JP4888190B2 - 振動抑制構造 - Google Patents

Description

この発明は、制振対象物が振動する際の運動エネルギを熱エネルギに変換することができる部材を利用して制振対象物の振動を抑制する振動抑制構造に関するものである。

従来、制振対象物にケーブルやワイヤを取り付けて、制振対象物が振動する際のエネルギをケーブルやワイヤ等に吸収させて、制振対象物の振動を抑制するあるいは減衰させる技術が提案されている。その一例として、照明柱や避雷針などの中空の塔状構造物を制振する装置に関する発明が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されている制振装置付き塔状構造物は、内部に中空部を有する塔状構造物が、その中空部にケーブルを有していて、そのケーブルが、上端が固定され中空部内で下垂した状態、あるいは下端が固定された状態となるように構成されている。したがって、このような構造によれば、塔状構造物が振動した場合に、ケーブルが塔状構造物の内壁に衝突することやケーブルが有する構造により、塔状構造物の振動を減衰させる効果が期待できる、とされている。

また、特許文献２には、制振対象構造物に吊り下げられるものであって、弾性を有する紐状の弾性部材、具体的には複数本の素線が縒り合わされたケーブルが設けられた構成の構造物の制振装置に関する発明が記載されている。この特許文献２に記載されている構造物の制振装置によれば、例えば地震のときに、地震のエネルギをケーブルの振動にて吸収し、構造物の振動を抑制することができ、また、ケーブルが素線を縒り合わせたものであるため、ケーブルが振動して変形した場合に発生する素線間の摩擦により、ほぼ最適な減衰定数を得ることができる、とされている。

特開２００３−３２８５９０号公報 特開２０００−３５３８８０号公報

上記の特許文献１又は２に記載されている発明のように、複数の線材を縒り合わせたようなケーブルあるいはワイヤなどの線状部材を制振対象物に取り付けることで、制振対象物が振動する際の運動エネルギが線状部材で吸収され、もしくは、その運動エネルギにより線状部材内部で摩擦（熱）が生じ、その結果、運動エネルギが熱エネルギに変換されることで、制振対象物の振動を抑制することができる。

上記のような線状部材は、縒り合わせた複数の線材に振動が伝わることにより摩擦減衰が生じる。そのため、図６に示すように、線状部材１４を直接振動部位に取り付けることにより大きな制振効果を得ることができる。しかし、この場合には線状部材１４について剥き出しになる部位ができてしまうため、剥き出しとなった部位に水などの液体や不純物が付着し、素線の腐食や制振効果の悪化、線状部材の破壊の原因となる可能性がある。

また、この線状部材について大きな制振効果を得るには、図７に示すように、線状部材１４の一方の端部を固定することにより、他方の端部について大きな振動を得ることが望ましい。しかしながら、この構造では、大きな振動を受けることにより、線状部材１４が近接する部品と干渉するため、近接する部材に線状部材１４が巻き込まれ、あるいは線状部材１４が破損する可能性がある。また、この線状部材１４を複数設置した場合には、近接する部品との干渉の可能性が増大するため、近接する部材に線状部材１４が巻き込まれ、あるいは線状部材１４が破損する可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、運動エネルギを熱エネルギに変換できる部材を利用して十分な振動抑制効果を得ることができると共に、線状部材の劣化を防止することのできる振動抑制構造を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、互いに接触して相対変位可能に保持された複数の素線とこの素線の周囲を覆う被覆部材とから構成される線状部材を制振対象物に取り付け、その制振対象物が振動する際の運動エネルギにより前記複数の素線を相対変位させることで、前記運動エネルギを熱エネルギに変換して前記制振対象物の振動を抑制する振動抑制構造において、前記制振対象物に取り付け部材が取り付けられ、前記線状部材の一方の端部における前記素線と前記被覆部材とが共に前記取り付け部材に一体に連結されて固定されているとともに、前記線状部材の他方の端部が自由端とされていることを特徴とする振動抑制構造である。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記素線と前記被覆部材との外側から一括して締め付けられて前記取り付け部材に固定されていることを特徴とする振動抑制構造である。

したがって、請求項１の発明によれば、制振対象物が振動すると、その振動による運動エネルギ（振動エネルギ）が、制振対象物に取り付けられた複数の素線に曲げモーメント、あるいはせん断力として作用し、複数の素線同士が相対変位する。複数の素線同士は互いに接触して摩擦力が作用しているため、それらが相対変位することで摩擦熱が発生する。すなわち、制振対象物の運動エネルギが熱エネルギに変換されて消費される。その結果、制振対象物の運動エネルギが低減されて、振動が抑制される。そして、この発明による振動抑制構造では、素線が被覆部材に覆われており、素線と被覆部材とが取り付け部材に固定されているため、素線と取り付け部材との接合部分が被覆部材により保護される。そのため、素線への水やゴミなどの付着を防止することができる。また、素線の端部が固定されているため、素線の振動伝達や線状部材の動作の自由度が向上する。

また、請求項２の発明によれば、線状部材と取り付け部材との接合部分において、素線と被覆部材とが加圧されることにより取り付け部材に固定される。そのため、線状部材と取り付け部材との接合部付近で、線状部材同士の摩擦力と、素線と被覆部材との摩擦力とが増大する。また、線状部材と取り付け部材との接合部付近で、素線と被覆部材との相対すべりが抑制される。そのため、請求項１で得られる効果の他に、より大きな制振効果を得ることができる。

この発明を具体例に基づいて説明する。図１は、この発明における振動抑制構造の第１の実施例を説明するための模式図であって、ここでは、例えば車両に搭載されるトランスミッションケース１を制振対象物１とした構成の例を示している。

図１において、主に矢印Ｖで示す方向（図１での上下方向）に振動する制振対象物１の制振対象部位２に、制振対象物１と一体的に形成もしくは固定されたボス部３が設けられている。このボス部３は、例えば、鋳造により一体成形され、あるいは溶接や接着などにより固定されて、制振対象物１すなわちトランスミッションケース１の制振対象部位２に一体化されている。

トランスミッションケース１のボス部３に、線状部材４が、例えばボルト５によりボルト締結されて一体的に固定されている。この線状部材４は、例えば、電気配線用や通信用の絶縁電線（リード線）や、ワイヤロープなどを用いることができ、この実施例では、ビニールやポリエチレン等の被覆により絶縁されたリード線を用いた例について説明する。

線状部材４は、例えば、銅やアルミニウム等の可とう性もしくは可塑性を備えた金属製の多数の素線（線材）６が束ねられ、もしくは縒り線状にされて、その外周部が、例えば、ビニールやポリエチレン等の樹脂製の被覆部材７により被覆された構成となっている。したがって、線状部材４は、外部からの荷重を受けることにより、弾性変形もしくは塑性変形することができる。そして線状部材４の一方の先端（図１での右端）に取り付け部材８が固定されていて、この取り付け部材８とボス部３とが、ボルト５によりボルト締結されて、トランスミッションケース１に線状部材４が取り付けられている。

取り付け部材８は、例えばリード線を配線する際に使用される公知の圧着端子と同様の構成のもので、線状部材４の先端を挿入することができる円筒状の胴部８ａと、ボルト５の軸部を挿入することができるボルト孔が形成された端子部８ｂとを備えている。線状部材４の先端は、被覆部材７が素線６から剥がされており、素線６が剥き出しに形成されている。また、取り付け部材８の胴部８ａの内部が空洞に形成され、この内部に線状部材４の先端の被覆部材７と素線６とが挿入されている。そして、胴部８ａに線状部材４の先端を挿入した状態で、胴部８ａが胴締めされ、もしくは、かしめられている。換言すれば、線状部材４の先端の被覆部材７と素線６とが取り付け部材８に圧着されている。

線状部材４の先端部の拡大図を図２に記す。図２では、線状部材４の先端の素線６と被覆部材７とが取り付け部材８の胴部８ａの内部に挿入されている。ここで、素線６と被覆部材７とが胴部８ａと圧着されており、取り付け部材８の胴部８ａの近傍で線状部材４が圧縮され、線状部材４への押圧力が増大する。そのため、取り付け部材８の胴部８ａの近傍で線状部材４の径が小さくなる。

一方で、図３では、線状部材４の先端の被覆部材７が取り付け部材８の胴部８ａの内部に挿入されていない。したがって、取り付け部材８の胴部８ａの近傍では線状部材４の先端の素線６が圧縮されており、胴部８ａに近づくにつれて素線６の径が小さくなる。しかし、線状部材４の先端の被覆部材７は胴部８ａに挿入されていないため、被覆部材７は圧縮されていない。そのため、この構造では被覆部材７の圧縮による素線６への押圧力の増大は得られない。

このように取り付け部材８の胴部８ａを線状部材４の先端に固定することで、線状部材４の外周側から、その先端の素線６同士を互いに圧着する圧着力が高められている。その際、被覆部材７と素線６とが取り付け部材８の胴部８ａにより押圧されるため、被覆部材７により押圧力が増大する。そして、各素線６への圧着力が高められると、それら各素線６間の摩擦力も高められることになる。すなわち、各素線６への圧着力をＮ、各素線６の間の摩擦係数をμとすると、各素線６の間の摩擦力Ｆは、
Ｆ＝μ・Ｎ
であるため、圧着力Ｎが高められることにより、摩擦力Ｆも高められることになる。したがって、取り付け部材８の胴部８ａでかしめられた線状部材４の先端部分は、素線６同士が互いに圧着され、その結果、それら各素線６の間の摩擦力が高められた状態になる。

また、トランスミッションケース１に取り付け部材８を介して先端が固定された線状部材４は、所定の長さおよび質量を有していて、そのため、トランスミッションケース１が矢印Ｖの方向に振動する際には、その振動がボス部３および取り付け部材８を介して線状部材４に伝わり、線状部材４はトランスミッションケース１と共に振動する。そして、線状部材４は、その振動による繰り返し荷重を受けて変形する。すなわち、トランスミッションケース１が振動する際には、その振動のエネルギ（すなわち運動エネルギ）による繰り返し荷重によって、線状部材４に曲げモーメントが作用し、その曲げモーメントの方向および大きさに応じて線状部材４が変形させられる。

トランスミッションケース１が振動し、その振動の運動エネルギにより線状部材４に曲げモーメントが作用することにより、線状部材４が変形すると、その線状部材４の変形部分では、素線６同士が相対変位することになる。前述したように、各素線６は、被覆部材７の内部で束ねられ、もしくは縒られていて、互いに接触した状態で保持されている。そのため、線状部材４に曲げモーメントが作用し、線状部材４が変形すると、その線状部材４の内部では、素線６同士が相対変位し、その際の各素線６間の摩擦力によって摩擦熱が発生する。すなわち、トランスミッションケース１が振動する際の運動エネルギが、線状部材４の内部で、熱エネルギに変換されて消費されることになる。したがって、トランスミッションケース１の振動による運動エネルギが低減されて、その結果、トランスミッションケース１の振動が抑制される。

また、取り付け部材８は胴部８ａの内部が空洞に形成され、この内部に線状部材４の先端の被覆部材７と素線６とが挿入されている。そのため、素線６は被覆部材７と胴部８ａとにより覆われている。したがって、素線６に水などの不純物が付着せず、これによる素線６の劣化を防止することができる。

図４は、この発明における振動抑制構造の第２の実施例を説明するための模式図であって、前述の図１に示す第１の実施例における構成を一部改良した構成の例を示している。したがって、図１に示す第１の実施例における構成と同様の構成の部分については、図１と同じ参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図４において、線状部材４の先端は、被覆部材７が素線６から剥がされており、素線６が剥き出しに形成されている。また、取り付け部材８は胴部８ａの内部が空洞に形成され、この内部に線状部材４の先端の素線６が挿入されている。さらに、取り付け部材８の胴部８ａの外周部に被覆部材７が密着している。そして、胴部８ａに線状部材４の先端を挿入した状態で、胴部８ａが胴締めされ、もしくは、かしめられて開口部９を形成している。換言すれば、線状部材４の先端の被覆部材７と素線６とが取り付け部材８に圧着されている。

このように取り付け部材８の胴部８ａを線状部材４の先端に固定することにより、線状部材４の外周側から、その先端の素線６同士を互いに圧着する圧着力が高められている。その際、素線６が取り付け部材８の胴部８ａにより押圧されるため、素線６への押圧力が増大する。また、取り付け部材８の胴部８ａの外周部に素線６から剥がされた被覆部材７が密着しているため、水等の不純物が素線６に付着することを防ぐことができる。そのため、素線６の劣化を防止することができ、素線６の振動伝達や運動の低下を防止することができる。

図５は、この発明を適用した場合の制振効果を検証するための実験結果の一例を示すグラフである。図５のグラフにおいて、実線Ｌ０は、この発明の制振構造を適用しない場合、一点鎖線Ｌ１は、先端の素線６が押圧されているが、被覆部材７が押圧されていない線状部材４を制振対象物１に取り付けた場合、破線Ｌ２は、この発明の第１の実施例における構成を適用した場合で、先端の素線６と被覆部材７とが押圧されている線状部材４を制振対象物１に取り付けた場合の振動測定結果を示している。この図５のグラフで示されているように、制振対象物１に線状部材４のみを取り付けるだけでも、この発明の振動抑制構造を適用しない場合に対して、所定の制振効果が見られる。そして、線状部材４の先端部の被覆部材７と素線６とを取り付け部材８の胴部８ａに挿入して、被覆部材７と素線６とを押圧するこの発明の制振構造を適用した構成によれば、さらに制振効果が向上していることが分かる。

なお、この発明は上記の具体例で示した構成に限定されないのであって、具体例では、制振対象物の振動方向に対して、線状部材の長さ方向が垂直になるように、線状部材が制振対象物に取り付けられた例を示しているが、例えば、制振対象物に取り付けられた線状部材の長さ方向と平行な方向に、制振対象物が振動した場合であっても、この発明の振動抑制構造による制振効果を得ることができる。すなわち、線状部材の長さ方向と平行な方向に制振対象物が振動する場合、線状部材に圧縮力や引張力、および慣性力が作用することで、線状部材内部の複数の素線の間には、せん断力が作用する。その結果、それら複数の素線が互いに相対変位し、その際に、それら複数の素線間に摩擦（熱）が発生する。したがって、線状部材の長さ方向と平行な方向に制振対象物が振動した場合であっても、制振対象物の運動エネルギ（振動）を、線状部材の内部で熱エネルギに変換して消費することができ、制振対象物の振動を抑制することができる。

また、上記の具体例では、線状部材が制振対象物にボルト締結されることにより取り付けられている例を示しているが、これに限定されるものではなく、例えばリベットによる締結、あるいは溶接やろう付け、あるいはかしめや接着などの他の締結・固定方法であってもよい。要は、制振対象物の振動が線状部材に伝播することができる構成であればよい。

そして、この発明における制振対象物は、上記の具体例で示したトランスミッションケースに限定されるものではなく、上記のように構成されたこの発明の振動抑制構造を、制振対象部位・箇所に適用することのできる全ての部材・部品、構造物等を制振対象物とすることができる。

この発明の第１の実施例の構成を模式的に示す図である。 この発明の第１の実施例の取り付け部材付近を拡大した模式図である。 従来の発明の取り付け部材付近を拡大した模式図である。 この発明の第２の実施例の構成を模式的に示す図である。 この発明の振動抑制構造による制振効果を検証するための実験結果の一例を示すグラフである。 従来の発明の構成を模式的に示す図である。 従来の発明の実施例を示す図である。

符号の説明

１…トランスミッションケース（制振対象物）、 ４…線状部材、 ６…素線、 ７…被覆部材、 ８…取り付け部材、 ８ａ…胴部（圧着部材）。

Claims (2)

1. 互いに接触して相対変位可能に保持された複数の素線とこの素線の周囲を覆う被覆部材とから構成される線状部材を制振対象物に取り付け、その制振対象物が振動する際の運動エネルギにより前記複数の素線を相対変位させることで、前記運動エネルギを熱エネルギに変換して前記制振対象物の振動を抑制する振動抑制構造において、
   前記制振対象物に取り付け部材が取り付けられ、前記線状部材の一方の端部における前記素線と前記被覆部材とが共に前記取り付け部材に一体に連結されて固定されているとともに、前記線状部材の他方の端部が自由端とされていることを特徴とする振動抑制構造。
   
2. 前記素線と前記被覆部材との外側から一括して締め付けられて前記取り付け部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の振動抑制構造。

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