(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-29
(45)【発行日】2024-08-06
(54)【発明の名称】防振機構
(51)【国際特許分類】
F16F 15/04 20060101AFI20240730BHJP
F16F 15/02 20060101ALI20240730BHJP
【ＦＩ】
F16F15/04 D
F16F15/02 C
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020117097
(22)【出願日】2020-07-07
(65)【公開番号】P2022014648
(43)【公開日】2022-01-20
【審査請求日】2023-06-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】磯田 和彦
【審査官】鵜飼 博人
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１９９９０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１７４６７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－３２４４０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０４４７４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１３２２０１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｆ １５／００－ １５／３６
Ｅ０４Ｈ ９／００－ ９／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
構造体に支持バネ要素を介して設置された振動体が加振された際に前記構造体へ作用する反力を低減させるための防振機構であって、前記構造体と前記振動体との間に前記支持バネ要素と並列に設置されるとともに、前記振動体の固有振動数と同調するように互いに直列に配置された直列バネ及び第一慣性質量ダンパーを備え、
前記直列バネと並列に配置された第一減衰機構が設けられ、
前記第一慣性質量ダンパーと並列に配置された第二減衰機構が設けられておらず、
振動体の質量をＭ、支持バネ要素のバネ剛性をＫ、直列バネのバネ剛性をｋ ｄ 、第一慣性質量ダンパーの慣性質量をψ ｄ 、第一減衰機構の減衰係数をｃ ｄ１ とすると、下記式（１）を満たすことを特徴とする防振機構。
【数1】
【請求項2】
構造体に支持バネ要素を介して設置された振動体が加振された際に前記構造体へ作用する反力を低減させるための防振機構であって、前記構造体と前記振動体との間に前記支持バネ要素と並列に設置されるとともに、前記振動体の固有振動数と同調するように互いに直列に配置された直列バネ及び第一慣性質量ダンパーを備え、
前記直列バネと並列に配置された第一減衰機構が設けられ、
前記第一慣性質量ダンパーと並列に配置された第二減衰機構が設けられておらず、
前記構造体と前記振動体との間に前記支持バネ要素と並列に設置された第二慣性質量ダンパーを備え、
振動体の質量をＭ、支持バネ要素のバネ剛性をＫ、直列バネのバネ剛性をｋ ｄ 、第一慣性質量ダンパーの慣性質量をψ ｄ 、第二慣性質量ダンパーの慣性質量をψ、第一減衰機構の減衰係数をｃ ｄ１ とすると、下記式（３）を満たすことを特徴とする防振機構。
【数2】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、防振機構に関するものである。
【背景技術】
【0002】
輪転機やプレス機など一定の振動数で大きな鉛直振動を生じる機器は、そのまま基礎に設置すると周辺に大きな振動障害を生じるため、基礎との間に空気バネなどのバネ要素を介して浮き基礎を設置することが多い。また、ライブホールのスタジオなどの施設では、大人数が曲に合わせて運動して床を加振するため、やはり周辺建物に振動障害を生じることが懸念され、防振対策が求められている。
このような振動障害を回避するための一般的な防振対策として、振動源となる人や機器を載せた床や基礎を構造体に一体化するのではなく、浮き床や浮き基礎として構造体に柔らかいバネ要素を介して支持する防振機構が採用されている。
このような振動障害を回避するための一般的な防振対策として、振動源となる人や機器を載せた床や基礎を構造体に一体化するのではなく、浮き床や浮き基礎として構造体に柔らかいバネ要素を介して支持する防振機構が採用されている。
【0003】
具体的な実施例として、振動台の浮き基礎を図６に示し、浮き基礎や浮き床を適用した際の振動モデルを図７に示す。
図６に示すように、外基礎１１上に、空気ばね１３を介して浮き基礎１２を設置している。浮き基礎１に対して加振力Ｆが入力される場合に外基礎１１に反力Ｒが作用する。
図７に示すように、防振機構１００Ａでは、構造体床１１と、構造体床１１と相対変位可能に設けられた質量Ｍの浮き床１２との間に、バネ剛性Ｋの支持バネ要素１３及び減衰係数Ｃの減衰機構１４が設けられている。支持バネ要素１３と減衰機構１４とは、並列に配置されている。
図６に示すように、外基礎１１上に、空気ばね１３を介して浮き基礎１２を設置している。浮き基礎１に対して加振力Ｆが入力される場合に外基礎１１に反力Ｒが作用する。
図７に示すように、防振機構１００Ａでは、構造体床１１と、構造体床１１と相対変位可能に設けられた質量Ｍの浮き床１２との間に、バネ剛性Ｋの支持バネ要素１３及び減衰係数Ｃの減衰機構１４が設けられている。支持バネ要素１３と減衰機構１４とは、並列に配置されている。
【0004】
図７に示す振動モデルで、加振力に対する反力応答倍率を振動数伝達関数として図８に示す。図８に示すように、振動数１Ｈｚ（共振時）の反力の倍率は減衰定数が大きいほど低減するが、高振動数域では減衰定数が小さいほど小さくなる（防振性能が向上する）ため、減衰定数ｈ＝０．０５程度に設定されることが多い。一般的に、共振振動数は防振対象振動数の１／２以下に設定されるため、共振振動数で大きな加振入力が生じる可能性は小さい。しかしながら、万一１Ｈｚで加振された際には加振力の１０倍もの反力が生じて、バネ要素が損傷したり浮き床が構造床に衝突したりする虞があった。
【0005】
そこで、下記の特許文献１では、防振性能を高めつつ、同時に共振域での応答低減も可能にしたものが提案されている。
【0006】
図９に、特許文献１の第一実施形態で開示された振動モデルを示す。
図９に示すように、防振機構１００Ｂでは、構造体床１１と、構造体床１１と相対変位可能に設けられた質量Ｍの浮き床１２との間に、バネ剛性Ｋの支持バネ要素１３、バネ剛性ｋｄの直列バネ要素２１、慣性質量ψｄの慣性質量ダンパー２２、及び減衰係数ｃｄ１の減衰機構２３または減衰係数ｃｄ２の減衰機構２４が設けられている。直列バネ要素２１と慣性質量ダンパー２２とは、直列に配置されるとともに、支持バネ要素１３と並列に配置されている。直列バネ要素２１と減衰機構２３とは、並列に配置されている。慣性質量ダンパー２２と減衰機構２４とは、並列に配置されている。減衰機構２３の減衰係数ｃｄ１＝０とされている。
図９に示すように、防振機構１００Ｂでは、構造体床１１と、構造体床１１と相対変位可能に設けられた質量Ｍの浮き床１２との間に、バネ剛性Ｋの支持バネ要素１３、バネ剛性ｋｄの直列バネ要素２１、慣性質量ψｄの慣性質量ダンパー２２、及び減衰係数ｃｄ１の減衰機構２３または減衰係数ｃｄ２の減衰機構２４が設けられている。直列バネ要素２１と慣性質量ダンパー２２とは、直列に配置されるとともに、支持バネ要素１３と並列に配置されている。直列バネ要素２１と減衰機構２３とは、並列に配置されている。慣性質量ダンパー２２と減衰機構２４とは、並列に配置されている。減衰機構２３の減衰係数ｃｄ１＝０とされている。
【0007】
図１０は、図８のグラフに防振機構１００Ｂを加えたものである。図１０に示すように、３Ｈｚ以上の高振動数域では減衰定数を増して共振域でのピークを同等にした場合（例えば減衰定数ｈ＝０．２）より優れた防振特性となるものの、３Ｈｚ以下では劣る結果となってしまうという課題があった。
【0008】
機械振動や音楽ライブなど、一定の振動数（リズム）で加振された反力が振動障害を引き起こし問題になることは多い。これらは迷惑施設として郊外に移転する場合もあったが、交通至便な都会に立地したいという要求もあり、共振問題を生じず効果的に対応できる方策が求められている。
【0009】
一方、慣性質量ダンパーをバネ要素と並列に配置して特定の振動数範囲で大幅に反力低減する方法が提案されている（下記の特許文献２参照）。
【0010】
しかしながら、特許文献２に記載の防振機構においても、共振振動数での応答倍率が大きいという特徴は同じである。また、この場合についても減衰定数を増やせば共振時の応答倍率は低下するものの、特定の振動数範囲における反力低減効果は低下してしまう。図７に示す振動モデルに対し、バネ要素と並列に慣性質量ψ＝０．１７Ｍを追加したときの振動モデルを図１１に示し、伝達関数（反力応答倍率）を図１２に示す。図１１に示す防振機構１００Ｃでは、構造体床１１と、構造体床１１と相対変位可能に設けられた質量Ｍの浮き床１２との間に、バネ剛性Ｋの支持バネ要素１３、減衰係数Ｃの減衰機構１４及び慣性質量ψの慣性質量ダンパー１５が設けられている。支持バネ要素１３と減衰機構１４と慣性質量ダンパー１５とは、並列に配置されている。防振機構１００Ｃは、加振力に対する反力を２～４Ｈｚで１／１０程度と大幅に減衰する機構である。この振動モデルでは、減衰定数が増すにつれ共振時の応答倍率は低下するものの、２．５Ｈｚ近傍における反力応答倍率の大きな低減効果は小さくなってしまうことがわかる。このことは、共振時の応答倍率を低下させることと、２．５Ｈｚ近傍で反力応答倍率を大きく低下させることとはトレードオフの関係にあり、従来の防振技術では両立できないことを意味している。
【0011】
このようなことから、出願人は、減衰を小さくして高振動数域での防振性能を確保しつつ、共振点での過大な応答を抑制できる防振システムを考案した（下記の特許文献１）。
【0012】
図１３に、特許文献１の第二実施形態で開示された振動モデルを示す。
図１３に示すように、防振機構１００Ｄでは、構造体床１１と、構造体床１１と相対変位可能に設けられた質量Ｍの浮き床１２との間に、バネ剛性Ｋの支持バネ要素１３と、慣性質量ψの慣性質量ダンパー２５、バネ剛性ｋｄの直列バネ要素２１と、慣性質量ψｄの慣性質量ダンパー２２、及び減衰係数ｃｄ１の減衰機構２３または減衰係数ｃｄ２の減衰機構２４が設けられている。直列バネ要素２１と慣性質量ダンパー２２とは、直列に配置されるとともに、支持バネ要素１３と並列に配置されている。慣性質量ダンパー２５は、支持バネ要素１３と並列に配置されている。直列バネ要素２１と減衰機構２３とは、並列に配置されている。慣性質量ダンパー２２と減衰機構２４とは、並列に配置されている。減衰機構２３の減衰係数ｃｄ１＝０とされている。
図１３に示すように、防振機構１００Ｄでは、構造体床１１と、構造体床１１と相対変位可能に設けられた質量Ｍの浮き床１２との間に、バネ剛性Ｋの支持バネ要素１３と、慣性質量ψの慣性質量ダンパー２５、バネ剛性ｋｄの直列バネ要素２１と、慣性質量ψｄの慣性質量ダンパー２２、及び減衰係数ｃｄ１の減衰機構２３または減衰係数ｃｄ２の減衰機構２４が設けられている。直列バネ要素２１と慣性質量ダンパー２２とは、直列に配置されるとともに、支持バネ要素１３と並列に配置されている。慣性質量ダンパー２５は、支持バネ要素１３と並列に配置されている。直列バネ要素２１と減衰機構２３とは、並列に配置されている。慣性質量ダンパー２２と減衰機構２４とは、並列に配置されている。減衰機構２３の減衰係数ｃｄ１＝０とされている。
【0013】
また、慣性質量と直列ばねによりＴＭＤ（動吸振器）と同様の制振システムが構築できることは、特許文献２及び非特許文献１に開示されている。定点理論による振動諸元の最適値については、下記の非特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【文献】特開２０１９－１９９９０４号公報
【文献】特開２００８－８２５４１号公報
【非特許文献】
【0015】
【文献】磯田和彦、半澤徹也、田村和夫「回転慣性質量ダンパーを組合せた応答低減機構による１質点系振動モデルの応答特性に関する研究」、日本建築学会構造系論文集、第７４巻、第６４２号、２００９.８、ｐ.１４６９－１４７６
【文献】磯田和彦、半澤徹也、田村和夫「慣性質量ダンパーを組み込んだ低層集中制震に関する基礎的研究」、日本建築学会構造系論文集、第７８巻、第６８６号、２０１３．４、ｐ．７１３－７２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
図１４は、図１２のグラフに防振機構１００Ｄを加えたものである。図１４に示すように、２．５Ｈｚ近傍では振動を遮断し優れた防振特性を発揮するものの、２．１Ｈｚ以下では共振域でのピークがより大きくなる減衰定数を付与した場合（ｈ＝０．１の線）よりも劣る結果となってしまい、タテノリ振動が問題とされる２．０～３．５Ｈｚの範囲（２Ｈｚ近傍）で十分な性能が発揮できない懸念があった。また、歩行時の加振振動数は１．６Ｈｚ程度で、この振動数では共振域でのピークが同等のばねと減衰だけによる従来技術（ｈ＝０．２の線）よりも劣りほとんど防振効果が発揮されない特性となってしまうことから、共振振動数より大きい（２倍程度までの）範囲での防振特性を改善することが望まれている。
【0017】
また、上記の特許文献２及び非特許文献１に記載の防振機構は、浮き床の共振を防止しつつ共振振動数以上の振動数領域全般にわたり従来よりも大きな防振効果を発揮できるものではない。
【0018】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた振動数特性（振動体の共振を防止しつつ共振振動数以上の振動数領域全般にわたり大きな防振効果を得ること）を示す防振機構を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0019】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る防振機構は、構造体に支持バネ要素を介して設置された振動体が加振された際に前記構造体へ作用する反力を低減させるための防振機構であって、前記構造体と前記振動体との間に前記支持バネ要素と並列に設置されるとともに、前記振動体の固有振動数と同調するように互いに直列に配置された直列バネ及び第一慣性質量ダンパーを備え、前記直列バネと並列に配置された第一減衰機構が設けられ、前記第一慣性質量ダンパーと並列に配置された第二減衰機構が設けられていないことを特徴とする。
すなわち、本発明に係る防振機構は、構造体に支持バネ要素を介して設置された振動体が加振された際に前記構造体へ作用する反力を低減させるための防振機構であって、前記構造体と前記振動体との間に前記支持バネ要素と並列に設置されるとともに、前記振動体の固有振動数と同調するように互いに直列に配置された直列バネ及び第一慣性質量ダンパーを備え、前記直列バネと並列に配置された第一減衰機構が設けられ、前記第一慣性質量ダンパーと並列に配置された第二減衰機構が設けられていないことを特徴とする。
【0020】
このように構成された防振機構では、構造体と振動体との間に、互いに直列に配置された第一慣性質量ダンパー及び直列バネが支持バネ要素と並列に配置され、直列バネと並列に第一減衰機構が配置されている。第一慣性質量ダンパーと並列に第二減衰機構が配置されていない。これによって、共振振動数近傍で反力応答倍率（伝達関数）が低振動数側にシフトし、振動体の共振を防止しつつ共振振動数以上の振動数領域全般にわたり大きな防振効果を得ることができる。
【0021】
また、本発明に係る防振機構は、前記構造体と前記振動体との間に前記支持バネ要素と並列に設置された第二慣性質量ダンパーを備えることが好ましい。
【0022】
このように構成された防振機構では、構造体と振動体との間に、第二慣性質量ダンパーをさらに並列に設置することで、特定の振動数範囲で反力応答倍率（伝達関数）が大きく低下し、大幅に反力を低減することができる。
【発明の効果】
【0023】
本発明に係る防振機構によれば、優れた振動数特性（浮き床の共振を防止しつつ共振振動数以上の振動数領域全般にわたり大きな防振効果を得ること）を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の第一実施形態に係る防振機構の振動モデルの一例を示す図である。
【図2】本発明の第一実施形態に係る防振機構の振動モデル及び従来の振動モデルについて、反力（構造床に作用する反力の合計）の伝達関数を示したグラフである。
【図3】本発明の第二実施形態に係る防振機構の振動モデルの一例を示す図である。
【図4】本発明の第二実施形態に係る防振機構の振動モデル及び従来の振動モデルについて、反力（構造床に作用する反力の合計）の伝達関数を示したグラフである。
【図5】本発明の第一実施形態及び第二実施形態に係る防振機構の慣性質量ダンパーを模式的に示した断面図である。
【図6】従来の浮き基礎の構造を示す図である。
【図9】従来の防振機構の振動モデルを示す図である。
【図11】従来の防振機構の振動モデルを示す図である。
【図13】従来の防振機構の振動モデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態に係る防振機構について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る防振機構の振動モデルの一例を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る防振機構１Ａは、構造体床（構造体）１１と構造体床１１と相対変位可能に設けられた質量Ｍの浮き床（振動体）１２との間に設けられている。防振機構１Ａは、バネ剛性Ｋの支持バネ要素１３と、バネ剛性ｋｄの直列バネ要素（直列バネ）２１と、慣性質量ψｄの慣性質量ダンパー（第一慣性質量ダンパー）２２と、減衰係数ｃｄ１の第一減衰機構２３と、を備えている。
本発明の第一実施形態に係る防振機構について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る防振機構の振動モデルの一例を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る防振機構１Ａは、構造体床（構造体）１１と構造体床１１と相対変位可能に設けられた質量Ｍの浮き床（振動体）１２との間に設けられている。防振機構１Ａは、バネ剛性Ｋの支持バネ要素１３と、バネ剛性ｋｄの直列バネ要素（直列バネ）２１と、慣性質量ψｄの慣性質量ダンパー（第一慣性質量ダンパー）２２と、減衰係数ｃｄ１の第一減衰機構２３と、を備えている。
【0026】
直列バネ要素２１と慣性質量ダンパー２２とは、直列に配置されている。直列バネ要素２１及び慣性質量ダンパー２２は、構造体床１１と浮き床１２との間で支持バネ要素１３と並列に配置されている。直列バネ要素２１と第一減衰機構２３とは、並列に配置されている。慣性質量ダンパー２２と並列に、第二減衰機構２４が設けられていない。図面では、第二減衰機構２４の減衰係数ｃｄ２が０と示していているが、これは慣性質量ダンパー２２と並列に第二減衰機構２４が設けられていないことを示している。
なお、従来の図７に示されている減衰機構１４は、特に設けなくてもよい。
なお、従来の図７に示されている減衰機構１４は、特に設けなくてもよい。
【0027】
一般的に、慣性質量ダンパーと並列に減衰付与する場合が多いが、本実施形態では、第一減衰機構２３だけ設けている。
【0028】
浮き床１２及び支持バネ要素１３が既知の振動系でバネ剛性ｋｄの直列バネ要素２１を設定したとき、共振域における反力応答倍率を最小化する慣性質量ダンパー２２の慣性質量ψｄ及び第一減衰機構２３の減衰係数ｃｄ１の最適値を定式化することは煩雑なため、下記の式（１）の伝達関数（反力応答倍率）を表計算ソフトにより反復計算して求める。
【0029】
【数1】
【0030】
以下、設計例について説明する。
浮き床１２の質量Ｍ＝１０００ｔｏｎ、支持バネ要素１３のバネ剛性Ｋ＝３９．５ｋＮ／ｍｍの浮き床を対象とする。この系の固有振動数ｆ１＝１Ｈｚとなる。
直列バネ要素２１のバネ剛性ｋｄ＝０．２Ｋ＝７．９ｋＮ／ｍｍとして、上記の方法で最適諸元を求めると、下記の式（２）となる。
浮き床１２の質量Ｍ＝１０００ｔｏｎ、支持バネ要素１３のバネ剛性Ｋ＝３９．５ｋＮ／ｍｍの浮き床を対象とする。この系の固有振動数ｆ１＝１Ｈｚとなる。
直列バネ要素２１のバネ剛性ｋｄ＝０．２Ｋ＝７．９ｋＮ／ｍｍとして、上記の方法で最適諸元を求めると、下記の式（２）となる。
【0031】
【数2】
【0032】
一方、従来の図７に示す振動モデルで、減衰定数ｈ＝０．２（設計例の諸元に対して減衰係数Ｃ＝２５１３ｋＮ・ｓ／ｍ＝２５．１３ｋＮ／ｋｉｎｅ）の大きな減衰を付与したとき、伝達関数は図８に示す通りであり、共振点における最大応答倍率は２．７３となる。
【0033】
図２は、本発明の第一実施形態に係る防振機構の振動モデル及び従来の図７に示す振動モデルについて、反力（構造床に作用する反力の合計）の伝達関数を示したグラフである。横軸は加振振動数ｆ（Ｈｚ）、縦軸は反力応答倍率Ｒ／Ｆを対数軸表示している。
図２に示されるように、防振機構１Ａ（本発明）にすれば、共振振動数以上の高振動数域の応答倍率を増大させずに（従来技術における減衰定数の小さな振動系と同様に留めつつ）、共振域の応答倍率を（減衰定数の大きな振動系と同様に）小さくできることが分かる。防振機構１Ａ（本発明）では、共振域での最大応答倍率がｈ＝０．２の高減衰構造と同様で２．５８倍とほぼ共振しない特性を持ちつつ、１．５Ｈｚ以上の高振動数範囲ではｈ＝０．２より小さくなる特徴があり、防振性能を保持しながら共振特性を改善できている。
図２に示されるように、防振機構１Ａ（本発明）にすれば、共振振動数以上の高振動数域の応答倍率を増大させずに（従来技術における減衰定数の小さな振動系と同様に留めつつ）、共振域の応答倍率を（減衰定数の大きな振動系と同様に）小さくできることが分かる。防振機構１Ａ（本発明）では、共振域での最大応答倍率がｈ＝０．２の高減衰構造と同様で２．５８倍とほぼ共振しない特性を持ちつつ、１．５Ｈｚ以上の高振動数範囲ではｈ＝０．２より小さくなる特徴があり、防振性能を保持しながら共振特性を改善できている。
【0034】
このように構成された防振機構１Ａでは、構造体床１１と浮き床１２との間に、互いに直列に配置された慣性質量ダンパー２２及び直列バネ要素２１が、支持バネ要素１３と並列に配置され、直列バネ要素２１と並列に第一減衰機構２３が配置されている。慣性質量ダンパー２２と並列に第二減衰機構２４が配置されていない。これによって、共振振動数近傍で反力応答倍率（伝達関数）が低振動数側にシフトし、振動体の共振を防止しつつ共振振動数以上の振動数領域全般にわたり大きな防振効果を得ることができる。特許文献１にある従来技術では図１０の振動特性（反力応答倍率）となり、図２の振動特性を持つ本願は共振振動数以上の振動数領域で従来以上の優れた防振効果をもつことがわかる。
【0035】
また、共振振動数に対する防振効果を発揮する最低振動数の比を従来よりも小さくできるため、防振対象振動数に対し設定する浮き床１２の固有振動数（共振振動数）を高くすることが可能となり、浮き床１２の沈下を抑えフカフカばねとなることを防止できる。
【0036】
また、慣性質量ダンパー２２及び直列バネ要素２１を直列に配置した同調型制振機構は線形要素のため、加振力の大小に関わらず安定した減衰特性を付与できる。よって、大地震時にも有効に機能することができる。
【0037】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態に係る防振機構について、主に図３及び図４を用いて説明する。
以下の実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図３は、本発明の第二実施形態に係る防振機構の振動モデルの一例を示す図である。
図３に示すように、実施形態に係る防振機構１Ｂでは、第一実施形態に係る防振機構１Ａに、慣性質量ψの慣性質量ダンパー（第二慣性質量ダンパー）２５をさらに並列に設けられている。
次に、本発明の第二実施形態に係る防振機構について、主に図３及び図４を用いて説明する。
以下の実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図３は、本発明の第二実施形態に係る防振機構の振動モデルの一例を示す図である。
図３に示すように、実施形態に係る防振機構１Ｂでは、第一実施形態に係る防振機構１Ａに、慣性質量ψの慣性質量ダンパー（第二慣性質量ダンパー）２５をさらに並列に設けられている。
【0038】
具体的には、防振機構１Ｂは、構造体床（構造体）１１と構造体床１１と相対変位可能に設けられた質量Ｍの浮き床（振動体）１２との間に設けられている。防振機構１Ｂは、バネ剛性Ｋの支持バネ要素１３と、慣性質量ψの慣性質量ダンパー（第二慣性質量ダンパー）２５と、バネ剛性ｋｄの直列バネ要素（直列バネ）２１と、慣性質量ψｄの慣性質量ダンパー（第一慣性質量ダンパー）２２と、減衰係数ｃｄ１の第一減衰機構２３と、を備えている。
【0039】
直列バネ要素２１と慣性質量ダンパー２２とは、直列に配置されている。構造体床１１と浮き床１２との間で、直列バネ要素２１及び慣性質量ダンパー２２と、支持バネ要素１３と、慣性質量ダンパー２５とは並列に配置されている。直列バネ要素２１と第一減衰機構２３とは、並列に配置されている。慣性質量ダンパー２２と並列に、第二減衰機構２４が設けられていない。図面では、第二減衰機構２４の減衰係数ｃｄ２が０と示していているが、これは慣性質量ダンパー２２と並列に第二減衰機構２４が設けられていないことを示している。
なお、従来の図７に示されている減衰機構１４は、特に設けなくてもよい。
なお、従来の図７に示されている減衰機構１４は、特に設けなくてもよい。
【0040】
一般的に、慣性質量ダンパーと並列に減衰付与する場合が多いが、本実施形態では、第一減衰機構２３だけ設けている。
【0041】
浮き床１２及び支持バネ要素１３が既知の振動系でバネ剛性ｋｄの直列バネ要素２１を設定したとき、共振域における反力応答倍率を最小化する慣性質量ダンパー２２の慣性質量ψｄ及び第一減衰機構２３の減衰係数ｃｄ１の最適値を定式化することは煩雑なため、下記の式（３）の伝達関数（反力応答倍率）を表計算ソフトにより反復計算して求める。
【0042】
【数3】
【0043】
以下、設計例について説明する。
浮き床１２の質量Ｍ＝１０００ｔｏｎ、支持バネ要素１３のバネ剛性Ｋ＝３９．５ｋＮ／ｍｍの浮き床を対象とする。この系の固有振動数ｆ１＝１Ｈｚとなる。
加振力に対する反力を２～４Ｈｚで１／１０程度と大幅に減衰するように、支持バネ要素１３と並列に設置された慣性質量ダンパー２５の慣性質量ψ＝０．２Ｍとする。また、直列バネ要素２１と慣性質量ダンパー２２とを直列に配置した同調型制振機構において、直列バネ要素２１のバネ剛性ｋｄ＝０．１４Ｋ＝５．５３ｋＮ／ｍｍとして、慣性質量ダンパー２２の慣性質量ψｄ及び第一減衰機構２３の減衰係数ｃｄ１の最適値を反復計算して求めると、下記の式（４）となる。
浮き床１２の質量Ｍ＝１０００ｔｏｎ、支持バネ要素１３のバネ剛性Ｋ＝３９．５ｋＮ／ｍｍの浮き床を対象とする。この系の固有振動数ｆ１＝１Ｈｚとなる。
加振力に対する反力を２～４Ｈｚで１／１０程度と大幅に減衰するように、支持バネ要素１３と並列に設置された慣性質量ダンパー２５の慣性質量ψ＝０．２Ｍとする。また、直列バネ要素２１と慣性質量ダンパー２２とを直列に配置した同調型制振機構において、直列バネ要素２１のバネ剛性ｋｄ＝０．１４Ｋ＝５．５３ｋＮ／ｍｍとして、慣性質量ダンパー２２の慣性質量ψｄ及び第一減衰機構２３の減衰係数ｃｄ１の最適値を反復計算して求めると、下記の式（４）となる。
【0044】
【数4】
【0045】
一方、従来の図１１に示す振動モデルで、減衰定数ｈ＝０．２（設計例の諸元に対して減衰係数Ｃ＝２５１３ｋＮ・ｓ／ｍ＝２５．１３ｋＮ／ｋｉｎｅ）の大きな減衰を付与したとき、伝達関数は図１２の一点鎖線に示す通りであり、共振点における最大応答倍率は２．５６となる。
【0046】
図４は、本発明の第一実施形態に係る防振機構の振動モデル及び従来の図１１に示す振動モデルについて、反力（構造床に作用する反力の合計）の伝達関数を示したグラフである。横軸は加振振動数ｆ（Ｈｚ）、縦軸は反力応答倍率Ｒ／Ｆを対数軸表示している。
図４に示されるように、防振機構１Ｂ（本発明）にすれば、高振動数域の応答倍率を増大させずに（減衰定数ｈ＝０．１～０．０５と減衰の小さな振動系と同様に留めつつ）、共振域の応答倍率を（減衰定数ｈ＝０．２と減衰の大きな振動系と同様に）小さくできることが分かる。防振機構１Ｂ（本発明）では、共振域での最大応答倍率がｈ＝０．２の高減衰構造と同様で２．７３倍とほぼ共振しない特性を持ちつつ、１．２Ｈｚ以上の高振動数範囲ではｈ＝０．０５～０．１程度に小さくなる特徴があり、防振性能を保持しながら共振特性を改善できている。
図４に示されるように、防振機構１Ｂ（本発明）にすれば、高振動数域の応答倍率を増大させずに（減衰定数ｈ＝０．１～０．０５と減衰の小さな振動系と同様に留めつつ）、共振域の応答倍率を（減衰定数ｈ＝０．２と減衰の大きな振動系と同様に）小さくできることが分かる。防振機構１Ｂ（本発明）では、共振域での最大応答倍率がｈ＝０．２の高減衰構造と同様で２．７３倍とほぼ共振しない特性を持ちつつ、１．２Ｈｚ以上の高振動数範囲ではｈ＝０．０５～０．１程度に小さくなる特徴があり、防振性能を保持しながら共振特性を改善できている。
【0047】
図５は、防振機構１Ａの慣性質量ダンパー２２及び防振機構１Ａの慣性質量ダンパー２２，２５の一例を模式的に示した断面図である。
図５に示すように、軸Ｏ方向に延びるボールねじ１０１の一端部側（図５に示す紙面左側）で、ボールナット１０２を回転自在に軸Ｏ方向への変位を拘束している。ボールねじ１０１の一端部（図５に示す紙面右側の端部）では、軸Ｏ方向に変位自在に回転拘束されている。フライホイール（回転錘）１０３は、ボールナット１０２と一体化されている。ボールねじ１０１には、鋼球１０４が設けられている。なお、ボールねじ１０１とボールナット１０２との摩擦抵抗、ボールナット１０２の回転慣性モーメントはここでは無視する。
図５に示すように、軸Ｏ方向に延びるボールねじ１０１の一端部側（図５に示す紙面左側）で、ボールナット１０２を回転自在に軸Ｏ方向への変位を拘束している。ボールねじ１０１の一端部（図５に示す紙面右側の端部）では、軸Ｏ方向に変位自在に回転拘束されている。フライホイール（回転錘）１０３は、ボールナット１０２と一体化されている。ボールねじ１０１には、鋼球１０４が設けられている。なお、ボールねじ１０１とボールナット１０２との摩擦抵抗、ボールナット１０２の回転慣性モーメントはここでは無視する。
【0048】
ボールねじ１０１の軸Ｏ方向の変位ｘにより、回転慣性モーメントＩθをもつフライホイール１０３をθ回転させたときの軸方向力（反力）Ｆとする。ボールねじ１０１のリード（ねじ山ピッチ）Ｌｄ、フライホイール１０３を円盤状として径Ｄ、質量ｍとするとｘ＝θＬｄ／（２π）から、下記の式（５）が成立する。
【0049】
【数5】
【0050】
上記の式（５）より、反力Ｆはボールねじ１０１とボールナット１０２との相対加速度に比例し、慣性質量ψが軸Ｏ方向の慣性質量である。フライホイール１０３の形状寸法やボールねじ１０１のリードＬｄにもよるが、慣性質量ψはフライホイール１０３の質量ｍの数百倍～数千倍の値となり、小さなフライホイール１０３の質量で巨大な慣性質量ψを実現できる装置となる。
【0051】
このように構成された防振機構１Ｂでは、構造体床１１と浮き床１２との間に、互いに直列に配置された慣性質量ダンパー２２及び直列バネ要素２１が、支持バネ要素１３と並列に配置され、直列バネ要素２１と並列に第一減衰機構２３が配置されている。慣性質量ダンパー２２と並列に第二減衰機構２４が配置されていない。これによって、共振振動数近傍で反力応答倍率（伝達関数）が低振動数側にシフトし、振動体の共振を防止しつつ共振振動数以上の振動数領域全般にわたり大きな防振効果を得ることができる。特許文献１にある従来技術では図１０の振動特性（反力応答倍率）となり、図２の振動特性を持つ本願は共振振動数以上の振動数領域で従来以上の優れた防振効果をもつことがわかる。
【0052】
また、構造体床１１と浮き床１２との間に、慣性質量ダンパー２５をさらに並列に設置することで、特定の振動数範囲で反力応答倍率（伝達関数）が大きく低下し、大幅に反力を低減することができる。
【0053】
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【0054】
１Ａ，１Ｂ…防振機構
１１…構造体床（構造体）
１２…浮き床（振動体）
１３…支持バネ要素
２１…直列バネ要素（直列バネ）
２２…慣性質量ダンパー（第一慣性質量ダンパー）
２３…第一減衰機構
２４…第二減衰機構
２５…慣性質量ダンパー（第二慣性質量ダンパー）
１１…構造体床（構造体）
１２…浮き床（振動体）
１３…支持バネ要素
２１…直列バネ要素（直列バネ）
２２…慣性質量ダンパー（第一慣性質量ダンパー）
２３…第一減衰機構
２４…第二減衰機構
２５…慣性質量ダンパー（第二慣性質量ダンパー）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】