(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドレスに連続する環状面をなす円弧状外周面を有し、その外周面の中心軸線の周りで転動する振動子と、
エンドレスに連続する環状面をなす円弧状内周面を有し、その内周面の中心軸線が水平に延在する向きで構造物に取付けられるとともに、前記振動子を収容して、前記内周面の中心軸線と直交する二次元平面内での前記振動子の転動を案内する転動ガイドと、
を具えてなり、
前記構造物の振動に位相差を持って同調した前記振動子の転動慣性振動によって制振する転動型制振装置を複数、前記円弧状外周面および前記円弧状内周面のうち少なくとも前記円弧状外周面の曲率半径を相互に異ならせて前記構造物に配設し、
前記複数の転動型制振装置の、前記円弧状外周面の曲率半径が相違する複数の前記振動子のそれぞれを、一の前記転動ガイドの前記円弧状内周面上に、軸線方向に隣接させて配置してなる、転動型制振装置を用いた制振構造。
【請求項２】
エンドレスに連続する環状面をなす円弧状外周面を有し、その外周面の中心軸線の周りで転動する振動子と、
エンドレスに連続する環状面をなす円弧状内周面を有し、その内周面の中心軸線が水平に延在する向きで構造物に取付けられるとともに、前記振動子を収容して、前記内周面の中心軸線と直交する二次元平面内での前記振動子の転動を案内する転動ガイドと、
を具えてなり、
前記構造物の振動に位相差を持って同調した前記振動子の転動慣性振動によって制振する転動型制振装置を複数、前記円弧状外周面および前記円弧状内周面のうち少なくとも前記円弧状内周面の曲率半径を相互に異ならせて前記構造物に配設し、
前記複数の転動型制振装置の、複数の前記振動子のそれぞれを、一の前記転動ガイドの、曲率半径が相互に異なるそれぞれの前記円弧状内周面上に、軸線方向に隣接させて配置してなる、転動型制振装置を用いた制振構造。
【請求項３】
前記複数の転動型制振装置の、前記円弧状内周面の曲率半径を相互に異ならせて、
前記複数の転動型制振装置の、複数の前記振動子のそれぞれを、一の前記転動ガイドの、曲率半径が相互に異なるそれぞれの前記円弧状内周面上に、軸線方向に隣接させて配置してなる、請求項１記載の制振構造。
【請求項４】
相互に隣接して位置する前記振動子間で、前記円弧状内周面に隔壁を設けてなる、請求項１から３までの何れか記載の制振構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、構造物、例えば、建築物、橋梁、船舶、車両、鉄塔、煙突、タンク、ダム、その他に、地震、風等に起因して発生する、主には水平方向の振動を慣性質量としての振動子の転動をもって制振する、構造が簡単であるとともに、保守点検が実質的に不要な、小型にして低廉な転動型制振装置を用い、構造物の各次数の固有振動数に十分に対処してそれぞれの次数の振動を有効に制振することができる制振構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地震や風などによって構造物に発生する水平方向の振動を制振する従来技術としては、たとえば、構造物の質量の１％以上の質量を有する容器入りの液体や、機械的振動源を構造物の上部に設置し、液体または機械的振動源の振動を、構造物の振動に同調させることによってその構造物を制振するものがある。
ここで、同調とは、構造物の固有振動数と、液体や機械的振動源のそれとを、１８０°の位相差の下でほぼ一致させることをいい、構造物の振動と同時にこの同調をもたらすことで、振動エネルギーを吸収することが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、かかる従来技術にあっては、液体を用いる場合および機械的振動源を用いる場合のいずれにおいても、装置の構造が複雑になるとともに装置が大型化し、また、所期した通りの制振性能の発揮のために頻繁な保守点検が不可避となるという問題があった他、これら従来装置は、主に、構造物の一次の固有振動数を念頭に置いて構成されており、この一方で、二次、三次等の高次の固有振動数に対処するためには、装置構造がより複雑化するとともに、装置が一層大型化するという難点があって実用性がほとんどなく、従って、従来の制振装置を構造物に適用してなる制振構造では、その構造物が二次、三次等の高次の固有振動数で振動する場合には、制振機能をほとんど発揮することができないという問題もあった。
【０００４】
ところで、特開平６−３０７４９５号公報には、簡単な構造で、どの方向の振動をも制振できる制振装置として、内部に球面状凹部が形成された本体と、その球面状凹部内に移動自在に載置され、振動方向に応じた方向に球面状凹部内を転動する球状のおもりとよりなる装置が開示されており、この制振装置では、複数方向からの振動の入力に対しておもりが球面状凹部に沿って三次元運動することになり、おもりが回転しながら球面状凹部内を転動して周期的運動をすることにより、そのおもりが自転しながら公転し、それの慣性モーメントにより、単におもりを揺動させたり、平行移動させる構成の装置よりも、同じ質量のおもりでより大きな等価質量分の運動エネルギを得ることができるとしている。
【０００５】
しかしながら、これによれば、おもりが球面状凹部内を自転しながら公転するに当たり、そのおもりの球面状凹部内での通過経路が、振動振幅、振動入力等の大小、振動入力の方向その他によって種々に変化することから、制振装置を構造物の振動に同調させるための理論計算が極めて困難である他、構造物の実際の振幅、そこへの振動入力等が予想したところとわずかに相違するだけで、制振装置を所期した通りに同調させることができないという問題がある。
【０００６】
加えてここでは、複数方向からの振動入力に対しておもりを三次元運動させるとしているも、構造物の全ての方向の振動に対して常に適正に対処することは実質上不可能であり、これがため、予想しない方向の振動に対しては、おもりが、制振とは異なる不本意な運動を行うおそれが高い。これをいいかえれば、構造物のねじれを含む無限の振動方向に十分に対処するためには、球面状凹部の曲率を無限に変化させること、ひいては、無限数の制振装置を準備することが不可避となるという問題があった。
【０００７】
しかもこの先行技術もまた、構造物の一次の固有振動数だけを念頭に置いて構成されたものであり、それをもって高次の固有振動数に対処するためには、球状のおもりを大きくするか、球面状凹部の曲率を小さくしなければならないため、おもりの自由度が大きく失われることになり、この結果として、おもりの複雑な三次元運動に対して、予期せぬ慣性力を構造物に与えることになるので、これまた、高次の振動に対する制振機能を十分に発揮させることが実質的に不可能であった。
【０００８】
この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点をことごとく解決することを課題として検討した結果なされたものであり、それの目的とするところは、簡単な構造で、小型かつ低廉であるとともに、保守点検を実質上不要ならしめてなお常にすぐれた制振機能を発揮することができる他、構造物の各次数の固有振動数に簡単かつ容易に同調させることができる転動型制振装置を用い、構造物の各次数の振動に十分に対処して、高次の振動に対しても常にすぐれた制振機能を発揮することができる制振構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の制振構造に用いる転動型制振装置は、エンドレスに連続する環状面をなす円弧状外周面を有し、その外周面の中心軸線の周りで転動する振動子と、エンドレスに連続する環状面をなす円弧状内周面を有し、その内周面の中心軸線が水平に延在する向きで構造物に取付けられるとともに、前記振動子を収容して、前記内周面の中心軸線と直交する二次元平面内での前記振動子の転動を案内する転動ガイドと、を具えてなり、前記構造物の振動に位相差を持って同調した前記振動子の転動慣性振動によって制振することを特徴とするものである。
【００１０】
この制振装置によれば、構造物の、地震、風等に起因する剪断もしくは曲げ剪断振動に際し、そこに取付けた転動ガイドの円弧状内周面上で振動子（転動子）を転動慣性振動させることで、制振装置を、１８０°の位相差の下で構造物の振動に同調させることができ、これによって、振動エネルギーを十分に吸収してすぐれた制振性能を実現することができる。
ここにおいて、振動子および転動ガイドの機械材料としては、たとえば鋼、アルミニウム、ゴムその他の高分子材料中から、それら振動子および転動ガイドの両者の摩擦力を考慮して、構造物の振動減衰速度を速めるべく選択することができる。
【００１１】
またこの制振装置によれば、振動子および転動ガイドのそれぞれの円弧状周面の少なくとも一方を適宜に選択することで、構造物の、一次の固有振動数から高次の固有振動数に至るまで、簡単かつ容易に同調させることができる。
【００１２】
従って、この制振装置によれば、簡単な構造の下で、装置の十分なる小型化および低廉化をもたらすことができ、また、保守点検の必要なしに、常にすぐれた制振機能を発揮させることができる。
しかもこの制振装置によれば、振動子外周面および転動ガイド内周面のそれぞれの円弧面の少なくとも一方の曲率半径を変更するだけで、装置の大型化や構造の複雑化等をもたらすことなく、構造物の所要の次数の振動に簡単かつ容易に同調させることができる。
【００１３】
さらに、この制振装置においては、転動ガイドの円弧状内周面を、エンドレスに連続する環状面としているので、振幅の大きい振動にも十分に対処することができる。
【００１４】
上記制振装置を用いた、この発明の制振構造は、エンドレスに連続する環状面をなす円弧状外周面を有し、その外周面の中心軸線の周りで転動する振動子と、エンドレスに連続する環状面をなす円弧状内周面を有し、その内周面の中心軸線が水平に延在する向きで構造物に取付けられるとともに、前記振動子を収容して、前記内周面の中心軸線と直交する二次元平面内での前記振動子の転動を案内する転動ガイドと、を具えてなり、前記構造物の振動に位相差を持って同調した前記振動子の転動慣性振動によって制振する転動型制振装置を複数、前記円弧状外周面および前記円弧状内周面のうち少なくとも一方の曲率半径を相互に異ならせて前記構造物に配設することを特徴とするものである。
【００１５】
ここにおける転動型制振装置は、先に述べたように、振動子の外周面および転動ガイド内周面のそれぞれの円弧状面の少なくとも一方の曲率半径を変更することで、構造物の所要の次数の振動に簡単に同調させることができるので、それらの曲率半径を適宜に選択した、基本構造は共通の複数個の制振装置を一の構造物に設置することで、それぞれの制振装置の作用に基づいて、その構造物の振動を一次の振動のみならず、所期の高次数の振動に至るまで十分に制振することができる。
【００１６】
さらに、この発明の制振構造は、複数の転動型制振装置の複数の振動子の円弧状外周面の曲率半径を相互に異ならせ、それら複数の振動子のそれぞれを、一の転動ガイドの円弧状内周面上に、軸線方向に隣接させて配置すること、および、複数の転動型制振装置に共用の一の転動ガイドの複数の円弧状内周面の曲率半径を相互に異ならせ、複数の振動子のそれぞれを、一の転動ガイドの、曲率半径が相互に異なるそれぞれの円弧状内周面上に、軸線方向に隣接させて配置することの少なくとも一方を特徴としている。これによれば、一の転動ガイドを複数個の転動型制振装置に共用することができるので、複数の制振装置の全体をより小型化して、それらの占有空間を一層低減させることができる。
【００１７】
この場合において、相互に隣接して位置する振動子間で円弧状内周面に隔壁を形成したときには、隣接する振動子相互の干渉のおそれを除去して、各個の振動子の転動を常に円滑ならしめることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の制振構造に用いる転動型制振装置の実施の形態を図面に示すところに基づいて説明する。
図１ (ａ), (ｂ) はそれぞれ、制振装置の実施形態を示す縦断面図および横断面図であり、図中１は振動子を示す。
ここでは中実円板状をなすその振動子１を収容する転動ガイド２は、振動子１の円弧状外周面１ａに接触して、その振動子１の２次元平面内での転動を許容する円弧状内周面２ａを有する。
ここで振動子１は、それ自身の質量、円弧状外周面１ａおよび円弧状内周面２ａの曲率半径、それらの両円弧状周面１ａ，２ａの摩擦力等を選択することで、円弧状内周面２ａに対してスリップを生じることなく転動することができる。
【００１９】
また、円弧状内周面２ａは、図１に示すように、それをエンドレスに連続する環状面としており、このことで、構造物、ひいては、振動子１の大きな振幅に対しても、その振動子１の、確実にして円滑な転動を担保することができる。この一方、図２（ａ）の参考形態に示すように、振動子１の最大振幅を許容できることを条件に、円弧状内周面２ａの上部を切除した場合には、転動型制振装置を一層小型に構成することができる。
【００２０】
なお、このことは振動子１についても同様であり、図２（ｂ）の参考形態に示すように、振動子それ自身の所要の振幅を確保し得るかぎりにおいてその振動子１を半円板形状とすれば、装置の小型化を図ることもできる。
【００２１】
ところで、図１に示すところにおいて、振動子１の形状を、それの質量その他との関連において、円柱状もしくは円筒状とする。なお、図２の参考形態では、振動子１の形状を半円柱状もしくは半円筒状としている。
【００２２】
このように構成してなる転動型制振装置は、転動ガイド２を、構造物の床または壁に、埋込んで、または埋込むことなく取付けるとともに、その転動ガイド２内に振動子１を収容することで、予め選択した振動子質量および、それぞれの円弧状周面１ａ，２ａの曲率半径に基づいて構造物の振動に同調して振動エネルギーを吸収し、結果として、その構造物を有利に制振することができる。なおここでは、振動子１および振動ガイド２の材質を適宜に選択して、材料特有の粘弾の性質を有効に利用することで、構造物の振動減衰速度を速めることもできる。
またこの装置では、それぞれの円弧状周面１ａ，２ａの少なくとも一方の曲率半径を選択することで、固有振動数を、構造物の各次数の固有振動数に簡単かつ容易に一致させることができる。
【００２３】
従ってここでは、簡単な構造の、小型かつ低廉な制振装置をもたらすことができ、また、保守点検の必要なしに、所期した通りの制振機能を十分に発揮させることができ、併せて、制振装置を、構造物の各次数の振動に、簡単かつ容易に、しかも正確に同調させることができる。
【００２４】
図３は、構造物の一例としての建築物についての制振構造の実施形態を示す概念図であり、図中１１は建築物の基礎を、１２は基礎上に建てた建築物の全体をそれぞれ示す。
この建築物１２は、図３の紙面と直角をなす方向の剛性が、紙面と平行方向のそれより大きく、従って、建築物１２は、地震、風等を受けても、紙面と直角方向に振動することはほとんどない。この一方で、建築物１２は、紙面と平行をなす方向、すなわち、図の左右方向には振動し易い。
【００２５】
そこでこの制振構造では、建築物２の幅方向（図３の左右方向）の振動に同調して制振機能を発揮する、先に述べた基本構造を有する３個の転動型制振装置１３，１４，１５のそれぞれを、建築物２のそれぞれの階層の床１２ａ，１２ｂ，１２ｃに取付ける。
【００２６】
これらの制振装置１３，１４，１５のそれぞれは、振動子１の円弧状外周面１ａおよび、転動ガイド２の円弧状内周面２ａの少なくとも一方の曲率半径を相互に異にしており、たとえば、制振装置１３は、建築物１２の二次の固有振動数にほぼ等しい固有振動数を、制振装置１４は、建築物１２の三次の固有振動数にほぼ等しい固有振動数を、そして制振装置１５は、一次の固有振動数にほぼ等しい固有振動数をそれぞれ有する。
【００２７】
従って、この制振構造によれば、建築物１２の一次の振動に対しては制振装置１５が、二次の振動に対しては制振装置１３が、そして三次の振動に対しては制振装置１４が、それぞれ主として制振機能を発揮することになり、建築物１２の一次から三次までの振動の全てが効果的に制振されることになる。
【００２８】
図４は、橋梁についての制振構造を示す実施形態であり、これは、橋梁２１の橋桁２２に２個の転動型制振装置２３，２４を取付け、両制振装置２３，２４の振動子外周面および転動ガイド内周面の少なくとも一方の曲率半径を相互に相違させることで、例えば、制振装置２３の固有振動数を、橋梁２１の一の特定次数の固有振動数に、制振装置２４の固有振動数を、橋梁２１の他の特定次数の振動数にそれぞれほぼ一致させたものである。
【００２９】
このような制振構造では、橋梁２１の水平振動に際し、それの一の特定次数のの振動は、主として制振装置２３によって、また他の特定次数の振動は、主として制振装置２４によってそれぞれ制振されることになり、橋梁２１の各次数の水平振動はその振幅を効果的に低減されることになる。
【００３０】
図５は送電ケーブル３１に転動型制振装置３２，３３を取付けた他の実施形態であり、ここでもまた、一方の制振装置３２の固有振動数を、送電ケーブル３１の特定次数の振動数に、そして他の制振装置３３のそれを、送電ケーブル３１の他の特定次数の固有振動数にそれぞれほぼ一致させることで、送電ケーブル３１の水平方向の振動振幅を有効に低減させることができる。
【００３１】
【実施例】
以下にこの発明に係る制振構造の実施例について述べる。
この発明に係る制振構造による制振性能を確認するべく、図６に示すような二層のラーメン構造模型を作製した。
【００３２】
このラーメン構造模型は、高さが１０００ｍｍ、厚みが２ｍｍ、幅が２０ｍｍで、重量が０．１０７３ｋｇｆのアルミニウム柱部材５１の一対を、それらの下端部、中央部および上端部で、柱部材５１の間に配置したそれぞれの横桟部材５２，５３，５４に、各柱部材５１の外側に配置したそれぞれの当板５５，５６，５７を介してボルト締めしてなる。ここで、各横桟部材５２，５３，５４は、高さが４０ｍｍ、厚みが２０ｍｍ、長さが２９６ｍｍで、重量が０．２１０８ｋｇｆのアルミニウム材料により、当板５５は、高さが４０ｍｍ、厚みが９ｍｍ、長さが２０ｍｍで、重量が０．０５０ｋｇｆのアルミニウム材料により、そして他の当板５６，５７のそれぞれは、高さが４０ｍｍ、厚みが５ｍｍ、長さが６０ｍｍで、重量が０．１７７ｋｇｆのアルミウニム材料によりそれぞれ構成した。また、使用したボルト（Ｍ６×１０）は１２本であり、ボルト一本の重量は０．００２３ｋｇｆであった。
【００３３】
かかるラーメン構造模型を、その下端の横桟部材５２の、机上面への締付固定をもって机に強固に組付けた場合における、図の左右方向での一次および二次のそれぞれの固有振動数の理論値は表１に示す通りとなり、また、一次および二次のそれぞれの振動モードは図７ (ａ), (ｂ) に示す通りとなる。
【００３４】
【表１】
0003696724.tif 000002
【００３５】
ここにおいて、図示の制振構造では、上端部の横桟部材５４および中央部の横桟部材５３のそれぞれの上面に転動型制振装置５８，５９のそれぞれを取付け、制振装置５８を模型の一次の振動用として、また、制振装置５９を二次振動用としてそれぞれ機能させる。ここで、図示の制振装置５８，５９はいずれも、転動ガイドとしての外筒内に、振動子としての内筒を配置した構成を有しており、一方の制振装置５８では、外筒の内径が７９ｍｍ、重量が７９ｇｆ、内筒の外径が１２ｍｍ、重量が１８ｇｆであり、計算による予想固有振動数は２．３Ｈｚである。また、他方の制振装置５９では、外筒の内径を６５ｍｍ、重量を６６ｇｆ、錘を内蔵した内筒の外径を５１ｍｍ、重量を２９ｇｆとし、計算による予想固有振動数を６．５Ｈｚとした。
【００３６】
以上のような制振構造において、制振装置５８，５９のそれぞれの内筒重量を除く、構造物の総重量が１．８２８ｋｇｆであり、このうち振動部分の重量が約１．０９５ｋｇｆである場合に、模型を一次の固有振動数で自由振動させたときの振動波形は図８（ａ）に示すように計測されたのに対し、一方の制振装置５８を機能させたときの振動波形は図８（ｂ）に示す通りとなった。
【００３７】
またここで、模型を二次の固有振動数で自由振動させたときの振動波形は図９（ａ）に示す通りであったのに対し、両制振装置５８，５９をともに作用させたときの振動波形は図９（ｂ）に示す通りとなった。
従ってこの制振構造によれば、模型の一次振動用および二次振動用のそれぞれの制振装置を設置することで、それらのいずれの振動に対してもすぐれた制振効果をもたらすことができる。
【００３８】
なおここで、模型の一次の振動に対して、両制振装置５８，５９を共に機能させた場合には、はじめに、一方の制振装置５８によって一次の振動が制振され、その後、他方の制振装置５９によって、続いて起こる二次の振動が制振されることになる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、この発明の制振構造に用いる転動型制振装置によれば、簡単な構造の小型かつ低廉な装置にして、保守点検を実質的に不要ならしめてなお常にすぐれた制振機能を発揮させることができ、加えて、振動子の外周面および振動ガイドの内周面の少なくとも一方の曲率半径を適宜に選択することで、構造物の各次数の振動に、制振装置を簡単かつ容易に同調させることができる。
【００４０】
そして、この発明の制振構造によれば、複数の制振装置のそれぞれにて、構造物の所要のそれぞれの次数の振動を制振させることによって、構造物の各次数の振動を効果的に制振することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  転動型制振装置の実施形態を示す断面図である。
【図２】  転動型制振装置の参考形態を示す断面図である。
【図３】  制振構造の実施形態を示す概念図である。
【図４】  制振構造の他の実施形態を示す概念図である。
【図５】  制振構造のさらに他の実施形態を示す概念図である。
【図６】  ラーメン構造模型および制振装置の適用状態を示す正面図である。
【図７】  模型の固有振動モードを示す線図である。
【図８】  一次振動の制振性能を示すグラフである。
【図９】  二次振動の制振性能を示すグラフである。
【符号の説明】
１      振動子
１ａ    円弧状外周面
２      転動ガイド
２ａ    円弧状内周面
１１    基礎
１２    建築物
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  床
１３，１４，１５，２３，２４，３２，３３，５８，５９  転動型制振装置
２１    橋梁
２２    橋桁
３１    送電ケーブル
５１    アルミニウム柱部材
５２，５３，５４  横桟部材
５５，５６，５７  当板
【図１】
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【図２】
0003696724.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003696724.tif 000009
【図８】
0003696724.tif 000010
【図９】
0003696724.tif 000011