(57)【要約】【課題】サージング周波数の調節を容易に行うことができる重ね板ばねを得る。【解決手段】並列に接続された複数の板ばね１を備えた重ね板ばねであって、板ばね１は、荷重を受けることによって変形する起歪部１１を有し、隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１の間には、クリアランス５が形成されており、複数の板ばね１は、固有振動数が互いに異なる複数種類の板ばね１から構成されており、隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１の間のクリアランス５に充填された減衰部材６をさらに備えている。【選択図】図７
2014149027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された複数のばね部材を備えたばね装置であって、
前記ばね部材は、荷重を受けることによって変形する起歪部を有し、
隣り合う前記ばね部材のそれぞれの前記起歪部の間には、クリアランスが形成されていることを特徴とするばね装置。
【請求項２】
固有振動数が互いに異なる複数種類の前記ばね部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載のばね装置。
【請求項３】
隣り合う前記ばね部材のそれぞれの前記起歪部の間の前記クリアランスに充填された減衰部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のばね装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載のばね装置を備え、
前記ばね装置は、振動源からの振動伝達を遮断することを特徴とする振動絶縁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動源から対象物への振動の伝達を抑制するばね装置および振動絶縁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、並列に接続され、板厚方向に重ねられた複数の板ばねを備えた重ね板ばねが知られている。それぞれの板ばねは、隣り合う板ばねとの間に摩擦力が発生するように、隣り合う板ばねと接触して配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１９９２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、隣り合う板ばねが互いに接触しているので、重ね板ばねのサージング周波数を調節するためには、重ね板ばね全体で設計を行わなければならず、このため、重ね板ばねのサージング周波数の調節が困難であったという問題点があった。
【０００５】
この発明は、サージング周波数の調節を容易に行うことができるばね装置および振動絶縁装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るばね装置は、並列に接続された複数のばね部材を備えたばね装置であって、ばね部材は、荷重を受けることによって変形する起歪部を有し、隣り合うばね部材のそれぞれの起歪部の間には、クリアランスが形成されている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係るばね装置によれば、隣り合うばね部材のそれぞれの起歪部の間には、クリアランスが形成されているので、それぞれのばね部材のサージング周波数がそのままばね装置のサージング周波数となる。その結果、それぞれのばね部材のサージング周波数を調節することによって、ばね装置のサージング周波数の調節を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る重ね板ばねを示す正面図である。
【図２】図１の重ね板ばねの力学モデルを示す構成図である。
【図３】図１の重ね板ばねの動剛性を示すグラフである。
【図４】この発明の実施の形態２に係る重ね板ばねを示す正面図である。
【図５】図４のそれぞれの板ばねの剛性値、固有振動数および枚数を示す表である。
【図６】図４の重ね板ばねの動剛性を示すグラフである。
【図７】この発明の実施の形態３に係る重ね板ばねを示す正面図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る振動絶縁装置を示す断面図である。
【図９】図８の振動絶縁装置の振動伝達特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【００１０】
実施の形態１．
振動環境下において対象物の安定化を図る技術は、防振技術、または、振動絶縁技術と呼ばれている。振動絶縁の基本原理は、振動源と対象物との間の振動伝達経路に振動絶縁装置を配置することによって、振動源から対象物への振動の伝達を低減し、対象物の振動を抑制するものである。この振動絶縁装置としては、具体的には、例えば、自動車のサスペンション、建築物の防振ダンパ、または、人工衛星の構体と観測機器との間の振動絶縁装置が挙げられる。
【００１１】
振動絶縁装置を用いた防振系は、強制変位を発生させる振動源と対象物との間に、ばね装置およびダンパ装置で表される振動絶縁装置を配置した力学モデルで表される。振動絶縁装置の振動絶縁性能は、振動源の強制変位に対する対象物の変位振幅比で規定される振動伝達率（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｂｉｌｉｔｙ）の周波数特性（以下、振動伝達特性）で評価される。したがって、振動絶縁装置の設計においては、まず、対象物の構造特性および振動源から入力される振動特性のプロファイルを元にして、対象物の振動が要求仕様の範囲内となるための振動伝達特性を算出し、次に、この振動伝達特性を満たすばね剛性とダンパ粘性減衰係数とを解析によって算出し、最後に、これらの値を元にして、ＦＥＭ解析または設計式を用いて、ばね装置およびダンパ装置の詳細設計を実施する。評価段階においては、解析結果と実機特性との性能を比較して、設計の妥当性を評価する。
【００１２】
しかしながら、このような手順で設計した振動絶縁装置は、理論特性と比較して振動絶縁効果が劣化することが多い。この一因としては、ばね装置のサージング現象が挙げられる。サージングとは、振動の加振周波数がばね装置の固有振動数と一致することによって現れるばね装置の共振現象である。ばね装置の固有振動数でばね剛性が増大することによって、振動伝達率が上昇（振動絶縁特性が劣化）する。これは、実際のばね装置が、理想的な力学モデルとは異なり、分布定数系で有限の質量を有することが原因である。したがって、特に大型の対象物を低剛性で支持するケースでは、ばね装置が必然的に大型化・重量化するため、サージング周波数が低下して、振動絶縁特性の劣化が顕著に現れる傾向がある。
【００１３】
この実施の形態１では、ばね装置として重ね板ばねを例に説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る重ね板ばねを示す正面図である。図において、重ね板ばね（ばね装置）は、板厚方向に重ねられた４８枚の板ばね（ばね部材）１と、隣り合う板ばね１の間に設けられたスペーサ２とを備えている。なお、板ばね１の枚数は、４８枚に限らず、その他の枚数であってもよい。
【００１４】
それぞれの板ばね１は、スペーサ２を介して並列に接続されている。それぞれの板ばね１には、同種類のばねが用いられている。その結果、それぞれの板ばね１は、固有振動数が互いに一致している。
【００１５】
板ばね１は、一方向両端部がスペーサ２に接続されている。これにより、それぞれの板ばね１は、一方向両端部がスペーサ２を介して拘束される。また、板ばね１は、一方向中央部に起歪部１１を有している。起歪部１１は、板ばね１に荷重が加えられることによって弾性変形する。ここで、板ばね１についての一方向とは、板ばね１を上方から視た場合に、対象物３に対して固定される板ばね１の部分と振動源４に対して固定される板ばね１の部分とを繋ぐ直線に沿った方向であって、さらに、板ばね１に沿った方向である。
【００１６】
それぞれの板ばね１は、重ね板ばねにおける対象物３側の端部に対して振動源４側の端部が変位するように、重ね板ばねに対して板厚方向に荷重が加えられた場合に、互いに等しく変形する。ここで、対象物３とは、重ね板ばねが設置される安定化対象物であり、振動源４とは、重ね板ばねを介して対象物３に強制変位を与える物である。
【００１７】
隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１の間には、スペーサ２によってクリアランス５が形成されている。スペーサ２の厚み方向の寸法は、それぞれの板ばね１に荷重が加えられた場合に、隣り合う起歪部１１が互いに接触しない程度の寸法となっている。これにより、起歪部１１が弾性変形する場合に、隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１が互いに接触することが防止される。言い換えれば、隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１の間には、起歪部１１が弾性変形する場合に隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１が互いに接触しないように、クリアランス５が形成されている。
【００１８】
図２は図１の重ね板ばねの力学モデルを示す構成図である。重ね板ばねは、起歪部１１（図１）が弾性変形する場合に隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１が互いに接触しないので、振動源４が複数の板ばね１によって並列に支持される力学モデルで表すことができる。
【００１９】
図３は図１の重ね板ばねの動剛性を示すグラフである。図３では、重ね板ばねの動剛性（剛性の周波数特性）を実線で示し、一枚の板ばね１の動剛性を破線で示している。また、図３では、横軸が周波数の値を表し、縦軸が剛性値を表している。板ばね１の剛性値は、低周波側では、約１０００Ｎ／ｍに漸近し、高周波側では、周波数依存性を有している。特に、板ばね１の剛性値は、７０Ｈｚに反共振が現れ、２００Ｈｚに共振が現れている。
【００２０】
一方、重ね板ばねの剛性値は、それぞれの板ばね１の剛性値の合計値となっており、さらに、板ばね１の剛性値と同様にして、７０Ｈｚに反共振が現れ、２００Ｈｚに共振が現れている。つまり、重ね板ばねは、板ばね１の固有振動数、つまり、板ばね１のサージング周波数がサージング周波数となる。したがって、板ばね１の固有振動数を調節することによって、重ね板ばねのサージング周波数を容易に調節することができる。
【００２１】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る重ね板ばねによれば、隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１の間には、クリアランス５が形成されているので、それぞれの板ばね１のサージング周波数がそのまま重ね板ばねのサージング周波数となる。その結果、例えば、重ね板ばねに入力される振動特性のプロファイルが予め把握されている場合には、板ばね１の固有振動数と振動源４による加振周波数が分離されるように、板ばね１を設計するだけでよく、重ね板ばねのサージング周波数の調節を容易に行うことができる。その結果、重ね板ばねの全体における解析が不要となるため、設計負荷を大きく低減させることができる。
【００２２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係る重ね板ばねを示す正面図、図５は図４のそれぞれの板ばね１の剛性値、固有振動数および枚数を示す表である。図において、重ね板ばねは、固有振動数が互いに異なる６種類の板ばね１を備えている。また、重ね板ばねは、同種類の板ばね１を８枚ずつ備えている。したがって、重ね板ばねは、４８枚の板ばね１を備えている。図５では、ばね番号が同一である板ばね１は、互いに同一の剛性値、固有振動数（一次固有振動数）を有している。なお、板ばね１の種類は、６種類に限らず、その他の数の種類であってもよい。また、同種類の板ばね１の枚数は、８枚に限らず、その他の枚数であってもよい。したがって、板ばね１の総枚数は、４８枚に限らず、その他の枚数であってもよい。また、全ての板ばね１の種類が互いに異なる重ね板ばねであってもよい。
【００２３】
この例では、重ね板ばねは、隣り合う板ばね１の固有振動数が互いに異なる固有振動数となるように板ばね１が並べられた構成となっている。なお、重ね板ばねは、固有振動数が同一の板ばね１が隣り合うように板ばね１が並べられた構成であってもよい。
【００２４】
図６は図４の重ね板ばねの動剛性を示すグラフである。図６では、実施の形態２に係る重ね板ばねの動剛性を実線で示し、実施の形態１に係る重ね板ばねの動剛性を破線で示している。実施の形態１に係る重ね板ばねは、それぞれの板ばね１の剛性を約１０００Ｎ／ｍとし、固有振動数を２００Ｈｚとすることによって、約５００００Ｎ／ｍの静剛性を有している。一方、実施の形態２に係る重ね板ばねは、約５００００Ｎ／ｍの静剛性を有するように、固有振動数が互いに異なる６種類の板ばね１から構成されている。
【００２５】
実施の形態２に係る重ね板ばねは、固有振動数が互いに異なる６種類の板ばね１を備えているので、板ばね１の種類の数に対応する数のサージング周波数を有する。しかしながら、実施の形態２に係る重ね板ばねは、実施の形態１に係る重ね板ばねと比較して、同種類の板ばね１の数が少ないので、それぞれのサージング周波数におけるサージングピークが低下する。言い換えれば、実施の形態２に係る重ね板ばねは、実施の形態１に係る重ね板ばねと比較して、サージングに対する見かけ上の減衰効果を得ることができる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００２６】
以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る重ね板ばねによれば、固有振動数が互いに異なる複数種類のばね板１を備えているので、実施の形態１に係る重ね板ばねと比較して、サージングを抑制することができる。
【００２７】
また、この重ね板ばねは、サージングを抑制するためにコイルばねに粘弾性部材を貼り付けるばね装置（例えば、特開平０８−２１０４３９号公報参照）と比較して、外部温度環境や経年劣化によって特性が変動する粘弾性部材を用いていないので、外部温度環境や使用期間によってサージングの抑制効果が変動することが抑制される。
【００２８】
また、この重ね板ばねは、サージングを抑制するためにコイルばねに弾性を有する金属製の塊状物を接触させて摩擦を発生させるばね装置（例えば、特開２００５−２９１４２４号公報）と比較して、隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１が互いに接触することなくサージングを抑制するので、振動レベルが小さい場合であってもサージングの抑制効果を得ることができる。
【００２９】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係る重ね板ばねを示す正面図である。図において、重ね板ばねは、隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１の間のクリアランス５に充填された減衰部材６をさらに備えている。減衰部材６は、粘弾性体から構成されている。減衰部材６としては、ゴム状やゲル状のものが使用されている。
【００３０】
この例では、それぞれの板ばね１は、隣り合う板ばね１の固有振動数が互いに異なる固有振動数となるように形成されている。減衰部材６は、特に、せん断歪に対して大きな減衰効果を有するので、特定のサージング周波数において隣り合う板ばね１が同相で振動することによって減衰部材６のせん断変形が現れないことを回避することができる。つまり、減衰部材６にせん断変形が現れることによって、板ばね１の振動を減衰させることができる。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００３１】
以上説明したように、この発明の実施の形態３に係る重ね板ばねによれば、隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１の間のクリアランス５に充填された減衰部材６をさらに備えているので、サージングピークのさらなる抑制効果を得ることができる。
【００３２】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る振動絶縁装置を示す断面図、図９は図８の振動絶縁装置の振動伝達特性を示すグラフである。図において、振動絶縁装置は、複数の重ね板ばね７と、重ね板ばね７と並列に接続されたダンパ装置８とを備えている。
【００３３】
重ね板ばね７は、実施の形態３に記載の重ね板ばねと同様である。ダンパ装置８は、振動源４から伝達される振動を減衰する。
【００３４】
振動絶縁装置を用いた場合の防振系の運動方程式は、下記の式（１）で表すことができる。
【００３５】
【数１】
2014149027.tif 000003
【００３６】
ここで、ｍ、ｃ、ｋ、ｘＰ、ｘＢは、対象物３の質量、振動絶縁装置の粘性減衰係数、振動絶縁装置の剛性、対象物の応答変位、振動源４の強制変位を表している。これを、下記の式（２）のもとラプラス変換すると、振動源４の強制変位から安定化させる対象である対象物３の応答変位までの伝達関数Ｔ（ｓ）は、下記の式（３）で表すことができる。
【００３７】
【数２】
2014149027.tif 000004
【００３８】
このとき、防振系の振動伝達率は、｜Ｔ（ｊω）｜で定義され、その周波数特性は、図９のボード線図で表すことができる。理想的な重ね板ばね７を想定した場合（ばね剛性が周波数特性を持たずに一定であり、サージングが発生しない場合）、振動伝達特性は、図９における点線が示す特性となる。すなわち、振動伝達率が１を上回る共振点を迎えたのち、高周波域において、振動伝達率が１を下回る振動絶縁領域が現れ、その後は、一定のロールオフ特性を維持しながら振動伝達率が低下する。
【００３９】
しかしながら、実際の重ね板ばね７は、サージングが発生するので、ばね剛性が周波数特性を有する。これにより、このような理想的な振動伝達特性が振動絶縁装置の実機において得られることはまれである。実際の振動伝達特性は、上記の式（３）の中の剛性の値に対して周波数特性を考慮した動剛性の値を代入することで得られる。例えば、実施の形態１の重ね板ばねを用いた振動絶縁装置の場合には、図９における破線が示すような振動伝達特性が算出される。すなわち、重ね板ばねのサージング周波数において振動伝達率が１付近まで増大し、振動絶縁効果が大きく劣化する。
【００４０】
一方、実施の形態４に重ね板ばね７を用いた振動絶縁装置の場合には、実施の形態１の重ね板ばねを用いた振動絶縁装置の場合には２００Ｈｚ付近において１倍程度であった振動伝達率が、図９における実線が示すように、サージピークが１７０Ｈｚ〜２２０Ｈｚの帯域に分散することによって、−３０ｄＢ程度に低下している。つまり、実施の形態４に係る振動絶縁装置では、従来において高周波域において問題となっていたサージングによる振動伝達率の上昇を抑制することができる。
【００４１】
以上説明したように、この発明の実施の形態４に係る振動絶縁装置によれば、並列に接続された複数の板ばね１を有した重ね板ばね７を備え、板ばね１は、荷重を受けることによって変形する起歪部１１を有し、隣り合う板ばね１のそれぞれの起歪部１１の間には、クリアランス５が形成され、複数の板ばね１は、固有振動数が互いに異なる複数種類の板ばね１から構成され、重ね板ばね７は、振動源４からの振動伝達を遮断するので、サージングによる振動伝達率の上昇を抑制することができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態４では、重ね板ばね７とダンパ装置８とが並列に接続された振動絶縁装置の構成について説明したが、これに限らず、例えば、ダンパ装置８を備えず重ね板ばね７のみの振動絶縁装置、または、ダンパ装置８にばね装置が直列に接続されるなどのダンパ装置８が複雑に組み上げられた振動絶縁装置であってもよい。
【００４３】
また、上記実施の形態４では、重ね板ばね７が実施の形態３に記載の重ね板ばねと同様である振動絶縁装置の構成について説明したが、重ね板ばね７が実施の形態１に記載の重ね板ばね、または、実施の形態２に記載の重ね板ばねと同様である振動絶縁装置の構成であってもよい。
【００４４】
また、各上記実施の形態では、ばね部材として、板ばね１を例に説明したが、これに限らず、例えば、コイルばねなど、その他のばね部材であってもよい。
【００４５】
また、各上記実施の形態では、ばね装置として、重ね板ばね７を例に説明したが、これに限らず、その他のばね装置であってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  板ばね（ばね部材）、２  スペーサ、３  対象物、４  振動源、５  クリアランス、６  減衰部材、７  重ね板ばね（ばね装置）、８  ダンパ装置、１１  起歪部。
【図１】
2014149027.tif 000005
【図２】
2014149027.tif 000006
【図３】
2014149027.tif 000007
【図４】
2014149027.tif 000008
【図５】
2014149027.tif 000009
【図６】
2014149027.tif 000010
【図７】
2014149027.tif 000011
【図８】
2014149027.tif 000012
【図９】
2014149027.tif 000013