JP5049938B2

JP5049938B2 - 簡易型動吸振器及び制振方法

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Publication number: JP5049938B2
Application number: JP2008253650A
Authority: JP
Inventors: 洋片山; 正彦藁科
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010084834A

Description

本発明は、おもりと制振ばねにより振動を減衰させる簡易型動吸振器及びこの簡易型動吸振器を用いた制振方法に関する。

一般に機械または構造物に対する制振装置としてよく知られている動吸振器は、コイルばねとオイルダンパとおもりから構成されている。また、減衰性能の高い材料である制振材料を用いて簡易な構造の動吸振器を構成したものがある。ミシンの制振装置として、動吸振器のおもりを制振材料で支持することにより、制振材料の持つ弾性特性及び材料減衰によるダンパ効果により簡易型動吸振器としての働きを持たせたものである（例えば、特許文献１）。

図１０は、特許文献１に開示された従来の動吸振器の概要を説明する斜視図である。
ミシンの前カバー２１には取付け部２１ａを介して、重錘２２ａと弾性梁２２ｂによって構成される動吸振器２２が取り付けられる。弾性梁２２ｂは、２枚の鋼板の間に粘弾性樹脂を挟んだ制振鋼板で作られている。

また、建物の頂部などに同様の構成で制振材料をばね及びダンパとして動吸振器を構成して振動を抑制したしたものがある（例えば、特許文献２）。同様の構成で制振材料をばね及びダンパとして動吸振器を放射状に対向するように配置して構成することで振動を抑制したものがある（例えば、特許文献３）。更に、同様の構成で制振材料を円盤状として円盤外周部におもりを配置して動吸振器を構成し、且つ動吸振器を多重化して配置したもの（例えば、特許文献４）や、制振材料の断面形状の異方性を利用して、共振振動数の異なる２方向の振動モードを抑制したものがある（例えば、特許文献５）。
特開平８−１３１６８３号公報特許第３２６２６２９号公報実開昭６２−４２６５４号公報特許第３５５５０３５号公報特許第３９２３８８８号公報

このように従来、制振材料の持つ弾性特性及び材料減衰によるばね−ダンパ効果により簡易型動吸振器を構成した場合、制振材料を梁材あるいは板材としてばね構造とし、その先端部におもりを配置して動吸振器を構成している。

特許文献１または２に示されるように、制振材料を板材としてばね構造を構成し板材の先端におもりを配置して動吸振器を構成した場合、動吸振器が対応する振動方向は板材の面外方向の１方向のみとなる。特許文献３に示されるように、制振対象物がポール構造のような場合、ポールは軸に直交する面内で２次元振動するため、これに動吸振器を対応させるためには複数の動吸振器を設置する必要があった。

一方、特許文献４または５に示されるように、制振材料を梁材としてばね構造を構成し梁材の先端におもりを配置して動吸振器を構成した場合、ポール構造のような２次元振動には対応できるものの、制振性能が際立って優れ非常に安価な制振鋼板（板状の制振材料）が適用できない問題があった。また、このように構成された動吸振器の共振振動数を調整するためには、梁材をより長く用いておもりを支持し、おもりの位置を調整する必要があった。このため、制振材料の物量が必要なため高価となり、また、サイズが大きくなることで熱処理などの制振材料の性能を確保するための製造上の課題から、制振性能の低下も懸念された。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、簡易型動吸振器の制振材料により構成されるばね構造をコンパクトにして、製造も容易にするとともに、制振材料により構成されるばね構造の減衰能力や剛性を容易に調整可能とし、２次元振動に対応可能な簡易型動吸振器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の簡易型動吸振器は、制振ばねとおもりと台座を有する簡易型動吸振器において、前記制振ばねは、周囲を前記台座に固定した制振円板であって、前記おもりは、前記制振円板の面の中心に直立して固定された支柱にねじ込まれているとともに前記支柱に対する位置が調整自在であることを特徴とする。

また、本発明の制振方法は、上記簡易型動吸振器を用いる制振方法であって、前記おもりを前記制振板ばねを中心とする回転により制振対象物と共振させることにより振動を減衰させることを特徴とする。

本発明により、構造がコンパクトになり、製造も容易であるとともに、制振材料により構成されるばね構造の減衰能力や剛性を容易に調整可能とした動吸振器を実現することができる。

以下、本発明に係る簡易型動吸振器の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る簡易型動吸振器を、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る簡易型動吸振器を構成する制振ばね構造ユニットの上面図（ａ）及び側面断面図（ｂ）であり、図２は、この簡易型動吸振器の側面断面図である。

本実施形態は、図１に示すように、制振鋼板を用いた制振板ばねである制振円板１の周囲を固定具２に固定し、制振円板１の面の中心に直立して支柱６を固定するために中央にねじ穴３を有する支柱締結具４を設置して、簡易型動吸振器の制振ばね構造ユニットを構成している。固定具２は台座５に固定され、全長にねじが切られている支柱６を支柱締結具４のねじ穴３にねじ込み固定されている。また、中央に貫通ねじ７が設けられたおもり８が支柱６にねじ込まれ、おもり８の高さ調整が可能となっている。

このように構成したことにより、例えば支柱６の軸直交方向に振動が加わると、おもり８に慣性力が働き、支柱６を介して制振円板１に曲げモーメントが作用し、制振円板１が回転ばねとなって面外変形し、おもり８が制振円板１を中心として回転振動する。制振円板１は減衰能を有する制振材料、例えば制振鋼板を用いた制振材料で製作され、制振円板１はばね反力と減衰力が同時に得られる構造となり、これによって簡易な動吸振器を構成することができる。なお、支柱６はＳＵＳまたは炭素鋼のような一般構造材料で作られ、そのばね剛性は制振円板１のばね剛性より十分に大きい。この簡易型動吸振器を台座５によって制振対象物に取り付けることにより制振対象物の振動を抑制することができる。

本実施形態によれば、支柱６に直交する面内方向となる２次元の振動方向に対して、動吸振器として動作することで対応し、例えばポール構造のような軸対象構造物の２次元の振動抑制に動吸振器１台で対応することができる。

また、動吸振器の同調性が十分でない場合には、おもり８に貫通ねじ７を設けているため、おもり８の高さ調整を行うことができ、これによって精度良く動吸振器の固有振動数（共振振動数）を変化させ制振対象物の振動に同調させることができる。おもり８を支柱６に貫通ねじ７により高さ調整を行う代わりに、支柱６にねじを切らずに単なる円柱形としておもり８を貫通させスライドする構造としておもり８の高さ調整を行い、おもり８の側面から軸方向にねじ穴を設けて、押しねじによりおもり８を支柱６に固定しても同様の効果ある。また、おもり８は、円柱、球、または断面が矩形のような任意の形状としてよい。

また、本発明は制振材料の剛性や減衰能を、動吸振器のばねとダンパに利用しているため、一般の動吸振器に比べて低コストで、設計、施工が容易で幅広い機器、構造物への設置が容易である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る簡易型動吸振器を、図３を用いて説明する。
図３は、本実施形態に係る簡易型動吸振器の側面断面図である。なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態は、上述した第１の実施形態の制振ばね構造ユニットにおいて、これを例えば制振円板１の板厚をより薄くした制振ばね構造ユニットに交換し、おもり８の取付け位置をより上側とすることで、動吸振器の共振振動数をより低く設定したものである。

このように構成したことにより、本実施形態の制振ばね構造ユニットは、第１の実施形態の制振ばね構造ユニットと同様に動吸振器のばね及びダンパとして作用し、おもり８の高さ調整により制振対象物と容易に同調させることができる。

本実施形態によれば、制振ばね構造ユニットに対し、支柱６との締結部、支柱６に対するおもり８との支持部を共通寸法としている。制振ばね構造ユニットは、仕様が異なる複数のタイプを用意しておく。すなわち、各タイプは制振円板１の外径、板厚、材質、支柱締結具４のねじ径が異なっている。複数のタイプの制振ばね構造ユニットに応じて異なる仕様の支柱６、おもり８を交換することができる。これにより、制振対象物の共振振動数に対応して、動吸振器の性能仕様を容易に変更することができる。

表１は、制振ばね構造ユニットなどのラインナップの例である。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る簡易型動吸振器３を、図４を用いて説明する。
図４は、本実施形態に係る簡易型動吸振器の側面断面図である。なお、第１または第２の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態は、第１の実施形態の制振ばね構造ユニットにおける制振円板１を２枚重ねた多層制振鋼板９として、動吸振器のばね剛性を高めることで、動吸振器の共振振動数をより高く設定できるようにしたものである。

このように構成したことにより、制振ばね構造ユニットは、第１の実施形態の制振ばね構造ユニットと同様に動吸振器のばね及びダンパとして作用し、おもり８の高さ調整により制振対象物の振動に同調させることができる。

本実施形態によれば、制振ばね構造ユニットのばね剛性が高くなることから、より共振振動数の高い制振対象物に同調させ振動を抑制することができる。

また同様に、制振ばね構造ユニットを、制振性能の異なる制振板ばね、あるいは一般構造材料よりなる一般材板ばねとを組み合わせた複合ばねとしもよく、この組み合わせによって、動吸振器のばね剛性やダンパの減衰特性を任意に設定することが可能となる。

（第４の実施形態）
次に、本発明に係る簡易型動吸振器の第４の実施形態を、図５を用いて説明する。
図５は、本実施形態に係る簡易型動吸振器を構成する制振ばね構造ユニットの側面断面図である。なお、第１ないし第３の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態は、制振ばね構造ユニットを例えばＭｎ−Ｃｕなどの減衰定数１％以上の制振材料で一体成型したものである。

本実施形態によれば、制振ばね構造ユニットを制振材料で一体成型したために、実施形態１のように制振鋼板を用いた制振円板１を固定具２に挟み込むように固定する場合に比べて、ばね部材を固定する境界条件が構造上強固となり、締結部の滑りなどによる摩擦の影響を受けなくなり、動吸振器の性能を向上させることができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明に係る簡易型動吸振器の第５の実施形態を、図６及び図７を用いて説明する。
図６は、第５の実施形態に係る簡易型動吸振器の上面図であり、図７は、同じく簡易型動吸振器の側面断面図である。なお、第１ないし第４の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態は、第１の実施形態の制振ばね構造ユニットを構成する制振円板１を長方形の制振矩形板１０としたもので、制振矩形板１０の周囲は、長辺方向で固定具２に固定されており、制振矩形板１０の長辺方向と短辺方向のばね剛性（面外剛性）が異なる簡易型動吸振器を構成したものである。

このように構成したことにより、制振ばね構造ユニットは、第１の実施形態の制振ばね構造ユニットと同様に動吸振器のばね及びダンパとして作用し、おもり８の高さ調整により制振対象物の振動に同調させることができる。また、制振ばね構造ユニットのばね剛性が振動方向によって異なるように構成することができる。

本実施形態によれば、制振ばね構造をユニットのばね剛性を振動方向によって異なるように設定することが可能となり、直交する２方向の共振振動数が異なる制振対象物に対しても２方向の振動に同時に同調し、振動を抑制することができる。

また、同様に制振ばね構造ユニットの板ばねの板厚分布を任意に設定したり、板形状を楕円形などとしても、ばね剛性を振動方向によって異なるように任意に設定することができる。また、おもり８の形状は、支柱６に対する直交断面が楕円形断面や長方形断面など任意に設定し、制振円板１を中心とする振動方向に対する回転慣性であるおもり８の慣性モーメントに異方性を与えてもよい。このようにして、構成される動吸振器の共振振動数を振動方向によって異なるように任意に設定することができる。

（第６の実施形態）
次に、本発明に係る簡易型動吸振器の第６の実施形態を、図８及び図９を用いて説明する。
図８は、本実施形態に係る簡易型動吸振器の側面断面図であり、図９は、この簡易型動吸振器の設置状況を示す側面図である。なお、第１ないし第５の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態における簡易型動吸振器は、第１の実施形態のおもり８の上部側面にストッパ１１を設け、台座５に取り付けられるケース１２と所定の間隔を設けている。この間隔は、例えばおもり８の振動振幅が過大となり制振円板１が損傷しないように設定される。この簡易型動吸振器は、例えば、図９に示すように、屋外に設置される監視用カメラ１３のポール１４に設置されることを想定している。

このように構成したことにより、おもり８が過大に振動し制振円板１の変形が大きくなると、ストッパ１１がケース１２に衝突して、おもり８の振動を所定の振幅以下に抑えることができる。おもり８の振動を所定の振幅以下に抑えるので、制振円板１の応力を所定以下に抑えることができ、損傷を防ぐことができる。また、高減衰能ゴム材料等によりストッパ１１を形成すれば、ストッパ１１がケース１２に衝突しても緩衝作用により大きな衝撃力を発生させないように構成することもできる。

また、ケース１２を設けているので、屋外使用における雨風の影響を受けなくなり、簡易型動吸振器を構成する部品の腐食等による寿命低下や性能低下を防止することができる。さらに、ケース１２を密閉容器とすれば、水中での使用においても動吸振器の構成ユニットが水による流体の付加質量効果や流体−構造連成効果を受けることがないため、制振性能の低下を抑えることができる。また、宇宙などの真空環境下あるいは腐食環境下などにおいても制振材料の材料成分の揮発や腐食を抑えることができるため、制振性能の低下を防ぐことができる。

以上本発明の実施形態について図を参照して説明してきたが、複数の実施形態に説明した特徴を任意に組み合わせた構成とすることも可能である。また、本発明は上述した各実施形態に限定されるものでなく、当業者にあっては、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形を採ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る簡易型動吸振器を構成する制振ばね構造ユニットの上面図（ａ）及び側面断面図（ｂ）。本発明の第１の実施形態に係る簡易型動吸振器の側面断面図。本発明の第２の実施形態に係る簡易型動吸振器の側面断面図。本発明の第３の実施形態に係る簡易型動吸振器の側面断面図。本発明の第４の実施形態に係る簡易型動吸振器を構成する制振ばね構造をユニットの側面断面図。本発明の第５の実施形態に係る簡易型動吸振器の上面図。本発明の第５の実施形態に係る簡易型動吸振器の側面断面図。本発明の第６の実施形態に係る簡易型動吸振器の側面断面図。本発明の第６の実施形態に係る簡易型動吸振器の設置状況の一例を示す側面図。従来の動吸振器の斜視図。

符号の説明

１…制振円板、２…固定具、３…ねじ穴、４…支柱締結具、５…台座、６…支柱、７…貫通ねじ、８…おもり、９…多層制振鋼板、１０…制振矩形板、１１…ストッパ、１２…ケース、１３…監視用カメラ、１４…ポール、１５…簡易型動吸振器。

Claims

制振ばねとおもりと台座を有する簡易型動吸振器において、
前記制振ばねは、周囲を前記台座に固定した制振円板であって、前記おもりは、前記制振円板の面の中心に直立して固定された支柱にねじ込まれているとともに前記支柱に対する位置が調整自在であることを特徴とする簡易型動吸振器。
前記制振円板は、複数枚の制振円板を層状に組み合わせてなることを特徴とする請求項１に記載の簡易型動吸振器。
前記制振円板と、前記制振板円板を制振対象物に台座を介して固定するための固定具と、前記制振円板の面の中心に支柱を直立して固定するための支柱締結具とをユニット化して構成してなる制振ばね構造ユニットを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の簡易型動吸振器。
前記制振ばね構造ユニットは、同一材料で一体成型したことを特徴とする請求項３に記載の簡易型動吸振器。
前記制振円板は、制振鋼板または減衰定数１％以上の制振材料からな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簡易型動吸振器。
前記おもりに振動振幅を制限するストッパを設け、少なくとも前記制振円板と前記支柱と前記ストッパを設けたおもりをケースに内包したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の簡易型動吸振器。
前記ストッパは、前記ケースとの接触時の衝突荷重を吸収する高減衰材料からなることを特徴とする請求項６に記載の簡易型動吸振器。
請求項１ないし７のいずれかに記載の簡易型動吸振器を用いる制振方法であって、前記おもりを前記制振円板を中心とする回転により制振対象物と共振させることにより振動を減衰させることを特徴とする制振方法。