背戸振動制御研究所
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動吸振器
 動吸振器(どうきゅうしんき)とは、読んで字のごとく「動きを吸収する装置」のことです。私たちの身のまわりにも「動吸振器」が沢山使われています。はじめに、この仲間たちをいくつか紹介してみましょう。
 まずは、私たちが普段なにげなく開け閉めしているドアの上の方についている装置。これがまさに動吸振器です。この装置の中は注射器のようなつくりをしています。中にはネバネバした液体が入っていて、液を押し出す棒のゴムの部分には小さな穴が何個か開いています。注射器の先は、ふさがっていて液体が出ないようにしてあります。液体を押す棒を速く押そうとすると、棒はなかなか動こうとはしませんが、力を抜いてゆっくりと押してみると棒が動きだしました。このしくみを応用したのが「ドアのバタンって閉まる音を小さくする装置」なのです。ドアと壁をこの装置でつないであげると、ドアが急に閉まる(速く動く)ときにはなかなか閉まろうとはせず、ドアの動きがゆっくりとなってから閉まるようになります。 ドアがゆっくりと閉まれば、バタンという音もしなくなります。この装置は正確には「フード・ダンパー」と呼ばれ、単に「ダンパー」と呼ばれることもあります。ダンパーとは減衰(げんすい)という意味です。
 つぎは自動車です。ここでも動吸振器が活躍しています。たとえば、自転車に乗って凸凹な道を通った場合、地面の凸凹によるタイヤの上下振動がハンドルにそのまま伝わり、そのまま体中に伝わります。これは自転車のタイヤと車体がそのままつながっているからです。自転車に乗ったことのある人なら、そのときサドルから腰を上げ「肘と膝の曲げ伸ばし」で凸凹の衝撃(振動)をやわらげてあげようとします。
 一方、自動車に乗って凸凹な道を通った場合、地面の凸凹によるタイヤの上下振動がハンドルや体にそのまま伝わることはありません。なぜならば自動車のタイヤと車体との間には、地面からの凸凹の衝撃(振動)を「肘と膝の曲げ伸ばし」のしくみを利用して振動を吸収している装置があるからです。それが動吸振器・「ダンパー」と呼ばれるものです。
 振動が機械構造物や一般構造物へ及ぼす影響は、性能低下を招くばかりではなく、信頼性や安全性または、振動・騒音公害にも関係する重要な問題であります。こういった振動問題の多くは機械構造物や装置の内部減衰が小さい為に起こるのです。現在構造物から発生する振動を防ぐために、制振材料を用いた構造物に減衰を与えたり、構造物の断面形状を変えることにより剛性を高め共振点をずらしたもの、制振装置を用いることにより外部から減衰を補ったものなどがあります。
 近年振動制御の技術の発達はめざましいものがあり、さまざまな制振装置が研究されています。この制振技術の発達は有限要素法に代表される構造物の振動解析技術、FFT技術を用いた実験モード解析法の著しい進歩なしには考えることができなくなっています。これらの手法の普及によって、振動発生原因の究明、制振装置の設置場所の決定、その調整と制振効果の確認は容易になりました。
 制振装置として、固定面を用いた制振法、補助質量を用いた制振法、支持構造物を用いた制振法が挙げられ、制振方式としては受動型、準能動型、能動型に分類できます。動吸振器は補助質量を用いた受動型の仲間になります。補助質量を用いた受動型の制振装置の特徴は構造や取り扱いが簡単であり、制振対象構造物に容易に取り付けることができるということです。これらの制振装置の中でも動吸振器は単位補助質量あたりの制振効果が最も優れているのです。
 動吸振器はこうして代表的な制振器であり、上図に示すように質量・バネ・ダンパから構成されます。本来この制振器の最適設計法を得るために、Den Hartogらによって1924年に定点理論が提案されました。この力学モデルは2自由度系において、下部系を制振対象、上部系を動吸振器と置換したものでです。動吸振器の最適設計法とは、最適同調と最適減衰の両方の条件を満たしたときに実現されるのです。動吸振器は単体で用いるより、複数個並列に設置した方が制振効果が大きく、また動吸振器の補助質量を分割することによって、構成要素である補助質量、バネ要素、減衰要素をより小さくでき、動吸振器の小型化も可能となるものです。下図が多重動吸振器になります。
 すでに動吸振器を2個並列に設置したものについては最適設計確立されていますが、それ以上の複数の動吸振器の最適設計式は明らかにされていません。我々は多重動吸振器の最適設計を求めることによって、いまだ明らかにされていない多重動吸振器の最適設計図表を示すとともに、設計のための実用式を導き有効性を確認しようと努めている。また、従来の動吸振器の問題点であったパラメータ変動による制振性能の低減について、動吸振器の減衰係数および主振動系の固有振動数変動を取り上げ、多重動吸振器による制振効果を示し、さらに安定した制振性能を有すべく、固有振動数変動を見込んだ多重動吸振器に調整法を示していきたいと考えている。
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