(57)【要約】【課題】回転マスの回転慣性質量を変更できるとともに、構成の単純化とメンテナンス性の向上を図ることができるマスダンパを提供する。【解決手段】本発明によるマスダンパは、粘性流体ＨＦが充填されたシリンダ２と、シリンダ２内に軸線方向に摺動自在に設けられ、シリンダ２内を第１流体室２ｄと第２流体室２ｅに区画するピストン３と、互いに並列に設けられ、ピストン３をバイパスし、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅに連通するとともに、粘性流体ＨＦが充填された第１連通路５及び第２連通路６と、第１連通路５に設けられ、第１連通路５を流動する粘性流体ＨＦによって作動する歯車モータＭと、歯車モータＭによって回転駆動される回転マス２１と、第２連通路６に設けられ、第２連通路６を流動する粘性流体ＨＦの流量を調整するための歯車ポンプＰと、歯車ポンプＰの動作を制御する制御装置５１と、を備える。【選択図】図１
2018063015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が充填されたシリンダと、
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流体室に区画するピストンと、
互いに並列に設けられ、前記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、作動流体が充填された第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連通路を流動する作動流体によって作動する圧力モータと、
当該圧力モータによって回転駆動される回転マスと、
前記第２連通路に設けられ、当該第２連通路を流動する作動流体の流量を調整するための流量調整機構と、
当該流量調整機構の動作を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするマスダンパ。
【請求項２】
前記ピストンには、前記第１流体室内の作動流体の圧力が所定圧力に達したときに開弁し、前記第１及び第２流体室を互いに連通させる第１リリーフ弁と、前記第２流体室内の作動流体の圧力が前記所定圧力に達したときに開弁し、前記第１及び第２流体室を互いに連通させる第２リリーフ弁が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のマスダンパ。
【請求項３】
前記流量調整機構は、回転速度が可変に構成された電気モータを動力源として、前記第２連通路内の作動流体を送出する電動ポンプであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマスダンパ。
【請求項４】
前記電気モータは正逆回転可能に構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のマスダンパ。
【請求項５】
前記流量調整機構は、前記第２連通路に設けられ、開度の変更によって作動流体の流量を調整する流量調整弁であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマスダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転マスによる回転慣性質量効果を発揮するとともに、回転慣性質量を変更することが可能なマスダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のマスダンパとして、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。このマスダンパは、ボールねじ軸及びボールナットを有するボールねじ機構を用いたものである。ボールねじ軸は、構造物の一方の部位に連結された筒状のケーシングに回転自在かつ移動不能に支持され、ボールナットは、構造物の他方の部位に連結され、ケーシングに回転不能かつ移動自在に支持されるとともに、ボールねじ軸に噛み合っている。また、ボールねじ軸には、複数の回転支持部材及び複数のアーム部材から成るパンタグラフ状の錘部保持機構が設けられ、この錘部保持機構に、回転マスとしての複数の錘部が保持されている。錘部保持機構には、これを駆動するための油圧式又は電動式のアクチュエータが連結されている。これらの錘部保持機構、複数の錘部及びアクチュエータはいずれも、ケーシングに収容されている。
【０００３】
このマスダンパでは、構造物の振動に伴って上記の２つの部位間に相対変位が生じると、ボールねじ軸が回転し、それと一緒に錘部が回転することによって、錘部による回転慣性質量効果が得られる。また、アクチュエータで錘部保持機構をボールねじ軸の軸線方向に駆動することによって、錘部がボールねじ軸に対して径方向に移動し、それにより、錘部の回転半径が変化することで、錘部の回転慣性質量が変更される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５１２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のマスダンパは、ボールねじ機構に加えて、多数の部材から成る錘部保持機構やアクチュエータが必要であるため、構成が非常に複雑である。また、ボールねじ機構、錘部保持機構及びアクチュエータがいずれも、ケーシング内に収容されるため、それらの組付けを容易に行えないとともに、特にアクチュエータについては、その調整やメンテナンスなどを行う際の作業性に問題がある。また、このマスダンパでは、ボールねじ軸及びボールナットに作用する軸力が特に制限されないため、この軸力が過大になり、また、それによる過負荷が構造物に作用することで、マスダンパの破損や構造物への悪影響などの不具合が生じるおそれがある。
【０００６】
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、回転マスによる回転慣性質量を変更できるとともに、構成の単純化とメンテナンス性の向上を図ることができるマスダンパを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明によるマスダンパは、作動流体が充填されたシリンダと、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流体室に区画するピストンと、互いに並列に設けられ、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、作動流体が充填された第１連通路及び第２連通路と、第１連通路に設けられ、第１連通路を流動する作動流体によって作動する圧力モータと、圧力モータによって回転駆動される回転マスと、第２連通路に設けられ、第２連通路を流動する作動流体の流量を調整するための流量調整機構と、流量調整機構の動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、ピストンがシリンダに対して摺動し、第１流体室及び第２流体室の一方の側に移動すると、その一方の流体室内の作動流体がピストンで第１連通路に押し出されることによって、第１連通路内に他方の流体室側への作動流体の流動が生じる。この作動流体の流動によって、第１連通路に設けられた圧力モータが作動し、回転マスが回転駆動され、回転マスの回転慣性質量効果が発揮される。
【０００９】
また、第１連通路とは別個に第２連通路が設けられており、第２連通路を流動する作動流体の流量が、流量調整機構によって調整される。この第２連通路は、ピストンをバイパスし、第１連通路と並列に設けられているので、第２連通路内の作動流体の流量が変化すると、それに応じて、ピストンの移動に伴う第１連通路内の作動流体の流量が変化する。したがって、流量調整機構の動作を制御し、第２連通路内の作動流体の流量を調整することによって、第１連通路内の作動流体の流量を変化させ、圧力モータ及び回転マスの回転量を変化させることができ、それにより、回転マスの回転慣性質量を可変に制御することができる。
【００１０】
また、本発明のマスダンパは、シリンダ、ピストン、２つの連通路、圧力モータ、回転マス、及び流量調整機構を備える構成であるので、ボールねじ機構や多数の部材から成る錘部保持機構などが必要である従来のマスダンパと比較して、構成が単純である。さらに、このマスダンパでは、圧力モータは第１連通路に設けられ、流量調整機構は第２連通路に設けられているので、ボールねじ機構、錘部保持機構及びアクチュエータがいずれもケーシング内に収容される従来のマスダンパと比較して、組付けを容易に行えるとともに、調整やメンテナンスなどを行う際の作業性を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のマスダンパにおいて、ピストンには、第１流体室内の作動流体の圧力が所定圧力に達したときに開弁し、第１及び第２流体室を互いに連通させる第１リリーフ弁と、第２流体室内の作動流体の圧力が所定圧力に達したときに開弁し、第１及び第２流体室を互いに連通させる第２リリーフ弁が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、ピストンに第１及び第２リリーフ弁が設けられており、第１リリーフ弁は、第１流体室内の作動流体の圧力が所定圧力に達したときに開弁し、第２リリーフ弁は、第２流体室内の作動流体の圧力が上記所定圧力に達したときに開弁し、第１及び第２流体室を互いに連通させる。これにより、第１及び第２流体室内の作動流体の圧力の過大化を防止し、マスダンパに作用する軸力を適切に制限することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のマスダンパにおいて、流量調整機構は、回転速度が可変の電気モータを動力源として、第２連通路内の作動流体を送出する電動ポンプであることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、電気モータで電動ポンプを駆動することによって、第２連通路内に作動流体の流動を強制的に生じさせることができる。また、電気モータの回転速度を制御することによって、第２連通路内の作動流体の流量が直接的に調整され、それに応じて第１連通路内の作動流体の流量が変化するので、回転マスの回転慣性質量を可変に制御することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のマスダンパにおいて、電気モータは正逆回転可能に構成されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、電気モータの回転方向を切り替えることによって、第２連通路内の作動流体の流動の方向が切り替えられる。例えば、第２連通路内の作動流体の流動方向がピストンの移動方向と同じ場合には、ピストンの移動に伴う流量と第２連通路内の流量との和が第１連通路内の作動流体の流量になるので、第２連通路内の流量の分、第１連通路内の流量が増大することで、回転マスの回転慣性質量が増大する。逆に、第２連通路内の作動流体の流動方向がピストンの移動方向と逆の場合には、ピストンの移動に伴う流量と第２連通路内の流量との差が第１連通路内の作動流体の流量になるので、第２連通路内の流量の分、第１連通路内の流量が減少することで、回転マスの回転慣性質量が減少する。
【００１７】
以上のように、このマスダンパによれば、電気モータにより第２連通路内の作動流体の流動方向を切り替えることによって、第１連通路内の作動流体の流量を、ピストンの移動に伴う作動流体の流量に対して増減することができる。これにより、回転マスの回転慣性質量の制御範囲が拡大され、所望の回転慣性質量を得ることができる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項１又は２に記載のマスダンパにおいて、流量調整機構は、第２連通路に設けられ、開度の変更によって作動流体の流量を調整する流量調整弁であることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、第２連通路に設けられた流量調整弁の開度（絞り度合）を変更することによって、ピストンの移動に伴う第２連通路６内の作動流体の流量が調整され、それに応じて第１連通路内の作動流体の流量が調整される。例えば、ピストンの同じ移動量に対し、流量調整弁の開度が小さいほど、第２連通路内の流量はより小さくなり、第１連通路内の流量はより大きくなり、それにより、回転マスの回転慣性質量を可変に制御することができる。また、流量調整機構として流量調整弁を用いるので、電動ポンプを用いる場合と比較して、マスダンパの構成を単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態によるマスダンパを示す断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】マスダンパの制御装置などを示すブロック図である。
【図５】マスダンパの第１動作モードにおける動作状況を示す断面図である。
【図６】マスダンパの第２動作モードにおける動作状況を示す断面図である。
【図７】第１実施形態の変形例によるマスダンパを示す断面図である。
【図８】第１実施形態の他の変形例によるマスダンパを示す、図２と同様の断面図である。
【図９】図８のIX−IX線に沿う慣性質量付加機構の断面を示すとともに、その動作を説明するための図である。
【図１０】図１のマスダンパを、これを取り付けた建物の一部とともに概略的に示す図である。
【図１１】図１０の構成をモデル化して示す図である。
【図１２】マスダンパの制御装置などを示すブロック図である。
【図１３】図１のマスダンパを用いて実行される同調制御処理を示すフローチャートである。
【図１４】図１のマスダンパを用いて実行される共振回避制御処理を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第２実施形態によるマスダンパを示す断面図である。
【図１６】図１５のマスダンパを用いて実行される変位応答制御処理を示すフローチャートである。
【図１７】図１５のマスダンパを、これを取り付けた建物の一部とともに概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、本発明の第１実施形態によるマスダンパ１を示す。このマスダンパ１は、建物などの構造物に取り付けられ、その振動を抑制するのに用いられる。
【００２２】
マスダンパ１は、シリンダ２と、シリンダ２内に軸線方向に摺動自在に設けられたピストン３と、ピストン３と一体のピストンロッド４と、シリンダ２に接続された第１連通路５及び第２連通路６と、第１連通路５に設けられた、圧力モータとしての歯車モータＭと、歯車モータＭに連結された回転マス２１と、第２連通路６に設けられた、流動調整機構としての歯車ポンプＰと、歯車ポンプＰの動作を制御する制御装置５１（図４参照）を備えている。
【００２３】
シリンダ２は、円筒状の周壁２ａと、周壁２ａの軸線方向の両端部にそれぞれ設けられた円板状の第１端壁２ｂ及び第２端壁２ｃを、一体に有している。これらの周壁２ａ、第１及び第２端壁２ｂ、２ｃで画成された空間は、ピストン３によって第１流体室２ｄと第２流体室２ｅに区画されている。第１及び第２流体室２ｄ、２ｅには、作動流体である粘性流体ＨＦが充填されている。粘性流体ＨＦは、例えばシリコンオイルで構成されている。
【００２４】
また、シリンダ２の第１端壁２ｂには、軸線方向に外方に突出する凸部２ｆが同心状に一体に設けられており、この凸部２ｆには、自在継手を介して、第１取付具ＦＬ１が設けられている。さらに、上記の第２端壁２ｃの中心にはロッド案内孔２ｇが形成されている。ピストンロッド４は、一端部がピストン３に一体に連結され、シリンダ２内に軸線方向に延びるとともに、ロッド案内孔２ｇにシールを介して液密に挿入されており、第２端壁２ｃから外方に延びている。ピストンロッド４の他端部には、自在継手を介して、第２取付具ＦＬ２が設けられている。
【００２５】
また、ピストン３の外周面は、シールを介して、シリンダ２の周壁２ａの内周面に液密に接しており、ピストン３の径方向の外端部には、軸線方向に貫通する複数の第１連通孔３ａ及び第２連通孔３ｂ（それぞれ１つのみ図示）が形成されている。第１連通孔３ａには第１リリーフ弁１１が、第２連通孔３ｂには第２リリーフ弁１２が、それぞれ設けられている。
【００２６】
第１リリーフ弁１１は、弁体と、これを閉弁方向に付勢するばねなどで構成されており、第１流体室２ｄ内の粘性流体ＨＦの圧力が所定の上限値よりも小さいときには、第１連通孔３ａを閉鎖し、上限値に達したときには、第１連通孔３ａを開放する。これにより、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅが第１連通孔３ａを介して互いに連通し、第１流体室２ｄ内の圧力が第２流体室２ｅ側に逃がされる。
【００２７】
同様に、第２リリーフ弁１２は、弁体と、これを閉弁方向に付勢するばねなどで構成されており、第２流体室２ｅ内の粘性流体ＨＦの圧力が所定の上限値よりも小さいときには、第２連通孔３ｂを閉鎖し、上限値に達したときには、第２連通孔３ｂを開放する。これにより、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅが第２連通孔３ｂを介して互いに連通し、第２流体室２ｅ内の圧力が第１流体室２ｄ側に逃がされる。
【００２８】
前記第１及び第２連通路５、６はそれぞれ、ピストン３をバイパスし、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅに連通するように、シリンダ２に接続されており、互いに並列に設けられている。また、第１及び第２連通路５、６には、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅと同様、粘性流体ＨＦが充填されている。
【００２９】
第１連通路５に設けられた歯車モータＭは、外接歯車型のものであり、ケーシング２２と、ケーシング２２に収容された第１ギヤ２３及び第２ギヤ２４などを有する。なお、歯車モータＭとして内接歯車型のものを用いてもよい。ケーシング２２は、第１連通路５の中央部に一体に設けられており、互いに対向する２つの出入口２２ａ、２２ｂを介して、第１連通路５に連通している。
【００３０】
また、第１及び第２ギヤ２３、２４はそれぞれ、スパーギヤで構成され、第１及び第２回転軸２５、２６に一体に設けられるとともに、互いに噛み合っている。第１及び第２回転軸２５、２６はそれぞれ、第１連通路５に直交する方向に水平に延び、ケーシング２２に回転自在に支持されており、第１回転軸２５はケーシング２２の外部に突出している（図２参照）。また、第１及び第２ギヤ２３、２４の互いの噛合い部分は、ケーシング２２の出入口２２ａ、２２ｂに臨んでいる。
【００３１】
回転マス２１は、ケーシング２２から突出した第１回転軸２５の部分に、同軸状に一体に設けられている。回転マス２１は、比重の比較的大きな材料、例えば鉄で構成され、円板状に形成されている。
【００３２】
第２連通路６に設けられた歯車ポンプＰは、外接歯車型のものであり、動力源である流量調整モータ３１と、ケーシング３２と、ケーシング３２に収容された第１ギヤ３３及び第２ギヤ３４などを有する。なお、歯車ポンプＰとして内接歯車型のものを用いてもよい。ケーシング３２は、第２連通路６の中央部に一体に設けられており、互いに対向する２つの出入口３２ａ、３２ｂを介して、第２連通路６に連通している。
【００３３】
また、第１及び第２ギヤ３３、３４はそれぞれ、スパーギヤで構成され、第１及び第２回転軸３５、３６に一体に設けられるとともに、互いに噛み合っている。第１及び第２回転軸３５、３６はそれぞれ、第２連通路６に直交する方向に水平に延び、ケーシング３２に回転自在に支持されており、第１回転軸３５はケーシング３２の外部に突出している（図３参照）。また、第１及び第２ギヤ３３、３４の互いの噛合い部分は、ケーシング３２の出入口３２ａ、３２ｂに臨んでいる。
【００３４】
流量調整モータ３１は、例えば正逆回転可能なＤＣモータで構成されている。流量調整モータ３１のロータ（図示せず）は、ケーシング３２から突出した第１回転軸３５の部分に同軸状に連結されており、第１回転軸３５及び第１ギヤ３３を一体に回転させる。また、図４に示すように、流量調整モータ３１は、制御装置５１を介して、例えばバッテリなどで構成された電源５２に接続されており、流量調整モータ３１の動作は制御装置５１によって制御される。制御装置５１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェースなどの組み合わせによって構成されている。以上の構成のマスダンパ１は、例えば、図１０に示すように、建物Ａの上梁ＢＵと下梁ＢＤの間に水平に取り付けられている。
【００３５】
次に、上記構成のマスダンパ１の動作について説明する。建物Ａが振動するのに伴い、上下の梁ＢＵ、ＢＤの間に水平方向の相対変位が発生すると、この相対変位が外力としてシリンダ２及びピストンロッド４に伝達されることによって、シリンダ２とピストンロッド４が軸線方向に相対的に移動し、ピストン３はシリンダ２に対して摺動する。
【００３６】
この場合、ピストン３が第１流体室２ｄ側（図１の左方）に移動したときには、第１流体室２ｄ内の粘性流体ＨＦの一部が、ピストン３によって第１連通路５に押し出されることで、第１連通路５内に第２流体室２ｅ側（右方）への粘性流体ＨＦの流動が生じる。これとは逆に、ピストン３が第２流体室２ｅ側（右方）に移動したときには、第２流体室２ｅ内の粘性流体ＨＦの一部が、ピストン３によって第１連通路５に押し出されることで、第１連通路５内に第１流体室２ｄ側（左方）への粘性流体ＨＦの流動が生じる。
【００３７】
このように第１連通路５を流動する粘性流体ＨＦによって、歯車モータＭが駆動される。すなわち、歯車モータＭの第１及び第２ギヤ２３、２４が回転し、第１ギヤ２３及び第１回転軸２５を介して回転マス２１が回転駆動されることによって、回転マス２１の回転慣性質量効果が得られる。
【００３８】
また、以下に説明するように、このときの回転マス２１の回転慣性質量は、流量調整モータ３１を介して歯車ポンプＰの動作を制御し、第２連通路６内の粘性流体ＨＦの流量を調整することによって、可変に制御される。図５は、ピストン３が第１流体室２ｄ側に移動するときに、流量調整モータ３１を同図の反時計方向に回転駆動することによって、第２連通路６内の粘性流体ＨＦが、ピストン３と同じ第１流体室２ｄ側に流動している状況（以下「第１動作モード」という）を示す。
【００３９】
この第１動作モードでは、ピストン３の移動に伴って流動する粘性流体ＨＦの容積（流量）Ｖ１と、第２連通路６内で歯車ポンプＰにより送出され、流動する粘性流体ＨＦの容積（流量）Ｖ２との和が、第１連通路５内で流動し、歯車モータＭに流入する粘性流体ＨＦの容積（流量）Ｖになるため、回転マス２１の回転量は大きくなる。
【００４０】
また、このときのマスダンパ１の回転慣性による等価質量（回転慣性質量）Ｍｄは、以下のようにして求められる。まず、上記の関係から、次式（１）が成立する。
Ｖ  ＝  Ｖ１＋Ｖ２                                            ・・・（１）
なお、以下では、上記のＶ１を「ピストン容積」、Ｖ２を「ポンプ容積」、Ｖを「モータ容積」という。ピストン容積Ｖ１は次式（２）で表され、ポンプ容積Ｖ２は次式（３）で表される。
Ｖ１  ＝  π（ｄ／２）2・Ｘ                                   ・・・（２）
ここで、ｄ：ピストン３の直径
Ｘ：ピストン移動量
Ｖ２  ＝  ｖｍｄ・ｎ                                          ・・・（３）
ここで、ｖｍｄ：流量調整モータ３１の１回転当たりの送出容積（押しのけ容積）
ｎ：流量調整モータ３１の回転数
【００４１】
上記の式（１）及び（２）から、第１動作モードにおけるピストン移動量Ｘは、次式（４）で表される。
Ｘ  ＝  Ｖ１／（π（ｄ／２）2）＝（Ｖ−Ｖ２）／（π（ｄ／２）2）・・・（４）
【００４２】
また、歯車モータＭが１回転する場合を想定し、その１回転に必要なモータ容積Ｖをｖｍ（押しのけ容積）、このときのポンプ容積Ｖ２をｖｍ２とすると、これらのｖｍ、ｖｍ２を式（４）のＶ、Ｖ２に代入することによって、このときのピストン移動量Ｘｍは、次式（５）で表される。
Ｘｍ  ＝  （ｖｍ−ｖｍ２）／（π（ｄ／２）2）                  ・・・（５）
【００４３】
このピストン移動量Ｘｍは、ボールねじ機構を用いたマスダンパにおけるボールねじのリード長Ｌｄに相当する。したがって、第１動作モードにおけるマスダンパ１の等価質量Ｍｄは、次式（６）で与えられる。
Ｍｄ  ＝  （２π／Ｘｍ）2・ｍ・Ｄ2／８
＝｛（２π2（ｄ／２）2／（ｖｍ−ｖｍ２）｝2・ｍ・Ｄ2／８  ・・・（６）
ここで、ｍ：回転マス２１の実質量
Ｄ：回転マス２１の外径
この式（６）から分かるように、第１動作モードにおける等価質量Ｍｄは、ポンプ容積Ｖ２（＝ｖｍ２）に相当する分だけ増大する。したがって、ポンプ容積Ｖ２を流量調整モータ３１の回転数によって制御することで、等価質量Ｍｄを制御することが可能である。
【００４４】
一方、上記の第１動作モードに対し、図６は、ピストン３が第１流体室２ｄ側に移動するときに、流量調整モータ３１を同図の時計方向に回転駆動することによって、第２連通路６内の粘性流体ＨＦが、ピストン３とは逆に第２流体室２ｅ側に流動している状況（以下「第２動作モード」という）を示す。この第２動作モードでは、ピストン容積Ｖ１とポンプ容積Ｖ２との差がモータ容積Ｖになる（次式（１）’）ため、回転マス２１の回転量は小さくなる。
Ｖ  ＝  Ｖ１−Ｖ２                                            ・・・（１）’
この関係から、第２動作モードにおけるピストン移動量Ｘは、前記式（４）の（Ｖ−Ｖ２）を（Ｖ＋Ｖ２）に置き換えることによって、次式（４）’で表される。
Ｘ  ＝  Ｖ１／（π（ｄ／２）2）＝（Ｖ＋Ｖ２）／（π（ｄ／２）2）
・・・（４）’
また、歯車モータＭが１回転するときのピストン移動量Ｘｍは、前記式（５）の（ｖｍ−ｖｍ２）を（ｖｍ＋ｖｍ２）に置き換えることによって、次式（５）’で表される。
Ｘｍ  ＝  （ｖｍ＋ｖｍ２）／（π（ｄ／２）2）                ・・・（５）’
【００４５】
したがって、第２動作モードにおけるマスダンパ１の等価質量Ｍｄは、次式（６）’で与えられる。
Ｍｄ  ＝  （２π／Ｘｍ）2・ｍ・Ｄ2／８
＝｛（２π2（ｄ／２）2）／（ｖｍ＋ｖｍ２）｝2・ｍ・Ｄ2／８
・・・（６）’
この式（６）’から分かるように、第２動作モードにおける等価質量Ｍｄは、ポンプ容積Ｖ２（＝ｖｍ２）に相当する分だけ減少する。したがって、ポンプ容積Ｖ２を流量調整モータ３１の回転数によって制御することで、等価質量Ｍｄを制御することが可能である。
【００４６】
なお、ポンプ容積ｖｍ２に正負をもたせ、第２連通路６内の粘性流体ＨＦの流動方向がピストン３の移動方向と同じ場合（第１動作モード）を負値とし、逆の場合（第２動作モード）を正値とすると、上記の式（６）（６）’は式（６）’に統合される。また、この式（６）’をポンプ容積ｖｍ２について表すと、次式（７）が得られる。
ｖｍ２  ＝  ｛（２π2（ｄ／２）2）／ｓｑｒｔ（８Ｍｄ／（ｍ・Ｄ2）｝−ｖｍ
・・・（７）
また、このポンプ容積ｖｍ２の粘性流体ＨＦを流動させるのに必要な流量調整モータ３１の回転数ｎは、前記式（３）から、次式（８）で与えられる。
ｎ  ＝  ｖｍ２／ｖｍｄ                                          ・・・（８）
【００４７】
また、上記の制御により回転マス２１の回転慣性質量を大きくすれば、第１連通路５を流動する粘性流体ＨＦによる粘性減衰効果も大きくなり、それとは逆に、回転マス２１の回転慣性質量を小さくすれば、粘性流体ＨＦによる粘性減衰効果も小さくなるという特性が得られる。
【００４８】
以上のように、本実施形態のマスダンパ１によれば、歯車ポンプＰを作動させることによって、第２連通路６内に粘性流体ＨＦの流動を強制的に生じさせるとともに、流量調整モータ３１の回転数ｎを制御することによって、ポンプ容積Ｖ２（第２連通路６内の粘性流体ＨＦの流量）が調整される。そして、このポンプ容積Ｖ２の分、モータ容積Ｖ（第１連通路５内の粘性流体ＨＦの流量）が、ピストン容積Ｖ１（ピストン３の移動に伴う粘性流体ＨＦの流量）に対して変化し、それに応じて回転マス２１の回転量が変化することによって、回転マス２１の回転慣性質量を可変に制御することができる。
【００４９】
また、流量調整モータ３１の回転方向の切替えにより、第２連通路６内の粘性流体ＨＦの流動方向を、ピストン３の移動方向と同じ方向（第１動作モード）又は逆の方向（第２動作モード）に切り替えることによって、モータ容積Ｖをピストン容積Ｖ１に対して増減することができる。これにより、回転マス２１の回転慣性質量の制御範囲が拡大され、所望の回転慣性質量を得ることができる。そして、そのように制御された回転慣性質量に応じた制振力を、シリンダ２及びピストンロッド４を介して建物Ａに作用させることによって、建物Ａの振動を適切に抑制することができる。
【００５０】
また、第１流体室２ｄ内の圧力が上限値に達したときには、第１リリーフ弁１１が開弁することによって、第２流体室２ｅ内の圧力が上限値に達したときには、第２リリーフ弁１２が開弁することによって、上昇した第１及び第２流体室２ｄ、２ｅの一方の圧力が他方に逃がされるので、その過大化が防止され、マスダンパ１のシリンダ２及びピストンロッド４に作用する軸力を適切に制限することができる。
【００５１】
さらに、マスダンパ１は、基本的に、シリンダ２、ピストン３及び第１及び第２連通路５、６を備え、歯車モータＭを第１連通路５に設け、歯車ポンプＰを第２連通路６に設けた構成であるので、ボールねじ機構や多数の部材から成る錘部保持機構などが必要である従来のマスダンパと比較して、構成が単純である。同じ理由から、ボールねじ機構、錘部保持機構及びアクチュエータがいずれもケーシング内に収容される従来のマスダンパと比較して、組付けを容易に行えるとともに、調整やメンテナンスなどを行う際の作業性を向上させることができる。
【００５２】
図７は、上述した第１実施形態の変形例を示す。図１との比較から明らかなように、この変形例は、第１実施形態に対し、第２連通路６の配置のみが異なる。具体的には、第１実施形態では、第１連通路５及び第２連通路６がそれぞれ、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅに直接、接続されているのに対し、変形例では、第２連通路６の両端部が第１連通路５の途中に、歯車モータＭなどをまたぐように並列に接続されている。したがって、この変形例においても、前述した第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５３】
図８及び図９は、第１実施形態の他の変形例を示す。この変形例は、第１実施形態の歯車モータＭの付近に、慣性質量付加機構６１を追加したものである。図８に示すように、慣性質量付加機構６１は、例えば回転マス２１の外側に突出した第１回転軸２５の部分に設けられている。図９に示すように、慣性質量付加機構６１は、第１回転軸２５と一体に放射状に設けられた複数（この例では４つ）のシャフト６２と、各シャフト６２に軸線方向に移動自在に挿入された浮動錘６３と、各シャフト６２に取り付けられ、浮動錘６３を第１回転軸２５側に付勢するコイル状の押しばね６４で構成されている。浮動錘６３は、回転マス２１と同様、比重の比較的大きな材料、例えば鉄で構成されたブロック状のものである。また、押しばね６４のばね定数は、所定値に設定されている。
【００５４】
この構成によれば、図９（ｂ）に示すように、歯車モータＭの作動に伴って第１回転軸２５が回転すると（矢印Ｃ）、第１回転軸２５と一体のシャフト６２と一緒に浮動錘６３が回転し、その質量及び回転速度に応じた遠心力が浮動錘６３に作用する（矢印Ｄ）。そして、第１回転軸２５の回転速度が増大するのに応じて、浮動錘６３に作用する遠心力が押しばね６４のばね力を上回ると、浮動錘６３がシャフト６２に沿って径方向外方へ移動する（同図（ｃ））。これにより、浮動錘６３の回転半径が大きくなり、その回転慣性が増大する。また、このときの浮動錘６３の位置は、遠心力と押しばね６４のばね力とのバランスによって定まるので、歯車モータＭの回転速度が大きいほど、浮動錘６３の回転慣性質量はより増大する。この浮動錘６３の回転慣性質量が回転マス２１の回転慣性質量に付加されることによって、マスダンパ１の回転慣性質量効果が増強される。
【００５５】
以下、図１に示す第１実施形態によるマスダンパ１を用いた制振制御の例について、説明する。この場合、マスダンパ１は、例えば建物Ａに図１０に示すように取り付けられているものとする。具体的には、建物Ａの下梁ＢＤに第１支持部材ＴＭ１が鉛直に立ち上がるように一体に設けられ、上梁ＢＵに第２支持部材ＴＭ２が鉛直に立ち下がるように一体に設けられている。マスダンパ１は、第１及び第２取付具ＦＬ１、ＦＬ２を介して、第１及び第２支持部材ＴＭ１、ＴＭ２に水平に取り付けられている。第１及び第２支持部材ＴＭ１、ＴＭ２は、所定の剛性を有する弾性部材で構成されている。
【００５６】
上記のようにマスダンパ１を建物Ａに取り付けた構成をモデル化して表すと、図１１のようになる。すなわち、第１及び第２支持部材ＴＭ１、ＴＭ２に相当する弾性要素が、粘性流体ＨＦに相当する粘性要素、及び回転マス２１に相当する可変の慣性接続要素に対して、直列に設けられた関係になる。したがって、これらの第１及び第２支持部材ＴＭ１、ＴＭ２、粘性流体ＨＦ及び回転マス２１によって、付加振動系Ｂが構成される。なお、図中の軸力制限機構は、第１及び第２リリーフ弁１１、１２に相当する。また、建物Ａの付近の地表面には、地震計５３が設置されており、地震計５３で計測された地震動を表す信号は、制御装置５１に入力される（図１２参照）。
【００５７】
図１３は、これらの条件に基づき、制御装置５１で実行される同調制御処理を示す。この同調制御は、地震の発生時、上記の付加振動系Ｂの固有振動数が建物Ａの固有振動数に同調するように、マスダンパ１の等価質量（回転慣性質量）Ｍｄを制御することによって、建物Ａの振動を抑制するものである。なお、この同調制御の前提として、第１及び第２支持部材ＴＭ１、ＴＭ２は比較的柔らかく、その剛性θｓが小さな所定値に設定されているものとする。本処理は、地震の発生に伴って所定時間ごとに実行される。
【００５８】
本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、建物Ａに入力されている地震動中の卓越周波数成分ｆｃｐを抽出する。この卓越周波数成分ｆｃｐの抽出は、地震計５３で計測された地震動を周波数解析することによって、行われる。
【００５９】
次に、付加振動系Ｂの目標固有振動数ｆｃｍｄを設定する（ステップ２）。この目標固有振動数ｆｃｍｄの設定は、抽出された卓越周波数成分ｆｃｐと建物Ａの固有振動数との関係に基づいて行われる。例えば、卓越周波数成分ｆｃｐが建物Ａの所定の１次モードの固有振動数（以下「１次固有振動数」という）ｆｂ１に近いときには、目標固有振動数ｆｃｍｄは１次固有振動数ｆｂ１に設定され、卓越周波数成分ｆｃｐが２次モードの固有振動数（以下「２次固有振動数」という）ｆｂ２に近いときには、目標固有振動数ｆｃｍｄは２次固有振動数ｆｂ２に設定される。
【００６０】
次に、設定された目標固有振動数ｆｃｍｄと第１及び第２支持部材ＴＭ１、ＴＭ２の剛性（ばね定数）θｓを用い、次式（９）によって、本制御用のマスダンパ１の等価質量Ｍｄｓを算出する（ステップ３）。
Ｍｄｓ  ＝  θｓ／（ｆｃｍｄ・２π）2                         ・・・（９）
【００６１】
次に、算出された等価質量Ｍｄｓを前記式（７）のＭｄに代入することによって、第２連通路６内の粘性流体ＨＦの流量であるポンプ容積ｖｍ２を算出する（ステップ４）。次に、算出されたポンプ容積ｖｍ２に応じ、前記式（８）によって、流量調整モータ３１の回転数ｎを算出する（ステップ５）。最後に、算出した回転数ｎに基づく駆動信号を出力することによって、流量調整モータ３１を駆動し（ステップ６）、本処理を終了する。このように流量調整モータ３１を制御することによって、マスダンパ１の等価質量Ｍｄがステップ３で算出された等価質量Ｍｄｓに制御され、付加振動系Ｂの固有振動数が目標固有振動数ｆｃｍｄに制御される。
【００６２】
以上のように、この同調制御によれば、地震の発生時、付加振動系Ｂの目標固有振動数ｆｃｍｄを、実際の地震動中の卓越周波数成分ｆｃｐに近い建物Ａの１次又は２次固有振動数ｆｂ１、ｆｂ２に設定するとともに、マスダンパ１の等価質量Ｍｄを制御することによって、付加振動系Ｂの固有振動数を目標固有振動数ｆｃｍｄになるように制御する。これにより、付加振動系Ｂの固有振動数を建物Ａの所望の固有振動数（１次固有振動数ｆｂ１又は２次固有振動数ｆｂ２）に適切に同調させることができ、したがって、建物Ａの振動を適切に抑制することができる。
【００６３】
次に、図１４を参照しながら、マスダンパ１を用いた制振制御の他の例として、共振回避制御について説明する。この共振回避制御は、地震の発生時、建物Ａが地震動と共振しないように、マスダンパ１の等価質量Ｍｄを制御し、建物Ａの固有振動数を調整することによって、建物Ａの振動を抑制するものである。なお、この共振回避制御の前提として、第１及び第２支持部材ＴＭ１、ＴＭ２は十分に剛であり、その剛性θｓが大きな所定値に設定されているものとする。この共振回避制御処理は、制御装置５１により、地震の発生に伴って所定時間ごとに実行される。
【００６４】
本処理では、まずステップ１１において、図１３のステップ１と同様、建物Ａに入力されている地震動中の卓越周波数成分ｆｃｐを抽出する。
【００６５】
次に、抽出された卓越周波数成分ｆｃｐに応じて、本制御用のマスダンパ１の等価質量Ｍｄａを算出する（ステップ１２）。この場合、等価質量Ｍｄａは、この等価質量Ｍｄａを用いて調整される建物Ａの固有振動数（１次〜ｎ次の固有振動数ｆｃ１〜ｆｃｎ）が卓越周波数成分ｆｃｐに対して明確にずれるように、すなわち建物Ａが地震動と共振しないように算出される。例えば、地震動の卓越周波数成分ｆｃｐが建物Ａの１次固有振動数に近い場合には、等価質量Ｍｄａを増大側に算出することにより、等価質量Ｍｄａを付加された建物Ａの１次固有振動数が、卓越周波数成分ｆｃｐに対して小さい側（長周期側）にずれるように調整される。
【００６６】
ステップ１２の後のステップ１３〜１５の処理内容は、図１３のステップ４〜６と基本的に同じである。すなわち、ステップ１３では、算出された等価質量Ｍｄａに応じ、式（７）によってポンプ容積ｖｍ２を算出し、ステップ１４では、ポンプ容積ｖｍ２に応じ、式（８）によって流量調整モータ３１の回転数ｎを算出する。そして、ステップ１５において、算出した回転数ｎに基づいて流量調整モータ３１を駆動し、本処理を終了する。
【００６７】
以上のように、この共振回避制御によれば、地震の発生時、建物Ａの固有振動数（１次〜ｎ次の固有振動数ｆｃ１〜ｆｃｎ）が実際の地震動の卓越周波数成分ｆｃｐに対して明確にずれるように、マスダンパ１の等価質量Ｍｄを制御し、建物Ａの固有振動数を調整する。これにより、建物Ａが地震動と共振することを確実に回避でき、したがって、建物Ａの振動を適切に抑制することができる。
【００６８】
図１５は、本発明の第２実施形態によるマスダンパ４１を示す。図１との比較から明らかなように、このマスダンパ４１は、第１実施形態のマスダンパ１の歯車ポンプＰに代えて、第２連通路６に流量調整弁４２を設けたものである。なお、図１５では、マスダンパ１と同じマスダンパ４１の構成要素については、同じ参照符号を付している。
【００６９】
流量調整弁４２は、例えば常開タイプの電磁弁で構成されており、その開度は、流量調整弁４２に通電される通電電流を制御装置５１で制御することによって、無段階に制御される。マスダンパ４１の他の構成は、マスダンパ１と同じである。
【００７０】
以上の構成のマスダンパ４１によれば、流量調整弁４２の開度（絞り度合）を変更することによって、ピストン３の移動に伴う第２連通路６内の粘性流体ＨＦの流量が調整され、それに応じて第１連通路５内の粘性流体ＨＦの流量が調整される。例えば、ピストン３の同じ移動量に対し、流量調整弁４２の開度が小さいほど、第２連通路６内の流量はより小さくなり、第１連通路５内の流量はより大きくなる。これにより、回転マス２１の回転慣性質量を可変に制御することができる。また、流量調整機構として流量調整弁４２を用いるので、歯車ポンプＰを用いる第１実施形態と比較して、マスダンパの構成を単純化することができる。
【００７１】
次に、図１６を参照しながら、上述した第２実施形態のマスダンパ４１を用いた制振制御の一例として、変位応答制御について説明する。この変位応答制御は、地震の発生時、建物Ａ内に発生した相対変位がなくなるように、流量調整弁４２の開度を介して回転マス２１の回転慣性質量を制御することによって、建物Ａの振動を抑制するものである。
【００７２】
この変位応答制御のために、建物Ａの上梁ＢＵ及び下梁ＢＤには、加速度センサ５４、５５がそれぞれ設けられている（図１７参照）。加速度センサ５４、５５は、上梁ＢＵに発生した同図の左右方向の加速度（以下「上梁加速度」という）ＡＣＢＵ、及び下梁ＢＤに発生した同方向の加速度（以下「下梁加速度」という）ＡＣＢＤをそれぞれ検出し、その検出信号を制御装置５１に出力する。この変位応答制御処理は、制御装置５１により、地震の発生に伴って所定時間ごとに実行される。
【００７３】
本処理では、まずステップ２１において、加速度センサ５４で検出された上梁加速度ＡＣＢＵを２回、積分することによって、上梁ＢＵの絶対変位（絶対座標系における変位）である上梁変位ＤＢＵを算出する。同様に、次のステップ２２において、加速度センサ５５で検出された下梁加速度ＡＣＢＤを２回、積分することによって、下梁ＢＵの絶対変位である下梁変位ＤＢＤを算出する。
【００７４】
次に、算出された上梁変位ＤＢＵと下梁変位ＤＢＤとの差（＝ＤＢＵ−ＤＢＤ）を、梁間相対変位ＲＥＤＢとして算出する（ステップ２３）。また、算出された梁間相対変位ＲＥＤＢの絶対値｜ＲＥＤＢ｜が、値０に近い所定値ＤＲＥＦ以下であるか否かを判別する（ステップ２４）。
【００７５】
このステップ２４の答えがＹＥＳのときには、上梁ＢＵと下梁ＢＤとの間の相対変位が小さいとして、流量調整弁４２の通電電流Ｉｖを値０に設定する（ステップ２５）ことによって、流量調整弁４２を全開状態に維持するようにし、本処理を終了する。
【００７６】
一方、前記ステップ２４の答えがＮＯのときには、上梁ＢＵと下梁ＢＤとの間の相対変位が大きいとして、その絶対値｜ＲＥＤＢ｜に所定係数Ｋｉｖを乗算することによって、流量調整弁４２の通電電流Ｉｖを算出し（ステップ２６）、本処理を終了する。これにより、梁間相対変位ＲＥＤＢが大きいほど、通電電流Ｉｖがより大きくなり、流量調整弁４２の開度が小さくなるのに応じて、ピストン３の移動に伴う第１連通路５内の粘性流体ＨＦの流量が増大し、回転マス２１の回転慣性質量がより増大するように制御される。
【００７７】
以上のように、この変位応答制御によれば、地震の発生時、建物Ａ内に発生した実際の梁間相対変位ＲＥＤＢに応答し、その値が大きいほど、流量調整弁４２を絞り、第１連通路５内の粘性流体ＨＦの流量を増大させ、回転マス２１の回転慣性質量をより増大側に制御する。これにより、上梁ＢＵと下梁ＢＤとの間の相対変位が大きいほど、回転マス２１のより大きな慣性質量効果による制振力を上梁ＢＵと下梁ＢＤに作用させることによって、相対変位を早期に収束させることができ、建物Ａの振動を適切に抑制することができる。
【００７８】
なお、本発明は、説明した実施形態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、作動流体として、シリコンオイルで構成された粘性流体ＨＦを用いているが、他の適当な作動流体を用いてもよい。
【００７９】
また、第１連通路５に設けられる圧力モータとして、歯車モータＭを用いているが、粘性流体ＨＦの流動を回転運動に変換できるものであれば、他の適当なタイプの圧力モータを用いてもよい。さらに、第１実施形態では、第２連通路６に設けられる流量調整機構を構成する電動ポンプとして、歯車ポンプを用いているが、電気モータを動力源として、粘性流体ＨＦの流動を強制的に生じさせ、その流量を制御可能なものである限り、歯車ポンプ以外の電動ポンプを用いてもよい。
【００８０】
また、第１実施形態のマスダンパ１を用いた制振制御の例として、図１３の同調制御及び図１４の共振回避制御を示したが、それらの制御の内容は適宜、変更することができる。また、マスダンパ１において可変制御される回転マス２１の回転慣性質量を有効に利用できるものである限り、マスダンパ１を用いて、上記２つの制御以外の制振制御を実施することが可能である。
【００８１】
また、第２実施形態のマスダンパ４１を用いた制振制御の例として、図１６の変位応答制御を示したが、その制御の内容は適宜、変更することが可能である。例えば、この変位応答制御では、流量調整弁４２として常開式の電磁弁を用い、通電電流Ｉｖが大きいほど、流量調整弁４２の開度を小さくし、第１連通路５内の粘性流体ＨＦの流量が増大するように制御している。これに代えて、常閉式の電磁弁を用い、通電電流Ｉｖが大きいほど、流量調整弁４２の開度を大きくし、第１連通路５内の粘性流体ＨＦの流量が減少するように制御してもよい。
【００８２】
また、この変位応答制御では、流量調整弁４２の通電電流Ｉｖを、梁間相対変位ＲＥＤＢに所定係数Ｋｉｖを乗算することで、梁間相対変位ＲＥＤＢに比例するように算出しているが、他の適当な算出手法、例えば梁間相対変位ＲＥＤＢが値０に収束するように、ＰＩＤ制御などによるフィードバック制御アルゴリズムを用いて算出してもよい。
【００８３】
また、この変位応答制御は、地震動に対する建物Ａの応答量として、その内部の２つの部位間の相対変位である梁間相対変位ＲＥＤＢを用い、これを最小化するものである。この相対変位に代えて、建物Ａの応答量を表す他の適当なパラメータ、例えば建物Ａ内の２つの部位の間の相対速度を用い、これを最小化するように制御してもよい。さらに、マスダンパ４１において可変制御される回転マス２１の回転慣性質量を有効に利用できるものである限り、マスダンパ４１を用いて、上記以外の制振制御を実施することができる。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。
【符号の説明】
【００８４】
１  マスダンパ
２  シリンダ
２ｄ  第１流体室
２ｅ  第２流体室
３  ピストン
５  第１連通路
６  第２連通路
１１  第１リリーフ弁
１２  第２リリーフ弁
２１  回転マス
３１  流量調整モータ（電気モータ）
４１  マスダンパ
４２  流量調整弁
５１  制御装置（制御手段）
ＨＦ  粘性流体（作動流体）
Ｍ  歯車モータ（圧力モータ）
Ｐ  歯車ポンプ（電動ポンプ）（流量調整機構）
ｎ  流量調整モータの回転数（回転速度）
【図１】
2018063015.tif 000003
【図２】
2018063015.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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