JP2004190776A

JP2004190776A - 磁気粘性流体を用いた支承装置

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Publication number: JP2004190776A
Application number: JP2002358790A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Iwata; 節雄岩田; Yukitsugu Kitamura; 幸嗣北村; Nobuyasu Sugihara; 伸泰杉原
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】振動を抑制し得るように構造物を支承する際に、その支承構造を簡単にし得るとともに設置スペースが少なくて済む支承装置を提供する。
【解決手段】橋桁１に取り付けられて鉛直方向で制振機能を発揮し得る第１制振装置３と、橋脚２に取り付けられて水平方向で制振機能を発揮し得る第２制振装置４とから構成し、第１制振装置として、第１電磁石１５が設けられた連通路１４を磁気粘性流体Ｆが通過するようにされた片ロッド式の流体圧シリンダ１１を用い、第２制振装置を、空間室２２が形成された箱状部材２１と、この空間室内に鋼製ボール２３を介して水平方向で移動自在に支持され且つフランジ部２４ｂと空間室内壁面とにより環状側方空間部２７を形成する移動部材２４とから構成し、上記側方空間部内に磁気粘性流体Ｆを充填させるとともにこの磁気粘性流体に磁気を付与する第２電磁石２５を設けたものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気粘性流体を用いた支承装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気粘性流体を用いた制振装置が実用化されつつある。これらの制振装置は、シリンダの中を振動に応じてピストンが移動する方式で、シリンダ内に封入された磁気粘性流体がピストンの移動に対して抵抗として働くことで、振動を減衰させるようにしたものであり、しかも、磁気粘性流体の流路に作用させる磁場の大きさを変えることにより流体の粘度を調節し、もって振動減衰力を調節することにより、構造物の振動を効果的に減衰させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６８２８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した流体圧シリンダを用いた制振装置によると、その制振方向が１方向であるため、例えば構造物を支承する場合には、少なくとも３次元方向（Ｘ−Ｙ−Ｚ方向）に対処する必要があり、その支承構造が複雑になるとともに、その設置スペースも大きいものになるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、振動を抑制し得るように構造物を支承する際に、その支承構造を簡単にし得るとともに設置スペースが少なくて済む支承装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る磁気粘性流体を用いた支承装置は、構造物を支持体側に制振可能に支承するための支承装置であって、
構造物または支持体側に取り付けられて鉛直方向で制振機能を発揮し得る第１制振装置と、支持体または構造物側に取り付けられて水平方向で制振機能を発揮し得る第２制振装置とから構成し、
上記第１制振装置として、シリンダ室内に磁気粘性流体が充填されてなる片ロッド式の流体圧シリンダを用いるとともに、
この流体圧シリンダ側に、そのヘッド側シリンダ室とロッド側シリンダ室とを連通させる連通路を形成し、且つこの連通路に磁気力を作用させる第１磁気付与部材を設け、
上記第２制振装置を、内部に水平方向の空間室が形成された箱状部材と、この箱状部材の空間室内に転動部材を介して水平方向で移動可能に支持されるとともに外周に設けられた環状枠部と空間室周囲の内壁面とにより環状空間部を形成するようにされた移動部材とから構成し、
且つ上記環状空間部内に磁気粘性流体を充填させるとともに、この磁気粘性流体に磁気を付与する第２磁気付与部材を設けたものである。
【０００７】
また、請求項２に係る磁気粘性流体を用いた支承装置は、請求項１に記載の支承装置における第２制振装置における転動部材として鋼製ボールを用いたものである。
【０００８】
また、請求項３に係る磁気粘性流体を用いた支承装置は、請求項１または２に記載の支承装置における第２磁気付与部材を、環状空間部における環状経路に沿って配置したものである。
【０００９】
さらに、請求項４に係る磁気粘性流体を用いた支承装置は、請求項１または２に記載の支承装置における第２磁気付与部材を、環状空間部における環状経路に沿って、複数箇所に配置したものである。
【００１０】
上記の各構成によると、構造物を支持体に支承する際に、流体圧シリンダ内に磁気粘性流体が充填されて鉛直方向での制振機能を発揮し得る第１制振装置および磁気粘性流体が充填された環状空間部を有して水平方向での制振機能を発揮し得るとともに転動部材を介して第１制振装置を支持するようにした第２制振装置を用いたので、例えば１軸方向での制振機能を発揮する流体圧シリンダを３軸方向に配置して構造物を３軸方向で制振させ且つ支持させ得るようにしたものに比べて、その構成を非常に簡単に且つコンパクトにすることができる。
【００１１】
また、転動部材として、鋼製ボールを用いることにより、大重量の構造物でも、制振機能を損なうことなく、確実に、支承することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体を用いた支承装置を、図１〜図６に基づき、橋桁（構造物の一例）を橋脚（支持体の一例）に支承（支持）する場合に適用して説明する。
【００１３】
この支承装置は、図１〜図４に示すように、橋桁１側に取り付けられて上下方向（鉛直方向）で制振機能を発揮し得る第１制振装置３と、橋脚２側に取り付けられて水平方向（水平面内）で制振機能を発揮し得る第２制振装置４とから構成されている。
【００１４】
上記第１制振装置３としては、筒状ケーシング１２内に形成されたシリンダ室１３内に磁気粘性流体Ｆが充填されてなる片ロッド式の流体圧シリンダ１１が用いられ、且つこの流体圧シリンダ１１の外周壁部である筒状ケーシング１２に、そのヘッド側シリンダ室１３Ａとロッド側シリンダ室１３Ｂとを連通させる連通路１４が形成されるとともに、この連通路１４を形成する筒状ケーシング１２の側壁部１２ａに、連通路１４内の磁気粘性流体Ｆに磁気力（磁場）を作用させる第１電磁石（磁気付与部材）１５が設けられている。勿論、片ロッド式の流体圧シリンダ１１であるため、シリンダ室１３内に摺動自在に配置されたピストン１６ａおよびこのピストン１６ａから一方に突設されたピストンロッド１６ｂからなるピストン体１６が、そのピストンロッド１６ｂが外方に出退自在となるように、筒状ケーシング１２内に配置されている。通常、この連通路１４は、図３に示すように、筒状ケーシング１２の外周面から突出するように設けられる。したがって、第１電磁石１５は、上記筒状ケーシング１２の突出部１２ａを覆うように配置される（第１電磁石の一部、または全部を埋め込むようにしてもよい）。なお、連通路１４を筒状ケーシング１２の外方ではなく、内方に設けることもできる。この場合には、ピストン１６ａそのものに、連通路１４を形成する樋状の外面を案内し得るように、切欠き部が形成されることになる。
【００１５】
次に、上記第２制振装置３は、内部に水平面に沿うように円形状空間室２２が設けられるとともに上面に円形の開口部２１ａが形成された円形の箱状部材２１と、この箱状部材２１の円形状空間室２２内に、多数の鋼製ボール（転動部材）２３を介して水平方向で移動自在に載置された円形状の移動部材（移動板体ともいう）２４とから構成され、且つこの移動部材２４と箱状部材２１との間には磁気粘性流体Ｆが充填させられるとともに、この磁気粘性流体Ｆに磁気力（磁場）を付与する第２および第３電磁石（磁気付与部材）２５，２６が具備されている。
【００１６】
詳しく説明すると、上記移動部材２４は、円形板部２４ａとこの円形板部２４ａの外周に形成されたフランジ部（環状枠部）２４ｂとから構成されるとともに、上記フランジ部２４ｂと円形状空間室２２の内面である箱状部材２１の内壁面２１ｂとにより環状の側方空間部（環状空間部）２７が形成され、また上記円形板部２４ａの下面と円形状空間室２２の底面である箱状部材２１の底壁面２１ｃとの間に形成される円形状の下方空間部２７に上記鋼製ボール２３が配置されており、またフランジ部２４ｂの下面と底壁面２１ｃとの間には隙間ａが形成されて側方空間部２７と下方空間部２８とが連通させられ、さらにこれら両空間部２７，２８に磁気粘性流体Ｆが充填されている。
【００１７】
また、上記流体圧シリンダ１１のピストンロッド１６ｂが移動部材２４の円形板部２４ａの中心部に上方から連結されており、したがって橋桁１は、箱状部材２１、鋼製ボール２３、ピストン体１６および筒状ケーシング１２を介して、橋脚２に支承されている。
【００１８】
そして、上記第２電磁石２５は、図１および図２に示すように、箱状部材２１の側方空間部２７に対応する環状上壁部２１ｄに、その環状経路に沿って全周（円環状）に配置されて、当該側方空間部２７内の磁気粘性流体Ｆに磁気を付与し得るようにされており、また上記第３電磁石２６についても、移動部材２４の下方空間部２８に対応する円形板部２４ａに、その環状経路に沿って全周（円環状）に配置されて、当該下方空間部２８内の磁気粘性流体Ｆに磁気を付与し得るようにされている。
【００１９】
さらに、この支承装置には、図２に示すように、構造物である橋桁１の制振を効率良く行うために、橋桁１には、振動センサ（例えば、加速度センサなどが用いられる）３１が取り付けられるとともに、この振動センサ３１からの検出信号を入力して橋桁１に発生している振動方向および大きさを求め、且つこの振動方向および大きさに基づき上記各電磁石１５，２５，２６に発生させる磁気力を最適なものにする制御装置３２が具備されている。
【００２０】
上記構成において、例えば風、地震等により橋桁１に、上下および水平方向（例えば橋軸と直角方向）に揺れが発生した場合、橋桁１に取り付けられた振動センサ３１からの検出信号が制御装置３２に入力され、ここで、当該振動を効率良く抑制するように、各電磁石１５，２５，２６に電気が供給されて、各制振装置３，４に充填された磁気粘性流体Ｆに磁気力が付与され、所定の粘性が発現される。
【００２１】
例えば、上下方向の振動を抑制する場合には、第１制振装置３の第１電磁石１５により連通路１４に磁気力が作用（付与）されて、当該連通路１４を通過する磁気粘性流体Ｆの粘性が高められ、すなわち減衰力（制振力）が得られ、したがって筒状ケーシング１２に対するピストン体１６の上下動の抵抗力が増大されて、振動が抑制される。
【００２２】
また、水平方向の振動を抑制する場合には、第２制振装置４の第２電磁石２５および第３電磁石２６により、側方空間部２７および下方空間部２８に磁気力が作用（付与）されて、これら空間部２７，２８内の磁気粘性流体Ｆの粘性が高められ、すなわち減衰力（制振力）が得られ、したがって箱状部材２１に対する移動部材の水平移動での抵抗力が増大されて、振動が抑制される。図６に、橋桁１に左方向（矢印ｂ）に振動等による力が加わった場合の、磁気粘性流体Ｆの流れ（矢印ｃ）を図示しておく。
【００２３】
なお、水平方向での振動を抑制する場合、第２電磁石２５に電気を供給して、少なくとも、側方空間部２７における磁気粘性流体Ｆの粘性を調節するようにしてもよい。
【００２４】
上述したように、橋桁１を橋脚２に支承する際に、流体圧シリンダ１１内に磁気粘性流体Ｆが充填されて上下方向での制振機能を発揮し得る第１制振装置３および磁気粘性流体Ｆが充填された環状側方空間部２７を有して水平方向での制振機能を発揮し得るとともに鋼製ボール２３を介して第１制振装置３を支持するようにした第２制振装置４を用いたので、例えば１軸方向での制振機能を発揮する流体圧シリンダ１１を３軸方向に配置して構造物を３軸方向で制振し且つ支持させ得るようにしたものに比べて、その構成を非常に簡単に且つコンパクトにすることができる。また、鋼製ボール２３を用いることにより、大重量の構造物でも、制振機能を損なうことなく、確実に、支承することができる。さらに、第２制振装置４においては、支承の機能を果たす鋼製ボール２３の周囲に、磁気粘性流体Ｆが充填されて制振機能を果たす環状側方空間部２７を配置したので、支承と制振との両機能をコンパクトな構成にて実現することができる。
【００２５】
ところで、上記実施の形態における第２電磁石２５としては、環状に形成されたものを使用したが、例えば図７に示すように、第２電磁石２５′を、環状側方空間部２７における環状経路に沿って、等角度おきで複数箇所に例えば８箇所に配置するようにしてもよい。
【００２６】
このように、複数箇所に配置してそれぞれ別個に磁気力の強さを変化させることにより、磁気粘性流体にて発揮される粘性の強さが調節されるため、抑制すべき振動の方向を選択することができる。
【００２７】
さらに、上記実施の形態においては、第２制振装置４における箱状部材２１および移動部材２４の形状を円形として説明したが、図８に示すように、例えばＸ軸方向とＹ軸方向における移動可能な距離が異なる楕円形としてもよい。
【００２８】
このように楕円形とすることにより、例えばＸ軸方向寄りの斜め方向（矢印ｄにて示す）に振動が発生した場合、箱状部材２１に対する移動部材２４の変位量の各軸成分量が、Ｘ軸方向が大きくＹ軸方向では小さくなるが、Ｘ軸方向が長軸となる楕円形をしているため、Ｙ軸方向での変位量が小さくても変位面積が大きくなり、したがってＸ軸方向とＹ軸方向とでの磁気粘性流体の移動量がほぼ等しくなるため、振動を抑制する際の制御が容易となる。
【００２９】
なお、上記実施の形態においては、構造物としての橋桁１側に第１制振装置３を取り付けるとともに、支持体としての橋脚２側に第２制振装置４を取り付けたが、逆に、橋桁１側に第２制振装置４を取り付けるとともに、橋脚２側に第１制振装置３を取り付けてもよく、また本発明に係る支承装置の制振対象としては橋桁に限定されるものではなく、振動の抑制を図るためのものであるなら何でもよく、例えば建物、機械などに適用し得る。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明の支承装置の構成によると、構造物を支持体に支承する際に、流体圧シリンダ内に磁気粘性流体が充填されて鉛直方向での制振機能を発揮し得る第１制振装置および磁気粘性流体が充填された環状空間部を有して水平方向での制振機能を発揮し得るとともに転動部材を介して第１制振装置を支持するようにした第２制振装置を用いたので、例えば１軸方向での制振機能を発揮する流体圧シリンダを３軸方向に配置して構造物を３軸方向で制振させ且つ支持させ得るようにしたものに比べて、その構成を非常に簡単に且つコンパクトにすることができ、すなわち設置スペースが少なくて済む。
【００３１】
また、転動部材として、鋼製ボールを用いることにより、大重量の構造物でも、制振機能を損なうことなく、確実に、支承することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体を用いた支承装置の構成を示す断面図である。
【図２】同支承装置の平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】同支承装置における第２電磁石の配置状態を示す平面図である。
【図６】同支承装置の第２制振装置における磁気粘性流体の移動状態を示す平面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る第２電磁石の配置状態を示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る第２制振装置の概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１橋桁
２橋脚
３第１制振装置
４第２制振装置
１１流体圧シリンダ
１２筒状ケーシング
１３シリンダ室
１４連通路
１５第１電磁石
１６ピストン体
２１箱状部材
２２円形状空間室
２３鋼製ボール
２４移動部材
２４ａ円形板部
２４ｂフランジ部
２５第２電磁石
２６第３電磁石
２７側方空間部
２８下方空間部
３１振動センサ
３２制御装置

Claims

構造物を支持体側に制振可能に支承するための支承装置であって、
構造物または支持体側に取り付けられて鉛直方向で制振機能を発揮し得る第１制振装置と、支持体または構造物側に取り付けられて水平方向で制振機能を発揮し得る第２制振装置とから構成し、
上記第１制振装置として、シリンダ室内に磁気粘性流体が充填されてなる片ロッド式の流体圧シリンダを用いるとともに、
この流体圧シリンダ側に、そのヘッド側シリンダ室とロッド側シリンダ室とを連通させる連通路を形成し、且つこの連通路に磁気力を作用させる第１磁気付与部材を設け、
上記第２制振装置を、内部に水平方向の空間室が形成された箱状部材と、この箱状部材の空間室内に転動部材を介して水平方向で移動可能に支持されるとともに外周に設けられた環状枠部と空間室周囲の内壁面とにより環状空間部を形成するようにされた移動部材とから構成し、
且つ上記環状空間部内に磁気粘性流体を充填させるとともに、この磁気粘性流体に磁気を付与する第２磁気付与部材を設けたことを特徴とする磁気粘性流体を用いた支承装置。
第２制振装置における転動部材として鋼製ボールを用いたことを特徴とする請求項１に記載の磁気粘性流体を用いた支承装置。
第２磁気付与部材を、環状空間部における環状経路に沿って配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気粘性流体を用いた支承装置。
第２磁気付与部材を、環状空間部における環状経路に沿って、複数箇所に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気粘性流体を用いた支承装置。