JP2006348996A - 衝撃ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】 構造体の上下振動を小振幅から効果的に低減することができる衝撃ダンパーを提供する。
【解決手段】 衝撃ダンパー１０は床や梁などの構造体４上に設置されており、容器２内の重錘１がバネ３で上下方向Ｖに懸吊され、容器２の天板２ａおよび底板２ｂと重錘１の間に、それぞれ所定の間隙Ｌ、Ｌが設けられた構成とされている。重錘１は、円柱状とされ、その上下端部１ａ、１ｂは外方に凸状とされて、ほぼ米俵の形状をしている。重錘１の材質は鋼製であって、その外周部はゴムなどの弾性体で被覆されている。一方、バネ３にはコイルバネを使用し、バネ３の一端３ａを容器２の天板２ａに固定するとともに、他端３ｂを重錘１の側面部１ｃに接合する。構造体４が上下方向Ｖに振動すると、容器２内の重錘１が容器２の天板２ａおよび底板２ｂに衝突し、その衝撃により構造体４の振動が低減される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、衝撃ダンパーに関し、特に、構造体の上下振動を低減するための衝撃ダンパーに関する。

従来より、床や梁などの構造体の上下振動を低減するために、ＴＭＤ（Ｔｕｎｅｄ Ｍａｓｓ Ｄａｍｐｅｒ）が用いられている（例えば、特許文献１参照）。ＴＭＤは、通常、重錘、バネ、および減衰装置からなる１自由度振動系として構成され、ＴＭＤの固有周期を構造体の１次固有周期と同調させて、重錘を構造体の振動と逆方向に振動させることにより、構造体の振動を低減するものである。
他方、ＴＭＤにおけるバネおよび減衰装置を取り除き、単に重錘を構造体に衝突させることによって構造体の応答を低減する衝撃ダンパーは、機構が単純で周期調整が不要なため、道路照明灯の風揺れ対策などに使用されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−１９６０１９号公報 （第２頁、第１−２図） 特開２００３−２０６９８１号公報 （第３−５頁、第１−７図）

構造体の水平振動を小振幅から効果的に低減する衝撃ダンパーは知られているが、構造体の上下振動の低減に衝撃ダンパーを適用するのは難しい。この理由は、重錘に重力が作用しているため、小さな振幅範囲では、重錘が構造体と一体化したまま跳ねず、衝突が生じないからである。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、構造体の上下振動を小振幅から効果的に低減することができる衝撃ダンパーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、上下方向に所定の間隔を空けて構造体に設置された天板と底板の間を移動自在な重錘が、前記天板と前記底板に衝突することにより、前記構造体の上下振動を低減する衝撃ダンパーであって、前記重錘がバネで上下方向に支持され、静止状態において、前記重錘と前記天板および前記底板との間に接触応力が生じないことを特徴とする。
ここで、重錘と天板および底板との間に接触応力が生じない状態とは、静止状態において、重錘が天板および底板と非接触である状態だけでなく、重錘が天板および／または底板と接触してはいるが、接触応力が重錘に作用する重力に比べて工学的に無視できるほど小さい状態も含んでいる。
本発明では、重錘がバネで上下方向に支持されているので、重錘に作用する重力の影響がキャンセルされ、構造体の上下振動を小振幅から効果的に低減することができる。

また、本発明では、前記重錘は、弾性体で被覆されていてもよい。
本発明では、重錘が弾性体で被覆されているので、弾性体が減衰材として機能するうえ、衝突時の衝撃音を緩和することができる。

本発明に係る衝撃ダンパーでは、重錘がバネで上下方向に支持されているので、重錘に作用する重力の影響がキャンセルされ、構造体の上下振動を小振幅から効果的に低減することができる。

以下、本発明に係る衝撃ダンパーの実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る衝撃ダンパーの第一の実施形態を示す立断面図である。
本実施形態による衝撃ダンパー１０は床や梁などの構造体４上に設置されており、容器２内の重錘１がバネ３で上下方向Ｖに懸吊され、容器２の天板２ａおよび底板２ｂと重錘１の間に、それぞれ所定の間隙Ｌ、Ｌが設けられた構成とされている。

重錘１は、円柱状とされ、その上下端部１ａ、１ｂは外方に凸状とされて、ほぼ米俵の形状をしている。また、重錘１の材質は鋼製であって、その外周部はゴムなどの弾性体で被覆されている。これにより、弾性体が減衰材として機能し、さらに衝突時の衝撃音を緩和することができる。

一方、バネ３にはコイルバネを使用し、バネ３の一端３ａを容器２の天板２ａに固定するとともに、他端３ｂを重錘１の側面部１ｃに接合する。

重錘１の質量は構造体４の質量の１／１００〜１／１０程度とし、重錘１の質量とバネ３のバネ定数から定まる固有振動数は、構造体４の固有振動数より十分小さいものとする。例えば、後述のシミュレーションモデルでは１／１０としている。

上記構成により、床や梁などの構造体４が上下方向Ｖに振動すると、容器２内の重錘１が容器２の天板２ａおよび底板２ｂに衝突し、その衝撃により構造体４の振動が低減される。

図２は、本発明に係る衝撃ダンパーの第二の実施形態を示す立断面図である。
本実施形態による衝撃ダンパー２０は、重錘１をバネ１３で下方から支持する点において第一の実施形態と異なっている。バネ１３にはコイルバネを使用し、バネ１３の一端１３ａを容器２の底板２ｂに固定するとともに、他端１３ｂを重錘１の側面部１ｃに接合する。

図３は、本発明に係る衝撃ダンパーの第三の実施形態を示す立断面図である。
本実施形態による衝撃ダンパー３０は、第一および第二の実施形態で使用したコイルバネに代えて、板バネを使用する。具体的には、帯状の板バネ２３の一端２３ａを重錘１の側面部１ｃに接合するとともに、他端２３ｂを支持部材５を介して容器１２の底板１２ｂに固定し、重錘１と容器１２の天板１２ａおよび底板１２ｂとの間に、それぞれ所定の間隙Ｌ、Ｌが設けられた状態とする。

上記構成により、床や梁などの構造体４が上下方向Ｖに振動すると、重錘１は支持部材５を基点として上下方向Ｖに振動する。その結果、重錘１が容器１２の天板１２ａおよび底板１２ｂに衝突し、その衝撃により構造体４の振動が低減される。

次に、本発明に係る衝撃ダンパーの制振効果を検証するために実施したシミュレーションについて説明する。
図４は、シミュレーションモデルの図である。構造体Ｓは、マスＭとバネＫとダッシュポットＣとからなる１質点系モデルとし、その固有振動数を１０Ｈｚ、減衰定数を２％とした。
一方、衝撃ダンパーＤは、重錘ｍがバネｋで容器ｂから懸吊されているものとし、重錘ｍの質量を構造体ＳのマスＭの３％、その固有振動数を１Ｈｚとした。また、重錘ｍと容器ｂとの間隙Ｌは１．１ｃｍ、反発係数は０．９とした。

図５は、図４に示すシミュレーションモデルを用いて動的解析を行った応答結果を、従来の衝撃ダンパーによる応答結果と比較して示したものである。具体的には、地盤Ｇを１０Ｈｚの正弦波で上下方向Ｖに加振した際の構造体Ｓの加速度応答を示している。同図より、本発明に係る衝撃ダンパーＤを設置した場合の構造体Ｓの加速度応答Ｒ_１が、従来の衝撃ダンパーを設置した場合の構造体Ｓの加速度応答Ｒ_２に比べて格段に小さくなっていることがわかる。

従来の衝撃ダンパーの場合、小さな振幅範囲では、重力の影響で重錘が容器の底に留まるため、衝突が生じず、ダンパーとして機能しない問題があった。しかし、本実施形態による衝撃ダンパー１０、２０、３０では、重錘１がバネ３、１３、２３により上下方向Ｖに支持されているので、重錘１に作用する重力の影響がキャンセルされ、構造体４の上下振動を小振幅から効果的に低減することができる。
また、本実施形態による衝撃ダンパー１０、２０、３０は、簡便な構成なため安価に製造できるうえ、設置後の調整も不要なため、人手が届かないような場所に設置することも可能である。

なお、容器２、１２内における重錘１の高さ調整は全て工場段階でできるため、現場における作業は構造体４に取り付けるのみでよい。このため、現場作業には、特別な技量や道具は不要で、誰でも容易に行うことができる。

以上、本発明に係る衝撃ダンパーの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、容器の天板および底板と重錘の間に、それぞれ所定の間隙が設けられた構成としているが、重錘に作用する重力に比べて接触応力が工学的に無視できるほど小さければ、重錘は天板および／または底板と接触していてもよい。また、上記の実施形態では、重錘の形状を米俵状としているが、球体など他の形状でもよいし、また上記の実施形態では、重錘を鋼製とし、弾性体で被覆しているが、これに限定する必要もない。要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。

本発明に係る衝撃ダンパーの第一の実施形態を示す立断面図である。 本発明に係る衝撃ダンパーの第二の実施形態を示す立断面図である。 本発明に係る衝撃ダンパーの第三の実施形態を示す立断面図である。 本発明に係る衝撃ダンパーの制振効果を検証するためのシミュレーションモデルの図である。 シミュレーションモデルを用いて動的解析を行った応答結果を、従来の衝撃ダンパーによる応答結果と比較して示した図である。

符号の説明

１ 重錘
２、１２ 容器
２ａ、１２ａ 天板
２ｂ、１２ｂ 底板
３、１３、２３ バネ
４ 構造体
５ 支持部材
１０、２０、３０ 衝撃ダンパー
Ｖ 上下方向

Claims (2)

1. 上下方向に所定の間隔を空けて構造体に設置された天板と底板の間を移動自在な重錘が、前記天板と前記底板に衝突することにより、前記構造体の上下振動を低減する衝撃ダンパーであって、
   前記重錘がバネで上下方向に支持され、静止状態において、前記重錘と前記天板および前記底板との間に接触応力が生じないことを特徴とする衝撃ダンパー。
2. 前記重錘は、弾性体で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の衝撃ダンパー。

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