JPH0989042A - 制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可動質量と減衰装置を一体化し構造を単純
化、コンパクト化する。 【解決手段】 軸材１４の外周側に振動を低減するのに
十分な重量を有する鋼製の可動質量１６が摺動可能に嵌
合される。可動質量１６の軸方向中間部を囲むようにリ
ング材２８が配置される。リング材２８の上部寄りの箇
所と上側のフランジ板１８との間及び、リング材２８の
下部寄りの箇所と下側のフランジ板２０との間に、弾性
膜３２が配置される。可動質量１６、フランジ板１８、
２０、リング材２８及び弾性膜３２で区画された空間３
６内に、電気粘性流体Ｌが注入されて貯留されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、梁や床の振動を制
振する制振装置に関し、例えば床下、床上、梁上、梁下
及び梁内に取り付けられて車両の通過等に起因する振動
の制振に使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、振動障害の起こり易い長スパ
ンの梁や床などには、マスダンパ、ダイナミックダンパ
等の動吸振器である制振装置が設置され、この制振装置
で制振できるようにされている。そして、このような制
振装置は、可動質量、ばね要素、減衰装置から構成され
ており、通常、各々の構成要素はそれぞれ独立に構成さ
れている。

【０００３】一方、電圧を印加することにより粘度が瞬
時に変化する電気粘性流体を用いた流体機器が近年提案
されている。この電気粘性流体を制振装置に用いた例と
して、図１０に示すようなものが知られており、この図
に基づいて従来の技術を説明する。

【０００４】この図に示すように、この制振装置１１０
は梁１３０に適用され、またこの制振装置１１０は可動
質量１２４を備え、梁１３０と可動質量１２４との間に
設置されたばね要素であるスプリング１２６によって、
この可動質量１２４が支持されている。また、梁１３０
と可動質量１２４との間には、電気粘性流体Ｌが注入さ
れてこの電気粘性流体Ｌの粘度の変化により減衰量を調
整可能な減衰装置であるダンパ１３２が、設置されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように電
気粘性流体Ｌを使用した制振装置１１０を用いる場合、
電気粘性流体Ｌを封入する容器１３４及び、電気粘性流
体Ｌに電圧を印加する為の電極１３６、１３８などが必
要となる。

【０００６】この為、容器１３４に電気粘性流体Ｌのシ
ール及び電極１３６、１３８が必要とされることから構
造が複雑となると共に、電極間隔を一定化する為に精密
な構造が要求されるので、結果として、可動質量１２
４、スプリング１２６及びダンパ１３２をそれぞれ独立
に構成せざるを得なくなり、制振装置１１０が複雑化、
大型化し易いという欠点がある。

【０００７】また、可動質量と減衰装置がそれぞれ独立
に構成されていると、その間に構造上必要な公差やがた
つきなどが存在し、ミクロンオーダーの微小振動を低減
する場合において、可動質量の動きが減衰装置に伝達さ
れず、その性能を十分に発揮できないという欠点があ
る。さらに、これらの間の連結部分が緩んだり外れたり
する可能性があるという欠点もあった。

【０００８】本発明は、上記事実を考慮し、上記の欠点
を解決することのできる制振装置を提供することが目的
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の制振装
置は、電圧を印加することにより粘度が変化する電気粘
性流体を一対の部材間に介在させて振動を減衰する減衰
装置と、減衰装置の一対の部材の一方とされると共に電
気粘性流体に電圧を印加する電極の一方とされ且つ、振
動を低減するのに十分な重量を有する可動質量と、可動
質量を弾性的に移動可能に支持する弾性部材と、を有す
ることを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の制振装置は、電圧を印加
することにより粘度が変化する電気粘性流体を同軸状に
配置された一対の部材間に介在させて振動を減衰する減
衰装置と、減衰装置の一対の部材の内の内側に位置する
側とされると共に電気粘性流体に電圧を印加する電極の
一方とされ且つ、振動を低減するのに十分な重量を有す
る可動質量と、可動質量を弾性的に移動可能に支持する
弾性部材と、を有することを特徴とする。

【００１１】請求項１に係る制振装置の作用を以下に説
明する。電圧を印加することにより粘度が変化する電気
粘性流体を一対の部材間に介在させる減衰装置が、この
電気粘性流体により振動を減衰する。また、この減衰装
置の一対の部材の一方とされると共に電気粘性流体に電
圧を印加する電極の一方とされる可動質量が、弾性部材
により弾性的に移動可能に支持される。

【００１２】従って、このように減衰装置及び移動可能
な可動質量を一体化することによって、電気粘性流体を
使用した場合でも、制振装置の構造を単純化できると共
に装置全体をコンパクト化できる。

【００１３】また、可動質量と減衰装置が一体的に構成
されてその間にがたつきがないので、ミクロンオーダー
の微小振動を低減する場合でも、その性能を十分に発揮
できる。さらには可動質量と減衰装置との間の連結部分
が緩んだり外れたりする可能性もなくなる。

【００１４】例えば、床、梁、除振台の定盤等の制振す
べき振動対象物に本請求項の制振装置を設置することが
できる。この場合、一方の電極である可動質量と他方の
電極との間に所望の電圧を印加し、電気粘性流体の粘度
を所望の値とすることにより、振幅に対応して減衰定数
を瞬時に変化させることができ、振幅に応じて短時間で
制振を行うことができる。

【００１５】つまり、振動の振幅が大きい時には、電気
粘性流体に電圧を印加して粘度を増し、その後振動の振
幅が小さくなった際には、電圧を下げて（又は電圧の印
加を停止して）電気粘性流体の粘度を低くして、制振を
行うことで、短時間で制振を行うことができる。

【００１６】請求項２に係る制振装置の作用を以下に説
明する。本請求項も請求項１と同様な作用を奏する。但
し、本請求項の制振装置は、減衰装置の一対の部材が同
軸状に配置されると共に、可動質量が一対の部材の内の
内側に配置される構成を有している。

【００１７】この為、可動質量がその外周面全周にわた
って電気粘性流体に面していることになるので、電気粘
性流体に電圧を印加すると、効率良く制振することがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態に係る
制振装置を、図１乃至図６にしたがって説明する。

【００１９】図１及び図２に示すように、本実施の形態
に係る制振装置１０は、制振装置１０の外枠を合成樹脂
等の絶縁材料で構成する円筒形の枠体１２内に、鋼製の
軸材１４が上下方向に沿って延びるように配置されてい
る。

【００２０】この軸材１４の外周側には、円柱状に形成
されると共に振動を低減するのに十分な重量を有する鋼
製の可動質量１６が、軸材１４に摺動可能に嵌合されて
配置されている。この可動質量１６の軸方向両端部に
は、それぞれ円盤状に形成され且つ中央に軸材１４が貫
通する孔部２２が穿設された一対のフランジ板１８、２
０が、可動質量１６の外周面より外周部分が突出した状
態で、ボルト２４のねじ止めにより固定されている。さ
らに、可動質量１６とフランジ板１８、２０との間に
は、Ｏリング２６がそれぞれ配置されていて、これらの
間を封止している。

【００２１】一方、この可動質量１６の軸方向中間部を
囲むように、円環状のリング材２８が配置されており、
このリング材２８より外周側に放射状に複数突出するブ
ラケット２８Ａを介して、リング材２８が枠体１２にボ
ルト３０によりねじ止められて固定されている。

【００２２】このリング材２８の上部寄りの箇所と上側
のフランジ板１８との間及び、リング材２８の下部寄り
の箇所と下側のフランジ板２０との間には、それぞれ薄
肉に円環状に形成されたゴム製の弾性膜３２が配置され
ている。そして、フランジ板１８、２０の外周面及びリ
ング材２８の外周面の上下端寄りの部分に、金属製のベ
ルト３４がそれぞれ弾性膜３２の外周側より巻き付けら
れて、リング材２８とフランジ板１８、２０との間が、
弾性膜３２及びベルト３４により封止されている。

【００２３】さらに、可動質量１６、フランジ板１８、
２０、リング材２８及び弾性膜３２で区画された空間３
６内に、電気粘性流体Ｌが注入されて貯留されている。
従って、同軸状に配置された可動質量１６とリング材２
８との間に電気粘性流体Ｌを介在させることにより、振
動を減衰する減衰装置が構成される。

【００２４】一方、下側のフランジ板２０と枠体１２の
下側壁との間には、弾性部材であってばね要素であるコ
イルスプリング３８が配置されており、このコイルスプ
リング３８が、常時フランジ板２０及びフランジ板２０
と一体的に形成された可動質量１６を上方に付勢してい
て、軸材１４の軸方向に沿って移動可能な可動質量１
６、フランジ板１８、２０及び電気粘性流体Ｌ等の重量
を、弾性的に支持している。

【００２５】また、この電気粘性流体Ｌは、疎水性の微
粒子を電気絶縁油に分散・懸濁させたもので、電圧を印
加すると電圧に応じて極めて速やかに粘度が上昇し、且
つ、可逆的に粘度が下降するものである。粘度を変化さ
せるには直流のみでなく、交流によっても変化させるこ
とができ、少ない消費電力で液体からほぼ固体状態近く
まで変化させることができるものである。

【００２６】つまり、電気粘性流体Ｌに電圧を印加する
と、粒子中の電荷が電圧により移動し、粒子が分極する
ことにより粒子同士に引力が生じ、電極間に粒子が数珠
状に繋がるために粘度が上昇することになる。このよう
な粘度変化は、電場の強さに応じてミリ秒単位で生じ、
センサからの検出信号に応答良く粘度が変化し、温度変
化に対しても粘度の変化は一定であり、−５０°〜＋１
５０°の温度に対してこの電気粘性流体Ｌを用いること
ができる。

【００２７】さらに、この電気粘性流体Ｌに電圧を印加
する為に、リング材２８の内周面には、円環状に形成さ
れた薄肉の金属板からなる電極板４２が、可動質量１６
の軸方向中心部と対向して貼り付けられている。この
為、可動質量１６が電気粘性流体Ｌに電圧を印加する一
方の電極とされ、この電極板４２が他方の電極とされる
ことになる。

【００２８】他方、この制振装置１０は、図３から図５
に示すビルディング５０に用いられている。

【００２９】図３に示すように、このビルディング５０
は、ビルディング５０の床５２を支持する梁であるＨ形
鋼５４を複数備えており、複数のＨ形鋼５４の内の上部
中央に位置するＨ形鋼５４に、制振装置１０が図４に拡
大して示すように複数固定されている。つまり、Ｈ形鋼
５４の上下の横辺５４Ａの間や下側の横辺５４Ａの下側
に、ボルト４４によってそれぞれ制振装置１０を固定す
ることとしている。

【００３０】図４及び図５に示すように、このＨ形鋼５
４の下側には、Ｈ形鋼５４の振動または変位を検出する
センサ６０が取り付けられている。センサ６０は、変位
センサ或いは加速度センサや速度センサ等の振動センサ
等何れであっても良い。なお、センサ６０は１箇所のみ
を示してあるが、センサ６０の数はこれに限定されず、
各制振装置１０に対応してそれぞれの制振装置１０の近
傍に１個づつ配置してもよい。

【００３１】図５に示すように、複数の制振装置１０の
可動質量１６、電極板４２及びセンサ６０は、図示しな
い配線を介して駆動部６２に接続されている。駆動部６
２にはセンサ６０からの検出信号が入力されてパルスを
整形するオン・オフ回路６４、オン・オフ回路６４から
の出力信号を増幅する増幅回路６６、増幅回路６６で増
幅されたパルスを入力して制振装置１０の可動質量１６
及び電極板４２に駆動信号を送出するドライバ６８が設
けられている。なお、本実施の形態では、可動質量１６
が陽極とされ、電極板４２が陰極とされている。

【００３２】センサ６０で検出されたＨ形鋼５４の振動
または変位は適宜処理され、検出された値が一定値以上
の場合に検出信号を出力する。なお、センサ６０が速度
センサの場合に、検出値を微分して加速度を得ることも
でき、センサ６０が加速度センサの場合に、検出値を積
分して速度を得ることもできる。

【００３３】尚、本実施の形態では、１個のセンサ６０
からの信号を基にして複数個の制振装置１０をコントロ
ールしているが、センサ６０を制振装置１０にそれぞれ
対応して設けてそれぞれコントロールしたり、また、２
個のセンサに対して１つ制振装置１０を設ける等して、
複数のセンサから送出される検出信号を入力してコント
ロールするものであっても良い。

【００３４】次に、本実施の形態の作用を説明する。車
両の通過等により生じる振動によりＨ形鋼５４が振動す
ると、センサ６０によりＨ形鋼５４の振動あるいは変位
が検知される。そして、一定値以上の振動あるいは変位
が検出されると、センサ６０から駆動部６２へ検出信号
が送出される。

【００３５】検出信号は、オン・オフ回路６４によりパ
ルスに整形され増幅回路６６で増幅されてドライバ６８
から駆動信号が出力され、電気粘性流体Ｌが間に介在さ
れる可動質量１６と電極板４２との間に、ドライバ６８
により所望の電圧が印加される。

【００３６】この際、減衰装置の一対の部材を可動質量
１６と電極板４２を支持するリング材２８とで構成し、
これらの間に介在する電気粘性流体Ｌで振動を減衰す
る。そして、電気粘性流体Ｌに電圧を印加する電極の一
方とされた可動質量１６が、コイルスプリング３８によ
り弾性的に移動可能に支持されている。

【００３７】従って、移動可能な可動質量１６とリング
材２８と間の空間３６内で電圧の印加された電気粘性流
体Ｌの粘度が増し、制振装置１０の減衰定数が大きくな
り、振幅の大きい振動は短時間で制振され、効率的に振
動が減衰される。

【００３８】また、センサ６０で検出される振動または
変位が一定値以下になると、検出信号の送出が停止さ
れ、制振装置１０の可動質量１６と電極板４２との間に
電圧が印加されなくなる。そして、振幅が小さくなった
振動は、電圧が印加されなくて粘度が低くなった電気粘
性流体Ｌ及びコイルスプリング３８で減衰される。この
ため、振幅の小さい振動も短時間で減衰することができ
る。

【００３９】なお、センサ６０で検知される検知信号を
一定値以上になった場合に電圧を印加させるのみなら
ず、センサ６０で検知される振動の振幅を２段階あるい
は３段階等の所定値として分割し各所定値になったと
き、駆動部６２へ検知信号を出力し、可動質量１６と電
極板４２との間に印加する電圧を変化させ、電気粘性流
体Ｌを印加電圧に応じて所望の粘度に変化せることによ
り減衰を可変させて効率良く減衰を行うようにしても良
い。

【００４０】一方、減衰装置を移動可能な可動質量１６
と一体化することによって、電気粘性流体Ｌを使用した
場合でも、構造を単純化できると共に装置全体をコンパ
クト化できる。この際、減衰装置の可動側部材と可動質
量とは、本来同相で振動をすべきものであり、その両者
を一体とすることに何の支障も生じない。

【００４１】また、可動質量１６と減衰装置が一体的に
構成されてその間にがたつきがないので、ミクロンオー
ダーの微小振動を低減する場合でも、その性能を十分に
発揮できる。さらには可動質量１６と減衰装置との間の
連結部分が緩んだり外れたりする可能性もなくなる。

【００４２】他方、本実施の形態の制振装置１０は、可
動質量１６とリング材２８とが同軸状に配置されると共
に、この内の内側に可動質量１６が位置する構成とされ
ている。この為、可動質量１６がその外周面全周にわた
って電気粘性流体Ｌに面していることになるので、電気
粘性流体Ｌに電圧を印加した場合における電気粘性流体
Ｌの粘度の変化を有効に利用して、効率良く制振するこ
とができる。

【００４３】尚、本実施の形態ではＨ形鋼５４に制振装
置１０を固定したが、図３及び、図３の下部寄りの部分
を拡大した図６に示すように、床５２の上面側或いは床
５２の下面側に固定してもよい。但し、この場合、前述
と同様のセンサ６０（図６上、図示せず）が床５２に設
置され、これら制振装置１０及びこのセンサ６０が、前
述と同様に駆動部６２（図６上、同じく図示せず）に接
続されている。

【００４４】次に、本発明の第２の実施の形態に係る制
振装置を、図７にしたがって説明する。尚、第１の実施
の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付
し、重複した説明を省略する。

【００４５】図７に示すように、本実施の形態に係る制
振装置１０は、振動を低減するのに十分な重量を有する
鋼製の可動質量８２が、軸材１４に摺動可能に嵌合され
ているのでなく、可動質量８２の外周側に設置された円
管状のガイド材８４により案内されて上下動可能な構造
となっている。

【００４６】さらに、この可動質量８２と軸材１４との
間には、外周側が可動質量８２に加硫接着されると共に
内周側がバンド８８により軸材１４に固定されたゴム製
の弾性膜８６が配置されて、これらの間から電気粘性流
体Ｌが漏れないように封止している。

【００４７】そして、コイルスプリング９０がＨ形鋼５
４と可動質量８２とを離間するようにこれらの間に配置
されている。尚、可動質量８２と軸材１４とが本実施の
形態における一対の電極を構成している。

【００４８】従って、円環状の可動質量８２の内周面と
軸材１４との間に電気粘性流体Ｌが介在されるという相
違を有するものの、本実施の形態によっても、第１の実
施の形態と同様な作用を奏する。

【００４９】なお、上記第１及び第２の実施の形態で
は、ビルディング５０に制振装置１０を設置した例に基
づいて説明したが、図８及び図９に示すように、体育
館、ホール等の建造物９２に設置することとしても良
い。

【００５０】この場合、建造物９２の梁９４の上側や梁
９４の下側に、制振装置１０を固定しても良く、また、
梁９４と交差する方向に沿って支持材９６を梁９４に連
結し、この支持材９６の上に制振装置１０を固定しても
良い。

【００５１】そして、このような建造物９２に設置する
場合も、前述と同様のセンサ６０（図８及び図９上、図
示せず）を梁９４或いは支持材９６に設置し、制振装置
１０及びこのセンサ６０が、前述と同様に駆動部６２
（図８及び図９上、同じく図示せず）に接続されてい
る。

【００５２】なお、上記実施の形態では、可動質量を円
柱状或いは円環状としたが、プレート状等の他の形状と
しても良い。一方、上記実施の形態では可動質量を鋼製
としたが、振動を低減するのに十分な重量を有すると共
に、導電性を有する材料を用いたものであれば良く、弾
性部材もコイルスプリングだけでなく、積層ゴム等のゴ
ム材であっても良い。

【００５３】他方、本発明の制振装置はビルディング等
の建物に使用されるだけでなく、車両の通過等に起因す
る振動が生じる橋等の建築、土木などの分野にも適用で
きることは言うまでもなく、一般産業用機械の制振等に
用いてもよいことは勿論である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明した如く本発明の制振装置で
は、可動質量と減衰装置とを一体化することにより、電
気粘性流体を使用した場合でも構造を単純化できると共
に装置全体をコンパクト化できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制振装置の断
面図である。

【図２】図１の２−２矢視線断面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る制振装置が適
用されたビルディングの断面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る制振装置が設
置されたＨ形鋼の拡大斜視図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る制振装置が設
置されたＨ形鋼の拡大断面図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態に係る制振装置が設
置されたビルディング内を拡大して表す斜視図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る制振装置の断
面図である。

【図８】本発明の実施の形態に係る制振装置が適用され
た建造物の断面図である。

【図９】本発明の実施の形態に係る制振装置が設置され
た建造物の梁の拡大斜視図である。

【図１０】従来の制振装置の断面図である。

【符号の説明】

１０ 制振装置 １６ 可動質量 ２８ リング材 ３８ コイルスプリング ４２ 電極板 ８２ 可動質量 ９０ コイルスプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 靖 東京都小平市小川東町３−１−１ 株式会 社ブリヂストン内 (72)発明者 藤田 聡 東京都杉並区荻窪１−34−14 (72)発明者 坂本 隆宏 東京都千代田区神田錦町２−２ 東京電機 大学内 (72)発明者 荒水 照夫 東京都千代田区神田錦町２−２ 東京電機 大学内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧を印加することにより粘度が変化す
   る電気粘性流体を一対の部材間に介在させて振動を減衰
   する減衰装置と、 減衰装置の一対の部材の一方とされると共に電気粘性流
   体に電圧を印加する電極の一方とされ且つ、振動を低減
   するのに十分な重量を有する可動質量と、 可動質量を弾性的に移動可能に支持する弾性部材と、 を有することを特徴とする制振装置。
2. 【請求項２】 電圧を印加することにより粘度が変化す
   る電気粘性流体を同軸状に配置された一対の部材間に介
   在させて振動を減衰する減衰装置と、 減衰装置の一対の部材の内の内側に位置する側とされる
   と共に電気粘性流体に電圧を印加する電極の一方とされ
   且つ、振動を低減するのに十分な重量を有する可動質量
   と、 可動質量を弾性的に移動可能に支持する弾性部材と、 を有することを特徴とする制振装置。