(57)【要約】【課題】電気粘性流体を応用して、制振方法が簡便であり、既存の構造物への設置が比較的容易で、かつ多様な振動に対して大きな制振効果を長期間にわたって確実に発揮し得る能動型（アクティブ型）の剛性可変型制振装置を提供する。【解決手段】収納空間を備えたケーシング２を設ける。上記収納空間に収納される電気粘性流体３を設ける。上記電気粘性流体３中を移動自在に設けられ、かつ、構造物１に連結された梁形状のブレース４を設ける。上記電気粘性流体３の粘度を変化させるための各電極板７を設ける。上記構造物１の振動を検出し、上記検出値に基づいて各電極板７への印加電圧を制御する制御部９を設ける。【選択図】　図１
2004003559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収納空間を備えたケーシングと、
上記収納空間に収納される電気粘性流体と、
上記電気粘性流体中を移動自在に設けられ、かつ、構造物に連結された剛性可変部と、
上記電気粘性流体の粘性を変化させるための各電極と、
上記構造物の振動を検出し、上記検出値に基づいて各電極への印加電圧を制御する制御部とを有することを特徴とする剛性可変型制振装置。
【請求項２】
前記剛性可変部は、梁形状であることを特徴とする請求項１記載の剛性可変型制振装置。
【請求項３】
さらに、前記ケーシング内に、電気粘性流体を攪拌する攪拌部を有していることを特徴とする請求項１または２記載の剛性可変型制振装置。
【請求項４】
さらに、前記電極は、剛性可変部の表面に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に剛性可変型制振装置。
【請求項５】
さらに、前記剛性可変部は、振動方向に沿った表面を有するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に剛性可変型制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印加する電圧により粘性が増減する電気粘性流体（以下ＥＲ流体と称する）を応用した、家やビル等の構造物に対する剛性可変型制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震や強風等により振動する構造物は、各々に固有振動数を備えており、入力波の卓越振動数が構造物の固有振動数に近づくと共振現象を起こし、入力波の何倍もの変位を示す振動を起こす。
【０００３】
そこで、構造物の固有振動数を入力波の卓越振動数から離すと、構造物を共振から回避できることから、構造物の固有振動数を調整する制振装置が考えられた。このような制振装置には、固有振動数が固定のパッシブ型のものと、固有振動数が可変のアクティブ型のものとが知られている。アクティブ型のものはパッシブ型のものと比較して、固有振動数を可変とする制御力を付加するための機構がより複雑となるが、大きな制振効果を発揮することが可能となっている。
【０００４】
アクティブ型の制振装置としては、構造物に異なる２種類以上の剛性状態を設定しておき、地震動の状況に対応して、上記剛性状態を変化させて共振を抑制し、構造物に対する地震動の影響を低減させるものが例として挙げられる。
【０００５】
このような振動を能動的（セミアクティブ）に減衰、制振させる具体例として、ＥＲ流体を使用した流体ダンパーが提案されている（特開平１０−２５２８２９号公報、公開日１９９８年９月２２日）。ＥＲ流体は、印加電圧に応じて粘性が変化する物質であり、振動を検出して印加電圧を制御すれば、多様な振動に対して有効に作用し得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来公報に記載の発明では、ダンパーケーシング内にＥＲ流体を充填し、その内部を往復するピストンのオリフィスに電極を設けるとしただけなので、ＥＲ流体の粘性の変化による減衰力が十分に発揮され難いという問題を生じている。
【０００７】
また、通常に用いられるＥＲ流体は分散系（ベースオイルに微粒子混ぜたもの）が多く、このようなＥＲ流体の場合では、長期間を経過する間に重力などによって自然に混入微粒子が沈降して、ベースオイルと微粒子とが分離しＥＲ流体の特性が劣化することにより、制振効果を発揮しなくなる恐れがある。
【０００８】
本発明は、ＥＲ流体を応用して、制振方法が簡便であり、既存の構造物への設置が比較的容易で、かつ多様な振動に対して大きな制振効果を長期間にわたって確実に発揮し得る能動型（アクティブ型）の剛性可変型制振装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の剛性可変型制振装置は、以上の課題を解決するために、収納空間を備えたケーシングと、上記収納空間に収納されるＥＲ流体と、上記ＥＲ流体中を移動自在に設けられ、かつ、構造物に連結された剛性可変部と、上記ＥＲ流体の粘性を変化させるための各電極と、上記構造物の振動を検出し、上記検出値に基づいて各電極への印加電圧を制御する制御部とを有することを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、制御部により振動を検出すると、制御部により上記ＥＲ流体に電圧が各電極を介して印加されることによりＥＲ流体の粘性を変化させる、つまり大きくすることができる。
【００１１】
これにより、上記ＥＲ流体中を構造物の振動に応じて振動変位する上記剛性可変部と上記ＥＲ流体との間に生ずる摩擦抵抗が変化して構造物の固有振動数（剛性）を変化させる（大きくする）ことができる。
【００１２】
したがって、上記構成では、構造物の固有振動数を変化させることができるから、ＥＲ流体に電圧を印加させて上記剛性可変部の振動変位する変動周波数を制御し構造物の固有振動数を地震動などの振動周波数と非共振化させて構造物に対して効果的な制振効果を得ることができる。
【００１３】
また、上記構成においては、剛性可変部をＥＲ流体中にて移動自在に設けるという簡素な構造により、構造物の固有振動数（剛性）を変化させる（大きくする）ことができるから、既存の構造物への設置が比較的容易で、かつ多様な振動に対して大きな制振効果を発揮できる。
【００１４】
上記剛性可変型制振装置では、前記剛性可変部は、梁形状であってもよい。上記構成によれば、剛性可変部を梁形状にしたので、ＥＲ流体との当接面積を大きくできて、ＥＲ流体中を移動自在に設けられた剛性可変部による、構造物に対する効果的な制振効果をより確実に得ることができる。
【００１５】
上記剛性可変型制振装置においては、前記ケーシング内に、さらに、電気粘性流体を攪拌する攪拌部を有していることが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、ＥＲ流体内における、微粒子（分散粒子）の分散を均一に保ち、上記ＥＲ流体の特性維持を図って、剛性可変型制振装置の制振効果を長期間にわたって有効に保つことができる。
【００１７】
上記剛性可変型制振装置では、さらに、前記電極は、剛性可変部の表面に設けられていてもよい。
【００１８】
上記構成によれば、電極を剛性可変部の表面に設けたことによって、電極とＥＲ流体との当接面積を大きくすることが可能となり、剛性可変部による、構造物に対する効果的な制振効果をより確実に得ることができる。
【００１９】
上記剛性可変型制振装置においては、さらに、前記剛性可変部は、振動方向に沿った表面を有するように配置されていることが好ましい。
【００２０】
上記構成によれば、剛性可変部を、振動方向に沿った表面を有するように配置することで、剛性可変部による、構造物に対する効果的な制振効果をより確実化できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１及び図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２２】
本発明の剛性可変型制振装置では、地震等による振動に対して制振すべき家等の構造物（以下、制振対象構造物と称す）１の基盤１ａに設置されたケーシング２が有底箱状に、液体を収納できるように設けられている。上記基盤１ａとは、制振対象構造物１が建てられている地面と最も一体的に振動（変位）する、上記制振対象構造物１の基端部分、つまり地面に近い部分をいう。
【００２３】
上記ケーシング２内には、印加電圧に比例して粘性が変化するＥＲ流体３が充填されている。ＥＲ流体３としては、特に限定されるものではないが、例えば、日本触媒製の商品名：ＴＸ−ＥＲ２１５５が挙げられる。ＴＸ−ＥＲ２１５５は、分散粒子と分散媒とを、分散粒子の重量分率が４０重量％（２５℃）、分散粒子の体積分率が４３．８容量％にて有している。上記分散粒子は、スルホン化（スチレン・ジビニルベンゼン共重合体）ナトリウム塩であり、平均粒子径が１０μｍ（数μｍから数十μｍの分布）、密度が１．６ｇ／ｃｍ３（２５℃）のものである。上記分散媒は、クロロトリフルオロエチレン低重合体で、密度１．８７ｇ／ｃｍ３（２５℃）のものである。
【００２４】
上記剛性可変型制振装置においては、アクリル酸エステル樹脂等の軽量で絶縁体からなる長方形板状で、梁形状となる、ブレース（剛性可変部）４が、上記ＥＲ流体３内に浸漬されて設けられている。上記ブレース４の形状は、例えば２５０×１９４×１５の比のものである。上記軽量とは、ＥＲ流体３より比重が小さいこと、より好ましくは比重が１．４以下、さらに好ましくは１．２以下であることをいう。上記絶縁体とは、体積抵抗率が、１×１０１０以上、より好ましくは１×１０１１以上をいう。
【００２５】
上記ブレース４が軽量で、ＥＲ流体３内にて浮力を生じることから、本発明の剛性可変型制振装置を制振対象構造物１に設置しても、上記制振対象構造物１に対する重量負荷を軽減できて、上記制振対象構造物１の共振周波数への影響を抑制できる。
【００２６】
ブレース４の四隅は、制振対象構造物１の先端１ｂ側に、４本の柱５でそれぞれ連結され、支持されている。また、各柱５により支持されているブレース４は、その表面方向の互いに直交する２方向の少なくとも一方が振動方向（例えば水平方向）に沿うように上記ＥＲ流体３内に配置されている。
【００２７】
なお、ブレース４は、その表面方向の互いに直交する２方向の双方が振動方向（例えば水平方向）に沿うように上記ＥＲ流体３内に配置されていることが好ましい。これにより、上記ブレース４は、振動方向（水平方向）に沿った面が２次元平面であるから、１８０°の各方向の振動に対応できるものとなっている。
【００２８】
また、上記剛性可変型制振装置では、ブレース４に対面する、好ましくは平行に対面するブレース１０が、前記各柱５に結合されて設けられている。ブレース１０における、少なくともブレース４への対向面は、ＥＲ流体３内となるように設定されている。このような各ブレース４、１０と、各柱５とによってボックス構造を構成して、上記構造の剛性を高めることができて、制振対象構造物１の制振をより確実化できる。
【００２９】
ブレース４の両表面のほぼ全面には、銅等からなる電極板７が、例えば厚さ０．３ｍｍにてそれぞれ形成されている。前記ケーシング２の内底面における、ブレース４への対向面には、銅等からなる電極板７が、例えば厚さ０．３ｍｍにて、かつ、対面するブレース４の電極板６よりその表面方向に広がった面積にて形成されている。
【００３０】
よって、ＥＲ流体３内では、互いに対面する各電極板６、７が２組設けられていることになる。なお、互いに対面する各電極板６、７を、それらの表面方向に沿って分割して３組以上の、互いに対面する各電極板６、７をそれぞれ形成してもよい。このように、互いに対面する各電極板６、７が複数組み形成して、それぞれを制御することにより、制振対象構造物１の共振周波数の制御を、よりきめこまやかに精度よく行うことが可能となる。
【００３１】
なお、上記では、各ブレース４、１０の表面やケーシング２の内底面が平面の例を挙げたが、上記各表面に凹凸を形成するための溝（図示せず）を複数互いに平行に、かつ上記振動方向に沿うように帯状に設けられ、上記溝の内面上にも各電極板６、７がそれぞれ形成されていてもよい。また、上記溝は、碁盤の目状に、互いに直交したマトリクス状であってもよい。上記溝における、溝の長手方向に直交する方向の断面は、略四角形や略三角形が挙げられる。
【００３２】
このような多数の溝上にも各電極板６、７をそれぞれ形成することにより、ＥＲ流体３との当接面積を増加させて、印加電圧により発生する降伏せん断応力、及びＥＲ流体３との当接面積の積を大きくでき、上記ＥＲ流体３の粘性変化による、制振対象構造物１の剛性（固有振動周波数）変化を大きくできる。
【００３３】
これにより、基盤１ａ上のケーシング２内のＥＲ流体３内に、少なくとも一部が浸漬されたブレース４、１０によって、効率よく制振対象構造物１の先端１ｂ側を制振、つまり制振対象構造物１の共振による大きな変位を、より確実に抑制、軽減できる。
【００３４】
さらに、上記剛性可変型制振装置では、制振対象構造物１の振動を検出する検出部９ａと、この検出値に基づいてその振動を減衰させるべく上記各電極板６、７への印加電圧を発生し、調整する電源部９ｂとを備えた制御部９が設けられている。検出部９ａは、圧電素子等からなる圧力及び加速度センサーであり、制振対象構造物１の先端１ｂ側の振動（単位時間当たりの変位）を検出するようになっている。
【００３５】
その上、上記ケーシング２内に充填された上記ＥＲ流体３を定期間毎に攪拌するエアーポンプ等の攪拌部８がケーシング２の四隅にそれぞれ設けられている。上記攪拌部８の制御は、前記の制御部９にて行われている。
【００３６】
本発明の剛性可変型制振装置は、以上のように、各電極板６、７間での電圧の変化に応じて見かけの粘性が変化するＥＲ流体３が内部に充填された、ケーシング２と、上記ＥＲ流体３に浸漬させた、制振対象構造物１に柱５などで結合されたブレース４と、制振対象構造物１の固有振動数に応じた電圧を各電極板７、１０に印加する制御部９とを設けた構成である。
【００３７】
上記の構成によれば、制御部９の検出部９ａにて地震等による、一定レベル以上の振動を検出しないときは、図２（ａ）に示すように、ＥＲ流体３に対して電圧が印加されないので、ＥＲ流体３は柔軟であり、制振対象構造物１の剛性に対して何ら影響しない。
【００３８】
一方、制御部９の検出部９ａにて地震（図２では振動台を使用）等による振動を検出すると、制御部９の電源部９ｂによって、各電極板６、７を介して上記ＥＲ流体３に上記振動数に応じた電圧が印加されることにより、ＥＲ流体３の粘性を変化させる、つまり大きくすることができる。
【００３９】
これにより、上記ＥＲ流体３中を制振対象構造物１の振動に応じて振動変位する上記ブレース４、１０、ケーシング２と上記ＥＲ流体３との間に生ずる摩擦抵抗が変化して上記剛性可変型制振装置を含む制振対象構造物１の固有振動数（剛性）を、例えば２．７Ｈｚから４．３Ｈｚに変化させることができる。
【００４０】
したがって、剛性可変型制振装置を含む制振対象構造物１の固有振動数を変化させることができるから、ＥＲ流体３に電圧を印加させて上記ブレース４、１０の振動変位する変動周波数を制御し制振対象構造物１の固有振動数を地震動などの振動周波数と非共振化させて制振対象構造物１に対し、効果的な制振効果を得ることができる。
【００４１】
さらに、上記ケーシング２内のＥＲ流体３に、ＥＲ流体を撹拌する攪拌部８とを備えたことにより、定期間的に上記ケーシング２内のＥＲ流体３を攪拌部８により撹拌することができ、上記ＥＲ流体３のべースオイル（分散媒）内における、微粒子（分散粒子）の分散を均一に保ち、上記ＥＲ流体３の特性維持を図り、剛性可変型制振装置の制振効果を長期間にわたって有効に保つことができる。
【００４２】
さらに、上述したことから明らかなように、本発明の剛性可変型制振装置は制御部分の機構および制御方法が簡便であり、既存の構造物への設置が比較的容易になされるものである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の剛性可変型制振装置は、以上のように、収納空間を備えたケーシングと、上記収納空間に収納されるＥＲ流体と、上記ＥＲ流体中を移動自在に設けられ、かつ、構造物に連結された、剛性可変部と、上記ＥＲ流体の粘性を変化させるための各電極と、上記構造物の振動を検出し、上記検出値に基づいて各電極への印加電圧を制御する制御部とを有する構成である。
【００４４】
それゆえ、上記構成は、構造物の固有振動数を変化させることができるから、ＥＲ流体に電圧を印加させて上記剛性可変部の振動変位する変動周波数を制御し、構造物の固有振動数を地震動などの振動周波数と非共振化させて構造物に対して効果的な制振効果を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の剛性可変型制振装置の概略構成図である。
【図２】上記剛性可変型制振装置の動作を示す概略構成図であって、（ａ）は電圧の無印加時を示し、（ｂ）は電圧の印加時を示す。
【符号の説明】
１　　制振対象構造物（構造物）
２　　ケーシング
３　　ＥＲ流体（電気粘性流体）
４、１０　　ブレース（剛性可変部）
６、７　　電極板（電極）
９　　制御部
【図１】
2004003559.tif 000003
【図２】
2004003559.tif 000004