制振装置
【課題】可動マスの制振力を増幅可能な振動数領域を広げることができる制振装置を得ることを目的とする。
【解決手段】制振装置１０は、２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂと、第１弾性部材１４と、第２弾性部材１６と、アクチュエータ１８とを備えている。２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂは第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結されており、直列に連結された２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂのうち、列の先頭（一端）にある可動マス１２Ａが第２弾性部材１６によって振動体３０と連結されている。また、第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結された２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂのうち、列の後尾（他端）にある可動マス１２Ｂと、当該可動マス１２Ｂと第１弾性部材１４によって連結された可動マス１２Ａとがアクチュエータ１８によって連結されている。
【解決手段】制振装置１０は、２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂと、第１弾性部材１４と、第２弾性部材１６と、アクチュエータ１８とを備えている。２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂは第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結されており、直列に連結された２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂのうち、列の先頭（一端）にある可動マス１２Ａが第２弾性部材１６によって振動体３０と連結されている。また、第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結された２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂのうち、列の後尾（他端）にある可動マス１２Ｂと、当該可動マス１２Ｂと第１弾性部材１４によって連結された可動マス１２Ａとがアクチュエータ１８によって連結されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ、ポンプ、搬送装置等の設備機械の振動や、地震等による建物の振動を低減する装置としてハイブリッド・マス・ダンパ（ＨＭＤ）が知られている。この種のＨＭＤとしては、例えば、特許文献１〜３に開示された能動型制振器が知られている。この能動型制振器では、制振対象物に弾性支持された第１のマス金具と、当該第１のマス金具に弾性支持された第２のマス金具によって２自由度の振動系を構成し、固有振動数を２つ（１次固有振動数、２次固有振動数）にしている。これにより、共振によって制振力が増幅される振動数領域を広くし、制振対象物を制振可能な振動数領域を広くしている。
【０００３】
また、ＨＭＤではないが、特許文献４には、可動基礎に弾性支持された第１物体と、当該第１物体に弾性支持された第２物体によって２自由度の振動系を構成した振動制御装置が開示されている。この振動制御装置では、アクチュエータによって第１物体及び第２物体を加振することにより、可動基礎から伝播された第１物体及び第２物体の振動を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７３７１５号公報
【特許文献２】特開２００１−２００８８５号公報
【特許文献３】特開２００５−３３７４９７号公報
【特許文献４】特開平３−７４６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３に開示された能動型制振器では、１次固有振動数と２次固有振動数との間隔が狭く、共振によって制振力が増幅される振動数領域を充分に広げることができない。
【０００６】
また、特許文献４に開示された振動制御装置は、可動基礎から第１物体及び第２物体へ伝播される振動を低減（除振）するものであり、可動基礎の振動を低減することはできない。
【０００７】
本発明は、上記の事実を考慮し、可動マスの制振力を増幅可能な振動数領域を広げることができる制振装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の制振装置は、振動体の加振力を打ち消す制振力を発生する複数の可動マスと、前記可動マスを直列に連結する第１弾性部材と、前記直列の先頭の前記可動マスを前記振動体に該振動体の振動方向へ振動可能に連結する第２弾性部材と、前記直列の後尾の前記可動マスと、該可動マスに前記第１弾性部材で連結された他の前記可動マスとに連結され、前記制振力を増幅するように前記可動マス同士を前記振動方向へ加振するアクチュエータと、を備えている。
【０００９】
請求項１に係る制振装置によれば、第１弾性部材によって直列に連結された複数の可動マスのうち、列の先頭の可動マスと振動体とが第１弾性部材によって連結されている。これにより、多自由度の振動系が構成されている。また、直列に連結された列の後尾の可動マスと当該可動マスと第１弾性部材によって連結された可動マスとがアクチュエータによって加振される。
【００１０】
このように多自由度の振動系を構成し、かつ、アクチュエータによって列の後尾の可動マスと当該可動マスと隣接する可動マスとを加振することにより、従来（例えば、特許文献１〜３）の構成と比較して、複数の固有振動数の間隔を広げることができる。即ち、可動マスの制振力を増幅可能な振動数領域を広げることができる。従って、振動体を制振可能な振動数領域を広げることができる。
【００１１】
請求項２に記載の制振装置は、請求項１に記載の制振装置において、前記振動体の加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサで検出された加速度に応じて、前記アクチュエータの加振力を増減する制御手段と、を備えている。
【００１２】
請求項２に係る制振装置によれば、制御手段が、加速度センサで検出された振動体の加速度に応じてアクチュエータの加振力を増減することにより、可動マスの制振力が増幅される。従って、制振可能な振動体の振動数領域を広げることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、上記の構成としたので、可動マスの制振力を増幅可能な振動数領域を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る制振装置の振動モデルを示す模式図であり、（Ｂ）は比較例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図である。
【図２】振動体の振動数と、本発明の一実施形態に係る制振装置及び比較例に係る制振装置の制振力の増幅倍率との関係を示すグラフである。
【図３】（Ａ）は本発明の変形例に係る振動モデルを示す模式図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は比較例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図である。
【図４】振動体の振動数と、本発明の変形例に係る制振装置及び比較例に係る制振装置の制振力の増幅倍率との関係を示すグラフである。
【図５】（Ａ）は本発明の変形例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）は比較例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図である。
【図６】振動体の振動数と、本発明の変形例に係る制振装置及び比較例に係る制振装置の制振力の増幅倍率との関係を示すグラフである。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の変形例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図である。
【図８】本発明の一実施形態の変形例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図である。
【図９】（Ａ）は本発明の実施例に係る制振装置を示す図９（Ｂ）の９Ａ−９Ａ線断面図であり、（Ｂ）は本発明の実施例に係る制振装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る制振装置について説明する。なお、各図において適宜示される矢印Ｖは、振動体の振動方向（上下方向）を示している。
【００１６】
図１（Ａ）には、一実施形態に係る制振装置１０の振動モデルが示されている。この制振装置１０は、いわゆるＨＭＤ（ハイブリッド・マス・ダンパ）と同様の原理により振動体３０の振動を低減（制振）するものである。なお、本実施形態では、振動体３０が床スラブで構成されているが、本実施形態に係る制振装置１０は、例えば、モータ、ポンプ、搬送装置等のように振動源を有する設備機械等の振動体や、地震等の外力によって振動する建物等の振動体にも適用可能である。
【００１７】
制振装置１０は、２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂと、第１弾性部材１４と、第２弾性部材１６と、アクチュエータ１８と、加速度センサ２０と、制御手段（制御部）２２とを備えている。可動マス１２Ａは、第２弾性部材１６を介して振動体３０の上に載置されている。第２弾性部材１６は、例えばコイルばね、天然ゴム、合成ゴム、シリコン等の弾性体で構成され、伸縮方向を振動体３０の振動方向（矢印Ｖ方向）にして振動体３０と可動マス１２Ａとの間に配置されている。この第２弾性部材１６によって、可動マス１２Ａと振動体３０とが連結されると共に、可動マス１２Ａが振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。
【００１８】
可動マス１２Ｂは、第１弾性部材１４を介して可動マス１２Ａの上に載置されている。第１弾性部材１４は、第２弾性部材１６と同様に、例えばコイルばね、天然ゴム、合成ゴム、シリコン等の弾性体で構成され、伸縮方向を振動体３０の振動方向（矢印Ｖ方向）にして可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとの間に配置されている。この第１弾性部材１４によって、可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとが連結されると共に、可動マス１２Ｂが振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。
【００１９】
このように２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂは第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結されており、直列に連結された２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂのうち、列の先頭（一端）にある可動マス１２Ａが第２弾性部材１６によって振動体３０と連結されている。これらの可動マス１２Ａ，１２Ｂ、第１弾性部材１４、及び第２弾性部材１６によって、２自由度２質点系の振動系が構成されている。なお、図１（Ａ）には、第１弾性部材１４及び第２弾性部材１６のバネ定数１４ｋ，１６ｋ及び減衰係数１４ｃ，１６ｃがそれぞれ模式的に示されている。
【００２０】
ここで、本実施形態では、可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとがアクチュエータ１８によって連結されている。即ち、第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結された２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂのうち、列の後尾（他端）にある可動マス１２Ｂと、当該可動マス１２Ｂと第１弾性部材１４によって連結された可動マス１２Ａとがアクチュエータ１８によって連結されている。また、可動マス１２Ａ及び第１弾性部材１４で構成された１自由度の振動系に、可動マス１２Ｂ及び第２弾性部材１６で構成された１自由度の振動系が積層されて２自由度の振動系が構成されていると捉えた場合、この２自由度の振動系の最上層を構成する最上層可動マスとしての可動マス１２Ｂと、当該可動マス１２Ｂと隣接する隣接可動マスとしての可動マス１２Ａとがアクチュエータ１８によって連結されている。
【００２１】
アクチュエータ１８は可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとに連結され、これらの可動マス１２Ａ，１２Ｂを振動方向（矢印Ｖ方向）に加振可能になっている。このアクチュエータ１８によって、例えば、可動マス１２Ａ，１２Ｂを振動体３０と逆位相に振動するように加振し、各可動マス１２Ａ，１２Ｂに制振力（慣性力）ＦＡ，ＦＢを発生させることにより、振動体３０の加振力（慣性力）が打ち消されるようになっている。このアクチュエータ１８には、フィードバック回路を有する電気回路等で構成された制御手段２２が接続されている。制御手段２２は、振動体３０の加速度（振動加速度）に応じて可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢが増幅するように、アクチュエータ１８の加振力（以下、「制御力ｆａ」という）をフィードバック制御するものである。
【００２２】
具体的には、制御手段２２には振動体３０の加速度を検出する加速度センサ２０が接続されている。加速度センサ２０は振動体３０に取り付けられており、検出した振動体３０の加速度（加速度情報）を制御手段２２に出力するようになっている。この加速度に基づいて、制御手段２２がアクチュエータ１８の制御力ｆａを算出すると共に、算出された制御力ｆａでアクチュエータ１８に振動体３０を加振させる制御信号を生成し、アクチュエータ１８に出力する。この制御信号に基づいて、アクチュエータ１８が制御力ｆａで可動マス１２Ａ，１２Ｂを加振することにより、各可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢが増幅されるようになっている。
【００２３】
なお、アクチュエータ１８の制御方法としては、例えば、古典的なＰＩＤ制御や周波数整形フィルタ、あるいはＨ∞制御（Ｈ−ｉｎｆｉｎｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）などの現代制御理論等を用いることができる。また、アクチュエータ１８としては、例えば、リニアモータ、ピエゾアクチュエータ、サーボモータ等を用いることができる。
【００２４】
次に、比較例と対比しながら本実施形態に係る制振装置の作用及び効果について説明する。
【００２５】
図１（Ｂ）には、比較例としての制振装置１００が示されている。この制振装置１００は、アクチュエータ１０２の配置が本実施形態に係る制振装置１０と異なっており、振動体３０と可動マス１２Ａとの間に設けられたアクチュエータ１０２によって、可動マス１２Ａが振動体３０の振動方向へ加振されるようになっている。また、アクチュエータ１０２には、当該アクチュエータ１０２の制御力ｆａを制御する制御手段１０４が接続されている。なお、制振装置１００の他の構成は、本実施形態に係る制振装置１０と同様である。
【００２６】
また、図２には、振動体３０の振動数と、本実施形態に係る制振装置１０及び比較例に係る制振装置１００の制振力の増幅倍率との関係を表す解析結果（両対数グラフ）が示されている。なお、制振力の増幅倍率とは、振動体３０の加振力Ｆ（図１（Ａ）参照）に対する制振装置１０，１００の制振力ＦＡ，ＦＢ（図１（Ａ）参照）の増幅倍率である。また、本解析では、各制振装置１０，１００の固有振動数が１０Ｈｚに設定されると共に、各可動マス１２Ａ，１２Ｂの質量、第１弾性部材１４及び第２弾性部材１６のばね定数１４ｋ，１６ｋ、減衰係数１４ｃ，１６ｃ等は、ＰＳＯ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｗａｒｍ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ)等の組み合わせ最適化手法を用いて、増幅倍率が５倍以上になる振動数領域が最も広くなるように設定されている。
【００２７】
図２から分かるように、本実施形態に係る制振装置１０及び比較例に係る制振装置１００では、２自由度の振動系が構成されているため、固有振動数１０Ｈｚの前後に２つのピーク（１次固有振動数、２次固有振動数）が現れており、図示しない一般的な１自由度の振動系と比較して可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢが増幅される振動数領域が広くなっている。しかしながら、比較例に係る制振装置１００では、例えば、制振力ＦＡ，ＦＢの増幅倍率が５倍以上になる振動体３０の振動数領域が、約９Ｈｚ〜１１Ｈｚと狭くなっている。
【００２８】
これに対して本実施形態に係る制振装置１０では、比較例に係る制振装置１００と比較して、固有振動数１０Ｈｚの前後に現れた２つのピークの間隔（１次固有振動数と２次固有振動数との間隔）が広く、制振力ＦＡ，ＦＢの増幅倍率が５倍以上になる振動体３０の振動数領域が約７Ｈｚ〜１５Ｈｚとなっており、比較例に係る制振装置１００よりも広い振動数領域で可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢが増幅されている。
【００２９】
このように本実施形態に係る制振装置１０では、最上層可動マスとしての可動マス１２Ｂと隣接可動マスとしての可動マス１２Ａとの間にアクチュエータ１８を設けることにより、可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢを増幅可能な振動数領域を広げることができる。従って、振動体３０の振動を広い振動数領域に渡って低減することができる。特に、振動体３０が複数の振動モードを有する場合に、その振動を効率的に低減することができる。
【００３０】
また、本実施形態に係る制振装置１０では、比較例に係る制振装置１００よりも２つのピーク（１次固有振動数、２次固有振動数）における制振力ＦＡ，ＦＢの増幅倍率が大きくなっている。このように本実施形態に係る制振装置１０では、可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢを効率的に増幅することができる。換言すると、本実施形態に係る制振装置１０では、より小さなアクチュエータ１０２の制御力ｆａで、比較例に係る制振装置１００と同等以上の制振力ＦＡ，ＦＢを発生することができる。従って、アクチュエータ１０２の消費電力等を削減することができる。
【００３１】
次に、一実施形態に係る制振装置の変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成のものは同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。また、以下の説明で参照する各図では、加速度センサ２０及び制御手段２２の図示を省略している。
【００３２】
上記実施形態に係る制振装置１０では、２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂ等によって２自由度の振動系を構成したがこれに限らず、３自由度以上の振動系を構成しても良い。例えば、図３（Ａ）には、３つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃ等によって３自由度３質点系の振動系が構成された制振装置５０の振動モデルが示されている。
【００３３】
制振装置５０では、可動マス１２Ｃが第１弾性部材１４を介して可動マス１２Ｂの上に載置されており、この第１弾性部材１４によって可動マス１２Ｃが振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。即ち、制振装置５０では、２つの第１弾性部材１４によって３つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃが力学的に直列に連結されており、直列に連結された３つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃのうち、列の先頭（一端）にある可動マス１２Ａが第２弾性部材１６によって振動体３０に連結されている。これにより、３自由度の振動系が構成されている。
【００３４】
また、本変形例に係る制振装置５０では、力学的に直列に連結された３つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃのうち、列の後尾（他端）にある可動マス１２Ｃと、当該可動マス１２Ｃと第１弾性部材１４によって連結された可動マス１２Ｂとがアクチュエータ１８によって連結されている。また、各可動マス１２Ａ〜１２Ｃが構成する３つの１自由度の振動系が積層されて３自由度の振動系が構成されていると捉えた場合、本変形例に係る制振装置５０では、可動マス１２Ｃが３自由度の振動系の最上層を構成する最上層可動マスとなり、当該可動マス１２Ｃと隣接する可動マス１２Ｂが隣接可動マスとなる。このアクチュエータ１８によって可動マス１２Ｂ，１２Ｃを振動体３０の振動方向へ加振することにより、各可動マス１２Ａ〜１２Ｃが制振力を発生するようになっている。また、アクチュエータ１８には制御手段２２（図１（Ａ）参照）が接続されており、制御手段２２が振動体３０の加速度に応じてアクチュエータ１８の制御力ｆａを制御することにより、可動マス１２Ａ〜１２Ｃの制振力が増幅されるようになっている。
【００３５】
一方、図３（Ｂ）には比較例１としての制振装置１１０の振動モデルが示されており、図３（Ｃ）には、比較例２としての制振装置１１２の振動モデルが示されている。これらの比較例１，２に係る制振装置１１０，１１２は、アクチュエータ１０２の配置が本実施形態に係る制振装置１０と異なっている。
【００３６】
即ち、図３（Ｂ）に示される制振装置１１０では、可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとの間に設けられたアクチュエータ１０２によって、可動マス１２Ａ，１２Ｂが振動体３０の振動方向へ加振されるようになっている。また、図３（Ｃ）に示される制振装置１１２では、振動体３０と可動マス１２Ａとの間に設けられたアクチュエータ１０２によって、可動マス１２Ａが振動体３０の振動方向へ加振されるようになっている。
【００３７】
ここで、図４には、振動体３０の振動数と、本変形例に係る制振装置５０及び比較例１，２に係る制振装置１１０，１１２の制振力の増幅倍率との関係を表す解析結果（両対数グラフ）が示されている。なお、本解析では、図２で説明した解析結果と同様に、各制振装置５０，１１０，１１２の固有振動数が１０Ｈｚに設定されると共に、各可動マス１２Ａ〜１２Ｃの質量、第１弾性部材１４及び第２弾性部材１６のばね定数１４ｋ，１６ｋ、減衰係数１４ｃ，１６ｃ等は、ＰＳＯ等の組み合わせ最適化手法を用いて、増幅倍率が５倍以上になる振動数領域が最も広くなるように設定されている。
【００３８】
図４から分かるように、本変形例に係る制振装置５０では、比較例１，２に係る制振装置１１０，１１２と比較して、１次固有振動数と３次固有振動数との間隔が広くなっている。即ち、本変形例に係る制振装置５０では、比較例に係る制振装置１００よりも広い振動数領域で各可動マス１２Ａ〜１２Ｃの制振力が増幅されている。
【００３９】
また、本変形例に係る制振装置５０では、制振力の増幅倍率が５倍以上となる振動体３０の振動数領域が約５．６Ｈｚ〜１８Ｈｚとなっており、上記実施形態に係る制振装置１０の解析結果（図２参照）よりも広い振動数領域に渡って可動マス１２Ａ〜１２Ｃの制振力が増幅されている。
【００４０】
このように本変形例に係る制振装置５０では、最上層可動マスとしての可動マス１２Ｃと隣接可動マスとしての可動マス１２Ｂとの間にアクチュエータ１８を設けることにより、各可動マス１２Ａ〜１２Ｃの制振力を増幅可能な振動数領域を広げることができる。更に、３つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃ等によって３自由度の振動系を構成したことにより、２自由度の振動系が構成された制振装置１０（図１（Ａ）参照）よりも広い振動数領域に渡って可動マス１２Ａ〜１２Ｃの制振力を増幅することができる。
【００４１】
次に、図５（Ａ）には、他の変形例として、４つの可動マス１２Ａ〜１２Ｄ等によって４自由度４質点系の振動系が構成された制振装置５２の振動モデルが示されている。
【００４２】
この制振装置５２では、可動マス１２Ｄが第１弾性部材１４を介して可動マス１２Ｃの上に載置されており、この第１弾性部材１４によって可動マス１２Ｄが振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。即ち、制振装置５２では、３つの第１弾性部材１４によって４つの可動マス１２Ａ〜１２Ｄが力学的に直列に連結されており、直列に連結された４つの可動マス１２Ａ〜１２Ｄのうち、列の先頭（一端）にある可動マス１２Ａが第２弾性部材１６によって振動体３０と連結されている。これにより、４自由度の振動系が構成されている。
【００４３】
また、本変形例に係る制振装置５２では、力学的に直列に連結された４つの可動マス１２Ａ〜１２Ｄのうち、列の後尾（他端）にある可動マス１２Ｄと、当該可動マス１２Ｄと第１弾性部材１４によって連結された可動マス１２Ｃとがアクチュエータ１８によって連結されている。また、本変形例に係る制振装置５２では、可動マス１２Ｄが４自由度の振動系の最上層を構成する最上層可動マスとなり、可動マス１２Ｃが隣接可動マスとなる。このアクチュエータ１８によって可動マス１２Ｃ，１２Ｄを振動体３０の振動方向へ加振することにより、各可動マス１２Ａ〜１２Ｄが制振力を発生するようになっている。なお、アクチュエータ１８には制御手段２２（図１（Ａ）参照）が接続されている。
【００４４】
一方、図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）には、比較例１〜３としての制振装置１２０，１２２，１２４の振動モデルがそれぞれ示されている。これらの比較例１〜３に係る制振装置１２０，１２２，１２４は、本変形例に係る制振装置５２とアクチュエータ１０２の配置が異なっている。
【００４５】
即ち、図５（Ｂ）に示される比較例１としての制振装置１２０では、可動マス１２Ｂと可動マス１２Ｃとの間にアクチュエータ１０２が設けられ、図５（Ｃ）に示される比較例２としての制振装置１２２では、可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとの間にアクチュエータ１０２が設けられ、図５（Ｄ）に示される比較例３としての制振装置１２４では、振動体３０と可動マス１２Ａとの間にアクチュエータ１０２が設けられている。
【００４６】
ここで、図６には、振動体３０の振動数と、本変形例に係る制振装置５２及び比較例１〜３に係る制振装置１２０，１２２，１２４の制振力の増幅倍率との関係を表す解析結果（両対数グラフ）が示されている。なお、本解析では、図２で説明した解析結果と同様に、各制振装置１２０，１２２，１２４の固有振動数が１０Ｈｚに設定されると共に、各可動マス１２Ａ〜１２Ｄの質量、第１弾性部材１４及び第２弾性部材１６のばね定数１４ｋ，１６ｋ、減衰係数１４ｃ，１６ｃ等は、ＰＳＯ等の組み合わせ最適化手法を用いて、増幅倍率が５倍以上になる振動数領域が最も広くなるように設定されている。
【００４７】
図６から分かるように、本変形例に係る制振装置５２では、比較例１〜３に係る制振装置１２０，１２２，１２４と比較して、１次固有振動数と４次固有振動数との間隔が広くなっている。即ち、本変形例に係る制振装置５２では、比較例に係る制振装置１２０，１２２，１２４よりも広い振動数領域で可動マス１２Ａ〜１２Ｄの制振力が増幅されている。
【００４８】
また、本変形例に係る制振装置５２では、制振力の増幅倍率が５倍以上となる振動体３０の振動数領域が約４．５〜２２Ｈｚとなっており、３自由度の振動系が構成された制振装置５０（図３（Ａ）参照）よりも広い振動数領域に渡って可動マス１２Ａ〜１２Ｄの制振力が増幅されている。
【００４９】
このように本変形例に係る制振装置５２では、最上層可動マスとしての可動マス１２Ｄと、隣接可動マスとしての可動マス１２Ｃとの間にアクチュエータ１８を設けることにより、各可動マス１２Ａ〜１２Ｄの制振力を増幅可能な振動数領域を広げることができる。更に、４つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃ等によって４自由度の振動系を構成したことにより、上記変形例に係る制振装置５０（図３（Ａ）参照）よりも更に広い振動数領域に渡って可動マス１２Ａ〜１２Ｄの制振力を増幅することができる。
【００５０】
以上のことから、振動系の自由度が大きくなるに従って、複数の可動マス１２Ａ，１２Ｂ等の制振力を増幅可能な振動数領域が広がることが分かる。従って、振動体３０が発生する振動の振度数領域に応じて、可動マス１２Ａ，１２Ｂ等の数を増減して振動系の自由度を増減することにより、振動体３０の振動を効率的に低減することができる。
【００５１】
次に、上記実施形態では、振動体３０が上下方向（図１（Ａ）において矢印Ｖ方向）に振動する場合を例に説明したがこれに限らない。例えば、図７（Ａ）には、水平方向（矢印Ｖ方向）に振動する振動体３０の振動を低減する制振装置５４の振動モデルが示されている。
【００５２】
この制振装置５４では、可動マス１２Ａが第２弾性部材１６を介して水平方向（矢印Ｖ方向）へ振動可能に振動体３０に支持され、可動マス１２Ｂが第１弾性部材１４を介して水平方向へ振動可能に可動マス１２Ａに支持されている。また、最上層可動マスとしての可動マス１２Ｂと、隣接可動マスとしての可動マス１２Ａとの間にはアクチュエータ１８が設けられており、このアクチュエータ１８によって各可動マス１２Ａ，１２Ｂが水平方向に加振されるようになっている。
【００５３】
このように各可動マス１２Ａ，１２Ｂは振動体３０の振動方向へ振動可能に振動体３０に支持されていれば良く、また、アクチュエータ１８は可動マス１２Ａ，１２Ｂを振動体３０の振動方向へ加振可能であれば良い。
【００５４】
次に、上記実施形態では、床スラブ等の振動体３０の上に制振装置１０を設置した場合を例に説明したがこれに限らない。例えば、図７（Ｂ）には、床スラブ等の振動体３０の下面に設置された制振装置５６が示されている。
【００５５】
この制振装置５６では、可動マス１２Ａが、第２弾性部材１６によって振動体３０の下面に吊り下げられると共に、振動体３０の振動方向（矢印Ｖ方向）へ振動可能に支持されている。また、第１弾性部材１４によって、可動マス１２Ｂが可動マス１２Ａの下面に吊り下げられると共に、振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。即ち、２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂは第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結されており、直列に連結された２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂのうち、列の先頭（一端）にある可動マス１２Ａが第２弾性部材１６によって振動体３０と連結されている。
【００５６】
ここで、各可動マス１２Ａ，１２Ｂが構成する１自由度の振動系が積層されて２自由度の振動系が構成されていると捉えた場合、本変形例に係る制振装置５６では、可動マス１２Ｂが２自由度の振動系の最上層可動マスとなり、可動マス１２Ａが隣接可動マスとなる。即ち、多自由度の振動系の最上層とは、可動マス１２Ａ，１２Ｂの物理的な位置関係（上下関係）を意味するものではなく、振動体３０から伝達される振動の伝達経路上、振動体３０から最も遠い可動マス１２Ｂと第１弾性部材１４で構成された振動系を意味する。従って、本変形例に係る制振装置５６では、可動マス１２Ｂ及び第１弾性部材１４によって構成された振動系が、振動の伝達経路上振動体３０から最も遠い振動系となり、この振動系を構成する可動マス１２Ｂが最上層可動マスとなる。
【００５７】
また、例えば、図８に示されるように、振動体３０が水平方向（矢印Ｖ方向）に振動する場合は、可動マス６２Ａ，６２Ｂを水平方向に連結しても良い。即ち、制振装置６０では、２つの可動マス６２Ａ，６２Ｂが水平方向に配列されると共に、これらの可動マス６２Ａ，６２Ｂが第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結されている。また、直列に連結された２つの可動マス６２Ａ，６２Ｂのうち、列の先頭（一端）にある可動マス６２Ａが、第２弾性部材１６によって振動体３０に設けられた支柱３２に連結されている。これらの可動マス６２Ａ，６２Ｂ、第１弾性部材１４、及び第２弾性部材１６によって、２自由度２質点系の振動系が構成されている。なお、可動マス６２Ａ，６２Ｂは、レール６４に沿って振動体３０の振動方向へ移動可能になっている。
【００５８】
この変形例に係る制振装置６０では、可動マス６２Ｂ及び第１弾性部材１４によって構成された振動系が、振動の伝達経路上振動体３０から最も遠い振動系となり、この振動系を構成する可動マス６２Ｂが最上層可動マスとなる。
【００５９】
次に、本発明の一実施例について説明する。
【００６０】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）には、制振装置７０が示されている。この制振装置７０は、可動マスとしての３つの下台座７２、中間台座７４、及び上台座７６と、第１弾性部材としての第１ゴム７８，８０と、第２弾性部材としての第２ゴム８２と、アクチュエータ１８と、図示しない加速度センサ及び制御手段を備えている。
【００６１】
可動マスとしての下台座７２は断面略Ｃ形状に構成され、開口を上に向けた状態で振動体３０の上に配置されている。下台座７２の下面における各コーナー部には、当該下面における一般面に対して上方へ凹む第２ゴム取付部７２Ａが設けられている。各第２ゴム取付部７２Ａと振動体３０との間には、第２ゴム８２が配置されている。第２ゴム８２は合成ゴムで構成され、伸縮方向を振動体３０の振動方向にして配置されている。この第２ゴム８２によって下台座７２が振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。
【００６２】
下台座７２の上には、可動マスとしての中間台座７４が配置されている。中間台座７４は、下台座７２の開口内に収納される断面略Ｃ形状の本体部７４Ａを備え、当該本体部７４Ａの開口を上に向けた状態で配置されている。この本体部７４Ａの開口部側端部には、当該開口部側端部の外面から下台座７２の開口側端部の上方へ延出する第１ゴム取付部７４Ｂが設けられている。この第１ゴム取付部７４Ｂと下台座７２の開口側端部との間には、複数（本実施例では、４つ）の第１ゴム７８が設けられている。第１ゴム７８は合成ゴムで構成され、伸縮方向を振動体３０の振動方向にして配置されている。この第１ゴム７８によって中間台座７４が振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。
【００６３】
中間台座７４の上には、可動マスとしての上台座７６が配置されている。上台座７６は平板状に構成され、中間台座７４の開口内に収納されている。この上台座７６と中間台座７４との間には、複数（本実施例では、４つ）の第１ゴム８０が設けられている。第１ゴム８０は伸縮方向を振動体３０の振動方向にして配置されており、この第１ゴム８０によって上台座７６が振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。
【００６４】
このように３つの下台座７２、中間台座７４、及び上台座７６は第１ゴム７８，８０によって力学的に直列に連結されており、直列に連結された３つの下台座７２、中間台座７４、及び上台座７６のうち、列の先頭（一端）にある下台座７２が第２ゴム８２によって振動体３０と連結されている。これらの下台座７２、中間台座７４、上台座７６、第１ゴム７８，８０、及び第２ゴム８２によって、３自由度３質点系の振動系が構成されている。
【００６５】
また、上台座７６の下面には、棒状のスライド部材８４が設けられている。このスライド部材８４は、中間台座７４及び下台座７２にそれぞれ形成された貫通孔８６，８８にベアリング９０を介してスライド可能に挿入されている。このスライド部材８４によって、上台座７６、中間台座７４、及び下台座７２の水平方向の相対移動が規制されるようになっている。
【００６６】
ここで、第１ゴム７８，８０によって力学的に直列に連結された３つの下台座７２、中間台座７４、及び上台座７６のうち、列の後尾（他端）にある上台座７６と、当該上台座７６と第１ゴム８０によって連結された中間台座７４とがアクチュエータ１８によって連結されている。このアクチュエータ１８によって中間台座７４及び上台座７６を加振し、各下台座７２、中間台座７４、及び上台座７６に制振力を発生させることにより、振動体３０の振動の加振力が打ち消されるようになっている。従って、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、制振装置７０では、上台座７６が３自由度の振動系の最上層を構成する最上層可動マスとなり、当該上台座７６と隣接する中間台座７４が隣接可動マスとなる。
【００６７】
また、制振装置７０では、下台座７２の開口内に中間台座７４の本体部７４Ａを収納すると共に、中間台座７４の開口内に上台座７６を収納することにより、装置高さＨを低くすることができる。従って、制振装置７０の設置自由度が向上する。
【００６８】
以上、本発明の一実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこうした実施形態及び実施例に限定されるものでなく、上記一実施形態、各種の変形例、及び実施例を適宜組み合わせても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 制振装置
１２Ａ 可動マス
１２Ｂ 可動マス
１２Ｃ 可動マス
１２Ｄ 可動マス
１４ 第１弾性部材
１６ 第２弾性部材
１８ アクチュエータ
２０ 加速度センサ
２２ 制御手段
３０ 振動体
５０ 制振装置
５２ 制振装置
５４ 制振装置
５６ 制振装置
６０ 制振装置
６２Ａ 可動マス
６２Ｂ 可動マス
７０ 制振装置
７２ 下台座（可動マス）
７４ 中間台座（可動マス）
７６ 上台座（可動マス）
７８ 第１ゴム（第１弾性部材）
８０ 第１ゴム（第１弾性部材）
８２ 第２ゴム（第２弾性部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ、ポンプ、搬送装置等の設備機械の振動や、地震等による建物の振動を低減する装置としてハイブリッド・マス・ダンパ（ＨＭＤ）が知られている。この種のＨＭＤとしては、例えば、特許文献１〜３に開示された能動型制振器が知られている。この能動型制振器では、制振対象物に弾性支持された第１のマス金具と、当該第１のマス金具に弾性支持された第２のマス金具によって２自由度の振動系を構成し、固有振動数を２つ（１次固有振動数、２次固有振動数）にしている。これにより、共振によって制振力が増幅される振動数領域を広くし、制振対象物を制振可能な振動数領域を広くしている。
【０００３】
また、ＨＭＤではないが、特許文献４には、可動基礎に弾性支持された第１物体と、当該第１物体に弾性支持された第２物体によって２自由度の振動系を構成した振動制御装置が開示されている。この振動制御装置では、アクチュエータによって第１物体及び第２物体を加振することにより、可動基礎から伝播された第１物体及び第２物体の振動を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７３７１５号公報
【特許文献２】特開２００１−２００８８５号公報
【特許文献３】特開２００５−３３７４９７号公報
【特許文献４】特開平３−７４６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３に開示された能動型制振器では、１次固有振動数と２次固有振動数との間隔が狭く、共振によって制振力が増幅される振動数領域を充分に広げることができない。
【０００６】
また、特許文献４に開示された振動制御装置は、可動基礎から第１物体及び第２物体へ伝播される振動を低減（除振）するものであり、可動基礎の振動を低減することはできない。
【０００７】
本発明は、上記の事実を考慮し、可動マスの制振力を増幅可能な振動数領域を広げることができる制振装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の制振装置は、振動体の加振力を打ち消す制振力を発生する複数の可動マスと、前記可動マスを直列に連結する第１弾性部材と、前記直列の先頭の前記可動マスを前記振動体に該振動体の振動方向へ振動可能に連結する第２弾性部材と、前記直列の後尾の前記可動マスと、該可動マスに前記第１弾性部材で連結された他の前記可動マスとに連結され、前記制振力を増幅するように前記可動マス同士を前記振動方向へ加振するアクチュエータと、を備えている。
【０００９】
請求項１に係る制振装置によれば、第１弾性部材によって直列に連結された複数の可動マスのうち、列の先頭の可動マスと振動体とが第１弾性部材によって連結されている。これにより、多自由度の振動系が構成されている。また、直列に連結された列の後尾の可動マスと当該可動マスと第１弾性部材によって連結された可動マスとがアクチュエータによって加振される。
【００１０】
このように多自由度の振動系を構成し、かつ、アクチュエータによって列の後尾の可動マスと当該可動マスと隣接する可動マスとを加振することにより、従来（例えば、特許文献１〜３）の構成と比較して、複数の固有振動数の間隔を広げることができる。即ち、可動マスの制振力を増幅可能な振動数領域を広げることができる。従って、振動体を制振可能な振動数領域を広げることができる。
【００１１】
請求項２に記載の制振装置は、請求項１に記載の制振装置において、前記振動体の加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサで検出された加速度に応じて、前記アクチュエータの加振力を増減する制御手段と、を備えている。
【００１２】
請求項２に係る制振装置によれば、制御手段が、加速度センサで検出された振動体の加速度に応じてアクチュエータの加振力を増減することにより、可動マスの制振力が増幅される。従って、制振可能な振動体の振動数領域を広げることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、上記の構成としたので、可動マスの制振力を増幅可能な振動数領域を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る制振装置の振動モデルを示す模式図であり、（Ｂ）は比較例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図である。
【図２】振動体の振動数と、本発明の一実施形態に係る制振装置及び比較例に係る制振装置の制振力の増幅倍率との関係を示すグラフである。
【図３】（Ａ）は本発明の変形例に係る振動モデルを示す模式図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は比較例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図である。
【図４】振動体の振動数と、本発明の変形例に係る制振装置及び比較例に係る制振装置の制振力の増幅倍率との関係を示すグラフである。
【図５】（Ａ）は本発明の変形例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）は比較例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図である。
【図６】振動体の振動数と、本発明の変形例に係る制振装置及び比較例に係る制振装置の制振力の増幅倍率との関係を示すグラフである。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の変形例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図である。
【図８】本発明の一実施形態の変形例に係る制振装置の振動モデルを示す模式図である。
【図９】（Ａ）は本発明の実施例に係る制振装置を示す図９（Ｂ）の９Ａ−９Ａ線断面図であり、（Ｂ）は本発明の実施例に係る制振装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る制振装置について説明する。なお、各図において適宜示される矢印Ｖは、振動体の振動方向（上下方向）を示している。
【００１６】
図１（Ａ）には、一実施形態に係る制振装置１０の振動モデルが示されている。この制振装置１０は、いわゆるＨＭＤ（ハイブリッド・マス・ダンパ）と同様の原理により振動体３０の振動を低減（制振）するものである。なお、本実施形態では、振動体３０が床スラブで構成されているが、本実施形態に係る制振装置１０は、例えば、モータ、ポンプ、搬送装置等のように振動源を有する設備機械等の振動体や、地震等の外力によって振動する建物等の振動体にも適用可能である。
【００１７】
制振装置１０は、２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂと、第１弾性部材１４と、第２弾性部材１６と、アクチュエータ１８と、加速度センサ２０と、制御手段（制御部）２２とを備えている。可動マス１２Ａは、第２弾性部材１６を介して振動体３０の上に載置されている。第２弾性部材１６は、例えばコイルばね、天然ゴム、合成ゴム、シリコン等の弾性体で構成され、伸縮方向を振動体３０の振動方向（矢印Ｖ方向）にして振動体３０と可動マス１２Ａとの間に配置されている。この第２弾性部材１６によって、可動マス１２Ａと振動体３０とが連結されると共に、可動マス１２Ａが振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。
【００１８】
可動マス１２Ｂは、第１弾性部材１４を介して可動マス１２Ａの上に載置されている。第１弾性部材１４は、第２弾性部材１６と同様に、例えばコイルばね、天然ゴム、合成ゴム、シリコン等の弾性体で構成され、伸縮方向を振動体３０の振動方向（矢印Ｖ方向）にして可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとの間に配置されている。この第１弾性部材１４によって、可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとが連結されると共に、可動マス１２Ｂが振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。
【００１９】
このように２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂは第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結されており、直列に連結された２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂのうち、列の先頭（一端）にある可動マス１２Ａが第２弾性部材１６によって振動体３０と連結されている。これらの可動マス１２Ａ，１２Ｂ、第１弾性部材１４、及び第２弾性部材１６によって、２自由度２質点系の振動系が構成されている。なお、図１（Ａ）には、第１弾性部材１４及び第２弾性部材１６のバネ定数１４ｋ，１６ｋ及び減衰係数１４ｃ，１６ｃがそれぞれ模式的に示されている。
【００２０】
ここで、本実施形態では、可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとがアクチュエータ１８によって連結されている。即ち、第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結された２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂのうち、列の後尾（他端）にある可動マス１２Ｂと、当該可動マス１２Ｂと第１弾性部材１４によって連結された可動マス１２Ａとがアクチュエータ１８によって連結されている。また、可動マス１２Ａ及び第１弾性部材１４で構成された１自由度の振動系に、可動マス１２Ｂ及び第２弾性部材１６で構成された１自由度の振動系が積層されて２自由度の振動系が構成されていると捉えた場合、この２自由度の振動系の最上層を構成する最上層可動マスとしての可動マス１２Ｂと、当該可動マス１２Ｂと隣接する隣接可動マスとしての可動マス１２Ａとがアクチュエータ１８によって連結されている。
【００２１】
アクチュエータ１８は可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとに連結され、これらの可動マス１２Ａ，１２Ｂを振動方向（矢印Ｖ方向）に加振可能になっている。このアクチュエータ１８によって、例えば、可動マス１２Ａ，１２Ｂを振動体３０と逆位相に振動するように加振し、各可動マス１２Ａ，１２Ｂに制振力（慣性力）ＦＡ，ＦＢを発生させることにより、振動体３０の加振力（慣性力）が打ち消されるようになっている。このアクチュエータ１８には、フィードバック回路を有する電気回路等で構成された制御手段２２が接続されている。制御手段２２は、振動体３０の加速度（振動加速度）に応じて可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢが増幅するように、アクチュエータ１８の加振力（以下、「制御力ｆａ」という）をフィードバック制御するものである。
【００２２】
具体的には、制御手段２２には振動体３０の加速度を検出する加速度センサ２０が接続されている。加速度センサ２０は振動体３０に取り付けられており、検出した振動体３０の加速度（加速度情報）を制御手段２２に出力するようになっている。この加速度に基づいて、制御手段２２がアクチュエータ１８の制御力ｆａを算出すると共に、算出された制御力ｆａでアクチュエータ１８に振動体３０を加振させる制御信号を生成し、アクチュエータ１８に出力する。この制御信号に基づいて、アクチュエータ１８が制御力ｆａで可動マス１２Ａ，１２Ｂを加振することにより、各可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢが増幅されるようになっている。
【００２３】
なお、アクチュエータ１８の制御方法としては、例えば、古典的なＰＩＤ制御や周波数整形フィルタ、あるいはＨ∞制御（Ｈ−ｉｎｆｉｎｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）などの現代制御理論等を用いることができる。また、アクチュエータ１８としては、例えば、リニアモータ、ピエゾアクチュエータ、サーボモータ等を用いることができる。
【００２４】
次に、比較例と対比しながら本実施形態に係る制振装置の作用及び効果について説明する。
【００２５】
図１（Ｂ）には、比較例としての制振装置１００が示されている。この制振装置１００は、アクチュエータ１０２の配置が本実施形態に係る制振装置１０と異なっており、振動体３０と可動マス１２Ａとの間に設けられたアクチュエータ１０２によって、可動マス１２Ａが振動体３０の振動方向へ加振されるようになっている。また、アクチュエータ１０２には、当該アクチュエータ１０２の制御力ｆａを制御する制御手段１０４が接続されている。なお、制振装置１００の他の構成は、本実施形態に係る制振装置１０と同様である。
【００２６】
また、図２には、振動体３０の振動数と、本実施形態に係る制振装置１０及び比較例に係る制振装置１００の制振力の増幅倍率との関係を表す解析結果（両対数グラフ）が示されている。なお、制振力の増幅倍率とは、振動体３０の加振力Ｆ（図１（Ａ）参照）に対する制振装置１０，１００の制振力ＦＡ，ＦＢ（図１（Ａ）参照）の増幅倍率である。また、本解析では、各制振装置１０，１００の固有振動数が１０Ｈｚに設定されると共に、各可動マス１２Ａ，１２Ｂの質量、第１弾性部材１４及び第２弾性部材１６のばね定数１４ｋ，１６ｋ、減衰係数１４ｃ，１６ｃ等は、ＰＳＯ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｗａｒｍ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ)等の組み合わせ最適化手法を用いて、増幅倍率が５倍以上になる振動数領域が最も広くなるように設定されている。
【００２７】
図２から分かるように、本実施形態に係る制振装置１０及び比較例に係る制振装置１００では、２自由度の振動系が構成されているため、固有振動数１０Ｈｚの前後に２つのピーク（１次固有振動数、２次固有振動数）が現れており、図示しない一般的な１自由度の振動系と比較して可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢが増幅される振動数領域が広くなっている。しかしながら、比較例に係る制振装置１００では、例えば、制振力ＦＡ，ＦＢの増幅倍率が５倍以上になる振動体３０の振動数領域が、約９Ｈｚ〜１１Ｈｚと狭くなっている。
【００２８】
これに対して本実施形態に係る制振装置１０では、比較例に係る制振装置１００と比較して、固有振動数１０Ｈｚの前後に現れた２つのピークの間隔（１次固有振動数と２次固有振動数との間隔）が広く、制振力ＦＡ，ＦＢの増幅倍率が５倍以上になる振動体３０の振動数領域が約７Ｈｚ〜１５Ｈｚとなっており、比較例に係る制振装置１００よりも広い振動数領域で可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢが増幅されている。
【００２９】
このように本実施形態に係る制振装置１０では、最上層可動マスとしての可動マス１２Ｂと隣接可動マスとしての可動マス１２Ａとの間にアクチュエータ１８を設けることにより、可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢを増幅可能な振動数領域を広げることができる。従って、振動体３０の振動を広い振動数領域に渡って低減することができる。特に、振動体３０が複数の振動モードを有する場合に、その振動を効率的に低減することができる。
【００３０】
また、本実施形態に係る制振装置１０では、比較例に係る制振装置１００よりも２つのピーク（１次固有振動数、２次固有振動数）における制振力ＦＡ，ＦＢの増幅倍率が大きくなっている。このように本実施形態に係る制振装置１０では、可動マス１２Ａ，１２Ｂの制振力ＦＡ，ＦＢを効率的に増幅することができる。換言すると、本実施形態に係る制振装置１０では、より小さなアクチュエータ１０２の制御力ｆａで、比較例に係る制振装置１００と同等以上の制振力ＦＡ，ＦＢを発生することができる。従って、アクチュエータ１０２の消費電力等を削減することができる。
【００３１】
次に、一実施形態に係る制振装置の変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成のものは同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。また、以下の説明で参照する各図では、加速度センサ２０及び制御手段２２の図示を省略している。
【００３２】
上記実施形態に係る制振装置１０では、２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂ等によって２自由度の振動系を構成したがこれに限らず、３自由度以上の振動系を構成しても良い。例えば、図３（Ａ）には、３つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃ等によって３自由度３質点系の振動系が構成された制振装置５０の振動モデルが示されている。
【００３３】
制振装置５０では、可動マス１２Ｃが第１弾性部材１４を介して可動マス１２Ｂの上に載置されており、この第１弾性部材１４によって可動マス１２Ｃが振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。即ち、制振装置５０では、２つの第１弾性部材１４によって３つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃが力学的に直列に連結されており、直列に連結された３つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃのうち、列の先頭（一端）にある可動マス１２Ａが第２弾性部材１６によって振動体３０に連結されている。これにより、３自由度の振動系が構成されている。
【００３４】
また、本変形例に係る制振装置５０では、力学的に直列に連結された３つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃのうち、列の後尾（他端）にある可動マス１２Ｃと、当該可動マス１２Ｃと第１弾性部材１４によって連結された可動マス１２Ｂとがアクチュエータ１８によって連結されている。また、各可動マス１２Ａ〜１２Ｃが構成する３つの１自由度の振動系が積層されて３自由度の振動系が構成されていると捉えた場合、本変形例に係る制振装置５０では、可動マス１２Ｃが３自由度の振動系の最上層を構成する最上層可動マスとなり、当該可動マス１２Ｃと隣接する可動マス１２Ｂが隣接可動マスとなる。このアクチュエータ１８によって可動マス１２Ｂ，１２Ｃを振動体３０の振動方向へ加振することにより、各可動マス１２Ａ〜１２Ｃが制振力を発生するようになっている。また、アクチュエータ１８には制御手段２２（図１（Ａ）参照）が接続されており、制御手段２２が振動体３０の加速度に応じてアクチュエータ１８の制御力ｆａを制御することにより、可動マス１２Ａ〜１２Ｃの制振力が増幅されるようになっている。
【００３５】
一方、図３（Ｂ）には比較例１としての制振装置１１０の振動モデルが示されており、図３（Ｃ）には、比較例２としての制振装置１１２の振動モデルが示されている。これらの比較例１，２に係る制振装置１１０，１１２は、アクチュエータ１０２の配置が本実施形態に係る制振装置１０と異なっている。
【００３６】
即ち、図３（Ｂ）に示される制振装置１１０では、可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとの間に設けられたアクチュエータ１０２によって、可動マス１２Ａ，１２Ｂが振動体３０の振動方向へ加振されるようになっている。また、図３（Ｃ）に示される制振装置１１２では、振動体３０と可動マス１２Ａとの間に設けられたアクチュエータ１０２によって、可動マス１２Ａが振動体３０の振動方向へ加振されるようになっている。
【００３７】
ここで、図４には、振動体３０の振動数と、本変形例に係る制振装置５０及び比較例１，２に係る制振装置１１０，１１２の制振力の増幅倍率との関係を表す解析結果（両対数グラフ）が示されている。なお、本解析では、図２で説明した解析結果と同様に、各制振装置５０，１１０，１１２の固有振動数が１０Ｈｚに設定されると共に、各可動マス１２Ａ〜１２Ｃの質量、第１弾性部材１４及び第２弾性部材１６のばね定数１４ｋ，１６ｋ、減衰係数１４ｃ，１６ｃ等は、ＰＳＯ等の組み合わせ最適化手法を用いて、増幅倍率が５倍以上になる振動数領域が最も広くなるように設定されている。
【００３８】
図４から分かるように、本変形例に係る制振装置５０では、比較例１，２に係る制振装置１１０，１１２と比較して、１次固有振動数と３次固有振動数との間隔が広くなっている。即ち、本変形例に係る制振装置５０では、比較例に係る制振装置１００よりも広い振動数領域で各可動マス１２Ａ〜１２Ｃの制振力が増幅されている。
【００３９】
また、本変形例に係る制振装置５０では、制振力の増幅倍率が５倍以上となる振動体３０の振動数領域が約５．６Ｈｚ〜１８Ｈｚとなっており、上記実施形態に係る制振装置１０の解析結果（図２参照）よりも広い振動数領域に渡って可動マス１２Ａ〜１２Ｃの制振力が増幅されている。
【００４０】
このように本変形例に係る制振装置５０では、最上層可動マスとしての可動マス１２Ｃと隣接可動マスとしての可動マス１２Ｂとの間にアクチュエータ１８を設けることにより、各可動マス１２Ａ〜１２Ｃの制振力を増幅可能な振動数領域を広げることができる。更に、３つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃ等によって３自由度の振動系を構成したことにより、２自由度の振動系が構成された制振装置１０（図１（Ａ）参照）よりも広い振動数領域に渡って可動マス１２Ａ〜１２Ｃの制振力を増幅することができる。
【００４１】
次に、図５（Ａ）には、他の変形例として、４つの可動マス１２Ａ〜１２Ｄ等によって４自由度４質点系の振動系が構成された制振装置５２の振動モデルが示されている。
【００４２】
この制振装置５２では、可動マス１２Ｄが第１弾性部材１４を介して可動マス１２Ｃの上に載置されており、この第１弾性部材１４によって可動マス１２Ｄが振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。即ち、制振装置５２では、３つの第１弾性部材１４によって４つの可動マス１２Ａ〜１２Ｄが力学的に直列に連結されており、直列に連結された４つの可動マス１２Ａ〜１２Ｄのうち、列の先頭（一端）にある可動マス１２Ａが第２弾性部材１６によって振動体３０と連結されている。これにより、４自由度の振動系が構成されている。
【００４３】
また、本変形例に係る制振装置５２では、力学的に直列に連結された４つの可動マス１２Ａ〜１２Ｄのうち、列の後尾（他端）にある可動マス１２Ｄと、当該可動マス１２Ｄと第１弾性部材１４によって連結された可動マス１２Ｃとがアクチュエータ１８によって連結されている。また、本変形例に係る制振装置５２では、可動マス１２Ｄが４自由度の振動系の最上層を構成する最上層可動マスとなり、可動マス１２Ｃが隣接可動マスとなる。このアクチュエータ１８によって可動マス１２Ｃ，１２Ｄを振動体３０の振動方向へ加振することにより、各可動マス１２Ａ〜１２Ｄが制振力を発生するようになっている。なお、アクチュエータ１８には制御手段２２（図１（Ａ）参照）が接続されている。
【００４４】
一方、図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）には、比較例１〜３としての制振装置１２０，１２２，１２４の振動モデルがそれぞれ示されている。これらの比較例１〜３に係る制振装置１２０，１２２，１２４は、本変形例に係る制振装置５２とアクチュエータ１０２の配置が異なっている。
【００４５】
即ち、図５（Ｂ）に示される比較例１としての制振装置１２０では、可動マス１２Ｂと可動マス１２Ｃとの間にアクチュエータ１０２が設けられ、図５（Ｃ）に示される比較例２としての制振装置１２２では、可動マス１２Ａと可動マス１２Ｂとの間にアクチュエータ１０２が設けられ、図５（Ｄ）に示される比較例３としての制振装置１２４では、振動体３０と可動マス１２Ａとの間にアクチュエータ１０２が設けられている。
【００４６】
ここで、図６には、振動体３０の振動数と、本変形例に係る制振装置５２及び比較例１〜３に係る制振装置１２０，１２２，１２４の制振力の増幅倍率との関係を表す解析結果（両対数グラフ）が示されている。なお、本解析では、図２で説明した解析結果と同様に、各制振装置１２０，１２２，１２４の固有振動数が１０Ｈｚに設定されると共に、各可動マス１２Ａ〜１２Ｄの質量、第１弾性部材１４及び第２弾性部材１６のばね定数１４ｋ，１６ｋ、減衰係数１４ｃ，１６ｃ等は、ＰＳＯ等の組み合わせ最適化手法を用いて、増幅倍率が５倍以上になる振動数領域が最も広くなるように設定されている。
【００４７】
図６から分かるように、本変形例に係る制振装置５２では、比較例１〜３に係る制振装置１２０，１２２，１２４と比較して、１次固有振動数と４次固有振動数との間隔が広くなっている。即ち、本変形例に係る制振装置５２では、比較例に係る制振装置１２０，１２２，１２４よりも広い振動数領域で可動マス１２Ａ〜１２Ｄの制振力が増幅されている。
【００４８】
また、本変形例に係る制振装置５２では、制振力の増幅倍率が５倍以上となる振動体３０の振動数領域が約４．５〜２２Ｈｚとなっており、３自由度の振動系が構成された制振装置５０（図３（Ａ）参照）よりも広い振動数領域に渡って可動マス１２Ａ〜１２Ｄの制振力が増幅されている。
【００４９】
このように本変形例に係る制振装置５２では、最上層可動マスとしての可動マス１２Ｄと、隣接可動マスとしての可動マス１２Ｃとの間にアクチュエータ１８を設けることにより、各可動マス１２Ａ〜１２Ｄの制振力を増幅可能な振動数領域を広げることができる。更に、４つの可動マス１２Ａ〜１２Ｃ等によって４自由度の振動系を構成したことにより、上記変形例に係る制振装置５０（図３（Ａ）参照）よりも更に広い振動数領域に渡って可動マス１２Ａ〜１２Ｄの制振力を増幅することができる。
【００５０】
以上のことから、振動系の自由度が大きくなるに従って、複数の可動マス１２Ａ，１２Ｂ等の制振力を増幅可能な振動数領域が広がることが分かる。従って、振動体３０が発生する振動の振度数領域に応じて、可動マス１２Ａ，１２Ｂ等の数を増減して振動系の自由度を増減することにより、振動体３０の振動を効率的に低減することができる。
【００５１】
次に、上記実施形態では、振動体３０が上下方向（図１（Ａ）において矢印Ｖ方向）に振動する場合を例に説明したがこれに限らない。例えば、図７（Ａ）には、水平方向（矢印Ｖ方向）に振動する振動体３０の振動を低減する制振装置５４の振動モデルが示されている。
【００５２】
この制振装置５４では、可動マス１２Ａが第２弾性部材１６を介して水平方向（矢印Ｖ方向）へ振動可能に振動体３０に支持され、可動マス１２Ｂが第１弾性部材１４を介して水平方向へ振動可能に可動マス１２Ａに支持されている。また、最上層可動マスとしての可動マス１２Ｂと、隣接可動マスとしての可動マス１２Ａとの間にはアクチュエータ１８が設けられており、このアクチュエータ１８によって各可動マス１２Ａ，１２Ｂが水平方向に加振されるようになっている。
【００５３】
このように各可動マス１２Ａ，１２Ｂは振動体３０の振動方向へ振動可能に振動体３０に支持されていれば良く、また、アクチュエータ１８は可動マス１２Ａ，１２Ｂを振動体３０の振動方向へ加振可能であれば良い。
【００５４】
次に、上記実施形態では、床スラブ等の振動体３０の上に制振装置１０を設置した場合を例に説明したがこれに限らない。例えば、図７（Ｂ）には、床スラブ等の振動体３０の下面に設置された制振装置５６が示されている。
【００５５】
この制振装置５６では、可動マス１２Ａが、第２弾性部材１６によって振動体３０の下面に吊り下げられると共に、振動体３０の振動方向（矢印Ｖ方向）へ振動可能に支持されている。また、第１弾性部材１４によって、可動マス１２Ｂが可動マス１２Ａの下面に吊り下げられると共に、振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。即ち、２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂは第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結されており、直列に連結された２つの可動マス１２Ａ，１２Ｂのうち、列の先頭（一端）にある可動マス１２Ａが第２弾性部材１６によって振動体３０と連結されている。
【００５６】
ここで、各可動マス１２Ａ，１２Ｂが構成する１自由度の振動系が積層されて２自由度の振動系が構成されていると捉えた場合、本変形例に係る制振装置５６では、可動マス１２Ｂが２自由度の振動系の最上層可動マスとなり、可動マス１２Ａが隣接可動マスとなる。即ち、多自由度の振動系の最上層とは、可動マス１２Ａ，１２Ｂの物理的な位置関係（上下関係）を意味するものではなく、振動体３０から伝達される振動の伝達経路上、振動体３０から最も遠い可動マス１２Ｂと第１弾性部材１４で構成された振動系を意味する。従って、本変形例に係る制振装置５６では、可動マス１２Ｂ及び第１弾性部材１４によって構成された振動系が、振動の伝達経路上振動体３０から最も遠い振動系となり、この振動系を構成する可動マス１２Ｂが最上層可動マスとなる。
【００５７】
また、例えば、図８に示されるように、振動体３０が水平方向（矢印Ｖ方向）に振動する場合は、可動マス６２Ａ，６２Ｂを水平方向に連結しても良い。即ち、制振装置６０では、２つの可動マス６２Ａ，６２Ｂが水平方向に配列されると共に、これらの可動マス６２Ａ，６２Ｂが第１弾性部材１４によって力学的に直列に連結されている。また、直列に連結された２つの可動マス６２Ａ，６２Ｂのうち、列の先頭（一端）にある可動マス６２Ａが、第２弾性部材１６によって振動体３０に設けられた支柱３２に連結されている。これらの可動マス６２Ａ，６２Ｂ、第１弾性部材１４、及び第２弾性部材１６によって、２自由度２質点系の振動系が構成されている。なお、可動マス６２Ａ，６２Ｂは、レール６４に沿って振動体３０の振動方向へ移動可能になっている。
【００５８】
この変形例に係る制振装置６０では、可動マス６２Ｂ及び第１弾性部材１４によって構成された振動系が、振動の伝達経路上振動体３０から最も遠い振動系となり、この振動系を構成する可動マス６２Ｂが最上層可動マスとなる。
【００５９】
次に、本発明の一実施例について説明する。
【００６０】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）には、制振装置７０が示されている。この制振装置７０は、可動マスとしての３つの下台座７２、中間台座７４、及び上台座７６と、第１弾性部材としての第１ゴム７８，８０と、第２弾性部材としての第２ゴム８２と、アクチュエータ１８と、図示しない加速度センサ及び制御手段を備えている。
【００６１】
可動マスとしての下台座７２は断面略Ｃ形状に構成され、開口を上に向けた状態で振動体３０の上に配置されている。下台座７２の下面における各コーナー部には、当該下面における一般面に対して上方へ凹む第２ゴム取付部７２Ａが設けられている。各第２ゴム取付部７２Ａと振動体３０との間には、第２ゴム８２が配置されている。第２ゴム８２は合成ゴムで構成され、伸縮方向を振動体３０の振動方向にして配置されている。この第２ゴム８２によって下台座７２が振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。
【００６２】
下台座７２の上には、可動マスとしての中間台座７４が配置されている。中間台座７４は、下台座７２の開口内に収納される断面略Ｃ形状の本体部７４Ａを備え、当該本体部７４Ａの開口を上に向けた状態で配置されている。この本体部７４Ａの開口部側端部には、当該開口部側端部の外面から下台座７２の開口側端部の上方へ延出する第１ゴム取付部７４Ｂが設けられている。この第１ゴム取付部７４Ｂと下台座７２の開口側端部との間には、複数（本実施例では、４つ）の第１ゴム７８が設けられている。第１ゴム７８は合成ゴムで構成され、伸縮方向を振動体３０の振動方向にして配置されている。この第１ゴム７８によって中間台座７４が振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。
【００６３】
中間台座７４の上には、可動マスとしての上台座７６が配置されている。上台座７６は平板状に構成され、中間台座７４の開口内に収納されている。この上台座７６と中間台座７４との間には、複数（本実施例では、４つ）の第１ゴム８０が設けられている。第１ゴム８０は伸縮方向を振動体３０の振動方向にして配置されており、この第１ゴム８０によって上台座７６が振動体３０の振動方向へ振動可能に支持されている。
【００６４】
このように３つの下台座７２、中間台座７４、及び上台座７６は第１ゴム７８，８０によって力学的に直列に連結されており、直列に連結された３つの下台座７２、中間台座７４、及び上台座７６のうち、列の先頭（一端）にある下台座７２が第２ゴム８２によって振動体３０と連結されている。これらの下台座７２、中間台座７４、上台座７６、第１ゴム７８，８０、及び第２ゴム８２によって、３自由度３質点系の振動系が構成されている。
【００６５】
また、上台座７６の下面には、棒状のスライド部材８４が設けられている。このスライド部材８４は、中間台座７４及び下台座７２にそれぞれ形成された貫通孔８６，８８にベアリング９０を介してスライド可能に挿入されている。このスライド部材８４によって、上台座７６、中間台座７４、及び下台座７２の水平方向の相対移動が規制されるようになっている。
【００６６】
ここで、第１ゴム７８，８０によって力学的に直列に連結された３つの下台座７２、中間台座７４、及び上台座７６のうち、列の後尾（他端）にある上台座７６と、当該上台座７６と第１ゴム８０によって連結された中間台座７４とがアクチュエータ１８によって連結されている。このアクチュエータ１８によって中間台座７４及び上台座７６を加振し、各下台座７２、中間台座７４、及び上台座７６に制振力を発生させることにより、振動体３０の振動の加振力が打ち消されるようになっている。従って、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、制振装置７０では、上台座７６が３自由度の振動系の最上層を構成する最上層可動マスとなり、当該上台座７６と隣接する中間台座７４が隣接可動マスとなる。
【００６７】
また、制振装置７０では、下台座７２の開口内に中間台座７４の本体部７４Ａを収納すると共に、中間台座７４の開口内に上台座７６を収納することにより、装置高さＨを低くすることができる。従って、制振装置７０の設置自由度が向上する。
【００６８】
以上、本発明の一実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこうした実施形態及び実施例に限定されるものでなく、上記一実施形態、各種の変形例、及び実施例を適宜組み合わせても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 制振装置
１２Ａ 可動マス
１２Ｂ 可動マス
１２Ｃ 可動マス
１２Ｄ 可動マス
１４ 第１弾性部材
１６ 第２弾性部材
１８ アクチュエータ
２０ 加速度センサ
２２ 制御手段
３０ 振動体
５０ 制振装置
５２ 制振装置
５４ 制振装置
５６ 制振装置
６０ 制振装置
６２Ａ 可動マス
６２Ｂ 可動マス
７０ 制振装置
７２ 下台座（可動マス）
７４ 中間台座（可動マス）
７６ 上台座（可動マス）
７８ 第１ゴム（第１弾性部材）
８０ 第１ゴム（第１弾性部材）
８２ 第２ゴム（第２弾性部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体の加振力を打ち消す制振力を発生する複数の可動マスと、
前記可動マスを直列に連結する第１弾性部材と、
前記直列の先頭の前記可動マスを前記振動体に該振動体の振動方向へ振動可能に連結する第２弾性部材と、
前記直列の後尾の前記可動マスと、該可動マスに前記第１弾性部材で連結された他の前記可動マスとに連結され、前記制振力を増幅するように前記可動マス同士を前記振動方向へ加振するアクチュエータと、
を備える制振装置。
【請求項２】
前記振動体の加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサで検出された加速度に応じて、前記アクチュエータの加振力を増減する制御手段と、
を備える請求項１に記載の制振装置。
【請求項１】
振動体の加振力を打ち消す制振力を発生する複数の可動マスと、
前記可動マスを直列に連結する第１弾性部材と、
前記直列の先頭の前記可動マスを前記振動体に該振動体の振動方向へ振動可能に連結する第２弾性部材と、
前記直列の後尾の前記可動マスと、該可動マスに前記第１弾性部材で連結された他の前記可動マスとに連結され、前記制振力を増幅するように前記可動マス同士を前記振動方向へ加振するアクチュエータと、
を備える制振装置。
【請求項２】
前記振動体の加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサで検出された加速度に応じて、前記アクチュエータの加振力を増減する制御手段と、
を備える請求項１に記載の制振装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２９１３７（Ｐ２０１３−２９１３７Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４４９２（Ｐ２０１１−１６４４９２）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]