(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制振質量体と、
前記制振質量体を一方向に振動可能に支持しており、非線形特性を有する第１の弾性部材と、
前記第１の弾性部材よりも弾性係数が実質的に小さく、且つ、前記制振質量体を前記第１の弾性部材との間で挟むように前記第１の弾性部材と同じ方向に弾性変形可能に配置されて前記第１の弾性部材とともに前記制振質量体を前記一方向に振動可能に支持する第２の弾性部材と、
前記制振質量体の振動方向における前記第２の弾性部材の変位量を調整するための調整手段とを備えていることを特徴とする同調型制振装置。
【請求項２】
前記制振質量体に対して前記第１の弾性部材と並列に接続されており、前記制振質量体の振動を減衰させる減衰手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の同調型制振装置。
【請求項３】
前記調整手段を駆動するための駆動手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の同調型制振装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の同調型制振装置が、その制振質量体が互いに独立して振動可能に複数段上下に積み重ねられていることを特徴とする同調型制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の振動またはこれによって発生する固体音を抑制するために用いられる同調型制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランスの運転中には、電源周波数の２倍の周波数で鉄心が振動する。そして、この振動が周囲の空気を震わせることにより固体音といわれる騒音が発生する。例えば電源周波数が６０Ｈｚの場合、トランスの運転により１２０Ｈｚの固体音が発生するほか、その高調波として２４０Ｈｚ、３６０Ｈｚなどの固体音が発生する。
【０００３】
トランスなどの構造物の振動およびこれに起因する固体音は通常の除振装置だけでは十分に抑制することが難しいため、除振装置とともに、ＴＭＤ（Tuned Mass Damper ）と称される質量体を用いた制振装置が併用される。この種の制振装置においては、固体音を発生させる構造物の振動周波数と同じ周波数に質量体の振動周波数を調整してやることにより、構造物の振動をこれと逆位相で共振する質量体により相殺するようにしている。これにより、構造物の振動およびこれに起因する固体音を低減することが可能である。
【０００４】
かかるＴＭＤを用いた制振装置として、マスバランスタイプといわれるものが知られている。マスバランスタイプの制振装置は、水平に支持された支軸の左右に２つの同じ制振質量体が挿入されたものであり、２つの制振質量体の位置を調整することにより、その振動周波数が調節可能になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のマスバランスタイプの制振装置においては、左右２つの制振質量体の支軸中心からの位置をきわめて高い精度で同じになるように調節する必要がある。このような調節は人間の手で行われるものであって高精度に行うことが非常に難しく、調整に時間がかかるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、制振質量体の振動周波数を簡単に調節することが可能な同調型制振装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の制振装置は、制振質量体と、前記制振質量体を一方向に振動可能に支持しており、非線形特性を有する第１の弾性部材と、前記第１の弾性部材よりも弾性係数が実質的に小さく、且つ、前記制振質量体を前記第１の弾性部材との間で挟むように前記第１の弾性部材と同じ方向に弾性変形可能に配置されて前記第１の弾性部材とともに前記制振質量体を前記一方向に振動可能に支持する第２の弾性部材と、前記制振質量体の振動方向における前記第２の弾性部材の変位量を調整するための調整手段とを備えている。
【０００８】
請求項１によると、第２の弾性部材が制振質量体を前記第１の弾性部材との間で挟み且つ第１の弾性部材と同じ方向に弾性変形可能なように配置されているために、調整手段によって第２の弾性部材を変位させることによって第１の弾性部材の変位量を調整することができる。そのために、非線形特性を有する第１の弾性部材の弾性係数が変更され、これによって、制振質量体の振動周波数を制御することができる。また、この際、第２の弾性部材の弾性係数が第１の弾性部材よりも実質的に小さいために、調整手段によって第２の弾性部材を大幅に変位させても第１の弾性部材は僅かに変位するだけであり、第２の弾性部材の変位量に対する制振質量体の振動周波数の変化率を緩やかにすることができる。すなわち、実際の調整変位幅に対する制振質量体の振動周波数の変化を小さく抑制することができるので、制振質量体の振動周波数をより短時間で高精度に調節することができるようになる。
【０００９】
なお、ここで「実質的に小さい」とは、非線形特性を有しているために第１の弾性部材の弾性係数の値が変位量に応じて変動するものの、実用に供されるほとんどの変位量領域において第２の弾性部材のほうが第１の弾性部材よりも弾性係数が小さいことをいうものとする。また、第２の弾性部材は線形特性を有していてもよいし、非線形特性を有していてもよい。
【００１０】
また、請求項２の制振装置は、前記制振質量体に対して前記第１の弾性部材と並列に接続されており、前記制振質量体の振動を減衰させる減衰手段をさらに備えている。
【００１１】
請求項２によると、制振質量体に対して第１の弾性部材と並列に接続されており、制振質量体の振動を減衰させる減衰手段をさらに備えているために、最適同調型として制振対象が共振状態にあるときに用いるのに適した同調型制振装置が得られる。
【００１２】
また、請求項３の制振装置は、前記調整手段を駆動するための駆動手段をさらに備えている。
【００１３】
請求項３によると、調整手段を駆動するための駆動手段をさらに備えているので、制振対象の振動周波数変化に追従して第１の弾性部材の変位量を調整可能であるので、制振対象の振動周波数が変化した場合であってもその振動を自動的に低減することができる。
【００１４】
また、請求項４の制振装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の同調型制振装置が、その制振質量体が互いに独立して振動可能に複数段上下に積み重ねられている。
【００１５】
請求項４によると、制振質量体が互いに独立して振動可能に複数の同調型制振装置が上下に積み重ねられていることにより、各装置の同調周波数を制振対象の振動の基本周波数および高調波にそれぞれ同調させておくことで、小さな設置面積により制振対象の基本周波数だけでなく高調波をも低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る同調型制振装置の概略的な平面図である。図２は、図１のII−II線における断面図である。これらの図に示されているように、本実施の形態の同調型制振装置１０は、略ドーナツ型の制振質量体１２と、制振質量体１２の底面に設けられた凹部にそれぞれ嵌装されてその一端側が制振質量体１２に接続された４つのさらばね１４ａ〜１４ｄとを有している。さらばね１４ａ〜１４ｄは鉛直方向、すなわち図２における上下方向に弾性変形可能な非線形ばねである。制振質量体１２の内周下端部１２ａは内側に突出しており、この内周下端部１２ａにおいて線形特性を有するコイルばね２８の一端側が支持されている。なお、図１において、制振質量体１２は、破線Ｌ１とＬ２とに挟まれた領域に存在している。
【００１８】
さらばね１４ａ〜１４ｄの他端側は、さらばね１４ａ〜１４ｄと対向する個所に開口部をそれぞれ有する円盤形状の基盤１６に支持されている。基盤１６の中央からは、雄ねじが形成された支柱１８が直立して設けられている。支柱１８には、下方からそれぞれ、ばね押さえ材２０およびナット２２が螺合されている。ばね押さえ材２０はその外側縁部の数カ所において、ねじ２７によりカバー材２４および上板２６と螺合接続されている。カバー材２４は、制振質量体１２の表面から所定距離だけ離隔してその上面および側面に沿ってこれらを覆うような形状を有している。
【００１９】
ばね押さえ材２０と制振質量体１２の内周下端部１２ａとの間には、支柱１８に挿入されて鉛直方向に弾性変形するコイルばね２８が介在しており、このコイルばね２８はばね押さえ材２０を上方に付勢している。従って、ナット２２を回動させることにより、押さえ材２０を上下方向に移動させることができ、これに伴って、コイルばね２８の長さまたは変位量（自然長からの変位長さ）を制御することができるだけでなく、コイルばね２８および制振質量体１２を介してばね押さえ材２０からの力が作用するさらばね１４ａ〜１４ｄの長さまたは変位量をも制御することができる。
【００２０】
このように制振質量体１２は、４つのさらばね１４ａ〜１４ｄとコイルばね２８とに挟まれた状態で、鉛直方向、すなわち図２における上下方向に振動可能である。そして、その振動周波数は、さらばね１４ａ〜１４ｄの変位量によって決定される。なぜなら、非線形ばねであるさらばね１４ａ〜１４ｄの変位量が変わることで、その弾性係数が変化するからである。
【００２１】
図３は、さらばね１４ａ〜１４ｄ（４つのばねを１つの合成ばねとして見た場合）およびコイルばね２８の変位量と弾性力との関係をそれぞれ示すグラフである。図３において、曲線Ａはさらばね１４ａ〜１４ｄの弾性特性を表しており、直線Ｂはコイルばね２８の弾性特性を表している。変位量変化に対する弾性力の変化割合（曲線の傾き）である弾性係数は、曲線Ａでは変位量の増加とともに徐々に小さくはなるが、図示された領域では直線Ｂよりも大きくなっている。つまり、図示された領域内ではどの部分であっても曲線Ａの傾きが直線Ｂの傾きよりも大きくなっている（コイルばね２８の弾性係数がさらばね１４ａ〜１４ｄの弾性係数よりも小さくなっている）。
【００２２】
本実施の形態では、このようにコイルばね２８の弾性係数がさらばね１４ａ〜１４ｄの弾性係数よりも小さくなっているので、ナット２２を大きな角度回動させてコイルばね２８を大幅に変位させても、さらばね１４ａ〜１４ｄは僅かに変位するだけである。従って、ナット２２の回動角度に対する振動周波数の変化が緩やかになるので、制振質量体１２の振動周波数を所定の周波数に調整するのが容易であり、短時間で高精度の調整が可能となる。従って、本実施の形態の制振装置１０によると、構造物の振動およびこれに起因する固体音をより確実に低減することができるようになる。
【００２３】
また、制振質量体１２の振動において、制振力すなわち加速度を一定として、制振質量体１２の振幅と振動周波数の２乗とは反比例関係にあるから、制振質量体１２の振動周波数が大きくなるほど、制振質量体１２の振幅は小さくなることになる。つまり、本実施の形態の制振装置１０は、制振質量体１２が高い振動周波数で振動する場合に用いるのに適している。
【００２４】
本実施の形態では、コイルばね２８は線形弾性特性を有するものとしたが、非線形特性を有するものであってもよい。この場合、制振質量体１２の振動周波数は、コイルばね２８の弾性係数とさらばね１４ａ〜１４ｄの弾性係数との両方によって制御されることになる。
【００２５】
また、本実施の形態では、非線形特性を有する弾性部材としてさらばね１４ａ〜１４ｄを用いたが、たけのこばね、円錐ばねなどの他の非線形ばねを含む、非線形特性を有する公知の弾性部材を用いることも可能である。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、本実施の形態に係る同調型制振装置の断面図である。図４に示された制振装置４０は、カバー材２４と制振質量体１２との間にこれらの両方に圧接したシリコンゲル４２が介在しているという点を除いて、図１および図２に示した第１の実施の形態のものと同様に構成されている。シリコンゲル４２は、カバー材２４と制振質量体１２との間の全周にわたって設けられていてもよいし、その一部分にだけ設けられていてもよい。
【００２７】
本実施の形態において、シリコンゲル４２は、非線形特性を有する弾性部材としてだけでなく、制振質量体１２の振動を減衰させる減衰手段としても機能する。そのため、制振装置４０は減衰を付加しながら振動を低減する最適同調型となり、制振対象が共振状態にあるときに用いるのに適したものとなる。なお、第１の実施の形態の制振装置１０は、実質的に減衰手段を有しない反共振型である。
【００２８】
また、本実施の形態の変形例として、シリコンゲル４２の制振質量体１２への押しつけ力を変更する機構をさらに設けるようにしてもよい。このようにすることにより、シリコンゲル４２が有する弾性係数および減衰定数を同時に制御することが可能である。例えば、制振質量体１２の振動に関してある弾性係数（または振動周波数）および減衰定数を実現しようとした場合、まずシリコンゲル４２の押しつけ力を制御して減衰定数を定めるとともにシリコンゲル４２部分での弾性係数を定め、次に、シリコンゲル４２とさらばね１４ａ〜１４ｄとの合成弾性係数が所定の値になるように、ナット２２を回動させてさらばね１４ａ〜１４ｄの弾性係数を定め、制振質量体１２が所望の振動周波数で振動するようにすればよい。
【００２９】
なお、本実施の形態では弾性部材でもあり減衰手段でもあるシリコンゲル４２を用いたが、弾性部材としての性質をほとんど有さず実質的に減衰手段としてのみ機能するシリコンオイルなどの弾性がより小さい材料を用いることもできる。
【００３０】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５は、本実施の形態に係る同調型制振装置の断面図である。図５に示された制振装置１２は、図１および図２で説明した第１の実施の形態と同様の２つの制振装置１０ａ、１０ｂが上下に積み重ねられたものである。そして、２つの制振装置１０ａ、１０ｂは、接続部材５１を介して互いに接続されている。つまり、接続部材５１は、その中央の凹部において制振装置１０ｂの支柱１８に螺合されることでこれに接続されており、凹部の外側に設けられたフランジ部において制振装置１０ａの基盤１６と接続されている。
【００３１】
このように構成されることで、２つの制振装置１０ａ、１０ｂの制振質量体１２は互いに独立して振動することが可能となっている。つまり、下側の制振装置１０ｂの基盤１６、支柱１８および接続部材５１を介して上側の制振装置１０ａにも外部の制振対象の振動が伝えられるので、下側の制振装置１０ｂの制振質量体１２が外部の制振対象の振動周波数に合わせて振動可能であるばかりでなく、上側の制振装置１０ａの制振質量体１２も外部の制振対象の振動周波数に合わせて振動可能である。
【００３２】
従って、制振装置１０ｂの同調周波数を制振対象の振動の基本周波数（または第２高調波の周波数）に調整しておくとともに、制振装置１０ａの同調周波数を制振対象の振動の第２高調波の周波数（または基本周波数）にそれぞれ調整しておくことにより、１つの制振装置１０ａ、１０ｂの設置面積により制振対象の基本周波数だけでなくその高調波をも低減することができる。例えば、トランスに起因した固体音を抑制するには、１つの制振装置の振動周波数を１２０Ｈｚとし、もう１つの制振装置の振動周波数を２４０Ｈｚにすればよい。なお、制振装置１０を３つ以上積み重ねるようにして、それぞれを別の高調波に同調させるようにしてもよい。また、最適同調型とする場合には、第２の実施の形態と同様に、各制振装置１０ａ、１０ｂのカバー材２４と制振質量体１２との間にシリコンゲル４２などの減衰手段を介在させればよい。
【００３３】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図６は、本実施の形態の同調型制振装置を含む制振システムの概略的な模式図である。図６に示された制振装置５０は、第１の実施の形態の制振装置１０にさらにアクチュエータ５２を備えたものである。アクチュエータ５２は、詳しい図示は省略するが制振装置１０のナット２２に取り付けられており、ナット２２を回動させることができるようになっている。
【００３４】
アクチュエータ５２には、振動センサ５６、５７と接続された制御装置５４が接続されている。振動センサ５６は、図示しない制振対象またはその近傍に配置されて制振対象の振動を検知し、振動センサ５７は、制振質量体１２またはその近傍に配置されて制振質量体の振動を検知するものである。振動センサ５６で検知された制振対象および制振質量体１２の検出振動は制御装置５４に送られる。制御装置５４は、制振対象および制振質量体１２の検出振動の相互相関関数がゼロになるようにアクチュエータ５２を駆動する命令を出す。アクチュエータ５２はこの命令を受けて、ナット２２を所定位置まで回転させる。
【００３５】
このように、本実施の形態の制振装置５０は振動センサ５６、５７および制御装置５４に接続されているとともに、ナット２２を回転駆動することが可能なアクチュエータ５２を備えているので、制振対象の振動周波数が変化する場合であっても、それに追従してナット２２を回動させて制振質量体１２の振動周波数を変更することができる。従って、制振対象の振動周波数が変化しても、その振動を自動的に低減することが可能である。
【００３６】
本実施の形態において、アクチュエータ５２としては、例えばステッピングモータや圧電素子を用いたアクチュエータなどを用いることができる。また、第３の実施の形態のように制振装置を上下に２つ積み重ねる場合にも本実施の形態は適用可能であり、このようなときには制御装置５４で上下の制振装置に適したナットの回動量をそれぞれ演算してそれぞれのアクチュエータに与えればよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、調整手段によって第２の弾性部材を大幅に変位させても第１の弾性部材は僅かに変位するだけであり、第２の弾性部材の変位量に対する制振質量体の振動周波数の変化率を緩やかにすることができる。すなわち、実際の調整変位幅に対する制振質量体の振動周波数の変化を小さく抑制することができるので、制振質量体の振動周波数をより短時間で高精度に調節することができるようになる。従って、固体音を抑制するために用いるのに適している。
【００３８】
また、請求項２によると、最適同調型として制振対象が共振状態にあるときに用いるのに適した同調型制振装置が得られる。
【００３９】
また、請求項３によると、制振対象の振動周波数変化に追従して第１の弾性部材の変位量を調整可能であるので、制振対象の振動周波数が変化した場合であってもその振動を自動的に低減することができる。
【００４０】
また、請求項４によると、小さな設置面積により制振対象の基本周波数だけでなく高調波をも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る同調型制振装置の概略的な平面図である。
【図２】図１のII−II線における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る同調型制振装置において、さらばねおよびコイルばねの変位量と弾性力との関係をそれぞれ示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る同調型制振装置の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る同調型制振装置の断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る同調型制振装置を含む制振システムの概略的な模式図である。
【符号の説明】
１０  制振装置
１２  制振質量体
１４ａ〜１４ｄ  さらばね
１６  基盤
１８  支柱
２０  ばね押さえ材
２２  ナット
２４  カバー材
２８  コイルばね
【図１】
0004279396.tif 000002
【図２】
0004279396.tif 000003
【図３】
0004279396.tif 000004
【図４】
0004279396.tif 000005
【図５】
0004279396.tif 000006
【図６】
0004279396.tif 000007