JPH039700B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般には、振動を受ける構造体の振
動を制動する機構としてエラストマーを使用する
新規の技術思想および装置に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕

架空電線（または、架線）の制動用の振動装置
の中で最もよく知られ、商業的に成功しているも
のはストツクブリツジ〔Stockbridge〕ダンパー
である。そのダンパーは、撚つた（または、スト
ランド）スチールケーブルと、ケーブルの各端部
に各々取付けた重り２個と、前記重りの中間の位
置で前記ケーブルに取付けた導線用クランプとか
ら成る。導線が振動すると、前記重りの慣性が原
因となるケーブルの作用により、ケーブルのスト
ランド間の摩耗が振動エネルギーを熱の形で周囲
環境中へ放出する。前記のストツクブリツジダン
パーには運動の共鳴様式が２種類あるが、各様式
とも、重りの回転運動と垂直並進運動とを、異な
る割合に組合せるものである。

リード〔Reed〕に対する米国特許第3478160号
明細では、単独エラストマーブツシユを使用し
て、架空電線から塊を支持しており、そこでは塊
のぶら下り（サスペンシヨン）中心から外れた相
互に直交する３平面中に前記塊の重心を位置させ
る方式をとつている。前記の装置は、架空電線の
振動の異なる振動数における制動と提供する、振
動の「連結化（coupled）」状態を提供する。

本発明者が目標とした発明のダンパーを設計す
る際に、前記の塊の概算、前記の塊の回転半径、
前記の塊の重心位置、およびその他のデイメンシ
ヨンについて、コンピユータシミユレーシヨンに
よつて決定した。そのシミユレーシヨンが示すと
ころによれば、良好な制動装置のデイメンシヨン
は、前記の塊支持用クランプに関して前記の塊の
垂直および水平並行移動の両者に対する或るバネ
定数、ならびに或る回転バネ定数を必要とする。
実用上の構造において、前記の数種のバネ定数を
探求したところ、それらは唯一の配置を除いて
は、同時に得られないことが見出された。

本発明者の目的発明のバネ様要素として、制動
エラストマーを使用することが意図されたことを
理解されたい。なぜなら、前記の材料は、エネル
ギー消散の別異のソースを必要としない特徴に加
えて、充分なヒステリシスを導入するからであ
る。前記の材料は、任意所望の形状への、容易で
経済的に二次加工にも役立つ。しかしながら、エ
ラストマーの制動容量は、それらが延長方向より
剪断方向に変位した場合に最大となる。従つてエ
ラストマーは、その本体の対向する平行表面上で
本体と連結されたパツドの形状において、最良に
適用される。ここで、前記の表面は、振動作用の
際に発生する前記表面間の相対運動がパツドの剪
断のみを誘発し、圧縮、伸長および揺動を誘発し
ないように選択する。前記のパツドは均一の厚さ
であつて、対向平行表面間の間隙をうめている。

しかしながら、その断面形状（前記表面に平行
な平面におけるもの）は、一般に、制動効率の観
点から制限されるものではない。二次加工が容易
な形状が、一般に使用される。例えば、大部分の
自動車のエンジンのサスペンシヨンに使用するエ
ラストマーパツドは、その断面が正方形または長
方形である。

エラストマーパツドの強度およびバネ定数が重
要な場合には、(1)エラストマーの組成、(2)パツド
の厚さ、および(3)パツドの断面積の中から選択お
よび調整を行なうことができるものと理解された
い。利用することのできる選択が複数存在するこ
とは、少数の必要な特性（バネ定数および強度）
を満足に提供できることを一般には保証する。し
かしながら、本発明者が目標とした発明のパツド
における選択においては、特性の所望の組合せを
このように容易に達成することはできなかつた。
エラストマーサスペンシヨンの回転バネ定数が或
る値をもつ、更に正確に言えば、並行移動バネ定
数に対して或る比をもつという要件は、エラスト
マーパツドの構成に関する選択を著しく制限する
ものであつた。

前記の制限は３つの要件間の矛盾を反映するも
のであつた。第１の要件は、並行移動バネ定数に
対する回定バネ定数の比が或る値をもつことであ
つた。現在、この比は、パツド断面の平均２乗半
径（mean−square radius）に、実用上は、等し
い。例えば、パツドが或る半径の薄いリングの形
状である場合には、並行移動バネ定数に対する回
転バネ定数の比は、前記半径の２乗である。他の
形状をもつ断面においては、平均２乗半径の計算
はより複雑であるが、多数の形状に関する前記の
情報を提供する数学の表が存在する。

前記の矛盾に関係する第２の要件は、パツドの
強度に関係するものであつた。２つの型の強度が
関係していた。１つは、ダンパーが経験する振動
運動に関する強度であつた。この運動はパツドに
剪断作用を与え、エラストマー中の剪断歪が大き
すぎる場合には、エラストマーの切裂または疲労
を導く原因となることがある。大きな厚みのパツ
ドを使うことによつて、対向平行表面の相対運動
を、厚みの大きいエラストマー材料によつて吸収
することができ、前記の歪を最少にすることがで
きる。もう１方の強度要件は、パツドが前記の大
きな厚みをもつが断面積が小さいものであつて、
座屈（buckle）を受ける対象となる壁または円
柱であると考えることができる場合に、重要にな
る。前記発明のダンパー用のアセンブリの最も便
利な手段は、以下に述べるように、圧縮によつて
適切に保持されたパツドとサンドイツチ状に一緒
に圧縮されていることが往々にしてある。パツド
の座屈の可能性は、一般にずんぐりした形状のパ
ツドを使うことによつて最少にすることができ
る。

前記の２種の強度についての観点の組合せか
ら、厚くてずんぐりした、すなわち、例えば厚み
の半分と等しいかまたはそれより大きい直径をも
つパツドの使用が導かれる。並行移動バネ定数に
対する回転バネ定数の或る比についての要件は、
前記の直径が前記比の平方根の２倍より大きい必
要があることを意味している。

前記の矛盾に関係する第３の要件は、充分に広
い温度範囲に亘つて、エラストマーを送電線上に
使用するのに適したものにする所望の性質をもつ
エラストマーは、ある程度剛性である、すなわ
ち、ある程度高い剪断率をもつという事実であ
る。これは、バネ定数比の要件を満足するのに充
分に大きな直径をずんぐり形であると考えるのに
充分に小さな厚みとをもつパツドは非常に剛性で
もあつたということを意味していた。

パツドの面積を減らすことによつて剛性を減ら
すために、パツドをリングとして構成することが
考慮された。自然の振動数の比の平方根を等しい
半径を前記リングに与えることによつて、バネ定
数の比を維持することができた。しかしながら、
この方法を使用して、面積を充分に減らした場合
には、（半径方向の）リングの壁厚がパツドの厚
みと比較して小さくなり、そして飲料用カンの端
部を踏んだときに起こることと同様の壁圧漬発生
の危険が生起した。この窮屈さの組合せこそ、本
発明が目指した問題を構成するものである。

実際の設計においてダンパー中で１個ではなく
２個のパツドを使用することが進められ、従つて
慣性体を２個の半部分に二次加工することがで
き、前記半部分がアセンブリの際にそれらの間に
２個のエラストマーパツドを包囲し、そのパツド
が次にその間に導線保持クランプの舌部、延長部
またはアームを包囲するという事実によつて、前
記の問題はさらに深刻になつた。前記の構造にお
いては、パツドの数を２倍にするとエラストマー
サスペンシヨンの有効バネ定数が２倍にある。な
ぜなら、パツドが機械的に平行に作用するからで
ある。単独パツドによつて与えられるバネ定数を
回復するためには、２個のパツドの各々の厚さを
２倍にする必要があるが、これは、その壁の座屈
の傾向を更に一層増すことになる。

〔問題点を解決するための手段〕

前記の問題点の解決、すなわち、本発明の第１
の目的は、制動パツドの半径の平均２乗の平方根
（root−mean square radius）によつて隔てられ
た２個の対向円柱に制動パツド面積を集中するこ
とにある。前記の形状によつて、圧縮荷重を担持
するのにも、そして、サンドイツチ構造を維持す
るのにも、共に最も安全な円柱がもたらされる。
最も少ない数の前記円柱を使用することによつ
て、限られた量のパツド面積と共にもつことので
きる「ずんぐりさ（squatness）」に関連する最大
の安定性が提供される。前記パツドまたは円柱２
個が、エラストマーの足部を所望の半径に拡げる
ことのできる最少数である。

本発明のもう１方のの目的は、前記のコンピユ
ータ分析によつて必要とされた、(1)並行移動バネ
定数と(2)並行移動バネ定数に対する回転バネ定数
の、予め決めておいた比と(3)エラストマーサスペ
ンシヨン中の適当な強度との、従来は得ることの
できなかつた、組合せを達成することにある。こ
れによつて高度にコンパクトで効率的な制振装置
がもたらされる。

本発明の集中化エラストマーパツドまたは構造
体は、前記装置の慣性重りまたは塊およびクラン
プ手段のアームに対して相対的な垂直および水平
自由度を含む平面上にある作用円上に位置してい
る。エラストマー構造体は、前記のアームおよび
慣性重りの間にサンドイツチされており、アーム
上で重りをぶら下げている。重りの重心は40゜〜
50゜の間隔で垂直から外れており、作用円の中心
から離れている。従つて、前記装置を取付けた構
造体に垂直運動があると、エラストマー構造体に
対して、垂直方向に剪断作用が与えられる。クラ
ンプアームに対して作用する塊の外れた重心によ
つて、水平方向にも剪断作用が与えられる。重り
の外れた重心は、重りの垂直運動を、制動構造の
作用円中心の周囲にあつて垂直および水平面内の
回転運動に変えることもする。これによつて、エ
ラストマー構造体の捩りまたはひねり作用がもた
らされる。従つて、支持クランプアームまたは延
長部に関して、振動の際にダンパーの重りが行な
う運動は、垂直および水平運動、並びに回転運動
であり、これらは全部、エラストマーパツドが剪
断される平面内にある。エラストマーパツド系が
前記の運動を抑制し制御するバネ定数は、本発明
の第１の重要な点である。本発明は、コンピユー
タシミユレーシヨンによつて望ましいことが示さ
れたバネ定数の組合せを、実際に実現できるよう
にするものである。

第１図〜第３図に、本発明の制動装置１０を示
す。前記装置は、垂直方向に振動を受ける構造体
１４例えば架空電線にクランプするための端部を
一方にもち、かつ、慣性重り部材または塊１６を
支持する端部（第２図においては複数）を他方に
もつ手段１２を含んでなる。クランプ手段または
クランプアーム上における重り部材の支持、およ
びそのクランプ手段またはクランプアームからの
ぶら下げは、少なくとも２個の互いに離れたエラ
ストマーパツドまたは構造体１８，１９によつて
行なう。この点は、第３図に示す、装置の断面図
によつて最もよく理解されよう。更に詳しく述べ
れば、エラストマーを備えるクランプ手段の各反
対側に間隙を設けるようにして、重り部材とクラ
ンプ手段との間を隔てる。これによつて、サンド
イツチ２つの外側層１６Ａとしての外側重りと、
中間層としてのクランプ１２とからなるサンドイ
ツチ構造が提供される。これらの３層の間にエラ
ストマーパツドが配置されてサンドイツチ構造が
完備する。前記のエラストマーは２つに分かれた
もの（第３図のａおよびｂ）であつてもよく、あ
るいはエラストマー１８，１９はアーム１２中に
設けた開口部（第３図に示す）を通過して延びる
１体のパツドであつてもよい。

更に、エラストマー１８とエラストマー１９と
は、エラストマー上で動作が行なわれた場合に、
後に説明するように、制動作用を提供する作用中
心CE〔centre of effort〕をもつ作用円２０〔第
１図および第２図中で破線によりその輪郭を示
す〕上において反対側に位置している。作用円２
０の半径は、上記の制振パツドの平均二乗半径と
等しいものであり、並行移動バネ定数に対する回
転バネ定数の所望の比を提供する。円２０上のエ
ラストマー１８，１９の形状は、制動装置に必要
な強度を提供する円柱状である。円柱の長さは、
これを比較的短かくして、比較的ずんぐりした構
造体を提供し、上記の座屈する傾向を最小にす
る。

従つて、エラストマー１８，１９に対して適当
な寸法を選択することにより、および、並行移動
バネ定数に対する回転バネ定数についての上記の
必要な比の平方根の２倍に等しいかまたはそれ以
上の直径をもつ作用円２０上に前記エラストマー
を集中させることにより、比較的強いがしなやか
な構造体を提供して、エラストマーの作用を許容
する。

重り１６のエラストマーに対する位置は、重り
の重心CGがエラストマーの作用中心CEから離れ
ているが直線上であり、かつ、垂直および水平方
向に40゜〜50゜の角度ではずれているすなわち、重
りの重心CGは、垂直および水平方向に関し、作
用中心CEと同一の角度にある。これによて、構
造体１４が振動した場合に、クランプ手段と重り
との純粋な垂直および純粋な水平変位に対して実
質的に等しいバネ定数をエラストマーに提供し、
ならびに有効てこを重りに提供する。更に、重り
は作用円平面に平行な平面において一定の慣性モ
ーメントをもつので、構造体１４が振動した場合
に、エラストマーの作用中心の回りであつて作用
円の平面内において、重りの回転運動が提供され
る。

第１図および第２図は、エラストマー１８，１
９が作用円２０上で２つの異なる位置を占める態
様を示すものである。前記円上のエラストマーの
位置は、その位置が前記円の直径方向反対側に集
中している必要があること、および重り１６の重
心CGが40゜〜50゜の角度上で前記円の中心を通つて
延びる直線上に位置する必要があることを除け
ば、本発明の目的にとつて重要ではない。

例えば、第３図の断面図に示すように、２個の
エラストマーパツド１８，１９が、４個の要素す
なわちクランプアーム１２の各側面に２個のパツ
ド〔１８ａと１９ａ、および１８ｂと１９ｂ〕か
らなる場合には、各側面の２個のパツドは作用円
の直径方向反対側にある必要がある。しかしなが
ら、１方の側面上の２個のパツドは、他方のもの
から回転していることができる。第４図におい
て、それらは90゜回転している。もつとも、いか
なる回転があつてもまたは回転がなくても、有効
で効果的な制振が提供される。

重り１６の寸法（質量）およびてこアームの長
さ（CEから）は、装置１０を取付けた構造体１
４が垂直に振動し、その結果、クランプアーム１
２の振動運動が発生した場合、重り１６の慣性が
エラストマー構造体に剪断作用を与える。これ
は、振動の度数でエラストマーに作用して、エラ
ストマー内に熱（ヒステリシス損失）を発生さ
せ、この熱は、前記構造体が架空電線である場合
に風が前記構造体にエネルギーを供給する速度よ
りも速い速度で、環境中へ放散される。

更に具体的に述べれば、エラストマーに作用す
る重り１６の振動運動は、垂直、水平および（ま
たは）回転運動であり、並行移動バネ定数に対す
る回転バネ定数の前記の比が高度の制動効率を提
供する。

本発明を好ましい態様に関して説明したが、本
発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、すべて
の態様を含むものと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の２種の態様を
各々模式的に示す側面図である。第３図は、第１
図の３−３線断面図である。第４図は、制動作用
円上に位置する４個のエラストマー制動構造体の
説明図である。 １０……制動装置、１２……クランプ手段、１
６……重り部材、１８，１９……エラストマーパ
ツド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クランプ手段のアームと 前記アームからぶら下げた慣性重り部材 とを含んでなるコンパクトな制振装置であつて、 前記制振装置は、更に、アームから前記重り部
   材をぶら下げるための系を含んでおり、 その系は、前記重り部材およびアームの相対並
   行移動運動に対する予め定めたバネ定数ならびに
   前記重り部材およびアームの相対回転運動に対す
   る予め定めたバネ定数をもつ、制動作用円の直径
   方向の両側に位置するエラストマーパツドを少な
   くとも２個含んでなり、 前記エラストマーパツドは、重り部材とアーム
   との間にサンドイツチ状になつており、しかも、
   重り部材とアームとに対して相対的な垂直および
   水平の自由度を含む平面上に配置されており、従
   つて、重り部材およびアームの相対運動に伴つ
   て、前記パツドが剪断運動を受けるものとし、 前記パツド間の距離は、エラストマーパツドの
   並行運動バネ定数に対する回転運動バネ定数の比
   の平方根の２倍に等しいものである、 前記のコンパクトな制振装置。 ２ 前記重り部材の重心が、クランプ手段アーム
   に対して、垂直方向に40゜〜50゜の角度に位置する
   特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記のぶら下げるための系が、２対のエラス
   トマーパツドを含んでなり、各対のパツドが相互
   に直径方向反対側に位置する特許請求の範囲第１
   項記載の装置。