(57)【要約】【課題】動吸振器を制振対象に設置した後においても動吸振器の固有振動数を容易に調整して、制振対象に対する制振効果を向上できること。【解決手段】制振対象にばね要素を介して可動質量が連結され、この可動質量と制振対象との間に慣性質量要素１４が連結されて構成される動吸振器であって、慣性質量要素は、ねじ構造に構成された軸１５と、この軸に螺装されるボールナット１６と、軸の基端部側を収容すると共にボールナットを回転自在に支持する固定筒部１８と、ボールナットに対する半径方向位置が変更可能に取り付けられてボールナットと共に回転する回転体錘２０と、を有し、軸１５の先端部と固定筒部１８のいずれか一方が可動質量に、他方が制振対象に連結されて構成されたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制振対象にばね要素を介して可動質量が連結され、この可動質量と前記制振対象との間に慣性質量要素が連結されて構成される動吸振器であって、
前記慣性質量要素は、ねじ構造に構成された軸と、この軸に螺装されるナットと、前記軸の基端部側を収容すると共に前記ナットを回転自在に支持する固定筒部と、前記ナットに対する半径方向位置が変更可能に取り付けられて前記ナットと共に回転する回転体錘と、を有し、前記軸の先端部と前記固定筒部のいずれか一方が前記可動質量に、他方が前記制振対象に連結されて構成されたことを特徴とする動吸振器。
【請求項２】
前記回転体錘は、ナットから半径方向に突設された固定治具にねじ結合されて、前記ナットに対する半径方向位置が変更可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の動吸振器。
【請求項３】
前記回転体錘は、ナットに設置された位置決め機構に連結され、この位置決め機構の作動により前記ナットに対する半径方向位置が変更可能に位置決めされて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の動吸振器。
【請求項４】
前記慣性質量要素は、制振対象の振動を計測するセンサと、このセンサの計測結果に基づき位置決め機構を制御して、回転体錘のナットに対する半径方向位置を位置決めする制御装置と、を更に有することを特徴とする請求項３に記載の動吸振器。
【請求項５】
前記慣性質量要素は、固定筒部に設けられた摺動面部と、回転体錘に設けられて前記回転体錘の回転時に前記摺動面部に摺動して摩擦力を生じさせる摺動部材と、を更に有することを特徴とする請求項1乃至４のいずれか１項に記載の動吸振器。
【請求項６】
前記軸には、一定以上の荷重の作用で破断する破断部が設けられたことを特徴とする請求項1乃至５のいずれか１項に記載の動吸振器。
【請求項７】
制振対象にばね要素を介して可動質量が連結され、この可動質量と前記制振対象との間に慣性質量要素が連結されて構成される動吸振器の運転方法であって、
前記慣性質量要素は、ねじ構造に構成された軸と、この軸に螺装されるナットと、前記軸の基端部側を収容すると共に前記ナットを回転自在に支持する固定筒部と、前記ナットに対する半径方向位置が変更可能に取り付けられて前記ナットと共に回転する回転体錘と、を有し、前記軸の先端部と前記固定筒部のいずれか一方が前記可動質量に、他方が前記制振対象に連結されて構成され、
前記制振対象の振動を計測した計測結果に基づいて、前記回転体錘の前記ナットに対する半径方向位置を変更して位置決めすることを特徴とする動吸振器の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、機器の機械振動を制振する動吸振器及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ポンプ等の動的機器の振動対策として、加振力の振動数（加振振動数）に対して機器の固有振動数を十分に高く設定することで共振を回避している。しかしながら、構造上や施工の制約から固有振動数を加振振動数に対して高く設定することが困難で、共振が避けられない場合が想定される。このような場合には動吸振器の適用が有効であり、共振による応答増幅を効果的に抑制することができる。
【０００３】
動吸振器は、ばね要素及び減衰要素を介して制振対象に可動質量を設置するものであり、ばね要素と可動質量により構成される振動系（従系と呼ばれる）の固有振動数を制振対象（主系と呼ばれる）の固有振動数に同調させる。これにより、動吸振器は、機械振動のような強制的な加振に対して制振対象が共振する場合に、その共振応答を抑制する効果を発揮する。動吸振器の効果を確保するためには、動吸振器の固有振動数を制振対象の固有振動数に正確に同調させることが重要であり、同調がずれた状態では動吸振器の制振効果が大幅に低下してしまう。
【０００４】
一般的な動吸振器の構成要素は、可動質量、ばね要素、減衰要素であり、可動質量とばね要素の関係で動吸振器の固有振動数が決定される。従って、動吸振器の固有振動数を調整するためには、ばね要素の交換などが必要になり、動吸振器の設置後では、固有振動数の調整が難しい場合が多い。これに対し、制振対象の固有振動数は経年により変化する場合があるため、動吸振器の設置後においても、制振対象に合わせて動吸振器の固有振動数を調整できることが望ましい。
【０００５】
一方、回転体による慣性質量要素を用いた動吸振器が提案されている。これは、回転体（フライホイール）の回転慣性を用いた慣性質量要素を動吸振器に適用したものであり、動吸振器に必要な質量を、慣性質量要素に生ずる慣性質量で補うよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平３−１３０９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
動吸振器の固有振動数を調整するには、ばね要素のばね定数を変える、または動吸振器の質量を変えることが必要になる。上述のように回転体（フライホイール）の回転慣性を用いた慣性質量要素を適用した動吸振器では、動吸振器の可動質量に加えて慣性質量要素による慣性質量が作用することで、この慣性質量が動吸振器に必要な質量の確保に寄与する。ところが、この動吸振器は、固有振動数の調整を目的としていないため、慣性質量要素に生ずる慣性質量が一定であって、動吸振器の固有振動数を調整することができない。
【０００８】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、動吸振器を制振対象に設置した後においても動吸振器の固有振動数を容易に調整して、制振対象に対する制振効果を向上できる動吸振器及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態における動吸振器は、制振対象にばね要素を介して可動質量が連結され、この可動質量と前記制振対象との間に慣性質量要素が連結されて構成される動吸振器であって、前記慣性質量要素は、ねじ構造に構成された軸と、この軸に螺装されるナットと、前記軸の基端部側を収容すると共に前記ナットを回転自在に支持する固定筒部と、前記ナットに対する半径方向位置が変更可能に取り付けられて前記ナットと共に回転する回転体錘と、を有し、前記軸の先端部と前記固定筒部のいずれか一方が前記可動質量に、他方が前記制振対象に連結されて構成されたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の実施形態における動吸振器の運転方法は、制振対象にばね要素を介して可動質量が連結され、この可動質量と前記制振対象との間に慣性質量要素が連結されて構成される動吸振器の運転方法であって、前記慣性質量要素は、ねじ構造に構成された軸と、この軸に螺装されるナットと、前記軸の基端部側を収容すると共に前記ナットを回転自在に支持する固定筒部と、前記ナットに対する半径方向位置が変更可能に取り付けられて前記ナットと共に回転する回転体錘と、を有し、前記軸の先端部と前記固定筒部のいずれか一方が前記可動質量に、他方が前記制振対象に連結されて構成され、前記制振対象の振動を計測した計測結果に基づいて、前記回転体錘の前記ナットに対する半径方向位置を変更して位置決めすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、動吸振器を制振対象に設置した後においても動吸振器の固有振動数を容易に調整して、制振対象に対する制振効果を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る動吸振器の基本構成をモデル化した図。
【図２】図１の慣性質量要素の構成を示し、（Ａ）が縦断面図、（Ｂ）が図２（Ａ）のII−II線に沿う断面図。
【図３】図２の慣性質量要素の作用を示し、（Ａ）が慣性質量の小さい場合を、（Ｂ）が慣性質量の大きい場合をそれぞれ示す作用図。
【図４】第２実施形態に係る動吸振器の慣性質量要素の構成を一部断面で示す構成図。
【図５】図４の慣性質量要素の作用を示し、（Ａ）が慣性質量の小さい場合を、（Ｂ）が慣性質量の大きい場合をそれぞれ示す作用図。
【図６】第３実施形態に係る動吸振器の慣性質量要素の構成を示す断面図。
【図７】第４実施形態に係る動吸振器の慣性質量要素の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図３）
図１は、第１実施形態に係る動吸振器の基本構成をモデル化した図である。この図１に示すように、制振対象１は、ポンプ等の機器を想定しているが、図１では、制振対象１の質量２及びばね３を用いて簡易に構成されたものとして表現している。この制振対象１の機械振動が動吸振器１０により制振される。
【００１４】
制振対象１を制振する動吸振器１０は、可動質量１１、ばね要素１２、減衰要素１３及び慣性質量要素１４を有して構成される。制振対象１に、ばね要素１２及び減衰要素１３を介して可動質量１１が連結され、この可動質量１１と制振対象１との間に慣性質量要素１４が連結される。つまり、ばね要素１２、減衰要素１３及び慣性質量要素１４が、可動質量１１と制振対象１との間に互いに並列に連結されている。
【００１５】
ばね要素１２は、コイルばね、板ばね等のように復元力特性を有するものであればよい。また、減衰要素１３は、オイルダンパ、磁気ダンパ等のように減衰力特性を有するものであればよい。なお、減衰要素１３を設けなくても目的の制振効果が得られる場合もあり、減衰要素１３は動吸振器1０に必須ではなく、必要に応じて用いられる。
【００１６】
慣性質量要素１４は、接続する２点（制振対象１と可動質量１１）間の相対加速度に比例した反力を発生させるものであり、具体的には回転体（後述のボールナット１６、固定治具１９及び回転体錘２０）を用いる構成である。即ち、慣性質量要素１４は、図２に示すように、ボールねじ構造に構成された軸１５と、この軸１５に螺装されるボールナット１６と、軸１５の基端部側を収容すると共に軸受１７を介してボールナット１６を回転自在に支持する固定筒部１８と、ボールナット１６から半径方向外方へ突設された例えば２本の固定治具１９と、固定治具１９にねじ結合されてボールナット１６と共に回転する回転体錘２０と、を有して構成される。
【００１７】
固定筒部１８の端部にジョイント２１Ａが、軸１５の先端部にジョイント２１Ｂがそれぞれ設置される。これらのジョイント２１Ａ、２１Ｂのいずれか一方が可動質量１１に、他方が制振対象１にそれぞれ連結される。また、回転体錘２０は、固定治具１９にねじ結合されることで、ボールナット１６に対する半径方向位置、つまり回転体錘２０の回転半径が変更可能に固定治具１９に取り付けられる。更に、回転体錘２０は、固定治具１９に螺合される固定ナットによって、固定治具１９に固定して取り付けられる。
【００１８】
次に、動吸振器１０の特に慣性質量要素１４の作用について説明する。
軸１５は、ボールネジ構造であるため、制振対象１の振動によって軸方向に移動すると、ボールナット１６が回転する。このとき、ボールナット１６に取り付けられた固定治具１９及び回転体錘２０も同様に回転する。このように、軸１５の軸方向の直線移動が回転体(ボールナット１６、固定治具１９、回転体錘２０)の回転運動に変換されると、回転体の回転慣性により、軸１５の軸方向加速度に比例した反力が発生する。その反力Fは次式(１)で表される。
【数１】
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【００１９】
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【００２０】
上記の慣性質量ｍｓが動吸振器１０の可動質量１１に付加される。式(２)から分かるように、慣性質量ｍｓは回転体の慣性モーメントＩＲに比例する。従って、図３に示すように、回転体錘２０の回転半径を小さくした場合には、慣性モーメントが小さくなって慣性質量が減少する。反対に、回転体錘２０の回転半径を大きくした場合には、慣性モーメントが大きくなって慣性質量が増大する。このように、回転体錘２０の回転半径を調整することで、慣性質量要素１４の慣性質量を調整することが可能となる。
【００２１】
以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば次の効果（Ｃ）を奏する。
（１）図１及び図２に示すように、制振対象１の振動に伴い慣性質量要素１４の軸１５と固定筒部１８とが相対的に直線移動すると、ボールナット１６と共に回転体錘２０が回転する。この回転体錘２０の回転により慣性質量が発生するが、この慣性質量要素１４の慣性質量は、ボールナット１６に対する回転体錘２０の半径方向位置（つまり回転体錘２０の回転半径）を変更することで調整される。この回転体錘２０の回転半径の変更は、固定ナットを緩めて回転体錘２０の位置を変更し再び固定ナットで回転体錘２０を固定するという簡易な作業であることから、動吸振器１０を制振対象１に設置した後においても慣性質量要素１４の慣性質量を容易に調整できる。この結果、動吸振器１０の質量が変更されて動吸振器１０の固有振動数を容易に調整でき、動吸振器１０の固有振動数を制振対象１の固有振動面に同調させることで、制振対象１に対する制振効果を向上させることができる。
【００２２】
［Ｂ］第２実施形態（図４、図５）
図４は、第２実施形態に係る動吸振器の慣性質量要素の構成を一部断面で示す構成図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００２３】
本第２実施形態における動吸振器２３の慣性質量要素２４が第１実施形態と異なる点は、ボールナット１６の外周面に設置されて固定治具１９を介し回転体錘２０の回転半径を変更可能に位置決めする位置決め機構２５と、制振対象１の振動を計測するセンサ２６と、センサ２６の計測結果を周波数分析する周波数分析器２７と、周波数分析器２７の分析結果に基づいて位置決め機構２５を制御して回転体錘２０の回転半径を位置決めする制御装置２８とを、更に有して構成される。
【００２４】
位置決め機構２５は、図示しないモータ及びこのモータの回転により動作するねじ機構を内蔵し、ねじ機構が固定治具１９に連結される。従って、位置決め機構２５は、モータの回転によりねじ機構を介して固定治具１９を、図５に示すようにボールナット１６の半径方向に進退させる。これにより、位置決め機構２５は、固定治具１９に固定ナット（不図示）を用いて固定された回転体錘２０について、ボールナット１６に対する半径方向位置、つまり回転体錘２０の回転半径を変更可能に位置決めする。
【００２５】
制御装置２８は、センサ２６の計測結果を周波数分析器２７により周波数分析した結果、動吸振器２３が制振対象１に対して同調ずれ（チューニングエラー）を生じていると判断した場合に、位置決め機構２５を制御して固定治具１９を進退させ、回転体錘２０の回転半径を変更し位置決めして、慣性質量要素２４の慣性質量を調整する。
【００２６】
例えば、制御装置２８は、位置決め機構２５を作動させて固定治具１９を位置決め機構２５内に退却させ、回転体錘２０の回転半径を小さくすることで、慣性質量要素２４の慣性質量を減少させ、また、位置決め機構２５を作動させて固定治具１９を位置決め機構２５から進出させ、回転体錘２０の回転半径を大きくすることで、慣性質量要素２４の慣性質量を増大させる。このような慣性質量要素２４の慣性質量の調整により、動吸振器２３の固有振動数が調整される。
【００２７】
以上のように構成されたことから、本第２実施形態においても、第１実施形態の効果（１）と同様の効果を奏するほか、次の効果（２）を奏する。
【００２８】
（２）制御装置２８が、センサ２６により計測し且つ周波数分析器２７により周波数分析した制振対象１の振動データから、動吸振器２３が制振対象１に対し同調ずれを生じていると判断した場合に、位置決め機構２５を制御することで回転体錘２０の回転半径を変更して動吸振器２３の固有振動数を調整するよう構成されている。この結果、制振対象１の運転中に振動特性が変化した場合においても、動吸振器２３の固有振動数を、変化した制振対象１の固有振動数に同調させることができるので、動吸振器２３の制振効果を常時好適に保持することができる。
【００２９】
［Ｃ］第３実施形態（図６）
図６は、第３実施形態に係る動吸振器の慣性質量要素の構成を示す断面図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００３０】
本第３実施形態の動吸振器３０の慣性質量要素３１が第１実施形態と異なる点は、固定筒部１８の軸受１７側端部に設置された円板形状の振動面部３２と、回転体錘２０に固着されて回転体錘２０の回転時に振動面部３２に摺動して摩擦力を発生させる摺動部材３３と、を更に有して構成された点である。上述の摩擦力が動吸振器３０の減衰力として制振対象１に作用する。
【００３１】
以上のように構成されたことから、本第３実施形態においても、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（３）を奏する。
【００３２】
（３）回転体錘２０の回転時に、この回転体錘２０に固着された摺動部材３３が、固定筒部１８に固着された摺動面部３２に摺動して摩擦力を生じさせ、この摩擦力が減衰力として作用することで、動吸振器３０の減衰効果が増大する。これにより、動吸振器３０による制振対象１の制振効果をより一層向上させることができる。
【００３３】
［Ｄ］第４実施形態（図７）
図７は、第４実施形態に係る動吸振器の慣性質量要素の構成を示す断面図である。この第４実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００３４】
本第４実施形態の動吸振器４０の慣性質量要素４１が第１実施形態と異なる点は、軸４２の一部に、一定以上の荷重の作用で破断する強度的に弱い破断部４３が設けられ、この破断部４３の破断により、慣性質量要素４１による可動質量１１と制振対象１との連結が解除されるよう構成された点である。
【００３５】
例えば、慣性質量要素４１の軸４２とボールナット１６とが螺合する連結部に噛み込み等の不具合が生じた場合、慣性質量要素４１が適切に機能しなくなり、これにより、動吸振器４０の可動質量１１の動きが慣性質量要素４１によって拘束されてしまう。この状態に陥ると動吸振器４０の機能が喪失して制振効果が大幅に低下してしまう。本第４実施形態では、慣性質量要素４１の軸４２に破断部４３が設けられ、この破断部４３が一定以上の荷重の作用で破断することで、慣性質量要素４１による可動質量１１と制振対象１との連結が解除され、これにより可動質量１１の動きの拘束が回避される。
【００３６】
以上のように構成されたことから、本第４実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。
【００３７】
（４）慣性質量要素４１の軸４２には、一定以上の荷重の作用で破断する破断部４３が設けられたことから、軸４２とボールナット１６との間で噛み込みなどの不具合が生じた場合に、破断部４３が破断することで慣性質量要素４１による可動質量１１の動きの拘束を回避でき、この結果、動吸振器４０の制振効果の大幅な低下を防止できる。この場合には、慣性質量要素４１の慣性質量が失われることにより動吸振器４０の固有振動数が制振対象１の固有振動数と同調しなくなり、慣性質量要素４１による制振効果が低下してしまうが、可動質量１１の動きが拘束される状態に比べれば、動吸振器４０の制振性能の低下は小さいものと考えられる。
【００３８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１…制振対象、１０…動吸振器、１１…可動質量、１２…ばね要素、１４…慣性質量要素、１５…軸、１６…ボールナット、１８…固定筒部、１９…固定治具、２０…回転体錘、２３…動吸振器、２４…慣性質量要素、２５…位置決め機構、２６…センサ、２８…制御装置、３０…動吸振器、３１…慣性質量要素、３２…摺動面部、３３…摺動部材、４０…動吸振器、４１…慣性質量要素、４２…軸、４３…破断部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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