JP3842428B2

JP3842428B2 - ベローズの横方向動的バネ定数測定装置

Info

Publication number: JP3842428B2
Application number: JP08491398A
Authority: JP
Inventors: 正邦海沼; 知正藤田
Original assignee: Fujikura Rubber Ltd
Current assignee: Fujikura Composites Inc
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2018-03-16
Also published as: JPH11258103A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば除振用に用いられる２段または３段等のベローズの横方向の動的バネ定数を測定するベローズの横方向動的バネ定数測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴム製のベローズは、種々の分野で使用されており、高い耐圧性を付与する目的で布をゴム内に埋め込んだ布入のベローズが開発されている。また、例えば、精密測定装置、半導体回路の焼き付け装置等の振動吸収部材としての用途等における応答性を向上させるために、ゴムの厚みの薄いベローズも開発されている。ベローズの構造は、一般に、相対向する１組のリング状の端面部と、これら端面部の外周縁部を相互に連接するように設けられた蛇腹状の壁面部とを備えている。このような構造のベローズを、布入りベローズとして製造する場合、まず、加硫前のゴムを使用して金型でベローズのプレフォームを成形する。次いで、このプレフォームの外側に布を巻き付け、その後、金型内で加熱、加圧することにより加硫を行い、この際、一時的に軟化したゴム材が布に浸透するので、加硫成形後のベローズは内部に布が埋め込まれた構造となる。
【０００３】
ベローズが振動吸収部材として除振装置に使用される場合、除振装置における除振性能は、ベローズの軸方向の動的バネ定数、横方向の動的バネ定数により決定され、一般にはバネ定数が小さい程、優れた除振性能を備えた除振装置を得ることができる。したがって、除振装置の設計にあたっては、予め、使用するベローズの特性を十分に把握していることが重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ベローズはその構造上、横方向の動的バネ定数を実験的に求めるのが困難であり、従来より、横方向の動的バネ定数の測定装置に関する提案は何らなされていなかった。
【０００５】
このような実状のもとに本発明は創案されたものであって、その目的は、ベローズの横方向の動的バネ定数を簡単かつ正確に測定することができるベローズの横方向動的バネ定数測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明のベローズの横方向動的バネ定数測定装置は、ベローズの軸方向に対して直角な方向である横方向の振動荷重をベローズに加えて、その反力から動的バネ定数を測定するベローズの横方向動的バネ定数測定装置であって、該装置は、一対のベローズを並列配置して保持するベローズ保持部と、振動荷重をベローズ保持部に伝達する入力部と、ベローズ間に配置され、両ベローズの総合反力を出力する出力部とを有し、前記測定対象となる一対のベローズは、同一仕様のベローズであり、前記ベローズ保持部は、前記一対のベローズをベローズの軸方向上下に並列配置して保持するようになっており、当該一対のフランジの間に掛け渡されて一対のベローズをその軸方向外方から挟み込むように支持固定する外保持治具と、当該一対のフランジの間に配置されてベローズをその軸方向内方から支持固定する内保持治具とを有し、前記外保持治具は、挟み込んだ一対のフランジを着脱自在に取り付けられるようになっており、前記内保持治具は、一対のフランジの間に揺動自在に配置され、前記出力部に取り付けられるようになっており、前記入力部には、ベローズの軸方向に対して直角な方向である横方向の正弦振動荷重が、導入されるとともに、当該正弦振動荷重が前記外保持治具に固定された一対のベローズの軸方向上下に伝達され、さらに当該一対のベローズと、当該一対のベローズの間に介在されている前記内保持治具とを介して前記出力部へと伝達され出力されるように構成される。
【０００７】
また、本発明の横方向動的バネ定数測定装置において、入力部に疲労試験機が接続されるとともに、出力部にロードセルが接続されるように構成される。
【０００８】
また、本発明の横方向動的バネ定数測定装置において、前記ベローズ保持部と前記入力部とは一体化されており、前記ベローズ保持部は、ベローズを介して入力部と連結されてなるように構成される。
【００１０】
本発明によれば、疲労試験機等から入力部に横方向の振動荷重が加えられ、その振動荷重は入力部からベローズ保持部へと伝達される。ベローズ保持部には、一対のベローズが並列配置の状態で保持されており、これらベローズ間には出力部が配置されている。ベローズ間に配置された出力部は、両ベローズの総合反力を出力する。
【００１１】
したがって、この総合反力をロードセル等の測定装置で算出し、算出されるバネ定数に１／２を乗じることにより、各ベローズの横方向の動的バネ定数が算出される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
まず、本発明のベローズの横方向動的バネ定数測定装置について説明する前に、測定対象となるベローズの構造について説明する。
【００１４】
図３は本発明の横方向動的バネ定数測定装置の測定対象となるベローズの一例を示す斜視図であり、図４は図３に示されるベローズの平面図であり、図５は図４に示されるベローズのＡ−Ａ矢視半片断面図である。図３〜図５において、ベローズ１は布入りベローズとして形成されており、相対向する１組のリング状のゴム製の対向面部２Ａ，２Ｂと、対向面部２Ａ，２Ｂの各外周縁部を相互に連接するように設けられたゴム製の蛇腹状壁面部３とを備えている。
【００１５】
対向面部２Ａ，２Ｂは、それぞれリング状の平板形状をなし、中心部に開口部４を備えるとともに、内周縁部の外側にビード部５、内側にビード部（糸ビード）６が形成されている。また、蛇腹状壁面部３は複数の山部３ａ（図示例では２つの山部）と、山部３ａ，３ａの間に位置する谷部３ｂを有している。そして、このベローズ１には、耐圧性を付与する目的で、対向面部２Ａ，２Ｂおよび蛇腹状壁面部３に連続した基布と称される布１０が埋め込まれている。
【００１６】
なお、本実施形態では、横方向動的バネ定数測定装置の測定対象となるベローズとして布入りベローズを例示したが、これに限るものではなく、基布の埋め込まれていないベローズや、その他の形式のベローズをも測定対象とすることができる。また、蛇腹状壁面部に２つの山部を有する２段のベローズについて説明したが、３つの山部を有する３段のベローズや、それ以上の段数のベローズをも測定対象とすることができる。
【００１７】
本発明のバネ定数測定装置は、このようなベローズ１に横方向の振動荷重を加えて、その反力を測定し、横方向の動的バネ定数を算出するための装置である。ここで、ベローズの横方向とは、図３に示されているように、ベローズ１の軸方向Ｙと直角な方向Ｘをいう。
【００１８】
図１は、本発明の横方向動的バネ定数測定装置の一例を示す側面図である。図示されているように、本発明の横方向動的バネ定数測定装置２０には、横方向の振動荷重をベローズ保持部４０に伝達する入力部３０が備えられている。
【００１９】
入力部３０は、図示しない疲労試験機等の荷重出力部に接続される入力軸３１と、この入力軸３１を支持する筒体状のボス部３３とから構成されている。この入力軸３１にはネジ溝３２が形成されており、例えばこのネジ溝３２等を利用して疲労試験機等の試験機の荷重出力部に接続される。
【００２０】
ベローズ保持部４０は、一対のベローズ１Ａ，１Ｂを上下に並列配置して保持するようになっており、相対向するように配置される一対の矩形フランジ４１，４２と、これらフランジ４１，４２の間に掛け渡されてベローズ１Ａ，１Ｂをその軸方向外方から挟み込むように支持固定する矩形状の外保持治具４３Ａ，４３Ｂと、フランジ４１，４２の間に配置されてベローズ１Ａ，１Ｂをその軸方向内方から支持固定する矩形の内保持治具４４Ａ，４４Ｂとから構成されている。
【００２１】
外保持治具４３Ａ，４３Ｂは、フランジ４１，４２の間に掛け渡すように配置され、ボルト４５によって着脱自在に取り付けられている。一方、内保持治具４４Ａ，４４Ｂは、フランジ４１，４２の間に揺動自在に配置され、後述する出力部５０に取り付けられている。
【００２２】
ベローズ保持部４０にベローズ１Ａ，１Ｂを並列保持する場合、ベローズ１Ａ，１Ｂは内保持治具４４Ａ，４４Ｂに取り付けられた後、外保持治具４３Ａ，４３Ｂに取り付けられる。ここで、測定対象となるベローズ１Ａ，１Ｂは、等しいバネ定数を有するように設計された同一仕様のベローズである。
【００２３】
まず、内保持治具４４Ａ，４４Ｂへのベローズ１Ａ，１Ｂの取り付けは、各ベローズ１Ａ，１Ｂの軸方向内方の対向面部の内側に円板状治具４７を内装し、内保持治具４４Ａ，４４Ｂから円板状治具４７にボルトを締結することにより、内保持治具４４Ａ，４４Ｂと円板状治具４７との間にベローズ１Ａ，１Ｂの対向面部を挟み込んで保持するようになっている。
【００２４】
外保持治具４３Ａ，４３Ｂへのベローズ１Ａ，１Ｂの取り付けは、各ベローズ１Ａ，１Ｂの他方の対向面部の内側にリング状治具４６を内装し、外保持治具４３Ａ，４３Ｂからリング状治具４６にボルトを締結することにより、外保持治具４３Ａ，４３Ｂとリング状治具４６との間にベローズ１Ａ，１Ｂの対向面部を挟み込んで保持するようになっている。
【００２５】
この状態でフランジ４１，４２を介してボルト４５を外保持治具４３Ａ，４３Ｂの側面に締結することにより、外保持治具４３Ａ，４３Ｂがフランジ４１，４２間に固定される。
【００２６】
なお、上記入力部３０を構成するボス部３３は、ベローズ保持部４０を構成するフランジ４１に固定されている。
【００２７】
また、ベローズ１Ａ，１Ｂ間には、両ベローズ１Ａ，１Ｂの総合反力を出力する出力部５０が備えられている。出力部５０は、内保持治具４４Ａ，４４Ｂ間に挟持固定される取付け治具５１と、内保持治具４４Ａ，４４Ｂの出力側端面を支持する筒体状のボス部５２と、このボス部５２内に挿通支持されている出力軸５３とから一体的に構成されている。この出力軸５３にはネジ溝５４が形成されており、例えばこのネジ溝５４等を利用して図示しないロードセル等の測定装置に接続されている。
【００２８】
上記矩形フランジ４２には開口部４９が形成されており、ボス部５２および出力軸５３は開口部４９内に揺動自在に挿通されている。すなわち、出力部５０を構成する取付け治具５１、ボス部５２および出力軸５３は、矩形フランジ４２とは接触していない。
【００２９】
以上のように構成された本発明の横方向動的バネ定数測定装置を使用して、ベローズの横方向動的バネ定数の測定が以下の要領で行われる。
【００３０】
本発明の横方向動的バネ定数測定装置２０は、同一仕様のベローズを２つずつ測定する装置である。横方向の動的バネ定数の測定に際して、ベローズ１Ａ，１Ｂは本測定装置２０のベローズ保持部４０に並列配置の状態で保持される。
【００３１】
ベローズの取り付けの具体的な一例を以下に示す。まず、矩形フランジ４２の開口部４９内に、出力部５０のボス部５２および出力軸５３が挿通される。次に、出力部５０の取付け治具５１に、予めベローズ１Ａ，１Ｂの取り付けられた内保持治具４４Ａ，４４Ｂが取り付けられる。
【００３２】
ここで、内保持治具４４Ａ，４４Ｂへのベローズ１Ａ，１Ｂの取り付けは、各ベローズ１Ａ，１Ｂの軸方向内方の対向面部の内側に円板状治具４７を内装し、内保持治具４４Ａ，４４Ｂから円板状治具４７にボルトを締結することにより、内保持治具４４Ａ，４４Ｂと円板状治具４７との間にベローズ１Ａ，１Ｂの対向面部を挟み込んで行われる。
【００３３】
ベローズ１Ａ，１Ｂの取り付けられた内保持治具４４Ａ，４４Ｂが出力部５０の取付け治具５１に取り付けられた後、外保持治具４３Ａ，４３Ｂが取り付けられる。外保持治具４３Ａ，４３Ｂの取り付けは、各ベローズ１Ａ，１Ｂの他方の対向面部の内側にリング状治具４６を内装し、外保持治具４３Ａ，４３Ｂからリング状治具４６にボルトを締結することにより、外保持治具４３Ａ，４３Ｂとリング状治具４６との間にベローズ１Ａ，１Ｂの対向面部を挟み込んで行われる。
【００３４】
そして、この状態でフランジ４１，４２を介してボルト４５を外保持治具４３Ａ，４３Ｂの側面に締結することにより、外保持治具４３Ａ，４３Ｂがフランジ４１，４２間に固定され、ベローズ１Ａ，１Ｂ、内保持治具４４Ａ，４４Ｂおよび出力部５０が支持されることになる。
【００３５】
また、入力部３０の入力軸３１は疲労試験機が接続され、出力部５０の出力軸５３はロードセルに接続される。
【００３６】
このように本測定装置２０にベローズ１Ａ，１Ｂを並列保持した後、疲労試験機により正弦波荷重をベローズ１Ａ，１Ｂに加え、その総合反力をロードセルで測定する。このとき、例えば、ベローズの内圧は２．５ｋｇｆ／ｃｍ²、ストロークは±１ｍｍとし、ベローズのゴム材質にはニトリルゴム（ＮＢＲ）を使用した。
【００３７】
すると、例えば、図２に示されているようなループ曲線を描く荷重−変位線図が得られる。図２において、△ＡＢＣの傾きが動的バネ定数である。
【００３８】
したがって、ｋ＝（Ｐ１＋Ｐ２）／（δ１＋δ２）となる。
【００３９】
また、総合反力から得られるバネ定数ｋは、ベローズ１Ａのバネ定数をｋ１、ベローズ１Ｂのバネ定数をｋ２とした場合、ｋ＝ｋ１＋ｋ２で求めることができる。この場合、同一仕様のベローズ１Ａ，１Ｂが並列配置されているので、ｋ１＝ｋ２であると考えることができ、算出されたバネ定数に１／２を乗じることにより、１つのベローズの横方向の動的バネ定数を簡単かつ正確に求めることができ、ベローズの特性を適確に把握することができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、入力部に疲労試験機が接続されるとともに、出力部にロードセルが接続されているが、これに限るものではなく、振動荷重を出力する他形式の試験機や、反力を測定する他形式の測定装置をも採用することができ、汎用性を有するものである。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ベローズの横方向の動的バネ定数を簡単かつ正確に測定できる横方向動的バネ定数測定装置を提供することができる。したがって、本発明の横方向動的バネ定数測定装置により、ベローズの特性を適確に把握することができる。また、本発明の横方向動的バネ定数測定装置は、既存の試験機や測定装置と組み合わせて使用することができるので、汎用性に富むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の横方向動的バネ定数測定装置の一例を示す一部破断側面図である。
【図２】本発明の横方向動的バネ定数測定装置から得られる荷重−変位線図である。
【図３】本発明の横方向動的バネ定数測定装置の測定対象となるベローズの一例を示す斜視図である。
【図４】図３に示されるベローズの平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ矢視半片断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ…ベローズ
２Ａ，２Ｂ…対向面部
３…蛇腹状壁面部
１０…布
２０…横方向動的バネ定数測定装置
３０…入力部
３１…入力軸
３３…ボス部
４０…ベローズ保持部
４１，４２…矩形フランジ
４３Ａ、４３Ｂ…外保持治具
４４Ａ，４４Ｂ…内保持治具
４６…円板状治具
４７…リング状治具
５０…出力部
５１…取付け治具
５２…ボス部
５３…出力軸

Claims

ベローズの軸方向に対して直角な方向である横方向の振動荷重をベローズに加えて、その反力から動的バネ定数を測定するベローズの横方向動的バネ定数測定装置であって、
該装置は、
一対のベローズを並列配置して保持するベローズ保持部と、
振動荷重をベローズ保持部に伝達する入力部と、
ベローズ間に配置され、両ベローズの総合反力を出力する出力部とを有し、
前記測定対象となる一対のベローズは、同一仕様のベローズであり、
前記ベローズ保持部は、前記一対のベローズをベローズの軸方向上下に並列配置して保持するようになっており、当該一対のフランジの間に掛け渡されて一対のベローズをその軸方向外方から挟み込むように支持固定する外保持治具と、当該一対のフランジの間に配置されてベローズをその軸方向内方から支持固定する内保持治具とを有し、
前記外保持治具は、挟み込んだ一対のフランジを着脱自在に取り付けられるようになっており、
前記内保持治具は、一対のフランジの間に揺動自在に配置され、前記出力部に取り付けられるようになっており、
前記入力部には、ベローズの軸方向に対して直角な方向である横方向の正弦振動荷重が、導入されるとともに、当該正弦振動荷重が前記外保持治具に固定された一対のベローズの軸方向上下に伝達され、さらに当該一対のベローズと、当該一対のベローズの間に介在されている前記内保持治具とを介して前記出力部へと伝達され出力されるようになっていることを特徴とするベローズの横方向動的バネ定数測定装置。
前記入力部に疲労試験機が接続されるとともに、前記出力部にロードセルが接続される請求項１に記載のベローズの横方向動的バネ定数測定装置。
前記ベローズ保持部と前記入力部とは一体化されており、前記ベローズ保持部は、ベローズを介して入力部と連結されてなる請求項１または請求項２に記載のベローズの横方向動的バネ定数測定装置。