JP2006527340A - 複合バネ - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明では複合バネが公開されており、それにはバネ及びバネの運動に対して減衰作用を発生する高減衰材料を含有する減衰体が含まれている。バネ上に減衰体が設置されているため、バネが応力を受けて振動すると、減衰体がそれに伴い変形し、減衰材料内に非常に大きな内部摩擦が発生して、振動エネルギを熱エネルギに変えて消費する。振動は迅速に低減し、場合によっては消失する。また騒音は振動により発生するため、騒音も大幅に低減される。

Description

本発明はバネに関するものである。

一般のバネは純弾性材料で製作されて構成されており、その減衰は非常に小さく、特に金属バネの場合はそうである。実際には、その減衰を増大させるため、場合によってはバネの外面にゴム管を嵌設するかまたはバネの表面に硫化ゴムを施す方法が採用されるが、ゴムは根本的に見て粘弾性材料であり、高周波作用条件下において、例えば音声周波数範囲の振動及び騒音に対して、一定の減衰効果を備えている。しかし大多数の機械的振動について見ると、その減衰比はわずか１〜３％であり、バネと並列接続して使用する際の減衰比は更に小さく、大多数の状況下における減衰比は大きく不足しており、例えば一般の車両、設備の減振及び防振に対しては、減衰比が１０％〜３０％の間であることが要求され、その際には所定外の減衰装置を組み合わせて使用しなければならないため、構造は複雑となる。

本発明の目的は上記欠陥を克服し、それ自体が減衰を有するバネを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では複合バネが提供されており、その特徴はバネ及びバネの運動に対して減衰作用を発生する減衰材料を含有する減衰体を備えている点にある。

好適には、減衰材料は高減衰材料であり、それには粘弾性の高減衰材料または／または粘塑性材料、例えば高減衰ゴム、高減衰ポリウレタン、高減衰改質アスファルトなどが含まれ、その材料の減衰比は３０〜５０％にも達する。因みに、一般の弾性材料の減衰比は０．１〜１％の間であり、一般のゴムは１％〜３％である。より好適には、本発明の減衰材料には上記減衰材料を基材とし、その他充填材が添加されている材料が更に含まれていることである。それには減衰材料の変形による内部消費及び減衰を増大させることができる充填材、例えばカーボン繊維、ガラス繊維、雲母粉末などが含まれる。

好適には、前記バネは部分的に減衰体内に嵌入されている。

上記減衰体は中実柱体とすることができ、中空柱体とすることもできる。

本発明で言及されているバネは、任意のバネ、例えば螺旋バネまたは皿バネである。前記バネが螺旋バネである場合には、そのバネコイルの間にはバネワイヤの延伸と一致する螺旋状キャビティまたは高弾性体を備えることができ、前記バネが皿バネである場合には、そのバネ板の間またはバネ板の上下に環形キャビティまたは高弾性体を設置することができる。

好適には、前記減衰体の周囲面または内部に剛さが比較的大きい拘束体が設置され、当該拘束体は減衰体が変形した際にそれに対して拘束及び剪断作用を発揮することができる。

好適には、前記拘束体は少なくとも一段階の螺旋リングまたはスリーブである。

好適には、バネの外表面に１層の弾性材料が設置される。高減衰材料バネはアンロード時には同様に減衰力を有し、バネの復帰を阻止するとともに、自己の復帰も阻害し、それと同時に高減衰材料の強度は一般に同様基材の弾性材料よりは弱いため、設置されている当該弾性拘束層は減衰材料のより徹底的な復帰を支援することができ、かつ容易には損壊しない。例えば摩擦や衝突である。

好適には、例えば螺旋バネのバネワイヤまたは皿バネのバネ板の少なくとも一部表面に減衰材料層が付着することができ、減衰材料層外には少なくとも１層の剛さが減衰材料よりも大きい拘束層を更に設置することもできる。

好適には、バネの数量は複数個とし、直列接続または並列接続することができる。

本発明の複合バネでは、本体にバネ及び減衰体が含まれているため、バネが応力を受けて振動または変形した際には、減衰体がそれに伴い変形し、減衰材料内には非常に大きな内部摩擦が発生するため、一部エネルギは消費され、変形は阻害され、振動も減衰し、騒音も振動により引き起こされるものであるため、騒音も大幅に低減される。本発明では高減衰材料が採用されており、比較的高い減衰比が提供されるため、多数の機械設備及び車両構造の減振に対して十分な減衰比を提供することができ、たとえ必要とされる減衰比が非常に高い場合であっても、必要とする所定外の減衰比は大幅に小さくなる。一般的には減衰装置を別途組合わせる必要がないため、構造は簡略化される。その他、本発明ではバネ本体の固定周波数下での共振も効果的に排除される。

[実施例１]
本発明における実施例１の全体構造は図１に示されている通りであり、それには螺旋バネ１及び減衰体２が含まれ、螺旋バネ１は全体として柱状減衰体２内に嵌入されている。減衰体は常温下で固体状態（粘塑性）を呈する高減衰改質アスファルトである。バネが応力を受けて変形すると、減衰体も同時に応力を受けて変形し、減衰材料には比較的大きな内部摩擦が備わり、運動方向とは逆の減衰力が常に発生するため、この種の構造のバネは比較的大きな減衰比を備えている。大多数の中実（微孔なし）材料の体積は容易には圧縮されず、バネ中心部分の減衰体の変形は比較的大きく制限されるため、剛さ曲線は非線形を呈する。しかし剛さ及び載置能力は非常に大きく向上するため、荷重が大きな作動条件に比較的適している。

[実施例２]
実施例１を基礎として、減衰体２内に図２に示されている充填材、例えば棒状物または金属リング４−１が添加されており、棒状物または金属リングはずれて配置されており、変形時には減衰体に対する拘束及び剪断作用を形成することができ、増大する減衰体の剪断変形成分が減衰体の減衰を向上させることができるため、本構造を採用したバネの減衰比は実施例１よりも一部向上する。

[実施例３]
実施例１と比較した場合、バネ１は部分的に減衰体２内に嵌入されている。それは実施例１の効果と基本的に同一であるが、生産工程は簡略化されている。構造の詳細は図３に示されている通りである。

[実施例４]
図４に示されている実施例４において、減衰体２は管状で、高減衰ゴムで構成されており、バネ１は内外２組の螺旋バネ１−１、１−２で構成され、減衰体２内に完全に嵌入されている。減衰体２の中空部分及びバネユニット１の軸線は基本的に同軸で一致しており、実施例１、２と比較した場合には、バネ中間の減衰体が中空であり、減衰体はより容易に変形するため、その剛さ曲線の線形はより良好である。

[実施例５]
実施例４を基礎として、バネ１は螺旋バネで、減衰体２内に完全に嵌入しており、その材料は固体の高減衰改質アスファルトである。減衰体２の内外壁には拘束リングが設置されており、外拘束リング４−２は弾性拘束体、内拘束リング４−１は剛性拘束リングである。内外拘束リングは好適にはずれて配置されており、変形時には減衰体に対する拘束及び剪断作用を形成することができ、同時に両端の拘束リングは心合わせ作用を発揮することができる。その構造の詳細は図５に示されている通りである。

[実施例６]
図６に示されている実施例６において、螺旋バネ１は管状減衰体２内にすべて嵌入されており、減衰体は高減衰ポリウレタンで構成され、バネコイルの間にはバネワイヤと一致して延伸している螺旋状の中空部分３または弾性が非常に低い弾性体が備わっている。バネが変形すると、減衰体の当該箇所における押圧及び破壊を回避するため、減衰体の剪断変形成分は相対的に向上し、圧縮成分は低下するため、実施例４と比較した場合、この種の構造にはより良好な線形剛さと減衰比とが備わっている。

[実施例７]
図７に示されている実施例７において、減衰体２は内外の両高減衰ゴムスリーブで構成されており、螺旋バネ１が両部分の間に形成されている凹溝７内に挟持されており、減衰体２の径方向での膨張を制限するため、拘束リング４が設置されており、それは小減衰体の内周に嵌設されている鋼管４−１及び大減衰体の外周に嵌設されているプラスチック管４−２で構成されており、拘束リングの全体高さはバネの最小作用高さを下回っている。それらはバネに対して径方向を主とする拘束作用を提供し、減衰体に対する径方向の拘束作用により高減衰対のバネの軸方向変形に対する阻止力（剪断及び摩擦）を向上させて、減衰体がバネ１に対して効果的な減衰作用を発揮することを確保する。

この種の構造は硫化または注入が不要であるため、生産工程は簡単であるが、長期間使用していると、減衰体はおそらく磨耗する。この種の欠点を回避するためには、硫化方式を採用してバネを両スリーブの間で硫化させることができる。

[実施例８]
図８に示されている実施例８においては、螺旋バネ１のバネワイヤの表面上に付着層状の減衰体２が浸漬塗布されており、それは実質的には熱溶融型の高減衰改質アスファルトである。この種の構造の減衰は比較的小さいが、線形は非常に良好であり、かつバネ本体の共振を抑制する作用を完全に発揮することが可能である。更に減衰を向上させる必要がある場合には、拘束減衰を採用することができる。本構造はバネの減衰が比較的小さい場合または変形が比較的大きい場合に適している。

[実施例９]
図９に示されている実施例９において、バネは皿バネであり、複数の皿バネで構成されるバネユニット５が管状の減衰体２内にすべて嵌入されており、皿バネが変形すると、減衰体２に対して剪断及び押圧作用を形成し、減衰体２には中空部分が付帯しているため、それを容易に変形させる。

[実施例１０]
図１０に示されている実施例１０においては、複数の皿バネで構成されるバネユニット５が全体として管状減衰体２内に嵌入されており、かつそのバネ片の間にはリング形のキャビティ６が備わっているため、減衰体は実施例９よりも更に容易に剪断変形を受け、より良好な線形剛さと減衰比とが備わっている。減衰体の内外表面には１層の弾性材料が拘束保護層８として更に設置されており、それは減衰材料のアンロード時により徹底的に復帰することを支援することができるとともに、減衰材料が案内柱による摩擦や外部応力の衝突を受けないように保護する。

[実施例１１]
図１１に示されている実施例１１において、バネ５は単一片で中空の減衰体２内に嵌入されており、その横断面の形状はバネ片の横断面形状とほぼ同心で相似であり、皿バネ片の接触領域だけに減衰体が備わっていないため、減衰体が局部押圧により破壊されるかまたは押圧により恒久的に変形することが回避されている。本実施例においてはバネに対する線形改変は大きくないため、減衰要求は余り高くないが、線形要求は比較的高い場合に適しており、単一片で実施されているため、大ロットでの生産が可能である。減衰体には高効率、大ロット生産に適している、例えば吹付け塗装、浸漬塗装、塗布または注入が可能な減衰材料、例えば高減衰のポリウレタンを選択することが望ましい。

[実施例１２]
図１２によれば、実施例１１を基礎として、減衰体２は中空の円柱体であり、生産工程においては製作が更に容易であり、上下身表面には凹リングが設けられており、押圧領域における減衰体の減少が図られているため、皿バネの非線形での急激な増加は回避されている。

[実施例１３]
２枚の皿バネ片５が同一方向で積層（剛さは並列接続）されて同一の減衰体内に嵌入されており、減衰体２は中空の円柱体で、両バネ片５の間には高減衰材料が備わり、その後、２組が直列接続されている。その構造の詳細は図１３に示されている通りである。

[実施例１４]
実施例１３を基礎として、２組の皿バネ片５が同一方向で積層（剛さは並列接続）されて同一の減衰体２内に嵌入されており、減衰体２の断面は皿バネ片５の断面とほぼ相似であり、両バネ片５の間には高減衰材料が備わり、その後、２組が直列接続されている。その構造の詳細は図１４に示されている通りである。

[実施例１５]
図１５に示されている実施例において、２枚の皿バネ片５が逆方向で積層（剛さは直列接続）されて同一の減衰体２内に嵌入されており、減衰体２は中空の円柱体で、両バネ片５の間には高減衰材料が備わり、バネ片５の間及び上下には中空部分６が設けられており、その後、直列接続されている。

実施例１１〜１５においては、異なる実施案が列記されているが、それはバネ配置方式が異なれば力学的性質も異なるからである。皿バネを同一方向で積層すると、剛さは並列接続となり、総剛さは２倍となる。皿バネを逆方向で積層すると、剛さは直列接続となり、総剛さは半減する。実際には、その特性に基づき異なるバネ片とバネ片との組合せ及びバネユニットとバネユニットとの組合せを採用することができる。

非常に多くの減衰材料には体積の圧縮不可性が備わっているため、減衰体の受圧領域に比較的多くの中実減衰材料が集積している場合、減衰体の押圧方向作用力の垂直方向により、バネの変形曲線は非線形を呈するとともに、減衰体は過度に大きい変形により破壊される可能性がある。中空減衰体または高弾性体を設置し、減衰体内に弾性拘束体を設置するとこの種の状況の発生を回避することが可能である。

本発明における実施例１の全体構造見取図である。 本発明における実施例２の全体構造見取図である。 本発明における実施例３の全体構造見取図である。 本発明における実施例４の全体構造見取図である。 本発明における実施例５の全体構造見取図である。 本発明における実施例６の全体構造見取図である。 本発明における実施例７の全体構造見取図である。 本発明における実施例８の全体構造見取図である。 本発明における実施例９の全体構造見取図である。 本発明における実施例１０の全体構造見取図である。 本発明における実施例１１の全体構造見取図である。 本発明における実施例１２の全体構造見取図である。 本発明における実施例１３の全体構造見取図である。 本発明における実施例１４の全体構造見取図である。 本発明における実施例１５の全体構造見取図である。

符号の説明

１ 螺旋バネ
２ 減衰体
３ 中空部分
４ 拘束リング
５ バネユニット
６ リング形のキャビティ
７ 凹溝
８ 拘束保護層

Claims (10)

1. バネ及びバネの運動に対して減衰作用を発生する減衰材料を含有する減衰体を備えていることを特徴とする複合バネ。
2. 前記バネは少なくとも部分的に減衰体内に嵌入されていることを特徴とする請求項１記載のバネ。
3. 前記減衰体内には減衰体が変形した際にそれに対して拘束及び剪断作用を発生する充填材が充填されていることを特徴とする請求項２記載のバネ。
4. 減衰体は中実柱体または円盤であることを特徴とする請求項２または３記載のバネ。
5. 減衰体は中空柱体またはリングであることを特徴とする請求項２または３記載のバネ。
6. 前記減衰体内の外周面に減衰体が変形するとそれに対して拘束及び剪断作用を発生する剛さが比較的大きい拘束体が設置されているか、または弾性拘束体が設置されていることを特徴とする請求項５記載のバネ。
7. 前記バネは螺旋バネであり、そのバネコイルの間にはバネワイヤの延伸と一致する螺旋状キャビティまたは高弾性体が備わっていることを特徴とする請求項２記載のバネ。
8. 前記バネは皿バネであり、そのバネ板の間またはバネ板の上下には環形キャビティまたは高弾性体が備わっていることを特徴とする請求項２記載のバネ。
9. 複数のバネが直列接続または並列接続されていることを特徴とする請求項１、２または３記載のバネ。
10. バネワイヤまたはバネ板の表面には少なくとも１層の減衰材料または拘束減衰層が少なくとも部分的に付着または嵌合されていることを特徴とする請求項１記載のバネ。

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