JP3807169B2 - Active dynamic vibration absorbers for building structures - Google Patents
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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階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】
【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、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。
【0008】
【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。
【0009】
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弾性連結部材によって弾性連結すると共に、該第一の取付部材と該第二の取付部材における前記弾性連結部材の弾性変形に基づく相対変位を許容しつつ、それら第一の取付部材と第二の取付部材の間に相対変位力を及ぼすアクチュエータを設けた能動型制振器を、複数用い、それぞれの該能動型制振器における該第一の取付部材を前記本体マス部材に対して固定的に取り付けると共に、それぞれの該能動型制振器における該第二の取付部材に対して付加マス部材を固定的に且つなににも支えられず自由な変位が可能な状態で設けて、それら複数の能動型制振器を該本体マス部材に装着することにより、該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該アクチュエータによる相対変位力が及ぼされるようにしたことを、特徴とする。
【0010】
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)が構成されると共に、能動型制振器の第一の取付部材が本体マス部材に取り付けられることにより、付加マス部材を含む第二の取付部材と弾性連結部材によって、本体マス部材に対する副振動系として作用する一つの振動系(能動振動系)が構成される。そして、第二の取付部材と弾性連結部材によって構成された振動系(能動振動系)にあっては、能動型制振器のアクチュエータを駆動せしめて第一の取付部材と第二の取付部材の間に相対変位力を及ぼすことによって、能動的に加振されることとなり、その加振反力が、本体マス部材と弾性支持部材によって構成された振動系(受動振動系)に及ぼされることによって、かかる受動振動系が加振される。
【0011】
それ故、建築構造物において防振すべき振動に応じて能動振動系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。
【0012】
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、第一の取付部材と第二の取付部材を連結する弾性連結部材の弾性変形に基づく、それら両取付部材の相対変位を許容しつつ、両取付部材間に相対変位力を及ぼすアクチュエータを備えた特定構造の能動型制振器を用いて、前記能動振動系を構成したことにより、リニアベアリング等の複雑な機構を必要とすることなく、付加マス部材を本体マス部材に対して相対変位可能に配することが出来ると共に、ボールねじ等の複雑な機構を必要とすることなく、付加マス部材を本体マス部材に対して加振変位せしめることが出来るのであり、それ故、目的とする能動型動的吸振器を、簡単で且つコンパクトな構造をもって実現することが可能となるのである。
【0013】
また、かかる能動型動的吸振器においては、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によって荷重や力の伝達を行なう必要がないことから、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るのであり、優れた耐久性と安定した作動性が発揮され得る。
また、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、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、有効な制振効果を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能動型制振器におけるアクチュエータを、同時に作動させると共に、両者の発生力を相対的に調節すれば、それら複数の能動型制振器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。
【0014】
なお、本態様に係る能動型動的吸振器において、能動型制振器のアクチュエータとしては、弾性連結部材の弾性変形に基づく第一の取付部材と第二の取付部材の相対変位を許容しつつ、両取付部材間に相対変位力を及ぼす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アクチュエータが望ましく、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、本体マス部材や付加マス部材としては、耐久性や強度と比重を考慮して、例えば、鉄系や鉛系などの金属材が有利に採用される。なお、付加マス部材は、能動型制振器における第二の取付部材と一体形成することも可能であり、それによって、部品点数の減少と構造の簡略化が図られ得る。更に、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。また、第一の取付部材と第二の取付部材を弾性連結する弾性連結部材としては、金属ばねやゴム弾性体などが有利に採用される。更にまた、弾性連結部材の弾性変形に基づく第一の取付部材と第二の取付部材の相対的な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、能動振動系における振動特性、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。また、能動型制振器の本体マス部材への取り付けは、例えば、かかる能動型制振器における第一の取付部材を、本体マス部材の外周面に対して、ボルト等で固定することにより、本体マス部材の外周面から水平方向外方に突出するようにして為され得るが、その具体的取付構造は限定されるものでない。
【0015】
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、前記付加マス部材と前記弾性連結部材で構成される能動振動系の固有振動数を、前記本体マス部材と前記弾性支持部材で構成される受動振動系の固有振動数に対して略一致するようにチューニングしたことを、特徴とする。このような本態様においては、能動振動系の共振作用を利用して、受動振動系に対して大きな加振力をより効率的に及ぼすことが出来るのであり、能動振動系と受動振動系における各固有振動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チューニングすることによって、電力等のエネルギ消費を十分に抑えつつ、目的とする振動に対して有効な能動的制振効果を得ることが可能となる。
【0016】
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、前記本体マス部材に対して、外周面に開口する収容凹所を形成すると共に、該収容凹所に前記能動型制振器を収容配置せしめて、該能動型制振器における前記第一の取付部材を、該収容凹所の内面に取り付けたことを、特徴とする。このような本態様に従えば、本体マス部材の外周面から外方への能動型制振器の突出量を抑えることが出来るのであり、能動型動的吸振器の設置スペースを容易に確保することが可能となる。なお、収容凹所の形成位置は特に限定されるものでないが、例えば、本体マス部材の略中央で上面に開口する収容凹所を設けることにより、本体マス部材の重量バランスを有利に確保することが出来る。
【0017】
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であって、前記能動型制振器において、前記第二の取付部材に対して別体形成された別体付加マス部材を取り付けたことを、特徴とする。このような本態様に従えば、別体付加マス部材を適宜に設定することによって、能動振動系の固有振動数を容易に調節することが出来るといった利点がある。なお、より好ましくは、別体付加マス部材が、第二の取付部材に対して取り外し可能とされて、能動振動系の固有振動数が変更、調節可能とされる。
【0019】
また、本発明において採用される能動型制振器の具体的構造は、何等限定されるものでなく、防振すべき振動の大きさやマス部材の質量の他、能動型動的吸振器の設置スペースやマス部材の形状等、各種の条件によって適宜に変更されることとなる。そこにおいて、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、前記能動型制振器として、前記第一の取付部材と第二の取付部材を一方向に離間して対向配置すると共に、それら第一の取付部材と第二の取付部材をゴム弾性体によって弾性連結する一方、該第二の取付部材において、該第一の取付部材側に向かって開口して形成された環状溝によって磁気ギャップを形成すると共に、該磁気ギャップ内に挿入配置せしめたコイル部材を該第一の取付部材で支持せしめることにより、該コイル部材への通電に伴って生ぜしめられる電磁力に基づいて、第一の取付部材と第二の取付部材を接近/離間方向に相対変位せしめるようにした構造のものを採用したことを、特徴とする。このような本態様に従えば、例えば、本体マス部材の外周面に対して装着されて使用される能動型制振器等も、有利に実現され得る。
【0020】
また、本発明の第六の態様は、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、前記能動型制振器として、軸部材と該軸部材の外方に離間配置された外筒部材によって、前記第一の取付部材と前記第二の取付部材を構成すると共に、それら第一の取付部材と第二の取付部材の何れか一方に永久磁石を取り付けると共に、他方にコイル部材を取り付けて、該コイル部材への通電に伴って生ぜしめられる電磁力に基づいて、第一の取付部材と第二の取付部材を軸方向に相対変位せしめるようにした構造のものを採用したことを、特徴とする。このような本態様に従えば、例えば、本体マス部材に形成された収容凹所内に収容状態で配設されて使用される能動型制振器等も、有利に実現され得る。また、本態様に従う構造の能動型制振器においては、例えば、第二の取付部材に固定的に設けられる付加マス部材を環状として、その軸方向両側を、第一の取付部材に対して弾性連結部材で連結支持せしめることも出来るのであり、それによって、付加マス部材を一層安定して弾性支持することが出来ると共に、付加マス部材の振動状態の安定化、ひいては制振効果の更なる安定化が図られ得る。
【0021】
また、本発明の第七の態様は、前記第一乃至第六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、前記能動型制振器として、前記第一の取付部材と前記第二の取付部材をゴム弾性体で弾性連結すると共に、非圧縮性流体が封入されてそれら両取付部材間への振動入力時に該非圧縮性流体が流動せしめられる流体封入領域を形成する一方、該流体封入領域の一部を加振板で構成して、該加振板を前記アクチュエータで変位駆動せしめることにより、該アクチュエータによる駆動力を非圧縮性流体を介して第一の取付部材と第二の取付部材に及ぼすようにしたのものを採用したことを、特徴とする。このような本態様に従えば、非圧縮性流体の共振作用を利用して、より大きな加振力を生ぜしめることが可能となるのであり、アクチュエータにおける電力等のエネルギ消費を十分に抑えつつ、本体マス部材(受動振動系)に対して有効な加振力を及ぼしめて、目的とする振動に対して有効な能動的制振効果を得ることが出来るのである。なお、本態様において、より効率的に加振力を得るためには、流体封入領域における流体の共振周波数が、建築構造物において防振すべき振動周波数と略同じになるように、流体封入領域の構造や封入される非圧縮性流体の密度、流体封入領域の壁ばね剛性(所定容積だけ変化させるのに必要とされる圧力変化量に対応する)等を調節することが望ましい。
【0022】
また、本発明の第八の態様は、前記第一乃至第七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、前記能動型制振器における前記アクチュエータ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設けたことを、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フィードフォワード的に制御することも可能である。
【0023】
【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。
【0024】
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に対する能動型制振器となる能動振動系14を含んで構成されている。そして、能動振動系14から受動振動系12に対して、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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
一方、能動振動系14は、図3に示されているように、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。そして、第一の取付金具28と第二の取付金具30の間に組み込まれたアクチュエータとしての電磁式アクチュエータにより、両取付金具28,30に対して、それら両取付金具28,30を相互に接近/離隔せしめる方向の相対変位力(加振力)を及ぼすようになっている。
【0030】
そこにおいて、第一の取付金具28は、それぞれ円板形状を有する第一の板金具34と第二の板金具36が重ね合わされて、固定ボルト38で相互に固定されることによって形成されている。また、第二の板金具36の中央部分には、第一の板金具34との重ね合わせ面に開口する収容凹所40が形成されており、この収容凹所40に頭部が収容されて軸方向外方に向かって脚部が突出せしめられた支持ボルト42によって、ガイドロッド44が固定されている。このガイドロッド44は、金属等の硬質材で形成されて、略一定断面形状で直線的に延びており、第一の取付金具28の中心軸上で軸方向外方に向かって突設されていると共に、その突出先端部には、軸直角方向に広がるストッパ部46が一体形成されている。
【0031】
また、第二の板金具36の外面中央には、軸方向外方に向かってスカート状に広がるボビン48が重ね合わされており、支持ボルト42で固定されたガイドロッド44によって、第二の板金具36に固定されている。このボビン48は、合成樹脂等の電気絶縁材で形成されており、軸方向の突出先端部に設けられた円筒状部には、コイル50が巻回固着されている。
【0032】
さらに、かかる第一の取付金具28を構成する第一の板金具34には、中央部分を軸方向に延びるボルト孔52が形成されており、例えば、前記受動振動系12を構成する本体マス18に植設されたスタッドボルト54を、このボルト孔52に螺着することにより、第一の取付金具28を本体マス18の外周面に対して固定することが出来ようになっている。
【0033】
一方、第二の取付金具30は、連結金具56と、付加マス部材としての付加マスブロック58から構成されている。連結金具56は、円環ブロック形状を有しており、第一の取付金具28に対して、径方向外方に離間して同軸上に且つ軸方向に所定量だけ偏倚して配設されている。そして、第一の取付金具28を構成する第二の板金具36と連結金具56が、本体ゴム弾性体32で相互に連結されている。即ち、本体ゴム弾性体32は、全体として円環板形状乃至はテーパ付円筒形状を有しており、その小径側端部の内周面に対して第一の取付金具28の外周面が加硫接着されていると共に、その大径側端部の外周面に対して連結金具56の内周面が加硫接着されている。なお、本体ゴム弾性体32によって連結された第二の板金具36と連結金具56の対向面は、互いに斜め軸方向で対向する傾斜面とされている。
【0034】
また、付加マスブロック58は、鉄等の強磁性材で且つ高比重材からなる材質により、大径の円形ブロック形状をもって形成されており、中心軸上には、軸方向に貫通するガイド孔60が形成されていると共に、このガイド孔60には、摺動ブッシュ62が組み込まれている。更にまた、付加マスブロック58には、径方向の中間部分を周方向に連続して延びて軸方向一方の側(図1中の上側)に開口する環状凹溝64が形成されており、この環状凹溝64に永久磁石66が挿入配置されて、環状凹溝64の外周側壁部の内面に固着されている。なお、かかる永久磁石66は、周方向に全周に亘って連続していても、また、不連続であっても良い。そして、この永久磁石66には、内周面側と外周面側とに両磁極が設定されており、それによって、付加マスブロック58において、全体としてドーナツ形状の磁路が形成されていると共に、この磁路上に環状凹溝64が位置せしめられて全体として円筒形状の磁気ギャップが形成されている。なお、本実施形態では、付加マスブロック58の外周面上に、更に、質量調節用の円筒形状の追加マスブロック68が外嵌固定されている。
【0035】
そして、かかる付加マスブロック58は、第一の取付金具28に対して同一中心軸上で離間して対向配置されており、その対向面において、連結金具56に重ね合わされて連結ボルト70で固定されることにより、本体ゴム弾性体32を介して、第一の取付金具28に弾性連結されている。即ち、これにより、付加マスブロック58を含む第二の取付金具30と本体ゴム弾性体32によって一つの振動系が構成されているのであり、特に本時実施形態では、第二の取付金具30の質量や、本体ゴム弾性体32のばね特性を調節することによって、かかる能動振動系14における中心軸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。また、付加マスブロック58のガイド孔60には、第一の取付金具28に突設されたガイドロッド44が摺動可能に挿通されており、以て、このガイドロッド44による案内作用に基づいて、本体ゴム弾性体32の弾性変形に伴い、付加マスブロック58が、第一の取付金具28に対して、中心軸上で接近/離間方向に安定して相対変位せしめられるようになっている。ここにおいて、上記振動系を構成する連結金具56,付加マスブロック58および追加マスブロック68からなるマス系は、主たる振動系たる建築構造物に対する有効な加振反力を得るために、好適には主たる振動系の5%程度の質量に設定されるが、1〜数%の質量であっても、十分な加振反力を得ることが可能であり、具体的には、例えば一般住宅においては、100kg前後〜数百kg程度でのマス系質量で十分な効果を得ることが出来、更に複数の動的吸振器10を併せて採用する場合には、一つ当たりのマス系質量をより小さく設定することが出来る。
【0036】
なお、付加マスブロック58には、ガイド孔60の開口部の外方において、第一の取付金具28側に突出する円環形状の緩衝ゴム72が固設されており、この緩衝ゴム72を介して、付加マスブロック58が第一の取付金具28側(ボビン48の底壁部)に当接することにより、第一の取付金具28と第二の取付金具30の軸方向での接近方向の相対変位量が緩衝的に制限されるようになっている。また、付加マスブロック58におけるガイド孔60の外方側(第一の取付金具28と反対側)の開口端部には、大径凹所74が形成されており、この大径凹所74内に、ガイドロッド44のストッパ部46が収容配置されている。そして、第一の取付金具28に対して第二の取付金具30が離間方向に大きく相対変位せしめられた際、ガイドロッド44のストッパ部46が付加マスブロック58の大径凹所74の底面に当接することによって、それら両取付金具28,30の相対変位量が制限されるようになっている。なお、大径凹所74の底面には、緩衝ゴム76が設けられており、ガイドロッド44のストッパ部46が緩衝的に当接されるようになっている。
【0037】
さらに、付加マスブロック58の環状凹溝64には、第一の取付金具28によって支持されたコイル50が挿入配置されており、環状凹溝64の内周側壁面と、永久磁石66で構成された環状凹溝64の外周側壁面との径方向対向面間で、軸方向に変位可能に配設されている。また、このコイル50には、給電用リード線78を通じて、外部の制御装置80から駆動電流が給電されるようになっており、コイル50に駆動電流が通電されることにより、コイル50と付加マスブロック58の間に電磁力が生ぜしめられ、以て、第一の取付金具28と第二の取付金具30に対して、中心軸上での接近/離間方向の相対変位力が及ぼされるようになっている。特に、コイル50に通電する電流の方向を逆向きとすることによって、第一の取付金具28と第二の取付金具30の間に及ぼされる相対変位力を逆向きとすることが出来るのであり、コイル50に交番電流を通電することによって、第一の取付金具28と第二の取付金具30に対して相対的な加振力が及ぼされるようになっている。
【0038】
そして、このような構造とされた能動振動系14は、前述の如く第一の取付金具28を受動振動系12の本体マス18にねじ固定すること等によって、図1及び図2に示されているように、本体マス18の外周面上で、第一及び第二の取付金具28,30の中心軸が略水平方向に延びる状態で装着される。特に、本実施形態では、上述の如き構造とされた能動振動系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、各能動振動系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相対的な加振力が、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。
【0039】
上述の如き構造とされた動的吸振器10にあっては、能動振動系14においてコイル50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、その加振反力が、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が、それ自体でパッシブな動的吸振器として作用して受動的な制振効果を発揮し得ることに加えて、かかる受動振動系12を、能動振動系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も発揮し得るのである。
【0040】
なお、能動振動系14を加振制御する制御装置80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82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能動振動系14のコイル50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。
【0041】
また、本実施形態では、複数個の能動振動系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能動振動系14を選択的に加振することにより、何れかの能動振動系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能動振動系14を同時に加振することにより、各能動振動系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。
【0042】
そして、上述の如き動的吸振器10においては、能動振動系14として、第一の取付金具28と第二の取付金具30を本体ゴム弾性体32で弾性連結すると共に、それら両取付金具28,30間に電磁力による加振力を及ぼすようにした特定構造のもの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14を構成することが出来るのであり、それ故、目的とする動的吸振器10の構造の簡略化とコンパクト化が有利に達成され得るのである。
【0043】
しかも、かかる動的吸振器10においては、摺動機構やボールねじ機構等のように部材同士の直接的な当接によって荷重や力を伝達する構造を有していないことから、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得る。
【0044】
また、かかる動的吸振器10では、能動振動系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、かかる能動振動系14から受動振動系12に及ぼされる加振力を、高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。
【0045】
次に、図4及び図5には、本発明の第二の実施形態としての一般住宅用の能動型動的吸振器90の全体概略構成が示されている。なお、本実施形態では、前記第一の実施形態としての能動型動的吸振器10と略同じ受動振動系12を備えており、能動振動系の別の具体的構造例を示すものであることから、第一の実施形態と同様な構造とされた部材および部位については、それぞれ、図中に、第一の実施形態と同一の符号を付することにより、それらの詳細な説明を省略する。
【0046】
すなわち、本実施形態の能動型動的吸振器90に採用されている能動振動系92の詳細構造が、図6に示されている。かかる能動振動系92は、第一の取付部材としての小径円筒形状の内筒金具94と、第二の取付部材としての大径円筒形状の外筒金具96が、互いに径方向に離間して対向配置されていると共に、軸方向両端部にそれぞれ配設された弾性連結部材としての一対の板ばね98,98で、軸方向に相対変位可能に弾性連結された構造を有している。
【0047】
より詳細には、内筒金具94は、金属等の剛性材で形成されたストレートな円管形状を有しており、軸方向の中央部分には、全体として厚肉円筒形状を有する磁石部材99が外挿されて固定的に取り付けられている。この磁石部材99は、軸方向両端面に両磁極が設定された円環形状の永久磁石100に対して、それぞれ円環ブロック形状を有する強磁性材からなるヨーク102,102が、軸方向両側から密接状に重ね合わされた構造を有している。そして、かかる磁石部材99は、内筒金具94に外挿固定されている。
【0048】
一方、外筒金具96は、金属等の剛性材で形成されたストレートな大径円筒形状を有しており、その軸方向の中央部分には、空芯コイル構造のコイル部材104が内挿されて固定的に取り付けられている。このコイル部材104は、二つのコイル106,106を備えており、それらのコイル106,106が軸方向に離間して同一中心軸上に配設されると共に、何れも強磁性材で形成された略円環板形状の積層板108の複数枚が、それらのコイル106,106の間と軸方向両側にそれぞれ重ね合わされている。要するに、それら二つのコイル106,106と複数の積層板108が、全体として所定の軸方向長さを有する厚肉円筒形状となるように、互いに軸方向に積み重ねられているのであり、以て、全体として実質的に一つの空芯構造のコイル部材104が構成されている。そして、かかるコイル部材104は、外筒金具96に内挿固定されている。
【0049】
また、内筒金具94に固設された磁石部材99と、外筒金具96に固設されたコイル部材104は、径方向で離間して対向位置されている。なお、コイル部材104は、軸方向長さが磁石部材99よりも僅かに大きくされていると共に、該コイル部材104の軸方向両端面には、径方向内方に突出する円環板形状のストッパ金具110,110が固設されており、これらのストッパ金具110,110の内周縁部が、磁石部材99の軸方向端面に対して、軸方向両側に離間して対向位置せしめられている。そして、磁石部材99のストッパ金具110,110への当接により、磁石部材99とコイル部材104の軸方向の相対変位量、ひいては内筒金具94と外筒金具96の軸方向の相対変位量が制限されるようになっている。なお、各ストッパ金具110の軸方向内面には、緩衝ゴム112が固着されており、磁石部材99の当接時の衝撃が緩和されるようになっている。
【0050】
さらに、内筒金具94の軸方向両端部と、外筒金具96の軸方向両端部との間には、それぞれ、薄肉の円環板形状を有する金属製の板ばね98が配設されており、該板ばね98の内周縁部が内筒金具94に固定されると共に、外周縁部が外筒金具96に固定されることにより、内外筒金具94,96が、同一中心軸上で保持されていると共に、板ばね98,98の弾性変形に基づいて、軸方向に相対変位可能に弾性連結されている。なお、これらの板ばね98,98には、板厚方向に貫通するスリットが、適当な形状をもって適宜に形成されることにより、ばね特性が調節される。
【0051】
なお、本実施形態では、外筒金具96の外周面上に全体として略円筒形状を有する付加マスブロック114が外嵌固定されており、コイル部材104と付加マスブロック114を含む外筒金具96によって、付加マス部材が構成されている。
【0052】
すなわち、本実施形態の能動振動系92においては、コイル部材104のコイル106,106に通電すると、コイル部材104の軸方向両側に磁極が形成されることにより、磁石部材99における永久磁石100および両側ヨーク102,102に対して、磁力による吸引乃至は反発力が及ぼされ、或いはまた、磁石部材99による磁界中に配されたコイル106,106への通電電流に対してローレンツ力が及ぼされ、その結果、コイル部材104と磁石部材99の間に、軸方向の相対的な駆動力が及ぼされることとなり、板ばね98,98の弾性変形に基づいて、それらコイル部材104と磁石部材99に対して軸方向の相対変位が生ぜしめられることとなる。それ故、コイル部材104のコイル106,106に交番電流を給電すれば、コイル部材104の上下両側の磁極が変化することにより、コイル部材104と磁石部材99の間に軸方向の加振力が生ぜしめられることとなる。
【0053】
従って、かかる能動振動系92を、図4及び図5に示されているように、本体マス18の上面に突出して固設された一対の支持板116,116間に配設して、例えば内筒金具94に挿通された固定ボルト118(図6参照)によって、内筒金具94をそれら支持板116,116に固定せしめて、能動振動系92の中心軸が、建築構造物において防振すべき振動方向となるようにして、受動振動系12に装着すれば、かかる能動振動系92に生ぜしめられる加振力を受動振動系12に及ぼしめることにより、前記実施形態と同様な能動的な制振効果を得ることが出来るのである。
【0054】
また、本実施形態の動的吸振器90においても、前記第一の実施形態に係る動的吸振器と同様な各種の効果が、有効に発揮されることは、勿論である。
【0055】
なお、本実施形態では、単一の能動振動系92を受動振動系12に装着した場合について説明したが、前記第一の実施形態と同様に、複数の能動振動系92を装着することも、勿論、可能である。
【0056】
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、これらの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。
【0057】
例えば、複数の能動振動系を装着する場合には、それら各能動振動系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。
【0058】
また、前記実施形態では、何れも、受動振動系12の本体マス18の外面上に、能動振動系14,92が突出して装着されていたが、例えば、図7や図8に示されているように、本体マス18において、その外周面に開口する収容凹所120を形成し、該収容凹所120内に能動振動系14,92を収容配置しても良い。
【0059】
更にまた、前記第一の実施形態において、能動振動系14を、本体マス18を挟んだ両側面に対向位置して配設することも可能であり、それによって、同一方向に加振力を及ぼす能動振動系14を、より効率的に複数装着することが出来る。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
【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能動振動系を、特定構造の能動型制振器によって構成したことにより、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能動振動系を拡大して示す縦断面図である。
【図4】本発明の第二の実施形態としての動的吸振器を示す正面図である。
【図5】図4に示された動的吸振器の平面図である。
【図6】図4に示された動的吸振器を構成する能動振動系を拡大して示す縦断面図である。
【図7】本発明の別の実施形態としての動的吸振器を示す正面図である。
【図8】本発明の更に別の実施形態としての動的吸振器を示す正面図である。
【符号の説明】
10,90 動的吸振器
12 受動振動系
14,92 能動振動系
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
50 コイル
58 付加マスブロック
66 永久磁石
68 追加マスブロック
94 内筒金具
96 外筒金具
98 板ばね
99 磁石部材
104 コイル部材
114 付加マスブロック[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a dynamic vibration absorber for a building structure that constitutes a secondary vibration system for a building structure such as a house and can exhibit a damping effect on the building structure that is a main vibration system. The present invention relates to an active dynamic vibration absorber for a building structure that exerts an active vibration damping effect by providing vibration means for applying a horizontal vibration force to a mass member.
[0002]
[Background]
In building structures such as ordinary houses and offices, horizontal vibrations may occur due to external forces such as traffic vibrations acting as excitation forces. In particular, in recent years, two-story and three-story houses are also used for ordinary houses, etc., with wooden structures and lightweight steel structures.FloorSince the number of buildings is increasing, the vibration on the second and third floors tends to increase due to the structure of those houses, etc., so there is a slight vibration caused by traffic vibration, such as unpleasant vibration or unpleasant noise at bedtime or work It has become a problem as a cause.
[0003]
By the way, as a vibration damping device for a building structure, several devices for reducing the shaking of a high-rise building such as a high-rise building or a tower have been proposed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 8-338467. Discloses a passive-type dynamic vibration absorber configured by elastically supporting a main body mass member via a rubber mount with respect to a building structure. However, with such a passive type dynamic vibration absorber, it may still be difficult to obtain a sufficient damping effect with respect to a specific vibration to be damped. In view of this, a vibration means that applies a horizontal vibration force to the main body mass member constituting the passive dynamic vibration absorber is provided, and the vibration force exerted on the main mass member by the vibration means is prevented. An active dynamic vibration absorber that obtains an active damping effect by controlling according to the vibration to be vibratedProposedIt has been proposed. For example, those described in JP-A-2-3000047 and JP-A-9-41714.
[0004]
However, all of the active dynamic vibration absorbers having the conventional structures described in the above publications and the like have an additional mass supported relative to the main mass member through a sliding mechanism such as a linear bearing. Since the structure is such that the member is relatively displaced by a ball screw mechanism or the like driven by an electric motor, there has been a problem that the sliding mechanism and the ball screw mechanism are likely to cause malfunction and damage due to wear. . In particular, if the frequency of operation is low, such as vibration control during earthquakes in high-rise buildings, it will not be a big problem, but if it is operated almost constantly, such as vibration control of traffic vibration, fatigue and wear of the sliding mechanism and ball screw mechanism Tends to be a very big problem.
[0005]
In addition, in an active dynamic vibration absorber having a conventional structure in which an additional mass member is displaced by a ball screw mechanism or the like driven by an electric motor, it is extremely difficult to vibrate the additional mass member at a high frequency. Although effective for damping low-frequency vibrations of several Hz or less, such as damping of buildings, small buildings such as ordinary houses generally have a higher vibration frequency that should be damped. There was also a problem that it was difficult to obtain a vibration effect.
[0006]
Moreover, the active dynamic vibration absorber of the conventional structure requires a lot of complex parts such as a sliding mechanism such as a linear bearing, an electric motor, and a ball screw mechanism. In addition to being difficult to install, the size of the vibration absorber is likely to increase, and for example, it is difficult to secure an installation space in a small building or the like.
[0007]
[Solution]
Here, the present invention has been made in the background as described above, and the problem to be solved is that the structure is simple and compact, and is suitably used for small buildings such as ordinary houses. It is an object to provide an active dynamic vibration absorber for a building structure having a novel structure.
[0008]
[Solution]
Hereinafter, the aspect of this invention made | formed in order to solve such a subject is described. In addition, each aspect described below can be employed in any combination as much as possible. The aspects and technical features of the present invention are not limited to those described below, but are described in the whole specification and drawings, or based on the inventive concept that can be grasped by those skilled in the art from these descriptions. It should be understood that
[0009]
First, according to the first aspect of the present invention, a dynamic vibration absorber is configured by elastically supporting a main body mass member via an elastic support member with respect to a building structure, and a horizontal vibration is applied to the main body mass member. In an active dynamic vibration absorber for a building structure provided with a vibration means for exerting a vibration force, the first mounting member and the second mounting member are spaced apart from each other, and both the mounting members are elastically connected. Between the first mounting member and the second mounting member while allowing relative displacement based on the elastic deformation of the elastic connecting member between the first mounting member and the second mounting member. An active vibration damper with an actuator that exerts a relative displacement force onMultipleUseThe active damper on each active damperThe first mounting memberSaidWhile fixedly attached to the main body mass member,The active damper on each active damperThe additional mass member is fixed to the second mounting member.In a state where it can be freely displaced without being supported at allEstablishmentBy mounting the plurality of active vibration dampers on the main body mass member, relative displacement force by the actuator is exerted on the main body mass member in two horizontal directions orthogonal to each other.This is a feature.
[0010]
In the active dynamic vibration absorber having the structure according to this aspect, the main body mass member is elastically supported by the building structure via the elastic support member, so that the building structure is constituted by the main body mass member and the elastic support member. A single vibration system (passive vibration system) that acts as a secondary vibration system for an object is configured, and the first mounting member of the active vibration damper is attached to the main body mass member, thereby including an additional mass member. The second mounting member and the elastic connecting member constitute one vibration system (active vibration system) that acts as a secondary vibration system for the main body mass member. In the vibration system (active vibration system) constituted by the second mounting member and the elastic connecting member, the actuator of the active vibration damper is driven to connect the first mounting member and the second mounting member. By applying a relative displacement force in between, the vibration is actively applied, and the excitation reaction force is exerted on a vibration system (passive vibration system) constituted by the main body mass member and the elastic support member. The passive vibration system is vibrated.
[0011]
Therefore, by controlling the vibration of the active vibration system according to the vibration to be damped in the building structure and applying the vibration force to the passive vibration system, the vibration in the building structure is caused by the vibration of the passive vibration system. Can be suppressed by offsetting them.
[0012]
Therefore, in the active dynamic vibration absorber having the structure according to this aspect, the relative displacement of both the mounting members based on the elastic deformation of the elastic connecting member that connects the first mounting member and the second mounting member is determined. A complex mechanism such as a linear bearing is required by configuring the active vibration system using an active vibration damper having a specific structure including an actuator that exerts a relative displacement force between both mounting members while allowing. The additional mass member can be arranged relative to the main body mass member without being displaced, and the additional mass member can be added to the main body mass member without requiring a complicated mechanism such as a ball screw. Therefore, it is possible to realize the target active dynamic vibration absorber with a simple and compact structure.
[0013]
In addition, in such an active dynamic vibration absorber, it is not necessary to transmit a load or force by direct contact between members unlike a sliding mechanism or a ball screw mechanism. The resulting malfunction is advantageously avoided, and excellent durability and stable operability can be exhibited.
Further, in the active dynamic vibration absorber having the structure according to the present invention, two active horizontal vibration absorbers composed of one main body mass member are particularly prone to problems in a building structure. In any case, an effective damping effect can be exerted against vibration. If the actuators in each active vibration damper that exerts relative displacement force in two horizontal directions orthogonal to the main body mass member are simultaneously operated and the generated force of both is relatively adjusted, the plurality of them can be obtained. It is also possible to apply various horizontal excitation forces to the main body mass member as the resultant force of the active vibration dampers of the active vibration damper, thereby changing the vibration direction that is a problem in building structures Even in the case where a damping effect is required for three or more horizontal vibrations, an effective damping force can be obtained.
[0014]
In the active dynamic vibration absorber according to this aspect, as an actuator of the active vibration damper, while allowing relative displacement between the first attachment member and the second attachment member based on the elastic deformation of the elastic coupling member. Any actuator can be used as long as it exerts a relative displacement force between the two mounting members. In particular, an actuator that can be controlled by an electric signal is desirable from the viewpoint of easy control of the generated excitation force, excitation frequency, etc. For example, an electromagnetic force type actuator using a coil and a permanent magnet, a magnetic type actuator using a coil and a magnetic material or a permanent magnet, an actuator using a magnetostrictive element or an electrostrictive element, etc. are suitable. Adopted. As the main mass member and the additional mass member, for example, a metal material such as iron or lead is advantageously employed in consideration of durability, strength, and specific gravity. The additional mass member can be integrally formed with the second mounting member in the active vibration damper, thereby reducing the number of parts and simplifying the structure. Further, as an elastic support member for elastically supporting the main body mass member, a metal spring, a rubber elastic body, or the like can be suitably employed, and described in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-338467 and 10-82449. As described above, it is possible to employ a rubber mount or the like that is provided with a large load resistance and a small horizontal rigidity by laminating a reinforcing plate and a rubber elastic layer. Moreover, a metal spring, a rubber elastic body, etc. are advantageously employ | adopted as an elastic connection member which elastically connects a 1st attachment member and a 2nd attachment member. Furthermore, a guide mechanism that restricts the relative displacement direction of the first mounting member and the second mounting member based on the elastic deformation of the elastic connecting member can also be adopted, whereby vibration characteristics in the active vibration system, As a result, further stabilization of the damping characteristics in the active dynamic vibration absorber can be achieved. Moreover, the attachment to the main body mass member of the active vibration damper is, for example, by fixing the first attachment member in the active vibration damper to the outer peripheral surface of the main body mass member with a bolt or the like. Although it can be made to project outward in the horizontal direction from the outer peripheral surface of the main body mass member, its specific mounting structure is not limited.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the active dynamic vibration absorber having the structure according to the first aspect, the natural frequency of the active vibration system configured by the additional mass member and the elastic connecting member is set. The main mass member and the elastic support member are tuned so as to substantially match the natural frequency of the passive vibration system. In this aspect, the large vibration force can be applied to the passive vibration system more efficiently by utilizing the resonance action of the active vibration system. By tuning the natural frequency to approximately the same as the vibration frequency to be damped in the building structure, it is possible to obtain an effective active damping effect against the target vibration while sufficiently suppressing energy consumption such as electric power. It becomes possible.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an active dynamic vibration absorber having a structure according to the first or second aspect, wherein the main body mass member is formed with an accommodation recess that opens to an outer peripheral surface. In addition, the active vibration damper is accommodated in the accommodation recess, and the first mounting member in the active vibration damper is disposed in the accommodation recess.InsideIt is characterized by being attached to. According to this aspect, the amount of projection of the active vibration damper from the outer peripheral surface of the main body mass member to the outside can be suppressed, and the installation space for the active dynamic vibration absorber can be easily secured. It becomes possible. In addition, although the formation position of an accommodation recess is not specifically limited, For example, the weight balance of a main body mass member is advantageously ensured by providing the accommodation recess opened to an upper surface in the approximate center of a main body mass member. I can do it.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an active dynamic vibration absorber having a structure according to any one of the first to third aspects, wherein the second attachment is the active vibration damper. It is characterized in that a separate additional mass member formed separately from the member is attached. According to this embodiment, there is an advantage that the natural frequency of the active vibration system can be easily adjusted by appropriately setting the separate additional mass member. More preferably, the separate additional mass member is removable from the second mounting member, and the natural frequency of the active vibration system can be changed and adjusted.
[0019]
Further, the specific structure of the active vibration damper adopted in the present invention is not limited in any way, and in addition to the magnitude of vibration to be damped and the mass of the mass member, the installation of the active dynamic vibration damper It will be appropriately changed according to various conditions such as the space and the shape of the mass member. There, the first of the present inventionFiveThe first to the second aspectsFourIn the active dynamic vibration absorber having a structure according to any one of the above, as the active vibration damper, the first mounting member and the second mounting member are arranged to face each other while being spaced apart in one direction, While the first mounting member and the second mounting member are elastically connected by a rubber elastic body, the second mounting member is magnetically formed by an annular groove formed to open toward the first mounting member side. By forming the gap and supporting the coil member inserted and arranged in the magnetic gap with the first mounting member, the first force member can be used based on the electromagnetic force generated when the coil member is energized. The mounting member and the second mounting member are structured so as to be relatively displaced in the approach / separation direction. According to this aspect, for example, an active vibration damper or the like that is used by being mounted on the outer peripheral surface of the main body mass member can be advantageously realized.
[0020]
In addition, the first of the present inventionSixThe first to the second aspectsFourIn the active dynamic vibration absorber having a structure according to any one of the above-described aspects, the first attachment is performed as the active vibration damper by a shaft member and an outer cylindrical member spaced apart from the shaft member. A member and the second attachment member are configured, and a permanent magnet is attached to one of the first attachment member and the second attachment member, and a coil member is attached to the other to energize the coil member. Based on the electromagnetic force generated along with this, a structure in which the first mounting member and the second mounting member are relatively displaced in the axial direction is employed. According to such an aspect, for example, an active vibration damper or the like that is used while being housed in a housing recess formed in the main body mass member can be advantageously realized. Further, in the active vibration damper having the structure according to this aspect, for example, the additional mass member fixedly provided on the second mounting member is annular, and both axial sides thereof are elastic with respect to the first mounting member. The connecting member can also be connected and supported, whereby the additional mass member can be elastically supported more stably, and the vibration state of the additional mass member can be further stabilized, and further the vibration control effect can be further stabilized. Can be achieved.
[0021]
In addition, the first of the present inventionSevenThe first to the second aspectsSixIn the active dynamic vibration absorber having the structure according to any one of the above, as the active vibration damper, the first mounting member and the second mounting member are elastically connected by a rubber elastic body, A compressive fluid is sealed to form a fluid sealed region in which the incompressible fluid flows when vibration is input between the two mounting members, and a part of the fluid sealed region is configured by a vibration plate, By adopting a configuration in which the driving force by the actuator is exerted on the first mounting member and the second mounting member via the incompressible fluid by driving the vibration plate with the actuator. Features. According to such an aspect, it is possible to generate a greater excitation force using the resonance action of the incompressible fluid, while sufficiently suppressing energy consumption such as electric power in the actuator, By applying an effective excitation force to the main body mass member (passive vibration system), it is possible to obtain an effective active damping effect for the target vibration. In addition, in this aspect, in order to obtain the excitation force more efficiently, the fluid sealing region is set so that the resonance frequency of the fluid in the fluid sealing region is substantially the same as the vibration frequency to be vibration-isolated in the building structure. It is desirable to adjust the structure, the density of the incompressible fluid to be sealed, the wall spring rigidity (corresponding to the amount of pressure change required to change by a predetermined volume), and the like.
[0022]
In addition, the first of the present inventionEightThe first to the second aspectsSevenIn the active dynamic vibration absorber having the structure according to any one of the above aspects, the operation of the actuator in the active vibration damper is controlled based on a reference signal corresponding to the vibration to be isolated in the building structure The present invention is characterized in that an active control device for generating a control signal is provided. In other words, by adopting such an active control device, the passive vibration system composed of the main body mass member in the active dynamic vibration absorber can be vibrated and controlled with high accuracy according to the vibration state of the building structure. Therefore, an active damping effect can be obtained stably, and even when the vibration state of a building structure changes, an effective damping effect can be obtained by responding to it with high accuracy and speed. Is possible. As a control method using such an active control device, for example, feedback control is performed so that vibration in a building structure approaches zero, and control can be performed in a feedforward manner based on map data obtained in advance. It is.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
First, FIG.1 and FIG.2 shows the whole schematic structure of the active type
[0025]
More specifically, in the
[0026]
In each
[0027]
Further, in the present embodiment, by adjusting the mass of the
[0028]
Furthermore, it is desirable that the
[0029]
On the other hand, the
[0030]
In this case, the first mounting
[0031]
Further, a
[0032]
Further, a
[0033]
On the other hand, the second mounting
[0034]
The additional
[0035]
The additional
[0036]
The additional
[0037]
Further, the
[0038]
The
[0039]
In the
[0040]
The
[0041]
Further, in the present embodiment, since the plurality of
[0042]
In the
[0043]
In addition, such a
[0044]
Further, in the
[0045]
Next, FIG. 4 and FIG. 5 show an overall schematic configuration of an active
[0046]
That is, the detailed structure of the
[0047]
More specifically, the inner cylinder fitting 94 has a straight circular tube shape formed of a rigid material such as metal, and a
[0048]
On the other hand, the outer cylinder fitting 96 has a straight large-diameter cylindrical shape formed of a rigid material such as metal, and a
[0049]
Further, the
[0050]
Further, between the both axial end portions of the inner cylindrical metal fitting 94 and the both axial end portions of the outer cylindrical metal fitting 96,
[0051]
In the present embodiment, the additional
[0052]
That is, in the
[0053]
Accordingly, as shown in FIGS. 4 and 5, such an
[0054]
Of course, in the
[0055]
In the present embodiment, the case where the single
[0056]
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, these are illustrations to the last, Comprising: This invention is not interpreted limited at all by the specific description in these embodiment.
[0057]
For example, when a plurality of active vibration systems are mounted, it is possible to perform different frequency tuning for each of the active vibration systems. When the vibration frequency to be isolated in the building structure changes, It is also effective to selectively use an active vibration system that has been subjected to corresponding frequency tuning.
[0058]
Moreover, in the said embodiment, although the
[0059]
Furthermore, in the first embodiment, the
[0060]
In addition, the present invention provides active dynamic vibration damping for various small to large building structures such as single-story and two-story general houses as well as apartment houses, offices, warehouses, buildings, and towers. Needless to say, any device can be used.
[0061]
In addition, although not enumerated one by one, the present invention can be carried out in a mode to which various changes, modifications, improvements and the like are added based on the knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that all are included in the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.
[0062]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, in the active dynamic vibration absorber having the structure according to the present invention, the active vibration system that exerts an excitation force on the main body mass member that constitutes the passive vibration system has a specific structure. By constructing with an active vibration damper, it was possible to construct such an active vibration system without the need for complicated mechanisms such as linear bearings and ball screws, thereby simplifying the structure and making it more compact Can be achieved at a high level, and dramatic improvements in durability and operational stability can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a dynamic vibration absorber according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the dynamic vibration absorber shown in FIG.
3 is an enlarged longitudinal sectional view showing an active vibration system constituting the dynamic vibration absorber shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a front view showing a dynamic vibration absorber as a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of the dynamic vibration absorber shown in FIG. 4;
6 is an enlarged longitudinal sectional view showing an active vibration system constituting the dynamic vibration absorber shown in FIG. 4;
FIG. 7 is a front view showing a dynamic vibration absorber as another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a front view showing a dynamic vibration absorber as still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10,90 Dynamic vibration absorber
12 Passive vibration system
14,92 Active vibration system
18 Body mass
20 Rubber mount
28 First mounting bracket
30 Second mounting bracket
32 Body rubber elastic body
50 coils
58 Additional Mass Block
66 Permanent magnet
68 Additional Mass Block
94 Inner tube bracket
96 Outer cylinder fitting
98 leaf spring
99 Magnet member
104 Coil member
114 Additional mass block
Claims (8)
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弾性連結部材によって弾性連結すると共に、該第一の取付部材と該第二の取付部材における前記弾性連結部材の弾性変形に基づく相対変位を許容しつつ、それら第一の取付部材と第二の取付部材の間に相対変位力を及ぼすアクチュエータを設けた能動型制振器を、複数用い、それぞれの該能動型制振器における該第一の取付部材を前記本体マス部材に対して固定的に取り付けると共に、それぞれの該能動型制振器における該第二の取付部材に対して付加マス部材を固定的に且つなににも支えられず自由な変位が可能な状態で設けて、それら複数の能動型制振器を該本体マス部材に装着することにより、該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該アクチュエータによる相対変位力が及ぼされるように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。A construction in which a dynamic vibration absorber is configured by elastically supporting a main body mass member via an elastic support member with respect to a building structure, and an excitation means for applying a horizontal excitation force to the main body mass member is provided. In active dynamic vibration absorbers for structures,
The first attachment member and the second attachment member are spaced apart from each other, and both the attachment members are elastically connected by an elastic connection member, and the elastic connection between the first attachment member and the second attachment member while allowing relative displacement based on the elastic deformation of the members, they first mounting member and the active vibration damper which is provided an actuator to exert a relative displacement force between the second mounting member, a plurality used, each of the the first mounting member in the active vibration damper fixedly is attached to the body mass member fixedly additional mass member relative to the second mounting member in each of said active vibration damper In addition, it is provided in a state where it can be freely displaced without being supported at all , and by attaching the plurality of active vibration dampers to the main body mass member, two orthogonal to the main body mass member are provided. In one horizontal direction Active dynamic vibration absorber for a building structure, characterized in that as the relative displacement force is exerted by the actuator.
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