(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造物に支持されたバネ支持部を具備する制振対象に衝撃的外乱が付加された際に、前記制振対象に接触して設置された制振質量に前記制振対象から運動量を伝達し、前記制振質量を前記制振対象から分離して運動させることにより前記制振対象の振動を抑制し、前記制振対象に次の衝撃的外乱が付加される前に、前記制振質量を前記制振対象に接触する位置に復帰させる衝撃振動吸収方法であって、
制振質量が制振対象に接している時には縮んでおり、衝撃的外乱が付加されて制振質量が制振対象から離れた時から制振質量が制振対象に戻るまでの間に伸び、復帰時には制振質量より先に制振対象に接触する、前記制振質量に設けられた片効きのダッシュポットを利用したショックアブソーバーにより前記制振質量を無衝撃で前記制振対象に接触させることを特徴とする衝撃振動吸収方法。
【請求項２】
支持構造物に支持されたバネ支持部を具備する制振対象に接触して設置されており、前記制振対象から運動量が伝達された際に前記制振対象から分離して運動する制振質量と、
運動により運動量を消費した前記制振質量を前記制振対象に接触する位置に復帰させる復元機構とを有する制振装置であって、
前記復元機構は、
前記制振質量を前記制振対象側に付勢して接触させるバネと、
前記制振質量が復帰する際に無衝撃で前記制振質量を前記制振対象に接触させる減衰機構とを備えており、
前記制振質量には、
制振質量が制振対象に接している時には縮んでおり、衝撃的外乱が付加されて制振質量が制振対象から離れた時から制振質量が制振対象に戻るまでの間に伸び、復帰時には制振質量より先に制振対象に接触する、前記制振質量に設けられた片効きのダッシュポットを利用したショックアブソーバーが設けられていることを特徴とする制振装置。
【請求項３】
前記制振質量の前記復元機構はバネと減衰機構とを備え、前記制振質量が前記制振対象から離れる瞬間には減衰が小さく、その後の前記制振質量の運動に対しては減衰が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は床等の構造物やプレス機械等に加えられた衝撃振動を吸収する方法及び振動を抑制する制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加工機械を有する工場施設やエアロビクスのようにジャンプ衝撃を伴う運動施設等では、衝撃的に入力される外乱によって床面等が振動し、周辺に伝播することによって振動障害を引き起こすことがある。
このような衝撃性の外乱に対しては、軽減するための有効な手法がなく、従来は床等の重量を大きくしたり、堅固にする等の方法が採られている。
対策技術として動吸振器の利用も考えられるが、動吸振器は可動制振質量が所定の振幅に達したときに初めて十分な効果を発揮するので、衝撃の初期応答に対しては十分な制振効果が得られない。
【０００３】
又、柔らかいバネで支持されることにより防振されたプレス機械は、プレス時の衝撃により機械自体が大きく揺れてしまう。逆にバネを堅くするとプレス機械の揺れは小さくなるが設置箇所への振動伝達が増えてしまう。
【０００４】
従来は質量体が制振対象と衝突することによりエネルギーを消費するインパクトダンパが用いられることがあったが、インパクトダンパの挙動は容器の隙間や質量比、反発係数、振動数比、外力の大きさ等に大きく依存するため、厳密な設計がなされないと制振効果が得られにくい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、床やプレス機械等の制振対象に衝撃性の外乱が付加された際に、その衝撃を吸収する衝撃振動吸収方法と、この方法に基づき制振対象の振動を少なくする制振装置が求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の衝撃振動吸収方法は、支持構造物(8)に支持されたバネ支持部(4),(5)又は(24)を具備する制振対象(2)に衝撃的外乱が付加された際に、前記制振対象(2)に接触して設置された制振質量(3)に前記制振対象(2)から運動量を伝達し、前記制振質量(3)を前記制振対象(2)から分離して運動させることにより前記制振対象(2)の振動を抑制し、前記制振対象(2)に次の衝撃的外乱が付加される前に、前記制振質量(3)を前記制振対象(2)に接触する位置に復帰させる衝撃振動吸収方法であって、
制振質量(3)が制振対象(2)に接している時には縮んでおり、衝撃的外乱が付加されて制振質量(3)が制振対象(2)から離れた時から制振質量(3)が制振対象(2)に戻るまでの間に伸び、復帰時には制振質量(3)より先に制振対象(2)に接触する、前記制振質量(3)に設けられた片効きのダッシュポット(74)を利用したショックアブソーバーにより前記制振質量(3)を無衝撃で前記制振対象(2)に接触させることを特徴とする。
なお、本発明の「衝撃振動吸収方法」は、図８に示した実施例の「制振装置」で実施されるものであり、図８中の「床(72)」が「制振対象(2)」に対応しており、「重錘(73)」が「制振質量(3)」に対応している。
【０００７】
また、本発明の制振装置は、支持構造物(8)に支持されたバネ支持部(4),(5)又は(24)を具備する制振対象(2)に接触して設置されており、前記制振対象(2)から運動量が伝達された際に前記制振対象(2)から分離して運動する制振質量(3)と、
運動により運動量を消費した前記制振質量(3)を前記制振対象(2)に接触する位置に復帰させる復元機構(6)(7)とを有する制振装置であって、
復元機構(6)(7)は、
前記制振質量(3)を前記制振対象(2)側に付勢して接触させるバネ(6)と、
前記制振質量(3)が復帰する際に無衝撃で前記制振質量(3)を前記制振対象(2)に接触させる減衰機構(7)とを備えており、
前記制振質量(3)には、
制振質量(3)が制振対象(2)に接している時には縮んでおり、衝撃的外乱が付加されて制振質量(3)が制振対象(2)から離れた時から制振質量(3)が制振対象(2)に戻るまでの間に伸び、復帰時には制振質量(3)より先に制振対象(2)に接触する、前記制振質量(3)に設けられた片効きのダッシュポット(74)を利用したショックアブソーバーが設けられていることを特徴とする。そして、制振質量(3)の復元機構はバネ(6)とダッシュポット等の減衰機構(7)とを備え、制振質量(3)が制振対象(2)から離れる瞬間には減衰が小さく、以降の運動では減衰が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
なお、本発明の「制振装置」は、図８に示した実施例に対応するものであり、図８中の「床(72)」が「制振対象(2)」に対応しており、「重錘(73)」が「制振質量(3)」に対応している。
【０００８】
更には、制振質量(3)が制振対象(2)から分離する速度を増速させる機構を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、床等の制振対象(2)への衝撃が制振対象(2)に接触した制振質量(3)に伝わり、制振質量(3)が振動する。このとき制振対象(2)と制振質量(3)との接触面が反発係数の高い材質で構成されていると、より効率的に運動量を伝達することができるのはもちろんである。制振対象(2)自体は衝撃を制振質量(3)に逃がしているため、その分だけ制振対象(2)を振動させる運動量が少なくなる。
【００１０】
仮に、制振対象(2)と制振質量(3)との接触面の反発係数が１であるとして、制振対象(2)たる質量ｍ2の床に、外乱として質量ｍ1のものを物体(1)が速度ｖ1で衝突し、床がこの衝突によりｖ2の速度で動くとすると、床にはｍ1ｖ1の内のｍ2ｖ2の運動量が伝達されたことになる。床の運動量ｍ2ｖ2の一部は、床下面に接している制振質量(3)たる質量ｍ3の重錘に伝達され、重錘はｖ3の速度で動こうとする。ここに重錘に伝達された運動量はｍ3ｖ3となる。
【００１１】
床に付加されたの衝撃は床と重錘に分担されることとなり、重錘の離脱に伴って床自体が負担する運動量ｍ2ｖ2はｍ3ｖ3だけ少なくなる。したがって、重錘の運動量ｍ3ｖ3が大きくなるほど床自体に残存する運動量が少なくなる。
【００１２】
制振質量(3)はバネ(6)とダッシュポット等の減衰機構(7)に接続されているため、運動することによりエネルギーを消費し、また、バネ力により元の位置に復帰する。次の衝撃が制振対象(2)に及ぶ前に復帰することにより、次の衝撃に対しても最初の衝撃の場合と同様に対応することができる。
【００１３】
制振質量(3)の復元機構をバネ(6)とダッシュポット(7)で構成し、制振質量(3)が制振対象(2)から離れる際には減衰が小さく、その後の運動では減衰が大きくなるように構成すると、制振質量(3)が元の位置に復帰する際にその速度を小さくすることができ、制振対象(2)下面に再び接する際に制振質量(3)が制振対象(2)に与える衝撃はほとんどなくなる。尚、制振質量(3)の復元機構は制振対象から支持する場合と、別の構造から支持する場合がある。
【００１４】
制振質量(3)が制振対象(2)から離れる速度を増速させる機構を制振対象(2)に付加すると、増速機構の反作用により制振対象(2)に及ぶ衝撃を減殺することもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［実験］
図５(A)は実験装置の側面図であり、図５(B)はその実験装置の部分拡大斜視図である。
【００１６】
(51)は両端が固定された長さ720mm、幅100mm厚み13mmの床材である。床材(51)の下面には固定ブロック(57)が取り付けられており、固定ブロック(57)には蝶番(56)を介して可動板(54)が取り付けられている。可動板(54)の先端部上面には６４gの可動ブロック(53)が取り付けられている。可動板(54)と可動ブロック(53)により重さ２５８gのホルダーが形成され、可動板(54)の先端部下面には重錘(52)が装着可能となっている。
【００１７】
可動板(54)のほぼ中央部上面と床材(51)下面との間にはバネ(55)とダッシュポット(58)が取り付けられており、通常の状態ではこのバネの作用により可動ブロック(53)の上面が床材(51)の下面中央部に当接している。
【００１８】
このような床材(51)中央部に重さ５８gのテニスボール(50)を床材(51)の上方470mmから落とした際の床材(51)中央部の加速度を測定した。
【００１９】
図６に実験結果を示す。（ア）はホルダー等の制振機構がない場合、（イ）はホルダーは装着されているがホルダーに重錘を装着しない場合、（ウ）は２００gの重錘をホルダーに装着した場合、（エ）は４００gの重錘をホルダーに装着した場合である。
【００２０】
これによれば制振機構が働いている（ウ）や（エ）の場合の方が、制振機構の無い（ア）や重錘(52)をつけていない（イ）の場合に比べて揺れの振幅が小さく、短時間で振動が収束していることがわかる。
【００２１】
以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する。
［実施例１］
図１に本実施例の構成の概要を示す。
制振対象であり質量ｍ2の床(2)の下面に、制振質量としての質量ｍ3の重錘(3)を配している。床(2)自体は支持構造物(8)にバネ(4)，(5)により支持されているモデルを用いることができる。この床(2)自体はできるだけ振動させたくないので床(2)を直接支えるバネ(4)，(5)は堅くしている。
【００２２】
重錘(3)はバネ(6)とダッシュポット(7)により支持されているが、重錘(3)は運動によりエネルギーを消費することを目的とするので、重錘(3)を支持するバネ(6)はソフトにすべきである。又、衝撃性外乱が繰り返し周期的に付加されることが予想される場合、周期の最短のものに対応できるように復元し、次回の衝撃に対応できるようにしておくことが必要である。
【００２３】
床(2)から伝達された衝撃により、床(2)下面から分離した重錘(3)が、運動中に床(2)下面と衝突すると、再び衝撃が床(2)に伝達されることになり好ましくない。そこで、重錘(3)を支えるダンパのダッシュポット(7)としては作動方向により減衰の程度が異なる片方向ダッシュポットを使用してもよいし、接触点では作用しないダンパー機構を用いてもよい。重錘(3)が床から離れるときには減衰がほとんどなく、重錘(3)が床(2)に向かうときには減衰が大きくなるようにしている。したがって、重錘(3)が運動によりエネルギーを消費し、再び元の位置に復帰（床(2)に接触）する際にも床(2)に衝撃を与えることなく静かに復帰する。
【００２４】
尚、片方向ダッシュポットとしては粘性体の流路に片方向に開口するオリフィスを設ける等の構成のものがあり、接触点では作用しない所謂「遊び」のあるダンパーも各種存在する。例えば図７は遊びを有した回転型ダンパーを示した模式図であり、(61)はダンパ軸、(62)は回転軸である。制振質量と接続されている回転軸(62)が回転を始めてもダンパ軸(61)との間に両側に△θだけギャップがあるため、このギャップが遊びとなって回転軸(62)がダンパ軸(61)と接触するまでの間は減衰は小さく、両者が接触した後は減衰が大きくなる。
【００２５】
ダッシュポット(7)の減衰係数を大きくすると重錘(3)が床に接する際の衝撃は少なくなるが、制振質量は次の衝突までに元の位置に戻ってくることが求められるのでダッシュポットの減衰係数はある程度小さくする必要があり、ダッシュポット(7)の減衰係数はこれら両方の観点から考慮して決定するとよい。
【００２６】
尚、重錘(3)が床に接する際の衝撃を少なくするために、重錘(3)に片効きのダッシュポット(74)を利用したショックアブソーバーを取り付けてもよい。図８はこのようなショックアブソーバーを備えた制振装置のモデル図である。同図(A)は重錘(73)が床(72)に接触した状態であり、ダッシュポット(74)は縮んでいる。衝突物体(71)が床(72)に衝突すると同図(B)に示すように重錘(73)が床(72)から離れ、重錘(73)が床(72)に戻るまでの間にダッシュポット(74)が伸びて、重錘(73)より先にダッシュポット(74)が床(72)に接触する。よって、重錘(73)が床(72)に接する際の衝撃を更に少なくすることができる。
【００２７】
重錘(3)と床(2)下面との接触面の反発係数は大きいほど、床(2)に印加された衝撃を重錘(3)に多く伝えることができ、床(2)自体の振動は少なくなる。したがって、接触面は象牙，硬質プラスチックス（エンジニアリングプラスチック），金属等の反発係数の大きい材質で構成することが好ましい。
【００２８】
尚、実験によれば制振質量(3)と制振対象(2)の質量がほぼ等しいときに衝撃制振効果が特に大きいことがわかった。
【００２９】
以上のように衝撃的に入力される外乱による床面等の振動が抑制され、基礎(8)へ伝わる振動も従来のものより小さくなった。これは従来衝撃的に伝わっていた運動量が、制振質量たる重錘(3)を介することにより長周期のなだらかなものとして基礎(8)に伝えられるためである。
【００３０】
［実施例２］
図２は本実施例の構成の概要を示したモデル図である。(14)，(15)はバネである。本実施例では振り子式の制振質量(13)を備えている。衝撃を受けていないときは制振対象(12)下面と制振質量(13)は直接接しているが、物体(11)ので衝突等により衝撃的外乱が付加された場合、運動量が伝達された制振質量(13)が制振対象(12)から離れて振動する。
本実施例の場合、制振質量(13)が復元機構(16),(17)を介して制振対象(12)に接続されているため、実施例1の場合と異なり制振質量(13)の振動は制振対象(12)に影響を与えるが、両者間に配されている復元機構のバネ(16)を十分に柔らかいものとするとその影響は小さくなる。
【００３１】
尚、実施例１のように制振質量を床設置面(9)に設置するか、実施例２のように床面(12)に設置するかは、設置スペース等に鑑みて選択すればよい。
【００３２】
［実施例３］
本実施例では、実施例１の構成に付加して、重錘が床から離れる際の速度を増速させる機能を床に備えさせた。床にはその増速作用の反作用力が及び、この力が衝撃を減じる働きをし、実施例１の効果に加えて更に制振効果が得られる。
増速させる手段としては種々あるが、初期圧縮したバネや磁力，ガスの噴出を使用したもの，又、油圧，リニアモーターを利用したアクチュエーター等が考えられる。これらの増速機構の作動はトリガー機構かセンサーにより開始させる。
【００３３】
アクティブな手法による場合は、外乱の運動量を予見して、外乱が入力された時点でそれと等しい運動量になるように制振質量を離脱させるようにすると効果的である。尚、繰り返し発生する外乱源は比較的容易に運動量を測定することができる。
【００３４】
［実施例４］
本実施例は空気バネで防振されたプレス機械に本発明の衝撃振動吸収方法を適用した例であり、図３はその構成の概要を示した図である。
(21)は上下に移動可能な押圧体であり、下方に移動することによりプレス対象物を押圧することができる。(22)はプレス機械基部であり、(24)は空気バネやコイルスプリングで構成されるバネ支持部、(25)は機械設置部である。
(23)は制振質量であり、バネ(26)及び減衰装置(27)を介して機械設置部に取り付けられている。減衰装置(27)は遊びとなるギャップ(x)を有している。
【００３５】
押圧体(21)が制振対象たるプレス機械基部(22)に衝突すると、プレス機械基部(22)の運動量が制振質量(23)に伝わり、制振質量(23)がプレス機械基部(22)から離れて下方に移動する。制振質量(23)がプレス機械基部(22)から離れる際にはギャップ(x)の存在により減衰装置(27)は減衰は小さく、ギャップ(x)以上下方に移動すると減衰装置(27)が有効に働き減衰が大きくなる。制振質量(23)は運動によりエネルギーを消費し、再び元の位置に復帰する。
【００３６】
［実施例５］
本実施例も実施例４と同様にプレス機械に本発明の衝撃振動吸収方法を適用した例であり、図４はその構成の概要を示した図である。実施例４と異なり、制振質量(30)がバネ(31)及び減衰装置(32)を介して制振対象たるプレス機械基部(22)に取り付けられている。
【００３７】
本実施例の場合も押圧体(21)がプレス機械基部(22)に衝突すると、プレス機械基部(22)の運動量が制振質量(30)に伝わり、制振質量(30)はプレス機械基部(22)から離れて運動することによりエネルギーを消費し、再び元の位置に復帰する。
【００３８】
上記各実施例では制振質量たる重錘を１カ所に設けたが、制振対象の大きさ，衝撃性外乱の大きさや周期等により複数の制振質量を設けてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明により、制振対象に衝撃的な外乱が付加された場合に、制振対象の振動を有効に抑制することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の構成の概要を示したモデル図。
【図２】実施例２の構成の概要を示したモデル図。
【図３】実施例４の構成の概要を示した図。
【図４】実施例５の構成の概要を示した図。
【図５】実験装置を示した図。
【図６】実験結果を示した図。
【図７】遊びを有した回転型ダンパーを示した図。
【図８】ショックアブソーバーを備えた制振装置のモデル図。
【符号の説明】
(1)  衝突物体
(2)  制振対象（床）
(3)  制振質量（重錘）
(4)，(5)  バネ
(6)  バネ
(7)  ダッシュポット
(8)  支持構造物
【図１】
0004095689.tif 000002
【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】
0004095689.tif 000007
【図７】
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【図８】
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