JPS6316632B2

JPS6316632B2 -

Info

Publication number: JPS6316632B2
Application number: JP56090057A
Authority: JP
Inventors: Susumu Sawano; Yoshihiro Gofuku; Junji Hashimoto; Takayuki Ando
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1981-06-11
Filing date: 1981-06-11
Publication date: 1988-04-09
Also published as: JPS57204385A; US4524851A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、スナツバに関するものである。

化学プラントなどの配管系の支持据付けには、
安全上、熱変形を考慮した耐震支持装置が使用さ
れる。

従来、この目的でオイルスナツバが利用されて
きたが、原子力プラントでは放射線環境となり、
オイル劣化やゴムなどのシール劣化が心配され、
長期使用の信頼性に欠ける。

このため、オイルを使用しない新しい支持装置
として、機械要素だけで構成されたメカニカルス
ナツバが各種提案されている。これらは、支持部
に加わる直線運動をボールねじなどで回転運動に
変換し、はずみ車を回転させるように構成したも
のであつて、熱変形のような緩やかな運動に対し
て拘束力をほとんど示さずこの運動を許容し、地
震のような速い運動に対してはずみ車の慣性力に
より拘束支持するようになつている。ところが、
初期のメカニカルスナツバ（以下単に「スナツ
バ」という）は、摩擦抵抗が極めて小さいため
に、はずみ車系の固有周波数附近で高い共振特性
を示し、周波数・剛性特性に鋭いピークがあらわ
れていた。そのため、地震時に、固有周波数の附
近で配管系支持が強固になりすぎたり、また急し
ゆんな剛性変化のために支持不安定になつたりす
る危険があつた。

そこで、スナツバの共振ピークを低下させるた
めに、例えば第１図に示すようにはずみ車と主筒
体内壁との間に条件的摩擦力（後述する）を作用
させるように構成したスナツバが提案されてい
る。しかし、その効果は弱く共振ピークは、あま
り低下していない現状である。

まず、この第１図に示す従来のスナツバについ
て説明する。

主筒１の中心部のベアリング２にはずみ車３が
ナツト４で固定されている。これに貫通軸５が貫
通するが、はずみ車３とのはまり部はねじ棒６に
なつており、はずみ車３側は、ボールナツト７に
なつている。貫通軸５にはガイドリング８があ
り、主筒延長部９内面のガイドキー１０によつ
て、貫通軸５は回転せず直動するようになつてい
る。はずみ車３の延長部１１には貫性車１２が滑
動自在に嵌合されている。

はずみ車３と慣性車１２には複数個のくぼみ３
ａ，１２ａが形成され、これらのくぼみ３ａ，１
２ａ内にはボール１３が入れられており、くぼみ
３ａ，１２ａとボール１３によつて、回転・直動
変換カムが構成されている。慣性車１２は、ばね
１４によつてはずみ車３側に押付けられ、そして
上記くぼみ３ａ，１２ａおよびボール１３で構成
されるカムにより、はずみ車３との間隔が保持さ
れている。

そして、このスナツバは、ベース１５および引
手１６の一方を構築物に、他方を管系に接続さ
れ、管系の支持に供される。

いま、管系が温度変化等によつて変形（伸び、
縮み、曲がり）したとする。支持点の移動は緩や
かであり引手１６、貫通軸５とともにねじ棒６は
軸長方向に直動しようとする。これとボールナツ
ト７でかみあうはずみ車３はゆつくりと回転し、
ねじ棒６の直動を低抵抗で許容する。慣性車１２
は、くぼみ３ａ，１２ａ、ボール１３を介して、
ばね１４ではずみ車３に押付けられているので、
はずみ車３のゆつくりとした回転に追従し、ほと
んど一体となつて回転する。したがつて、ねじ棒
６の直動振動に対する抵抗力は、ねじ棒６とボー
ルナツト７とによるボールねじ部の効率と、はず
み車３および慣性車１２の回転に対する慣性トル
クにもとづいて決まり、ほぼ慣性形となる。

一方、地震等による急激な振動が管系に作用し
た場合、支持点の高速振動にしたがつて、ねじ棒
６は高速に往復直動し、これによつてはずみ車３
も高速回転振動する。しかし、慣性車１２は、は
ずみ車３の高速回転振動に追従しきれなくなり、
これら両者の回転に位相差があらわれる。このと
き、くぼみ３ａ，１２ａとボール１３で構成され
る回転−直動カムにより第２図のように慣性車１
２ははずみ車３から離間する。そして、この位相
差が大きくなると、ベース接触部１２ｂはベース
内面１５ａに接触し、はずみ車３と慣性車１２の
回転に対する摩擦抵抗力が働くので、ねじ棒６の
直動振動に対する抵抗力は、慣性＋摩擦抵抗形と
なる。さらに高速振動に対してボールねじおよび
ベアリングなどの直動振動に対する抵抗力が作用
し、動剛性は、ばね形となる。

この種のメカニカルスナツバの入力変位に対す
る抵抗力の関係を動剛性Ｋの形であらわすとつぎ
のようになる〔配管技術、P59〜66（1980−６）
参照〕。

ただし、ｘ：変位Ｆ：力 k_e：ボールねじのばね定数 ω：加振周波数 ω_e：スナツバの固有周波数 h_e：等価減衰比このＫを周波数線図であらわすと、第４図のよ
うになる。ピークが出るのは固有周波数ω_eにお
いてである。ω_eより低い周波数において、Ｋは
前述のごとくほぼ慣性的、つまりω²に比例して
Ｆが小さくなる。ω_eより高い周波数では、ボー
ルねじなどの機械的剛性によつてきまる一定剛性
値を示す。ω_e附近でのピーク形はh_eによつてき
まる。h_eはスナツバの等価的粘性抵抗に依存す
る。

ところで、上記第１図に示す従来のスナツバ
は、スナツバ系の減衰比h_eを大にするために、等
価粘性抵抗をあたえるように、はずみ車３のほか
に慣性体１２を設けて、そしてカムにより高周波
域での位相差を利用して、ベース１５または主筒
１との接触摩擦を働かせている。

しかし、このような方法では、慣性車１２の接
触部１２ｂがベース内面１５ａに接触するまでの
動作範囲で、摩擦抵抗がほとんど働かないため
に、減衰比の増加が充分でなく、この結果第４図
中曲線Ｂで示すように、h_eは、0.08〜0.12程度で
あり、Ｋのピーク値は、高周波定常値の４〜５倍
以下には低減し難かつた。これは、接触部１２ｂ
とベース内面１５ａとのすきまが実用上１mm内外
は必要であり、ベース内面１５ａとの接触摩擦は
あまり有効に利用できないためである。

ちなみに、ボールねじとはずみ車だけで緩衝作
用を行なうように構成された従来の初期のスナツ
バにおいては、そのための系の粘性抵抗はボール
ねじ、およびベアリングの摩擦抵抗分だけであ
り、これが一般に極めて小さいので、第４図中曲
線Ａで示すようにh_eは0.05〜0.08程度となつて共
振し、ピーク値は、Ｋの高周波定常値の７ないし
10倍になつていた。

ところで、スナツバの特性として、Ｋは低周波
で極めて小さく、高周波で一定、そして中間では
スムーズな特性変化がのぞましい。ところが、上
記のような従来の初期のスナツバは第４図中曲線
Ａで示すようにピークが高かつたため、固有周波
数での剛性が高すぎたり、またこの近傍での支持
が不安定になり、支持管系に高荷重をあたえるお
それがあつた。また、前述したように第１図に示
すように構成された従来のスナツバにあつても、
Ｋのピーク値を充分に低減し難いため、同様の不
具合を有する。

この発明は、上述したような動作原理を、理論
的ならびに実験的に種々検討してなされたもの
で、スナツバの動剛性にあらわれる共振を抑え
て、固有周波数近傍でのピークを低下させること
により、動作を安定にするスナツバを提供するこ
とを目的とする。

以下、この発明の実施例を第３図乃至第６図に
基づいて説明する。なお、前記従来例のものと同
様の部分には同一符号を付してその説明を省略す
る。

第３図はその１実施例を示し、はずみ車３と慣
性車１２との間に中間ブレーキ１８を設けてい
る。これは、摩擦材１９、ガイド２０、ばね２１
で構成されており、はずみ車３の円周上に１箇以
上配備されている。ばね２１の合計押付け力は、
ばね１４の慣性車押付け力よりも小さくする。ば
ね１４のばね定数はなるべく小さくし、慣性車１
２がはずみ車３から離間しても、中間ブレーキ１
８の押付け力があまり低下しないようにする。そ
の他の構成は前記従来例のものと同様である。

次に、このように構成した新しいスナツバの動
作をのべる。管系の温度変化等による支持点の低
速度振動に対してねじ棒６は直動振動する。この
ときの抵抗力は、主にはずみ車３と慣性車１２を
回転させるに要する慣性力であり、従来のスナツ
バとほとんど同じ慣性形である。

一方、地震等による高速振動に対し、ねじ棒６
が高速に往復振動し、はずみ車３が高速回転振動
すると、慣性車１２は、はずみ車３の高速回転振
動に追従しきれなくなり、両者の回転振動に位相
差があらわれ相対運動が発生する。ところで、前
述した従来のスナツバでは、この位相差が大きく
なつて慣性車１２の接触部１２ｂがベース内面１
５ａに接触するまで摩擦減衰がほとんど作用せ
ず、そのため振動が過大となり共振状となりがち
であつた。しかし、この発明のスナツバでは、は
ずみ車３と慣性車１２の位相差が少しでもあらわ
れて相対運動が発生すると、新たに設けた中間ブ
レーキ１８によつて摩擦減衰が作用し、相対運動
の過大化を抑える。さらに、支持部振動が高速に
なると、位相差は増大し、慣性車１２の接触部１
２ｂがベース内面１５ａに接触して摩擦減衰が強
化され、ついには、ボールねじおよびベアリング
などの直動振動に対する剛性抵抗力分が主として
作用するようになり、動剛性は、ばね形となる。

この結果、中間ブレーキ１８は従来の問題とな
つていたスナツバの固有周波数ω_e近傍で減衰を
大にするように有効に働き、動剛性を第４図中曲
線Ｃのようにピークを充分低下させたものとす
る。

ちなみに、実験結果では、中間ブレーキ１８を
つけない従来形スナツバで減衰比が0.08〜0.1、
ピーク値が定常値の約５倍であつたものに、第３
図のごとき中間ブレーキ１８をつけ調整した本発
明のスナツバでは、減衰比が0.2〜0.3、ピーク値
が定常値の1.8〜2.5倍となり、ピーク値を半減で
きた。

なお、第５図のように中間ブレーキ１８を慣性
車１２側に組込むことも有効であるのはもちろん
である。また、第６図のように慣性車１２の移動
によつてブレーキ力が変化しないように構成して
もよい。

また、本発明は例えば特公昭55−623号公報に
開示されているように、主筒に対し相対的に出入
りする副筒にボールナツトにより回転自在に中心
軸が設けられ、この中心軸に一体的にフライホイ
ールが固定され、主筒に対する副筒の相対出入り
によつて中心軸が回転する摩擦制動式防振器、す
なわち本発明の直線運動を回転運動に変換する変
換機構として、本実施例における回転せず直動す
る貫通軸５とは異なる構成の回転する中心軸（本
実施例の貫通軸５に相当する）を有するスナツバ
に対しても適用可能であり、本発明の適用範囲は
広い。

以上説明したように、本発明のスナツバによれ
ば、回転部材と慣性部材との間に、摩擦材をばね
部材により前記回転部材と慣性部材との一方側か
ら他方側に圧接させる中間ブレーキを設けたの
で、摩擦部材により回転部材と慣性部材との相対
回転時にこれら回転部材と慣性部材との間に摩擦
抵抗力を働かせることができ、これによりスナツ
バの動剛性にあらわれる共振を抑え、固有周波数
近傍での共振ピークを低下させることができ、こ
れにより安定した動剛性をうることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスナツバの１例を示す縦断面
図、第２図ａ乃至第２図ｃはそのくぼみ３ａ，１
２ａ、ボール１３とでなる離間機構の作動説明
図、第３図はこの発明の１実施例の要部の縦断面
図、第４図は従来のスナツバおよびこの発明に係
るスナツバの作動特性図、第５図はこの発明の他
の実施例の要部の縦断面図、第６図はこの発明の
更に他の実施例の要部の縦断面図である。１……主筒（本体）、３……はずみ車（回転
体）、３ａ……くぼみ、５……貫通軸（棒状部
材）、６……ねじ棒、７……ボールナツト、１２
……慣性車（慣性体）、１２ａ……くぼみ、１３
……ボール、１８……中間ブレーキ、１９……摩
擦材、２１……ばね（ばね部材）。

Claims

【特許請求の範囲】

１本体と、該本体に伸縮自在に設けられた棒状
部材と、該棒状部材の直線運動を回転運動に変換
するように前記本体内に設けられた変換機構と、
該変換機構に設けられた回転部材と、該回転部材
と対向回転するように設けられ前記本体に当接す
ることにより回転がロツクする慣性部材と、前記
回転部材と慣性部材との対向面に位置され前記回
転部材と慣性部材とが相対変位したときには前記
慣性部材を前記本体方向に押圧するように設けら
れた離間機構と、前記回転部材と慣性部材との間
に設けられた摩擦材をばね部材により前記回転部
材と慣性部材との一方側から他方側に圧接させる
中間ブレーキとからなることを特徴とするスナツ
バ。