JP2022088760A

JP2022088760A - 可変慣性質量ダンパー

Info

Publication number: JP2022088760A
Application number: JP2020200763A
Authority: JP
Inventors: 和彦平元; Kazuhiko Hiramoto; 一生山崎; Kazuo Yamazaki
Original assignee: Niigata University NUC; Sanwa Tekki Corp
Current assignee: Niigata University NUC; Sanwa Tekki Corp
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2022-06-15

Abstract

【課題】慣性質量を広い範囲で連続的に変更できる可変慣性質量ダンパーで、小型化可能なものを提供する。【解決手段】可変慣性質量ダンパー１００は、ボールねじ軸１１１で円軌道運動する重錘１２０を含む回転質量部１４０を具備する。重錘保持手段１３０は、第１、第２の回転支持部１３１，１３２と、それらに枢支されるアーム部材１３３とを具備し、重錘１２０を、それの円軌道運動の半径を連続的に変更可能にボールねじ軸１１１に保持する。筒状の第１の回転支持部１３１は、ボールねじ軸１１１と一体回転し、第２の回転支持部１３２は、第１の回転支持部１３１の内側に相対回転不能かつそれの軸線に沿って相対移動可能である。駆動手段１５０で第２の回転支持部１３２を第１の回転支持部１３１に対して軸線方向に相対移動させることで、アーム部材１３３を起伏させ、重錘１２０の円軌道運動の半径を変更する。【選択図】図１

Description

本発明は、可変慣性質量ダンパー、更に詳しくは、直線運動を回転運動に変換して重錘部を円軌道運動させ、慣性質量を発生する可変慣性質量ダンパーに関する。

建築構造物や機器における振動の伝達を抑制する装置として、直線運動をフライホイールの回転運動に変換する機構を備え、この回転するフライホイールの慣性モーメントを制振に利用する慣性質量ダンパーがある。このような慣性質量ダンパーの慣性質量を連続的に変更できるものとして特許文献１に開示されたものがある。
この装置は、ボールねじナットの直線運動をボールねじ軸の回転運動に変換するボールねじ機構と、ボールねじ軸の回転運動に伴って円軌道運動する錘部とを具備する。錘部は、第１及び第２の回転支持部とアーム部材を備える錘部保持手段により、それの円軌道運動の半径を連続的に変更可能な状態でボールねじ軸に保持される。錘部の円軌道運動の半径の変更により、慣性質量を連続的に変更できる。

特開２０１６－１５１２８７公報

上記従来の慣性質量ダンパーにおいては、回転支持部が左右に分かれ、アーム部材が錘部の両端に存在しており、一つの錘部について２本のアーム部材の除外できない慣性質量値が加わることになる。このため、慣性質量の下限値が大きくなりがちで、可変慣性質量の可変範囲を大きくとりにくい。また、２つのアーム部材間の角度を水平にすると不安定状態となるため、所定の角度を持たせる必要上、錘部の回転円軌道の半径を一定以下に小さくすることができず、これも慣性質量下限値を小さくし難い要因となる。さらに、長さ方向２本のアーム部材の存在により、装置の全長を短くしにくい等の問題点がある。
したがって、本発明は、コンパクトな全長でありながら、広い慣性質量の可変範囲を持つ可変慣性質量ダンパーを提供することを課題とする。

以下、図面の符号を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記課題を解決するための、本発明の可変慣性質量ダンパー１００は、例えば一方の構成部材であるボールねじナット１１２の直線運動を他方の構成部材であるボールねじ軸１１１の回転運動に変換するボールねじ機構１１０と、他方の構成部材１１１の回転運動に伴って円軌道運動することにより慣性質量を発生させる重錘１２０を有する回転質量部１４０とを具備する。回転質量部１４０は、重錘保持手段１３０により、重錘１２０を、それの円軌道運動の半径を連続的に変更可能な状態で他方の構成部材１１１に保持する。重錘保持手段１３０は、第１の回転支持部１３１と、第２の回転支持部１３２と、アーム部材１３３とを具備する。第１の回転支持部１３１は、筒状で、ボールねじ機構１１０の他方の構成部材１１１に相対回転不能に取付けられ、中心軸線をボールねじ軸の軸線Ｏに沿わせて配置される。第２の回転支持部１３２は、第１の回転支持部１３１の内側に相対回転不能かつ第１の回転支持部１３１の軸線に沿って相対移動可能に設けられる。アーム部材１３３は、重錘１２０を保持して第１及び第２の回転支持部１３１，１３２に枢支され、第１の回転支持部１３１と第２の回転支持部１３２との軸線方向の相対変位により重錘１２０の円軌道運動の半径を変更するように起伏自在に設けられる。駆動手段１５０により、第２の回転支持部１３２を第１の回転支持部１３１に対して軸線方向に移動させることで、アーム部材１３３を起伏させ、重錘１２０の円軌道運動の半径を変更できる。

本発明によれば、１本のアーム部材１３３で各重錘１２０が支持されるため、左右２本のアーム部材で１つの重錘を支持する場合に比して慣性質量を小さく設計できるし、アーム部材１３３の角度を水平（ボールねじ軸の軸線と平行）に配置して重錘１２０の回転軌道半径を小さくできるので、これも慣性質量の下限値を小さくする設計の可能性に貢献する。装置の軸線方向左右２本のアーム部材で１つの重錘を支持する従来の構造に比して、装置の全長を短く構成することもできる。

本発明の一実施形態に係る可変慣性質量ダンパーの断面図である。図１の可変慣性質量ダンパーの慣性質量最小設定時の断面図である。図１の可変慣性質量ダンパーの慣性質量最大設定時の断面図である。

図１に示すように、可変慣性質量ダンパー１００は、ボールねじ機構１１０と、重錘１２０と重錘保持手段１３０とを含む回転質量部１４０と、駆動手段１５０と、ケース部材１６０と、接続部材１７０とから構成される。

ボールねじ機構１１０は、ボールねじ軸１１１とボールねじナット１１２とを備え、一方の構成部材であるボールねじナット１１２の直線運動を他方の構成部材であるボールねじ軸１１１の回転運動に変換する。なお、ボールねじ軸１１１を直線運動させ、ボールねじナット１１２を回転駆動させる構成とすることもできる。

重錘１２０は、ボールねじ軸１１１の軸線Ｏを対称軸として２個配置され、ボールねじ軸１１１の回転により所定半径「Ｒ」で回転軌道運動する。なお、重錘１２０は、軸線Ｏの周囲に等角度間隔で配置されれば、３個以上設けてもよい。

重錘保持手段１３０は、重錘１２０をボールねじ軸１１１に、回転半径が変更可能な状態で保持する。

駆動手段１５０は、重錘保持手段１３０を変形させることにより、重錘１２０の回転軌道の半径「Ｒ」を変更する。

ケース部材１６０は、ボールねじ軸１１１を低摩擦状態で回転運動可能に保持し、ボールねじナット１１２を相対回転不能且つ直線運動可能に保持する。ケース部材１６０は、回転質量部１４０を覆う大径円筒状ケーシング部１６１と、その一端側の小径円筒状の支持部１６２と、他端側において駆動手段１５０を覆う円筒状の小ケーシング部１６３と、その外側の接続部１６４とを具備する。接続部１６４は、可変慣性質量ダンパー１００を他の構造部材等に接続できる。

一端側の接続部材１７０は、支持部１６２内に、軸線Ｏに沿って出入り自在、回転不能に挿入され、内方端にボールねじナット１１２が固着される。接続部材１７０は、ボールねじナット１１２をケース部材１６０に対して直線運動可能に保持すると共に、可変慣性質量ダンパー１００を他の構造部材等に接続できるように構成される。

ボールねじ機構１１０は、公知の機構である。ボールねじ軸１１１はケース部材１６０にベアリング１８０で支持される。接続部材１７０と共にボールねじナット１１２を直線運動させると、ボールねじ軸１１１は回転運動する。

回転質量部１４０を構成する重錘保持手段１３０と重錘１２０について説明する。重錘保持手段１３０は、ボールねじ軸１１１に接続された第１の回転支持部１３１と、第２の回転支持部１３２とを備える。重錘１２０は、アーム部材１３３の先端部に取付けられる。アーム部材１３３は、基端側の屈曲部１３３ａにおいて「く」字状に屈曲した屈折棒状で、第１の回転支持部１３１と第２の回転支持部１３２との間に枢支される。

第１の回転支持部１３１は、一端側が、ケース部材１６０の支持部１６２内においてベアリング１８１を介して回転自在に支持され、ボールねじ軸１１１に一体回転可能に接続される。第１の回転支持部１３１の他端側の円筒状部１３１ａは、ケーシング部１６１内に延び、ケーシング部１６１の端壁１６１ａにベアリング１８２を介して回転自在に支持される。円筒状部１３１ａの一端側の対向位置には軸線方向に延びるスリット１３１ｂが形成される。

第２の回転支持部１３２は、第１の回転支持部１３１の円筒状部１３１ａ内に、これと一体回転し、且つ軸線方向には移動自在に設けられ、スリット１３１ｂに対応する位置に軸線方向のスリット１３２ａを具備する。

アーム部材１３３は、基端側においてスリット１３２ａ、１３１ｂを貫通し、第１の回転支持部１３１の外方に延びている。アーム部材１３３は、基端において第２の回転支持部１３２のスリット１３２ａ内で枢ピン１３２ｂに枢支され、また、屈曲部１３３ａにおいて、第１の回転支持部１３１のスリット１３１ｂ内で枢ピン１３１ｃに枢支される。これにより、第２の回転支持部１３２を第１の回転支持部１３１の一端側に移動させると、アーム部材１３３が倒伏して重錘１２０が軸線Ｏに接近し、図２に示すように、重錘１２０が第１の回転支持部１３１の外周直近位置に到るまで無段階に回転軌道半径「Ｒ」を変更できる。また、第２の回転支持部１３２を第１の回転支持部１３１の他端側に移動させることで、アーム部材１３３を軸線Ｏに対して略９０°の位置まで無段階で起立させ、この間重錘１２０の回転軌道半径「Ｒ」を無段階で拡大できる。

駆動手段１５０は、小ケーシング部１６３内からケーシング部１６１の端壁１６１ａを自由に貫通して第２の回転支持部１３２内を軸線Ｏに沿って延びる駆動軸１５１を具備する。駆動軸１５１は、第２の回転支持部１３２を軸線Ｏに沿って第１の回転支持部１３１内で移動させる。駆動軸１５１と第２の回転支持部１３２との間には、第２の回転支持部１３２の回転を駆動軸１５１に伝達せず、軸方向に沿った力だけを伝達する伝達機構からなる接続部１３４が配置される。駆動手段１５０としては、油圧シリンダ、電動ねじ機構、手動の駆動機構等、適宜選択できる。また、駆動手段１５０は、駆動軸１５１の変位を時々刻々計測できるセンサを有し、その情報を信号として付帯する専用のコントローラに送るものとし、自らの変位をフィードバック制御によってある目標変位信号に極力従うように制御するものとすることができる。また、具体的には、この目標変位信号は、可変慣性質量ダンパーが設置される振動抑制対象の構造系の状態を検知するセンサの情報を利用しつつ、何らかの制御則による最適化結果として自動的に決定される、高い振動抑制効果が得られるような慣性質量値を実現する場合に対応するような信号とすることができる。

以上の実施形態では、１つの重錘１２０について１本のアーム部材１３３で支持し、軸線Ｏに可及的に近い位置で安定的に重錘１２０を支持できるため、慣性質量の下限値を可及的に小さく設定でき、可変慣性質量の可変範囲を大きくとることができる。また、可変慣性質量の最小設定状態（図２）で、１本のアーム部材１３３が軸線Ｏと略平行に延びるだけなので、装置の軸線方向の全長を相対的に短く設計することができる。

１００可変慣性質量ダンパー
１１０ボールねじ機構
１１１ボールねじ軸
１１２ボールねじナット
１２０重錘
１３０重錘保持手段
１３１第１の回転支持部
１３２第２の回転支持部
１３３アーム部材
１４０回転質量部
１５０駆動手段
１６０ケース部材
１７０接続部材

Claims

ボールねじ軸とボールねじナットを有し、一方の構成部材の直線運動を他方の構成部材の回転運動に変換するボールねじ機構と、
前記他方の構成部材の回転運動に伴って円軌道運動することにより慣性質量を発生させる重錘を有する回転質量部とを具備し、
前記回転質量部は、円軌道運動する前記重錘の当該円軌道運動の半径を連続的に変更可能な状態で前記重錘を前記他方の構成部材に保持させる重錘保持手段を具備し、
前記重錘保持手段は、前記ボールねじ機構の前記他方の構成部材に相対回転不能に取付けられ中心軸線を前記ボールねじ軸の軸線に沿わせて配置された筒状の第１の回転支持部と、当該第１の回転支持部の内側に相対回転不能かつ当該第１の回転支持部の軸線に沿って相対移動可能に設けられた第２の回転支持部と、前記重錘を保持して前記第１及び第２の回転支持部に枢支され前記第１の回転支持部と前記第２の回転支持部との軸線方向の相対変位により前記重錘の円軌道運動の半径を変更するように起伏自在に設けられたアーム部材とを具備し、
前記第２の回転支持部を前記第１の回転支持部に対して軸線方向に移動させて前記アーム部材を起伏させ、前記重錘の円軌道運動の半径を変更する駆動手段をさらに具備することを特徴とする可変慣性質量ダンパー。
前記第１の回転支持部は、前記アーム部材を起伏可能に半径方向に貫通させるスリットを具備し、
前記アーム部材は、基端部において前記第２の回転支持部に第１の枢ピンにより枢支されると共に、前記第１の回転支持部のスリット内に第２の枢ピンにより枢支され、先端部に前記重錘を保持することを特徴とする請求項１に記載の可変慣性質量ダンパー。
前記駆動手段は、手動により操作される手動機構であることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変慣性質量ダンパー。
前記駆動手段は、外部からの制御により駆動されるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変慣性質量ダンパー。
前記他方の構成部材を回転運動可能に保持し、前記一方の構成部材を直線運動可能に保持すると共に、前記回転質量部を覆うケース部材を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の可変慣性質量ダンパー。