ブレーキダンパー用超大型減衰特性皿ばね | バネ・ばね・スプリングの東海バネ工業株式会社

ご要望：高精度減衰特性を利用したブレーキダンパー用超大型皿ばね

当社がこれまでに手掛けた、当社がこれまでに手掛けた、免振制振用途における高精度減衰特性を利用したブレーキダンパー用超大型皿ばねのご提案事例をご紹介させていただきます。

ご提案

加圧・減圧荷重両方のコントロールが課題だった: 強風や地震によって建物が揺れた時に自動車のブレーキのように摩擦力によって大きな揺れのエネルギーを吸収する「ブレーキダンパー」と呼ばれる制振システムがあります。お客様は、そのブレーキダンパー機構の開発の試作として、ばねを用いた機構を構想中でした。その機構に必要な条件として、高精度な荷重特性でかつ超巨大な荷重に耐えられるばねが要求されました。高精度な荷重管理には、コイルばねが最も適しておりますが、本案件は50tonを超える荷重が加わることと、機構の構造上コンパクトな空間に収める必要があったため、小さなスペースで大きな荷重が得られる皿ばねが採用されることになりました。コイルばねにはない皿ばねの特徴として、ばねを複数枚組合せて使用することできる点があげられます。このように皿ばねを同じ向きに組合わせる並列重ねの場合、皿ばね同士の面間摩擦が発生し、圧縮時の加圧荷重と圧縮解放時の減圧荷重に大きな差が生じるヒステリシス現象が発生します。このヒステリシス現象による加圧荷重と減圧荷重を高精度にコントロールすることは極めて困難で、そのためには、正確な減衰率の把握が必須となります。当社では、工作機械主軸専用の皿ばねである「i-MC Spring」でそのノウハウが蓄積されておりますので、これを満たすことは容易であると考えていました。ところが、ブレーキダンパー用途に使用される皿ばねは、その想定を超える高難度な要求だったのです。

写真.ブレーキダンパー試作用皿ばね（外径：φ500mm）

加圧・減圧特性を高精度にコントロールするために: ブレーキダンパー用に求められる荷重特性を詳しくお伺いすると、加圧、減圧荷重に想定以上の厳しい許容差が要求され、これまでの設計ノウハウをもってしてもかなりの高難度要求であることがわかりました。
これを解決するために、図1のように、加圧荷重と減圧荷重の中心値を基準として、加圧荷重と減圧荷重を高精度にコントロールすることで理想の荷重－タワミ特性を得ることを考えました。
その為には、設計値通りの加圧特性と、再現性の高い減圧特性を考慮し、最適なバランスで設計する必要がありますが、再現性の高い減圧特性を得ることは容易ではありません。
今回の皿ばねは、工作機械主軸用皿ばねよりも遥かに巨大なサイズで荷重や面圧も大きいものでしたが、工作機械主軸用皿ばねで培った減衰率のバックデータと、それを用いた設計ノウハウを活かし、要求される高精度な加圧、減圧荷重特性を満たす理想の皿ばねを設計しました。
さらに、設計通りの特性を実現する為に弊社の高度な皿ばね製造ノウハウを駆使することで、お客様がお求めのばね特性を有する皿ばねをご提供することができました。