JP2004301267A - 自主追随型共振装置 - Google Patents
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Abstract
【構成】レバー2の一端を支持点5で枢着支持し、他端の自由端7を制振バネ6で受ける。レバー2は自由端7側を持ち上げたθなる傾斜角をなし、この上をマス3が移動自在にする。マス3と制振バネ6によってダイナミックダンパー1を構成する。自由端7に振動が入力すると、マス3は遠心力Fと落、下方向へ向かう重力による力Gとのバランス点へ移動し、ダイナミックダンパー1の共振周波数が入力振動に対応したものへ自動的に追随変化する。
【選択図】図2
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダイナミックダンパーの一種であるとともに、入力振動に応じて自動的に共振周波数を変化させることができるようにした自主追随型共振装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
マスとバネを組み合わせて制振するダイナミックダンパーは公知である。このダイナミックダンパーは、マスとバネ定数によって共振周波数が一定に決まってしまうため、入力振動に応じて共振周波数を変化させるべく、外部からの力でマスを制御することも知られている(特許文献1参照)。
また、振動系にてこを設け、てこの先端にマスを設けてその位置を可変としたものもある(特許文献2参照)。
【0003】
【特許文献1】特公平6−1097号公報
【特許文献2】特公平8−16497号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例は、共振周波数を可変にできる利点がある反面、マスを制御するため大がかりで複雑なシステムとなり、高価なものになる。そこで、これを比較的簡単構造で安価に実現することが望まれ、本願発明はこの要請の実現を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本願の自主追随型共振装置に係る請求項1は、支持点を中心に回動自在に支持されたレバーと、このレバーの回動を阻止する方向に弾力付勢する制振バネと、このレバー上に長さ方向へ移動自在に支持されたマスとを備え、このマスを前記支持点から遠ざかる方向へ移動させるように働く遠心力と、これと逆向きに働いてマスを支持点方向へ移動させる戻し力とのバランスにより、マスを入力振動に応じて移動させることを特徴とする。
【0006】
請求項2は上記請求項1において、前記戻し力は前記レバーを傾けることにより生じるマスを落下させる力であることを特徴とする。
【0007】
請求項3は上記請求項1において、前記戻し力はバネ又は磁力によって強制的に生じる力であることを特徴とする。
【0008】
請求項4は上記請求項1において、前記マスのレバー上における移動速度を抑制するための移動速度抑制手段を設けたことを特徴とする。
【0009】
請求項5は上記請求項1において、前記制振バネは、前記レバーを回動方向と反対側へ回動付勢する捩りバネであることを特徴とする。
【0010】
請求項6は上記請求項5において、前記レバーの支持点を円筒型ブッシュの捩りバネ中心としたことを特徴とする
【0011】
【発明の効果】
請求項1によれば、入力振動によりレバーが上下等に回動すると、マスがレバーと一緒に振動することにより支持点から離れる方向へ遠心力を受け、同時に逆向きに戻し力を受けるので、マスがレバー上を遠心力と戻し力のバランス点へ自由に移動する。
【0012】
この遠心力は振動数、すなわち振動の角速度に応じて変化し、戻し力はほぼ一定であるから、バランス点は入力振動数に応じて変化する。このため支持点からバランス点までの距離に応じてマスのモーメント力が変化する。
そこでこのモーメント力が制振バネの作用点上に作用すると見なした等価マスを算出すれば、この振動系は、等価マスと制振バネのバネとからなるダイナミックダンパとして機能し、等価マスと制振バネによって決まる所定の共振点で共振して入力振動を制振することになる。
【0013】
しかも、等価マスは入力振動数に応じて変化するから、ダイナミックダンパの共振点は入力振動に応じて自主的に追随変化する。したがって、入力振動が変化する場合でも、共振点を自動的に追随変化させて制振できる。しかも、特別な制御装置を要さずに、極めて簡単な構造で実現できる。
【0014】
請求項2によれば、レバーを傾けることにより、マスに支持点方向へ向かう落下力を発生させ、これを戻し力とすることができる。したがって、レバーを傾斜させるだけで戻し力を発生させることができ、しかもレバーの傾きを変化させることにより、戻し力の大きさも自由に設定できる。
【0015】
請求項3によれば、バネ又は磁力を用いてマスを支持点側へ弾性付勢することにより、戻し力を強制的に発生させることができる。したがって、レバーを水平に配置しても戻し力を生じさせることができ、レバーの傾きに関係なく安定した戻し力を強制的に得ることができる。
【0016】
請求項4によれば、マスの移動速度抑制手段を設けたので、マスの急激な移動を阻止し、比較的ゆっくり移動させることができるようになり、バランス点へ正確に移動させて速やかにバランス点上へ位置決めさせることができる。このような移動速度抑制手段としては、例えば、マスとレバー間に設けた粘性抵抗や絞り通路を設けたマスをシリンダ状のレバー内における液体中を移動することによる液体の流動抵抗を利用するものがある。
【0017】
請求項5によれば、制振バネを捩りバネとしたので、レバーの振動による回動を捩りバネの捩りに変換して逆方向への戻し力を発生できる。しかも、コイルバネやゴムバネ等を用いて形成できるので、比較的コンパクトにできる。
【0018】
請求項6によれば、円筒型ブッシュを構成するゴムの捩りバネ中心をレバーの支持点とすることにより、レバーを円筒型ブッシュに片持ち支持させて振り子状に回動させることにより制振できる。したがって、振り子式ダイナミックダンパを簡単に構成することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて実施形態を説明する。図1〜図4は第1実施例に係り、図1は装置全体の概略図、図2は作用説明図、図3は等価マスを用いた原理図、図4は共振時の振幅変化を示す図である。
【0020】
図1において、このダイナミックダンパー1は、レバー2と、その上を軸方向移動自在に支持されたマス3と、レバー2の一端側を支持部4へ回動自在に支持する支持点5と、レバー2の自由端に取付けられた制振バネ6とを備える。符号7は自由端、8はダイナミックダンパー1の支持台部である。
【0021】
レバー2は丸棒状等の、例えば表面が低摩擦性をなす等の適宜材料からなるものであり、水平面に対して傾斜角θをなすように支持部4へ傾斜して取付けられ、自由端側が支持点5よりも高くなっている。この例ではレバー2が傾斜角θをなす状態を基本状態とする。
【0022】
マス3は金属等からなる適宜質量を有するものであり、例えば貫通穴9を設け、これにレバー2を通すことにより、マス3がレバー2の上を長さ方向へ移動自在になっている。但し、レバー2によるマス3の支持構造は、モノレール式にガイドする等、上記に限らず任意にできる。質量の大きさは目的とするダイナミックダンパー特性により任意に設定できる。
【0023】
制振バネ6はレバー2の自由端における上下動を抑制するものであり、そのバネ定数は目的とするダイナミックダンパー特性により任意に設定できる。材料は金属やゴム等任意であり、形状もコイルバネやその他各種形状を適用できる。
【0024】
このダイナミックダンパー1は、レバー2の自由端側等へ振動を入力し、レバー2を上下へ回動させることにより、回動するマス3と制振バネ6の相互作用によりダイナミックダンパー効果を生じ、振動を制振するようになっている。
【0025】
図2〜図4によりダイナミックダンパー1の動作原理を説明する。以下において使用する符号及び記号は次の通りである。レバー2の長さをL、マス3の質量をm、支持点5からマス3までのレバー2上における距離をr、マス3に働く重力による力をG、重力加速度をg、遠心力をF、マス3の振動時における速度をv、レバー2の回動時における角速度をω、振幅をx0、制振バネ6のバネ定数をKとする。
【0026】
ここで、入力振動によって回動するレバー2上のマス3には、重力によってレバー2上を支持点5側へ滑り落ちようとする力Gと、振動による遠心力によってレバー2上を自由端7側へ移動させようとする遠心力Fとが反対方向へ働く。重力による力Gは戻し力である。遠心力及びGの値は以下の通りである。
【0027】
遠心力F=mv2/r=m(x0ω)2/r
重力による力G=m・g・sinθ
マス3が逆方向の力FとGのバランス点でレバー2上の移動を停止する場合は、F=Gとなる。
【0028】
ここで図3に示す単純化したモデルにより等価マスMを定義する。すなわち、レバー2上の支持点5から距離r上の点に位置するマス3によってモーメント力が支持点5からの距離Lの点、すなわち自由端7において、制振バネ6の上に働き、このモーメント力に等しい重力による力を出す制振バネ上の仮想マスを等価マスMとする。
【0029】
このダイナミックダンパー系においては、共振周波数は、
ωn=(K/M)1/2={(K/m)(L/r)}1/2
となり、これより
M=m・(r/L)
となる。
【0030】
次に、レバー2が振動入力で回動するときの挙動を説明する。振動入力によりレバー2が振動周波数で回動すると、振動に対応する遠心力Fがマス3に働く。一般に周波数が大きくなると、遠心力が増大する。
【0031】
そこで、遠心力Fが大きくなって、重力による力Gを越えるとマス3はレバー2上をバランス点まで移動する。このときのレバー2上における位置をrとすれば、その点における共振周波数ωnは前記式によってそのときの等価マスMによって定まり、等価マスMもm・(r/L)によって定まる。したがって、マス3は入力振動の周波数に応じて移動し、ダイナミックダンパー1の共振周波数ωnが自動的に変化することになる。
【0032】
また、等価マスMはm・(r/L)の関係にあるから、rが大きくなるほど、すなわちLに近づく自由端7側へ移動するほど大きくなる。一方、共振周波数ωnは、前記式より、等価マスMが増加するほど低くなる。したがって、入力振動の周波数が大きくなると遠心力Fが増大し、マス3がレバー2上を自由端7側へ移動するが、逆に等価マスMの増大により共振周波数ωnが下がることになる。
【0033】
さらに、図4に示すように、一般的な振動の振幅x0は、共振点に向かって周波数が増大すると増大し、共振点を過ぎると周波数が増大するにしたがって小さくなる。
【0034】
このことは、レバー2上におけるマス3の移動は、共振周波数ωnになるまで自由端7側へ移動するが、共振周波数ωnを越えてさらに移動すると等価マスMが大きくなりすぎて共振周波数ωnが低くなり、振幅が小さくなるため、遠心力Fが小さくなり、その結果、共振点まで戻ることになる。このため、マス3はほぼ共振点となる位置へバランスして自動的に移動することになる。
【0035】
すなわち、入力振動の周波数に応じてダイナミックダンパー1は共振周波数を自動的に追随調整することを意味する。その結果、構造簡単かつ小型・軽量化した自主追随型共振装置が得られる。しかも、戻し力として重力を利用するので、さらに構造を簡単化できる。
【0036】
図5は第2実施例を示し、この例では自由端7に制振バネ6と並列のダンパー10を設けてある。このようにすると、ダンパー10による減衰が行われるため、防振効果をより大きくすることができる。
【0037】
図6は、レバー2上又はマス3の摺動部もしくは双方に粘性オイル等からなる摺動抵抗手段11を設けた第3実施例であり、これによりマス3の移動をゆっくりさせて急激な共振周波数の変化を阻止できる。すなわち摺動抵抗手段11がマスの移動速度抑制手段をなしている。
【0038】
図7以降は、レバー2の基本状態を水平にするとともに、戻し力を重力による力以外のものにした例である。図7は第4実施例であり、支持点5で片持ち支持されたレバー2を水平にし、その上にマス3を軸方向移動自在に支持し、戻しバネ12で支持点5側へ引っ張り付勢する。これにより、戻しバネ12がマス3に戻し力Rを与える。この点以外は前各実施例と同様に共振周波数を自動調整できる。自由端7側は制振バネ6の単独又はダンパー10との併用等いずれでもよい。
【0039】
図8は第5実施例であり、マス3とレバー2の自由端7側との間に磁石13,14を設け、それぞれ対面する側を同極にする。磁石は永久磁石又は電磁石のいずれも可能である。これにより、マス3が自由端7側へ近づくと、磁石13と磁石14が同極で反発し、マス3を磁力で支持点5側へ押し戻。この場合は磁力が戻し力Rとなる。
【0040】
なお、異極の組合せからなる一対の磁石を支持点5側とマス3の間に対向させて配置し、磁力を吸引力として使うこともできる。これらいずれの場合であっても、戻し力Rを磁力とした場合は、戻し力Rはマス3のレバー2上における変位量の2乗に比例するから、共振点へ移動を迅速させることができる。
【0041】
図9は第6実施例であり、支持点5をレバー2の中間部に設けるとともに、レバー2の一端に制振バネ6を設け、他端を自由端7とし、支持点5と自由端7の間にマス3を軸方向移動自在に支持し、戻しバネ12で支持点5側へ引っ張るようにしてある。
【0042】
このようにすると、マス3の移動量に対して、等価マスMの大きさをレバー比で増大させることができる。なお、制振バネ6にダンパー10を併用することは自由である。また、この支持点構造を第1〜第3実施例を含む他の実施例に適用することもできる。
【0043】
図10は第7実施例であり、マス3は非圧縮性液体が封入された筒体15内へ収容され、軸方向へピストンとして摺動自在であり、マス3に設けたオリフィス16によりマス3の両側間で液体移動を可能にしている。
【0044】
筒体15の一端は支持点5により回動自在に支持され、他端の自由端7側には制振バネ6とダンパー10が設けられる。また筒体15内の支持点5側端部とマス3の間に戻し力としても戻しバネ12が設けられる。ダンパー10の使用は任意である。
【0045】
自由端7側に振動を入力して筒体15を回動させると、マス3は入力振動の周波数に応じて筒体15内を移動するが、このときマス3はオリフィス16により減衰を伴う。したがって、マス3の移動に対する抵抗を設けることになり、この抵抗はオリフィス16におり任意に調整できる。すなわちオリフィス16にて発生する液体の流動抵抗がマスの移動速度抑制手段をなしている。なお、筒体15内へマス3を収容し、オリフィス16により抵抗を与える構造は、第1〜第3実施例における傾斜した支持構造にも適用できる。
【0046】
図11及び図12は第8実施例であり、この例では、円筒型ブッシュ20とレバー2及びマス3を備えた振り子式ダイナミックダンパとして構成されている。すなわち、レバ−2の一端は円筒型ブッシュ20の内筒21へ圧入等によって固定され、内筒21と一緒に回動することにより、レバー2が振り子式に回動し、この回動によってマス3がレバー2の上を移動してこれまで述べた自主追随型のダイナミックダンパを構成する。
【0047】
円筒型ブッシュ20は内筒21の周囲を囲んでブラケット22を設け、このブラケット22と内筒21の間に防振ゴム23が設けられ、焼き付け等によってこれらを一体化している。この円筒型ブッシュ20は取付部24をボルト等適宜手段で振動源である制振対象へ取付けることにより、ダイナミックダンパとして取付相手を制振する。
【0048】
防振ゴム23はレバー2の回動に対して捩りバネとして機能する。捩りバネである防振ゴム23の捩りバネ中心25は内筒21の中心、すなわちレバー2の回動中心と一致している。したがって、この振動系において、ダイナミックダンパの制振バネと機能する。なお、自主追随型ダイナミックダンパとしてのレバー2及びマス3の動作はこれまで述べたところと変わりがない。
【0049】
このように、自主追随型ダイナミックダンパを円筒型ブッシュ20と組み合わせて振り子式にすれば、レバー2の取付角度を調節することにより、防振すべき振動の入力方向に合わせて取付角度を容易に調節でき、ダイナミックダンパを最適角度に取付できる。
【0050】
なお、振り子式ダイナミックダンパとしては、必ずしも円筒型ブッシュ20を用いる必要はない。例えば、レバー2の一端を捩りコイルばねで支持させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例に係る装置全体の概略図
【図2】第1実施例に係る作用説明図
【図3】第1実施例に係る等価マスを使用した原理図
【図4】一般的な振動の共振における振幅の変化を示す図
【図5】第2実施例に係る概略図
【図6】第3実施例に係る概略図
【図7】第4実施例に係る概略図
【図8】第5実施例に係る概略図
【図9】第6実施例に係る概略図
【図10】第7実施例に係る概略図
【図11】第8実施例に係る概略図
【図12】図11の12−12線に沿う断面図
【符号の説明】1:ダイナミックダンパー、2:レバー、3:マス、5:支持点、6:制振バネ、7:自由端、10:ダンパー、11:戻しバネ、12:磁石、13:磁石、14:非圧縮性液体、15:筒体、16:オリフィス、20:円筒型ブッシュ
Claims (6)
- 支持点を中心に回動自在に支持されたレバーと、このレバーの回動を阻止する方向に弾力付勢する制振バネと、このレバー上に長さ方向へ移動自在に支持されたマスとを備え、このマスを前記支持点から遠ざかる方向へ移動させるように働く遠心力と、これと逆向きに働いてマスを支持点方向へ移動させる戻し力とのバランスにより、マスを入力振動に応じて移動させることを特徴とする自主追随型共振装置。
- 前記戻し力は前記レバーを傾けることにより生じるマスを落下させる力であることを特徴とする請求項1の自主追随型共振装置。
- 前記戻し力はバネ又は磁力によって強制的に生じる力であることを特徴とする請求項1の自主追随型共振装置。
- 前記マスのレバー上における移動速度を抑制するための移動速度抑制手段を設けたことを特徴とする請求項1の自主追随型共振装置。
- 前記制振バネは、前記レバーを回動方向と反対側へ回動付勢する捩りバネであることを特徴とする請求項1の自主追随型共振装置。
- 前記レバーの支持点を円筒型ブッシュの捩りバネ中心としたことを特徴とする請求項5の自主追随型共振装置。
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JP2003096126A JP4311716B2 (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 自主追随型共振装置 |
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CN107841938A (zh) * | 2017-12-06 | 2018-03-27 | 南通蓝科减震科技有限公司 | 一种可连续调频的新型滑动tmd |
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