JP4623506B2 - 衝撃吸収装置 - Google Patents

Description

この発明は、衝撃吸収装置に関し、特に外力を受けた構造物の衝撃を吸収する衝撃吸収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（ハンマ機械を含む。）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てしまい、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により環境を悪化させる一因ともなっている。

さらに、エアロビクスやスポーツジムなどのスポーツ施設やレクリエーション施設、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。

また、液晶工場や半導体工場など振動を嫌う工場においては、自動搬送ロボットなどで床が揺れていて障害が起きている。加えて、ロボットの発停によって建物が振動して、加工精度に影響したり装置が動かなくなったり障害が発生している。特に液晶の分野ではガラス基盤のサイズが２ｍを越すような大きなものとなり、ロボットの駆動衝撃も大変大きなものになっている。建物強度との相関関係にあるが、建設費や生産性への影響も無視できなくなってきている。

その上、橋梁や高架道路では応力疲労が問題になっているが、路面の段差衝撃などに伴う初期応力を低減する有効な対策が無いとされている。

これらの騒音や振動の低減方法としては、例えば床などの重量を大きくしたり、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。

また、浮き床構造を採用することにより、騒音及び振動を低減することが考えられる。しかし、この方法も依然として大規模な基礎工事を必要とするので振動の低減方法としては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、打ち抜き加工時などの衝撃による第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。
特開平１０−１１０７７４

ところが、一層顕著な制振効果を得るためには、特許文献１に記載された発明に例えば動吸振器を新たに設置するなどの必要性があり、装置の構造を複雑にせざるを得ないという欠点がある。また、動吸振器を新たに設置しても、衝撃による第１波の振幅を低減することもできない。

そこで、本発明は、簡単な構成でありながら、従来よりも一層制振効果を顕著にすることができる衝撃吸収装置を提供することをその所期課題としたものである。

すなわち、本発明に係る衝撃吸収装置は、制振対象物に接触させた質量要素を備え、前記制振対象物に外力が加わると、その質量要素が前記外力によるエネルギを吸収して前記制振対象物から離間運動するように構成した衝撃吸収装置であって、前記制振対象物に前記外力が加わる際に、前記制振対象物に前記外力と逆向きの方向に力を与える加圧手段を備え、前記加圧手段が、前記質量要素に接続された弾性体と、前記弾性体を弾性変形させた状態で保持する保持機構とを有し、前記制振対象物に前記外力が加わる際に、前記保持機構が前記質量要素を開放して、前記弾性体の弾性復帰力を前記制振対象物に前記外力と逆向きの方向に与えることを特徴とする。

ここで、「外力と逆向きの方向」とは、弾性復帰力が外力の一部又は全部を相殺するような方向のことである。

このようなものであれば、簡単な構成でありながら、制振対象物への外力による運動量を質量要素へ伝達することにより、制振対象物を振動させる運動量を小さくすることができると同時に、制振対象物に前記外力と逆向きの方向に力を与えることにより、外力の一部又は全部を相殺するようにしているので、外力による制振対象物の第１波の振幅を一層低減することができ、その結果、制振対象物の振動を効率的に抑制することができるようになる。

本発明の衝撃吸収装置の効果を顕著にするための態様としては、制振対象物の受ける外力が、衝撃力であることが好適である。

また、外力による運動量を質量要素に効率的に伝達するためには、前記質量要素が、前記制振対象物が外力を受けて動く方向と略同一な方向に進退するものであることが望ましい。

外力を受圧するタイミングを見計らって弾性体の弾性復帰力を制振対象物に加えるためには、前記外力を前記制振対象物に加える作用体が制振対象物から所定距離離れた位置にあること検出する検出機構をさらに備え、当該検出機構が、前記作用体が所定位置にあることを検出してから、所定時間経過後に、前記保持機構が前記質量要素を開放するものであることが望ましい。ここで、「所定時間」とは、作用体が制振対象物から所定距離離れた位置から制振対象物に到達するまでの時間である。

さらに加えて、運動量を効率的に伝達するためには、前記質量要素を前記制振対象物に点又は面接触させていることが好ましい。

なお、衝撃を複数回吸収することができるためには、前記質量要素が前記制振対象物から離間運動した後に、前記質量要素を前記制振対象物に接触させる復元機構をさらに備えていることが望ましい。

具体的な復元機構の実施の態様としては、前記復元機構が、弾性体と、減衰器とから構成していることが好ましい。

このように構成した本発明によれば、簡単な構成でありながら、制振対象物への外力による運動量を質量要素へ伝達することにより、制振対象物を振動させる運動量を小さくすることができると同時に、制振対象物に前記外力と逆向きの方向に力を与えることにより、外力の一部又は全部を相殺するようにしているので、外力による制振対象物の第１波の振幅を一層低減することができる。

次に、本発明の一実施形態につき、図面を参照して説明する。

この実施形態における衝撃吸収装置１は、図１に示すように、制振対象物３に接触させた質量要素１１を備え、前記制振対象物３に外力が加わると、その質量要素１１が前記外力によるエネルギを吸収して前記制振対象物３から離間運動するように構成した衝撃吸収装置１であって、制振対象物３に外力が加わる際に、制振対象物３に外力と逆向きの方向に力を与える加圧手段Ｐと、質量要素１１が制振対象物３から離間運動した後に、再び質量要素１１を制振対象物３に接触させる復元機構Ｒと、作用体２が制振対象物３から所定距離離れた位置にあることを検出する検出機構１６と、を備えている。本実施形態では、制振対象物３は、例えば鍛造プレス機械においてドロップハンマなどの作用体２から外力を受けるベッドであり、コンクリートスラブ５上に立設された支柱４により支持されている。

以下にこれらについて説明する。

加圧手段Ｐは、質量要素１１に接続された第１の弾性体１２と、前記弾性体１２を弾性変形させた状態で保持する保持機構１３とから構成している。

質量要素１１は、いわゆる錘である。そして、ベッド３の下面３１に点接触するように、その上部には突出部１１１を設けている。また、本体には、後述する保持機構１３の爪に係合するために、側周面には、段１１２を設けるようにしている。

第１の弾性体１２は、例えば圧縮バネであり、一端が質量要素１１の上面１１Ａに接続され、他端がベッド３に接続されており、質量要素１１を制振対象物３が外力を受けて振動する方向と略同一な方向に進退するように支持している。

保持機構１３は、第１の弾性体１２を弾性変形させた状態で保持するものであり、例えば爪のように質量要素１１を係止する構造である。本実施形態では、第１の弾性体１２を縮めた状態で保持するようにしている。そして、制振対象物であるベッド３に外力が加わる際に、質量要素１１を開放して第１の弾性体１２の弾性復帰力を質量要素１１に外力と同方向、制振対象物３に外力と逆向きの方向に与えるようにするものである。

復元機構Ｒは、第２の弾性体１４と質量要素１１の振動を減衰する減衰器１５とから構成している。減衰器１５としては、例えばダッシュポットなどが考えられるが、その他に、発電器を回して電力消費させるようにしたものや、永久磁石を非磁性金属上で移動させ渦電流を発生させて減衰作用を営むように構成したものなど、要は、質量要素１１に抵抗力を発生し、その抵抗力によるエネルギを消散又は他の用途に送出するようにしたものであればよい。

検出機構１６は、作用体２がベッド３から所定位置離れた位置にあることを検出するためのものであり、本実施形態では、前記保持機構１３と一体に構成されたもので検出機構１６と保持機構１３が連動するようにしている。

具体的には、作用体２がベッド３と接触する直前で作用体２と接触する針１６を設けており、その針１６に作用体２が当たったことにより、保持機構１３が開くようにしている。この構成はごく一般的なものであるため説明は省略する。

このように構成した衝撃吸収装置１の動作について、以下に説明する。

第１の弾性体１２に蓄積されたエネルギが開放されると、それはベッド３と質量要素１１に移動する。このとき、エネルギ保存則と運動量保存則が成立する。そして、ベッド３に外力と逆向きの運動量が与えられる。この運動量の分だけ外力による運動量が低減される。

そして、質量要素１１は、ダッシュポット１５に接続されているため、そのエネルギは消散される。

なお、質量要素１１は初期に大きな運動量を持つことが望ましいので、ダッシュポット１５は、往路は無減衰で、復路で減衰を持つものが望ましい。

その後、質量要素１１は、第２の弾性体１４の弾性復帰力により初期位置に戻り、保持機構１３により保持される。ここで、初期位置とは、第１の弾性体１２が保持機構１３により弾性変形され、尚かつベッド３に接触している位置である。

このように本実施形態によれば、簡単な構成でありながら、ベッド３への外力による運動量を質量要素１１へ伝達することにより、ベッド３の初期運動量を小さくすることができると同時に、第１の弾性体１２に蓄積されたエネルギによってベッド３に衝撃力を与え、外力の一部又は全部を相殺するようにしているので、衝撃によるベッド３の第１波の振幅を一層低減することができる。

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、前記実施形態では加圧手段を、質量要素に接続された第１の弾性体と、前記第１の弾性体を弾性変形させた状態で保持する保持機構とから構成したが、これに限られず、例えば、圧縮空気、ガソリンあるいは火薬の爆発を用いて制振対象物に対して、外力と逆方向に力を加えるようにしても良い。

また、前記実施形態では、衝撃吸収装置をプレス装置に適用したが、これに限られず図２に示すように、例えば運動施設の床３に適用することもできる。図２においては、復元機構Ｒのうち第２の弾性体１４を質量要素１１とコンクリートスラブ５とを連結するように設け、減衰器１５を質量要素１１と床３とを連結するように設けている。

このとき、保持機構１３と検出機構１６を一体にする必要はなく、例えばＣＣＤカメラなどを用いて作用体２の位置を検出するものでも良い。この場合、検出機構１６からの検出信号を情報処理装置１７に出力し、情報処理装置１７により、作用体２が床３に外力を及ぼすまでの時間を算出し、その算出した時間経過後に保持機構１３が質量要素１１を開放するように制御するようにしても良い。

その他には、液晶工場や半導体工場など振動を嫌う工場の微振動衝撃の対策としても用いることができる。この場合には、衝撃応答をセンシングすることによって、衝撃吸収装置を作動することにより、従来手法(パッシブ衝撃ダンパ)よりも遙かに効率を上げて衝撃微振動を抑制することができる。

さらに加えて、橋梁や高架道路に用いることにより、衝撃による初期の応力を低減でき、寿命延長を実現することができる。

その他、本発明は前述した実施形態や変形例の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、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。

本発明の一実施形態におけるプレス装置を床の制振に用いた場合の模式的構成図。 本発明の他の実施形態における衝撃吸収装置を床の制振に用いた場合の模式的構造図。

１ ・・・衝撃吸収装置
２ ・・・作用体
３ ・・・制振対象物（ベッド）
１１・・・質量要素
Ｐ ・・・加圧手段
１２・・・第１の弾性体（圧縮バネ）
１３・・・保持機構
Ｒ ・・・復元機構
１４・・・第２の弾性体
１５・・・減衰器（ダッシュポット）
１６・・・検出機構

Claims (7)

1. 制振対象物に接触させた質量要素を備え、前記制振対象物に外力が加わると、その質量要素が前記外力によるエネルギを吸収して前記制振対象物から離間運動するように構成した衝撃吸収装置であって、
   前記制振対象物に前記外力が加わる際に、前記制振対象物に前記外力と逆向きの方向に力を与える加圧手段を備え、
   前記加圧手段が、前記質量要素に接続された弾性体と、前記弾性体を弾性変形させた状態で保持する保持機構とを有し、
   前記制振対象物に前記外力が加わる際に、前記保持機構が前記質量要素を開放して、前記弾性体の弾性復帰力を前記制振対象物に前記外力と逆向きの方向に与えることを特徴とする衝撃吸収措置。
2. 前記外力が、衝撃力であることを特徴とする請求項１記載の衝撃吸収装置。
3. 前記質量要素が、前記制振対象物が外力を受けて動く方向と略同一な方向に進退するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の衝撃吸収装置。
4. 前記外力を前記制振対象物に加える作用体が制振対象物から所定距離離れた位置にあること検出する検出機構をさらに備え、
   当該検出機構が、前記作用体が所定位置にあることを検出してから、所定時間経過後に、前記保持機構が前記質量要素を開放するものであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の衝撃吸収装置。
5. 前記質量要素を前記制振対象物に点又は面接触させていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の衝撃吸収装置。
6. 前記質量要素が前記制振対象物から離間運動した後に、再び前記質量要素を前記制振対象物に接触させる復元機構をさらに備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の衝撃吸収装置。
7. 前記復元機構が、弾性体と、減衰器とからなることを特徴とする請求項６記載の衝撃吸収装置。