説明

制振装置

【課題】制振性能の向上を図ることにより、振動を早期に収束させることができ、より良好な制振効果が得られるようにした制振装置を提供する。
【解決手段】振動体Sに設けられた支持部材1と、長尺状の剛体よりなり、支持部材1に枢支されて該枢支部を支点aとして振動体Sの主振動方向(X方向)に沿う方向へ回転可能に設けられた梃子2と、梃子2の作用点cとなる部位を弾性支持するばね部材3と、梃子2の力点bとなる部位に設けられた錘4と、梃子2の力点bとなる部位に固定されて梃子2と振動体Sとの間に配設された液体封入ダンパ(弾性体)5と、を備えている。梃子2の支点aと力点bとの間の距離D1が、支点aと作用点cとの間の距離D2よりも長くなるように設定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、殆ど減衰性を有しない材料で構成された構造物の振動を抑制するために好適に採用される制振装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、例えば木材やFRP、ガラス、鋼板など殆ど減衰性を有しない材料で構成された構造物は、一旦振動を開始するとその振動が収まるまでに長い時間が必要になることから、その構造物に発生した振動を抑制するために種々の制振装置が用いられている。
【0003】
例えば、特許文献1には、板ばねの一端部に重錘を設け、制振対象となる構造物に対して、その板ばねの他端部を固定することにより取付けられて使用される板ばね式動吸振器が開示されている。この板ばね式動吸振器においては、互いに間隔をとって平行に配置される2枚以上の板ばねが用いられ、隣り合う2枚の板ばね同士を粘弾性体又は粘性体ダンパを介して固定することにより、板ばねに減衰性を持たせるようにしている。この板ばね式動吸振器は、構造がシンプルで、小型軽量化することができ、構造物への取付けが簡単であるなどの利点を有する。
【0004】
ところが、特許文献1の板ばね式動吸振器においては、隣り合う2枚の板ばね同士が粘弾性体又は粘性体ダンパを介して固定されていることから、各板ばねの一端部に設けられた重錘の動きは互いに同位相で振動するが、一方の板ばねに対して他方の板ばねがずれて変位し難くなり、多少のずれによって粘弾性体又は粘性体ダンパ内に剪断変形が生じるとしても、これによる減衰効果は期待できる程ではない。そのため、制振対象となる構造物の振動を早期に収束させることは困難となり、十分に満足な制振効果を得ることができない。
【0005】
また、特許文献2には、構造物に設けられて該構造物の揺れと異なる位相で揺動する可動質量体と、該可動質量体の振動エネルギを減衰させることのできる減衰手段との間に、てこが介在されている制振装置が開示されている。そして、この特許文献2には、てこの支点と減衰手段が取り付けられたてこの作用点との距離が、てこの支点と可動質量体が取り付けられたてこの力点との距離よりも短くされていることにより、構造物に振動が入力した際に、てこの原理によりダンパ(減衰手段)に対して大きな力が加えられるようにすることが開示されている。
【0006】
この特許文献2の制振装置によれば、ダンパに減衰係数および摩擦抵抗の小さいものを用いる必要がなくなるため、従来市販されているものを適用することが可能となる。また、てこの原理を利用することにより、可動質量体を小さくできることから、制振装置を小型化することが可能となる。しかし、この制振装置においては、てこの原理を利用しているものの、制振効果の向上を図ることを目的とするものではない。
【特許文献1】特開昭59−110938号公報
【特許文献2】特開2003−227540号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、制振性能の向上を図ることにより、振動を早期に収束させることができ、より良好な制振効果が得られるようにした制振装置を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決する本発明に係る制振装置は、振動体に設けられた支持部材と、長尺状の剛体よりなり、前記支持部材に枢支されて該枢支部を支点として前記振動体の主振動方向に沿う方向へ回転可能に設けられた梃子と、該梃子の作用点となる部位を弾性支持するばね部材と、前記梃子の力点となる部位に設けられた錘と、前記梃子の力点となる部位に固定されて前記梃子と前記振動体との間に配設された弾性体と、を備え、前記梃子の前記支点と前記力点との間の距離が、前記支点と前記作用点との間の距離よりも長く設定されていることを特徴としている。
【0009】
本発明の制振装置では、振動体に振動が入力して振動体と共に支持部材が上へ振動すると、支持部材に枢支された梃子は、錘が設けられた部位が力点となって枢支部を支点として回転する。この時、錘が設けられた部位(力点)は、相対的に下に移動(静止しているので、見かけ上の現象)するので、振動体の振動方向と逆方向へ移動する。この時、錘が設けられた部位(力点)と振動体が互いに接近するように梃子が回転し、梃子の力点となる部位に固定されて梃子と振動体との間に配設された弾性体が、振動体に強く打ち付けられることによって減衰機能を発揮し、振動体の振動エネルギを効果的に吸収する。
【0010】
このようにして、錘が設けられた部位(力点)と振動体が互いに接近するように梃子が回転した際には、梃子の作用点となる部位を弾性支持するばね部材に、梃子の回転に伴って次第に大きくなる弾性復帰力が蓄積される。これにより、弾性体が振動体に強く打ち付けられた後には、ばね部材の蓄積された弾性復帰力を介して、錘が設けられた部位(力点)と振動体が互いに遠ざかるように梃子が逆方向へ回転する。
【0011】
なお、梃子が逆方向へ回転した際にも、ばね部材には梃子の回転に伴って次第に大きくなる弾性復帰力が蓄積される。これにより、錘が設けられた部位(力点)が振動体から最も遠くへ離れた後、錘が設けられた部位(力点)と振動体が互いに接近するように梃子が回転する際にも、ばね部材の蓄積された弾性復帰力が働く。そのため、弾性体は、上記と同様に、振動体に強く打ち付けられることによって減衰機能を発揮し、振動体の振動エネルギを効果的に吸収する。
【0012】
即ち、本発明においては、梃子が枢支部を支点として正逆両方向への回転を交互に繰り返して揺動することにより、梃子の力点となる部位及び作用点となる部位が、振動体の主振動方向に沿って往復動する際に、弾性体が、振動体に繰り返し打ち付けられることにより減衰機能を発揮し、振動体の振動エネルギを効果的に吸収するようにされている。
【0013】
なお、本発明においては、梃子の支点と力点との間の距離が、支点と作用点との間の距離よりも長く設定されていることにより、弾性体が固定された力点となる部位は、梃子の原理に基づく梃子比により、梃子の作用点となる部位よりも変位及び加速度が増幅されて大きくなる。そのため、振動体に対する弾性体の打撃力(衝突力)が大幅に高められ、それらの減衰機能が効率よく発揮される。その結果、振動体の振動を早期に収束させることができ、より良好な制振効果を得ることができる。また、梃子の力点となる部位に設けられる錘の質量を、梃子比に応じて小さくすることができるので、制振装置の軽量化及び小型化が可能となる。
【0014】
本発明において、梃子の力点となる部位に固定されて梃子と振動体との間に配設される弾性体は、振動体と接触した状態に又は振動体との間に所定の隙間を形成した状態に配設することができる。ここで、弾性体が振動体と接触した状態とは、弾性体に押圧力が全く作用していない状態で、振動体に接触している場合(ゼロタッチ)だけでなく、振動入力時の減衰機能に支障がない程度の押圧力が弾性体に加わった状態で接触している場合も含まれる。
【0015】
一方、弾性体と振動体との間に形成される隙間は、振動入力時に、弾性体と振動体とが加速度を伴って当接することにより、弾性体による有効な減衰効果が発揮され得る範囲とされる。この隙間は、大きくなるほど振動体の微振動に対応し難くなるため、小振幅の振動に対する応答性を考慮すると、可能な限り小さくした方が好ましい。
【0016】
本発明においては、弾性体として、液体封入ダンパ又は高減衰ゴムが好適に採用される。液体封入ダンパは、少なくとも一部に弾性変形可能な可撓部を有する容器部材と、該容器部材の内部に封入された液体とを備えたものが採用される。内部に封入される液体としては、例えば、水やアルキレングリコール、ポリアルキレングリコール、シリコンオイルなど低粘度から高粘度の液体を採用することができるが、この中でもシリコンオイルが好適に採用される。この液体封入ダンパには、容器部材の内部に向かって突出し、振動入力時に容器部材に封入された液体を攪拌する攪拌部を設けることが好ましい。このような攪拌部を設けることにより、振動入力時に液体の流動を促進させることができるので、より良好な制振効果を得ることが可能となる。
【0017】
また、高減衰ゴムが採用される場合には、高減衰ゴムは、tanδ(減衰係数)の値が0.1以上のものであることが好ましい。この高減衰ゴムは、例えばブチルゴムや塩素化ブチルゴム、ウレタンゴム等の高減衰性を有するゴム材料で形成したり、或いは例えば天然ゴムやSBR、NBR等に樹脂等を添加して減衰性を高めたゴム材料で形成することができる。
【0018】
本発明の他の好適な態様として、梃子の作用点となる部位を弾性支持するばね部材は、振動体に連結されている。このようにすれば、質量体としての梃子及び錘とばね部材とによって構成されるダイナミックダンパが成立し、梃子及び錘の質量とばね部材のばね定数とに基づいてチューニングされる共振周波数(固有振動数)の振動を更に抑制することが可能となるので、制振効果を向上させることができる。
【0019】
また、梃子が支持部材に枢支される枢支部には、梃子が枢支部を支点にして回転する際の抵抗を軽減させるために、例えばベアリング等を設けるのが好ましい。このようにすれば、梃子の動きがより円滑になり、振動体に対する弾性体の打撃がより良好に行われるようになるので、より良好な制振効果を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【0020】
本発明の制振装置は、振動入力時に、梃子の力点となる部位に固定されて梃子と振動体との間に配設された弾性体が、振動体に繰り返し打ち付けられることにより減衰機能を発揮し、振動体の振動エネルギを効果的に吸収するように構成されているため、制振性能の向上を図ることにより、振動を早期に収束させることができ、より良好な制振効果を得ることができる。また、梃子の力点となる部位に設けられる錘の質量を、梃子比に応じて小さくすることができることから、制振装置の軽量化及び小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0022】
〔実施形態1〕
図1は実施形態1に係る制振装置を模式的に示す概略構成図であり、図2はその制振装置に用いられた液体封入ダンパの縦断面図である。
【0023】
実施形態1の制振装置は、図1に示すように、殆ど減衰性を有しない材料で構成された構造物(振動体S)に設置されるものであって、支持部材1と、梃子2と、ばね部材3と、錘4と、弾性体としての液体封入ダンパ5と、から構成されている。
【0024】
支持部材1は、振動体Sの上面の所定位置に固定されている。この支持部材1の上端部には、梃子2が枢支される枢支部が設けられている。
【0025】
梃子2は、例えば軽金属により棒状に形成されており、長手方向一端部(支点aとなる部位)が支持部材1の上端に設けられた枢支部に枢支されている。これにより、梃子2は、枢支部を支点aとして振動体Sの主振動方向(X方向)に沿う方向へ回転可能に設けられている。なお、梃子2が支持部材1に枢支される枢支部には、ベアリング(図示せず)が設けられており、梃子2の回転が円滑になるようにされている。
【0026】
ばね部材3は、梃子2の長手方向中間部(作用点cとなる部位)の下面とこれに対向する振動体Sの上面とに連結固定されて、梃子2と振動体Sの間に配設されている。これにより、ばね部材3は、梃子2が振動体Sの上面と略平行になる位置で静止した状態で、梃子2の作用点cとなる部位を弾性支持するように設けられている。なお、このばね部材3は、錘4により上方から圧縮された状態で静止している。ばね部材3としては、コイルばね或いはゴム弾性体を用いることができる。
【0027】
錘4は、鉄系金属等により所定の質量を有するようにしてブロック状に形成されたものである。この錘4は、梃子2の長手方向他端部(力点bとなる部位)の上面に固着されている。なお、実施形態1では、ばね部材3が振動体Sに連結固定されていることから、質量体としての梃子2及び錘4とばね部材3とによって構成されるダイナミックダンパが成立する。よって、錘4の質量は、梃子2の質量とばね部材3の圧縮方向のばね定数とを考慮して、適宜設定される。
【0028】
液体封入ダンパ5は、図2に示すように、容易に弾性変形可能な可撓部51bを一部に有する有底円筒状の容器部材51と、容器部材51の開口を覆蓋する樹脂製の取付基板52と、容器部材51の内部に封入された液体(実施形態1ではシリコンオイル)53とからなる。
【0029】
容器部材51は、円筒状に形成された筒状部51aと、筒状部51aよりも薄肉に形成されて筒状部51aの一端側(底部側)の開口を閉塞する可撓部51bと、可撓部51bの中央部から内側へ向かって突設されて封入された液体53を攪拌する中実円柱状の攪拌部51cとを備え、ゴムにより一体に形成されている。可撓部51bの中央部は、小径となって外方少し突出するように形成されており、その突出した円形の部分は、外部からの衝撃力や押圧力を受ける入力部51eとなっている。この容器部材51は、筒状部51aの開口端面に取付基板52が固着されることにより密閉されている。
【0030】
この液体封入ダンパ5は、取付基板52が梃子2の力点bとなる部位の下面に固定されることにより取り付けられており、容器部材51底部の入力部51eと振動体Sの上面との間に所定の隙間を形成した状態で、梃子2と振動体Sとの間に配設されている。なお、この液体封入ダンパ5に代えて、tanδ(減衰係数)の値が0.1以上の高減衰ゴムを採用してもよい。
【0031】
なお、実施形態1の制振装置においては、梃子2の支点a(枢支部)と力点b(錘4及び液体封入ダンパ5が設けられた部位)との間の距離D1は、支点a(枢支部)と作用点c(ばね部材3が設けられた部位)との間の距離D2よりも長くなるように設定されている。これにより、液体封入ダンパ5が固定された力点bとなる部位は、梃子の原理に基づく梃子比により、梃子2の作用点cとなる部位よりも変位及び加速度が増幅されて大きくなる。そのため、振動体Sに対する液体封入ダンパ5の打撃力(衝突力)が大幅に高められ、それらの減衰機能が効率よく発揮されるようにされている。
【0032】
以上のように構成された実施形態1の制振装置は、振動体Sに振動が入力して振動体Sと共に支持部材1が上に振動すると、支持部材1に枢支された梃子2は、錘4が設けられた部位が力点bとなって枢支部を支点aとして回転する。この時、錘4が設けられた部位(力点b)は、相対的に下に移動(静止しているので、見かけ上の現象)するので、振動体Sの振動方向と逆方向へ移動する。この時、錘4が設けられた部位(力点b)と振動体Sが互いに接近するように梃子2が回転した際には、梃子2の力点bとなる部位に固定された液体封入ダンパ5が、振動体Sに強く打ち付けられる。これにより、液体封入ダンパ5の内部に封入された液体53が流動することによって減衰機能を発揮し、振動体Sの振動エネルギを効果的に吸収する。
【0033】
このようにして、錘4が設けられた部位(力点b)と振動体Sが互いに接近するように梃子2が回転した際には、梃子2の作用点cとなる部位を弾性支持するばね部材3に、梃子2の回転に伴って次第に大きくなる弾性復帰力が蓄積される。これにより、液体封入ダンパ5が振動体Sに強く打ち付けられた後には、ばね部材3の蓄積された弾性復帰力を介して、錘4が設けられた部位(力点b)と振動体Sが互いに遠ざかるように梃子2が逆方向へ回転する。
【0034】
なお、梃子2が逆方向へ回転した際にも、ばね部材3には梃子2の回転に伴って次第に大きくなる弾性復帰力が蓄積される。これにより、錘4が設けられた部位(力点b)が振動体Sから最も遠くへ離れた後、錘4が設けられた部位(力点b)と振動体Sが互いに接近するように梃子2が回転する際にも、ばね部材3の蓄積された弾性復帰力が働く。そのため、液体封入ダンパ5は、上記と同様に、振動体Sに強く打ち付けられることによって減衰機能を発揮し、振動体Sの振動エネルギを効果的に吸収する。
【0035】
このようにして、梃子2が枢支部を支点aとして正逆両方向への回転を交互に繰り返して揺動することにより、梃子2の力点bとなる部位及び作用点cとなる部位が、振動体Sの主振動方向(X方向)に沿って往復動する際に、液体封入ダンパ5が、振動体Sに繰り返し打ち付けられることにより減衰機能を発揮し、振動体Sの振動エネルギを効果的に吸収するようにされている。
【0036】
以上のように、実施形態1の制振装置は、振動入力時に、梃子2の力点bとなる部位に固定されて梃子2と振動体Sとの間に配設された液体封入ダンパ5が、振動体Sに繰り返し打ち付けられることにより減衰機能を発揮し、振動体Sの振動エネルギを効果的に吸収するように構成されているため、制振性能の向上を図ることにより、振動を早期に収束させることができ、より良好な制振効果を得ることができる。また、梃子2の力点となる部位に設けられる錘4の質量を、梃子比に応じて小さくすることができることから、制振装置の軽量化及び小型化が可能となる。
【0037】
また、実施形態1の制振装置は、ばね部材3が振動体Sに直接的に連結固定されていることから、質量体としての梃子2及び錘4とばね部材3とによって構成されるダイナミックダンパが成立するため、ダイナミックダンパのチューニング周波数の振動を更に抑制することができるので、制振効果を向上させることができる。
【0038】
〔実施形態2〕
図3は実施形態2に係る制振装置を模式的に示す概略構成図である。実施形態2の制振装置は、図3に示すように、実施形態1のものと基本的構成要素が同じであるが、梃子2の長手方向中間部(支点aとなる部位)が支持部材1に枢支されている点と、ばね部材3が梃子2の長手方向一端部(作用点cとなる部位)を弾性支持するように設けられている点でのみ、実施形態1の制振装置と異なる。
【0039】
即ち、実施形態2のばね部材3は、梃子2の長手方向一端部(作用点cとなる部位)の下面とこれに対向する振動体Sの上面とに連結固定されて、梃子2と振動体Sの間に配設されている。実施形態2のばね部材3は、梃子2の反対側端部に錘4が設けられていることにより、初期状態では上下方向に引っ張られた状態で静止している。
【0040】
なお、実施形態2の制振装置の場合にも、梃子2の支点a(枢支部)と力点b(錘4及び液体封入ダンパ5が設けられた部位)との間の距離D1が、支点a(枢支部)と作用点c(ばね部材3が設けられた部位)との間の距離D2よりも長くなるように設定されている点は、実施形態1の場合と同じである。
【0041】
以上のように構成された実施形態2の制振装置は、実施形態1の場合と同様の作用及び効果を奏する。
【0042】
〔実施形態3〕
図4は実施形態3に係る制振装置を模式的に示す概略構成図である。実施形態3の制振装置は、図4に示すように、実施形態1のものと基本的構成要素が同じであるが、ばね部材3が上下方向に引っ張られた状態で、梃子2の長手方向中間部(作用点cとなる部位)を弾性支持するように設けられている点でのみ、実施形態1の制振装置と異なる。
【0043】
即ち、実施形態3におけるばね部材3は、梃子2の長手方向中間部(作用点cとなる部位)の上面とこれに対向する構造物S2の下面とに連結固定されて、梃子2と構造物S2の間に配設されている。
【0044】
ここで、ばね部材3が連結固定されている構造物S2が、振動体Sと一体に連結している場合と連結していない場合とで、質量体としての梃子2及び錘4とばね部材3とによって構成されるダイナミックダンパが成立するか否かが異なる。即ち、図5に示すように、構造物S2が振動体Sと一体に連結していない場合には、ダイナミックダンパは成立しないが、図6に示すように、構造物S2が振動体Sと一体に連結している場合には、ダイナミックダンパは成立する。
【0045】
したがって、図5に示すように設けられた制振装置の場合には、液体封入ダンパ5が振動体Sに打ち付けられることにより発揮される減衰機能に基づく制振効果のみしか得ることができないが、図6に示すように設けられた制振装置の場合には、実施形態1の場合と同様に、液体封入ダンパ5が振動体Sに打ち付けられることにより発揮される減衰機能に基づく制振効果と、ダイナミックダンパによる制振効果の両方を得ることができる。
【0046】
〔実施形態4〕
図7は実施形態4に係る制振装置を模式的に示す概略構成図である。実施形態4の制振装置は、図7に示すように、実施形態2のものと基本的構成要素が同じであるが、ばね部材3が上下方向に引っ張られた状態で、梃子2の長手方向中間部(作用点cとなる部位)を弾性支持するように設けられている点でのみ、実施形態2の制振装置と異なる。
【0047】
即ち、実施形態4のばね部材3は、梃子2の長手方向一端部(作用点cとなる部位)の上面とこれに対向する構造物S2の下面とに連結固定されて、梃子2と構造物S2の間に配設されている。実施形態4のばね部材3は、初期状態では錘4により梃子2を介して下方から上方へ圧縮された状態で静止している。
【0048】
なお、実施形態4の場合にも、実施形態3の場合と同様に、構造物S2が、振動体Sと一体に連結しているか否かによってダイナミックダンパが成立するか否かが異なる。即ち、図5に示すように、構造物S2が振動体Sと一体に連結していない場合には、ダイナミックダンパは成立しないので、液体封入ダンパ5による制振効果のみしか得られないが、図6に示すように、構造物S2が振動体Sと一体に連結している場合には、ダイナミックダンパが成立するので、液体封入ダンパ5による制振効果と、ダイナミックダンパによる制振効果の両方を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】本発明の実施形態1に係る制振装置を模式的に示す概略構成図である。
【図2】本発明の実施形態1に係る制振装置に用いられた液体封入ダンパの縦断面図である。
【図3】本発明の実施形態2に係る制振装置を模式的に示す概略構成図である。
【図4】本発明の実施形態3に係る制振装置を模式的に示す概略構成図である。
【図5】本発明の実施形態3に係る制振装置においてばね部材が連結される構造物と振動体との関係を模式的に示す概略構成図である。
【図6】本発明の実施形態3に係る制振装置においてばね部材が連結される構造物と振動体との関係を模式的に示す概略構成図である。
【図7】本発明の実施形態4に係る制振装置を模式的に示す概略構成図である。
【符号の説明】
【0050】
1…支持部材 2…梃子 3…ばね部材 4…錘 5…液体封入ダンパ(弾性体) S…振動体 a…支点 b…力点 c…作用点 D1…梃子の支点と力点との間の距離 D2…梃子の支点と作用点との間の距離

【特許請求の範囲】
【請求項1】
振動体に設けられた支持部材と、
長尺状の剛体よりなり、前記支持部材に枢支されて該枢支部を支点として前記振動体の主振動方向に沿う方向へ回転可能に設けられた梃子と、
該梃子の作用点となる部位を弾性支持するばね部材と、
前記梃子の力点となる部位に設けられた錘と、
前記梃子の力点となる部位に固定されて前記梃子と前記振動体との間に配設された弾性体と、を備え、
前記梃子の前記支点と前記力点との間の距離が、前記支点と前記作用点との間の距離よりも長く設定されていることを特徴とする制振装置。
【請求項2】
前記弾性体は、前記振動体と接触した状態に又は前記振動体との間に所定の隙間を形成した状態に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の制振装置。
【請求項3】
前記弾性体は、液体封入ダンパ又は高減衰ゴムであることを特徴とする請求項1又は2に記載の制振装置。
【請求項4】
前記液体封入ダンパは、少なくとも一部に弾性変形可能な可撓部を有する容器部材と、該容器部材の内部に封入された液体とを備えたものであることを特徴とする請求項3に記載の制振装置。
【請求項5】
前記ばね部材は、前記振動体に連結されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の制振装置。
【請求項6】
前記梃子が前記支持部材に枢支される枢支部には、ベアリングが設けられていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の制振装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate


【公開番号】特開2009−52687(P2009−52687A)
【公開日】平成21年3月12日(2009.3.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−221072(P2007−221072)
【出願日】平成19年8月28日(2007.8.28)
【出願人】(000219602)東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Fターム(参考)】