JP2009138893A - Variable rigid spring, vibration control device and structure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable rigid spring, a vibration control device and a structure producing small energy loss, and capable of controlling vibration of a vibrating body. <P>SOLUTION: This variable rigid spring 40 is composed of three installation units 42, 44 and 46 and a selective current-carrying unit 48. When detecting vibration, a control device 30 determines a proper spring constant for controlling the vibration, and operates the selective current-carrying unit 48. The selective current-carrying unit 48 carries an electric current by selecting at least one installation unit so that a spring constant of the variable rigid spring 40 becomes a desired spring constant. A coil spring becomes a solid state when a magnetic field acts on an MR fluid since the magnetic field is generated by current-carrying. Thus, displacement of the coil spring is checked, and the spring constant of the variable rigid spring 40 changes. Thus, the energy loss is reduced since a partial rigidity change is sufficient as compared with a conventional air spring for changing rigidity of the whole spring member. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、可変剛性ばね、制振装置、及び構造物に関する。   The present invention relates to a variable stiffness spring, a vibration damping device, and a structure.

ライブハウスや多目的ホール等において大人数の観客が音楽に合わせて連続した跳躍運動を行った場合、又は、工場においてプレス機械等が連続稼動した場合に振動が発生する。この振動は、当該建物の周辺の建物に基礎や地盤を経由して伝播し、上下の振動を誘発して、不快な振動として感じられる。この不快な振動を解消するため、当該振動を打ち消す振動を強制的に発生させて制振を行う起振装置を振動発生源の周辺に設けたものがある(例えば、特許文献1参照)。   Vibration occurs when a large number of spectators perform a jumping movement in concert with music in a live house or multipurpose hall, or when a press machine or the like continuously operates in a factory. This vibration propagates to buildings around the building via the foundation and the ground, induces vertical vibrations, and is felt as an unpleasant vibration. In order to eliminate this unpleasant vibration, there is an apparatus in which a vibration generating device that performs vibration suppression by forcibly generating a vibration that cancels the vibration is provided around a vibration generation source (for example, see Patent Document 1).

特許文献1の起振装置は、振動センサで計測された振動に基づいて、空気ばねの内圧を調整して固有振動数を変化させて制振を行っている。しかしながら、特許文献1の起振装置は、空気ばねの内圧を変えて、空気ばね全体の剛性を変化させていたため、エネルギーロスが大きかった。
特開平6−200536
The vibration generator disclosed in Patent Document 1 performs vibration suppression by adjusting the internal pressure of the air spring and changing the natural frequency based on the vibration measured by the vibration sensor. However, the vibration generator of Patent Document 1 has a large energy loss because the internal pressure of the air spring is changed to change the rigidity of the entire air spring.
JP-A-6-200536

本発明は、エネルギーロスが小さく、振動体の制振が可能な可変剛性ばね、制振装置、及び構造物を得ることを目的とする。   An object of the present invention is to obtain a variable stiffness spring, a vibration damping device, and a structure that have a small energy loss and are capable of damping a vibrating body.

本発明の請求項1に係る可変剛性ばねは、直列に配置された複数のばね部材と、前記複数のばね部材のうち少なくとも1つに設けられ、ばね部材の変位を阻止する変位阻止手段と、を有することを特徴としている。   A variable stiffness spring according to claim 1 of the present invention includes a plurality of spring members arranged in series, and a displacement prevention means provided on at least one of the plurality of spring members to prevent displacement of the spring member, It is characterized by having.

上記構成によれば、変位阻止手段が、直列に配置された複数のばね部材のうち、少なくとも1つのばね部材の変位を阻止することで、複数のばね部材全体のばね定数が変化し、即ち剛性を変化させることができる。これにより、従来のような、ばね部材全体の剛性を変化させるものと比べて、部分的な剛性変化で済むので、エネルギーロスが小さくなる。また、振動数が変化する振動体の振動数に応じて、可変剛性ばねの剛性を変化させることで、該振動体から伝播する振動を制振することができる。   According to the above configuration, the displacement preventing means prevents the displacement of at least one spring member among the plurality of spring members arranged in series, whereby the spring constants of the plurality of spring members as a whole change, that is, the rigidity. Can be changed. Thereby, as compared with the conventional one that changes the rigidity of the entire spring member, only a partial change in rigidity is required, so that energy loss is reduced. Further, by changing the stiffness of the variable stiffness spring according to the frequency of the vibrating body whose frequency changes, the vibration propagating from the vibrating body can be controlled.

本発明の請求項2に係る可変剛性ばねは、前記変位阻止手段が、前記ばね部材の両端部にそれぞれ取付けられた取付部材と、前記一対の取付部材の間に設けられMR流体を収容した収容部と、前記一方の取付部材に設けられ前記MR流体へ浸漬された凸部と、で構成された取付ユニットと、磁界を発生して前記MR流体に該磁界を作用させる磁界発生手段と、を有することを特徴としている。   The variable stiffness spring according to claim 2 of the present invention is a housing in which the displacement prevention means is provided between an attachment member attached to each end of the spring member and between the pair of attachment members and contains MR fluid. And a projecting unit provided on the one attachment member and immersed in the MR fluid, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field and applying the magnetic field to the MR fluid. It is characterized by having.

上記構成によれば、磁界発生手段が磁界を発生して、取付ユニットの収容部のMR流体に磁界を作用させる。収容部のMR流体は、磁界が作用することにより、含有される粒状磁性体が集合してクラスターを形成するため、凸部の移動が阻止される。これにより、凸部が形成された取付部材が動かなくなる。このため、複数のばね部材のうち、動かなくなった取付部材に取付けられたばね部材の変位が阻止され、複数のばね部材全体の剛性が変化する。このように、MR流体に磁界を作用させるだけで剛性を変化させることができるので、可変剛性ばねの剛性変化が容易となる。また、MR流体は、磁界の作用によって瞬時にクラスターを形成するため、短時間で複数のばね部材全体の剛性を変化させることが可能となる。   According to the above configuration, the magnetic field generating means generates a magnetic field and causes the magnetic field to act on the MR fluid in the housing portion of the mounting unit. In the MR fluid in the housing portion, the magnetic field acts, and the contained granular magnetic bodies gather to form a cluster, so that the movement of the convex portion is prevented. Thereby, the attachment member in which the convex part was formed stops moving. For this reason, the displacement of the spring member attached to the attachment member that has stopped moving among the plurality of spring members is prevented, and the rigidity of the plurality of spring members as a whole changes. As described above, since the rigidity can be changed only by applying a magnetic field to the MR fluid, the rigidity of the variable rigidity spring can be easily changed. In addition, since the MR fluid instantaneously forms clusters due to the action of the magnetic field, the rigidity of the entire plurality of spring members can be changed in a short time.

本発明の請求項3に係る可変剛性ばねは、前記磁界発生手段は、前記ばね部材としてのコイルばねであり、前記磁界は、前記コイルばねに通電することで発生することを特徴としている。上記構成によれば、コイルばねが、ばね部材と磁界発生手段の両方の機能を有しているので、ばね部材と磁界発生手段を別々に設ける必要がなくなり、可変剛性ばねの小型化が可能となる。   The variable stiffness spring according to claim 3 of the present invention is characterized in that the magnetic field generating means is a coil spring as the spring member, and the magnetic field is generated by energizing the coil spring. According to the above configuration, since the coil spring has both functions of the spring member and the magnetic field generating means, there is no need to separately provide the spring member and the magnetic field generating means, and the variable rigid spring can be downsized. Become.

本発明の請求項4に係る可変剛性ばねは、積み重ねられた複数の前記取付ユニットと、 前記コイルばねに選択的に通電して磁界を発生させる磁界選択発生手段と、を有することを特徴としている。   A variable stiffness spring according to a fourth aspect of the present invention includes a plurality of stacked mounting units, and magnetic field selection generation means for selectively energizing the coil spring to generate a magnetic field. .

上記構成によれば、磁界選択発生手段が、積み重ねられた複数の取付ユニットのコイルばねのうち、剛性変化が必要とされる少なくとも1つのコイルばねを選択して通電し、磁界を発生させる。この磁界が収容部のMR流体に作用することにより、選択された取付ユニットのコイルばねの変位が阻止され、複数のコイルばね全体の剛性が変化する。ここで、複数のコイルばね全体の剛性、すなわち、可変剛性ばねの剛性は、コイルばねの選択の組合せを変えるだけで複数種類に変化させることができるので、可変剛性ばねの剛性変化の自由度が増える。   According to the above configuration, the magnetic field selection generation unit selects and energizes at least one coil spring that requires a change in rigidity among the coil springs of the plurality of stacked mounting units, and generates a magnetic field. When this magnetic field acts on the MR fluid in the housing portion, the displacement of the coil spring of the selected mounting unit is prevented, and the rigidity of the entire plurality of coil springs changes. Here, since the rigidity of the whole of the plurality of coil springs, that is, the rigidity of the variable rigidity spring can be changed into a plurality of types only by changing the combination of selection of the coil springs, the degree of freedom in changing the rigidity of the variable rigidity spring can be increased. Increase.

本発明の請求項5に係る可変剛性ばねは、前記複数のばね部材のばね定数が、それぞれ異なることを特徴としている。上記構成によれば、複数のばね部材の異なるばね定数を組合せて、全体としてさらに多くのばね定数が設定可能となる。   The variable stiffness spring according to claim 5 of the present invention is characterized in that spring constants of the plurality of spring members are different from each other. According to the above configuration, it is possible to set more spring constants as a whole by combining different spring constants of the plurality of spring members.

本発明の請求項6に係る制振装置は、構造物に設けられ、上下方向に発生する該構造物の振動数と振幅を計測する計測手段と、前記構造物の柱又は杭に設けられ、前記構造物の振動を打ち消す上下方向の制振力を発生する制振手段と、前記計測手段で計測された構造物の振動数と振幅に基づいて前記制振力の大きさを制御する制御手段と、を有する制振装置において、前記制振手段が、上下方向に振動可能な加振部と、前記加振部と前記柱又は前記杭との間に設けられた請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の可変剛性ばねと、を有し、前記制御手段が、前記振幅に基づいて前記加振部を振動させるとともに、前記振動数に基づいて前記可変剛性ばねの剛性を変化させることを特徴としている。   The vibration damping device according to claim 6 of the present invention is provided in a structure, provided in a measuring means for measuring the frequency and amplitude of the structure generated in the vertical direction, and in a pillar or a pile of the structure, Damping means for generating a damping force in the vertical direction that cancels vibrations of the structure, and control means for controlling the magnitude of the damping force based on the frequency and amplitude of the structure measured by the measuring means And the vibration damping means is provided between the vibration portion that can vibrate in the vertical direction, and between the vibration portion and the column or the pile. And the control means vibrates the excitation unit based on the amplitude and changes the stiffness of the variable stiffness spring based on the frequency. It is characterized by letting.

上記構成によれば、構造物の振動を打ち消す(制振する)ときに、加振部の振動によって振幅が調整され、可変剛性ばねの剛性を変化させることによって振動数が調整されるので、簡易な構成で制振力の大きさを制御できる。また、可変剛性ばねを用いることにより、制振装置のエネルギーロスを小さくできる。   According to the above configuration, when canceling (vibrating) the vibration of the structure, the amplitude is adjusted by the vibration of the excitation unit, and the frequency is adjusted by changing the rigidity of the variable stiffness spring. The magnitude of damping force can be controlled with a simple configuration. Moreover, the energy loss of a damping device can be made small by using a variable rigidity spring.

本発明の請求項7に係る構造物は、請求項6に記載の制振装置が、柱又は杭に設けられたことを特徴としている。上記構成によれば、集団で人が跳躍するなどして構造物に上下方向の振動が発生すると、制振装置が上下方向の振動数と振幅に基づいて柱又は杭に制振力を作用させる。これにより、振動発生源である構造物の上下方向の振動が集中する柱や杭で、自ら振動を打ち消すので、地盤を通じて周囲の構造物に振動が伝わることがなくなる。   A structure according to claim 7 of the present invention is characterized in that the vibration damping device according to claim 6 is provided on a column or a pile. According to the above configuration, when vertical vibrations are generated in the structure, such as when a person jumps in a group, the vibration damping device applies a vibration damping force to the column or pile based on the vertical vibration frequency and amplitude. . As a result, the vibration is not transmitted to the surrounding structures through the ground because the vibrations are canceled by the pillars and piles where the vibrations in the vertical direction of the structure as the vibration generation source concentrate.

本発明は、上記構成としたので、エネルギーロスが小さく、振動体の制振が可能となる。   Since the present invention has the above configuration, the energy loss is small and the vibration body can be controlled.

本発明の可変剛性ばね、制振装置、及び構造物の第1実施形態を図面に基づき説明する。図1に示すように、地面20上に建物10が構築されている。建物10は、地盤22の鉛直方向にコンクリート等で構成される杭12が形成され、杭12上にH鋼からなる複数の柱14と複数の梁16が組み上げられ固定されることで構築される。また、建物10には、最上階に大人数を収容するホール24が設けられている。ホール24の床部18には、ホール24で発生する振動の振幅及び周波数を計測する振動センサ26が設けられている。   A variable rigid spring, a vibration damping device, and a structure according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a building 10 is constructed on the ground 20. The building 10 is constructed by forming a pile 12 made of concrete or the like in the vertical direction of the ground 22 and assembling and fixing a plurality of columns 14 and a plurality of beams 16 made of H steel on the pile 12. . The building 10 has a hall 24 for accommodating a large number of people on the top floor. A vibration sensor 26 that measures the amplitude and frequency of vibration generated in the hall 24 is provided on the floor 18 of the hall 24.

一方、ホール24直下の複数の柱14Aの中央部14Bには、ホール24の床部18で発生する振動(矢印A)を打ち消す振動(矢印B)を発生させる制振装置100が内包されている。また、ホール24の下の階には、振動センサ26で計測された振動の振幅及び周波数に基づいて、制振装置100の振動を制御する制御装置30が設けられている。制御装置30と振動センサ26は、通電可能なケーブル28で接続され、制御装置30と制振装置100は、同様に通電可能なケーブル32で接続されている。制御装置30は、図示しない電源を内包しており、制御装置30から外部に電力供給可能となっている。   On the other hand, a vibration damping device 100 that generates vibration (arrow B) that cancels vibration (arrow A) generated at the floor 18 of the hole 24 is included in the central portion 14B of the plurality of pillars 14A immediately below the hole 24. . A control device 30 that controls the vibration of the vibration damping device 100 is provided on the lower floor of the hall 24 based on the amplitude and frequency of vibration measured by the vibration sensor 26. The control device 30 and the vibration sensor 26 are connected by a cable 28 that can be energized, and the control device 30 and the vibration damping device 100 are similarly connected by a cable 32 that can be energized. The control device 30 includes a power source (not shown) and can supply power from the control device 30 to the outside.

図2(a)に示すように、柱14Aの中央部14Bのフランジの間には、鋼板からなり水平方向に広がる天井壁104及び底壁106が溶接されている。また、中央部14Bのウェブの両側には、天井壁104と底壁106で囲まれ、収納部107A及び収納部107Bが形成されている。収納部107A及び収納部107Bには、それぞれ制振装置100が収容されている。なお、収納部107A及び収納部107Bにおける制振装置100は同様の構成のため、収納部107Bの制振装置100については説明を省略する。   As shown in FIG. 2A, a ceiling wall 104 and a bottom wall 106, which are made of steel plates and are spread in the horizontal direction, are welded between the flanges of the central portion 14B of the column 14A. Further, on both sides of the web of the central portion 14B, a storage portion 107A and a storage portion 107B are formed by being surrounded by the ceiling wall 104 and the bottom wall 106. The damping device 100 is housed in each of the housing portion 107A and the housing portion 107B. In addition, since the damping device 100 in the storage unit 107A and the storage unit 107B has the same configuration, the description of the damping device 100 in the storage unit 107B is omitted.

次に制振装置100について説明する。図2(a)及び図2(b)に示すように、制振装置100は、振動を発生させる加振部108と、加振部108で発生した振動数を調整して天井壁104及び底壁106に伝達する振動調整部110とで構成されている。   Next, the vibration damping device 100 will be described. As shown in FIGS. 2A and 2B, the vibration damping device 100 includes a vibration unit 108 that generates vibrations and a frequency generated by the vibration unit 108 to adjust the frequency of the ceiling wall 104 and the bottom. The vibration adjusting unit 110 is configured to transmit to the wall 106.

加振部108は、底板118上にチャンネル型鋼140の2本を対向させ、隙間部121を形成して構成された支柱120と、支柱120の両側に立設された2本の補助支柱126と、中空筒状で支柱120に外挿される可動部122と、支柱120及び補助支柱126で支持される天板116とを備えている。   The vibration unit 108 has two columns of channel steel 140 opposed to each other on the bottom plate 118 to form a gap 121, and two auxiliary columns 126 erected on both sides of the column 120. The movable portion 122 is inserted in the column 120 in a hollow cylindrical shape, and the top plate 116 is supported by the column 120 and the auxiliary column 126.

支柱120は、可動部122に取り囲まれ、可動部122から内側へ延びる支持部材128が、上下方向へ移動可能に隙間部121に位置している。さらに、支柱120を構成するチャンネル型鋼140の内側(ウェブ)には、複数の磁石142が鉛直方向に並べて固定されている。   The support column 120 is surrounded by the movable portion 122, and a support member 128 extending inward from the movable portion 122 is positioned in the gap portion 121 so as to be movable in the vertical direction. Further, a plurality of magnets 142 are fixed in a vertical direction on the inner side (web) of the channel steel 140 constituting the support column 120.

支持部材128の中央には、図示しない芯金に通電可能なコイルが複数回巻き掛けられた電磁コイル130が固定され、磁石142と対向している。これにより、電磁コイル130と可動部122が一体で、支柱120の外周面に沿って移動可能となっている。電磁コイル130には、通電可能なケーブル132の一端が接続されている。ケーブル132の他端は図示しない電源に接続されており、ケーブル132への通電の制御は制御装置30(図1参照)で制御されている。   In the center of the support member 128, an electromagnetic coil 130 is fixed, which is wound around a core metal (not shown), and is opposed to the magnet 142. Thereby, the electromagnetic coil 130 and the movable part 122 are integrated, and can move along the outer peripheral surface of the column 120. One end of a cable 132 that can be energized is connected to the electromagnetic coil 130. The other end of the cable 132 is connected to a power source (not shown), and control of energization to the cable 132 is controlled by the control device 30 (see FIG. 1).

可動部122の外面には、鋼板からなるウェイト124が、図示しないボルト及びナット等の固定手段で交換可能に固定されている。ウェイト124の重量を変えることで、可動部122の重量が変更可能となっている。   On the outer surface of the movable portion 122, a weight 124 made of a steel plate is fixed so as to be replaceable by fixing means such as a bolt and a nut (not shown). By changing the weight of the weight 124, the weight of the movable portion 122 can be changed.

ここで、制御装置30(図1参照)からの指令で電磁コイル130に通電されると、電磁コイル130の周囲に磁界が発生し、この磁界と前述の磁石142の磁界との反発力によって可動部122が支柱120に沿って移動する。可動部122の移動方向は、電磁コイル130への通電方向によって変わり、制御装置30が通電方向を適宜変更することで、可動部122が上下方向(矢印F方向)に移動するようになっている。可動部122の上下方向の移動により加振部108が振動し、加振力が発生する。   Here, when the electromagnetic coil 130 is energized in response to a command from the control device 30 (see FIG. 1), a magnetic field is generated around the electromagnetic coil 130 and is movable by the repulsive force between the magnetic field and the magnetic field of the magnet 142 described above. The part 122 moves along the column 120. The moving direction of the movable part 122 changes depending on the energization direction to the electromagnetic coil 130, and the movable part 122 moves in the vertical direction (arrow F direction) when the control device 30 appropriately changes the energization direction. . As the movable part 122 moves in the vertical direction, the vibration part 108 vibrates and a vibration force is generated.

一方、振動調整部110は、所定のばね定数(固有の剛性)のスプリング112と、制御装置30(図1参照)からの通電によってばね定数(剛性)が変化する可変剛性ばね40とで構成されている。スプリング112及び可変剛性ばね40の一端は、天井壁104又は底壁106に固定され、他端は天板116又は底板118に固定されている。   On the other hand, the vibration adjusting unit 110 includes a spring 112 having a predetermined spring constant (inherent rigidity) and a variable rigidity spring 40 whose spring constant (rigidity) is changed by energization from the control device 30 (see FIG. 1). ing. One end of the spring 112 and the variable stiffness spring 40 is fixed to the ceiling wall 104 or the bottom wall 106, and the other end is fixed to the top plate 116 or the bottom plate 118.

次に、可変剛性ばね40について説明する。ここでは、天井壁104と天板116の間に配置された可変剛性ばね40について説明するが、底壁106と底板118の間に配置された可変剛性ばね40も同様の構成である。図3(a)に示すように、可変剛性ばね40は、3つの取付ユニット42、44、46と、制御装置30(図1参照)内に設けられた選択通電ユニット48とで構成されている。   Next, the variable stiffness spring 40 will be described. Here, the variable stiffness spring 40 disposed between the ceiling wall 104 and the top plate 116 will be described, but the variable stiffness spring 40 disposed between the bottom wall 106 and the bottom plate 118 has the same configuration. As shown in FIG. 3A, the variable stiffness spring 40 includes three attachment units 42, 44, 46 and a selective energization unit 48 provided in the control device 30 (see FIG. 1). .

取付ユニット42は、略プレート状の下取付部材54を有している。下取付部材54の上面には、上部に開口部が形成された略円筒状の収容ケース58が接着等により取付けられている。収容ケース58内には、粒状磁性体Gが分散混入されたシリコンオイルからなるMR(Magneto-Rheological)流体56が収容されている。   The attachment unit 42 has a substantially plate-like lower attachment member 54. On the upper surface of the lower mounting member 54, a substantially cylindrical storage case 58 having an opening formed in the upper portion is attached by adhesion or the like. In the storage case 58, an MR (Magneto-Rheological) fluid 56 made of silicon oil in which the granular magnetic material G is dispersed and mixed is stored.

MR流体56は、磁界M(磁場)が作用していない通常時は粒状磁性体Gが分散されており、流動性のある液体となっているが、図3(b)に示すように、発生した磁界Mが作用すると、粒状磁性体Gが集合してクラスターを形成し、降伏応力をもつ固体状になる。なお、図3(b)では、取付ユニット46におけるMR流体56への磁界Mの作用状態を示しているが、他の取付ユニット42、44についても同様である。   The MR fluid 56 is a fluid liquid in which the granular magnetic material G is dispersed in a normal time when the magnetic field M (magnetic field) is not acting, but is generated as shown in FIG. When the applied magnetic field M acts, the granular magnetic bodies G gather to form a cluster and become a solid having a yield stress. 3B shows the action state of the magnetic field M on the MR fluid 56 in the mounting unit 46, the same applies to the other mounting units 42 and 44. FIG.

収容ケース58には、金属製のコイルばね50が外挿されており、コイルばね50の下側端部が、下取付部材54の上面に接着等により固定されている。また、コイルばね50の上側端部は、収容ケース58上に配置された略プレート状の上取付部材52の下面に、接着等により固定されている。上取付部材52の下面側で、コイルばね50の内側には、収容ケース58の開口部に挿入され、MR流体56へ浸漬される凸部60が設けられている。   A metal coil spring 50 is extrapolated to the housing case 58, and the lower end of the coil spring 50 is fixed to the upper surface of the lower mounting member 54 by bonding or the like. Further, the upper end portion of the coil spring 50 is fixed to the lower surface of the substantially plate-like upper mounting member 52 disposed on the housing case 58 by bonding or the like. On the lower surface side of the upper mounting member 52, a convex portion 60 that is inserted into the opening of the housing case 58 and immersed in the MR fluid 56 is provided inside the coil spring 50.

このようにして、コイルばね50の両端部にそれぞれ取付けられた上取付部材52及び下取付部材54と、上取付部材52と下取付部材54の間に設けられMR流体56を収容した収容ケース58と、上取付部材52に設けられMR流体56へ浸漬された凸部60とで、取付ユニット42が構成されている。   In this way, the upper mounting member 52 and the lower mounting member 54 that are respectively attached to both ends of the coil spring 50, and the storage case 58 that is provided between the upper mounting member 52 and the lower mounting member 54 and stores the MR fluid 56. The projection unit 60 provided in the upper mounting member 52 and immersed in the MR fluid 56 constitutes the mounting unit 42.

同様にして、取付ユニット44は、コイルばね62の両端部にそれぞれ取付けられた上取付部材64及び下取付部材66と、上取付部材64と下取付部材66の間に設けられMR流体56を収容した収容ケース68と、上取付部材64に設けられMR流体56へ浸漬された凸部70とで構成されている。   Similarly, the attachment unit 44 accommodates the MR fluid 56 provided between the upper attachment member 64 and the lower attachment member 66 attached to both ends of the coil spring 62 and between the upper attachment member 64 and the lower attachment member 66. And the convex portion 70 provided in the upper mounting member 64 and immersed in the MR fluid 56.

また、取付ユニット46は、コイルばね72の両端部にそれぞれ取付けられた上取付部材74及び下取付部材76と、上取付部材74と下取付部材76の間に設けられMR流体56を収容した収容ケース78と、上取付部材74に設けられMR流体56へ浸漬された凸部80とで構成されている。   The mounting unit 46 also includes an upper mounting member 74 and a lower mounting member 76 that are respectively mounted at both ends of the coil spring 72, and a housing that accommodates the MR fluid 56 provided between the upper mounting member 74 and the lower mounting member 76. A case 78 and a convex portion 80 provided on the upper mounting member 74 and immersed in the MR fluid 56 are configured.

ここで、下取付部材54の下面略中央から下方へ向けて、凸部70よりも小さい外径を有する突出部54Aが形成されており、上取付部材64の上面略中央に突出部54Aの外径と略等しい内径を有する穴部64Aが形成されている。そして、突出部54Aが穴部64Aに嵌合されることにより、取付ユニット42、44が積み重ねられている。   Here, a projecting portion 54A having an outer diameter smaller than that of the convex portion 70 is formed downward from substantially the center of the lower surface of the lower mounting member 54, and the outer surface of the projecting portion 54A is disposed at the approximate center of the upper surface of the upper mounting member 64. A hole 64A having an inner diameter substantially equal to the diameter is formed. The mounting units 42 and 44 are stacked by fitting the protrusion 54A into the hole 64A.

同様に、下取付部材66の下面略中央から下方へ向けて、凸部80よりも小さい外径を有する突出部66Aが形成されており、上取付部材74の上面略中央に突出部66Aの外径と略等しい内径を有する穴部74Aが形成されている。そして、突出部66Aが穴部74Aに嵌合されることにより、取付ユニット44、46が積み重ねられている。   Similarly, a protrusion 66A having an outer diameter smaller than that of the convex portion 80 is formed downward from substantially the center of the lower surface of the lower mounting member 66, and the outer surface of the protrusion 66A is formed at the approximate center of the upper surface of the upper mounting member 74. A hole 74A having an inner diameter substantially equal to the diameter is formed. The mounting units 44 and 46 are stacked by fitting the protrusion 66A into the hole 74A.

上取付部材52は、接着又はボルト、ナット等の締結による固定手段によって天井壁104に取付けられている。同様の固定手段によって、下取付部材54と上取付部材64、下取付部材66と上取付部材74、及び下取付部材76と天板116が固定されている。このようにして、3つの取付ユニット42、44、及び46が積み重ねられている。   The upper attachment member 52 is attached to the ceiling wall 104 by fixing means by bonding or fastening such as bolts and nuts. The lower mounting member 54 and the upper mounting member 64, the lower mounting member 66 and the upper mounting member 74, and the lower mounting member 76 and the top plate 116 are fixed by the same fixing means. In this way, the three attachment units 42, 44 and 46 are stacked.

ここで、コイルばね50のばね定数をK1、コイルばね62のばね定数をK2、コイルばね72のばね定数をK3、可変剛性ばね40のばね定数をKとする。また、単純モデルとして、可変剛性ばね40は、コイルばね50、62、72が直列に連結されているものとする。このとき、1/K=1/K1+1/K2+1/K3となる。なお、K1、K2、K3は同じ値であってもよく、また異なる値であってもよいが、ここでは異なる値にしている。これは、各ばね定数を異なる値とした場合、可変剛性ばね40のばね定数Kの設定可能なパターン数が増えるためである。   Here, the spring constant of the coil spring 50 is K1, the spring constant of the coil spring 62 is K2, the spring constant of the coil spring 72 is K3, and the spring constant of the variable stiffness spring 40 is K. Further, as a simple model, the variable stiffness spring 40 has coil springs 50, 62, and 72 connected in series. At this time, 1 / K = 1 / K1 + 1 / K2 + 1 / K3. K1, K2, and K3 may be the same value or different values, but are different values here. This is because the number of patterns that can be set for the spring constant K of the variable stiffness spring 40 increases when the spring constants are set to different values.

コイルばね50の上側端部はケーブル82Aの一端に接続され、下側端部はケーブル82Bの一端に接続されている。ケーブル82A及びケーブル82Bの他端は、選択通電ユニット48に接続されている。同様に、コイルばね62の上側端部はケーブル84Aの一端に接続され、下側端部はケーブル84Bの一端に接続されている。ケーブル84A及びケーブル84Bの他端は、選択通電ユニット48に接続されている。同様に、コイルばね72の上側端部はケーブル86Aの一端に接続され、下側端部はケーブル86Bの一端に接続されている。ケーブル86A及びケーブル86Bの他端は、選択通電ユニット48に接続されている。   The upper end of the coil spring 50 is connected to one end of the cable 82A, and the lower end is connected to one end of the cable 82B. The other ends of the cable 82A and the cable 82B are connected to the selective energization unit 48. Similarly, the upper end of the coil spring 62 is connected to one end of the cable 84A, and the lower end is connected to one end of the cable 84B. The other ends of the cable 84A and the cable 84B are connected to the selective energization unit 48. Similarly, the upper end of the coil spring 72 is connected to one end of the cable 86A, and the lower end is connected to one end of the cable 86B. The other ends of the cable 86A and the cable 86B are connected to the selective energization unit 48.

選択通電ユニット48は、振動センサ26(図1参照)で計測された振動の周波数に基づいて、制御装置30が可変剛性ばね40のばね定数Kを選択すると、選択されたばね定数Kに基づいて、コイルばね50、62、72の少なくとも1つに通電するようになっている。一方、コイルばね50、62、72の少なくとも1つに通電されると、可変剛性ばね40のばね定数Kが変化する。これにより、可変剛性ばね40の剛性が変化し、振動調整部110の剛性が変化して、前述の加振部108(図2参照)で発生する振動数が変化するようになっている。   When the control device 30 selects the spring constant K of the variable stiffness spring 40 based on the vibration frequency measured by the vibration sensor 26 (see FIG. 1), the selection energization unit 48 is based on the selected spring constant K. At least one of the coil springs 50, 62, 72 is energized. On the other hand, when at least one of the coil springs 50, 62, 72 is energized, the spring constant K of the variable stiffness spring 40 changes. As a result, the stiffness of the variable stiffness spring 40 changes, the stiffness of the vibration adjustment unit 110 changes, and the frequency generated by the above-described excitation unit 108 (see FIG. 2) changes.

次に、本発明の第1実施形態の作用について説明する。   Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described.

図1及び図2に示すように、ホール24でコンサート等が行われ、演奏曲の音のリズムに合わせて集団で人が跳躍すると、建物10の床部18が上下方向に振動する。床部18で発生した振動波A(振幅a、周期T1、振動数1/T1とする)は、柱14Aに集中して伝播する。振動センサ26は、この振動波Aの振幅a、周期T1、及び振動数1/T1を計測し、制御装置30にデータを送信する。   As shown in FIGS. 1 and 2, when a concert or the like is performed in the hall 24 and a person jumps in a group in accordance with the rhythm of the music, the floor 18 of the building 10 vibrates in the vertical direction. The vibration wave A (amplitude a, period T1, frequency 1 / T1) generated in the floor 18 is concentrated and propagated on the column 14A. The vibration sensor 26 measures the amplitude a of the vibration wave A, the period T1, and the vibration frequency 1 / T1, and transmits data to the control device 30.

続いて、制御装置30が、振動波Aと1/2周期ずれている振動波B(振幅a、振動数1/T1)の振動を発生させるように電磁コイル130に通電し、磁界を発生させて加振部108が上下に振動する。加振部108の振動は、スプリング112及び可変剛性ばね40からなる振動調整部110の剛性(ばね定数)により振動数が調整される。なお、可変剛性ばね40のばね定数Kは、最初の曲の演奏が行われる前に、予め予測される振動数に合わせて設定されているものとする。   Subsequently, the control device 30 energizes the electromagnetic coil 130 so as to generate the vibration of the vibration wave B (amplitude a, vibration frequency 1 / T1) that is shifted from the vibration wave A by ½ period to generate a magnetic field. Thus, the excitation unit 108 vibrates up and down. The vibration of the excitation unit 108 is adjusted in frequency by the rigidity (spring constant) of the vibration adjustment unit 110 including the spring 112 and the variable stiffness spring 40. It is assumed that the spring constant K of the variable stiffness spring 40 is set in accordance with the predicted frequency before the first music performance is performed.

柱14Aに伝播した振動波Aは、加振部108で発生し、振動調整部110で振動数が調整された振動波Bの制振力によって打ち消されるので、中央部14Bより下方に伝播する振動がほぼなくなる。なお、振動センサ26で微弱な振動が測定される場合には、制御装置30が、電磁コイル130への通電を調整して適宜フィードバック制御を行うことで、振動波Aが制振される。   The vibration wave A propagated to the column 14A is generated by the excitation unit 108 and is canceled by the vibration suppression force of the vibration wave B whose frequency is adjusted by the vibration adjustment unit 110. Therefore, the vibration propagates downward from the central portion 14B. Is almost gone. When weak vibration is measured by the vibration sensor 26, the control device 30 adjusts the energization to the electromagnetic coil 130 and appropriately performs feedback control, so that the vibration wave A is suppressed.

次に、ホール24における振動波の振動数及び振幅が変わるときの制振について説明する。図1及び図5に示すように、ホール24において、例えばコンサートが行われ、1番目の曲に合わせて集団で人が跳躍し、そのとき発生した振動波を打ち消すための振動波がグラフC(振幅b、周期T2、振動数1/T2)だったとする。ここで、1番目の曲が終了し、2番目の曲が開始され、再び曲に合わせて集団で人が跳躍して、グラフAの振動波(振幅a、周期T1、振動数1/T1)が発生したとする。   Next, vibration suppression when the vibration frequency and amplitude of the vibration wave in the hole 24 change will be described. As shown in FIGS. 1 and 5, in the hall 24, for example, a concert is performed, and a group of people jumps in time with the first song, and a vibration wave for canceling the vibration wave generated at that time is a graph C ( Amplitude b, period T2, frequency 1 / T2). Here, the first song is finished, the second song is started, and a group of people jumps to the song again, and the vibration wave of graph A (amplitude a, period T1, frequency 1 / T1) Suppose that occurs.

制御装置30は、振動センサ26から送信されるデータ(振幅a、周期T1、振動数1/T1)に基づいて、電磁コイル130(図2b参照)への通電量及び通電方向を変更し、グラフAの振動波と1/2周期ずらすとともに、グラフCの振動波の振幅をbからaに調整する(矢印Y)。   Based on the data (amplitude a, period T1, frequency 1 / T1) transmitted from the vibration sensor 26, the control device 30 changes the energization amount and energization direction to the electromagnetic coil 130 (see FIG. 2b), The amplitude of the vibration wave of graph C is adjusted from b to a (arrow Y) while being shifted from the vibration wave of A by ½ period.

また、図3、図4(c)、及び図5に示すように、制御装置30は、グラフCの振動波の振動数を1/T2から1/T1に調整する(矢印X)ため、可変剛性ばね40における取付ユニット42、44、46のうち、どの取付ユニットの剛性を変化させればよいかを選択する。   Further, as shown in FIGS. 3, 4 (c), and 5, the control device 30 adjusts the frequency of the vibration wave of the graph C from 1 / T 2 to 1 / T 1 (arrow X), and therefore is variable. Of the mounting units 42, 44, 46 in the rigid spring 40, which mounting unit should be changed in rigidity is selected.

この選択は、例えば、前述の可変剛性ばね40のばね定数Kの関係式1/K=1/K1+1/K2+1/K3における右辺の3つの項のいずれかを、削除又は削除せずにばね定数Kを求め、このばね定数Kを用いて周期Tを演算し、求まったTがT1に最も近い値となるときに、どの取付ユニットの項を削除したかによって行うことができる。ここでは、取付ユニット42の剛性を変化させて、可変剛性ばね40の剛性を変化させることが選択されたものとする。変化後の可変剛性ばね40のばね定数をK´とすると、1/K´=1/K2+1/K3である。   This selection can be made, for example, without deleting or deleting any of the three terms on the right side of the relational expression 1 / K = 1 / K1 + 1 / K2 + 1 / K3 of the spring constant K of the variable stiffness spring 40 described above. The period T is calculated using this spring constant K, and when the obtained T is the closest value to T1, it can be performed depending on which attachment unit term is deleted. Here, it is assumed that the rigidity of the variable rigidity spring 40 is changed by changing the rigidity of the mounting unit 42. Assuming that the spring constant of the variable stiffness spring 40 after the change is K ′, 1 / K ′ = 1 / K2 + 1 / K3.

取付ユニット42の選択により、制御装置30は、選択通電ユニット48を作動させてコイルばね50に通電する。コイルばね50では、選択通電ユニット48からの通電量及びコイルばね50の巻き数に応じた磁界Mが発生する。収容ケース58内部のMR流体56は、磁界Mが作用することにより、粒状磁性体Gがクラスターを形成し、固体状となる。これにより、上取付部材52の凸部60の変位が阻止され、上取付部材52及び下取付部材54に取付けられているコイルばね50の変位が阻止される。   By selecting the attachment unit 42, the control device 30 operates the selective energization unit 48 to energize the coil spring 50. In the coil spring 50, a magnetic field M is generated according to the energization amount from the selective energization unit 48 and the number of turns of the coil spring 50. When the magnetic field M acts on the MR fluid 56 inside the housing case 58, the granular magnetic bodies G form clusters and become solid. Thereby, the displacement of the convex portion 60 of the upper attachment member 52 is prevented, and the displacement of the coil spring 50 attached to the upper attachment member 52 and the lower attachment member 54 is prevented.

ここで、図4(a)は、コイルばね50、62、72の変位が阻止されていない状態を示しており、図4(b)は、コイルばね50の変位が阻止された状態を示している。図4(a)では、コイルばね50、62、72の変位が阻止されていないため、各取付部材間の間隔d1、d2、d3は可変である。一方、図4(b)では、コイルばね50の変位のみが阻止されているため、間隔d1は固定で、間隔d2、d3が可変となっている。   Here, FIG. 4A shows a state where the displacement of the coil springs 50, 62, 72 is not blocked, and FIG. 4B shows a state where the displacement of the coil spring 50 is blocked. Yes. In FIG. 4A, since the displacement of the coil springs 50, 62, 72 is not prevented, the distances d1, d2, d3 between the mounting members are variable. On the other hand, in FIG. 4B, since only the displacement of the coil spring 50 is blocked, the distance d1 is fixed and the distances d2 and d3 are variable.

このように、可変剛性ばね40のばね定数がK´に変化したことにより、図2、図4(c)、及び図5において、振動調整部110の剛性が変化し、加振部108の振動数が調整される。これにより、加振部108において、グラフBの振動波(振幅a、振動数1/T1、周期T1/2遅れ)が発生し、グラフBの振動波の制振力によってグラフAの振動波が打ち消される。   As described above, since the spring constant of the variable stiffness spring 40 is changed to K ′, the stiffness of the vibration adjustment unit 110 is changed in FIGS. 2, 4 (c), and 5, and the vibration of the excitation unit 108 is changed. The number is adjusted. As a result, the vibration wave of graph B (amplitude a, frequency 1 / T1, delay of period T1 / 2) is generated in the excitation unit 108, and the vibration wave of graph A is generated by the damping force of the vibration wave of graph B. Be countered.

以上説明したように、変位阻止手段としての取付ユニット42、44、46、及び選択通電ユニット48によって、直列に配置された複数のコイルばね50、62、72のうち、少なくとも1つのコイルばねの変位を阻止することで、複数のコイルばね50、62、72全体のばね定数が変化し、可変剛性ばね40の剛性を変化させることができる。これにより、従来の空気ばねのような、ばね部材全体の剛性を変化させるものと比べて、部分的な剛性変化で済むので、エネルギーロスが小さくなる。また、振動数が変化するホール24(床部18)の振動数に応じて、可変剛性ばね40の剛性を変化させることで、ホール24から地盤22へ伝播する振動を制振することができる。   As described above, the displacement of at least one coil spring among the plurality of coil springs 50, 62, 72 arranged in series by the mounting units 42, 44, 46 and the selective energization unit 48 as the displacement prevention means. By preventing this, the spring constants of the plurality of coil springs 50, 62, 72 as a whole can be changed, and the rigidity of the variable stiffness spring 40 can be changed. Thereby, as compared with the conventional air spring that changes the rigidity of the entire spring member, a partial change in rigidity is sufficient, and energy loss is reduced. Further, the vibration propagating from the hole 24 to the ground 22 can be suppressed by changing the rigidity of the variable stiffness spring 40 according to the frequency of the hole 24 (floor portion 18) where the frequency changes.

さらに、MR流体56に磁界Mを作用させるだけで可変剛性ばね40の剛性を変化させることができるので、可変剛性ばね40の剛性変化が容易となる。また、MR流体56は、磁界Mの作用によって粒状磁性体Gが瞬時にクラスターを形成するため、短時間で可変剛性ばね40の剛性を変化させることが可能となる。   Furthermore, since the rigidity of the variable rigidity spring 40 can be changed by simply applying the magnetic field M to the MR fluid 56, the rigidity of the variable rigidity spring 40 can be easily changed. Further, in the MR fluid 56, the granular magnetic bodies G form clusters instantly by the action of the magnetic field M, so that the rigidity of the variable stiffness spring 40 can be changed in a short time.

また、コイルばね50、62、72が、可変剛性ばね40を構成するばね部材と磁界発生手段の両方の機能を有しているので、ばね部材と磁界発生手段を別々に設ける必要がなくなり、可変剛性ばね40の小型化が可能となる。   Further, since the coil springs 50, 62, and 72 have both functions of the spring member and the magnetic field generating means constituting the variable stiffness spring 40, it is not necessary to separately provide the spring member and the magnetic field generating means, and the variable is variable. The rigid spring 40 can be downsized.

また、複数のコイルばね50、62、72全体の剛性、すなわち可変剛性ばね40の剛性は、各コイルばねの選択の組合せを変えるだけで複数種類に変化させることができるので、可変剛性ばね40の剛性変化の自由度が向上する。   In addition, since the rigidity of the whole of the plurality of coil springs 50, 62, 72, that is, the rigidity of the variable rigidity spring 40 can be changed into a plurality of types only by changing the combination of selection of each coil spring, The degree of freedom of rigidity change is improved.

また、制振装置100は、建物10の振動を打ち消す(制振する)ときに、加振部108の振動によって振幅が調整され、可変剛性ばね40の剛性を変化させることによって振動数が調整されるので、簡易な構成で制振力の大きさを制御できる。また、可変剛性ばね40を用いることにより、制振装置100のエネルギーロスを小さくできる。   In addition, when the vibration damping device 100 cancels (vibrates) the vibration of the building 10, the amplitude is adjusted by the vibration of the excitation unit 108, and the frequency is adjusted by changing the rigidity of the variable stiffness spring 40. Therefore, the magnitude of the damping force can be controlled with a simple configuration. Further, by using the variable stiffness spring 40, the energy loss of the vibration damping device 100 can be reduced.

また、集団で人が跳躍するなどして建物10に上下方向の振動が発生すると、制振装置100が上下方向の振動数と振幅に基づいて柱14又は杭12に制振力を作用させる。これにより、振動発生源である建物10では、上下方向の振動が集中する柱14で自ら振動を打ち消すので、地盤22を通じて周囲の建物に振動が伝わることがなくなる。なお、制振装置100を杭12に設ければ、杭12についても制振を行える。   In addition, when a vertical vibration occurs in the building 10 due to a person jumping in a group, the vibration damping device 100 applies a vibration damping force to the column 14 or the pile 12 based on the vertical vibration frequency and amplitude. Thereby, in the building 10 which is a vibration generation source, the vibration is canceled by the column 14 where the vibration in the vertical direction is concentrated, so that the vibration is not transmitted to the surrounding buildings through the ground 22. In addition, if the damping device 100 is provided in the pile 12, the damping can also be performed on the pile 12.

なお、本発明の可変剛性ばねの第1実施形態の他の実施例として、図6(a)、(b)、(c)に示すような構成を用いてもよい。図6(a)に示す可変剛性ばね150は、複数の取付ユニット152を積み重ねて構成されている。取付ユニット152は、コイルばね50の両端部にそれぞれ取付けられた上取付部材154及び下取付部材156と、コイルばね50の外周面から外側の位置で、上取付部材154と下取付部材156の間に設けられ、MR流体56を収容した収容ケース158と、上取付部材154に設けられMR流体56へ浸漬された凸部160とで構成されている。   As another example of the first embodiment of the variable stiffness spring of the present invention, a configuration as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C may be used. The variable stiffness spring 150 shown in FIG. 6A is configured by stacking a plurality of mounting units 152. The mounting unit 152 includes an upper mounting member 154 and a lower mounting member 156 that are respectively mounted on both ends of the coil spring 50, and a position outside the outer peripheral surface of the coil spring 50 and between the upper mounting member 154 and the lower mounting member 156. The housing case 158 that accommodates the MR fluid 56 and the convex portion 160 that is provided in the upper mounting member 154 and is immersed in the MR fluid 56 are configured.

ここで、コイルばね50に図示しない制御装置から通電され、磁界Mが発生すると、磁界Mの作用により粒状磁性体Gがクラスターを形成し、MR流体56が固体状となって、コイルばね50の変位が阻止される。これにより、可変剛性ばね150の剛性を変化させることができる。   Here, when the coil spring 50 is energized from a control device (not shown) and the magnetic field M is generated, the granular magnetic body G forms a cluster by the action of the magnetic field M, and the MR fluid 56 becomes solid, and the coil spring 50 Displacement is prevented. Thereby, the rigidity of the variable rigidity spring 150 can be changed.

一方、図6(b)に示すように、コイルばね50のみに電源を含む通電ユニット162を接続して、1つのコイルばね50のみの剛性を変化させてもよく、また、図6(c)に示すように、コイルばね50、62に電源を含む通電ユニット162、164をそれぞれ接続して、2つのコイルばね50、62の剛性を変化させ、残りの1つのコイルばね72の剛性をそのままにしてもよい。本実施形態のようにコイルばねが3つの場合は、剛性を変化させるコイルばねの組合せは7通りある。   On the other hand, as shown in FIG. 6B, the energizing unit 162 including the power source may be connected only to the coil spring 50 to change the rigidity of only one coil spring 50, and FIG. As shown in FIG. 4, the coil springs 50 and 62 are connected to energizing units 162 and 164 including a power source, respectively, to change the rigidity of the two coil springs 50 and 62, and the rigidity of the remaining one coil spring 72 is left as it is. May be. When there are three coil springs as in this embodiment, there are seven combinations of coil springs that change the rigidity.

次に、本発明の可変剛性ばね、制振装置、及び構造物の第2実施形態を図面に基づき説明する。なお、前述した第1実施形態と基本的に同一のものには、前記第1実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。   Next, a variable stiffness spring, a vibration damping device, and a second embodiment of the structure of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same reference numerals as those in the first embodiment are given to the same elements as those in the first embodiment described above, and the description thereof is omitted.

図7に示すように、柱14の中央部14B(図2参照)の天井壁104と、制振装置100(図2参照)の天板116の間に、可変剛性ばね170が取付けられている。可変剛性ばね170は、前述の制振装置100の可変剛性ばね40を置き換えたものである。可変剛性ばね170は、取付ユニット172を3つ積み重ねて構成されている。   As shown in FIG. 7, a variable stiffness spring 170 is attached between the ceiling wall 104 of the central portion 14B (see FIG. 2) of the column 14 and the top plate 116 of the vibration damping device 100 (see FIG. 2). . The variable stiffness spring 170 replaces the variable stiffness spring 40 of the vibration damping device 100 described above. The variable rigid spring 170 is configured by stacking three attachment units 172.

取付ユニット172は、コイルばね50の両端部にそれぞれ取付けられた上部板材174及び下部板材176と、コイルばね50の上端外周面に巻き方向に沿って取付けられた鉄等の磁性体からなる磁性部材178と、磁性部材178の外側で該磁性部材178と対向配置され、ケーブル182を介して制御装置30によって通電が行われて、磁界を発生する電磁石180とで構成されている。   The attachment unit 172 includes an upper plate member 174 and a lower plate member 176 respectively attached to both ends of the coil spring 50, and a magnetic member made of a magnetic material such as iron attached to the upper end outer peripheral surface of the coil spring 50 along the winding direction. 178 and an electromagnet 180 that is disposed outside the magnetic member 178 so as to face the magnetic member 178 and is energized by the control device 30 via the cable 182 to generate a magnetic field.

次に、本発明の第2実施形態の作用について説明する。   Next, the operation of the second embodiment of the present invention will be described.

ホール24(図1参照)においてコンサートが行われ、1番目の曲が終了し、2番目の曲が開始され、再び曲に合わせて集団で人が跳躍して振動波が発生したとする。制御装置30は、振動センサ26(図1参照)から送信される振動のデータに基づいて、電磁コイル130(図2b参照)への通電量及び通電方向を変更し、振動波の振幅を調整する。   It is assumed that a concert is performed in the hall 24 (see FIG. 1), the first music is finished, the second music is started, and a group of people jumps to the music again to generate a vibration wave. Based on the vibration data transmitted from the vibration sensor 26 (see FIG. 1), the control device 30 changes the amount and direction of energization of the electromagnetic coil 130 (see FIG. 2b) and adjusts the amplitude of the vibration wave. .

また、制御装置30は、可変剛性ばね170全体で必要とされるばね定数Kを求めて、3つの取付ユニット172のうち、どの取付ユニットの剛性を変化させればよいかを選択する。ここでは、同じ3つの取付ユニット172を積み重ねているので、3つの取付ユニット172の変位を阻止しない場合には、1/K=1/K1+1/K1+1/K1=3/K1であり、1つの取付ユニット172の変位を阻止する場合は1/K=2/K1、2つの取付ユニット172の変位を阻止する場合は1/K=1/K1となる。なお、ばね定数が異なる3つの取付ユニットを用いてもよい。   Further, the control device 30 obtains a spring constant K required for the entire variable stiffness spring 170 and selects which of the three attachment units 172 should be changed in rigidity. Here, since the same three attachment units 172 are stacked, if the displacement of the three attachment units 172 is not prevented, 1 / K = 1 / K1 + 1 / K1 + 1 / K1 = 3 / K1 and one attachment When blocking the displacement of the unit 172, 1 / K = 2 / K1, and when blocking the displacement of the two mounting units 172, 1 / K = 1 / K1. Note that three attachment units having different spring constants may be used.

続いて、制御装置30によって選択された取付ユニット172と対向する電磁石180に、制御装置30から通電され、磁界が発生する。発生した磁界は、コイルばね50に取付けられた磁性部材178に作用して、電磁石180と対向する位置に磁性部材178をロックする。これにより、コイルばね50は上下方向の変位が阻止され、選択された取付ユニット172のばね定数が変化する。   Subsequently, the electromagnet 180 facing the mounting unit 172 selected by the control device 30 is energized from the control device 30 to generate a magnetic field. The generated magnetic field acts on the magnetic member 178 attached to the coil spring 50 to lock the magnetic member 178 at a position facing the electromagnet 180. As a result, the coil spring 50 is prevented from being displaced in the vertical direction, and the spring constant of the selected mounting unit 172 changes.

選択された取付ユニット172のばね定数が変化した制振装置100では、加振部108の振動数が調整され、柱14の中央部14Bに伝播する振動が制振される。このように、変位阻止手段として、磁性部材178と電磁石180を用いて、コイルばね50の変位を阻止してもよい。   In the vibration damping device 100 in which the spring constant of the selected mounting unit 172 has changed, the vibration frequency of the vibration exciting unit 108 is adjusted, and the vibration propagating to the central portion 14B of the column 14 is damped. As described above, the displacement of the coil spring 50 may be prevented by using the magnetic member 178 and the electromagnet 180 as the displacement prevention means.

次に、本発明の可変剛性ばねの第3実施形態を図面に基づき説明する。なお、前述した第1実施形態と基本的に同一のものには、前記第1実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。   Next, a third embodiment of the variable stiffness spring of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same reference numerals as those in the first embodiment are given to the same elements as those in the first embodiment described above, and the description thereof is omitted.

図8(a)及び図8(b)は、車両の一例である車200の一部に可変剛性ばね212を用いた状態を示している。図8(a)に示すように、車200は、本体としての車体202を有している。車体202の底面側には、車軸204が設けられており、車軸204の両端には、タイヤ206が回転可能に取付けられている。また、車軸204の端部近傍には、略直方体状の台座208が設けられており、台座208の上面には、サスペンション部210が取付けられている。   FIGS. 8A and 8B show a state in which the variable stiffness spring 212 is used in a part of a car 200 that is an example of a vehicle. As shown in FIG. 8A, the car 200 has a vehicle body 202 as a main body. An axle 204 is provided on the bottom side of the vehicle body 202, and tires 206 are rotatably attached to both ends of the axle 204. A substantially rectangular parallelepiped pedestal 208 is provided near the end of the axle 204, and a suspension part 210 is attached to the upper surface of the pedestal 208.

サスペンション部210は、タイヤ206の上下運動に対して適当な剛性を有する弾性要素としての可変剛性ばね212と、適度の振動減衰要素としてのショックアブソーバ214とで構成されている。なお、可変剛性ばね212及びショックアブソーバ214の上端は、それぞれ車体202側へ図示しないボルト等により取付けられている。   The suspension unit 210 includes a variable stiffness spring 212 as an elastic element having appropriate rigidity with respect to the vertical movement of the tire 206, and a shock absorber 214 as an appropriate vibration damping element. Note that the upper ends of the variable stiffness spring 212 and the shock absorber 214 are respectively attached to the vehicle body 202 by bolts or the like (not shown).

図8(b)に示すように、可変剛性ばね212は、3つ積み重ねられた取付ユニット213と、選択通電ユニット230とで構成されている。取付ユニット213は、コイルばね216の両端部にそれぞれ取付けられた上部板材218及び下部板材220と、上部板材218と下部板材220の間に設けられMR流体56を収容した収容ケース222と、上部板材218の下面に突設されMR流体56へ浸漬された凸部224とで構成されている。   As shown in FIG. 8B, the variable stiffness spring 212 is composed of three mounting units 213 and a selective energization unit 230 that are stacked. The attachment unit 213 includes an upper plate member 218 and a lower plate member 220 attached to both ends of the coil spring 216, a storage case 222 that is provided between the upper plate member 218 and the lower plate member 220, and stores the MR fluid 56, and an upper plate member. And a convex portion 224 that protrudes from the lower surface of 218 and is immersed in the MR fluid 56.

各取付ユニット213の連結部では、上部板材218と下部板材220が、図示しないボルト、ナット等の締結手段によって固定されている。一方、コイルばね216の上側端部はケーブル226Aの一端に接続され、コイルばね216の下側端部はケーブル226Bの一端に接続されている。ケーブル226A及びケーブル226Bの他端は、選択通電ユニット230に接続されている。   At the connection portion of each mounting unit 213, the upper plate member 218 and the lower plate member 220 are fixed by fastening means such as bolts and nuts (not shown). On the other hand, the upper end of the coil spring 216 is connected to one end of the cable 226A, and the lower end of the coil spring 216 is connected to one end of the cable 226B. The other ends of the cables 226A and 226B are connected to the selective energization unit 230.

選択通電ユニット230は、車体202(図8(a)参照)に取付けられた図示しない振動センサで計測された振動の周波数に基づいて、可変剛性ばね212のばね定数Kを選択するようになっている。また、選択通電ユニット230は、選択された可変剛性ばね212のばね定数Kに基づいて、3つの取付ユニット213のうち、少なくとも1つのコイルばね216に通電するようになっている。   The selection energization unit 230 selects the spring constant K of the variable stiffness spring 212 based on the vibration frequency measured by a vibration sensor (not shown) attached to the vehicle body 202 (see FIG. 8A). Yes. The selective energizing unit 230 energizes at least one coil spring 216 among the three attachment units 213 based on the spring constant K of the selected variable stiffness spring 212.

選択通電ユニット230によって、3つのコイルばね216の少なくとも1つに通電されると、可変剛性ばね212のばね定数Kが変化する。これにより、可変剛性ばね212の剛性が変化し、車体202(図8(a)参照)で発生する振動の振動数が変化するようになっている。   When at least one of the three coil springs 216 is energized by the selective energization unit 230, the spring constant K of the variable stiffness spring 212 changes. As a result, the stiffness of the variable stiffness spring 212 changes, and the frequency of the vibration generated in the vehicle body 202 (see FIG. 8A) changes.

次に、本発明の第3実施形態の作用について説明する。   Next, the operation of the third embodiment of the present invention will be described.

図8(a)及び図8(b)に示すように、車200が、例えば、凹凸が比較的多い一般道を走行すると、車体202に取付けられた図示しない振動センサで振動の周波数が計測される。ここで、選択通電ユニット230が、この振動の周波数に基づいて振動を打ち消すために、可変剛性ばね212のばね定数Kを選択すると共に、選択されたばね定数Kとなるように、3つの取付ユニット213のうち、少なくとも1つのコイルばね216に通電する。   As shown in FIG. 8A and FIG. 8B, when the vehicle 200 travels on a general road with relatively many irregularities, for example, the vibration frequency is measured by a vibration sensor (not shown) attached to the vehicle body 202. The Here, the electrification unit 230 selects the spring constant K of the variable stiffness spring 212 so that the vibration is canceled based on the frequency of the vibration, and the three attachment units 213 so that the selected spring constant K is obtained. Among these, at least one coil spring 216 is energized.

通電されたコイルばね216では、選択通電ユニット230からの通電量及びコイルばね216の巻き数に応じた磁界が発生する。収容ケース222内のMR流体56は、磁界が作用することにより、粒状磁性体がクラスターを形成して固体状となる。これにより、上部板材218の凸部224の変位が阻止され、コイルばね216の変位が阻止される。   In the energized coil spring 216, a magnetic field corresponding to the energization amount from the selective energization unit 230 and the number of turns of the coil spring 216 is generated. In the MR fluid 56 in the housing case 222, the magnetic field acts, whereby the granular magnetic body forms a cluster and becomes solid. Thereby, the displacement of the convex portion 224 of the upper plate 218 is prevented, and the displacement of the coil spring 216 is prevented.

コイルばね216の変位が阻止されることにより、可変剛性ばね212のばね定数Kが変化して剛性が変化し、サスペンション部210において適度な剛性を有するようになる。また、サスペンション部210では、ショックアブソーバ214によって、適度の振動減衰が行われる。このように、サスペンション部210が適度な剛性を有し、且つサスペンション部210で適度の振動減衰が行われるので、タイヤ206の上下運動による振動に対して適度な制振が行われ、車200内の乗務員に快適な乗り心地を与えることが可能となる。また、適度な剛性、振動減衰によって、車200の操縦安定性が増す。   By preventing the displacement of the coil spring 216, the spring constant K of the variable stiffness spring 212 changes and the stiffness changes, so that the suspension unit 210 has an appropriate stiffness. In the suspension unit 210, moderate vibration damping is performed by the shock absorber 214. As described above, since the suspension unit 210 has appropriate rigidity and appropriate vibration attenuation is performed in the suspension unit 210, moderate vibration suppression is performed with respect to vibration caused by the vertical movement of the tire 206, and the interior of the vehicle 200 is reduced. It is possible to give a comfortable ride to the crew. In addition, the steering stability of the car 200 is increased by appropriate rigidity and vibration damping.

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。振動センサ26は、柱14の際であればどこに設けてもよい。制振装置100は、建物10の構造に応じて杭12の上部又は上端部に設けてもよい。加振部108は、収納部107A、107Bのいずれか一方に設けてもよい。振動調整部110は、3箇所全て可変剛性ばね40で構成してもよい。   In addition, this invention is not limited to said embodiment. The vibration sensor 26 may be provided anywhere as long as it is at the pillar 14. The vibration damping device 100 may be provided on the upper portion or the upper end portion of the pile 12 according to the structure of the building 10. The vibration unit 108 may be provided in one of the storage units 107A and 107B. The vibration adjustment unit 110 may be configured by the variable stiffness spring 40 at all three locations.

磁界発生手段は、コイルばねに直接通電するものだけでなく、コイルばねとは別に導通可能なコイル部材を配置して、通電を行い、MR流体56に磁界を作用させるようにしてもよい。磁界発生手段が、ばね部材に直接通電するものでない場合、ばね部材は、コイルばねに限らず、板ばね等であってもよい。
また、磁界は、磁石を近接配置又は離間配置して、MR流体56に作用させるようにしてもよい。
The magnetic field generating means is not limited to the one that directly energizes the coil spring, but a coil member that can be conducted separately from the coil spring may be arranged to energize the MR fluid 56 to act on the magnetic field. When the magnetic field generating means does not directly energize the spring member, the spring member is not limited to the coil spring but may be a leaf spring or the like.
Further, the magnetic field may be applied to the MR fluid 56 by arranging magnets close to or spaced apart from each other.

スプリング112及び可変剛性ばね40の並列配置される個数は、単数、複数いずれであってもよい。積み重ねられるコイルばね及び取付ユニットの数は、3つに限定されず、2つ以上の複数であってもよく、また、スプリング112を用いる場合には、1つであってもよい。   The number of the spring 112 and the variable stiffness spring 40 arranged in parallel may be either a single number or a plurality. The number of coil springs and mounting units to be stacked is not limited to three, and may be two or more, and may be one when the spring 112 is used.

本発明の第1実施形態に係る制振装置が設けられた建物の全体図である。1 is an overall view of a building provided with a vibration damping device according to a first embodiment of the present invention. (a)本発明の第1実施形態に係る制振装置の斜視図である。(b)本発明の第1実施形態に係る制振装置の断面図である。(A) It is a perspective view of the damping device concerning a 1st embodiment of the present invention. (B) It is sectional drawing of the damping device which concerns on 1st Embodiment of this invention. (a)本発明の第1実施形態に係る可変剛性ばねの断面図である。(b)本発明の第1実施形態に係る取付ユニットにおける磁界の発生状態を示す説明図である。(A) It is sectional drawing of the variable rigidity spring which concerns on 1st Embodiment of this invention. (B) It is explanatory drawing which shows the generation | occurrence | production state of the magnetic field in the attachment unit which concerns on 1st Embodiment of this invention. (a)〜(c)本発明の第1実施形態に係る各取付ユニットに通電したときのばね部材のロック状態を示す模式図及び断面図である。(A)-(c) It is the schematic diagram and sectional drawing which show the locked state of a spring member when it supplies with electricity to each attachment unit which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る制振装置による制振状態を振動波を用いて示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the damping state by the damping device which concerns on 1st Embodiment of this invention using the vibration wave. 本発明の第1実施形態に係る可変剛性ばねの他の実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other Example of the variable rigidity spring which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る可変剛性ばねの模式図である。It is a schematic diagram of the variable rigidity spring which concerns on 2nd Embodiment of this invention. (a)本発明の第3実施形態に係る可変剛性ばねを設けた車両の部分図である。(b)本発明の第3実施形態に係る可変剛性ばねの断面図である。(A) It is a partial view of the vehicle provided with the variable rigidity spring which concerns on 3rd Embodiment of this invention. (B) It is sectional drawing of the variable rigidity spring which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 建物(構造物)
12 杭(杭)
14 柱(柱)
26 振動センサ(計測手段)
30 制御装置(制御手段)
40 可変剛性ばね(可変剛性ばね)
42 取付ユニット(取付ユニット、変位阻止手段)
44 取付ユニット(取付ユニット、変位阻止手段)
46 取付ユニット(取付ユニット、変位阻止手段)
48 選択通電ユニット(磁界選択発生手段、変位阻止手段)
50 コイルばね(ばね部材、磁界発生手段)
52 上取付部材(取付部材、変位阻止手段)
54 下取付部材(取付部材、変位阻止手段)
56 MR流体(MR流体)
58 収容ケース(収容部、変位阻止手段)
60 凸部(凸部、変位阻止手段)
62 コイルばね(ばね部材、磁界発生手段)
64 上取付部材(取付部材、変位阻止手段)
66 下取付部材(取付部材、変位阻止手段)
68 収容ケース(収容部、変位阻止手段)
70 凸部(凸部、変位阻止手段)
72 コイルばね(ばね部材、磁界発生手段)
74 上取付部材(取付部材、変位阻止手段)
76 下取付部材(取付部材、変位阻止手段)
78 収容ケース(収容部、変位阻止手段)
80 凸部(凸部、変位阻止手段)
100 制振装置(制振装置)
108 加振部(制振手段、加振部)
110 振動調整部(制振手段)
150 可変剛性ばね(可変剛性ばね)
158 収容ケース(収容部、変位阻止手段)
160 凸部(凸部、変位阻止手段)
170 可変剛性ばね(可変剛性ばね)
174 上部板材(取付部材、変位阻止手段)
176 下部板材(取付部材、変位阻止手段)
178 磁性部材(変位阻止手段)
180 電磁石(変位阻止手段)
212 可変剛性ばね(可変剛性ばね)
213 取付ユニット(取付ユニット、変位阻止手段)
216 コイルばね(ばね部材、磁界発生手段)
218 上部板材(取付部材、変位阻止手段)
220 下部板材(取付部材、変位阻止手段)
222 収容ケース(収容部、変位阻止手段)
224 凸部(凸部、変位阻止手段)
230 選択通電ユニット(磁界選択発生手段、変位阻止手段)
M 磁界(磁界)
10 Building (structure)
12 Pile
14 pillars
26 Vibration sensor (measuring means)
30 Control device (control means)
40 Variable stiffness spring (variable stiffness spring)
42 Mounting unit (Mounting unit, displacement prevention means)
44 Mounting unit (Mounting unit, displacement prevention means)
46 Mounting unit (Mounting unit, displacement prevention means)
48 selective energization unit (magnetic field selection generation means, displacement prevention means)
50 Coil spring (spring member, magnetic field generating means)
52 Upper mounting member (Mounting member, displacement prevention means)
54 Lower mounting member (Mounting member, displacement prevention means)
56 MR fluid (MR fluid)
58 Storage case (storage part, displacement prevention means)
60 Convex (convex, displacement prevention means)
62 Coil spring (spring member, magnetic field generating means)
64 Upper mounting member (Mounting member, displacement prevention means)
66 Lower mounting member (Mounting member, displacement prevention means)
68 Storage case (storage part, displacement prevention means)
70 Convex (convex, displacement prevention means)
72 Coil spring (spring member, magnetic field generating means)
74 Upper mounting member (Mounting member, displacement prevention means)
76 Lower mounting member (Mounting member, displacement prevention means)
78 Storage case (storage part, displacement prevention means)
80 Convex (convex, displacement prevention means)
100 Damping device (damping device)
108 Excitation unit (vibration control means, excitation unit)
110 Vibration adjustment unit (vibration control means)
150 Variable stiffness spring (variable stiffness spring)
158 Storage case (storage part, displacement prevention means)
160 Convex (convex, displacement prevention means)
170 Variable stiffness spring (variable stiffness spring)
174 Upper plate (mounting member, displacement prevention means)
176 Lower plate (mounting member, displacement prevention means)
178 Magnetic member (displacement prevention means)
180 Electromagnet (Displacement prevention means)
212 Variable stiffness spring (variable stiffness spring)
213 Mounting unit (Mounting unit, displacement prevention means)
216 Coil spring (spring member, magnetic field generating means)
218 Upper plate (mounting member, displacement prevention means)
220 Lower plate (mounting member, displacement prevention means)
222 Storage case (storage part, displacement prevention means)
224 Convex part (convex part, displacement prevention means)
230 Selection energization unit (magnetic field selection generation means, displacement prevention means)
M magnetic field

Claims (7)

直列に配置された複数のばね部材と、
前記複数のばね部材のうち少なくとも1つに設けられ、ばね部材の変位を阻止する変位阻止手段と、
を有することを特徴とする可変剛性ばね。
A plurality of spring members arranged in series;
A displacement preventing means provided on at least one of the plurality of spring members, and preventing displacement of the spring members;
A variable rigidity spring characterized by comprising:
前記変位阻止手段が、
前記ばね部材の両端部にそれぞれ取付けられた取付部材と、前記一対の取付部材の間に設けられMR流体を収容した収容部と、前記一方の取付部材に設けられ前記MR流体へ浸漬された凸部と、で構成された取付ユニットと、
磁界を発生して前記MR流体に該磁界を作用させる磁界発生手段と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の可変剛性ばね。
The displacement prevention means comprises:
An attachment member attached to each end of the spring member; an accommodation portion provided between the pair of attachment members for containing MR fluid; and a protrusion provided on the one attachment member and immersed in the MR fluid. A mounting unit comprising:
Magnetic field generating means for generating a magnetic field and applying the magnetic field to the MR fluid;
The variable stiffness spring according to claim 1, comprising:
前記磁界発生手段は、前記ばね部材としてのコイルばねであり、
前記磁界は、前記コイルばねに通電することで発生することを特徴とする請求項2に記載の可変剛性ばね。
The magnetic field generating means is a coil spring as the spring member,
The variable stiffness spring according to claim 2, wherein the magnetic field is generated by energizing the coil spring.
積み重ねられた複数の前記取付ユニットと、
前記コイルばねに選択的に通電して磁界を発生させる磁界選択発生手段と、
を有することを特徴とする請求項3に記載の可変剛性ばね。
A plurality of the mounting units stacked;
Magnetic field selection generating means for selectively energizing the coil spring to generate a magnetic field;
The variable stiffness spring according to claim 3, wherein
前記複数のばね部材のばね定数が、それぞれ異なることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の可変剛性ばね。   The variable stiffness spring according to any one of claims 1 to 4, wherein the spring constants of the plurality of spring members are different from each other. 構造物に設けられ、上下方向に発生する該構造物の振動数と振幅を計測する計測手段と、前記構造物の柱又は杭に設けられ、前記構造物の振動を打ち消す上下方向の制振力を発生する制振手段と、前記計測手段で計測された構造物の振動数と振幅に基づいて前記制振力の大きさを制御する制御手段と、を有する制振装置において、
前記制振手段が、
上下方向に振動可能な加振部と、
前記加振部と前記柱又は前記杭との間に設けられた請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の可変剛性ばねと、を有し、
前記制御手段が、前記振幅に基づいて前記加振部を振動させるとともに、前記振動数に基づいて前記可変剛性ばねの剛性を変化させることを特徴とする制振装置。
Measuring means for measuring the vibration frequency and amplitude of the structure generated in the vertical direction and provided in the structure, and a vertical damping force provided in the column or pile of the structure and canceling the vibration of the structure In the vibration damping device, comprising:
The vibration damping means is
An excitation unit capable of vibrating in the vertical direction;
The variable stiffness spring according to any one of claims 1 to 5, wherein the variable stiffness spring is provided between the excitation unit and the pillar or the pile.
The vibration control device characterized in that the control means vibrates the excitation unit based on the amplitude and changes the stiffness of the variable stiffness spring based on the frequency.
請求項6に記載の制振装置が、柱又は杭に設けられたことを特徴とする構造物。   A structure in which the vibration damping device according to claim 6 is provided on a pillar or a pile.
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