JPH10110774A

JPH10110774A - 衝撃振動吸収方法及び制振装置

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Publication number: JPH10110774A
Application number: JP28136896A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuhisa; 寛松久; Masashi Yasuda; 正志安田
Original assignee: Tokkyokiki Corp
Current assignee: Tokkyokiki Corp
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2016-10-01
Also published as: JP4095689B2

Abstract

(57)【要約】【課題】床や機械等の制振対象に衝撃的な外乱が付加
された場合に、制振対象の振動を有効に抑制する。【解決手段】制振対象(2)に制振質量(3)が接触して設置
されており、制振質量(3)は制振対象(2)から運動量が伝
達された際に制振対象(2)から分離して運動することが
でき、運動により運動量を消費した制振質量(3)を次の
衝撃的外乱が付加される前に元の位置に復帰させる復元
機構を有する。復元機構はバネ(6)とダッシュポット(7)
を備え、制振質量(3)が制振対象(2)から離れるときには
減衰が小さく、その後の運動においては制振対象(2)に
向かうときには減衰が大きくなるように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は床等の構造物やプレ
ス機械等に加えられた衝撃振動を吸収する方法及び振動
を抑制する制振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】加工機械を有する工場施設やエアロビク
スのようにジャンプ衝撃を伴う運動施設等では、衝撃的
に入力される外乱によって床面等が振動し、周辺に伝播
することによって振動障害を引き起こすことがある。こ
のような衝撃性の外乱に対しては、軽減するための有効
な手法がなく、従来は床等の重量を大きくしたり、堅固
にする等の方法が採られている。対策技術として動吸振
器の利用も考えられるが、動吸振器は可動制振質量が所
定の振幅に達したときに初めて十分な効果を発揮するの
で、衝撃の初期応答に対しては十分な制振効果が得られ
ない。

【０００３】又、柔らかいバネで支持されることにより
防振されたプレス機械は、プレス時の衝撃により機械自
体が大きく揺れてしまう。逆にバネを堅くするとプレス
機械の揺れは小さくなるが設置箇所への振動伝達が増え
てしまう。

【０００４】従来は質量体が制振対象と衝突することに
よりエネルギーを消費するインパクトダンパが用いられ
ることがあったが、インパクトダンパの挙動は容器の隙
間や質量比、反発係数、振動数比、外力の大きさ等に大
きく依存するため、厳密な設計がなされないと制振効果
が得られにくい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、床やプレス機
械等の制振対象に衝撃性の外乱が付加された際に、その
衝撃を吸収する衝撃振動吸収方法と、この方法に基づき
制振対象の振動を少なくする制振装置が求められてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の衝撃振動吸収方
法は、制振対象(2)に衝撃的外乱が付加された際に、制
振対象(2)に接触して設置された制振質量(3)が制振対象
(2)から運動量が伝達されて制振対象(2)から分離して運
動することにより制振対象(2)の振動を抑制し、制振対
象(2)に次の衝撃的外乱が付加される前に制振質量(3)を
元の位置、すなわち制振対象(2)に接触する位置に復帰
させることを特徴とする。

【０００７】また、本発明の制振装置は、制振対象(2)
に制振質量(3)が接触して設置されており、制振質量(3)
は制振対象(2)から運動量が伝達された際に制振対象(2)
から分離して運動することができ、運動により運動量を
消費した制振質量(3)を元の位置に復帰させる復元機構
(6)，(7)を有することを特徴とする。そして、制振質量
(3)の復元機構はバネ(6)とダッシュポット等の減衰機構
(7)を備え、制振質量(3)が制振対象(2)から離れる瞬間
には減衰が小さく、以降の運動では減衰が大きくなるよ
うに構成されていることを特徴とする。

【０００８】更には、制振質量(3)が制振対象(2)から分
離する速度を増速させる機構を有することを特徴とす
る。

【０００９】本発明によれば、床等の制振対象(2)への
衝撃が制振対象(2)に接触した制振質量(3)に伝わり、制
振質量(3)が振動する。このとき制振対象(2)と制振質量
(3)との接触面が反発係数の高い材質で構成されている
と、より効率的に運動量を伝達することができるのはも
ちろんである。制振対象(2)自体は衝撃を制振質量(3)に
逃がしているため、その分だけ制振対象(2)を振動させ
る運動量が少なくなる。

【００１０】仮に、制振対象(2)と制振質量(3)との接触
面の反発係数が１であるとして、制振対象(2)たる質量
ｍ₂の床に、外乱として質量ｍ₁のものを物体(1)が速度ｖ
₁で衝突し、床がこの衝突によりｖ₂の速度で動くとする
と、床にはｍ₁ｖ₁の内のｍ₂ｖ₂の運動量が伝達されたこ
とになる。床の運動量ｍ₂ｖ₂の一部は、床下面に接して
いる制振質量(3)たる質量ｍ₃の重錘に伝達され、重錘は
ｖ₃の速度で動こうとする。ここに重錘に伝達された運
動量はｍ₃ｖ₃となる。

【００１１】床に付加されたの衝撃は床と重錘に分担さ
れることとなり、重錘の離脱に伴って床自体が負担する
運動量ｍ₂ｖ₂はｍ₃ｖ₃だけ少なくなる。したがって、重
錘の運動量ｍ₃ｖ₃が大きくなるほど床自体に残存する運
動量が少なくなる。

【００１２】制振質量(3)はバネ(6)とダッシュポット等
の減衰機構(7)に接続されているため、運動することに
よりエネルギーを消費し、また、バネ力により元の位置
に復帰する。次の衝撃が制振対象(2)に及ぶ前に復帰す
ることにより、次の衝撃に対しても最初の衝撃の場合と
同様に対応することができる。

【００１３】制振質量(3)の復元機構をバネ(6)とダッシ
ュポット(7)で構成し、制振質量(3)が制振対象(2)から
離れる際には減衰が小さく、その後の運動では減衰が大
きくなるように構成すると、制振質量(3)が元の位置に
復帰する際にその速度を小さくすることができ、制振対
象(2)下面に再び接する際に制振質量(3)が制振対象(2)
に与える衝撃はほとんどなくなる。尚、制振質量(3)の
復元機構は制振対象から支持する場合と、別の構造から
支持する場合がある。

【００１４】制振質量(3)が制振対象(2)から離れる速度
を増速させる機構を制振対象(2)に付加すると、増速機
構の反作用により制振対象(2)に及ぶ衝撃を減殺するこ
ともできる。

【００１５】

【発明の実施の形態】

［実験］図５(A)は実験装置の側面図であり、図５(B)は
その実験装置の部分拡大斜視図である。

【００１６】(51)は両端が固定された長さ720mm、幅100
mm厚み13mmの床材である。床材(51)の下面には固定ブロ
ック(57)が取り付けられており、固定ブロック(57)には
蝶番(56)を介して可動板(54)が取り付けられている。可
動板(54)の先端部上面には６４gの可動ブロック(53)が
取り付けられている。可動板(54)と可動ブロック(53)に
より重さ２５８gのホルダーが形成され、可動板(54)の
先端部下面には重錘(52)が装着可能となっている。

【００１７】可動板(54)のほぼ中央部上面と床材(51)下
面との間にはバネ(55)とダッシュポット(58)が取り付け
られており、通常の状態ではこのバネの作用により可動
ブロック(53)の上面が床材(51)の下面中央部に当接して
いる。

【００１８】このような床材(51)中央部に重さ５８gの
テニスボール(50)を床材(51)の上方470mmから落とした
際の床材(51)中央部の加速度を測定した。

【００１９】図６に実験結果を示す。（ア）はホルダー
等の制振機構がない場合、（イ）はホルダーは装着され
ているがホルダーに重錘を装着しない場合、（ウ）は２
００gの重錘をホルダーに装着した場合、（エ）は４０
０gの重錘をホルダーに装着した場合である。

【００２０】これによれば制振機構が働いている（ウ）
や（エ）の場合の方が、制振機構の無い（ア）や重錘(5
2)をつけていない（イ）の場合に比べて揺れの振幅が小
さく、短時間で振動が収束していることがわかる。

【００２１】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明
する。［実施例１］図１に本実施例の構成の概要を示す。制振
対象であり質量ｍ₂の床(2)の下面に、制振質量としての
質量ｍ₃の重錘(3)を配している。床(2)自体は支持構造
物(8)にバネ(4)，(5)により支持されているモデルを用
いることができる。この床(2)自体はできるだけ振動さ
せたくないので床(2)を直接支えるバネ(4)，(5)は堅く
している。

【００２２】重錘(3)はバネ(6)とダッシュポット(7)に
より支持されているが、重錘(3)は運動によりエネルギ
ーを消費することを目的とするので、重錘(3)を支持す
るバネ(6)はソフトにすべきである。又、衝撃性外乱が
繰り返し周期的に付加されることが予想される場合、周
期の最短のものに対応できるように復元し、次回の衝撃
に対応できるようにしておくことが必要である。

【００２３】床(2)から伝達された衝撃により、床(2)下
面から分離した重錘(3)が、運動中に床(2)下面と衝突す
ると、再び衝撃が床(2)に伝達されることになり好まし
くない。そこで、重錘(3)を支えるダンパのダッシュポ
ット(7)としては作動方向により減衰の程度が異なる片
方向ダッシュポットを使用してもよいし、接触点では作
用しないダンパー機構を用いてもよい。重錘(3)が床か
ら離れるときには減衰がほとんどなく、重錘(3)が床(2)
に向かうときには減衰が大きくなるようにしている。し
たがって、重錘(3)が運動によりエネルギーを消費し、
再び元の位置に復帰（床(2)に接触）する際にも床(2)に
衝撃を与えることなく静かに復帰する。

【００２４】尚、片方向ダッシュポットとしては粘性体
の流路に片方向に開口するオリフィスを設ける等の構成
のものがあり、接触点では作用しない所謂「遊び」のあ
るダンパーも各種存在する。例えば図７は遊びを有した
回転型ダンパーを示した模式図であり、(61)はダンパ
軸、(62)は回転軸である。制振質量と接続されている回
転軸(62)が回転を始めてもダンパ軸(61)との間に両側に
△θだけギャップがあるため、このギャップが遊びとな
って回転軸(62)がダンパ軸(61)と接触するまでの間は減
衰は小さく、両者が接触した後は減衰が大きくなる。

【００２５】ダッシュポット(7)の減衰係数を大きくす
ると重錘(3)が床に接する際の衝撃は少なくなるが、制
振質量は次の衝突までに元の位置に戻ってくることが求
められるのでダッシュポットの減衰係数はある程度小さ
くする必要があり、ダッシュポット(7)の減衰係数はこ
れら両方の観点から考慮して決定するとよい。

【００２６】尚、重錘(3)が床に接する際の衝撃を少な
くするために、重錘(3)に片効きのダッシュポットを利
用したショックアブソーバーを取り付けてもよい。図８
はこのようなショックアブソーバーを備えた制振装置の
モデル図である。同図(A)は重錘(73)が床(72)に接触し
た状態であり、ダッシュポット(74)は縮んでいる。衝突
物体(71)が床(72)に衝突すると同図(B)に示すように重
錘(73)が床(72)から離れ、重錘(73)が床(72)に戻るまで
の間にダッシュポット(74)が伸びて、重錘(73)より先に
ダッシュポット(74)が床(72)に接触する。よって、重錘
(73)が床(72)に接する際の衝撃を更に少なくすることが
できる。

【００２７】重錘(3)と床(2)下面との接触面の反発係数
は大きいほど、床(2)に印加された衝撃を重錘(3)に多く
伝えることができ、床(2)自体の振動は少なくなる。し
たがって、接触面は象牙，硬質プラスチックス（エンジ
ニアリングプラスチック），金属等の反発係数の大きい
材質で構成することが好ましい。

【００２８】尚、実験によれば制振質量(3)と制振対象
(2)の質量がほぼ等しいときに衝撃制振効果が特に大き
いことがわかった。

【００２９】以上のように衝撃的に入力される外乱によ
る床面等の振動が抑制され、基礎(8)へ伝わる振動も従
来のものより小さくなった。これは従来衝撃的に伝わっ
ていた運動量が、制振質量たる重錘(3)を介することに
より長周期のなだらかなものとして基礎(8)に伝えられ
るためである。

【００３０】［実施例２］図２は本実施例の構成の概要
を示したモデル図である。(14)，(15)はバネである。本
実施例では振り子式の制振質量(13)を備えている。衝撃
を受けていないときは制振対象(12)下面と制振質量(13)
は直接接しているが、物体(11)ので衝突等により衝撃的
外乱が付加された場合、運動量が伝達された制振質量(1
3)が制振対象(12)から離れて振動する。本実施例の場
合、制振質量(13)が復元機構(16),(17)を介して制振対
象(12)に接続されているため、実施例1の場合と異なり制
振質量(13)の振動は制振対象(12)に影響を与えるが、両
者間に配されている復元機構のバネ(16)を十分に柔らか
いものとするとその影響は小さくなる。

【００３１】尚、実施例１のように制振質量を床設置面
(9)に設置するか、実施例２のように床面(12)に設置す
るかは、設置スペース等に鑑みて選択すればよい。

【００３２】［実施例３］本実施例では、実施例１の構
成に付加して、重錘が床から離れる際の速度を増速させ
る機能を床に備えさせた。床にはその増速作用の反作用
力が及び、この力が衝撃を減じる働きをし、実施例１の
効果に加えて更に制振効果が得られる。増速させる手段
としては種々あるが、初期圧縮したバネや磁力，ガスの
噴出を使用したもの，又、油圧，リニアモーターを利用
したアクチュエーター等が考えられる。これらの増速機
構の作動はトリガー機構かセンサーにより開始させる。

【００３３】アクティブな手法による場合は、外乱の運
動量を予見して、外乱が入力された時点でそれと等しい
運動量になるように制振質量を離脱させるようにすると
効果的である。尚、繰り返し発生する外乱源は比較的容
易に運動量を測定することができる。

【００３４】［実施例４］本実施例は空気バネで防振さ
れたプレス機械に本発明の衝撃振動吸収方法を適用した
例であり、図３はその構成の概要を示した図である。(2
1)は上下に移動可能な押圧体であり、下方に移動するこ
とによりプレス対象物を押圧することができる。(22)は
プレス機械基部であり、(24)は空気バネやコイルスプリ
ングで構成されるバネ支持部、(25)は機械設置部であ
る。(23)は制振質量であり、バネ(26)及び減衰装置(27)
を介して機械設置部に取り付けられている。減衰装置(2
7)は遊びとなるギャップ(x)を有している。

【００３５】押圧体(21)が制振対象たるプレス機械基部
(22)に衝突すると、プレス機械基部(22)の運動量が制振
質量(23)に伝わり、制振質量(23)がプレス機械基部(22)
から離れて下方に移動する。制振質量(23)がプレス機械
基部(22)から離れる際にはギャップ(x)の存在により減
衰装置(27)は減衰は小さく、ギャップ(x)以上下方に移
動すると減衰装置(27)が有効に働き減衰が大きくなる。
制振質量(23)は運動によりエネルギーを消費し、再び元
の位置に復帰する。

【００３６】［実施例５］本実施例も実施例４と同様に
プレス機械に本発明の衝撃振動吸収方法を適用した例で
あり、図４はその構成の概要を示した図である。実施例
４と異なり、制振質量(30)がバネ(31)及び減衰装置(32)
を介して制振対象たるプレス機械基部(22)に取り付けら
れている。

【００３７】本実施例の場合も押圧体(21)がプレス機械
基部(22)に衝突すると、プレス機械基部(22)の運動量が
制振質量(30)に伝わり、制振質量(30)はプレス機械基部
(22)から離れて運動することによりエネルギーを消費
し、再び元の位置に復帰する。

【００３８】上記各実施例では制振質量たる重錘を１カ
所に設けたが、制振対象の大きさ，衝撃性外乱の大きさ
や周期等により複数の制振質量を設けてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように本発明により、制振対
象に衝撃的な外乱が付加された場合に、制振対象の振動
を有効に抑制することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の構成の概要を示したモデル図。

【図２】実施例２の構成の概要を示したモデル図。

【図３】実施例４の構成の概要を示した図。

【図４】実施例５の構成の概要を示した図。

【図５】実験装置を示した図。

【図６】実験結果を示した図。

【図７】遊びを有した回転型ダンパーを示した図。

【図８】ショックアブソーバーを備えた制振装置のモデ
ル図。

【符号の説明】

(1) 衝突物体 (2) 制振対象（床） (3) 制振質量（重錘） (4)，(5) バネ (6) バネ (7) ダッシュポット (8) 支持構造物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制振対象に衝撃的外乱が付加された際
に、制振対象に接触して設置された制振質量が制振対象
から運動量が伝達されて制振対象から分離して運動する
ことにより制振対象の振動を抑制し、制振対象に次の衝
撃的外乱が付加される前に制振質量を制振対象に接触す
る位置に復帰させることを特徴とする衝撃振動吸収方
法。
【請求項２】制振対象に制振質量が接触して設置され
ており、制振質量は制振対象から運動量が伝達された際
に制振対象から分離して運動することができ、運動によ
り運動量を消費した制振質量を制振対象に接触する位置
に復帰させる復元機構を有することを特徴とする制振装
置。
【請求項３】制振質量の復元機構はバネと減衰機構を
備え、制振質量が制振対象から離れる瞬間には減衰が小
さく、その後の制振質量の運動に対しては減衰が大きく
なるように構成されていることを特徴とする請求項２記
載の制振装置。