(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制振対象物の振動を制御する制振システムであって、
前記制振対象物に固定された上部構造部と、
前記上部構造部から吊られた第１質量体と、
前記制振対象物に固定された下部構造部と、
前記下部構造部に対して回動可能に連結する支持部材と、
前記支持部材に支持され、前記下部構造部の上方に位置する、前記第１質量体よりも軽い第２質量体と、
前記第１質量体と前記第２質量体とを鉛直方向に相対移動可能に連結する連結部と、
前記第１質量体又は前記第２質量体の前記制振対象物に対する相対移動の速度を減速させるダンパーと、
を備え、
前記第１質量体と前記第２質量体の少なくとも一方の質量は、調整可能であり、
前記第１質量体又は前記第２質量体の振子運動を加振する加振装置を備え、
剛性を有し、前記上部構造部から前記第１質量体を吊る吊部材を備え、
少なくとも１つの前記ダンパーの一方の端部は、前記第１質量体が振動運動する際の前記吊部材の移動距離が前記第１質量体の移動距離よりも小さい、前記吊部材の一部分に連結し、
前記一方の端部において前記第１質量体に連結した前記ダンパーの他方の端部は、前記上部構造部又は前記下部構造部と連結し、
前記連結部が前記第２質量体に連結する箇所は、前記連結部が前記第１質量体に連結する箇所よりも高い位置にあり、
前記連結部は、上下方向に延びる棒状の部材であり、
前記連結部の上端部は、前記第２質量体の下面に固定され、前記連結部の下端部は、前記第１質量体が有する連結孔に嵌合し、
前記第１質量体及び前記第２質量体が振子運動するときに、前記下端部が前記連結孔内を上下にスライドすることを特徴とする制振システム。
【請求項２】
請求項１に記載の制振システムであって、
少なくとも１つの前記ダンパーの一方の端部は、前記第２質量体が振動運動する際の前記支持部材の移動距離が前記第２質量体の移動距離よりも小さい、前記支持部材の一部分に連結し、
前記一方の端部において前記第２質量体に連結した前記ダンパーの他方の端部は、前記上部構造部又は前記下部構造部と連結する
ことを特徴とする制振システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の制振システムであって、
少なくとも１つの前記ダンパーの一方の端部は、前記第１質量体に連結し、
前記一方の端部において前記第１質量体に連結した前記ダンパーの他方の端部は、前記第２質量体に連結する
ことを特徴とする制振システム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の制振システムであって、
前記第１質量体の吊り長さは、前記第２質量体の倒立長さに等しいことを特徴とする制振システム。
【請求項５】
請求項４に記載の制振システムであって、
前記第１質量体及び前記第２質量体の振子運動の周期Ｔ［ｓ］は、前記第１質量体の吊り長さ及び前記第２質量体の倒立長さＬ［ｍ］と、前記第１質量体ｍ１［ｋｇ］と、前記第２質量体ｍ２［ｋｇ］と、前記第１質量体及び前記第２質量体の鉛直方向に対する振り角度θと、重力加速度Ｇ［ｍ／ｓ２］と、を用いて、下式により算定することを特徴とする制振システム。
0005423182.tif 000012
【請求項６】
請求項１〜３の何れかに記載の制振システムであって、
前記第１質量体の吊り長さは、前記第２質量体の倒立長さよりも長いことを特徴とする制振システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振対象物の振動を制御する制振装置及び制振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、制振対象物の振動を制御する制振システムであって、前記制振対象物に固定された上部構造部と、前記上部構造部から吊られた質量体と、前記質量体の前記制振対象物に対する相対移動を減速させるダンパーと、を備えることを特徴とする制振システムが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−５８０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、制振対象物の振動を制振させるためには、質量体の振子運動の周期が、制振対象物の固有周期に同調するように設計する必要がある。ここで、制振対象物の固有周期が長い場合には、質量体の吊長さは長くする必要がある。しかし、質量体の吊長さが長いと、制振システムのためのスペースを確保することが困難な場合があるとの課題がある。
【０００５】
本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、制振システムの振子運動の周期を所定の周期としつつ、質量体の吊長さが短い制振システム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】
【０００６】
かかる目的を達成するために第１の発明は、制振対象物の振動を制御する制振システムであって、前記制振対象物に固定された上部構造部と、前記上部構造部から吊られた第１質量体と、前記制振対象物に固定された下部構造部と、前記下部構造部に対して回動可能に連結する支持部材と、前記支持部材に支持され、前記下部構造部の上方に位置する、前記第１質量体よりも軽い第２質量体と、前記第１質量体と前記第２質量体とを鉛直方向に相対移動可能に連結する連結部と、前記第１質量体又は前記第２質量体の前記制振対象物に対する相対移動の速度を減速させるダンパーと、を備え、前記第１質量体と前記第２質量体の少なくとも一方の質量は、調整可能であり、前記第１質量体又は前記第２質量体の振子運動を加振する加振装置を備え、剛性を有し、前記上部構造部から前記第１質量体を吊る吊部材を備え、少なくとも１つの前記ダンパーの一方の端部は、前記第１質量体が振動運動する際の前記吊部材の移動距離が前記第１質量体の移動距離よりも小さい、前記吊部材の一部分に連結し、前記一方の端部において前記第１質量体に連結した前記ダンパーの他方の端部は、前記上部構造部又は前記下部構造部と連結し、前記連結部が前記第２質量体に連結する箇所は、前記連結部が前記第１質量体に連結する箇所よりも高い位置にあり、前記連結部は、上下方向に延びる棒状の部材であり、前記連結部の上端部は、前記第２質量体の下面に固定され、前記連結部の下端部は、前記第１質量体が有する連結孔に嵌合し、前記第１質量体及び前記第２質量体が振子運動するときに、前記下端部が前記連結孔内を上下にスライドすることを特徴とする制振システムである。
第１の発明によれば、制振システムが対応できる周期を所定の周期としつつ、質量体の吊長さを短くすることができる。また、制振システムの高さをより短くすることができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に記載の制振システムであって、少なくとも１つの前記ダンパーの一方の端部は、前記第２質量体が振動運動する際の前記支持部材の移動距離が前記第２質量体の移動距離よりも小さい、前記支持部材の一部分に連結し、前記一方の端部において前記第２質量体に連結した前記ダンパーの他方の端部は、前記上部構造部又は前記下部構造部と連結することを特徴とする制振システムである。  
第２の発明によれば、制振システムにおいて振幅の小さい個所にダンパーを設けるので、可動範囲の短いダンパーを用いることができる。
【００１１】
第３の発明は、第１〜２の発明に記載の制振システムであって、少なくとも１つの前記ダンパーの一方の端部は、前記第１質量体に連結し、前記一方の端部において前記第１質量体に連結した前記ダンパーの他方の端部は、前記第２質量体に連結することを特徴とする制振システムである。  
第３の発明によれば、制振システムにおいて振幅の小さい個所にダンパーを設けるので、可動範囲の短いダンパーを用いることができる。
【００１２】
第４の発明は、第１〜３の発明の何れかに記載の制振システムであって、前記第１質量体の吊り長さは、前記第２質量体の倒立長さに等しいことを特徴とする制振システムである。  
第４の発明によれば、第１質量体及び第２質量体の振幅を大きくとることができ、もって大きな制振性能を得ることができる。
【００１３】
第５の発明は、第４の発明に記載の制振システムであって、前記第１質量体及び前記第２質量体の振子運動の周期Ｔ［ｓ］は、前記第１質量体の吊り長さ及び前記第２質量体の倒立長さＬ［ｍ］と、前記第１質量体ｍ１［ｋｇ］と、前記第２質量体ｍ２［ｋｇ］と、前記第１質量体及び前記第２質量体の鉛直方向に対する振り角度θと、重力加速度Ｇ［ｍ／ｓ２］と、を用いて、下式により算定することを特徴とする制振システムである。  
0005423182.tif 000002
【００１４】
第６の発明は、第１〜３の発明の何れかに記載の制振システムであって、前記第１質量体の吊り長さは、前記第２質量体の倒立長さよりも長いことを特徴とする制振システムである。  
第６の発明によれば、制振システムが対応できる周期を所定の周期としつつ、制振システム全体の長さを短くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本願発明によれば、制振システムの振子運動の周期を所定の周期としつつ、質量体の吊長さを短くすることができる。また、制振システムの高さをより短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態の制振システム１の構成を側面から模式的に示す図である。
【図２】制振システム１の構成を上面から模式的に示す図である。
【図３】制振対象物が外力を受けて振動することにより、制振システム１が振動している状態を側面から模式的に示す図である。
【図４】制振システム１の振動周期Ｔ［ｓ］について説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図１は、第１の実施形態の制振システム１の構成を側面から模式的に示す図であり、図２は、制振システム１の構成を上面から模式的に示す図である。図１及び図２に示すように、制振システム１は、上部構造部１０、第１質量体１２、吊部材１４、下部構造部２０、第２質量体２２、支持部材２４、連結部３０、複数のダンパー４０を備える。
【００２０】
上部構造部１０は、後述する第１質量体の荷重を負担可能な強度を有する構造物であって、制振対象である制振対象物（不図示）に固定される。
【００２１】
第１質量体１２は、質量を有する質量体である。第１質量体１２の一部は着脱可能な錘であり、第１質量体１２の質量は錘の一部を取付け又は取外すことにより調整することができる。
【００２２】
吊部材１４は、上部構造部１０から第１質量体１２を吊る棒材である。吊部材１４は、上部構造部１０に連結する箇所の近傍と第１質量体１２に連結する箇所の近傍とにおいてそれぞれジョイント部材１４ａを有し、これにより第１質量体１２の振子運動を可能とする。
【００２３】
下部構造部２０は、後述する第２質量体の荷重を負担可能な強度を有する構造物であって、制振対象である制振対象物（不図示）に固定される。
【００２４】
第２質量体２２は、第１質量体１２よりも軽い質量を有する質量体である。第２質量体２２の一部は着脱可能な錘であり、第２質量体２２の質量は錘の一部を取付け又は取外すことにより調整することができる。
【００２５】
支持部材２４は、第２質量体２２が下部構造部２０の上方に位置するように、第２質量体２２を支持する棒材である。支持部材２４は、下部構造部２０に連結する箇所の近傍と第２質量体２２に連結する箇所の近傍とにおいてそれぞれジョイント部材２４ａを有し、これにより第２質量体２２の振子運動を可能とする。
【００２６】
連結部３０は、第１質量体１２と第２質量体２２とを鉛直方向に相対移動可能に連結する。具体的には、図１に示すように、連結部３０は上下方向に延びる棒状の部材である。連結部３０の上端部は、第２質量体２２の下面に固定され、下端部は、第１質量体１２が有する連結孔１２ａに嵌合する。第１質量体１２及び第２質量体２２が振子運動するときには、連結部３０の下端部が連結孔１２ａ内を上下にスライドすることにより、第１質量体１２と第２質量体２２とが鉛直方向に相対移動可能となる。
【００２７】
ダンパー４０は、シリンダーとピストンロッドを備える。ダンパー４０ａのシリンダーは、上部構造部１０に固定される。ダンパー４０ａのピストンロッドの端部は、吊部材１４の上部構造部１０に近い一部分に連結される。ダンパー４０ａの吊部材１４への連結部分には、吊部材１４の振子運動面において回動可能なジョイントを備え、ダンパー４０ａと吊部材１４とはこのジョイントを介して連結する。
【００２８】
また、ダンパー４０ｂのシリンダーは、下部構造部２０に固定される。ダンパー４０ｂのピストンロッドの端部は、支持部材２４の下部構造部２０に近い一部分に連結される。ダンパー４０ｂの支持部材２４への連結部分には、支持部材２４の振子運動面において回動可能なジョイントを備え、ダンパー４０ｂと支持部材２４とはこのジョイントを介して連結する。
【００２９】
また、ダンパー４０ｃのシリンダーは、第２質量体２２の上面に固定される。ダンパー４０ｃのピストンロッドの端部は、連結部３０の水平方向に突出した部分３１を介して、第１質量体１２の下面に連結する。
【００３０】
次に、制振対象物が外力を受けて振動するときの制振システム１の動作について説明する。
【００３１】
図３は、制振対象物が外力を受けて振動することにより、制振システム１が振動（振子運動）している状態を側面から模式的に示す図である。同図に示すように、第１質量体１２及び第２質量体２２が振子運動することにより左右方向に移動すると、吊部材１４及び支持部材２４が傾き、また連結部３０において第１質量体１２及び第２質量体２２が相互にスライドする。吊部材１４に連結するダンパー４０ａは吊部材１４を介して第１質量体１２の振動を減衰させ、支持部材２４に連結するダンパー４０ｂは支持部材２４を介して第２質量体２２の振動を減衰させる。
【００３２】
図４は、制振システム１の振動周期Ｔ［ｓ］について説明するための概念図である。ここで、吊部材１４及び支持部材２４の長さＬ［ｍ］と第１質量体１２の質量ｍ１［ｋｇ］と第２質量体２２の質量ｍ２［ｋｇ］（ｍ２＜ｍ１）とし、これらと制振システム１の振動周期Ｔ［ｓ］との関係を説明する。なお、説明を簡略化するため、吊部材１４及び支持部材２４の質量はないものとする。
【００３３】
同図において、第１質量体１２の質点に作用する水平外力Ｆ１は、第１質量体１２及び第２質量体２２の質点を一体としたときに相互の系に上下スライド機構を介して作用する水平力Ｆｓとすると、下式１により求められる。  
0005423182.tif 000003
また、同様にして、第２質量体２２の質点に作用する水平外力Ｆ２は、下式２により求められる。  
0005423182.tif 000004
さて、第１質量体１２及び第２質量体２２の質点は、水平方向に一体として動くので、これらを一体とした系に作用する復元力Ｆは、下式３により求められる。  
0005423182.tif 000005
【００３４】
式１と式２は、第１質量体１２の質点と第２質量体２２の質点とを個別に見た時のそれらの質点に作用する復元力Ｆ１、Ｆ２であり、式３はそれらを一体として見た時の復元力Ｆを表す。これら３つの系は全て同じ動きであるので、それらの慣性力に対する復元力の比率が同じである必要がある。この条件は、下式４で表される。  
0005423182.tif 000006
ここで、水平力Ｆｓは、式４を式１及び式２に代入すると、下式５で表される。  
0005423182.tif 000007
【００３５】
次に、図４に示される第１質量体１２の質点の水平方向の変位ｘとすると、変位ｘと吊部材１４の長さＬとの関係は、下式６で表される。  
0005423182.tif 000008
第１質量体１２の質点が周期Ｔで振動する場合、その加速度ａは、下式７で表される。  
0005423182.tif 000009
これに、第１質量体１２及び第２質量体２２の質量を乗じて得られる慣性力は、式３の復元力と釣合う条件より、周期Ｔは、振れ角θとすると、下式８で求められる。  
0005423182.tif 000010
なお、第１質量体１２又は第２質量体２２の質点の水平変位ｘが大きいと、周期Ｔの値は大きく変動するが、振れ角θが３０度以下となるような範囲の水平変位ｘであれば、その周期変動が少なく、実用的に問題とはならない。
【００３６】
以上、第１実施形態の制振システム１によれば、振子運動の周期を所定の周期としつつ、質量体の吊長さが短くすることができる。
【００３７】
一般的に、吊振子の周期Ｔｇは、吊長さＬｇ［ｍ］とすると、下式９で表わされる。  
0005423182.tif 000011
【００３８】
すなわち、吊振子の周期Ｔｇは吊長さＬｇのみに依存する。したがって、吊振子の周期Ｔｇを長くするためには、吊長さＬｇを長くする必要があった。例えば、高層マンションの固有周期は５〜１０秒の長い周期となるが、このような長い周期となるような吊振子の吊長さは１０ｍ以上となる。そうすると、マンションの１つの階（通常３ｍ程度）ではとても納まらない。
【００３９】
しかし、制振システム１によれば、式８に示すように、周期Ｔは、吊部材１４の長さＬ、第１質量体１２の質量ｍ１、第２質量体２２の質量ｍ２の関数であり、第１質量体１２の質量に対する第２質量体２２の質量を、第１質量体１２の質量以上とならない範囲で大きくすれば、吊部材１４の長さＬが所定の値であっても制振システム１の周期を長くすることができる。すなわち、制振システム１の高さを設計の都合上、所定の長さ（例えば３ｍ程度）に収める必要があるとすると、第１質量体１２の質量ｍ１及び第２質量体２２の質量ｍ２の比率を調整することにより、制振システム１を取付ける構造物の固有周期に合わせることができる。
【００４０】
例えば、式８によれば、制振対象物である高層マンションの固有周期が８秒であるとすると、制振システム１の周期もこれにあわせて８秒としなければならない。ここで、質量ｍ１と質量ｍ２の比率を８：７、吊部材１４の長さＬを１［ｍ］にすれば、制振システム１の周期を約８秒とすることができる。この場合、支持部材２４の長さも１［ｍ］であり、吊部材１４と支持部材２４との長さの合計は約２［ｍ］となり、制振システム１を１つの階に収納することができる。一方で、式９のような一般的な振子で周期を８秒とするには、振子の腕の長さが約１６［ｍ］である必要があり、これを収納できるようなスペースを確保することは困難である。
【００４１】
なお、図１に示すように、第１質量体１２と第２質量体２２とは上下方向に離れた位置に位置し、上下方向に延びた連結部３０を介して連結するので、制振システム１の高さは吊部材１４と支持部材２４との長さの合計よりも短くすることができる。すなわち、制振システム１の高さは、概ね吊部材１４と支持部材２４の長さの合計から、連結部３０が第１質量体１２と連結する箇所と連結部３０が第２質量体２２と連結する箇所との間の距離を差し引いたものとすることができる。
【００４２】
また、制振システム１によれば、制振システム１を据え付ける工事現場において、第１質量体１２と第２質量体２２の少なくとも一方の質量を加減して、質量ｍ１に対する質量ｍ２の比率を変えることにより、制振システム１の周期Ｔを簡易に調整することができる。
【００４３】
また、制振システム１によれば、吊部材１４や支持部材２４等の振幅の小さい個所にダンパーを設けるので、可動範囲の短いダンパーを用いることができる。一般に、ダンパーのコストは、ダンパーのストローク長さが長ければ長いほど高くなる。制振システム１では、ストロークの短いダンパーを利用することができるので、コストを低く抑えることができる。
【００４４】
また、制振システム１によれば、吊部材１４の長さと支持部材２４の長さを等しくすることで、第１質量体１２及び第２質量体２２の振幅を大きくとることができ、もって大きな制振性能を得ることができる。すなわち、吊部材１４及び支持部材２４の振れ角が３０度を上回ると、制振システム１の周期が大きく変動する。そこで、吊部材１４及び支持部材２４の合計の長さが所定であるとすれば、吊部材１４及び支持部材２４の長さが等しければ、吊部材１４及び支持部材２４の振れ角が３０度以内としつつ、水平変位ｘを最大限とすることができ、大きな制振性能を得ることができる。
【００４５】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第１実施形態においては、吊部材と支持部材の長さが等しいとしたが、第２実施形態の制振システムにおいては、支持部材Ｌｓの長さは、吊部材Ｌｈの長さよりも短い。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００４６】
第２実施形態の制振システムでは、第１質量体１２及び第２質量体２２の質量並びに吊部材１４の長さを一定としつつ、支持部材２４の長さ吊部材１４の長さよりも短くすると、第１質量体１２及び第２質量体２２の質点の水平変位ｘはそれぞれ等しいので、支持部材２４の振り角は大きくなる。そうすると、第２質量体２２の質点に作用する水平外力Ｆ２は、式２によって求められる通り大きくなる。水平外力Ｆ２が大きくなると、第１質量体１２の質点の復元力を減殺することになるので、制振システム１の周期を長くすることができる。
【００４７】
以上、第２実施形態の制振システムによれば、支持部材２４の長さを吊部材１４の長さよりも短くすることによって、制振システムが対応できる周期を所定の周期としつつ、制振システム全体の長さを短くすることができる。
【００４８】
また、このような制振システムによれば、制振システム１の周期を一定とした場合、支持部材２４の長さを短くしつつ、第２質量体の重量を小さくすることができ、したがって制振システム１全体の重量を小さくすることができる。
【００４９】
＝＝＝第３実施形態＝＝＝
第１実施形態及び第２実施形態の制振システムは、パッシブ方式であるが、第２実施形態の制振システムは、更に加振装置を第１質量体１２に連結して備えるハイブリッド方式である。
【００５０】
ここで、パッシブ方式とは、制振対象物に対して積極的な働きかけを行わないものであり、振子等のパッシブ制振手段を備え、その振子の振動によって制振対象物の振動を吸収するものである。これに対して、アクティブ方式は、制振対象物に付加質量体を置き、これを制振対象物の振動状態に応じて変位させて制振するものである。さらに、ハイブリッド方式は、パッシブ方式とアクティブ方式を併用したものである。
【００５１】
制振システム１によれば、加振装置を備えることで、第１質量体及び第２質量体の質量を一定にしつつ、制振性能を向上させることができる。
【００５２】
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  制振システム
１０  上部構造部
１２  第１質量体
１４  吊部材
１４ａ  ジョイント部材
２０  下部構造部
２２  第２質量体
２４  支持部材
２４ａ  ジョイント部材
３０  連結部
４０  ダンパー
【図４】
0005423182.tif 000013
【図１】
0005423182.tif 000014
【図２】
0005423182.tif 000015
【図３】
0005423182.tif 000016