JPS58501080A - 構造振動減衰における改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 振動減衰装置及びその製造方法 本発明は構造振動の減衰、とりわけ粘着カのある粘弾性材料とと少なくとも１つ のカウンターボディーを用いた構造振動の減衰に関する。本発明は発明の本質を 用いた振動減衰装置について言及する。

振動減衰の技術において周知のように、粘弾性材料は振動エネルギーを吸収する 特性、すなわち２枚の金属板等からなる共振部材が曲げモードで振動し、両共振 部材に粘着した比較的薄層の粘弾性材料にせん断力が付与される時、振動エネル ギーを熱に変換する特性を有する。

この基本技術および理論は例えば゛ノイズ　アンド　バイブＬ／−シｓ＞コ＞ド ロー　）Ｉ、ｔ　（Ｎ　ｏｉｓｅ　ａｎｄ　Ｖ　１ｂｒａｔｉＯｎ　Ｃ０ｎｔｒ Ｏ＋　）”、レオ−エル・ベラネク著、１９７１年ニューヨーク、マツフグロウ ヒル　ブック　カムパニー発行（ＩＳＢＮ　０７−００４８４１−Ｘ）に記載さ れている。

上記基本技術の応用改良について多数の特許、例えば米国特許第３．０７８，９ ６９号；同第３．０７８，９７１号；同第３，１６９，８８１号、同第３，２１ ５，２２２号、同第３．２６２．５２１号、同第３，８２８，５０４号；同第３ ．９５６，５６３号：同第４．１’９５，７１３号が付与されており、かかる特 許のうち最後の３件の共同発明者は本発明の発明者と同一である。

本出願人が認知する粘弾性減衰の全ての応用において一上記のように発生したー 純粋なせん断力による粘弾性材料内でのエネルギー消散のみが構造振動の減衰に 用いられている。例えば、構造体の平面に粘弾性材料の粘着層を取付け、比較的 薄い板をカウンターボディーとして粘弾性材料に取付けることによって構造体の 振動が減衰される。この場合、振動減衰は、構造体と薄板が両者を分離する面に 沿うあらゆる方向に相対運動することにより生ずる粘弾性材料内における純粋な せん断力によってのみ行なわれる。

本発明者は、カウンターボディーがその縦（長手）方向に対して横方向に揺動ま たは傾動するように形成・配設すると、従来の粘弾性層内でのせん断力による減 衰以上の新規かつ驚くべき減衰効果を得ることができるという発見をした。さら に、カウンターボディーの長さを該カウンターボディーの材料の縦波長に適合し た際、粘弾性層内におけるせん断力によって構造体の縦波長を減衰することがで きる。カウンターボディーの好ましい形状は、円断面または他の断面形状を有す る路線状または棒状である。

従って、本発明は、カウンターボディーが路線条または棒状であってかつ粘弾性 材料に埋設して、粘弾性材料を振動する構造体に粘着した際、粘弾性材料がカウ ンターボディーの埋没部周辺で変形することによりカウンターボディーが構造体 と共振可能に構成したことを特徴とする。

本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明により振動減衰された構造体の切除部分を示す斜視図： 第２ａ図および第２ｂ図は第１図の■−■線断面図であって、第２ａ図は静止時 の構造体を示し、第２ｂ図は垂直方向で強く横振動している時の構造体を示して おり；第３ａ図、３ｂ図、および３０図は第１図の■−■せん断面図であって、 第３ａ図は静止時のカウンターボディーを示し、第３ｂ図及び第３Ｃ図は夫々左 右に揺動している時のカウンターボディーを示しており：第４ａ図は水平面にお ける強い横振動にぎられた第１図の構造体の平面図； 第４ｂ図は第４ａ図のＩＶｂ　−ＩＶｂ線断面図：第４Ｃ図は第４ａ図のＩＶｃ −ＩＶｃ線断面図；第５図、６図、７図および８図は夫々異なる実施例によるカ ウンターボディーを示す図： 第９図は粘弾性層に取付けられた数本の線条又は棒状形のカウンターボディーを 示す斜視図： 第１０図は本発明の応用例を示す平面図；第１１図はビームの振動減衰に本発明 の本質を用いた振動減衰装置の斜視図； 第１２図は本発明の振動減衰装置の好ましい実施例を示す第１１図のｘｎ−ｘ■ 線断面図： 第１３図は構造体に対する振動減衰装置の取付は例を示す図； 第１４図はコンクリート構造体に対する本発明の振動減衰装置の取付は例を示す 図； 第１５図ないし第１８図は構造体に対する本発明の応用例を示す概略図； 第１９図および２０図は車輪に対する本発明の応用例を示す一部断面図およびこ れに対応する側面図：第２１図は本発明により振動減衰されたチューブの断面図 ：そして 第２２図は本発明による装置の製造を示す斜視図である。

第１図において、番号（１１）は本発明により振動減衰される振動構造体の一部 を示す。この構造体は使用等により振動および／または騒音を放散する例えばエ ンジン、建築物、階段またはあらゆる構造材料からなる構造体である。

構造体（１１）の−面（１２）には該表面（１２）に付着する粘弾性材料からな る層（１３）が取付けられている。粘弾性振動減衰の技術において一般的である ように、粘弾性層にはカウンターボディーが取付けられている。本発明によると 、このカウンターボディーは路線条または棒状体〈１４）であって、第３図によ るカウンターボディー（１４）は円形断面を有し、断面の質量中心（Ｍ）が粘弾 性層（１３）の表面の上方すなまわち外側に位置するように一部が粘弾性層（１ ３）に埋設され、かつ一部が粘弾性層から突出している。

略平板状のカウンターボディーを用いる従来の粘弾性振動減衰の如く、構造体（ １１）が第２ｂ図に示すように曲げモードで撓む時、粘弾性層（１３）内におけ るせん断作用によって振動減衰が達成される。

カウンターボディーの形状および粘弾性層におけるカウンターボディーの配置に よって、カウンターボディーは、特に低周波域において、振動周波数に共振して 転倒すなわち側方に回転することができる。この効果の例は第３ｂ図および３０ 図に示されており、この第１モードにおける転倒すなわち回転はカウンターボデ ィーの真下に位置する回転の中心（Ｃ）を中心に発生する。粘弾性材料はカウン ターボディーのいずれかの側に変形する。この粘弾性材料の周期的な変形によっ てエネルギーはざらに消散されて減衰効果が増大する。

高周波域において、第２モードにおけるカウンターボディーは該ボディーの上方 に位置する回転の中心の回りで前後に回転し始める（図示せず）。

高周波域において、カウンターボディー（１４）は構造体（１１）と異なる曲げ 波長で曲げ振動する（第４ａ図）。従って、カウンターボディー（１４）　（第 ４ｂ図および４０図〕の水平運動によって粘弾性層（１３）に部分的なせん断作 用が生じ、またカウンターボディーのく水平面に対する）垂直運動〔図示せず〕 によって粘弾性層（１３）に部分的な圧縮変形が生ずる。

カウンターボディーの実際的な運動はほぼ第２図、３図および４図に示しかつ上 述した運動の組合せとなる。例えば、第４ｂ図の断面には第３ｂ図のような回転 すなわち転倒運動が付与されると同時に、第４Ｃ図の断面に第３ｃ図の回転すな わち転倒運動が付与される場合には、カウンターボディーはかかる断面の間で捩 れることによって、エネルギー損失にざらに帰寄し、振動をさらに減衰させる。

第５図、６図、７図および８図はカウンターボディーの他の断面形状、すなわち 矩形断面（１５）　、Ｔ字形断面（１６）、Ｕ字形断面（１７）および円筒部（ １９）と比較的細い溝を間に有する２本の脚（２０，２１）とを有する断面（１ ８）を示しており、この細い溝に毛細管現象によって粘弾性材料が吸引されるこ とによりカウンターボディーの粘着面積が増大する。

満足のいく減衰結果を得るためには、第９図に示すように複数の略平行なカウン ターボディー（１４）を用いることが好ましい。複数のカウンターボディー（１ ４）を−列に、かつ理想的な減衰結果を得るためには、カウンターボディーの長 手方向の隙間を第１０図に示すように交互に千鳥状に配設する。

構造体（１１）の縦波を減衰するための各カウンターボディー（１４）の理想的 な長さは、カウンターボディーの材料の縦波長の１／４の倍数である。

本発明を遂行するに当り、粘弾性層（１３）が減衰すべき構造体の表面に取付け られ、そして１本のまたは複数のカウンターボディー（１４）が未硬化の粘弾性 材料に配置されるか、あるいは粘弾性層をプラスチック板又は粘弾性層が付着す ることのない基材に展延し、未硬化の粘弾性材料にカウンターボディーを配設し 、そして粘弾性層が硬化した後、これをカウンターボディーと共に基材から取外 して（第９図）、例えば接着剤によって被減衰体の表面に取付ける。

カウンターボディーは図面に示すように粘弾性層とその全域にわたり接触する必 要はなく、離隔した位置で接触したり、あるいは粘弾性層に切目を入れてカウン ターボディーがかかる切目の位置で離間するように構成してもよい。

カウンターボディーは一定断面を有する必要はなく、例えば離隔した位置で縮小 断面部を有することもできる。

本発明の本質を用いた実験において最良の振動減衰結果が達成できた。試料とし て用いられたカウンターボディーは直径２〜８ｍｍの円形断面を有し、粘弾性層 の厚みは１〜ｂ は１〜３ｍｍであった。

カウンターボディー断面寸法をある程度制限した上で、公知の妨害周波数と温度 において理想的な減衰効果をもたらす粘弾性層の厚み（せん断モジュール）と該 粘弾性層に対するカウンターボディーの埋没深さが計算可能である。

第１１図は本発明による減衰装置（２３）によって振動減衰されるＵ字形ビーム からなる構造体く２２）を示す。この実施例において、減衰装置（２３）は例え ば鋼板、アルミニウム板、又は適当なプラスチック材料からなる本体（２４）を 有し、該本体はＵ字形に屈曲形成され、かつウェブ部（２５）と該ウェア部から 延びる取付スペーサフランジ（２６，２７）を有する。第１１図においては目視 できないウェア部（２５）の内面（２８）には粘弾性材料の層（２９）　（第１ ２図〕が粘着されている。層（２９）には１本または好ましくは適当な剛性を有 する平行線条又は棒からなる複数のカウンターボディー（３０）が粘着されてい る。取付スペーサフランジ（２６，２７）は装置（２３）と構造物（２２）を機 械的に連結する機能と共に、ウェブ部（２５）と粘弾性層（２９）及びカウンタ ーボディー（３０）を構造体く２２）から離隔する機能を有することによって効 率の高い減衰効果を達成する。

第１１図と１２図に示す実施例において、フランジ（２６゜２７）は外側に直角 に折曲げられた部分（３１，３２）を夫々有し、該折曲部によって本体り２４） は構造体（２２）の振動が本体り２４）に伝達されるように構造体く２２）に連 結されている。折曲部（３１，３２）はねじ、リベット、スポット溶接、接着又 はｉＩ造等々図示しない好適方法で本体く２４）に取付けてもよい。本体（２４ ）の端部を開放形あるいは閉鎖形、すなわち連続Ｕ字形あるいは中空箱形に形成 してもよい。

第１３図は本体（２４）を構造体（２２）に取付ける他の態様例を示す。構造体 （２２）の振動が本体（２４）に十分伝達されるようにフランジ（２６，２７） と構造体（２２）間の摩擦を十分大きくするように、ねじ（３３）がワッシャ〈 ３４）によって本体（２４）を構造体（２２）の方に強力に引寄せる。

第１４図は型込め構造体、この場合はコンクリート構造体（３５）の振動を減衰 するために用いられた本発明による装置を示しており、取付はスペーサフランジ （２６，２７）は１字形翼（３６，３７＞を有しており、該り字形翼はフランジ （２６，２７）の一部分と共に構造体（３５）中に埋設されている。

本発明による装置で得ることのできる減衰効果をより効果的にづるために、４つ の因子すなわちウェブ部（２５）と構造体間の距離（フランジ（２６，２７）の 有効高さ）、本体＜２４）の幅、粘弾性層の特性、特にその厚み、およびカウン ターボディーについてはその断面形状、粘弾性層（２９）に対する埋没深さ長さ および数を変化することができる。

第１５図ないし１７図建築構造体に本発明を応用した例の概略を示すものである 。

第１５図は２本のビーム（３９，４０）に載置されたコンクリート製の床板（３ ８）の縦断面図である。床板（３８）の下面には例えば１４図に示した埋込み形 の減衰装置（２３〉が２個設けられている。さらに、各ビーム（３９，４０）の 下部フランジには例えば１２図に示した減衰装置（２３）が装着されている。

第１６図はコンクリート板（４１）の断面図を示し、該コンクリート板（４１） は縦横両方向に用いられる。コンクリート板（４１）は凹欠部（４２〉を有し、 該凹欠部には例えば１４図に示す減衰装置（２３）が埋設されている。

第１７図はコンクリート柱（４３）の水平断面図を示しており、コンクリート柱 （４３）には例えば第１４図に示す減衰装置（２３）が２個埋設されているが、 このうち一方は外部に取付けられているが、他方は内設されている。

第１８図は本発明の装置を螺旋階段のステップ（４４）に取付けた態様を示して おり、各ステップの後縁部で該ステップを担持する１字形ビーム（４５）に減衰 装置が取付けられている。

第１９図と２０図は車輪（４６）に本発明を応用した例を示している。複数の減 衰装置（２３）は等間隔又は他の好ましい間隔で角度的に離隔して放射状に取付 けられている。

第２１図には管（４７）の断面が示されており、形管＜４７）の外面に沿って例 えば第１２図に示す減衰装置１（２３）が取付けられている。

容易に理解されるように、本発明の振動減衰装置において粘弾性層およびカウン ターボディーは機械的に十分保護される。

振動減衰効果が優れているという利点の他に、本発明の装置は製造が簡単である との利点を有する。第２２図に示すように略Ｕ字形の本体（２４）が型として用 いられる。この目的のため、本体（２４）の両端部（４８，４９）は閉鎖してい ることが好ましく、ウェア部（２５）が底をそしてフランジ（２６，２７＞と端 部（４８，４９）が上方に開放した箱体を形成する。該箱体に好適量の粘弾性材 料（２９）が注型された後、未硬貨の粘弾性材°料中に多数のカウンターボディ ー〈３０）が配設される。粘弾性材料が硬化した後、装置（２３）は即使用可能 となる。

浄吉（内容に変更なし） ＦＩＧ、３ｏ　ＦＩＧ、３ｂＦＩＧ、３ｃＦＩＧ、５　ＦＩＧ、６　Ｆｌ（３， ７ＦＩＧ、８ＦＨ（、ｇ　ＦＩＧ、１０ ＦＩＧ、１２ ＦＩＧ、１３ ＦＩＧ、１４ ＦＩＧ、２１ 手続補正書（方式） 昭和５８年４月２７日 特許庁長官殿 事件との関係　特許出願人 名　称　アイエフエム・アクスティックヒユーロン・アーベー ４、代理人 ５、補正命令の日付　昭和５８年３月１５日（発送日）６、補正の対象 （１）特許法第１８４条の５第１項の規定による書面（発明の名称の欄） 本発明は構造振動の減衰、とりわけ粘着力のある粘弾性材料とと少なくとも１つ のカウンターボディーを用いた構造振動の減衰に関する。本発明は発明の本質を 用いた振動減衰装置について言及する。

振動減衰の技術において周知のように、粘弾性材料は振動エネルギーを吸収する 特性、すなわち２枚の金属板等からなる共振部材が曲げモードで振動し゛、両共 振部材に粘着した比較的薄層の粘弾性材料にせん断力が付与される時、振動エネ ルギーを熱に変換する特性を有する。

この基本技術および理論は例えば゛°ノイズ　アンド　バイブレーション　コン トロール（Ｎ　ｏｉｓｅ　ａｎｄ　Ｖ　１ｂｒａｔｉＯｎ　Ｃ０ｎｔｒ０１）　 ”　、レオ・エル・ベラネク著、１９７１年ニューヨーク、マツフグロウヒル　 ズック　カムパニー発行（ＩＳＢＮ　０７−００４８４１−Ｘ）に記載されてい る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）粘着力のある粘弾性材料（１３）と少なくとも１つのカウンターボディー（ １４）を用いて構造体（１１）の振動を減衰させる装置において、前記カウンタ ーボディー（１４）が路線条または棒状形であってかつ前記粘弾性材料（１３） に埋設して、粘弾性材料（１３）を振動する構造体（１１）に粘着した際、粘弾 性材料がカウンターボディーの埋没部周辺で変形することによりカウンターボデ ィーが構造体と共振可能に構成したことを特徴とする振動減衰装置。 ２）前記カウンターボディー（１４）の断面の質量中心（Ｍ）が前記粘弾性材料 の表面の外側の一面に位置する請求の範囲第１項記載の装置。 ３）前記カウンターボディーが複数である請求の範囲第１項または第２項記載の 装置。 ４）第１本体（２４）　、粘着力のある粘弾性材料層（２９）および少なくとも １つの第２本体（３０）を有し、前記第１本体がウェブ部（２５）と該ウェブ部 から延びて構造体く２２）からウェブ部（２５）を離隔させる２つのスペーサフ ランジ（２６，２７）とを有する略Ｕ字形本体からなる構造体の振動の減衰装置 において、前記粘弾性材料が前記ウェーブ部〈２５）の構造体に面する表面（３ ８）に取付けられており：前記第２本体（３０）が前記粘弾性材料に粘着埋設さ れた路線条または棒状体からなり；そしＣ締結手段＜３１　；　３２：　１３： 　３６：３７）が第１本体と構造体を連結して構造体の振動を前記第１本体に伝 達することを特徴どする振動減衰装置。 ５）前記第１本体（２４）が開放形箱体（２５，２６，２７，４８，４９）を形 成する請求の範囲第４項記載の装置。 ６）前記第２本体が複数の略平行な本体く３０）からなる請求間の門弟４項また は５項記載の装置。 ７）略（１字形の箱体を提供する工程と；前記箱体の底部に未硬化の粘弾性材料 を適量注型する工程と：前記箱体の底部で層を形成する未硬化粘弾性材料に多数 の路線条または棒状体を配設する工程；および前記粘弾性材料を硬化させる工程 からなる振動減衰装置製造方法。