

一次バネ６０は、軸心方向に直交する板バネであり、軸心方向に間隔をあけて複数設けられている。一次バネ６０は、二つの入出力部材５０ａ，５０ｂの筒状部５１同士を連結している。一次バネ６０は、弾性変形することで、二つの入出力部材５０ａ，５０ｂが軸心方向に相対的に移動することを許容する。また、振動絶縁装置１００は、ダンパ１のフランジ部材４０と、入出力部材５０ａ，５０ｂの一方の筒状部５１とに取り付けられた二次バネ７０を備える。この３パラメータの振動絶縁装置１００の振動の伝達特性は、一次バネ６０の剛性、二次バネ７０の剛性、及びダンパ１の減衰係数の３つのパラメータにより与えられる。これらのパラメータの組み合わせを調整することにより、振動絶縁装置１００は、一次バネ６０の共振周波数での振動の増幅を抑制し、周波数が２０Ｈｚ以上でかつ４００Ｈｚの高周波帯域での振動絶縁特性が−４０（ｄｂ／ｄｅｃ）となる効果を有することが可能である。

実施の形態２に係る振動絶縁装置１００は、ダンパ１を備えるので、振動絶縁装置１００の共振周波数においても減衰性能の低下を抑制することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ベローズ式オイルダンパ（ベローズ式ダンパ）、１０ ベローズ、１１ 内部空間、１２ 作動オイル（流体）、２０ オリフィス、１３ 薄板、１３ａ 外縁、１３ｂ 内縁、１５ 山部、６０ １次バネ（弾性部）、１００ 振動絶縁装置。

Claims (7)

1. 内部空間に流体が貯留され、かつ、伸縮自在な二つのベローズと、
   前記二つのベローズの内部空間同士を連結し、かつ、前記流体が移動することを許容するオリフィスと、を備え、
   入力した振動により一方のベローズが圧縮され、かつ、他方のベローズが膨張して、オリフィス内を移動する前記流体の粘性により前記振動を減衰させるとともに、
   前記ベローズの有効断面積と前記オリフィスの断面積との比が、４００．０以上でかつ６００．０以下であることを特徴とするベローズ式ダンパ。
2. 前記ベローズの有効断面積と前記オリフィスの断面積との比が、４５０．０以上でかつ５５０．０以下であることを特徴とする請求項１に記載のベローズ式ダンパ。
3. 前記ベローズは、複数のリング状の薄板が重ねられ、かつ重ねられた複数の薄板の外縁同士と内縁同士が軸心方向に交互に固定されるとともに、前記外縁同士が固定された二枚の前記薄板により構成される山部を、１３個以上でかつ１５個以下備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のベローズ式ダンパ。
4. 前記薄板の厚さは、０．１２ｍｍ以上でかつ０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のベローズ式ダンパ。
5. 前記薄板は、分散型高弾性鋼、チタン合金、チタンアルミ合金、炭素繊維複合材の少なくとも一つで構成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のベローズ式ダンパ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のベローズ式ダンパと、
   前記ベローズ式ダンパに取り付けられ、かつ前記ベローズ式ダンパの伸縮方向と平行に弾性変形自在な弾性部と、
   を備えることを特徴とする振動絶縁装置。
7. 重ねられた複数のリング状の薄板の外縁同士と内縁同士が軸心方向に交互に固定され、かつ、内部空間に流体が貯留されているとともに、伸縮自在な二つのベローズと、
   前記二つのベローズの内部空間同士を連結しかつ前記流体が移動することを許容するオリフィスと、を備え、
   入力した振動により一方のベローズが圧縮され、かつ、他方のベローズが膨張して、オリフィス内を移動する前記流体の粘性により、前記振動を減衰させるベローズ式ダンパの設計方法であって、
   前記ベローズの有効断面積をＡとし、前記オリフィスの断面積をａとし、前記オリフィスの長さをＬとし、前記流体の動粘度をνとし、前記流体の密度をρとし、８πρνＬであるオリフィス定数をＲとし、前記ベローズの内圧がΔＰ上昇した際に前記薄板が変形することにより生じる前記ベローズの体積の変化量をΔＶとし、ΔＰ／ΔＶである前記ベローズの体積弾性をｋνとし、前記ベローズ式ダンパを備える振動絶縁装置の共振周波数をωとし、前記オリフィスの粘性減衰係数をＣとし、
   

   

   前記式１の前記共振周波数ω及び前記粘性減衰係数Ｃに定められた値を代入することにより、前記ベローズの有効断面積Ａと前記オリフィスの断面積ａとの比を定めることを特徴とするベローズ式ダンパの設計方法。

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