ばね
【課題】低周波数帯域でも、対象物の振幅を小さくすることができるばねを提供する。
【解決手段】ばね１には、弾性特性を有するとともに液体１０３が満たされている閉空間１６が形成され、閉空間１６には、その内外部を連通して液体１０３を通過可能とする孔部１５が形成されている。基台１０２Ａから振動が伝達された場合、孔部１５の形態を適宜設計することにより、孔部内の液体に共鳴周波数ｆｄでヘルムホルツ共鳴を発生させることができる。ヘルムホルツ共鳴は、対象物１０１とばね１からなる主振動系である振動系に対する動吸振器（ダイナミックダンパ）として機能することができるので、孔部１５の形状や、流路方向長さ、個数等を設計して孔部の面積や流路長さを適宜設定して、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを所定値に設定すると、着目する共振周波数での対象物１０１の振幅を制御することができる。
【解決手段】ばね１には、弾性特性を有するとともに液体１０３が満たされている閉空間１６が形成され、閉空間１６には、その内外部を連通して液体１０３を通過可能とする孔部１５が形成されている。基台１０２Ａから振動が伝達された場合、孔部１５の形態を適宜設計することにより、孔部内の液体に共鳴周波数ｆｄでヘルムホルツ共鳴を発生させることができる。ヘルムホルツ共鳴は、対象物１０１とばね１からなる主振動系である振動系に対する動吸振器（ダイナミックダンパ）として機能することができるので、孔部１５の形状や、流路方向長さ、個数等を設計して孔部の面積や流路長さを適宜設定して、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを所定値に設定すると、着目する共振周波数での対象物１０１の振幅を制御することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動伝達を抑制するばねに係り、特に液体中で使用されるばねの改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業や、精密機器産業、家電等の各種分野では、振動伝達の抑制技術が要求されており、それら分野では、振動伝達抑制技術が適用される対象物が、液体中に設置されている形態が利用されている。対象物（マス）と支持部（ばね）から構成される系において、振動伝達の抑制技術としては以下の２つの手法がある。
【０００３】
第１の手法では、ばねとして減衰の大きな材料を用いることにより、系の一次の共振時の振幅を小さくしている。しかしながら、図８（Ａ）に示すように、減衰の大きな材料を用いた場合（実線）には、減衰の小さな材料を用いた場合（破線）と比較して、低周波数帯域では対象物の振幅を小さくすることができるが、高周波数帯域では対象物の振幅を小さくすることができない。
【０００４】
そこで、系の共振周波数を小さく設定する第２の手法を用いることが考えられる。第２の手法では、系の共振周波数を小さく設定することにより、カットオフ周波数を小さくしている（すなわち、振幅が小さくなる周波数帯域を広くしている）。第２の手法は、特に高周波帯域での対象物の振幅を小さくすることを目的として採用され、系の共振周波数を小さくするために、対象物の質量を変更せずに、動的ばね定数を小さくしている。しかしながら、線形特性を有するばねを用いた場合、対象物の質量が大きいとき、撓み量が大きくなるため、ばねの大型化が必要となる。
【０００５】
そこで、非線形特性を示す皿ばねを用いることが考えられる（たとえば特許文献１）。皿ばねでは、図９の荷重特性に示すように、高荷重を支えることができるとともにばね定数を小さく設定することができる略平坦領域Ａを設定することができる。これにより、ばねの設置箇所の省スペース化および高発生荷重の実現を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１２５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、皿ばねでは、対象物に対する摺動による摩擦が生じ、荷重特性でヒステリシスが発生する。このため、皿ばねの使用範囲を図９の領域Ａの範囲に設定した場合、実際の荷重曲線には、図１０（Ａ）に示すヒステリシスが生じる。その結果、皿ばねの使用範囲での実質的な動的ばね定数は、図１０（Ａ）の点Ｐと点Ｑを結ぶ対角線ｌの傾きとなる。この場合、使用範囲の振幅を小さくしたとき、図１０（Ｂ）に示すように、対角線ｌの傾きが大きくなるため、動的ばね定数が大きくなってしまう。
【０００８】
その結果、皿ばねでは、高周波帯域での対象物の振幅を小さくすることが困難であった。このような皿ばねの問題を解決するために本出願人は、皿ばねの形状と略同様な形状をなす本体部の開口部端部に突出部を設けたばねを提案している（たとえば特願２００８−１２５３９８号）。
【０００９】
ところが、第２の手法では、系の共振周波数を小さく設定しているだけであって、この場合（実線）には、低周波数帯域での対象物の振幅は、系の共振周波数が大きな場合（破線）と同様、大きい。このように第２の手法では、手法自体の限界から、低周波数帯域での対象物の振幅の制御を行うことができない。
【００１０】
したがって、本発明は、低周波数帯域でも、対象物の振幅を小さくすることができるばねを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
対象物が液体中に存在する場合、一般的に液体の振動を抑制することが行われているが、本発明者は、対象物の振幅の制御について鋭意検討を重ねた結果、対象物を液体中で支持するばねにおいて、液体の振動を積極的に利用して対象物とばねからなる主振動系に対する動吸振器（ダイナミックダンパ）として機能させることに着眼し、液体の一部にヘルムホルツ共鳴を生じさせることにより、上記機能を実現することができるとの知見を得、本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明のばねは、対象物を液体中で支持するばねであって、弾性特性を有するとともに、前記液体が満たされている閉空間と、前記閉空間に形成されるとともに、閉空間の内部と外部とを連通して液体を通過可能とする孔部とを備え、液体の比熱比をγ、閉空間の液体の圧力をＰ０、孔部の面積をＳ、液体の密度をρ、孔部の流路長さをＬ、閉空間の体積をＶ０と定義すると、数１の式（１）で表される共鳴周波数ｆｄでヘルムホルツ共鳴を孔部内の液体に発生させ、前記ヘルムホルツ共鳴を利用することにより、前記対象物の振幅を制御することを特徴としている。なお、本発明のばねでは、上記閉空間が、ばね自体により形成されている形態はもちろんのこと、その形態に加えて、上記閉空間が、たとえばばねが設置される振動源や対象物とばねにより形成される形態も含む。孔部が複数形成されている場合、孔部の面積Ｓは、全ての孔部の面積の合計である。
【００１３】
【数１】
【００１４】
本発明のばねでは、弾性特性を有するとともに液体が満たされている閉空間には、その内部と外部とを連通して液体を通過可能とする孔部が形成されているので、振動源から振動が伝達された場合、孔部の形態を適宜設計することにより、孔部内の液体に数１の式（１）で表される共鳴周波数ｆｄでヘルムホルツ共鳴を発生させることができる。ここで、孔部内の液体によるヘルムホルツ共鳴は、対象物とばねからなる主振動系に対する動吸振器（ダイナミックダンパ）として機能することができるので、孔部の形状や、流路方向長さ、個数等を設計して面積Ｓや流路長さＬを適宜設定して、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを所定値に設定することにより、着目する共振周波数での対象物の振幅を制御することができる。このような振幅制御を用いることにより、低周波数帯域でも、対象物の振幅を小さくすることができる。
【００１５】
本発明のばねは種々の構成を用いることができる。たとえば対象物の質量をＭ、ばねのばね定数をＫと定義すると、対象物とばねからなる系の振動の共振周波数ｆは、数２の式（２）で表され、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを、系の共振周波数ｆと一致させる態様を用いることができる。この態様では、共振周波数ｆでの対象物とばねからなる系の振幅のピークは、孔部内の液体によるヘルムホルツ共鳴の振幅のピークにより相殺されるので、共振周波数ｆでの対象物の振幅を小さくすることができる。
【００１６】
【数２】
【００１７】
本発明のばねは、種々の形態を採用することができる。たとえば上記閉空間は上記のように形成可能であればよく、上記閉空間の形状は、直方体形状や、円柱形状、円筒形状、上面と下面を有する略円錐形状等が挙げられる。
【００１８】
本発明のばねの性能向上のためには次のような形態を採用することが好適である。すなわち、孔部を有する本体部と、本体部の内周部および外周部の少なくとも一方に設けられた突出部と、本体部と突出部との境界部に形成された角部とを備え、本体部は、対象物からの押圧力の方向に交差する方向に延在し、突出部は、本体部の周部から対象物の側あるいはそれとは反対側に向けて突出し、角部は、その角度が押圧力に応じて変化するように弾性変形可能である形態を用いることができる。
【００１９】
上記態様では、皿ばねと同様、コンパクトな構成で高荷重を支えることができることができるのはもちろんのこと、皿ばねでは得られない次のような効果を得ることができる。すなわち、荷重印加時に角部が弾性変形することができるので、突出部における角部と相手部材との間の距離を適宜設定することにより、荷重印加時に筒状部の相手部材近傍の部位の変形を防止することができる。したがって、突出部の相手部材に対する摺動を防止することができるので、筒状部と相手部材との間に摩擦が発生しなく、これによりばねの荷重特性にヒステリシスが発生しない。その結果、動的ばね定数を小さくすることができるので、高周波帯域での対象物の振幅を効果的に小さくすることができる。
【００２０】
上記態様のばねでは、孔部が、本体部の中央部に形成されている形態を用いることができる。この態様では、ばねの荷重特性への影響を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のばねによれば、孔部内の液体によるヘルムホルツ共鳴を、対象物とばねからなる主振動系に対する動吸振器として利用することにより、対象物の振幅を制御することができるので、低周波数帯域でも、対象物の振幅を小さくすることができる等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るばねが対象物に適用された系の形態を表す側断面図である。
【図２】図１に示すばねの構成を表し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は、ばねの右側部分の側断面図である。
【図３】図１に示すばねの右側部分の動作状態を表し、（Ａ）は、ばねの動作前（点線）と動作時（実線）の側断面図であり、（Ｂ）は、ばねの動作時の第１角部および第２角部の拡大側断面図である。
【図４】（Ａ）は、実施形態のばねの具体例の荷重特性を表すグラフ、（Ｂ）は（Ａ）で用いたばねの具体例のサイズを説明するための側断面図である。
【図５】図１のばねの適用形態の部分拡大図である。
【図６】図１の対象物およびばねからなる系と、閉空間内および孔部内に存在する液体からなる系との振動モデルを表す概念図である。
【図７】図４（Ａ）に示す荷重特性を示すばねを図１に示す形態に適用した実施例の周波数応答特性を表すグラフである。
【図８】対象物とばねからなる系の振動の周波数特性を表し、（Ａ）は振幅の減衰の大きな材料を用いた場合、（Ｂ）は系の減衰の周波数特性を小さくした場合のグラフである。
【図９】皿ばねの荷重特性を表すグラフである。
【図１０】ヒステリシスが生じる実際の皿ばねの荷重特性を表すグラフであり、（Ａ）は使用範囲の振幅が所定の大きさの場合、（Ｂ）は使用範囲の振幅が（Ａ）の場合よりも小さい場合のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（１）実施形態の構成
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るばね１が対象物１０１に適用された形態を表す側断面図である。ばね１は、容器１０２から対象物１０１への振動伝達を抑制する部材である。ばね１および対象物１０１は、容器１０２の液体１０３中に設置されている。容器１０２は基台１０２Ａを備え、基台１０２Ａは振動源である。
【００２４】
ばね１上面側の開口部１０Ａは、対象物１０１の下面により閉塞され、ばね１下面側の開口部１０Ｂは、容器１０２の基台１０２Ａの上面により閉塞され、ばね１には閉空間１６が形成されている。この場合、開口部１０Ａ，１０Ｂを閉塞する部分が固定されていることが好適である。閉空間１６の内部には液体１０３が満たされ、液体１０３は、ばね１の孔部１５を通過可能となっている。
【００２５】
なお、図１に示すばね１の適用形態は、一具体例であって、その具体例に限定されるものではなく、本発明範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。すなわち、対象物をばねが液体中で支持し、ばねに形成された閉空間内部に液体が満たされ、孔部を通じて閉空間の内外部を液体が通過可能となっている形態であればよい。この場合、少なくともばねが液体中に存在すればよい。
【００２６】
図２は、ばね１の構成を表し、（Ａ）はばね１の斜視図、（Ｂ）は、対象物１０１と基台１０２Ａとの間に配置されたばね１の右側部分の側断面図である。
【００２７】
ばね１は、たとえば、ばね鋼や強化材プラスチックからなる。ばね１は、たとえば中心部に開口部１０Ａが形成された本体部１０を備えている。本体部１０は、たとえば対象物１０１と基台１０２Ａからの押圧力の方向に対して交差する方向に延在し、皿ばねとしての機能を有する。本体部１０は、たとえば下方に向かうに従って傾斜する略円錐形状をなしている。これにより、ばね１は、その荷重特性が、皿ばねの特性と同様に、略平坦領域を有するように非線形となる。
【００２８】
開口部１０Ａは、たとえば円形状をなしている。本体部１０の内周部には、対象物１０１に向けて突出する第１突出部１１（突出部）が設けられている。第１突出部１１の上端部は、対象物１０１に当接する当接部である。本体部１０の外周部には、基台１０２Ａの上面に向けて突出する第２突出部１２（突出部）が設けられている。第２突出部１２の下端部は、基台１０２Ａに当接する当接部である。突出部１１，１２は、たとえば円筒状をなす円筒部である。
【００２９】
本体部１０と第１突出部１１との境界部には第１角部１３が形成され、本体部１０と第２突出部１２との境界部には第２角部１４が形成されている。第１角部１３および第２角部１４は、対象物１０１と基台１０２Ａからの押圧力に応じて、その角度を変化させるように弾性変形可能である。
【００３０】
第１角部１３および第２角部１４は、種々の手法により形成することができる。第１角部１３および第２角部１４は、たとえば第１角部１３および第２角部１４は、本体部１０と第１突出部１１の境界部および本体部１０と第２突出部１２の境界部を折り曲げて形成することができる。また、たとえば、本体部１０と第１突出部１１の溶接および本体部１０と第２突出部１２の溶接により形成することができる。
【００３１】
本体部１０には、ばね１の内外部を連通する孔部１５が形成されている。図５は、図１のばねの適用形態の部分拡大図である。図５では、符号１０３Ａは、閉空間１６外部に存在する液体、符号１０３Ｂは、閉空間１６内部に存在する液体、符号１０３Ｃは、孔部１５内に存在する液体を示している。図１，５に示す形態でばね１が配置された場合、閉空間１６内の液体１０３Ｂがばねとして機能し、そのばねの作用を受ける孔部１５内の液体１０３Ｃ（黒塗部分）が錘として機能する。この場合、たとえば孔部１５の形状や、長さ（ばね１の板厚）、個数を適宜設計することにより、孔部１５内の液体１０３Ｃにヘルムホルツ共鳴を生じさせることができる。
【００３２】
孔部１５の形成位置は、ばね１への荷重印加時に発生する応力が小さな部位である本体部１０の中央部であることが好適である。この態様では、下記のようなばね１の荷重特性への影響を小さくすることができる。
【００３３】
荷重印加時における突出部１１，１２の機能について、おもに図３を参照して説明する。図３は、対象物１０１と容器１０２との間に設置された１個のばね１の動作状態を表し、（Ａ）は、ばね１の動作前（点線）と動作時（実線）の断面図であり、（Ｂ）は、ばね１の動作時の第１角部１３および第２角部１４の拡大断面図である。なお、図３では、図２（Ｂ）と同様に、１個のばね１の右側部分のみを表しており、孔部１５の図示は図示上の便宜のため省略している。
【００３４】
図３（Ａ）の点線で示すように、対象物１０１と基台１０２Ａとの間に配置されたばね１に対して、対象物１０１から下側方向の荷重を加える。すると、図３（Ｂ）の実線で示すように、ばね１は撓んで対象物１０１が下方に移動する。図中の符号ｄは、ばね１の撓みの大きさを示している。
【００３５】
本体部１０は、対象物１０１からの押圧力の方向に対して交差する方向に延在し、ばね１の上側において、第１突出部１１は、本体部１０の内周部から対象物１０１に向けて突出してそこに当接している。そのような本体部１０と第１突出部１１の境界部に形成した第１角部１３は、荷重印加時に対象物１０１からの押圧力に応じて角度αが変化するように弾性変形することができる。この場合、第１角部１３は、上記のような位置関係にある本体部１０と第１突出部１１の境界部に形成された部位であるから、そのような第１角部１３は、荷重印加時に角度αを変化させながら、本体部１０の内周部の内側（図の左側）に移動することができる。
【００３６】
このように荷重印加時に第１角部１３は弾性変形することができるので、第１突出部１１が荷重印加時に対象物１０１側の不変形部分（図３（Ｂ）中の点Ｓより上側）を有するように第１突出部１１の長さを適宜設定することにより、第１突出部１１の対象物１０１側部分の変形を防止することができる。
【００３７】
一方、ばね１の下側において、第２突出部１１は、本体部１０の内周部から基台１０２Ａに向けて突出してそこに当接している。この場合、第１角部１３と同様な機能を有する第２角部１４は、荷重印加による弾性変形時に、基台１０２Ａからの押圧力に応じて、角度βを変化させながら、本体部１０の外周部の外部側（図の右側）に移動することができる。
【００３８】
このように荷重印加時に第２角部１４は弾性変形することができるので、第２突出部１２が荷重印加時に容器１０２の底面側の不変形部分（図３（Ｂ）中の点Ｔより下側）を有するように第２突出部１２の長さを適宜設定することにより、第２突出部１２の基台１０２Ａ側部分の変形を防止することができる。
【００３９】
以上のようにばね１は、突出部１１，１２に不変形部分を有するので、ばね１と相手部材１０１，１０２Ａとの摺動を防止することができる。その結果、ばね１の荷重特性では、図４（Ａ）に示すように、皿ばねで問題となっていたヒステリシスが発生しなく、これにより速度に依存しない非線形の荷重特性が得られる（すなわち、初期荷重が高く、動的ばね定数が小さくなる）。この場合、突出部１１，１２が相手部材１０１，１０２Ａに固定されている場合、上記効果を効果的に得ることができる。なお、図４（Ａ）は、ばね１の荷重特性の一具体例であって、そのばねでは、図４（Ｂ）に示すように、ばねの上側開口部の内径Ｒ１を４．５ｍｍ、下側開口部の外径Ｒ２を２２ｍｍ、第１突出部の上端面から第２突出部１２の下端面までの高さＨ１を２．８ｍｍ、第２突出部の高さＨ２を１．２ｍｍとした。ばねの板厚は０．１５ｍｍとした。
【００４０】
（２）実施形態の動作
図１に示す形態で配置されたばね１の動作について、おもに図５，６を参照して説明する。図６は、図１の対象物１０１およびばね１からなる系と、閉空間１６内および孔部１５内に存在する液体１０３Ｂ，１０３Ｃからなる系との振動モデルを表す概念図である。
【００４１】
ばね１が対象物１０１を液体１０３中で支持する形態では、振動源である基台１０２Ａが振動した場合、振動は、ばね１および液体１０３Ｂを通じて対象物１０１に伝達される。この場合、閉空間１６の内外へ通過可能となっている孔部１５内の液体１０３Ｃは運動する。
【００４２】
ここで、対象物１０１（質量Ｍ）およびばね１（ばね定数Ｋ）からなる系を振動系Ｘ、液体１０３Ｂ，１０３Ｃからなる系を振動系Ｙとすると、上記形態は、基台１０２Ａに接続された振動系Ｘに振動系Ｙが追加されたモデルとして表されると考えられる。振動系Ｙでは、閉空間１６内の液体１０３Ｂがばね作用を示し、そのばね作用を受ける孔部１５内の液体１０３Ｃが錘として機能する。この場合、孔部１５の形態を適宜設計することにより、液体１０３Ｃの運動はヘルムホルツ共鳴となる。この場合、共鳴周波数ｆｄは数１の式（１）で表される。なお、液体１０３（１０３Ａ〜１０３Ｃ）の比熱比はγ、閉空間１６の圧力はＰ０、孔部１５の面積はＳ、液体１０３の密度はρ、孔部１５での流路長さはＬ、閉空間１６の体積はＶ０である。
【００４３】
【数１】
【００４４】
ここで、孔部１５内の液体１０３Ｃによるヘルムホルツ共鳴は、対象物１０１とばね１からなる主振動系に対する動吸振器（ダイナミックダンパ）として機能することができるので、孔部１５の形状や、流路方向長さ、個数等を設計して面積Ｓや流路長さＬを適宜設定して、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを所定値に設定することにより、着目する共振周波数での対象物の振幅を制御することができる。
【００４５】
このような対象物１０１の振幅制御について実施例を用いて説明する。図７は、図４（Ａ）に示す荷重特性を示すばねを、図１に示す形態に適用した実施例の周波数応答特性を表すグラフである。実施例では、対象物とばねからなる振動系Ｘの共振周波数ｆ（数２の式（２））での対象物の振幅を制御対象とした。
【００４６】
【数２】
【００４７】
実施例では、液体として水を用い、対象物の質量を６０ｇとし、対象物の上面から加える荷重を１７Ｎに設定し、孔部の形状を円形状とした。容器内に水を入れなかった態様、容器内に水を入れるとともに孔部の径を１．０ｍｍとした態様、容器内に水を入れるとともに孔部の径を０．５ｍｍとした態様について、対象物の周波数応答特性を得た。
【００４８】
図７から判るように、容器内に水を入れなかった場合、点Ｑで示される周波数において、対象物の振幅のピークが観察された（Gain ３０ｄＢ以上）。この場合、容器内に水を入れなかったことから、点Ｑで示される周波数（約１３０Ｈｚ）は、対象物とばねからなる振動系Ｘの共振周波数ｆと考えられる。共振周波数ｆは、式（２）から判るように、ＭとＫで決定されるから、容器内に水を入れたときでも、一定である。
【００４９】
容器内に水を入れた場合、周波数特性は、振動系Ｘの特性に振動系Ｙによる影響が加えられたものとなる。たとえば容器内に水を入れるとともに孔部の径を１．０ｍｍとした場合、共振周波数ｆ（約１３０Ｈｚ）での対象物の振幅は、容器内に水を入れなかった場合と比較して、小さくなった（Gain ２０ｄＢ程度）。なお、点Ｐで示される周波数（約２２０Ｈｚ）において観察された振幅のピークは、孔部内の液体によるヘルムホルツ共鳴によるものであり、点Ｐで示される周波数（約２２０Ｈｚ）は、孔部の径を１．０ｍｍとした場合での共鳴周波数ｆｄであると考えられる。このように共鳴周波数ｆｄでの振幅のピークが観察されたのは、共鳴周波数ｆｄと共振周波数ｆと大きく異なり、ヘルムホルツ共鳴による振幅が打ち消されなかったためであると考えられる。
【００５０】
容器内に水を入れるとともに孔部の径を１．０ｍｍよりも小さく設定すると、式（１）から判るように、孔部の面積Ｓが小さくなるので、共鳴周波数ｆｄは、共振周波数ｆ（位置Ｑ）に近づく（すなわち、共鳴周波数ｆｄはグラフの左側に移動する）と考えられる。実際、孔部の径を０．５ｍｍに設定した場合、共振周波数ｆにおいて振幅のピークが観察されなかった（Gain １０ｄＢ以下）。この場合、共鳴周波数ｆｄが共振周波数ｆ（約１３０Ｈｚ）と略一致したから、振動系Ｙの振幅のピークが振動系Ｘの振幅ピークと重なり、振動系Ｘの振幅のピークが打ち消されたためであると考えられる。
【００５１】
以上のように本実施形態では、孔部１５内の液体１０３Ｃによるヘルムホルツ共鳴は、対象物１０１とばね１からなる主振動系である振動系Ｘに対する動吸振器（ダイナミックダンパ）として機能することができるので、孔部１５の形状や、流路方向長さ、個数等を設計して面積Ｓや流路長さＬを適宜設定して、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを所定値に設定することにより、着目する共振周波数での対象物１０１の振幅を制御することができる。このような振幅制御を用いることにより、低周波数帯域でも、対象物１０１の振幅を小さくすることができる。
【００５２】
特に、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを、振動系Ｘの共振周波数ｆと一致させているので、共振周波数ｆでの対象物とばねからなる振動系Ｘの振幅のピークを孔部１５内の液体１０３Ｃによるヘルムホルツ共鳴の振幅のピークにより相殺することができるので、共振周波数ｆでの対象物１０１の振幅を小さくすることができる。
【００５３】
また、図２に示す形態を有するばね１を用いることにより、皿ばねと同様、コンパクトな構成で高荷重を支えることができることができるのはもちろんのこと、動的ばね定数を小さくすることができるので、高周波帯域での対象物の振幅を効果的に小さくすることができる。
【００５４】
（３）変形例
以上のように上記実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明範囲内で種々の変形が可能である。
【００５５】
たとえば本体部１０は、外周部から内周部に向かって下方に傾斜する円錐状、Ｓ字状や、階段状、平坦状をなすことができる。突出部は、筒状であればよく、その側断面形状は、曲線状でもよい。また、上記実施形態では、第１突出部１１を対象物１０１に向けて突出させてそこに当接させ、かつ第２突出部１２を基台１０２Ａに当接させたが、第１突出部１１を基台１０２Ａ向けて突出させてそこに当接させ、第２突出部１２を対象物１０１に向けて突出させてそこに当接させてもよい。
【００５６】
さらに、第１突出部１１および第２突出部１２を本体部１０の内周部および外周部に形成したが、第１突出部１１および第２突出部１２のいずれか一方のみに形成してもよい。 加えて、第１角部１３および第２角部１４の形状は、図示の形状に限定されるものではなく、曲面形状等の種々の形状に変更可能である。以上のような各種変形例は適宜組み合わせることができるのは言うまでもない。また、たとえば本発明のばねは、ばね１の形態に限定されるものではなく、閉空間が形成可能であるような形状を有するばねであればよい。この場合、閉空間の形状としては、たとえば直方体形状や、円柱形状、円筒形状、上面と下面を有する略円錐形状等が挙げられる。
【符号の説明】
【００５７】
１…ばね、１０…本体部、１０Ａ，１０Ｂ…開口部、１１…第１突出部（突出部）、１２…第２突出部（突出部）、１３…第１角部（角部）、１４…第２角部（角部）、１５…孔部、１６…閉空間、１０１…対象物、１０２…容器、１０２Ａ…基台
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動伝達を抑制するばねに係り、特に液体中で使用されるばねの改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業や、精密機器産業、家電等の各種分野では、振動伝達の抑制技術が要求されており、それら分野では、振動伝達抑制技術が適用される対象物が、液体中に設置されている形態が利用されている。対象物（マス）と支持部（ばね）から構成される系において、振動伝達の抑制技術としては以下の２つの手法がある。
【０００３】
第１の手法では、ばねとして減衰の大きな材料を用いることにより、系の一次の共振時の振幅を小さくしている。しかしながら、図８（Ａ）に示すように、減衰の大きな材料を用いた場合（実線）には、減衰の小さな材料を用いた場合（破線）と比較して、低周波数帯域では対象物の振幅を小さくすることができるが、高周波数帯域では対象物の振幅を小さくすることができない。
【０００４】
そこで、系の共振周波数を小さく設定する第２の手法を用いることが考えられる。第２の手法では、系の共振周波数を小さく設定することにより、カットオフ周波数を小さくしている（すなわち、振幅が小さくなる周波数帯域を広くしている）。第２の手法は、特に高周波帯域での対象物の振幅を小さくすることを目的として採用され、系の共振周波数を小さくするために、対象物の質量を変更せずに、動的ばね定数を小さくしている。しかしながら、線形特性を有するばねを用いた場合、対象物の質量が大きいとき、撓み量が大きくなるため、ばねの大型化が必要となる。
【０００５】
そこで、非線形特性を示す皿ばねを用いることが考えられる（たとえば特許文献１）。皿ばねでは、図９の荷重特性に示すように、高荷重を支えることができるとともにばね定数を小さく設定することができる略平坦領域Ａを設定することができる。これにより、ばねの設置箇所の省スペース化および高発生荷重の実現を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１２５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、皿ばねでは、対象物に対する摺動による摩擦が生じ、荷重特性でヒステリシスが発生する。このため、皿ばねの使用範囲を図９の領域Ａの範囲に設定した場合、実際の荷重曲線には、図１０（Ａ）に示すヒステリシスが生じる。その結果、皿ばねの使用範囲での実質的な動的ばね定数は、図１０（Ａ）の点Ｐと点Ｑを結ぶ対角線ｌの傾きとなる。この場合、使用範囲の振幅を小さくしたとき、図１０（Ｂ）に示すように、対角線ｌの傾きが大きくなるため、動的ばね定数が大きくなってしまう。
【０００８】
その結果、皿ばねでは、高周波帯域での対象物の振幅を小さくすることが困難であった。このような皿ばねの問題を解決するために本出願人は、皿ばねの形状と略同様な形状をなす本体部の開口部端部に突出部を設けたばねを提案している（たとえば特願２００８−１２５３９８号）。
【０００９】
ところが、第２の手法では、系の共振周波数を小さく設定しているだけであって、この場合（実線）には、低周波数帯域での対象物の振幅は、系の共振周波数が大きな場合（破線）と同様、大きい。このように第２の手法では、手法自体の限界から、低周波数帯域での対象物の振幅の制御を行うことができない。
【００１０】
したがって、本発明は、低周波数帯域でも、対象物の振幅を小さくすることができるばねを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
対象物が液体中に存在する場合、一般的に液体の振動を抑制することが行われているが、本発明者は、対象物の振幅の制御について鋭意検討を重ねた結果、対象物を液体中で支持するばねにおいて、液体の振動を積極的に利用して対象物とばねからなる主振動系に対する動吸振器（ダイナミックダンパ）として機能させることに着眼し、液体の一部にヘルムホルツ共鳴を生じさせることにより、上記機能を実現することができるとの知見を得、本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明のばねは、対象物を液体中で支持するばねであって、弾性特性を有するとともに、前記液体が満たされている閉空間と、前記閉空間に形成されるとともに、閉空間の内部と外部とを連通して液体を通過可能とする孔部とを備え、液体の比熱比をγ、閉空間の液体の圧力をＰ０、孔部の面積をＳ、液体の密度をρ、孔部の流路長さをＬ、閉空間の体積をＶ０と定義すると、数１の式（１）で表される共鳴周波数ｆｄでヘルムホルツ共鳴を孔部内の液体に発生させ、前記ヘルムホルツ共鳴を利用することにより、前記対象物の振幅を制御することを特徴としている。なお、本発明のばねでは、上記閉空間が、ばね自体により形成されている形態はもちろんのこと、その形態に加えて、上記閉空間が、たとえばばねが設置される振動源や対象物とばねにより形成される形態も含む。孔部が複数形成されている場合、孔部の面積Ｓは、全ての孔部の面積の合計である。
【００１３】
【数１】
【００１４】
本発明のばねでは、弾性特性を有するとともに液体が満たされている閉空間には、その内部と外部とを連通して液体を通過可能とする孔部が形成されているので、振動源から振動が伝達された場合、孔部の形態を適宜設計することにより、孔部内の液体に数１の式（１）で表される共鳴周波数ｆｄでヘルムホルツ共鳴を発生させることができる。ここで、孔部内の液体によるヘルムホルツ共鳴は、対象物とばねからなる主振動系に対する動吸振器（ダイナミックダンパ）として機能することができるので、孔部の形状や、流路方向長さ、個数等を設計して面積Ｓや流路長さＬを適宜設定して、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを所定値に設定することにより、着目する共振周波数での対象物の振幅を制御することができる。このような振幅制御を用いることにより、低周波数帯域でも、対象物の振幅を小さくすることができる。
【００１５】
本発明のばねは種々の構成を用いることができる。たとえば対象物の質量をＭ、ばねのばね定数をＫと定義すると、対象物とばねからなる系の振動の共振周波数ｆは、数２の式（２）で表され、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを、系の共振周波数ｆと一致させる態様を用いることができる。この態様では、共振周波数ｆでの対象物とばねからなる系の振幅のピークは、孔部内の液体によるヘルムホルツ共鳴の振幅のピークにより相殺されるので、共振周波数ｆでの対象物の振幅を小さくすることができる。
【００１６】
【数２】
【００１７】
本発明のばねは、種々の形態を採用することができる。たとえば上記閉空間は上記のように形成可能であればよく、上記閉空間の形状は、直方体形状や、円柱形状、円筒形状、上面と下面を有する略円錐形状等が挙げられる。
【００１８】
本発明のばねの性能向上のためには次のような形態を採用することが好適である。すなわち、孔部を有する本体部と、本体部の内周部および外周部の少なくとも一方に設けられた突出部と、本体部と突出部との境界部に形成された角部とを備え、本体部は、対象物からの押圧力の方向に交差する方向に延在し、突出部は、本体部の周部から対象物の側あるいはそれとは反対側に向けて突出し、角部は、その角度が押圧力に応じて変化するように弾性変形可能である形態を用いることができる。
【００１９】
上記態様では、皿ばねと同様、コンパクトな構成で高荷重を支えることができることができるのはもちろんのこと、皿ばねでは得られない次のような効果を得ることができる。すなわち、荷重印加時に角部が弾性変形することができるので、突出部における角部と相手部材との間の距離を適宜設定することにより、荷重印加時に筒状部の相手部材近傍の部位の変形を防止することができる。したがって、突出部の相手部材に対する摺動を防止することができるので、筒状部と相手部材との間に摩擦が発生しなく、これによりばねの荷重特性にヒステリシスが発生しない。その結果、動的ばね定数を小さくすることができるので、高周波帯域での対象物の振幅を効果的に小さくすることができる。
【００２０】
上記態様のばねでは、孔部が、本体部の中央部に形成されている形態を用いることができる。この態様では、ばねの荷重特性への影響を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のばねによれば、孔部内の液体によるヘルムホルツ共鳴を、対象物とばねからなる主振動系に対する動吸振器として利用することにより、対象物の振幅を制御することができるので、低周波数帯域でも、対象物の振幅を小さくすることができる等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るばねが対象物に適用された系の形態を表す側断面図である。
【図２】図１に示すばねの構成を表し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は、ばねの右側部分の側断面図である。
【図３】図１に示すばねの右側部分の動作状態を表し、（Ａ）は、ばねの動作前（点線）と動作時（実線）の側断面図であり、（Ｂ）は、ばねの動作時の第１角部および第２角部の拡大側断面図である。
【図４】（Ａ）は、実施形態のばねの具体例の荷重特性を表すグラフ、（Ｂ）は（Ａ）で用いたばねの具体例のサイズを説明するための側断面図である。
【図５】図１のばねの適用形態の部分拡大図である。
【図６】図１の対象物およびばねからなる系と、閉空間内および孔部内に存在する液体からなる系との振動モデルを表す概念図である。
【図７】図４（Ａ）に示す荷重特性を示すばねを図１に示す形態に適用した実施例の周波数応答特性を表すグラフである。
【図８】対象物とばねからなる系の振動の周波数特性を表し、（Ａ）は振幅の減衰の大きな材料を用いた場合、（Ｂ）は系の減衰の周波数特性を小さくした場合のグラフである。
【図９】皿ばねの荷重特性を表すグラフである。
【図１０】ヒステリシスが生じる実際の皿ばねの荷重特性を表すグラフであり、（Ａ）は使用範囲の振幅が所定の大きさの場合、（Ｂ）は使用範囲の振幅が（Ａ）の場合よりも小さい場合のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（１）実施形態の構成
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るばね１が対象物１０１に適用された形態を表す側断面図である。ばね１は、容器１０２から対象物１０１への振動伝達を抑制する部材である。ばね１および対象物１０１は、容器１０２の液体１０３中に設置されている。容器１０２は基台１０２Ａを備え、基台１０２Ａは振動源である。
【００２４】
ばね１上面側の開口部１０Ａは、対象物１０１の下面により閉塞され、ばね１下面側の開口部１０Ｂは、容器１０２の基台１０２Ａの上面により閉塞され、ばね１には閉空間１６が形成されている。この場合、開口部１０Ａ，１０Ｂを閉塞する部分が固定されていることが好適である。閉空間１６の内部には液体１０３が満たされ、液体１０３は、ばね１の孔部１５を通過可能となっている。
【００２５】
なお、図１に示すばね１の適用形態は、一具体例であって、その具体例に限定されるものではなく、本発明範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。すなわち、対象物をばねが液体中で支持し、ばねに形成された閉空間内部に液体が満たされ、孔部を通じて閉空間の内外部を液体が通過可能となっている形態であればよい。この場合、少なくともばねが液体中に存在すればよい。
【００２６】
図２は、ばね１の構成を表し、（Ａ）はばね１の斜視図、（Ｂ）は、対象物１０１と基台１０２Ａとの間に配置されたばね１の右側部分の側断面図である。
【００２７】
ばね１は、たとえば、ばね鋼や強化材プラスチックからなる。ばね１は、たとえば中心部に開口部１０Ａが形成された本体部１０を備えている。本体部１０は、たとえば対象物１０１と基台１０２Ａからの押圧力の方向に対して交差する方向に延在し、皿ばねとしての機能を有する。本体部１０は、たとえば下方に向かうに従って傾斜する略円錐形状をなしている。これにより、ばね１は、その荷重特性が、皿ばねの特性と同様に、略平坦領域を有するように非線形となる。
【００２８】
開口部１０Ａは、たとえば円形状をなしている。本体部１０の内周部には、対象物１０１に向けて突出する第１突出部１１（突出部）が設けられている。第１突出部１１の上端部は、対象物１０１に当接する当接部である。本体部１０の外周部には、基台１０２Ａの上面に向けて突出する第２突出部１２（突出部）が設けられている。第２突出部１２の下端部は、基台１０２Ａに当接する当接部である。突出部１１，１２は、たとえば円筒状をなす円筒部である。
【００２９】
本体部１０と第１突出部１１との境界部には第１角部１３が形成され、本体部１０と第２突出部１２との境界部には第２角部１４が形成されている。第１角部１３および第２角部１４は、対象物１０１と基台１０２Ａからの押圧力に応じて、その角度を変化させるように弾性変形可能である。
【００３０】
第１角部１３および第２角部１４は、種々の手法により形成することができる。第１角部１３および第２角部１４は、たとえば第１角部１３および第２角部１４は、本体部１０と第１突出部１１の境界部および本体部１０と第２突出部１２の境界部を折り曲げて形成することができる。また、たとえば、本体部１０と第１突出部１１の溶接および本体部１０と第２突出部１２の溶接により形成することができる。
【００３１】
本体部１０には、ばね１の内外部を連通する孔部１５が形成されている。図５は、図１のばねの適用形態の部分拡大図である。図５では、符号１０３Ａは、閉空間１６外部に存在する液体、符号１０３Ｂは、閉空間１６内部に存在する液体、符号１０３Ｃは、孔部１５内に存在する液体を示している。図１，５に示す形態でばね１が配置された場合、閉空間１６内の液体１０３Ｂがばねとして機能し、そのばねの作用を受ける孔部１５内の液体１０３Ｃ（黒塗部分）が錘として機能する。この場合、たとえば孔部１５の形状や、長さ（ばね１の板厚）、個数を適宜設計することにより、孔部１５内の液体１０３Ｃにヘルムホルツ共鳴を生じさせることができる。
【００３２】
孔部１５の形成位置は、ばね１への荷重印加時に発生する応力が小さな部位である本体部１０の中央部であることが好適である。この態様では、下記のようなばね１の荷重特性への影響を小さくすることができる。
【００３３】
荷重印加時における突出部１１，１２の機能について、おもに図３を参照して説明する。図３は、対象物１０１と容器１０２との間に設置された１個のばね１の動作状態を表し、（Ａ）は、ばね１の動作前（点線）と動作時（実線）の断面図であり、（Ｂ）は、ばね１の動作時の第１角部１３および第２角部１４の拡大断面図である。なお、図３では、図２（Ｂ）と同様に、１個のばね１の右側部分のみを表しており、孔部１５の図示は図示上の便宜のため省略している。
【００３４】
図３（Ａ）の点線で示すように、対象物１０１と基台１０２Ａとの間に配置されたばね１に対して、対象物１０１から下側方向の荷重を加える。すると、図３（Ｂ）の実線で示すように、ばね１は撓んで対象物１０１が下方に移動する。図中の符号ｄは、ばね１の撓みの大きさを示している。
【００３５】
本体部１０は、対象物１０１からの押圧力の方向に対して交差する方向に延在し、ばね１の上側において、第１突出部１１は、本体部１０の内周部から対象物１０１に向けて突出してそこに当接している。そのような本体部１０と第１突出部１１の境界部に形成した第１角部１３は、荷重印加時に対象物１０１からの押圧力に応じて角度αが変化するように弾性変形することができる。この場合、第１角部１３は、上記のような位置関係にある本体部１０と第１突出部１１の境界部に形成された部位であるから、そのような第１角部１３は、荷重印加時に角度αを変化させながら、本体部１０の内周部の内側（図の左側）に移動することができる。
【００３６】
このように荷重印加時に第１角部１３は弾性変形することができるので、第１突出部１１が荷重印加時に対象物１０１側の不変形部分（図３（Ｂ）中の点Ｓより上側）を有するように第１突出部１１の長さを適宜設定することにより、第１突出部１１の対象物１０１側部分の変形を防止することができる。
【００３７】
一方、ばね１の下側において、第２突出部１１は、本体部１０の内周部から基台１０２Ａに向けて突出してそこに当接している。この場合、第１角部１３と同様な機能を有する第２角部１４は、荷重印加による弾性変形時に、基台１０２Ａからの押圧力に応じて、角度βを変化させながら、本体部１０の外周部の外部側（図の右側）に移動することができる。
【００３８】
このように荷重印加時に第２角部１４は弾性変形することができるので、第２突出部１２が荷重印加時に容器１０２の底面側の不変形部分（図３（Ｂ）中の点Ｔより下側）を有するように第２突出部１２の長さを適宜設定することにより、第２突出部１２の基台１０２Ａ側部分の変形を防止することができる。
【００３９】
以上のようにばね１は、突出部１１，１２に不変形部分を有するので、ばね１と相手部材１０１，１０２Ａとの摺動を防止することができる。その結果、ばね１の荷重特性では、図４（Ａ）に示すように、皿ばねで問題となっていたヒステリシスが発生しなく、これにより速度に依存しない非線形の荷重特性が得られる（すなわち、初期荷重が高く、動的ばね定数が小さくなる）。この場合、突出部１１，１２が相手部材１０１，１０２Ａに固定されている場合、上記効果を効果的に得ることができる。なお、図４（Ａ）は、ばね１の荷重特性の一具体例であって、そのばねでは、図４（Ｂ）に示すように、ばねの上側開口部の内径Ｒ１を４．５ｍｍ、下側開口部の外径Ｒ２を２２ｍｍ、第１突出部の上端面から第２突出部１２の下端面までの高さＨ１を２．８ｍｍ、第２突出部の高さＨ２を１．２ｍｍとした。ばねの板厚は０．１５ｍｍとした。
【００４０】
（２）実施形態の動作
図１に示す形態で配置されたばね１の動作について、おもに図５，６を参照して説明する。図６は、図１の対象物１０１およびばね１からなる系と、閉空間１６内および孔部１５内に存在する液体１０３Ｂ，１０３Ｃからなる系との振動モデルを表す概念図である。
【００４１】
ばね１が対象物１０１を液体１０３中で支持する形態では、振動源である基台１０２Ａが振動した場合、振動は、ばね１および液体１０３Ｂを通じて対象物１０１に伝達される。この場合、閉空間１６の内外へ通過可能となっている孔部１５内の液体１０３Ｃは運動する。
【００４２】
ここで、対象物１０１（質量Ｍ）およびばね１（ばね定数Ｋ）からなる系を振動系Ｘ、液体１０３Ｂ，１０３Ｃからなる系を振動系Ｙとすると、上記形態は、基台１０２Ａに接続された振動系Ｘに振動系Ｙが追加されたモデルとして表されると考えられる。振動系Ｙでは、閉空間１６内の液体１０３Ｂがばね作用を示し、そのばね作用を受ける孔部１５内の液体１０３Ｃが錘として機能する。この場合、孔部１５の形態を適宜設計することにより、液体１０３Ｃの運動はヘルムホルツ共鳴となる。この場合、共鳴周波数ｆｄは数１の式（１）で表される。なお、液体１０３（１０３Ａ〜１０３Ｃ）の比熱比はγ、閉空間１６の圧力はＰ０、孔部１５の面積はＳ、液体１０３の密度はρ、孔部１５での流路長さはＬ、閉空間１６の体積はＶ０である。
【００４３】
【数１】
【００４４】
ここで、孔部１５内の液体１０３Ｃによるヘルムホルツ共鳴は、対象物１０１とばね１からなる主振動系に対する動吸振器（ダイナミックダンパ）として機能することができるので、孔部１５の形状や、流路方向長さ、個数等を設計して面積Ｓや流路長さＬを適宜設定して、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを所定値に設定することにより、着目する共振周波数での対象物の振幅を制御することができる。
【００４５】
このような対象物１０１の振幅制御について実施例を用いて説明する。図７は、図４（Ａ）に示す荷重特性を示すばねを、図１に示す形態に適用した実施例の周波数応答特性を表すグラフである。実施例では、対象物とばねからなる振動系Ｘの共振周波数ｆ（数２の式（２））での対象物の振幅を制御対象とした。
【００４６】
【数２】
【００４７】
実施例では、液体として水を用い、対象物の質量を６０ｇとし、対象物の上面から加える荷重を１７Ｎに設定し、孔部の形状を円形状とした。容器内に水を入れなかった態様、容器内に水を入れるとともに孔部の径を１．０ｍｍとした態様、容器内に水を入れるとともに孔部の径を０．５ｍｍとした態様について、対象物の周波数応答特性を得た。
【００４８】
図７から判るように、容器内に水を入れなかった場合、点Ｑで示される周波数において、対象物の振幅のピークが観察された（Gain ３０ｄＢ以上）。この場合、容器内に水を入れなかったことから、点Ｑで示される周波数（約１３０Ｈｚ）は、対象物とばねからなる振動系Ｘの共振周波数ｆと考えられる。共振周波数ｆは、式（２）から判るように、ＭとＫで決定されるから、容器内に水を入れたときでも、一定である。
【００４９】
容器内に水を入れた場合、周波数特性は、振動系Ｘの特性に振動系Ｙによる影響が加えられたものとなる。たとえば容器内に水を入れるとともに孔部の径を１．０ｍｍとした場合、共振周波数ｆ（約１３０Ｈｚ）での対象物の振幅は、容器内に水を入れなかった場合と比較して、小さくなった（Gain ２０ｄＢ程度）。なお、点Ｐで示される周波数（約２２０Ｈｚ）において観察された振幅のピークは、孔部内の液体によるヘルムホルツ共鳴によるものであり、点Ｐで示される周波数（約２２０Ｈｚ）は、孔部の径を１．０ｍｍとした場合での共鳴周波数ｆｄであると考えられる。このように共鳴周波数ｆｄでの振幅のピークが観察されたのは、共鳴周波数ｆｄと共振周波数ｆと大きく異なり、ヘルムホルツ共鳴による振幅が打ち消されなかったためであると考えられる。
【００５０】
容器内に水を入れるとともに孔部の径を１．０ｍｍよりも小さく設定すると、式（１）から判るように、孔部の面積Ｓが小さくなるので、共鳴周波数ｆｄは、共振周波数ｆ（位置Ｑ）に近づく（すなわち、共鳴周波数ｆｄはグラフの左側に移動する）と考えられる。実際、孔部の径を０．５ｍｍに設定した場合、共振周波数ｆにおいて振幅のピークが観察されなかった（Gain １０ｄＢ以下）。この場合、共鳴周波数ｆｄが共振周波数ｆ（約１３０Ｈｚ）と略一致したから、振動系Ｙの振幅のピークが振動系Ｘの振幅ピークと重なり、振動系Ｘの振幅のピークが打ち消されたためであると考えられる。
【００５１】
以上のように本実施形態では、孔部１５内の液体１０３Ｃによるヘルムホルツ共鳴は、対象物１０１とばね１からなる主振動系である振動系Ｘに対する動吸振器（ダイナミックダンパ）として機能することができるので、孔部１５の形状や、流路方向長さ、個数等を設計して面積Ｓや流路長さＬを適宜設定して、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを所定値に設定することにより、着目する共振周波数での対象物１０１の振幅を制御することができる。このような振幅制御を用いることにより、低周波数帯域でも、対象物１０１の振幅を小さくすることができる。
【００５２】
特に、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを、振動系Ｘの共振周波数ｆと一致させているので、共振周波数ｆでの対象物とばねからなる振動系Ｘの振幅のピークを孔部１５内の液体１０３Ｃによるヘルムホルツ共鳴の振幅のピークにより相殺することができるので、共振周波数ｆでの対象物１０１の振幅を小さくすることができる。
【００５３】
また、図２に示す形態を有するばね１を用いることにより、皿ばねと同様、コンパクトな構成で高荷重を支えることができることができるのはもちろんのこと、動的ばね定数を小さくすることができるので、高周波帯域での対象物の振幅を効果的に小さくすることができる。
【００５４】
（３）変形例
以上のように上記実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明範囲内で種々の変形が可能である。
【００５５】
たとえば本体部１０は、外周部から内周部に向かって下方に傾斜する円錐状、Ｓ字状や、階段状、平坦状をなすことができる。突出部は、筒状であればよく、その側断面形状は、曲線状でもよい。また、上記実施形態では、第１突出部１１を対象物１０１に向けて突出させてそこに当接させ、かつ第２突出部１２を基台１０２Ａに当接させたが、第１突出部１１を基台１０２Ａ向けて突出させてそこに当接させ、第２突出部１２を対象物１０１に向けて突出させてそこに当接させてもよい。
【００５６】
さらに、第１突出部１１および第２突出部１２を本体部１０の内周部および外周部に形成したが、第１突出部１１および第２突出部１２のいずれか一方のみに形成してもよい。 加えて、第１角部１３および第２角部１４の形状は、図示の形状に限定されるものではなく、曲面形状等の種々の形状に変更可能である。以上のような各種変形例は適宜組み合わせることができるのは言うまでもない。また、たとえば本発明のばねは、ばね１の形態に限定されるものではなく、閉空間が形成可能であるような形状を有するばねであればよい。この場合、閉空間の形状としては、たとえば直方体形状や、円柱形状、円筒形状、上面と下面を有する略円錐形状等が挙げられる。
【符号の説明】
【００５７】
１…ばね、１０…本体部、１０Ａ，１０Ｂ…開口部、１１…第１突出部（突出部）、１２…第２突出部（突出部）、１３…第１角部（角部）、１４…第２角部（角部）、１５…孔部、１６…閉空間、１０１…対象物、１０２…容器、１０２Ａ…基台
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を液体中で支持するばねにおいて、
弾性特性を有するとともに、前記液体が満たされている閉空間と、
前記閉空間に形成されるとともに、前記閉空間の内部と外部とを連通して前記液体を通過可能とする孔部とを備え、
前記液体の比熱比をγ、前記閉空間の前記液体の圧力をＰ０、前記孔部の面積をＳ、前記液体の密度をρ、前記孔部の流路長さをＬ、前記閉空間の体積をＶ０と定義すると、
数１の式（１）で表される共鳴周波数ｆｄでヘルムホルツ共鳴を、前記孔部内の液体に発生させ、
前記ヘルムホルツ共鳴を利用することにより、前記対象物の振幅を制御することを特徴とするばね。
【数１】
【請求項２】
前記対象物の質量をＭ、前記ばねのばね定数をＫと定義すると、
前記対象物と前記ばねからなる系の振動の共振周波数ｆは、数２の式（２）で表され、
前記ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを、前記系の共振周波数ｆと一致させていることを特徴とする請求項１または２に記載のばね。
【数２】
【請求項３】
孔部を有する本体部と、
前記本体部の内周部および外周部の少なくとも一方に設けられた突出部と、
前記本体部と前記突出部との境界部に形成された角部とを備え、
前記本体部は、前記対象物からの押圧力の方向に交差する方向に延在し、
前記突出部は、前記本体部の前記周部から前記対象物の側あるいはそれとは反対側に向けて突出し、
前記角部は、その角度が前記押圧力に応じて変化するように弾性変形可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のばね。
【請求項４】
前記孔部は、前記本体部の中央部に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のばね。
【請求項１】
対象物を液体中で支持するばねにおいて、
弾性特性を有するとともに、前記液体が満たされている閉空間と、
前記閉空間に形成されるとともに、前記閉空間の内部と外部とを連通して前記液体を通過可能とする孔部とを備え、
前記液体の比熱比をγ、前記閉空間の前記液体の圧力をＰ０、前記孔部の面積をＳ、前記液体の密度をρ、前記孔部の流路長さをＬ、前記閉空間の体積をＶ０と定義すると、
数１の式（１）で表される共鳴周波数ｆｄでヘルムホルツ共鳴を、前記孔部内の液体に発生させ、
前記ヘルムホルツ共鳴を利用することにより、前記対象物の振幅を制御することを特徴とするばね。
【数１】
【請求項２】
前記対象物の質量をＭ、前記ばねのばね定数をＫと定義すると、
前記対象物と前記ばねからなる系の振動の共振周波数ｆは、数２の式（２）で表され、
前記ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆｄを、前記系の共振周波数ｆと一致させていることを特徴とする請求項１または２に記載のばね。
【数２】
【請求項３】
孔部を有する本体部と、
前記本体部の内周部および外周部の少なくとも一方に設けられた突出部と、
前記本体部と前記突出部との境界部に形成された角部とを備え、
前記本体部は、前記対象物からの押圧力の方向に交差する方向に延在し、
前記突出部は、前記本体部の前記周部から前記対象物の側あるいはそれとは反対側に向けて突出し、
前記角部は、その角度が前記押圧力に応じて変化するように弾性変形可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のばね。
【請求項４】
前記孔部は、前記本体部の中央部に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のばね。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１１７５５５（Ｐ２０１１−１１７５５５Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７６５２８（Ｐ２００９−２７６５２８）
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]