JPH07208541A - 防振構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 梁と、そこに吊支され周期的な力が加えられ
る架構の両方の振動を防止することのできる防振構造を
提供することにある。 【構成】 架構（２）から梁（１）への振動の伝達を妨
げるべく吊下げ部材（３）中に第１のばね手段（４）を
介在させると共に、梁から第２のばね手段（５）を介し
て付加質量体（６）を吊り下げて周期的な力によってな
される仕事を付加質量体の振動として吸収させるように
したことを特徴としている。即ち、この防振構造は、振
動絶縁として第１のばね手段を梁と架構との間に介在さ
せ、かつ、ダイナミック・ダンパーとして付加質量体及
び第２のばね手段を架構に取り付けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、梁の振動を防止するた
めの防振構造に関し、より詳細には、梁から吊り下げら
れた架構等の質量体に周期的な力が加わえられる構造物
における防振構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工場や倉庫等においては、電動モータ等
を駆動源とする機械類を建屋の梁から吊り下げた状態で
支持することがある。かかる場合、従来においては、梁
から下方に延びる吊柱の下端に架構を固定し、この架構
に機械類を設置していた。

【０００３】しかしながら、機械類を運転すると、電動
モータ等の駆動源から周期的な力が架構及び吊柱を介し
て梁に伝達され、梁が微振動を生ずることがある。この
ような振動は好ましくなく、特に当該梁がその上の階の
床を受けるためのものである場合には、床をも振動させ
ることになるので、可能な限り防止すべきものである。

【０００４】このため、従来一般には、ビルの防振装置
として近年多用されているダイナミック・ダンパー方
式、或は、梁と架構との間に防振ゴムないしはばねを介
在させる防振ゴム方式のいずれかを採用し、梁の振動を
防止することとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、全く防振対
策が施されていない梁において、梁の振動を測定し周波
数解析してみると、振幅のピークはかなり周波数の低い
ところで現れる。この振幅のピークは、理論的に算出さ
れる均一梁断面の曲げ振動の共振周波数からも相当に離
れた低いところに現れるため、梁は梁自体の弾性固有振
動数で振動しているのではないことは明らかである。そ
こで、この梁の振動は直線ばねの両端支持梁型ばね振動
としてとらえることも考えられるが、この場合はばねと
しては非常に硬いものとなるので、共振点は高い周波数
の位置であるにも拘らず、測定による振幅のピークは共
振点から大きく離れている。従って、この梁の振動は、
前述したように、架構に搭載されている駆動源による周
期的な力によると考えられる。

【０００６】かかる前提の下では、「初めの系、即ち梁
が共振点から遥かに離れて加振されている場合は、ダン
パーを付ける意味はあまりない。」ということが理論的
に既に分かっているので、梁の防振対策としてダイナミ
ック・ダンパー方式を採用しても、殆ど効果がないこと
は明らかである。

【０００７】別言すれば、ダイナミック・ダンパー方式
の吸振器が有効に機能するためには、主振動系の質量と
吸振器の質量との比があまり大きくないこと、及び、主
振動系の振幅がある程度大きいことが必要である。しか
るに梁の微振動を止めようと吸振器を設定する場合、梁
の重量が大きいならば、吸振器の重量も大きくしなけれ
ば意味がなく、また微振動であれば効きが悪いので、梁
に直接吸振器を付けて梁の防振装置とすることには難点
がある。

【０００８】一方、第２の防振ゴム方式は振動絶縁の原
理に基づく対策である。従って、振動絶縁のみを主眼に
するのであれば、架構と梁の間に介在させる防振ゴムは
柔らかいほど、即ちばね定数が小さいほど効果があるこ
とは自明である。また、電動モータ等の駆動源からの周
期的な力は周波数が低いため、防振ゴムは相当にばね定
数が小さいものでなければならない。一方、架構に設置
した機械類の立場からすれば、防振ゴムを柔らかくする
ことは、機械類の振動の原因となるので、あまりに柔ら
かい防振ゴムを使用することは好ましくない。そこで、
従来一般には、梁の防振と機械類の防振の両者を考慮し
つつ、ばね定数の選定が行われている。

【０００９】理論的には、運転角速度（架構の振動角速
度）ω(r/s) と共振角速度（梁の振動角速度）ω_n (r/
s) の比（ω／ω_n ）が２^1/2 よりも大きいほど良いと
いうことになっているが、実際には前述の理由から当該
比が２^1/2 を僅かに越える程度の比較的硬い防振ゴムを
選定しているため、防振効果としてはあまり期待できな
い。

【００１０】しかも、防振ゴムを梁と架構の間に介在さ
せることにより、架構を梁に直結させた場合よりも架構
自体の振幅が必然的に大きくなり、この揺れにより機械
類に悪影響を及ぼすおそれがある。

【００１１】そこで、本発明の目的は、梁のみならず、
周期的な力が加えられる架構の振動をも防止することが
できる防振構造を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による防振構造は、両端が支持された梁から
吊下げ部材により質量体（ｍａｓｓ）が吊り下げられて
いる構造物において、質量体に鉛直方向の周期的な力が
加えられた際における梁及び質量体の振動を防止するの
に適用されるものであり、質量体から梁への振動の伝達
を妨げるべく吊下げ部材中に第１のばね手段を介在させ
ると共に、質量体から第２のばね手段を介して付加質量
体を吊り下げて前記周期的な力によってなされる仕事を
付加質量体の振動として吸収させるようにしたことを特
徴としている。

【００１３】より具体的な一実施態様においては、前記
質量体は、駆動源を有する機械類が設置された架構であ
り、質量体に加えられる周期的な力は駆動源の作動によ
り生じる力である。

【００１４】図１は、本発明の構成を振動モデルとして
示した説明図である。この図において、符号１は梁を示
している。この梁１は両端支持型であり、梁１自体は直
線ばねとしての性質を有するので、図示の如く、両端が
ばね１ａで支持された長尺の剛性棒状部材１ｂとして表
すことができる。

【００１５】また、符号２は、梁１から吊下げ部材３を
介して吊り下げられた質量体としての架構である。この
架構２には、電動モータ等の駆動源を有する機械類（図
示しない）が設置され、その駆動源から周期的な力が加
えられるようになっている。また、吊下げ部材３中には
例えば防振ゴムの如き第１のばね手段４が挿入されてい
る。

【００１６】更に、架構２には第２のばね手段５を介し
て付加質量体６が吊り下げられ、これにより架構２の振
動を吸振する吸振系、いわゆるダイナミック・ダンパー
が構成される。

【００１７】

【作用】図１から理解されるように、本発明による構成
は３振動系となっており、架構２から梁１への振動は第
１のばね手段４により遮断され、また、架構２自体の振
動は付加質量体６による吸振系で吸収、緩和される。

【００１８】いま、この系の一部である架構２に周期的
な力（Ｆ・ｓｉｎωｔ）を作用させると、以下の諸関係
が成立する。

【００１９】まず、ばね１ａとしての部分の質量を除い
た梁１の質量、即ち棒状部材１ｂの質量をＭ₁ (kg)、機
械類の質量を含む架構２の質量をＭ₂ (kg)、付加質量体
６の質量をＭ₃ (kg)とし、梁１のばね１ａのばね定数、
第１のばね手段４のばね定数、第２のばね手段５のばね
定数をそれぞれＫ₁ (kgf/cm)、Ｋ₂ (kgf/cm)、Ｋ₃ (kgf
/cm)とした場合、粘性抵抗を無視して振動方程式を立て
れば、 Ｍ₁ ・Ｘ₁ ″＋Ｋ₁ ・Ｘ₁ ＋Ｋ₂ ・（Ｘ₁ −Ｘ₂ ）＝０ （１） Ｍ₂ ・Ｘ₂ ″＋Ｋ₂ ・（Ｘ₂ −Ｘ₁ ）＋Ｋ₃ ・（Ｘ₂ −Ｘ₃ ） ＝Ｆ・ｓｉｎωｔ （２） Ｍ₃ ・Ｘ₃ ″＋Ｋ₃ ・（Ｘ₃ −Ｘ₂ ）＝０ （３） を得る。

【００２０】いま、仮に、 Ｘ₁ ＝ａ₁ ・ｓｉｎωｔ （４） Ｘ₂ ＝ａ₂ ・ｓｉｎωｔ （５） Ｘ₃ ＝ａ₃ ・ｓｉｎωｔ （６） とし、（４）式、（５）式及び（６）式を（１）式、
（２）式及び（３）式に代入すれば、 （Ｋ₁ ＋Ｋ₂ −Ｍ₁ ・ω² )・ａ₁ −Ｋ₂ ・ａ₂ ＝０ （７） （Ｋ₂ ＋Ｋ₃ −Ｍ₂ ・ω² )・ａ₂ −Ｋ₂ ・ａ₁ −Ｋ₃ ・ａ₃ ＝Ｆ （８） （Ｋ₃ −Ｍ₃ ・ω² ）・ａ₃ −Ｋ₃ ・ａ₂ ＝０ （９） となる。ここで、ａ₁ は梁１の棒状部材１ｂの振幅(c
m)、ａ₂ は架構２の振幅(cm)、ａ₃ は付加質量体６の振
幅(cm)である。

【００２１】一方、梁１の系の固有振動数Ｐ₁ (r/s) 、
架構２の系の固有振動数Ｐ₂ (r/s)、付加質量体６の系
の固有振動数Ｐ₃ (r/s) は次のようになる。 Ｐ₁ ＝（Ｋ₁ ／Ｍ₁ ）^1/2 （１０） Ｐ₂ ＝（Ｋ₂ ／Ｍ₂ ）^1/2 （１１） Ｐ₃ ＝（Ｋ₃ ／Ｍ₃ ）^1/2 （１２）

【００２２】また、架構２の系のばね手段４に対する静
たわみＸ_ST2 (cm)は、 Ｘ_ST2 ＝Ｆ／Ｋ₂ （１３） となる。いま、 Ｒ₂₁＝Ｋ₂ ／Ｋ₁ （１４） Ｒ₃₂＝Ｋ₃ ／Ｋ₂ （１５） Ｄ₁ ＝１＋Ｒ₂₁−（ω／Ｐ₁ ）² （１６） Ｄ₂ ＝１＋Ｒ₃₂−（ω／Ｐ₂ ）² （１７） Ｄ₃ ＝１−（ω／Ｐ₃ ）² （１８） と置き、（７）式をＫ₁ で割り、整理すると、 Ｄ₁ ・ａ₁ −Ｒ₂₁・ａ₂ ＝０ （１９） が得られる。

【００２３】同様に、（８）式及び（９）式をそれぞれ
Ｋ₂ 及びＫ₃ で割り、整理すると次式が得られる。 Ｄ₂ ・ａ₂ −ａ₁ −Ｒ₃₂・ａ₃ ＝Ｘ_ST2 （２０） Ｄ₃ ・ａ₃ −ａ₂ ＝０ （２１）

【００２４】いま、次のようにＤ₀ を決めると、 Ｄ₀ ＝Ｄ₁ ・Ｄ₂ ・Ｄ₃ −Ｒ₂₁・Ｄ₃ −Ｒ₃₂・Ｄ₁ （２２） 振幅ａ₁ ，ａ₂ ，ａ₃ の値は次式のようになる。 ａ₁ ＝Ｘ_ST2 ・Ｒ₂₁・Ｄ₃ ／Ｄ₀ （２３） ａ₂ ＝Ｘ_ST2 ・Ｄ₃ ・Ｄ₁ ／Ｄ₀ （２４） ａ₃ ＝Ｘ_ST2 ・Ｄ₁ ／Ｄ₀ （２５）

【００２５】ここで、 Ｋ₃ ＝Ｍ₃ ・ω² （２６） が成立するように、付加質量体６の質量Ｍ₃ と第２のば
ね手段５のばね定数Ｋ₃の関係を設定するならば、（１
２）式及び（１８）式から、 Ｄ₃ ＝０ （２７） が成立する。

【００２６】従って、（２３）式及び（２４）式から、 ａ₁ ＝ａ₂ ＝０ （２８） となって、梁１と架構２の振動はなくなる。実際には、
第２のばね手段５のばね定数Ｋ₃ には誤差があるため、
（２６）式が完全に成立することはないが、防振措置を
採っていない場合に比して梁１及び架構２の振動が大幅
に低減されることになる。

【００２７】尚、（２６）式が成立するとき、（２２）
式は、 Ｄ₀ ＝−Ｒ₃₂・Ｄ₁ （２９） となって、付加質量体６の振幅ａ₃ は（１３）式及び
（２５）式から、 ａ₃ ＝Ｘ_ST2 ・Ｄ₁ ／Ｄ₀ （３０） となる。

【００２８】

【実施例】以下、図面と共に本発明の好適な実施例につ
いて説明する。

【００２９】図２及び図３は本発明による防振構造の一
実施例を示す正面図である。図２及び図３において、符
号１０は両端支持型の梁であり、符号２０はこの梁１０
に吊柱（吊下げ部材）３０を介して吊支された架構であ
る。架構２０には、図示しないが、電動モータ等の駆動
源が搭載された機械類が取り付けられている。機械類の
運転時、架構２０には駆動源から周期的な力が鉛直方向
に加えられるため、従来ならば、梁１０又は架構２０に
鉛直方向の振動が生じる傾向があった。

【００３０】このため、本発明では、梁１０と架構２０
との間に第１のばね手段として防振ゴム４０，４２を挿
入し、架構２０から梁１０への振動の伝達を妨げること
としている。より詳細に述べるならば、各吊柱３０の下
端には脚柱プレート３２が水平に溶着されており、この
脚柱プレート３２と架構２０の水平部分２２とは、両者
間に第１防振ゴム４０を挟持した形で、ボルト２４及び
ナット２５により結合されている。ボルト２４は架構２
０の水平部分２２及び脚柱プレート３２に設けられたボ
ルト穴２６，３４に下方から遊嵌されており、脚柱プレ
ート３２から上方に突出したボルト２４のねじ部には第
２防振ゴム４２及び押え板２８を介してナット２５が螺
合されている。

【００３１】このような配置で防振ゴム４０，４２を取
り付けた場合、架構２０は脚柱プレート３２に対して上
下に移動可能であるが、架構２０の下方への動きは第１
防振ゴム４０により抑制され、逆に、架構２０の上方へ
の動きは第２防振ゴム４２により抑制される。従って、
架構２０が駆動源により加振されても、その振動は梁１
０には伝わらない。

【００３２】また、本発明によれば、架構２０に生じる
振動を吸収するために、架構２０にダイナミック・ダン
パーが設けられている。このダイナミック・ダンパー
は、架構２０の水平部分２２の中心部に溶着され鉛直方
向下方に延びる垂下プレート２９と、この垂下プレート
２９の下部部分に第２のばね手段としてのせん断型防振
ゴム５０，５２を介して取り付けられた付加質量体６０
とから主に構成されている。付加質量体６０は、垂下プ
レート２９の下部部分の各面に対向配置された２枚の鋼
板６２，６４と、これらの鋼板６２，６４同士を締結す
るボルト６６及びナット６８とから成り、各鋼板６２，
６４と垂下プレート２９との間には防振ゴム５０，５２
が配置されている。図３に示すように、２枚の鋼板６
２，６４は、防振ゴム５０，５２及び垂下プレート２９
と干渉しないように、その四隅部分でボルト６６及びナ
ット６８により互いに結合され、防振ゴム５０，５２を
一定の圧力で圧縮している。これにより、付加質量体６
０及び防振ゴム５０，５２は摩擦により垂下プレート２
９に対して固定されるが、垂下プレート２９からの脱落
を防止するために、鋼板６２，６４と防振ゴム５０，５
２との間、及び、防振ゴム５０，５２と垂下プレート２
９との間は接着剤等で接着するのが好ましい。この防振
ゴム５０，５２はせん断型であるので、付加質量体６０
は垂下プレート２９を基準として鉛直方向に振動させる
ことが可能である。

【００３３】図１に示した振動モデル図は、図２及び図
３の構成をモデル化したものに他ならない。従って、上
で列挙した関係式を満たすように各部材の質量やばね定
数等を設定することで、梁１０及び架構２０の振動を抑
制することができる。即ち、機械類の駆動源を作動させ
て架構２０に周期的な力を加えた場合、その力による振
動は防振ゴム４０，４２の存在により梁１０には伝わら
ず、梁１０には振動は殆ど発生しない。一方、駆動源か
らの周期的な力によりなされる仕事は、架構２０に吊り
下げられた付加質量体６０の振動として吸収されるた
め、架構２０の振動も抑制されることになる。

【００３４】以上、本発明の好適な実施例について述べ
たが、本発明はこれに限定されることはなく本発明の技
術的思想に基づいて種々の変形が可能なことは勿論であ
る。

【００３５】例えば、上記実施例では、第１のばね手段
である防振ゴム４０，４２を吊柱３０と架構２０との間
に配置することとしているが、防振ゴム４０，４２の位
置は他の位置であってもよく、また、防振ゴム４０，４
２の取付構造も上記実施例のものに限定されない。更
に、防振ゴム４０，４２，５０，５２に代えてコイルば
ね等を用いることも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、梁
及びそこに吊り下げられた架構等の質量体の振動を大幅
に低減することできる。従って、梁の上に床が張られて
いても、その床に振動は殆ど伝わらず、その上に立つ者
に不快感を与えることもない。また、架構に機械類が設
置されている場合、その機械類に及ぼされる振動による
影響も極めて少なく、機械類の寿命や信頼性の向上に寄
与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による防振構造を振動モデルとして示し
た説明図である。

【図２】本発明による防止構造の一実施例を示す正面図
である。

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿っての断面図である。

【符号の説明】

１…梁、２…質量体（架構）、３…吊下げ部材、４…第
１のばね手段、５…第２のばね手段、６…付加質量体、
１０…梁、２０…架構、２２…架構の水平部分、２４…
ボルト、２５…ナット、２６…ボルト穴、２８…押え
板、２９…垂下プレート、３０…吊柱、３２…脚柱プレ
ート、３４…ボルト穴、４０…第１防振ゴム、４２…第
２防振ゴム、５０，５２…せん断型防振ゴム、６０…付
加質量体、６２，６４…鋼板、６４…ボルト、６６…ナ
ット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 尚 東京都江東区東砂８丁目19番20号 トーヨ ーカネツ株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端が支持された梁から吊下げ部材によ
   り質量体が吊り下げられている構造物において、前記質
   量体に鉛直方向の周期的な力が加えられた際における前
   記梁及び前記質量体の振動を防止する防振構造であっ
   て、前記質量体から前記梁への振動の伝達を妨げるべく
   前記吊下げ部材中に第１のばね手段を介在させると共
   に、前記質量体から第２のばね手段を介して付加質量体
   を吊り下げて前記周期的な力によってなされる仕事を前
   記付加質量体の振動として吸収させるようにしたことを
   特徴とする防振構造。
2. 【請求項２】 前記質量体は、駆動源を有する機械類が
   設置された架構であり、前記周期的な力は前記駆動源の
   作動により生じる力であることを特徴とする、請求項１
   記載の防振構造。