(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立した複数の空気室を備え、同各空気室内においてのみ空気に接する液面を有する液体が上記各空気室間を自由に移動することができる構造の空気圧作動型液体式制振装置において、上記各空気室に比較的低圧の正圧空気を供給するための低圧空気供給手段と、上記各空気室に比較的高圧の空気を供給するための高圧ガスボンベと、上記空気圧作動型液体式制振装置が受ける振動を検出する振動検出部と、上記各空気室を上記低圧空気供給手段および上記高圧ガスボンベのうちのいずれか一方と選択的に連通させるように開閉作動する１つまたはそれ以上の制御弁と、上記振動検出部が検出した振動の振幅が設定値よりも小さいときには、上記低圧空気供給手段から比較的低圧の正圧空気を上記各空気室内へ供給し、上記振動検出部が検出した振動の振幅が設定値よりも大きいときには、上記高圧ガスボンベから比較的高圧の空気を上記各空気室ごとに順に供給することによって上記各空気室間の空気圧差を大きくして、上記各空気室間の液体質量の移動量が大きくなるように上記制御弁の作動を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする、空気圧作動型液体式制振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空気圧作動型液体式制振装置において、上記振動検出部により検出された検出値に基づいて上記各空気室内の空気の基準圧力を設定する圧力設定部と、上記各空気室内の空気の圧力を検出する空気圧検出部、上記各空気室内の液面により計測される液位を検出する液位検出部、上記各空気室内の液体の液圧を検出する液圧検出部においてそれぞれ検出された各検出値に基づいて補正された各空気室内の空気の圧力を上記圧力設定部により設定された空気の基準圧力に一致させるように上記制御弁の作動を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする、空気圧作動型液体式制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶の上部構造や建築物等の大型の構造物の防振装置として使用するのに好適な空気圧作動型液体式制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば図３および図４に示されるように、船舶の上部構造等のような構造物０８上にＵ字型連通管式タンク０１を設置し、構造物０８の振動を、構造物０８の振動の向きに逆らう方向への液体質量の周期的な移動により、抑制して防振をするようにした、液体式制振装置が考えられていた。図３において、液体０２を収容するＵ字型連通管式タンク０１の左右には、それぞれ縦型タンク０１ａおよび０１ｂが配設されている。各縦型タンク０１ａ、０１ｂ内の上部には、それぞれ液面０２ａ、０２ｂに接する、空気室０３ａ、０３ｂが形成されており、液体０２の質量と、空気室０３ａ，０３ｂ内の空気ばね作用を持つ空気とにより、ばね質量系の動吸振器が形成されている。この動吸振器の固有振動数ｆc は各空気室０３ａ，０３ｂ内の空気の圧力を変えることにより調整することができるので、構造物０８の振動の振動数に合致させるように動吸振器の固有振動数ｆc を調整することにより、能率的に構造物０８の振動を抑制し、制振することができる。また、構造物０８の振動を計測して分析することにより構造物０８の振動数を検知し、構造物０８の振動数に応じてＵ字型連通管式タンク０１により構成される動吸振器の周波数を自動的に調整することも考えられている（例えば、特願平１−１６８７１８号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の液体式制振装置は、動吸振器として作用するため、制振器として有効なものであるが、制振器に、より十分な効果を発揮させようとすると、その制振器を非常に大形のものとせざるをえず、制振器を大形のものとすると、それだけ構造物への搭載が困難になる、という問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、空気のばね作用を利用した液体式制振装置において、空気室内の空気の圧力を効果的に制御することによって、振動の吸収能力を十分に高めることができるような空気圧作動型液圧式制振装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の空気圧作動型液体式制振装置は、互いに独立した複数の空気室を備え、同各空気室内においてのみ空気に接する液面を有する液体が上記各空気室間を自由に移動することができる構造の空気圧作動型液体式制振装置において、上記各空気室に比較的低圧の正圧空気を供給するための低圧空気供給手段と、上記各空気室に比較的高圧の空気を供給するための高圧ガスボンベと、上記空気圧作動型液体式制振装置が受ける振動を検出する振動検出部と、上記各空気室を上記低圧空気供給手段および上記高圧ガスボンベのうちのいずれか一方と選択的に連通させるように開閉作動する１つまたはそれ以上の制御弁と、上記振動検出部が検出した振動の振幅が設定値よりも小さいときには、上記低圧空気供給手段から比較的低圧の正圧空気を上記各空気室内へ供給し、上記振動検出部が検出した振動の振幅が設定値よりも大きいときには、上記高圧ガスボンベから比較的高圧の空気を上記各空気室ごとに順に供給することによって上記各空気室間の空気圧差を大きくして、上記各空気室間の液体質量の移動量が大きくなるように上記制御弁の作動を制御する制御装置とを備えたことを特徴としている。
また、本発明の空気圧作動型液体式制振装置は、上記振動検出部により検出された検出値に基づいて上記各空気室内の空気の基準圧力を設定する圧力設定部と、上記各空気室内の空気の圧力を検出する空気圧検出部、上記各空気室内の液面により計測される液位を検出する液位検出部、上記各空気室内の液体の液圧を検出する液圧検出部においてそれぞれ検出された各検出値に基づいて補正された各空気室内の空気の圧力を上記圧力設定部により設定された空気の基準圧力に一致させるように上記制御弁の作動を制御する制御装置とを備えたことを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。
まず図１において、Ｕ字型連通管式タンク１は、その左右両端部において、縦型タンク１ａおよび縦型タンク１ｂを有し、Ｕ字型連通管式タンク１内の、例えば水である液体２が、縦型タンク１ａ内の上部に空気室３ａを形成するとともに、縦型タンク１ｂ内の上部に空気室３ａとは独立した空気室３ｂを形成している。各空気室３ａ、３ｂ内においてのみ空気に接する液面を有する液体２は、各空気室３ａ、３ｂ間をＵ字型連通管式タンク１の連通管部を通して自由に移動することができる。コンプレッサー１４により加圧された空気は比較的低圧の空気を供給するための低圧空気供給手段を構成する低圧空気源１０に送られ、この低圧空気源１０により貯蔵された空気は、空気配管４および開閉制御される制御弁５１ａを介して空気室３ａへ送られるとともに、空気配管４および開閉制御される制御弁５１ｂを介して空気室３ｂへ送られるようになっている。また、例えば非常用として使用することができる使い切りの高圧ガスボンベ等よりなる高圧空気供給手段を構成する高圧空気源１５内の空気は、空気配管４、調圧弁１７、リザーブタンク１８および開閉制御される制御弁５２ａを介して、空気室３ａへ送られるとともに、空気配管４、調圧弁１７、リザーブタンク１８および開閉制御される制御弁５２ｂを介して空気室３ｂへ送られるようになっている。さらに、空気室３ａ内の空気は、開閉制御される制御弁５３ａを介して外部へ排出することができるようになっているとともに、空気室３ｂ内の空気は、開閉制御される制御弁５３ｂを介して外部へ排出することができるようになっている。
【０００７】
縦型タンク１ａ内には、空気室３ａ内の空気の圧力を検出する空気圧検出部６１ａと、空気室３ａ内の液面２ａにより計測される、液位を検出する液位検出部１６ａと、空気室３ａ内の液体の液圧を検出する液圧検出部６２ａとが配設されているとともに、縦型タンク１ｂ内には、空気室３ｂ内の空気の圧力を検出する空気圧検出部６１ｂと、空気室３ｂ内の液面２ｂの液位を検出する液位検出部１６ｂと、空気室３ｂ内の液体の液圧を検出する液圧検出部６２ｂとが配設されている。また、構造物８上には、構造物８の振動、すなわち図１に示された空気圧作動型液体式制振装置が構造物８上に設置された状態において同空気圧作動型液体式制振装置が受ける振動を検出する振動検出部７が配設されている。  空気圧検出部６１ａ、６１ｂ、液位検出部１６ａ、１６ｂ、液圧検出部６２ａ、６２ｂおよび振動検出部７により検出された各検出値は、それぞれ検出値信号の形で制御装置９へ送られる。
【０００８】
図１および図２において、制御装置９は、振動検出部７の出力信号の符号と大きさとに基づいて、各空気室３ａ、３ｂ内の望ましい空気の圧力を基準圧力として設定する圧力設定部１１を備えている。この圧力設定部１１は、例えば、構造物８が左へ揺動しようとするときは左側の空気室３ａ内の空気の基準圧力を高く設定し、構造物８が右へ揺動しようとするときは右側の空気室３ｂ内の空気の基準圧力を高く設定し、また構造物８の揺動振幅が大きなときは、左側の空気室３ａと右側の空気室３ｂとの間の空気の基準圧力の圧力差が相応して大きくなるように各空気室３ａ、３ｂ内の空気の基準圧力を設定する。
【０００９】
制御装置９において、各空気室３ａ，３ｂ毎に各空気室３ａ、３ｂ内の空気の検出圧力と、圧力設定部１１により設定された空気の基準圧力とが比較される。その際、空気圧検出部６１ａ、６１ｂ、液位検出部１６ａ，１６ｂおよび液圧検出部６２ａ、６２ｂにより検出された各検出値に基づいて得られた各空気室３ａ、３ｂ内の空気の圧力値は、制御系におけるフィードバック信号としてフィードバックされる。このようにして得られた各空気室３ａ，３ｂ内の空気の検出圧力と基準圧力との圧力差に基づいて、演算処理部１２が演算処理を行ない、その出力信号を各制御弁５１ａ、５１ｂ、５２ａ，５２ｂ、５３ａ、５３ｂを個別に開閉駆動するための駆動信号として、各制御弁５１ａ，５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂに付設された各弁駆動部１３へ送ることにより、制御弁５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ、５３ａ，５３ｂの開閉制御を行なう。したがって、フィードバックされた各空気室３ａ，３ｂ内の空気の検出圧力値と基準圧力値との差を示す差信号、すなわち誤差信号が０であれば、演算処理部１２が弁駆動部１３へ駆動信号を送らず、各弁５１ａ，５１ｂ、５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂは空気通路を閉じたままであり、各空気室３ａ、３ｂ内へ制御用空気が送られることがない。
【００１０】
誤差信号が生じた場合で、各空気室３ａ、３ｂ内の空気の検出圧力が基準圧力よりも低いときは、空気室３ａについては制御弁５１ａまたは５２ａを開いて低圧空気供給手段である低圧空気源１０あるいは高圧空気供給手段である高圧空気源１５から空気室３ａへ空気を供給し、また空気室３ｂについては制御弁５１ｂまたは５２ｂを開いて低圧空気供給手段である低圧空気源１０、あるいは高圧空気供給手段である高圧空気源１５から空気室３ｂへ空気を供給する。これに対し、誤差信号が生じた場合で、各空気室３ａ，３ｂ内の空気の検出圧力が基準圧力よりも高いときは、各制御弁５３ａ、５３ｂを開いて各空気室３ａ，３ｂ内の空気を排出して各空気室３ａ，３ｂ内の空気の圧力を低下させる。
【００１１】
このようにして、本発明の空気圧作動型液体式制振装置によれば、各空気室３ａ，３ｂ内の空気の圧力の基準圧力が常時設定され、設定された基準圧力を基準値として圧力差が０となるように各空気室３ａ，３ｂ内の圧力が制御されるので、時間経過とともに各空気室３ａ、３ｂ内の空気の平均圧力が漸次変化して、場合によっては供給空気圧や外部の空気圧に近付き、その結果各空気室３ａ，３ｂ内の空気の加圧および減圧制御が十分にできなくなり、制振効果が下がってしまう、というようなことがなくなる。また、フィードバック制御が行なわれるので、構造物８の振動を計測して周波数分析を行ない、その分析結果から構造物８の振動数を検知し、検知した振動数に合わせるように動吸振器としての本発明の空気圧作動型液体式制振装置の周波数を自動的に調整することが可能となる。
【００１２】
また、制御装置９は、低圧空気源１０あるいは高圧空気源１５から各空気室３ａ、３ｂへ空気を供給する際には、振動検出部７が検出した振動の振幅が設定値よりも小さいときには低圧空気源１０から各空気室３ａ、３ｂ内へ空気を供給し、振動検出部７が検出した振動の振幅が設定値よりも大きいときには高圧空気源１５から各空気室３ａ、３ｂ内へ空気を供給するように各制御弁５１ａ，５１ｂ、５２ａ、５２ｂの作動を制御する。このようにすることにより、振動検出部７が検出した振動の振幅の大きさに対応して、各空気室３ａ、３ｂ間の空気圧差の大きさの調整幅を大きくし、Ｕ字型連通管式タンク１内における液体質量の移動量の調整幅、したがって振動による構造物の揺動運動を打ち消す向きの液体質量の運動量の大きさの調整幅を大きくすることができ、空気圧作動型液体式制振装置の制振能力を大幅に向上させることが可能となる。
【００１３】
本発明の空気圧作動型液体式制振装置において、空気圧制御系は、フィードバック制御系を構成しているので、環境の温度変化や使用されている機器の経年変化があっても、制御すべき各空気室３ａ，３ｂ内の空気の圧力を常に基準圧力に保つことができる。また、本発明の空気圧作動型液体式制振装置において、空気圧作動型液体式制振装置が設置される構造物によっては、１対またはそれ以上の空気室を配設し各空気室を放射状の連通管によって連通することにより、相異なる複数方向の振動に対して制振効果を発揮するように構成することもできる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の空気圧作動型液体式制振装置によれば、以下のような効果が得られる。
（１）請求項１に記載の空気圧作動型液体式制振装置によれば、互いに独立した複数の空気室を備え、同各空気室内においてのみ空気に接する液面を有する液体が上記各空気室間を自由に移動することができる構造の空気圧作動型液体式制振装置において、上記各空気室に比較的低圧の正圧空気を供給するための低圧空気供給手段と、上記各空気室に比較的高圧の空気を供給するための高圧ガスボンベと、上記空気圧作動型液体式制振装置が受ける振動を検出する振動検出部と、上記各空気室を上記低圧空気供給手段および上記高圧ガスボンベのうちのいずれか一方と選択的に連通させるように開閉作動する１つまたはそれ以上の制御弁と、上記振動検出部が検出した振動の振幅が設定値よりも小さいときには、上記低圧空気供給手段から比較的低圧の正圧空気を上記各空気室内へ供給し、上記振動検出部が検出した振動の振幅が設定値よりも大きいときには、上記高圧ガスボンベから比較的高圧の空気を上記各空気室ごとに順に供給することによって上記各空気室間の空気圧差を大きくして、上記各空気室間の液体質量の移動量が大きくなるように上記制御弁の作動を制御する制御装置とを備えているので、例えば、強風による構造物の振動に対しては低圧空気供給手段からの比較的低圧の正圧空気の供給で対処し、地震時等の非常時には高圧ガスボンベにより比較的高圧の空気を供給して、振動の振幅の大きさに対応して、各空気室間の空気圧差の大きさを調整する際の調整幅を大きくし、連通管式タンク内における液体質量の移動量についての調整幅、したがって振動による構造物の揺動運動を打ち消す向きの液体質量の運動量の大きさについての調整幅を大きくすることができ、空気圧作動型液体式制振装置の制振能力を大幅に向上させることが可能となる。
（２）請求項２に記載の空気圧作動型液体式制振装置によれば、振動検出部により検出された検出値に基づいて各空気室内の空気の基準圧力を設定する圧力設定部と、上記各空気室内の空気の圧力を検出する空気圧検出部、上記各空気室内の液面により計測される液位を検出する液位検出部、上記各空気室内の液体の液圧を検出する液圧検出部においてそれぞれ検出された各検出値に基づいて補正された各空気室内の空気の圧力を上記圧力設定部により設定された空気の基準圧力に一致させるように上記制御弁の作動を制御する制御装置とを備えているので、空気圧制御系は、フィードバック制御系を構成することとなり、本発明の空気圧作動型液体式制振装置は、従来の空気圧利用液体式制振装置におけるような受動的な動吸振器の作用に加えて、さらに能動的な作用を発揮し、たとえ環境の温度変化や使用されている機器の経年変化があった場合でも、制御すべき各空気室内の空気の圧力を、常に基準圧力を目標値としてこの基準圧力と等しいか、あるいは基準圧力に近い圧力に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る空気圧作動型液体式制振装置の全体構成概念図である。
【図２】図１の実施の形態に係る空気圧作動型液体式制振装置の制御系統図である。
【図３】従来の空気圧利用液体式制振装置の縦断面図である。
【図４】図３の空気圧利用液体式制振装置を構造物上に設置した状態を示す要部断面正面図である。
【符号の説明】
０１    Ｕ字型連通管式タンク
０１ａ，０１ｂ    縦型タンク
０２    液体
０２ａ，０２ｂ    液面
０３ａ，０３ｂ    空気室
０８    構造物
１    Ｕ字型連通管式タンク
１ａ，１ｂ    縦型タンク
２    水等の液体
２ａ，２ｂ    液面
３ａ，３ｂ    空気室
４    空気配管
７    振動検出部
８    構造物
９    制御装置
１０    低圧空気供給手段としての低圧空気源
１１    圧力設定部
１２    演算処理部
１３    弁駆動部
１４    コンプレッサー
１５    高圧ガスボンベ
１６ａ，１６ｂ    液位検出部
１７    調圧弁
１８    リザーブタンク
５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ    制御弁
６１ａ，６１ｂ    空気圧検出部
６２ａ，６２ｂ    液圧検出部
【図１】
0003615850.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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