JPS6343041A - 粉体吸振器 - 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】 本発明は、流動の拘束された粉体（１）中を物体が運動
する際、その運動エネルギーが吸収される現象を利用し
た粉体吸振器に関するものである。剛体の容器（シリン
ダ）（２）に粉体をつめ、粉体（１）中にピストン（３
）を置く。その形状を円筒の他にテーバ状、円板状、片
持はり状など粉体中での抵坑体および推進体となるよう
、皿々工夫される。使用する粉粒体としては、郭燥した
けい砂が適当であるが、その形状、材質、液体含有率、
粒径などを特定しない。けい砂の場合、粒径は数メツシ
ュから数百メツシュが適当であり、ゴム粒も考えられる
。ピストン軸（４）が直線・往復運動をするとき、ピス
トン軸（４）に直結するピストン（３）は粉体（１）か
ら圧力尻力（一種の粘性抵＠）を受け、かつ、ピストン
の流孔やピストンとシリンダ壁のすき間などを粉体が流
動する際に生じる摩擦抗力（主としてＩｌ［擦抵＠）も
受ける。この粘性抵抗と摩擦抵抗が多少なりとも共存し
同時的に作用して、ピストン軸の運動エネルギーを吸収
し、紬（４）の制動・吸振効果が著しい。また、十分に
充てんされた粉体の圧縮ひずみは小さく、大きな衝撃荷
重に対してもピストン軸（４）を小ストロークで停止で
きる。この場合、粉体（１）は−間の弾性体の役目もす
る。粉体高、粒径、充てん率、ピストンとシリンダ壁の
すき間の大きさや軸方向の長さ、ピストンの形状や弾性
などに応じて、粉体の粘住抵摂と摩擦抵抗、粉体の静圧
縮抵担が作用する。上述の条件に応じて、この二作用の
強弱が設定しうる。

在来のピストン型やフードダンパ型吸振器は油の粘性紙
尻の利用、ランチェスタダンバは固体摩擦の利用である
が、本吸振器は巨視的には粘性抵抗とＷ１擦抵桓が共存
し両抵仇が利用される点に特徴がある。油を用いないの
で、高温下やほこりの多い環境下でも特性を変えずに使
用できる。構造が簡単で、寸法に精度を要さず、シリン
ダ内壁の研摩も不要である。シリンダにセラミックの適
用もある。

一方、粉体の機械的特性に関しては、再現性に若干の幅
がありうる。また、その力学は現在までに確ブされたと
はいいがたく、本装置の設計に際しては実験に頼る所が
少くない。上述の吸振機構に関しても、今後定量的に明
らかにすべきものであろう。しかし、本装置の有効なこ
とは、本発明者が試作した二、三の実験において確認さ
れているので、その結果も少し述べ、設計の指針例とし
たい。

本発明の構造例を図によって説明する。

第１図は、微細な砂膣（数〜数百メツシュ）の粉体（１
）が固定されたシリンダ（２）内で薄刃のピストン（３
）の上下周囲に充てんされ、ピストン軸（４）の直線運
動を割勘・吸振するピストン型粉体吸振器の例である。

ピストン（３）の形状としては、第２図に示すような円
板、第３図に示すような数枚の片持はりを友射状に広げ
て配置したもの、これらの複合形として第４図のように
円板の外周をはり状にするもの、ほかに、円板に流孔を
つけるもの、円板の外周に厚みをつけてシリンダとのす
き間の軸方向長さをとるものなどが考えられる。いずれ
も中央でピストン軸（４）と締結され、シリンダ内壁と
ある程度のすき間を育する。ピストン軸の垂直運動に伴
い、これらの円板やはりは粉体中を運動し圧力筑力を受
け、弾性的にたわんで粉体をシリンダ壁やはり間のすき
間へ流動させて軸（４）の運動エネルギーを吸収し、か
つシリンダ内壁と粉体およびピストン側面間で摩擦伍力
も受ける。

本発明者らは第１図の装置にバネを並列につけ、円板と
四枚はり（厚さ０．０８１１ＪＩの飼製）の二間ピスト
ン、内径５０ｊｌｊｌのアクリル製シリンダ、８〜２２
０メツシユの乾燥したけい砂（粉体高４３朋と５５ｕ）
をピストン高２５０とし、１００ｇ重の荷重落下による
ピストン軸の自由減衰振動の振幅を測定した。その結果
、直径４５〜４８ｊ１ｍの円板の場合、粘性減衰係数比
０．３〜０．４（粘性係数Ｃ＝１２〜１６ｇ重秒／ｃｍ
）、摩擦力（Ｆ）によるバネのたわみａ　＝Ｏ，Ｏ１〜
０．１　（ｐ＝４〜４０ｇ重）、四枚はりの場合、粘性
減衰係数比０．０５〜０．２、ａ　＝０−０１〜０．０
２　ｍ　、振動振幅が大きい時は摩擦力が増し、小振幅
では粘性力が増す。この特性は円板直径が大きいほど顕
著であった。粉体高が高い方が゛二抵仇力とも大きく、
砂の粒径を大きくすれば摩擦力が増し、充てん率を上げ
れば粘性力が増す。厚さ１顛のたわみの小さい円板では
粘性力が減り摩擦力がやや増す。これらの結果はピスト
ン１個についてのデータであり、数個のピストンをピス
トン軸（４）にそって並べて併用することにより、吸振
効果は倍加するであろう。

第５図は１．摩擦仇力の大きい粉体吸振器の例である。

在来のピストン型粘性吸振器のように円筒状ピストン（
３）の側面とシリンダ（２）内壁のすき間を在来のより
大きくあけ、軸（４）方向の長さは長くする。さらに、
ピストン（３）の下面（さらに上面ら）をテーバ状や半
球状にして、ピストンが粉体を圧縮する際にすき間へ粉
体が流動し、すき間において粉体とシリンダやどストン
との相対運動を生じやすくさせる。シリンダ内壁やピス
トン側面におう凸をつけて粉体との＊擦係数を大きくす
れば摩擦抵折は増加する。すき量刑用に加えて、第６図
に示すように、ピストン（３）に複数個の流孔をつける
方法もある。流孔へ粉体が送られそこで流動するように
、ピストン上下面にくさび状の部分をつける。在来のよ
うなすき間の小さい円筒ピストンを本装置に用いれば、
粉体は静圧縮され、大荷重をうけても軸（４）が小変位
で停止できる利点があるが、粉体の流動が少く。

軸の運動エネルギーの吸収には寄与しにくい。

テーパ状ピストンの試験結果を少し記す。縦型の下部を
テーパ状にした、第６図でテーパ状ピストンを用いた粉
体吸振器として、アクリル製シリンダ内径５　Ｑ　ｍｍ
高さ６０朋、アクリル製ピストン円筒部長さくすき間長
さ）９ｕ１テ一バ部中心角７０度、ピストン直径２０ｊ
ｌＪ、３０朋、４０Ｂ１４５ｍｍのものを試作し、７０
メツシユのけい砂を粉体高５　Ｑ　ｍｍ　、ピストン上
面からの粉体高１０朋まで充てんし、８龍径のｖ４製ピ
ストン軸上端を両端自由支持はり（銅製薄板）に固着し
、１００ｇの分詞の１０〜３０ｆｌ上方からはりへの自
由落下によるピストン軸の自由減衰振動を差励トランス
でｉｔ測したところ、径３９ｍ５＋以上のピストン（す
き間１０朋〜２．５ｊ１ｍ）の場合、初速度を与えられ
質量を有するピストン軸の自由振励は２個の波（２個の
振部）のみで振動を終了し、摩Ｗｘ抵担を主とする著し
い減衰振動であった。

本発明は、縦型のみならず横型として製作使用できる。

また、強制振動に対する吸振器になる。

第５図は、横におかれた棒やケーブルなどが長軸方向に
強制振動する場合に対する本装置例をも表わしている。

軸またはケーブル（４）にテーパ部つきの円筒ピストン
（３）を締詰し、両底の開じたシリンダ（２）で粉体（
１）を閉じこめる。シリンダの両底とケーブルのすき間
は、両端をシリンダとケーブルに固着したベローズ状の
可どう体（５）でおおえば粉体の外への流出を防止でき
る。剛体のシリンダは外部の固定端に固定または弾性支
持する。シリンダ内壁とピストン円筒のすき間はシリン
ダ内半径の約２〜１０％にとればａｍ抵仇の支配的な吸
振器となり、すき間がこれより小さいと制動効果は大き
いが固定端へ振励伝達し、すき間が大きいと第１図の円
板に似た特性を示すであろう。なお、シリンダを外部に
接続しなくても粉体の流動はあるので吸振効果がある程
度のぞめるはずである。円板との併用も肖効である。

ピストンの財質にゴムの使用も有効である。ゴム製円板
の場合は厚みが必要であるが、ゴム固肖の粘性による吸
振効果が加わり、さらにゴムと粉体との摩擦係数が大き
くＭ擦苅果も増大するであろう。第５７や第６図のピス
トンにゴムを用いる場合は、ゴムのポアソン比が０．５
にきわめて近いため軸方向の円どう状ゴムピストンの圧
縮にともなって半径方向のピストンの膨脹をもたらし、
その結果シリンダ壁とのすき間を小さくしピストン側面
での摩擦力が増大するであろう。

本発明は、在来のフードダンパの油の代りに粉体を用い
る回転運動に対する粉体吸振器としても利用できる。第
７図は、軸（４）が回転運動やねじり振励をする場合の
制動・吸振を行う粉体吸振器の考案例である。ピストン
としては長方形のはね板（３）が用いられ、ピストン軸
（４）のまわりにボス（６）を介して放射状に固着され
る。外部に固定するシリンダとはね板との空間に粉体を
光てんする（シリンダに粉体を注入する注入口をつける
）。はね板（３）が軸（４）とともに回転する際、粉体
（１）から大きい垂直抗力をうけるように表面積の大き
い長方形板になり、肉厚を薄くして板にたわみを与え、
粉体をシリンダ壁へ運び、シリンダとのすき間で粉体を
ひっかけて流動させるため、第８図に例示するようなば
ね板（３）の新面形状が踵々工夫される。すき間での円
周長さと大きな摩擦係数がピストン（はね板）に要求さ
れる。

さらに、粉体はシリンダ内で回転しにくいように向束さ
れると吸振効果があがる。第９図と第１０区に示すよう
に、シリンダから突出する板（しきり板）（７）を−な
いし数枚（第１０ｆ１ｍでは二枚）とりつけるのが有効
である。第９図と第１０図の装置においては、軸（４）
の回転運動の制御は粉体を介してはね板（３）としきり
板（７）との間の角度９０度内で行なわれ、軸（４）の
／ＩＸ振幅のねじり振動の吸振効果は第７図や第８図の
装置より勝るであろう。なお、第９図の場合もシ１ノン
ダは外部の固定端に固定するのが吸振効果力５大きいが
、固定しない場合でもある程度の吸振効果があろう。シ
リンダを外部に接続しなＩ／）場合＋ａ、その外部固定
端への振動伝達率はゼロとなる。なお、軸（４）とシリ
ンダ（２）との接ｌおよびすき間処理として、第９図で
は通常の軸受（８）を適用した７例である。

軸が軸方向（２方向）の力のみならず、Ｘ方向やｙ方向
の力をうけて三方向に振励する場合、たとえば自動車の
路面からの振動など垂直方向や前後・左石方向の車体の
振励の吸振にも本装置は適用できる。第１１図は三軸方
向に２軸まわりのねじりをうける軸（４）の吸振器の考
案例を示す。

円板は２方向の軸の振動に対して粉体との相互作用を行
い、軸のまわりに放射状にはられた四枚の長方形板はＩ
とｙ方向および２軸まわりの回転運動に対する抵摂体と
して粉体にはたらく。図ははふくが、球面上にでたらめ
の向きに長方形の板（はり）を数多く固着したものをピ
ストンとするのも一案である。

粉体による運動エネルギーの吸収という現象は、砂ふく
ろによる銃弾や波浪の防御として古来から応用されてお
り、その効果も周知のものと判断される。しかし、吸振
器として応用する考案はまだないと思われるので出願す
る次第である。本粉体吸振器は、鉄道車両や自動車の懸
架装置、機械の支持臼の振動絶縁用、各種運動製溝の運
ｒＮＪ援衝器など多くの適用対象を有している。また、
その構造は第１図から第１１図を例として多くの組合せ
が考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ピストン軸（４）の直線運動を制動または吸
振する縦型の粉体吸振器の正面図。 第２図は、第１図のピストン（３）（円板）の平面図お
よび軸（４）に垂直に切った装置の断面図。 第３図は、第１図のピストン（３）の他の形状例である
四枚はね（片持はり）の平面図。 第４図は、第１図のピストン（３）の他の形状例である
円板とはりの複合形の平面図。 第５７は、ピストン軸（４）の直線運動の吸振を円筒部
とテーバ部からなるピストン（３）で行う横型の粉体吸
振器の正面図。 第６図は、ピストン軸（４）の直線運動の吸振を行う他
の縦型の粉体吸振器の軸（４）にそう断面図。 第７図は、ピストン軸（４）の回転またはねじり振動に
対する粉体吸振器のＡ、−Ａ断面図。 第８図は、第７図のはね板（３）の断面形状を例示する
、種々のはね板（３）の軸（４）に垂直方向の断面図。 第９図は、ピストン軸（４）が回転またはねじり振動を
する場合の、シリンダ（２）の内壁にしきり板（７）を
有する粉体吸振器のＡ−Ａ断面図第１０図は、第９図の
Ｍ（４）に垂直方向の断面図。 第１１図は、ピストン軸（４）が三軸方向と一軸まわり
の回転・ねじり振動の運動をする場合、これらの運動を
制動し吸振する粉体吸振器の透視斜視図。 （１）は粉体、（２）はシリンダ、（３）はピストン、
（４）はピストン軸、（５）は可どう体のカバー、（６
）はボス、（７）はしきり板、（８）は軸受。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粉体（１）が剛体のシリンダ（２）内に充てんされ、粉
   体（１）に対する抵抗体としてのピストン（３）が粉体
   （１）中におかれ、ピストン（３）に締結するピストン
   軸（４）の運動エネルギーが粉体（１）とピストン（３
   ）などとの相互作用によって吸収され、直線または回転
   運動するピストン軸（４）の制動、運動緩衝や吸振を行
   なうことを特徴とする粉体吸振器。