JP2004003559A

JP2004003559A - Variable stiffness damping device

Info

Publication number: JP2004003559A
Application number: JP2002160633A
Authority: JP
Inventors: Taketo Fukuda; 福田　武人; Tatsuro Kosaka; 高坂　達郎; Yukikazu Oi; 大井　幸和
Original assignee: Osaka Industrial Promotion Organization
Current assignee: Osaka Industrial Promotion Organization
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】電気粘性流体を応用して、制振方法が簡便であり、既存の構造物への設置が比較的容易で、かつ多様な振動に対して大きな制振効果を長期間にわたって確実に発揮し得る能動型（アクティブ型）の剛性可変型制振装置を提供する。
【解決手段】収納空間を備えたケーシング２を設ける。上記収納空間に収納される電気粘性流体３を設ける。上記電気粘性流体３中を移動自在に設けられ、かつ、構造物１に連結された梁形状のブレース４を設ける。上記電気粘性流体３の粘度を変化させるための各電極板７を設ける。上記構造物１の振動を検出し、上記検出値に基づいて各電極板７への印加電圧を制御する制御部９を設ける。
【選択図】　図１An object of the present invention is to apply an electrorheological fluid, a simple vibration damping method, relatively easy installation on an existing structure, and reliably exhibit a large vibration damping effect for various vibrations over a long period of time. The present invention provides an active (active) variable stiffness type vibration damping device.
A casing having a storage space is provided. An electrorheological fluid 3 housed in the housing space is provided. A beam-shaped brace (4) movably provided in the electrorheological fluid (3) and connected to the structure (1) is provided. Each electrode plate 7 for changing the viscosity of the electrorheological fluid 3 is provided. A control unit 9 for detecting the vibration of the structure 1 and controlling the voltage applied to each electrode plate 7 based on the detected value is provided.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印加する電圧により粘性が増減する電気粘性流体（以下ＥＲ流体と称する）を応用した、家やビル等の構造物に対する剛性可変型制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震や強風等により振動する構造物は、各々に固有振動数を備えており、入力波の卓越振動数が構造物の固有振動数に近づくと共振現象を起こし、入力波の何倍もの変位を示す振動を起こす。
【０００３】
そこで、構造物の固有振動数を入力波の卓越振動数から離すと、構造物を共振から回避できることから、構造物の固有振動数を調整する制振装置が考えられた。このような制振装置には、固有振動数が固定のパッシブ型のものと、固有振動数が可変のアクティブ型のものとが知られている。アクティブ型のものはパッシブ型のものと比較して、固有振動数を可変とする制御力を付加するための機構がより複雑となるが、大きな制振効果を発揮することが可能となっている。
【０００４】
アクティブ型の制振装置としては、構造物に異なる２種類以上の剛性状態を設定しておき、地震動の状況に対応して、上記剛性状態を変化させて共振を抑制し、構造物に対する地震動の影響を低減させるものが例として挙げられる。
【０００５】
このような振動を能動的（セミアクティブ）に減衰、制振させる具体例として、ＥＲ流体を使用した流体ダンパーが提案されている（特開平１０−２５２８２９号公報、公開日１９９８年９月２２日）。ＥＲ流体は、印加電圧に応じて粘性が変化する物質であり、振動を検出して印加電圧を制御すれば、多様な振動に対して有効に作用し得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来公報に記載の発明では、ダンパーケーシング内にＥＲ流体を充填し、その内部を往復するピストンのオリフィスに電極を設けるとしただけなので、ＥＲ流体の粘性の変化による減衰力が十分に発揮され難いという問題を生じている。
【０００７】
また、通常に用いられるＥＲ流体は分散系（ベースオイルに微粒子混ぜたもの）が多く、このようなＥＲ流体の場合では、長期間を経過する間に重力などによって自然に混入微粒子が沈降して、ベースオイルと微粒子とが分離しＥＲ流体の特性が劣化することにより、制振効果を発揮しなくなる恐れがある。
【０００８】
本発明は、ＥＲ流体を応用して、制振方法が簡便であり、既存の構造物への設置が比較的容易で、かつ多様な振動に対して大きな制振効果を長期間にわたって確実に発揮し得る能動型（アクティブ型）の剛性可変型制振装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の剛性可変型制振装置は、以上の課題を解決するために、収納空間を備えたケーシングと、上記収納空間に収納されるＥＲ流体と、上記ＥＲ流体中を移動自在に設けられ、かつ、構造物に連結された剛性可変部と、上記ＥＲ流体の粘性を変化させるための各電極と、上記構造物の振動を検出し、上記検出値に基づいて各電極への印加電圧を制御する制御部とを有することを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、制御部により振動を検出すると、制御部により上記ＥＲ流体に電圧が各電極を介して印加されることによりＥＲ流体の粘性を変化させる、つまり大きくすることができる。
【００１１】
これにより、上記ＥＲ流体中を構造物の振動に応じて振動変位する上記剛性可変部と上記ＥＲ流体との間に生ずる摩擦抵抗が変化して構造物の固有振動数（剛性）を変化させる（大きくする）ことができる。
【００１２】
したがって、上記構成では、構造物の固有振動数を変化させることができるから、ＥＲ流体に電圧を印加させて上記剛性可変部の振動変位する変動周波数を制御し構造物の固有振動数を地震動などの振動周波数と非共振化させて構造物に対して効果的な制振効果を得ることができる。
【００１３】
また、上記構成においては、剛性可変部をＥＲ流体中にて移動自在に設けるという簡素な構造により、構造物の固有振動数（剛性）を変化させる（大きくする）ことができるから、既存の構造物への設置が比較的容易で、かつ多様な振動に対して大きな制振効果を発揮できる。
【００１４】
上記剛性可変型制振装置では、前記剛性可変部は、梁形状であってもよい。上記構成によれば、剛性可変部を梁形状にしたので、ＥＲ流体との当接面積を大きくできて、ＥＲ流体中を移動自在に設けられた剛性可変部による、構造物に対する効果的な制振効果をより確実に得ることができる。
【００１５】
上記剛性可変型制振装置においては、前記ケーシング内に、さらに、電気粘性流体を攪拌する攪拌部を有していることが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、ＥＲ流体内における、微粒子（分散粒子）の分散を均一に保ち、上記ＥＲ流体の特性維持を図って、剛性可変型制振装置の制振効果を長期間にわたって有効に保つことができる。
【００１７】
上記剛性可変型制振装置では、さらに、前記電極は、剛性可変部の表面に設けられていてもよい。
【００１８】
上記構成によれば、電極を剛性可変部の表面に設けたことによって、電極とＥＲ流体との当接面積を大きくすることが可能となり、剛性可変部による、構造物に対する効果的な制振効果をより確実に得ることができる。
【００１９】
上記剛性可変型制振装置においては、さらに、前記剛性可変部は、振動方向に沿った表面を有するように配置されていることが好ましい。
【００２０】
上記構成によれば、剛性可変部を、振動方向に沿った表面を有するように配置することで、剛性可変部による、構造物に対する効果的な制振効果をより確実化できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１及び図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２２】
本発明の剛性可変型制振装置では、地震等による振動に対して制振すべき家等の構造物（以下、制振対象構造物と称す）１の基盤１ａに設置されたケーシング２が有底箱状に、液体を収納できるように設けられている。上記基盤１ａとは、制振対象構造物１が建てられている地面と最も一体的に振動（変位）する、上記制振対象構造物１の基端部分、つまり地面に近い部分をいう。
【００２３】
上記ケーシング２内には、印加電圧に比例して粘性が変化するＥＲ流体３が充填されている。ＥＲ流体３としては、特に限定されるものではないが、例えば、日本触媒製の商品名：ＴＸ−ＥＲ２１５５が挙げられる。ＴＸ−ＥＲ２１５５は、分散粒子と分散媒とを、分散粒子の重量分率が４０重量％（２５℃）、分散粒子の体積分率が４３．８容量％にて有している。上記分散粒子は、スルホン化（スチレン・ジビニルベンゼン共重合体）ナトリウム塩であり、平均粒子径が１０μｍ（数μｍから数十μｍの分布）、密度が１．６ｇ／ｃｍ^３（２５℃）のものである。上記分散媒は、クロロトリフルオロエチレン低重合体で、密度１．８７ｇ／ｃｍ^３（２５℃）のものである。
【００２４】
上記剛性可変型制振装置においては、アクリル酸エステル樹脂等の軽量で絶縁体からなる長方形板状で、梁形状となる、ブレース（剛性可変部）４が、上記ＥＲ流体３内に浸漬されて設けられている。上記ブレース４の形状は、例えば２５０×１９４×１５の比のものである。上記軽量とは、ＥＲ流体３より比重が小さいこと、より好ましくは比重が１．４以下、さらに好ましくは１．２以下であることをいう。上記絶縁体とは、体積抵抗率が、１×１０^１０以上、より好ましくは１×１０^１１以上をいう。
【００２５】
上記ブレース４が軽量で、ＥＲ流体３内にて浮力を生じることから、本発明の剛性可変型制振装置を制振対象構造物１に設置しても、上記制振対象構造物１に対する重量負荷を軽減できて、上記制振対象構造物１の共振周波数への影響を抑制できる。
【００２６】
ブレース４の四隅は、制振対象構造物１の先端１ｂ側に、４本の柱５でそれぞれ連結され、支持されている。また、各柱５により支持されているブレース４は、その表面方向の互いに直交する２方向の少なくとも一方が振動方向（例えば水平方向）に沿うように上記ＥＲ流体３内に配置されている。
【００２７】
なお、ブレース４は、その表面方向の互いに直交する２方向の双方が振動方向（例えば水平方向）に沿うように上記ＥＲ流体３内に配置されていることが好ましい。これにより、上記ブレース４は、振動方向（水平方向）に沿った面が２次元平面であるから、１８０°の各方向の振動に対応できるものとなっている。
【００２８】
また、上記剛性可変型制振装置では、ブレース４に対面する、好ましくは平行に対面するブレース１０が、前記各柱５に結合されて設けられている。ブレース１０における、少なくともブレース４への対向面は、ＥＲ流体３内となるように設定されている。このような各ブレース４、１０と、各柱５とによってボックス構造を構成して、上記構造の剛性を高めることができて、制振対象構造物１の制振をより確実化できる。
【００２９】
ブレース４の両表面のほぼ全面には、銅等からなる電極板７が、例えば厚さ０．３ｍｍにてそれぞれ形成されている。前記ケーシング２の内底面における、ブレース４への対向面には、銅等からなる電極板７が、例えば厚さ０．３ｍｍにて、かつ、対面するブレース４の電極板６よりその表面方向に広がった面積にて形成されている。
【００３０】
よって、ＥＲ流体３内では、互いに対面する各電極板６、７が２組設けられていることになる。なお、互いに対面する各電極板６、７を、それらの表面方向に沿って分割して３組以上の、互いに対面する各電極板６、７をそれぞれ形成してもよい。このように、互いに対面する各電極板６、７が複数組み形成して、それぞれを制御することにより、制振対象構造物１の共振周波数の制御を、よりきめこまやかに精度よく行うことが可能となる。
【００３１】
なお、上記では、各ブレース４、１０の表面やケーシング２の内底面が平面の例を挙げたが、上記各表面に凹凸を形成するための溝（図示せず）を複数互いに平行に、かつ上記振動方向に沿うように帯状に設けられ、上記溝の内面上にも各電極板６、７がそれぞれ形成されていてもよい。また、上記溝は、碁盤の目状に、互いに直交したマトリクス状であってもよい。上記溝における、溝の長手方向に直交する方向の断面は、略四角形や略三角形が挙げられる。
【００３２】
このような多数の溝上にも各電極板６、７をそれぞれ形成することにより、ＥＲ流体３との当接面積を増加させて、印加電圧により発生する降伏せん断応力、及びＥＲ流体３との当接面積の積を大きくでき、上記ＥＲ流体３の粘性変化による、制振対象構造物１の剛性（固有振動周波数）変化を大きくできる。
【００３３】
これにより、基盤１ａ上のケーシング２内のＥＲ流体３内に、少なくとも一部が浸漬されたブレース４、１０によって、効率よく制振対象構造物１の先端１ｂ側を制振、つまり制振対象構造物１の共振による大きな変位を、より確実に抑制、軽減できる。
【００３４】
さらに、上記剛性可変型制振装置では、制振対象構造物１の振動を検出する検出部９ａと、この検出値に基づいてその振動を減衰させるべく上記各電極板６、７への印加電圧を発生し、調整する電源部９ｂとを備えた制御部９が設けられている。検出部９ａは、圧電素子等からなる圧力及び加速度センサーであり、制振対象構造物１の先端１ｂ側の振動（単位時間当たりの変位）を検出するようになっている。
【００３５】
その上、上記ケーシング２内に充填された上記ＥＲ流体３を定期間毎に攪拌するエアーポンプ等の攪拌部８がケーシング２の四隅にそれぞれ設けられている。上記攪拌部８の制御は、前記の制御部９にて行われている。
【００３６】
本発明の剛性可変型制振装置は、以上のように、各電極板６、７間での電圧の変化に応じて見かけの粘性が変化するＥＲ流体３が内部に充填された、ケーシング２と、上記ＥＲ流体３に浸漬させた、制振対象構造物１に柱５などで結合されたブレース４と、制振対象構造物１の固有振動数に応じた電圧を各電極板７、１０に印加する制御部９とを設けた構成である。
【００３７】
上記の構成によれば、制御部９の検出部９ａにて地震等による、一定レベル以上の振動を検出しないときは、図２（ａ）に示すように、ＥＲ流体３に対して電圧が印加されないので、ＥＲ流体３は柔軟であり、制振対象構造物１の剛性に対して何ら影響しない。
【００３８】
一方、制御部９の検出部９ａにて地震（図２では振動台を使用）等による振動を検出すると、制御部９の電源部９ｂによって、各電極板６、７を介して上記ＥＲ流体３に上記振動数に応じた電圧が印加されることにより、ＥＲ流体３の粘性を変化させる、つまり大きくすることができる。
【００３９】
これにより、上記ＥＲ流体３中を制振対象構造物１の振動に応じて振動変位する上記ブレース４、１０、ケーシング２と上記ＥＲ流体３との間に生ずる摩擦抵抗が変化して上記剛性可変型制振装置を含む制振対象構造物１の固有振動数（剛性）を、例えば２．７Ｈｚから４．３Ｈｚに変化させることができる。
【００４０】
したがって、剛性可変型制振装置を含む制振対象構造物１の固有振動数を変化させることができるから、ＥＲ流体３に電圧を印加させて上記ブレース４、１０の振動変位する変動周波数を制御し制振対象構造物１の固有振動数を地震動などの振動周波数と非共振化させて制振対象構造物１に対し、効果的な制振効果を得ることができる。
【００４１】
さらに、上記ケーシング２内のＥＲ流体３に、ＥＲ流体を撹拌する攪拌部８とを備えたことにより、定期間的に上記ケーシング２内のＥＲ流体３を攪拌部８により撹拌することができ、上記ＥＲ流体３のべースオイル（分散媒）内における、微粒子（分散粒子）の分散を均一に保ち、上記ＥＲ流体３の特性維持を図り、剛性可変型制振装置の制振効果を長期間にわたって有効に保つことができる。
【００４２】
さらに、上述したことから明らかなように、本発明の剛性可変型制振装置は制御部分の機構および制御方法が簡便であり、既存の構造物への設置が比較的容易になされるものである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の剛性可変型制振装置は、以上のように、収納空間を備えたケーシングと、上記収納空間に収納されるＥＲ流体と、上記ＥＲ流体中を移動自在に設けられ、かつ、構造物に連結された、剛性可変部と、上記ＥＲ流体の粘性を変化させるための各電極と、上記構造物の振動を検出し、上記検出値に基づいて各電極への印加電圧を制御する制御部とを有する構成である。
【００４４】
それゆえ、上記構成は、構造物の固有振動数を変化させることができるから、ＥＲ流体に電圧を印加させて上記剛性可変部の振動変位する変動周波数を制御し、構造物の固有振動数を地震動などの振動周波数と非共振化させて構造物に対して効果的な制振効果を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の剛性可変型制振装置の概略構成図である。
【図２】上記剛性可変型制振装置の動作を示す概略構成図であって、（ａ）は電圧の無印加時を示し、（ｂ）は電圧の印加時を示す。
【符号の説明】
１　　制振対象構造物（構造物）
２　　ケーシング
３　　ＥＲ流体（電気粘性流体）
４、１０　　ブレース（剛性可変部）
６、７　　電極板（電極）
９　　制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable stiffness type vibration damping device for a structure such as a house or a building, to which an electrorheological fluid (hereinafter, referred to as an ER fluid) whose viscosity increases and decreases according to an applied voltage is applied.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, structures that vibrate due to earthquakes, strong winds, etc., each have a natural frequency, and when the dominant frequency of the input wave approaches the natural frequency of the structure, a resonance phenomenon occurs, and many times the input wave Oscillation indicating displacement occurs.
[0003]
Therefore, if the natural frequency of the structure is set apart from the predominant frequency of the input wave, the structure can be avoided from resonance. Therefore, a vibration suppression device that adjusts the natural frequency of the structure has been considered. As such a vibration damping device, a passive vibration device having a fixed natural frequency and an active vibration device having a variable natural frequency are known. The active type has a more complicated mechanism for adding a control force to make the natural frequency variable than the passive type, but it can exert a large vibration damping effect. .
[0004]
As an active type vibration damping device, two or more different rigid states are set for a structure, and the above-mentioned rigid state is changed according to the condition of the seismic motion to suppress the resonance, and to suppress the seismic motion for the structure. One that reduces the effect is mentioned as an example.
[0005]
As a specific example of actively (semi-actively) damping and damping such vibrations, a fluid damper using an ER fluid has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 10-252829, published on September 22, 1998). ). The ER fluid is a substance whose viscosity changes according to an applied voltage. If the applied voltage is controlled by detecting the vibration, the ER fluid can effectively act on various vibrations.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the invention described in the above-mentioned conventional publication, the damper casing is filled with the ER fluid, and only the electrode is provided in the orifice of the piston reciprocating in the damper casing. Therefore, the damping force due to the change in the viscosity of the ER fluid is not sufficient. There is a problem that it is difficult to demonstrate.
[0007]
In addition, ER fluids that are usually used often have a dispersed system (a mixture of base oil and fine particles), and in the case of such ER fluids, fine particles naturally settle due to gravity or the like over a long period of time, When the characteristics of the ER fluid are degraded due to separation of the base oil and the fine particles, the damping effect may not be exhibited.
[0008]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention applies an ER fluid, has a simple vibration damping method, is relatively easy to install on existing structures, and reliably exerts a large vibration damping effect for various vibrations over a long period of time. It is an object of the present invention to provide an active (active) variable stiffness type vibration damping device that can be used.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The variable stiffness type vibration damping device of the present invention, in order to solve the above problems, a casing having a storage space, an ER fluid stored in the storage space, and movably provided in the ER fluid, In addition, a variable stiffness portion connected to the structure, each electrode for changing the viscosity of the ER fluid, and vibration of the structure are detected, and a voltage applied to each electrode is controlled based on the detected value. And a control unit that performs the control.
[0010]
According to the above configuration, when vibration is detected by the control unit, the viscosity of the ER fluid can be changed, that is, increased by applying a voltage to the ER fluid through each electrode by the control unit.
[0011]
As a result, the frictional resistance generated between the variable stiffness portion that vibrates and displaces in the ER fluid in accordance with the vibration of the structure and the ER fluid changes to change the natural frequency (rigidity) of the structure ( Larger).
[0012]
Therefore, in the above configuration, since the natural frequency of the structure can be changed, a voltage is applied to the ER fluid to control the fluctuation frequency at which the stiffness variable portion vibrates and displaces, and the natural frequency of the structure is changed to earthquake motion or the like. The vibration frequency is made non-resonant to obtain an effective vibration damping effect on the structure.
[0013]
Further, in the above configuration, the natural frequency (rigidity) of the structure can be changed (increased) by a simple structure in which the rigidity variable portion is provided movably in the ER fluid. It is relatively easy to install on an object and can exert a large vibration damping effect against various vibrations.
[0014]
In the variable stiffness type vibration damping device, the variable stiffness portion may have a beam shape. According to the above configuration, since the stiffness variable portion is formed in a beam shape, the contact area with the ER fluid can be increased, and the stiffness variable portion movably provided in the ER fluid effectively controls the structure. The vibration effect can be obtained more reliably.
[0015]
In the above-mentioned variable stiffness type vibration damping device, it is preferable that the casing further includes a stirring section for stirring the electrorheological fluid.
[0016]
According to the above configuration, the dispersion of fine particles (dispersed particles) in the ER fluid is kept uniform, the characteristics of the ER fluid are maintained, and the vibration suppression effect of the variable stiffness type vibration damping device is kept effective for a long period of time. be able to.
[0017]
In the variable stiffness type vibration damping device, the electrode may be further provided on a surface of the variable stiffness portion.
[0018]
According to the above configuration, since the electrode is provided on the surface of the variable stiffness portion, the contact area between the electrode and the ER fluid can be increased, and the variable stiffness portion provides an effective vibration damping effect on a structure. Can be obtained more reliably.
[0019]
In the above-described variable stiffness type vibration damping device, it is preferable that the variable stiffness section is arranged so as to have a surface along a vibration direction.
[0020]
According to the above configuration, by arranging the variable stiffness portion so as to have a surface along the vibration direction, an effective vibration damping effect on the structure by the variable stiffness portion can be further ensured.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0022]
In the variable stiffness type vibration damping device of the present invention, there is a casing 2 installed on a base 1a of a structure such as a house (hereinafter, referred to as a vibration damping target structure) 1 to be damped against vibrations caused by an earthquake or the like. It is provided in a bottom box shape so that a liquid can be stored. The base 1a refers to a base end portion of the damping target structure 1, which vibrates (displaces) most integrally with the ground on which the damping target structure 1 is built, that is, a portion close to the ground.
[0023]
The casing 2 is filled with an ER fluid 3 whose viscosity changes in proportion to the applied voltage. The ER fluid 3 is not particularly limited, and for example, Nippon Shokubai's trade name: TX-ER2155. TX-ER2155 has dispersed particles and a dispersion medium at a weight fraction of the dispersed particles of 40% by weight (25 ° C.) and a volume fraction of the dispersed particles of 43.8% by volume. The dispersed particles are sulfonated (styrene-divinylbenzene copolymer) sodium salt, and have an average particle diameter of 10 μm (distribution from several μm to several tens μm) and a density of 1.6 g / cm ³ (25 ° C.). Things. The dispersion medium is a chlorotrifluoroethylene low polymer having a density of 1.87 g / cm ³ (25 ° C.).
[0024]
In the above-mentioned variable stiffness type vibration damping device, a brace (variable stiffness portion) 4 having a beam shape and a rectangular plate shape made of a lightweight insulator such as an acrylate resin is immersed in the ER fluid 3. Is provided. The shape of the brace 4 is, for example, a ratio of 250 × 194 × 15. The above-mentioned lightweight means that the specific gravity is smaller than that of the ER fluid 3, more preferably the specific gravity is 1.4 or less, further preferably 1.2 or less. The insulator has a volume resistivity of 1 × 10 ¹⁰ or more, more preferably 1 × 10 ¹¹ or more.
[0025]
Since the brace 4 is lightweight and generates buoyancy in the ER fluid 3, even if the variable stiffness type vibration damping device of the present invention is installed on the vibration damping target structure 1, the weight with respect to the vibration damping target structure 1 is obtained. The load can be reduced, and the influence on the resonance frequency of the target structure 1 can be suppressed.
[0026]
The four corners of the brace 4 are connected to and supported by four pillars 5 on the tip 1b side of the structure 1 to be damped. The brace 4 supported by each column 5 is disposed in the ER fluid 3 such that at least one of two surface directions orthogonal to each other is along a vibration direction (for example, a horizontal direction).
[0027]
The brace 4 is preferably disposed in the ER fluid 3 such that both of two surface directions orthogonal to each other are along the vibration direction (for example, the horizontal direction). Thus, since the surface of the brace 4 along the vibration direction (horizontal direction) is a two-dimensional plane, the brace 4 can cope with vibration in each direction of 180 °.
[0028]
Further, in the above-mentioned variable stiffness type vibration damping device, the brace 10 facing the brace 4, preferably facing in parallel, is provided so as to be connected to each of the columns 5. At least a surface of the brace 10 facing the brace 4 is set to be inside the ER fluid 3. A box structure is formed by each of the braces 4, 10 and each of the columns 5, so that the rigidity of the structure can be increased, and the vibration of the structure 1 to be damped can be more reliably controlled.
[0029]
An electrode plate 7 made of copper or the like is formed, for example, with a thickness of, for example, 0.3 mm on almost both surfaces of both surfaces of the brace 4. On the surface of the inner bottom surface of the casing 2 facing the brace 4, an electrode plate 7 made of copper or the like has a thickness of, for example, 0.3 mm, and is closer to the surface than the electrode plate 6 of the facing brace 4 is. It is formed with a wide area.
[0030]
Therefore, in the ER fluid 3, two electrode plates 6, 7 facing each other are provided. The electrode plates 6 and 7 facing each other may be divided along the surface direction to form three or more sets of the electrode plates 6 and 7 facing each other. As described above, by forming a plurality of sets of the electrode plates 6 and 7 facing each other and controlling each of them, it is possible to more precisely and precisely control the resonance frequency of the vibration damping target structure 1. It becomes.
[0031]
In the above description, the surface of each of the braces 4, 10 and the inner bottom surface of the casing 2 are flat, but a plurality of grooves (not shown) for forming irregularities on each of the surfaces are parallel to each other, and The electrode plates 6 and 7 may be provided in a strip shape along the vibration direction, and the respective electrode plates 6 and 7 may also be formed on the inner surface of the groove. Further, the grooves may be in a matrix shape orthogonal to each other in a grid pattern. The cross section of the groove in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the groove may be a substantially quadrangle or a substantially triangle.
[0032]
By forming each of the electrode plates 6 and 7 also on such a large number of grooves, the contact area with the ER fluid 3 is increased, and the yield shear stress generated by the applied voltage and the contact with the ER fluid 3 are increased. The product of the contact area can be increased, and the change in rigidity (natural vibration frequency) of the damping target structure 1 due to the change in viscosity of the ER fluid 3 can be increased.
[0033]
Thereby, the tip 1b side of the damping target structure 1 is efficiently damped by the braces 4, 10 at least partially immersed in the ER fluid 3 in the casing 2 on the base 1a, that is, the damping target. Large displacement due to resonance of the structure 1 can be more reliably suppressed and reduced.
[0034]
Further, in the variable stiffness type vibration damping device, a detecting portion 9a for detecting vibration of the vibration damping target structure 1 and a voltage applied to each of the electrode plates 6, 7 for attenuating the vibration based on the detected value. And a power supply unit 9b for generating and adjusting the power. The detection unit 9a is a pressure and acceleration sensor composed of a piezoelectric element or the like, and detects vibration (displacement per unit time) on the tip 1b side of the damping target structure 1.
[0035]
In addition, stirring sections 8 such as air pumps that stir the ER fluid 3 filled in the casing 2 at regular intervals are provided at four corners of the casing 2, respectively. The control of the stirring unit 8 is performed by the control unit 9 described above.
[0036]
As described above, the variable stiffness type vibration damping device of the present invention includes the casing 2 filled with the ER fluid 3 whose apparent viscosity changes according to the voltage change between the electrode plates 6 and 7. A brace 4 immersed in the ER fluid 3 and coupled to the damping target structure 1 by a column 5 or the like; and a voltage corresponding to the natural frequency of the damping target structure 1 is applied to each of the electrode plates 7 and 10. This is a configuration in which a control unit 9 for applying voltage is provided.
[0037]
According to the above configuration, when the detection unit 9a of the control unit 9 does not detect a vibration of a certain level or more due to an earthquake or the like, a voltage is applied to the ER fluid 3 as shown in FIG. Therefore, the ER fluid 3 is flexible and does not affect the rigidity of the structure 1 to be damped.
[0038]
On the other hand, when the detection unit 9a of the control unit 9 detects a vibration due to an earthquake (a shaking table is used in FIG. 2) or the like, the power supply unit 9b of the control unit 9 transmits the ER fluid 3 through the respective electrode plates 6 and 7. By applying a voltage corresponding to the above frequency, the viscosity of the ER fluid 3 can be changed, that is, increased.
[0039]
As a result, the frictional resistance generated between the braces 4 and 10 and the casing 2 and the ER fluid 3 that vibrate and displace in the ER fluid 3 in response to the vibration of the structure 1 to be damped changes, and the rigidity varies. The natural frequency (rigidity) of the damping target structure 1 including the die vibration damping device can be changed, for example, from 2.7 Hz to 4.3 Hz.
[0040]
Therefore, since the natural frequency of the damping target structure 1 including the variable stiffness type vibration damping device can be changed, a voltage is applied to the ER fluid 3 to control the fluctuation frequency at which the braces 4 and 10 vibrate. By making the natural frequency of the damping target structure 1 non-resonant with the vibration frequency of the seismic motion or the like, an effective damping effect on the damping target structure 1 can be obtained.
[0041]
Furthermore, by providing the ER fluid 3 in the casing 2 with the stirring unit 8 for stirring the ER fluid, the ER fluid 3 in the casing 2 can be stirred by the stirring unit 8 for a fixed period of time. The dispersion of fine particles (dispersion particles) in the base oil (dispersion medium) of the ER fluid 3 is maintained uniformly, the characteristics of the ER fluid 3 are maintained, and the vibration suppression effect of the variable stiffness type vibration damping device is maintained over a long period of time. Can be kept effective.
[0042]
Further, as is apparent from the above description, the variable stiffness type vibration damping device of the present invention has a simple control mechanism and a simple control method, and can be easily installed on an existing structure. .
[0043]
【The invention's effect】
As described above, the variable stiffness type vibration damping device of the present invention is provided with a casing provided with a storage space, an ER fluid stored in the storage space, and a movable structure in the ER fluid. A stiffness variable section, each electrode for changing the viscosity of the ER fluid, and a control section for detecting vibration of the structure and controlling a voltage applied to each electrode based on the detected value. And a configuration having:
[0044]
Therefore, the above configuration can change the natural frequency of the structure, so that a voltage is applied to the ER fluid to control the fluctuating frequency at which the rigidity variable portion vibrates and displaces, thereby reducing the natural frequency of the structure. There is an effect that an effective vibration damping effect can be obtained for a structure by making it non-resonant with a vibration frequency such as a seismic motion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a variable stiffness type vibration damping device of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are schematic configuration diagrams showing the operation of the variable stiffness type vibration damping device, wherein FIG. 2A shows a state when no voltage is applied, and FIG. 2B shows a state when a voltage is applied.
[Explanation of symbols]
1 Structures to be damped (structures)
2 Casing 3 ER fluid (electro-rheological fluid)
4, 10 brace (variable rigidity part)
6, 7 electrode plate (electrode)
9 Control unit

Claims

A casing with a storage space,
An electrorheological fluid stored in the storage space,
A stiffness variable portion movably provided in the electrorheological fluid, and connected to a structure;
Each electrode for changing the viscosity of the electrorheological fluid,
A variable-rigidity vibration damping device, comprising: a control unit that detects vibration of the structure and controls a voltage applied to each electrode based on the detected value.

The said variable rigidity part is a beam shape, The variable rigidity type vibration suppression apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned.

3. The variable stiffness type vibration damping device according to claim 1, further comprising a stirrer for stirring the electrorheological fluid in the casing.

The rigidity variable vibration damping device according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode is provided on a surface of the variable rigidity portion.

The variable stiffness type vibration damping device according to any one of claims 1 to 4, wherein the variable stiffness portion is disposed so as to have a surface along a vibration direction.