JP2012062908A

JP2012062908A - 制振装置

Info

Publication number: JP2012062908A
Application number: JP2010205138A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuhisa; 寛松久
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【課題】制振対象物の衝撃による第１波の振幅を低減するだけでなく、耐用年数やメンテナンス性に優れており、軽量且つコンパクトに構成可能な制振装置を提供する。
【解決手段】制振対象物２００の下面に接触して固定された磁石部２と、この磁石部２の磁気吸引力により、この磁石部２に接触して保持された磁性体である１又は複数の質量要素３とを備え、制振対象物２００の上部に外力が加わると、質量要素３が運動量保存側により磁石部２から離間するとともに、その離間後に磁石部２の磁気吸引力によって磁石部２に接触するように構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、制振装置に関し、特に外力を受けた構造物の衝撃を好適に吸収する制振装置に関するものである。

近年、騒音や振動に対する関心はますます高まっており、制振や防音は、快適な環境の維持のために必要不可欠となってきている。

このような状況の中で、鍛造加工用の機械、特にプレス機械等は、打ち抜き加工時に強烈な衝撃を伴って騒音と振動が発生し、工場内の他の精密機械へ悪影響を及ぼすだけでなく、工場やその周辺への振動障害となっている。

また、エアロビクスやスポーツジムなどのスポーツ施設、アリーナ、ホール、ドームなど巨大集合施設では、利用の形態によっては大きな衝撃が発生し、床が振動して、周辺の環境などに振動障害を生じさせる可能性がある。マンションなどの集合住宅においても、上階における例えば子供の飛び跳ねによって、下階に振動騒音をもたらすという問題がある。

これらの騒音や振動の低減方法としては、例えば床などの質量を大きくしたり、堅固にする等の方法が考えられるが、これは大規模な地盤工事又は基礎工事を必要するので低減方法としては非常に大がかりなものとなってしまう。

さらに、動吸振器を用いて騒音及び振動を低減することが考えられる。これは、大規模な基礎工事を必要としないという点で有益ではあるが、衝撃による第１波の振幅を低減することができないという問題がある。

これに対して、本発明者は、特許文献１、２に示すように、制振対象となる床などに質量要素を接触させ、制振対象への衝撃を質量要素に伝達することにより、制振対象である床の振動を低減するという発明を創作している。

しかしながら、この制振装置では、バネやダッシュポットを用いていることから、その耐用年数やメンテナンス性に問題がある。

一方で、特許文献３のように、鉄等の多数の粒状体を箱体内に収容して、当該箱体を床等の制振対象物の下部に取り付ける方法が提案されている。

しかしながら、多数の粒状体を箱体に収容して床下に取り付けるだけでは、制振対象物の衝撃による第１波の振幅を有効に低減することができない。具体的には図７に示すように、衝撃源が衝突すると（外力が加わると）、図７の右図のように、衝撃力が大きく、箱体の加速度が１ｇを超える場合は箱体のみが制振対象物とともに動き、箱体内に収容されている多数の粒状体は箱体の底から浮いた状態となり、衝撃吸収効果はない。衝撃力が小さく、箱体の加速度が１ｇ以下の場合は、粒状体は箱体の底にくっついた状態を維持し、衝撃による第１波の振幅を低減する要因となるのは、箱体の質量増加分のみである。これは従来から行われている制振対象物の質量を大きくするものと何ら変わりがない。

特開平１０−１１０７７４号公報特開２００６−２９２１５１号公報特開２００２−１１５３６３号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、制振対象物の衝撃による第１波の振幅を低減するだけでなく、耐用年数やメンテナンス性に優れており、軽量且つコンパクトに構成可能な制振装置を提供することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る制振装置は、制振対象物の下面又は当該制振対象物の下面に設けられた中間部材の下面に接触して固定された磁石部と、前記磁石部の磁気吸引力により、当該磁石部に接触して保持された磁性体である１又は複数の質量要素とを備えており、前記制振対象物の上部に外力が加わると、前記質量要素が運動量保存側により前記磁石部から離間するとともに、その離間後に前記磁石部の磁気吸引力によって前記磁石部に再接触することを特徴とする。

このようなものであれば、磁石部に接触して保持された質量要素が、外力が加わると運動量保存則により磁石部から離間することによって、制振対象物に加わる加速度が小さくなり、衝撃による第１波の振幅を低減することができる。つまり、外力により制振対象物に与えられる運動量を、質量要素に負担させることで制振対象物の振動を低減することができる。また、磁石部の磁気吸引力により質量要素を磁石部に接触して保持するとともに、離間後においても磁石部の磁気吸引力により質量要素が磁石部に接触することから、バネやダッシュポットを不要とすることができ、耐用年数やメンテナンス性に優れたものとできる。さらに、磁石部により１又は複数の質量要素を保持するものであり、装置構成を簡単化することができるので、軽量化及びコンパクト化が可能となる。

ここで本発明の制振装置における衝撃吸収の原理について説明する。
具体的には球の１次元での衝突を例に、運動量交換型の衝撃吸収の原理を説明する。３球の配置を図１に示す。球１は制振装置における質量要素、球２は床や梁などの制振対象物、球３は衝撃源である。球１、球２、球３の質量をそれぞれｍ_１、Ｍ、ｍ_３とし、球１と球２、球３と球２の間の反発係数をそれぞれｅ_１、ｅ_３とする。球１と球２は静止しており、球３は初速度ｖ_３で衝突する。

まず、球１がなく、球３が球２のみに衝突する場合において、衝突後の球２の速度をＶ、球３の速度をｖ_３’とすると、次式が成り立つ。

式（１）及び（２）より、衝突後の球２の速度は次式で与えられる。

次に、球１が球２に剛に結合され、球２が球１の質量の分だけ重くなる場合（球２と球１が固着した場合）、衝突後の球１及び球２の速度をＶ_１’とすると、Ｖ_１’は次式のように表される。

最後に、当初球１が球２に接触していて、衝突後分離する場合、まず、球３と球２が衝突し、その直後に球２が球１と衝突するとする。また、一度衝突すると分離し、２度当たりはないとする。以下に示す運動量保存則及び反発係数の式より、球２と球３の衝突後のそれぞれの速度をＶ’’、ｖ_３’’’、球１と球２の衝突後のそれぞれの速度をｖ_１、Ｖ’’’とすると、次式が成り立つ。

式（５）〜（８）より、衝突後の速度Ｖ’’’は次式になる。

衝突後の球２の速度ｖ（＝Ｖ’、Ｖ’’’）とＶの比を球１の球２に対する質量比ｍ_１／Ｍに対応させて図２に示す。この図２より、球２のみの場合及び球２に球１を剛結合させた場合よりも、球２に球１を接触させた方が制振対象物である球２の衝突後の速度が小さくなり、衝撃時の加速度が低減されることがわかる。また、質量比及び反発係数ｅ_１は大きいほど制振効果が高くなる。

この機構が鉛直方向に設置され、球２の中に球１がある場合は，球１は球２の底にあるので、衝撃に対しては何の効果もない。衝撃が小さい場合、すなわち球２が受ける加速度が１ｇ以下の場合は球３は球２と離れることなく、ともに動くので、球２の質量が大きくなっただけの効果である。球２が受ける加速度が１ｇ以上の場合は球３は球２と離れるので、質量が大きくなる効果さえも失われる。

磁石部から離間した質量要素の運動エネルギを消散させることによって、衝撃による第１波の振幅を低減するだけでなく、その後の振幅も好適に低減するためには、前記磁石部及び前記質量要素を収容し、前記質量要素が前記磁石部から離間して移動することを許容する空間を有する収容部をさらに備えており、前記収容部内部に、前記磁石部から離間した質量要素のエネルギを低減する緩衝部材が設けられていることが望ましい。

また、本発明に係る制振装置は、制振対象物の下方に固定された第１の磁石部と、前記制振対象物と前記第１の磁石部の間に設けられ、前記第１の磁石部との間で磁気反発力を生じる第２の磁石部を有し、前記制振対象物の下面又は当該制振対象物の下面に設けられた中間部材の下面に接触して設けられた１又は複数の質量要素と、前記制振対象物の上部に外力が加わると、前記質量要素が運動量保存側により前記制振対象物から離間するとともに、その離間後に前記第１の磁石部との間で生じる磁気反発力によって前記制振対象物に再接触することを特徴とする。このようなものであっても、上記の制振装置と同様の効果を奏する。

このように構成した本発明によれば、制振対象物の衝撃による第１波の振幅を低減するだけでなく、耐用年数やメンテナンス性に優れており、軽量且つコンパクトに構成可能な制振装置を提供することができる。

制振装置における衝撃吸収の原理を説明するための図。球２の速度比と球１の球２に対する質量比との関係を示す図。本実施形態の制振装置の構成を示す模式図。同実施形態の制振装置の動作を示す図。変形実施形態に係る制振装置の構成を示す模式図。別の変形実施形態に係る制振装置の構成を示す模式図。従来の制振装置の一例を示す図。

以下に本発明に係る制振装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る制振装置１００は、図３に示すように、床等の制振対象物２００の下面に固定して設けられて玉突きの原理を用いたものであり、制振対象物２００の下面に取り付けられるケーシング４の上壁（中間部材）４１の下面に接触して固定された磁石部２と、磁石部２の磁気吸引力により、当該磁石部２の下面に接触して保持された磁性体である複数の質量要素３と、前記磁石部２及び前記質量要素３を収容する収容部たるケーシング４と、当該ケーシング４の下壁４２の上面に前記磁石部２に対向して設けられた緩衝部材５とを備えている。

磁石部２は永久磁石であり、ケーシング４の上壁４１の略全体を覆う概略平板状をなすものである。永久磁石としては、例えばフェライト磁石やネオジム磁石等を用いることができる。なお、複数の磁石部２をケーシング４の上壁４１に間欠的に設けても良い。

質量要素３は、磁性体であれば特に限定されないが、安価に構成するためには鉄球や鉄ビレットを用いることが望ましい。そして、この質量要素３は、自然状態（制振対象物２００の上部に外力が加わらない状態）では磁石部２に吸引して保持され、制振対象物２００の上部に衝撃が加わると、運動量保存則により磁石部２から離間するとともに、その離間後に磁石部２の磁気吸引力によって磁石部２に戻る。

ケーシング４は、前記磁石部２及び質量要素３を収容するものであり、制振対象物２００の下面にその上壁４１の上面が接触するように固定されている。またケーシング４は、質量要素３が磁石部２から下方に離間して移動することを許容する空間Ｓ１を有するものである。ケーシング４としては、例えばステンレス鋼、アルミニウムやプラスチックからなり概略直方体形状の箱形状をなすものであっても良いし、断面概略矩形状をなすパイプや桁であっても良い。

緩衝部材５は、ケーシング４内において下壁４２の略全体に設けられており、磁石部２から下方に所定距離離間した質量要素３に接触して、質量要素３の運動エネルギを消散するものである。緩衝部材５としては、例えば弾性変形によって衝撃を吸収する弾性体やクッション等である。

ここで永久磁石２の磁力と永久磁石２及び緩衝部材５の距離との関係について説明する。
まず永久磁石２の磁力は、所定値以上の衝撃力を有する外力が加わった際に、その永久磁石２から質量要素３が離間するように設定されている。永久磁石２の磁力を小さくすれば、小さい衝撃力に対応することができるし、その磁力を大きくすれば、大きい衝撃力の場合にのみ対応することができる。

また、永久磁石２の磁力は、質量要素３が空間Ｓ１内において永久磁石２から最も離れた位置（本実施形態では緩衝部材５に接触している位置、緩衝部材５が無い場合にはケーシング４の下壁４２に接触している位置）において、その質量要素３に係る重力よりも強い磁気吸引力を有し、再び磁石部２に吸引されるように設定されている。逆に言えば、永久磁石２及び緩衝部材５の距離は、緩衝部材５に接触した質量要素３が永久磁石２の磁気吸引力によって磁石２側に移動して吸着されるように設定されている。

次にこのように構成した制振装置１００の動作について図４を参照して説明する。
外力が加わる前（衝撃源３００が衝突する前）においては、制振装置１００の質量要素３は、磁石部２に吸着されてケーシング４の上壁４１を介して制振対象物２００の下面に接触した状態（運動量保存則が成立しうる状態）である。（図４（Ａ）参照）。その後、外力が加わる（衝撃源３００が衝突する）と、制振装置１００の質量要素３は、その外力を受けて運動量保存則により磁石部２の磁気吸引力に反して磁石部２から離間して下方に移動する。そして、下方に離間移動した質量要素３は、互いに衝突しないながら、ケーシング４の側壁４３に接触、又はケーシング４の下壁に設けられた緩衝部材５に接触することによって、運動エネルギを消散する（図４（Ｂ）参照）。その後、質量要素３は、磁石部２の磁気吸引力により磁石部２側（上方）に移動して再び磁石部２に吸着保持される。これにより、外力により制振対象物２００に与えられる運動量の時間変化（力積）を、質量要素３に負担させることで制振対象物２００の振動を低減することができる。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る制振装置１００によれば、磁石部２に接触して保持された質量要素３が、外力が加わると運動量保存則により磁石部２から離間することによって、制振対象物２００に加わる加速度が小さくなり、衝撃による第１波の振幅を低減することができる。
また、磁石部２の磁気吸引力により質量要素３を磁石部２に接触して保持するとともに、離間後においても磁石部２の磁気吸引力により質量要素３が磁石部２に接触することから、バネやダッシュポットを不要とすることができ、耐用年数やメンテナンス性に優れたものとできる。
さらに、磁石部２により複数の質量要素３を保持するものであり、装置構成を簡単化することができるので、軽量化及びコンパクト化が可能となる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では質量要素を複数用いたものであったが、図５に示すように１つの質量要素３を用いたものであっても良い。

また、磁石部２により質量要素３を制振対象物側に吸着させる構成の他、図６に示すように、磁石の磁気反発力を用いて質量要素３を制振対象物２００の下部に接触するように構成しても良い。具体的にこの制振装置１００は、制振対象物２００の下方に固定された第１の磁石部Ｍ１と、制振対象物２００と第１の磁石部Ｍ１の間に設けられ、第１の磁石部Ｍ１との間で磁気反発力を生じる第２の磁石部Ｍ２を有し、制振対象物２００の下部に接触して設けられた１又は複数の質量要素３と、制振対象物２００の上部に外力が加わると、質量要素３が運動量保存側により制振対象物２００から離間するとともに、その離間後に第１の磁石部Ｍ１と第２の磁石部Ｍ２との間で生じる磁気反発力によって制振対象物２００に接触するように構成している。なお第１の磁石部Ｍ１及び第２の磁石部Ｍ２は共に永久磁石からなる。そして、第１の磁石部Ｍ１及び第２の磁石部Ｍ２は同一極性同士が対向するように支持部材６により支持されている。具体的に第１の磁石部Ｍ１は、支持部材６により制振対象物２００の下方の所定位置に固定されている。また、第２の磁石部Ｍ２は、支持部材６により制振対象物２００と第１の磁石部Ｍ１の間をスライド可能に支持されている。

さらに、緩衝部材はケーシングの下壁に設ける他に側壁にも設けることで、より一層エネルギの消散効率を向上させることができる。

その上、前記実施形態のケーシングは、断面環状枠形状をなすものであり、その上壁上面が制振対象物の下面に接触し、上壁下面に磁石部が設けられている、つまり磁石部が中間部材の下面に接触して固定されるものであったが、その他、ケーシングが上部開口を有する断面略コの字形状をなすものとして、その開口端が制振対象物の下面に固定されるとともに磁石部が制振対象物の下面に直接固定されるものあっても良い。

加えて、前記実施形態では磁石部が永久磁石のみからなるものであったが、その他に、例えば永久磁石をケーシング又は制振対象物に固定するための固定部材、又は、永久磁石の下面に質量要素の再吸着時における衝撃を緩和する緩衝部材を有するものであっても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・制振装置
２００・・・制振対象物
２・・・磁石部
３・・・質量要素
４・・・ケーシング
５・・・緩衝部材
Ｍ１・・・第１の磁石部
Ｍ２・・・第２の磁石部

Claims

制振対象物の下面又は当該制振対象物の下面に設けられた中間部材の下面に接触して固定された磁石部と、
前記磁石部の磁気吸引力により、当該磁石部に接触して保持された磁性体である１又は複数の質量要素とを備えており、
前記制振対象物の上部に外力が加わると、前記質量要素が運動量保存側により前記磁石部から離間するとともに、その離間後に前記磁石部の磁気吸引力によって前記磁石部に再接触することを特徴とする制振装置。
前記磁石部及び前記質量要素を収容し、前記質量要素が前記磁石部から離間して移動することを許容する空間を有する収容部をさらに備えており、
前記収容部内部に、前記磁石部から離間した質量要素のエネルギを低減する緩衝部材が設けられている請求項１記載の制振装置。
制振対象物の下方に固定された第１の磁石部と、
前記制振対象物と前記第１の磁石部の間に設けられ、前記第１の磁石部との間で磁気反発力を生じる第２の磁石部を有し、前記制振対象物の下面又は当該制振対象物の下面に設けられた中間部材の下面に接触して設けられた１又は複数の質量要素と、
前記制振対象物の上部に外力が加わると、前記質量要素が運動量保存側により前記制振対象物から離間するとともに、その離間後に前記第１の磁石部との間で生じる磁気反発力によって前記制振対象物に再接触することを特徴とする制振装置。