JPH0953681A

JPH0953681A - 重力作用型動吸振器およびその振動周期調整法

Info

Publication number: JPH0953681A
Application number: JP21048495A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuhisa; 寛松久; Osamu Nishihara; 修西原; Yoshizo Otake; 嘉三尾竹; Kunihito Sato; 国仁佐藤; Masashi Yasuda; 正志安田
Original assignee: Tokyu Car Corp; Tokkyokiki Corp; Anzen Sakudo Co Ltd; Kyoto University NUC
Current assignee: Tokyu Car Corp; Tokkyokiki Corp; Anzen Sakudo Co Ltd; Kyoto University NUC
Priority date: 1995-08-18
Filing date: 1995-08-18
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】振動周期の調整が容易に行える動吸振器およ
びその振動周期調整法を提供する。【解決手段】制振対象物である振り子型構造物Ａ₁に
対して一定の位置関係を保つ軌道２に沿って往復運動を
する制振質量体３と、振り子型構造物Ａ₁と制振質量体
３との間に介在する減衰要素４とを備えた重力作用型動
吸振器Ｂ１であって、制振質量体３を、上記往復運動と
ともに回転する、等価質量変更可能に形成した回転慣性
部と並進慣性部とから構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高層ビル、橋、
船、ゴンドラ、リフト等の横揺れ障害を発生し易い構造
物に適用する重力作用型動吸振器及びその振動周期調整
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ゴンドラ等の振り子型構造物に適
用する重力作用型動吸振器自体は公知であり、及びその
振動周期調整法として、動吸振器の制振質量を支持する
軌道を断面Ｖ字型にして、このＶ字の開き角度を変化さ
せて軌道の曲率を変化させるようにした方法が提案され
ている（特開平3-163238号公報）。なかでも、振り子型
動吸振器の場合は、制振質量の取り付け位置を変化させ
て、振り子の長さを変えることにより振動周期を調整す
るのが一般的である。さらに、回転慣性体の支持角度を
変化させて慣性モーメントを変化させることにより動吸
振器の振動周期調整する方法も知られている（Dynamic
Vibration Absorbers P.116, B.G.Korenev, L.M.Reznik
ov）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の重力作用型
動吸振器の場合、その振動周期を調整するためには、制振
質量の軌道形状の変更、振り子の長さの変更、或いは回転
慣性体の支持角度の変更等が必要となる。しかしながら、
現実には、最終的な設置場所にて振り子型構造物に動吸
振器を取り付け、組立てが完了した後に動吸振器の振動
周期の調整は行われるため、上述した種々の変更は、支持
構造を変更することになり容易でなく、手間がかかるだ
けでなく、動吸振器自体の実用性の障害になる等の問題
があった。本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてな
されたもので、振動周期の調整が容易に行える動吸振器
およびその振動周期調整法を提供しようとするものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、制振対象物に対して一定の位置関係を
保つ軌道に沿った往復運動、或いは上記位置関係を保つ
点を中心とする振り子運動をする制振質量体と、上記制
振対象物と上記制振質量体との間に介在する減衰要素と
を備えた重力作用型動吸振器において、上記制振質量体
を、上記往復運動或いは振り子運動とともに回転し、か
つ等価質量変更可能に形成した回転慣性部と並進慣性部
とから構成した。

【０００５】また、第２発明は、制振対象物に対して一
定の位置関係を保つ軌道に沿った往復運動、或いは上記
位置関係を保つ点を中心とする振り子運動をする制振質
量体と、上記制振対象物と上記制振質量体との間に介在
する減衰要素とを備えた重力作用型動吸振器の振動周期
調整法において、上記制振質量体を、上記往復運動或い
は振り子運動とともに回転する回転慣性部と並進慣性部
とから形成し、上記制振質量体の質量に対する上記回転
慣性部の等価質量の比を変えるようにした。

【０００６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の一形態を図
面にしたがって説明する。図１〜図４は、第１発明の第
１の形態に係る重力作用型動吸振器Ｂ₁を適用した振り
子型構造物Ａ₁、例えばゴンドラ、リフト等を示してい
る。また、この動吸振器Ｂ₁は第２発明に係る振動周期
調整法の適用対象でもある。図示するように、主系であ
る振り子型構造物Ａ₁は、リンク１を介して支点Ｏ₁を中
心として揺動可能に質量Ｍ₁の本体（以下、質量Ｍ₁とい
う）を支持して形成されている。これに対して付加系で
ある重力作用型動吸振器Ｂ₁は、機能的には軌道２と制
振質量体３と減衰要素４とから形成されている。

【０００７】軌道２は上記主系のリンク１を通る直線上
に位置する点Ｏ₂を中心とする円弧形状を有し、本実施
例ではリンク１に固定され、上記主系と一体的に揺動す
る。制振質量体３は、軌道１に沿って、軌道２に対して
相対的に移動可能に設けられている。減衰要素４は、制
振質量体３と軌道２との間に介在し、例えば制振質量体
３が軌道２に対して相対的に移動する際に回転部に粘性
抵抗を付与したり、或いは電気的に渦電流を発生させ回
転に対する抵抗を付与するもので、それ自体周知のもの
である。

【０００８】この形態では、軌道２は断面Ｃ型の２本の
円弧形部材１１を対向させて形成されている。また、制
振質量体３は１或いは複数、図示する例では３個の質量
体ユニット１２から形成されている。各質量ユニット１
２は、他の質量ユニット１２とピン結合手段、例えば限
定するものではないが、ボルト・ナット１３により容易
に連結、分離可能かつ相対的に回転可能に設けられてい
る。また、質量ユニット１２は、軸１４，連結用プレー
ト１５，２個のローラ１６，第１柱状部１７および第２
柱状部１８からなっている。連結用プレート１５とその
中央部を貫通する軸１４とは結合して非回転部を形成し
ている。

【０００９】一方、ローラ１６は軌道２内を転動する。
ローラ１６と連結用プレート１５の間に位置する第１柱
状部１７と第２柱状部１８は断面円形の形状を有し、そ
の中心部を貫通する軸１４とは相対的に回転可能な状態
となっている。ただし、図示するように、第１柱状部１
７はボルト１９により連結用プレート１５に結合され回
転せず、第２柱状部１８はボルト２０によりローラ１６
に結合され，ローラ１６とともに回転する状態になって
いる。即ち、この図４に示す例の場合は、質量ユニット
１２の構成要素の内、軸１４，連結用プレート１５およ
び第１柱状部１７は並進慣性部を構成し、ローラ１６お
よび第２柱状部１７は回転慣性部を構成している。

【００１０】このように、各質量ユニット１２の第１柱
状体１７、第２柱状体１８の内でボルト１９，２０で連
結用プレート１５或いはローラ１６に結合するものを選
択することにより、ローラ１６と一体的に回転する部分
である回転慣性部と、非回転部である並進慣性部を形成
できる。そして、上記実施例では、制振質量体３の質量
に対する回転慣性部の等価質量の比を容易に調整でき、
以下に詳述するように動吸振器Ｂ₁の振動周期の調整が
可能となっている。次に、一例として、重力作用型動吸
振器Ｂ₁と同様に、制振質量体が走行する曲面の軌道を
有するが、回転慣性部を含まず、並進慣性部のみからな
る従来公知の動吸振器の周期について説明する。なお、
上記曲面は、円弧形状のものに限定するものではない
が、ここでは円軌道の場合の例について説明する。

【００１１】半径ｌの曲面軌道に沿って走行する制振質
量体の質量をｍ₁，仮想的に制振質量体を吊持する振り
子の腕（図１において二点鎖線で示す要素に対応する）
を考えた場合におけるこの腕の長さをｌ、腕の傾き角度
をθとすると、その運動エネルギーＴは、次式で表され
る。

【数１】一方、制振質量体の位置エネルギーＶは、制振質量体が
最下点にあるときを基準（Ｖ＝０）とし、重力加速度を
ｇとすると次式で表される。

【数２】

【００１２】オイラーの運動方程式を用いることによ
り、次式が得られる。

【数３】傾き角度θは微小と仮定すると、ｓｉｎθ≒θとみなせ
る故、（３）式を線形化して解くことにより制振質量体
の周期τが次式により表される。

【数４】この式は、回転慣性（慣性モーメントと同義）を含まな
い場合には、制振質量体の固有周期が重力加速度ｇと軌
道の曲率半径ｌだけで決定されて、質量ｍ₁によらない
ことを示している。したがって、この動吸振器において
は、他のばね質量系の動吸振器で簡単に実現できる制振
質量体の質量の調整による固有周期の調整ができない。

【００１３】これに対して本発明は、制振質量体の質量
の調整と同様な調整、即ち制振質量体に新たに含ませた
回転運動する部分である回転慣性部の等価質量の制振質
量体の質量に対する比の調整により制振質量体の固有周
期を変化させ得ることに着目してなされたものである。
図１に示すように曲面の軌道１を走行する質量ｍ₁の制
振質量体３が、回転半径ｒで軌道１上を滑ることなく回
転しながら走行し、慣性モーメントＩを有する場合、制
振質量体３の運動エネルギーＴは次式で表される。

【数５】

【００１４】ここで、制振質量体３は滑らないという仮
定から、θ₁＝ｌθ／ｒであり、慣性モーメントＩに代
えて等価質量ｍ₂＝Ｉ／ｒ²を使って（５）式を変形する
と、次のようになる。

【数６】このときの、動吸振器Ｂ₁の振動の周期は、次式で表さ
れる。

【数７】

【００１５】（７）式は明らかに等価質量ｍ₂の大きさ
次第で、制振質量体３の振動の周期が変わることを示し
ている。制振質量体３を中実円柱とすると、慣性モーメ
ントＩは次式で表される。

【数８】したがって、ｍ₂＝ｍ₁／２となって周期は（４）式で示
される回転慣性を含まない場合の周期に比して長くな
り、（１．５）^1/2倍になる。なお、制振質量体３が、
上述した中実円柱とは異なり、外周部に質量が集中して
いる中空円柱の場合は、さらに振動の周期の可変範囲が
広がることになる。

【００１６】以上の述べたように、振り子運動する制振
質量体を、並進運動する質量要素、即ち並進慣性部と、
回転運動する質量要素、即ち回転慣性部とを併有させ、
かつ（７）式から明らかなように制振質量体の質量に対
する回転慣性部の等価質量の比を変化させることによ
り、容易に動吸振器の振動周期を調整できるようにな
る。

【００１７】図５，図６は第１発明の第２の形態に係る
重力作用型動吸振器Ｂ₂を適用した振り子型構造物Ａ₂を
示している。また、この動吸振器Ｂ₂は第２発明に係る
振動周期調整法の適用対象でもある。振り子型構造物Ａ
₂自体は図１に示す振り子型構造物Ａ₁と実質的に同一で
あり、互いに共通する部分については同一番号を付して
説明を省略する。また、動吸振器Ｂ₂については、図１
に示す動吸振器Ｂ₁とは制振質量体３に代えて制振質量
体３ａを用いた点を除き、他は実質的に同一であり互い
に対応する部分については同一番号を付して説明を省略
する。制振質量体３ａは、本体２１と本体２１にブラケ
ット２２により回転可能に取り付けられた２個のローラ
２３とからなっている。このローラ２３が軌道２上を転
動する。そして、本体２１、より正確には本体２１とブ
ラケット２２が並進慣性部を構成し、２個のローラ２３
が回転慣性部を構成している。

【００１８】上記同様に、この第２の形態の場合につい
ても、ローラ２３にその回転に対して抵抗となる減衰要
素を係合させるように形成してもよいが、ここでは、以
下に説明するように形成してもよい。例えば、軌道２を
金属製とし、図示するように本体３ａの下面に軌道２に
近接させて磁石２４を設けて、軌道２と磁石２４により
減衰要素４を構成することができる。この場合、制振質
量体３ａが軌道２上を走行すると軌道２上に渦電流が発
生し、渦電流による磁場により磁石２４に対して制動力
が働き、軌道２に対する本体２１の相対運動が抑制され
る。なお、軌道２が磁性材からなる場合は、磁石２４と
軌道２との間の吸引力によっても上記相対運動に対する
抑制が働く。したがって、動吸振器Ｂ₂の振動周期を調
整することにより、上記相対運動の抑制に基づき振り子
型構造物Ａ₂の横揺れ、即ち振動に対する制振作用を生
じさせ、その制振作用を最適化できる。この振動周期は
回転慣性部であるローラ２３の等価質量を変えることに
より調整でき、例えばローラ２３を質量の異なる他のロ
ーラと交換可能にするか、ローラ２３の個数を変更可能
に形成しておけば、上記等価質量は容易に変えることが
できる。

【００１９】図７は、第１発明の第３の形態に係る重力
作用型動吸振器Ｂ₃を適用した振り子型構造物Ａ₃を示
し、上記実施例と同様にこの動吸振器Ｂ₃も第２発明に
係る振動周期調整法の適用対象でもある。この形態で
は、主系である振り子型構造物Ａ₃は、上記同様にリン
ク１を介して支点Ｏ₁を中心として揺動可能に質量Ｍ₁を
支持して形成されている。これに対して付加系である重
力作用型動吸振器Ｂ₃は、機能的にはリンク５と回転駆
動機構６と制振質量体３ｂと減衰要素４とから形成され
ている。制振質量体３ｂは、上記主系のリンク１を通る
直線上に位置する支点Ｏ₂を中心としてリンク５を介し
て揺動可能に設けられている。

【００２０】回転駆動機構５は第１の形態における軌道
２に代わるものであり、第１スプロケット（プーリであ
ってもよい）３１、第２スプロケット（プーリであって
もよい）３２および第スプロケット３１、第２スプロケ
ット３２に巻掛けたチェーン（ベルトであってもよい）
３３から形成されている。第１スプロケット３１は支
点Ｏ₁に回転しないように取り付けられている。一方、
制振質量体３ｂには回転慣性を生じる回転部３４が設け
てあり、その回転軸３５に第２スプロケット３２が一体
回転可能に取り付けてある。そして、制振質量体３が揺
動すると第１スプロケット３１、チェーン３３を介して
第２スプロケット３２が回転する。この第２スプロケッ
ト３２が回転することにより回転軸３５を介して回転部
３４が回転し、回転慣性が生じる。

【００２１】したがって、例えば第１スプロケット３
１、第２スプロケット３２に関して、歯数の組み合わせ
を変えることにより、或いは２個のスプロケットとチェ
ーンの組を複数組み合わせることにより回転部３４の回
転速度を変えて回転慣性を変えることができる。また、
回転部３４を適宜増減できる回転要素により構成して、
その回転要素の数を変えることにより回転慣性を変える
ようにしてもよい。そして、この回転慣性を変えること
により動吸振器Ｂ₃の振動周期を調整することができ
る。なお、制振質量体３ｂの第２スプロケット３２、回
転軸３４、回転部３４を除く制振質量体３ｂの部分が並
進慣性部となることは言うまでもない。この形態の場
合、減衰要素４は、リンク１とリンク５との間に介在さ
せてあり、それ自体周知のものである。なお、この減衰
要素４を第２スプロケット３２、回転部３４或いは回転
軸３５と非回転部との間に介在させてもよい。

【００２２】図８は、第１発明の第４の形態に係る重力
作用型動吸振器Ｂ₄を適用した振り子型構造物Ａ₄を示
し、上記第３の形態の動吸振器Ｂ₃を倒立させて使用し
た点、ばね要素７を追加した点を除き、他は実質的に同
一であり互いに対応する部分については同一番号を付し
て説明を省略する。

【００２３】なお、上記各形態では、一組の軌道２，制
振質量体および減衰要素４を有する場合、或いは一組の
制振質量体３，減衰要素４，リンク５，第１スプロケッ
ト３１，第２スプロケット３２，チェーン３３を有する
場合について説明したが、本発明は上記実施例に限定す
るものでなく、上述した動吸振器Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃或いは
Ｂ₄をユニットとして、複数ユニットにより構成した動
吸振器およびその振動周期調整法を含むものである。こ
の場合、動吸振器を構成する各ユニットの振動周期は必
ずしも同一である必要はない。また、支点（或いは中
心）Ｏ₂の位置は支点Ｏ₁の上方であっても下方であって
もよい。

【００２４】また、本発明が適用される対象は必ずしも
振り子型構造物に限らず、図８に示す一次元振動型構造
物Ａ₅にも適用される。この構造物Ａ₅は、質量Ｍ₁と、
この質量Ｍ₁に回転可能に取り付け平面上を転動するロ
ーラ４１と、質量Ｍ₁が静止時の位置から離れると復元
力を生じさせるばね要素４２，減衰作用を生じる減衰要
素４３とからなっており、質量Ｍ₁に動吸振器Ｂ₁を適用
した例が示されている。この動吸振器Ｂ₁に代えて動吸
振器Ｂ₂，Ｂ₃或いはＢ₄を適用することもできる。

【００２５】なお、上述した例では、いずれも基本的に
は並進慣性部と回転慣性部とが別部材である場合につい
て説明したが、本発明はこれに限定するものでなく、並
進慣性を生じる部分と回転慣性を生じる部分が同一部材
である場合も含むものである。例えば、制振質量体を回
転体のみから形成し、並進慣性を伴うだけでなく、回転
速度，回転半径を調整可能とし、等価質量を変更可能に
形成したものを備えたものであってもよい。また、本発
明は、回転慣性部の等価質量を遠隔操作により変更でき
るようにしたものも含むことは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、第１発
明は、制振対象物に対して一定の位置関係を保つ軌道に
沿った往復運動、或いは上記位置関係を保つ点を中心と
する振り子運動をする制振質量体と、上記制振対象物と
上記制振質量体との間に介在する減衰要素とを備えた重
力作用型動吸振器において、上記制振質量体を、上記往
復運動或いは振り子運動とともに回転し、かつ等価質量
変更可能に形成した回転慣性部と並進慣性部とから構成
してある。

【００２７】また、第２発明は、制振対象物に対して一
定の位置関係を保つ軌道に沿った往復運動、或いは上記
位置関係を保つ点を中心とする振り子運動をする制振質
量体と、上記制振対象物と上記制振質量体との間に介在
する減衰要素とを備えた重力作用型動吸振器の振動周期
調整法において、上記制振質量体を、上記往復運動或い
は振り子運動とともに回転する回転慣性部と並進慣性部
とから形成し、上記制振質量体の質量に対する上記回転
慣性部の等価質量の比を変えるようにした。

【００２８】このため、動吸振器が最終的な設置場所に
組み立てられた後であっても、振動周期の調整を、回転
慣性部の等価質量を調整することにより容易に行うこと
ができ、横揺れ障害を発生し易い構造物に対する制振作
用を最適な状態にできるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第２発明に係る方法が適用される第１発明の
第１の形態に係る動吸振器を用いた振り子型構造物の概
略を示す図である。

【図２】図１に示す動吸振器の制振質量体の正面図で
ある。

【図３】図１に示す動吸振器の制振質量体の平面図で
ある。

【図４】図２のIV−IV線断面図である。

【図５】第２発明に係る方法が適用される第１発明の
第２の形態に係る動吸振器を用いた振り子型構造物の概
略を示す図である。

【図６】図２に示す動吸振器の斜視図である。

【図７】第２発明に係る方法が適用される第１発明の
第３の形態に係る動吸振器を用いた振り子型構造物の概
略を示す図である。

【図８】第２発明に係る方法が適用される第１発明の
第４の形態に係る動吸振器を用いた振り子型構造物の概
略を示す図である。

【図９】本発明が適用される一次元振動型構造物の概
略を示す図である。

【符号の説明】

２軌道３，３ａ，３ｂ制振質量
体４減衰要素Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃，Ａ₄ 振り
子型構造物Ａ₅ 一次元振動型構造物Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，Ｂ₄ 動吸
振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松久寛滋賀県大津市比叡平１−22−27 (72)発明者西原修京都府京都市左京区吉田本町（番地なし) 京都大学工学部内 (72)発明者尾竹嘉三滋賀県甲賀郡水口町笹が丘１番地13 安全索道株式会社内 (72)発明者佐藤国仁神奈川県横浜市金沢区大川３番１号東急車輛製造株式会社内 (72)発明者安田正志兵庫県尼崎市南初島町10番地133 特許機器株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制振対象物に対して一定の位置関係を保
つ軌道に沿った往復運動、或いは上記位置関係を保つ点
を中心とする振り子運動をする制振質量体と、上記制振
対象物と上記制振質量体との間に介在する減衰要素とを
備えた重力作用型動吸振器において、上記制振質量体
を、上記往復運動或いは振り子運動とともに回転し、か
つ等価質量変更可能に形成した回転慣性部と、並進慣性
部とから構成したことを特徴とする重力作用型動吸振
器。
【請求項２】制振対象物に対して一定の位置関係を保
つ軌道に沿った往復運動、或いは上記位置関係を保つ点
を中心とする振り子運動をする制振質量体と、上記制振
対象物と上記制振質量体との間に介在する減衰要素とを
備えた重力作用型動吸振器の振動周期調整法において、
上記制振質量体を、上記往復運動或いは振り子運動とと
もに回転する回転慣性部と並進慣性部とから形成し、上
記制振質量体の質量に対する上記回転慣性部の等価質量
の比を変えることを特徴とする重力作用型動吸振器の振
動周期調整法。