JP4191523B2

JP4191523B2 - 自主追随型共振装置

Info

Publication number: JP4191523B2
Application number: JP2003096830A
Authority: JP
Inventors: 孝信井手; 明宏島田; 暁斉藤
Original assignee: Yamashita Rubber Co Ltd
Current assignee: Yamashita Rubber Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004301284A

Description

【０００１】
【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。
そこで本願発明者らは、入力振動により回動するレバーと、このレバー上を軸方向へ移動自在なマスと、レバーの回動を抑制する制振バネを備え、マスをレバーの回動によって発生する遠心力と、これと逆向きに働く戻し力とのバランスにより共振点へ移動させるようにした自主追随型共振装置を発明した。
【０００５】
しかし、この装置においては、共振周波数を与えるバランス点へマスを正確に移動させるために摩擦を少なくすると、マスの移動が急激になる。その結果、移動したマスがいったんバランス点を通り過ぎ、そこから戻りにはいるとさらに戻り過ぎとなり、これを何回も繰り返してバランス点上を往復するチャタリング現象を生じることがある。この現象が生じるとなかなかバランス点上へ位置決めできないことになる。このため、摩擦を極力少なくする反面、バランス点へ比較的ゆっくり移動させることが望まれる。本願発明はこの要請の実現を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、支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ようにした自主追随型共振装置において、前記マスに貫通穴を設け、この貫通穴内へ前記レバーを貫通させるとともに、前記レバーに対して前記マスを回転させながら軸方向移動させるための案内手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は上記請求項1において、前記案内手段は、レバーの表面に形成したらせん状の溝又は突条と、これに係合するよう前記貫通穴内面に形成したらせん状の突条又溝で構成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は上記請求項1において、前記案内手段は、レバーの表面に形成したらせん状の溝とこれに係合するよう前記マスの貫通穴内面に形成したガイド突起とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求4項の発明は上記請求項１において、前記案内手段は前記レバーと前記マスの間に介在されたボールを備えるこことを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１によれば、レバーをマスの貫通穴内へ貫通させるとともに、マスをレバーの軸方向へ回転移動させる案内手段を設けたので、マスがレバー上を移動するとき、レバーの軸線回りに回転しながら移動する。したがって、マスが非回転で直線状に移動する場合と比べて移動時間が長くなり、移動速度抑制手段を構成する。
【００１１】
このため、急激なマスの移動を防ぎ、マスをバランス点へ比較的ゆっくり到達させることができるので、急激移動によりバランス点を通り過ぎ、その反動としてさらに戻り過ぎることを何回も繰り返すチャタリング現象により、なかなかバランス点上へ位置決めできないような事態を招くことがなく、迅速かつ正確にバランス点上でマスを停止させることができる。
【００１２】
請求項２によれば、レバーとマスの貫通穴内面との間に設けたらせん状溝と突条の係合により案内手段としたので、案内手段を容易に実現できる。
【００１３】
請求項３によれば、らせん状の溝とこれに係合するガイド突起で案内手段を構成するので、レバーとマスはらせん状の溝とガイド突起とが接触するだけとなり、接触面積を少なくして摺動摩擦を小さくできる。したがって、摺動摩擦の小さい移動速度抑制手段を実現できる。
【００１４】
請求項4によれば、案内手段にレバーと前記マスの間に介在したボールを備えるので、例えば、ボールの一部をレバー側に形成したらせん溝とマスの貫通穴内面に形成した穴へそれぞれ嵌合することにより、マスのレバー０上における移動はボールを介して行われるので摺動摩擦をさらに小さくできる。とくにボールをマス及びレバーに対してそれぞれ回転自在にすれば、ボールベアリングと同様になる。
【００１５】
【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6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、図5はレバーとマスの係合構造を示す部分断面図、図6はマスの貫通穴内周面を示す図である。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
このダイナミックダンパー系においては、共振周波数は、
ω_n＝（Ｋ／Ｍ）^1/2＝｛（Ｋ／ｍ）（Ｌ／ｒ）｝^1/2
となり、これより
Ｍ＝ｍ・（ｒ／Ｌ）
となる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
このダイナミックダンパには、マスの移動速度抑制手段をなす案内部１０が設けられている。この例における案内部１０は図５及び図６に示すようにレバー２上に形成されたらせん溝からなるレバー側案内部１１と、これに係合するようにマス３における貫通穴９の内周面に形成されたらせん状の凸条からなるマス側案内部１２とで構成される。レバー側案内部１１とマス側案内部１２は雄ネジと雌ネジの関係をなしている。なお、レバー側案内部１１をらせん状の凸条として、マス側案内部１２をらせん溝にすることもできる。
【００３３】
図５はマス３とレバー２の係合状態を示し、図６はマス３の貫通穴９内周面を示す。マス３はそのマス側案内部１２がレバー２の上でレバー側案内部１１と係合しているから、レバー２上を軸方向へ移動しようとすれば、レバー２の軸線回りに回転しながら移動することになる。
【００３４】
そこで、レバー２が振動入力により上下へ回動すると、マス３は遠心力を受けて自由端７側へバランス点まで移動しようとし、このとき、案内部１０によってレバー２の上を回転しながら移動する。このため、回転せず単純に直線移動する場合と比べて、回転する分だけ移動に時間が余計に掛かることになり、案内部１０はマス３の移動速度を抑制する移動速度抑制手段を構成する。
【００３５】
このため、マス３はバランス点まで比較的ゆっくり移動することになり、急激な移動がなくなるので、バランス点を通り過ぎることが少なくなる。また、通り過ぎても、バランス点から通り過ぎるオーバーラン距離が小さくなる。したがって、チャタリング現象の発生を抑制でき、バランス点への到達がより正確かつ短時間になり、共振点の自主的な追随変化がより正確になる。
【００３６】
また、入力振動の振動数が低下することにより、遠心力が小さくなり、その結果、マス３が支持点５側のバランス点へ移動する場合も、同様にマス３が逆回転しながら移動し、速やかにバランス点へ到達できる。
【００３７】
図７及び図８は第２実施例であり、これらの図は第１実施例の図５及び図６にそれぞれ対応している。この例では、案内部１０のうちレバー側案内部１１は前実施例同様のらせん溝をなすが、マス側案内部１２は、レバー側案内部１１のらせん溝に係合する一つまたは複数個（本実施例では１個）の略半球状をなす係合突起である。このようにしてもマス側案内部１２をなす略半球状の係合突起がレバー側案内部１１のらせん溝と係合するので、マス３は同様にレバー２上を回転しながら移動し、案内部１０が移動速度抑制手段を構成する。
【００３８】
そのうえ、本実施例はマス側案内部１２を半球状等をなす係合突起としたので、レバー側案内部１１とマス側案内部１２の接触面積が少なくなり、摩擦抵抗を小さくすることができる。
【００３９】
図９は第３実施例であり、レバー２の外周面に設けたらせん溝からなるレバー側案内部１１と、マス３の貫通穴９内周面に設けた凹部１３に一部が嵌合されたボール１４からなるマス側案内部１２を備え、ボール１４の一部をレバー側案内部１１へ嵌合してある。但し、ボール１４を係合する相手側の構造は、マス３側もらせん溝にしてもよい。
【００４０】
このようにすると、マス３はやはり、レバー側案内部１１に案内されたボール１４を介してレバー２上を回転しながら移動するので、この案内部１０も移動速度抑制手段をなす。しかもレバー２とマス３の係合が球面接触のボール１４を介するので摩擦を最も小さくすることができる。なお、ボール１４の数は任意であり、マス３の貫通穴９内周面に複数ヶ所でボール１４が突出する循環式ベアリング構造とし、その突出部をレバー側案内部１１へ係合させてもよい。
【００４１】
なお、本願発明は上記各実施例に限定されず種々に変形や応用が可能であり、例えば、レバーの一端を円筒ブッシュなどにおける防振ゴム等に支持させて、捩りバネにより制振させれば、レバーの自由端等に制振バネを設けずに、振り子式のダイナミックダンパを構成できる。
【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１実施例に係るマスとレバーの係合構造を示す図
【図６】第１実施例に係るマスの貫通穴内週面を示す図
【図７】第２実施例にかかるマスとレバーの係合構造を示す図
【図８】第２実施例にかかるマスとレバーの貫通穴内週面を示す図
【図９】第３実施例にかかるマスとレバーの係合構造を示す図
【符号の説明】
１：ダイナミックダンパー１、２：レバー２、３：マス３、４：支持部４、５：支持点５、６：制振バネ６、７：自由端７、８：支持台部、９：貫通穴、１０：案内部、１１：レバー側案内部、１２：マス側案内部、１３：凹部、１４：ボール

Claims

支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ようにした自主追随型共振装置において、
前記マスに貫通穴を設け、この貫通穴内へ前記レバーを貫通させるとともに、
前記レバーに対して前記マスを回転させながら軸方向移動させるための案内手段を設けたことを特徴とする自主追随型共振装置。
前記案内手段は、レバーの表面に形成したらせん状の溝又は突条と、これに係合するよう前記貫通穴内面に形成したらせん状の突条又溝で構成したことを特徴とする請求項１の自主追随型共振装置。
前記案内手段は、レバーの表面に形成したらせん状の溝とこれに係合するよう前記マスの貫通穴内面に形成したガイド突起とを備えることを特徴とする請求項１の自主追随型共振装置。
前記案内手段は前記レバーと前記マスの間に介在されたボールを備えることを特徴とする請求項１の自主追随型共振装置。