JPH06146654A - 可変減衰マスダンパ - Google Patents

可変減衰マスダンパ

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JPH06146654A
JPH06146654A JP30572192A JP30572192A JPH06146654A JP H06146654 A JPH06146654 A JP H06146654A JP 30572192 A JP30572192 A JP 30572192A JP 30572192 A JP30572192 A JP 30572192A JP H06146654 A JPH06146654 A JP H06146654A
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ball screw
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mass damper
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Kazuo Tamura
和夫 田村
Kazuhiko Maebayashi
和彦 前林
Koichi Nakamura
康一 中村
Nikio Ishikawa
二己穂 石川
Yoshihiro Kida
義弘 来田
Shoji Hayashi
章二 林
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Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 重量部4に固定されボールネジ10が挿入さ
れるとともに内側に電極15が設けられたケーシング1
2と、該ケーシング12内のボールネジ10に固定され
るとともに外側に電極17が設けられた回転部材16と
を設け、ケーシング12内に、印加する電圧により粘度
が制御される電気粘性流体18を封入してなる。 【効果】 重量部4が設置部2に対して振動すると、ボ
ールネジ10が回転することになり、この回転によりボ
ールネジ10に固定された回転部材16が重量部4に固
定されたケーシング12内で回転することになり、ここ
で、電極15,17間に印加する電圧すなわち電気粘性
流体18に印加する電圧を変えることにより、ボールネ
ジ10にかかる回転抵抗すなわち可変減衰マスダンパの
減衰定数が変化することになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、構造物の制振を行うと
ともに、その減衰特性を変更可能な可変減衰マスダンパ
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、構造物の制振を行うマスダンパと
して、設置部に一端側が固定された積層ゴムと、該積層
ゴムの他端側に固定された重量部と、設置部に一端側が
固定された反力台と、該反力台の他端側に積層ゴムの面
方向に沿って延在するよう螺合するとともに重量部に回
転自在に支持されたボールネジとを有する構成の受動的
なチューンドマスダンパ、あるいはこれに駆動力を加え
るアクティブ系マスダンパ等がある。これらのマスダン
パでは、構造物の振動を有効に低減できるように装置の
固有周期、減衰定数等が設定されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
構造物の卓越振動周期は、構造物の経年、構造物の振幅
および風向き等により変化することになるため、制振効
率を高めるためにはこの変化に合せて装置の固有周期や
減衰定数を変更する必要が生じてくる。大型のマスダン
パの固有周期や減衰定数を変えるのは一般に手間がかか
る。また、マスダンパの減衰定数を振動に合せてリアル
タイムで変化させることにより構造物の制振効果をより
高める可変減衰マスダンパも提案されているが、高層構
造物用マスダンパの場合には一般に装置の変形が大きく
なるため、このような可変減衰マスダンパは一般的に大
型の装置となってしまい、また装置の構成も複雑になっ
てしまう。
【0004】本発明の目的は、コンパクトかつ簡易な構
成で実現できる大ストローク対応可変減衰マスダンパを
提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の可変減衰マスダンパは、設置部に一端側が
固定された積層ゴムと、該積層ゴムの他端側に固定され
た重量部と、設置部に一端側が固定された反力台と、該
反力台の他端側に前記積層ゴムの面方向に沿って延在す
るよう螺合するとともに前記重量部に回転自在に支持さ
れたボールネジとを有するものであって、前記重量部に
固定され前記ボールネジが挿入されるとともに内側に電
極が設けられたケーシングと、該ケーシング内の前記ボ
ールネジに固定されるとともに外側に電極が設けられた
回転部材とを設け、前記ケーシング内に、印加する電圧
により粘度が制御される電気粘性流体を封入してなるこ
とを特徴としている。
【0006】
【作用】本発明の可変減衰マスダンパによれば、重量部
が設置部に対して振動すると、積層ゴムが変形するとと
もに、反力台に螺合されたボールネジが回転しつつ反力
台に対して重量部とともに移動することになり、この回
転によりボールネジに固定された回転部材が重量部に固
定されたケーシング内で回転することになる。ここで、
ケーシング内には電気粘性流体が封入されているため、
この電気粘性流体の粘度に応じた回転抵抗が回転部材お
よびボールネジにかかることになり、よって、ケーシン
グ内側に設けられた電極と回転部材の外側に設けられた
電極との間に印加する電圧すなわち電気粘性流体に印加
する電圧を変えることにより、ボールネジにかかる回転
抵抗すなわち可変減衰マスダンパの減衰定数および固有
周期が変化することになる。したがって、装置を大型化
することなくまた複雑な構成を採用することなく減衰定
数および固有周期を可変とすることができる。
【0007】
【実施例】本発明の一実施例による可変減衰マスダンパ
を図1〜図4を参照して以下に説明する。図1に示すも
のが本実施例の可変減衰マスダンパであり、該可変減衰
マスダンパは、設置部(通常は構造物の上部)2上の所
定位置に一端側が固定設置された複数の積層ゴム3と、
該複数の積層ゴム3の他端側に、例えば各隅が固定支持
された重量部4とを有している。重量部4の中間所定範
囲には、上面側から一段凹んだ凹部5が形成されてお
り、該凹部5の中間所定範囲には、上下方向に貫通する
貫通孔6が形成されている。
【0008】積層ゴム3間の所定位置の設置部2上には
反力台7が設置されており、この反力台7は、設置部2
に固定される、積層ゴム3より低い固定部8と、該固定
部8から上記貫通孔6を貫通するよう上方に突出する突
出部9とから主に構成されている。なお、突出部9の上
端位置は重量部4の上端位置より所定量下側となってお
り、また貫通孔6は設置部2に対して重量部4が最大に
振動した場合においても反力台7と干渉しないように設
定されている。
【0009】そして、重量部4の凹部5の上面には、積
層ゴム3の面方向すなわち水平方向に延在するようボー
ルネジ10が設けられており、該ボールネジ10は、反
力台7の突出部9に設けられた図示せぬ内ネジに螺合さ
れている。ここで、本実施例においては、ボールネジ1
0の両端部は、減衰装置11に回転自在に支持されてい
る。
【0010】減衰装置11は、図2および図3に示すよ
うに、両端部が閉塞された概略円筒状をなすとともに凹
部5の上面に固定されたケーシング12を有しており、
該ケーシング12の両端閉塞部13には支持孔14が穿
設されていて、この支持孔14にボールネジ10が軸方
向の移動を規制された状態で回転自在に支持されてい
る。そして、ケーシング12の内周部には外部から通電
可能な電極15が全周に固着されている。なお、ボール
ネジ10が挿通された状態の支持孔14近傍には、図示
は略すが、該支持孔14を介してケーシング12の内部
と外部とが連通状態になるのを防止するシール構造が採
用されている。
【0011】ケーシング12内に挿入されたボールネジ
10には、円柱状の回転部材16が固定されており、こ
の回転部材16の外周部には外部から通電可能な電極1
7が全周に固着されている。ここで、この回転部材16
の電極17とケーシング12の電極15との間には一定
の隙間が全周に設けられており、回転部材16の両端面
とケーシング12の両内端面との間にも一定の隙間が形
成されている。そして、これらケーシング12と回転部
材16およびボールネジ10との隙間には、印加する電
圧(すなわち電界強度)を変更することにより粘度が変
更制御できる電気粘性流体18が封入されている。な
お、両電極15,17は電気粘性流体18を介する以外
では通電せぬよう所定の絶縁処理が施されている。
【0012】以上のような構成の本実施例の可変減衰マ
スダンパによれば、重量部4が設置部2に対して振動す
ると、図4に示すように、積層ゴム3が変形するととも
に、反力台7に螺合されたボールネジ10が回転しつつ
反力台7に対して重量部4とともに移動することにな
り、このボールネジ10の回転により該ボールネジ10
に固定された減衰装置11の回転部材16が重量部4に
固定された減衰装置11のケーシング12内で回転する
ことになる。ここで、ケーシング12内には電気粘性流
体18が封入されているため、この電気粘性流体18の
粘度に応じた回転抵抗が回転部材16およびボールネジ
10にかかることになり、よって、ケーシング12の内
側に設けられた電極15と回転部材16の外側に設けら
れた電極17との間に印加する電圧すなわち電気粘性流
体18に印加する電圧を変えることにより、ボールネジ
10にかかる回転抵抗すなわち減衰装置11の減衰定数
が変化することになる。したがって、減衰定数および固
有周期を可変とすることがコンパクトかつ簡易な構成で
実現できる。しかも、減衰装置11は、ボールネジ10
の回転部分に用いられているため並進方向のストローク
はいくらでも可能となる。
【0013】そして、図示は略すが、重量部4の設置部
2に対する振動状態を検出するセンサと、このセンサか
らの情報により最適な減衰定数を割り出して両電極1
5,17間に印加する電圧を制御する制御装置とを設け
ることにより、構造物の振動状態に応じてリアルタイム
で可変減衰マスダンパの固有周期および減衰定数を制御
するセミアクティブダンパとしての性能を発揮すること
になる。しかも、電気粘性流体18が電界強度を変化さ
せることによりその等価粘度が瞬時に変化するため応答
遅れ等を生じることがない。
【0014】なお、ケーシング12とボールネジ10お
よび回転部材16とを導電材料で形成した場合には、そ
れぞれに電極を固着する必要はなく、ケーシング12と
ボールネジ10とに直接電圧を印加すればよく(この場
合ケーシング12および回転部材16が電極となる)、
この場合も、ケーシング12とボールネジ10および回
転部材16とが電気粘性流体18を介する以外では通電
せぬよう所定の絶縁処理が施されることになる。また、
電気粘性流体の抵抗力を大きくする場合等には、回転部
材を導電材料からなる複数のプレートとしてボールネジ
10に固定し、ケーシング12の内側にも回転部材のプ
レートと交互に配置される導電材料からなるプレートを
複数固定することも可能である。
【0015】また、一方向の振動のみでなく、多方向
(例えば直交する二方向)にも、ボールネジ10および
減衰装置11を設けて減衰特性を制御することも勿論可
能である。
【0016】加えて、ボールネジ10の両端に減衰装置
11を設けるのではなく一方のみに設けることも可能で
あり、またボールネジ10の重量部4への支持とは別
に、反力台7と干渉せぬ位置に減衰装置11を別途設け
ることも可能である。
【0017】さらに、図5に示すようにボールネジ10
の一端側にモータ19を連結させ、振動を検知する図示
せぬセンサからの信号により図示せぬ制御装置で振動状
態を割り出し該振動状態に応じてモータ19を駆動する
ことにより、能動的に制振するアクティブ系の可変減衰
マスダンパとすることも可能である。
【0018】ここで、上記実施例の可変減衰マスダンパ
を用いた場合の計算例を以下に示す。まず、重量部4の
重さを100ton、装置の周期を4sec、最大減衰
定数h=0.2とすると、 最大減衰係数c=2mhω =2×100/980×0.2×2×π×1/4 =0.064〔ton/cm/sec〕 可変減衰マスダンパの最大ストロークを1mとすると、 最大減衰力F=cvmax=0.064×100×2×π
×1/4=10.1〔tonf〕 ボールネジ10としてピッチ8cmを用い、効率1.0
とすると、 必要トルクT=p/2π×F =8/2π×10.1 =12.9〔tonf・cm〕 直径50cmの円周に沿って電気粘性流体18による抵
抗力が作用するとすると、 円周に沿う力の和Q=12.9/50 ≒0.26〔tonf〕 となり、減衰装置11を2台にすると、さらにこの半分
程度で済むことになる。勿論、より小規模小規模のマス
ダンパであれば、より小さい減衰力で済むことになる。
【0019】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の可変減衰
マスダンパによれば、電気粘性流体の粘度に応じた回転
抵抗が回転部材およびボールネジにかかることになるた
め、ケーシング内側に設けられた電極と回転部材の外側
に設けられた電極との間に印加する電圧すなわち電気粘
性流体に印加する電圧を変えることにより、ボールネジ
にかかる回転抵抗すなわち可変減衰マスダンパの減衰定
数および固有周期が変化することになる。したがって、
減衰定数および固有周期を可変とすることがコンパクト
かつ簡易な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による可変減衰マスダンパの
全体構成を概略的に示す正面図である。
【図2】本発明の一実施例による可変減衰マスダンパの
減衰装置を概略的に示す正断面図である。
【図3】本発明の一実施例による可変減衰マスダンパの
減衰装置を概略的に示す側断面図である。
【図4】本発明の一実施例による可変減衰マスダンパの
振動時の状態を概略的に示す正面図である。
【図5】本発明の別の実施例による可変減衰マスダンパ
の全体構成を概略的に示す正面図である。
【符号の説明】
1 可変減衰マスダンパ 2 設置部 3 積層ゴム 4 重量部 7 反力台 10 ボールネジ 12 ケーシング 15,17 電極 16 回転部材 18 電気粘性流体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 二己穂 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 来田 義弘 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 林 章二 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 設置部に一端側が固定された積層ゴム
    と、該積層ゴムの他端側に固定された重量部と、設置部
    に一端側が固定された反力台と、該反力台の他端側に前
    記積層ゴムの面方向に沿って延在するよう螺合するとと
    もに前記重量部に回転自在に支持されたボールネジとを
    有するマスダンパにおいて、 前記重量部に固定され前記ボールネジが挿入されるとと
    もに内側に電極が設けられたケーシングと、該ケーシン
    グ内の前記ボールネジに固定されるとともに外側に電極
    が設けられた回転部材とを設け、前記ケーシング内に、
    印加する電圧により粘度が制御される電気粘性流体を封
    入してなることを特徴とする可変減衰マスダンパ。
JP30572192A 1992-11-16 1992-11-16 可変減衰マスダンパ Expired - Fee Related JP3165900B2 (ja)

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EP1245857A3 (en) * 2001-03-29 2003-10-29 Mitutoyo Corporation Damping device
CN112761270A (zh) * 2021-01-06 2021-05-07 南京长江都市建筑设计股份有限公司 一种竖向惯容隔震支座

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