(57)【要約】【目的】入力振動に対して共振周波数を追随変化するシステムを簡単な構造で実現する。【構成】レバー２の一端を支点５で枢着支持し、他端の自由端７を制振バネ６で受ける。レバー２は自由端７側を持ち上げたθなる傾斜角をなし、この上をマス３が移動自在にする。マス３と制振バネ６によってダイナミックダンパー１を構成する。自由端７に振動が入力すると、マス３は遠心力Ｆと落、下方向へ向かう重力による力Ｇとのバランス点へ移動し、ダイナミックダンパー１の共振周波数が入力振動に対応したものへ自動的に追随変化する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支点により自由端側を回動自在に支持されたレバーと、このレバー上へ移動自在に支持されたマスと、レバーの自由端側に設けられる制振バネとを備え、
レバーの自由端側を入力振動で回動させることにより、マスに自由端側へ移動させる遠心力を与えると共に、マスを支点側へ移動させる戻し力を与え、この遠心力と戻し力のバランス点へマスを移動させることにより、入力振動に応じて共振周波数を自動的に変化させるようにしたことを特徴とする自主追随型共振装置。
【請求項２】
前記レバーを、支点よりも自由端側が高くなるように持ち上げて傾斜させ、マスに重力でレバー上を支点側へ滑り落ちる力を働かせて戻し力としたことを特徴とする請求項１の自主追随型共振装置。
【請求項３】
前記レバーを水平とし、前記戻し力をバネ又は磁力により強制的に発生させることを特徴とする請求項１の自主追随型共振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダイナミックダンパーの一種であるとともに、入力振動に応じて自動的に共振周波数を変化させることができるようにした自主追随型共振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マスとバネを組み合わせて制振するダイナミックダンパーは公知である。このダイナミックダンパーは、マスとバネ定数によって共振周波数が一定に決まってしまうため、入力振動に応じて共振周波数を変化させるべく、外部からの力でマスを制御することも知られている（特許文献１参照）。
また、振動系にてこを設け、てこの先端にマスを設けてその位置を可変としたものもある（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公平６−１０９７号公報
【特許文献２】特公平８−１６４９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例は、共振周波数を可変にできる利点がある反面、マスを制御するため大がかりで複雑なシステムとなり、高価なものになる。そこで、これを比較的簡単構造で安価に実現することが望まれ、本願発明はこの要請の実現を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本願の自主追随型共振装置に係る請求項１は、支点により自由端側を回動自在に支持されたレバーと、このレバー上へ移動自在に支持されたマスと、レバーの自由端側に設けられる制振バネとを備え、レバーの自由端側を入力振動で回動させることにより、マスに自由端側へ移動させる遠心力を与えると共に、マスを支点側へ移動させる戻し力を与え、この遠心力と戻し力のバランス点へマスを移動させることにより、入力振動に応じて共振周波数を自動的に変化させるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２は上記請求項１において、前記レバーを、支点よりも自由端側が高くなるように持ち上げて傾斜させ、マスに重力でレバー上を支点側へ滑り落ちる力を働かせて戻し力としたことを特徴とする。
【０００７】
請求項３は上記請求項１において、前記レバーを水平とし、前記戻し力をバネ又は磁力により強制的に発生させることを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
請求項１によれば、マスを遠心力と戻し力でバランスさせたので、レバーが入力振動により回動すると、その回動に応じた遠心力がマスに働き、戻し力とのバランス点まで移動する。その結果、制振バネに作用するマスのモーメントを制振バネ上に位置する仮想質量に置き換えた等価マスとするとき、等価マスと制振バネのバネ定数とで共振周波数が定まり、かつ等価マスは実際のマスの移動によって変化するから、共振周波数も変化することになる。したがって、入力振動に応じた遠心力によりマスを移動させて共振周波数を変化させることができ、構造簡単かつ小型・軽量化した自主追随型共振装置が得られる。
【０００９】
請求項２によれば、レバーを傾斜させることにより、マスに働く重力による力を戻し力として利用できるから、構造が最も簡単になる。
【００１０】
請求項３によれば、レバーを水平とし、マスをバネ又は磁力により強制移動させるようにして戻し力としたので、比較的簡単な構造で戻し力を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて実施形態を説明する。図１〜図４は第１実施例に係り、図１は装置全体の概略図、図２は作用説明図、図３は等価マスを用いた原理図、図４は共振時の振幅変化を示す図である。
【００１２】
図１において、このダイナミックダンパー１は、レバー２と、その上を軸方向移動自在に支持されたマス３と、レバー２の一端側を支持部４へ回動自在に支持する支点５と、レバー２の自由端に取付けられた制振バネ６とを備える。符号７は自由端、８はダイナミックダンパー１の支持台部である。
【００１３】
レバー２は丸棒状等の、例えば表面が低摩擦性をなす等の適宜材料からなるものであり、水平面に対して傾斜角θをなすように支持部４へ傾斜して取付けられ、自由端側が支点５よりも高くなっている。この例ではレバー２が傾斜角θをなす状態を基本状態とする。
【００１４】
マス３は金属等からなる適宜質量を有するものであり、例えば貫通穴９を設け、これにレバー２を通すことにより、マス３がレバー２の上を長さ方向へ移動自在になっている。但し、レバー２によるマス３の支持構造は、モノレール式にガイドする等、上記に限らず任意にできる。質量の大きさは目的とするダイナミックダンパー特性により任意に設定できる。
【００１５】
制振バネ６はレバー２の自由端における上下動を抑制するものであり、そのバネ定数は目的とするダイナミックダンパー特性により任意に設定できる。材料は金属やゴム等任意であり、形状もコイルバネやその他各種形状を適用できる。
【００１６】
このダイナミックダンパー１は、レバー２の自由端側等へ振動を入力し、レバー２を上下へ回動させることにより、回動するマス３と制振バネ６の相互作用によりダイナミックダンパー効果を生じ、振動を制振するようになっている。
【００１７】
図２〜図４によりダイナミックダンパー１の動作原理を説明する。以下において使用する符号及び記号は次の通りである。レバー２の長さをＬ、マス３の質量をｍ、支点５からマス３までのレバー２上における距離をｒ、マス３に働く重力による力をＧ、重力加速度をｇ、遠心力をＦ、マス３の振動時における速度をｖ、レバー２の回動時における角速度をω、振幅をｘ０、制振バネ６のバネ定数をＫとする。
【００１８】
ここで、入力振動によって回動するレバー２上のマス３には、重力によってレバー２上を支点５側へ滑り落ちようとする力Ｇと、振動による遠心力によってレバー２上を自由端７側へ移動させようとする遠心力Ｆとが反対方向へ働く。重力による力Ｇは戻し力である。遠心力及びＧの値は以下の通りである。
【００１９】
遠心力Ｆ＝ｍｖ２／ｒ＝ｍ（ｘ０ω）２／ｒ
重力による力Ｇ＝ｍ・ｇ・ｓｉｎθ
マス３が逆方向の力ＦとＧのバランス点でレバー２上の移動を停止する場合は、Ｆ＝Ｇとなる。
【００２０】
ここで図３に示す単純化したモデルにより等価マスＭを定義する。すなわち、レバー２上の支点５から距離ｒ上の点に位置するマス３によってモーメント力が支点５からの距離Ｌの点、すなわち自由端７において、制振バネ６の上に働き、このモーメント力に等しい重力による力を出す制振バネ上の仮想マスを等価マスＭとする。
【００２１】
このダイナミックダンパー系においては、共振周波数は、
ωｎ＝（Ｋ／Ｍ）１／２＝｛（Ｋ／ｍ）（Ｌ／ｒ）｝１／２
となり、これより
Ｍ＝ｍ・（ｒ／Ｌ）
となる。
【００２２】
次に、レバー２が振動入力で回動するときの挙動を説明する。振動入力によりレバー２が振動周波数で回動すると、振動に対応する遠心力Ｆがマス３に働く。一般に周波数が大きくなると、遠心力が増大する。
【００２３】
そこで、遠心力Ｆが大きくなって、重力による力Ｇを越えるとマス３はレバー２上をバランス点まで移動する。このときのレバー２上における位置をｒとすれば、その点における共振周波数ωｎは前記式によってそのときの等価マスＭによって定まり、等価マスＭもｍ・（ｒ／Ｌ）によって定まる。したがって、マス３は入力振動の周波数に応じて移動し、ダイナミックダンパー１の共振周波数ωｎが自動的に変化することになる。
【００２４】
また、等価マスＭはｍ・（ｒ／Ｌ）の関係にあるから、ｒが大きくなるほど、すなわちＬに近づく自由端７側へ移動するほど大きくなる。一方、共振周波数ωｎは、前記式より、等価マスＭが増加するほど低くなる。したがって、入力振動の周波数が大きくなると遠心力Ｆが増大し、マス３がレバー２上を自由端７側へ移動するが、逆に等価マスＭの増大により共振周波数ωｎが下がることになる。
【００２５】
さらに、図４に示すように、一般的な振動の振幅ｘ０は、共振点に向かって周波数が増大すると増大し、共振点を過ぎると周波数が増大するにしたがって小さくなる。
【００２６】
このことは、レバー２上におけるマス３の移動は、共振周波数ωｎになるまで自由端７側へ移動するが、共振周波数ωｎを越えてさらに移動すると等価マスＭが大きくなりすぎて共振周波数ωｎが低くなり、振幅が小さくなるため、遠心力Ｆが小さくなり、その結果、共振点まで戻ることになる。このため、マス３はほぼ共振点となる位置へバランスして自動的に移動することになる。
【００２７】
すなわち、入力振動の周波数に応じてダイナミックダンパー１は共振周波数を自動的に追随調整することを意味する。その結果、構造簡単かつ小型・軽量化した自主追随型共振装置が得られる。しかも、戻し力として重力を利用するので、さらに構造を簡単化できる。
【００２８】
図５は第２実施例を示し、この例では自由端７に制振バネ６と並列のダンパー１０を設けてある。このようにすると、ダンパー１０による減衰が行われるため、防振効果をより大きくすることができる。
【００２９】
図６は、レバー２上又はマス３の摺動部もしくは双方に粘性オイル等からなる摺動抵抗１１を設けた第３実施例であり、これによりマス３の移動をゆっくりさせて急激な共振周波数の変化を阻止できる。
【００３０】
図７以降は、レバー２の基本状態を水平にするとともに、戻し力を重力による力以外のものにした例である。図７は第４実施例であり、支点５で片持ち支持されたレバー２を水平にし、その上にマス３を軸方向移動自在に支持し、戻しバネ１２で支点５側へ引っ張り付勢する。これにより、戻しバネ１２がマス３に戻し力Ｒを与える。この点以外は前各実施例と同様に共振周波数を自動調整できる。自由端７側は制振バネ６の単独又はダンパー１０との併用等いずれでもよい。
【００３１】
図８は第５実施例であり、マス３とレバー２の自由端７側との間に磁石１３，１４を設け、それぞれ対面する側を同極にする。磁石は永久磁石又は電磁石のいずれも可能である。これにより、マス３が自由端７側へ近づくと、磁石１３と磁石１４が同極で反発し、マス３を磁力で支点５側へ押し戻。この場合は磁力が戻し力Ｒとなる。
【００３２】
なお、異極の組合せからなる一対の磁石を支点５側とマス３の間に対向させて配置し、磁力を吸引力として使うこともできる。これらいずれの場合であっても、戻し力Ｒを磁力とした場合は、戻し力Ｒはマス３のレバー２上における変位量の２乗に比例するから、共振点へ移動を迅速させることができる。
【００３３】
図９は第６実施例であり、支点５をレバー２の中間部に設けるとともに、レバー２の一端に制振バネ６を設け、他端を自由端７とし、支点５と自由端７の間にマス３を軸方向移動自在に支持し、戻しバネ１２で支点５側へ引っ張るようにしてある。
【００３４】
このようにすると、マス３の移動量に対して、等価マスＭの大きさをレバー比で増大させることができる。なお、制振バネ６にダンパー１０を併用することは自由である。また、この支点構造を第１〜第３実施例を含む他の実施例に適用することもできる。
【００３５】
図１０は第７実施例であり、マス３は非圧縮性液体が封入された筒体１５内へ収容され、軸方向へピストンとして摺動自在であり、マス３に設けたオリフィス１６によりマス３の両側間で液体移動を可能にしている。
【００３６】
筒体１５の一端は支点５により回動自在に支持され、他端の自由端７側には制振バネ６とダンパー１０が設けられる。また筒体１５内の支点５側端部とマス３の間に戻し力としても戻しバネ１２が設けられる。ダンパー１０の使用は任意である。
【００３７】
自由端７側に振動を入力して筒体１５を回動させると、マス３は入力振動の周波数に応じて筒体１５内を移動するが、このときマス３はオリフィス１６により減衰を伴う。したがって、マス３の移動に対する抵抗を設けることになり、この抵抗はオリフィス１６におり任意に調整できる。なお、筒体１５内へマス３を収容し、オリフィス１６により抵抗を与える構造は、第１〜第３実施例における傾斜した支持構造にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る装置全体の概略図
【図２】第１実施例に係る作用説明図
【図３】第１実施例に係る等価マスを使用した原理図
【図４】一般的な振動の共振における振幅の変化を示す図
【図５】第２実施例に係る概略図
【図６】第３実施例に係る概略図
【図７】第４実施例に係る概略図
【図８】第５実施例に係る概略図
【図９】第６実施例に係る概略図
【図１０】第７実施例に係る概略図
【符号の説明】１：ダイナミックダンパー、２：レバー、３：マス、５：支点、６：制振バネ、７：自由端、１０：ダンパー、１１：戻しバネ、１２：磁石、１３：磁石、１４：非圧縮性液体、１５：筒体、１６：オリフィス
【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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