JP2599602B2 - 起振装置 - Google Patents

起振装置

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JP2599602B2
JP2599602B2 JP62275619A JP27561987A JP2599602B2 JP 2599602 B2 JP2599602 B2 JP 2599602B2 JP 62275619 A JP62275619 A JP 62275619A JP 27561987 A JP27561987 A JP 27561987A JP 2599602 B2 JP2599602 B2 JP 2599602B2
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    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32Details
    • F16F9/53Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
    • F16F9/532Electrorheological [ER] fluid dampers
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気粘性流体(ERF)を利用した起振装置
に関する。この起振装置は、例えば、物体,構造物等に
外部から加わる外乱振動を、該振動に対抗する制御振動
を前記物体等に加えることにより減衰させる所謂能動振
動制御において、前記制御振動を発生させる起振装置と
して好適である。
従来技術とその問題点 上記のような能動振動制御においては、従来、油圧ま
たは空気圧式のシリンダ装置が起振装置(アクチュエー
タ)として使用されており、ピストンの両側に形成され
たシリンダ室に油または空気を交互に給排することによ
り、ピストンに振動運動を生じさせ、この振動を制御振
動として物体等に伝達するようになっていた。このよう
な従来の起振装置においては、油または空気のシリンダ
室への給排は各種のサーボ弁を機械的に頻繁に開閉させ
ることにより行われ、従ってサーボ弁の機構が複雑とな
り、また故障の頻度も多く、さらに使用時間とともに性
能の劣化も進んでくるというような問題があった。
一方、電圧をかけるとほとんど瞬間的に凝固する流体
が電気粘性流体(electro−rheological fluid)として
知られている。
問題点を解決するための手段および作用 本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
る。すなわち本発明の起振装置は、シリンダと、該シリ
ンダ内に往復自在に嵌装されたピストンと、該ピストン
に連結され前記シリンダから外部に延出する軸部材とを
備え、前記ピストンにより前記シリンダ内に区画形成さ
れた2室にそれぞれ電気粘性流体の流入口と流出口とを
設け、該流入口および流出口にこれらを通過する電気粘
性流体に電圧を印加できる電圧印加手段をそれぞれ設け
るとともに、一方の室の流入口における電圧印加が他方
の室の流出口における電圧印加と同時に行われ、かつ両
室の流入口における電圧印加が交互に行われるようにし
てある。
前記流入口および流出口を流れる電気粘性流体は、電
圧印加手段により電圧をかけられるとその場で瞬間的に
凝固して該流体の流れを阻止し、該流入出孔を閉鎖す
る。そしてこの電圧が解除されると瞬間的に再び流体と
なり流れを再開させる。すなわち該流入出口を開状態に
する。しかして電圧の解除、印加による上記のような流
入出口の開閉は次のように行われる。すなわち各室の流
入口はそれぞれ他方の室の流出口と対をなして同時に開
閉し、かつ各対の流入出口は交互に開閉する。この結
果、一方の室の流入口が開かれ該流入口から電気粘性流
体が流入する時にはこの室の流出口は閉鎖されており、
該室内に流体圧が発生する。この時他方の室の流入口は
閉鎖され流出口は開かれているので、該室内の流体は排
出さ、ピストンは前記他方の室側へ押し動かされる。次
いで各流出入口の開閉状態が逆になることにより、前記
他方の室内に流体圧が発生し、前記一方の室内の流体は
排出される。このようにしてピストンは両側から交互に
押圧されて往復動し、かつ各流出入口の開閉の切替えは
電圧の印加、解除により極めて迅速に行われるので、ピ
ストンは振動状態となり、この振動が軸部材を介して物
体、構造物等に伝達され、これらを起振させる。
実 施 例 以下本発明を図示の実施例について説明する。第1図
は本発明による起振装置を構成する起振機1の縦断面図
である。この起振機1はシリンダ2と該シリンダ2内に
往復運動可能に設けられたピストン3とを有し、該ピス
トン3に連結された軸部材4がシリンダ2の端壁2aを軸
受5を介して摺動自在に貫通して外部に延びている。シ
リンダ2の内部はピストン3によって図において左方の
シリンダ室6Lと右方のシリンダ室6Rとに区画されてい
る。そしてシリンダ室6Lには電気粘性流体の流入口7Lと
該流体の流出口8Lとが設けられており、他方のシリンダ
室6Rにも同様に流入口7Rと流出口8Rとが設けられてい
る。
この起振機1は第2図に示すように電気粘性流体回路
9中に介挿されている。第2図において10は流体溜め、
11はポンプで、流体溜め10には電気粘性流体12が貯蔵さ
れており、該流体12がポンプ11により吸入管13を経て吐
出管14に吐出される。吐出管14は中途から2本の流入管
15L,15Rに分岐しており、これらの流入管15L,15Rはそれ
ぞれ前記起振機1の流入口7L,7Rに接続されている。起
振機1の流出口8Lは流出管16Lを通じて流体溜め10に連
通し、流出口8Rは流出管16Rを通じて流体溜め10に連通
している。
電気粘性流体12は合成オイル、水、高分子微粒子を混
合した流体で、通常は粘性の低い流体であるが、これに
電圧を加えると電圧とともに粘性が高まり、電圧を除く
と粘性が小さくなる。またこの粘度の変化はかなり大き
く、電圧の大きさに比例する。この状態変化は可逆的で
あり瞬間的である。起振機1の前記シリンダ室6L,6Rへ
の電気粘性流体12の給排制御は、電気粘性流体12のこの
性質を利用して行われ、このため、流入口7および流出
口8にはここを流れる電気粘性流体12に電圧をかけるた
めの電圧印加手段が設けられている。第3図に一例とし
て流入口7Lに設けられた電圧印加手段17が示されている
が、この電圧印加手段17は4枚の電極板18を互いに間隔
を隔てて電気粘性流体の流れ方向に平行に配列し、各電
極板18を交互に直流電源の+極および−極に接離自在に
接続して構成されている。電極板18は例えばステンレス
鋼等の金属で作られている。各電極板18が電源に接続さ
れていない時には、電極板18間に電圧が存在しないの
で、ここを通過する電気粘性流体には状態変化が起ら
ず、電気粘性流体は自由に流入口7Lを通過する。すなわ
ち流入口7Lは開状態に在る。しかし、各電極板18を電源
に接続し各電極板間に例えば4〜5KV程度の電圧をかけ
ると、各電極板18間を流れる電気粘性流体は瞬間的に凝
固し、流入口7Lを閉塞する。すなわち流入口7Lは閉状態
になる。このようにして電圧印加手段17は流入口7Lを開
閉する弁の機能を果し、この弁機能は、機械的作動を伴
うことなく、単に電流を遮断、接続することにより極め
て迅速に得られる。
上記同様な電圧印加手段17が他の流入口7Rおよび流出
口8L,8Rにも設けられている。そして流入口7Lの電圧印
加手段17の電極板18と流出口8Rの電圧印加手段17の電極
板18とは同時に電源に接続されかつ同時に電源から切離
されるようになっている。すなわち流入口7Lと流出口8R
とは同時に開閉されるようになっている。同様に流入口
7Rと流出口8Lも同時に開閉されるようになっており、か
つ流入口7L、流出口8Rの開閉と流入口7R,流出口8Lの開
閉とが所望の周期で交互に行われるようになっている。
従ってシリンダ室6Lとシリンダ室6Rとにはそれぞれの
流入口7を経て電気粘性流体が交互に供給され、この時
反対側のシリンダ室内の電気粘性流体は流出口8および
流出管16を経て流体溜め10に排出される。この結果、ピ
ストン3は交互に向きを変える両シリンダ室6L,6R間の
圧力差により、左右に往復振動し、この振動が軸部材4
を介して外部に取出され、該軸部材4に連結された物
体,構造物等に起振力として伝達される。シリンダ2の
両端部にはピストン3の必要以上の移動を制止するため
にストッパ19が設けられている。
第4図および第5図はこの起振装置の周波数特性の一
例を示し、第4図は周波数と軸部材4を介して伝達され
る伝達力との関係を示し、た第5図は周波数と、電圧印
加手段17により印加される電圧の位相および軸部材4を
介して伝達される振動の位相間の位相差との関係を示
す。これらのグラフから、本起振装置は高い周波数領域
まで振動を発生させることができ、位相遅れもほとんど
ないことが分る。なお、第5図において実線部分aは無
負荷時の特性を示し、点線部分bは負荷時の特性を示
す。
第6図は本発明による起振装置を、積層ゴムで支えた
物体の横揺れ防止に使用した例を示し、基盤20上に設置
された外枠21上に積層ゴム22を介して台23が載置されて
いる。そして台23の両端部と外枠21との間にそれぞれ前
記したような起振機1が水平方向に取付けられている。
ただし第6図の起振機1においては、軸部材4がシリン
ダ2から一方向にだけ延出しており、この軸部材4を台
23に取付け、シリンダ2を外枠21に取付けてある。基盤
20が地震等により横方向(図の左右方向)に、で示
すような振動を起すと、この振動が検知器25により
検出されて検出信号が制御装置26に送られる。制御装置
26はこの検出信号に応働して前記各流入口7および流出
口8に印加される電圧を制御し、起振機1に振動
位相を逆にする振動を発生させる。この振動は前述のよ
うに軸部材4を介して台23に伝達され、基盤20から台2
3、載荷物24に伝えられる振動を相殺し、この結
果、台23、載荷物24の振動は振動に比して大幅
に減衰されたものとなる。台23の振動を検出し、制
御装置26がこの検出信号に応働して印加電圧を制御する
ようにしてもよい。
第7図はこのような能動振動制御によって得られた結
果を示し、横軸に周波数をとり、縦軸に振動伝達率20lo
g10{|1|/|0|}をとってある。実線aは上記能動
振動制御を行った場合の結果を示し、点線bは起振機1
に電圧を印加せずこれを働らかさなかった場合の結果を
示す。起振機1を働かさない場合には周波数5Hzで共振
を生じた。
第8図に起振機1を利用した振動制御の他の一例を示
す。本例においては基盤20上に積層ゴム22を介して物体
27が支持されており、該物体27上に起振機1が取付けら
れている。起振機1は第9図に示すようにシリンダ2を
止め治具28によって抱持され、該止め治具28をボルト29
で物体27に固定することによって物体27に取付けられて
いる。そしてシリンダ2の両端部から延出する軸部材4,
4の先端にそれぞれ錘30(第8図)が固着されている。
第6図の場合と同様に基盤20の横振動または物体27
の横振動を検知し、これに応じて印加電圧を制御し
て錘30を適当な周波数、位相で振動させることにより、
錘30がマスダンパとして能動的に機能し、物体27の振動
を低減させる。第10図はこのようなアクティブマスダン
パ方式の振動制御を採用した場合の結果を示す第7図と
同様の線図で、第6,7図の例と同様に大きな振動低減効
果が得られることが分る。本例においては、起振機1を
働かせない場合、周波数8Hz近傍で共振現象が生じてい
る。
発明の効果 以上から明らかなように、本発明の起振装置は作動流
体として、電気粘性流体を利用し、シリンダ室への流体
流入口およびシリンダ室からの流体流出口の開閉を、電
圧を印加しもしくは電圧を解除することにより行うよう
にしたので、2つのシリンダ室の流体給排の切換えが極
めて迅速に行われ周波数の高い振動でも容易に得ること
ができる。
また機械的な弁装置を必要としないので、従来の油、
空気等を作動流体とした起振装置に比して構造が非常に
単純になり、耐久性、コスト等の面でも極めて有利であ
り、かつシステム全体としても小型化する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による起振装置を構成する起振機の縦断
面図、第2図は同起振機を組込んだ電気粘性流体回路の
回路図、第3図は第1図の一部拡大図、第4図および第
5図は起振機の周波数特性を示す線図、第6図は起振機
による振動制御の一例を示す側面図、第7図はこれによ
る振動低減効果を示す線図、第8図は起振機による振動
制御の他の例を示す側面図、第9図は第8図の起振機の
拡大斜視図、第10図は第8図の例における振動低減効果
を示す線図である。 1……起振機、2……シリンダ、3……ピストン、4…
…軸部材、5……軸受、6……シリンダ室、7……流入
口、8……流出口、9……電気粘性流体回路、10……流
体溜め、11……ポンプ、12……電気粘性流体、13……吸
入管、14……吐出管、15……流入管、16……流出管、17
……電圧印加手段、18……電極板、19……ストッパ、20
……基盤、21……外枠、22……積層ゴム、23……台、24
……載荷物、25……検知器、26……制御装置、27……物
体、28……止め治具、29……ボルト、30……錘。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダと、該シリンダ内に往復自在に嵌
    装されたピストンと、該ピストンに連結され前記シリン
    ダから外部に延出する軸部材とを備え、前記ピストンに
    より前記シリンダ内に区画形成された2室にそれぞれ電
    気粘性流体の流入口と流出口とを設け、該流入口および
    流出口にこれらを通過する電気粘性流体に電圧を印加で
    きる電圧印加手段をそれぞれ設けるとともに、一方の室
    の流入口における電圧印加が他方の室の流出口における
    電圧印加と同時に行われ、かつ両室の流入口における電
    圧印加が交互に行われるようにして成る起振装置。
JP62275619A 1987-11-02 1987-11-02 起振装置 Expired - Lifetime JP2599602B2 (ja)

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