(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の一端を支持点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】
支持点を中心に回動自在に支持されたレバーと、このレバーの回動を阻止する方向に弾力付勢する制振バネと、このレバー上に長さ方向へ移動自在に支持されたマスとを備え、このマスを前記支持点から遠ざかる方向へ移動させるように働く遠心力と、これと逆向きに働いてマスを支持点方向へ移動させる戻し力とのバランスにより、マスを入力振動に応じて移動させることを特徴とする自主追随型共振装置。
【請求項２】
前記戻し力は前記レバーを傾けることにより生じるマスを落下させる力である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】
前記戻し力はバネ又は磁力によって強制的に生じる力である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４】
前記マスのレバー上における移動速度を抑制するための移動速度抑制手段を設け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５】
前記制振バネは、前記レバーを回動方向と反対側へ回動付勢する捩りバネである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６】
前記レバーの支持点を円筒型ブッシュの捩りバネ中心としたことを特徴とする請求項５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、支持点を中心に回動自在に支持されたレバーと、このレバーの回動を阻止する方向に弾力付勢する制振バネと、このレバー上に長さ方向へ移動自在に支持されたマスとを備え、このマスを前記支持点から遠ざかる方向へ移動させるように働く遠心力と、これと逆向きに働いてマスを支持点方向へ移動させる戻し力とのバランスにより、マスを入力振動に応じて移動させることを特徴とする。
【０００６】
請求項２は上記請求項１において、前記戻し力は前記レバーを傾けることにより生じるマスを落下させる力であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３は上記請求項１において、前記戻し力はバネ又は磁力によって強制的に生じる力であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４は上記請求項１において、前記マスのレバー上における移動速度を抑制するための移動速度抑制手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５は上記請求項１において、前記制振バネは、前記レバーを回動方向と反対側へ回動付勢する捩りバネであることを特徴とする。
【００１０】
請求項６は上記請求項５において、前記レバーの支持点を円筒型ブッシュの捩りバネ中心としたことを特徴とする
【００１１】
【発明の効果】
請求項１によれば、入力振動によりレバーが上下等に回動すると、マスがレバーと一緒に振動することにより支持点から離れる方向へ遠心力を受け、同時に逆向きに戻し力を受けるので、マスがレバー上を遠心力と戻し力のバランス点へ自由に移動する。
【００１２】
この遠心力は振動数、すなわち振動の角速度に応じて変化し、戻し力はほぼ一定であるから、バランス点は入力振動数に応じて変化する。このため支持点からバランス点までの距離に応じてマスのモーメント力が変化する。
そこでこのモーメント力が制振バネの作用点上に作用すると見なした等価マスを算出すれば、この振動系は、等価マスと制振バネのバネとからなるダイナミックダンパとして機能し、等価マスと制振バネによって決まる所定の共振点で共振して入力振動を制振することになる。
【００１３】
しかも、等価マスは入力振動数に応じて変化するから、ダイナミックダンパの共振点は入力振動に応じて自主的に追随変化する。したがって、入力振動が変化する場合でも、共振点を自動的に追随変化させて制振できる。しかも、特別な制御装置を要さずに、極めて簡単な構造で実現できる。
【００１４】
請求項２によれば、レバーを傾けることにより、マスに支持点方向へ向かう落下力を発生させ、これを戻し力とすることができる。したがって、レバーを傾斜させるだけで戻し力を発生させることができ、しかもレバーの傾きを変化させることにより、戻し力の大きさも自由に設定できる。
【００１５】
請求項３によれば、バネ又は磁力を用いてマスを支持点側へ弾性付勢することにより、戻し力を強制的に発生させることができる。したがって、レバーを水平に配置しても戻し力を生じさせることができ、レバーの傾きに関係なく安定した戻し力を強制的に得ることができる。
【００１６】
請求項４によれば、マスの移動速度抑制手段を設けたので、マスの急激な移動を阻止し、比較的ゆっくり移動させることができるようになり、バランス点へ正確に移動させて速やかにバランス点上へ位置決めさせることができる。このような移動速度抑制手段としては、例えば、マスとレバー間に設けた粘性抵抗や絞り通路を設けたマスをシリンダ状のレバー内における液体中を移動することによる液体の流動抵抗を利用するものがある。
【００１７】
請求項５によれば、制振バネを捩りバネとしたので、レバーの振動による回動を捩りバネの捩りに変換して逆方向への戻し力を発生できる。しかも、コイルバネやゴムバネ等を用いて形成できるので、比較的コンパクトにできる。
【００１８】
請求項６によれば、円筒型ブッシュを構成するゴムの捩りバネ中心をレバーの支持点とすることにより、レバーを円筒型ブッシュに片持ち支持させて振り子状に回動させることにより制振できる。したがって、振り子式ダイナミックダンパを簡単に構成することができる。
【００１９】
【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。
【００２０】
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持点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。
【００２１】
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、自由端側が支持点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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、支持点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。
【００２６】
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上を支持点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。
【００２７】
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。
【００２８】
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上の支持点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持点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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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手段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。すなわち摺動抵抗手段１１がマスの移動速度抑制手段をなしている。
【００３８】
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、支持点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で支持点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。
【００３９】
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を磁力で支持点５側へ押し戻。この場合は磁力が戻し力Ｒとなる。
【００４０】
なお、異極の組合せからなる一対の磁石を支持点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。
【００４１】
図９は第６実施例であり、支持点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、支持点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で支持点５側へ引っ張るようにしてある。
【００４２】
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、この支持点構造を第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。
【００４３】
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。
【００４４】
筒体１５の一端は支持点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内の支持点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。
【００４５】
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。すなわちオリフィス１６にて発生する液体の流動抵抗がマスの移動速度抑制手段をなしている。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。
【００４６】
図１１及び図１２は第８実施例であり、この例では、円筒型ブッシュ２０とレバー２及びマス３を備えた振り子式ダイナミックダンパとして構成されている。すなわち、レバ−２の一端は円筒型ブッシュ２０の内筒２１へ圧入等によって固定され、内筒２１と一緒に回動することにより、レバー２が振り子式に回動し、この回動によってマス３がレバー２の上を移動してこれまで述べた自主追随型のダイナミックダンパを構成する。
【００４７】
円筒型ブッシュ２０は内筒２１の周囲を囲んでブラケット２２を設け、このブラケット２２と内筒２１の間に防振ゴム２３が設けられ、焼き付け等によってこれらを一体化している。この円筒型ブッシュ２０は取付部２４をボルト等適宜手段で振動源である制振対象へ取付けることにより、ダイナミックダンパとして取付相手を制振する。
【００４８】
防振ゴム２３はレバー２の回動に対して捩りバネとして機能する。捩りバネである防振ゴム２３の捩りバネ中心２５は内筒２１の中心、すなわちレバー２の回動中心と一致している。したがって、この振動系において、ダイナミックダンパの制振バネと機能する。なお、自主追随型ダイナミックダンパとしてのレバー２及びマス３の動作はこれまで述べたところと変わりがない。
【００４９】
このように、自主追随型ダイナミックダンパを円筒型ブッシュ２０と組み合わせて振り子式にすれば、レバー２の取付角度を調節することにより、防振すべき振動の入力方向に合わせて取付角度を容易に調節でき、ダイナミックダンパを最適角度に取付できる。
【００５０】
なお、振り子式ダイナミックダンパとしては、必ずしも円筒型ブッシュ２０を用いる必要はない。例えば、レバー２の一端を捩りコイルばねで支持させてもよい。
【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
【図１１】第８実施例に係る概略図
【図１２】図１１の１２−１２線に沿う断面図
【符号の説明】１：ダイナミックダンパー、２：レバー、３：マス、５：支持点、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、２０：円筒型ブッシュ
【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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【図１１】
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【図１２】
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