(57)【要約】【課題】安価かつ容易に製造可能で大型の構造物にも適用可能な制振装置を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、制振装置は、所定の振動加速度で振動する構造物に設置される容器と、前記容器内に封入され、複数の粉粒子を含む粉粒子層とを備える。さらに、前記粉粒子層の深さは、ＨＬ＝（２／３）×（ρ／ρＭ）×（Ａ０／ｇ）×ｄにより与えられる深さＨＬ以上である。ただし、ρは、前記粉粒子層内の前記粉粒子の密度を表し、ρＭは、前記粉粒子層の平均密度を表し、Ａ０は、前記構造物の前記所定の振動加速度を表し、ｇは、重力加速度を表し、ｄは、前記粉粒子層内の前記粉粒子の平均直径を表す。【選択図】図３
2016044711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の振動加速度で振動する構造物に設置される容器と、
前記容器内に封入され、複数の粉粒子を含む粉粒子層とを備え、
前記粉粒子層の深さは、式（１）により与えられる深さＨＬ以上であり、
【数１】
2016044711.tif 000009
ただし、
ρは、前記粉粒子層内の前記粉粒子の密度を表し、
ρＭは、前記粉粒子層の平均密度を表し、
Ａ０は、前記構造物の前記所定の振動加速度を表し、
ｇは、重力加速度を表し、
ｄは、前記粉粒子層内の前記粉粒子の平均直径を表す、
制振装置。
【請求項２】
前記粉粒子層の深さは、深さＨＬの２倍以下である、請求項１に記載の制振装置。
【請求項３】
前記平均直径は、１ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の制振装置。
【請求項４】
前記容器は、前記粉粒子層上に、前記容器の上面と前記粉粒子層の上面とが非接触となるように流体層を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の制振装置。
【請求項５】
前記容器は、
前記粉粒子層として、深さＨＬ以上の深さを有する下部粉粒子層を含む下部領域と、
前記下部領域上に位置し、前記下部領域と区切られており、前記粉粒子層として、深さＨＬ以上の深さを有する上部粉粒子層を含む上部領域と、
を含む請求項１から４のいずれか１項に記載の制振装置。
【請求項６】
前記容器内の空間を前記下部領域と前記上部領域とに区切るように配置された第１隔壁を備える、請求項５に記載の制振装置。
【請求項７】
前記容器は、
弾性材で形成され、前記下部粉粒子層が封入されている下部容器と、
弾性材で形成され、前記下部容器上に配置され、前記上部粉粒子層が封入されている上部容器と、
を含む請求項５に記載の制振装置。
【請求項８】
前記下部容器は、前記下部粉粒子層上に、前記下部容器の上面と前記下部粉粒子層の上面とが非接触となるように下部流体層を含み、
前記上部容器は、前記上部粉粒子層上に、前記上部容器の上面と前記上部粉粒子層の上面とが非接触となるように上部流体層を含む、
請求項７に記載の制振装置。
【請求項９】
前記容器は、
前記粉粒子層として、深さＨＬ以上の深さを有する第１粉粒子層を含む第１領域と、
前記第１領域の側面方向に位置し、前記第１領域と区切られており、前記粉粒子層として、深さＨＬ以上の深さを有する第２粉粒子層を含む第２領域と、
を含む請求項１から８のいずれか１項に記載の制振装置。
【請求項１０】
前記容器内の空間を前記第１領域と前記第２領域とに区切るように配置された第２隔壁を備える、請求項９に記載の制振装置。
【請求項１１】
前記制振装置は、前記容器の前記第１領域側の端部における前記構造物の振動振幅が、前記容器の前記第２領域側の端部における前記構造物の振動振幅の０．５倍〜１．０倍の範囲内となるように、前記構造物に設置される、請求項９または１０に記載の制振装置。
【請求項１２】
流体の作用により所定の振動加速度で振動する構造物と、
前記構造物に設置された制振装置とを備え、
前記制振装置は、
前記構造物に設置された容器と、
前記容器内に封入され、複数の粉粒子を含む粉粒子層とを備え、
前記粉粒子層の深さは、式（２）により与えられる深さＨＬ以上であり、
【数２】
2016044711.tif 000010
ただし、
ρは、前記粉粒子層内の前記粉粒子の密度を表し、
ρＭは、前記粉粒子層の平均密度を表し、
Ａ０は、前記構造物の前記所定の振動加速度を表し、
ｇは、重力加速度を表し、
ｄは、前記粉粒子層内の前記粉粒子の平均直径を表す、
流体機械。
【請求項１３】
前記制振装置は、前記構造物における前記振動の腹に設置されている、請求項１２に記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、制振装置および流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の流体機械では、流体の圧力脈動に起因する強い加振力が流体機械に作用し、流体機械に強制振動が発生する。例えば、水力発電機器では、水車ランナに水を導入するケーシングに強制振動が発生する。そのため、水力発電機器を設計する際には、ケーシングの共振を回避するために、ケーシングの固有振動数を羽根通過振動数などの予測される振動数から十分に離して設計する。
【０００３】
しかしながら、流体加振力は、このような調波振動数のほかに、強いランダムな振動数成分を広帯域に含んでいる。そのため、ランダム加振によりケーシングの強制振動が発生し、ケーシングの強制振動が水車ランナ上の上カバーの板面振動を引き起こし、この板面振動が騒音を引き起こすことがある。一般に、ケーシングは、十分な強度の部材を用いて適切な構造に設計されており、高い剛性を有している。しかしながら、広い振動数帯域で見ると局所的な固有振動モードが上カバーに多数存在するため、ランダム加振が上カバーの振動モードを励起し、高周波騒音問題を引き起こすことになる。
【０００４】
このような騒音問題に対し、小型の流体機械には防音カバーのような遮音対策が有効である。しかしながら、水力発電機器などの大型の流体機械では、広範な遮音対象を完全に覆うことは難しいため、防音カバーのような遮音対策は有効性が劣る。また、補強などにより上カバーの固有振動数を変えても、流体加振力はランダム加振を含むため、上カバーの発生振動数が変化するだけで、大きな防音効果を得ることは難しい。そのため、大型の流体機械では、高周波騒音問題への有効な対策に窮している。
【０００５】
一方、粒子の摩擦や衝突によるエネルギー損失により振動を減衰させる制振装置（粒子ダンパー）が知られている。粒子ダンパーは、特に垂直方向振動の抑制に有効であることが知られている。例えば、ある粒子ダンパーは、鋼球のような均一な球体粒子を使用しており、制振対象の構造物の振動特性（振幅や振動数）に合わせて球体粒子の粒径、材質、数量を調節することで所望の減衰特性が得られる。しかしながら、均一な球体粒子を大量に製造するには、多大な製造費用と製作時間を要する。大型の流体装置に粒子ダンパーを適用する場合には、制振対象の構造物のサイズに応じて大量の粒子を使用する必要があるため、粒子ダンパーの製造費用の高騰と製作期間の長期化が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−８２８８０号公報
【特許文献２】特開２００１−２５４７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、安価かつ容易に製造可能で大型の構造物にも適用可能な制振装置、および、このような制振装置を備える流体機械を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一の実施形態によれば、制振装置は、所定の振動加速度で振動する構造物に設置される容器と、前記容器内に封入され、複数の粉粒子を含む粉粒子層とを備える。さらに、前記粉粒子層の深さは、式（１）により与えられる深さＨＬ以上である。
【数１】
2016044711.tif 000003
【０００９】
ただし、ρは、前記粉粒子層内の前記粉粒子の密度を表し、ρＭは、前記粉粒子層の平均密度を表し、Ａ０は、前記構造物の前記所定の振動加速度を表し、ｇは、重力加速度を表し、ｄは、前記粉粒子層内の前記粉粒子の平均直径を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の流体機械の構造を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の上カバーを模式的に示す上面図である。
【図３】第１実施形態の制振装置の構造を示す断面図である。
【図４】第１実施形態の粉粒子層の深さと構造物の振動振幅との関係を示したグラフである。
【図５】第１実施形態の粉粒子層の深さについて説明するための断面図である。
【図６】第１実施形態の粉粒子の平均直径について説明するための図である。
【図７】第１実施形態の境界粒子に作用する重力荷重について説明するための断面図である。
【図８】第１実施形態の制振装置の設置方法の例を説明するための上面図である。
【図９】第２実施形態の制振装置の構造を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態の制振装置の構造を示す断面図である。
【図１１】第１実施形態の制振装置の使用態様を説明するための断面図である。
【図１２】第４実施形態の制振装置の構造を示す断面図である。
【図１３】第５実施形態の制振装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の流体機械の構造を示す断面図である。図１の流体機械は、水力発電機器であり、主軸１と、水車ランナ２と、ケーシング３と、上カバー４と、下カバー５と、吸出管６と、制振装置７とを備えている。
【００１３】
主軸１は、回転軸αの周りを回転可能である。図１は、回転軸αに垂直で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、回転軸αに平行なＺ方向とを示している。本明細書においては、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。
【００１４】
水車ランナ２は、主軸１の下端に接続されており、複数の羽根を有している。ケーシング３、上カバー４、下カバー５はそれぞれ、水車ランナ２の外周、上部、下部に設置されている。矢印βで示すように、水はケーシング３から水車ランナ２に入り、下カバー５に接続された吸出管６へと流れる。水は、水車ランナ２の羽根に当たることで、水車ランナ２を回転させる。そして、水車ランナ２の回転が主軸１を介して発電機に伝達され、発電機により発電が行われる。
【００１５】
このとき、水の圧力脈動による加振力が、ケーシング３、上カバー４、下カバー５などの静止構造物に作用する。特に、上カバー４の上面は自由境界であるため、上カバー４には地中に埋設された他の静止構造物に比べて大きな板面振動が発生する。主軸１の回転数をＮとし、水車ランナ２の羽根の枚数をＺとすると、上カバー４に発生する振動の振動数ｆは、ＮＺの整数倍となり、ｆ＝ｋＮＺ（ｋは正の整数）で表される。一般には、ｋ＝３の３倍成分の振動が、他の成分の振動に比べて顕著に大きくなる。
【００１６】
上カバー４は一般に、十分な強度を有しているが、上カバー４の振動により大きな騒音が発生することがある。例えば、上カバー４の周囲の壁面に吸音材を設置するなどの防音対策を施すことで、騒音の伝播を遮断することは可能である。しかしながら、上カバー４はサイズが大きいため、上カバー４の全体に防音対策を施すことは難しい。よって、このような防音対策は一般に、上カバー４から離れた地点では効果が得られても、上カバー４の近傍では十分な効果が得られない。
【００１７】
そこで、本実施形態においては、上カバー４の振動を減衰させるために、上カバー４に制振装置７を設置する。後述するように、本実施形態の制振装置７は、上カバー４に発生する振動の３倍成分を効果的に減衰できるように設計されている。上カバー４は、本開示における制振対象の構造物の例である。また、上カバー４に発生する振動の３倍成分の振動加速度は、本開示における所定の振動加速度の例である。
【００１８】
図２は、第１実施形態の上カバー４を模式的に示す上面図である。
【００１９】
図２は、上カバー４の振動モードとして、４次モードが発生した例を示している。４次モードにおいては、２本の交差する直線上に振動の節４ｂが現れ、これらの直線で区切られた４つの領域の中央に振動の腹４ａが現れる。振動の腹４ａのプラスとマイナスはそれぞれ、＋Ｚ方向と−Ｚ方向の変位を表す。図２に示すように、左上と右下の腹４ａは同位相で振動し、左下と右上の腹４ａは同位相で振動し、前者の腹４ａと後者の腹４ａは逆位相で振動する。後述するように、本実施形態の制振装置７は、上カバー４における振動の腹４ａに設置することが望ましい。
【００２０】
（１）第１実施形態の制振装置７
図３は、第１実施形態の制振装置７の構造を示す断面図である。図３は、上カバー４に設置された制振装置７を示している。以下、上カバー４を構造物４と表記する。
【００２１】
制振装置７は、容器１１と、粉粒子層１２と、流体層の例である空気層１３とを備えている。
【００２２】
容器１１は、構造物４の上面に設置されている。本実施形態の容器１１は、直方体形の内部領域Ｒを有している。符号Ｓは、容器１１の内部領域Ｒの上面を示す。容器１１は、構造物４の振動により容器１１が移動しないように、構造物４に固定されている。
【００２３】
粉粒子層１２は、容器１１内に封入されており、複数の粉粒子１４を含んでいる。符号σは、粉粒子層１２の上面を示す。符号Ｈは、粉粒子層１２の上面σを平坦にならした場合の粉粒子層１２の深さを示す。本実施形態の粉粒子１４は、容易に入手可能な微細粒子である。粉粒子１４の例は、砂粒や廃ブラスト粒子である。
【００２４】
容器１１は、粉粒子層１２上に空気層１３を含んでいる。空気層１３は、粉粒子層１２と共に容器１１内に封入されており、空気を主成分としている。空気層１３は、空気以外の気体を主成分とする気体層と置き換えてもよい。本実施形態の容器１１は、内部領域Ｒに十分な体積の空気層１３が残る程度に粉粒子層１２を含んでいる。よって、本実施形態においては、粉粒子層１２の上面σを平坦にならした場合、容器１１の上面Ｓと粉粒子層１２の上面σは、図３に示すように非接触となる。容器１１の上面Ｓと粉粒子層１２の上面σとの間には、空気層１３が存在する。
【００２５】
本実施形態の制振装置７は、構造物４と一体でＺ方向に振動する。符号Ｘは、構造物４の振動のＺ方向の変位を表す。変位Ｘの最大値Ｘ０は、構造物４の振動振幅を表す。変位Ｘの１回微分Ｖ（＝ｄＸ／ｄｔ）の最大値Ｖ０は、構造物４の振動速度を表す。変位Ｘの２回微分Ａ（＝ｄ２Ｘ／ｄｔ２）の最大値Ａ０は、構造物４の振動加速度を表す。ただし、符号ｔは時間を表す。
【００２６】
構造物４が振動数ｆで振動する場合、振動速度Ｖ０は（２πｆ）×Ｘ０となり、振動加速度Ａ０は（２πｆ）２×Ｘ０となる。
【００２７】
（２）第１実施形態の粉粒子層１２の深さＨ
図４は、第１実施形態の粉粒子層１２の深さＨと構造物４の振動振幅Ｘ０との関係を示したグラフである。
【００２８】
粉粒子層１２の深さＨが深さＨＬよりも浅い場合、振動振幅Ｘ０は、深さＨの増加と共に線形に減少していく。これは、粉粒子１４の数量が増加するほど、制振装置７の制振効果が増大し、構造物４の振動が効果的に抑制されることを意味する。
【００２９】
しかしながら、粉粒子層１２の深さＨが深さＨＬ以上になると、振動振幅Ｘ０は、深さＨに応じて変化せず、一定値Ｘ０Ｌとなる。これは、粉粒子１４の増量による制振効果の増大には、上限があることを意味する。
【００３０】
そこで、本実施形態の粉粒子層１２の深さＨは、深さＨＬ以上に設定されている（Ｈ≧ＨＬ）。これにより、粉粒子層１２の深さＨが深さＨＬ未満の場合に比べて、大きな制振効果を得ることが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態の粉粒子層１２の深さＨは、深さＨＬに近い値、例えば、深さＨＬの２倍以下に設定されている（Ｈ≦２ＨＬ）。これにより、制振装置７内の粉粒子１４の無駄を減少させることが可能となる。本実施形態の粉粒子層１２の深さＨは、深さＨＬに設定することが望ましい（Ｈ＝ＨＬ）。
【００３２】
（３）第１実施形態の粉粒子層１２の深さＨＬ
図５は、第１実施形態の粉粒子層１２の深さＨについて説明するための断面図である。
【００３３】
図５は、粉粒子層１２内の粉粒子１４を示している。本実施形態の粉粒子１４は、形状やサイズが均一でなくてもよいが、図５では簡単のために均一な球形で示されている。粉粒子１４は、重力により容器１１内の下部領域に堆積している。また、粉粒子層１２は、上層の流動層Ｌ１と下層の榴塊層Ｌ２とに区分される。
【００３４】
流動層Ｌ１内の粉粒子１４は、重力による圧力が弱くしか掛からないため、微小運動が可能な状態にある。そのため、構造物４の振動が流動層Ｌ１に伝播すると、流動層Ｌ１内の粉粒子１４の運動が生じる。その結果、粉粒子１４間の摩擦や衝突により、振動のエネルギーが損失される。
【００３５】
一方、榴塊層Ｌ２内の粉粒子１４は、重力による圧力が強く掛かるため、運動が抑制される。そのため、構造物４の振動が榴塊層Ｌ２に伝播しても、榴塊層Ｌ２内の粉粒子１４はほとんど運動しない。よって、榴塊層Ｌ２内の粉粒子１４は、振動のエネルギー損失にはほとんど寄与しない。
【００３６】
このように、構造物４の振動減衰に対しては、流動層Ｌ１の深さＨ１が有効であり、榴塊層Ｌ２の高さＨ２は無効であることが分かる。
【００３７】
次に、流動層Ｌ１の深さＨ１の算出方法について説明する。この説明の中で、図６および図７も参照する。
【００３８】
流動層Ｌ１と榴塊層Ｌ２との境界にある１つの粉粒子１４（以下、境界粒子１４と呼ぶ）に着目すると、境界粒子１４には、境界粒子１４上に堆積している粉粒子１４の重力荷重ＦＰが下向きに作用している。境界粒子１４に作用する重力荷重ＦＰは、以下の式（２）で与えられる。
【数２】
2016044711.tif 000004
【００３９】
ただし、符号ρＭは、粉粒子層１２（流動層Ｌ１）の平均密度を表す。平均密度ρＭは、粉粒子層１２（流動層Ｌ１）の質量を粉粒子層１２（流動層Ｌ１）の体積で割れば算出可能である。符号ｄは、粉粒子層１２内の粉粒子１４の平均直径を表す。符号ｇは、重力加速度を表す。
【００４０】
図６は、第１実施形態の粉粒子１４の平均直径ｄについて説明するための図である。
【００４１】
図６に示す粉粒子１４は、球形ではない形状を有している。図６は、この粉粒子１４に定規を当てた場合に、この粉粒子１４の最も長い寸法が０．５ｍｍであったことを示している。本実施形態においては、この粉粒子１４の直径を０．５ｍｍと規定する。また、本実施形態においては、各粉粒子１４の直径をこのように規定し、粉粒子層１２内の粉粒子１４の直径の平均を平均直径ｄと規定する。なお、本実施形態においては、平均直径ｄが１ｍｍ以下の粉粒子１４を含む粉粒子層１２を使用する。
【００４２】
図７は、第１実施形態の境界粒子１４に作用する重力荷重ＦＰについて説明するための断面図である。
【００４３】
図７(ａ)は、粉粒子層１２内の粉粒子１４の密度ρについて説明するための図である。密度ρは、粉粒子１４の質量ｍを粉粒子１４の体積ｖで割れば算出可能である。密度ρは一般に、粉粒子１４の材質が分かれば特定可能である。なお、本実施形態の密度ρは、粉粒子層１２が２種類以上の材質の粉粒子１４を含んでいる場合には、２種類以上の材質の粉粒子１４の平均密度となる。
【００４４】
図７(ｂ)は、境界粒子１４に作用する重力荷重ＦＰについて説明するための図である。符号Ｖは、境界粒子１４上に堆積している粉粒子層１２（流動層Ｌ１）の体積を表す。体積Ｖは、境界粒子１４の占有面積πｄ２／４と流動層Ｌ１の深さＨ１との積で表される（Ｖ＝Ｈ１×πｄ２／４）。境界粒子１４に作用する重力荷重ＦＰは、この体積Ｖに平均密度ρＭと重力加速度ｇとを掛けることで算出される（式（２）を参照）。
【００４５】
このように、境界粒子１４には、式（２）で与えられる重力荷重ＦＰが作用する。この境界粒子１４が運動するための条件は、構造物４の振動加速度Ａ０により生じる境界粒子１４の慣性力ｍＡ０が、重力荷重ＦＰ以上になることである（ｍＡ０≧ＦＰ）。各粉粒子１４の質量ｍは、密度ρに体積ｖ（＝πｄ３／６）を掛けることで算出される。よって、境界粒子１４が運動するための条件「ｍＡ０≧ＦＰ」は、以下の式（３）で与えられる。
【数３】
2016044711.tif 000005
【００４６】
そして、式（３）に式（２）を代入すると、以下の式（４）のように流動層Ｌ１の深さＨ１の条件が算出される。
【数４】
2016044711.tif 000006
【００４７】
式（４）は、流動層Ｌ１の深さＨ１の上限が（２／３）×（ρ／ρＭ）×（Ａ０／ｇ）×ｄであることを示している。この上限が、上述のＨＬである。本実施形態の粉粒体層１２の深さＨがＨＬ以上である場合、流動層Ｌ１の深さＨ１はＨＬとなり、榴塊層Ｌ２の高さＨ２はＨ−ＨＬとなる。
【００４８】
なお、平均密度ρＭは、粉粒子１４の充填率や粉粒子１４間の摩擦係数に依存する。密度ρと平均密度ρＭとの間には、一般にρＭ≪ρの関係が成り立つ。例えば、粉粒子１４がｄ＝０．５ｍｍの乾燥した砂粒である場合、平均密度ρＭは、密度ρの１／４０倍〜１／１６０倍程度である。
【００４９】
本実施形態の構造物（上カバー）４に発生する振動の振動数ｆは、上述のようにＮＺの整数倍であり、ｆ＝ｋＮＺ（ｋは正の整数）で表される。本実施形態においては、ｋ＝３の３倍成分の振動が、他の成分の振動に比べて顕著に大きくなる。
【００５０】
そのため、本実施形態の制振装置７は、３倍成分を効果的に減衰できるように設計されている。具体的には、深さＨＬを３倍成分の振動加速度Ａ０を用いて算出し、粉粒子層１２の深さＨをこの深さＨＬ以上に設定している。よって、本実施形態によれば、３倍成分を効果的に減衰させることで、構造物４の振動を抑制することができる。３倍成分の振動加速度Ａ０は、本開示における所定の振動加速度の例である。
【００５１】
３倍成分の振動加速度Ａ０は、以下の式（５）で与えられる。式（５）から分かるように、３倍成分の振動加速度Ａ０は、３倍成分の振動振幅Ｘ０に比例する。また、３倍成分の振動加速度Ａ０を用いて算出された深さＨＬは、以下の式（６）で与えられる。
【数５】
2016044711.tif 000007
【数６】
2016044711.tif 000008
【００５２】
なお、式（４）の振動加速度Ａ０は、式（３）の導出過程から明らかなように、制振装置７により減衰する前の振動加速度、すなわち、制振装置７を設置していない状態の構造物４の振動加速度を表す。同様に、式（６）の振動振幅Ｘ０は、制振装置７を設置していない状態の構造物４の振動振幅を表す。よって、式（６）の振動振幅Ｘ０は、図４におけるＨ＝０の場合の振動振幅Ｘ０に相当する。
【００５３】
図１の流体機械に制振装置７が設置されていない場合において、構造物４の振動の３倍成分の振動振幅Ｘ０や振動加速度Ａ０は、おおむね一定値に維持される。よって、本実施形態の深さＨＬを３倍成分の振動振幅Ｘ０や振動加速度Ａ０を用いて算出する場合、Ｘ０やＡ０の値は定数として取り扱うことが可能である。これは、３倍成分以外の成分を用いる場合にも同様である。
【００５４】
図８は、第１実施形態の制振装置７の設置方法の例を説明するための上面図である。
【００５５】
図８は、図２と同様に、構造物４の振動モードとして、４次モードが発生した例を示している。この場合、構造物４における４つの振動の腹４ａの上に４つの制振装置７を設置することが望ましい。これにより、制振装置７の減衰力を構造物４に効率的に作用させることが可能となる。
【００５６】
以上のように、本実施形態の粉粒子層１２の深さＨは、式（４）により与えられる深さＨＬ以上に設定されている。よって、本実施形態によれば、粉粒子層１２の深さＨが深さＨＬ未満の場合に比べて、構造物４の振動を効果的に抑制することが可能となる。
【００５７】
また、本実施形態の制振装置７は、砂粒や廃ブラスト粒子のような粉粒子１４を用いて実現されている。よって、本実施形態によれば、鋼球のような均一な球体粒子を用いる場合に比べて、粒子１４を低価格で短時間に用意することができ、制振装置７を安価かつ容易に製造することが可能となる。また、本実施形態によれば、構造物４の全体に防音対策を施さなくとも十分な効果を得ることができるため、大型の構造物４に制振装置７を適用することが可能となる。
【００５８】
一般に、鋼球のような均一な球体粒子による制振装置は、低周波振動の抑制に効果的である。これに対し、本実施形態の制振装置７は、微細粒子である粉粒子１４を使用しているため、高周波振動を効果的に抑制することができる。よって、本実施形態によれば、上カバー４の高周波騒音問題に効果的に対処することが可能となる。
【００５９】
（第２実施形態）
図９は、第２実施形態の制振装置７の構造を示す断面図である。
【００６０】
本実施形態の制振装置７は、容器１１内に、第１隔壁の例である水平隔壁１５を備えている。水平隔壁１５は、容器１１内の空間を下部領域Ｒａと上部領域Ｒｂとに区切るように配置されている。上部領域Ｒｂは、水平隔壁１５を介して下部領域Ｒａ上に位置している。符号Ｓａは、下部領域Ｒａの上面である水平隔壁１５の上面を示している。符号Ｓｂは、上部領域Ｒｂの上面である容器１１の上面を示している。
【００６１】
下部領域Ｒａは、下部粉粒子層１２ａと、下部流体層の例である下部空気層１３ａとを含んでいる。下部粉粒子層１２ａと下部空気層１３ａは、容器１１の下部領域Ｒａ内に封入されている。符号σａは、下部粉粒子層１２ａの上面を示す。符号Ｈａは、下部粉粒子層１２ａの上面σａを平坦にならした場合の下部粉粒子層１２ａの深さを示す。下部空気層１３ａは、空気以外の気体を主成分とする下部気体層と置き換えてもよい。本実施形態においては、下部粉粒子層１２ａの上面σａを平坦にならした場合、下部領域Ｒａの上面Ｓａと下部粉粒子層１２ａの上面σａは、図９に示すように非接触となる。
【００６２】
上部領域Ｒｂは、上部粉粒子層１２ｂと、上部流体層の例である上部空気層１３ｂとを含んでいる。上部粉粒子層１２ｂと上部空気層１３ｂは、容器１１の上部領域Ｒｂ内に封入されている。符号σｂは、上部粉粒子層１２ｂの上面を示す。符号Ｈｂは、上部粉粒子層１２ｂの上面σｂを平坦にならした場合の上部粉粒子層１２ｂの深さを示す。上部空気層１３ｂは、空気以外の気体を主成分とする上部気体層と置き換えてもよい。本実施形態においては、上部粉粒子層１２ｂの上面σｂを平坦にならした場合、上部領域Ｒｂの上面Ｓｂと上部粉粒子層１２ｂの上面σｂは、図９に示すように非接触となる。
【００６３】
下部粉粒子層１２ａは、複数の下部粉粒子１４ａを含み、上部粉粒子層１２ｂは、複数の上部粉粒子１４ｂを含んでいる。上部粉粒子１４ａと下部粉粒子１４ｂは、本実施形態では同じ材質で形成されているが、互いに異なる材質で形成されていてもよい。上部粉粒子１４ａと下部粉粒子１４ｂの例は、砂粒や廃ブラスト粒子である。
【００６４】
本実施形態の下部粉粒子層１２ａの深さＨａと上部粉粒子層１２ｂの深さＨｂは、深さＨＬ以上に設定されている（Ｈａ、Ｈｂ≧ＨＬ）。これにより、深さＨａ、Ｈｂが深さＨＬ未満の場合に比べて、大きな制振効果を得ることが可能となる。なお、深さＨＬの算出方法は、第１実施形態と同様である。
【００６５】
また、本実施形態の深さＨａと深さＨｂは、深さＨＬに近い値、例えば、深さＨＬの２倍以下に設定されている（Ｈａ、Ｈｂ≦２ＨＬ）。これにより、制振装置７内の下部粉粒子１４ａと上部粉粒子１４ｂの無駄を減少させることが可能となる。本実施形態の深さＨａと深さＨｂは、深さＨＬに設定することが望ましい（Ｈａ、Ｈｂ＝ＨＬ）。
【００６６】
本実施形態は例えば、第１実施形態の制振装置７と同じ底面積の制振装置７で、第１実施形態の制振装置７の限界を超える制振効果を得たい場合に有用である。第１実施形態においては、粉粒子層１２の深さＨが２ＨＬであっても、粉粒子層１２の深さＨがＨＬの場合と同じ制振効果しか得られない。一方、本実施形態によれば、深さ２ＨＬの粉粒子層１２を深さＨＬの下部粉粒子層１２ａと深さＨＬの上部粉粒子層１２ｂとに分けることで、第１実施形態と同じ数量の粉粒子で第１実施形態の２倍の制振効果を得ることが可能となる。
【００６７】
なお、本実施形態のこのような制振効果は、図５により理解可能である。本実施形態によれば、第１実施形態と同じ数量の粉粒子で第１実施形態の２倍の流動層Ｌ１を発生させることが可能となる。
【００６８】
本実施形態においては、１枚の水平隔壁１５により容器１１内の空間を２つの領域に区切っているが、２枚以上の水平隔壁１５により容器１１内の空間を３つ以上の領域に区切ってもよい。
【００６９】
（第３実施形態）
図１０は、第３実施形態の制振装置７の構造を示す断面図である。
【００７０】
本実施形態の容器１１は、下部容器１１ａと、下部容器１１ａ上に配置された上部容器１１ｂとを含んでいる。その結果、本実施形態の制振装置７は、第２実施形態の制振装置７と同様に、下部容器１１ａ内に下部領域Ｒａを有し、上部容器１１ｂ内に上部領域Ｒｂを有している。符号Ｓａは、下部容器１１ａの上面を示している。符号Ｓｂは、上部容器１１ｂの上面を示している。
【００７１】
下部領域Ｒａは、第２実施形態と同様に、下部粉粒子層１２ａと下部空気層１３ａとを含んでいる。上部領域Ｒｂも、第２実施形態と同様に、上部粉粒子層１２ｂと上部空気層１３ｂとを含んでいる。
【００７２】
本実施形態の下部容器１１ａと上部容器１１ｂは、弾性材で形成されている。弾性材の例は、ゴムである。下部粉粒子層１２ａと下部空気層１３ａは、弾性材の下部容器１１ａ内に密閉されている。同様に、上部粉粒子層１２ｂと上部空気層１３ｂは、弾性材の上部容器１１ｂ内に密閉されている。
【００７３】
下部容器１１ａを弾性材で形成する場合、下部容器１１ａがつぶれて下部容器１１ａの上面Ｓａと下部粉粒子層１２ａの上面σａが密着すると、下部粉粒子層１２ａの制振効果が損なわれてしまう。そのため、本実施形態の下部容器１１ａは、十分な量の下部空気層１３ａを含んでいる。よって、本実施形態においては、下部粉粒子層１２ａの上面σａを平坦にならした場合、下部容器１１ａの上面Ｓａと下部粉粒子層１２ａの上面σａは、図１０に示すように非接触となる。
【００７４】
同様に、上部容器１１ｂを弾性材で形成する場合、上部容器１１ｂがつぶれて上部容器１１ｂの上面Ｓｂと上部粉粒子層１２ｂの上面σｂが密着すると、上部粉粒子層１２ｂの制振効果が損なわれてしまう。そのため、本実施形態の上部容器１１ｂは、十分な量の上部空気層１３ｂを含んでいる。よって、本実施形態においては、上部粉粒子層１２ｂの上面σｂを平坦にならした場合、上部容器１１ｂの上面Ｓｂと上部粉粒子層１２ｂの上面σｂは、図１０に示すように非接触となる。
【００７５】
本実施形態においては、２つの弾性容器を積層して容器１１を形成しているが、３つ以上の弾性容器を積層して容器１１を形成してもよい。
【００７６】
（第４実施形態）
図１１は、第１実施形態の制振装置７の使用態様を説明するための断面図である。
【００７７】
符号Ｐ１は、容器１１の−Ｘ方向の端部を示す。符号Ｐ２は、容器１１の＋Ｘ方向の端部を示す。符号Ｘ１は、端部Ｐ１の位置における構造物４の振動振幅を示す。符号Ｘ２は、端部Ｐ２の位置における構造物４の振動振幅を示す。
【００７８】
図１１は、端部Ｐ２の振動振幅Ｘ２が、端部Ｐ１の振動振幅Ｘ１よりも大きいことを示している。この場合、粉粒体１４は、振動振幅の小さい端部側に偏ってしまう。図１１は、粉粒体１４が、符号Ｑで示すように端部Ｐ１側に偏った様子を示している。この場合、端部Ｐ２側の粉粒体１４が少なくなり、十分な減衰力が得られないおそれがある。
【００７９】
図１２は、第４実施形態の制振装置７の構造を示す断面図である。
【００８０】
本実施形態の制振装置７は、容器１１内に、第２隔壁の例である垂直隔壁１６を備えている。垂直隔壁１６は、容器１１内の空間を第１領域Ｒｃと第２領域Ｒｄとに区切るように配置されている。第２領域Ｒｄは、垂直隔壁１６を介して第１領域Ｒｃの側面方向（＋Ｘ方向）に位置している。符号Ｓｃ、Ｓｄはそれぞれ、第１および第２領域Ｒｃ、Ｒｄの上面である容器１１の上面を示している。
【００８１】
第１領域Ｒｃは、第２実施形態の下部領域Ｒａや上部領域Ｒｂと同様に、第１粉粒子層１２ｃと第１空気層１３ｃとを含んでいる。第２領域Ｒｄも、第２実施形態の下部領域Ｒａや上部領域Ｒｂと同様に、第２粉粒子層１２ｄと第２空気層１３ｄとを含んでいる。
【００８２】
第１粉粒子層１２ｃは、複数の第１粉粒子１４ｃを含み、第２粉粒子層１２ｄは、複数の第２粉粒子１４ｄを含んでいる。第１粉粒子１４ｃと第２粉粒子１４ｄは、本実施形態では同じ材質で形成されているが、互いに異なる材質で形成されていてもよい。第１粉粒子１４ｃと第２粉粒子１４ｄの例は、砂粒や廃ブラスト粒子である。
【００８３】
本実施形態の第１粉粒子層１２ｃの深さＨｃと第２粉粒子層１２ｄの深さＨｄは、深さＨＬ以上に設定されている（Ｈｃ、Ｈｄ≧ＨＬ）。これにより、深さＨｃ、Ｈｄが深さＨＬ未満の場合に比べて、大きな制振効果を得ることが可能となる。なお、深さＨＬの算出方法は、第１実施形態と同様である。
【００８４】
また、本実施形態の深さＨｃと深さＨｄは、深さＨＬに近い値、例えば、深さＨＬの２倍以下に設定されている（Ｈｃ、Ｈｄ≦２ＨＬ）。これにより、制振装置７内の第１粉粒子１４ｃと第２粉粒子１４ｄの無駄を減少させることが可能となる。本実施形態の深さＨｃと深さＨｄは、深さＨＬに設定することが望ましい（Ｈｃ、Ｈｄ＝ＨＬ）。
【００８５】
端部Ｐ１は、容器１１の第１領域Ｒｃ側の端部に相当する。端部Ｐ２は、容器１１の第２領域Ｒｄ側の端部に相当する。よって、符号Ｘ１は、容器１１の第１領域Ｒｃ側の端部Ｐ１における構造物４の振動振幅を示し、符号Ｘ２は、容器１１の第２領域Ｒｄ側の端部Ｐ２における構造物４の振動振幅を示す。
【００８６】
本実施形態によれば、容器１１内に垂直隔壁１６を設置することにより、第１領域Ｒｃと第２領域Ｒｄとの間での粉粒子の移動を防止することができる。よって、本実施形態によれば、振動振幅Ｘ１、Ｘ２の差が大きい場合においても、粉粒子の偏りを抑制することが可能となる。
【００８７】
ただし、本実施形態においては、第１領域Ｒｃ内で第１粉粒子１４ｃが偏るおそれや、第２領域Ｒｄ内で第２粉粒子１４ｄが偏るおそれはある。よって、本実施形態の制振装置７は、構造物４への制振装置７の設置後に、第１領域Ｒｃ側の端部Ｐ１の振動振幅Ｘ１が第２領域Ｒｄ側の端部Ｐ２の振動振幅Ｘ２の０．５倍〜１．０倍の範囲内になるように、構造物４に設置することが望ましい（０．５×Ｘ１≦Ｘ２≦１．０×Ｘ１）。これにより、第１領域Ｒｃ内での第１粉粒子１４ｃの偏りや、第２領域Ｒｄ内での第２粉粒子１４ｄの偏りを抑制することが可能となる。
【００８８】
本実施形態においては、１枚の垂直隔壁１６により容器１１内の空間を２つの領域に区切っているが、２枚以上の垂直隔壁１６により容器１１内の空間を３つ以上の領域に区切ってもよい。
【００８９】
（第５実施形態）
図１３は、第５実施形態の制振装置７の構造を示す断面図である。
【００９０】
本実施形態の制振装置７は、容器１１内に、水平隔壁１５と垂直隔壁１６の両方を備えている。よって、本実施形態の容器１１は、第１下部領域Ｒｅと、第１下部領域Ｒｅ上の第１上部領域Ｒｆと、第２下部領域Ｒｇと、第２下部領域Ｒｇ上の第２上部領域Ｒｈとを有している。第２下部領域Ｒｇ、第２上部領域Ｒｈはそれぞれ、第１下部領域Ｒｅ、第１上部領域Ｒｆの側面方向（＋Ｘ方向）に位置している。
【００９１】
符号Ｈｅ、Ｈｆ、Ｈｇ、Ｈｈはそれぞれ、第１下部領域Ｒｅ内の第１下部粉粒子層１２ｅ、第１上部領域Ｒｆ内の第１上部粉粒子層１２ｆ、第２下部領域Ｒｇ内の第２下部粉粒子層１２ｇ、第２上部領域Ｒｈ内の第２上部粉粒子層１２ｈの深さを示している。
【００９２】
本実施形態の深さＨｅ〜Ｈｈは、深さＨＬ以上に設定されている（Ｈｅ、Ｈｆ、Ｈｇ、Ｈｈ≧ＨＬ）。これにより、深さＨｅ〜Ｈｈが深さＨＬ未満の場合に比べて、大きな制振効果を得ることが可能となる。なお、深さＨＬの算出方法は、第１実施形態と同様である。
【００９３】
また、本実施形態の深さＨｅ〜Ｈｈは、深さＨＬに近い値、例えば、深さＨＬの２倍以下に設定されている（Ｈｅ、Ｈｆ、Ｈｇ、Ｈｈ≦２ＨＬ）。これにより、制振装置７内の粉粒子１４ｅ〜１４ｈの無駄を減少させることが可能となる。本実施形態の深さＨｅ〜Ｈｈは、深さＨＬに設定することが望ましい（Ｈｅ、Ｈｆ、Ｈｇ、Ｈｈ＝ＨＬ）。
【００９４】
本実施形態によれば、第２実施形態により得られる効果と、第４実施形態により得られる効果の両方を得ることが可能となる。
【００９５】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および機械は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および機械の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００９６】
１：主軸、２：水車ランナ、３：ケーシング、４：上カバー（構造物）、
４ａ：腹、４ｂ：節、５：下カバー、６：吸出管、７：制振装置、
１１：容器、１１ａ：下部容器、１１ｂ：上部容器、
１２：粉粒子層、１２ａ：下部粉粒子層、１２ｂ：上部粉粒子層、
１２ｃ：第１粉粒子層、１２ｄ：第２粉粒子層、
１３：空気層、１３ａ：下部空気層、１３ｂ：上部空気層、
１３ｃ：第１空気層、１３ｄ：第２空気層、
１４：粉粒子、１４ａ：下部粉粒子、１４ｂ：上部粉粒子、
１４ｃ：第１粉粒子、１４ｄ：第２粉粒子、
１５：水平隔壁、１６：垂直隔壁
【図１】
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【図２】
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【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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