JP7508183B2 - 制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、加振力が作用する構造体から周辺に伝達される振動を抑制する制振装置に関する。

従来のこの種の制振装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この制振装置は、構造物の外基礎に振動可能に設置された浮き基礎と、外基礎と浮き基礎の間に、互いに並列に配置されたばね、粘性ダンパ（ダッシュポット）及び回転慣性質量ダンパを備えている。回転慣性質量ダンパは、例えば、ねじ軸、ボール及びナットを有するボールねじ式のものであり、ねじ軸に回転体が固定されるとともに、ねじ軸は浮き基礎に連結され、ナットは外基礎に連結されている。また、回転慣性質量ダンパによる回転慣性質量とばねのばね定数（剛性）によって定まる固有振動数（遮断振動数）は、浮き基礎に作用する加振振動数に一致するように設定されている。

この構成では、浮き基礎に加振力が作用すると、外基礎に対する浮き基礎の相対変位が、回転慣性質量ダンパの回転体の回転運動に変換され、回転慣性質量効果が発揮されることで、浮き基礎が長周期化される。また、回転慣性質量とばね定数によって定まる遮断振動数が浮き基礎への加振振動数に一致することによって、加振振動数における外基礎の反力が低減され、外基礎から地盤を介して周辺に伝達される振動が抑制される。

このような制振装置は、例えば、ライブハウスなどにおける縦ノリ振動対策として用いられる。この「縦ノリ」は、コンサート中に多数の観客が楽曲のテンポに合わせてつま先立ちを小刻みに繰り返す動作であり、縦ノリによる振動（以下「縦ノリ振動」という）が建物の周辺に伝達され、振動被害をもたらすことが知られている。制振装置を縦ノリ振動対策として用いる場合には、多数の観客が立つホール床が建物の基礎の上側の浮き床として構成され、基礎と浮き床の間に、ばね、粘性ダンパ及び回転慣性質量ダンパが配置されるとともに、回転慣性質量などによる遮断振動数が、縦ノリによる浮き床への加振振動数に一致するように設定される。

特許第４９３６１７４号公報

上述した縦ノリは、演奏される楽曲のテンポに合わせて行われるため、縦ノリ振動による加振振動数は、楽曲のテンポに応じて、例えば２．０～３．５Ｈｚの範囲で変化する。これに対し、従来の制振装置では、遮断振動数は、回転慣性質量ダンパの回転慣性質量とばねのばね定数により、所定の固定値に設定されている。このため、コンサート中、演奏楽曲が変わるのに応じて加振振動数が変化した場合、変化した加振振動数に遮断振動数がマッチしなくなるため、縦ノリ振動が十分に遮断されず、基礎の反力を十分に低減できない結果、基礎から地盤を介して周辺に伝達される縦ノリ振動を十分に抑制することができない。

また、従来の制振装置では、基礎と浮き床の間に、ばね及び回転慣性質量ダンパと並列に粘性ダンパが設けられている。この粘性ダンパの粘性抵抗は、遮断振動数による縦ノリ振動の遮断時に、回転慣性質量などによる慣性力とばね力がバランスしている状態で、浮き床の動きを制限するように作用する。その結果、基礎の反力が増加し、縦ノリ振動の遮断効果が低下してしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、加振振動数の変化に応じて遮断振動数を適切に調整し、それにより、構造体への加振力の伝達を遮断することによって、周辺の振動を十分に抑制することができる制振装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、加振力が作用する構造体から周辺に伝達される振動を抑制するための制振装置であって、構造体の上側に配置され、加振力が作用する浮き床と、構造体と浮き床の間に設けられ、浮き床を支持する支持ばねと、回転マスを有し、構造体と浮き床の間に支持ばねと並列に設けられ、加振力が作用したときの構造体に対する浮き床の相対変位を回転マスの回転運動に変換することによって、回転慣性質量を発生させるとともに、回転慣性質量が変更可能に構成された回転慣性質量ダンパと、加振力の振動数を加振振動数として取得する加振振動数取得手段と、回転慣性質量ダンパの回転慣性質量と支持ばねのばね定数とによって定まる、浮き床から構造体への振動の伝達を遮断するための遮断振動数が、取得された加振振動数に一致するように、回転慣性質量ダンパによる回転慣性質量を変更する制御手段と、構造体と浮き床の間に設けられ、回転慣性質量ダンパの回転慣性質量、支持ばねのばね定数、及び浮き床の質量によって定まる浮き床全体の固有振動数に同調する同調質量ダンパと、を備えることを特徴とする。

この制振装置では、構造体の上側に浮き床が配置され、構造体と浮き床の間には、支持ばね及び回転慣性質量ダンパが互いに並列に設けられている。また、回転慣性質量ダンパは、回転慣性質量が変更可能に構成されている。浮き床に加振力が作用すると、この加振力が支持ばねで支持されるとともに、構造体に対して浮き床が変位し、その相対変位が回転慣性質量ダンパにおいて回転マスの回転運動に変換されることによって、回転慣性質量が発生する。

また、加振力の振動数が加振振動数として取得され、浮き床から構造体への振動の伝達を遮断するための遮断振動数が、取得された加振振動数に一致するように、回転慣性質量ダンパによる回転慣性質量が変更される。これにより、遮断振動数が調整され、加振振動数に一致することによって、回転慣性質量による慣性力と支持ばねのばね力が打ち消し合う。その結果、浮き床から構造体への加振力の伝達を遮断し、周辺の振動を十分に抑制することができる。

また、この構成によれば、構造体と浮き床の間に同調質量ダンパが設けられており、この同調質量ダンパは、回転慣性質量ダンパの回転慣性質量、支持ばねのばね定数、及び浮き床の質量によって定まる浮き床全体の固有振動数に同調する。この同調により、固有振動数付近における浮き床の制振効果を高めることができる。また、構造体と浮き床の間に粘性ダンパが設けられる前述した従来の装置と異なり、加振力の遮断時に、回転慣性質量による慣性力と支持ばねのばね力が打ち消し合っている状態で、粘性ダンパの粘性抵抗が作用することがないので、加振力の遮断効果を良好に維持することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の制振装置において、同調質量ダンパは、固有振動数が変更可能に構成されており、制御手段は、変更された回転慣性質量ダンパによる回転慣性質量に応じて、同調質量ダンパの固有振動数を浮き床全体の固有振動数に同調するように変更することを特徴とする。

前述したように、遮断振動数を加振振動数に一致させるために回転慣性質量ダンパの回転慣性質量を変更すると、浮き床全体の固有振動数が変化する。この構成によれば、回転慣性質量が変更された場合、それに応じて同調質量ダンパの固有振動数を変更し、浮き床全体の固有振動数に同調させる。これにより、遮断振動数の調整に伴い、浮き床全体の固有振動数が変化した場合でも、同調質量ダンパによる同調を良好に行うことができ、固有振動数付近における浮き床の制振効果を良好に維持することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の制振装置において、回転慣性質量ダンパは、作動流体が充填されるとともに、構造体及び浮き床の一方に連結されたシリンダと、シリンダ内に軸線方向に摺動自在に設けられ、シリンダ内を第１流体室と第２流体室に区画するとともに、構造体及び浮き床の他方に連結されたピストンと、ピストンをバイパスし、第１及び第２流体室に連通するとともに、接続部を介して互いに並列に接続された第１連通路及び第２連通路と、第１連通路に設けられ、第１連通路内の作動流体の流動を回転マスの回転運動に変換することによって、回転慣性質量を発生させる歯車モータと、接続部に設けられ、第１及び第２流体室の間の連通路を、第１連通路及び第２連通路の一方に切り替えるための切替弁と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、回転慣性質量ダンパは、作動流体を用いた歯車モータ式のものであり、次のように作動する。浮き床に加振力が作用し、浮き床が構造体に対して変位すると、この相対変位がシリンダ及びピストンに伝達され、ピストンがシリンダ内を移動するのに伴い、第１又は第２流体室内の作動流体がピストンで押し出される。この場合、切替弁により第１及び第２流体室の間の連通路が第１連通路側に切り替えられているときには、作動流体が第１連通路内を流動することで、回転駆動された回転マスの回転慣性モーメントによる回転慣性質量が得られる。一方、連通路が第２連通路側に切り替えられているときには、作動流体が第１連通路内を流動しないことで、回転マスの回転慣性モーメントによる回転慣性質量は得られない。

以上のように、この回転慣性質量ダンパは、作動流体を用いた歯車モータ式のものであり、切替弁により作動流体の流路を第１又は第２連通路に切り替えるだけで、回転慣性質量を容易に変更することができる。これにより、例えば従来の装置のように回転慣性質量ダンパとしてボールねじ式のものを用いるとともに、その錘の回転半径を電動モータで変更することで回転慣性質量を変更するような場合と比較して、構成の単純化と低コスト化を実現することができる。

本発明の第１実施形態による制振装置を示す図である。 第１回転慣性質量ダンパを示す断面図である。 第２回転慣性質量ダンパを、電磁弁による第１連通路の連通状態において示す断面図である。 第２回転慣性質量ダンパを、電磁弁による第２連通路の連通状態において示す断面図である。 基礎、浮き床及び制振装置をモデル化して示す図である。 加振された浮き床の（ａ）変位、速度及び加速度の位相の関係、及び（ｂ）変位と抵抗力の関係を示す図である。 第２回転慣性質量ダンパの電磁弁のＯＮ数と遮断振動数との関係を示すテーブルである。 第１実施形態の制御装置を示すブロック図である。 図８の制御装置において実行される電磁弁制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態によって得られる浮き床の加振振動数と加速度応答倍率との関係を、遮断振動数が異なる３つの場合について示す図である。 本発明の第２実施形態による制振装置を示す図である。 第２実施形態の制御装置を示すブロック図である。 図１２の制御装置において実行される電磁弁制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態によって得られる浮き床の加振振動数と加速度応答倍率との関係を、遮断振動数が異なる３つの場合について示す図である。 制振装置が、粘性ダンパを有しない場合、粘性ダンパを有する場合、及び同調質量ダンパを有する場合について、加振振動数に対する加速度応答倍率の特性を比較して示す図である。

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説明する。実施形態の制振装置は、例えばライブハウスにおける縦ノリ振動対策として設置されたものである。図１の符号Ｂは、ライブハウスの建物の基礎（スラブ基礎）であり、この基礎Ｂは、複数の杭Ｐを介して地盤Ｇに支持されている。

図１に示す第１実施形態の制振装置Ａ１は、基礎Ｂの上側に配置され、ライブハウスの多数の観客が立つホール床として構成された浮き床Ｆと、基礎Ｂと浮き床Ｆの間に設けられた防振ユニットＵを備えている。防振ユニットＵは、浮き床Ｆに作用する縦ノリによる加振力を遮断し、基礎Ｂから地盤Ｇに伝達される力を低減することで、縦ノリ振動を抑制するものである。防振ユニットＵは、支持ばね２、第１回転慣性質量ダンパ３、及び第２回転慣性質量ダンパ４を備えている。これらの構成要素２～４は、それぞれ所定数、設けられ、互いに並列に配置されている。

図示しないが、支持ばね２は、例えば多数の皿ばねを上下方向に積層し、組み立てた皿ばねユニットで構成されており、皿ばねユニット全体として、所定のばね定数（剛性）を有する。

図２に示すように、第１回転慣性質量ダンパ３は、作動流体ＨＦを用いる歯車モータ式のものであり、作動流体ＨＦが充填されたシリンダ１２と、シリンダ１２内に摺動自在に設けられ、シリンダ１２内を第１及び第２流体室１２ａ、１２ｂに区画するピストン１３と、ピストン１３をバイパスし、第１及び第２流体室１２ａ、１２ｂに連通する連通路１４と、連通路１４に配置された歯車モータ１５を備える。作動流体ＨＦは、適度な粘性を有する流体、例えばシリコンオイルで構成されている。

歯車モータ１５は、例えば外接式のものであり、連通路１４に連通するケーシング１５ａ内に収容され、互いに噛み合う入力ギヤ１５ｂ及び出力ギヤ１５ｃと、出力ギヤ１５ｃに一体に連結された出力軸１５ｄを有する。出力軸１５ｄには、回転マスとしてのフライホイール１６が一体に連結されている。

第１回転慣性質量ダンパ３は、シリンダ１２に連結された第１取付具ＦＬ１と、ピストン１３と一体のピストンロッド１７に連結された第２取付具ＦＬ２とを介して、基礎Ｂと浮き床Ｆの間に取り付けられている。

以上の構成の第１回転慣性質量ダンパ３では、例えば浮き床Ｆに縦ノリ振動が発生するのに応じて、浮き床Ｆが基礎Ｂに対して変位すると、ピストン１３がシリンダ１２内を移動するのに伴い、作動流体ＨＦが第１及び第２流体室１２ａ、１２ｂの一方から連通路１４に流入し、ケーシング１５ａ内を通り、第１及び第２流体室１２ａ、１２ｂの他方に向かって流動する。

このケーシング１５ａ内での作動流体ＨＦの流動を、歯車モータ１５の出力ギヤ１５ｃの回転運動に変換し、フライホイール１６を回転させることによって、その回転慣性モーメントによる回転慣性質量（以下「第１等価質量」という）ｍｄ１が得られる。また、連通路１４内の作動流体ＨＦの流動による慣性質量（以下「第２等価質量」という）ｍｄ２が得られる。

この場合、第１等価質量ｍｄ１及び第２等価質量ｍｄ２は、それぞれ次式（１）（２）で表され、両者ｍｄ１、ｍｄ２の和が、第１回転慣性質量ダンパ３の等価質量ｍｄになる（式（３））。

また、ピストン１３には、軸線方向に貫通する複数の孔が形成されており（２つのみ図示）、これらの孔に、第１リリーフ弁１８及び第２リリーフ弁１９が設けられている。

第１リリーフ弁１８は、弁体と、弁体を閉弁側に付勢するばねで構成されており、ピストン１３が図２の左方に移動することで、第１流体室１２ａ内の作動流体ＨＦの圧力が上昇し、所定の上限値に達したときに、開弁する。これにより、第１流体室１２ａ内の作動流体ＨＦの圧力が第２流体室１２ｂ側に逃がされることによって、上限値以下に制限される。第２リリーフ弁１９は、第１リリーフ弁１８と同様に構成されており、ピストン１３が図２の右方に移動することで、第２流体室１２ｂ内の作動流体ＨＦの圧力が上限値に達したときに開弁し、第２流体室１２ｂ内の作動流体ＨＦの圧力が第１流体室１２ａ側に逃がされることによって、上限値以下に制限される。

次に、図３及び図４を参照しながら、第２回転慣性質量ダンパ４について説明する。第２回転慣性質量ダンパ４は、電磁弁２１付きのものであり、図２の第１回転慣性質量ダンパ３に対し、第１及び第２流体室１２ａ、１２ｂに連通する連通路として、互いに並列の第１及び第２連通路１４ａ、１４ｂを有するとともに、両連通路１４ａ、１４ｂを切り替えるための電磁弁２１を付加したものである。以下、第１回転慣性質量ダンパ３と同じ第２回転慣性質量ダンパ４の構成要素に対して同じ符号を付し、異なる点を中心として説明を行うものとする。

図３に示すように、連通路は、第１及び第２流体室１２ａ、１２ｂにそれぞれ連通する２つの共通部１４ｃ、１４ｄと、共通部１４ｃ、１４ｄに互いに並列に接続された第１及び第２連通路１４ａ、１４ｂで構成されている。第１連通路１４ａには、第１回転慣性質量ダンパ３と同様の歯車モータ１５が設けられている。一方、第２連通路１４ｂは、歯車モータ１５のようなデバイスは設けられず、通路のみの構成になっている。

電磁弁２１は、第１流体室１２ａ側の共通部１４ｃと第１及び第２連通路１４ａ、１４ｂとの接続部に設けられている。電磁弁２１は、スプール式のものであり、スリーブ２２と、スリーブ２２内に収容されたソレノイド２３、プランジャ２４、スプール２５及び復帰ばね２６を有する。

スリーブ２２は、上下方向に延びており、その内部空間が、上下方向の異なる位置において、上側から順に、第１連通路１４ａ、共通部１４ｃ及び第２連通路１４ｂに連通している。プランジャ２４は、ソレノイド２３が励磁されると、ソレノイド２３によって下方に吸引されるように構成されている。スプール２５は、プランジャ２４と一体で、プランジャ２４から下方に延びており、上下に配置され、スリーブ２２に内接する第１弁体２５ａ及び第２弁体２５ｂと、両弁体２５ａ、２５ｂをつなぐ弁軸２５ｃで構成されている。電磁弁２１のＯＮ／ＯＦＦ（ソレノイド２３の励磁／非励磁）は、後述する制御装置３１によって制御される。復帰ばね２６は、コイルばねで構成され、スリーブ２２の底部に配置されており、第２弁体２５ｂを介して、一体のプランジャ２４及びスプール２５を常時、上方に付勢する。

第２回転慣性質量ダンパ４は、第１回転慣性質量ダンパ３と同様、シリンダ１２に連結された第１取付具ＦＬ１と、ピストンロッド１７に連結された第２取付具ＦＬ２を介して、基礎Ｂと浮き床Ｆの間に取り付けられている。

以上の構成の第２回転慣性質量ダンパ４では、浮き床Ｆに発生した縦ノリ振動などによって、浮き床Ｆが基礎Ｂに対して変位すると、第１回転慣性質量ダンパ３と同様、ピストン１３がシリンダ１２内を移動するのに伴い、第１又は第２流体室１２ａ、１２ｂから作動流体ＨＦが流出する。この状態において、電磁弁２１がＯＦＦされ、ソレノイド２３が非励磁状態の場合には、プランジャ２４と一体のスプール２５は、復帰ばね２６のばね力によって上方に移動し、図３に示す第１位置に位置する。この第１位置では、スプール２５の第１弁体２５ａが第１連通路１４ａを開放すると同時に、第２弁体２５ｂが第２連通路１４ｂを閉鎖する。

その結果、図３に示すように、第１又は第２流体室１２ａ、１２ｂから流出した作動流体ＨＦは、閉鎖された第２連通路１４ｂには流れず、開放された第１連通路１４ａ内を流動する。したがって、このときの第２回転慣性質量ダンパ４の動作は、基本的に、前述した第１回転慣性質量ダンパ３の場合と同じになり、第１連通路１４ａにおける作動流体ＨＦの流動がフライホイール１６の回転運動に変換されることによって、回転慣性モーメントによる第１等価質量ｍｄ１（式（１））が得られるとともに、作動流体ＨＦの流動による第２等価質量ｍｄ２（式（２））が得られる。また、両等価質量ｍｄ１、ｍｄ２の和が、第２回転慣性質量ダンパ４の等価質量ｍｄになる（式（３））。

一方、上記のように、縦ノリ振動などにより浮き床Ｆが基礎Ｂに対して変位し、ピストン１３がシリンダ１２内を移動することにより、第１又は第２流体室１２ａ、１２ｂから作動流体ＨＦが流出している状態において、電磁弁２１がＯＮされている場合には、ソレノイド２３の励磁により、プランジャ２４と一体のスプール２５は、復帰ばね２６のばね力に抗して下方に移動し、図４に示す第２位置に位置する。この第２位置では、スプール２５の第１弁体２５ａが第１連通路１４ａを閉鎖すると同時に、第２弁体２５ｂが第２連通路１４ｂを開放する。

その結果、図４に示すように、第１又は第２流体室１２ａ、１２ｂから流出した作動流体ＨＦは、閉鎖された第１連通路１４ａには流れず、開放された第２連通路１４ｂのみを流動する。このため、第１連通路１４ａ側に設けられたフライホイール１６は回転せず、第１等価質量ｍｄ１は０になり、作動流体ＨＦの流動による第２等価質量ｍｄ２（式（２））のみが得られる。したがって、第２回転慣性質量ダンパ４の等価質量ｍｄは、極めて小さなｍｄ２（≒０）になる。以上のように、電磁弁２１のＯＮ／ＯＦＦによって、第２回転慣性質量ダンパ４の等価質量ｍｄが変更される。

なお、図３及び図４の場合には、作動流体ＨＦが第１連通路１４ａ内と第２連通路１４ｂ内を流動することにより、比較的小さい粘性減衰効果が発揮される。特に図４の場合、第２回転慣性質量ダンパ４の質量効果は極めて小さいため（ｍｄ≒０）、小さな減衰係数を有する粘性ダンパとして機能する。

以上の構成から、制振装置Ａ１をモデル化すると、図５に示すように、基礎Ｂと質量がＭである浮き床Ｆとの間に、（ａ）支持ばね２から成る、ばね定数がＫであるばね要素と、（ｂ）第１及び第２回転慣性質量ダンパ３、４のフライホイール１６から成る、慣性質量が可変のｍ（＝Σｍｄ）である慣性接続要素が、互いに並列に接続されたモデルになる。この構成では、浮き床Ｆに上下方向の加振力が作用すると、支持ばね２のばね力Ｆｋとフライホイール１６の慣性力Ｆｍが、加振力に対する抵抗力（反力）として浮き床Ｆに作用する。

この場合において、加振力が調和振動形のときには、図６（ａ）に示すように、浮き床Ｆの変位ＤＩＳ（＝ｕ）と加速度ＡＣＣが逆位相の関係にあるため、同図（ｂ）に示すように、変位ＤＩＳに依存する支持ばね２のばね力Ｆｋ（＝Ｋ・ｕ）と、加速度ＡＣＣに依存するフライホイール１６の慣性力Ｆｍ（＝－ｍω２・ｕ）は、互いに逆勾配になる。また、慣性力Ｆｍの勾配の大きさは、浮き床Ｆへの加振振動数に応じて変化し、ばね力Ｆｋのそれと一致したときに、ばね力Ｆｋと慣性力Ｆｍは打ち消し合い、両者の和が０になることで、基礎Ｂへの加振力（振動）の伝達が遮断される。このように浮き床Ｆから基礎Ｂへの振動の伝達が遮断される振動数を遮断振動数ｆｓという。

この遮断振動数ｆｓは、支持ばね２全体のばね定数Ｋと、第１及び第２回転慣性質量ダンパ３、４全体の等価質量ｍに基づいて定まり、次式（４）によって算出される。

したがって、この式（４）と、第２回転慣性質量ダンパ４の等価質量ｍｄが電磁弁２１のＯＮ／ＯＦＦに応じて可変であることから、複数の電磁弁２１のＯＮ／ＯＦＦ数によって、遮断振動数ｆｓを変更（調整）することができる。以下、その一例を説明する。

例えば、浮き床Ｆの質量Ｍ＝１０００ｔｏｎ、支持ばね２全体のばね定数Ｋ＝３９４７８ｋＮ／ｍ、第１回転慣性質量ダンパ３の１基当たりの等価質量ｍｄ＝２０．５ｔｏｎ、電磁弁２１がＯＦＦ状態のときの第２回転慣性質量ダンパ４の１基当たりの等価質量ｍｄ＝２４ｔｏｎ、第１回転慣性質量ダンパ３の設置数＝４、第２回転慣性質量ダンパ４の設置数＝７とする。

この例において、７基の第２回転慣性質量ダンパ４のすべての電磁弁２１がＯＦＦの場合、遮断振動数ｆｓは最小になり、式（４）から、
ｆｓ＝（１／２π）ｓｑｒｔ（Ｋ／ｍ）
＝（１／２π）ｓｑｒｔ（３９４７８／（２０．５×４＋２４×７））
＝（１／２π）ｓｑｒｔ（３９４７８／２５０）
＝約２．０Ｈｚに設定される。

同様に、７基の第２回転慣性質量ダンパ４のうち、２基の電磁弁２１がＯＦＦで、５基の電磁弁２１がＯＮの場合、遮断振動数ｆｓは中間の値になり、
ｆｓ＝（１／２π）ｓｑｒｔ（３９４７８／（２０．５×４＋２４×２））
＝（１／２π）ｓｑｒｔ（３９４７８／１３０）
＝約２．７５Ｈｚに設定される。

同様に、７基の第２回転慣性質量ダンパ４のすべての電磁弁２１がＯＮの場合、遮断振動数ｆｓは、最大になり、
ｆｓ＝（１／２π）ｓｑｒｔ（３９４７８／（２０．５×４＋０））
＝（１／２π）ｓｑｒｔ（３９４７８／８２）
＝約３．５Ｈｚに設定される。

以上のように、遮断振動数ｆｓは、第２回転慣性質量ダンパ４の電磁弁２１のＯＮ数Ｎｏｎが大きいほど、第１及び第２回転慣性質量ダンパ３、４全体の等価質量ｍがより小さくなることで、より大きな値に設定される。この例では、電磁弁２１のＯＮ数Ｎｏｎ＝０～７に応じた８段階で、縦ノリ振動が発生する振動数域である２．０～３．５Ｈｚの範囲に設定される。以上の電磁弁２１のＯＮ数Ｎｏｎと遮断振動数ｆｓとの関係をまとめると、図７のようになる。

図１に示すように、制振装置Ａ１はさらに、基礎Ｂと浮き床Ｆの間に設けられた複数の同調質量ダンパ５を備えている。同調質量ダンパ５は、浮き床Ｆ全体の上下方向の１次固有振動数との同調によって、浮き床Ｆの制振効果を高めるためのものである。各同調質量ダンパ５は、上端部が浮き床Ｆに接続されたばね６と、ばね６と並列に配置された減衰器（図示せず）と、ばね６及び減衰器に接続された質量体７を有する。

同調質量ダンパ５の諸元（ばね６のばね定数ｋｔｍｄ、減衰器の減衰係数ｃｔｍｄ、及び質量体７の質量ｍｔｍｄ）は、同調質量ダンパ５の固有振動数が浮き床Ｆ全体の上下方向の１次固有振動数ｆｎ１に同調するように設定されている。

この浮き床Ｆ全体の１次固有振動数ｆｎ１は、浮き床Ｆの質量Ｍと、第１及び第２回転慣性質量ダンパ３、４全体の等価質量ｍとの和と、支持ばね２全体のばね定数Ｋに基づき、次式（５）によって算出される。このため、１次固有振動数ｆｎ１は、遮断振動数ｆｓを調整するために第２回転慣性質量ダンパ４の等価質量ｍｄが変更されると、それに応じて変化する。

例えば、前述したように、質量Ｍ＝１０００ｔｏｎ、ばね定数Ｋ＝３９４７８ｋＮ／ｍであり、また、遮断振動数ｆｓが２．７５Ｈｚに設定されている場合には、第１及び第２回転慣性質量ダンパ３、４全体の等価質量ｍ＝１３０ｔｏｎであるので、１次固有振動数ｆｎ１は、
ｆｎ１＝（１／２π）ｓｑｒｔ（Ｋ／（Ｍ＋ｍ））
＝（１／２π）ｓｑｒｔ（３９４７８／（１０００＋１３０））
＝０．９４Ｈｚと算出される。
また、１次固有周期Ｔｎ１は、Ｔｎ１＝１／ｆｎ１＝１．０６ｓになる。

一方、遮断振動数ｆｓが２．０Ｈｚに設定されている場合には、等価質量ｍ＝２５０ｔｏｎであるので、ｆｎ１＝０．８９Ｈｚ、Ｔｎ１＝１．１２ｓになる。また、遮断振動数ｆｓが３．５Ｈｚに設定されている場合には、等価質量ｍ＝８２ｔｏｎであるので、ｆｎ１＝０．９６Ｈｚ、１次固有周期Ｔｎ１＝１．０４ｓになる。

本実施形態では、同調質量ダンパ５の諸元は、その固有振動数が、複数の遮断振動数ｆｓのうちのｆｓ＝２．７５Ｈｚに設定されているときの浮き床Ｆの１次固有振動数ｆｎ１（＝０．９４Ｈｚ）に同調するように、設定されている。

図８に示すように、第２回転慣性質量ダンパ４の各電磁弁２１は、制御装置３１に接続されている。制御装置３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。後述するように、制御装置３１は、浮き床Ｆへの加振振動数ｆａに応じて、電磁弁２１のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

次に、上記構成の制振装置Ａ１の動作について説明する。前述したように、浮き床Ｆに縦ノリ振動が発生するのに応じて、浮き床Ｆが基礎Ｂに対して変位すると、各第１回転慣性質量ダンパ３が作動し、シリンダ１２内のピストン１３の移動に伴い、フライホイール１６の回転慣性モーメントによる第１等価質量ｍｄ１と、第１連通路１４ａ内の作動流体ＨＦの流動による第２等価質量ｍｄ２との和から成る等価質量ｍｄが得られる。この第１回転慣性質量ダンパ３の等価質量ｍｄが浮き床Ｆの質量に付加されることで、浮き床Ｆの振動が長周期化する。

また、この縦ノリ振動の発生中、制御装置３１では、図９に示す電磁弁制御処理が実行される。この電磁弁制御処理は、浮き床Ｆから基礎Ｂへの振動の伝達を遮断する遮断振動数ｆｓが、縦ノリ振動による浮き床Ｆへの加振振動数ｆａに一致するように、第２回転慣性質量センサ４の電磁弁２１のＯＮ数Ｎｏｎを制御するものであり、所定時間ごとに実行される。

本処理では、まずステップ１において、浮き床Ｆへの加振振動数ｆａを取得する。加振振動数ｆａは、演奏中の楽曲のテンポによって概ね定まる。このため、ライブコンサートの主催者が、演奏予定の楽曲に対して加振振動数ｆａをあらかじめ決定し、コンサートの実際の進行に応じて、加振振動数ｆａを制御装置３１に手動で入力することが可能である。制御装置３１は、入力された加振振動数ｆａを読み出し、取得する。あるいは、このような手動による入力に代えて、制御装置３１において、演奏中の楽曲を受信し、その信号の解析結果から、楽曲のテンポに応じて加振振動数ｆａを自動的に算出・決定するようにしてもよい。またさらに、浮き床Ｆの一部の箇所に加振力を計測するロードセルを設置し、その信号の解析結果から、加振振動数ｆａを自動的に算出・決定するようにしてもよい。

次に、ステップ２において、取得した加振振動数ｆａに応じて、第２回転慣性質量センサ４の電磁弁２１のＯＮ数Ｎｏｎを算出する。この算出は、例えば加振振動数ｆａ＝遮断振動数ｆｓとし、この遮断振動数ｆｓに応じ、前述した図７のテーブルを検索することによって行われる。なお、ステップ１で取得した加振振動数ｆａが図７の複数の遮断振動数ｆｓのいずれとも一致しない場合には、この加振振動数ｆａに最も近い遮断振動数ｆｓに対応するＯＮ数Ｎｏｎが選択される。

次に、ステップ３において、算出されたＯＮ数Ｎｏｎと等しい数の電磁弁２１に駆動信号を出力し、これらの電磁弁２１をＯＮする。これにより、遮断振動数ｆｓが加振振動数ｆａに一致するように、第１及び第２回転慣性質量ダンパ３、４全体の等価質量ｍが制御される。その結果、浮き床Ｆから基礎Ｂへの縦ノリ振動の伝達が遮断され、周辺への縦ノリ振動の伝達が抑制される。

図１０は、本実施形態により遮断振動数ｆｓを設定したときに得られる、浮き床Ｆの加振振動数ｆａと加速度応答倍率Ｒａｃｃとの関係を、（ａ）ｆｓ＝２．０Ｈｚ、（ｂ）ｆｓ＝２．７５Ｈｚ、及び（ｃ）ｆｓ＝３．５Ｈｚの場合について、前述した従来例とともに示したものである。なお、加速度応答倍率Ｒａｃｃは、浮き床Ｆの加速度に対する基礎Ｂの加速度の比として定義され、加振された浮き床Ｆから基礎Ｂへの加振力（振動）の伝達度合を表し、この意味において、反力応答倍率（浮き床Ｆへの加振力に対する基礎Ｂの反力の比）と同義である。

まず、実施形態及び従来例のいずれの場合にも、加速度応答倍率Ｒａｃｃは、加振振動数ｆａが浮き床Ｆの固有振動数（＝約１Ｈｚ）付近のときに最大値を示し、加振振動数ｆａが高くなるにつれて減少する。

従来例では、回転慣性質量ダンパによる回転慣性質量が一定であるため、加振振動数ｆａにかかわらず、遮断振動数ｆｓ’は一定値（＝約３Ｈｚ）に設定され、加振振動数ｆａと加速度応答倍率Ｒａｃｃとの関係も一定である。このため、実際の加振振動数ｆａが遮断振動数ｆｓ’に対してずれた場合、加速度応答倍率Ｒａｃｃは十分に低減されず、縦ノリ振動を十分に遮断することができない。また、加振振動数ｆａが遮断振動数ｆｓ’付近のときには、加速度応答倍率Ｒａｃｃがほぼ最小値に低減されるものの、遮断時に粘性ダンパの粘性抵抗が作用するため、加速度応答倍率Ｒａｃｃの谷が浅くなり（図１５参照）、やはり縦ノリ振動を十分に遮断できない。

これに対し、実施形態では、取得された浮き床Ｆの実際の加振振動数ｆａに一致するように、遮断振動数ｆｓを設定するとともに、この遮断振動数ｆｓが得られるように、第２回転慣性質量ダンパ４の電磁弁２１のＯＮ数Ｎｏｎを制御し、第１及び第２回転慣性質量ダンパ３、４全体の等価質量ｍを調整する。これにより、図１０（ａ）～（ｃ）に示すように、設定された各遮断振動数ｆｓにおいて、縦ノリ振動が良好に遮断され、加速度応答倍率Ｒａｃｃは最小になる。また、従来例と異なり、遮断時に粘性ダンパの粘性抵抗は作用せず、加速度応答倍率Ｒａｃｃの谷が深い状態に維持されることで（図１５参照）、縦ノリ振動を十分に遮断することができる。

また、実施形態では、同調質量ダンパ５の固有振動数が浮き床Ｆ全体の上下方向の１次固有振動数ｆｎ１（＝約１Ｈｚ）に同調するので、この付近での加速度応答倍率Ｒａｃｃのピークは、従来例における粘性ダンパを付与した場合と同等の小さな値になる（図１５参照）。これにより、浮き床Ｆ全体の１次固有振動数ｆｎ１に対する制振効果を高めることができる。

なお、前述したように、本実施形態では、同調質量ダンパ５は、その固有振動数が、遮断振動数ｆｓ＝２．７５Ｈｓのときの浮き床Ｆ全体の１次固有振動数ｆｎ１に同調するように設定されている。このため、遮断振動数ｆｓ＝２．７５Ｈｓのときには、同調質量ダンパ５による同調が良好に行われる結果、図１０（ｂ）に示すように、加速度応答倍率Ｒａｃｃのピークは従来例よりも小さく最小化され、良好な制振効果が得られる。

これに対し、遮断振動数ｆｓ＝２．０Ｈｚ又は３．５Ｈｓのときには、同調質量ダンパ５の固有振動数が浮き床Ｆ全体の１次固有振動数ｆｎ１に対してずれるため、同調質量ダンパ５による同調が良好に行われない結果、同図（ａ）及び（ｃ）に示すように、加速度応答倍率Ｒａｃｃのピークは、従来例と同等で最小化されず、良好な制振効果は得られない。次に説明する第２実施形態による制振装置Ａ２は、この点を改善するものである。

図１１に示すように、第２実施形態の制振装置Ａ２は、図１に示した第１実施形態の制振装置Ａ１と比較し、同調質量ダンパ５に代えて、固有振動数が可変である第２同調質量ダンパ３５を設けたものである。第２同調質量ダンパ３５は、上端部が浮き床Ｆに接続された複数のばね３６と、複数のばね３６に並列に配置された減衰器（図示せず）と、複数のばね３６及び減衰器に連結され、吊り下げられた質量体３７と、浮き床Ｆと質量体３７の間に連結された複数の回転慣性質量ダンパ３８を有する。

回転慣性質量ダンパ３８は、所定数、設けられており（図１１には２つのみ図示）、例えば第２回転慣性質量ダンパ４と同様の構成を有する。具体的には、回転慣性質量ダンパ３８は、作動流体が充填されたシリンダと、シリンダ内を第１及び第２流体室に区画するピストンと、第１及び第２流体室に連通する互いに並列の第１及び第２連通路と、第１連通路に設けられた歯車モータ及びフライホイール（いずれも図示せず）と、第１及び第２連通路の接続部に設けられ、第１及び第２流体室の間の連通路を第１及び第２連通路の一方に切り替えるための第２電磁弁４１（図１２参照）を有する。

図１２に示すように、第２電磁弁４１は制御装置３１に接続されており、そのＯＮ／ＯＦＦは、制御装置３１によって制御される。また、回転慣性質量ダンパ３８のシリンダは浮き床Ｆに連結され、ピストンロッドは質量体３７に連結されている。

以上の構成の回転慣性質量ダンパ３８では、浮き床Ｆに縦ノリ振動が発生し、浮き床Ｆに対して質量体３７が変位すると、ピストンがシリンダ内を移動するのに伴い、第１又は第２流体室から作動流体が流出する。

この状態において、第２電磁弁４１がＯＦＦされていると、第１連通路のみが開放され、作動流体が第１連通路内を流動し、回転マスの回転慣性モーメントによる第１等価質量と、作動流体の流動による第２等価質量が得られ、付加されるため、その分、第２同調質量ダンパ３５の固有振動数が低くなる（固有周期が長くなる）。一方、第２電磁弁４１がＯＮされていると、第２連通路のみが開放され、作動流体は第１連通路内を流動せず、第２等価質量のみが得られるが、その質量効果は極めて小さいため（≒０）、その分、第２同調質量ダンパ３５の固有振動数が高くなる（固有周期が短くなる）。このように、第２電磁弁４１のＯＮ数Ｎｏｎ２が大きいほど、第２同調質量ダンパ３５の固有振動数はより高くなる。

図１３は、縦ノリ振動の発生中、制振装置Ａ２において実行される電磁弁制御処理を示す。本処理は、図１２の制御装置３１により、所定時間ごとに実行される。本処理では、まずステップ１１において、図９の前記ステップ１と同様、浮き床Ｆの加振振動数ｆａを取得する。

次に、ステップ１２において、前記ステップ２と同様、加振振動数ｆａ（＝遮断振動数ｆｓ）に応じ、図７のテーブルを検索することによって、第２回転慣性質量センサ４の電磁弁２１のＯＮ数Ｎｏｎを算出する。また、加振振動数ｆａ（＝遮断振動数ｆｓ）に応じ、所定のテーブルを検索することによって、第２電磁弁４１のＯＮ数Ｎｏｎ２を算出する。図示しないが、このテーブルでは、遮断振動数ｆｓに応じて変化する浮き床Ｆ全体の１次固有振動数ｆｎ１に、第２同調質量ダンパ３５の固有振動数が同調するよう、第２電磁弁４１のＯＮ数Ｎｏｎ２は、遮断振動数ｆｓが高いほど、より大きな値に設定されている。

次に、ステップ１３において、算出されたＯＮ数Ｎｏｎと等しい数の電磁弁２１に駆動信号を出力し、これらの電磁弁２１をＯＮする。これにより、遮断振動数ｆｓが加振振動数ｆａに一致するように、第１及び第２回転慣性質量ダンパ３、４全体の等価質量ｍが制御されることによって、浮き床Ｆから基礎Ｂへの縦ノリ振動の伝達が遮断され、周辺への縦ノリ振動の伝達が抑制される。

次に、ステップ１４において、算出されたＯＮ数Ｎｏｎ２と等しい数の第２電磁弁４１に駆動信号を出力し、これらの第２電磁弁４１をＯＮする。これにより、第２同調質量ダンパ３５の固有振動数が浮き床Ｆ全体の１次固有振動数ｆｎ１に同調するように、回転慣性質量ダンパ３８の等価質量が制御され、その結果、第２同調質量ダンパ３５による同調が良好に行われる。

図１４は、本実施形態により遮断振動数ｆｓを設定するとともに、第２同調質量ダンパ３５の固有振動数を変更したときに得られる、浮き床Ｆの加振振動数ｆａと加速度応答倍率Ｒａｃｃとの関係を、（ａ）ｆｓ＝２．０Ｈｚ、（ｂ）ｆｓ＝２．７５Ｈｚ、及び（ｃ）ｆｓ＝３．５Ｈｚの場合について、従来例とともに示したものである。

同図において、浮き床Ｆ全体の１次固有振動数ｆｎ１付近（＝約１Ｈｚ）に着目すると、遮断振動数ｆｓが（ａ）～（ｃ）のいずれの場合にも、第２同調質量ダンパ３５の固有振動数が１次固有振動数ｆｎ１に同調するように変更され、第２同調質量ダンパ３５による同調が良好に行われる結果、加速度応答倍率Ｒａｃｃのピークは従来例よりも小さく最小化され、浮き床Ｆ全体の１次固有振動数ｆｎ１における制振効果が向上することが確認された。

なお、本発明は、説明した第１及び第２実施形態（以下、総称する場合には「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、第１及び第２回転慣性質量ダンパ３、４として、作動流体によって作動する歯車モータ式のものを用いているが、ベーンモータやピストンモータなどの他の液圧式のものや、ボールねじ式のものを用いてもよい。また、実施形態の歯車モータは外接式のものであるが、内接式でもよく、作動流体Ｆについては、シリコンオイルに限らず、作動油などの流体でもよいことはもちろんである。

また、第１及び第２実施形態の同調質量ダンパ５、３５として、質量体とばねを直列に接続したチューンドマスダンパ（ＴＭＤ）を用いているが、これに代えて、回転慣性質量と粘性体を並列に配置し、柔支持部材を直列に接続した同調粘性マスダンパを用いてもよい。さらに、第１及び第２実施形態では、質量効果を変更できない第１回転慣性質量ダンパ３を併用しているが、この第１回転慣性質量ダンパ３をなくし、すべて第２回転慣性質量ダンパ４の改良型（第２連通路１４ｂ側にも歯車モータを設置し、第１連通路１４ａ側のフライホイールよりも小さなフライホイールを設け、回転慣性質量ダンパの等価質量を変更するような構成）に変更し、等価質量を段階的に変更するようにしてもよいことはもちろんである。

また、第２回転慣性質量ダンパ４の電磁弁２１及び第２実施形態の回転慣性質量ダンパ３８の第２電磁弁４１はいずれも、複数、設けられ、ＯＮ／ＯＦＦ式で、連通路を第１又は第２連通路に切り替えるタイプのものであり、それらのＯＮ数によって、回転慣性質量ダンパの等価質量が段階的に変更される。これらの電磁弁として、第１連通路と第２連通路の流量割合を無段階に変更するタイプのものを採用してもよい。その場合には、例えば単一の電磁弁を用い、回転慣性質量ダンパの等価質量を無段階にきめ細かく制御することが可能になる。

また、実施形態は、制振装置Ａ１、Ａ２を、建物の基礎Ｂのすぐ上の最下層に設置した例であるが、これに限らず、建物の中間層に設置してもよいことは、もちろんである。また、実施形態では、本発明の制振装置を、ライブハウスなどにおける縦ノリ振動の抑制対策に適用するものとして説明したが、本発明は、これに限らず、他の適当な制振対策として、例えば構造体の上に大きな振動を発生する機器が設置されるとともに、その加振振動数が変化するような場合に適用することが可能である。

また、実施形態に示した各種のデバイスの構成や数及び配置などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することが可能である。

Ａ１ 第１実施形態の制振装置
Ａ２ 第２実施形態の制振装置
２ 支持ばね
３ 第１回転慣性質量ダンパ（回転慣性質量ダンパ）
４ 第２回転慣性質量ダンパ（回転慣性質量ダンパ）
５ 同調質量ダンパ
１２ シリンダ
１２ａ 第１流体室
１２ｂ 第２流体室
１３ ピストン
１４ａ 第１連通路
１４ｂ 第２連通路
１５ 歯車モータ
１６ フライホイール（回転マス）
２１ 電磁弁（切替弁）
３１ 制御装置（加振振動数取得手段、制御手段）
３５ 第２同調質量ダンパ
４１ 第２電磁弁
Ｂ 基礎（構造体）
Ｆ 浮き床
ｆａ 加振振動数
ｆｓ 遮断振動数
ｆｎ１ 浮き床全体の１次固有振動数（浮き床全体の固有振動数）
ｍｄ１ 第１等価質量（回転慣性質量）
ｍ 第１及び第２回転慣性質量ダンパ全体の等価質量（回転慣性質量ダンパの回 転慣性質量）
Ｋ 支持ばね全体のばね力（支持ばねのばね力）
ＨＦ 作動流体

Claims (3)

1. 加振力が作用する構造体から周辺に伝達される振動を抑制するための制振装置であって、
   前記構造体の上側に配置され、前記加振力が作用する浮き床と、
   前記構造体と前記浮き床の間に設けられ、当該浮き床を支持する支持ばねと、
   回転マスを有し、前記構造体と前記浮き床の間に前記支持ばねと並列に設けられ、前記加振力が作用したときの前記構造体に対する前記浮き床の相対変位を前記回転マスの回転運動に変換することによって、回転慣性質量を発生させるとともに、当該回転慣性質量が変更可能に構成された回転慣性質量ダンパと、
   前記加振力の振動数を加振振動数として取得する加振振動数取得手段と、
   前記回転慣性質量ダンパの前記回転慣性質量と前記支持ばねのばね定数とによって定まる、前記浮き床から前記構造体への振動の伝達を遮断するための遮断振動数が、前記取得された加振振動数に一致するように、前記回転慣性質量ダンパによる前記回転慣性質量を変更する制御手段と、
   前記構造体と前記浮き床の間に設けられ、前記回転慣性質量ダンパの前記回転慣性質量、前記支持ばねの前記ばね定数、及び前記浮き床の質量によって定まる前記浮き床全体の固有振動数に同調する同調質量ダンパと、
   を備えることを特徴とする制振装置。
2. 前記同調質量ダンパは、固有振動数が変更可能に構成されており、
   前記制御手段は、前記変更された前記回転慣性質量ダンパによる回転慣性質量に応じて、前記同調質量ダンパの固有振動数を前記浮き床全体の固有振動数に同調するように変更することを特徴とする、請求項１に記載の制振装置。
3. 前記回転慣性質量ダンパは、
   作動流体が充填されるとともに、前記構造体及び前記浮き床の一方に連結されたシリンダと、
   当該シリンダ内に軸線方向に摺動自在に設けられ、当該シリンダ内を第１流体室と第２流体室に区画するとともに、前記構造体及び前記浮き床の他方に連結されたピストンと、
   当該ピストンをバイパスし、前記第１及び第２流体室に連通するとともに、接続部を介して互いに並列に接続された第１連通路及び第２連通路と、
   前記第１連通路に設けられ、当該第１連通路内の作動流体の流動を回転マスの回転運動に変換することによって、回転慣性質量を発生させる歯車モータと、
   前記接続部に設けられ、前記第１及び第２流体室の間の連通路を、前記第１連通路及び前記第２連通路の一方に切り替えるための切替弁と、を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の制振装置。

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