(57)【要約】【課題】構造がシンプルで、全体が小型軽量化され、制振対象物に容易に取付けでき、かつ取付部の固定方法の改良によって減衰効果が変動するような影響がなく、従来よりさらに低振動数域の微小振動に対して有効に作用する板ばね式動吸振器を得ることである。【解決手段】板ばね式動吸振器は、制振対象物に対して固定手段３により基端を固定された支持アーム１と、その先端に設けた重錘２を備え、支持アーム１は板ばね１ａと拘束板１ｃとの間に高減衰ゴム材１ｂを接着剤を介して加硫接着して構成し、重錘２と拘束板１ｃ、高減衰ゴム材１ｂの端との間は不連続状に形成している。高減衰ゴム材１ｂは、拘束板１ｃの基端を固定、先端を重錘と不連続としたから、独立のダンパとして機能し、このため高減衰性能をもつダンパとなり、長周期の微小振動にも有効なシンプルで簡易な、かつ実用性のある動吸振器が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定長さの板ばねを有する支持アームの一端に重錘を設け、支持アームの板ばねに対し高減衰ゴム材を挟んで拘束板を設け、高減衰ゴム材と拘束板はそれぞれの上記一端寄りの端と重錘との間を所定長さ不連続とし、高減衰ゴム材は板ばね及び拘束板に対しそれぞれ接着剤により加硫接着し、板ばねの他端は拘束板と共に制振対象物に対し固定手段により片持状に固定するように構成した板ばね式動吸振器。
【請求項２】
前記重錘の質量を制振対象物に適合する所定の重さに設定し、この重錘の自重及び振動による変位を支持し得る剛性の弾性ばねで、かつ構造部材としての板ばねを有することを特徴とする請求項１に記載の板ばね式動吸振器。
【請求項３】
前記拘束板を板ばねより薄い鋼板としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の板ばね式動吸振器。
【請求項４】
前記高減衰ゴム材を拘束板の一端と固定手段による拘束板及び板ばねの固定位置の手前までの間に設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の板ばね式動吸振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、橋梁、住宅、橋梁付属物など比較的低い振動数の構造物の振動を小型でシンプルな機構で吸収し制振する板ばね式動吸振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動する構造物の振動を吸収する動吸振器の１形式として板ばねの先端に重錘を取付け、主として上下又は水平方向の振動を吸収する片持ち形式の板ばね式動吸振器が知られている。その一例として、特許文献１による「減衰器として粘弾性体又は粘性体を使用した板ばね式動吸振器」が公知である。この板ばね式動吸振器は、制振方向と直角な面上で所定間隔の２枚以上の平行な板ばねの一端部をばね固定金具で固定し、板ばねの他端部又はその近傍に位置調整可能に重錘を固定し、隣接する２枚の板ばね間に１以上の粘弾性体又は粘性体ダンパを結合し、上記ばね固定金具を制振対象の構造物に固定するように構成したというものである。
【０００３】
同様な片持式の動吸振器の例として特許文献２、３の例がある。特許文献２の動吸振器は、先端に重錘を有する水平アームに支持柱との間に介装した弾性体を設け、アームと相対運動する箇所との間に粘弾性体を介装して構成されている。さらに特許文献３の動吸振器は、弾性体を基部に取付け、弾性体から延出させたステーの所定位置に弾性体と離して重錘を取付けて構成されている。
【０００４】
上述した特許文献３の動吸振器の構成では、ステーは、その先端に設けられた重錘に制振対象から振動が伝達されても屈曲しない鋼板が用いられ、ステーと制振対象との間又は重錘と制振対象との間に薄い厚さの弾性体を置き、この弾性体を介して振動を吸収するようにしているため、ステーの剛性が大きく、周期が短くなり、長周期振動を制振することはできない。長周期振動を制振でき、かつ重錘を取付ける鋼板によるアームを含めて全体の大きさを小型化しようとすると、特許文献２の動吸振器のように構成が複雑で多数の部品が必要となり、コストがかかることとなる。
【０００５】
これに対し、特許文献１の動吸振器は、長周期でかつ微小振幅の振動を制振でき、装置はシンプルで小型化され、メンテナンスの軽減もできると記載されている。しかし、この動吸振器は実際には橋梁模型に対する実験装置のレベルで確認されたものであって、実用化し得るものではない。実施例では板ばねは厚さ１．５ｍｍと薄く、重錘も０．４ｋｇ×２個と極めて軽く、粘弾性ダンパは１０×１０×５ｍｍという小さなブロックである。又、長周期微小振幅を制振すると記載されているが、実際の制振対象の振動数は４〜５Ｈｚであり、一般に１．５〜３Ｈｚ程度とされる橋梁、住宅の制振には適さない。
【０００６】
仮に特許文献１の動吸振器を基本構造、形式をそのままとし、橋梁、住宅の大きさに適合するように現実化したサイズ、重量のものとするため、板ばね厚さ６ｍｍ、重錘の質量を１５ｋｇ×２個としても、減衰定数の値は極めて小さく、動吸振器としての性能は不十分である。これは、この動吸振器では２枚以上の板ばねを互いに粘弾性体ダンパを挟んで重錘寄りの他端付近がボルト・ナットで固定されているからであり、板ばねの先端に取付けられた重錘が互いにばらばらに振動するのを防止するためには板ばね同士を互いに連結する必要があるからである。
【０００７】
板ばね同士を粘弾性ダンパを介してボルト・ナットで固定すると、重錘の動きは互いに同位相で振動するが、下方の板ばねに対して上方の板ばねがずれて変位し難くなり、多少のずれによって粘弾性ダンパ内にせん断変形は生じるとしても、これによる減衰効果は期待できる程ではない。又、重錘が繰り返し変位すると、その度毎にボルト・ナットが動き次第に弛みが生じて互いの連結状態が変化し、減衰効果はさらに減少し、又減衰振動の振動数帯域が変化することとなる。以上の不都合は、板ばね先端の２つの重錘を１つに連結するとさらに顕著となる。
【特許文献１】特開昭５９−１１０９３８号公報
【特許文献２】特開昭６３−５３３３０号公報
【特許文献３】特開昭６１−７０２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、上記の問題に留意して、構造がシンプルで、全体が小型軽量化され、制振対象物に容易に取付けでき、かつ取付部の固定状態によって減衰効果が変動するような影響がなく、従来よりさらに低振動数域の微小振動に対して有効に作用する板ばね式動吸振器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、上記の課題を解決する手段として、所定長さの板ばねを有する支持アームの一端に重錘を設け、支持アームの板ばねに対し高減衰ゴム材を挟んで拘束板を設け、高減衰ゴム材と拘束板はそれぞれの上記一端寄りの端と重錘との間が所定長さ分不連続とし、高減衰ゴム材は板ばね及び拘束板に対しそれぞれ接着剤により加硫接着し、板ばねの他端は拘束板と共に制振対象物に対し固定手段により片持状に固定するように構成した板ばね式動吸振器としたのである。
【００１０】
上記の構成としたこの発明の板ばね式動吸振器は、極めてシンプルで簡易な構成部材で構成され、かつ高い減衰性能で１．５〜３Ｈｚ程度までの長周期の微小振動を有効に減衰させることができる。この動吸振器は、片持状の支持アームの先端に重錘を支持し、支持アームの基端は板ばねと拘束板が固定され、固定手段による固定状態の変化が高減衰ゴム材による減衰性能に影響を与えないようにするため、高減衰ゴム材は固定位置の手前までしか及ばない長さに設定され、拘束板と板ばねとの間で独立にダンパとして作用するように拘束板と板ばねに対してのみ接合されている。
【００１１】
拘束板と板ばねの基端は固定位置に固定手段によって固定されているから、制振対象物の振動が支持アームを介して重錘に伝達されると、重錘は制振対象物の振動とほぼ同周期でかつ位相がずれて制振対象物の振動を打消すように変位する。このため、支持アームでは板ばねが重錘の変位に応じて変位するが、拘束板は固定部に固定されており、重錘には連結されていないため板ばねとはずれて変位する。そして、この変位のずれは独立に作用する高減衰ゴム材によるダンパにより大きく減衰され、従って減衰効果はきわめて大きく、制振対象の振動を有効に減少させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の板ばね式動吸振器は、制振対象物に対して固定手段により基端を固定された支持アームと、その先端に設けた重錘を備え、支持アームは板ばねと拘束板の間にダンパとして高減衰ゴム材を加硫接着して形成され、重錘と拘束板、高減衰ゴム材との間は不連続状に形成したから、構成がシンプルで簡易、かつ１．５〜３Ｈｚ程度までの長周期の微小振動に対し高減衰能で有効に減衰させる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は実施形態の板ばね式動吸振器の（ａ）外観斜視図、（ｂ）分解斜視図を示す。この板ばね式動吸振器は、所定長さの板ばねによる片持状の支持アーム１と、その先端に設けた重錘２と、支持アーム１の基端を固定する固定手段３とから成る。支持アーム１は、板ばね１ａに高減衰ゴム材１ｂを挟んで拘束板１ｃが重ねて設けられている。板ばね１ａは、動吸振器を構成するための弾性部材として設けられ、制振対象から重錘２へ振動を伝達し、比較的大きなたわみ、高繰返し曲げ耐力性を有する、例えばＳＵＰ９のようなばね材が用いられる。
【００１４】
高減衰ゴム材１ｂは、高減衰性の天然ゴムが用いられ、拘束板１ｃと板ばね１ａとの間に挟まれてその両面を接着剤で加硫接着することにより強力に接着され、高減衰性ダンパとして設けられている。拘束板１ｃは薄板の鋼板（図示の例ではステンレス鋼板、厚さ１．５ｍｍ）が用いられ、拘束板１ｃと板ばね１ａとの間に設けた高減衰ゴム材１ｂがせん断変形することにより減衰機構が構成されている。なお、せん断変形は、重錘２が板ばね１ａを含む支持アーム１の延びる方向と直交する方向の振動に対して生じる変形である。
【００１５】
図３に支持アームの要部拡大断面図を示す。前述したように、支持アーム１は、板ばね１ｃ、接着層１ｂｘ、高減衰ゴム材１ｂ、接着層１ｂｘ、拘束板１ｃを積層状に設けられて形成されている。このような断面構造の支持アーム１は、上記接着層１ｂｘ、１ｂｘとして、それぞれ下塗り上塗りの２層の接着剤で構成され、その接着剤を板ばね１ａ、拘束板１ｃに塗布し、高減衰ゴム材１ｂを挟んで積重ね、これらを金型の中に入れ、圧力と熱（約１５０℃）で時間をかけ、加硫接着して形成され、接着剤は接着強度５０ｋｇ／ｃｍ2 以上の強力な接着力を有する合成樹脂系の加硫接着剤が用いられている。
【００１６】
上記板ばね１ａの先端に接続される重錘２は、図示の例では上、下２つに分割された重錘板２ａ、２ｂをボルト・ナットで一体に連結して構成され、板ばね１ａの先端寄りの端部を２つの重錘板２ａ、２ｂ間に挟んで固定されている。但し、固定方法は板ばね１ａが重錘２に固定されればよく、溶接やフランジを設けるなど他のどんな固定手段で固定してもよい。又、板ばね１ａの先端寄り所定長さ部分Ｌｏ（図２参照）には重錘２と、高減衰ゴム材１ｂ、拘束板１ｃとが不連続となるように板ばね１ａのみで形成されている。
【００１７】
支持アーム１の基端部は、図示の例では、固定手段３により固定されている。固定手段３は、固定板３ａと取付台３ｂから成り、固定板３ａは板ばね１ａと拘束板１ｃとスペーサ３ｓとを２枚の固定板で挟み、ボルト・ナットで２枚の固定板を締結して固定し、下方の固定板を取付台３ｂに予め一体に設けることにより支持アーム１を固定するように形成されている。高減衰ゴム材１ｂは、固定板３ａに重ならない長さに設定して固定手段３により固定しないように設けられる。
【００１８】
従って、スペーサ３ｓは高減衰ゴム材１ｂと同等厚さで、固定板３ａの幅と同程度長さとし、高減衰ゴム材１ｂに高温成形時に接着剤により接着されている。又、取付台３ｂは立形のウェッブ材の下端にフランジを設け、ボルト・ナットにより制振対象に取付可能な形状としたが、取付台３ｂを含めて固定手段３の形状は、支持アーム１の基端を固定できれば他のどんな形式でもよい。但し、高減衰ゴム材１ｂの端が固定されないように形成する。
【００１９】
なお、上記高減衰ゴム材１ｂは、天然ゴムとして下記の組成分、損失係数（ｔａｎδ）などの特性を有するものが用いられている。
（１）組成分    組成物              割  合
天然ゴム            １００
プロセスオイル        ３０
カーボンブラック      ８０
亜鉛華                １０
ステアリン酸        １．５
老化防止剤              ６
加工助剤                ２
加硫剤、加硫促進剤      ４
（２）損失係数（ｔａｎδ）
振動数５〜５０Ｈｚにおいてｔａｎδ≒０．２５〜０．３（測定時振幅０．５ｍｍ）
（３）温度依存性（測定振動数１０Ｈｚ）
０°〜８０℃    損失係数ｔａｎδ  ０．２５〜０．３
０°〜−５０℃  損失係数ｔａｎδ  最大０．７〜最小０．１
極寒冷地以外では減衰効果に温度の影響が少ない。
【００２０】
上記構成の板ばね式動吸振器は、制振対象に対応してその大きさに適合する寸法、重錘の重さをそれぞれ設定することにより制振対象物の振動を高効率にかつ有効、確実に減衰させ得る実現可能な動吸振器として作用する。制振対象物から振動が伝達されると、制振対象物の振動による変位が重錘の動きによる変位と重錘の重力による変位方向とずれを生じ、このため板ばね１ａ（基層）が変形し、その変形に伴い拘束板１ｃも変形する。このとき、板ばね１ａと拘束板１ｃの基端は固定手段３により固定されているため、板ばね１ａの曲げ変位と拘束板１ｃの曲げ変位との間にずれが生じる。
【００２１】
このような曲げ変位にずれが生じると、部材軸方向にもずれによる変位が生じ、このずれ変位は板ばね１ａと拘束板１ｃとの間に設置されている高減衰ゴム材１ｂに伝達され、そのずれ変位をせん断変形によって吸収し、即ちダンパとして機能し大きな減衰力を得ることができる。この場合、弾性ばねとしての板ばね１ａと、ダンパとしての高減衰ゴム材１ｂと、拘束板１ｃとは高減衰ゴム材１ｂの両面に接着層１ｂｘを介して加硫接着されているから、弾性ばねとダンパとを全体に一体として構成した支持アーム１として形成されている。
【００２２】
又、高減衰ゴム材１ｂは重錘２寄りの端面は重錘２と接することなく不連続状態とされ、かつ固定手段３寄りの端面も固定手段３の直前までしか設けられていない。従って、高減衰ゴム材１ｂは板ばね１ａと拘束板１ｃとの間で上下の板材に対してのみ連結され、他の部材からは完全に切離されて独立に設けられている。このため、高減衰ゴム材１ｂは板ばね１ａの曲げ変形と拘束板１ｃの曲げ変形のずれだけを独立に吸収する高減衰性ダンパとして設けられていることとなる。
【００２３】
このため、構成が極めてシンプルで厚さも最小限の厚さとなり、ダンパにオイルダンパを用いる一般的な動吸振器に比較すると格段に小型化され、かつ摩擦部がないため固定部の締付状態に弛みが生じることがなく、又高減衰ゴムの経年変化による基部の固定状態に変化が生じることもなく、メンテナンスを完全にフリーとすることができる。
【００２４】
図４に上記実施形態の動吸振器をモデル化した簡略図及び各部材寸法記号を示す。
ＬG ；重錘中心までの板ばね長さ
Ｌbc；拘束板長さ
Ｌｏ；不連続部
ｄ  ；ゴム厚さ
【００２５】
そして、この実施形態の動吸振器を設置する制振対象物を橋梁や住宅など本体振動が１．５〜３Ｈｚ程度の低い振動をするものとし、図示の動吸振器はこれらに適合する基本モデルとし、その基本諸元を下記の所定の値に設定して形成し、かつ寸法可変部材である支持アーム１の長さ、拘束板１ｃ、高減衰ゴム材１ｂの長さ、高減衰ゴム材１ｂの厚さ等を種々に変化させた場合、振動数特性（固有振動数）や減衰特性が図５以下に示す変化したものを得ることができる。又、図示の例で可変部材とされる部材の可変寸法以外の諸元は次の通りである。
重錘２；３０ｋｇｆ
板ばね１ａ；幅５０ｍｍ×厚さ６ｍｍ、材質ＳＵＰ９
拘束板１ｃ；幅５０ｍｍ×厚さ１．５ｍｍ、材質ＳＵＳ３０４
【００２６】
図５は重錘中心までの支持アーム１の長さの変化とその固有振動数との関係を示すグラフ、図６は拘束板の長さの変化と固有振動数との関係を示すグラフである。図５では、図４の不連続部Ｌｏ＝５０ｍｍ一定として、板ばね（基層）長さＬG を横軸に示すように変化させ、かつ板ばね長さＬG が変化するとそれに合わせて高減衰ゴム材（制振層）１ｂ、拘束板１ｃも変化させた場合の板ばね１ａ（実線）、板ばね１ａ＋拘束板（拘束層）１ｃ（点線）、板ばね１ａ＋高減衰ゴム材１ｂ（制振層厚み４、８、１２ｍｍを○、△、●印で示す）の各長さ変化に対応する固有振動数（２〜３Ｈｚ程度）の変化を示す。
【００２７】
又、図６では図４の板ばね長さＬG ＝５９０ｍｍ一定、高減衰ゴム材１ｂの厚さ１２ｍｍとし、拘束板１ｃと高減衰ゴム材の長さを横軸に示すように変化させた場合の支持アーム１の固有振動数の変化（１．５〜２Ｈｚ程度）を示す。図５の実線及び点線は計算値、図５の○、△、●及び図６の●印は実測値である。
【００２８】
高減衰ゴム材（制振層）１ｂの厚さと、拘束板１ｃ（拘束層）の長さとをそれぞれ各部材のみ変化させたときの動吸振器の減衰特性（Ｃ／Ｃｃ）の値を測定したグラフを図７、図８に示す。図７では、高減衰ゴム材（制振層）１ｂの長さはＬｏ＝５０ｍｍとし、板ばね１ａの長さを可変パラメータとしたときの高減衰ゴム材１ｂの厚さの変化が減衰特性（Ｃ／Ｃｃ）に与える影響を示し、図８では板ばね１ａ長さＬG ＝５９０ｍｍ一定、高減衰ゴム材１ｂの厚さ１２ｍｍ一定とし、高減衰ゴム材（制振層）の長さの変化が減衰特性（Ｃ／Ｃｃ）に与える影響を示している。
【００２９】
図７、図８の減衰定数の特性変化から理解されるように、図示の動吸振器は減衰特性が極めて大きく、有効なかつ現実に実用化し得る安定した動吸振器として作用する。又、板ばね１ａ、高減衰ゴム材１ｂ、拘束板１ｃの長さを種々に設定すれば、制振対象物の種類、大きさに応じて最適な大きさ、寸法の動吸振器をそれぞれ設定し、提供できることとなる。但し、実際の設計において大きさ、寸法を制振対象物によって変化させる場合、前述した固定値の諸元とした重錘２の重さ、板ばね１ａの幅、厚さ、材質、拘束板１ｃの幅、厚さ、材質等もそれぞれの対象物に応じて最適な値、材質とする。
【００３０】
制振対象物として、例えば図示の例では歩道橋などの橋梁、住宅など本体振動数が１．５〜３Ｈｚ程度のものを主として対象としている。又、片持形式であることから、機構の限界として重錘質量は３０ｋｇ程度が限界と考えられるから、規模の大きい橋梁などに設置する場合は、その規模の大きさに応じて複数の動吸振器を設置する。
【００３１】
図９に実施形態の動吸振器を異なる他の状態で適用する場合の例を示す。この図では、制振対象物の水平方向振動を制振する適用例であり、（ａ）図は水平取付例、（ｂ）図は吊下取付例（振子式）、（ｃ）図は直立取付例（倒立振子式）をそれぞれ示す。いずれの場合も、支持アーム１は全体の剛性が重錘を支持可能で、かつそれぞれの方向の振動による変位が支持アーム１の板ばね１ａと直交する方向に変位するように設置される。減衰作用、効果については前述の実施形態の場合と全く同じであり説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明の板ばね式動吸振器は、橋梁や住宅、道路の照明ポール、標識柱など各種の制振対象物の規模、大きさに応じて支持アームの長さや重錘の質量などを最適に設定することにより各種の構造物に対し広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態の板ばね式動吸振器の（ａ）外観斜視図、（ｂ）分解斜視図
【図２】同上の断面図
【図３】支持アームの部分拡大断面図
【図４】板ばね式動吸振器をモデル化した模式図
【図５】支持アームの板ばね長さの変化と固有振動数の関係を示すグラフ
【図６】支持アームの拘束板長さの変化と固有振動数の関係を示すグラフ
【図７】動吸振器の高減衰ゴム厚さの変化と減衰定数の関係を示すグラフ
【図８】動吸振器の拘束板長さの変化と減衰定数の関係を示すグラフ
【図９】板ばね式動吸振器の他の使用状態を示す説明図
【符号の説明】
【００３４】
１      支持アーム
１ａ    板ばね
１ｂ    高減衰ゴム材
１ｂｘ  接着層
１ｃ    拘束板
２      重錘
３      固定手段
３ａ    固定板
３ｂ    取付台
【図１】
2005351366.tif 000003
【図２】
2005351366.tif 000004
【図３】
2005351366.tif 000005
【図４】
2005351366.tif 000006
【図５】
2005351366.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005351366.tif 000009
【図８】
2005351366.tif 000010
【図９】
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