JP5865686B2 - 制振装置及び屋外作業機 - Google Patents

Description

本発明は、対象物の振動を抑制する制振装置、及びこの制振装置が設けられる屋外作業機に関するものである。

従来から制振装置の一例として、建築構造物に取り付けられ、水平方向の振動を減衰させるもの（いわゆるＴＭＤ：Ｔｕｎｅｄ Ｍａｓｓ Ｄｕｍｐｅｒ）がある。

このＴＭＤを適用する場合、建物の固有振動数をあらかじめ推定し、これに合わせてＴＭＤの固有振動数を一致させたり、固有振動数の最も近いものを選定しておく等のチューニングが行われる（特許文献１参照）。

特開２００５−１８８２７２号公報

例えばビル等の解体現場において使用される屋外作業機は、解体現場等でコンクリートの粉砕等を行う作業時に上下方向の振動が発生する。

前記の建築構造物に設けられる制振装置は、対象物の水平方向の揺れを抑える構造であり、上記の屋外作業機に発生する上下方向の振動を抑えることができない。

また、屋外作業機に設けられる制振装置として、複数のマス（重り）を上下方向に並んで設けると、装置が大型化し、限られたスペースに設置することが難しいという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、幅広い振動数帯域で上下方向について制振効果が得られる制振装置及び屋外作業機を提供することを目的とする。

本発明は、対象物の振動を抑制する制振装置であって、所定の質量を有する主マスと、この主マスを対象物に連結する主バネと、主マスより小さい質量を有する副マスと、この副マスを主マスに連結する副バネと、主マスと対象物の間に介装される主ダンパと、を備え、主マスに副マスを収容する主マス収容凹部が形成され、副マスに主ダンパを貫通させる副マス貫通穴が形成され、主ダンパが主マスの重心と副マスの重心とをそれぞれ通る中心線上に配置され、主マスと副マスがそれぞれ上下方向に振動する構成とした。
また、本発明は、対象物の振動を抑制する制振装置であって、所定の質量を有する主マスと、主マスを対象物に連結する主バネと、主マスより小さい質量を有する副マスと、副マスを主マスに連結する副バネと、主マスの下面に結合される副ベース台と、副ベース台の上に立設される副支柱と、を備え、主マスに副マスを収容する主マス収容凹部が形成され、副マスに副支柱を貫通させる副マス支持穴が形成され、副バネは、副支柱を貫通させるコイル状に形成され、副マスと副ベース台の間に介装され、主マスと副マスがそれぞれ上下方向に振動する構成とした。

本発明によると、制振装置は、主マスと副マスの振動系により複数の***振点をつくり、幅広い振動数帯域で上下方向について制振効果が得られる。

制振装置は、副マスが主マス収容凹部に収容されることにより、副マスによって装置が大型化することを抑えられ、小型化がはかれる。

本発明の実施形態を示す屋外作業機の側面図。 同じく制振装置の平面図及び側面図。 同じく制振装置の断面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、屋外作業機１の概略構成を示す側面図である。屋外作業機１は、例えば土木の掘削、コンクリートの粉砕等を行う大型の機械である。

屋外作業機１は、走行するクローラ２と、操縦席が設けられるキャビン３と、このキャビン３の背後に設けられるカウンタウェイト７と、掘削作業等を行うブーム４、アーム５及びバケット６とを備える。このブーム４、アーム５及びバケット６は、それぞれ図示しない油圧シリンダによって駆動される。

カウンタウェイト７は、作業中に屋外作業機１が転倒しないようバランスを保つための重りであり、例えば５０００ｋｇ程度の質量をもつ。

カウンタウェイト７の上に制振装置１０が設置され、この制振装置１０によって屋外作業機１が作業時に発生する振動を抑えられる。

図２の（ａ）は、制振装置１０を上方から見た平面図であり、（ｂ）は制振装置１０の側面図である。図３は図２の（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

制振装置１０は、所定の質量（例えば４００〜５００ｋｇ）を有する主マス２０と、この主マス２０をカウンタウェイト７（制振対象）に連結する一対の主バネ３０と、主マス２０の振動を減衰する主ダンパ４０と、主マス２０より小さい所定の質量（例えば数１００ｋｇ）を有する副マス５０と、この副マス５０を主マス２０に連結する一対の副バネ６０を主体として、上下方向の振動を幅広い周波数帯（例えば４．９〜５．５Ｈｚ）で減衰する多段並列ＴＭＤが構成される。

カウンタウェイト７の上面には主ベース台１１が結合され、この主ベース台１１の上面には一対の主支柱１３が主取付座１２を介して立設される。各主支柱１３は、それぞれ上下方向（略鉛直方向）に延びる円柱状に形成され、その下端部が主取付座１２に結合される。

主マス２０は、各主支柱１３にリニアボールベアリング７１を介して上下方向について移動可能に支持される。主マス２０の両端部に上下方向に延びる主マス支持穴２３が形成され、この主マス支持穴２３に主支柱１３を軸方向に移動可能に支持するリニアボールベアリング７１が介装される。

なお、図２の（ｂ）に２点鎖線で示すように、主マス２０の端面を移動可能に支持するリニアガイド７２を主取付座１２上に固定して設けてもよい。これにより、主マス２０を上下方向について移動可能に支持する部位の剛性を高められる。

主バネ３０は、コイル状に形成され、その内側に主支柱１３を貫通させる。主バネ３０は、主取付座１２と主マス２０の間に圧縮して介装され、その下部が主取付座１２の穴１２ａに嵌合し、その上部が主マス支持穴２３の段付き大径部に嵌合する。主マス２０は、その重量が主バネ３０の弾性復元力によって支持され、主バネ３０を伸縮させて上下方向に振動するようになっている。

主支柱１３の上端には鍔部１３ａが形成され、この鍔部１３ａの下面に主クッションゴム１５が設けられる。円盤状の主クッションゴム１５は、ゴム材によって形成され、所定の厚さを有する。主マス２０は、上方に所定のストロークを超えて変位すると、その上面が主クッションゴム１５に当接し、主クッションゴム１５を圧縮してその変位が規制される。

主マス２０と副マス５０は、それぞれ直方体の外形を有する。主マス２０の中央部に副マス５０を収容する主マス収容凹部２１が形成される。主マス収容凹部２１は、副マス５０の外形より大きい直方体の空間を画成する。副マス５０は、主マス収容凹部２１の内壁面に対して間隙をもって収容される。

主マス２０の下面には副ベース台２５が結合され、この副ベース台２５の上面には一対の副支柱２７が副取付座２６を介して立設される。各副支柱２７は、それぞれ上下方向に延びる円柱状に形成され、その下端部が副取付座２６に結合される。

副マス５０は、２本の副支柱２７にリニアボールベアリング７５を介して上下方向について移動可能に支持される。副マス５０は、その両端部に上下方向に延びる副マス支持穴５３が形成され、各副マス支持穴５３には副支柱２７を軸方向に移動可能に支持するリニアボールベアリング７５が介装される。

副バネ６０は、コイル状に形成され、その内側に副支柱２７を貫通させる。副バネ６０は、副取付座２６と副マス５０の間に圧縮して介装され、その下部が副取付座２６の穴２６ａに嵌合し、その上部が副マス支持穴５３の段付き大径部に嵌合する。副マス５０は、その重量が副バネ６０の弾性復元力によって支持され、副バネ６０を伸縮させて上下方向に振動するようになっている。

副マス５０の上面には副クッションゴム１６が設けられる。副クッションゴム１６は、ゴム材によって所定の厚さを有する円盤状に形成される。副マス５０は、上方に所定のストロークを超えて変位すると、その上面が副クッションゴム１６に当接し、副クッションゴム１６を圧縮してその変位が規制される。

副マス５０は、その中央部に主ダンパ４０が貫通する副マス貫通穴５１が形成される。主ダンパ４０は、副マス貫通穴５１の内壁面に対して間隙をもって貫通する。

主ダンパ４０は、シリンダ４１と、このシリンダ４１から突出するピストンロッド４２とを備え、これらが伸縮作動するのに伴ってシリンダ４１に充填された作動油が減衰弁（図示せず）を流れ、主マス２０の振動を抑える減衰力を発生する。主ダンパ４０は、シリンダ４１の下端部がブラケット４３を介して主ベース台１１に連結され、ピストンロッド４２の上端部がブラケット４４を介して主マス２０に連結され、主マス２０の上下動に連動して伸縮作動する。

図２、図３において、線Ｏは、主マス２０の重心と副マス５０の重心とをそれぞれ通って上下方向（略鉛直方向）に延びる主マス２０と副マス５０の中心線である。

主マス２０は、その外形及び主マス収容凹部２１等が中心線Ｏについて対称的に形成される。

副マス５０は、その外形及び副マス貫通穴５１等が中心線Ｏについて対称的に形成される。

主ダンパ４０は、中心線Ｏと同軸上に延びるように配置され、中心線Ｏ上にて伸縮作動する。

制振装置１０は、カウンタウェイト７の振動が主バネ３０を介して主マス２０に入力され、主マス２０が各主支柱１３に案内されて上下方向に固有振動するとともに、主マス２０の振動が副バネ６０を介して副マス５０に入力し、副マス５０が各副支柱２７に案内されて上下方向に固有振動する。主マス２０の振動に伴って、主ダンパ４０が伸縮作動して減衰力を発生し、主マス２０の振動エネルギが吸収される。主マス２０が主クッションゴム１５に当接すると、主クッションゴム１５が伸縮して減衰力を発生し、主マス２０の振動エネルギが吸収される。副マス５０の振動に伴って、副マス５０が副クッションゴム１６に当接すると、副クッションゴム１６が伸縮して減衰力を発生し、副マス５０の振動エネルギが吸収される。

制振装置１０は、副バネ６０を介して副マス５０が主マス２０に連結されることにより、主マス２０の振動系の質量を稼ぐとともに、副マス５０の振動系により複数の***振点をつくり、幅広い振動数帯域で制振効果が得られる。

主マス２０、副マス５０の質量、主バネ３０、副バネ６０のバネ力等は、制振効果を得る振動周波数に応じて任意に設定される。

以上のように、本実施形態では、対象物（カウンタウェイト７）の振動を抑制する制振装置１０であって、所定の質量を有する主マス２０と、この主マス２０を対象物（カウンタウェイト７）に連結する主バネ３０と、主マス２０より小さい質量を有する副マス５０と、この副マス５０を主マス２０に連結する副バネ６０とを備え、主マス２０に副マス５０を収容する主マス収容凹部２１が形成され、主マス２０と副マス５０がそれぞれ上下方向に振動する構成とした。

上記構成に基づき、制振装置１０は、主マス２０と副マス５０の振動系により複数の***振点をつくり、幅広い振動数帯域で制振効果が得られる。

制振装置１０は、副マス５０が主マス収容凹部２１に収容されることにより、副マス５０によって装置が大型化することを抑えられ、小型化がはかれる。

本実施形態では、主マス２０と対象物（カウンタウェイト７）の間に介装される主ダンパ４０を備え、副マス５０に主ダンパ４０を貫通させる副マス貫通穴５１が形成され、主ダンパ４０が主マス２０の重心と副マス５０の重心とをそれぞれ通る中心線Ｏ上に配置される構成とした。

上記構成に基づき、主ダンパ４０を主マス２０の重心と副マス５０の重心とをそれぞれ通る中心線Ｏ上に配置することが可能となり、主マス２０と副マス５０に偏荷重が働くことがなく、一本の主ダンパ４０によって主マス２０の振動が有効に抑制される。

主ダンパ４０が副マス５０の副マス貫通穴５１を貫通し、主マス収容凹部２１に収容されるため、雨やダストから保護され、円滑な作動が維持される。

本実施形態では、対象物（カウンタウェイト７）の上に立設される主支柱１３とを備え、主マス２０に主支柱１３を貫通させる主マス支持穴２３が形成され、主バネ３０は、主支柱１３を貫通させるコイル状に形成され、主マス２０と対象物（カウンタウェイト７）の間に介装される構成とした。

上記構成に基づき、主支柱１３と主バネ３０が内外に並んで主マス２０と主ベース台１１の間に収められ、制振装置１０の小型化がはかれる。

本実施形態では、主マス２０の下面に結合される副ベース台２５と、この副ベース台２５の上に立設される副支柱２７とを備え、副マス５０に副支柱２７を貫通させる副マス支持穴５３が形成され、副バネ６０は、副支柱２７を貫通させるコイル状に形成され、副マス５０と副ベース台２５の間に介装される構成とした。

上記構成に基づき、副支柱２７と副バネ６０が内外に並んで副マス５０と副ベース台２５の間にて収められ、制振装置１０の小型化がはかれる。

本実施形態では、走行するクローラ２と、操縦席が設けられるキャビン３と、このキャビン３の背後に重りとして設けられるカウンタウェイト７とを備える屋外作業機１であって、対象物としてカウンタウェイト７の上に制振装置１０が設けられる構成とした。

屋外作業機１は、制振装置１０が重量の大きいカウンタウェイト７に生じる上下方向の振動を抑えるため、屋外作業機１の作業時に発生する振動が近隣に伝わることを有効に防止できる。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の制振装置は、前記の屋外作業機に限らず、他の機械、設備等に利用できる。

１ 屋外作業機
２ クローラ
３ キャビン
７ カウンタウェイト（対象物）
１０ 制振装置
１１ 主ベース台
１３ 主支柱
２０ 主マス
２１ 主マス収容凹部
２３ 主マス支持穴
２５ 副ベース台
２７ 副支柱
３０ 主バネ
４０ 主ダンパ
５０ 副マス
５１ 副マス貫通穴
５３ 副マス支持穴
６０ 副バネ

Claims (4)

1. 対象物の振動を抑制する制振装置であって、
   所定の質量を有する主マスと、
   前記主マスを前記対象物に連結する主バネと、
   前記主マスより小さい質量を有する副マスと、
   前記副マスを前記主マスに連結する副バネと、
   前記主マスと前記対象物の間に介装される主ダンパと、を備え、
   前記主マスに前記副マスを収容する主マス収容凹部が形成され、
   前記副マスに前記主ダンパを貫通させる副マス貫通穴が形成され、
   前記主ダンパが前記主マスの重心と前記副マスの重心とをそれぞれ通る中心線上に配置され、
   前記主マスと前記副マスがそれぞれ上下方向に振動することを特徴とする制振装置。
2. 前記対象物に立設される主支柱を備え、
   前記主マスに前記主支柱を貫通させる主マス支持穴が形成され、
   前記主バネは、
   前記主支柱を貫通させるコイル状に形成され、
   前記主マスと前記対象物の間に介装されることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
3. 対象物の振動を抑制する制振装置であって、
   所定の質量を有する主マスと、
   前記主マスを前記対象物に連結する主バネと、
   前記主マスより小さい質量を有する副マスと、
   前記副マスを前記主マスに連結する副バネと、
   前記主マスの下面に結合される副ベース台と、
   前記副ベース台の上に立設される副支柱と、を備え、
   前記主マスに前記副マスを収容する主マス収容凹部が形成され、
   前記副マスに前記副支柱を貫通させる副マス支持穴が形成され、
   前記副バネは、
   前記副支柱を貫通させるコイル状に形成され、
   前記副マスと前記副ベース台の間に介装され、
   前記主マスと前記副マスがそれぞれ上下方向に振動することを特徴とする制振装置。
4. 走行するクローラと、
   操縦席が設けられるキャビンと、
   前記キャビンの背後に重りとして設けられるカウンタウェイトと、を備える屋外作業機であって、
   前記対象物としての前記カウンタウェイトの上に請求項１から３のいずれか一つに記載の前記制振装置が設けられることを特徴とする屋外作業機。

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