(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
つぎの事項（１）〜（５）によって特定される発明。
（１）制振すべき構造物に対し相対移動が可能な付加質量体を備えており、この付加質量体の振動周期を前記構造物の固有周期に同調させてかつこの付加質量体に適切な減衰を持たせることによって前記構造物の振動エネルギーを低減させる制振装置である。
（２）前記付加質量体は前記構造物の所定部位に設置された支持手段に支持されており、前記振動周期で所定方向に前記構造物に対して相対移動するようになっている。
（３）前記付加質量体にはこれに回転慣性抵抗を付与するための回転慣性機構が設置されている。回転慣性機構は、前記付加質量体に設置された軸受け部に回転自在に載置されたシャフトと、前記シャフトの両端に前記シャフトの回転中心に対して点対称に径方向へ延出して設けられた複数のアームと、前記アームの先端それぞれに付設された回転付加質量体とからなり、前記シャフトにはケーブルが巻き付けられている。
（４）前記回転慣性機構のシャフトから引き出された２系統の前記ケーブルは水平に張られており、ケーブル端部はそれぞれ前記構造物の所定部位２ヶ所に垂直方向に移動可能に固定されている。
（５）前記付加質量体が所定方向に相対移動するとき、前記ケーブルの一方が緊張して前記回転慣性機構から引き出され、同時に前記ケーブルの他方が弛緩して前記回転慣性機構に巻き取られる。このとき前記ケーブルが前記回転慣性機構に及ぼす張力によって、前記回転慣性機構が回転する。
【請求項２】
つぎの事項（１）〜（６）によって特定される発明。
（１）制振すべき構造物に対し相対移動が可能な付加質量体を備えており、この付加質量体の振動周期を前記構造物の固有周期に同調させてかつこの付加質量体に適切な減衰を持たせることによって前記構造物の振動エネルギーを低減させる制振装置である。
（２）前記付加質量体は前記構造物の所定部位に設置された支持手段に支持されており、前記振動周期で所定方向に前記構造物に対して相対移動するようになっている。
（３）前記付加質量体にはこれに回転慣性抵抗を付与するための回転慣性機構が設置されており、この回転慣性機構にはケーブルが巻き付けられている。
（４）前記回転慣性機構から引き出された２系統の前記ケーブルは水平に張られており、ケーブル端部はそれぞれ前記構造物の所定部位２ヶ所に垂直方向に移動可能に固定されている。
（５）前記付加質量体が所定方向に相対移動するとき、前記ケーブルの一方が緊張して前記回転慣性機構から引き出され、同時に前記ケーブルの他方が弛緩して前記回転慣性機構に巻き取られる。このとき前記ケーブルが前記回転慣性機構に及ぼす張力によって、前記回転慣性機構が回転する。
（６）前記ケーブルの両端は、これを摺動させるためのリニアガイドを介して前記構造物の所定部位にそれぞれ結合され、このリニアガイドを介して垂直方向に移動可能に構成されている。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の制振装置において、前記支持手段は、前記構造物に対し前記付加質量体を吊り支持する吊り材であることを特徴とする。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載の制振装置において、前記構造物の振動を検出する検出手段と、前記回転慣性機構の動作手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記動作手段を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地震や風による建物や倉庫ラックなどの構造物の振動（揺動）を抑制する制振装置に関し、とくに、構造物の固有周期に同調させる付加質量体に大きな慣性抵抗を付与するための回転慣性機構を設置した制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、制振装置として知られる同調質量ダンパ（Ｔｕｎｅｄ  Ｍａｓｓ  Ｄａｍｐｅｒ、以下ＴＭＤと略称する）は、高層建物あるいは搭状建物などの構造物の振動を低減するために用いられるものである。このＴＭＤは、制振すべき構造物に対し相対移動が可能な付加質量体を備えており、この付加質量体の振動周期を前記構造物の固有周期に同調させてかつこの付加質量体に適切な減衰を持たせることによって前記構造物の振動エネルギーを低減させている。付加質量体は構造物の所定部位に設置された支持手段に支持されており、構造物の固有周期と同調した振動周期で所定方向に相対移動（揺動）するようになっている。この付加質量体を支持する手段としては、自在継手などを用いて吊り材によって支持する吊り支持方式や、構造物の屋上や床面などに分散配置した多段積層ゴムによって支持する弾性支持方式がある。この吊り支持方式または弾性支持方式の支持手段を用いたＴＭＤの概略をそれぞれ図５および図６に示す。
【０００３】
図５に示した吊り支持方式のＴＭＤの場合、構造物１０の屋上などに設置された支持フレーム１２の上部から吊り材１４によって付加質量体１６が吊り支持されている。支持フレーム１２と吊り材１４および、吊り材１４と付加質量体１６はいずれも自在継手１８によって接合（ピン接合）されている。また、付加質量体１６にはこれに適切な減衰を持たせるためのダンパ２０が連結されている。一方、図６に示した弾性支持方式のＴＭＤの場合、構造物１０の屋上や床面などに分散配置された多段積層ゴム２２によって付加質量体１６が支持されている。この支持手段以外の構成は前述した吊り支持式のＴＭＤと基本的に同じである。
【０００４】
ところで、構造物の固有周期は構造物ごとに異なるのが一般的である。前述したＴＭＤを構造物に適用しようとした場合、ＴＭＤの振動周期を構造物の固有周期に合うように設計・設置をする必要がある。図５に示した吊り支持方式のＴＭＤの場合、その固有周期は主に付加質量体１６を吊り下げる吊り材１４の長さＬで決まる。よってこのＴＭＤの固有周期を変えるには、吊り材１４の長さＬを調整する必要がある。一方、図６に示した前記弾性支持方式のＴＭＤの場合、その固有周期は主に付加質量体１６を支持する多段積層ゴム２２の積み上げ段数ｎで決まる。よってこのＴＭＤの固有振動数を変えるには、多段積層ゴム２２の積み上げ段数ｎを調整する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の前記吊り支持方式のＴＭＤを長周期構造物に適用する場合、ＴＭＤの固有周期を長くするために吊り材１４の長さＬを長くする必要がある。例えば５秒程度の長周期構造物に適用した場合、吊り材１４の長さは７ｍ程度必要となる。このためＴＭＤの付加質量体１６を吊るための支持フレーム１２が大掛かりとなり、設計自由度および汎用性が乏しくなるという問題があった。また、前記弾性支持方式のＴＭＤを長周期構造物に適用する場合、多段積層ゴム２２の段数ｎを多くする必要があるため膨大な費用が掛かるという問題があった。
【０００６】
この発明は前述した従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、小さな付加質量体でも大きな慣性抵抗を得ることができ、長周期構造物に適用する場合においても設計自由度が高く、また低コストでコンパクトであるとともに、効率よく制振することができる制振装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
＜請求項１に係る発明＞
（１）制振すべき構造物に対し相対移動が可能な付加質量体を備えており、この付加質量体の振動周期を前記構造物の固有周期に同調させてかつこの付加質量体に適切な減衰を持たせることによって前記構造物の振動エネルギーを低減させる制振装置である。
（２）前記付加質量体は前記構造物の所定部位に設置された支持手段に支持されており、前記振動周期で所定方向に前記構造物に対して相対移動するようになっている。
（３）前記付加質量体にはこれに回転慣性抵抗を付与するための回転慣性機構が設置されている。回転慣性機構は、前記付加質量体に設置された軸受け部に回転自在に載置されたシャフトと、前記シャフトの両端に前記シャフトの回転中心に対して点対称に径方向へ延出して設けられた複数のアームと、前記アームの先端それぞれに付設された回転付加質量体とからなり、前記シャフトにはケーブルが巻き付けられている。
（４）前記回転慣性機構のシャフトから引き出された２系統の前記ケーブルは水平に張られており、ケーブル端部はそれぞれ前記構造物の所定部位２ヶ所に垂直方向に移動可能に固定されている。
（５）前記付加質量体が所定方向に相対移動するとき、前記ケーブルの一方が緊張して前記回転慣性機構から引き出され、同時に前記ケーブルの他方が弛緩して前記回転慣性機構に巻き取られる。このとき前記ケーブルが前記回転慣性機構に及ぼす張力によって、前記回転慣性機構が回転する。
【０００８】
＜請求項２に係る発明＞
（１）制振すべき構造物に対し相対移動が可能な付加質量体を備えており、この付加質量体の振動周期を前記構造物の固有周期に同調させてかつこの付加質量体に適切な減衰を持たせることによって前記構造物の振動エネルギーを低減させる制振装置である。
（２）前記付加質量体は前記構造物の所定部位に設置された支持手段に支持されており、前記振動周期で所定方向に前記構造物に対して相対移動するようになっている。
（３）前記付加質量体にはこれに回転慣性抵抗を付与するための回転慣性機構が設置されており、この回転慣性機構にはケーブルが巻き付けられている。
（４）前記回転慣性機構から引き出された２系統の前記ケーブルは水平に張られており、ケーブル端部はそれぞれ前記構造物の所定部位２ヶ所に垂直方向に移動可能に固定されている。
（５）前記付加質量体が所定方向に相対移動するとき、前記ケーブルの一方が緊張して前記回転慣性機構から引き出され、同時に前記ケーブルの他方が弛緩して前記回転慣性機構に巻き取られる。このとき前記ケーブルが前記回転慣性機構に及ぼす張力によって、前記回転慣性機構が回転する。
（６）前記ケーブルの両端は、これを摺動させるためのリニアガイドを介して前記構造物の所定部位にそれぞれ結合され、このリニアガイドを介して垂直方向に移動可能に構成されている。
【０００９】
＜請求項３に係る発明＞
請求項１又は２に記載の制振装置において、前記支持手段は、前記構造物に対し前記付加質量体を吊り支持する吊り材であることを特徴とする。
【００１０】
＜請求項４に係る発明＞
請求項１から３の何れかに記載の制振装置において、前記構造物の振動を検出する検出手段と、前記回転慣性機構の動作手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記動作手段を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明を吊り支持方式のＴＭＤに適用した場合の装置構成の概略を図１に示す。この装置の構成は、図５に示した従来のものと基本的に同じである。そのため重複する部分の説明は省略して、この発明の本質的な特徴と思われる部分を抽出して説明する。
【００１８】
まず図１を用いて装置の構成の概略を説明する。付加質量体１６の上部にはこれに回転慣性抵抗を付与するための回転慣性機構２４が設置されている。この回転慣性機構２４の回転軸としてのシャフト２６は、付加質量体１６に設置された軸受け部２８に回転自在に取り付けられている。このシャフト２６の両端には前記シャフト２６の回転中心に関して点対称に径方向へ延出して複数のアーム３０が設けられている。このアーム３０の先端それぞれに回転付加質量体３２が付設されている。
【００１９】
また、前記シャフト２６にはケーブル３４ａ、３４ｂが巻き付けられている。シャフト２６から引き出された２系統の前記ケーブル３４ａ、３４ｂは、前記付加質量体１６の制振すべき構造物に対する相対移動方向（揺動方向）に水平に張られており、ケーブル３４ａ、３４ｂの端部はそれぞれケーブル受け部３６に垂直方向に移動可能に固定されている。ケーブル３４ａ、３４ｂとケーブル受け部３６との間にはリニアガイド３８が介在している。このリニアガイド３８部分の詳細を図３に示す。ケーブル３４ａ、３４ｂはケーブル支持台３８ａに固定されており、この支持台３８ａはケーブル受け部３６に設置されたガイドレール３８ｂに沿って所定範囲内で垂直方向に摺動する。
【００２０】
なお、図２にこの発明を弾性支持方式のＴＭＤに適用した場合の装置構成の概略を示すが、前述したように支持手段が異なるだけで、この発明の本質的特徴となる部分は図１に示した吊り支持方式のＴＭＤと同じである。
【００２１】
次に図１を用いて前記回転慣性機構２４の作用を説明する。前記付加質量体１６が所定方向に揺動するとき、前記ケーブル３４ａ、３４ｂの一方が緊張して前記シャフト２６から引き出され、同時に前記ケーブル３４ａ、３４ｂの他方が弛緩して前記シャフト２６に巻き取られる。このとき前記ケーブル３４ａ、３４ｂが前記シャフト２６に及ぼす前記シャフト２６の円周方向の張力によって、前記シャフト２６が付加質量体１６の移動距離に比例した揺動回転角度で回る。つまり、図１の左方向に付加質量体１６が移動したならば、右側のケーブル３４ｂがこのシャフト２６から引き出され、同時に左側のケーブル３４ａがシャフト２６に巻き取られる。このとき両ケーブル３４ａ、３４ｂが前記シャフト２６に及ぼす張力によって前記シャフト２６は時計回りに回転する。また、シャフト２６の回転はその両端に取り付けられたアーム３０を介して伝達され、回転付加質量体３２が時計回りに回転する。
【００２２】
この実施例にあっては、ケーブル３４ａ、３４ｂが巻き付けられるシャフト２６の回転半径ｒａに対するアーム３０の回転半径ｒｂの回転半径比（ｒｂ：ｒａ）がテコ比に相当し、この回転半径比に応じてケーブル３４ａ、３４ｂの運動に対する回転付加質量体３２の運動を増幅できる。このことから実際の質量に回転半径比の２乗を掛けた質量の回転付加質量体３２を用いたのと同じになり、小さな質量の回転付加質量体３２で大きな固有周期調整機能を得ることができる。つまり、回転慣性機構２４のシャフト２６の両端に取り付けられたアーム３０の長さ（回転半径ｒｂ）を調節することによりこの発明のＴＭＤの固有振動数を容易に調整することができる。
【００２３】
また、図１に示したように回転慣性機構２４を構成すれば、複数の回転付加質量体３２をシャフト２６の周りに配置することができ、かつ各回転付加質量体３２もさらに軽量化できるので、装置全体をコンパクト化することができ、また設備作業を容易化することができる。また、アーム３０に接続した回転付加質量体３２にダンパを連結した場合は、小さな能力のダンパを用いて大きな振動減衰効果を得る事ができる。
【００２４】
次に本発明にかかる制振装置の第２実施例について説明するが、この実施例にあって、その基本構成が前述の第１実施例と同一であるものについては、その同一部材には同一の符号を付して、その詳しい説明は省略し、相違する点について詳述する。
【００２５】
図４は本発明にかかる制振装置の第２実施例の装置構成を示す概略図である。
【００２６】
この第２実施例の制振装置は、前記構造物１０の振動を検出する検出手段５０と、前記回転慣性機構２４の回転付加質量体３２を回転させる動作手段５２と、前記検出手段５０の検出結果に基づいて前記動作手段５２を制御する制御手段５８とで構成されている。
【００２７】
前記動作手段５２は、モータ５４とその駆動回路５６とからなり、付加質量体１６上に載置されている。このモータ５４の出力軸には駆動ギア５４ａが設けられるとともに、回転付加質量体３２の回転軸をなすシャフト２６には従動ギア２６ａが設けられ、前記駆動ギア５４ａと噛み合わされてモータ５４の動力が回転付加質量体３２に伝達されるように構成されている。
【００２８】
前記検出手段５０は、構造物１０に設けられた変位センサであり制御手段５８に接続されている。この検出手段５０では、構造物１０の振動をリアルタイムで検出し、その検出データは電気信号として制御手段５８に送信される。
【００２９】
制御手段５８は、動作手段５２に接続され、この制御手段５８では、検出手段５０の検出データから構造物１０の振動量および振動周期等を算出し、これに基づいて構造物１０の振動を制振するために必要な回転付加質量体３２の回転制御量が演算され、その回転制御量に合わせて回転付加質量体３２の動力をなす動作手段５２にモータ５４の制御信号が発信される。
【００３０】
そして、制御手段５８からの制御信号は動作手段５２をなす駆動回路５６に入力され、モータ５４が回転されるとともに、モータ５４の動力が駆動ギア５４ａから従動ギア２６ａを介して回転慣性機構２４のシャフト２６に伝達され、このシャフト２６とともに回転付加質量体３２が制御されつつ回転し構造物１０が制振される。
【００３１】
以上の構成による第２実施例の制振装置にあっては、回転慣性機構２４に回転付加質量体３２を回転させる動作手段５２を設けたので、回転慣性機構２４を構造物１０の振動とは別に独立させて機能させることができる。
【００３２】
また、構造物１０の状態を変位センサで検出しつつその検出結果に基づいてモータ５４を制御する制御手段５８を設けたので、構造物１０の振動状態を把握した上でその振動を減衰すべく回転付加質量体３２を制御しつつ回転させて回転慣性機構２４を機能させることができる。
【００３３】
即ち、構造物１０が、風や地震等の外力によって振動したときには、速やかにその変位をセンサで検出し、その振動を減衰すべく、その振動に合わせて回転慣性機構２４を動作させ、また、構造物１０の振動が、低減された時には回転慣性機構２４の動作を抑えて回転付加質量体３２の無用な動きを削減するなど、極めて効率よく構造物１０を制振することができる。
【００３４】
尚、検出手段５０とした変位センサは、レーザ変位計、超音波センサ、加速度計等の構造物１０の振動が測定できるものであれば構わず、測定値は、変位に限らず速度や加速度等の制御手段５８によって振動量および振動周期等が算出できるものであれば構わない。
【００３５】
以上説明したように、この発明に関する制振装置によれば、付加質量体に回転慣性抵抗を付与するための回転慣性機構を設置したことにより、回転慣性機構のシャフトの回転半径とアームの回転半径との回転半径比に応じて、回転付加質量体の運動を増幅することができる。従って、小さな質量の回転付加質量体で大きな固有周期調整機能を得ることができる。また、従来の制振装置の固有振動数の調整方法に加えて、回転慣性機構のシャフトの両端のアームの長さ（回転半径）を変えることによっても容易に固有周期の調整ができる。このため長周期構造物に適用する場合においても、低コスト・コンパクトな制振装置を高い自由度で設計・設置できる。さらに、ケーブルの両端は、これを摺動させるためのリニアガイドを介して構造物の所定部位にそれぞれ結合され、このリニアガイドを介して垂直方向に移動可能に構成されているので、付加質量体及び回転慣性機構の動作をケーブルが阻害するようなことはない。
【００３６】
また、構造物の振動状態を検知し、その結果に応じて回転付加質量体の回転を制御して回転慣性機構を機能させることによって、極めて効率よく構造物を制振することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に関する制振装置（吊り支持方式）の概略図であり、その側面図（ａ）と上側平面図（ｂ）である。
【図２】この発明の実施例に関する制振装置（弾性支持方式）の概略図であり、その側面図（ａ）と下側平面図（ｂ）である。
【図３】この発明の実施例に関する制振装置におけるリニアガイド部分の概略図である。
【図４】この発明の第２の実施例に関する制振装置（吊り支持方式）の概略図であり、その側面図（ａ）と上側平面図（ｂ）である。
【図５】従来の制振装置（吊り支持方式）の概略的な側面図である。
【図６】従来の制振装置（弾性支持方式）の概略的な側面図である。
【符号の説明】
１０  構造物
１２  支持フレーム                １４  吊り材
１６  付加質量体                  １８  自在継手
２０  ダンパ                      ２２  多段積層ゴム
２４  回転慣性機構                ２６  シャフト
２６ａ  従動ギア                  ２８  軸受け部
３０  アーム                      ３２  回転付加質量体
３４ａ  ケーブル                  ３４ｂ  ケーブル
３６  ケーブル受け部              ３８  リニアガイド
３８ａ  ケーブル支持台            ３８ｂ  ガイドレール
５０  検出手段                    ５２  動作手段
５４  モータ                      ５４ａ  駆動ギア
５６  駆動回路                    ５８  制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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