JP6553446B2 - マスダンパの試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、剛性を有する伝達部材とともに付加振動系を構成し、回転マスを有するとともに、構造物の振動を抑制するためのマスダンパの性能を試験するマスダンパの試験装置に関する。

従来、この種のマスダンパの試験装置として、例えば非特許文献１に開示されたものが知られている。この従来の試験装置は、鋼材で構成された上下左右のフレームを井桁状に組み合わせた試験フレームと、試験フレーム内に設けられたアクチュエータと、ロードセルを備えている。マスダンパは、筒部と、筒部に対して軸線方向に移動可能なねじ軸と、筒部に対するねじ軸の移動に伴って回転する回転マスを有している。マスダンパの筒部は、連結部材を介して右フレームに取り付けられ、ねじ軸は、ロードセルを介してアクチュエータに取り付けられており、マスダンパの抵抗力が、ロードセルによって検出される。また、アクチュエータは、左フレームに取り付けられている。

以上の構成の試験装置では、アクチュエータからの所定の加振振動数の加振力がねじ軸に入力されるとともに、当該加振力の入力中に検出されたマスダンパの抵抗力に応じて、回転マスの回転慣性質量などのマスダンパの性能を表す性能パラメータが算出される。また、算出された性能パラメータに基づいて、マスダンパの性能が評価される。

木田英範、他４名、"実大加振実験に基づく同調粘性マスダンパーの解析モデルに関する検証"、構造工学論文集、Vol.56B、2010年3月、日本建築学会、第１４３頁の図１９など

上述したように、従来の試験装置では、マスダンパの筒部が、右フレームに連結部材を介して取り付けられており、ねじ軸が、ロードセルを介してアクチュエータに取り付けられている。このため、右フレーム及び連結部材の全体の剛性が比較的高いことにより、右フレーム及び連結部材の全体の剛性とマスダンパの回転慣性質量とによって定まる振動系の固有振動数が、アクチュエータの加振振動数よりもかなり高いときには、検出されるマスダンパの抵抗力に含まれる振動数成分のうち、振動系の固有振動数に相当する成分が大きくなる。これにより、後述する図８に示すように、検出されたマスダンパの抵抗力に不規則なうねりが表れる結果、抵抗力に基づいて性能パラメータを適切に算出できず、ひいては、マスダンパの性能を適切に評価することができなくなってしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、アクチュエータの加振振動数が比較的低く、かつ支持部材の剛性が比較的高いような場合でも、マスダンパの性能パラメータを適切に算出することができるマスダンパの試験装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、剛性を有する伝達部材とともに付加振動系を構成し、回転マスを有するとともに、構造物の振動を抑制するためのマスダンパの性能を試験するマスダンパの試験装置であって、剛性を有し、マスダンパの軸線方向の一端部に連結された支持部材と、マスダンパの軸線方向の他端部に連結され、マスダンパに所定の加振振動数の加振力を入力するアクチュエータと、剛性を有し、支持部材とマスダンパの一端部との間、及び、マスダンパの他端部とアクチュエータとの間の少なくとも一方に直列に設けられ、支持部材及び回転マスを含む振動系の固有振動数を、加振振動数に近づけるように調整するための調整部材と、マスダンパの抵抗力であるダンパ抵抗力を検出するダンパ抵抗力検出手段と、アクチュエータからの加振力がマスダンパに入力されているときに検出されたダンパ抵抗力に応じて、マスダンパの性能を表す性能パラメータを算出する性能パラメータ算出手段と、軸線方向に貫通する第１挿入孔を有し、マスダンパの他端部及びアクチュエータの一方に連結された第１連結部材と、軸線方向に貫通する第２挿入孔を有し、軸線方向において第１連結部材と対向する第２連結部材と、を備え、調整部材は、第１連結部材の軸線方向の両側にそれぞれ配置された一対の皿ばねユニットを有し、一対の皿ばねユニットの各々は、軸線方向に積層された複数の皿ばねで構成されており、第１及び第２挿入孔ならびに一対の皿ばねユニットに挿入されるとともに、第２連結部材を、一対の皿ばねユニットを介して第１連結部材に係止する係止部材をさらに備え、マスダンパの他端部及びアクチュエータの他方は、第２連結部材に連結されるとともに、第２連結部材、皿ばねユニット及び第１連結部材を介して、マスダンパの他端部及びアクチュエータの一方に連結されていることを特徴とする。

この構成によれば、支持部材が、回転マスを有するマスダンパの軸線方向の一端部に連結され、アクチュエータが、マスダンパの軸線方向の他端部に連結されており、アクチュエータからの所定の加振振動数の加振力が、マスダンパに入力される。また、マスダンパの抵抗力であるダンパ抵抗力が検出される。さらに、アクチュエータからの加振力がマスダンパに入力されているときに検出されたダンパ抵抗力に応じて、マスダンパの性能を表す性能パラメータが、性能パラメータ算出手段によって算出される。

前述した構成によれば、従来の試験装置と異なり、支持部材とマスダンパの一端部との間、及び、マスダンパの他端部とアクチュエータとの間の少なくとも一方には、支持部材及び回転マスを含む振動系の固有振動数を加振振動数に近づけるように調整するための調整部材が、直列に設けられている。このため、アクチュエータの加振振動数が比較的低く、かつ支持部材の剛性が比較的高いような場合でも、上記の振動系の固有振動数を、アクチュエータの加振振動数に近づけるように調整することができる。これにより、検出されたダンパ抵抗力に含まれる振動数成分のうち、加振振動数に相当する成分を大きくすることができるので、前述したようなうねりを抑制でき、ひいては、ダンパ抵抗力に応じた性能パラメータの算出を適切に行うことができる。

また、この種のマスダンパの試験装置では、支持部材は一般的に設けられるものであるのに対し、そのような既存の支持部材をそのまま用いるとともに、調整部材を上述したように部分的に設けるだけで、上述した効果を容易に得ることができる。

また、この構成によれば、第１連結部材が、マスダンパの軸線方向に貫通する第１挿入孔を有しており、マスダンパの他端部及びアクチュエータの一方に連結されている。また、第２連結部材が、軸線方向に貫通する第２挿入孔を有しており、軸線方向において第１連結部材と対向している。請求項１に係る発明の説明で述べた調整部材は、第１連結部材の軸線方向の両側にそれぞれ配置された一対の皿ばねユニットを有しており、各皿ばねユニットは、軸線方向に積層された複数の皿ばねで構成されている。さらに、第１及び第２挿入孔ならびに一対の皿ばねユニットには、係止部材が挿入されており、この係止部材によって、第２連結部材が、一対の皿ばねユニットを介して第１連結部材に係止されている。また、第２連結部材には、マスダンパの他端部及びアクチュエータの他方が連結されており、当該他方は、第２連結部材、皿ばねユニット及び第１連結部材を介して、マスダンパの他端部及びアクチュエータの前記一方に連結されている。

アクチュエータからの加振力の入力によって、アクチュエータが連結された第１及び第２連結部材の一方（以下「一方の連結部材」という）が他方（以下「他方の連結部材」という）側に移動するときには、アクチュエータからの加振力は、一方の連結部材から、第１及び第２連結部材の間に配置された皿ばねユニット及び他方の連結部材を介して、マスダンパに伝達される。一方、アクチュエータからの加振力の入力により一方の連結部材が他方の連結部材と反対側に移動するときには、アクチュエータからの加振力は、一方の連結部材から、一方の連結部材と反対側に配置された皿ばねユニット及び他方の連結部材を介して、マスダンパに伝達される。以上により、アクチュエータによる加振力を、一方の連結部材、一対の皿ばねユニット及び他方の連結部材を介して、マスダンパに適切に伝達することができる。また、調整部材を複数の皿ばねで構成しているので、皿ばねの数や積層の仕方を設定するだけで、振動系の固有振動数を容易かつ適切に調整することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のマスダンパの試験装置において、第１及び第２連結部材を軸線方向に移動可能に、かつ回転不能に支持するガイド機構をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、ガイド機構によって、第１及び第２連結部材が軸線方向に移動可能に、かつ回転不能に支持されているので、アクチュエータによる加振力をマスダンパに適切に伝達しながら、マスダンパの回転マスの反力トルクにより第１及び第２連結部材などが回転するのを防止でき、ひいては、ダンパ抵抗力に応じた性能パラメータの算出を、より適切に行うことができる。

本発明の第１実施形態による試験装置を、これが適用されたマスダンパとともに概略的に示す図である。 試験装置の第１連結部材、第２連結部材及び一対の皿ばねユニットなどを拡大して示す図である。 試験装置の制御装置などを示すブロック図である。 （ａ）〜（ｉ）試験装置の皿ばねの数と積層の仕方のバリエーションの一例を示す図である。 図４（ａ）〜（ｉ）に示すバリエーションの各々における皿ばねのたわみと荷重の関係を示す図である。 マスダンパの断面図である。 第１実施形態におけるマスダンパのダンパ変位とダンパ抵抗力との関係を示す図である。 比較例におけるマスダンパのダンパ変位とダンパ抵抗力との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態による試験装置を、これを適用したマスダンパとともに概略的に示す図である。 本発明の第３実施形態による試験装置を、これを適用したマスダンパとともに概略的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１は、第１実施形態による試験装置１を、これが適用されたマスダンパ２１とともに概略的に示している。このマスダンパ２１は、剛性を有する伝達部材(図示せず)とともに付加振動系を構成し、建物などの構造物の振動を抑制するためのものであり、本出願人による特許第5314201号の図３などに記載されたマスダンパと同様に構成されている。まず、このマスダンパ２１の構成及び動作について、簡単に説明する。

図１及び図６に示すように、マスダンパ２１は、内筒２２、ボールねじ２３、回転マス２４、及び制限機構２５を有している。内筒２２は、円筒状の鋼材で構成されている。内筒２２の一端部は開口しており、他端部は、自在継ぎ手を介して第１フランジ２６に取り付けられている。

また、ボールねじ２３は、ねじ軸２３ａと、ねじ軸２３ａに多数のボール２３ｂを介して回転可能に螺合するナット２３ｃを有している。ねじ軸２３ａの一端部は、上述した内筒２２の開口に収容されており、ねじ軸２３ａの他端部は、自在継ぎ手を介して第２フランジ２７に取り付けられている。また、ナット２３ｃは、軸受け２８を介して、内筒２２に回転可能に支持されている。なお、図１では便宜上、ねじ軸２３ａの符号を省略している。なお、ねじ軸２３ａは、後述するアクチュエータ６からの加振力が入力されていないときには、図６に示す所定の中立位置にある。

回転マス２４は、比重の大きな材料、例えば鉄で構成され、円筒状に形成されている。また、回転マス２４は、内筒２２及びボールねじ２３を覆っており、軸受け２９を介して、内筒２２に回転可能に支持されている。回転マス２４と内筒２２の間には、一対のリング状のシール３０、３０が設けられている。これらのシール３０、３０、回転マス２４及び内筒２２によって形成された空間には、シリコンオイルで構成された粘性体３１が充填されている。

以上のように構成されたマスダンパ２１では、内筒２２及びねじ軸２３ａの間に相対変位が発生すると、この相対変位がボールねじ２３で回転運動に変換された状態で、制限機構２５を介して回転マス２４に伝達されることによって、回転マス２４が回転する。

制限機構２５は、リング状の回転滑り材２５ａと、複数のねじ２５ｂ及びばね２５ｃ（２つのみ図示）で構成されている。マスダンパ２１の軸線方向に作用する荷重（以下「軸荷重」という）が、ねじ２５ｂの締付度合に応じて定まる制限荷重に達するまでは、回転マス２４は、ナット２３ｃと一体に回転する。一方、マスダンパ２１の軸荷重が制限荷重に達すると、回転滑り材２５ａとナット２３ｃ又は回転マス２４との間に滑りが発生する。

次に、図１〜図３を参照しながら、試験装置１について説明する。以下の説明では、便宜上、図１の上側及び下側をそれぞれ「上」及び「下」とし、左側及び右側をそれぞれ「左」及び「右」、手前側及び奥側をそれぞれ「前」及び「後」とする。図１に示すように、試験装置１は、井桁状に一体に設けられた上下左右のフレーム２、３、４、５と、マスダンパ２１に所定の加振振動数の加振力を入力するためのアクチュエータ６と、アクチュエータ６をマスダンパ２１に連結するための第１連結部材７、第２連結部材８及び左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒと、第１及び第２連結部材７、８を、下フレーム３上に左右方向に移動可能に支持するガイド機構１０を備えている。第１及び第２連結部材７、８、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒ、ガイド機構１０、ならびにマスダンパ２１は、上下左右のフレーム２〜５で区画された空間に配置されている。

アクチュエータ６は、例えばソレノイドで構成されており、左フレーム４に取り付けられた本体部６ａと、後述するロードセル１３を介して第２連結部材８に連結されたプランジャ６ｂを有している。アクチュエータ６は、後述する制御装置１５（図３参照）で制御され、それにより、プランジャ６ｂから加振力が出力される。

上記の各フレーム２〜５、第１及び第２連結部材７、８は、鋼材で構成されている。右フレーム５には、鋼材で構成された連結部材１６を介して、前述したマスダンパ２１の第１フランジ２６が連結されており、マスダンパ２１の軸線は、左右方向に延びている。なお、連結部材１６を省略して、第１フランジ２６を右フレーム５に直接、連結してもよい。また、第１連結部材７は、下フレーム３の左右方向の中央部に配置され、第２連結部材８は、下フレーム３の左部に配置されており、両者７、８は、左右方向において互いに対向している。さらに、第１及び第２連結部材７、８には、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒを取り付けるための第１挿入孔７ａ及び第２挿入孔８ａがそれぞれ形成されている。各挿入孔７ａ、８ａは、上下一対及び前後一対を１組とする計４つの挿入孔（各２つのみ図示）から成り、左右方向に貫通している。また、第１連結部材７の右面、すなわち第２連結部材８と反対側の面には、マスダンパ２１の第２フランジ２７が取り付けられている。

左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒは、マスダンパ２１の性能を適切に評価するために、右フレーム５やマスダンパ２１の回転マス２４などから成る振動系の固有振動数を調整するためのものである。図１及び図２に示すように、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒの各々は、上下一対及び前後一対を１組とする計４つの皿ばねユニットから成り（各２つのみ図示）、第１連結部材７の左側及び右側にそれぞれ配置されていて、左右方向に直列及び／又は並列に積層された複数の皿ばね９ａで構成されている。皿ばね９ａの数及び積層の仕方の設定の詳細については、後述する。なお、図１及び図２では便宜上、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒの各々の皿ばね９ａの符号を、１つのみ付している。

また、第２連結部材８の第２挿入孔８ａの各々には、ボルト１１が左方から挿入されており、ボルト１１はさらに、左右方向に貫通する左皿ばねユニット９Ｌの中央の孔、第１連結部材７の第１挿入孔７ａ、及び、左右方向に貫通する右皿ばねユニット９Ｒの中央の孔に挿入されていて、ボルト１１の右端部には、ダブルナット１２が締め付けられている。これらのボルト１１及びダブルナット１２により、第２連結部材８は、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒを介して第１連結部材７に係止されている。この場合、ボルト１１へのダブルナット１２の締め付けは、圧縮力が左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒに付与されないように行われる。なお、ボルト１１を、第２挿入孔８ａにねじ込むことで第２連結部材８に固定するように構成してもよい。

前記ガイド機構１０は、下フレーム３の上面の左右方向の中央部に取り付けられ、左右方向に延びるレール１０ａと、レール１０ａに、複数のボール（図示せず）を介して係合する第１スライド部材１０ｂ及び第２スライド部材１０ｃを有している。第１及び第２スライド部材１０ｂ、１０ｃは、レール１０ａに対して左右方向にのみ移動可能であり、回転不能である。第１及び第２スライド部材１０ｂ、１０ｃの上面には、第１及び第２連結部材７、８がそれぞれ取り付けられている。

試験装置１はさらに、第２連結部材８に連結されたロードセル１３と、第１連結部材７の近傍に設けられた変位センサ１４（図１及び図２には図示せず。図３参照）と、前記制御装置１５を備えている。ロードセル１３は、例えばひずみゲージ式のものであり、第２連結部材８に作用する荷重を、マスダンパ２１の抵抗力（以下「ダンパ抵抗力」という）ＰＭＤとして検出し、その検出信号を制御装置１５に出力する。なお、ロードセル１３として、静電容量式のものや他の適当なタイプのものを用いてもよい。

変位センサ１４は、例えばレーザー式のものであり、マスダンパ２１の内筒２２に対するねじ軸２３の変位（以下「ダンパ変位」という）ＤＭＤを検出し、その検出信号を制御装置１５に出力する。なお、変位センサ１４として、接触式のものや他の適当なタイプのものを用いてもよい。制御装置１５は、アクチュエータ６を駆動するための電源や、整流器、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェースなどの組み合わせで構成されている。

以上の構成の試験装置１では、アクチュエータ６から互いに異なる所定の複数の加振振動数の加振力（例えば正弦波の変位制御）が出力されるとともに、この加振力が、第１及び第２連結部材７、８ならびに左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒを介して、マスダンパ２１に入力される。この場合、アクチュエータ６からの加振力の入力により第２連結部材８が第１連結部材７側に移動するときには、アクチュエータ６からの加振力は、第２連結部材８から、左皿ばねユニット９Ｌ及び第１連結部材７を介して、マスダンパ２１に伝達される。一方、アクチュエータ６からの加振力の入力により第２連結部材８が第１連結部材７と反対側に移動するときには、アクチュエータ６からの加振力は、第２連結部材８から、右皿ばねユニット９Ｒ及び第１連結部材７を介して、マスダンパ２１に伝達される。また、制御装置１５により、当該加振力の入力中に検出されたダンパ抵抗力ＰＭＤ及びダンパ変位ＤＭＤに応じて、マスダンパ２１の最大速度抵抗力Ｑｖ、減衰係数Ｃｅｑ（等価粘性減衰係数）及び（回転マス２４の）回転慣性質量ｍｉが算出されるとともに、算出された最大速度抵抗力Ｑｖ、減衰係数Ｃｅｑ及び回転慣性質量ｍｉに基づいて、マスダンパ２１の性能が評価される。この最大速度抵抗力Ｑｖは、内筒２２に対するねじ軸２３ａの速度が最大であるときのダンパ抵抗力ＰＭＤである。

この場合、上記の各種のパラメータを精度良く算出するために、右フレーム５、第１及び第２連結部材７、８、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒ、連結部材１６ならびにマスダンパ２１の回転マス２４から成る振動系の固有振動数が、アクチュエータ６の加振振動数とほぼ同じになるように、各皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒの皿ばね９ａの数及び積層の仕方（直列／並列）が設定される。ここで、右フレーム５、第１及び第２連結部材７、８、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒ、ならびに連結部材１６の全体の剛性（以下「支持部材全体剛性」という）をＫとすると、振動系の固有振動数Ｆは、次式（１）で表される。この場合、回転慣性質量ｍｉとして、マスダンパ２１の仕様書に記載された設計値が用いられる。
Ｆ＝sqrt｛Ｋ／ｍｉ｝／２π ……（１）

また、上記の支持部材全体剛性Ｋは、右フレーム５の剛性をｋｆ、第１及び第２連結部材７、８の剛性を含む皿ばねユニット９Ｌ（右皿ばねユニット９Ｒ）の剛性をｋｕ、連結部材１６の剛性をｋｅとすると、次式（２）で表される。
Ｋ＝（ｋｆ・ｋｕ・ｋｅ）
／（ｋｕ・ｋｅ＋ｋｆ・ｋｅ＋ｋｆ・ｋｕ） ……（２）

図４（ａ）〜（ｉ）は、皿ばね９ａの数と積層の仕方（直列／並列）のバリエーションの一例を示しており、図５は、各バリエーションにおける皿ばね９ａのたわみ（mm）と荷重（kN）の関係（以下「たわみ−荷重関係」という）を示している。なお、図４（ａ）〜（ｉ）では便宜上、皿ばね９ａの符号を１つのみ付している。また、図５において、Ｒａは、皿ばね９ａが１つであるとき（図４（ａ））のたわみ−荷重関係を表し、Ｒｂは、２つの皿ばね９ａを直列に積層したとき（図４（ｂ））のたわみ−荷重関係を、Ｒｃは、３つの皿ばね９ａを直列に積層したとき（図４（ｃ））のたわみ−荷重関係を、それぞれ表している。

さらに、図５において、Ｒｄは、２つの皿ばね９ａを並列に積層したとき（図４（ｄ））のたわみ−荷重関係を表し、Ｒｅは、並列に積層した２つの皿ばね９ａを１組として直列に２組、積層したとき（図４（ｅ））のたわみ−荷重関係を表し、Ｒｆは、並列に積層した２つの皿ばね９ａを１組として直列に３組、積層したとき（図４（ｆ））のたわみ−荷重関係を表している。また、図５において、Ｒｇは、３つの皿ばね９ａを並列に積層したとき（図４（ｇ））のたわみ−荷重関係を表し、Ｒｈは、並列に積層した３つの皿ばね９ａを１組として直列に２組、積層したとき（図４（ｈ））のたわみ−荷重関係を表しており、Ｒｉは、並列に積層した３つの皿ばね９ａを１組として直列に３組、積層したとき（図４（ｉ））のたわみ−荷重関係を表している。

皿ばね９ａ単体の剛性をｋｓとすると、皿ばね９ａを並列にｎ個、積層したときには、左皿ばねユニット９Ｌ（右皿ばねユニット９Ｒ）の剛性ｋｕは、ｎ・ｋｓとなる。また、皿ばね９ａを直列にｎ個、積層したときには、左皿ばねユニット９Ｌ（右皿ばねユニット９Ｒ）の剛性ｋｕは、ｋｓ／（ｎ＋１）となる。皿ばね９ａの数と積層の仕方（直列／並列）を、図４に示すような各種のバリエーションを適宜、用いて設定することにより、振動系の固有振動数が、アクチュエータ６の加振振動数とほぼ同じになるように調整される。

また、前述した制御装置１５によるマスダンパ２１の最大速度抵抗力Ｑｖ、減衰係数Ｃｅｑ及び回転慣性質量ｍｉの算出と、マスダンパ２１の性能の評価は、次のようにして行われる。

［最大速度抵抗力Ｑｖの算出］
アクチュエータ６からの定常加振力（例えば正弦波の変位制御）の入力中、ダンパ抵抗力ＰＭＤ及びダンパ変位ＤＭＤに応じ、ねじ軸２３ａが前記中立位置（図６参照）にあるときに、すなわち、内筒２２に対するねじ軸２３ａの速度が最大であるときに検出されたダンパ抵抗力ＰＭＤを、最大速度抵抗力Ｑｖとしてサンプリングする。この場合、ねじ軸２３ａが、アクチュエータ６からの加振力により左右方向に往復動することから明らかなように、最大速度抵抗力Ｑｖとして、正値の最大速度抵抗力＋Ｑｖと、負値の最大速度抵抗力−Ｑｖが得られる。このため、これらの＋Ｑｖ及び−Ｑｖの各々の絶対値の平均値を、マスダンパ２１の最大速度抵抗力Ｑｖとして算出する。

［減衰係数Ｃｅｑの算出］
まず、アクチュエータ６からの定常加振力（例えば正弦波の変位制御）の入力中、ダンパ抵抗力ＰＭＤ及びダンパ変位ＤＭＤを、所定時間（例えば１ｍｓｅｃ）ごとに、互いに関連づけてサンプリングするとともに、当該サンプリングを、ねじ軸２３ａが定常応答の１サイクル分、往復動するまで、すなわち、中立位置に位置していたねじ軸２３ａが、左右に往復動して中立位置に再度、戻るまで行う。次いで、サンプリングした複数のダンパ抵抗力ＰＭＤ及びダンパ変位ＤＭＤを用いて、次式（３）によって、履歴面積ΔＷを算出する。ここで、ｉは、サンプリングされたダンパ抵抗力ＰＭＤ及びダンパ変位ＤＭＤのサンプリング番号であり、ｎは、サンプリングされたダンパ抵抗力ＰＭＤ及びダンパ変位ＤＭＤの個数である。

次に、サンプリングされた複数のダンパ変位ＤＭＤのうちの最大のものを最大変位ＤＭＤＭＡＸとして設定するとともに、算出された履歴面積ΔＷ、最大変位ＤＭＤＭＡＸ及びアクチュエータ６の加振振動数ωを用い、次式（４）によって、マスダンパ２１の減衰係数Ｃｅｑを算出する。
Ｃｅｑ＝ΔＷ／（π・ω・ＤＭＤＭＡＸ²） ……（４）

［回転慣性質量ｍｉの算出］
まず、減衰係数Ｃｅｑの算出の場合と同様、アクチュエータ６からの定常加振力（例えば正弦波の変位制御）の入力中、ダンパ抵抗力ＰＭＤ及びダンパ変位ＤＭＤを、所定時間ごとに、互いに関連づけてサンプリングするとともに、当該サンプリングを、ねじ軸２３ａが定常応答の１サイクル分、往復動するまで行う。次いで、サンプリングされた複数のダンパ抵抗力ＰＭＤのうち、ダンパ変位ＤＭＤが最大になったとき（マスダンパ２１が最も伸びたとき）、又は最小になったとき（マスダンパ２１が最も縮んだとき）にサンプリングされたＰＭＤを、最大慣性力Ｑｍａｘとして設定する。

次に、サンプリングされた複数のダンパ変位ＤＭＤを２回微分することによって、そのときどきにおける内筒２２に対するねじ軸２３ａの加速度を算出するとともに、算出された複数の加速度のうちの最も大きいものを、最大加速度δｍａｘ（≒ω²・ＤＭＤＭＡＸ）として設定する。次いで、最大加速度δｍａｘ時の設定された最大慣性力Ｑｍａｘを、設定された最大加速度δｍａｘで除算することによって、マスダンパ２１の回転慣性質量ｍｉを算出する。

［マスダンパ２１の性能の評価］
以上のようにして算出された最大速度抵抗力Ｑｖが所定の基準抵抗力よりも小さいという条件、減衰係数Ｃｅｑが所定の基準減衰係数よりも小さいという条件、及び、回転慣性質量ｍｉが所定の基準質量よりも小さいという条件の少なくとも１つが成立しているときには、マスダンパ２１の性能が低いと評価される。以下、これらの最大速度抵抗力Ｑｖ、減衰係数Ｃｅｑ及び回転慣性質量ｍｉを総称して適宜、「性能パラメータ」という。

また、図７は、第１実施形態におけるダンパ変位ＤＭＤとダンパ抵抗力ＰＭＤとの関係を示しており、図８は、比較例におけるダンパ変位ＤＭＤＣとダンパ抵抗力ＰＭＤＣとの関係を示している。この比較例は、前述した従来の試験装置のように、アクチュエータ６を、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒを介さずに、マスダンパ２１に直接、連結した場合の例である。

図７に示すように、第１実施形態によれば、検出されたダンパ抵抗力ＰＭＤに、不規則なうねりが表れておらず、このことから、ＰＭＤに含まれる振動数成分のうち、アクチュエータ６の加振振動数ωに相当する成分が大きくなっていることが分かる。これに対して、図８に示すように、比較例では、検出されたダンパ抵抗力ＰＭＤＣに、不規則なうねりが表れており、このことから、ＰＭＤＣに含まれる振動数成分のうち、アクチュエータ６の加振振動数ωに相当する成分以外の右フレーム５や回転マス２４などから成る振動系の固有振動数に相当する成分が大きくなり、この成分がうねりとして表れていることが分かる。

以上のように、第１実施形態によれば、右フレーム５が、マスダンパ２１の第１フランジ２６に連結され、アクチュエータ６が、マスダンパ２１の第２フランジ２７に連結されており、アクチュエータ６からの所定の加振振動数の加振力が、マスダンパ２１に入力される。また、マスダンパ２１の抵抗力であるダンパ抵抗力ＰＭＤが、ロードセル１３によって検出される。さらに、アクチュエータ６からの所定の加振振動数ωの加振力がマスダンパ２１に入力されているときに検出されたダンパ抵抗力ＰＭＤに基づいて、マスダンパ２１の性能を表す性能パラメータ（最大速度抵抗力Ｑｖ、減衰係数Ｃｅｑ、回転慣性質量ｍｉ）が算出される。

また、前述した従来の試験装置と異なり、マスダンパ２１の第２フランジ２７とアクチュエータ６との間には、右フレーム５及び回転マス２４を含む振動系の固有振動数を調整するための左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒが、直列に設けられており、各皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒは、左右方向（マスダンパ２１の軸線方向）に積層された複数の皿ばね９ａで構成されている。さらに、複数の皿ばね９ａの数や積層の仕方を設定することによって、上記の振動系の固有振動数が、アクチュエータ６の加振振動数ωとほぼ同じになるように調整される。これにより、加振振動数ωが比較的低く、かつ右フレーム５の剛性が比較的高いような場合でも、検出されたダンパ抵抗力ＰＭＤに含まれる振動数成分のうち、加振振動数ωに相当する成分を大きくすることができるので、前述したようなうねりを抑制でき、ひいては、ダンパ抵抗力ＰＭＤに応じた性能パラメータの算出を適切に行うことができる。

また、この種のマスダンパの試験装置では、右フレーム５は一般的に設けられるものであるのに対し、そのような既存の右フレーム５をそのまま用いるとともに、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒを上述したように部分的に設けるだけで、上述した効果を容易に得ることができる。さらに、この場合、皿ばね９ａの数や積層の仕方を設定するだけで、振動系の固有振動数を容易かつ適切に調整することができる。

また、第１連結部材７が、第２フランジ２７に連結されており、この第１連結部材７は、左右方向（マスダンパ２１の軸線方向）に貫通する第１挿入孔７ａを有している。また、第２連結部材８が、左右方向に貫通する第２挿入孔８ａを有し、左右方向において第１連結部材７と対向している。第１連結部材７の左側及び右側には、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒがそれぞれ配置されており、第１及び第２挿入孔７ａ、８ａならびに一対の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒに挿入されたボルト１１に、ダブルナット１２を締め付けることによって、第２連結部材８が、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒを介して、第１連結部材７に係止されている。また、第２連結部材８には、アクチュエータ６が連結されており、アクチュエータ６は、第２連結部材８、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒ及び第１連結部材７を介して、マスダンパ２１の第２フランジ２７に連結されている。

アクチュエータ６からの加振力の入力により第２連結部材８が第１連結部材７側に移動するときには、アクチュエータ６からの加振力は、第２連結部材８から、左皿ばねユニット９Ｌ及び第１連結部材７を介して、マスダンパ２１に伝達される。一方、アクチュエータ６からの加振力の入力により第２連結部材８が第１連結部材７と反対側に移動するときには、アクチュエータ６からの加振力は、第２連結部材８から、右皿ばねユニット９Ｒ及び第１連結部材７を介して、マスダンパ２１に伝達される。以上により、アクチュエータ６による加振力を、第２連結部材８、一対の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒ及び第１連結部材７を介して、マスダンパ２１に適切に伝達することができる。

さらに、ガイド機構１０によって、第１及び第２連結部材７、８が左右方向に移動可能に、かつ回転不能に支持されているので、アクチュエータ６による加振力をマスダンパ２１に適切に伝達しながら、回転マス２４の反力トルクにより第１及び第２連結部材７、８などが回転するのを防止でき、ひいては、ダンパ抵抗力ＰＭＤに基づく性能パラメータの算出を、より適切に行うことができる。

なお、第１実施形態では、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒに、圧縮力があらかじめ付与されていないが、ボルト１１にダブルナット１２を強く締め付けることによって付与してもよく、このことは、後述する他の実施形態についても同様に当てはまる。皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒに圧縮力を付与した場合には、ダンパ抵抗力ＰＭＤがこの圧縮力に達するまでは、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒの双方の剛性が発揮され、圧縮力に達した後に、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒの一方の剛性が発揮される。すなわち、この場合には、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒがバイリニアな剛性特性を有するので、この点を考慮して、皿ばね９ａの数や積層の仕方を設定するのが好ましい。

また、図９は、本発明の第２実施形態による試験装置４１を概略的に示している。この試験装置４１は、第１実施形態による試験装置１と比較して、本発明における振動系の固有振動数を調整するための調整部材として、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒに加え、長さ調整用の左右の鋼管（スペーサ）４２Ｌ、４２Ｒをさらに備える点のみが異なっている。

図９に示すように、左鋼管４２Ｌは、ボルト１１における第２連結部材８と左皿ばねユニット９Ｌとの間に設けられるとともに、挿入されており、右鋼管４２Ｒは、ボルト１１における右皿ばねユニット９Ｒとダブルナット１２の間に設けられるとともに、挿入されている。なお、左鋼管４２Ｌと左皿ばねユニット９Ｌとの位置関係、及び、右鋼管４２Ｒと右皿ばねユニット９Ｒとの位置関係は、上記と逆の位置関係でもよく、任意である。第２実施形態では、右フレーム５、第１及び第２連結部材７、８、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒ、鋼管４２Ｌ、４２Ｒ、連結部材１６ならびにマスダンパ２１の回転マス２４から成る振動系の固有振動数が、アクチュエータ６の加振振動数とほぼ同じになるように、各皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒの皿ばね９ａの数及び積層の仕方（直列／並列）が設定される。

以上の構成により、第２実施形態によれば、第１実施形態による効果を同様に得ることができる。

なお、第２実施形態では、鋼管４２Ｌ、４２Ｒの数は、１つであるが、２つ以上でもよい。また、第２実施形態では、鋼管４２Ｌ、４２Ｒを、第１連結部材７の左右の両側に設けているが、第１連結部材７の左右の一方の側にのみ設けてもよい。さらに、第２実施形態では、本発明における調整部材として、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒ及び鋼管４２Ｌ、４２Ｒを併用しているが、鋼管４２Ｌ、４２Ｒのみを用いてもよい。その場合には、鋼管４２Ｌ、４２Ｒの剛性及び／又は数を設定することによって、前述したような振動系の固有振動数の調整が行われる。

また、図１０は、本発明の第３実施形態による試験装置５１を概略的に示している。この試験装置５１は、第１実施形態による試験装置１と比較して、本発明における調整部材として、左右の皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒに加え、ゴムユニット５２をさらに備える点のみが異なっている。

図１０に示すように、マスダンパ２１の第１フランジ２６は、ゴムユニット５２を介して、連結部材１６に連結されている。第３実施形態では、右フレーム５、第１及び第２連結部材７、８、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒ、連結部材１６、ゴムユニット５２ならびにマスダンパ２１の回転マス２４から成る振動系の固有振動数が、アクチュエータ６の加振振動数とほぼ同じになるように、各皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒの皿ばね９ａの数及び積層の仕方（直列／並列）が設定される。

以上の構成により、第３実施形態によれば、第１実施形態による効果を同様に得ることができる。

なお、第３実施形態では、ゴムユニット５２の数は、１つであるが、２つ以上でもよい。さらに、第３実施形態では、本発明における調整部材として、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒ及びゴムユニット５２を併用しているが、第２実施形態の鋼管４２Ｌ、４２Ｒをさらに併用したり、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒに代えて鋼管４２Ｌ、４２Ｒを用いたり、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒを省略し、ゴムユニット５２のみを用いてもよいことは、もちろんである。後者の場合には、ゴムユニット５２の剛性及び／又は数を設定することによって、前述したような振動系の固有振動数の調整が行われる。また、上記のいずれの場合にも、ゴムユニット５２を、アクチュエータ６とマスダンパ２１の間に設けてもよい。

なお、本発明は、説明した第１〜第３実施形態（以下、総称して「実施形態」という）に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、本発明における調整部材として、皿ばねユニット９Ｌ、９Ｒや、鋼管４２Ｌ、４２Ｒ、ゴムユニット５２を用いているが、これらに代えて又はこれらとともに、剛性を有する他の適当な部材、例えばコイルばねなどを用いてもよい。また、実施形態では、第１フランジ２６を右フレーム５に、第２フランジ２７をアクチュエータ６に、それぞれ連結しているが、これとは逆に、第１フランジ２６をアクチュエータ６に、第２フランジ２７を右フレーム５に、それぞれ連結してもよい。さらに、実施形態では、第１連結部材７をマスダンパ２１に、第２連結部材８をアクチュエータ６に、それぞれ連結しているが、これとは逆に、第１連結部材７をアクチュエータ６に、第２連結部材８をマスダンパ２１に、それぞれ連結してもよい。

また、実施形態では、第１連結部材７を第２フランジ２７と別個に設けているが、第１連結部材７を省略し、第２フランジ２７を第１連結部材として兼用してもよい。同様に、実施形態では、第２連結部材８をアクチュエータ６と別個に設けているが、第２連結部材８を省略し、アクチュエータ６のプランジャ６ｂの端部を、第２連結部材として兼用してもよい。その場合には、ロードセル１３は、第１連結部材７と第２フランジ２７の間、又は、第１フランジ２６と右フレーム５の間に設けられる。なお、プランジャ６ｂの端部を第２連結部材として兼用しない場合にも、ロードセル１３を上述したように設けてもよいことは、もちろんである。さらに、実施形態では、本発明における係止部材として、ボルト１１及びダブルナット１２を用いているが、他の適当な係止部材、例えばリベットなどを用いてもよい。また、実施形態では、ガイド機構１０を設けているが、省略してもよい。

さらに、実施形態では、本発明における性能パラメータとして、最大速度抵抗力Ｑｖ、減衰係数Ｃｅｑ及び回転慣性質量ｍｉを算出しているが、これらのうちの１つ又は２つを算出してもよく、これらに代えて又はこれらとともに、制限機構２５の前述した制限荷重を算出してもよい。また、実施形態では、アクチュエータ６の制御と性能パラメータの算出を、制御装置１５で行っているが、それぞれ別個の装置で行ってもよい。さらに、実施形態では、本発明による試験装置１、４１、５１を、粘性体３１及び制限機構２５を有するマスダンパ２１に適用しているが、両者３１、２５の少なくとも一方を有しないタイプのマスダンパに適用してもよい。以上の実施形態に関するバリエーションを適宜、組み合わせて採用してもよいことは、もちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 試験装置
５ 右フレーム（支持部材）
６ アクチュエータ
７ 第１連結部材
７ａ 第１挿入孔
８ 第２連結部材
８ａ 第２挿入孔
９Ｌ 左皿ばねユニット（調整部材）
９Ｒ 右皿ばねユニット（調整部材）
９ａ 皿ばね
１０ ガイド機構
１１ ボルト（係止部材）
１２ ダブルナット（係止部材）
１３ ロードセル（抵抗力検出手段）
１５ 制御装置（性能パラメータ算出手段）
２１ マスダンパ
２４ 回転マス
２６ 第１フランジ（マスダンパの軸線方向の一端部）
２７ 第２フランジ（マスダンパの軸線方向の他端部）
４１ 試験装置
４２Ｌ 左鋼管（調整部材）
４２Ｒ 右鋼管（調整部材）
５１ 試験装置
５２ ゴムユニット（調整部材）
ＰＭＤ ダンパ抵抗力

Claims (2)

1. 剛性を有する伝達部材とともに付加振動系を構成し、回転マスを有するとともに、構造物の振動を抑制するためのマスダンパの性能を試験するマスダンパの試験装置であって、
   剛性を有し、前記マスダンパの軸線方向の一端部に連結された支持部材と、
   前記マスダンパの前記軸線方向の他端部に連結され、前記マスダンパに所定の加振振動数の加振力を入力するアクチュエータと、
   剛性を有し、前記支持部材と前記マスダンパの前記一端部との間、及び、前記マスダンパの前記他端部と前記アクチュエータとの間の少なくとも一方に直列に設けられ、前記支持部材及び前記回転マスを含む振動系の固有振動数を、前記加振振動数に近づけるように調整するための調整部材と、
   前記マスダンパの抵抗力であるダンパ抵抗力を検出するダンパ抵抗力検出手段と、
   前記アクチュエータからの加振力が前記マスダンパに入力されているときに検出された前記ダンパ抵抗力に応じて、前記マスダンパの性能を表す性能パラメータを算出する性能パラメータ算出手段と、
   前記軸線方向に貫通する第１挿入孔を有し、前記マスダンパの前記他端部及び前記アクチュエータの一方に連結された第１連結部材と、
   前記軸線方向に貫通する第２挿入孔を有し、前記軸線方向において前記第１連結部材と対向する第２連結部材と、を備え、
   前記調整部材は、前記第１連結部材の前記軸線方向の両側にそれぞれ配置された一対の皿ばねユニットを有し、当該一対の皿ばねユニットの各々は、前記軸線方向に積層された複数の皿ばねで構成されており、
   前記第１及び第２挿入孔ならびに前記一対の皿ばねユニットに挿入されるとともに、前記第２連結部材を、前記一対の皿ばねユニットを介して前記第１連結部材に係止する係止部材をさらに備え、
   前記マスダンパの前記他端部及び前記アクチュエータの他方は、前記第２連結部材に連結されるとともに、当該第２連結部材、前記皿ばねユニット及び前記第１連結部材を介して、前記マスダンパの前記他端部及び前記アクチュエータの前記一方に連結されていることを特徴とするマスダンパの試験装置。
2. 前記第１及び第２連結部材を前記軸線方向に移動可能に、かつ回転不能に支持するガイド機構をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のマスダンパの試験装置。

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