JP2015117791A - 振動減衰器及びこれを用いたサスペンション - Google Patents

Abstract

【課題】全方向の衝撃や振動に対して良好な緩衝効果を得ることができる振動減衰器を、安価に提供する。
【解決手段】振動減衰機構１０２の減衰器本体として、帯状の弾性板を帯状の弾性板を略円錐台状に巻回して形成した竹の子ばね部１４０を使用する。そして、この弾性板の互いに重畳する面を接触させ、この接触面に発生する摩擦力によって、振動を減衰させる。サスペンション１００のばね部１０１が上下方向に変位したときだけで無く、水平方向や捻れ方向に変位したときにも、摩擦力を発生させることができるので、全方向の衝撃や振動に対して良好な緩衝効果を得ることができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、振動を減衰させる振動減衰器と、この振動減衰器を用いたサスペンションとに関する。

乗り物や貨物運搬車両には、地面やエンジン等から搭乗者や搭載物に伝わる衝撃や振動を緩和するために、サスペンションが使用される。

従来より、乗り物や貨物運搬車用のサスペンションとしては、例えば金属サスペンションが知られていた。

金属サスペンションとは、金属製のコイルばねを使用したサスペンションである（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の金属サスペンションでは、コイルばねを用いて衝撃を吸収すると共に、この衝撃に伴って発生したコイルばねの振動を振動減衰器で吸収している。

また、サスペンション等で使用可能な振動減衰器として、竹の子ばねを使用したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の振動減衰器は、帯鋼を円錐台状に巻回して竹の子ばねを形成すると共に、この帯鋼の重畳部分に高分子粘弾性材料を充填して接着している。

一方、従来の他の種類のサスペンションとして、エアーサスペンションが知られている。エアーサスペンションとは、袋状に形成したエラストマの中に気体を封入してなるサスペンションである。

特開２００８−２０２７３８号公報 特開２０００−２８３２２７号公報

特許文献１の金属サスペンションは、コイルばねが軸方向にのみ変形するように構成されている。このため、金属サスペンションは、ばねの変形に伴う加重の分散が起き難く、従って、ばね軸と直角な方向や捻れ方向の衝撃に対する緩衝が不十分になり易いという欠点がある。

また、特許文献２の振動減衰器も、帯鋼の重畳部分を高分子粘弾性材料で接着しているため、軸方向の振動を吸収することはできるが、ばね軸と直角な方向や捻れ方向の振動に対する緩衝が不十分である。

これに対して、エアーサスペンションは、水平方向や捻れ方向の衝撃や振動に対しても、十分な緩衝を行うことが可能である。しかしながら、エアーサスペンションは、エアーコンプレッサを必要とするため、構造が複雑で、高価である。ここで、例えば電気機関車にはエアーブレーキ用のエアーコンプレッサが搭載されているが、これをエアーサスペンションにも使用することは、エアーコンプレッサの能力からして困難である。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、全方向の衝撃や振動に対して良好な緩衝効果を得ることができるサスペンションと、このサスペンションに使用して好適な振動減衰器を、安価に提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る振動減衰器は、帯状の弾性板を略円錐台状に巻回してなる減衰器本体を有し、該弾性板の互いに重畳する面を接触させ、この接触面に発生する摩擦力によって振動を減衰させることを特徴とする。

請求項２に係る振動減衰器は、請求項１の構成に加え、前記弾性板の厚さが０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項３に係るサスペンションは、荷重を吸収するばね機構と、該ばね機構の振動を減衰させる振動減衰機構とを備えるサスペンションであって、前記振動減衰機構として上記請求項１又は２の振動減衰器を使用したことを特徴とする。

請求項４に係るサスペンションは、請求項３の構成に加え、前記ばね機構が、放射状に配置され、非荷重状態で略Ｕ字形状を呈する、複数のＵ字形ばね部と、該複数のＵ字形ばね部の第１の端部をそれぞれ保持する第１の保持機構と、該第１の保持機構に対向して配置され、前記複数のＵ字形ばね部の第２の端部をそれぞれ保持する第２の保持機構とを備え、該第１の保持機構の下面に前記減衰器本体の上端部が固定されると共に、該第２の保持機構の上面に該減衰器本体の下端部が固定されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、弾性板の互いに重畳する面を接触させて、この接触面に発生する摩擦力によって振動を減衰させるので、全方向の衝撃や振動に対する緩衝効果に優れた振動減衰器を安価に提供することができる。

請求項２の発明によれば、ばね軸と直角な方向の振動減衰効果を非常に大きくすることができるので、全方向の衝撃や振動に対する緩衝効果が更に優れた振動減衰器を安価に提供することができる。

請求項３の発明によれば、弾性板の互いに重畳する面を接触させて、この接触面に発生する摩擦力によって振動を減衰させるように振動減衰器を構成したので、全方向の衝撃や振動に対する緩衝効果に優れたサスペンションを安価に提供することができる。

請求項４の発明によれば、放射状に配置された複数のＵ字形ばね部で荷重を緩衝するようにばね機構を構成したので、該ばね機構についても、全方向の衝撃や振動に対する優れた緩衝効果を得ることができる。

実施の形態１に係るサスペンションの構造を概略的に示す斜視図である。 実施の形態１に係るサスペンションの構造を概略的に示す平面図である。 実施の形態１に係るサスペンションの構造を概略的に示す図であり、図２のＡ−Ａ断面図である。 実施の形態１に係る振動減衰機構を概略的に示す斜視図である。 実施の形態１に係るＵ字形サスペンションが変位した状態を示す断面図である。

［発明の実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係るサスペンションについて、図１乃至図６を用いて説明する。

図１乃至図３は、この実施の形態１に係るサスペンションの構造を概略的に示しており、図１は斜視図、図２は平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。また、図４は、この実施の形態１に係る振動減衰機構を概略的に示す斜視図である。

図１乃至図３に示したように、この実施の形態１に係るサスペンション１００は、ばね機構１０１と振動減衰機構１０２とを備えている。

ばね機構１０１は、サスペンション１１０に加えられた荷重を吸収するために設けられている。

このばね機構１０１は、複数（ここでは８個）のＵ字形ばね部１１０、上側保持機構１２０、下側保持機構１３０等を備えている。

Ｕ字形ばね部１１０は、放射状に配置されている。Ｕ字形ばね部１１０の寸法は特に限定されないが、例えば、高さを１００ｍｍ、奥行きを２００ｍｍ、幅を２０ｍｍ、板圧を４ｍｍ、曲率半径を５０ｍｍである。

Ｕ字形ばね部１１０は、例えば、鋼鉄板（例えばＪＩＳ規格のＳＫ５）を高温でＵ字形状に曲げ加工し、更に、焼き入れ及び焼き鈍しによって応力を零にすることで、作製できる。このようにして作製したＵ字型ばね部１１０は、荷重の無い状態でも、Ｕ字形状を有する。

Ｕ字形ばね部１１０の一方の端部（ここでは、上側端部１１０ａ）には貫通孔１１１が、他方の端部（ここでは、下側端部１１０ｂ）には貫通孔１１２が、それぞれ形成されている。

上側保持機構１２０は、本発明の「第１の保持機構」に相当し、各Ｕ字形ばね部１１０の上側端部１１０ａを保持する。このために、上側保持機構１２０は、外側固定板１２１と、内側固定板１２２と、コラムリング１２３とを備えている。

外側固定板１２１は、例えばアルミニウム合金等で形成されており、Ｕ字形ばね部１１０の一方の端部の外側面（ここでは、上側端部１１０ａの上面）と対向するように配置される。この外側固定板１２１の外縁部下側には、図３に示したように、段差部１２４が設けられている。また、外側固定板１２１は、中心部に配置されたボルト挿通孔１２１ａと、外縁に沿って配置された複数の（ここでは８個）ボルト挿通孔１２１ｂとを、それぞれ備えている。更に、外側固定板１２１の、ボルト挿通孔１２１ｂよりも内側には、複数（ここでは８個）の取付用挿通孔１２１ｃが設けられている。

一方、内側固定板１２２は、例えばステンレス鋼等で形成されており、Ｕ字形ばね部１１０の一方の端部の内側面（ここでは、上側端部１１０ａの下面）と対向するように配置される。この内側固定板１２２は、上記ボルト挿通孔１２１ａ，１２１ｂ及び取付用挿通孔１２１ｃと対向する位置に配置された、ボルト挿通孔１２２ａ，１２２ｂ及び取付用挿通孔１２２ｃを備えている。

図３に示したように、外側固定板１２１と内側固定板１２２とは、中央部が当接するように配置される。

外側固定板１２１の段差部１２４は、所定の空間を隔てて、内側固定板１２２の外縁部と対向する。この段差部１２４には、Ｕ字形ばね部１１０の上側端部１１０ａが配置される。更に、外側固定板１２１のボルト挿通孔１２１ｂ、Ｕ字型ばね部１１０の貫通孔１１１及び内側固定板１２２のボルト挿通孔１２２ｂをそれぞれ貫通するように、円筒形状のカラー１２６ａが挿通される。これにより、Ｕ字型ばね部１１０の上側端部１１０ａは、上側保持機構１２０に、上下移動自在に保持される。そして、カラー１２６ａの貫通孔に、ボルト１２６ｂが挿通されて、ナット１２６ｃで締め付け固定される。
コラムリング１２３は、例えば鋼鉄で環状に形成されており、Ｕ字型ばね部１１０と内側固定板１２２との間に配置される。このコラムリング１２３に当接した状態で、Ｕ字型ばね部１１０の上側端部１１０ａは、上側保持機構１２０に保持される。

なお、ボルト挿通孔１２１ａ，１２２ａは、内側固定板１２２の内側面に、振動減衰機構１０１の上側ベース板１５０を固定するために使用される（後述）。

また、取付用挿通孔１２１ｃ，１２２ｃは、サスペンション１００を、例えば輸送コンテナ等に固定するために使用される。

下側保持機構１３０は、本発明の「第２の保持機構」に相当し、各Ｕ字形ばね部１３０の下側端部１１０ｂを保持する。このために、下側保持機構１３０は、外側固定板１３１と、内側固定板１３２と、コラムリング１３３とを備えている。

外側固定板１３１は、例えばアルミニウム合金等で形成されており、Ｕ字形ばね部１１０の他方の端部の外側面（ここでは、下側端部１１０ｂの下面）と対向するように配置される。この外側固定板１３１の外縁部上側には、段差部１３４が設けられている。また、外側固定板１３１は、中心部に配置されたボルト挿通孔１３１ａと、外縁に沿って配置された複数の（ここでは８個）ボルト挿通孔１３１ｂとを、それぞれ備えている。更に、外側固定板１３１の、ボルト挿通孔１３１ｂよりも内側には、複数（ここでは８個）の取付用挿通孔１３１ｃが設けられている。

一方、内側固定板１３２は、例えばステンレス鋼等で形成されており、Ｕ字形ばね部１１０の他方の端部の内側面（ここでは、下側端部１１０ｂの上面）と対向するように配置される。この内側固定板１３２は、上記ボルト挿通孔１３１ａ，１３１ｂ及び取付用挿通孔１３１ｃと対向する位置に配置された、ボルト挿通孔１３２ａ，１３２ｂ及び取付用挿通孔１３２ｃを備えている。

図３に示したように、外側固定板１３１と内側固定板１３２とは、中央部が当接するように配置される。

外側固定板１３１の段差部１３４は、所定の空間を隔てて、内側固定板１３２の外縁部と対向する。この段差部１３４には、Ｕ字形ばね部１１０の下側端部１１０ｂが配置される。更に、外側固定板１３１のボルト挿通孔１３１ｂ、Ｕ字型ばね部１１０の貫通孔１１２及び内側固定板１３２のボルト挿通孔１３２ｂをそれぞれ貫通するように、円筒形状のカラー１３６ａが挿通される。これにより、Ｕ字型ばね部１１０の下側端部１１０ｂは、下側保持機構１３０に、上下移動自在に保持される。そして、カラー１３６ａの貫通孔に、ボルト１３６ｂが挿通されて、ナット１３６ｃで締め付け固定される。

コラムリング１３３は、例えば鋼鉄で環状に形成されており、Ｕ字型ばね部１１０と内側固定板１３２との間に配置される。このコラムリング１３３に当接した状態で、Ｕ字型ばね部１１０の下側端部１１０ｂは、下側保持機構１３０に保持される。

なお、ボルト挿通孔１３１ａ，１３２ａは、内側固定板１３２の内側面に、振動減衰機構１０１の下側ベース板１６０を固定するために使用される（後述）。

また、取付用挿通孔１３１ｃ，１３２ｃは、サスペンション１００を、例えば輸送車両等に固定するために使用される。

一方、振動減衰機構１０２は、図３に示したように、上側保持機構１２０と下側保持機構１３０との間に設けられている。この振動減衰機構１０２は、ばね機構１１０が荷重を受けることによって振動が発生したときに、この振動を減衰させるために設けられている。

この振動減衰機構１０２は、図３及び図４に示したように、「減衰器本体」としての竹の子ばね部１４０、上側ベース板１５０、下側ベース板１６０等を備えている。

竹の子ばね部１４０は、帯状の弾性板を略円錐台状に巻回することによって形成されている。この竹の子ばね部１４０では、弾性板が互いに重畳する面が接触して、接触面１４１（図４参照）を形成している。

竹の子ばね部１４０を形成する弾性板には、例えば、ばね用のステンレス鋼又は鉄で形成することができる。この弾性板の厚さは、任意であるが、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすれば、ばね軸方向ｚ（図３参照）と直角な方向の振動減衰効果を非常に大きくすることができる。

竹の子ばね部１４０の上端部１４２は、上側ベース板１５０が固定されている。この固定のために、この実施の形態１では、竹の子ばね部１４０の上端部１４２に、ビス１５１，１５２等を用いて取り付け金具１５３，１５４を固定し、更に、これら取り付け金具１５３，１５４を、ボルト１５５，１５６を用いて上側ベース板１５０に固定している。但し、他の固定方法を用いて、竹の子ばね部１４０の上端部１４２を上側ベース板１５０に固定してもよい。

この上側ベース板１５０は、複数のボルト挿通孔１５７（図３、図４参照）及び上述のボルト挿通孔１２１ａ，１２２ａ（図３参照）に挿通したボルト１５８によって、ばね機構１０１の上側保持機構１２０に固定されている。

また、竹の子ばね部１４０の下端部１４３には、下側ベース板１６０が固定されている。この固定のために、この実施の形態１では、竹の子ばね部１４０の下端部１４３に、ビス１６１，１６２等を用いて取り付け金具１６３，１６４を固定し、更に、これら取り付け金具１６３，１６４を、ボルト１６５，１６６を用いて下側ベース板１６０に固定している。但し、他の固定方法を用いて、竹の子ばね部１４０の下端部１４３を下側ベース板１６０に固定してもよい。

この下側ベース板１６は、複数のボルト挿通孔１６７（図３、図４参照）及び上述のボルト挿通孔１３１ａ，１３２ａに挿通したボルト１６８によって、ばね機構１０１の下側保持機構１３０に固定されている。

以上のような構成により、この実施の形態１のサスペンション１００によれば、竹の子ばね部１４０の接触面１４１に発生する摩擦力を用いて、ばね機構１１０で発生した振動を減衰させることができる。

図５は、衝撃や振動によってＵ字形ばね部１１０が変位した状態を概念的に示す断面図である。

図５に示したように、衝撃や振動によって、サスペンション１００の上側保持機構１２０又は下側保持機構１３０に上下方向（ばね軸方向ｚ）の荷重が加えられたとき、ばね機構１０１のＵ字形ばね部１１０が上下方向に変位する。これにより、このＵ字形ばね部１１０の応力で、かかる荷重が緩衝される。

また、上側保持機構１２０が上下方向に変位したとき、この変位に起因して、ばね機構１１０で、上下方向の振動が発生する。そして、この振動によって、減衰機構１０２が伸縮して、竹の子ばね部１４０の接触面１４１に摩擦力が発生し、更に、この摩擦力によって、この振動のエネルギーの一部が熱エネルギーに変換される。この結果、ばね機構１１０の振動を、減衰させることができる。

一方、サスペンション１００の上側保持機構１２０には、水平方向（ばね軸方向ｚと直角な方向ｘ）や、捻れ方向ｒの荷重が加えられる場合もある。この実施の形態１に係るサスペンション１００では、ばね機構１０１にＵ字形ばね部１１０を使用しているので、このような方向ｘ，ｒに対しても、荷重を緩衝することができる。このため、サスペンション１００では、このような方向ｘ，ｒの荷重が加えられた場合にも、振動が発生する。

これに対して、この実施の形態のサスペンション１００では、振動減衰機構１０２に竹の子ばね部１４０を設けたので、このような方向ｘ，ｒの振動に対しても、接触面１４１で摩擦力を発生させることができ、従って、これらの振動を減衰させることができる。

以上説明したように、この実施の形態１に係るサスペンション１００によれば、上下方向、回転方向、捻れ方向のいずれについても、衝撃や振動を吸収することが可能である。

また、この実施の形態１のサスペンション１００は、構造が簡単で、製造コストが非常に安価である。また、エアーサスペンションと異なり、エアコンプレッサが不要であるため、構造や取り扱いが簡単である。

なお、この実施の形態１では、ばね部として、非荷重状態で略Ｕ字形状を呈するものを使用したが、これに代えて、半円状のばね部を使用してもよい。また、かかる半円状ばね部を使用する場合には、複数枚の板ばね、すなわち非荷重状態で平板状の弾性材を、湾曲させて相互に両端で固定することにより、ばね部を形成してもよい。

更には、ばね部として、Ｕ字形ばね部や半円形ばね部以外のものを使用してもよい。但し、この実施の形態１に係る振動減衰機構の機能を十分に発揮するためには、衝撃や振動を全方向について緩衝できるものを、ばね部として使用することが望ましい。

また、この実施の形態１では、本発明の振動減衰器をサスペンション１００の振動減衰機構１０２として使用する場合を例に採って説明したが、他の装置の振動減衰機構に使用してもよく、更には、サスペンション或いは他の装置のばね部として使用してもよい。

１００ サスペンション
１０１ ばね機構
１０２ 振動減衰機構
１１０ Ｕ字形ばね部
１１１，１１２，１２１，１２２ 貫通孔
１２０ 上側保持機構（第１の保持機構）
１３０ 下側保持機構（第２の保持機構）
１２１，１３１ 外側固定板
１２２，１３２ 内側固定板
１２３，１３３ コラムリング
１４０ 竹の子ばね部
１５０ 上側ベース板
１６０ 下側ベース板

Claims (4)

1. 帯状の弾性板を略円錐台状に巻回してなる減衰器本体を有し、
   該弾性板の互いに重畳する面を接触させ、この接触面に発生する摩擦力によって振動を減衰させることを特徴とする振動減衰器。
2. 前記弾性板の厚さが０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の振動減衰器。
3. 荷重を吸収するばね機構と、該ばね機構の振動を減衰させる振動減衰機構とを備えるサスペンションであって、
   前記振動減衰機構として請求項１又は２に記載の振動減衰器を使用したことを特徴とするサスペンション。
4. 前記ばね機構は、放射状に配置され、非荷重状態で略Ｕ字形状を呈する、複数のＵ字形ばね部と、該複数のＵ字形ばね部の第１の端部をそれぞれ保持する第１の保持機構と、該第１の保持機構に対向して配置され、前記複数のＵ字形ばね部の第２の端部をそれぞれ保持する第２の保持機構とを備え、
   該第１の保持機構の下面に前記減衰器本体の上端部が固定されると共に、該第２の保持機構の上面に該減衰器本体の下端部が固定された、
   ことを特徴とする請求項３に記載のサスペンション。

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