(57)【要約】【課題】制震性能をさらに向上させる。【解決手段】制震装置１は、接続端部１５Ａ、１５Ｂと、接続端部１５Ａの移動に伴う変形により弾性エネルギを保存可能なバネ１６と、弾性エネルギを受け入れて、弾性エネルギを運動エネルギとして保存可能な慣性質量１７と、弾性エネルギ又は運動エネルギを圧力エネルギとして保存可能な油圧タンク１０に対応するバネ１９と、バネ１６、１９を相互に連結する減衰器１８Ｂと、慣性質量１７及びバネ１９に並列して配置される減衰器１８Ａと、減衰器１８Ａ、１８Ｂにおいて可変形態と不変形態とを相互に切り替える制御装置２０と、を備える。【選択図】図３
2020076468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方と他方との間の相対的な距離が可変である第１接続端部及び第２接続端部と、
前記第１接続端部の移動に伴って変形し、前記変形によって弾性エネルギを保存可能な第１バネ部と、
前記第１バネ部の弾性エネルギを受け入れて、前記第１バネ部の弾性エネルギを運動エネルギとして保存可能な慣性質量部と、
前記第１バネ部の弾性エネルギ又は前記慣性質量部の運動エネルギを受け入れて、前記第１バネ部の弾性エネルギ又は前記慣性質量部の運動エネルギを弾性エネルギとして保存可能な第２バネ部と、
前記第1バネ部及び前記第２バネ部を相互に連結し、前記第１バネ部と前記第２バネ部との間の第１距離を可変とする可変形態と、前記第１距離を不変とする不変形態と、を相互に切り替え可能な第１連結部と、
前記慣性質量部及び前記第２バネ部に並列して配置され、前記慣性質量部および前記第２バネ部の両端間の第２距離を可変とする可変形態と、前記第２距離を不変とする不変形態と、を相互に切り替え可能な第２連結部と、
前記第１連結部における可変形態と不変形態とを相互に切り替えると共に、前記第２連結部における可変形態と不変形態とを相互に切り替える制御部と、を備える、制震装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記第１接続端部が所定の方向へ移動しているとき、前記第１連結部を不変形態とすると共に前記第２連結部を不変形態とする第１制御と、
前記第１制御の後に、前記第１接続端部の移動の方向が前記所定の方向とは逆方向に反転したと判断されたとき、前記第１連結部の不変形態を維持すると共に前記第２連結部を可変形態に切り替える第２制御と、
前記第２制御の後に、前記第１連結部の不変形態及び前記第２連結部の可変形態を維持することにより、前記第１バネ部の弾性エネルギと前記第２バネ部の荷重とが互いに等しくなり、さらにその後、前記慣性質量部の運動エネルギを前記第２バネ部の弾性エネルギとして前記第２バネ部に移動させた後に、前記第２連結部を不変形態に切り替える第３制御と、
前記第３制御の後に、前記第１連結部を可変形態に切り替えると共に前記第２連結部の不変形態を維持することにより、前記第１バネ部の弾性エネルギを解放させた後に、前記第１連結部を不変形態に切り替える第４制御と、
前記第４制御の後に、前記所定の方向とは逆向きに前記第２バネ部を変形させるように、前記第１連結部の不変形態を維持すると共に前記第２連結部を可変形態に切り替える第５制御と、
前記第５制御の後に、前記第１連結部の不変形態を維持すると共に前記第２連結部の可変形態を維持することにより、前記第２バネ部の弾性エネルギと前記第１バネ部の荷重とが等しくなり、さらにその後、前記慣性質量部の運動エネルギを前記第１バネ部の弾性エネルギとして前記第１バネ部に移動させた後に、前記第２連結部を不変形態に切り替える第６制御と、を行う、請求項１に記載の制震装置。
【請求項３】
ピストンによって仕切られて作動油が満たされた第１油圧室及び第２油圧室を有するオイルダンパと、
前記第１油圧室及び前記第２油圧室との間で前記作動油を相互に移動可能な第１流路と、
前記第１流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な第１開閉制御弁及び第２開閉制御弁と、
前記第１流路とは別に前記第１油圧室及び前記第２油圧室との間で前記作動油を相互に移動可能な第２流路と、
前記第２流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な第３開閉制御弁と、
油圧タンクと、
一端が前記油圧タンクに接続され他端が前記第１開閉制御弁と前記第２開閉制御弁との間に接続された第３流路と、
前記第３流路に設けられた回転錘と、を備え、
前記第１連結部は、前記第３開閉制御弁を含み、
前記第２連結部は、前記第１開閉制御弁及び第２開閉制御弁を含み、
前記第１バネ部は、前記オイルダンパに起因する剛性要素を含み、
前記第２バネ部は、前記油圧タンクを含み、
前記慣性質量部は、前記回転錘を含み、
前記制御部は、
前記第１制御では、前記第３、第１及び第２開閉制御弁を閉状態とし、
前記第２制御では、前記第３及び第２開閉制御弁の閉状態を維持すると共に、前記第１開閉制御弁を開状態とし、
前記第３制御では、前記第３及び第２開閉制御弁の閉状態と前記第１開閉制御弁の開状態を維持した後に、前記第１開閉制御弁を閉状態とし、
前記第４制御では、前記第３開閉制御弁を開状態とすると共に前記第１及び第２開閉制御弁の閉状態を維持した後に、前記第３開閉制御弁を閉状態とし、
前記第５制御では、前記第３及び第１開閉制御弁の閉状態を維持すると共に前記第２開閉制御弁を開状態とし、
前記第６制御では、前記第３及び第１開閉制御弁の閉状態と前記第２開閉制御弁の開状態を維持した後に、前記第２開閉制御弁を閉状態とする、請求項２に記載の制震装置。
【請求項４】
制震装置の制御方法であって、
前記制震装置は、
一方と他方との間の相対的な距離が可変である第１接続端部及び第２接続端部と、
前記第１接続端部の移動に伴って変形し、前記変形によって弾性エネルギを保存可能な第１バネ部と、
前記第１バネ部の弾性エネルギを受け入れて、前記第１バネ部の弾性エネルギを運動エネルギとして保存可能な慣性質量部と、
前記第１バネ部の弾性エネルギ又は前記慣性質量部の運動エネルギを受け入れて、前記第１バネ部の弾性エネルギ又は前記慣性質量部の運動エネルギを弾性エネルギとして保存可能な第２バネ部と、
前記第1バネ部及び前記第２バネ部を相互に連結し、前記第１バネ部と前記第２バネ部との間の第１距離を可変とする可変形態と、前記第１距離を不変とする不変形態と、を相互に切り替え可能な第１連結部と、
前記慣性質量部及び前記第２バネ部に並列して配置され、前記慣性質量部および前記第２バネ部の両端間の第２距離を可変とする可変形態と、前記第２距離を不変とする不変形態と、を相互に切り替え可能な第２連結部と、
前記第１連結部における可変形態と不変形態とを相互に切り替えると共に、前記第２連結部における可変形態と不変形態とを相互に切り替える制御部と、を備え、
前記第１接続端部が所定の方向へ移動しているとき、前記第１連結部を不変形態とすると共に前記第２連結部を不変形態とする第１ステップと、
前記第１ステップの後に、前記第１接続端部の移動の方向が前記所定の方向とは逆方向に反転したと判断されたとき、前記第１連結部の不変形態を維持すると共に前記第２連結部を可変形態に切り替える第２ステップと、
前記第２ステップの後に、前記第１連結部の不変形態及び前記第２連結部の可変形態を維持することにより、前記第１バネ部の弾性エネルギと前記第２バネ部の荷重とが互いに等しくなり、さらにその後、前記慣性質量部の運動エネルギを第２バネ部の弾性エネルギとして前記第２バネ部に移動させた後に、前記第２連結部を不変形態に切り替える第３ステップと、
前記第３ステップの後に、前記第１連結部を可変形態に切り替えると共に前記第２連結部の不変形態を維持することにより、前記第１バネ部の弾性エネルギを解放させた後に、前記第１連結部を不変形態に切り替える第４ステップと、
前記第４ステップの後に、前記所定の方向とは逆向きに前記第２バネ部を変形させるように、前記第１連結部の不変形態を維持すると共に前記第２連結部を可変形態に切り替える第５ステップと、
前記第５ステップの後に、前記第１連結部の不変形態を維持すると共に前記第２連結部の可変形態を維持することにより、前記第２バネ部の弾性エネルギと前記第１バネ部の荷重とが等しくなり、さらにその後、前記慣性質量部の運動エネルギを前記第１バネ部の弾性エネルギとして前記第１バネ部に移動させた後に、前記第２連結部を不変形態に切り替える第６ステップと、を行う、制震装置の制御方法。
【請求項５】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、
前記ピストンで仕切られて両側に設けられた一対の油圧室と、
前記一対の油圧室を互いに接続する第１流路と、
前記第１流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な第１開閉制御弁及び第２開閉制御弁と、
前記第１流路とは別に前記一対の油圧室を互いに接続する第２流路と、
前記第２流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な第３開閉制御弁と、
油圧タンクと、
一端が前記油圧タンクに接続され他端が第１流路であって前記第１開閉制御弁と前記第２開閉制御弁との間に接続された第３流路と、
前記第３流路に設けられた慣性質量部と、
前記第１、第２及び第３開閉制御弁の開閉を制御する制御部と、を備える制震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制震装置及び制震装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物に適用される制震技術が検討されている。例えば、制震技術には、構造物に取り付けたオイルダンパによって、地震等に起因して構造物に与えられるエネルギを吸収する技術がある。一般に、オイルダンパの減衰係数は一定である。制震装置自身が有する剛性だけでなく、制震装置を構造物に取り付ける連結部材の剛性や、制震装置が設けられる周囲の架構の変形に起因する剛性による制約の理由から、吸収可能なエネルギの量には限界が存在する。
【０００３】
特許文献１は、付加振動系によって構造物の振動を適切に抑制する振動抑制装置を開示する。この装置は、オイルダンパに錘を組み合わせることによってエネルギ吸収量の向上を図る。具体的には、特許文献１の技術は、設置された建物に対する負剛性効果あるいは建物周期への同調によりストロークの拡張を図る。
【０００４】
特許文献２は、制震構造物用可変減衰装置を開示する。特許文献３は減衰係数切換型油圧ダンパを開示する。これらの装置は、オイルダンパの流路に設けられた開閉制御弁を有する。そして、開閉制御弁の開度を、全開及び全閉のいずれか一方に制御することにより、エネルギ吸収量の向上を図る。この制御によれば、上述した剛性に起因する制約下において、エネルギ吸収量を最大化することができる。
【０００５】
特許文献４は、油圧ダンパ開閉制御弁の制御方法を開示する。この制御方法が適用される装置は、油圧ダンパ及び開閉制御弁に加えて、さらに油圧タンクを有する。この油圧タンク及び開閉制御弁によれば、構造物に与えられたエネルギを回生するとともに、回生したエネルギを制震に転用することができる。その結果、エネルギ吸収量がさらに向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−５２０６６号公報
【特許文献２】特開２００２−１３３１０号公報
【特許文献３】特開２００６−１５３０６８号公報
【特許文献４】特開２０１４−１６３５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、特許文献１の装置では、周辺架構の変形に起因する剛性の制約を無視することはできない。その結果、エネルギ吸収量は、一般的なオイルダンパを用いた場合とほぼ同等である。そこで、当該分野においては、エネルギ吸収量を増加させ、地震などにより建物に生じた歪エネルギを素早く吸収することにより、制震性能の更なる向上が望まれている。
【０００８】
そこで、本発明は、制震性能をさらに向上させ得る制震装置及び制震装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態は、一方と他方との間の相対的な距離が可変である第１接続端部及び第２接続端部と、第１接続端部の移動に伴って変形し、変形によって弾性エネルギを保存可能な第１バネ部と、第１バネ部の弾性エネルギを受け入れて、第１バネ部の弾性エネルギを運動エネルギとして保存可能な慣性質量部と、第１バネ部の弾性エネルギ又は慣性質量部の運動エネルギを受け入れて、第１バネ部の弾性エネルギ又は慣性質量部の運動エネルギを弾性エネルギとして保存可能な第２バネ部と、第1バネ部及び第２バネ部を相互に連結し、第１バネ部と第２バネ部との間の第１距離を可変とする可変形態と、第１距離を不変とする不変形態と、を相互に切り替え可能な第１連結部と、慣性質量部及び第２バネ部に並列して配置され、慣性質量部および第２バネ部の両端間の第２距離を可変とする可変形態と、第２距離を不変とする不変形態と、を相互に切り替え可能な第２連結部と、第１連結部における可変形態と不変形態とを相互に切り替えると共に、第２連結部における可変形態と不変形態とを相互に切り替える制御部と、を備える。
【００１０】
この装置では、第１バネ部に保存されたエネルギを慣性質量部及び第２バネ部に移動させた後に、慣性質量部に保存されたエネルギをさらに第２バネ部に移動させることが可能であり、そして、所定の方向とは逆向きにバネ部を変形させるように、第２バネ部に保存されたエネルギを第１バネ部に移動させることができる。このとき、慣性質量部にも再びエネルギが保存される。そして、第２バネ部の弾性エネルギを第１バネ部へ移動させた後に、慣性質量部に保存されたエネルギをさらに第１バネ部に移動させることができる。その結果、第１接続端部から入力されたエネルギを振動の抑制に効率よく利用することが可能になり、その結果としてエネルギ吸収量が増大する。従って、制震性能を向上することができる。
【００１１】
一形態において、制御部は、第１接続端部が所定の方向へ移動しているとき、第１連結部を不変形態とすると共に第２連結部を不変形態とする第１制御と、第１制御の後に、第１接続端部の移動の方向が所定の方向とは逆方向に反転したと判断されたとき、第１連結部の不変形態を維持すると共に第２連結部を可変形態に切り替える第２制御と、第２制御の後に、第１連結部の不変形態及び第２連結部の可変形態を維持することにより、第１バネ部の弾性エネルギと第２バネ部の荷重とが互いに等しくなり、さらにその後、慣性質量部の運動エネルギを第２バネ部の弾性エネルギとして第２バネ部に移動させた後に、第２連結部を不変形態に切り替える第３制御と、第３制御の後に、第１連結部を可変形態に切り替えると共に第２連結部の不変形態を維持することにより、第１バネ部の弾性エネルギを解放させた後に、第１連結部を不変形態に切り替える第４制御と、第４制御の後に、所定の方向とは逆向きに第２バネ部を変形させるように、第１連結部の不変形態を維持すると共に第２連結部を可変形態に切り替える第５制御と、第５制御の後に、第１連結部の不変形態を維持すると共に第２連結部の可変形態を維持することにより、第２バネ部の弾性エネルギと第１バネ部の荷重とが等しくなり、さらにその後、慣性質量部の運動エネルギを第１バネ部の弾性エネルギとして第１バネ部に移動させた後に、第２連結部を不変形態に切り替える第６制御と、を行ってもよい。
【００１２】
この装置では、第３制御において、第１バネ部に保存されたエネルギを慣性質量部及び第２バネ部に移動させた後に、慣性質量部に保存されたエネルギをさらに第２バネ部に移動させる。そして、第５制御において、所定の方向とは逆向きにバネ部を変形させるように、第２バネ部に保存されたエネルギを第１バネ部に移動させる。このとき、慣性質量部にも再びエネルギが保存される。そして、第６制御において、第２バネ部の弾性エネルギを第１バネ部へ移動させた後に、慣性質量部に保存されたエネルギをさらに第１バネ部に移動させる。その結果、第１接続端部から入力されたエネルギを振動の抑制に効率よく利用することが可能になり、その結果としてエネルギ吸収量が増大する。従って、制震性能を向上することができる。
【００１３】
一形態に係制震装置は、ピストンによって仕切られて作動油が満たされた第１油圧室及び第２油圧室を有するオイルダンパと、第１油圧室及び第２油圧室との間で作動油を相互に移動可能な第１流路と、第１流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な第１開閉制御弁及び第２開閉制御弁と、第１流路とは別に第１油圧室及び第２油圧室との間で作動油を相互に移動可能な第２流路と、第２流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な第３開閉制御弁と、油圧タンクと、一端が油圧タンクに接続され他端が第１開閉制御弁と第２開閉制御弁との間に接続された第３流路と、第３流路に設けられた回転錘と、を備え、第１連結部は、第３開閉制御弁を含み、第２連結部は、第１開閉制御弁及び第２開閉制御弁を含み、第１バネ部は、オイルダンパに起因する剛性要素を含み、第２バネ部は、油圧タンクを含み、慣性質量部は、回転錘を含み、制御部は、第１制御では、第３、第１及び第２開閉制御弁を閉状態とし、第２制御では、第３及び第２開閉制御弁の閉状態を維持すると共に、第１開閉制御弁を開状態とし、第３制御では、第３及び第２開閉制御弁の閉状態と第１開閉制御弁の開状態を維持した後に、第１開閉制御弁を閉状態とし、第４制御では、第３開閉制御弁を開状態とすると共に第１及び第２開閉制御弁の閉状態を維持した後に、第３開閉制御弁を閉状態とし、第５制御では、第３及び第１開閉制御弁の閉状態を維持すると共に第２開閉制御弁を開状態とし、第６制御では、第３及び第１開閉制御弁の閉状態と第２開閉制御弁の開状態を維持した後に、第２開閉制御弁を閉状態としてもよい。このような構成によれば、上記の第１〜第６制御を好適に行うことが可能な制震装置を得ることができる。
【００１４】
本発明の別の形態は、制震装置の制御方法であって、制震装置は、一方と他方との間の相対的な距離が可変である第１接続端部及び第２接続端部と、第１接続端部の移動に伴って変形し、変形によって弾性エネルギを保存可能な第１バネ部と、第１バネ部の弾性エネルギを受け入れて、第１バネ部の弾性エネルギを運動エネルギとして保存可能な慣性質量部と、第１バネ部の弾性エネルギ又は慣性質量部の運動エネルギを受け入れて、第１バネ部の弾性エネルギ又は慣性質量部の運動エネルギを弾性エネルギとして保存可能な第２バネ部と、第1バネ部及び第２バネ部を相互に連結し、第１バネ部と第２バネ部との間の第１距離を可変とする可変形態と、第１距離を不変とする不変形態と、を相互に切り替え可能な第１連結部と、慣性質量部及び第２バネ部に並列して配置され、慣性質量部および第２バネ部の両端間の第２距離を可変とする可変形態と、第２距離を不変とする不変形態と、を相互に切り替え可能な第２連結部と、第１連結部における可変形態と不変形態とを相互に切り替えると共に、第２連結部における可変形態と不変形態とを相互に切り替える制御部と、を備え、第１接続端部が所定の方向へ移動しているとき、第１連結部を不変形態とすると共に第２連結部を不変形態とする第１ステップと、第１ステップの後に、第１接続端部の移動の方向が所定の方向とは逆方向に反転したと判断されたとき、第１連結部の不変形態を維持すると共に第２連結部を可変形態に切り替える第２ステップと、第２ステップの後に、第１連結部の不変形態及び第２連結部の可変形態を維持することにより、第１バネ部の弾性エネルギと第２バネ部の荷重とが互いに等しくなり、さらにその後、慣性質量部の運動エネルギを第２バネ部の弾性エネルギとして第２バネ部に移動させた後に、第２連結部を不変形態に切り替える第３ステップと、第３ステップの後に、第１連結部を可変形態に切り替えると共に第２連結部の不変形態を維持することにより、第１バネ部の弾性エネルギを解放させた後に、第１連結部を不変形態に切り替える第４ステップと、第４ステップの後に、所定の方向とは逆向きに第２バネ部を変形させるように、第１連結部の不変形態を維持すると共に第２連結部を可変形態に切り替える第５ステップと、第５ステップの後に、第１連結部の不変形態を維持すると共に第２連結部の可変形態を維持することにより、第２バネ部の弾性エネルギと第１バネ部の荷重とが等しくなり、さらにその後、慣性質量部の運動エネルギを第１バネ部の弾性エネルギとして第１バネ部に移動させた後に、第２連結部を不変形態に切り替える第６ステップと、を行う。
【００１５】
この方法によれば、第１接続端部から入力されたエネルギを振動の抑制に効率よく利用することが可能になり、ひいては、エネルギ吸収量を増大することができる。
【００１６】
本発明のさらに別の形態に係る制震装置は、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、ピストンで仕切られて両側に設けられた一対の油圧室と、一対の油圧室を互いに接続する第１流路と、第１流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な第１開閉制御弁及び第２開閉制御弁と、第１流路とは別に一対の油圧室を互いに接続する第２流路と、第２流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な第３開閉制御弁と、油圧タンクと、一端が油圧タンクに接続され他端が第１流路であって第１開閉制御弁と第２開閉制御弁との間に接続された第３流路と、第３流路に設けられた慣性質量部と、第１、第２及び第３開閉制御弁の開閉を制御する制御部と、を備える。この構成によれば、簡易な構成によってエネルギ吸収量を好適に増大することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、制震性能をさらに向上させ得る制震装置及び制震装置の制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、構造躯体への制震装置の設置例を示す図である。
【図２】図２は、制震装置の構造を例示する断面図である。
【図３】図３は、制震装置の力学モデルを示す図である。
【図４】図４の（ａ）部及び（ｄ）部は構造躯体の変形を模式的に示す図であり、（ｂ）部及び（ｅ）部は制震装置の状態を簡易的に示す図であり、（ｃ）部及び（ｆ）部は制震装置を力学モデルとして示す図である。
【図５】図５の（ａ）部及び（ｄ）部は構造躯体の変形を模式的に示す図であり、（ｂ）部及び（ｅ）部は制震装置の状態を簡易的に示す図であり、（ｃ）部、（ｆ）部及び（ｇ）部は制震装置を力学モデルとして示す図である。
【図６】図６の（ａ）部及び（ｄ）部は構造躯体の変形を模式的に示す図であり、（ｂ）部及び（ｅ）部は制震装置の状態を簡易的に示す図であり、（ｃ）部、（ｆ）部及び（ｇ）部は制震装置を力学モデルとして示す図である。
【図７】図７の（ａ）部及び（ｄ）部は層間変形と荷重との関係を示す図であり（ｂ）部及び（ｅ）部はバネ変形と荷重との関係を示す図であり、（ｃ）部及び（ｆ）部は減衰器等の変位と荷重との関係を示す図である。
【図８】図８の（ａ）部及び（ｄ）部は層間変形と荷重との関係を示す図であり（ｂ）部及び（ｅ）部はバネ変形と荷重との関係を示す図であり、（ｃ）部及び（ｆ）部は減衰器等の変位と荷重との関係を示す図である。
【図９】図９の（ａ）部及び（ｄ）部は層間変形と荷重との関係を示す図であり（ｂ）部及び（ｅ）部はバネ変形と荷重との関係を示す図であり、（ｃ）部及び（ｆ）部は減衰器等の変位と荷重との関係を示す図である。
【図１０】図１０の（ａ）部及び（ｂ）部は、制震装置の性能を説明するためのグラフである。
【図１１】図１１の（ａ）部及び（ｂ）部は、制震装置の性能を説明するためのグラフである。
【図１２】図１２は、実施例１に係る制震装置が備える油圧回路部を示す図である。
【図１３】図１３は、実施例１に係る制震装置が備える油圧回路部を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
［制震装置の構成］
図１に示すように制震装置１は、構造物の構造躯体１００に連結部材であるブレース１０１等を介して連結される。そして、制震装置１は、地震や風などに起因する建物の揺れを低減する。具体的には、制震装置１は、揺れによって構造躯体１００に生じる振動エネルギを除荷及び吸収する。
【００２１】
図２は、制震装置１の基本構成を示す。制震装置１は、油圧機構を用いたエネルギ吸収装置である。制震装置１は、オイルダンパ２と、油圧回路部３と、制御装置２０と、を有する。
【００２２】
オイルダンパ２は、シリンダ４と、ピストン６と、連結端７（第１接続端部）と、連結端８（第２接続端部）と、を有する。シリンダ４は、筒状を呈する。シリンダ４の内部には、ピストン６が往復移動可能に配置されている。ピストン６は、シリンダ４の内部を２個の空間に仕切る。従って、シリンダ４の内部には、２個の油圧室９Ｌ（第１油圧室）及び油圧室９Ｒ（第２油圧室）が形成される。油圧室９Ｌ、９Ｒには、作動油が充填されている。シリンダ４は、油圧室９Ｌに連通するポート４ａと、油圧室９Ｒに連通するポート４ｂと、を有する。ポート４ａ、４ｂは、それぞれ油圧回路部３に接続されている。従って、作動油は、ポート４ａ、４ｂ及び油圧回路部３を介して、油圧室９Ｌから油圧室９Ｒへ移動することができ、油圧室９Ｒから油圧室９Ｌへ移動することもできる。連結端７は、ピストン６の軸端をブレース１０１に連結する。連結端８は、シリンダ４の筐体を構造躯体１００に連結する。
【００２３】
油圧回路部３は、油圧タンク１０と、流路１１Ａ（第１流路）、流路１１Ｂ（第２流路）、流路１１Ｃ（第３流路）と、油圧ユニット１２と、制御弁１３Ａ（第１開閉制御弁）、制御弁１３Ｂ（第２開閉制御弁）、制御弁１３Ｃ（第３開閉制御弁）と、を有する。制震装置１は、慣性質量である油圧ユニット１２を利用して、作動油が有する流体エネルギ（圧力エネルギや流れの運動エネルギ）と、別のエネルギ（後述する油圧タンク１０の圧力エネルギ及び回転錘１２Ｓの慣性エネルギ）と、を相互に変換することにより、振動のエネルギを制震に利用する。
【００２４】
つまり、制震装置１は、いわゆるＯＮ／ＯＦＦ制御弁である制御弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃと、作動油を内封した油圧タンク１０と、を有する。そして、油圧タンク１０と、シリンダ４の油圧室９Ｌ、９Ｒを互いに接続する流路１１Ａに設けられた制御弁１３Ａ、１３Ｂとは、エネルギ回生機構を構成する。制震装置１は、エネルギの回収及び再利用に油圧タンク１０の剛性と、装置及び取り付け部材等の剛性を利用する。さらに、制震装置１は、これらの剛性に加えて、油圧ユニット１２が有する慣性質量である回転錘１２Ｓの運動エネルギを構造物に生じた歪エネルギの回収及び再利用に利用する。これらの構成によれば、制震装置１のエネルギ吸収量をより増大させることができる。
【００２５】
油圧タンク１０は、所定の圧力を有する作動油を保持する。つまり、油圧タンク１０は、圧力源として機能する。
【００２６】
流路１１Ａは、油圧室９Ｌと油圧室９Ｒとを接続する。この接続とは、油圧室９Ｌと油圧室９Ｒとの間で作動油が行き来できることをいう。流路１１Ａには、制御弁１３Ａ、１３Ｂが配置されている。制御弁１３Ａは、油圧室９Ｒ側に配置されている。制御弁１３Ｂは、油圧室９Ｌ側に配置されている。
【００２７】
流路１１Ｂは、その両端が流路１１Ａに接続されている。流路１１Ｂの一方の端部は、流路１１Ａにおける制御弁１３Ａとポート４ｂとの間に接続されている。流路１１Ｂの他方の端部は、流路１１Ａにおける制御弁１３Ｂとポート４ａとの間に接続されている。流路１１Ｂには、制御弁１３Ｃが配置されている。つまり、流路１１Ｂは、流路１１Ａとは別に油圧室９Ｌ、９Ｒの間で作動油を相互に移動可能であるともいえる。この「流路１１Ａとは別」とは、流路１１Ａの両端の間と、流路１１Ｂの両端の間のすべての領域にわたって別であることを要しない。例えば、流路１１Ｂを介した作動油の流動として、流路１１Ａの一部を介していてもよい。
【００２８】
流路１１Ｃは、油圧タンク１０と流路１１Ａとを接続する。具体的には、流路１１Ｃの一方の端部は、油圧タンク１０に接続されている。流路１１Ｃの他方の端部は、流路１１Ａにおける制御弁１３Ａ、１３Ｂの間に接続されている。流路１１Ｃには、油圧ユニット１２が配置されている。
【００２９】
油圧ユニット１２は、歯車（エネルギ変換部）と、回転錘１２Ｓ（慣性質量部）と、を有する（図４等参照）。油圧ユニット１２は、作動油の流れと回転錘１２Ｓの回転とを相互に変換する。つまり、油圧ユニット１２は、作動油の流れを受けて回転錘１２Ｓを回転させる。また、油圧ユニット１２は、回転錘１２Ｓの回転を受けて作動油の流れを生じさせる。換言すると、油圧ユニット１２は、油圧室９Ｌと油圧タンク１０との圧力差、または、油圧室９Ｒと油圧タンク１０との圧力差に応じて回転錘１２Ｓを回転させるモータとして機能する。また、油圧ユニット１２は、回転錘１２Ｓのエネルギを利用して、油圧室９Ｌ、９Ｒと油圧タンク１０との間に圧力の差を発生させるポンプとして機能する。
【００３０】
制御装置２０は、油圧回路部３に制御信号を提供する。
【００３１】
この構成によれば油圧回路部３を単純化し、慣性質量として回転錘を利用することで制震装置１をコンパクトかつ単純にすることができる。
【００３２】
図３は、構造躯体１００に設置された制震装置１の力学モデルを示す。制震装置１は、接続端部１５Ａ（第１接続端部）及び接続端部１５Ｂ（第２接続端部）と、バネ１６（第１バネ部）と、慣性質量１７（慣性質量部）と、減衰器１８Ａ、１８Ｂと、バネ１９と、制御装置２０（制御部）と、を有する。制震装置１は、油圧タンク１０を示すバネ１９（第２バネ部）に慣性質量１７が並列に接続されている。この慣性質量１７は、油圧タンク１０が蓄えるエネルギを増加させる。
【００３３】
バネ１６の一端は、接続端部１５Ａを介してブレース１０１に連結される。バネ１６の他端は、減衰器１８Ｂに連結される。慣性質量１７、減衰器１８Ａ及びバネ１９は、互いに並列に連結されている。そして、これらの要素は、連結点Ｐ０を介して減衰器１８Ｂに連結されている。そして、接続端部１５Ｂは、構造躯体１００に連結される。
【００３４】
接続端部１５Ａは、連結端７（第１接続端部）に対応する。接続端部１５Ｂは、連結端８（第２接続端部）に対応する。接続端部１５Ａ、１５Ｂの相対的な距離は、可変である。
【００３５】
バネ１６（第１バネ部）は、接続端部１５Ａの移動に伴って変形するものであり、当該変形によって弾性エネルギを保存可能な要素である。バネ１６は、作動油の弾性を力学モデルとして示した剛性要素である。なお、バネ１６には、作動油やシリンダなどの制震装置１の剛性に加えて、接続部の剛性を含んでもよい。
【００３６】
慣性質量１７は、回転錘１２Ｓ（慣性質量部）に対応する。慣性質量１７は、バネ１６、１９の弾性エネルギを受け入れて、当該弾性エネルギを運動エネルギとして保存可能である。慣性質量１７は、作動油の流路１１Ｃに配置した油圧ユニット１２が有する錘である。
【００３７】
バネ１９は、油圧タンク１０（第２バネ部）に対応する。バネ１９は、バネ１６の弾性エネルギを受け入れて、弾性エネルギとして保存可能である。さらに、バネ１９は、慣性質量１７の運動エネルギを受け入れて、当該運動エネルギを弾性エネルギとして保存可能である。なお、図２では油圧タンク１０の圧力エネルギに対応するものを、図３では弾性エネルギとみなして表現している。
【００３８】
減衰器１８Ａ、１８Ｂは、その減衰係数が可変である。減衰係数の可変範囲は、理想的に十分広いと仮定する。
【００３９】
減衰器１８Ａは、制御弁１３Ａ、１３Ｂ（第２連結部、第１及び第２開閉制御弁）に対応する。減衰器１８Ａは、慣性質量１７及びバネ１９に並列して配置される。減衰器１８Ａは、制御装置２０によって制御される。減衰器１８Ａは、バネ１９の変形を禁止する態様（剛結モード）と、バネ１９の変形を許容する態様（可変モード）と、を相互に切り替える。つまり、減衰器１８Ａは、慣性質量１７およびバネ１９の両端間の第２距離を可変とする可変形態と、当該第２距離を不変とする不変形態と、を相互に切り替え可能である。
【００４０】
換言すると、変形を禁止する態様（剛結モード）は、バネ１９へのエネルギの授受を禁止する禁止形態である。なお、この態様においては、慣性質量１７へのエネルギの授受も禁止される。禁止形態は、減衰器１８Ａの減衰係数によって示される。具体的には、禁止形態は、減衰器１８Ａの減衰係数が最大であるとして示される。一方、変形を許容する態様（可変モード）は、バネ１６と慣性質量１７との間、及び、バネ１６とバネ１９との間でエネルギの授受を許す許可形態である。なお、この態様においては、慣性質量１７へのエネルギの授受も許される。この許可形態も、減衰器１８Ａの減衰係数によって示される。具体的には、許可形態は、減衰器１８Ａの減衰係数が最小であるとして示される。
【００４１】
減衰器１８Ｂは、制御弁１３Ｃ（第１連結部、第３開閉制御弁）に対応する。減衰器１８Ｂは、バネ１６及びバネ１９を相互に連結する。減衰器１８Ｂは、制御装置２０によって制御される。減衰器１８Ｂは、バネ１６からバネ１９及びバネ１６から慣性質量１７へのエネルギの移動を遮断する態様（可変モード）と、バネ１６に保存された運動エネルギを慣性質量１７へ運動エネルギとして移動させると共にバネ１９へ弾性エネルギとして移動させる態様（剛結モード）と、を相互に切り替える。つまり、第１連結部である減衰器１８Ｂは、バネ１６とバネ１９との間の第１距離を可変とする可変形態と、当該第１距離を不変とする不変形態と、を相互に切り替え可能である。
【００４２】
換言すると、剛結モードは、バネ１６と慣性質量１７との間、及び、バネ１６とバネ１９との間でエネルギの授受を許可する許可形態である。この許可形態は、減衰器１８Ｂの減衰係数によって示される。具体的には、許可形態は、減衰器１８Ｂの減衰係数が最大であるとして示される。一方、可変モードは、バネ１６と慣性質量１７との間、及び、バネ１６とバネ１９との間でエネルギの授受を禁止する禁止形態である。この禁止形態も、減衰器１８Ｂの減衰係数によって示される。具体的には、禁止形態は、減衰器１８Ｂの減衰係数が最小であるとして示される。
【００４３】
別の側面から説明すると、構造躯体１００の変位を伝達するとは、例えば、バネ１６に対して構造躯体１００を剛結するものともいえる。つまり、構造躯体１００の変位を伝達する態様であるとき、減衰器１８Ｂは、剛体であるとみなせる。換言すると、減衰器１８Ｂは、減衰係数が極めて大きい状態である。
【００４４】
例えば、減衰器１８Ａ、１８Ｂが剛結モードであるとき、ブレース１０１と構造躯体１００との間隔の変化に起因して、接続端部１５Ａと接続端部１５Ｂとの間に相対変位が生じたとする。この相対変位によって、バネ１６は、伸びる又は縮む。つまり、ブレース１０１と構造躯体１００との間隔が変化は、弾性エネルギとしてバネ１６に保存される。
【００４５】
続いて、例えば、バネ１６が縮んだ状態であるとき、ブレース１０１と構造躯体１００との間隔を保持しつつ減衰器１８Ａを可変モードとすると、バネ１６が伸びる。この伸びは、減衰器１８Ａにより許容される。この変位によって、慣性質量１７の運動（例えば回転運動）と、バネ１９の変形（例えば収縮）が生じる。つまり、バネ１６に保存されていた弾性エネルギは、運動エネルギとして慣性質量１７に保存されると共に弾性エネルギとしてバネ１９に保存される。
【００４６】
以下、図４〜図９を参照しつつ、制震装置の制御方法について説明する。なお、制震装置の制御方法は、制御装置２０が行う。制御装置２０は、第１連結部である減衰器１８Ｂにおける可変形態と不変形態とを相互に切り替えると共に、第２連結部である減衰器１８Ａにおける可変形態と不変形態とを相互に切り替える。なお、以下の説明は、最大振幅点からの除荷に相当する一連の動作が、建物の周期と比較して極短時間で行われ、層間変形（ｘ）（図３参照）が一定であるとみなせるという仮定のもとに行われる。
【００４７】
図４、図５及び図６は、制御中の各ステップにおけるフレームの変形、ダンパの圧力、力学モデルの状態を模式的に示す。なお、図４、図５及び図６に示す制御弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃにおいて、黒く塗りつぶされた三角形は閉状態であることを示す。逆に、白抜きの三角形は開状態であることを示す。さらに、油圧室９Ｌ、９Ｒのハッチングの濃淡は、内部圧力の程度を示す。濃いハッチングは、内部圧力が相対的に高いことを示し、薄いハッチングは内部圧力が相対的に低いことを示す。
【００４８】
図７、図８及び図９は、層間変形（ｘ）と荷重（Ｆ）との関係、バネ１６の変形（ｘｋ）（図３参照）と荷重（Ｆ）との関係、減衰器１８Ａ、１８Ｂの変位（ｘｄ）（図３参照）と荷重との関係を示す。なお、荷重（Ｆ）とは、油圧室９Ｒ、９Ｌの差圧にピストン６の断面積を乗じた値を意味する。また、変位（ｘｄ）とは、図３において、接続端部１５Ｂから減衰器１８Ｂとバネ１６との接続点までの間隔の変化量を意味する。さらに、図７、図８及び図９に示すパラメータα、βは、制震装置１のエネルギ吸収量を決定づける。パラメータαは、油圧タンク１０を示すバネ１９の変形拡幅量であり、下記式により定義される。例えば、振動系の振動周期が建物の周期と比べて十分短いとし、減衰係数がゼロであるとすれば、α＝１である。また、パラメータβは、バネ１６とバネ１９との剛性比（タンク剛性比）であり、下記式により定義される。下記式において、ｈは振動系の減衰定数であり、Ｔ’は周期である。ｋは、バネ１６のバネ定数であり、ｋｔは、バネ１９のバネ定数である。
【数１】
2020076468.tif 000003
【数２】
2020076468.tif 000004
【００４９】
〔第１ステップ（第１制御）〕
構造躯体１００に変形が生じていないとき（図４の（ａ）部及び（ｃ）部参照）、全ての制御弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは閉じている（図４の（ｂ）部参照）。このとき、油圧室９Ｌ、９Ｒの間において作動油の移動は生じない。つまり、減衰器１８Ａ（制御弁１３Ａ、１３Ｂ）の減衰係数（η）は、最大値（η＝ηｍａｘ）である。同様に、減衰器１８Ｂ（制御弁１３Ｃ）の減衰係数（Ｃ）も、最大値（Ｃ＝Ｃｍａｘ）である。また、油圧室９Ｌ、９Ｒの内部圧力は、互いに等しい。
【００５０】
構造躯体１００に層間変形（ｘ＝δ）が生じたとき（図４の（ｄ）部、（ｆ）部及び図７の（ａ）部参照）、制御弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは閉じている（図４の（ｅ）部参照：Ｃ＝Ｃｍａｘ、η＝ηｍａｘ）。従って、層間変形（ｘ＝δ）は、バネ１６の変形（ｘｋ＝δ）を生じさせる（図４の（ｆ）部参照）。つまり、振動により構造躯体１００の層間変形（ｘ＝δ）が生じると、バネ１６のみが層間変形（ｘ＝δ）と同じ量だけ変形（ｘｋ＝δ）する。このバネ１６の変形によって、歪エネルギは、弾性エネルギとしてバネ１６に保存される。この歪エネルギ及び弾性エネルギは、例えば、図７の（ｂ）部における三角形ＯＡＣの面積として示される。なお、この状態では、変位（ｘｄ）はゼロである（図７の（ｃ）部参照）。
【００５１】
上記の過程までが、第１ステップである。つまり、第１制御では、層間変形（ｘ＝δ）が最大値（δｍａｘ）となるまでの期間において、制御弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを閉状態とする。換言すると、減衰器１８Ａ、１８Ｂの減衰係数を最大値に保つ。つまり、第１ステップ（第１制御）は、図３に示す力学モデルで説明すると、第１連結部である減衰器１８Ｂを不変形態とし、かつ、第２連結部である減衰器１８Ａを不変形態とすることに相当する。
【００５２】
〔第２ステップ（第２制御）、第３ステップ（第３制御）〕
次に、層間変形（ｘ）が最大値（δｍａｘ）に達する。ここで、層間変形（ｘ）が最大値（δｍａｘ）に達したときとは、振動の折り返し点である振幅最大点であるともいえる。このとき、図５の（ｂ）部に示すように、制御装置２０は、制御信号を提供し、制御弁１３Ａを開く（第２ステップ）。換言すると、制御弁１３Ａを開く動作が第２ステップである。つまり、第２ステップ（第２制御）は、図３に示す力学モデルで説明すると、第１連結部である減衰器１８Ｂを不変形態とし、かつ、第２連結部である減衰器１８Ａを可変形態とすることに相当する。つまり、減衰器１８Ａの減衰係数は、最小値（ηｍｉｎ）である。なお、制御弁１３Ｂ、１３Ｃは閉状態を維持する。制御弁１３Ａを開くと、作動油は、高圧側の油圧室９Ｒから制御弁１３Ａ、油圧ユニット１２を介して油圧タンク１０に移動し始める（第３ステップ）。この作動油の移動に伴って、バネ１６は自然長に向けて伸び始める（図５の（ａ）部、（ｃ）部及び（ｇ）参照）。このとき、層間変形（ｘ）の変化はゼロ、つまり、層間変形（ｘ）は最大値（δｍａｘ）を維持する（図７の（ｄ）部参照）。いま、減衰器１８Ａの減衰係数が最小値（η＝ηｍｉｎ）であるから、バネ１９は変形が許される状態である。従って、バネ１６の伸びは、バネ１９の縮みによって許される。一方、バネ１６の自然長への復帰は、荷重（Ｆ）の低下をもたらす（図７の（ｄ）部、（ｅ）部及び（ｆ）部の点Ａから点Ｂへの移動を参照）。
【００５３】
油圧ユニット１２は、流路１１Ｃを通過する作動油によって回転錘１２Ｓを回転させるモータとして機能する。つまり、バネ１６の伸びは、回転錘１２Ｓの変位（回転）をもたらす（図７の（ｆ）部参照）。その結果、バネ１６に保存された弾性エネルギは、回転錘１２Ｓの運動エネルギとして保存される。
【００５４】
さらに、油圧ユニット１２を通過した作動油は、油圧タンク１０に移動する。従って、油圧タンク１０内の圧力は次第に高まる。つまり、バネ１６に保存された弾性エネルギは、油圧タンク１０の歪エネルギとしても保存される。図７の（ｆ）部を参照すると、この状態は、バネ１９の変位が大きくなることを破線ＯＢによって示す。
【００５５】
制御弁１３Ａを閉状態から開状態に切り替えた後に所定の時間が経過すると油圧室９Ｒの内部圧力及び油圧タンク１０の内部圧力は、互いに均衡する。この均衡は、図７の（ｄ）部、（ｅ）部、（ｆ）部における点Ｂにより示される。ここで、点Ａにおける荷重をＦＡとし、油圧タンク１０の荷重をｆＡとする。それぞれの荷重が均衡する点Ｂでは、バネ１６、１９のバランスにより荷重ＦＢ、ｆＢは、下記式により示される。また、バネ１６、１９は、点Ａから同一の変位（δ／（１＋β））だけ移動する。
【数３】
2020076468.tif 000005
【００５６】
内部圧力が均衡した状態（つまり、圧力差がゼロ）では、圧力差に基づく作動油の移動は生じないはずである。しかし、油圧室９Ｒから油圧タンク１０への作動油の移動は、停止することなく継続する。なぜならば、油圧ユニット１２がポンプの役割を果たすためである。回転錘１２Ｓは運動エネルギを保存し、回転を継続している。その結果、回転錘１２Ｓは、油圧ユニット１２の駆動源となり、歯車を回転させる。従って、歯車は、作動油を油圧室９Ｒから油圧タンク１０へ移動させるポンプとして機能する。つまり、油圧ユニット１２は、保存した運動エネルギを用いて、低圧側である油圧室９Ｒから高圧側である油圧タンク１０へ作動油を送る。その結果、油圧タンク１０の内部圧力はさらに高まる。換言すると、バネ１９の変形はさらに大きくなる。例えば、バネ１９に与えられる追加の変形は、例えば、図８の（ｃ）部における交差点から点Ｂ”に向かう矢印によって示される。要するに、内部圧力の差がゼロとなった後も、作動油は、回転錘１２Ｓからエネルギを与えられて、油圧室９Ｒから油圧タンク１０へ移動し続ける（図５の（ｄ）部、（ｅ）部及び（ｆ）部参照）。
【００５７】
油圧室９Ｌから油圧タンク１０への作動油の移動は、力学的には、慣性質量（ｍ）、剛性（（１＋β）ｋ）、減衰係数（ηｍｉｎ）の一自由度振動モデルとしてみなせる。振動モデルは、下記式により示される。
【数４】
2020076468.tif 000006
上記式において、減数定数（ｈ）、周期（Ｔ’）、振幅低減率（α）は、下記のとおりである。なお、ωは無減衰時の固有円振動数である。
【数５】
2020076468.tif 000007
【数６】
2020076468.tif 000008
【数７】
2020076468.tif 000009
【００５８】
初期変位（δ）である自由振動状態において、振動系の減衰定数（ｈ）が１より小さい場合には、減衰振動を生じる。そして、慣性質量である回転錘１２Ｓによってバネ１９はさらに変形する。バネ１９の変形が最大、つまり、油圧タンク１０に回収されるエネルギが最大となったとき、制御装置２０は、制御弁１３Ａを閉じる。
【００５９】
このように回転錘１２Ｓを用いた油圧ユニット１２によれば、作動油からエネルギを受ける状態（圧力差によって油圧室９Ｒから油圧タンク１０への流れが生じている状態）と、作動油へエネルギを与える状態（低圧側から高圧側への流れが生じている状態）と、が円滑に切り替わる。つまり、エネルギを受ける状態と、エネルギを与える状態とを切り替えるときに、制御弁の状態を切り替えるなどという機械的な動作を必要としない。
【００６０】
油圧室９Ｒから油圧タンク１０への作動油の移動は、回転錘１２Ｓの運動エネルギがゼロとなるまで継続する。その結果、油圧タンク１０の内部圧力は、油圧室９Ｒの内部圧力よりも高くなる（図５の（ｅ）部参照）。要するに、回転錘１２Ｓの回転が止まったとき、制御弁１３Ａを閉じる（第３ステップ）。なお、制御弁１３Ａを閉じるタイミングは、油圧タンク１０の内部圧力を基準としてもよい。つまり、油圧タンク１０の内部圧力が最大値となったとき、又は閾値より高くなったとき、制御弁１３Ａを閉じてもよい。その結果、全ての制御弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃが閉じられる。例えば、図８の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部における点Ｂ’は、制御弁１３Ａを閉じるタイミングを示す。
【００６１】
ここで、点Ａから点Ｂまでのバネ変形のａ倍は、点Ｂから点Ｂ’までのバネ変形に相当する。従って、点Ｂ’における荷重ＦＢ’、ｆＢ’は、下記式により示される。
【数８】
2020076468.tif 000010
【数９】
2020076468.tif 000011
【００６２】
上記の過程が、第３ステップである。つまり、第３ステップは、層間変形（ｘ）が最大値（δｍａｘ）となったときに、制御弁１３Ａを開いた（第２ステップ）後から、制御弁１３Ａを閉じるまでの動作であり、具体的には制御弁１３Ａを閉じる動作である。つまり、第３ステップ（第３制御）は、図３に示す力学モデルで説明すると、第２制御の後に、第１連結部である減衰器１８Ｂの不変形態及び第２連結部である減衰器１８Ａの可変形態を維持することにより、バネ１６の弾性エネルギとバネ１９の荷重とが互いに等しくなり、さらにその後、慣性質量１７の運動エネルギをバネ１９の弾性エネルギとしてバネ１９に移動させた後に、第２連結部である減衰器１８Ａを不変形態に切り替えることに相当する。第３ステップでは、バネ１６を圧縮変形させる弾性エネルギが回転錘１２Ｓの運動エネルギ及び油圧タンク１０の圧力エネルギに変換された後に、回転錘１２Ｓの運動エネルギが油圧タンク１０の圧力エネルギにさらに変換される。
【００６３】
〔第４ステップ（第４制御）〕
ところで、油圧室９Ｌ、９Ｒ及び油圧タンク１０の内部圧力の関係を述べると、油圧室９Ｒの内部圧力は、油圧タンク１０より小さい。一方、油圧室９Ｒの内部圧力は、油圧室９Ｌより大きい。つまり、油圧室９Ｌ、９Ｒの間では、圧力差が存在する。そこで、次に、制御装置２０は、油圧室９Ｌ、９Ｒの圧力差を解消する。具体的には、制御装置２０は、制御弁１３Ｃを開く（図５の（ｅ）部参照、第４ステップ）。なお、制御弁１３Ａ、１３Ｂは閉じている。その結果、高圧側の油圧室９Ｒから低圧側の油圧室９Ｌに作動油が流れる。そして、油圧室９Ｌ、９Ｒの圧力差が解消されたときに、流れが止まる。図８の（ｄ）部、（ｅ）部、（ｆ）部における点Ｃは、油圧室９Ｌ、９Ｒの圧力差が解消された状態を示す。圧力差が解消されたとき、制御装置２０は、制御弁１３Ｃを閉じる（ηｍａｘ）。
【００６４】
ここで、圧力差が解消された状態では、装置荷重Ｆは、ゼロ（Ｆ＝０）である。一方、油圧タンク１０では荷重ｆＢ’が維持される。つまり、第４ステップ（第４制御）は、図３に示す力学モデルで説明すると、第３制御の後に、第１連結部である減衰器１８Ｂを可変形態に切り替えると共に第２連結部である減衰器１８Ａの不変形態を維持することにより、バネ１６の弾性エネルギを解放させた後に、第１連結部である減衰器１８Ｂを不変形態に切り替えることに相当する。
【００６５】
〔第５ステップ（第５制御）、第６ステップ（第６制御）〕
次に、制御装置２０は、油圧タンク１０に保存された歪エネルギを解放する。具体的には、油圧タンク１０の歪エネルギを油圧室９Ｌの内部エネルギに変換する。制御装置２０は、制御弁１３Ｂを開く（図６の（ｂ）部参照、第５ステップ）。つまり、第５ステップ（第５制御）は、図３に示す力学モデルで説明すると、第４制御の後に、所定の方向とは逆向きにバネ１９を変形させるように、第１連結部である減衰器１８Ｂの不変形態を維持すると共に第１連結部である減衰器１８Ａを可変形態に切り替えることに相当する。そして、エネルギを回収した油圧室９Ｒとは逆の油圧室９Ｌへ至る制御弁１３Ｂを開く。その結果、油圧タンク１０と油圧室９Ｌの圧力差に起因して、油圧タンク１０から除荷とは反対側の油圧室９Ｌに向けて作動油が流れる（第６ステップ）。力学モデルにおいて、この操作は、バネ１９の変形を維持した状態で変形の向きを反転させ、その後、減衰係数を最小化（ηｍｉｎ）とすることと同義である（図６の（ａ）部及び（ｃ）部参照）。換言すると、バネ１９の荷重を維持したままで、荷重の位相を反転することに等しい。
【００６６】
また、油圧タンク１０と油圧室９Ｌとの間には、油圧ユニット１２が設けられているので、油圧タンク１０の歪エネルギは、油圧ユニット１２の運動エネルギにも変換される。そして、圧力差に起因する流れは、油圧タンク１０の内部圧力と油圧室９Ｌの内部圧力とが互いに等しくなるまで継続する。油圧タンク１０の内部圧力と油圧室９Ｌの内部圧力とが互いに等しくなった状態は、図９の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部における点Ｄにより示される。
【００６７】
ここで、点Ｄにおける均衡荷重を確認する。均衡荷重は、点Ｂと同様に点Ｃにおける荷重と、バネ１６、１９の剛性バランスによって示される。
【数１０】
2020076468.tif 000012
【００６８】
そして、油圧タンク１０の内部圧力と油圧室９Ｌの内部圧力とが互いに等しくなった後も、さらに油圧タンク１０から油圧室９Ｌへの作動油の流れは継続する。つまり、バネ１６の変形増大が継続する（図６の（ｇ）部参照）。この流れは、油圧ユニット１２の動作による。つまり、油圧ユニット１２に保存された運動エネルギによって、油圧ユニット１２はポンプの機能を奏する。その結果、油圧タンク１０から油圧室９Ｌへの作動油の流れが生じる。そして、油圧室９Ｌの内部圧力が閾値を超えたとき、あるいは、油圧ユニット１２の運動エネルギがゼロ（回転停止となったとき、エネルギの転送が完了する。そして、制御装置２０は、制御弁１３Ｂを閉じる。
【００６９】
上記の過程が、第６ステップである。つまり、第６ステップは、制御弁１３Ｂを開いた（第５ステップ）後から、制御弁１３Ｂを閉じるまでの動作であり、具体的には制御弁１３Ｂを閉じる動作である。つまり、第６ステップ（第６制御）は、図３に示す力学モデルで説明すると、第５制御の後に、第１連結部である減衰器１８Ｂの不変形態を維持すると共に第２連結部である減衰器１８Ａの可変形態を維持することにより、バネ１９の弾性エネルギとバネ１６の荷重とが等しくなり、さらにその後、慣性質量１７の運動エネルギをバネ１６の弾性エネルギとしてバネ１６に移動させた後に、第２連結部である減衰器１８Ａを不変形態に切り替えることに相当する。
【００７０】
そして、逆方向への移動が開始される（図６の（ｄ）部、（ｅ）部及び（ｆ）部参照）。
【００７１】
ここで制御弁１３Ｂを閉じたタイミングを示す点Ｄ’（図９の（ｄ）部、（ｅ）部及び（ｆ）部参照）における荷重ＦＤ、ｆＤを確認する。点Ｃから点Ｄまでのバネ変形のα倍が点Ｄから点Ｄ’までのバネ変形に相当する。したがって、点Ｄ’における荷重ＦＤ’、ｆＤ’は、下記式によって示される。
【数１１】
2020076468.tif 000013
【数１２】
2020076468.tif 000014
【００７２】
定常状態では、点Ｄ’における荷重ＦＤ’に２ｋδを加算したものが荷重ＦＡに等しい。そうすると、点Ａにおける荷重ＦＡ、ｆＡは、下記式により示される。
【数１３】
2020076468.tif 000015
【数１４】
2020076468.tif 000016
【００７３】
上記式によれば、点Ｄ’は、下記式のようにも示される。点Ｄ’における油圧タンク１０の荷重は、ｆＡである。
【数１５】
2020076468.tif 000017
【００７４】
そうすると、定常状態における１サイクルで吸収可能なエネルギ量は、下記式により示される。
【数１６】
2020076468.tif 000018
【００７５】
以上の制御を繰り返すと、図１０の（ａ）部に示す荷重と変形との関係を得る。構造躯体１００の振動（変形）は、横軸として示される。従って、構造躯体１００の振動は、図１０の（ａ）部ではＸ軸方向の往復動として理解してよい。そして、バネ１６へ保存される弾性エネルギの量は、変形量として縦軸に示される。そうすると、構造躯体１００が振動を繰り返すごとに、バネ１６の変位が大きくなることがわかる。つまり、バネ１６に保存される弾性エネルギが大きくなる。その結果、制震装置１によって除荷吸収されるエネルギも大きくなっていく。
【００７６】
上記のとおり、制震装置１では、第１ステップから第２ステップへの移行のタイミングが重要である。換言すると、制震装置１では、制御弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの開閉のタイミングが重要である。上記の説明では、第１ステップから第２ステップへの移行タイミングは、層間変形（ｘ）が最大値（δｍａｘ）となったときと説明した。層間変形（ｘ）が最大値（δｍａｘ）となるタイミングは、例えば、構造躯体１００の変形により生じる加速度、速度又は変位の履歴に基づいて得てもよい。また、層間変形（ｘ）が最大値（δｍａｘ）となるタイミングは、例えば、油圧室９Ｌ、９Ｒの内部圧力又は荷重の履歴に基づいて得てもよい。
【００７７】
また、油圧ユニット１２の回転錘１２Ｓから油圧タンク１０へのエネルギの転送が終了するタイミングは、例えば、回転錘１２Ｓの回転の有無に基づいてもよいし、油圧タンク１０の内部圧力に基づいてもよい。
【００７８】
［作用効果］
この制震装置１では、第３制御において、バネ１６に保存されたエネルギを慣性質量１７及び油圧タンク１０に移動させた後に、慣性質量１７に保存されたエネルギをさらに油圧タンク１０に移動させる。そして、第４制御において、制御弁１３Ｂを開くことにより、油圧タンク１０に保存されたエネルギをバネ１６に移動させる。このとき、慣性質量１７にも再びエネルギが保存される。そして、第５制御において、油圧タンク１０のエネルギをバネ１６へ移動させた後に、慣性質量１７に保存されたエネルギをさらにバネ１６に移動させる。その結果、連結端７から入力されたエネルギを振動の抑制に効率よく利用することが可能になり、ひいては、エネルギ吸収量を増大することができる。
【００７９】
つまり、油圧タンク１０を有するエネルギ回生型オイルダンパである制震装置１は、油圧タンク１０の剛性と装置などの剛性の比率であるタンク剛性比によってエネルギ吸収能力が決定される。制震装置１は、慣性質量１７の効果により、同一の剛性比であってもより大きなエネルギ吸収能力を発揮できる。
【００８０】
油圧タンク１０を有するエネルギ回生型オイルダンパは、タンク剛性比が小さいほどエネルギ吸収量が大きくなる。一方、エネルギ吸収量を最大化するための繰り返しサイクルが大きくなる。制震装置１は、１サイクルで吸収できるエネルギ量が増大する。従って、同一サイクルにおけるエネルギ吸収量が増大する。
【００８１】
要するに、制震装置１は、建物に生じた歪エネルギを慣性質量１７の運動エネルギとして蓄えるとともに、蓄えた運動エネルギを再利用することにより、エネルギ吸収効率を高めるものである。
【００８２】
実施形態にかかる制震装置１のエネルギ吸収量が増大する点について、比較例１、２にかかる制震装置と比較しつつ検討した。ここで、比較例にかかる制震装置のエネルギ吸収量Ｅ１、Ｅ２は、下記式により示される。以下、検討例１、２、３について説明する。
【数１７】
2020076468.tif 000019
【数１８】
2020076468.tif 000020
【００８３】
〔検討例１〕
図１０の（ｂ）部は、β＝１であるときのエネルギ吸収量を示す。横軸は減衰定数（ｈ）を示し、縦軸はエネルギ吸収量を示す。グラフＧ１１ａは、実施形態の制震装置１におけるエネルギ吸収量Ｅを示す。グラフＧ１１ｂは、比較例１の制震装置におけるエネルギ吸収量Ｅ１を示す。グラフＧ１１ｃは、比較例２の制震装置におけるエネルギ吸収量Ｅ２を示す。グラフＧ１１ａ、Ｇ１１ｂを比較すると、α＝０であるとき、実施形態の制震装置１と、比較例２の制振装置とは、エネルギ吸収量が一致する。また、グラフＧ１１ａによれば、α＝１であるとき、エネルギ吸収量は計算上発散する。さらに、減衰定数ｈを０．２以下とすることにより、β＝１において実施形態の制震装置１は、比較例１、２の制震装置に対してエネルギ吸収量が２倍以上であった。
【００８４】
〔検討例２〕
図１１の（ａ）部は、βを０．５から２．５の範囲で変化させたときのエネルギ吸収量の比率である。横軸は減衰定数（ｈ）を示し、縦軸はエネルギ量比（エネルギ吸収量の比率）を示す。この比率とは、実施形態の制震装置１におけるエネルギ吸収量Ｅ１と比較例２の制震装置におけるエネルギ吸収量Ｅ２との比率（Ｅ１／Ｅ２）である。また、各グラフとβとの関係は以下のとおりである。
グラフＧ１１ａ：β＝０．５
グラフＧ１１ｂ：β＝１
グラフＧ１１ｃ：β＝１．５
グラフＧ１１ｄ：β＝２
グラフＧ１１ｅ：β＝２．５
設定したすべてのβの値において、比率は１以上であった。つまり、実施形態の制震装置１は、比較例２の制震装置よりもエネルギ吸収量が大きいことがわかった。
【００８５】
〔検討例３〕
図１１の（ｂ）部は、α＝０．５（ｈ≒２２％）とした実施形態にかかる制震装置１の加力サイクルと、エネルギ吸収量の関係を実線のグラフＧ１１ｆ、Ｇ１１ｇ、Ｇ１１ｈ、Ｇ１１ｊにより示す。横軸はタンク剛性比であり、縦軸はエネルギを示す。各グラフと加力サイクルとの関係は以下のとおりである。
グラフＧ１１ｆ：飽和時
グラフＧ１１ｇ：３サイクル
グラフＧ１１ｈ：２サイクル
グラフＧ１１ｊ：１サイクル
なお、同条件における比較例２の結果を破線のグラフＧ１１ｋ、Ｇ１１ｍ、Ｇ１１ｎ、Ｇ１１ｐにより併記した。また、各グラフと加力サイクルとの関係は以下のとおりである。
グラフＧ１１ｋ：飽和時
グラフＧ１１ｍ：３サイクル
グラフＧ１１ｎ：２サイクル
グラフＧ１１ｐ：１サイクル
【００８６】
比較例２では、タンク剛性比を小さくするほど、最大エネルギ吸収量が増加することがわかった。また、比較例２では、１サイクルに吸収できるエネルギ量は、タンク剛性比が約０．４以下の領域では、減少することもわかった。実施形態にかかる制震装置１も同様の傾向を示すことがわかった。しかし、実施形態にかかる制震装置１では、１サイクルに吸収可能なエネルギ量が増加する。従って、タンク剛性比を小さくしても、比較例２の制震装置よりも十分に大きなエネルギを吸収することが可能であることがわかった。
【００８７】
［実施例］
図１２には、実施例の制震装置１Ａの油圧回路を例示する。この制震装置１Ａを、図４の（ｂ）部等に示すモデル図に従って示すと、図１３のように示される。
【００８８】
制震装置１Ａは、オイルダンパ２と、油圧回路部３Ａと、制御装置２０と、を有する。実施例の制震装置１Ａは、油圧回路部３Ａの開閉制御を、制御装置２０によって行う。制御装置２０は、油圧回路部３Ａに設けられた３個の圧力センサ２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃにより得たデータを用いて、油圧回路部３Ａを制御する。このような動作は、いわゆるセミアクティブ型と呼ばれる。圧力センサ２５Ａは、油圧室９Ｒに設けられて、油圧室９Ｒにおける作動油の圧力を得る。圧力センサ２５Ｂは、油圧室９Ｌに設けられて、油圧室９Ｌにおける作動油の圧力を得る。圧力センサ２５Ｃは、油圧タンク１０に設けられて、油圧タンク１０における作動油の圧力を得る。
【００８９】
油圧回路部３Ａは、回路ユニット２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅと、油圧タンク１０と、油圧ユニット１２と、を有する。
【００９０】
回路ユニット２１Ａは、オイルダンパ２、回路ユニット２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅに接続されている。回路ユニット２１Ａは、リリーフ弁２２、２３と、切換弁２４と、を有する。リリーフ弁２２は、オイルダンパ２の油圧室９Ｌと油圧室９Ｒに接続されている。リリーフ弁２３は、オイルダンパ２の油圧室９Ｌと油圧室９Ｒに接続されている。切換弁２４は、オイルダンパ２、回路ユニット２１Ｂ、回路ユニット２１Ｃ、回路ユニット２１Ｄに接続されている。
【００９１】
回路ユニット２１Ｂは、開閉制御弁２６と、ソレノイドバルブ２７と、絞り弁４１と、可変絞り弁４２と、を有する。開閉制御弁２６は、回路ユニット２１Ａの切換弁２４の二つのポートに接続されている。また、開閉制御弁２６には、絞り弁４１が並列に接続されている。そして、開閉制御弁２６とソレノイドバルブ２７との間には、可変絞り弁４２が設けられている。ソレノイドバルブ２７は、開閉制御弁２６、回路ユニット２１Ａの切換弁２４の低圧ポートに接続されている。また、ソレノイドバルブ２７は、制御装置２０に電気的に接続され、制御装置２０から制御信号φＢを受ける。
【００９２】
回路ユニット２１Ｃは、開閉制御弁２８と、ソレノイドバルブ２９と、絞り弁４３と、可変絞り弁４４と、を有する。開閉制御弁２８は、回路ユニット２１Ａの切換弁２４の高圧ポートと油圧ユニット１２の歯車１２Ｇに接続されている。また、開閉制御弁２８には、絞り弁４３が並列に接続されている。そして、開閉制御弁２８とソレノイドバルブ２９との間には、可変絞り弁４４が設けられている。ソレノイドバルブ２９は、開閉制御弁２８、油圧ユニット１２の歯車１２Ｇに接続されている。また、ソレノイドバルブ２９は、制御装置２０に電気的に接続され、制御装置２０から制御信号φＣを受ける。
【００９３】
回路ユニット２１Ｄは、開閉制御弁３１と、ソレノイドバルブ３２と、絞り弁４６と、可変絞り弁４７と、を有する。開閉制御弁３１は、回路ユニット２１Ａの切換弁２４の高圧ポートと油圧ユニット１２の歯車１２Ｇに接続されている。また、開閉制御弁３１には、絞り弁４６が並列に接続されている。そして、開閉制御弁３１とソレノイドバルブ３２との間には、可変絞り弁４７が設けられている。ソレノイドバルブ３２は、開閉制御弁３１、回路ユニット２１Ａの切換弁２４の高圧ポートに接続されている。また、ソレノイドバルブ３２は、制御装置２０に電気的に接続され、制御装置２０から制御信号φＤを受ける。
【００９４】
回路ユニット２１Ｅは、アキュムレータ３３と、逆止弁３４、３６と、絞り弁４８、４９と、を有する。回路ユニット２１Ｅは、回路ユニット２１Ａに接続されている。アキュムレータ３３は、逆止弁３４、３６に接続されている。逆止弁３４は、アキュムレータ３３とオイルダンパ２の油圧室９Ｒに接続されている。また、逆止弁３４には、絞り弁４８が並列に接続されている。逆止弁３６は、アキュムレータ３３とオイルダンパ２の油圧室９Ｌに接続されている。また、逆止弁３６には、絞り弁４９が並列に接続されている。
【００９５】
油圧ユニット１２は、作動油の流れと回転錘１２Ｓの回転運動とを相互に変換する。つまり、油圧ユニット１２は、作動油の流れと回転運動とを相互に変換する歯車１２Ｇと、当該歯車１２Ｇに連結された回転錘１２Ｓと、を有する。回転錘１２Ｓは、歯車１２Ｇに接続されている。歯車１２Ｇは、回転錘１２Ｓ、回路ユニット２１Ｃの開閉制御弁２８、ソレノイドバルブ２９、回路ユニット２１Ｃの開閉制御弁３１、油圧タンク１０に接続されている。作動油の流れによって歯車１２Ｇに回転が生じると、回転錘１２Ｓにも回転が生じる。逆に、回転錘１２Ｓによって歯車１２Ｇが回転させられると、作動油の流れを生じさせる。なお、この油圧タンク１０には、圧力センサ２５Ｃが接続されている。圧力センサ２５Ｃは、制御装置２０に電気的に接続されて、油圧タンク１０の圧力に対応する信号を制御装置２０へ送信する。
【００９６】
上記の構成によっても、実施形態の制震装置１Ａと同様の動作を行うことができる。
【００９７】
［変形例］
以上、本発明について説明したが、上記本発明の構成に限定されることなく様々な形態で実施してよい。
【００９８】
制震装置は、オイルダンパの利用を前提としない。慣性質量を利用したエネルギ回生の原理は、装置自体の剛性と取付部材などの周辺の剛性を表すバネ、慣性質量及び減衰器を備えていればよい。減衰器である第１及び第２連結部は、エネルギの授受について許可及び禁止が切り替え可能であればよいので、力学要素としての減衰器に限定されない。連結部は、慣性質量の変位を固定／自由に切り替えるいわゆるＯＮ／ＯＦＦスイッチとして機能するものを採用してよい。このような機構として、いくつかの機構を利用できる。例えば、歯車とクラッチとを利用する機械式の機構、摩擦力を可変とする機構、ラチェットの歯を開閉制御する機構が挙げられる。
【００９９】
慣性質量は、並進する質量体としてもよい。
【０１００】
回転慣性を利用する場合には、油圧ポンプ／油圧モータに代えて、ボールねじ及びボールナットを用いてもよい。
【０１０１】
なお、上記の実施形態及び実施例１では、油圧室９Ｌ、９Ｒの内部圧力及び油圧タンク１０の内部圧力に基づいて、油圧回路部３の動作を切り替えた。例えば、油圧回路部３の動作は、内部圧力に代えて、構造躯体１００の揺れ（変位、速度、加速度）に基づいて制御してもよい。例えば、変位は、ブレース１０１とシリンダ４との間に設けられた距離センサによって得られる長さの変化量を用いて制御してもよい。
【０１０２】
油圧ユニット１２において、作動油の流れを回転運動に変換すると共に、回転錘１２Ｓから与えられる回転運動を作動油の流れに変換する要素として、歯車１２Ｇを例示した。油圧ユニット１２は、作動油の流れと回転運動とが相互に変換可能な構成であれば、歯車１２Ｇとは異なる油圧要素を備えていてもよい。つまり、油圧ユニット１２は、いわゆる油圧モータ／油圧ポンプと呼ばれる要素を備えていればよい。例えば、歯車１２Ｇを備える要素は、いわゆる油圧ギヤモータ（油圧ギヤポンプ）である。さらに、歯車１２Ｇとは異なる要素を利用するものとして、ベーンポンプ、スクリューポンプ等が挙げられる。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１Ａ…制震装置、２…オイルダンパ、３，３Ａ…油圧回路部、４…シリンダ、６…ピストン、７…連結端（第１接続端部）、８…連結端（第２接続端部）、９Ｌ，９Ｒ…油圧室、１０…油圧タンク、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…流路、１２…油圧ユニット、１２Ｇ…歯車（エネルギ変換部）、１２Ｓ…回転錘（慣性質量部）、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…制御弁、１５Ａ，１５Ｂ…接続端部、１６，１９…バネ、１７…慣性質量、１８Ａ，１８Ｂ…減衰器、２０…制御装置、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ…回路ユニット、２２，２３…リリーフ弁、２４…切換弁、２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ…圧力センサ、２６，２８，３１…開閉制御弁、２７，２９，３２…ソレノイドバルブ、３３…アキュムレータ、３４，３６…逆止弁、１００…構造躯体、１０１…ブレース。
【図１】
2020076468.tif 000021
【図２】
2020076468.tif 000022
【図３】
2020076468.tif 000023
【図４】
2020076468.tif 000024
【図５】
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【図６】
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【図７】
2020076468.tif 000027
【図８】
2020076468.tif 000028
【図９】
2020076468.tif 000029
【図１０】
2020076468.tif 000030
【図１１】
2020076468.tif 000031
【図１２】
2020076468.tif 000032
【図１３】
2020076468.tif 000033