JP3752926B2

JP3752926B2 - 建築構造物用の能動型動的吸振器

Info

Publication number: JP3752926B2
Application number: JP31582299A
Authority: JP
Inventors: 正彦長澤; 正明平野
Original assignee: Tokai Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: JP2001132270A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、住宅等の建築構造物に対する副振動系を構成して、主振動系たる建築構造物に対して制振効果を発揮し得る建築構造物用の動的吸振器に係り、特に、マス部材に水平方向の加振力を及ぼす加振手段を設けることによって、能動的な制振効果を発揮するようにした建築構造物用の能動型動的吸振器に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
一般住宅や事務所等の建築構造物では、交通振動等の外力が加振力として作用することによって水平方向の振動が発生する場合がある。特に、近年では、一般住宅等でも、木造や軽量鉄骨構造等によって二階建てや三回建てが多くなってきており、それらの住宅等では、構造上、二階や三階の振動が大きくなり易いために、交通振動による微振動が、例えば就寝時や就業時における不快振動や不快騒音等の原因として問題となってきている。
【０００３】
ところで、建築構造物用の制振装置としては、従来、高層ビルやタワー等の高層建築物の揺れを軽減するためのものが幾つか提案されており、例えば、特開平８−３３８４６７号公報には、建築構造物に対してゴムマウントを介して本体マス部材を弾性支持せしめることによって構成されたパッシブ型（受動型）の動的吸振器が開示されている。ところが、このようなパッシブ型の動的吸振器では、防振すべき特定の振動に対して未だ十分な制振効果を得ることが難しい場合があった。そこで、パッシブ型の動的吸振器を構成する本体マス部材に対して、水平方向の加振力を及ぼす加振手段を設け、該加振手段によって本体マス部材に及ぼされる加振力を、防振すべき振動に応じて制御することによって能動的な制振効果を得るようにした能動型動的吸振器が提案されている。例えば、特開平２−３００４７８号公報や特開平９−４１７１４号公報等に記載のものがそれである。
【０００４】
しかしながら、上記公報等に記載された従来構造の能動型動的吸振器においては、何れも、本体マス部材に対して、リニアベアリング等の摺動機構を介して相対移動可能に支持せしめた付加マス部材を、電動モータで駆動せしめられるボールねじ機構等によって相対変位せしめる構造とされていることから、摺動機構やボールねじ機構に対して摩耗による作動不良や損傷が発生し易いという問題があった。特に、高層建築物における地震時の制振など、作動頻度が少ない場合はそれ程大きな問題とならないが、交通振動の制振など、略常時作動させると、摺動機構やボールねじ機構の疲労や摩耗が非常に大きな問題となり易い。
【０００５】
また、電動モータで駆動されるボールねじ機構等によって付加マス部材を変位させる従来構造の能動型動的吸振器においては、付加マス部材を高い周波数で加振することが極めて難しく、そのために、高層建築物の制振など、数Hz以下の低周波振動の制振には有効であるものの、一般住宅などの小型建築物では、一般に防振すべき振動周波数がそれより高いために、有効な制振効果を得ることが難しいという問題もあった。
【０００６】
しかも、従来構造の能動型動的吸振器においては、リニアベアリング等の摺動機構や電動モータ、ボールねじ機構などと、複雑な部品が多く必要とされるために、その構造が複雑で、製造や設置が難しいことに加えて、吸振器のサイズが大形化し易く、例えば小型建築物等では設置スペースの確保が難しいという問題もあったのである。
【０００７】
なお、このような問題に鑑み、特開平９−２５６６７５号公報には、ボイスコイルタイプのリニアモータを、本体マス部材と建築構造物の構造材の間に介装せしめて、該リニアモータの電磁力に基づく加振力を本体マス部材に直接に及ぼすようにした構造も提案されている。しかしながら、ボイスコイルタイプのリニアモータで本体マス部材を直接に加振変位させようとすると、非常に大きな駆動電力が必要となり、大がかりな給電系が必要とされると共に、消費エネルギ（電力）が大きく、また発熱等が問題となるおそれがある等といった不具合があった。
【０００８】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、構造が簡単且つコンパクトであり、電力等の消費エネルギも小さく抑えられて、一般住宅等の小型建築物にも好適に採用され得る、新規な構造の建築構造物用の能動型動的吸振器を提供することにある。
【０００９】
【解決手段】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様は、可能な限り任意の組み合わせで採用することが出来る。また、本発明の態様および技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載され、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきである。
【００１０】
先ず、本発明の第一の態様は、建築構造物に対して弾性支持部材を介して本体マス部材を弾性支持せしめることにより動的吸振器を構成すると共に、該本体マス部材に水平方向の加振力を及ぼす加振手段を設けた建築構造物用の能動型動的吸振器において、第一の取付部材と第二の取付部材を相互に離間配置せしめて、それら両取付部材を本体ゴム弾性体によって弾性連結する一方、該本体ゴム弾性体で壁部の一部が構成されて非圧縮性流体が封入された流体室を形成すると共に、該流体室の壁部の別の一部を加振部材で構成し、該加振部材を加振駆動する駆動手段を設けて、該加振部材を加振変位させることにより、該流体室に圧力変化を生ぜしめて該第一の取付部材と該第二の取付部材の間に相対的な加振力を及ぼすようにして、該流体室において、該加振部材の加振変位に伴って流体流動が生ぜしめられる流体流路を形成すると共に、該流体流路を流動せしめられる流体の共振周波数を、前記建築構造物において防振すべき振動周波数と略同じにチューニングした流体封入式マウントを用い、該流体封入式マウントにおける該第一の取付部材と該第二の取付部材の何れか一方を前記本体マス部材に取り付ける一方、それら第一の取付部材と第二の取付部材の他方を該建築構造物の構造材に取り付けることにより、かかる流体封入式マウントによって前記加振手段を構成したことを、特徴とする。
【００１１】
このような本態様に従う構造とされた能動型動的吸振器においては、本体マス部材が弾性支持部材を介して建築構造物に弾性支持されることにより、本体マス部材と弾性支持部材によって建築構造物に対する副振動系として作用する一つの振動系（受動振動系）が構成されていると共に、この受動振動系の本体マス部材に対して、流体封入式マウントによる加振力が及ぼされるようになっており、流体封入式マウントを加振制御することによって、受動振動系が加振制御されるようになっている。
【００１２】
それ故、建築構造物において防振すべき振動に応じて流体封入式マウントを加振制御せしめて、受動振動系に加振力を及ぼすことにより、かかる受動振動系の振動によって、建築構造物における振動を相殺等せしめて抑制することが出来るのである。
【００１３】
そこにおいて、本態様に従う構造とされた能動型動的吸振器においては、受動振動系に加振力を及ぼす加振手段として、内部に非圧縮性流体が封入された特定の流体封入式マウントを採用したことにより、該流体封入式マウントにおける封入流体の流動作用や流体圧作用を利用して、受動振動系を構成する本体マス部材に対して有効な加振力を小さな消費エネルギで効率的に及ぼすことが可能となる。しかも、かかる能動型動的吸振器においては、リニアベアリングやボールねじ等の複雑な機構が必要とされることがなく、部材同士の直接当接によって荷重や力の伝達を行なう必要もないことから、コンパクトで簡単な構造をもって、優れた耐久性と安定した作動性が発揮され得るのである。
【００１４】
なお、本態様に係る能動型動的吸振器において、流体封入式マウントの加振部材を加振駆動する駆動手段としては、可動部材を目的とする周期で加振変位されるものであれば良いが、特に、発生加振力や加振周波数等の制御の容易性から、電気信号によって作動制御可能なものが望ましく、具体的には、例えば、コイルと永久磁石を用いた電磁力式のアクチュエータや、コイルと磁性材乃至は永久磁石を用いた磁力式のアクチュエータの他、磁歪素子や電歪素子を用いたアクチュエータ等が好適に採用される。また、流体封入式マウントにおける加振部材は、例えば、流体室の流体密性を確保しつつ、第二の取付部材等によって変位可能に支持されて、流体室の壁部の一部を構成する構造をもって有利に形成され得、具体的には、例えば、流体室の壁部の一部を構成する可動ゴム板や、外周縁部が第二の取付部材等に流体密に弾性連結された硬質の可動板等によって形成されて、それら可動ゴム板や可動板に対して加振手段の加振駆動力が及ぼされるようにされる。
【００１５】
また、受動振動系を構成する本体マス部材としては、耐久性や強度と比重等を考慮して、例えば、鉄系や鉛系などの金属材が有利に採用される。また、本体マス部材を弾性支持せしめる弾性支持部材としては、金属ばねやゴム弾性体等が好適に採用され得、例えば、特開平８−３３８４６７号公報や特開平１０−８２４４９号公報等に記載されているように、補強板とゴム弾性層を積層することによって大きな耐荷重性と小さな水平剛性を付与したゴムマウントなどが採用可能である。更にまた、第一の取付部材と第二の取付部材の相対変位方向を制限するガイド機構も、採用可能であり、それによって、流体封入式マウントによって生ぜしめられる加振力、ひいては能動型動的吸振器における制振特性の更なる安定化が図られ得る。
【００１６】
また、本態様においては、流体流路を流動せしめられる流体の共振作用に基づいて、加振手段によって加振部材に及ぼされる加振力を大幅に増幅させて、第一の取付部材と第二の取付部材の間に大きな加振力を生ぜしめることが出来るのであり、以て、受動振動系を構成する本体マス部材をより一層効率的に加振することが可能となるのである。
【００１７】
また、本発明の第二の態様は、前記第一の態様に従う構造とされた能動型動的吸振器において、前記流体封入式マウントの前記流体室を、前記本体ゴム弾性体で壁部の一部が構成されて圧力変化に基づいて前記第一の取付部材と前記第二の取付部材の間に加振力を直接に及ぼす主液室と、壁部の一部が可撓性膜で構成されて容積変化が容易に許容される平衡室を含んで構成し、それら主液室と平衡室を相互に連通する第一の流体流路を形成すると共に、該主液室に対して前記加振部材の加振変位に基づく圧力変化が及ぼされるようにしたことを、特徴とする。このような本態様においては、第一の流体流路を流動せしめられる流体の共振作用に基づいて、加振部材の変位に伴って主液室に生ぜしめられる圧力変化が増大されるのであり、それ故、加振手段によって加振部材に及ぼされる加振力をより効率的に増幅させて、第一の取付部材と第二の取付部材の間に大きな加振力を生ぜしめることが出来るのである。なお、より有効な加振力の増幅効果を得るためには、第一の流体流路を流動せしめられる流体の共振周波数を、建築構造物において防振すべき振動周波数と略同じに設定することが望ましい。
【００１８】
また、本発明の第三の態様は、前記第一又は第二の態様に従う構造とされた能動型動的吸振器において、前記流体封入式マウントの前記流体室を、前記本体ゴム弾性体で壁部の一部が構成されて圧力変化に基づいて前記第一の取付部材と前記第二の取付部材の間に加振力を直接に及ぼす主液室と、壁部の一部が前記加振部材で構成されて該加振部材の加振変位に基づいて圧力変化が直接に生ぜしめられる副液室を含んで構成し、それら主液室と副液室を相互に連通する第二の流体流路を形成したことを、特徴とする。このような本態様においては、第二の流体流路を流動せしめられる流体の共振作用に基づいて、加振部材の加振によって副液室に生ぜしめられる圧力変化が増幅されて主液室に及ぼされるのであり、それ故、加振手段によって加振部材に及ぼされる加振力を効率的に増幅させて、第一の取付部材と第二の取付部材の間に大きな加振力を生ぜしめることが出来るのである。なお、より有効な加振力の増幅効果を得るためには、第二の流体流路を流動せしめられる流体の共振周波数を、建築構造物において防振すべき振動周波数と略同じに設定することが望ましい。
【００１９】
また、本発明の第四の態様は、前記第一乃至第三の何れかの態様に従う構造とされた能動型動的吸振器において、前記流体封入式マウントを複数用い、前記本体マス部材に対して、互いに直交する二つの水平方向で加振力が及ぼされるように、それら複数の能動型制振器を装着せしめたことを、特徴とする。このような本態様に従えば、一つの本体マス部材からなる能動型動的吸振器により、建築構造物において特に問題となり易い、互いに直交する二つの水平方向の振動に対して、何れも、能動的な制振効果を有効に発揮せしめることが出来るのである。なお、本体マス部材に対して互いに直交する二つの水平方向で相対変位力を及ぼす各流体封入式マウントにおける加振手段を、同時に作動させると共に、両マウントにおける発生力を相対的に調節すれば、それら複数の流体封入式マウントにおける発生力の合力として、本体マス部材に対して各種の水平方向の加振力を及ぼすことも可能であり、それによって、建築構造物で問題となる振動方向が変化した場合や、三つ以上の水平方向振動に対して制振効果が要求される場合等においても、有効な制振力を得ることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の第五の態様は、前記第一乃至第四の何れかの態様に従う構造とされた能動型動的吸振器において、前記建築構造物における防振すべき振動に対応した参照信号に基づいて、前記流体封入式マウントにおける前記駆動手段の作動を制御する制御信号を生成する能動型制御装置を有することを、特徴とする。即ち、このような能動型制御装置を採用することによって、能動型動的吸振器において本体マス部材で構成された受動振動系を、建築構造物の振動状態に応じて高精度に加振制御せしめて、能動的な制振効果を安定して得ることが出来るのであり、建築構造物の振動状態が変化した場合でも、それに高精度に且つ速やかに対応して、有効な制振効果を得ることが可能となる。なお、かかる能動型制御装置による制御手法としては、例えば、建築構造物における振動が零に近づくように流体封入式マウントの駆動手段をフィードバック制御する他、予め得られたマップデータ等に基づいて、かかる駆動手段をフィードフォワード的に制御することも可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００２２】
先ず、図１及び図２には、本発明の第一の実施形態としての一般住宅用の能動型動的吸振器１０の全体概略構成が示されている。かかる動的吸振器１０は、それ自体が建築構造物に対する受動型制振器となる受動振動系１２と、該受動振動系１２に水平方向の加振力を及ぼす加振手段としての流体封入式マウント１４を含んで構成されており、流体封入式マウント１４により、建築構造物において防振すべき振動に対応した加振力を受動振動系１２に及ぼすことにより、全体として、建築構造物における振動を相殺的乃至は干渉的に抑制するようになっている。
【００２３】
より詳細には、受動振動系１２は、建築構造物としての一般住宅の構造材１６に対して、本体マス部材としての本体マス１８が、弾性支持部材としての複数のゴムマウント２０で弾性支持されることによって構成されている。本体マス１８は、鉄系金属等の高比重材で形成されており、本実施形態では矩形ブロック形状を有している。また、ゴムマウント２０は、互いに離間して対向配置された両側取付金具２２，２４が、それらの対向面間に配設されたゴムブロック２６によって弾性的に連結された構造とされている。そして、合計四個のゴムマウント２０が、構造材１６と本体マス１８の鉛直方向対向面間に配されて、本体マス１８の四隅部分に配設されている。また、各ゴムブロック２６は、取付金具２２，２４の対向方向に延びる弾性中心軸が略鉛直方向に延びる状態で、一方の取付金具２２が本体マス１８に固着されると共に、他方の取付金具２４が構造材１６に固着されており、以て、四個のゴムマウント２０により、本体マス１８が構造材１６に対して弾性的に支持されている。
【００２４】
なお、各ゴムマウント２０においては、例えば、ゴムブロック２６の中心軸方向に離間して複数枚の補強板を埋設固着することも可能であり、それによって、本体マス１８の水平方向の支持ばね剛性の著しい増大を回避しつつ、鉛直方向での本体マス１８の支持強度を有利に確保することが出来る。
【００２５】
また、本実施形態では、ゴムブロック２６の質量や、各ゴムマウント２０のばね特性を調節することによって、かかる受動振動系１２における水平方向の共振周波数が、建築構造物において防振すべき振動の周波数、例えば２〜１０Hz程度の交通振動等に対応するようにチューニングされている。更にまた、かかる受動振動系１２は、鉛直方向に延びる弾性主軸が本体マス１８の略重心を通り、且つ水平方向で互いに直交する方向に延びる二つの弾性主軸が、鉛直方向に延びる弾性主軸上で互いに直交するように設定することが望ましく、それによって、安定した振動形態が実現される。
【００２６】
更にまた、受動振動系１２の配設位置は、防振すべき建築構造物の振動モード等を考慮し、有効な制振効果が発揮される位置の構造材１６に装着することが望ましい。具体的には、例えば、２〜３階建ての一般住宅等の場合には、最上階の天井裏のスペースや、押入れ等のスペースを利用して有利に設置され得る。また、受動振動系１２が支持される構造材１６は、その強度を考慮して、適当な梁や補強材のなかから選定される。
【００２７】
一方、流体封入式マウント１４は、図３に示されていように、第一の取付部材としての第一の取付金具２８と、第二の取付部材としての第二の取付金具３０が、中心軸方向で離間して対向配置されていると共に、それらの間に配設された弾性連結部材としての本体ゴム弾性体３２によって弾性的に連結された構造とされている。
【００２８】
より詳細には、第一の取付金具２８は、略有底円筒形状を有するカップ状金具３４の開口部に、略円板形状の蓋金具３６が重ね合わされてボルト固定されることにより、中空構造をもって形成されている。なお、蓋金具３６には、中央部分から軸方向外方に突出する取付ボルト３８が固設されており、この取付ボルト３８によって、第一の取付金具２８が、前記受動振動系１２を構成する本体マス１８に固着されるようになっている。
【００２９】
また、第一の取付金具２８の中空内部には、可撓性膜としての変形容易な薄肉の略袋状乃至はカップ状を有するゴム製のダイヤフラム４０が収容配置されており、外周縁部をカップ状金具３４と蓋金具３６の間で挟持されている。これにより、第一の取付金具２８の中空内部が、ダイヤフラム４０を挟んで、カップ状金具３４の底部側と開口部側とに流体密に仕切られている。そして、ダイヤフラム４０を挟んで、カップ状金具３４の底部側には、非圧縮性流体が封入されてダイヤフラム４０の変形に基づいて容積変化が容易に許容される平衡室４２が形成されている一方、カップ状金具３４の開口部側には、蓋金具３６に穿孔された連通孔４４を通じて外部空間に連通されてダイヤフラム４０の変形を許容する空気室４６が形成されている。なお、封入流体としては、水やアルキレングリコール，ポリアルキレングリコール，シリコーン油、或いはそれらの混合物等が何れも採用可能であるが、後述の如き流体の共振作用をより有効に生ぜしめるためには、０．１Ｐａ・ｓ以下の低粘性流体を採用することが望ましい。
【００３０】
さらに、第一の取付金具２８を構成するカップ状金具３４の底壁部には、円板形状の流路形成金具４８が内面に重ね合わされてボルト固定されている。そして、これらカップ状金具３４の底壁部と流路形成金具４８の重ね合わせ面間において、周方向に一周弱の長さで延びる第一の流体流路としての流体連通路５０が形成されており、この流体連通路５０の一方の端部が流路形成金具４８を貫通して平衡室４２に連通されていると共に、他方の端部がカップ状金具３４の底壁部を貫通して外側に開口せしめられている。
【００３１】
また一方、第二の取付金具３０は、それぞれ略円環形状を有する連結金具５２，支持金具５４およびスペーサ金具と、略円形ブロック形状のヨーク部材５８が、互いに軸方向に重ね合わされて相互にボルト連結されることにより一体的に形成されている。なお、ヨーク部材５８の軸方向外面（図３中、下端面）には、軸直角方向外方に広がって延び出す取付固定板６０がボルト固定されており、この取付固定板６０に設けられた図示しないボルト孔において、第二の取付金具３０が、建築構造物の構造材１６に突設された後述する固定受板６２に対してボルト固定されて取り付けられるようになっている（図１，２参照）。
【００３２】
そして、かかる第二の取付金具３０が、第一の取付金具２８に対して、軸方向一方の側（図３中の下方）に離間して同一中心軸上で対向配置されており、それら両金具３０，２８の間に介装された本体ゴム弾性体３２によって弾性的に連結されている。この本体ゴム弾性体３２は、軸方向一方の側に向かって小径化する厚肉の略テーパ筒形状を有しており、その小径側端部開口部が第一の取付金具２８を構成するカップ状金具３４の筒部外周面に加硫接着されている一方、その大径側端部開口部が第二の取付金具３０を構成する連結金具５２の軸方向一方（図３中の上方）の開口端面に加硫接着されている。要するに、本実施形態では、本体ゴム弾性体３２が、カップ状金具３４と連結金具５２を有する一体加硫成形品として形成されている。そして、第二の取付金具３０を構成する連結金具５２の軸方端面が、本体ゴム弾性体３２を介して第一の取付金具２８に連結されることにより、第二の取付金具３０の軸方向一方の開口部が、それら本体ゴム弾性体３２と第一の取付金具２８によって流体密に閉塞されている。
【００３３】
また、第二の取付金具３０を構成する支持金具５４は、連結金具５２よりも小さな内径寸法を有しており、その中央孔６４内には、該中央孔６４の内径寸法よりも小さな外径寸法の略円板形状を有する加振部材としての加振板６６が、軸直角方向に広がって略同軸的に配されている。この加振板６６は、金属や合成樹脂等の硬質材で形成されており、支持金具５４に対して、円環板形状の支持ゴム弾性体６８により、弾性的に連結支持されている。これにより、該支持ゴム弾性体６８の弾性変形に基づいて、加振板６６の支持金具５４に対する軸方向変位が許容されるようになっている。
【００３４】
そして、支持金具５４の中央孔６４が、加振板６６と支持ゴム弾性体６８で流体密に閉塞されることにより、第一の取付金具２８と加振板６６の軸方向対向面間において、外部空間から流体密に仕切られて内部に非圧縮性流体が封入された主液室７０が形成されている。また、この主液室７０には、前記平衡室４２と同様、所定の非圧縮性流体が封入されている。また、本実施形態において、流体室は主液室７０と平衡室４２を含んで構成しているものとする。即ち、かかる主液室７０は、壁部の一部が本体ゴム弾性体３２で構成されると共に、壁部の別の一部が加振板６６で構成されているのであり、以て、加振板６６の加振変位によって、主液室７０に内圧変化が生ぜしめられるようになっていると共に、この主液室７０に内圧変化が生ぜしめられると、本体ゴム弾性体３２の弾性変形を伴って、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に、中心軸上での接近／離隔方向に相対的な加振変位力が及ぼされるようになっている。
【００３５】
また、主液室７０には、第一の取付金具２８に形成された流体連通路５０が開口連通されており、以て、この流体連通路５０によって、主液室７０と平衡室４２の間での流体流動が許容されるようになっている。そして、かかる流体連通路５０が、建築構造物において防振すべき振動、例えば交通振動等に対してチューニングされており、かかる周波数域で加振板６６が加振されて主液室７０に圧力変化が生ぜしめられると、流体連通路５０を通じて流動する流体の共振作用に基づいて、主液室７０に対して大きな圧力変動が生ぜしめられることとなり、以て、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に大きな相対的変位力乃至は加振力が及ぼされるようになっている。
【００３６】
さらに、加振板６６の下面中央には、非磁性材で形成されて逆カップ形状乃至はスカート形状を有するボビン７２が、その上底部で重ね合わされていると共に、該ボビン７２の底部内面中央には、軸方向下方に突出するガイドロッド７４が立設されており、これらボビン７２とガイドロッド７４が、固定ボルト７６によって加振板６６に対して同軸的に固着されている。また、ボビン７２の筒壁部には、全体として円筒形状を有するコイル８４が巻回されて固着されている。
【００３７】
また一方、第二の取付金具３０を構成するヨーク部材５８は、強磁性材で形成されて全体として大形の略円形ブロック形状を有しており、中心部分には、軸方向一方の面（図３中、上面）に開口して中心軸上を所定長さで延びるガイド穴７８が形成されている。また、ヨーク部材５８の径方向中間部分には、周方向に連続して延びる円環形状の周溝８０が、軸方向上方（加振板６６側）に向かって開口して形成されている。更に、この周溝８０には、永久磁石８２が収容配置されており、周溝８０の外周壁面に密接して固着されている。この永久磁石８２は、周方向に連続した円筒形状の他、周方向に分割された複数の円弧形状であっても良いが、その内周面側と外周面側とに両磁極が設定されている。これにより、ヨーク部材５８によって、永久磁石８２の一方の磁極から他方の磁極に至る略閉磁路形態の磁路が形成されているのであり、また、かかる磁路上には、周溝８０により、永久磁石８２の内周面と周溝８０の内周壁面との径方向対向面間において、所定間隙の空隙である磁気ギャップが、周方向に連続して延びる円筒形状をもって形成されている。
【００３８】
そして、ヨーク部材５８は、その周溝８０が第一の取付金具２８側に向かって開口するようにして、非磁性材等からなる環状のスペーサ金具５６を挟んで、支持金具５４に重ね合わされて、ボルト固定されている。
【００３９】
また、ヨーク部材５８の周溝８０には、加振板６６によって固定的に支持されたコイル８４が挿入されており、該コイル８４が、ヨーク部材５８に形成された磁気ギャップの両側対向面（永久磁石８２の内周側磁極面とヨーク部材５８の周溝８０の内周面）間において、それら両側対向面に対して僅かな隙間を隔てて位置せしめられている。これにより、コイル８４が、磁気ギャップ内において、軸方向（図３中の上下方向）に変位可能に配設されている。そして、コイル８４に通電することによって、磁気ギャップにおける磁界との相互作用で、コイル８４に対して軸方向の電磁力（ローレンツ力）が及ぼされ、かかる電磁力が、ボビン７２を介して、加振板６６に対して軸方向の変位力として及ぼされるようになっている。即ち、コイル８４に交番電流を通電することによって、加振板６６に加振変位せしめられるようになっているのである。
【００４０】
なお、ヨーク部材５８に形成されたガイド穴７８には、円筒形状の摺動ブッシュ８６が内挿固定されており、この摺動ブッシュ８６に対して、加振板６６に突設されたガイドロッド７４が摺動可能に挿通されている。そして、ガイドロッド７４がガイド穴７８で軸方向に案内されることにより、コイル８４や加振板６６の変位方向の安定化が図られて、コイル８４の永久磁石８２やヨーク部材５８への干渉も軽減乃至は防止されるようになっている。
【００４１】
また、加振板６６を第二の取付金具３０（支持金具５４）に弾性支持せしめる支持ゴム弾性体６８は、加振板６６を加振することによって主液室７０に生ぜしめられる圧力変化が、該支持ゴム弾性体６８の変形によって逃げることなく、有効に生ぜしめられる程度の剛性と、該加振板６６を所定位置に保持し、且つ変位後に初期位置に復元せしめ得るに有効な弾性を発揮し得るように、肉厚寸法や材質等が設定されている。
【００４２】
さらに、本実施形態では、主液室７０における加振板６６の有効ピストン面積よりも、主液室７０における第一の取付金具２８の有効ピストン面積の方が大きく設定されており、それによって、加振板６６を軸方向に変位せしめた際に、主液室７０に封入された非圧縮性流体の圧力作用に基づいて、加振板６６に入力される駆動力が増幅されて、第一の取付金具２８に及ぼされるようになっている。即ち、コイル８４への通電によって生ぜしめられる電磁力に基づく加振板６６の駆動力が、主液室７０の増幅作用に基づいて、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に加振力として効率的に及ぼされるようになっているのである。なお、有効ピストン面積とは、流体連通路５０を閉塞した状態下で、加振板６６や第一の取付金具２８を軸方向に単位量だけ変位させた際に主液室７０に生ぜしめられる容積変化量として認識され得る。また、第二の取付金具３０側の有効ピストン面積は、加振板６６や支持ゴム弾性体６８，支持金具５４等を含んで、第一の取付金具２８よりも更に大きく設定されている。
【００４３】
すなわち、上述の如き構造とされた流体封入式マウント１４においては、コイル８４に交番電流やＯＮ／ＯＦＦ的なパルス電流等を通電して加振板６６を加振することにより、主液室７０に圧力変動が生ぜしめられる。それにより、主液室７０と平衡室４２の間に相対的な圧力変動が生ぜしめられることとなり、それら両室７０，４２間において、流体連通路５０を通じての流体流動が生ぜしめられる。その際、主液室７０には、かかる流体の共振作用に基づいて、加振板６６の加振変位だけに基づいて生ぜしめられる圧力変動よりも大きな圧力変動が生ぜしめられることとなり、その結果、コイル８４への通電に伴う電磁力にて加振板６６に及ぼされる加振力が、増幅的に、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に相対変位力（加振力）として及ぼされることとなる。
【００４４】
それ故、かかる流体封入式マウント１４においては、前述の如き、主液室７０における加振板６６と第一の取付金具２８の有効ピストン面積の差に基づく加振力の増幅作用と、上述の如き、流体連通路５０を通じて流動せしめられる流体の共振作用に基づく加振力の増幅作用とが、相俟って発揮されることにより、加振板６６を加振作動せしめることによって、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に、中心軸方向で接近／離間する加振力を、極めて効率的に生ぜしめることが出来るのである。特に、流体連通路５０を流動せしめられる流体の共振作用に基づく加振力の増幅作用は、流体連通路５０のチューニング周波数域で有効に発揮されるのであり、例えば、かかる流体連通路５０を２〜１０Hz程度にチューニングすることによって、建築構造物において問題となる交通振動の周波数域で加振力を特に効率的に得ることが可能となる。
【００４５】
そして、このような構造とされた流体封入式マウント１４は、図１〜２に示されているように、マウント中心軸（第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の相対変位方向）が略水平方向となる状態で、第一の取付金具２８が、受動振動系１２の本体マス１８の外周面に重ね合わされてボルト固定される一方、第二の取付金具３０が、本体マス１８の周囲に位置して建築構造物の構造材１６に立設された固定受板６２に重ね合わされてボルト固定されることによって装着されている。なお、固定受板６２は、鉄鋼等の十分な剛性を有する材質で、略Ｌ字形の平面形状をもって形成されて、構造材１６に対して固設されており、本体マス１８の各一つの長辺部外周面と短辺部外周面に対してそれぞれ水平方向に離間して対向位置せしめられている。
【００４６】
特に、本実施形態では、流体封入式マウント１４が、合計三個用いられており、本体マス１８の長辺方向に延びる外周面上に二つと、短辺方向に延びる外周面上に一つ、それぞれ装着されている。これにより、各流体封入式マウント１４において第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に生ぜしめられる加振力が、受動振動系１２における本体マス１８に対して、互いに略直交する二つの水平方向の加振力として及ぼされるようになっている。なお、特に本実施形態では、何れの水平方向の加振力も、本体マス１８における水平面内でのねじり方向の変位が可及的に防止されるように、受動振動系１２において鉛直方向に延びる弾性主軸に直交する方向に及ぼされるようになっている。
【００４７】
上述の如き構造とされた動的吸振器１０にあっては、各流体封入式マウント１４のコイル８４への通電を制御する制御装置８８によって、各流体封入式マウント１４のコイル８４に通電して第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に加振力を生ぜしめると、その加振力が、受動振動系１２を構成する本体マス１８に及ぼされて、受動振動系１２が、対応した周波数で加振変位せしめられることとなる。それ故、建築構造物において防振すべき振動が生ぜしめられた際には、受動振動系１２を、流体封入式マウント１４により、建築構造物における防振すべき振動に対応した周波数と位相で加振することによって、相殺的乃至は干渉的な能動的防振効果を発揮し得るのである。
【００４８】
なお、流体封入式マウント１４を加振制御する制御装置８８は、防振すべき建築構造物の振動状態を検出した振動センサ９０の検出信号に基づいて、その振動に対して有効な制振効果を発揮し得るように、検出信号に対応した駆動電流を各流体封入式マウント１４のコイル８４に出力するものであって、例えば、予め設定されたデータに基づいて、検出信号の大きさに対応した大きさの駆動電流を、検出信号に対して所定の位相差で給電することによりフィードフォワード的に制御するものや、或いは、検出信号に含まれる建築構造物の振動値を可及的に零にするように駆動電流の大きさ等をフィードバック制御するもの等が好適に採用され得る。
【００４９】
また、本実施形態では、複数個の流体封入式マウント１４が、受動振動系１２に対して互いに直交する水平方向で加振力を及ぼす状態で装着されていることから、各方向に加振力を及ぼす流体封入式マウント１４を選択的に加振することにより、何れかの流体封入式マウント１４の加振方向と同一方向の加振力を受動振動系１２に及ぼすことが出来ることに加えて、各方向に加振力を及ぼす流体封入式マウント１４を同時に加振することにより、各流体封入式マウント１４の加振力の合力方向の加振力を受動振動系１２に及ぼすことが可能であり、それによって、建築構造物における任意の水平方向の振動に対して有効な制振効果を得ることが出来るのである。
【００５０】
そして、上述の如き動的吸振器１０においては、受動振動系１２に加振力を及ぼす加振手段として特定構造の流体封入式マウント１４を採用したことにより、摺動機構やボールねじ機構等のように部材同士の直接当接や摺接によって荷重や力を伝達する構造部分を設けることなく能動型の動的吸振器が有利に実現され得たのであり、それによって、部材の摩耗や損傷等に起因する作動不良が有利に回避されて、優れた耐久性と安定した作動性が発揮されると共に、動的吸振器１０の全体構造の簡略化やコンパクト化も有利に図られ得るのである。
【００５１】
しかも、かかる動的吸振器１０では、加振手段としての流体封入式マウント１４において、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の相対変位が、本体ゴム弾性体３２の弾性変形に基づいて許容されるようになっていると共に、それら両取付金具２８，３０間に対する加振力が、機械的な伝動機構等を介することなく、電磁力によって直接に及ぼされるようになっていることから、流体封入式マウント１４から受動振動系１２に及ぼされる加振力を、高い周波数域まで安定して制御することが出来るのであり、それ故、例えば小型の建築構造物における交通振動等に対しても有効な能動的制振効果を安定して得ることが出来るのである。
【００５２】
以上、本発明の一実施形態について詳述してきたが、これはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的記載によって、何等、限定的に解釈されるものでない。
【００５３】
例えば、複数の流体封入式マウントを装着する場合には、それら各流体封入式マウントに対して異なる周波数チューニングを施すことも可能であり、建築構造物において防振すべき振動周波数が変化する場合に、それに対応した周波数チューニングが施された能動振動系を選択的に利用することも有効である。
【００５４】
また、流体封入式マウントにおける加振部材の構造は、特に限定されるものでなく、例えば、前記実施形態における加振板６６と支持ゴム弾性体６８の全体を、ゴム弾性板や板ばね等によって構成することも可能である。
【００５５】
また、前記実施形態における流体封入式マウント１４における平衡室４２や流体連通路５０は、必ずしも設ける必要がなく、要求される特定等によっては、それら平衡室４２や流体連通路５０を備えない構造の流体封入式マウントも採用可能である。なお、そのような流体封入式マウントにおいても、主液室７０における加振板６６と第一の取付金具２８の有効ピストン面積の差に基づく加振力の増幅作用に基づいて、受動振動系１２に対して有効な加振力が及ぼされ得ることとなる。
【００５６】
さらに、前記実施形態における流体封入式マウント１４において、例えば、第一の取付金具２８と加振板６６の対向面間を軸直角方向に広がる硬質の仕切部材を主液室７０内に配設し、第二の取付金具３０によって支持せしめることにより、主液室７０を流体密に二分して、該仕切部材を挟んだ一方の側に、壁部の一部が本体ゴム弾性体３２で構成された主液室を形成すると共に、仕切部材を挟んだ他方の側に、壁部の一部が加振板６６で構成された副液室を形成し、更に、それら主液室と副液室を相互に連通する第二の流体流路としての第二の流体連通路を形成することも、有効である。このような構造を採用すれば、加振板６６の加振によって副液室に対して直接に圧力変動が生ぜしめられることとなり、この圧力変動が、第二の流体連通路を通じての流体流動によって主液室に伝達されて、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に加振力が及ぼされることとなる。そこにおいて、第二の流体連通路を流動せしめられる流体の共振作用を利用することにより、副液室から主液室への圧力伝達を増幅することが出来るのであり、以て、加振力を一層効率的に生ぜしめることが可能となるのである。なお、その場合には、流体の共振作用に基づく加振力の増幅効果を一層有利に得るために、第二の流体連通路を、防振すべき振動周波数に対応してチューニングすることが望ましい。
【００５７】
また、前記実施形態においては、受動振動系１２を構成する本体マス１８の各一つの短辺側外周面と長辺側外周面に流体封入式マウント１４が装着されていたが、本体マス１８の互いに対向位置する両側の短辺部外周面と両側の長辺部外周面の何れにも、流体封入式マウント１４を、互いに対向する状態で装着しても良い。それによって、各個別の流体封入式マウント１４を小型化することが可能となる。
【００５８】
加えて、本発明は、一階建てや二階建て以上の一般住宅の他、集合住宅や事務所、倉庫、ビル、タワー等、各種の小形乃至大形の建築構造物用の能動型動的吸振器として、何れも適用可能であることは、言うまでもない。
【００５９】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。
【００６０】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、本発明に従う構造とされた能動型動的吸振器においては、受動振動系を構成する本体マス部材に対して加振力を及ぼす加振手段として特定構造の流体封入式マウントを採用したことにより、リニアベアリングやボールねじ等の複雑な機構を必要とすることなく、かかる能動振動系を構成し得たのであり、それによって、構造の簡略化とコンパクト化が高度に達成されると共に、耐久性と作動安定性の飛躍的な向上が図られ得るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態としての動的吸振器を示す正面図である。
【図２】図１に示された動的吸振器の平面図である。
【図３】図１に示された動的吸振器を構成する流体封入式マウントを拡大して示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０動的吸振器
１２受動振動系
１４流体封入式マウント
１６構造材
１８本体マス
２０ゴムマウント
２８第一の取付金具
３０第二の取付金具
３２本体ゴム弾性体
４２平衡室
５０流体連通路
５８ヨーク部材
６２固定受板
６６加振板
６８支持ゴム弾性体
７０主液室
８２永久磁石
８４コイル
８８制御装置

Claims

建築構造物に対して弾性支持部材を介して本体マス部材を弾性支持せしめることにより動的吸振器を構成すると共に、該本体マス部材に水平方向の加振力を及ぼす加振手段を設けた建築構造物用の能動型動的吸振器において、
第一の取付部材と第二の取付部材を相互に離間配置せしめて、それら両取付部材を本体ゴム弾性体によって弾性連結する一方、該本体ゴム弾性体で壁部の一部が構成されて非圧縮性流体が封入された流体室を形成すると共に、該流体室の壁部の別の一部を加振部材で構成し、該加振部材を加振駆動する駆動手段を設けて、該加振部材を加振変位させることにより、該流体室に圧力変化を生ぜしめて該第一の取付部材と該第二の取付部材の間に相対的な加振力を及ぼすようにして、該流体室において、該加振部材の加振変位に伴って流体流動が生ぜしめられる流体流路を形成すると共に、該流体流路を流動せしめられる流体の共振周波数を、前記建築構造物において防振すべき振動周波数と略同じにチューニングした流体封入式マウントを用い、該流体封入式マウントにおける該第一の取付部材と該第二の取付部材の何れか一方を前記本体マス部材に取り付ける一方、それら第一の取付部材と第二の取付部材の他方を該建築構造物の構造材に取り付けることにより、かかる流体封入式マウントによって前記加振手段を構成したことを特徴とする建築構造物用の能動型動的吸振器。
前記流体封入式マウントの前記流体室を、前記本体ゴム弾性体で壁部の一部が構成されて圧力変化に基づいて前記第一の取付部材と前記第二の取付部材の間に加振力を直接に及ぼす主液室と、壁部の一部が可撓性膜で構成されて容積変化が容易に許容される平衡室を含んで構成し、それら主液室と平衡室を相互に連通する第一の流体流路を形成すると共に、該主液室に対して前記加振部材の加振変位に基づく圧力変化が及ぼされるようにした請求項１に記載の能動型動的吸振器。
前記流体封入式マウントの前記流体室を、前記本体ゴム弾性体で壁部の一部が構成されて圧力変化に基づいて前記第一の取付部材と前記第二の取付部材の間に加振力を直接に及ぼす主液室と、壁部の一部が前記加振部材で構成されて該加振部材の加振変位に基づいて圧力変化が直接に生ぜしめられる副液室を含んで構成し、それら主液室と副液室を相互に連通する第二の流体流路を形成した請求項１又は２に記載の能動型動的吸振器。
前記流体封入式マウントを複数用い、前記本体マス部材に対して、互いに直交する二つの水平方向で加振力が及ぼされるように、それら複数の能動型制振器を装着せしめた請求項１乃至３の何れかに記載の能動型動的吸振器。
前記建築構造物における防振すべき振動に対応した参照信号に基づいて、前記流体封入式マウントにおける前記駆動手段の作動を制御する制御信号を生成する能動型制御装置を有する請求項１乃至４の何れかに記載の能動型動的吸振器。