(57)【要約】【課題】防振装置の高耐久化を図るための設計を短期間で行うことができる方法を提供する。【解決手段】防振装置の設計方法は、基準ゴム組成物で形成された防振ゴムを有する防振装置に対して該防振ゴムが非線形変形するような所定の変形を与えたときの該防振ゴムに発生する最大主応力を解析して求める第１ステップと、第１ステップで求めた最大主応力値よりも１００％以内のモジュラスが低くなるように改良ゴム組成物を配合設計する第２ステップと、を備える。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準ゴム組成物で形成された防振ゴムを有する防振装置に対して該防振ゴムが非線形変形するような所定の変形を与えたときの該防振ゴムに発生する最大主応力を解析して求める第１ステップと、
上記第１ステップで求めた最大主応力値よりも１００％以内のモジュラスが低くなるように改良ゴム組成物を配合設計する第２ステップと、
を備えた防振装置の設計方法。
【請求項２】
請求項１に記載された防振装置の設計方法において、
上記第２ステップでは、改良ゴム組成物を、その静的弾性定数が基準ゴム組成物の静的弾性定数の±１５％以内となるようにも配合設計する防振装置の設計方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された防振装置の設計方法において、
上記第１ステップでは、解析で防振ゴムに与えられる非線形変形が捻り変形である防振装置の設計方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された防振装置の設計方法において、
上記１００％モジュラスが改良ゴム組成物の一軸引張試験特性である防振装置の設計方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された防振装置の設計方法において、
上記防振装置が、同軸に設けられた内筒及び外筒とそれらの間に設けられた防振ゴムとを有する防振ブッシュである防振装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は防振装置の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
防振ゴムの設計方法として種々のものが提案されている（例えば特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７７８６５４号公報
【特許文献２】特許第３５５５６４３号公報
【特許文献３】特許第２９０９０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、自動車に用いられる防振ブッシュには、軸方向、軸直方向、或いは捻り方向等が組み合わされて複合した変形が入力されるようになってきており、そのための高耐久化が求められている。
【０００５】
本発明の目的は、防振装置の高耐久化を図るための設計を短期間で行うことができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る防振装置の設計方法は、
基準ゴム組成物で形成された防振ゴムを有する防振装置に対して該防振ゴムが非線形変形するような所定の変形を与えたときの該防振ゴムに発生する最大主応力を解析して求める第１ステップと、
上記第１ステップで求めた最大主応力値よりも１００％以内のモジュラスが低くなるように改良ゴム組成物を配合設計する第２ステップと、
を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１ステップにおいて解析により最大主応力を求め、第２ステップにおいてその最大主応力値を基準値とし、防振装置の耐久性と防振ゴムの１００％以内のモジュラスとが相関を有することから、その基準値よりも１００％以内のモジュラスが低くなるように改良ゴム組成物を配合設計するので、その基準値の存在によって配合設計の方向性や具体的手段が絞り込まれることとなり、防振装置の高耐久化を図るための設計を短期間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る防振ブッシュの斜視図である。
【図２】実施形態に係る防振ブッシュの縦断面図である。
【図３】防振ゴムの１００％モジュラスと耐久寿命との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態に係る防振ブッシュ１０（防振装置）の設計方法について具体的事例に基づいて説明する。なお、以下の設計方法は、防振ブッシュ１０の他、種々のマウント等の防振装置についても有用である。
【００１０】
図１及び２は設計対象の防振ブッシュ１０を示す。
【００１１】
この防振ブッシュ１０は、同軸に設けられた内筒１１及び外筒１２とそれらの間に設けられた防振ゴム１３とを有する。内筒１１及び外筒１２のそれぞれは、金属や樹脂といった剛性材料で形成されている。内筒１１は、長さが４０ｍｍ、内径がφ１２．２ｍｍ、及び外径がφ２２．２ｍｍである。外筒１２は、長さが２８ｍｍ、内径がφ４１．８ｍｍ、及び外径がφ４６．６ｍｍである。防振ゴム１３は架橋したゴム組成物で形成されている。なお、防振ブッシュ１０の寸法構成はこれらに限定されるものではない。
【００１２】
（防振ブッシュの設計方法）
＜第１ステップ＞
まず、基準ゴム組成物で形成された防振ゴム１３を有する防振ブッシュ１０に対して防振ゴム１３が非線形変形するような所定の変形を与えたときの防振ゴム１３に発生する最大主応力σｍを解析して求める。
【００１３】
具体的には、防振ゴム１３が表１に示す基準ゴム組成物で形成された図１に示す構成の防振ブッシュ１０を非線形解析のコンピュータプログラム（例えば、ＭＳＣソフトウェア社製  商品名：Ｍａｒｃ）上でモデリングし、そして、内筒１１及び外筒１２に相対的に角度２５°の捻り変形を与えたときの防振ゴム１３に発生する最大主応力σｍ（本事例では３４９ＭＰａ）を非線形解析によって求める。
【００１４】
【表１】
2010180941.tif 000002
【００１５】
基準ゴム組成物は、天然ゴム（商品名：ＲＳＳ＃３）を原料ゴムとし、その原料ゴム１００質量部に対して、プロセスオイル（富士興産社製  商品名：クリセフオイルＫ６８）２．５質量部、ＦＥＦカーボンブラック（東海カーボン社製  商品名：シーストＳＯ）５４質量部、ＳＲＦカーボンブラック（東海カーボン社製  商品名：シーストＳ）１８質量部、酸化亜鉛４質量部、ステアリン酸２質量部、老化防止剤１（大内新興化学社製  商品名：ノクラック２２４）１質量部、老化防止剤２（大内新興化学社製  商品名：ノクラック６Ｃ）０．５質量部、老化防止剤３（大内新興化学社製  商品名：ノクラックＭＢ）１質量部、ゴム加工助剤（Ｄ．Ｏ．Ｇ社製  商品名：Dispergum T）１質量部、加硫剤（鶴見化学工業社製  商品名：サルファックスＡ）３．５質量部、加硫促進剤１（三新化学社製  商品名：サンセラーＣＭ−Ｇ）０．４質量部、及び加硫促進剤２（大内新興化学社製  商品名：ノクセラーＤＭ−Ｐ）０．６質量部を配合したものを加熱及び加圧して架橋させたものである。上記非線形解析では、この基準ゴム組成物の実測物性値を物性パラメータとして用いる。
【００１６】
なお、防振ゴム１３に与える非線形変形は、捻り変形に限られず、引張変形、圧縮変形、或いは剪断変形であってもよく、設計対象の防振ブッシュ１０の使用態様により選択すればよい。また、防振ブッシュ１０の内筒１１及び外筒１２に与える捻り変形角度は２５°に限られず、例えば５〜３０°の範囲で適宜設定すればよい。
【００１７】
＜第２ステップ＞
次に、第１ステップで求めた最大主応力値σｍよりも１００％モジュラスが低くなり且つ静的弾性定数が基準ゴム組成物の静的弾性定数の±１５％以内となるように改良ゴム組成物を配合設計する。ここで、１００％モジュラスはＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて求められる一軸引張試験特性の１００％時の引張応力（Ｍ１００）である。なお、上記では１００％モジュラスとしたが、特にこれに限定されるものではなく、１００％以内のモジュラスであればよい。
【００１８】
具体的には、原料ゴムを天然ゴム（以下、「ＮＲ」という。）からＮＲとポリブタジエンゴム（以下、「ＢＲ」という。）とのブレンドゴムに変更する第１改良方向、及び酸化亜鉛の配合量を減量する第２改良方向で改良ゴム組成物の配合設計が考えられる。
【００１９】
図３は種々の防振ブッシュの防振ゴム１３の１００％モジュラスと製品耐久回数（捻り）との関係を示す。この図３によれば、１００％モジュラスが大きくなるに従って耐久寿命が短くなること、つまり、１００％モジュラスと耐久性能との間に相関関係があることが分かる。このことから、上記のような防振ブッシュ１０の設計方法によれば、第１ステップにおいて解析により最大主応力を求め、第２ステップにおいてその最大主応力値を基準値とし、その基準値よりも１００％モジュラスが低くなるように改良ゴム組成物を配合設計するので、その基準値の存在によって配合設計の方向性や具体的手段が絞り込まれることとなり、それによって防振装置の高耐久化を図るための設計を迅速に行うことができる。また、静的弾性定数が基準ゴム組成物の静的弾性定数の±１５％以内となるようにも改良ゴム組成物を配合設計するので、実使用される低歪み領域における防振特性の変化を小さく抑えることができる。
【００２０】
なお、１００％モジュラスについては、改良ゴム組成物の一軸引張試験特性に限られず、一軸拘束一軸引張試験特性、或いは二軸引張試験特性（均等二軸引張試験特性等）であってもよい。また、改良方向は、防振ゴム１３の変形モードに対応した適切なものを適宜選択すればよい。
【００２１】
（検証実験）
上記の防振ブッシュ１０の設計方法から導かれた第１及び第２改良方向について行った検証実験について説明する。
【００２２】
［第１改良方向］
図３に示す製品耐久性能と１００％モジュラスとの相関より、１００％モジュラスが大きくなるに従って製品耐久寿命が短くなることが判明したが、この第１改良方向では、逆に、１００％モジュラスを低下させることによって製品耐久寿命の向上を図ることができるかどうか、具体的設計手段として、原料ゴムをＮＲからＮＲとＢＲとのブレンドゴムに変更することにより同様の相関を導くことができるかの検証を行った。
【００２３】
＜ゴム組成物＞
基準ゴム組成物、並びに以下のゴム組成物１〜３、及び参考ゴム組成物を調製した。なお、ゴム組成物１〜３及び参考ゴム組成物の配合を表２に示す。
【００２４】
−ゴム組成物１−
ＮＲとＢＲ（宇部興産社製  商品名：ウベポールＢＲ−１５０）とを、前者／後者＝８０／２０の質量比で混合したブレンドゴムを原料ゴムとしたことを除いて基準ゴム組成物と同一のゴム組成物をゴム組成物１とした。
【００２５】
−ゴム組成物２−
ＮＲとＢＲとの混合質量比を、前者／後者＝６０／４０としたブレンドゴムを原料ゴムとしたことを除いてゴム組成物１と同一のゴム組成物をゴム組成物２とした。
【００２６】
−ゴム組成物３−
ＮＲとＢＲとの混合質量比を、前者／後者＝３０／７０としたブレンドゴムを原料ゴムとしたことを除いてゴム組成物１と同一のゴム組成物をゴム組成物３とした。
【００２７】
−参考ゴム組成物−
ＢＲを原料ゴムとしたことを除いてゴム組成物１と同一のゴム組成物を参考ゴム組成物とした。
【００２８】
【表２】
2010180941.tif 000003
【００２９】
＜試験評価方法＞
−引張強さ、切断時伸び、及び１００％モジュラス−
基準ゴム組成物、並びに以下のゴム組成物１〜３、及び参考ゴム組成物のそれぞれについて厚さ２ｍｍのゴムシートを加硫成型し、ＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいてゴムシートからダンベル形状の試験片を打ち抜いて引張試験を実施した。そして、得られたＳ−Ｓカーブ（応力−歪み曲線）から引張強さ、切断時伸び、及び１００％モジュラスを読み取った。
【００３０】
−ゴム硬さ−
基準ゴム組成物、並びに以下のゴム組成物１〜３、及び参考ゴム組成物のそれぞれについて厚さ８〜１０ｍｍのゴムシートを加硫成型し、そのゴムシートを試験片としてＪＩＳ Ｋ６２５３に基づいてタイプＡデュロメータを用いてゴム硬さを測定した。
【００３１】
−静的弾性定数及び静動比−
基準ゴム組成物、並びに以下のゴム組成物１〜３、及び参考ゴム組成物のそれぞれについて直径２０ｍｍ及び高さ２０ｍｍの円柱状試験片を加硫成型し、ＫＣメーター（サギオノミヤ社製）を用いて静的弾性定数及び動的弾性定数を測定した。静的弾性定数は、測定温度２３℃において試験片を３〜５％圧縮した時の荷重を撓みで除した値とした。動的弾性定数は、測定温度２３℃において試験片を４％圧縮した状態で±０．０５％の動歪みを３０Ｈｚ及び５０Ｈｚのそれぞれの周波数で与えたときの貯蔵弾性定数とした。そして、動的弾性定数を静的弾性定数で除したものを静動比とした。
【００３２】
−屈曲耐久性−
基準ゴム組成物、並びに以下のゴム組成物１〜３、及び参考ゴム組成物のそれぞれについてＪＩＳ Ｋ６２６０に基づいて屈曲試験用の試験片を加硫成型し、そして、デマッチャ屈曲試験機を用いてＪＩＳ Ｋ６２６０に基づいて屈曲き裂発生試験及び屈曲き裂発生試験をそれぞれを行い、き裂発生（０ｍｍ→２ｍｍ）及びき裂成長（２ｍｍ→１２ｍｍ）までの屈曲回数を測定した。
【００３３】
−製品耐久性−
基準ゴム組成物、並びに以下のゴム組成物１〜３、及び参考ゴム組成物のそれぞれを防振ゴムとして図１に示すのと同一構成の防振ブッシュを作製し、捻り耐久試験機（サギノミヤ社製）を用い、内筒１１及び外筒１２に相対的に角度±２５°の捻り変形を周波数２Ｈｚで与えて破壊に至るまでの捻り回数を測定した。
【００３４】
＜試験評価結果＞
試験結果を表３に示す。
【００３５】
【表３】
2010180941.tif 000004
【００３６】
引張強さは、基準ゴム組成物が２０．４ＭＰａ、ゴム組成物１が１８．７ＭＰａ、ゴム組成物２が１７．４ＭＰａ、ゴム組成物３が１６．４ＭＰａ、及び参考ゴム組成物が１６．０ＭＰａであった。
【００３７】
切断時伸びは、基準ゴム組成物が４００％、ゴム組成物１が３９０％、ゴム組成物２が３５０％、ゴム組成物３が３８０％、及び参考ゴム組成物が３６０％であった。
【００３８】
１００％モジュラスは、基準ゴム組成物が５．３ＭＰａ、ゴム組成物１が５．１ＭＰａ、ゴム組成物２が５．２ＭＰａ、ゴム組成物３が４．５ＭＰａ、及び参考ゴム組成物が４．４ＭＰａであった。
【００３９】
ゴム硬さは、基準ゴム組成物が７５°、ゴム組成物１が７５°、ゴム組成物２が７５°、ゴム組成物３が７１°、及び参考ゴム組成物が７３°であった。
【００４０】
静的弾性定数は、基準ゴム組成物が１４７．７Ｎ／ｍｍ、ゴム組成物１が１４８．９Ｎ／ｍｍ、ゴム組成物２が１６０．５Ｎ／ｍｍ、ゴム組成物３が１３３．７Ｎ／ｍｍ、及び参考ゴム組成物が１４９．９Ｎ／ｍｍであった。基準ゴム組成物を基準とすると、ゴム組成物１が＋０．８１％、ゴム組成物２が＋８．６７％、ゴム組成物３が−９．４８％、及び参考ゴム組成物が＋１．４９％である。
【００４１】
静動比は、動的弾性定数の動歪みの周波数が３０Ｈｚでは、基準ゴム組成物が１．９２、ゴム組成物１が１．９３、ゴム組成物２が１．８９、ゴム組成物３が１．７９、及び参考ゴム組成物が１．８２であり、動的弾性定数の動歪みの周波数が５０Ｈｚでは、基準ゴム組成物が１．８６、ゴム組成物１が１．９５、ゴム組成物２が１．８９、ゴム組成物３が１．７３、及び参考ゴム組成物が１．８４であった。
【００４２】
屈曲耐久性は、き裂発生については、基準ゴム組成物が４００００回、ゴム組成物１が９００００回、ゴム組成物２が１５００００回、ゴム組成物３が１１００００回、及び参考ゴム組成物が１０００回であり、き裂成長については、基準ゴム組成物が９７００回、ゴム組成物１が１２８００回、ゴム組成物２が８０００回、ゴム組成物３が１５００回、及び参考ゴム組成物が１００回であった。
【００４３】
製品耐久性は、基準ゴム組成物が２７．０×１０４回、ゴム組成物１が２４．４×１０４回、ゴム組成物２が２７．７×１０４回、ゴム組成物３が４３．５×１０４回、及び参考ゴム組成物が４７．５×１０４回であった。
【００４４】
以上の結果から、基準ゴム組成物に対して静的弾性定数の低下が大きいものの、これらのうちゴム組成物３の耐久性が特に優れていることが分かる。
【００４５】
［第２改良方向］
この第２改良方向では、１００％モジュラスを低下させることによって耐久寿命の向上を図ることができるかどうか、具体的設計手段として、酸化亜鉛の原料ゴム１００質量部に対する配合量を４質量部から１質量部に減量して同様の相関を導くことができるかの検証を行った。
【００４６】
酸化亜鉛の配合量を原料ゴム１００質量部に対して１質量部としたことを除いてゴム組成物３と同一のゴム組成物をゴム組成物３改とし、上記と同項目の試験評価を行った。その配合を表４に示し、試験評価結果を表５に示す。
【００４７】
【表４】
2010180941.tif 000005
【００４８】
【表５】
2010180941.tif 000006
【００４９】
引張強さは、ゴム組成物３が１６．４ＭＰａであったのに対し、ゴム組成物３改が１６．０ＭＰａであった。
【００５０】
切断時伸びは、ゴム組成物３が３８０％であったのに対し、ゴム組成物３改が３７０％であった。
【００５１】
ゴム硬さは、ゴム組成物３が７１°であったのに対し、ゴム組成物３改が７２°であった。
【００５２】
静的弾性定数は、ゴム組成物３が１３３．７Ｎ／ｍｍであったのに対し、ゴム組成物３改が１３７．９Ｎ／ｍｍであった。基準ゴム組成物を基準とすると、ゴム組成物３が−９．４８％であるのに対し、ゴム組成物３改が−６．６４％である。
【００５３】
静動比は、動的弾性定数の動歪みの周波数が３０Ｈｚでは、ゴム組成物３が１．７９であったのに対し、ゴム組成物３改が１．８３であり、動的弾性定数の動歪みの周波数が５０Ｈｚでは、ゴム組成物３が１．７３であったのに対し、ゴム組成物３改が１．８３であった。
【００５４】
これら結果から、ゴム組成物３改は、ゴム組成物３と比較して、酸化亜鉛を減量したことによる静的弾性定数や動的弾性定数や静動比の変化があまりなく、同等の特性を示すことが分かる。
【００５５】
１００％モジュラスは、ゴム組成物３が４．５ＭＰａであったのに対し、ゴム組成物３改が３．９ＭＰａであった。２００％モジュラスは、ゴム組成物３が９．６ＭＰａであったのに対し、ゴム組成物３改が８．５ＭＰａであった。３００％モジュラスは、ゴム組成物３が１４．０ＭＰａであったのに対し、ゴム組成物３改が１２．６ＭＰａであった。４００％モジュラスは、ゴム組成物３が１７．７ＭＰａであったのに対し、ゴム組成物３改が１６．３ＭＰａであった。
【００５６】
これらの１００〜４００％モジュラスの結果からゴム組成物３改の伸張応力が全体的にゴム組成物３よりも低いことが分かる。そして、改良の目的である製品耐久性を見てみると、製品耐久性は、ゴム組成物３が４３．５×１０４回であったのに対し、ゴム組成物３が７４．０×１０４回であった。
【００５７】
以上の結果から、ゴムのバネ特性を保持しながら低伸張応力を低減させることにより製品耐久性を向上させることができることが検証された。具体的には、設計手法として、ＮＲとＢＲとを適当なブレンド比で混合したブレンドゴムを原料ゴムとする第１改良方向と、酸化亜鉛の配合量を減量する第２改良方向との組合せを採用した。従って、これらの組合せによる低伸張応力低減手段がバネ特性に影響を与えずに製品耐久性を向上させる手段として有効であることも分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は防振装置の設計方法について有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  防振ブッシュ（防振装置）
１１  内筒
１２  外筒
１３  防振ゴム
【図１】
2010180941.tif 000007
【図２】
2010180941.tif 000008
【図３】
2010180941.tif 000009