JP2005140162A - 制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 応答性に優れて良好な制振機能を有するとともに、構造が簡単であり、かつ建物への組付やメンテナンス等を容易に行えるように改良された制振装置を提供する。
【解決手段】 付加質量体２０に駆動機構３０を一体に設ける構造であるから、構造が簡単であり、かつ被制振体１０への組付やメンテナンス等を容易に行うことができる。また、タイミングベルト１５の両端をそれぞれ被制振体１０の固定部１３Ｌ，１３Ｒに直接固定する構造であってタイミングベルト１５が付加質量体２０の変位方向に移動することがなく、かつ付加質量体２０に設けた駆動プーリ３２がタイミングベルト１５に係合する構造であるから、駆動プーリ３２を回転させることによって直ちに付加質量体２０を変位させることが可能であり、極めて応答性の高い制振機能を達成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建物や構造物等の制振に用いて好適な制振装置に関し、より詳しくは、制御性および応答性に優れて良好な制振機能を有するとともに、構造が簡単であり、かつ建物への組付やメンテナンス等を容易に行えるように改良された制振装置に関する。

従来、建物や構造物の制振装置のなかには、建物等に生じた振動の方向や振動数、振幅等を検出するとともに、制振に用いるウェイトを駆動装置を用いて変位させることにより制振を行うものがある。
このような制振装置におけるウェイトの駆動装置としては、サーボモータや油圧アクチュエータ、ラックアンドピニオン機構、ボールねじ等が用いられているが、ラックアンドピニオン方式のものは大きな噛合音が発生し、油圧式アクチュエータにはオイル漏れのおそれがあってメンテナンスが困難であり、ボールねじ機構のものはグリースの定期給油等のメンテナンスを必要とする等の問題があった。

そこで、下記特許文献１に開示されている制振装置は、図５に模式的に示したように、ベース１の上方に積層ゴム２によってウェイト３を水平移動自在に支持するとともに、左右一対のプーリ４Ｌ，４Ｒ間に巻回した帯状体若しくは線状体よりなる動力伝達体５の両端部をウェイト３の両端部にそれぞれ連結し、かつベース１に設けた駆動装置６の出力を一方のプーリ４Ｒから動力伝達体５に伝達することにより、小さな作動音でウェイト３を駆動しつつ制振できるように構成されている。
特開２０００−２３０６０２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されている制振装置は、左右一対のプーリ４Ｌ，４Ｒ間に動力伝達体５を巻回す構造であるから、動力伝達体５の全長が長くなり、駆動装置６を用いて動力伝達体５を駆動するときに動力伝達体５に生じる伸びが大きくなって、駆動装置６の作動に対するウェイト３の追従性が低下してしまう。
また、左右一対のプーリ４Ｌ，４Ｒの一方の側に駆動装置６を配置する構造であるから、駆動装置６を正方向に回転させるときと逆方向に回転させるときとで動力伝達体５に生じる伸びが異なり、ウェイト３の動きが不均等になってしまう。
また、左右一対のプーリ４Ｌ，４Ｒおよび駆動装置６をベース１上に設けているため、装置全体の構造が複雑であるばかりでなく、高い精度での組み立てが困難である。
また、積層ゴム２によってウェイト３を支持しているから、ウェイト３を大きく変位させることができない。
また、ウェイト３を支持している積層ゴム２が水平方向に固有振動数を持つため、幅広い振動数帯域の制振には不向きである。

そこで本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、応答性に優れて良好な制振機能を有するとともに、構造が簡単であり、かつ組み立てやメンテナンス等を容易に行えるように改良された制振装置を提供することにある。

上述の課題を解決するための請求項１に記載した手段は、被制振体に生じた振動を付加質量体を変位させることにより制振する装置であって、
前記付加質量体を前記被制振体上で水平方向に変位自在に支持する支持手段と、
前記被制振体に設けた一対の固定部間に張設されて帯状若しくは線状に延びる駆動力伝達体と、
前記駆動力伝達体が延びる方向に対して垂直な方向に延びる軸線の回りに回転自在に前記付加質量体上に支持されて前記駆動力伝達体と回転方向に係合する駆動プーリと、
前記駆動プーリを正逆両回転方向に回転駆動する、前記付加質量体に装着された駆動手段と、
を備えることを特徴としている。
支持手段は車輪、ローラ、ニードルローラ、ボール等の転動体とすることができる。
駆動力伝達体は平ベルト、Ｖベルト、チェーン、ワイヤ等とすることができる。
駆動手段は電力で作動するモータ、ステップモータ等とすることが好ましい。
付加質量体の重量に合わせて、複数の駆動力伝達体、駆動プーリ、駆動手段を組み合わせて用いることもできる。
なお、付加質量体の中立位置において駆動力伝達体の長手方向の中央部に駆動プーリが係合するように位置決めする、言い換えると左右一対の固定部に対して付加質量体および駆動プーリを左右対称に配置することが好ましい。

上述の課題を解決するための請求項２に記載した手段は、請求項１に記載した制振装置が、
前記付加質量体を左右方向に変位させるように配設された前記駆動力伝達体、前記駆動プーリおよび前記駆動手段の第１の組と、
前記付加質量体を前後方向に変位させるように配設された前記駆動力伝達体、前記駆動プーリおよび前記駆動手段の第２の組と、
を備えることを特徴としている。
このとき、第１の組の駆動力伝達体、駆動プーリおよび駆動手段を付加質量体の上面に配設するとともに、第２の組の駆動力伝達体、駆動プーリおよび駆動手段を付加質量体の側面に配設することができる。
また、第１の組の駆動力伝達体、駆動プーリおよび駆動手段を付加質量体の上面に配設するとともに、第２の組の駆動力伝達体、駆動プーリおよび駆動手段を付加質量体の下面に配設することもできる。
さらに、付加質量体の重量に合わせて、第１の組および第２の組を複数の駆動力伝達体、駆動プーリ、駆動手段で構成することもできる。

また、請求項３に記載した手段は、請求項１または２に記載した制振装置が、前記駆動力伝達体を前記駆動プーリの外周面に押圧する従動プーリをさらに備えることを特徴とする。
なお、従動プーリは、１つ若しくは複数とすることができる。

また、請求項４に記載した手段は、請求項３に記載した制振装置において、前記駆動力伝達体が延びる方向において前記駆動プーリを挟むように一対の前記従動プーリが配設されることを特徴とする。
１つの駆動プーリおよび２つの従動プーリは、それらの回転軸線方向から見たときに駆動力伝達体が延びる方向において一直線上に並ぶように配置することもできるし、駆動プーリに対する駆動力伝達体の巻き付け角度を増やすために互いにオフセットさせて配置することもできる。

また、請求項５に記載した手段は、請求項１乃至４のいずれかに記載した制振装置において、前記駆動力伝達体がタイミングベルトであることを特徴としている。
ここでタイミングベルトとは、いわゆる歯付きベルトである。

請求項１および２に記載した制振装置は、いずれも駆動プーリおよび駆動手段を付加質量体に一体に設けるとともに駆動力伝達体の両端を被制振体に固定する構造であるから、構造が簡単であり、組み立てやメンテナンス等を容易に行うことができる。
また、駆動力伝達体の両端をそれぞれ被制振体に直接固定する構造であって駆動力伝達体が付加質量体の変位方向に移動することがなく、かつ付加質量体に設けた駆動プーリが駆動力伝達体に係合する構造であるから、有効となる駆動力伝達体の長さが短くて伸びが小さく、さらには駆動プーリを回転させる方向によって駆動力伝達体の長さが異なることがないから、極めて制御性および応答性の高い制振機能を達成することができる。
また、付加質量体を左右方向および前後方向にそれぞれ別個に駆動することにより、被制振体のあらゆる方向の振動に対して極めて応答性の高い制振機能を達成することができる。

請求項３に記載した制振装置は、従動プーリによって駆動力伝達体を駆動プーリの外周面に押圧する構造であるから、駆動力伝達体と駆動プーリとの係合を確実なものとして駆動力伝達体に対し駆動力を確実に伝達し、付加質量体の応答性を高めることができる。

請求項４に記載した制振装置は、駆動プーリを挟むように一組の従動プーリを配置する構造であるから、駆動プーリに対する駆動力伝達体の巻き付け角度を大きく取って、駆動力伝達体に対する駆動力の伝達を確実に行うことができる。

請求項５に記載した制振装置は、駆動力伝達体としてタイミングベルトを用いる構造であるから、駆動力伝達体と駆動プーリとの係合力を大きく取って、付加質量体の重量が大きい場合でも付加質量体を確実に変位させることができる。

以下、図１乃至図４を参照し、本発明に係る制振装置の各実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、同一の部分には同一の符号を用いて重複した説明を省略する。

第１実施形態
まず最初に図１を参照して第１実施形態の制振装置について詳細に説明する。

第１実施形態の制振装置１００は、建物や構造物等の被制振体１０に生じた振動を付加質量体２０を変位させることにより制振する装置である。
付加質量体２０は、被制振体１０上の水平に延びる上面１１に前後方向（図示する紙面に対して垂直な方向）に延びる左右一対のローラ（支持手段）１２，１２を介して載置され、被制振体１０に対して左右方向に自在に変位することができる。

また、被制振体１０の上面１１には、左右方向に対向しつつ上下方向に延びる左右一対の固定柱（固定部）１３Ｌ，１３Ｒが垂設されている。
そして、これらの固定柱１３Ｌ，１３Ｒの上端部間には、左右方向に延びるタイミングベルト（駆動力伝達体）１５が張設されている。
なお、タイミングベルト１５の両端部と左右一対の固定柱１３Ｌ，１３Ｒとの間に、タイミングベルト１５をピンと張るための張力調節機構を介在させることが好ましい。

付加質量体２０の上面２１には、駆動機構（駆動手段）３０が一体に設けられている。 この駆動機構３０は、タイミングベルト１５が延びる左右方向に対して垂直である前後方向に水平に延びる駆動軸３１と、この駆動軸３１を正逆両回転方向に回転駆動する図示されない電気モータと、駆動軸３１の先端に同軸に固定された駆動プーリ３２とを有している。
さらに、この駆動機構３０には、駆動軸３１と平行に延びる左右一対の支持軸３３，３３が回転軸３２を左右方向に水平に挟むように設けられ、かつこれらの支持軸３３，３３には左右一対の従動プーリ３４，３４がそれぞれ同軸かつ回転自在に支持されている。

これにより、図１に示したように１つの駆動プーリ３２および２つの従動プーリ３４にタイミングベルト１５を巻き掛けると、タイミングベルト１５は１８０度の巻き付け角度で駆動プーリ３２に巻き付くとともに、２つの従動プーリ３４によって駆動プーリ３２の外周面に強く押し付けられる。
このとき、２つの従動プーリ３４を駆動プーリ３２に対して下方にオフセットすることにより、タイミングベルト１５の駆動プーリ３２に対する巻き付け角度を１８０度よりも大きくすることができる。
なお、付加質量体２０の中立位置においてタイミングベルト１５の長手方向の中央部に駆動プーリ３２が係合するように位置決めする、言い換えると付加質量体２０の中立位置において付加質量体２０および駆動プーリ３２に対し、左右一対の固定柱１３Ｌ，１３Ｒが左右対称となるように配置する。

被制振体１０に振動が生じたことをセンサ（図示せず）により検出した制御装置（図示せず）は、駆動機構３０の電気モータを作動させて駆動プーリ３２を回転させることにより付加質量体２０を変位させて被制振体１０に生じた振動を制振する。
このとき、本第１実施形態の制振装置１００は、タイミングベルト１５の両端を被制振体１０に直接固定する構造であるからタイミングベルト１５が左右方向に移動することがなく、かつ付加質量体２０に一体に設けた駆動機構３０の駆動プーリ３２がタイミングベルト１５に係合する構造であるから、駆動プーリ３２を回転駆動することによって直ちに付加質量体２０を左右方向に変位させることができる。
また、タイミングベルト１５の有効長さが短くて伸びが小さく、さらには駆動プーリ３２を回転させる方向によってタイミングベルト１５の長さが異なることがないから、極めて制御性および応答性の高い制振機能を達成することができる。

さらに、付加質量体２０の中立位置においてはタイミングベルト１５が駆動プーリ３２に対して左右対称に配置されているから、タイミングベルト１５に張力が作用したときにタイミングベルト１５の左端側と右端側との間で伸びに差が生じることがない。
したがって、本第１実施形態の制振装置１００によれば、極めて制御性および応答性が高くて良好な制振機能を達成することができる。

加えて、付加質量体２０に駆動機構３０を一体に設けた簡単な構造であるから、タイミングベルト１５の両端部を被制振体１０の固定柱１３Ｌ，１３Ｒに固定すれば被制振体１０に対する組み付けが完了することになり、装置全体の組み立て作業ばかりでなく被制振体の組付作業やメンテナンス作業等を極めて容易に行うことができる。

次に、図２を参照して第１実施形態の制振装置１００の変形例について説明すると、この変形例の制振装置１１０においては、駆動機構３０が付加質量体２０の側面２２に装着されている。
これにより、被制振体１０の上面１１から付加質量体２０の上面２１に至る高さを大幅に減少させることができる。
なお、図２において付加質量体２０の手前側の側面２２だけではなく、この手前側の側面２２と平行な反対側の側面にも全く同様に駆動機構３０を設けることによって２組の駆動機構３０およびタイミングベルト１５を配置すれば、質量の大きな付加質量体２０をも容易に変位させることが可能となる。

次に、図３を参照して第２実施形態の制振装置について説明すると、この第２実施形態の制振装置２００においては、駆動軸３１が上下方向（図示する紙面に対して垂直な方向）に延びるように前後一対の駆動機構３０が付加質量体２０の上面２１に装着されている。
すなわち、本発明の制振装置においては、駆動機構３０の駆動軸３１が延びる方向を前後方向ばかりでなく、必要に応じて上下方向に延びるように構成することもできる。

次に、図４を参照して第３実施形態の制振装置について説明すると、この第３実施形態の制振装置３００においては、前述した第２実施形態の制振装置２００と全く同様に、付加質量体２０の上面に配設された２組の駆動機構３０と左右方向に延びる２本のタイミングベルト１５によって、付加質量体２０を左右方向に往復変位させることができる。
同時に、付加質量体２０の左右の側面２３，２３にそれぞれ配設された２組の駆動機構３０と前後方向に延びる２本のタイミングベルト１５によって、付加質量体２０を前後方向に往復変位させることができる。
さらに、付加質量体２０は、合計４個のボール（支持手段）１６を介して被制振体１０の上面１１上に前後左右の両方向に変位自在に載置されている。
これにより、本第３実施形態の制振装置３００においては、付加質量体２０を左右方向および前後方向だけではなく、被制振体１０の振動方向に合わせて斜め方向にも往復変位させることができるから、被制振体１０のあらゆる方向の振動を制振することができる。

以上、本発明に係る制振装置の各実施形態ついて詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、付加質量体２０の上面に左右方向に延びる１本のタイミングベルト１５と駆動機構３０を配置するとともに、付加質量体２０の下面に前後方向に延びる１本のタイミングベルト１５と駆動機構３０を配置することもできる。

本発明による第１実施形態の制振装置を示す側面図。 図１に示した第１実施形態の変形例を示す側面図。 本発明による第２実施形態の制振装置を示す平面図。 本発明による第３実施形態の制振装置を示す平面図。 特開２０００−２３０６０２号公報に開示されている制振装置の構造を模式的に示す側面図。

符号の説明

１ ベース
２ 積層体
３ ウェイト
４ プーリ
５ 駆動力伝達体
６ 駆動装置
１０ 被制振体
１１ 上面
１２ ローラ（支持手段）
１３ 固定柱（固定部）
１５ タイミングベルト（駆動力伝達体）
１６ ボール（支持手段）
２０ 付加質量体
２１ 上面
２２，２３ 側面
３０ 駆動機構（駆動手段）
３１ 駆動軸
３２ 駆動プーリ
３３ 支持軸
３４ 従動プーリ
１００ 第１実施形態の制振装置
１１０ 変形例の制振装置
２００ 第２実施形態の制振装置
３００ 第３実施形態の制振装置

Claims (5)

1. 被制振体に生じた振動を付加質量体を変位させることにより制振する装置であって、
   前記付加質量体を前記被制振体上で水平方向に変位自在に支持する支持手段と、
   前記被制振体に設けた一対の固定部間に張設されて帯状若しくは線状に延びる駆動力伝達体と、
   前記駆動力伝達体が延びる方向に対して垂直な方向に延びる軸線の回りに回転自在に前記付加質量体上に支持されて前記駆動力伝達体と回転方向に係合する駆動プーリと、
   前記駆動プーリを正逆両回転方向に回転駆動する、前記付加質量体に装着された駆動手段と、
   を備えることを特徴とする制振装置。
2. 前記付加質量体を左右方向に変位させるように配設された前記駆動力伝達体、前記駆動プーリおよび前記駆動手段の第１の組と、
   前記付加質量体を前後方向に変位させるように配設された前記駆動力伝達体、前記駆動プーリおよび前記駆動手段の第２の組と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載した制振装置。
3. 前記駆動力伝達体を前記駆動プーリの外周面に押圧する従動プーリをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載した制振装置。
4. 前記駆動力伝達体が延びる方向において前記駆動プーリを挟むように一対の前記従動プーリが配設されることを特徴とする請求項３に記載した制振装置。
5. 前記駆動力伝達体がタイミングベルトであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した制振装置。

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