(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築構造物に対して弾性支持部材を介して本体マス部材を弾性支持せしめることにより動的吸振器を構成すると共に、該本体マス部材に水平方向の加振力を及ぼす加振手段を設けた建築構造物用の能動型動的吸振器において、
第一の取付部材と第二の取付部材を相互に離間配置せしめて、それら両取付部材を弾性連結部材によって弾性連結すると共に、該第一の取付部材と該第二の取付部材における前記弾性連結部材の弾性変形に基づく相対変位を許容しつつ、それら第一の取付部材と第二の取付部材の間に相対変位力を及ぼすアクチュエータを設けた能動型制振器を、複数用い、それぞれの該能動型制振器における該第一の取付部材を前記本体マス部材に対して固定的に取り付けると共に、それぞれの該能動型制振器における該第二の取付部材に対して付加マス部材を固定的に且つなににも支えられず自由な変位が可能な状態で設けて、それら複数の能動型制振器を該本体マス部材に装着することにより、該本体マス部材に対して互いに直交する二つの水平方向で該アクチュエータによる相対変位力が及ぼされるようにしたことを特徴とする建築構造物用の能動型動的吸振器。
【請求項２】
前記付加マス部材と前記弾性連結部材で構成される能動振動系の固有振動数を、前記本体マス部材と前記弾性支持部材で構成される受動振動系の固有振動数に対して略一致するようにチューニングした請求項１に記載の能動型動的吸振器。
【請求項３】
前記本体マス部材に対して、外周面に開口する収容凹所を形成すると共に、該収容凹所に前記能動型制振器を収容配置せしめて、該能動型制振器における前記第一の取付部材を、該収容凹所の内面に取り付けた請求項１又は２に記載の能動型動的吸振器。
【請求項４】
前記能動型制振器において、前記第二の取付部材に対して別体形成された別体付加マス部材を取り付けた請求項１乃至３の何れかに記載の能動型動的吸振器。
【請求項５】
前記能動型制振器において、前記第一の取付部材と第二の取付部材を一方向に離間して対向配置すると共に、それら第一の取付部材と第二の取付部材をゴム弾性体によって弾性連結する一方、該第二の取付部材において、該第一の取付部材側に向かって開口して形成された環状溝によって磁気ギャップを形成すると共に、該磁気ギャップ内に挿入配置せしめたコイル部材を該第一の取付部材で支持せしめることにより、該コイル部材への通電に伴って生ぜしめられる電磁力に基づいて、第一の取付部材と第二の取付部材を接近／離間方向に相対変位せしめるようにした請求項１乃至４の何れかに記載の能動型動的吸振器。
【請求項６】
前記能動型制振器において、軸部材と該軸部材の外方に離間配置された外筒部材によって、前記第一の取付部材と前記第二の取付部材を構成すると共に、それら第一の取付部材と第二の取付部材の何れか一方に永久磁石を取り付けると共に、他方にコイル部材を取り付けて、該コイル部材への通電に伴って生ぜしめられる電磁力に基づいて、第一の取付部材と第二の取付部材を軸方向に相対変位せしめるようにした請求項１乃至４の何れかに記載の能動型動的吸振器。
【請求項７】
前記能動型制振器において、前記第一の取付部材と前記第二の取付部材をゴム弾性体で弾性連結すると共に、非圧縮性流体が封入されてそれら両取付部材間への振動入力時に該非圧縮性流体が流動せしめられる流体封入領域を形成する一方、該流体封入領域の一部を加振板で構成して、該加振板を前記アクチュエータで変位駆動せしめることにより、該アクチュエータによる駆動力を非圧縮性流体を介して第一の取付部材と第二の取付部材に及ぼすようにした請求項１乃至６の何れかに記載の能動型動的吸振器。
【請求項８】
前記建築構造物における防振すべき振動に対応した参照信号に基づいて、前記能動型制振器における前記アクチュエータの作動を制御する制御信号を生成する能動型制御装置を有する請求項１乃至７の何れかに記載の能動型動的吸振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、住宅等の建築構造物に対する副振動系を構成して、主振動系たる建築構造物に対して制振効果を発揮し得る建築構造物用の動的吸振器に係り、特に、マス部材に水平方向の加振力を及ぼす加振手段を設けることによって、能動的な制振効果を発揮するようにした建築構造物用の能動型動的吸振器に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
一般住宅や事務所等の建築構造物では、交通振動等の外力が加振力として作用することによって水平方向の振動が発生する場合がある。特に、近年では、一般住宅等でも、木造や軽量鉄骨構造等によって二階建てや三階建てが多くなってきており、それらの住宅等では、構造上、二階や三階の振動が大きくなり易いために、交通振動による微振動が、例えば就寝時や就業時における不快振動や不快騒音等の原因として問題となってきている。
【０００３】
ところで、建築構造物用の制振装置としては、従来、高層ビルやタワー等の高層建築物の揺れを軽減するためのものが幾つか提案されており、例えば、特開平８−３３８４６７号公報には、建築構造物に対してゴムマウントを介して本体マス部材を弾性支持せしめることによって構成されたパッシブ型（受動型）の動的吸振器が開示されている。ところが、このようなパッシブ型の動的吸振器では、防振すべき特定の振動に対して未だ十分な制振効果を得ることが難しい場合があった。そこで、パッシブ型の動的吸振器を構成する本体マス部材に対して、水平方向の加振力を及ぼす加振手段を設け、該加振手段によって本体マス部材に及ぼされる加振力を、防振すべき振動に応じて制御することによって能動的な制振効果を得るようにした能動型動的吸振器が提案されている。例えば、特開平２−３００４７８号公報や特開平９−４１７１４号公報等に記載のものがそれである。
【０００４】
しかしながら、上記公報等に記載された従来構造の能動型動的吸振器においては、何れも、本体マス部材に対して、リニアベアリング等の摺動機構を介して相対移動可能に支持せしめた付加マス部材を、電動モータで駆動せしめられるボールねじ機構等によって相対変位せしめる構造とされていることから、摺動機構やボールねじ機構に対して摩耗による作動不良や損傷が発生し易いという問題があった。特に、高層建築物における地震時の制振など、作動頻度が少ない場合はそれ程大きな問題とならないが、交通振動の制振など、略常時作動させると、摺動機構やボールねじ機構の疲労や摩耗が非常に大きな問題となり易い。
【０００５】
また、電動モータで駆動されるボールねじ機構等によって付加マス部材を変位させる従来構造の能動型動的吸振器においては、付加マス部材を高い周波数で加振することが極めて難しく、そのために、高層建築物の制振など、数Hz以下の低周波振動の制振には有効であるものの、一般住宅などの小型建築物では、一般に防振すべき振動周波数がそれより高いために、有効な制振効果を得ることが難しいという問題もあった。
【０００６】
しかも、従来構造の能動型動的吸振器においては、リニアベアリング等の摺動機構や電動モータ、ボールねじ機構などと、複雑な部品が多く必要とされるために、その構造が複雑で、製造や設置が難しいことに加えて、吸振器のサイズが大形化し易く、例えば小型建築物等では設置スペースの確保が難しいという問題もあったのである。
【０００７】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、構造が簡単且つコンパクトであり、一般住宅等の小型建築物にも好適に採用され得る、新規な構造の建築構造物用の能動型動的吸振器を提供することにある。
【０００８】
【解決手段】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様は、可能な限り任意の組み合わせで採用することが出来る。また、本発明の態様および技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載され、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきである。
【０００９】
先ず、本発明の第一の態様は、建築構造物に対して弾性支持部材を介して本体マス部材を弾性支持せしめることにより動的吸振器を構成すると共に、該本体マス部材に水平方向の加振力を及ぼす加振手段を設けた建築構造物用の能動型動的吸振器において、第一の取付部材と第二の取付部材を相互に離間配置せしめて、それら両取付部材を弾性連結部材によって弾性連結すると共に、該第一の取付部材と該第二の取付部材における前記弾性連結部材の弾性変形に基づく相対変位を許容しつつ、それら第一の取付部材と第二の取付部材の間に相対変位力を及ぼすアクチュエータを設けた能動型制振器を、複数用い、それぞれの該能動型制振器における該第一の取付部材を前記本体マス部材に対して固定的に取り付けると共に、それぞれの該能動型制振器における該第二の取付部材に対して付加マス部材を固定的に且つなににも支えられず自由な変位が可能な状態で設けて、それら複数の能動型制振器を該本体マス部材に装着することにより、該本体マス部材に対して互いに直交する二つの水平方向で該アクチュエータによる相対変位力が及ぼされるようにしたことを、特徴とする。
【００１０】
このような本態様に従う構造とされた能動型動的吸振器においては、本体マス部材が弾性支持部材を介して建築構造物に弾性支持されることにより、本体マス部材と弾性支持部材によって建築構造物に対する副振動系として作用する一つの振動系（受動振動系）が構成されると共に、能動型制振器の第一の取付部材が本体マス部材に取り付けられることにより、付加マス部材を含む第二の取付部材と弾性連結部材によって、本体マス部材に対する副振動系として作用する一つの振動系（能動振動系）が構成される。そして、第二の取付部材と弾性連結部材によって構成された振動系（能動振動系）にあっては、能動型制振器のアクチュエータを駆動せしめて第一の取付部材と第二の取付部材の間に相対変位力を及ぼすことによって、能動的に加振されることとなり、その加振反力が、本体マス部材と弾性支持部材によって構成された振動系（受動振動系）に及ぼされることによって、かかる受動振動系が加振される。
【００１１】
それ故、建築構造物において防振すべき振動に応じて能動振動系を加振制御せしめて、受動振動系に加振力を及ぼすことにより、かかる受動振動系の振動によって、建築構造物における振動を相殺等せしめて抑制することが出来るのである。
【００１２】
そこにおいて、本態様に従う構造とされた能動型動的吸振器においては、第一の取付部材と第二の取付部材を連結する弾性連結部材の弾性変形に基づく、それら両取付部材の相対変位を許容しつつ、両取付部材間に相対変位力を及ぼすアクチュエータを備えた特定構造の能動型制振器を用いて、前記能動振動系を構成したことにより、リニアベアリング等の複雑な機構を必要とすることなく、付加マス部材を本体マス部材に対して相対変位可能に配することが出来ると共に、ボールねじ等の複雑な機構を必要とすることなく、付加マス部材を本体マス部材に対して加振変位せしめることが出来るのであり、それ故、目的とする能動型動的吸振器を、簡単で且つコンパクトな構造をもって実現することが可能となるのである。
【００１３】
また、かかる能動型動的吸振器においては、摺動機構やボールねじ機構等のように部材同士の直接当接によって荷重や力の伝達を行なう必要がないことから、部材の摩耗や損傷等に起因する作動不良が有利に回避されるのであり、優れた耐久性と安定した作動性が発揮され得る。
また、本発明に従う構造とされた能動型動的吸振器においては、一つの本体マス部材からなる能動型動的吸振器により、建築構造物において特に問題となり易い、互いに直交する二つの水平方向の振動に対して、何れも、有効な制振効果を発揮せしめることが出来るのである。なお、本体マス部材に対して互いに直交する二つの水平方向で相対変位力を及ぼす各能動型制振器におけるアクチュエータを、同時に作動させると共に、両者の発生力を相対的に調節すれば、それら複数の能動型制振器における発生力の合力として、本体マス部材に対して各種の水平方向の加振力を及ぼすことも可能であり、それによって、建築構造物で問題となる振動方向が変化した場合や、三つ以上の水平方向振動に対して制振効果が要求される場合等においても、有効な制振力を得ることが可能となる。
【００１４】
なお、本態様に係る能動型動的吸振器において、能動型制振器のアクチュエータとしては、弾性連結部材の弾性変形に基づく第一の取付部材と第二の取付部材の相対変位を許容しつつ、両取付部材間に相対変位力を及ぼすものであれば良いが、特に、発生加振力や加振周波数等の制御の容易性から、電気信号によって作動制御可能なアクチュエータが望ましく、具体的には、例えば、コイルと永久磁石を用いた電磁力式のアクチュエータや、コイルと磁性材乃至は永久磁石を用いた磁力式のアクチュエータの他、磁歪素子や電歪素子を用いたアクチュエータ等が好適に採用される。また、本体マス部材や付加マス部材としては、耐久性や強度と比重を考慮して、例えば、鉄系や鉛系などの金属材が有利に採用される。なお、付加マス部材は、能動型制振器における第二の取付部材と一体形成することも可能であり、それによって、部品点数の減少と構造の簡略化が図られ得る。更に、本体マス部材を弾性支持せしめる弾性支持部材としては、金属ばねやゴム弾性体等が好適に採用され得、例えば、特開平８−３３８４６７号公報や特開平１０−８２４４９号公報等に記載されているように、補強板とゴム弾性層を積層することによって大きな耐荷重性と小さな水平剛性を付与したゴムマウントなどが採用可能である。また、第一の取付部材と第二の取付部材を弾性連結する弾性連結部材としては、金属ばねやゴム弾性体などが有利に採用される。更にまた、弾性連結部材の弾性変形に基づく第一の取付部材と第二の取付部材の相対的な変位方向を制限するガイド機構も、採用可能であり、それによって、能動振動系における振動特性、ひいては能動型動的吸振器における制振特性の更なる安定化が図られ得る。また、能動型制振器の本体マス部材への取り付けは、例えば、かかる能動型制振器における第一の取付部材を、本体マス部材の外周面に対して、ボルト等で固定することにより、本体マス部材の外周面から水平方向外方に突出するようにして為され得るが、その具体的取付構造は限定されるものでない。
【００１５】
また、本発明の第二の態様は、前記第一の態様に従う構造とされた能動型動的吸振器において、前記付加マス部材と前記弾性連結部材で構成される能動振動系の固有振動数を、前記本体マス部材と前記弾性支持部材で構成される受動振動系の固有振動数に対して略一致するようにチューニングしたことを、特徴とする。このような本態様においては、能動振動系の共振作用を利用して、受動振動系に対して大きな加振力をより効率的に及ぼすことが出来るのであり、能動振動系と受動振動系における各固有振動数を建築構造物において防振すべき振動周波数と略同じにチューニングすることによって、電力等のエネルギ消費を十分に抑えつつ、目的とする振動に対して有効な能動的制振効果を得ることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の第三の態様は、前記第一又は第二の態様に従う構造とされた能動型動的吸振器において、前記本体マス部材に対して、外周面に開口する収容凹所を形成すると共に、該収容凹所に前記能動型制振器を収容配置せしめて、該能動型制振器における前記第一の取付部材を、該収容凹所の内面に取り付けたことを、特徴とする。このような本態様に従えば、本体マス部材の外周面から外方への能動型制振器の突出量を抑えることが出来るのであり、能動型動的吸振器の設置スペースを容易に確保することが可能となる。なお、収容凹所の形成位置は特に限定されるものでないが、例えば、本体マス部材の略中央で上面に開口する収容凹所を設けることにより、本体マス部材の重量バランスを有利に確保することが出来る。
【００１７】
また、本発明の第四の態様は、前記第一乃至第三の何れかの態様に従う構造とされた能動型動的吸振器であって、前記能動型制振器において、前記第二の取付部材に対して別体形成された別体付加マス部材を取り付けたことを、特徴とする。このような本態様に従えば、別体付加マス部材を適宜に設定することによって、能動振動系の固有振動数を容易に調節することが出来るといった利点がある。なお、より好ましくは、別体付加マス部材が、第二の取付部材に対して取り外し可能とされて、能動振動系の固有振動数が変更、調節可能とされる。
【００１９】
また、本発明において採用される能動型制振器の具体的構造は、何等限定されるものでなく、防振すべき振動の大きさやマス部材の質量の他、能動型動的吸振器の設置スペースやマス部材の形状等、各種の条件によって適宜に変更されることとなる。そこにおいて、本発明の第五の態様は、前記第一乃至第四の何れかの態様に従う構造とされた能動型動的吸振器において、前記能動型制振器として、前記第一の取付部材と第二の取付部材を一方向に離間して対向配置すると共に、それら第一の取付部材と第二の取付部材をゴム弾性体によって弾性連結する一方、該第二の取付部材において、該第一の取付部材側に向かって開口して形成された環状溝によって磁気ギャップを形成すると共に、該磁気ギャップ内に挿入配置せしめたコイル部材を該第一の取付部材で支持せしめることにより、該コイル部材への通電に伴って生ぜしめられる電磁力に基づいて、第一の取付部材と第二の取付部材を接近／離間方向に相対変位せしめるようにした構造のものを採用したことを、特徴とする。このような本態様に従えば、例えば、本体マス部材の外周面に対して装着されて使用される能動型制振器等も、有利に実現され得る。
【００２０】
また、本発明の第六の態様は、前記第一乃至第四の何れかの態様に従う構造とされた能動型動的吸振器において、前記能動型制振器として、軸部材と該軸部材の外方に離間配置された外筒部材によって、前記第一の取付部材と前記第二の取付部材を構成すると共に、それら第一の取付部材と第二の取付部材の何れか一方に永久磁石を取り付けると共に、他方にコイル部材を取り付けて、該コイル部材への通電に伴って生ぜしめられる電磁力に基づいて、第一の取付部材と第二の取付部材を軸方向に相対変位せしめるようにした構造のものを採用したことを、特徴とする。このような本態様に従えば、例えば、本体マス部材に形成された収容凹所内に収容状態で配設されて使用される能動型制振器等も、有利に実現され得る。また、本態様に従う構造の能動型制振器においては、例えば、第二の取付部材に固定的に設けられる付加マス部材を環状として、その軸方向両側を、第一の取付部材に対して弾性連結部材で連結支持せしめることも出来るのであり、それによって、付加マス部材を一層安定して弾性支持することが出来ると共に、付加マス部材の振動状態の安定化、ひいては制振効果の更なる安定化が図られ得る。
【００２１】
また、本発明の第七の態様は、前記第一乃至第六の何れかの態様に従う構造とされた能動型動的吸振器において、前記能動型制振器として、前記第一の取付部材と前記第二の取付部材をゴム弾性体で弾性連結すると共に、非圧縮性流体が封入されてそれら両取付部材間への振動入力時に該非圧縮性流体が流動せしめられる流体封入領域を形成する一方、該流体封入領域の一部を加振板で構成して、該加振板を前記アクチュエータで変位駆動せしめることにより、該アクチュエータによる駆動力を非圧縮性流体を介して第一の取付部材と第二の取付部材に及ぼすようにしたのものを採用したことを、特徴とする。このような本態様に従えば、非圧縮性流体の共振作用を利用して、より大きな加振力を生ぜしめることが可能となるのであり、アクチュエータにおける電力等のエネルギ消費を十分に抑えつつ、本体マス部材（受動振動系）に対して有効な加振力を及ぼしめて、目的とする振動に対して有効な能動的制振効果を得ることが出来るのである。なお、本態様において、より効率的に加振力を得るためには、流体封入領域における流体の共振周波数が、建築構造物において防振すべき振動周波数と略同じになるように、流体封入領域の構造や封入される非圧縮性流体の密度、流体封入領域の壁ばね剛性（所定容積だけ変化させるのに必要とされる圧力変化量に対応する）等を調節することが望ましい。
【００２２】
また、本発明の第八の態様は、前記第一乃至第七の何れかの態様に従う構造とされた能動型動的吸振器において、前記建築構造物における防振すべき振動に対応した参照信号に基づいて、前記能動型制振器における前記アクチュエータの作動を制御する制御信号を生成する能動型制御装置を設けたことを、特徴とする。即ち、このような能動型制御装置を採用することによって、能動型動的吸振器において本体マス部材で構成された受動振動系を、建築構造物の振動状態に応じて高精度に加振制御せしめて、能動的な制振効果を安定して得ることが出来るのであり、建築構造物の振動状態が変化した場合でも、それに高精度に且つ速やかに対応して、有効な制振効果を得ることが可能となる。なお、かかる能動型制御装置による制御手法としては、例えば、建築構造物における振動が零に近づくようにフィードバック制御する他、予め得られたマップデータ等に基づいてフィードフォワード的に制御することも可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００２４】
先ず、図１及び図２には、本発明の第一の実施形態としての一般住宅用の能動型動的吸振器１０の全体概略構成が示されている。かかる動的吸振器１０は、それ自体が建築構造物に対する受動型制振器となる受動振動系１２と、該受動振動系１２に対する能動型制振器となる能動振動系１４を含んで構成されている。そして、能動振動系１４から受動振動系１２に対して、建築構造物において防振すべき振動に対応した加振力を及ぼすことにより、全体として、建築構造物における振動を相殺的乃至は干渉的に抑制するようになっている。
【００２５】
より詳細には、受動振動系１２は、建築構造物としての一般住宅の構造材１６に対して、本体マス部材としての本体マス１８が、弾性支持部材としての複数のゴムマウント２０で弾性支持されることによって構成されている。本体マス１８は、鉄系金属等の高比重材で形成されており、本実施形態では矩形ブロック形状を有している。また、ゴムマウント２０は、互いに離間して対向配置された両側取付金具２２，２４が、それらの対向面間に配設されたゴムブロック２６によって弾性的に連結された構造とされている。そして、合計四個のゴムマウント２０が、構造材１６と本体マス１８の鉛直方向対向面間に配されて、本体マス１８の四隅部分に配設されている。また、各ゴムブロック２６は、取付金具２２，２４の対向方向に延びる弾性中心軸が略鉛直方向に延びる状態で、一方の取付金具２２が本体マス１８に固着されると共に、他方の取付金具２４が構造材１６に固着されており、以て、四個のゴムマウント２０により、本体マス１８が構造材１６に対して弾性的に支持されている。
【００２６】
なお、各ゴムマウント２０においては、例えば、ゴムブロック２６の中心軸方向に離間して複数枚の補強板を埋設固着することも可能であり、それによって、本体マス１８の水平方向の支持ばね剛性の著しい増大を回避しつつ、鉛直方向での本体マス１８の支持強度を有利に確保することが出来る。
【００２７】
また、本実施形態では、ゴムブロック２６の質量や、各ゴムマウント２０のばね特性を調節することによって、かかる受動振動系１２における水平方向の共振周波数が、建築構造物において防振すべき振動の周波数、例えば２〜１０Hz程度の交通振動等に対応するようにチューニングされている。更にまた、かかる受動振動系１２は、鉛直方向に延びる弾性主軸が本体マス１８の略重心を通り、且つ水平方向に延びる二つの弾性主軸が、鉛直方向に延びる弾性主軸上で互いに直交するように設定することが望ましく、それによって、安定した振動形態が実現される。
【００２８】
更にまた、受動振動系１２の配設位置は、防振すべき建築構造物の振動モード等を考慮し、有効な制振効果が発揮される位置の構造材１６に装着することが望ましい。具体的には、例えば、２〜３階建ての一般住宅等の場合には、最上階の天井裏のスペースや、押入れ等のスペースを利用して有利に設置され得る。
【００２９】
一方、能動振動系１４は、図３に示されているように、第一の取付部材としての第一の取付金具２８と、第二の取付部材としての第二の取付金具３０が、中心軸方向で離間して対向配置されていると共に、それらの間に配設された弾性連結部材としての本体ゴム弾性体３２によって弾性的に連結された構造とされている。そして、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に組み込まれたアクチュエータとしての電磁式アクチュエータにより、両取付金具２８，３０に対して、それら両取付金具２８，３０を相互に接近／離隔せしめる方向の相対変位力（加振力）を及ぼすようになっている。
【００３０】
そこにおいて、第一の取付金具２８は、それぞれ円板形状を有する第一の板金具３４と第二の板金具３６が重ね合わされて、固定ボルト３８で相互に固定されることによって形成されている。また、第二の板金具３６の中央部分には、第一の板金具３４との重ね合わせ面に開口する収容凹所４０が形成されており、この収容凹所４０に頭部が収容されて軸方向外方に向かって脚部が突出せしめられた支持ボルト４２によって、ガイドロッド４４が固定されている。このガイドロッド４４は、金属等の硬質材で形成されて、略一定断面形状で直線的に延びており、第一の取付金具２８の中心軸上で軸方向外方に向かって突設されていると共に、その突出先端部には、軸直角方向に広がるストッパ部４６が一体形成されている。
【００３１】
また、第二の板金具３６の外面中央には、軸方向外方に向かってスカート状に広がるボビン４８が重ね合わされており、支持ボルト４２で固定されたガイドロッド４４によって、第二の板金具３６に固定されている。このボビン４８は、合成樹脂等の電気絶縁材で形成されており、軸方向の突出先端部に設けられた円筒状部には、コイル５０が巻回固着されている。
【００３２】
さらに、かかる第一の取付金具２８を構成する第一の板金具３４には、中央部分を軸方向に延びるボルト孔５２が形成されており、例えば、前記受動振動系１２を構成する本体マス１８に植設されたスタッドボルト５４を、このボルト孔５２に螺着することにより、第一の取付金具２８を本体マス１８の外周面に対して固定することが出来ようになっている。
【００３３】
一方、第二の取付金具３０は、連結金具５６と、付加マス部材としての付加マスブロック５８から構成されている。連結金具５６は、円環ブロック形状を有しており、第一の取付金具２８に対して、径方向外方に離間して同軸上に且つ軸方向に所定量だけ偏倚して配設されている。そして、第一の取付金具２８を構成する第二の板金具３６と連結金具５６が、本体ゴム弾性体３２で相互に連結されている。即ち、本体ゴム弾性体３２は、全体として円環板形状乃至はテーパ付円筒形状を有しており、その小径側端部の内周面に対して第一の取付金具２８の外周面が加硫接着されていると共に、その大径側端部の外周面に対して連結金具５６の内周面が加硫接着されている。なお、本体ゴム弾性体３２によって連結された第二の板金具３６と連結金具５６の対向面は、互いに斜め軸方向で対向する傾斜面とされている。
【００３４】
また、付加マスブロック５８は、鉄等の強磁性材で且つ高比重材からなる材質により、大径の円形ブロック形状をもって形成されており、中心軸上には、軸方向に貫通するガイド孔６０が形成されていると共に、このガイド孔６０には、摺動ブッシュ６２が組み込まれている。更にまた、付加マスブロック５８には、径方向の中間部分を周方向に連続して延びて軸方向一方の側（図１中の上側）に開口する環状凹溝６４が形成されており、この環状凹溝６４に永久磁石６６が挿入配置されて、環状凹溝６４の外周側壁部の内面に固着されている。なお、かかる永久磁石６６は、周方向に全周に亘って連続していても、また、不連続であっても良い。そして、この永久磁石６６には、内周面側と外周面側とに両磁極が設定されており、それによって、付加マスブロック５８において、全体としてドーナツ形状の磁路が形成されていると共に、この磁路上に環状凹溝６４が位置せしめられて全体として円筒形状の磁気ギャップが形成されている。なお、本実施形態では、付加マスブロック５８の外周面上に、更に、質量調節用の円筒形状の追加マスブロック６８が外嵌固定されている。
【００３５】
そして、かかる付加マスブロック５８は、第一の取付金具２８に対して同一中心軸上で離間して対向配置されており、その対向面において、連結金具５６に重ね合わされて連結ボルト７０で固定されることにより、本体ゴム弾性体３２を介して、第一の取付金具２８に弾性連結されている。即ち、これにより、付加マスブロック５８を含む第二の取付金具３０と本体ゴム弾性体３２によって一つの振動系が構成されているのであり、特に本時実施形態では、第二の取付金具３０の質量や、本体ゴム弾性体３２のばね特性を調節することによって、かかる能動振動系１４における中心軸方向の共振周波数が、建築構造物において防振すべき振動の周波数、例えば２〜１０Hz程度の交通振動等に対応するようにチューニングされている。また、付加マスブロック５８のガイド孔６０には、第一の取付金具２８に突設されたガイドロッド４４が摺動可能に挿通されており、以て、このガイドロッド４４による案内作用に基づいて、本体ゴム弾性体３２の弾性変形に伴い、付加マスブロック５８が、第一の取付金具２８に対して、中心軸上で接近／離間方向に安定して相対変位せしめられるようになっている。ここにおいて、上記振動系を構成する連結金具５６，付加マスブロック５８および追加マスブロック６８からなるマス系は、主たる振動系たる建築構造物に対する有効な加振反力を得るために、好適には主たる振動系の５％程度の質量に設定されるが、１〜数％の質量であっても、十分な加振反力を得ることが可能であり、具体的には、例えば一般住宅においては、１００kg前後〜数百kg程度でのマス系質量で十分な効果を得ることが出来、更に複数の動的吸振器１０を併せて採用する場合には、一つ当たりのマス系質量をより小さく設定することが出来る。
【００３６】
なお、付加マスブロック５８には、ガイド孔６０の開口部の外方において、第一の取付金具２８側に突出する円環形状の緩衝ゴム７２が固設されており、この緩衝ゴム７２を介して、付加マスブロック５８が第一の取付金具２８側（ボビン４８の底壁部）に当接することにより、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の軸方向での接近方向の相対変位量が緩衝的に制限されるようになっている。また、付加マスブロック５８におけるガイド孔６０の外方側（第一の取付金具２８と反対側）の開口端部には、大径凹所７４が形成されており、この大径凹所７４内に、ガイドロッド４４のストッパ部４６が収容配置されている。そして、第一の取付金具２８に対して第二の取付金具３０が離間方向に大きく相対変位せしめられた際、ガイドロッド４４のストッパ部４６が付加マスブロック５８の大径凹所７４の底面に当接することによって、それら両取付金具２８，３０の相対変位量が制限されるようになっている。なお、大径凹所７４の底面には、緩衝ゴム７６が設けられており、ガイドロッド４４のストッパ部４６が緩衝的に当接されるようになっている。
【００３７】
さらに、付加マスブロック５８の環状凹溝６４には、第一の取付金具２８によって支持されたコイル５０が挿入配置されており、環状凹溝６４の内周側壁面と、永久磁石６６で構成された環状凹溝６４の外周側壁面との径方向対向面間で、軸方向に変位可能に配設されている。また、このコイル５０には、給電用リード線７８を通じて、外部の制御装置８０から駆動電流が給電されるようになっており、コイル５０に駆動電流が通電されることにより、コイル５０と付加マスブロック５８の間に電磁力が生ぜしめられ、以て、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０に対して、中心軸上での接近／離間方向の相対変位力が及ぼされるようになっている。特に、コイル５０に通電する電流の方向を逆向きとすることによって、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に及ぼされる相対変位力を逆向きとすることが出来るのであり、コイル５０に交番電流を通電することによって、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０に対して相対的な加振力が及ぼされるようになっている。
【００３８】
そして、このような構造とされた能動振動系１４は、前述の如く第一の取付金具２８を受動振動系１２の本体マス１８にねじ固定すること等によって、図１及び図２に示されているように、本体マス１８の外周面上で、第一及び第二の取付金具２８，３０の中心軸が略水平方向に延びる状態で装着される。特に、本実施形態では、上述の如き構造とされた能動振動系１４が、合計三個用いられており、本体マス１８の長辺方向に延びる外周面上に二つと、短辺方向に延びる外周面上に一つ、それぞれ装着されている。これにより、各能動振動系１４において第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に生ぜしめられる相対的な加振力が、受動振動系１２における本体マス１８に対して、互いに略直交する二つの水平方向の加振力として及ぼされるようになっている。なお、特に本実施形態では、何れの水平方向の加振力も、本体マス１８における水平面内でのねじり方向の変位が可及的に防止されるように、受動振動系１２において鉛直方向に延びる弾性主軸に直交する方向に及ぼされるようになっている。
【００３９】
上述の如き構造とされた動的吸振器１０にあっては、能動振動系１４においてコイル５０に通電して第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の間に加振力を生ぜしめると、その加振反力が、受動振動系１２を構成する本体マス１８に及ぼされて、受動振動系１２が、対応した周波数で加振変位せしめられることとなる。それ故、建築構造物において防振すべき振動が生ぜしめられた際には、受動振動系１２が、それ自体でパッシブな動的吸振器として作用して受動的な制振効果を発揮し得ることに加えて、かかる受動振動系１２を、能動振動系１４により、建築構造物における防振すべき振動に対応した周波数と位相で加振することによって、相殺的乃至は干渉的な能動的防振効果をも発揮し得るのである。
【００４０】
なお、能動振動系１４を加振制御する制御装置８０は、防振すべき建築構造物の振動状態を検出した振動センサ８２の検出信号に基づいて、その振動に対して有効な制振効果を発揮し得るように、検出信号に対応した駆動電流を各能動振動系１４のコイル５０に出力するものであって、例えば、予め設定されたデータに基づいて、検出信号の大きさに対応した大きさの駆動電流を、検出信号に対して所定の位相差で給電することによりフィードフォワード的に制御するものや、或いは、検出信号に含まれる建築構造物の振動値を可及的に零にするように駆動電流の大きさ等をフィードバック制御するもの等が好適に採用され得る。
【００４１】
また、本実施形態では、複数個の能動振動系１４が、受動振動系１２に対して互いに直交する水平方向で加振力を及ぼす状態で装着されていることから、各方向に加振力を及ぼす能動振動系１４を選択的に加振することにより、何れかの能動振動系１４の加振方向と同一方向の加振力を受動振動系１２に及ぼすことが出来ることに加えて、各方向に加振力を及ぼす能動振動系１４を同時に加振することにより、各能動振動系１４の加振力の合力方向の加振力を受動振動系１２に及ぼすことが可能であり、それによって、建築構造物における任意の水平方向の振動に対して有効な制振効果を得ることが出来るのである。
【００４２】
そして、上述の如き動的吸振器１０においては、能動振動系１４として、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０を本体ゴム弾性体３２で弾性連結すると共に、それら両取付金具２８，３０間に電磁力による加振力を及ぼすようにした特定構造のものを採用したことにより、リニアベアリングやボールねじ等の複雑な機構を必要とすることなく、かかる能動振動系１４を構成することが出来るのであり、それ故、目的とする動的吸振器１０の構造の簡略化とコンパクト化が有利に達成され得るのである。
【００４３】
しかも、かかる動的吸振器１０においては、摺動機構やボールねじ機構等のように部材同士の直接的な当接によって荷重や力を伝達する構造を有していないことから、部材の摩耗や損傷等に起因する作動不良が有利に回避されて、優れた耐久性と安定した作動性が発揮され得る。
【００４４】
また、かかる動的吸振器１０では、能動振動系１４において、第一の取付金具２８と第二の取付金具３０の相対変位が、本体ゴム弾性体３２の弾性変形に基づいて許容されるようになっていると共に、それら両取付金具２８，３０間に対する加振力が、機械的な伝動機構等を介することなく、電磁力によって直接に及ぼされるようになっていることから、かかる能動振動系１４から受動振動系１２に及ぼされる加振力を、高周波数域まで安定して制御することが出来るのであり、それ故、例えば小型の建築構造物における交通振動等に対しても有効な能動的制振効果を安定して得ることが出来るのである。
【００４５】
次に、図４及び図５には、本発明の第二の実施形態としての一般住宅用の能動型動的吸振器９０の全体概略構成が示されている。なお、本実施形態では、前記第一の実施形態としての能動型動的吸振器１０と略同じ受動振動系１２を備えており、能動振動系の別の具体的構造例を示すものであることから、第一の実施形態と同様な構造とされた部材および部位については、それぞれ、図中に、第一の実施形態と同一の符号を付することにより、それらの詳細な説明を省略する。
【００４６】
すなわち、本実施形態の能動型動的吸振器９０に採用されている能動振動系９２の詳細構造が、図６に示されている。かかる能動振動系９２は、第一の取付部材としての小径円筒形状の内筒金具９４と、第二の取付部材としての大径円筒形状の外筒金具９６が、互いに径方向に離間して対向配置されていると共に、軸方向両端部にそれぞれ配設された弾性連結部材としての一対の板ばね９８，９８で、軸方向に相対変位可能に弾性連結された構造を有している。
【００４７】
より詳細には、内筒金具９４は、金属等の剛性材で形成されたストレートな円管形状を有しており、軸方向の中央部分には、全体として厚肉円筒形状を有する磁石部材９９が外挿されて固定的に取り付けられている。この磁石部材９９は、軸方向両端面に両磁極が設定された円環形状の永久磁石１００に対して、それぞれ円環ブロック形状を有する強磁性材からなるヨーク１０２，１０２が、軸方向両側から密接状に重ね合わされた構造を有している。そして、かかる磁石部材９９は、内筒金具９４に外挿固定されている。
【００４８】
一方、外筒金具９６は、金属等の剛性材で形成されたストレートな大径円筒形状を有しており、その軸方向の中央部分には、空芯コイル構造のコイル部材１０４が内挿されて固定的に取り付けられている。このコイル部材１０４は、二つのコイル１０６，１０６を備えており、それらのコイル１０６，１０６が軸方向に離間して同一中心軸上に配設されると共に、何れも強磁性材で形成された略円環板形状の積層板１０８の複数枚が、それらのコイル１０６，１０６の間と軸方向両側にそれぞれ重ね合わされている。要するに、それら二つのコイル１０６，１０６と複数の積層板１０８が、全体として所定の軸方向長さを有する厚肉円筒形状となるように、互いに軸方向に積み重ねられているのであり、以て、全体として実質的に一つの空芯構造のコイル部材１０４が構成されている。そして、かかるコイル部材１０４は、外筒金具９６に内挿固定されている。
【００４９】
また、内筒金具９４に固設された磁石部材９９と、外筒金具９６に固設されたコイル部材１０４は、径方向で離間して対向位置されている。なお、コイル部材１０４は、軸方向長さが磁石部材９９よりも僅かに大きくされていると共に、該コイル部材１０４の軸方向両端面には、径方向内方に突出する円環板形状のストッパ金具１１０，１１０が固設されており、これらのストッパ金具１１０，１１０の内周縁部が、磁石部材９９の軸方向端面に対して、軸方向両側に離間して対向位置せしめられている。そして、磁石部材９９のストッパ金具１１０，１１０への当接により、磁石部材９９とコイル部材１０４の軸方向の相対変位量、ひいては内筒金具９４と外筒金具９６の軸方向の相対変位量が制限されるようになっている。なお、各ストッパ金具１１０の軸方向内面には、緩衝ゴム１１２が固着されており、磁石部材９９の当接時の衝撃が緩和されるようになっている。
【００５０】
さらに、内筒金具９４の軸方向両端部と、外筒金具９６の軸方向両端部との間には、それぞれ、薄肉の円環板形状を有する金属製の板ばね９８が配設されており、該板ばね９８の内周縁部が内筒金具９４に固定されると共に、外周縁部が外筒金具９６に固定されることにより、内外筒金具９４，９６が、同一中心軸上で保持されていると共に、板ばね９８，９８の弾性変形に基づいて、軸方向に相対変位可能に弾性連結されている。なお、これらの板ばね９８，９８には、板厚方向に貫通するスリットが、適当な形状をもって適宜に形成されることにより、ばね特性が調節される。
【００５１】
なお、本実施形態では、外筒金具９６の外周面上に全体として略円筒形状を有する付加マスブロック１１４が外嵌固定されており、コイル部材１０４と付加マスブロック１１４を含む外筒金具９６によって、付加マス部材が構成されている。
【００５２】
すなわち、本実施形態の能動振動系９２においては、コイル部材１０４のコイル１０６，１０６に通電すると、コイル部材１０４の軸方向両側に磁極が形成されることにより、磁石部材９９における永久磁石１００および両側ヨーク１０２，１０２に対して、磁力による吸引乃至は反発力が及ぼされ、或いはまた、磁石部材９９による磁界中に配されたコイル１０６，１０６への通電電流に対してローレンツ力が及ぼされ、その結果、コイル部材１０４と磁石部材９９の間に、軸方向の相対的な駆動力が及ぼされることとなり、板ばね９８，９８の弾性変形に基づいて、それらコイル部材１０４と磁石部材９９に対して軸方向の相対変位が生ぜしめられることとなる。それ故、コイル部材１０４のコイル１０６，１０６に交番電流を給電すれば、コイル部材１０４の上下両側の磁極が変化することにより、コイル部材１０４と磁石部材９９の間に軸方向の加振力が生ぜしめられることとなる。
【００５３】
従って、かかる能動振動系９２を、図４及び図５に示されているように、本体マス１８の上面に突出して固設された一対の支持板１１６，１１６間に配設して、例えば内筒金具９４に挿通された固定ボルト１１８（図６参照）によって、内筒金具９４をそれら支持板１１６，１１６に固定せしめて、能動振動系９２の中心軸が、建築構造物において防振すべき振動方向となるようにして、受動振動系１２に装着すれば、かかる能動振動系９２に生ぜしめられる加振力を受動振動系１２に及ぼしめることにより、前記実施形態と同様な能動的な制振効果を得ることが出来るのである。
【００５４】
また、本実施形態の動的吸振器９０においても、前記第一の実施形態に係る動的吸振器と同様な各種の効果が、有効に発揮されることは、勿論である。
【００５５】
なお、本実施形態では、単一の能動振動系９２を受動振動系１２に装着した場合について説明したが、前記第一の実施形態と同様に、複数の能動振動系９２を装着することも、勿論、可能である。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、これらの実施形態における具体的記載によって、何等、限定的に解釈されるものでない。
【００５７】
例えば、複数の能動振動系を装着する場合には、それら各能動振動系に対して異なる周波数チューニングを施すことも可能であり、建築構造物において防振すべき振動周波数が変化する場合に、それに対応した周波数チューニングが施された能動振動系を選択的に利用することも有効である。
【００５８】
また、前記実施形態では、何れも、受動振動系１２の本体マス１８の外面上に、能動振動系１４，９２が突出して装着されていたが、例えば、図７や図８に示されているように、本体マス１８において、その外周面に開口する収容凹所１２０を形成し、該収容凹所１２０内に能動振動系１４，９２を収容配置しても良い。
【００５９】
更にまた、前記第一の実施形態において、能動振動系１４を、本体マス１８を挟んだ両側面に対向位置して配設することも可能であり、それによって、同一方向に加振力を及ぼす能動振動系１４を、より効率的に複数装着することが出来る。
【００６０】
加えて、本発明は、一階建てや二階建て以上の一般住宅の他、集合住宅や事務所、倉庫、ビル、タワー等、各種の小形乃至大形の建築構造物用の能動型動的吸振器として、何れも適用可能であることは、言うまでもない。
【００６１】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。
【００６２】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、本発明に従う構造とされた能動型動的吸振器においては、受動振動系を構成する本体マス部材に対して加振力を及ぼす能動振動系を、特定構造の能動型制振器によって構成したことにより、リニアベアリングやボールねじ等の複雑な機構を必要とすることなく、かかる能動振動系を構成し得たのであり、それによって、構造の簡略化とコンパクト化が高度に達成されると共に、耐久性と作動安定性の飛躍的な向上が図られ得るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態としての動的吸振器を示す正面図である。
【図２】図１に示された動的吸振器の平面図である。
【図３】図１に示された動的吸振器を構成する能動振動系を拡大して示す縦断面図である。
【図４】本発明の第二の実施形態としての動的吸振器を示す正面図である。
【図５】図４に示された動的吸振器の平面図である。
【図６】図４に示された動的吸振器を構成する能動振動系を拡大して示す縦断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態としての動的吸振器を示す正面図である。
【図８】本発明の更に別の実施形態としての動的吸振器を示す正面図である。
【符号の説明】
１０，９０  動的吸振器
１２  受動振動系
１４，９２  能動振動系
１８  本体マス
２０  ゴムマウント
２８  第一の取付金具
３０  第二の取付金具
３２  本体ゴム弾性体
５０  コイル
５８  付加マスブロック
６６  永久磁石
６８  追加マスブロック
９４  内筒金具
９６  外筒金具
９８  板ばね
９９  磁石部材
１０４  コイル部材
１１４  付加マスブロック
【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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