JP2014206197A - 防振支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】こじり変形に対する耐力を高めつつ高い荷重支持機能を維持することができる防止支持装置を提供することである。【解決手段】硬質板２とゴム板３とを交互に積層してなる積層ゴム４と、積層ゴム４の積層方向両端に配置される一対のフランジ板７，８とを有する防振支持装置１において、少なくとも１層のゴム板３の外周に、該ゴム板３の外周を囲繞する囲繞部材１４を設ける。囲繞部材１４をゴム板３よりも高い引張り剛性を有する構成とし、ゴム板３外周面に加硫接着により接着固定する。【選択図】図１

Description

本発明は、硬質板と弾性体とを交互に積層してなる積層体と、積層体の積層方向両端に配置される一対のフランジ板とを有する防振支持装置に関する。

従来から、この種の防振支持装置は、高い荷重を支持することができることから、建設機械、建設車両などのサスペンションや荷台のマウントあるいは建築構造物の免震構造などの様々な用途に用いられている。

このような積層タイプの防振支持装置は、積層方向に向けた圧縮荷重に対しては高い耐久性を示し高荷重を支持することが可能であるが、積層方向に向けた引張り荷重に対しては、圧縮方向と比較して耐久性が低下することが知られている。そのため、一対のフランジ板をリンクチェーン等の連結部材で互いに連結することにより、積層体に加わる引張り荷重を低減するようにしたものが開発されている。
しかしながら上記連結部材を備えた構造であっても、荷重を支持した状態の積層体に対し積層方向に直交する方向に大きな振幅の振動が入力されると、前記した一対のフランジ板が振幅方向に相対変位し、その際支持荷重によって振幅方向の一端側において一対のフランジ板間距離が小さくなり、振幅方向の他端側において一対のフランジ板間距離が大きくなる、いわゆるこじり変形が生じることがある。こじり変形が生じると、振幅方向の一端側に圧縮荷重が作用し、他端側に引張荷重が作用する。このような積層タイプの防振支持装置においては弾性体とフランジ板との拘束面が比較的大きいのに対し自由表面積が小さいことから、引張荷重が作用する側においては拘束面中央部のゴムに内部応力が集中して損傷してしまう。
そこで、例えば特許文献１に示す防振支持装置では、こじり変形による引張り荷重が集中するゴム層の厚みを他のゴム層の厚みよりも厚くすることにより、引張り荷重が各ゴム層に生じさせる内部応力を均一化して、ゴム層に局部的な亀裂が発生することを防止するようにしている。

特開２００７−３３３０５２号公報

しかしながら、上記従来の防振支持装置では、ゴム層の厚みを厚くすることにより、こじり変形に対する耐久性を高めるようにしているので、ゴム層の厚みが厚くなった分だけ積層ゴムの積層方向に向けた圧縮荷重に対する剛性が低下して、この防振支持装置の荷重支持機能が低下してしまうという問題があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題を解決することを課題とするものであり、その目的とするところは、こじり変形に対する耐久性を高めつつ、高い荷重支持機能を維持することができる防止支持装置を提供することにある。

本発明の防振支持装置は、積層体を構成する少なくとも１層の弾性体の外周に、該弾性体の外周を囲繞する囲繞部材が設けられ、前記囲繞部材は、前記弾性体よりも高い引張り剛性を有し、該弾性体の外周部に固定されていることを特徴とする。
本発明の防振支持装置では、囲繞部材が積層方向に向けた圧縮荷重に対する積層体の剛性を高めるとともに、こじり変形によって引張荷重が作用した側の弾性体の内部に発生する応力を低減させるので、こじり変形に対する耐久性を向上させつつ、防振支持装置の荷重支持機能を高く維持することができる。

本発明の防振支持装置では、前記囲繞部材はリング体に形成され、その内周面が前記弾性体の外周面に全周に亘って固定されているのが好ましい。
この構成によれば、積層方向に向けた圧縮荷重を受けたときに弾性体が生じる積層方向に直交する径方向外側への弾性変形を囲繞部材により確実に規制することができるとともに、積層体が何れの方向に向けてこじり変形を受けても、こじり変形時に内部応力の上昇を生じる部分を囲繞部材により押して、弾性体に生じる内部応力をより確実に低減させることができる。

本発明の防振支持装置では、前記囲繞部材は複数の囲繞片を周方向に連結した構成とされ、それぞれの前記囲繞片が内周面において前記弾性体の外周面に固定されているのが好ましい。
この構成によれば、硬質板と弾性体とを積層して積層体を構成した後に弾性体の外周に囲繞部材を組み付けることができるなど、囲繞部材の弾性体への組付けを容易にすることができる。

本発明の防振支持装置では、前記囲繞部材は前記硬質板に対して積層方向に離間して配置されているのが好ましい。
この構成によれば、積層体の変形時に囲繞部材と硬質板とが互いに接することを防止することにより、これらの部材が互いに衝突したり、互いに接触した状態で変位することによるこすれを生じたりするのを防止して、囲繞部材あるいは硬質板が破損することを防止することができ、また、これらの部材が互いに接して異音を生じることを防止することができる。

本発明の防振支持装置では、前記弾性体が前記囲繞部材により径方向内側に予圧縮されているのが好ましい。
この構成によれば、弾性体に予め圧縮力を加えた状態とすることにより、引張り荷重に対する弾性体の耐久性を高めて、こじり変形に対する防振支持装置の耐力をさらに高めることができる。

本発明によれば、こじり変形に対する耐久性を高めつつ、高い荷重支持機能を維持することができる防止支持装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態である防振支持装置の断面図である。 図１に示す防振支持装置の平面図である。 図１に示す防振支持装置の変形例の断面図である。 積層方向に向けた引張り荷重に対するゴム板の内部応力の変化を、本発明の実施例と比較例とで比較して示す特性線図である。 （ａ）は積層方向に向けた引張り荷重を受けた比較例のゴム板の内部応力分布を示す図であり、（ｂ）は積層方向に向けた引張り荷重を受けた実施例のゴム板の内部応力分布を示す図である。 こじり変形を受けたときの引張り荷重が作用する側のゴム板の内部応力の変化を、本発明の実施例と比較例とで比較して示す特性線図である。 （ａ）はこじり変形による引張り荷重を受けた比較例のゴム板の内部応力分布を示す図であり、（ｂ）はこじり変形による引張り荷重を受けた実施例のゴム板の内部応力分布を示す図である。

以下に図面を参照しつつ、この発明の実施の形態について例示説明する。

図１、図２に示す本発明の一実施の形態である防振支持装置１は、建設車両のサスペンション等に用いられるものである。この防振支持装置１はサスペンションと車体との間に設けられ、車体の荷重を支持するとともにタイヤ側から車体側への振動伝達を抑制することができる。

この防振支持装置１は、複数の硬質板２と、弾性的性質を有する複数（本実施の形態では９層）の弾性体つまりゴム板３とが交互に積層された積層体としての積層ゴム４を有している。
硬質板２は所定の厚みを有する円板状に形成され、その軸心には貫通孔が設けられている。ゴム板３は所定の厚みを有する円板状に形成され、その軸心には貫通孔が設けられている。このように、硬質板２とゴム板３はそれぞれリング状に形成され、互いに加硫接着により貼り合わされている。これにより、積層ゴム４は、中央部に積層方向（図１中、上下方向）に向けて延びる平面視で円形の空洞部５を備えた略肉厚円筒状に形成されている。硬質板２は、その外径寸法がゴム板３の外径寸法よりも大きくされてゴム板３の外周面に対して径方向外側へ突出している。また、空洞部５の周面はゴム板３と一体に形成された円筒状のゴム体６により覆われている。

積層ゴム４を構成する硬質板２は、例えば、鋼板やアルミ板等の金属板、ナイロン板等の樹脂板により構成することができる。一方、ゴム板３は各種の加硫ゴムを素材としたモールド成形により形成することができるが、弾性体としてゴム材以外のエラストマー等の弾性材料により形成されたものを用いることもできる。

積層ゴム４の積層方向両端には、それぞれ鋼板等の金属板や硬質の樹脂板等により形成される一対のフランジ板７，８が配設されている。図２に示すように、これらのフランジ板７，８は矩形の板状に形成され、それぞれ積層ゴム４の下端および上端のゴム板３に加硫接着により固着され、積層ゴム４を積層方向に挟持している。フランジ板７，８の四隅にはそれぞれ固定孔（図２中にフランジ板８の固定孔８ａのみを示す）が設けられ、これらの固定孔８ａに挿通される図示しないボルトとナットとによりフランジ板７，８を所望の部材に固定することができる。本実施の形態では、積層ゴム４の下端側のフランジ板７は建設車両のサスペンション側に固定され、上端側のフランジ板８は建設車両の車体側に固定される。

積層ゴム４の空洞部５には金属製のリンクチェーン９が配設されている。このリンクチェーン９は３つのリンク片１０，１１，１２を線状に連結した構成となっている。下側のリンク片１０は円板状の支持部１０ａを有し、この支持部１０ａにおいて下側のフランジ板７に支持されている。上側のリンク片１１は上側のフランジ板８を貫通するボルト部１１ａを有し、このボルト部１１ａにおいてナット１３により上側のフランジ板８に固定されている。そして、下側のリンク片１０と上側のリンク片１１とは中間のリンク片１２により互いに連結されている。リンクチェーン９は積層ゴム４よりも十分に高い剛性及び強度を有しており、積層ゴム４を積層方向に予圧縮した状態で一対のフランジ板７，８を所定の間隔に保持している。また、リンクチェーン９は、リンク片１０，１１，１２間が屈曲可能となっており、フランジ板７とフランジ板８との間の径方向への相対移動を許容している。
なお、防振支持装置１は、リンクチェーン９を備えない構成とすることもできる。

積層ゴム４のゴム板３の外周には、それぞれ囲繞部材１４が配置されている。これらの囲繞部材１４は、周方向に垂直な断面形状が全周に亘って一様なリング体に形成されており、ゴム板３の外周を全周に亘って囲繞している。囲繞部材１４の内周面はゴム板３の外周部である外周面に全周に亘って接着されており、これにより囲繞部材１４はゴム板３の外周部に固定されている。なお、囲繞部材１４の内周面は、その軸方向両縁部が面取りされることにより半円形状断面に形成されている。
囲繞部材１４は、例えば加硫接着によりゴム板３の外周面に接着固定することができる。この場合、囲繞部材１４のゴム板３への加硫接着は、加硫成形用の金型内に硬質板２とともに囲繞部材１４をセットした状態で未加硫のゴムによりゴム板３を加硫成形することにより行うことができる。このとき、ゴム板３または囲繞部材１４に接着剤を塗布した上で加硫接着することもできる。
囲繞部材１４は、例えば鋼材等の金属材料や硬質の樹脂材料等により形成することができ、その径方向外側へ向けた引張り剛性はゴム板３の引張り剛性よりも高くなっている。本実施の形態においては、囲繞部材１４は鋼材により形成されるが、その径方向外側へ向けた引張り剛性がゴム板１４の引張り剛性よりも高いものであれば、囲繞部材１４を他の材質により形成したものとすることもできる。
なお、引張り剛性とは、ゴム板３や囲繞部材１４をその外径を拡大させるように径方向外側へ向けて単位変形させるのに必要な力（荷重／変形量）のことである。したがって、囲繞部材１４がゴム板３よりも高い引張り剛性を有することにより、積層方向に向けた圧縮荷重によりゴム板３が硬質板２の間で潰されたときに、囲繞部材１４によりゴム板３が径方向外側へ弾性変形しないように当該弾性変形を規制することができる。
囲繞部材１４はゴム板３よりも積層方向の厚みが薄く形成され、ゴム板３の外周面の積層方向の中央部に接着固定されている。これにより、囲繞部材１４は硬質板２に対して積層方向に離間して配置され、車両走行時等においてゴム板３が弾性変形しても硬質板２に接触しないようにされている。なお、囲繞部材１４の外径寸法は、硬質板２の外径寸法とほぼ同一とされている。

囲繞部材１４はゴム板３を径方向内側へ向けて予圧縮する構成とすることができる。
本実施の形態においては、囲繞部材１４をゴム板３の外周面に接着固定した後、かしめ装置等を用いて、囲繞部材１４を縮径する方向に塑性変形させるようにしている。これにより、ゴム板３に径方向内側へ向けた圧縮荷重を付与し、つまりゴム板３を予圧縮して、積層方向に引張り荷重を受けたときにゴム板３の内部に生じる内部応力を低減させることができる。

次に、本発明の一実施の形態である防振支持装置１の作用について説明する。

防振支持装置１は、下端側のフランジ板７が建設車両のサスペンション側に固定され、上端側のフランジ板８が建設車両の車体側に固定されることにより車体の荷重を防振支持することができる。
積層ゴム４を構成するゴム板３に車体の荷重つまり積層方向の圧縮荷重が加えられると、ゴム板３が一対の硬質板２の間で潰されて積層方向に直交する径方向外側へ弾性変形しようとする。このとき、本発明では、ゴム板３の外周は囲繞部材１４で囲繞され、ゴム板３の径方向外側への弾性変形は囲繞部材１４により規制されているので、当該圧縮荷重に対してゴム板３が弾性変形しづらくなり、当該圧縮荷重に対する積層ゴム４の剛性が高められることになる。したがって、ゴム板３の積層方向に向けた厚みを厚くして、積層方向に向けた引張り荷重に対するゴム板３の耐力を高めるようにしても、ゴム板３の外周を囲繞部材１４で囲繞することにより、圧縮荷重に対する積層ゴム４の剛性を高く維持することができる。つまり、防振支持装置１は高い荷重支持機能を維持することができる。

また、車体の荷重を支持した状態の防止支持装置１に積層方向に直交する方向の大きな振幅の振動が加わると、積層ゴム４がこじり変形して、ゴム板３の振幅方向の一方側が圧縮荷重を受け、他方側が引張り荷重を受けることになる。このとき、ゴム板３の圧縮荷重を受ける部分が一対の硬質板２の間で潰されて径方向外側へ向けて押し出されると、囲繞部材１４がゴム板３の当該押し出される部分に押されて径方向へ移動し、ゴム板３の引張り荷重を受ける部分の外周面を径方向内側へ向けて押すことになる。したがって、ゴム板３のこじり変形による引張り荷重を受ける部分は、上記のようにゴム板３の厚みを厚く形成することに加えて囲繞部材１４に径方向内側へ押されて圧縮力が加えられることによっても、その内部応力が低減されることになる。

このように、本発明の防振支持装置１では、ゴム板３の外周を囲繞部材１４で囲繞することにより、積層方向に向けた圧縮荷重に対する積層ゴム４の剛性を維持しつつ、こじり変形に対するゴム板３の耐力を高めることができる。
なお、上記のように、囲繞部材１４の内周面は軸方向両縁部が面取りされて半円形状断面に形成されているので、径方向外側へ弾性変形したゴム板３の外周面が、囲繞部材１４の軸方向両側に滑らかに弾性変形できるようにして、圧縮荷重を加えられたゴム板３の外周面が囲繞部材１４の内周面の縁部で切断されることを防止することができる。

図３は図１に示す防振支持装置の変形例の断面図である。図３においては、前述した部材に対応する部材には同一の符号を付してある。

図１に示す場合では、各ゴム板３の積層方向の厚みを同一にするとともに全てのゴム板３の外周に囲繞部材１４を設けるようにしている。
これに対して、図３に示す変形例では、積層ゴム４を構成するゴム板３の厚み寸法を、図中上側から下側へ向けて徐々にまたは段階的に大きくし、下側の３層のゴム板３の厚みを最も厚くするようにしている。そして、厚みが一番厚くされた下側の３層のゴム板３の外周にのみ囲繞部材１４を設けるようにしている。これらの囲繞部材１４は、図１に示す囲繞部材１４と同様な構成を有しており、ゴム板３の外周面に全周に亘って加硫接着により固定されている。

下側のフランジ板７が固定されるサスペンションのリンク構造によっては、積層ゴム４がこじり変形を受けたときに、下側つまりフランジ板７の側の３層のゴム板３に、こじり変形に伴う大きな引張り荷重が加えられることがある。このような場合、図３に示す変形例のように、こじり変形に伴う大きな引張り荷重が加わる下側の３層のゴム板３の厚みを他のゴム板３の厚みよりも厚くすることにより、積層ゴム４の圧縮荷重に対する剛性を低下させることなく、こじり変形に対する積層ゴム４の耐久性を高めることができる。また、厚みが一番厚いゴム板３の外周にのみ囲繞部材１４を設けることで、部品点数の増加を最小限として防振支持装置１のコスト増加を最小限に抑えることができる。

以下に、本発明の実施例と比較例との比較について説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

実施例の防振支持装置は、図１、図２に示される防振支持装置１の構成つまりゴム板の外周に囲繞部材が接着固定された構成のものであり、ゴム板の直径は２４０ｍｍ、厚みは２５ｍｍとされ、囲繞部材の厚みは１０ｍｍとされている。一方、比較例１の防振支持装置は、ゴム板の外周に囲繞部材が設けられていない構成であり、ゴム板の直径は２４０ｍｍ、厚みは１７．５ｍｍである。なお、積層方向に向けた圧縮荷重に対する積層ゴムの剛性が同一となるように、硬質板の枚数は同一のまま、比較例の防振支持装置のゴム板の積層方向に向けた厚み寸法は実施例のゴム板の当該厚み寸法よりも小さくされている。実施例のゴム板は囲繞部材により剛性が高められているので、囲繞部材が設けられない場合に比べて厚み寸法を大きくしても同一の剛性を得ることができる。

実施例と比較例について、積層方向に向けた引張り荷重に対する弾性体の内部応力の変化を、一方の硬質板を固定し他方の硬質板に対してその板面上に均一に引張り荷重を加える条件下で、それぞれ有限要素法を用いて解析した。その結果を図４、図５に示す。
図４に示すように、実施例のゴム板は比較例のゴム板に比べて厚み寸法が大きくされているので、圧縮荷重に対する剛性が比較例と同一であるにも拘わらず、引張り荷重が加えられたときに生じる内部応力の値は比較例に比べて全体的に１３．５％ほど小さくなっている。図５（ａ）に示すように、比較例ではゴム板の幅方向中央部分に内部応力が集中しているのに対して、図５（ｂ）に示すように、実施例ではゴム板に生じる内部応力が比較例に比べて全体的に小さくなっていることが解る。特にゴム板の積層方向中央部では内部応力の低下が顕著である。なお、図５においては、色が濃い部分ほど内部応力が高いことを示す。

また、実施例と比較例について、こじり変形を受けたときの引張り荷重に対するゴム板の内部応力の変化を、それぞれ有限要素法を用いて解析した。その結果を図６、図７に示す。
図６に示すように、こじり変形を受けたときに生じる引張り力に対しては、実施例のゴム板の内部応力の値は比較例の内部応力の値に比べて全体的に５４．５％ほど小さくなっている。図７（ａ）に示すように、比較例ではゴム板の幅方向中央部分に内部応力が集中しているのに対して、図７（ｂ）に示すように、実施例ではゴム板に生じる内部応力が比較例に比べて全体的に小さくなっていることが解る。特にゴム板の積層方向中央部では内部応力の低下が顕著である。なお、図７においては、色が濃い部分ほど内部応力が高いことを示す。

積層方向に向けた引張り力が加えられたときには、比較例の内部応力の値に対して実施例の内部応力の値が１３．５％低減されるのに対して、こじり変形が加えられたときには、比較例の内部応力の値に対して実施例の内部応力の値が５４．５％低減されている。このことから、こじり変形による引張り荷重に対しては、ゴム板の厚み寸法を厚くしたことによる内部応力低減効果だけでなく、こじり変形に伴い、囲繞部材がゴム板の圧縮荷重を受ける側の弾性変形により径方向外側へ押され、ゴム板のこじり変形による引張り荷重を受ける部分に囲繞部材から径方向内側へ向けた圧縮力が加えられることによっても、ゴム板の内部応力が低減されていることが解る。

このように、実施例の防振支持装置は、比較例の防振支持装置に対し、圧縮荷重に対する剛性が同一であるにも拘わらず引張り荷重に対する耐久性が高められている。したがって、実施例の防振支持装置は、比較例に対して、こじり変形に対する耐久性を高めつつ高い荷重支持機能を維持することができている。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態においては、囲繞部材１４をリング体に形成するようにしているが、これに限らず、囲繞部材１４を周方向に分割された複数の囲繞片で構成し、これらの囲繞片をボルトとナット等の締結手段により周方向に連結した構成とすることもできる。この場合、囲繞部材１４は、各囲繞片が全周に亘って互いに連結されていれば、各囲繞片を周方向に間隔を空けて配置したす構成とすることもできる。なお、各囲繞片はそれぞれその内周面においてゴム板の外周面に固定されることになる。

また、前記実施の形態においては、図１に示すように全てのゴム板３の外周に囲繞部材１４を設け、または、図３に示すように下方側の３つのゴム板３の外周にのみ囲繞部材１４を設けるようにしているが、引張り荷重に対する内部応力の低減が必要な所望のゴム板３の外周に囲繞部材１４を設けることができる。

さらに、前記実施の形態においては、本発明の防振支持装置１を建設車両のサスペンションに用いるようにしているが、これに限らず、本発明の防振支持装置１は、例えば建築構造物の免振構造、エンジンやモータ等の振動発生部とフロアや車体等の振動受部との間に配置する防振装置など、他の用途にも用いることができる。

さらに、前記実施の形態においては、囲繞部材１４の内周面をゴム板３の外周面に加硫接着により接着するようにしているが、これに限らず、加硫成形された後のゴム板３の外周面に囲繞部材１４の内周面を、接着剤等を用いて接着固定するようにしてもよい。

１：防振支持装置 ２：硬質板 ３：ゴム板（弾性体） ４：積層ゴム（積層体） ７，８：フランジ板 １４：囲繞部材

Claims (5)

1. 硬質板と弾性体とを交互に積層してなる積層体と、前記積層体の積層方向両端に配置される一対のフランジ板とを有する防振支持装置であって、
   少なくとも１層の前記弾性体の外周に、該弾性体の外周を囲繞する囲繞部材が設けられ、
   前記囲繞部材は、前記弾性体よりも高い引張り剛性を有し、該弾性体の外周部に固定されていることを特徴とする防振支持装置。
2. 前記囲繞部材はリング体に形成され、その内周面が前記弾性体の外周面に全周に亘って固定されている請求項１記載の防振支持装置。
3. 前記囲繞部材は複数の囲繞片を周方向に連結した構成とされ、それぞれの前記囲繞片が内周面において前記弾性体の外周面に固定されている請求項１記載の防振支持装置。
4. 前記囲繞部材は前記硬質板に対して積層方向に離間して配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の防振支持装置。
5. 前記弾性体が前記囲繞部材により径方向内側に予圧縮されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の防振支持装置。