JP6984981B2 - 振動抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、基礎部に支持される振動部の振動を抑制するための振動抑制装置に関し、特に振幅が比較的小さい振動を抑制するのに適した振動抑制装置に関する。

従来の振動抑制装置として、例えば本出願人によって出願された特許文献１に開示されたものが知られている。この振動抑制装置は、基礎上に設置され、上下方向に周期的に振動する機械装置の振動を抑制するためのものであり、基礎と機械装置の間に設けられた回転慣性質量ダンパを備えている。この回転慣性質量ダンパは、ボールねじ式のものであり、ボールねじ及び回転マスを有する。ボールねじは、ねじ軸と、ねじ軸のねじ溝に多数のボールを介して螺合するナットを有する。ナットは機械装置に回転不能に連結され、ねじ軸は、基礎上に設けられた連結部材に軸受を介して回転自在に支持されるとともに、回転マスに連結されている。

この構成では、機械装置が作動し、上下方向の振動が発生するのに伴い、機械装置と基礎との間に発生した上下方向の相対変位がねじ軸の回転運動に変換され、回転マスに伝達されることで、回転マスが回転し、その回転慣性質量効果による反力（慣性力）によって、機械装置の振動が抑制される。

特開２０１７−５７８８１号公報

上述した振動抑制装置の振動抑制の対象である機械装置は、一般に、地震時における構造物の振動などと異なり、微小な振幅と短い周期で繰り返し振動する。これに対し、この振動抑制装置では、ボールねじ式の回転慣性質量ダンパが用いられているため、その機構上、ボールとねじ軸及びナットのねじ溝との間にバックラッシュが存在する。また、ねじ軸や回転マスを回転自在に支持する軸受などにおけるガタ（機械的な遊び）を含めると、振動抑制装置全体として、ある程度（例えば０．１〜０．２ｍｍ）のガタが存在することは避けられない。このため、機械装置の振動の振幅が振動抑制装置のガタよりも小さい微小振幅領域では、振動による機械装置と基礎との相対変位がねじ軸及び回転マスの回転運動に良好に変換されず、十分な振動抑制効果が得られない。

また、機械装置の振動の振幅がボールねじのピッチよりも小さい場合には、ねじ軸が１回転しないことが多く、それに起因するフレッチングなどによる耐久性の問題を回避するために、ボールねじ全体を潤滑油に浸す（油づけ）などの対策が必要になる。さらに、機械装置の繰返し振動に対して回転慣性質量ダンパの寿命を延ばそうとすると、動定格荷重を確保するために、ねじ軸やナットの断面積などを大きくすることが必要であり、回転慣性質量ダンパ、ひいては振動抑制装置の大型化を招くという問題もある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、振動部が微小な振幅と短い周期で繰り返し振動するような場合においても、装置の大型化や格別な潤滑対策を必要とすることなく、振動抑制効果を良好に得ることができる振動抑制装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、基礎部と当該基礎部に設置される振動部との間に設けられ、振動部の振動を抑制するための振動抑制装置であって、作動流体が充填され、基礎部及び振動部の一方に連結されたシリンダと、ピストンロッドを一体に有し、シリンダの内部空間に軸線方向に摺動自在に設けられ、内部空間を第１流体室と第２流体室に区画するとともに、ピストンロッドを介して基礎部及び振動部の他方に連結されたピストンと、作動流体が充填され、ピストンをバイパスし、第１及び第２流体室に連通する連通路と、連通路にシリンダの軸線を中心として互いに対称に配置され、連通路内の作動流体の流動を回転運動に変換する複数の歯車モータと、複数の歯車モータの回転軸にそれぞれ連結された複数の駆動ギヤと、ピストンロッド及びシリンダの一方に回転自在に嵌合するとともに、外周面にギヤ部を有し、複数の駆動ギヤによりギヤ部を介して回転駆動される回転マスと、を備えることを特徴とする。

この振動抑制装置では、振動部が振動すると、振動部と基礎部の間にこの振動の方向及び振幅に応じた相対変位が発生し、シリンダ及びピストンに伝達されることにより、相対変位に応じた方向及びストロークで、ピストンがシリンダ内を摺動する。このピストンの移動に伴い、第１又は第２流体室内の作動流体がピストンで押し出され、連通路に流入する。この作動流体の流動が、連通路に配置された複数の歯車モータによって回転運動に変換され、複数の歯車モータの回転が、回転軸、駆動ギヤ及び回転マスのギヤ部を介して回転マスに伝達されることによって、回転マスが回転駆動され、回転マスによる回転慣性質量効果（慣性力）が発揮される。また、作動流体が連通路を流動する際の粘性抵抗によって粘性減衰効果（粘性力）が発揮される。

また、歯車モータによる相対変位から回転運動への変換が作動流体を介して行われるとともに、歯車モータから回転マスへの回転の伝達がギヤを介して行われるので、従来のボールねじ式の場合と異なり、ガタの影響を大きく受けることがない。このため、振動部の振動の振幅が微小な場合でも、歯車モータによって回転マスが良好に回転駆動されるので、回転慣性質量効果による振動部の振動抑制効果を良好に得ることができる。同じ理由から、ボールねじを用いる従来の場合と異なり、フレッチングなどによる耐久性の問題が生じるおそれがないので、振動抑制装置を油づけするなどの格別な潤滑対策は不要になる。

また、回転マスが、ピストンロッド又はシリンダの一方に回転自在に嵌合するとともに、複数の駆動ギヤによって互いに反対側から駆動されるので、回転マスを支持するラジアル軸受は基本的に不要になる。

さらに、回転マスが複数の歯車モータで駆動されることによって、より大きな駆動トルクが得られるので、回転マスの回転数を増大させ、より大きな回転慣性質量効果を得ることができる。あるいは、同等の回転慣性質量効果を確保する上で、１基当たりの歯車モータの容量を低減することが可能になり、歯車モータの小型化を図ることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の振動抑制装置において、シリンダは、内部空間の径方向の寸法が軸線方向の寸法よりも大きい短筒状に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、シリンダの内部空間を摺動するピストンの面積が軸線方向長さに対して相対的に大きいことで、ピストンの単位ストローク当たりの作動流体の押し出し量が大きくなり、連通路内の作動流体の流量が大きくなる。これにより、振動部の振動の振幅が微小な場合でも、歯車モータをより確実に作動させ、回転させることによって、回転慣性質量効果を確実に発揮させ、振動抑制効果を良好に得ることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の振動抑制装置において、連通路は、互いに並列に設けられた第１連通路及び第２連通路を含み、複数の歯車モータは、第１及び第２連通路にそれぞれ配置された一対の歯車モータを含むことを特徴とする。

この構成によれば、連通路として互いに並列の第１及び第２連通路が設けられ、複数の歯車モータとして一対の歯車モータが設けられている。一対の歯車モータの一方は、第１連通路に配置され、第１連通路内の作動流体の流動によって回転し、他方の歯車モータは、第２連通路に配置され、第２連通路内の作動流体の流動によって回転する。そして、これらの一対の歯車モータで回転マスが回転駆動されることによって、回転慣性質量効果を良好に得ることができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の振動抑制装置において、シリンダは、軸線方向の一端部からピストンロッドと反対側に延びるシリンダロッドを一体に有し、回転マスは、ピストンロッドに回転自在に嵌合する第１回転マスと、シリンダロッドに回転自在に嵌合する第２回転マスを含み、複数の歯車モータは、第１及び第２連通路にそれぞれ配置され、第１回転マスを回転駆動するための第１の一対の歯車モータと、第１及び第２連通路にそれぞれ配置され、第２回転マスを回転駆動するための第２の一対の歯車モータを含むことを特徴とする。

この構成によれば、回転マスとして、ピストンロッドに回転自在に嵌合する第１回転マスと、シリンダロッドに回転自在に嵌合する第２回転マスが設けられている。第１回転マスは、第１及び第２連通路にそれぞれ配置された第１の一対の歯車モータによって回転駆動され、第２回転マスは、第１及び第２連通路にそれぞれ配置された第２の一対の歯車モータによって回転駆動される。このように、第１及び第２回転マスが同時に回転することによって、より大きな回転慣性質量効果を得ることができ、振動抑制効果をさらに向上させることができる。

請求項５に係る発明は、請求項３に記載の振動抑制装置において、回転マスは、リング状に形成され、シリンダの外周部に回転自在に嵌合しており、複数の歯車モータは、第１連通路に配置され、シリンダの軸線方向に互いに対向する第１の一対の歯車モータと、第２連通路に配置され、シリンダの軸線方向に互いに対向する第２の一対の歯車モータを含み、複数の駆動ギヤは、第１の一対の歯車モータの回転軸に共通に連結された駆動ギヤと、第２の一対の歯車モータの回転軸に共通に連結された駆動ギヤを含むことを特徴とする。

この構成によれば、回転マスは、リング状に形成され、シリンダの外周部に回転自在に嵌合している。第１連通路には、シリンダの軸線方向に互いに対向する第１の一対の歯車モータが配置され、それらの回転軸に駆動ギヤが共通に連結されている。また、第２連通路には、シリンダの軸線方向に互いに対向する第２の一対の歯車モータが配置され、それらの回転軸に駆動ギヤが共通に連結されている。回転マスは、これらの駆動ギヤを介して回転駆動される。

以上のように、回転マスが第１及び第２の一対の歯車モータ、すなわち計４つの歯車モータで駆動されることによって、より大きな駆動トルクが得られるので、回転マスの回転数を増大させ、より大きな回転慣性質量効果を得ることができる。また、単一の回転マスがシリンダの外周側に配置されるので、回転マスがピストンロッドやシリンダロッドに嵌合する場合と比較して、軸線方向長さが短縮されることで、振動抑制装置の小型化を図ることができる。

請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれかに記載の振動抑制装置において、基礎部に設置されるとともに、シリンダが載置された状態で連結された架台をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、架台の鉛直剛性が高い場合には、振動部からの荷重に対する架台の変形量が小さいことで、振動部の振動の振幅がほぼそのまま、シリンダとピストンとの相対変位に反映される。これにより、特に振動部の振動の振幅が微小な場合において、可能な限り、歯車モータを回転させながら、回転慣性質量効果を発揮させることができる。あるいは、架台の鉛直剛性を適度な剛性に設定することによって、振動抑制装置の振動周期、例えば固有振動数を調整することが可能である。

請求項７に係る発明は、請求項１から６のいずれかに記載の振動抑制装置において、振動抑制装置の振動周期を調整するためのばね要素をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、ばね要素のばね定数を適宜、設定することによって、振動抑制装置の振動周期、例えば固有振動数を調整することができる。

請求項８に係る発明は、請求項１から７のいずれかに記載の振動抑制装置において、振動部は、基礎部の上側に設置され、作動時に上下方向の振動が周期的に発生する機械装置であることを特徴とする。

この構成によれば、機械装置の作動時に周期的に発生する上下方向の振動を、本発明の振動抑制装置によって効果的に抑制でき、前述した本発明の利点を特に有効に得ることができる。

本発明の振動抑制装置を機械装置に適用した場合の設置例を概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態によるマスダンパを示す断面図である。 図２の（ａ）線IIIａ−IIIａに沿う断面図、及び（ｂ）線IIIｂ−IIIｂに沿う断面図である。 図２のマスダンパをモデル化して示す図である。 第１実施形態の変形例によるマスダンパを示す、図３と同様の断面図である。 第１実施形態の他の変形例によるマスダンパを示す断面図である。 図６のマスダンパをモデル化して示す図である。 本発明の第２実施形態による回転慣性質量ダンパを示す断面図である。 本発明の第３実施形態による回転慣性質量ダンパを示す断面図である。 図９の（ａ）線Ｘａ−Ｘａに沿う断面図、及び（ｂ）線Ｘｂ−Ｘｂに沿う断面図である。 第３実施形態の変形例によるマスダンパを示す断面図である。 図１１のマスダンパをモデル化して示す図である。 単一の連通路を有するマスダンパの例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１に示す実施形態の振動抑制装置１は、基礎Ｆとその上に設置される機械装置Ｋとの間に設けられ、機械装置Ｋの上下方向の振動を抑制するものである。振動抑制装置１は、複数の回転慣性質量ダンパ２（１つのみ図示）と複数の支持部材Ｉ（２つのみ図示）を備える。なお、機械装置Ｋは、作動時に上下方向の振動を発生させるものであり、本実施形態では特に、振幅が微小で、繰り返し短い周期で振動する、例えば工作機械などが想定されている。

支持部材Ｉは、機械装置Ｋの鉛直荷重の一部を支持するとともに、機械装置Ｋの振動に応じて上下方向に弾性変形するものであり、例えば皿ばねやコイルばね、積層ゴムなどで構成されている。

図２に示すように、本発明の第１実施形態による回転慣性質量ダンパ（以下「マスダンパ」という）２は、歯車モータ式のものであり、シリンダ３と、シリンダ３内に摺動自在に設けられたピストン４と、ピストン４をバイパスし、シリンダ３内にそれぞれ連通する第１連通路５及び第２連通路６と、第１及び第２連通路５、６にそれぞれ配置された一対の歯車モータＭ、Ｍと、各歯車モータＭの回転軸７に連結された駆動ギヤ８と、駆動ギヤ８、８を介して回転駆動される回転マス１０を備えている。以上の構成要素は、シリンダ３の軸線を中心として互いに対称（図２では左右対称）に配置されている。

シリンダ３は、円筒状の周壁３ａと、周壁３ａの上下の端部に設けられた円板状の上下の端壁３ｂ、３ｃを一体に有し、これらの３つの壁３ａ〜３ｃによってシリンダ３の内部空間３ｄが画成されている。シリンダ３は、内部空間３ｄの径が軸線方向（上下方向）長さよりも大きい短筒状に形成されている。

ピストン４は、シリンダ３の内部空間３ｄに上下方向に摺動自在に設けられ、それにより、内部空間３ｄは、ピストン４によって、上側の第１流体室３ｅと下側の第２流体室３ｆに区画されている。第１及び第２流体室３ｅ、３ｆには作動流体ＨＦが充填されている。作動流体ＨＦは、適度な粘性を有する通常の作動油などで構成されている。

ピストン４には、ピストンロッド１１が同軸状に一体に設けられ、上方に延びている。ピストンロッド１１は、上端壁３ｂのロッド案内孔３ｇを液密に貫通し、その上端部には、自在継手１２ａを介して取付用の第１フランジ１２が設けられている。また、シリンダ３の下端壁３ｃには、シリンダロッド１３が同軸状に一体に設けられ、下方に延びており、その下端部には、自在継手１４ａを介して取付用の第２フランジ１４が設けられている。

第１及び第２連通路５、６は、互いに並列に設けられ、同じ通路面積を有する。また、第１及び第２連通路５、６は、それぞれ「コ」字状の正面形状を有するとともに、図３（ｂ）に示すように、平面的に見て、シリンダ３から互いに反対方向に延び、両者を併せて一直線状になるように配置されている。両連通路５、６の各一端部はシリンダ３の第１流体室３ｅに連通し、各他端部は第２流体室３ｆに連通している。

また、上記の両連通路５、６の一端部及び他端部の連通位置は、シリンダ３の上下方向の中心に対して互いに対称に設定されており、それにより、ピストン４と両連通位置との間に、想定されるピストン４の片側最大ストロークよりも若干大きな所定の間隔（移動しろ）Ｄが確保されている。図示しないが、第１及び第２連通路５、６には作動流体ＨＦが充填されている。

歯車モータＭ、Ｍは、それぞれ第１及び第２連通路５、６内の作動流体ＨＦの流動を回転運動に変換し、出力するものであり、両連通路５、６の各上側通路部に設けられ、シリンダ３の軸線を中心として互いに対称に配置されている。各歯車モータＭは、例えば内接式のものであり、ケーシング１６と、ケーシング１６に収容された回転自在のギヤ１７と、出力軸としての回転軸７を有する。なお、歯車モータＭとして外接式のものを用いてもよい。

ケーシング１６は、第１及び第２連通路５、６にそれぞれ一体に設けられており、それらと連通している（図３（ｂ）参照）。ギヤ１７は、スパーギヤで構成されており、ケーシング１６に導入された作動流体ＨＦの圧力によって回転する。

なお、２つの歯車モータＭ、Ｍは、それらの諸元、例えば押しのけ容積（歯車モータＭが１回転するのに必要な作動流体ＨＦの容積）が互いに同じであるとともに、ギヤ１７の回転方向が互いに同じになるように設定されている。例えば、作動流体ＨＦがシリンダ３の第１流体室３ｅ側から流入する場合には、ギヤ１７、１７はいずれも図３（ｂ）の時計方向に回転し、作動流体ＨＦが第２流体室３ｆ側から流入する場合には、ギヤ１７、１７はいずれも図３（ｂ）の反時計方向に回転するように構成されている。このように複数の歯車モータＭの間で諸元及びギヤ１７の回転方向が同じに設定されていることは、後述する他の実施形態や変形例のいずれにおいても同様である。

回転軸７は、ギヤ１７と同軸状に一体に設けられ、ケーシング１６を液密に貫通し、上方に延びている。また、駆動ギヤ８は、回転軸７の上端部に同軸状に一体に設けられ、水平面内に延びている。なお、以下の説明では、歯車モータＭと駆動ギヤ８から成るユニットを、適宜「駆動ユニット」という。

回転マス１０は、比重が比較的大きな材料、例えば鉄で構成され、大径の円板状の本体部１０ａと、本体部１０ａの下側に同心状に一体に設けられた、より小径のギヤ形成部１０ｂを有し、フライホイール状に形成されている。回転マス１０は、中心のロッド挿通孔１０ｃを介してピストンロッド１１に回転自在に嵌合するとともに、シリンダ３の上端壁３ｂにスラスト軸受１８を介して回転自在に支持され、水平面内に延びている。

また、ギヤ形成部１０ｂの外周面にはギヤ部１０ｄが形成されており、このギヤ部１０ｄに駆動ギヤ８、８が同時に噛み合っている。さらに、駆動ギヤ８とこれに対向する回転マス１０の本体部１０ａとの間には、互いの干渉を回避するための若干の間隙が設けられている。

以上の構成のマスダンパ２は、図１に示すように、基礎Ｆと機械装置Ｋの間に設けられ、ピストン４は、ピストンロッド１１及び第１フランジ１２を介して機械装置Ｋに連結され、シリンダ３は、シリンダロッド１３及び第２フランジ１４を介して基礎Ｆに連結されている。

次に、マスダンパ２の動作について説明する。機械装置Ｋが停止状態にあり、振動していないときには、マスダンパ２は図２に示す初期状態になっている。具体的には、ピストン４は、シリンダ３の内部空間３ｄの上下方向の中心である中立位置に位置し、各歯車モータＭ及び回転マス１０は静止している。

この初期状態から、機械装置Ｋが作動し、上下方向に振動すると、機械装置Ｋと基礎Ｆの間にこの振動の方向及び振幅に応じた相対変位が発生し、ピストンロッド１１及びシリンダロッド１３などを介してピストン４及びシリンダ３に伝達されることにより、相対変位に応じた方向及びストロークで、ピストン４がシリンダ３内を上下方向に移動する。

このピストン４の移動に伴い、第１又は第２流体室３ｅ、３ｆ内の作動流体ＨＦがピストン４で押し出され、第１及び第２連通路５、６に流入する。例えば、ピストン４が上方に移動するときには、作動流体ＨＦは第１流体室３ｅ側から流入し、逆にピストン４が下方に移動するときには、作動流体ＨＦは第２流体室３ｆ側から流入する。この第１及び第２連通路５、６内の作動流体ＨＦの流動が、各歯車モータＭで回転運動に変換されることによって、歯車モータＭ、Ｍが互いに同じ方向に同じ回転数で回転する。

そして、歯車モータＭ、Ｍの回転が、駆動ギヤ８、８及び回転マス１０のギヤ部１０ｄを介して回転マス１０に伝達されることにより、回転マス１０が回転駆動され、回転マス１０による回転慣性質量効果（慣性力）が発揮される。また、作動流体ＨＦが第１及び第２連通路５、６を流動する際の粘性抵抗によって粘性減衰効果（粘性力）が発揮される。

以上の構成及び動作から、マスダンパ２をモデル化すると、図４に示すように、（ａ）回転マス１０から成る慣性質量要素ｍｄと、（ｂ）作動流体ＨＦから成る粘性要素ｃｄが、互いに並列に接続されたモデルになる。

また、このマスダンパ２では、歯車モータＭによる相対変位から回転運動への変換が、作動流体ＨＦを介して行われるとともに、歯車モータから回転マスへの回転の伝達がギヤを介して行われるので、従来のボールねじ式の場合と異なり、ガタの影響を大きく受けることがない。このため、機械装置Ｋの振動の振幅が微小な場合でも、歯車モータＭによって回転マス１０が良好に回転駆動されるので、回転慣性質量効果による機械装置Ｋの振動抑制効果を良好に得ることができる。同じ理由から、ボールねじを用いる従来の場合と異なり、フレッチングなどによる耐久性の問題が生じるおそれがないので、マスダンパ１０を油づけするなどの格別な潤滑対策は不要になる。

また、回転マス１０が、ピストンロッド１１に回転自在に嵌合するとともに、駆動ギヤ８、８によって互いに反対側から駆動されるので、回転マス１０を支持するラジアル軸受は基本的に不要になる。

さらに、回転マス１０が２つの歯車モータＭ、Ｍで駆動されることによって、より大きな駆動トルクが得られるので、回転マス１０の回転数を増大させ、より大きな回転慣性質量効果を得ることができる。あるいは、同等の回転慣性質量効果を確保する上で、１基当たりの歯車モータＭの容量を低減することが可能になり、歯車モータＭの小型化を図ることができる。

また、シリンダ３が短筒状に形成され、ピストン４の面積が軸線方向長さに対して相対的に大きく設定されていることで、ピストン４の単位ストローク当たりの作動流体ＨＦの押し出し量が大きくなり、第１及び第２連通路５、６内の作動流体ＨＦの流量が大きくなる。これにより、機械装置Ｋの振動の振幅が微小な場合でも、歯車モータＭをより確実に作動させ、回転させることによって、回転慣性質量効果を確実に発揮させ、振動抑制効果を良好に得ることができる。

なお、上述した実施形態では、回転マス１０を駆動する駆動ユニットＵＤ（歯車モータＭ及び駆動ギヤ８）が計２つ設けられているが、これを増設してもよい。図５はそのような変形例を示す。この例では、増設用の２つの連通路２０、２０が、平面的に見て、第１及び第２連通路５、６に直交するように配置されている。各連通路２０は、第１及び第２連通路５、６と同様、シリンダ３の第１及び第２流体室３ｅ、３ｆにそれぞれ連通している。また、各連通路２０に歯車モータＭが同様に配置され、駆動ギヤ８が同様に設けられている。

この構成によれば、回転マス１０が４つの歯車モータＭで駆動されることによって、さらに大きな駆動トルクが得られるので、回転マス１０の回転数をさらに増大させ、より大きな回転慣性質量効果を得ることができる。なお、駆動ユニットＵＤの増設数は、上記の２つに限らず、さらに増やしてもよい。また、このような駆動ユニットＵＤの増設は、後述する他の実施形態や変形例においても同様に適用することが可能である。

図６は、第１実施形態に対する他の変形例を示す。この変形例は、基礎Ｆ上に架台２１を設置するとともに、架台２１にシリンダ３を直接、載置し、連結したものである。架台２１は、剛性の高い部材、例えば鋼材で構成されている。また、架台２１は、中空状に形成されており、その上壁部２１ａにおいてシリンダ３の下端壁３ｃにねじ２２で固定され、下側の基部２１ｂにおいて基礎Ｆにねじ２２で固定されている。

以上のように架台２１の鉛直剛性が高い場合には、機械装置Ｋからの鉛直荷重に対する架台２１の変形量が小さいことで、機械装置Ｋの振動の振幅がほぼそのまま、シリンダ３とピストン４との相対変位に反映される。これにより、特に機械装置Ｋの振動の振幅が微小な場合において、可能な限り、歯車モータＭを回転させながら、回転慣性質量効果を発揮させることができる。

あるいは、架台２１の鉛直剛性を、上記のような高剛性に代えて、より柔らかい適度な剛性に設定してもよい。この場合、マスダンパ２及び架台２１をモデル化すると、図７に示すように、互いに並列の接続関係にある（ａ）回転マス１０から成る慣性質量要素ｍｄと（ｂ）作動流体ＨＦから成る粘性要素ｃｄに、（ｃ）架台２１から成るばね要素ｋｂが直列に接続されたモデルになる。

したがって、架台２１の鉛直剛性（ばね定数）を適宜、設定することによって、振動抑制装置１の振動周期、例えば固有振動数を、機械装置Ｋの固有振動数に同調するように調整することが可能である。また、図示しないが、同じ目的のために、架台２１と基礎Ｆの間や架台２１とシリンダ３の間に、皿ばねなどを鉛直剛性の調整材として設けてもよい。

次に、図８を参照しながら、本発明の第２実施形態によるマスダンパ５２について説明する。図２との比較から明らかなように、第１実施形態のマスダンパ２では、２つの駆動ユニットＵＤ（歯車モータＭ及び駆動ギヤ８）と１つの回転マス１０との組み合わせ（以下「第１回転マスユニットＵＭ１」という）が、マスダンパ上部に設けられている。これに加えて、第２実施形態のマスダンパ５２は、同じ構成の第２回転マスユニットＵＭ２を、マスダンパ下部に設けたものである。したがって、第２回転マスユニットＵＭ２の構成要素に、第１回転マスユニットＵＭ１と同じ符号を付するとともに、以下、要点を中心として説明する。

図８に示すように、第２回転マスユニットＵＭ２は、第１回転マスユニットＵＭ１と同じ構成を有するとともに、上下対称に配置されている。具体的には、第２回転マスユニットＵＭ２の一対の歯車モータＭ、Ｍは、第１及び第２連通路５、６の各下側通路部の中央に設けられ、シリンダ３の軸線を中心として互いに対称に配置されている。回転軸７は、各歯車モータＭのギヤ１７と同軸状に一体に設けられ、下方に延びている。また、駆動ギヤ８は、各回転軸７の下端部に同軸状に一体に設けられ、回転マス１０のギヤ部１０ｄに噛み合っている。回転マス１０は、中心のロッド挿通孔１０ｃを介してシリンダロッド１３に回転自在に嵌合し、シリンダ３の下端壁３ｃにスラスト軸受１８を介して回転自在に支持されている。

次に、上記構成のマスダンパ５２の動作について説明する。機械装置Ｋが作動し、上下方向に振動すると、第１実施形態のマスダンパ２と同様、ピストン４は、図８に示す中立位置から、機械装置Ｋと基礎Ｆとの間の相対変位に応じて、シリンダ３内を上下方向に移動する。これに伴い、第１又は第２流体室３ｅ、３ｆ内の作動流体ＨＦがピストン４で押し出され、第１及び第２連通路５、６に流入する。この作動流体ＨＦの流動が各歯車モータＭで回転運動に変換されることによって、４つの歯車モータＭが互いに同じ方向に同じ回転数で回転する。

そして、第１及び第２回転マスユニットＵＭ１、ＵＭ２のそれぞれにおいて、歯車モータＭ、Ｍの回転が、駆動ギヤ８、８及びギヤ部１０ｄを介して回転マス１０に伝達されることにより、２つの回転マス１０、１０が互いに同じ方向に同じ回転数で回転駆動され、回転マス１０、１０による回転慣性質量効果が同時に発揮される。また、作動流体ＨＦが第１及び第２連通路５、６を流動する際の粘性抵抗によって粘性減衰効果が発揮される。

以上のように、本実施形態のマスダンパ５２によれば、第１及び第２回転マスユニットＵＭ１、ＵＭ２のそれぞれにおいて、第１及び第２連通路５、６内の作動流体ＨＦの流動が一対の歯車モータＭ、Ｍで回転運動に変換されることによって、２つの回転マス１０、１０が同時に回転する。これにより、第１実施形態のマスダンパ２と比較して、より大きな回転慣性質量効果を得ることができ、振動抑制効果をさらに向上させることができる。また、本実施形態のマスダンパ５２は、第２回転マスユニットＵＭ２を有すること以外は、基本的に第１実施形態と同じ構成を有するので、第１実施形態による前述した効果を同様に得ることができる。

次に、図９及び図１０を参照しながら、本発明の第３実施形態によるマスダンパ６２について説明する。前述した第１及び第２実施形態では、回転マス１０がシリンダ３に対して軸線方向の外側に配置されているのに対し、本実施形態のマスダンパ６２は、回転マス７０をリング状に形成し、シリンダ３の外周側に配置した点が、基本的に異なる。したがって、第１及び第２実施形態と同じ又は同等のマスダンパ６２の構成要素に同じ符号を付するとともに、以下、異なる点を中心として説明する。

図９に示すように、このマスダンパ６２では、第１連通路５の上側通路部及び下側通路部の外端部に、一対の歯車モータＭ、Ｍが上下方向に互いに対向するように配置され、第２連通路６の上側通路部及び下側通路部の外端部に、一対の歯車モータＭ、Ｍが上下方向に互いに対向するように配置されている。第１及び第２連通路５、６の各一対の歯車モータＭ、Ｍの回転軸７、７は各ギヤ１７から内方に延び、それらに共通の１つの駆動ギヤ６８が同軸状に一体に設けられている。

回転マス７０は、第１及び第２実施形態の回転マス１０と同様、比重が比較的大きな材料、例えば鉄で構成されている。図１０（ｂ）に示すように、回転マス７０は、リング状に形成され、シリンダ３の外周側を取り囲むように配置されており、その外周部に回転自在に嵌合している。また、回転マス７０は、スラスト軸受（図示せず）を介して、シリンダ３の下部に回転自在に支持されている。回転マス７０の外周面にはギヤ部７０ａが形成され、このギヤ部７０ａに２つの駆動ギヤ６８が噛み合っている。

次に、上記構成のマスダンパ６２の動作について説明する。機械装置Ｋが作動し、上下方向に振動すると、第１及び第２実施形態と同様、ピストン４は、図９に示す中立位置から、機械装置Ｋと基礎Ｆとの間の相対変位に応じて、シリンダ３内を上下方向に移動する。これに伴い、第１又は第２流体室３ｅ、３ｆ内の作動流体ＨＦがピストン４で押し出され、第１及び第２連通路５、６に流入する。この作動流体ＨＦの流動が各歯車モータＭで回転運動に変換されることによって、４つの歯車モータＭが互いに同じ方向に同じ回転数で回転する。

そして、第１連通路５の歯車モータＭ、Ｍの回転及び第２連通路６の歯車モータＭ、Ｍの回転が、それぞれの駆動ギヤ６８とギヤ部７０ａを介して回転マス７０に伝達されることによって、回転マス７０が回転駆動され、回転慣性質量効果が発揮される。また、作動流体ＨＦが第１及び第２連通路５、６を流動する際の粘性抵抗によって粘性減衰効果が発揮される。

以上のように、本実施形態のマスダンパ６２によれば、第１及び第２連通路５、６内の作動流体ＨＦの流動が、各一対の歯車モータＭ、Ｍで回転運動に変換され、これらの４つの歯車モータＭによって回転マス７０が回転駆動される。これにより、大きな駆動トルクが得られるので、回転マス７０の回転数を増大させ、より大きな回転慣性質量効果を得ることができる。

また、単一の回転マス７０がシリンダ３の外周側に配置されるので、第１及び第２実施形態と比較して、マスダンパ６２の上下方向長さが短縮されることで、マスダンパ６２ひいては振動抑制装置１の小型化を図ることができる。さらに、本実施形態のマスダンパ６２は、回転マス７０がシリンダ３の外周側に配置されること以外は、基本的に第１実施形態と同じ構成を有するので、第１実施形態による前述した効果を同様に得ることができる。

図１１は、第３実施形態に対する変形例を示す。この変形例は、上述したマスダンパ６２に対し、第１フランジ１２とシリンダ３の上端壁３ｂとの間に、ピストンロッド１１を取り囲むように複数の皿ばね７２を配置したものである。

このマスダンパ６２をモデル化すると、図１２に示すように、（ａ）回転マス７０から成る慣性質量要素ｍｄと、（ｂ）作動流体ＨＦから成る粘性要素ｃｄと、（ｃ）皿ばね７２から成るばね要素ｋｂが、互いに並列に接続されたモデルになる。したがって、例えば皿ばね７２及び支持部材Ｉの剛性を適宜、設定することによって、機械装置Ｋの固有振動数を調整することが可能である。

なお、本発明は、説明した第１〜第３実施形態及び変形例に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１〜第３実施形態のいずれにおいても、連通路として第１及び第２連通路が設けられているが、これに限らず、単一の連通路を設けてもよい。

図１３は、そのようなマスダンパ２の例を示している。この例では、連通路７５は、一端部においてシリンダ３の第１流体室３ｅに連通し、２つの歯車モータＭ、Ｍの位置を通るように、径方向に延びるとともに両外側の２箇所で折り返されており、他端部においてシリンダ３の第２流体室３ｆに連通している。この構成においても、連通路７５内の作動流体ＨＦの流動に伴い、２つの歯車モータＭ、Ｍが回転し、回転マス１０が回転駆動されるので、第１実施形態と同様の動作及び効果を得ることができる。

また、第１及び第２実施形態では、回転マス１０の本体部１０ａとギヤ形成部１０ｂが一体に構成されているが、両者１０ａ、１０ｂを別体で構成し、互いに連結するようにしてもよい。さらに、第３実施形態における回転マス７０の回転慣性質量効果を高めるために、付加錘を、他の構成部品と干渉しないように配置し、回転マス７０に一体に取り付けてもよい。

また、実施形態では、振動抑制装置を機械装置Ｋに適用し、主として上下方向の周期的な微小振動を抑制するものとして説明したが、本発明は、これに限定されず、同様の振動特性で振動する構造物、例えばエアロビクスの練習場などに用いられる鋼製下地の床システムや、風などにより振動する鉄骨フレームに適用してもよい。後者の場合、振動抑制装置は、振動を抑制すべき鉄骨フレームの部位を振動部とし、その下層部を基礎部として、それらの間に設置される。また、本発明は、上記のような振動特性を有する装置や構造物に限らず、広く適用でき、例えば水平方向の振動や振幅が比較的大きな振動などの抑制に適用してもよいことは、もちろんである。

また、実施形態で示した各種の構成部品の構成、例えば第１及び第２連通路５、６、歯車モータＭ、駆動ギヤ８、６８や、回転マス１０、７０などの構成は、あくまで例示であり、要求されるそれぞれの機能が得られる限り、任意の構成を採用することが可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成（形状、個数及び配置など）を適宜、変更することができる。

１ 振動抑制装置
２ 第１実施形態のマスダンパ
３ シリンダ
３ｄ シリンダの内部空間
３ｅ 第１流体室
３ｆ 第２流体室
４ ピストン
５ 第１連通路（連通路）
６ 第２連通路（連通路）
７ 歯車モータの回転軸
８ 駆動ギヤ
１０ 回転マス（第１回転マス、第２回転マス）
１０ｄ ギヤ部
１１ ピストンロッド
１３ シリンダロッド
２１ 架台
５２ 第２実施形態のマスダンパ
６２ 第３実施形態のマスダンパ
６８ 駆動ギヤ
７０ 回転マス
７０ａ ギヤ部
７２ 皿ばね（ばね要素）
７５ 連通路
Ｋ 機械装置（振動部）
Ｆ 基礎（基礎部）
ＨＦ 作動流体
Ｍ 歯車モータ

Claims (8)

1. 基礎部と当該基礎部に設置される振動部との間に設けられ、当該振動部の振動を抑制するための振動抑制装置であって、
   作動流体が充填され、前記基礎部及び前記振動部の一方に連結されたシリンダと、
   ピストンロッドを一体に有し、前記シリンダの内部空間に軸線方向に摺動自在に設けられ、当該内部空間を第１流体室と第２流体室に区画するとともに、前記ピストンロッドを介して前記基礎部及び前記振動部の他方に連結されたピストンと、
   作動流体が充填され、前記ピストンをバイパスし、前記第１及び第２流体室に連通する連通路と、
   当該連通路に前記シリンダの軸線を中心として互いに対称に配置され、当該連通路内の作動流体の流動を回転運動に変換する複数の歯車モータと、
   当該複数の歯車モータの回転軸にそれぞれ連結された複数の駆動ギヤと、
   前記ピストンロッド及び前記シリンダの一方に回転自在に嵌合するとともに、外周面にギヤ部を有し、前記複数の駆動ギヤにより前記ギヤ部を介して回転駆動される回転マスと、
   を備えることを特徴とする振動抑制装置。
2. 前記シリンダは、前記内部空間の径方向の寸法が軸線方向の寸法よりも大きい短筒状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の振動抑制装置。
3. 前記連通路は、互いに並列に設けられた第１連通路及び第２連通路を含み、
   前記複数の歯車モータは、前記第１及び第２連通路にそれぞれ配置された一対の歯車モータを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の振動抑制装置。
4. 前記シリンダは、軸線方向の一端部から前記ピストンロッドと反対側に延びるシリンダロッドを一体に有し、
   前記回転マスは、前記ピストンロッドに回転自在に嵌合する第１回転マスと、前記シリンダロッドに回転自在に嵌合する第２回転マスを含み、
   前記複数の歯車モータは、前記第１及び第２連通路にそれぞれ配置され、前記第１回転マスを回転駆動するための第１の一対の歯車モータと、前記第１及び第２連通路にそれぞれ配置され、前記第２回転マスを回転駆動するための第２の一対の歯車モータを含むことを特徴とする、請求項３に記載の振動抑制装置。
5. 前記回転マスは、リング状に形成され、前記シリンダの外周部に回転自在に嵌合しており、
   前記複数の歯車モータは、前記第１連通路に配置され、前記シリンダの軸線方向に互いに対向する第１の一対の歯車モータと、前記第２連通路に配置され、前記シリンダの軸線方向に互いに対向する第２の一対の歯車モータを含み、
   前記複数の駆動ギヤは、前記第１の一対の歯車モータの前記回転軸に共通に連結された駆動ギヤと、前記第２の一対の歯車モータの前記回転軸に共通に連結された駆動ギヤを含むことを特徴とする、請求項３に記載の振動抑制装置。
6. 前記基礎部に設置されるとともに、前記シリンダが載置された状態で連結された架台をさらに備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の振動抑制装置。
7. 当該振動抑制装置の振動周期を調整するためのばね要素をさらに備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の振動抑制装置。
8. 前記振動部は、前記基礎部の上側に設置され、作動時に上下方向の振動が周期的に発生する機械装置であることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の振動抑制装置。

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