(57)【要約】高周波振動が低減された、防振装置を提供する。  本発明の防振装置（１）は、弾性体（４）と、弾性体（４）の間に配置されて当該弾性体（４）に連結される中間板（５）とを有する。中間板（５）は、弾性体（４）よりも大きな音響インピーダンス（Ｚ２）を有し、中間板（５）の垂線（Ｏ）を振動入力方向に対して角度（θ１）だけ傾斜させて弾性体（４）の間に配置したものである。
2016060032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動が入力される弾性体と、
振動入力方向を横切るように前記弾性体の間に配置されて当該弾性体に連結される中間板と、を有し、
前記中間板は、前記弾性体よりも大きな音響インピーダンスを有し、前記中間板の垂線を前記振動入力方向に対して角度θ１（０°＜θ１＜９０°）だけ傾斜させて前記弾性体の間に配置したものであることを特徴とする、防振装置。
【請求項２】
請求項１において、前記中間板は、０．０２以上の減衰比を有する、防振装置。
【請求項３】
請求項１または２において、０°＜θ１≦４５°を満たす、防振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の防振装置には、内筒部と外筒部との間に２つの中間部材を複数の弾性体を介して連結し、これら中間部材を中間マスとして二重防振構造を形成する振動系と、内筒部と外筒部との間に形成したオリフィス通路で繋がる２つの流体室が液体ダンパとして作用する流体インシュレータを形成する振動系からなるものがある（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２０００−４６０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の防振装置によれば、低周波振動は流体インシュレータを形成する振動系で吸収され、高周波振動は二重防振構造を形成する振動系の中間マス（２つの中間部材）の共振により吸収される。【０００５】
しかしながら、上記の防振装置は、２つの中間部材からなる中間マスを用いるため、防振装置全体の重量が増加するという問題がある。【０００６】
本発明の目的は、高周波振動を低減することができる、新規な防振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る防振装置は、振動が入力される弾性体と、振動入力方向を横切るように前記弾性体の間に配置されて当該弾性体に連結される中間板と、を有し、前記中間板は、前記弾性体よりも大きな音響インピーダンスを有し、前記中間板の垂線を前記振動入力方向に対して角度θ１（０°＜θ１＜９０°）だけ傾斜させて前記弾性体の間に配置したものであることを特徴とする。
本発明に係る防振装置によれば、高周波振動を低減することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高周波振動を低減することができる、新規の防振装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る防振装置を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、図１（ａ）に示す防振装置の弾性体および中間板の関係を示す模式図であり、さらに、（ｃ）は、図１（ａ）に示す防振装置の作用を説明するための模式図である。
【図２】（ａ）は、弾性体の一方の振動入出力端に中間板を配置したときの、弾性体の音響インピーダンスと応力伝達（透過率の理論値）との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、弾性体の間に中間板を取付部材に対して平行に配置したときの、中間板の音響インピーダンスと応力伝達（透過率の理論値）との関係を示すグラフであり、また、（ｃ）は、弾性体の間に中間板を傾斜して配置したときの、中間板の角度と応力伝達（透過率の理論値）との関係を示すグラフである。
【図３】図１（ａ）に示す防振装置において、中間板の減衰比をゼロとし、打撃を加えたとして有限要素法（ＦＥＭ）による解析を行ったときの結果であり、（ａ）は、防振装置の出力側に伝達される反力を過渡応答解析したグラフであり、（ｂ）は、防振装置の出力側に伝達される振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。
【図４】図１（ａ）に示す防振装置において、中間板の減衰比を０．０００５とし、打撃を加えたとしてＦＥＭによる解析を行ったときの結果であり、（ａ）は、防振装置の出力側に伝達される反力を過渡応答解析したグラフであり、（ｂ）は、防振装置の出力側に伝達される振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。
【図５】図１（ａ）に示す防振装置において、中間板の減衰比を０．０２とし、打撃を加えたとしてＦＥＭによる解析を行ったときの結果であり、（ａ）は、防振装置の出力側に伝達される反力を過渡応答解析したグラフであり、（ｂ）は、防振装置の出力側に伝達される振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。
【図６】図１（ａ）に示す防振装置において、中間板の減衰比を０．１とし、打撃を加えたとしてＦＥＭによる解析を行ったときの結果であり、（ａ）は、防振装置の出力側に伝達される反力を過渡応答解析したグラフであり、（ｂ）は、防振装置の出力側に伝達される振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。
【図７】図１（ａ）に示す防振装置の中間板をベークライト製とし、θ１＝４５°の角度で配置した実施例１において、第１取付部材に打撃を加えたときの実験結果であり、（ａ）は、実施例１に入力された打撃力の経時変化を測定したグラフであり、（ｂ）は、実施例１の出力側に伝達された反力の経時変化を測定したグラフであり、（ｃ）は、実施例１の出力側に伝達された振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。
【図８】第１および第２取付部材を弾性体のみで連結した比較例１において、第１取付部材に打撃を加えたときの実験結果であり、（ａ）は、比較例１に入力された打撃力の経時変化を測定したグラフであり、（ｂ）は、比較例１の出力側に伝達された反力の経時変化を測定したグラフであり、（ｃ）は、比較例１の出力側に伝達された振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る防振装置について説明する。なお、以下の説明では、図面上下方向を鉛直方向とし、図面上側および下側をそれぞれ、単に、上側および下側という。
【００１１】
図１（ａ）中、符号１は、本発明の一実施形態に係る防振装置である。防振装置１は、例えば、１０００Ｈｚ以上、特に、１５００Ｈｚ以上の高周波振動を発生する振動発生部およびその振動を受ける振動受部を有する振動伝達系に用いられる。本実施形態の振動伝達系は、例示的に、モータを振動発生部とする一方、車体（車台）を振動受部とする。また、本実施形態では、説明を容易にするため、鉛直方向に発生する振動のみを考慮する。
【００１２】
符号２は、振動伝達系を構成する一方の部材に取り付けられる第１取付部材である。本実施形態では、第１取付部材２は、例えば、電気モータを取り付けるための部材である。第１取付部材２としては、例えば、鉄などの金属製部材が挙げられる。符号３は、振動伝達系を構成する他方の部材に取り付けられる第２取付部材である。第２取付部材３としては、例えば、車体を取り付けるための部材である。第２取付部材３には、例えば、鉄などの金属製部材が挙げられる。本実施形態では、第１取付部材２および第２取付部材３は、互いに鉛直方向に対して直交する方向に対して平行に配置されている。
【００１３】
符号４は、振動が入力される弾性体である。弾性体４としては、例えば、ゴムなどの樹脂からなるものが挙げられる。弾性体４の上端および下端には、それぞれ、第１取付部材２、第２取付部材３が、それぞれ、接着等により連結されている。本実施形態では、弾性体４は、四角柱として形作られている。ただし、弾性体４の形状は、四角柱に限定されるものではない。
【００１４】
符号５は、振動入力方向（本実施形態では、鉛直方向）を横切るように弾性体４の間に配置されて当該弾性体に連結される中間板である。中間板５としては、例えば、ベークライトやポリエチレンなどの汎用樹脂からなるものが挙げられる。中間板５は、弾性体４に対して接着剤により、または、加硫接着により連結されている。本実施形態では、中間板５は、矩形の平板として形作られている。ただし、中間板５の形状は、弾性体４の間を横切るように配置できるものであれば、矩形の平板に限定されるものではない。
【００１５】
ここで、高周波振動は波の性質を有している。そこで、本実施形態では、以下に説明するとおり、高周波振動を弾性波として捉えて、波の性質を利用することにより、車体側に伝わる反力を低減する。
【００１６】
第１に、本実施形態では、中間板５は、弾性体４の音響インピーダンスＺ１よりも大きな音響インピーダンスＺ２を有している（Ｚ１＜Ｚ２）。この場合、後述するように、第１取付部材２から第２取付部材３への応力伝達は、中間板５の音響インピーダンスＺ２が弾性体４の音響インピータンスＺ１よりも大きくなるに従って、小さく抑えられる。
【００１７】
弾性体４の音響インピーダンスＺ１および中間板５の音響インピーダンスＺ２は、それぞれ、以下の式（１）および式（２）より算出することができる。
【００１８】
Ｚ１＝ρ１・ｃ１＝（ρ１・Ｅ１）１／２            ・・・（１）
ρ１：弾性体４の密度，  ｃ１：弾性体４中の音速，  Ｅ１：弾性体４の弾性率
【００１９】
Ｚ２＝ρ２・ｃ２＝（ρ２・Ｅ２）１／２            ・・・（２）
ρ２：中間板５の密度，  ｃ２：中間板４中の音速，  Ｅ２：中間板５の弾性率
【００２０】
次いで、第２に、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、中間板５を、当該中間板５の垂線Ｏ、すなわち、中間板５の振動入力側の外表面に立てた垂線Ｏを振動入力方向（本実施形態では、鉛直方向）に対して角度θ１（０°＜θ１＜９０°）だけ傾斜させて弾性体４の間に配置している。この場合、後述するように、第１取付部材２から第２取付部材３への応力伝達は、角度θ１を大きくするに従って、小さく抑えられる。
【００２１】
そして、第１取付部材２から第２取付部材３への応力伝達は、中間板５がある場合の弾性波の透過率の理論値Ｔ（以下、単に「透過率の理論値Ｔ」ともいう）で表すことができる。透過率の理論値Ｔは、以下の式（３）より算出することができる。
【００２２】
Ｔ＝（２・Ｚ２・ｃｏｓθ１）／（Ｚ２・ｃｏｓθ１＋Ｚ１・ｃｏｓθ２）・・・（３）
【００２３】
ｃｏｓθ２＝［１−ｓｉｎ２θ２］１／２・・・（４）
【００２４】
ｓｉｎθ２＝（ｃ２・ｓｉｎθ１）／ｃ１・・・（５）
【００２５】
すなわち、本実施形態に係る防振装置１は、音響インピーダンスＺ１，Ｚ２をコントロールし、中間板５の角度θ１を、当該音響インピーダンスＺ１，Ｚ２によって対応する最適な角度にすることにより、透過率の理論値Ｔを低減しようとするものである。
【００２６】
ここで、図２（ａ）は、弾性体４の一方の振動入出力端のみに中間板５を配置して、二層構造の防振装置としたときの、中間板５の音響インピーダンスＺ２と応力伝達（透過率の理論値Ｔ）との関係を示すグラフである。
【００２７】
図２（ａ）では、中間板５は弾性体４の下端に連結されている。弾性体４の下端に中間板５を連結した二層構造の防振装置の場合、図２（ａ）に示すように、中間板５の音響インピーダンスＺ２が小さくなるに従って、第１取付部材２から第２取付部材３への応力伝達も小さく抑えられる。しかしながら、図２（ａ）の場合、透過率の理論値Ｔを１未満とするには、Ｚ２＞Ｚ１とする必要があるが、ゴムのときは、Ｚ１＝１ｅ６（≡１×１０６）［Ｐａ・ｓ／ｍ３］であり、これよりも小さな音響インピーダンスＺを持つ適当な材料は一般的には見当たらない。よって、図２（ａ）に示す二層構造の防振装置は不適である。
【００２８】
これに対し、図２（ｂ）は、弾性体４の間に中間板５を配置して、三層構造の防振装置としたときの、中間板５の音響インピーダンスＺ２と応力伝達（透過率の理論値Ｔ）との関係を示すグラフである。
【００２９】
図２（ｂ）では、中間板５は、振動入力方向（この場合、鉛直方向）に対して直交するように水平に、すなわち、中間板５の垂線Ｏが振動入力方向と同一（平行）となるように配置されている。図２（ｂ）に示すように、中間板５の音響インピーダンスＺ２が弾性体４（例えば、ゴム）の音響インピーダンスＺ１よりも大きくなるに従って、第１取付部材２から第２取付部材３への応力伝達は小さく抑えられる。
【００３０】
さらに、図２（ｃ）は、弾性体４の間に中間板５を傾斜させて配置して、三層構造の防振装置としたときの、中間板５の垂線Ｏと振動入力方向（鉛直方向）とのなす角度θ１と応力伝達（透過率の理論値Ｔ）との関係を示すグラフである。図２（ｃ）では、弾性体４をゴム製とする一方、中間板５をエポキシ樹脂製として、透過率の理論値Ｔを算出した。
【００３１】
図２（ｃ）に示すように、角度θ１が大きくなるに従って、上側の弾性体４から中間板５を通って下側に抜ける応力伝達も小さく抑えられる。そして、角度θ１が臨界角θｃに到達したとき、応力伝達もゼロとなる。すなわち、臨界角θｃは入力振動を弾性波と捉えたときの全反射である。臨界角θｃは、弾性体４および中間板５の材質が定まれば、図１（ｂ）のθ２を、９０°とした際のθ１として、例えば、前記式（５）からも求めることができる（θｃ＝ｓｉｎ−１（ｃ１／ｃ２））。ゴムやベークライトの場合、θｃ＝約２２°である。弾性波による応力伝達低減の観点からは、θｃ≦θ１が好ましい。このため、弾性体４の間に中間板５を傾斜させて配置して、三層構造の防振装置とし、角度θ１を大きくすれば、第１取付部材２から第２取付部材３への応力伝達は小さく抑えられる。
【００３２】
したがって、弾性体４の間に中間板５を傾斜させて配置して、三層構造の防振装置とするとともに、中間板５の音響インピーダンスＺ２を、弾性体４の音響インピーダンスＺ１よりも大きくし、さらに、角度θ１を大きくすれば、第１取付部材２から第２取付部材３への応力伝達は小さく抑えられる。
【００３３】
中間板５の音響インピーダンスＺ２には、Ｚ２＞１ｅ６のものを選択することが好ましい。なお、以下の表１には、ゴムよりも音響インピーダンスの高い材料を例示的に記載する。
【００３４】
【表１】
2016060032.tif 000003
【００３５】
そして、本実施形態では、第３に、高周波振動を減衰によって低減する。
【００３６】
図３は、図１（ａ）に示す防振装置１において、中間板５の減衰比ζをζ＝０とし、第１取付部材２に打撃（インパルス入力）を加えたとして有限要素法（ＦＥＭ）による解析を行ったときの結果であり、（ａ）は、防振装置１の出力（第２取付部材３）側に伝達される反力を過渡応答解析したグラフであり、（ｂ）は、第２取付部材３側に伝達される振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。
【００３７】
この場合、図３（ａ）に示すように、後述の図４（ａ）〜図６（ａ）よりも反力が大きく、図３（ｂ）に示すように、周波数も、約１０００〜２０００Ｈｚの周波数分布が大きい。また、約４０００〜５０００Ｈｚの周波数分布も散在している。
【００３８】
図４は、図１（ａ）に示す防振装置１において、中間板５の減衰比ζを、鉄相当の減衰比ζ＝０．０００５とし、第１取付部材２に打撃（インパルス入力）を加えたとして有限要素法（ＦＥＭ）による解析を行ったときの結果であり、（ａ）は、第２取付部材３側に伝達される反力を過渡応答解析したグラフであり、（ｂ）は、第２取付部材３側に伝達される振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。
【００３９】
この場合も、図４（ａ）に示すように、依然、打撃入力時の反力が大きく、図４（ｂ）に示すように、周波数も、約１０００〜２０００Ｈｚの周波数分布が大きい。また、約４０００〜５０００Ｈｚの周波数分布も散在している。
【００４０】
図５は、図１（ａ）に示す防振装置１において、中間板５の減衰比ζを、汎用樹脂相当の減衰比ζ＝０．０２とし、第１取付部材２に打撃（インパルス入力）を加えたとして有限要素法（ＦＥＭ）による解析を行ったときの結果であり、（ａ）は、第２取付部材３側に伝達される反力を過渡応答解析したグラフであり、（ｂ）は、第２取付部材３側に伝達される振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。
【００４１】
この場合、図５（ａ）に示すように、反力が小さくなり、図５（ｂ）に示すように、周波数も、約１０００〜２０００Ｈｚおよび２５００Ｈｚ付近の周波数分布が減少し、また、約４０００〜５０００Ｈｚの周波数分布の減少が顕著である。
【００４２】
図６は、図１（ａ）に示す防振装置１において、中間板５の減衰比ζを、樹脂の最大減衰比相当の減衰比ζ＝０．１とし、第１取付部材２に打撃（インパルス入力）を加えたとして有限要素法（ＦＥＭ）による解析を行ったときの結果であり、（ａ）は、第２取付部材３側に伝達される反力を過渡応答解析したグラフであり、（ｂ）は、第２取付部材３側に伝達される振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。
【００４３】
この場合、図６（ａ）に示すように、図３（ａ）および図４（ａ）に比べて反力が小さくなり、図６（ｂ）に示すように、周波数も、約１０００〜２０００Ｈｚおよび２５００Ｈｚ付近の周波数分布が減少し、また、約４０００〜５０００Ｈｚにてさらに顕著である。
【００４４】
なお、減衰比ζは、レイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）減衰として、以下の一般式（６）から算出できる。
ζ＝［（α／ωｉ）＋β・ωｉ）］／２＝η／２                    ・・・（６）
ωｉ＝２πｆｉ                    ・・・（７）
ωｉ：角周波数，  α，β：係数，  ｉ：ｉ番目の固有モード，  η：損失係数，  ｆｉ：周波数［Ｈｚ］
【００４５】
ここで、図１（ｃ）を参照して、本実施形態に係る防振装置１をさらに詳細に説明する。
本実施形態に係る防振装置１は、中間板５が弾性体４よりも大きな音響インピーダンスＺ２を有し、中間板５の垂線Ｏを振動入力方向に対して角度θ１（０°＜θ１＜９０°）だけ傾斜させて弾性体４の間に配置されているため、第１取付部材２に高周波振動が入力されると、弾性体４に入力された振動のうち、少なくとも高周波振動は波として振る舞い、中間板５で屈折して透過し、或いは、中間板５の表面で反射する。このため、本実施形態に係る防振装置１によれば、弾性体４の間に、２つの中間部材からなる中間マスを用いることなく、弾性体４と中間板５との境界面において、高周波振動を反射および屈折させることにより、高周波振動が低減される。また、従来の防振装置のような、２つの中間部材からなる中間マスが不要になるため、重量の増加を抑制することができる。
【００４６】
加えて、本実施形態に係る防振装置１では、中間板５を、ζ＝０．０２以上の減衰比を有するものとしているため、高周波振動は、中間板５を屈折して透過することで減衰される。このため、本実施形態に係る防振装置１のように、中間板５を、ζ＝０．０２以上の減衰比を有するものとすれば、高周波振動がさらに低減される。
【００４７】
また、本実施形態に係る防振装置１では、０°＜θ１≦４５°を満たすことが好ましい。この場合、弾性体４の間で中間板５が垂直に近い状態になることによる、振動入力時における弾性体４の剥離を防止しつつ、高周波振動を低減することができる。
【００４８】
従って、本実施形態に係る防振装置１によれば、高周波振動を低減することができる、新規の防振装置を提供することができる。なお、中間板５は、振動入力方向を横切るように弾性体４の間に配置されて当該弾性体４に連結される形状であれば、様々な形状を採用することができる。例えば、中間板５は、２枚の板状部の一端同士を繋いでなる直線状の頂部を有して、当該頂部からそれぞれの板状部が振動入力方向に対して遠ざかる向きに傾斜するＶ字形の屋根形状の板材であって、前記頂部が振動入力側に配置されるように弾性体４に連結されるものや、１点の頂部から板状部が円錐形又は角錐形を形作るように振動入力方向に対して遠ざかる向きに傾斜する傘形状又はお椀形状の板材であって、前記頂部が振動入力側に配置されるように弾性体４に連結されるもの等が挙げられる。
【実施例１】
【００４９】
１．試験対象（実施例１）
図１の防振装置であって、中間板を角度θ１＝４５°に位置したもの。（１）第１取付部材
寸法：７０Ｗ×７０Ｄ×９Ｈ（ｍｍ）
材質：アルミ合金
（２）第２取付部材
寸法：１２０Ｗ×８５Ｄ×９Ｈ（ｍｍ）
材質：アルミ合金
（３）弾性体
寸法：４０Ｗ×４０Ｄ×３５Ｈ（ｍｍ）
材質：ゴム
（４）中間板
寸法：１００Ｗ×１００Ｄ×５Ｈ（ｍｍ）
材質：ベークライト
２．使用装置
（１）打撃装置：電動ハンマ（ＤＹＴＲＡＮ社製  ５８００ＳＬ）
（２）反力測定装置：荷重計（日本キスラー社製  ９１２９ＡＡ）
３．実験方法
防振装置の第１取付部材を電動ハンマで１回打撃して、防振装置にインパルス入力したときの反力を計測した。【００５０】
［比較例１］
１．試験対象（比較例１）
図１の防振装置から中間板を除いて弾性体のみとしたもの。
２．使用装置
同上
３．実験方法
同上【００５１】
図７は、実施例１の実験結果であり、（ａ）は、実施例１に入力された打撃力の経時変化を測定したグラフであり、（ｂ）は、実施例１の出力（第２取付部材３）側に伝達された反力の経時変化を測定したグラフであり、（ｃ）は、実施例１の第２取付部材３側に伝達された振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。【００５２】
これに対し、図８は、比較例１の実験結果であり、（ａ）は、比較例１に入力された打撃力の経時変化を測定したグラフであり、（ｂ）は、比較例１の出力（第２取付部材）側に伝達された反力の経時変化を測定したグラフであり、（ｃ）は、比較例１の第２取付部材側に伝達された振動の周波数を過渡応答解析したグラフである。【００５３】
図７および図８を比較すると、実施例１および比較例１には同じ力がインパルス入力されているにも関わらず（図７、８（ａ））、反力の繰り返し回数は、比較例１（図８（ｂ））に比べて実施例１（図７（ｂ））の方が減少していることがわかる。また、過渡応答解析の結果からは、比較例１（図８（ｃ））に比べて実施例１（図７（ｃ））の方が約１０００〜２０００Ｈｚの周波数分布が減少していることがわかる。【００５４】
本発明は、高周波振動、特に１０００Ｈｚ以上の周波数振動の抑制に有効である。なお、以下の表２には、実施例１および比較例１の実測値および算出値を示す。【００５５】
【表２】
2016060032.tif 000004
【００５６】
図７の実験結果からも明らかなように、ゴムよりも音響インピーダンスＺ２が大きい樹脂からなる中間板を有し、中間板５の垂線Ｏを振動入力方向に対して角度θ１（０°＜θ１＜９０°）だけ傾斜させて弾性体４の間に配置すれば、高周波振動を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、弾性体を用いた防振装置であって、特に、高周波振動の抑制を目的とするものに採用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１；  防振装置，  ２；第１取付部材，  ３；第２取付部材，  ４；弾性体，  ５；中間板，  θ１；角度（入射角）
【図１】
2016060032.tif 000005
【図２】
2016060032.tif 000006
【図３】
2016060032.tif 000007
【図４】
2016060032.tif 000008
【図５】
2016060032.tif 000009
【図６】
2016060032.tif 000010
【図７】
2016060032.tif 000011
【図８】
2016060032.tif 000012
【国際調査報告】
2016060032.tif 000013
2016060032.tif 000014
2016060032.tif 000015
2016060032.tif 000016