(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力振動を低減する免振装置と、前記免振装置の固有振動数付近の振動及び、前記免振装置で取りきれない振動を低減する制振装置との組合わせからなり、前記制振装置は、前記免振装置の固有振動数及び、振動をさらに低減すべきポイントの固有振動数との同調機構を具備している制振機構内蔵型免振装置において、前記免振装置を構成する下部容器と、制振装置を構成する上部容器とが、前記免振装置の下部容器内に粘性体とともに収納された金属バネを介して、この金属バネの軸方向に可動的に組合わせて構成され、制振装置据付容器内に粘性体が収容されると共に、先端に付加質量物を取付けた金属バネの基端が制振装置据付容器の底部に固定され、かつ前記制振装置据付容器が前記制振装置を構成する上部容器に着脱自在に設けられていることを特徴とする制振機構内蔵型免振装置。
【請求項２】
入力振動を低減する免振装置と、前記免振装置の固有振動数付近の振動及び、前記免振装置で取りきれない振動を低減する制振装置との組合わせからなり、前記制振装置は、前記免振装置の固有振動数及び、振動をさらに低減すべきポイントの固有振動数との同調機構を具備している制振機構内蔵型免振装置において、前記免振装置を構成する下部容器と、制振装置を構成する上部容器とが、前記免振装置の下部容器内に粘性体とともに収納された金属バネを介して、この金属バネの軸方向に可動的に組合わせて構成され、制振装置据付容器内に粘性体が収容されると共に、対向した少なくとも１対以上の金属バネを収容し、この対をなす金属バネ間に付加質量物が設置され、かつ前記制振装置据付容器が前記制振装置を構成する上部容器に着脱自在に設けられていることを特徴とする制振機構内蔵型免振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動や騒音が問題となっている箇所に設置し、制振対象構造物に入力される振動や騒音を低減する免振装置に係り、次の技術分野に適用される制振機構内蔵型免振装置に関する。
▲１▼  対象振動が低周波主体の振動であり、免振装置の固有振動数付近に卓越周波数が存在する設備全般の振動を低減させる免振装置の技術分野。
▲２▼  建築物，運転室，船舶，道路交通，鉄道交通等における各種構造物に入力される振動に対して、作業環境を改善するために使用される技術分野。
▲３▼  モータ，精工設備，重機，建設現場，エンジン等の回転機械の振動を他に伝え難くするために使用する技術分野。
▲４▼  基礎，架台等から入力する振動を小さくするための除振装置に使用し、鉛直と水平の両方向振動、及び回転方向振動を同時に免振並びに、制御する技術分野。
▲５▼  トラック，トレーラ，ダンプ等の走行設備等が走行する際、運転室  上まで伝達される振動を低減する技術分野。
【０００２】
【従来の技術】
近年、健康面と能率面の両面から、作業者の作業環境を改善することが強く求められている。例えば、工場内に設置されている大型クレーン等は大きな振動によりその周辺の建屋の床面が揺れ、作業者の作業環境に悪影響を与えている。また、生産工場内の設備もコンピュータ化が進み、数多くの精密機器が導入される等、知的作業場に変貌しつつあることからも、特に振動免振面での作業改善の重要性が高まっている。
【０００３】
ところで、従来この種の技術分野において、免振装置単独又は、制振装置単独での技術が多数提案されているが、免振装置に制振機構を組合わせた振動低減装置は存在しない。
【０００４】
そこで、本発明者は免振装置について種々研究した結果、免振装置単独、制振装置単独ではそれぞれ機能面で欠点ないし機能的限界を有しており、これらを組合わせることで、低周波領域から高周波領域まで幅広い範囲の振動を低減させることができることを見出したものである。
【０００５】
ここで、本発明者の研究結果にもとづく免振装置と制振装置の各々の技術の概要と欠点を以下説明する。
免振装置について、
▲１▼  振動理論より、対象とする設備の卓越振動数よりも、免振装置の固有振動数を１／√２以下に設定する必要がある。
▲２▼  免振装置の固有振動数付近では、振動が増幅される。
▲３▼  対象とする設備の卓越振動数が免振装置の固有振動数に近い場合、振動は低減されず、逆に増加する。
▲４▼  防振，除振分野で汎用的に用いられている金属バネの製作限界は、約１．２Ｈz 程度であり、金属バネ単体では振動低減性能が無いため、粘性体と組合わせているが、これにより、固有振動数がさらに上昇する。
▲５▼  従って、免振装置で振動低減が可能な固有振動数の下限値は、理論上３．０Ｈz 以上となる。
▲６▼  それ故に、３．０Ｈz より低い卓越振動数の設備の場合、免振装置によって振動が増加されるため、空気バネのような装置を使用するが、空気バネは、高価なうえ、維持，管理に費用がかかる。
【０００６】
制振装置について、
▲１▼  振動理論より、対象とする設備の卓越振動数と制振装置の固有振動数を同調させることにより、制振装置に逆位相を発生させて振動を低減するものである。
▲２▼  対象とする設備の振動モード、例えば１〜３次モードが卓越する場合、１〜３次モード用の各々の制振装置が必要となる。すなわち、卓越する全てのモードの振動を除去するためには、卓越モード数だけ制振装置が必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記免振装置及び制振装置の各々についての検討結果から、免振すべき入力振動に対し、まず▲１▼免振装置で振動を低減する。このとき、免振装置の免振性能により、対象振動の固有振動数の絞り込みが可能となる。
【０００８】
▲２▼前記▲１▼で絞り込んだ振動数と同調する制振装置を前記免振装置に取付けることで、この免振装置によって取りきれない周波数の振動及び、免振装置の固有振動付近の振動を低減させることができる。
【０００９】
本発明は前記の検討結果にもとづく知見により、従来の免振装置が制振装置で取りきれなかった周波数の振動を免振できる装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る制振機構内蔵型免振装置は、入力振動を低減する免振装置と、前記免振装置の固有振動数付近の振動及び、前記免振装置で取りきれない振動を低減する制振装置との組合わせからなり、前記制振装置は、前記免振装置の固有振動数及び、振動をさらに低減すべきポイントの固有振動数との同調機構を具備している制振機構内蔵型免振装置において、前記免振装置を構成する下部容器と、制振装置を構成する上部容器とが、前記免振装置の下部容器内に粘性体とともに収納された金属バネを介して、この金属バネの軸方向に可動的に組合わせて構成され、制振装置据付容器内に粘性体が収容されると共に、先端に付加質量物を取付けた金属バネの基端が制振装置据付容器の底部に固定され、かつ前記制振装置据付容器が前記制振装置を構成する上部容器に着脱自在に設けられていることを特徴とする。
また、入力振動を低減する免振装置と、前記免振装置の固有振動数付近の振動及び、前記免振装置で取りきれない振動を低減する制振装置との組合わせからなり、前記制振装置は、前記免振装置の固有振動数及び、振動をさらに低減すべきポイントの固有振動数との同調機構を具備している制振機構内蔵型免振装置において、前記免振装置を構成する下部容器と、制振装置を構成する上部容器とが、前記免振装置の下部容器内に粘性体とともに収納された金属バネを介して、この金属バネの軸方向に可動的に組合わせて構成され、制振装置据付容器内に粘性体が収容されると共に、対向した少なくとも１対以上の金属バネを収容し、この対をなす金属バネ間に付加質量物が設置され、かつ前記制振装置据付容器が前記制振装置を構成する上部容器に着脱自在に設けられているとよい。
【００１１】
本発明によると、免振装置により入力振動が一定の大きさに絞り込まれ、この免振装置で取り切れなかった免振装置の固有振動数での振動と、免振装置で低減されたピーク振動がどちらも低減され、こうして免振装置と制振装置との有機的な組合わせにより、低周波領域から高周波領域までの幅広い範囲の振動を低減させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明が、免振装置と制振装置を組合わせることで高範囲の振動が低減されることの理論的根拠を説明する。
今、仮りに入力振動が、図１に示されるように２．５Ｈz が卓越した振動であると仮定する。この場合、免振装置の固有振動数及び、減衰定数が図２の様に設定された場合、免振装置の固有振動数は、１．２Ｈz 、免振装置の応答倍率が２．７倍とする（後述する実施例の図５の免振装置１部分の仕様となる）。
【００１３】
入力振動が免振装置により、図１から図３の様に変化する。ここでのポイントは、▲１▼免振装置の固有振動数付近の振動が増加する、▲２▼２．５Ｈz のピーク振動が低減するの２点である。
【００１４】
このようにして、各図から分かるように  低周波領域から高周波領域まで様々なピークを持った入力振動は、まず、免振装置によって、この免振装置の固有振動での共振及び、ピーク振動の２箇所以外の振動は殆ど除去できたことになる。
【００１５】
従来の免振装置では、前記図１〜図３に至るプロセスの中で振動をいかに低減させるかがポイントとなるが、従来装置での免振手段はこれが限界点であり、さらなる振動低減を要求される場合、従来の免振装置では、対応不可能である。
【００１６】
本発明では、前記課題のブレークスルーとして、前記免振装置によって絞り込まれた固有振動数と同調する制振装置を、免振装置の上部に取付けたものである（実施例として示す図５の制振装置２）。これにより、図４に示されるように、免振装置の固有振動数での振動と、免振装置で低減されたピーク振動がどちらも、この制振装置で低減せられる。
【００１７】
また、制振装置では、付加質量を共振させることで、対象設備の振動を低減させるため、付加質量自体の加速度は、対象設備から発生する振動よりも過大となり、粘性体の溢れが発生する可能性がある。
【００１８】
そこで、本発明では、制振装置は凹状の容器内に収納し、この容器の制振装置を組込む部分を当該容器内に出入が可能な構造とする。これにより、設備設置後でもメンテナンスが必要な場合には、メンテナンスが簡易にできると共に、対象設備のピーク振動数が変化しても設備の模様替え等を行うことなく、制振装置を簡易に交換できる。
【００１９】
［実施例］
以下本発明の実施例を図を参照して説明する。
図５〜図９は本発明の制振機構内蔵型免振装置を示し、この免振装置は、図５における区画線３の上側が制振装置２、下側が免振装置１として構成されており、制振装置２の上部が免振制御の対象設備４に固定され、免振装置１の下部が床面５に固定されている。
【００２０】
制振装置２は、内部に粘性体６と、金属バネ７の先端に交換可能な付加質量物８を有してなるｎ次モード用制振装置１０が収納された上部容器１１を具備している。また、免振装置２は、下部容器１２内に粘性体１３と、金属バネ１４と可動抵抗体が収納されている。
【００２１】
さらに詳しく説明すると、制振装置２における上部容器１１は、天板１６と、天板１６の周縁から下部容器１２の外側を間隙１７を有して被うように垂下する円筒部１５と、天板１６の下方にこの天板１６と平行に設けられる支持板１８とから構成される。そして、天板１６と、支持板１８と、円筒部１５とで囲まれる内部空間２０に制振装置据付容器２１が出し入れ自在に設けられ、この制振装置据付容器２１の中に粘性体６と金属バネ７とが収容されている。
【００２２】
すなわち、図５〜図７に示されるように、天板１６と、支持板１８との間における円筒部１５の一部に円弧状開口部２２が形成されていて、この円弧状開口部２２を、平面からみて略長方形の金属板を折曲げ形成してなる制振装置据付容器２１が出し入れ自在に設けられおり、この制振装置据付容器２１を内部空間２０内に一杯に差込んだとき、この容器２１の基端に設けられた円弧状壁板２３が円筒部１５の一部をなすように構成されている。
【００２３】
そして、円弧状壁板２３の両端の円弧状肉薄突片２４を円筒部１５の外周面に当てがい、固定ボルト２５を円筒部１５の雌ネジ穴２６にねじ込むことにより、制振装置据付容器２１を液密的に上部容器１１に一体的に固着できる。制振装置据付容器２１に基端が固定される金属バネ７の上端には、付加質量物８が取付けられるもので、この付加質量物８は、所定重量の重錘を図示の状態で金属バネ７の上端に取付けるとよい。金属バネ７の配設数などは、ｎ次モードに合わせて設定する。
【００２４】
一方、免振装置１における下部容器１２は、円筒体２７の上端面が開放されていて上部開口部２８とされている。この下部容器１２内には、粘性のある油などの粘性体１３が所定量収容されている。また、下部容器１２内において、底板３０の上面には、環状の下部バネ受座３１が設けられており、下部容器１２内に収容され、かつ粘性体１３の中に浸漬されるコイルバネからなる金属バネ１４の下端が前記下部バネ受座３１の段部３２に係止されている。
【００２５】
また、上部容器１１の内部において、支持板１８の下面には上部バネ受座３３が設けられていて、これに下部容器１２に収容されている金属バネ１４の上端部が係止されている。
【００２６】
また、上部バネ受座３３には、可動抵抗体３４が一体に可動するように設けられる。この可動抵抗体３４は、上部バネ受座３３の下面中心部に基端が固着された軸体３５と、軸体３５の先端に固着された水平方向抵抗板３６と、軸体３５を中心として、所定間隔の放射状（つまり、放射フイン状）配置となるように設けられ、下端縁３７が前記水平方向抵抗板３６の上面に固着され、内端縁３８が前記軸体３５の周面に固着されてなる複数の鉛直方向抵抗板４０とから構成されている。さらに、水平方向抵抗板３６に下端縁が固着される鉛直方向抵抗板４０の間において、前記水平方向抵抗板３６を上下に貫通して孔４１が設けられている。前記構成からなる可動抵抗体３４は前記粘性体１３中に浸漬されている。
【００２７】
従って、この免振装置において、大きな振幅を伴なう鉛直方向の振動が下部容器１２を介して免振装置１に入力されると、粘性体１３に浸漬している金属バネ１４が圧縮変形し、この変形に伴って上部容器１１の支持板１８に設置された可動抵抗体３４が粘性体１３中を相対的に上下動し、このとき、鉛直方向抵抗板４０により粘性体１３にせん断抵抗力が発生し、可動抵抗体３４の上下振動が低減され、それに伴って上部容器１１の振動が低減され、対象設備４に伝わる振動が低減される。また、このとき粘性体１３には引抜きと、押込みの力が発生する。
【００２８】
この引抜きと押込みの力に対し、振幅が大きくなると粘性体に空気が巻き込まれて、粘性体が体積膨張を起こし、粘性体の油面が上昇することによって、粘性体の破壊が下部容器１２からの溢出が生じることがある。
【００２９】
しかし、実施例では、可動抵抗体３４が下動するときに粘性体１３の一部が水平方向抵抗板３６の貫通孔４１を通り、鉛直方向抵抗板４０や軸体３５の表面に沿って上向きに流動するので、それにより、鉛直方向抵抗板４０および軸体３５と、粘性体１３の境界面に生じる下向きの流れ（これにより空気が巻き込まれる）が相殺され、よって粘性体１３に空気が巻き込まれることが少ない。
【００３０】
それにより、粘性体１３の体積膨張が起らず、当該粘性体１３の破壊や下部容器１２からの溢出が生じない。さらに、免振装置１に水平方向の振動が作用するときは、水平方向抵抗板３６が粘性体１３を水平方向に切ることで、粘性体１３に生じる水平方向せん断抵抗により水平方向抵抗板３６の水平方向の振動が円滑に減衰され、上部容器１１を介して対象設備４に伝わる水平方向の振動が低減される。
【００３１】
図１０は、前記実施例の図５における区画線３の上側の制振装置２の部分の２つめの実施例である。
制振装置２は、内部に粘性体６と、第１，第２のコイル状の圧縮金属バネ４２ａ，４２ｂと、この第１，第２の圧縮金属バネ４２ａ，４２ｂの中間に設置され前記粘性体内を移動する付加質量物４３とから構成されている。
付加質量物４３は、略円柱体形状であって、軸方向中間部に鍔部５５が設けられており、この鍔部５５を中心に上下側が対称形状に設けられるもので、先細テーパ部５４ａ，５４ｂを有している。
付加質量物４３は、その鍔部５５の上下側のテーパ部５４ａ，５４ｂをガイドとして、第１，第２の圧縮金属バネ４２ａ，４２ｂの先端を前記鍔部５５の上下面に係合させている。
前記制振装置据付容器２１の上端にはフランジ４４が設けられ、容器２１の開口を閉塞する蓋板４５の周縁部のゴムパッキン４６を介してフランジ４４に当てがい、蓋板４５とフランジ４４に設けられたボルト孔４７と、フランジ４４の雌ネジ穴４８に固定ボルト４９を挿通して固着することで、前記蓋板４５で容器内を密閉し、水密性を維持している。
制振装置据付容器２１の底面には、第１環状支持体５０が溶接５１で固定されており、この環状支持体５０の内側に先端側が小径となるように設けられており、かつ容器中央部に向けて伸長するコイル状の第１圧縮バネ４２ａの基端が係止されている。蓋板４６の内面で、前記容器内底部の第１環状支持体５０と同軸線上の位置に第２環状支持体５２が溶接５３で固着されており、この第２環状支持体５２の内側に先端側が小径となるように設けられており、かつ容器中央部に向けて伸長するコイル状の第２圧縮ばね４２ｂの基端が係止されている。
【００３２】
図１０の実施形態の制振装置２の場合には、付加質量物４３はその下半部が粘性体６に浸漬された状態で、かつ容易に出入自在に構成され、しかも上下の第１と第２の圧縮金属バネ４２ａ，４２ｂにより付加質量物４３は保持された構造であり、機械的締結が皆無であり、かつ前記の支持構造により付加質量物４３の回転運動及び、旋回運動を抑制しているので、極めて安定した制振装置を提供でき、制振装置の固有振動数及び減衰係数比を設定し、振動が垂直方向，水平方向の何れであっても、また振幅の大小を問わず、広範囲に亘って優れた制振効果が得られる。しかも、前記制振装置の固有振動数及び減衰係数比の設定は、圧縮金属バネの圧縮ばね定数と、水平ばね定数と、付加質量物４３の重量と、粘性減衰液の粘度及び量を調整することにより、制振対象物に合わせて極めて簡単に設計できるという効果がある。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、免振装置と制振装置とが組合わされてなる制振機構内蔵型免振装置であるので、前記免振装置によって一旦振動を除去し、この免振装置で取りきれない免振装置の固有振動数付近の振動及び、ピーク振動を制振装置により除去することで、低周波領域から高周波領域までの幅広い範囲の振動を低減させることができる。また、本発明によると、対象設備のピーク振動が変化しても、簡易に制振装置を交換することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】免振装置と制振装置とにより低減されるべき入力振動の例をグラフで示す図である。
【図２】前記入力振動の例における免振装置の伝達特性をグラフで示す図である。
【図３】前記入力振動の例における免振装置により低減された振動の振幅をグラフで示す図である。
【図４】前記免振装置で低減された振動をさらに制振装置で低減した状態をグラフで示す図である。
【図５】本発明の実施例に係る制振機構内蔵型免振装置の縦断面図である。
【図６】図５における左側から見た一部断面側面図である。
【図７】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図８】下部容器内の可動抵抗体の拡大断面図である。
【図９】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係る制振機構内蔵型免振装置の縦断面である。
【符号の説明】
１  免振装置
２  制振装置
３  区画線
４  対象設備
５  床面
６  粘性体
７  金属バネ
８  付加質量物
１０  ｎ次モード用制振装置
１１  上部容器
１２  下部容器
１３  粘性体
１４  金属バネ
１５  円筒部
１６  天板
１７  間隙
１８  支持板
２０  内部空間
２１  制振装置据付容器
２２  円弧状開口部
２３  円弧状壁板
２４  円弧状肉薄突片
２５  固定ボルト
２６  雌ネジ穴
２７  円筒体
２８  上部開口
３０  底板
３１  下部バネ受座
３２  段部
３３  上部バネ受座
３４  可動抵抗体
３５  軸体
３６  水平方向抵抗板
３７  下端縁
３８  内端縁
４０  鉛直方向抵抗板
４１  孔
４２ａ，４２ｂ  第１と第２の圧縮金属バネ
４３  付加質量物
４４  フランジ
４５  蓋板
４６  ゴムパッキン
４７  ボルト孔
４８  雌ネジ穴
４９  固定ボルト
５０  第１環状支持体
５１  溶接
５２  第２環状支持体
５３  溶接
５４ａ，ｂ  テーパー部
５５  鍔部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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