JP6382689B2

JP6382689B2 - 防振装置

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Publication number: JP6382689B2
Application number: JP2014228818A
Authority: JP
Inventors: 洋治石崎
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-11-11
Also published as: JP2016090023A

Description

本発明は、美術品、精密機器等の貨物の搬送時や荷役時に発生する衝撃や振動から貨物（載置物）を保護する防振装置に関する。

載置物を衝撃や振動から保護する防振パレット等に使用される防振装置は、通常、スプリング機能と、ダンパー機能とを併用したものである（例えば特許文献１を参照）。

このような防振装置の解析モデルを図４に示す。図４において、ｍは振動体１００の質量、ｋはコイルスプリング２００のばね定数、Cはオイルダンパー３００の粘性減衰係数、Fcosωtは振動体１００に作用する周期的外力（式中、Fは加振力の振幅、ωは周期的外力の角振動数）である。

図４に示す解析モデルの減衰比ζは、下記式で表すことができる。各減衰比ζにおける振動数比（ω／ω_n）と振幅倍率（χ₀／χ_st）との関係を図５に示す。

ここで、オイルダンパーの粘性減衰係数（Ｃ）は材料固有値であり、さらにコイルスプリング２００のばね定数(ｋ)は一定値であるため、振動体１００で表される積載物の質量(ｍ)が変わると減衰比（ζ）が変わり、図５に示すように防振性能が変動するという問題がある。

特に、防振パレットは、積載物の質量(載荷重)がいろいろと変わるため、その都度防振性能が変動するので、載荷重が変わるたびに減衰要素を選択する必要がある。

特開２００７−２７８４５２号公報

本発明の課題は、減衰比が載荷重に依存しない防振装置を提供することである。

本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、以下の構成からなる。
（１）ベース台と、このベース台の上面に設置され鉛直方向にシャフト挿入穴を有するゴム支承体と、このゴム支承体の前記シャフト挿入穴の内面に設けられ繊維とエラストマーとを一体化した摺動膜と、前記ゴム支承体の上面に設置された戴荷台と、前記ベース台上面または戴荷台の下面に設けられ前記シャフト挿入穴内に摺動可能に嵌入されると共に長さが前記シャフト挿入穴の鉛直方向の長さより短いシャフトとを備えることを特徴とする防振装置。
（２）前記ゴム支承体は、ゴム層と剛性板とが交互に鉛直方向に複数積層された積層ゴム支承体である（１）に記載の防振装置。
（３）少なくとも前記シャフトが挿入された部位に位置するゴム層は、シャフトが挿入されていない部位に位置するゴム層の厚みより厚く形成されている（２）に記載の防振装置。

ゴム支承体が荷重を受けて圧縮されると、弧を描くようにゴムが外側にせり出す、いわゆる「はらみ出し」状態となる。本発明は、このはらみ出す力で、シャフト挿入穴内に嵌入されたシャフトを加圧するので、ゴム支承体によって上下方向の振動の低減効果が得られ、従って防振機能が達成される。特に、はらみ出しの力は、積載物の質量(載荷重)が大きいほど、大きくなり、防振機能も高くなる。
一方、シャフト挿入穴の内面に設けた摺動膜は、シャフト挿入穴内に嵌入されたシャフトと摺動することで摩擦力が発生する。この摩擦力を抵抗力として利用することによりダンパー機能が達成される。特に、載荷重が大きくなると、シャフトのシャフト挿入穴内への嵌入長さが大きくなるので、摩擦力も大きくなり、ダンパー機能が高くなる。
従って、本発明の防振装置は、減衰比が載荷重に依存しないという効果がある。そのため、載荷重(荷物)が変わるたびに防振装置を選択する必要がなく、防振装置を標準化しやすくなる。

本発明の一実施形態に係る防振装置の断面図である。本発明の一実施形態における積層ゴム支承体の機能を説明するための概略図である。本発明の他の実施形態に係る防振装置の断面図である。質量、バネおよび減衰で構成される防振装置の解析モデルである。図４に示す解析モデルにおける、振動数比（ω／ω_n）に対する振幅倍率（χ₀／χ_st）を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

〔本発明の一実施形態〕
図１は、本発明の一実施形態に係る防振装置１の断面図を示している。防振装置１は、ベース台１０の上面に積層ゴム支承体２０を介して戴荷台４０を設置した構造を有する。積層ゴム支承体２０は、シャフト挿入穴２１を有し、このシャフト挿入穴２１の内面には、繊維とエラストマーとを一体化した摺動膜３０が設けられている。戴荷台４０はシャフト４１を下面に有し、シャフト４１はシャフト挿入穴２１内に摺動可能に嵌入される。

ベース台１０および戴荷台４０としては、例えば防振パレットの場合、防振パレットを構成する下枠および上枠を使用することができるが、これらの下枠および上枠への取り付け板であってもよい。ベース台１０および戴荷台４０の下枠および上枠への取り付けは、例えばボルト、ナットにより行うことができる。

（積層ゴム支承体２０）
積層ゴム支承体２０は、ゴム層２２と剛性板２３とが、保持板２４，２５の間に交互に複数積層され、加熱プレスによって一体成形されている。

ゴム層２２は、主成分であるゴム成分に、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、補強剤、遅延剤、可塑剤、必要に応じて着色剤などの配合剤を配合したものである。
ゴム成分としては、例えばジエン系ゴムが挙げられる。ジエン系ゴムとしては、天然ゴムの他；クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴムなどの合成ゴムが挙げられる。加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、補強剤、遅延剤、可塑剤、着色剤などの配合剤は、公知のものを使用することができる。

剛性板２３としては、例えば、鋼板などの金属板、セラミックス板、硬質プラスチック板などが挙げられる。剛性板２３の厚みは、防振装置１の使用用途などに応じて適宜調整すればよい。

保持板２４，２５は、積層ゴム支承体２０と、ベース台１０，戴荷台４０とを接着などによって固定することができるものであれば、特に限定されない。

図１に示すように、シャフト４１が挿入される積層ゴム支承体２０の上面側に位置するゴム層２２（シャフト挿入部２０Ａにおけるゴム層２２）は、その下側に位置するゴム層２２（シャフト非挿入部２０Ｂにおけるゴム層２２）の厚みより厚く形成されている。シャフト挿入部２０Ａにおけるゴム層２２の長さは、後述するシャフト４１の長さと略同じであるのがよい。

挿入部２０Ａおよび非挿入部２０Ｂにおけるゴム層２２の厚みおよび積層数は、戴荷台４０に加わる戴荷重等を考慮して決定される。

積層ゴム支承体２０は、鉛直方向に貫通するシャフト挿入穴２１を有する筒体である。シャフト挿入穴２１の水平断面形状は、これに嵌入するシャフト４０の水平断面形状に対応して決定される。高い防振効果をえるうえで、シャフト挿入穴２１の水平断面形状は、円形であるのが好ましいが、これに限定されず、矩形、多角形等などであってもよい。

シャフト挿入穴２１は、１つの積層ゴム支承体２０に対して、その中央部に１つとは限らず、シャフト４０の数に応じて、２つまたはそれ以上設けてもよい。
なお、図１に示す積層ゴム支承体２０は、シャフト挿入穴２１が鉛直方向に貫通した筒体で構成されているが、必ずしもシャフト挿入穴が積層ゴム支承体を貫通していなくてもよい。

（摺動膜３０）
摺動膜３０は、繊維とエラストマーとが一体化されてなり、積層ゴム支承体２０の内周面に配置される。摺動膜３０は、シャフト４１の摺動時にシャフト４１との摩擦力を抵抗力として利用するダンパー機能を発現する。

摺動膜３０を構成するエラストマーは、主に、繊維の耐久性を向上させるものである。摺動膜３０を構成するエラストマーの材質としては、例えば、天然ゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ハイパロン、ポリブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、ミラブルウレタン、熱硬化性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタンまたは熱可塑性ポリエステルなどのエラストマーが挙げられ、これら一種以上が使用される。摺動膜３０を構成するエラストマーには、加硫剤、加硫促進助剤および補強剤が配合されてもよい。

加硫剤としては、例えば、ジクミルパーオキサイドなどの有機過酸化物、有機硫黄化合物、金属酸化物などが挙げられる。加硫促進助剤としては、例えば、ステアリン酸などの脂肪酸、金属酸化物などが挙げられる。補強剤としては、例えば、カーボンブラック、ホワイトカーボンなどが挙げられる。さらに、例えば、老化防止剤、充填剤、可塑剤、粘着剤などもまた配合され得る。これら以外に、シャフト４１との摺動抵抗を小さくするために、グラファイト、シリコンオイル、フッ素パウダー、又は二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤がエラストマーに含まれても良い。

摺動膜３０を構成する繊維としては、例えば、ナイロン繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、炭素繊維、テフロン（登録商標）繊維、液晶ポリマー繊維、ガラス繊維、綿糸などが挙げられる。摺動膜３０を構成する繊維は、布材の形態であってもよく、短繊維の形態でエラストマーに混合してもよい。
布材としては、織物布、編物布または不織布が挙げられる。布材の目付け量は、通常２０〜２００ｇ／ｍ²であるが、特に限定されない。

繊維の形態が布材である場合、布材がシャフト４１の外周面と接触摺動するように布材とエラストマーとを一体化させ、一方、短繊維の形態である場合、エラストマーの中に短繊維を混ぜ込んで一体成形することにより、摺動膜３０が得られる。

繊維とエラストマーとの割合は、摺動膜３０とシャフト４１との間に適度な摩擦力を発生させることができるように適宜決定することができる。

摺動膜３０の厚み（シャフト挿入穴２１の半径方向の厚み）は、積層ゴム支承体２０のはらみ出しによる防振機能を損なわない厚みであるのが好ましい。
また、摺動膜３０は、シャフト挿入穴２１の内面全体に配置されているが、例えばシャフト挿入部のみであってもよい。

（シャフト４１）
戴荷台４０は、載置部４２と、この載置部４２の下面に形成されたシャフト４１とからなる。シャフト４１の長さは、シャフト挿入穴２１の鉛直方向の長さより短い。具体的には、載荷重や、鉛直方向の振動の大きさ(変動幅)に応じて決定される。具体的には、シャフト４１は、想定される最大の振動が加わったときの大きさ(変動幅)において、シャフト４１の底部がシャフト挿入穴２１の底面（本実施形態ではベース台１０の上面）に到達しない長さである。
シャフト４１は、載置部４２の略中央部に設けられているが、これに限定されるものではなく、シャフト挿入穴２１に対応して、戴荷部４２に適宜な間隔で複数のシャフト４１を設けてもよい。

〔製造方法〕
防振装置１は、例えば、内面に摺動膜３０設けた積層ゴム支承体２０をベース台１０の上面に設置した後、戴荷台４０の下面に形成されたシャフト４１をシャフト挿入穴２１内に嵌入することにより製造される。
その際、保持板２４はベース台１０に螺子止め、接着などを用いて取り付けられ、積層ゴム支承体２０とベース台１０とが固定される。また、保持板２５も同様にして戴荷台４０に取り付けられる。なお、保持板２４、２５は必ずしも必要なものではないので、これらを省略してもよい。

内面に摺動膜３０を設けた積層ゴム支承体２０は、以下の手順で製造することができる。まず、未加硫ゴムを圧延してシート状に成形し、所定の形状（本実施形態ではドーナツ状）に打ち抜いた後、図示しない金型内に剛性板２３と交互に積層する。一方、エラストマーが含浸処理された布材を前記のようにして積層した積層体の内周面に配置する。しかる後、加硫プレス機で加圧成形し、摺動膜３０を設けた積層ゴム支承体２０を得ることができる。

エラストマーによる布材への含浸処理は、エラストマーを溶剤等で溶解し液状とした後、布材を含浸処理する方法が好適に使用される。エラストマーにより布材を含浸処理することで、布材を構成する繊維材の間にエラストマーが入り込み、布材を構成する繊維材同士を接着させてまとめあげ、布材を補強することができる。

戴荷台４０は、例えば、載置部４２の下面に雌ねじ部を形成し、この雌ねじ部に、シャフト４１の上端に形成された雄ねじ部を螺入して一体化する方法、戴荷台４０を構成する材料の塊を削り出し加工する方法などによって製造することができる。

〔作用〕
防振装置１は、下記の（ａ）ないし（ｄ）の動作をする。
（ａ）積載物を載置台４０上に載せると、防振装置１には鉛直下向きの戴荷重が加わり、ゴム層２２は、その非圧縮性により積層ゴム支承体２０の外面およびシャフト挿入穴２１の内面へ膨らもうとする。
図２は、鉛直下向きの戴荷重Ｗが加わった状態を示す模式図であり、積層ゴム支承体２０は厚みの大きいゴム層２２（すなわち、シャフト挿入部位のゴム層）は、厚みの小さいゴム層２２（すなわち、シャフト非挿入部位のゴム層）に比べて、積層ゴム支承体２０の外面および内面に大きくはらみ出している状態を示している（膨らみの差をｄで示す）。
（ｂ）積層ゴム支承体２０の外面は、ゴム層２２の膨らみを制御するものがないため、ゴム層２２は自由にはらみ出す。一方、シャフト挿入穴２１内への膨らみは、シャフト４１があるため、摺動膜３０を介してシャフト４１を押し付けた状態となっている。シャフト挿入部２０Ａにおけるゴム層２２がこのような挙動を顕著に示す。
（ｃ）このとき、載荷重Ｗが大きくなると、シャフト４１への押しつけ力Ｐは大きくなる。この押しつけ力Ｐによって、図１に示す上下方向の振動Ｖが低減される。
（ｄ）また、上下方向に振動Ｖがあると、積層ゴム支承体２０は上下に振動し、それにしたがって摺動膜３０とシャフト４１との間で摩擦力が発生する。この摩擦力を抵抗力として利用することにより、ダンパー機能が発揮される。
このように、ゴム層２２の内面にはらみ出す力と摺動膜３０の摩擦力を利用することにより、減衰比が載荷重に依存しない防振が可能となる。このことから、例えば防振パレットに適用した場合、載荷重に対しある程度の使用可能な幅をもつことができる。

〔他の実施形態〕
図３は、本発明の他の実施形態に係る防振装置２の断面図を示している。防振装置２は、積層ゴム支承体２６を構成するゴム層２２の厚みがすべて均等である他は、図１に示す防振装置１と同じである。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、積層ゴム支承体２０、２６に代えて、剛性板２３を使用しない、ゴム材からなるゴム支承体を用いてもよい。この場合もゴム支承体の内面にはらみ出す力と摺動膜３０の摩擦力を利用することにより、減衰比が載荷重に依存しない防振が可能となる。
また、上記実施形態では、シャフト４１は、戴荷台４０の下面に設けたが、ベース台１０の上面に設けて、これをシャフト挿入穴２１内に摺動可能に嵌入しても、同様の効果が得られる。

１，２防振装置
１０ベース台
２０，２６積層ゴム支承体
２１シャフト挿入穴
２２ゴム層
２３剛性板
３０摺動膜
４０戴荷台
４１シャフト
１００振動体
２００コイルスプリング
３００オイルダンパー

Claims

ベース台と、
このベース台の上面に設置され、鉛直方向にシャフト挿入穴を有するゴム支承体と、
このゴム支承体の前記シャフト挿入穴の内面に設けられ、繊維とエラストマーとを一体化した摺動膜と、
前記ゴム支承体の上面に設置された戴荷台と、
前記ベース台上面または戴荷台の下面に設けられ、前記シャフト挿入穴内に摺動可能に嵌入され、長さが前記シャフト挿入穴の鉛直方向の長さより短いシャフトと、
を備えることを特徴とする防振装置。
前記ゴム支承体は、ゴム層と剛性板とが交互に鉛直方向に複数積層された積層ゴム支承体である請求項１に記載の防振装置。
少なくとも前記シャフトが挿入された部位に位置するゴム層は、シャフトが挿入されていない部位に位置するゴム層の厚みより厚く形成されている請求項２に記載の防振装置。