TWI386565B - Vibration absorption device - Google Patents

Description

振動能吸收裝置

本發明係關於一種振動能吸收裝置及具備該裝置之結構物，為了使高級公寓等集合式住宅、事務所大樓、獨棟住宅、以及橋樑等結構物或者隔震化結構物中產生之振動早期衰減，而利用該振動能吸收裝置來吸收其振動能。

就此種振動能吸收裝置(阻尼器)而言，眾所周知有黏性阻尼器、摩擦阻尼器、鉛阻尼器、鋼棒阻尼器等，該振動能吸收裝置適用於帶有可使結構物恢復至初始位置之例如彈簧裝置之結構物。

[專利文獻1]日本專利特開2003－287079號公報

[非專利文獻1]中田、家村、五十嵐，「實大連結結構物之模擬負剛度附加型半主動震動控制實驗」，土木學會第56次年次學術講演會論文集，社團法人土木學會，平成13年10月，p162－163[非專利文獻2]家永、五十嵐、鈴木，「關於MR阻尼器(magnetorheological damper，磁流變阻尼器)應用於模擬負剛度半主動控制之實時混合實驗」，日本地震工學會、大會－2003梗概集，p268－269

當將帶有彈簧裝置之黏性阻尼器、摩擦阻尼器等振動能吸收裝置應用於結構物中，例如，應用於隔震化結構物時，由於振動過程中，除彈簧裝置之回復力之外，振動能吸收裝置之阻力亦對結構物施加負載，因而結構物受到強力，故必須增大受到振動能吸收裝置之阻力及彈簧裝置之回復力的受力部位之剛度。

本發明係鑒於上述諸點而完成者，其目的在於提供一種振動能吸收裝置及具備其之結構物，該振動能吸收裝置可使結構物之受到阻力及恢復機構回復力的受力部位之剛度不特別大。

本發明之振動能吸收裝置包括：往復移動構件，其自如地往復移動於相對於原點位置正負之最大位移位置；減振力產生機構，其對往復移動構件之往復移動產生減振力；以及控制機構，其以如下方式控制減振力產生機構：於往復移動構件之往復移動中，在自正負最大位移位置至原點位置之各個移動方面，使減振力產生機構產生減振力，另一方面，在繼此等移動後之自原點位置至正負最大位移位置之各個移動方面，不減振力產生機構實質上產生減振力。

根據本發明之振動能吸收裝置，利用控制機構，於往復移動構件之往復移動中，在自正負最大位移位置至原點位置之各個移動方面，使減振力產生機構產生減振力，另一方面，在繼此等移動後之自原點位置至正負最大位移位置之各個移動方面，不使減振力產生機構實質上產生減振力，因而為了結構物之減振化，即便使往復移動構件連結於該結構物並將本振動能吸收裝置設置於結構物上，當地震等引起結構物振動時，於自原點位置至正負最大位移位置之各個移動方面，不會於結構物之連結有往復移動構件之部位產生由振動能吸收裝置之減振力而導致之力，因而不必使該部位具有很強剛度，而且當地震等引起結構物振動時，於自正負最大位移位置至原點位置之各個移動方面，同時設置的原點恢復裝置之恢復力與振動能吸收裝置之減振力會相互抵消，藉此亦可不必使隔震結構物之連結有往復移動構件之部位具有很強剛度。

本發明之往復移動構件之正負最大位移位置根據結構物振動大小而變化，當結構物振動大時變大，相反地當結構物振動小時變小，而且隨著結構物振動之衰減而變小。

本發明之控制機構可控制減振力產生機構，以便於往復移動構件之往復移動中，在自正負最大位移位置至原點位置之各個移動方面，使減振力產生機構產生非零之大致一定之減振力，但取代此，亦可控制減振力產生機構，以便於往復移動構件之往復移動中，在自正負最大位移位置至原點位置之各個移動方面，使減振力產生機構產生逐漸減小之減振力。

就減振力產生機構而言，可為利用黏性阻力、黏彈性阻力、摩擦阻力、彈塑性阻力或者此等之組合等者。

本發明之控制機構亦可利用控制閥而構成，該控制閥係控制孔口通道、單向閥以及由該孔口通道及單向閥等形成之流體迴路之連通。

於本發明之較佳例中，往復移動構件包括活塞以及與該活塞連結之活塞桿；減振力產生機構包括：壓缸，其往複移動自如地容納活塞，並且活塞桿貫通；控制孔口閥，其藉由一方埠而與壓缸內之由活塞所區劃之一方室連通，並藉由他方埠而與壓缸內之由活塞所區劃之他方室連通；及容納於壓缸內之流體；控制機構根據活塞之往復移動而控制控制孔口閥，以便於活塞之往復移動中，於自正負最大位移位置至原點位置之各個移動方面，因控制孔口閥之流體通過而產生減振力，另一方面，於繼此等移動後之自原點位置至正負最大位移位置之各個移動方面，不因控制孔口閥之流體通過而實質上產生減振力，此時，控制機構包括檢測活塞往復移動之檢測機構，並利用該檢測機構來控制控制孔口閥。

當檢測活塞之往復移動時，可使檢測機構檢測活塞自身之往復移動，但取代此，亦可檢測活塞桿之往復移動或者連結活塞桿之結構物之振動等。

作為流體而言，可列舉矽系流動體為較佳例，亦可為其他流體，例如除矽系以外之油等液體。

本發明之結構物以用往復移動構件接受結構物振動之方式連結於上述任一態樣之振動能吸收裝置，此處，結構物可藉由層積橡膠、滑動構件、滾筒構件等而隔震化，此時，結構物連結於振動後使結構物恢復至初始位置之恢復機構即可，且上述恢復機構較好的是包括介於結構物與設置結構物之地面之間的彈性裝置，彈性裝置亦可包括層積橡膠支承墊(Laminated Rubber Bearing)及螺旋彈簧中之至少一個。

本發明可提供一種振動能吸收裝置及包括其之結構物，該振動能吸收裝置可使結構物之受到阻力與恢復機構之回復力的受力部位之剛度不特別大。

繼而，根據圖示之較佳例，更詳細地說明本發明及其實施形態。再者，本發明於此等例中無任何限制。

[實施例]

圖1中，本例之振動能吸收裝置1具備：往復移動構件2，其於H方向上，自如地往復移動於相對於原點位置O(示於圖1、圖4及圖6之位置)之正負最大位移位置D±max(示於圖3及圖5之位置)；減振力產生機構3，其對往復移動構件2於H方向上之往復移動產生減振力R；以及控制機構4，其控制減振力產生機構3，以使於往復移動構件2在H方向上之往復移動中，一方面，在H方向上於自正負最大位移位置D±max至原點位置O之各個位置之移動中，使減振力產生機構3產生固定之減振力R，另一方面，繼此等在H方向上之移動後，在H方向上於自原點位置O至正負最大位移位置D±max之各個位置之移動中，使減振力產生機構3實質上不產生減振力R，即，實質上產生零減振力R。

往復移動構件2具備：活塞5；活塞桿6，其固著而連結於活塞5上；以及安裝部7，其固著於活塞桿6之一端部。

減振力產生機構3具備：壓缸10，其於H方向上往復移動自如地容納有活塞5，且貫通有活塞桿6；控制孔口閥15，其藉由一方埠12而與壓缸10內之由活塞5所區劃之一方室11連通，並藉由他方埠14而與壓缸10內之由活塞5所區劃之他方室13連通；以及容納於壓缸10內之流體，例如矽油16。

控制孔口閥15具有孔口通道，其中自埠12供給並流向埠14或者自埠14供給並流向埠12之矽油16的流動受到控制，並且直徑受到控制，因矽油16流過該孔口通道之流動阻力而產生減振力R。

控制機構4具備：檢測活塞5於H方向之往復移動之檢測機構21；以及具備微電腦等之控制部22，根據來自檢測機構21之檢測結果而控制控制孔口閥15之孔口通道直徑。

檢測機構21具備三個檢測器23、24及25，此等分別檢測活塞5之位置且並排配置於H方向上；檢測器23於H方向上，配置於壓缸10之大致中央位置；檢測器24於H方向上，配置於活塞5於H1方向之大致最大可移動位置；檢測器25於H方向上，配置於活塞5在H1方向之相反方向，即H2方向之最大可移動位置；以上述檢測器23、24及25而言，可使用磁力感應器等非接觸式感應器。

控制部22對來自檢測機構21中檢測器23、24及25之檢測結果進行加法、減法、微分、積分等處理，以判斷活塞5是否到達正負最大位移位置D±max及原點位置O，以及活塞5之移動方向。

控制機構4根據活塞5於H方向之往復移動，於本例中，根據來自檢測機構21之檢測結果來控制控制孔口閥15，以使活塞5於H方向上之往復移動中，一方面，於自正負最大位移位置D±max至原點位置O之各個位置之移動中，因控制孔口閥15之孔口通道中矽油16之通過而產生特定之減振力R，另一方面，繼此等移動之後，於自原點位置O至正負最大位移位置D±max之各個位置之移動中，不會因控制孔口閥15之孔口通道中矽油16之通過而實質上產生減振力R。

上述振動能吸收裝置1如圖2所示，以如下方式而使用：一方面，為了使構造物33可相對於含有地基之地面31在H方向(水平方向)上移動，經由轉動自如之輥32而將構造物33設置於地面31上，使其隔震化，並將活塞桿6經由安裝部7而連結於構造物33上，以使振動能吸收裝置受到構造物33在H方向之振動，另一方面，將壓缸10固定於地面31上。

使結構物33恢復至初始位置之恢復機構具備彈性裝置，該彈性裝置包含***於結構物33與設置有結構物33之地面31之間的螺旋彈簧35，彈性係數為K之螺旋彈簧35於地震引起結構物33在H方向上振動時產生伸縮，一旦地震結束，則利用其回復力(彈性力)而使結構物33恢復至振動前之初始位置(相當於原點位置O)。對於往復移動構件2之活塞桿6經由安裝部7而與結構物33側之連結，當結構物33不產生振動，或者藉由螺旋彈簧35而使結構物33恢復至初始位置並靜止之狀態下，如圖1所示，活塞5在H方向上，位於壓缸10之大致中央處，即位於原點位置O。

於該狀態下，控制部22接受來自檢測機構21之顯示有活塞5位於原點位置O(D＝0)之檢測結果，並以如下方式控制控制孔口閥15：使控制孔口閥15之孔口通道直徑最大，換言之，即便於控制孔口閥15之孔口通道中流動有矽油16，實質上亦不會產生減振力R(R＝0)。例如，當結構物33因地震而於H方向上振動，使活塞5經由活塞桿6最先於例如圖3所示之H方向上在H1方向移動時，室11側之矽油16經由控制孔口閥15之孔口通道而流動至室13側，然而，在活塞5於H1方向上自大致中央位置(原點位置O，D＝0)至H1方向上之正最大位移位置(D＝D＋max)之移動中，減振力產生機構3產生圖7中直線41所示之零反作用力(阻力)R，並將其供給至活塞桿6，上述零反作用力(阻力)R由控制孔口閥15之成為最大直徑之孔口通道而產生。

進而，如圖3所示，將活塞5移動至H1方向之正最大位移位置(D＝D＋max)後，若活塞5於H方向上向與H1方向相反之方向即H2方向開始移動，則接受來自檢測機構21之檢測結果之控制部22判斷活塞5到達H1方向之正最大位移位置(D＝D＋max)後，已於H方向上向與H1方向之相反方向即H2方向開始移動，並立即以下述方式控制控制孔口閥15：縮小控制孔口閥15之孔口通道直徑，使矽油16於控制孔口閥15之孔口通道上流動時，會產生固定之減振力R。若於該狀態下活塞5向H2方向移動，則此次室13側之矽油16經由控制孔口閥15之孔口通道而流動至室11側，因而在活塞5向H2方向自正最大位移位置(D＝D＋max)至H2方向之大致中央位置(原點位置O，D＝0)之移動中，減振力產生機構3產生由圖7之曲線42所示之固定反作用力(阻力)R，並將其供給至活塞桿6，上述反作用力(阻力)R由控制孔口閥15縮小後之孔口通道而產生。

進而，如圖3所示，將活塞5自正最大位移位置(D＝D＋max)向H2方向移動後，如圖4所示，若活塞5到達大致中央位置(原點位置O，D＝0)，則接受來自檢測機構21之檢測結果之控制部22判斷活塞5已到達大致中央位置(D＝0)，並立即以下述方式控制控制孔口閥15：使控制孔口閥15之孔口通道直徑最大，換言之，即便控制孔口閥15之孔口通道中流動有矽油16，亦不會實質上產生減振力R(R＝0)。

若活塞5自壓缸10之大致中央位置(D＝0)進而繼續向H2方向移動，則在活塞5自H2方向之大致中央位置(D＝0)向H2方向移動中，減振力產生機構3產生由圖7之直線43所示之零反作用力(阻力)R，並將其供給至活塞桿6，上述零反作用力(阻力)R由控制孔口閥15之成為最大直徑之孔口通道而產生。

活塞5在如圖4所示之自大致中央位置(D＝0)向H2方向之移動中，如圖5所示，當活塞5到達H2方向之負最大位移位置(D＝－max)後，若活塞5於H方向上再次向與H2方向之相反方向即H1方向開始移動，則接受來自檢測機構21之檢測結果之控制部22判斷活塞5到達H2方向之負最大位移位置(D＝D－max)後，已於H方向上向與H2方向之相反方向即H1方向開始移動，並立即以下述方式控制控制孔口閥15：縮小控制孔口閥15之孔口通道直徑，使矽油16於控制孔口閥15之孔口通道中流動時，會產生固定之減振力R。若於該狀態下活塞5向H1方向移動，則室11側之矽油16經由控制孔口閥15之孔口通道而向室13側流動，因而於活塞5於H1方向上，自負最大位移位置(D＝D－max)至H1方向之大致中央位置(原點位置O，D＝0)之移動中，減振力產生機構3產生由圖7之曲線44所示之固定反作用力(阻力)R，並將其供給至活塞桿6，上述反作用力(阻力)R由控制孔口閥15縮小後之孔口通道而產生。

進而，活塞5在如圖5所示之自負最大位移位置(D＝D－max)向H1方向移動後，圖6所示，當活塞5到達大致中央位置(原點位置O，D＝0)時，接受來自檢測機構21之檢測結果之控制部22判斷活塞5已到達大致中央位置(D＝0)，並立即以下述方式控制控制孔口閥15：使控制孔口閥15之孔口通道直徑最大，換言之，即便控制孔口閥15之孔口通道中流動有矽油16，亦不會實質上產生減振力R(R＝0)，然而，在活塞5於H1方向上自大致中央位置(原點位置O，D＝0)至H1方向之正最大位移位置(D＝D＋max)之移動中，減振力產生機構3再次產生由圖7之直線41所示之零反作用力(阻力)R，並將其供給至活塞桿6。

以下，活塞5再次移動至H1方向之正最大位移位置(D＝＋max)之後，活塞5在限於H2方向與H1方向上之振動中重複上述動作，振動能吸收裝置1將由圖7之直線41、曲線42、直線43及曲線44所示之減振環而形成之減振力R(反作用力R)供給至活塞桿6後，使由地震而導致之結構物33在H方向上之振動衰減。繼而，於振動能吸收裝置1中，由地震引起結構物33在H方向上振動之振幅及速度減小，並且由直線41、曲線42、直線43及曲線44所示之減振環變小，將該減振環顯示之減振作用提供給地震引起之結構物33在H方向上之振動，藉此，一旦結構物33之振動平息，則結構物33可利用螺旋彈簧35之回復力而恢復至初始位置。

於結構物33之振動過程中，在活塞5所移經之H方向上之各位置D，對結構物33負載有圖7中如回復力直線45所表示的螺旋彈簧35之回復力R及振動能吸收裝置1之減振力R(反作用力R)，但由於振動能吸收裝置1係對於結構物33在位置D上之位移而具有所謂負剛度者，故結構物33所負載之振動能吸收裝置1之減振力R與螺旋彈簧之回復力R的合力較小，因此受到此等合力之結構物33之剛度不必特別大。

即，根據振動能吸收裝置1，利用控制機構4，於往復移動構件2在H方向上之往復移動中，一方面，於自正負最大位移位置D±max至原點位置O之各個位置之移動中，使減振力產生機構3產生固定之減振力，另一方面，繼此等移動之後，於自原點位置O至正負最大位移位置D±max之各個位置之移動中，使減振力產生機構3實質上不產生減振力，因而為了實現結構物33之抗震化，即便使往復移動構件2連結於該結構物33上，並將振動能吸收裝置1設置於結構物33上，當地震等引起結構物33振動時，於自原點位置O至正負最大位移位置D±max之各個位置之移動中，不會於結構物33之連接有往復移動構件2之部位產生由振動能吸收裝置1之減振力而導致之力，因而不必使該部位具有很強剛度，而且，當地震等引起結構物33振動時，於自正負最大位移位置D±max至原點位置O之各個位置之移動中，附設的螺旋彈簧35之恢復力及振動能吸收裝置1之減振力會相互抵消，藉此亦可不必結構物33之連結有往復移動構件2之部位具有很強剛度。

上述結構物之例係藉由輥32而實現之隔震化結構物33，除此而外，亦可將結構物33經由滑動構件等而設置於地面31上，使結構物33相對於地面31可於H方向上移動，以實現隔震化，進而，結構物亦可為例如具有層積橡膠支承墊之隔震化結構物，於此情形時，可省略螺旋彈簧35，而由作為彈性裝置之層積橡膠支承墊來承擔恢復功能，進而，結構物亦可為未實現隔震化之結構物，於此情形時，無須將恢復機構特別設置於結構物以外之物體上，亦可使結構物自身具備恢復功能。又，於控制孔口閥15之孔口通道之通道阻力調節後之隔震化結構物或者未經隔震化之結構物上，可獲得由圖7之直線41、曲線52、直線43及曲線54，或者直線41、曲線62、直線43及曲線64所示之最佳減振環。再者，圖7所示之曲線係用於說明之原理性曲線，實際上，例如曲線42與直線43未經過原點(＝0)而連結，且曲線44與直線41亦如此。

又，控制機構4控制減振力產生機構3之控制孔口閥15，使控制孔口閥15之孔口通道自正負最大位移位置D±max至原點位置O縮小為固定直徑，除此而外，亦可以下述方式控制減振力產生機構3之控制孔口閥15：於往復移動構件2在H方向之往復移動中，於自正負最大位移位置D±max至原點位置O之各個位置之移動中，使控制孔口閥15之孔口通道直徑逐漸縮小，以使於減振力產生機構3中產生逐漸減小之減振力R，進而，控制機構4及減振力產生機構3可由停電時可動作之機械構件而構成，而不包含如檢測器23、24及25、控制部22及控制孔口閥15等電性作動構件。

1．．．振動能吸收裝置

2．．．往復移動構件

3．．．減振力產生機構

4．．．控制機構

圖1係本發明之實施形態之一較佳例的說明圖。

圖2係將圖1所示之例應用於結構物之例的說明圖。

圖3係圖2所示之例之動作說明圖。

圖4係圖2所示之例之動作說明圖。

圖5係圖2所示之例之動作說明圖。

圖6係圖2所示之例之動作說明圖。

圖7係圖2所示之例之動作說明圖。

1．．．振動能吸收裝置

2．．．往復移動構件

3．．．減振力產生機構

4．．．控制機構

5．．．活塞

6．．．活塞桿

7．．．安裝部

10．．．壓缸

11、13．．．室

12、14．．．埠

15．．．控制孔口閥

16．．．矽油

21．．．檢測機構

22．．．控制部

23、24、25．．．檢測器

Claims (9)

1. 一種振動能吸收裝置，其包括：往復移動構件，其可受到來自因彈性裝置於振動後恢復至初始位置之結構物之振動，並相對於原點位置，自如地往復移動於正負之最大位移位置；減振力產生機構，其對該往復移動構件之往復移動產生減振力；及控制機構，其以如下方式控制減振力產生機構：於往復移動構件之往復移動中，在自正負最大位移位置至原點位置之朝向該原點位置之各個移動，使減振力產生機構對該移動產生減振力，另一方面，在接著此等移動之自原點位置至正負最大位移位置之朝向該正負最大位移位置之各個移動，不使減振力產生機構對該移動實質上產生減振力。
2. 如請求項1之振動能吸收裝置，其中控制機構控制減振力產生機構，以便於往復移動構件之往復移動中，在自正負最大位移位置至原點位置之朝向該原點位置之各個移動，使減振力產生機構產生大致一定之減振力。
3. 如請求項1之振動能吸收裝置，其中控制機構控制減振力產生機構，以便於往復移動構件之往復移動中，在自正負最大位移位置至原點位置之朝向該原點位置之各個移動，使減振力產生機構產生逐漸減小之減振力。
4. 如請求項1至3中任一項之振動能吸收裝置，其中往復移動構件包括活塞以及與該活塞連結之活塞桿；減振力產生機構包括：壓缸，其將活塞往復移動自如地收容，並且貫通有活塞桿；控制孔口閥，其藉由一方之埠而與壓 缸內之由活塞所區劃之一方之室連通，並藉由他方之埠而與壓缸內之由活塞所區劃之他方之室連通；及容納於壓缸內之流體；控制機構根據活塞之往復移動而控制控制孔口閥，以便於活塞之往復移動中，在自正負最大位移位置至原點位置之朝向該原點位置之各個移動，藉控制孔口閥中之流體通過而對該移動產生減振力，另一方面，在繼續此等移動之自原點位置至正負最大位移位置之朝向該正負最大位移位置之各個移動，不因控制孔口閥中之流體通過而對該移動實質上產生減振力。
5. 如請求項4之振動能吸收裝置，其中控制機構包括檢測活塞往復移動之檢測機構，並根據該檢測機構來控制控制孔口閥。
6. 一種結構物，其以下列方式連結於請求項1至5中任一項之振動能吸收裝置：以該往復移動構件接受結構物振動。
7. 如請求項6之結構物，其係隔震化者，且連結於振動後使結構物恢復至初始位置之恢復機構。
8. 如請求項7之結構物，其中恢復機構包括彈性裝置，其介於結構物與設置結構物之地面之間。
9. 如請求項8之結構物，其中彈性裝置包括層積橡膠支承墊及螺旋彈簧中之至少一個。