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博 士 学 位 論 文(東 京 都 立 大 学)
プ ラ ン ト産 業 用 ダ ン パ の 設 計 手 法 と 実 用 化 に 関 す る 研 究
1998年3月
砂 子 田 勝 昭
ざリド ユ ピご ナム
弔i早 '† 醐
1.1 1?
L3
1.31オ イ ル ダ ン ハ
L32粘 弾 性 ダ ン ハ
1.3.3メ カ
1.4
第1章 の 参 考 文 献
iNrri}
弔2早
2」 体 量
目 次
ダ ン ハ 開 発 研 究 の 歴 史P技 術 動 向 ダ ン ハ の 種 類 と 応 用 分 野
ダ ン ハ の 設 計 理 論 と 課 題
ト ロ タ ン ハ
本 研 究 の 目 的 と 論 文 の 構 成
ダ ン ハ の 構 造 に 関 す る 動 力 学 的 検 討
可・臼 2,2
?2.1 2.2.2 2.3
2.x.1
布 質 量 系) 2.3.?
質 量 系) 2.4
2.4.1 2.42
2.4.3
25結 言
ロ
エ 京 ル ギ 法 に よ る 長 柱 座 屈 荷 重 の 決 定 一 一 単 一 部 材 の 座 屈
変 断 面 長 柱 の 座 屈
固 有 振 動 数 と 座 屈 強 度 の 関 係 一 … 一
変 形 さ れ たRayleigh法 を 用 い た 固 有 振 動 数 と 座 屈 強 度 と の 関 係(分
変 形 さ れ たRayleigh 法 を 用 い た 固 有 振 動 数 と 座 屈 強 度 と の 関 係
軸 力 の 作 用Fで の 座 屈 強 度 に 関 す る 検 討 単 一 部 材 の 場 合 の 座 屈 強 度
変 断 面 の 場 合 の 座 屈 強 度
伝 達 マ ト リ ッ ク ス 法 か ら 変 位 法 一 の 変 換
第2早 の 参 考 文 献
第3章
3」
3.2
3.3
オ イ ル ダ ン ハU)設 計 手 法 に 関 す る 研 究
緒 言 主 な 記 号 実 験 の 概 要
1 1 8 13 1, 14 15 i6 18
?1 21 27 27 29 30
32 (集 中
35 41 41 44 52 55 56
57
‑一…57
ti8 60
一i一
3.4 3‑4.1 34.2 3.4.3 3.4.4 35
3̲x.1 35.2 353 3.5.4 35.5 3.6
抵 抗 力 発 生 の 理 論 的 検 討 こ れ ミでの 理 論=式 の 問 題 点 抵 抗 力 発 生 機 構
TA口
第3章 の 参 考 文 献
流 俸 の 流llに よ る 抵 抗 力(F,F,の 検 討 討) 摺 動 摩 擦 に よ う 抵 抗 力(F)1,〉 〉検 討
実 験 結 果 お よ び 理 論 値 と の 比 較 検 討
オ リ フ ィ ス 径 の 違 い に よ る 発 生 抵 抗 力 の 差 異 に つ い て オ リ フ ィ ス の 長 さ の 違 い に よ る 発 生 抵 抗 力 の 差 異 に っ い て オ リ フ ィ ス の 形 状 の 違 い に よ る 発 生 抵 抗 力 の 差 異 に っ い て 正 弦 波 入 力 に よ る 発 生 抵 抗 力 に っ い て
オ イ ル リ ザ ー バ の 有 無 に よ る 発 生 抵 抗 力 に つ い て
・≧士 量
63 63 65 66 70 73 i3
‑‑74
‑…75
76
%6 94 96
第4章
4.1緒 言
42 4.3こ
4.3.1
×32 4.4
4.4.1 4.x.2 443 4.4.4 x.4.5 45
4.5.1 452
4.6結 言
ノ{̀
大 容 量 速 度 比 例 型 オ イ ル ダ ン ハ に 関 す る 研 究
構 造 お よ び 機 能
れ 主 で の オ イ ル ダ ン ハ の 設 計 方 法 一 般 的 オ イ ル ダ ン ハ の 設 計 方 法
従 来 の 速 度 比 例 型 オ イ ル ダ ン ハ の 設 計 方 法 本 研 究 に 使 用 し た ダ ン ハ の 抵 抗 力 発 生 の 検 討
流 路 部 に お け る 抵 抗 力 調 圧 弁 部 に お け る 抵 抗 力 抵 抗 力 に 関 す るTと め 調 圧 弁 の 設 計 方 法 に つ い て 速 度 比 例 ダ ン ハ の 設 計 フ ロ セ ス 試 験 お よ び 試 験 結 果 の 考 察
低 速 走 行 試 験 結 果 一 振 動 試 験
弔4章 の 参 考 文 献
98 98 100 1(13 103 106 1U7 1U9 110 113 114 116 118 118 120 133 134
第5章
5.1不 日 52
粘 弾 性 ダ ン ハ の 設 計 手 法 に 関 す る 研 究
♂・宰 普 肖
粘 弾 性 ダ ン ハ の 設 計 理 論
136 136 139
一11一
5.2.1
5.2.2
5.2.
5.3
5.3.1
5.3.2
5.4
5.4.1
5.4.2
5.5
5.5.1
5.5.?
5.5.3
5.6結 言
粘 弾 性 体 の 素 描 粘 弾 性 体 の 力 学特 性 粘 弾 性 体 の 力 学モ デ ル
FractionalCaluculusの 粘 弾 性 ダ ン ハ へ の 応 用
FractionalCaluculusU)粘 弾 性 ダ ン ハ へ の 適 用 の 現 状
粘 弾 性 体 へ のF℃ 法 の 適 用 特 性 調 査 試 験 お よ び 考察
応 力 緩 和 試 験 調 和 加 振 試 験
FractionalCaluculusの 次 数 決 定 方 法 に 関 す る 試 験
加振 試 験
Voigtモ デ ル のF℃ 法 に よ る 表 現 と あ て は め 発 生 力 と 推 定 力 と の 比 較
第5章 の参 考 文 献
第6章 メ カ ト ロ ダ ン バ の 設 計 に 関 す る 研 究
6.1緒 言
6.2
6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.3
6.3.1
6.3.2
6.4
6.4.1
6.4.2シ
6.4.3
65結 言
設 計理 論
力学 特 性
構 造 お よび 機 能
減 衰 機 構 に つ い て 単 体特 性 調 査試 験
減 衰 力測 定試 験
消散 エ ネ ル ギ調 査 試 験
メ カ ト ロ ダ ン パ を 用 い た 制 振 シ ス テ ム の 応 用 例 滑 り 状 態 の 設 計
ミ ュ レ ー シ ョ ン
試 験 装 置 お よび試 験 結果
第6章 の 参 考 文 献
第7章 結 論 謝 辞
関連 発 表 論 文
一 血 一
139 141 150 150 ]51 158 158 168 183 183 183 187 188 191 192
194 194 196 196 20]
219 222 222 224 zzs 2zs 227 228 zoo 231
234 236 237
付 録[
イ、ゴ・≦長葺ミ 【1
第i章 粘 性 抵 抗 力F1「(34‑8)式 の 証 明
3章 の オ リ フ ィ ス 内 壁 を 展 開 し2次 元 流 と し て
付1 仮 定 し た 時 の 抵 抗 力
(D (2)
4章 の 付 録 (1)
(2)ILレ (3)
5章 しり 付 録(1) 5章 の 付 録(2) 6章 の イ寸 録
E3満 己且吻 ア圭⊇ 区 艮i臼び)場 合・
乱 流 助 走 区 間 の 場 合
一 イ寸
付 録IH
f寸'>1Pぜ イ寸 録V
付 録VI
(4.4‑4)Ttこ 〔わ 導 と昌
1ーい 弁 と し た 場 合 の 層 流 流 れ に よ る 表 示 式 円 環 助 走 区 間 で の 速 度 分 布(4ヰ5)式 の 導 出
粘 弾 性 ダ ン ハ 単 体 振 動 試 験 デ ー タ 集 FRACTIC)NALCALCULUS
メ カ ト ロ ダ ン ハ 単 体 特 性 試 験 デ ー タ 集
イ寸2 2 付4 付6 付6 付8 付9 付14 付40 付45
一lv一
第]一,4 序 論
1.1ダ ン ハ 開 発 研 究 の 歴 史 と 技 術 動 向
減 衰(ダ ン ピ ン グ)に つ い て は 、1川 ・dRavleigh(ノ ♪"TheTlic。 ザv(1S。uncl"の 中 で 、frictiし)n走 た は 、ISCUSItyと し て 述 べ ら れ て い る 口}ミ た 、 ゲ ン ハ の 歴 史 は 相 当 古 く か ら あ っ た と 思 わ れ 、1709年 、 イ タ リ ア の フ ィ レ ン ツLに て 、 チ ェ ン バ ロ 者 で あ る ク リ ス ト フ ォ リ は 、 新 し い 楽 器 を 製 作 し 、 二 の 楽 器 が ピ ア ノ の 起 源 と い う こ と で あ る が 、 こ の 新 し い 楽 器 の ハ ン マ ア ク シ ョ ン 機 構 の1つ と し て 鍵 盤 で 離 鍵 す る に つ れ て 、 弦 振 動 を 止 め る た め に ダ ン ハ が 使 わ れ 、 こ の ダ ン ハ 機 構 は 現 代 の ピ ア ノ の ハ ン マ ア ク シ ョ ン に も 用 い ら れ て い る と の こtご で あ る('̲'1一 方 、 産 業 用 オ イ ル ダ ン ハ を 機 械 振 動 の 減 衰 に 利 用 し た の は い つ 頃 か ら か は 、 イ=明 で あ る が 、 ユ903年 に シ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ を オ ー ル ズ モ ビ ル 自 動 車 に 採 用 し 、1925年 に 油 圧 シ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ を キ ャ デ ラ ッ ク 自 動 車 に 採 用 し た と い わ れ て い る(3)
次 に 粘 弾 性 体 を 免 震 、 制 振 に 利 用 し た 歴 史 ち 古 く 、 中 国 北 京 の 紫 禁 城 の 地 下 の 物 質 が 、 「煮 た も ち 米 と 石 灰 」 ら し い 〔舶 粘 弾 性 体 の 中 で 特 に 天 然 の ゴ ム は 、 は じ め 南 米 に お い て 発 見 さ れ 、 ヨ ー ロ ッ パ に も た ら さ れ た そ の 後 イ ギ リ ス 植 民 地 に 移 植 栽 培 さ れ 、 そ の 結 果 東 南 ア ジ ア が 産 額 の 大 半 を 占 め ろ に 至 っ た ゴ ム の 木 よ り 採 集 さ れ た 乳 液Gatex)に 適 当 な 電 解 液 を 加 え 、 凝 固 さ せ る 、レ 生 ゴ ム が 出 来 、 さ ら に 硫 黄 を 加 え る(加 硫)と 弾 性 が 増 す こ と を 、ア メ リ カ 人CharleSG(、(,dyear、
NathanielHayward、 そ の 他 の 人 々 が 発 見 し たi:,}そ の 後 、 こ の 加 硫 ゴ ム を 利 用 し た ダ ン ハ が 用 い ら れ る よ う に な っ た
電 磁 気 を 利 用 し た ダ ン ハ の う ち 、 磁 気 ダ ン ハ の 歴 史 は 、 磁 場 を 導 体 が 運 動 す ろ と き に 誘 導 電 流 が 流 れ る こ と を 発 見 し たD.F。J.,〜rag(・(1786‑1853),」.R.L .F・・11cdult (1819‑1868)が 出 発 点 と な ろ が(b)、 こ の 現 象 を ダ ン ハ と し て 利 用 し た の は 後 年 で あ り 、 国 内 に 於 い て は193‑1年 に 萩 原 が 磁 気 ダ ン ハ の 設 計 式 を 発 表 し て い る σ1
〔8) .
以 上 は 、 オ イ ル ダ ン ハ 、 粘 弾 性 ダ ン パ 、 磁 気 ダ ン ハ の 簡 単 な 歴 史 的 経 緯 で あ ろ が ・ こ れ ら の ダ ン ハ の 具 体 的 問 題 へ の 応 用 は 、S.Tim・shenk(・,D・nI{Hrt・9等(,り 時 代 に 研 究 さ れ(9)・uOl、 そ の 後 、 数 多 く の 振 動 工 学 に 関 す る 標 準 的 教 科 書 、 ハ ン ド ブ ッ ク 等 に ダ ン ハ が 取 り 上 げ ら れ 、 振 動 防 ロ=に 関 す る 理 論 的 研 究 が 行 わ れ て き た 業 た 、 機 械 振 動 に よ る 防 振 の 理 論 に お い て ち、 ダ ン ハ は ば ね と の 並 列 や 直 列 組 合 せ と し て 用 い ら れ 、 そ れ ら の 中 で ダ ン ヒ ン グ カ は ほ と ん ど の 場 合 速 度 比 例 と し て 仮 定 さ れ 、 線 形 モ デ ル の 一 要 素 と な っ て い る し か し そ れ ら の 理 論 に お い て 、 ダ ン ハ の 詳 細 設 計 に 関 す る 記 述 は ほ ど ん ど 見 ら れ ず
、 ・ダ ン ハ は 速 度 に 比 例 す る ま,
一1
め"と め 前 提 に 立 ち 、 理 論 が 展 開 さ れ て い る 確 か に 、 ダ ン ハ の 有 効 な 利 用 は 防 振 効 果 め 向 上 や 、 機 械 や 、 可 動 体 に 発 生 す る 衝 撃 加 速 度 、 応 力 等 の 低 減 、 振 動 の 絶 縁 等 に 効 果 が あ り 、 二 め 為 に ダ ン ハ は こ れ 之 で 、 自 動 車 や 鉄 道 車 両 の 衝 撃 緩 衝
{t=S<置(い わ ゆ る シ ョ ヅ ク ア ブ ソ ー バ)ピ し て 使 用 さ れ て き た 口Plfil
こ わ ら の ダ ン ハ は 、 ど ち ら か と い え げ エ ネ ル ギ ー 吸 収 能 を 高 め た り 、 衝 撃 加 速 度 を 低 減 す る た め に 利 用 さ れ る 装 置 で 、 い わ ば ク ッ シ ョ ン の 役 割 を 持 っ も の で あ
っ た ノブ ン ハ の 種 類 も オ イ ル ダ ン ハ が 主 流 を 占 め 、 そ の 他 に 材 料 の 塑 性 変 形(た と え ば.IJバ ン ハ ー 等)、 空 気 ダ ン ハ 等 が あ る こ れ ら の 緩 衝 装 置 の 設 計 は 経 験 と 実 験 に 上 っ て 決 定 さ れ る こ と が 多 か っ た も の と 思 わ れ る
次 に 発 電 所 や 化 学 フ ラ ン トcわ 機 器 配 管 系 の 振 動 防 止 に つ い て 見 て み ろ と 、1911 年 米 国/heM.W.Kell,・ggC・mpanyよ り"DesigrR・fPipirlgSンsしems"が 出 版 さ れ た が 、 第 二 次 世 界 大 戦 中 の 要 求 に よ り 、 フ ラ ン ト の 大 型 化Clた め 、 構 造 物 、 配 管 内 流 体f!振 動 問 題 が ク ロ ー ズ ア ッ フ さ れ 、そ の 為 に1956年 の 改 訂 第2版 に お い て 振 動 に 対 し 新 た に 第J章 を 設 け 、 振 動 問 題 に 対 す る 対 策 等 が 述 べ ら れ て い る(14)
本 論 文 で 研 究 す る ダ ン ハ は 、 建 築 構 造 物 や 、 一 般 産 業 機 器 の 他 に 、 化 学 フ ラ ン ト や 、 火 力 ・ 原 子 力 発 電 所 の 機 器 ・ 配 管 系 を 対 象 と し た 装 置 で あ ろ そ の 様 な 背 景 に よ り 、TheM.W.Ke】1(、 舘C・mpanyが 当 時 考 え て い た ダ ン ハ の 役 目 等 を 以 ド に 訳 し て み る 「配 管 系 は 内 部 流 体 を 輸 送 す ろ 為 に 使 用 さ れ る た め 、 流 体L')温 度 変 化 に 伴 い 、 熱 伸 縮 が 生 じ 、 こ の 熱 伸 縮 や 配 管 自 身 の 重 力 に よ る 移 動 以 外 の 移 動 量 に 抵 抗 す る 装 置 と し て[ii'c1CC'(国 内 で は"振 れ 止 め"と も 呼 ぶ)が あ る こ のBrace の 定 義 に よ れ ば 、 ダ ン ピ ン グ 装 置 も 一 種 のBraceと し て ク ラ ス 分 け さ れ る さ ら に 、 ダ ン ピ ン グ 装 置 と は 、 配 管 変 位 の 緩 や か な 動 き は 本 質 的 に 許 容 す る が 、 動 的 負 荷 に よ っ て 引 き 起 こ さ れ ろ 急 激 な 変 化 に 対 し て は 、 高 い 抵 抗 力 を し め し 、 配 管 系 の ダ ン ピ ン グ を 高 め ろ 装 置 を い う 動 的 負 荷 の 種 類 と し て は 、 配 管 に 作 用 す る 風:ホ ン フ 、 コ ン フ レ ッ サ ー 、 タ ー ビ ン あ る い は 他 の フ ロ セ ス 装 置 か ら の 流 体 や 機 械 振 動:地 震:ワ ォ ー タ ー ハ ン マ ー1(安 全 弁 に よ ろ 様 な)流 体 、砲 撃(gunfire)、
あ る い は 伝 達 装 置 等 に 起 因 す る 突 然 発 生 す る 衝 撃 力;減 圧 弁 で の 圧 縮 性 流 体 の 高 速 レ リ ー ズ や 大 気 圧 へ の 逃 し に よ る 振 動 衝 撃:圧 縮 性 気 体 あ る い は 二 相 流(気 体 と 固 体 ま た は 懸 濁 流 体)に よ る サ ー ジ ン グ 等 が あ る 有 効 な ダ ン ヒ ン グ 方 法 は 、 油 圧 シ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ を 利 用 す る こ と で 海 る そ の 為 に ト ラ ッ ク や 乗 用 車 お よ び 鉄 道 用 車 両 の 標 準 的 製 品 を 利 用 で き る よ り 大 き な サ イ ズ の 油 圧 シ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ は 油 圧 シ リ ン 々 の 標 進 サ イ ズ よ り 通 常 設 計 さ れ る 乾 性 摩 擦 ダ ン ヒ ン ゲ を 利 用 し たBraCeは 容 量 が 限 定 さ れ か っ 、 動 作 が 不 安 定 の 傾 向 に あ ろ 」
以 上 の よ う に ダ ン ハ に つ い て 説 明 し 、 さ ら に 、r減 衰 設 備 と し て は 、 エ ネ ル ギ ー の 消 散 を 行 う の は
、 摩 擦 か あ る い は 油 圧 の 拘 束 装'置 で あ り 、 ば ね 式 装 置 は ほ と
一2一
ん ど 消 散 に 寄 与Lな い 一t‑、 乾 性 豪 擦 ア ノ ワ ー一 バ は 放 置 し て 使 用II土冑 乏る シ ン フ ル な 装 置 で あ る が 、 充 分 な 信 頼 性 は 確 侍ミさ 別 な い 油rLの シ 」 ッ ク ア 冒ノ ソ ー バ ほ ト ラ ・ソ ク 、 鉄 道 車 両 、 乗 用 車 で 広 く 使 わ れ 、 日寺 々 メ ン テ+ン ス!t'行 う 〔ノ戸 六で 役 疏 っ 註 た 、 標 準 的 マ ス フ ロ 製 品 で 信 頼 性 も あ る たf本 以 上 の こ 、レ が ダ ン ハ に 関
・ヂ る 記 述 で あ る
以 上 に よ り 、 配 管 用 め ダ ン ヒ ン グ 装 置 と し て 、 油 圧 方 式 の シ!ッ ク ア ブ ゾ ー一 バ が 推 奨 さ れ て い る 図1.1に 当 時 の 鉄 道 車 両 用 と し 一〔使 用 さ れ た シ 三1ッ ク ア ブ ソ ー バ が フ ラ ン ト 配 管 用 に 応 用 さ れ た 例 を し め すq旧 一一方
、 乗 用 車 用 の シrlッ ク ア ブ ソ ー バ1よ リ ー一 フ ス フ リ ン グ(重 ね イ反1デ ね).レ 其 に 用 い ら1,て い る',1メ 又 与 同 一 の 形 状 を し て お り 、 こ の 様 な シ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ が 減 衰 装 置 ギ し て 、 当 時 、 鉄 道 車 両 、 乗 用 車 に 使 わ れ 、Tた 配 管 系 の ダ ン ハ とLて ち 使 わ れ た か 、 あ る い ほ 推 奨 さ れ て い た 二 と が 明 ら か で あ る 詳 細 な 構 造 は 不 明 で あ る が 、 図 よ り 拙 圧 シ リ ン ダ を 用 い た 回 転 タ イ フ の シ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ で 、 レ バ ー 型 オ イ ル ダ ン ハ か ベ ー一ン 型 オ イ ル ダ ン ハ と 思 わ れ る{鋤 二(.%;回 転 型 は 内 部 オ イ ル リ ー ク が 多 く 、 そ の 後 、 使 用 さ れ な く な っ た(14J
往 復 動 タ イ フ の シ リ ン ダ と ピ ス ト ン を 用 い た 鉄 道 車 両 用 油 圧 シ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ は 、 米 国G.Westinghouseベ ー'ドイ ツ の1'Ldllger等 に,仁 り 第 二次 世 界 大 戦 以 前 に 研 究 さ れ た が 実 用 化 に 至 ら ず 、 大 戦 中 の ゴ ム の 技 術//急 速 な 進 歩 に よ り そrり 後 研 究 が 盛 ん に な っ た(]Ei)そ し て 、 油 圧 の シ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ の 研 究 は1950年 代 中 頃 、 日 、 英 、 米 で 実 用 化 の 研 究 が 進 め ら れ て お り 、1955年 に は 日 本 国 有 鉄 道 、 鉄 道 技 術 研 究 所 に お い て 、 コ イ ル ば ね と の 並 用 タ イ フ の 「油 圧 緩 衝 装 置A型B型 一1
の 試 作 が 行 わ れ て い る 油 圧 に よ る 発 生 抵 抗 力(/j計 算 式 は 流 量 係 数 を 用 い た 速 度 2乗 抵 抗 力 に 基 づ く 式 と な っ て い イ)図L2に こ れ ら の ダ ン ハ の 例 を 示 す
以 上 の 様 に ダ ン ハ の 歴 史 は 最 初 、 乗 り 物 の ク ッ シ ョ ン や 、 衝 撃 を 和 ら げ る 為C/) 方 策 ≧ し て 乾 燥 し た 摩 擦 ダ ン ハ や 、 油 圧 方 式 に よ ろ ダ ン ハ な ど が 実 用 化 さ れ 、 ゴ ム 技 術 の 発 達 と 共 に 、 油 圧 の シ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ 、 さ ら に は ゴ ム の 粘 弾 性 体 と し て の 性 質 を 利 用 し た 衝 撃 緩 衝 装 置 へ と 発 展 し た と 考 え ら れ る な お 、 第6章 で 研 究 す る 発 電 方 式 電 磁 ダ ン ハr1)歴 史 は 、 磁 場 中 の 導 体 運 動 に よ る 誘 導 電 流 に よ る エ 不 ル ギ 消 散 と い う 原 理 を 利 用 し て い る 意 味 で は 非 常 に 古 い が 実 用 化 の 歴 史 は 比 較へ
的 近 年 で 、1971年 に 研 究 開 発 に 着 手 し た 機 械 式 防 振 器(メ カ ニ カ ル ス ナ … バ)に 端 を 発 し て い る
一3一
Commercialrailroadcartypeshockabsorber utilizedasadampingdevice.
図1.1配 管 用 に 応 用 さ れ た 鉄 道 車 両 用 シ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ
次 に ダ ン ハ に 対 す る そ の 後i1)技 術 の 動 向 を 国 内 を 中 心 に み る と 、 オ イ ル ダ ン ハ に つ い てlt鉄 道 車 両 用 ダ ン ハ 、 エ レ ベ … タ 緩 衝 用 ダ ン ハ 、 飛 行 機 の 脚 用 オ レ オ 緩 衝 器 、 ロ ー フ ウ ーLイ 用 オ イ ル ダ ン ハ 等 と し て 、 進 展 し て い っ た1川 し か し 、 ダ ン ハ の 設 計 理 論 は 速 度 に 比 例 し た 粘 性 抵 抗 力 、 各 種 損 失 に 基 づ く 速 度2乗 抵 抗 力 を 基 本 と し て い る1'.'1)一 方 、 発 電 所 や 化 学 フ ラ ン ト の 機 器 ・ 配 管 系 の 振 動 防 止 用 ダ ン ハ は 鉄 道 車 両 用 シ3ッ ク ア ブ ソ ー バ と は 異 な る 方 向 へ と 進 展 し た ・・抽 〔摺 す な わ ち 、 流 体 関 連 振 動 、 地 震 動 等 の ダ ン ハ に と っ て2方 向 に 作 用 す る 振 動 を 防 止 す る 目 的 の た め 、 構 造 上 の 変 化 が 見 ら れ る 特 に 発 電 所 や フ ラ ン ト の 配 管 系 統 の 耐 震 用 ダ ン ハ は 、 剛 設 計 方 針 に よ り そ れ 主 で の エ ネ ル ギ 吸 収 能 重 視 よ り は 、 配 管 系 統(/)固 有 振 動 数 を 高 め る 為 に 利 用 さ れ る よ う に な り 、 そ の 様 な 使 わ れ 方 の 場 合"ダ ン ハ"の 呼 び 名 よ り"ス ナ ッ バ"と し て 名 称 を 変 え る 様 に な っ た 〔凹 こ の ス ナ ッ バ は そ の 後 独 自 の 発 展 を と げ 、 オ イ ル ス ナ ッ バ 、 油 圧 防 振 器 、 メ カ ニ カ ル ス ナ ッ バ 、 機 械 式 防 振 器 、 メ カ ニ カ ル シ ョ ッ ク ア レ ス タ ー 、 メ カ ニ カ ル 防 振 器 等 と 呼 ば れ 今 日 に 至 っ て い る(川'01こ れ ら の 耐 震 用 ス ナ ッ バ は 、 振 動 に よ る 運 動 エ ネ ル ギ ー を 消 散 す る 役 目 が 期 待 さ れ な い 代 わ り に 、 地 震 時 に ス ナ ッ バ の 取 付 点 が 節 と な る よ う な 高 い 動 的 剛 性 が 要 求 さ れ ろ 本 研 究 で は そ の 様 な ス ナ ッ バ に つ し・て は 研 究(ノ)対 象 と し て い な し・
次 に 振 動 の 運 動 エ ネ ル ギ ー を 減 衰 さ せ る 目 的 で 使 用 す る ダ ン ハ は 、 オ イ ル ダ ン ハ を 主 流 と し つ つ も、 各 種 の ダ ン ハ が 考 え 出 さ れ 、 発 電 所 や フ ラ ン ト配 管 系 に あ っ て は 個 別 の 振 動 現 象 に 対 し 、 そ の 現 象 に 対 処 す べ く 、 そ の 時 々 の 条 件 に 応 じ た
(例 え ば 高 温 の 場 合 に は オ イ ル ダ ン ハ で は な く 、 金 属 性 ク ッ シ ョ ン を 使 用 し た り 、 高 サ イ ク ル 微 小 振 動 に 対 し て は 、 粘 弾 性 ダ ン ハ を 使 用 す る 等)ダ ン ハ が 作 ら れ 、
ど ち ら か と い え ば 、 ト ラ ブILユ ー テ ィ ン グ(j')環 と し て ダ ン ハ が 使 わ れ 、 そ れ ら の ダ ン ハ の 設 計 理 論 は オ イ ル ダ ン ハ に あ っ て は 従 来 の 設 計 式(141("1iが 使 わ れ 、 他 の ダ ン ハ に あ っ て は 実 験 に よ っ て 確 認 し つ つ 使 用 さ れ て い た
オ イ ノし ダ ン ハ の 設 計 理 論 の た き な 進 展 は 、 関[「 、 浅 見 等 の 研 究 に 虹 っ て も た ら
一4一
マ ッ ク フ ァ ー ソ ン 型
円筒 型
図1.2(a)自 動 車 用 オ イ ル ダ ン パ の 例 (日 本 機 械 学 会 第171回 講 習 会 教 材(昭 和37年)よ り 抜 粋)
一5一
衝 突 事 故 用 緩 衝 装 置
ダ ン パ 取 付 部 説 明 図
枕 ば ね ダ ン パ
軸 ば ね ダ ン パ
車 端 ダ ン パ 左 右 動 ダ ン パ
畑凱追i
醒 置劉
L
同
枕 ば ね ダ ン パ
1̲
一㊨ 、
浜1
璽
e
◎
軸 ば ね ダ ン パ
ダ ンパ 取 付 部 説 明 図
左 右 動 ダ ンパ
油 圧 先 頭 緩 衝 器
図1.2(b)鉄 道 車 両 用 オ イ ル ダ ン パ の 例 (日 本 機 械 学 会 第171回 講 習 会 教 材(昭 和37年)よ り抜 粋)
一6一
さ/1̲、 二き乏拍:̀7で(りH・lgcn‑P{,is(・ufllc河 ごオ1{二L〜 こ)」吏 衛/一ヒr列!低二!了Lノ」べ1各一吾重‡員 りこ1∫塁1!づ くi虫'1斐2乗 上ヒで列 ±型 イゾ ン ノ、Lり見 直 し ルこ/ぐさ 」れ 、 言羊 糸田ノ貢理 百諭 白勺 百ll!究汚{「r;{、オ1/=‑D
そ れ ら め 研 究 ・し 本 研 究 と の 比 較 ほ 、3章 、4章 に て 行 う
粘 弾 性 ダ ン ハ め 歴 史 は 先 に 述 べ た よ ラ に 、 防 振 ゴ ム め 発 展 ・ご深 い 閲 わ り が カ1る ま た 、 粘 弾 性 体 の 物 性 論 的 研 究 は 、1929年 米 国 で レ オ ロ シ ー 学 会 が 設 セ さ れ プ'二二 と か ら ち 推 察 出 来 る よ う に 相 当 一占 い し茜 防 振 ゴ'ム は 、 参 考 文 献(5)の 様 な 先 暦区白勺石升 究 カヨ沌・つ 孟こ1=x,,フう・カ・オ2ら 「ヂ 、 二ξ μノ'「生'贅£(・)うでソ=ゴ」、弓申.十生(ユ ニン トr」 ヒ ー 弓単 ・卜生) に 注 日 し 、 減 衰 効 果 を 積 極 的 に 利 用 し た 粘 弾 性 ノノ ン ハ の 実 用 化 は 比 較 的jfiz:i)̲rr'こ
と と 思 わ れ 、 お そ ら く は 、1960年 代 頃 か ら と 考 え ら オ'1る 〔山1.,)
そ の 後 の 発 展 の 歴 史 は 、 粘 弾 性 体 が 本 来 備 え て い る 減 衰 能 そ の も め を 利 用;亀 る 技 術 に 急 速 な 進 展 が 見 ら れ 、 構 造 物 の 減 衰 材 料 、 騒 音 対 策,レ し て の 磧 層 板 ・\の 利 用 等 が 行 わ れ 、 今 日 に 至 っ て い る1.ii)1川 粘 弾 性 体 の 持 つ 性 質 の う'ら 、 加 硫 ゴ ム の 一〉っ 高 弾 性 の 性 質 を 利 用 す ろ 方 法 に 積 層 ゴ ム が 挙 げ ら れ る 二 の 積 層 ゴ ム ≠, 減 衰 の 性 質 を 兼 れ た 構i造 物 の 支 承 体 と し て 用 い ら れ て い る が 、 本 研 究 で 扱 う 粘 弾 性 体 は ク リ ー フ が 著 し く 、 も っ は ら ダ ン ハ と し て の 使 い 方 で あ る 粘 弾 性 ダ ン ハ の 使 わ れ 方 は 、 米 国 で 主 に 風 対 策 用 と し て 建 築 構 造 物 に 適 用 さ れ て さ た が1漁 、 国 内 で は フ ラ ン ト 機 器(石 油 蒸 留 塔 、 球 形 タ ン ク 等)… の 適 用i'SR1の 他 は 適 用 例 が 少 な か っ た し か し 、 最 近 に な り 粘 弾 性 ダ ン ハ は 、 兵 庫 県 南 部 地 震 の 影 響 も あ
り 、 現 在 構i造 物 用 の 制 振 材 料 と し て 再 び 注 目 さ れ つ つ あ る
最 後 に 本 研 究(り 対 象 で あ る 発 電 方 式 電 磁 ダ ン ハ は 、 う ず 電 流 損 を 利 用 し た 磁 気 ダ ン ハ が ど ち ら か と い え ば 、 減 ・衰係 数 が 小 さ く 、 い わ ば 、 動 吸 振 器 の 一一 要 素 と し て 利 用 さ れ る ケ ー ス が 多 い(;ail㌦ 〔mの に 対 し 、 単 独 で 構 造 物 の 制 振 用 と し て 利 用
さ れ る こ と を 目 的 と し て い る 発 電 方 式 電 磁 ダ ン ハ は 発 電 器 を 利 用 し 、 発 一生す る 電 力 を 消 費 さ せ 減 衰 力 を 得 る タ イ フ で あ る そ の 為 に 電 力 消 費 量 を コ ン ト ロ ー ノし す る こ と に よ り 、 ア ク テ ィ ブ ダ ン ハ や セ ミ ア ク テ ィ ブ ダ ン ハ と し て の 機 能 を 持r、
て い ろ(切 一ll5)こ の ダ ン ハ は 現 在 実 用 化 の 段 階 に あ り 、 実 規 模 の 構 造 物 … の 適 用 が 期 待 さ れ て い る
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1.2ダ ン パ の 種 類 と 応 用 分 野
1.ltお い て 、 オ イ ノレ ダ ン ハ 、 粘 弾 性 ゲ ン ハ お よ び 発 電 方 式 電 磁 ダ ン ハ の 開 発 研 究 の 歴 史 レ 技 鉢テ動 向 に つ い て 概 括 し た ダ ン ハ は 現 在 非 常 に 多 く の 種 類 が あ り 、 そ の 応 用 分 野 汽 多 様 に な 一・て き て い る11fi」 従 っ て こ 二 で は 主 な ダ ン ハ と そ の 応 用 分 野 に つ い て 産 業 機 械 、 構 造 物 を 中 心 に ま と め て み る 表!.1は そ の 結 果 で あ る 本 表 か ら 明 ら か な よ う に 、 ダ ン ハ は1)粘 性 流 体 、 あ る い は 単 純 な 液 体 を 用 い た 油 圧(オ イ ノの ゲ ン ハ 、2)固 体 の 摩 擦 を 利 用 し た 摩 擦(フ リ ク シ ョ ン)ゲ ン ハ 、.,,〉)ゴ ム 、 ゲ ル あ る い は 高 粘 性 体 を 利 用 し た 粘 弾 性(ビ ス コ エ ラ ス テ で ッ ク)ダ ン ハ 、4)材 料 の 主 に 履 歴 減 衰 を 利 用 し た 弾 塑 性(エ ラ ス ト フ ラ ス チ ッ ク)ダ ン ハ 、5)電 磁(エ レ ク ト ロ マ グ ネ テ ィ ッ ク)ダ ン ハ 、 お よ び6)そ の 他 、 複 合 さ れ た 材 料 の 性 質 を 利 用 し た ダ ン ハ に 大 別 さ れ る そ し て 、 こ れ ら6 種 類 の 区 分 の 使 い 分 け は 、 使 用 す る 環 境 、 制 振 対 象 、 耐 久 性 、 経 年 劣 化 性 、 振 動 数 範 囲 等 に よ り 目 的 別 に 決 定 さ れ る 表1.2に こ れ ら の 大 別 さ れ た ダ ン ハ の 区 分 に 従 っ て 適 用 範 囲 を 大 ま か に 表 し た 但 し 細 部 に つ い て は 、 さ ら に 適 用 範 囲 力 拡 大 が 許 さ れ る ダ ン ハ も あ る と 思 わ れ る 図13は 各 種 ダ ン ハ の 使 用 範 囲 に つ い て の 概 要 を 適 用 で き ろ 振 動 数 範 囲 、 製 作 可 能 な 容 量 、 使 用 可 能 な 温 度 範 囲 に つ い て}̀主 か に ま と め た も の で あ る ー一た 図14に ダ ン ハ の 種 類 と 応 用 分 野 示 し た
尚 、 表1.1お よ び 表12の 作 成 に 際 し て は 、 参 考 文 献 リ ス ト に 記 載 さ れ た 内 容 等 を 参 考 に し た が 、 そ れ ら の 詳 細 は 省 略 し た
以 ヒ よ り 明 ら か な 様 に 、 ダ ン ハ に は 多 く の 種 類 と 適 用 分 野 が あ る こ と が 明 ら か で あ る が 、 そ の 中 で 油 圧 ダ ン ハ 、 粘 弾 性 ダ ン ハ 、 電 磁 ダ ン ハ は 適 用 範 囲 も 広 く 汎
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