ダッシュポット
粘性摩擦によって動きに抵抗するダンパー
ダッシュポットを表すために使用される図記号。

ダッシュポットはダンパー[要出典]とも呼ばれ、粘性減衰によって運動に抵抗する機械装置です。[1]結果として生じる力は速度に比例しますが、逆方向に作用し、[2]運動を遅くし、エネルギーを吸収します。運動エネルギーは熱に変換されます。一般的にはバネと組み合わせて使用​​されます。

種類

ダッシュポットの最も一般的な 2 つのタイプは、リニアとロータリーです。

線形ダッシュポット


線形ダッシュポットの簡略化された図。

リニアダッシュポット（またはリニアダンパー）は、並進運動と反対の力を加えるために使用されます。一般的に、ストローク（直線変位量）と減衰係数（速度あたりの力）によって指定されます。

ロータリーダッシュポット

同様に、回転式ダッシュポットは、回転速度に比例したトルクが作用すると抵抗する傾向があります。その減衰係数は通常、角速度あたりのトルクで規定されます。粘性回転式ダッシュポットには2種類あります。[3]

  • ベーン式ダッシュポットは、角度範囲は限られていますが、大きな減衰トルクを発揮します。減衰力は、1枚または複数のベーンが粘性流体中を移動し、調整された開口部から流体を流すことによって発生します。
  • 連続回転ダッシュポットは回転角度に制限はありませんが、減衰係数は小さくなります。これは、ダッシュポットのローターとステーターの動きの差によって粘性流体自体に生じるせん断力によって生じる摩擦を利用しています。

渦電流ダンパー

あまり一般的ではないダッシュポットの一種に渦電流ダンパーがあります。これは、非磁性だが導電性のある材料（アルミニウムや銅など）で作られた管の中に大きな磁石を組み込んだものです。一般的な粘性ダンパーと同様に、渦電流ダンパーは速度に比例した抵抗力を生成します。渦電流ダンパーの一般的な用途は、秤です。これは摩擦のない（ほぼ静止状態にある間）方式であり、秤を素早く静止させることができます。[4] [5] [6] [7]

一方通行の操作

ダッシュポットは、一方向には高速で制限なく動き、反対方向にはダッシュポットを使ってゆっくりと動かすことができるように、一方向の機械式バイパスを頻繁に使用します。これにより、例えばドアを抵抗なく素早く開け、その後はダッシュポットを使ってゆっくりと閉めることができます。油圧式ダッシュポットの場合、この制限のない動きは、流体がダッシュポットの流体絞りをバイパスできるようにする一方向チェックバルブによって実現されます。非油圧式回転式ダッシュポットでは、一方向の自由な動きを可能にするためにラチェットギアが使用される場合があります。

理論

ダッシュポットは、動的システムに減衰を加えるために頻繁に使用されます。システムの設計および解析においては、ダッシュポットは線形であると仮定されることが多く、つまり、出力力Fは速度vに比例します。力の方向は速度と反対であるため、以下の式では負の符号が付きます。比例定数には、多くの場合、記号cが使用されます。 F = − c v {\displaystyle F=-cv}

これにより、調和振動子などのシステムの解析が容易になります。しかし、現実世界のダッシュポットの挙動は非線形であることが多く、力は速度の指数αに比例します。αは0.2から2.0の間で変化します。[8] F = − c v α {\displaystyle F=-cv^{\alpha }}

異なる指数は用途によって適していますが、1以外の指数は微積分ではなく数値解析によって解析する必要があります。非線形ダンパー（1以外の指数）を使用するシステムは、線形ダンパーよりも設計と解析に時間がかかります。

アプリケーション

ゼニス・ストロンバーグ 製キャブレターのダッシュポット

ダッシュポットは、ドアクローザーによく使われる部品で、ドアが勢いよく閉まるのを防ぎます。バネがドアを閉める力を加え、ダッシュポットはリザーバーの間にあるオリフィス（調整可能な場合が多い）を通して流体を流すことで、ドアの動きを遅くします。

民生用電子機器では、メディアアクセスドアやコントロールパネルのドアラッチが解除された際に突然開いてしまうことが望ましくない場合に、ダッシュポットがよく使用されます。ダッシュポットは、アクセスドアが完全に開くまで、安定した穏やかな動きを提供します。

ダッシュポットはショックアブソーバーの重要な部品であり、路面の凹凸によって生じる振動を緩和するために使用されます。[9]

これらはキャブレターにも使用されており、スロットルレバーの戻りをスロットルが完全に閉じる直前に緩和し、その後ゆっくりと完全に閉じることで排出量を削減します。英国製SUキャブレターのメインピストンには段付きニードルが付いています。このニードルは燃料流路に保持されます。マニホールドの負圧によってこのピストンが上昇し、より多くの燃料が空気流に供給されます。SUのダッシュポットには固定式の油圧ピストンがあり、メインピストンが上昇する際にダンピングを行います。ピストン内のバルブが、メインピストンが戻る際にダンピングを解除します。

ダッシュポットは大きな力と高速を制御することができます。例えば、航空母艦の甲板上で蒸気カタパルトを停止させるのに使用されます。

流体を満たしたピストンをゆっくりと排出させることで、リレーの遅延時間を長くすることができます。電気開閉器では、過電流検知機構にダッシュポットを用いることで、短時間の事象に対する反応速度を低下させ、過渡現象時の誤作動を低減しながらも、持続的な過負荷に対する感度を維持することができます。また、電気回路の開閉を遅らせる用途もあります。このようなダッシュポットタイマーは、例えば階段の照明を時間制御で点灯させるのに使用できます。

内燃機関の アンチストール機構は、低回転域でのエンジンのストールを防ぐことを目的としています。アンチストール機構は、ダッシュポットを用いてスロットルの最終閉動作を阻止します。

橋や建物には、地震や風の振動から守るために大型のダッシュポットが設置されています。[10]この用途の典型的な例として、ロンドンのミレニアムブリッジが歩行時に揺れることが判明した後に行われた修理が挙げられます。[11]

粘弾性

ダッシュポットは、筋組織などの粘弾性挙動を示す材料のモデルとして用いられます。粘弾性のマクスウェルモデルとケルビン・フォークトモデルは、それぞれ直列回路と並列回路にばねとダッシュポットを使用します。ダッシュポットを含むモデルは、固体の挙動に粘性の時間依存要素を追加し、クリープや応力緩和などの複雑な挙動をモデル化することを可能にします。

参照

参考文献

  1. ^ オックスフォード英語辞典。オックスフォード大学出版局。ダッシュポット、n . 機械部品に緩やかな下降を生み出すため、または振動や突然の動きを防ぐための装置。ピストンが動く液体が入ったシリンダーまたはチャンバーで構成される。油圧バッファー。
  2. ^ Mark H. Holmes (2009).応用数学の基礎入門. Springer. p. 329.抵抗力は速度に比例する
  3. ^ “Dashpot Types”. www.kinetrol.com . 2021年12月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年8月5日閲覧。
  4. ^ Mike Plissi. 「渦電流減衰実験の最新情報」(PDF)。レーザー干渉計重力波観測所 ( LIGO )。 2010年7月25日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2010年5月29日閲覧。非磁性の導電性チューブ内を動く磁石の動きは減速される。減速力は磁石の粘性減衰の速度に比例する。
  5. ^ Sodano; Bae; Inman; Belvin (2006年6月). 「渦電流ダンパーの改良概念とモデル」(PDF) . Transactions of the ASME . 128 : 294– 302. 2010年7月28日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。この渦電流の発生と消散のプロセスにより、システムは粘性ダンパーとして機能する。
  6. ^ Starin; Neumeister (2001年9月19日～21日). 「渦電流減衰のシミュレーションとモデリング」.第9回欧州宇宙機構・トライボロジーシンポジウム議事録. 480 : 321–326 .書誌コード:2001ESASP.480..321S. ISBN 92-9092-761-5ECDの大きな利点の一つは直線性である。
  7. ^ Henry A. Sodano (2005年5月5日). 「構造振動抑制のための新型渦電流ダンパーの開発」(pdf) . バージニア工科大学. hdl :10919/27677 . 2020年9月26日閲覧.この減衰力は、導体の速度に依存するため、粘性力として説明できます。
  8. ^ Klembczyk, Alan. 流体粘性ダンパー - エンジニアのための一般ガイドライン. Taylor Devices, Inc. p. 17. 2024年10月8日閲覧。
  9. ^ Ankitha, N., Rupa Sri, MRS (2021). ショックアブソーバーの設計と解析. Narasimham, GSVL, Babu, AV, Reddy, SS, Dhanasekaran, R. (編) 機械工学の最近の動向. 機械工学講義ノート. Springer, シンガポール. https://doi.org/10.1007/978-981-15-7557-0_38
  10. ^ Klembczyk, Alan. 流体粘性ダンパー - エンジニアのための一般ガイドライン. Taylor Devices, Inc. p. 21. 2024年10月8日閲覧。
  11. ^ Arup. 「ミレニアムブリッジの挑戦」。2009年1月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年4月22日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)
ウィキメディア コモンズには、ダッシュポットに関連するメディアがあります。
  • Julius O. Smith III (2013年5月18日). 「Dashpot」.物理音響信号処理. CCRMA , スタンフォード大学. 2014年2月18日閲覧。
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