(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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制振すべき構造物に対して相対移動するようになっている。
（３）前記付加質量体にアクチュエータが設置されるとともに、その可動部に第２付加質量体が結合されて水平方向のアクティブ制振機構が構成されている。
（４）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。
（５）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。
（６）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】
請求項１に記載の制振装置において、前記回転慣性機構は、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関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、前記アームの先端にそれぞれ付設された回転付加質量体とを具備してなることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１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に記載の制振装置において、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４および図５に示す。
【０００３】
図４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５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４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５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な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】
＝＝＝請求項１の発明＝＝＝
（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制振すべき構造物に対して相対移動するようになっている。
（３）前記付加質量体にアクチュエータが設置されるとともに、その可動部に第２付加質量体が結合されて水平方向のアクティブ制振機構が構成されている。
（４）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。
（５）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。
（６）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の発明＝＝＝
請求項１に記載の制振装置において、前記回転慣性機構は、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関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を具備してなることを特徴とする。
【０００９】
＝＝＝請求項３の発明＝＝＝
請求項１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の発明＝＝＝
請求項１に記載の制振装置において、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ことを特徴とする。
【００１２】
【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４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。
【００１３】
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の下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。
【００１４】
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。
【００１５】
さらに、前記付加質量体１６の上部にはアクティブ制振機構４０が設置されている。このアクティブ制振機構４０は、前記付加質量体１６に対して小さい質量の第２付加質量体４０ａと、前記付加質量体１６の揺れを感知するセンサーと、前記第２付加質量体４０ａに水平方向の振動を与えるリニア・アクチュエータ４０ｂ（ＡＣサーボ油圧装置またはＡＣサーボモータ）、および前記アクチュエータ４０ｂを制御するコンピュータなどで構成される。このコンピュータは前記センサーで感知した前記付加質量体１６の揺れを基に前記アクチュエータ４０を制御し、前記付加質量体１６の動きを増長させるような振動を前記第２付加質量体４０ａに与える。なお、センサーを所定位置に複数個設けて建物の揺れと前記付加質量体の揺れを総合的に解析し、より効果的に前記第２付加質量体４０ａの振動を制御するようにしてもよい。また、付加質量体１６に連結するダンパ２０にこのアクティブ制振の機能を持たせても良い。
【００１６】
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３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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
さらにこの実施例ではアクティブ制振機構４０を付加質量体１６の上に設けたので、付加質量体１６の見かけ上の質量が大きくなる。よってコンパクトな構成でより大きな制振効果が得られる。
【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】
【発明の効果】
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、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ＴＭＤの固有振動数の調整方法に加えて回転慣性機構の両端のアーム長さ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、低コストでコンパクトなＴＭＤを高い自由度で設計・設置できる。さらに、付加質量体にその見かけ上の質量を大きくするためのアクティブ制振機構を設置したことにより、コンパクトな構成でより大きな制振効果が得られる。
【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）と下側平面図（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】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５】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
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
４０  アクティブ制振機構
４０ａ  第２付加質量体
４０ｂ  リニア・アクチュエータ
【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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