(57)【要約】【課題】流動変換機構を大型化することなく、回転マスの実質量を比較的大きな値に設定することが可能になる構造物の振動抑制装置を提供する。【解決手段】作動流体ＨＦが充填されたシリンダ２が、第１部位ＣＳに連結され、シリンダ２内に軸線方向に摺動自在に設けられたピストン３が、シリンダ２内を第１流体室２ｄと第２流体室２ｅに区画するとともに、第２部位ＦＢに連結される。ピストン３をバイパスし、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅに連通する連通路５に、作動流体ＨＦが充填され、連通路５内の作動流体ＨＦの流動が、流動変換機構Ｍにより回転体の回転動力に変換される。所定部位ＣＳに固定される支持部３５に、回転マス１５が回転自在に支持され、回転体の回転動力が、減速機構３１により減速した状態で回転マス１５に伝達される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が充填されるとともに、構造物を含む系内の所定の第１部位に連結されるシリンダと、
当該シリンダ内に軸線方向に摺動自在に設けられ、前記シリンダ内を第１流体室と第２流体室に区画するとともに、前記系内の所定の第２部位に連結されるピストンと、
当該ピストンをバイパスし、前記第１及び第２流体室に連通するとともに、作動流体が充填された連通路と、
回転体を有し、前記連通路内の作動流体の流動を前記回転体の回転動力に変換する流動変換機構と、
前記系内の所定部位に固定される支持部と、
当該支持部に回転自在に支持される回転マスと、
前記回転体の回転動力を減速した状態で前記回転マスに伝達する減速機構と、
を備えることを特徴とする構造物の振動抑制装置。
【請求項２】
前記所定部位は前記第１部位であることを特徴とする、請求項１に記載の構造物の振動抑制装置。
【請求項３】
前記構造物は基礎に立設され、
前記構造物の外側に配置され、風力を回転動力に変換するとともに、前記回転体に連結された羽根車をさらに備えており、
前記流動変換機構は、前記回転体に入力された回転動力を前記連通路内の作動流体の流動に変換可能に構成され、
風力による前記羽根車の回転により前記回転体が回転することで前記連通路内を作動流体が流動するのに伴い、作動流体の押圧力が前記シリンダ及び前記ピストンに対し、風力により前記構造物が振動するのに伴って発生する前記第１部位と前記第２部位の間の相対変位を抑制する方向に作用するように構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の構造物の振動抑制装置。
【請求項４】
前記羽根車は、前記回転マスに一体に回転するように設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の構造物の振動抑制装置。
【請求項５】
前記羽根車に連結されたロータを有する発電電動機をさらに備えることを特徴とする、請求項３又は４に記載の構造物の振動抑制装置。
【請求項６】
前記発電電動機との間で電力を授受可能な蓄電装置をさらに備えることを特徴とする、請求項５に記載の構造物の振動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の振動に伴う変位が伝達されることによって回転する回転マスを有する回転慣性質量ダンパを備えた構造物の振動抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の振動抑制装置が備える回転慣性質量ダンパとして、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この回転慣性質量ダンパは、作動油が充填されたシリンダと、シリンダ内に軸線方向に移動自在に設けられるとともに、シリンダ内を２つの油圧室に区画するピストンと、２つの油室の各々に連通管を介して連通する油圧モータと、油圧モータの回転軸に一体に設けられた回転マスを備えている。シリンダ及びピストンは、構造物の互いに異なる第１部位及び第２部位にそれぞれ連結され、構造物の振動に伴う第１部位と第２部位の間の相対変位は、シリンダ及びピストンに伝達される。それにより、ピストンがシリンダに対して軸線方向に移動するのに伴って、２つの油室の一方から作動油が押し出され、押し出された作動油の油圧によって油圧モータの回転軸及び回転マスが一体に回転する結果、回転マスの回転慣性質量が付与される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１４８３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような回転慣性質量ダンパを備えた振動抑制装置では、より大きな回転マスの回転慣性質量を得る上で、回転マスの実質量を比較的大きな値に設定するのが好ましい。これに対して、上述した従来の振動抑制装置では、油圧モータの回転軸に回転マスが一体に設けられているので、回転マスの実質量を比較的大きな値に設定した場合には、そのような回転マスの実質量による力に耐えられるように、回転軸の径などを含めて油圧モータ全体を大型化せざるを得なくなる。油圧モータが大型化すると、その回転軸を１回転させるのに必要な油量が多くなるため、その分、シリンダ及びピストンに入力される変位に対して回転マスの回転慣性質量（等価質量）が小さくなってしまう。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、流動変換機構を大型化することなく、回転マスの実質量を比較的大きな値に設定することが可能になる構造物の振動抑制装置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】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明による構造物の振動抑制装置は、作動流体が充填されるとともに、構造物を含む系内の所定の第１部位に連結されるシリンダと、シリンダ内に軸線方向に摺動自在に設けられ、シリンダ内を第１流体室と第２流体室に区画するとともに、系内の所定の第２部位に連結されるピストンと、ピストンをバイパスし、第１及び第２流体室に連通するとともに、作動流体が充填された連通路と、回転体を有し、連通路内の作動流体の流動を回転体の回転動力に変換する流動変換機構と、系内の所定部位に固定される支持部と、支持部に回転自在に支持される回転マスと、回転体の回転動力を減速した状態で回転マスに伝達する減速機構と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、構造物の振動に伴って発生した第１部位と第２部位の間の相対変位が、シリンダ及びピストンに伝達される。それにより、ピストンがシリンダ内を摺動し、第１流体室及び第２流体室の一方の側に移動すると、その一方の流体室内の作動流体がピストンで連通路に押し出されることによって、連通路内に他方の流体室側への作動流体の流動が生じる。この作動流体の流動は、流動変換機構により回転体の回転動力に変換され、変換された回転体の回転動力は、減速機構を介して回転マスに伝達され、それにより回転マスが回転し、その回転慣性質量による反力が発生する。
【０００８】
この場合、前述した従来の振動抑制装置と異なり、回転マスが、構造物を含む系内の所定部位に固定される支持部に、回転自在に支持されるので、回転マスの実質量による力は、流動変換機構に作用しない。また、流動変換機構で変換された回転体の回転動力は、回転マスに直接、伝達されるのではなく、減速機構で減速された状態で、すなわち、そのトルクを増大した状態で、回転マスに伝達される。以上により、本発明によれば、回転体を含む流動変換機構全体を大型化することなく、回転マスの実質量を比較的大きな値に設定することが可能になる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構造物の振動抑制装置において、所定部位は第１部位であることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、流動変換機構が連通するシリンダが連結される第１部位に、回転マスを支持する支持部が固定されるので、構造物の振動に伴って第１部位が変位したときに、支持部及び回転マスを、シリンダ及び流動変換機構と一緒に変位させることができる。したがって、この第１部位の変位により流動変換機構から回転マスへの回転動力の伝達が阻害されるのを防止することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の構造物の振動抑制装置において、構造物は基礎に立設され、構造物の外側に配置され、風力を回転動力に変換するとともに、回転体に連結された羽根車をさらに備えており、流動変換機構は、回転体に入力された回転動力を連通路内の作動流体の流動に変換可能に構成され、風力による羽根車の回転により回転体が回転することで連通路内を作動流体が流動するのに伴い、作動流体の押圧力がシリンダ及びピストンに対し、風力により構造物が振動するのに伴って発生する第１部位と第２部位の間の相対変位を抑制する方向に作用するように構成されることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、基礎に立設された構造物の周囲に風が吹くと、その風力により羽根車が回転し、それに伴い、回転体が羽根車と連動して回転する。この回転体の回転動力は、流動変換機構によって、連通路内の作動流体の流動に変換される。この場合、この作動流体の流動に伴い、作動流体の押圧力は、シリンダ及びピストンに対し、風力により構造物が振動するのに伴って発生する第１部位と第２部位の間の相対変位を抑制する方向に作用するので、風力を利用して構造物の風揺れを能動的に抑制することができる。また、地震により構造物が振動した場合と比較して、構造物の風揺れによる振動エネルギは小さく、振動によるシリンダに対するピストンの移動量が比較的小さいことで回転マスの回転慣性質量が小さくなる傾向にあるため、構造物の風揺れを抑制する上で、本発明は有用である。
【００１３】
また、構造物の振動時には、連通路内の作動流体の流動が回転体の回転運動に変換されるのに伴い、回転マスに加え、羽根車が回転体と連動して回転するので、羽根車の回転慣性質量による反力をさらに発生させることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の構造物の振動抑制装置において、羽根車は、回転マスに一体に回転するように設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、風力により羽根車及び回転マスが一体に回転し、回転マスの回転動力は、請求項１に係る発明の説明で述べた減速機構の機能から明らかなように、減速機構を介して増速した状態で回転体に伝達される。これにより、風力による羽根車の回転により連通路内を流動する作動流体の流量を増大できることによって、シリンダ及びピストンの移動量を増大することができ、ひいては、請求項３に係る発明による効果、すなわち構造物の風揺れを能動的に抑制できるという効果を、効果的に得ることができる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項３又は４に記載の構造物の振動抑制装置において、羽根車に連結されたロータを有する発電電動機をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、発電機及び電動機の両方の機能を有する発電電動機のロータが風車の羽根車に連結されているため、風力エネルギを用いて発電することができる。また、発電電動機に入力された電力をロータの回転動力に変換するとともに、変換した回転動力を、流動変換機構の回転体に伝達し、さらに、作動流体、シリンダ及びピストンを介して、構造物の第１及び第２部位に制御力として作用させることができるので、構造物の振動を能動的に抑制することが可能になる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の構造物の振動抑制装置において、発電電動機との間で電力を授受可能な蓄電装置をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、発電電動機により風力から変換された電力を、蓄電装置に充電した後、充電した電力を発電電動機で回転動力に変換し、請求項５に係る発明の説明で述べたように第１及び第２部位に制御力として作用させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態による振動抑制装置を、これを適用した構造物の一部とともに概略的に示す図である。
【図２】振動抑制装置の回転慣性質量ダンパを示す断面図である。
【図３】回転慣性質量ダンパの歯車モータなどを拡大して示す断面図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による振動抑制装置を、これを適用した構造物の一部とともに概略的に示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態による振動抑制装置を、これを適用した構造物の一部とともに概略的に示す図である。
【図７】図６の振動抑制装置の風車や、回転マス、歯車モータを、回転マスの軸線方向で見て示す図である。
【図８】図６の振動抑制装置の発電電動機やバッテリなどを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による振動抑制装置を、これを適用した構造物Ｂの一部とともに示している。この構造物Ｂは、例えば、基礎に立設された居住用又は商用の高層建築物であって、その基礎部分が、免震構造を有しており、複数の基礎梁ＦＢを井桁状に組み合わせた上側の上基礎と、コンクリートスラブＣＳなどで構成された下側の下基礎とに、上下に分割されている。基礎梁ＦＢ及びコンクリートスラブＣＳの各々には、固定部ＦＩが設けられており、これらの上下の固定部ＦＩ、ＦＩの間には、例えば積層ゴムタイプの免震装置ＳＩが設けられている。上基礎及び構造物Ｂの本体部分は、免震装置ＳＩを介して下基礎に支持されている。
【００２２】
振動抑制装置は、図１及び図２に示す回転慣性質量ダンパＭＤを備えており、例えば、免震構造用のものとして構造物Ｂに適用される。回転慣性質量ダンパＭＤは、シリンダ２と、シリンダ２内に軸線方向に摺動自在に設けられたピストン３と、ピストン３と一体のピストンロッド４と、シリンダ２に接続された連通路５を有している。
【００２３】
シリンダ２は、円筒状の周壁２ａと、周壁２ａの軸線方向の両端部にそれぞれ設けられた円板状の第１端壁２ｂ及び第２端壁２ｃを、一体に有している。これらの周壁２ａ、第１及び第２端壁２ｂ、２ｃで画成された空間は、ピストン３によって第１流体室２ｄと第２流体室２ｅに区画されている。第１及び第２流体室２ｄ、２ｅには、作動流体ＨＦが充填されており、作動流体ＨＦは、粘性を有する適当な流体、例えばシリコンオイルで構成されている。
【００２４】
また、シリンダ２の第１端壁２ｂには、軸線方向に外方に突出する凸部２ｆが同心状に一体に設けられており、凸部２ｆの第１端壁２ｂと反対側の端部には、例えば自在継手を介して、第１取付具ＦＬ１が設けられている。さらに、上記の第２端壁２ｃの中心には、ロッド案内孔２ｇが形成されている。ピストンロッド４は、シリンダ２内に軸線方向に延び、その軸線方向の一端部がピストン３に一体に連結されており、ロッド案内孔２ｇにシールを介して液密に挿入されている。また、ピストンロッド４は、第２端壁２ｃから外方に延びており、その他端部には、例えば自在継手を介して、第２取付具ＦＬ２が設けられている。なお、第１及び第２取付具ＦＬ１、ＦＬ２の自在継手に代えて、クレビス継手を用いてもよい。
【００２５】
また、ピストン３の外周面は、シールを介して、シリンダ２の周壁２ａの内周面に液密に接しており、ピストン３の径方向の外端部には、軸線方向に貫通する複数の第１連通孔３ａ及び第２連通孔３ｂ（それぞれ１つのみ図示）が形成されている。第１及び第２連通孔３ａ、３ｂの各々は、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅに連通しており、第１連通孔３ａには第１リリーフ弁１１が、第２連通孔３ｂには第２リリーフ弁１２が、それぞれ設けられている。
【００２６】
第１リリーフ弁１１は、いわゆる常閉弁として構成され、弁体と、これを閉弁方向に付勢するばねを有しており、第１流体室２ｄ内の作動流体ＨＦの圧力が所定の上限値よりも小さいときには、第１連通孔３ａを閉鎖し、上限値に達したときには、第１連通孔３ａを開放する。これにより、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅが第１連通孔３ａを介して互いに連通し、第１流体室２ｄ内の作動流体ＨＦの圧力が、第２流体室２ｅ側に逃がされることによって、上記の上限値以下に制限される。
【００２７】
同様に、第２リリーフ弁１２は、弁体と、これを閉弁方向に付勢するばねを有しており、第２流体室２ｅ内の作動流体ＨＦの圧力が上限値よりも小さいときには、第２連通孔３ｂを閉鎖し、上限値に達したときには、第２連通孔３ｂを開放する。これにより、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅが第２連通孔３ｂを介して互いに連通し、第２流体室２ｅ内の圧力が、第１流体室２ｄ側に逃がされることによって、上限値以下に制限される。なお、第１及び第２リリーフ弁１１、１２の上限値を互いに異なる値に設定してもよい。
【００２８】
また、ピストン３は、図２に示すシリンダ２内の所定の中立位置を初期位置としており、外力が一度も入力されていないときには、この中立位置に位置する。
【００２９】
前記連通路５は、例えば円形の断面を有する金属管で構成され、ピストン３が摺動可能なシリンダ２内の範囲の全体において、ピストン３をバイパスし、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅに連通するように、シリンダ２に接続されている。また、連通路５の横断面積（作動流体ＨＦが流れる方向に直交する面の面積）は、シリンダ２の横断面積（軸線方向に直交する面の面積）よりも小さな値に設定されており、連通路５内には、第１及び第２流体室２ｄ、２ｅと同様、作動流体ＨＦが充填されている。なお、図２では便宜上、連通路５内の作動流体ＨＦの符号の図示を省略している。
【００３０】
また、回転慣性質量ダンパＭＤは、連通路５内の作動流体ＨＦの流動を回転動力に変換する歯車モータＭと、回転マス１５と、歯車モータＭで変換された回転動力を減速した状態で回転マス１５に伝達する減速機構３１と、回転マス１５を回転自在に支持するための軸受け部３５をさらに有している。図３に示すように、歯車モータＭは、例えば外接歯車型のものであり、ケーシング２１と、ケーシング２１に収容された２つのギヤ２２、２３を有している。なお、歯車モータＭとして内接歯車型のものを用いてもよい。
【００３１】
ケーシング２１は、連通路５の中央部に一体に設けられており、互いに対向する２つの出入口２１ａ、２１ｂを介して、連通路５内に連通している。また、２つのギヤ２２、２３はそれぞれ、スパーギヤで構成され、第１及び第２回転軸２４、２５に一体に設けられるとともに、互いに噛み合っている。第１及び第２回転軸２４、２５はそれぞれ、連通路５に直交する方向に水平に延び、ケーシング２１に回転自在に支持されており、第１回転軸２４はケーシング２１の外部に突出している。また、２つのギヤ２２、２３の互いの噛合い部分は、ケーシング２１の出入口２１ａ、２１ｂに臨んでいる。さらに、ケーシング２１から突出した第１回転軸２４の部分には、上記の減速機構３１の後述する第１ギヤ３１ａが同軸状に一体に設けられている。
【００３２】
回転マス１５は、比重の比較的大きな材料、例えば鉄で構成され、図４に示すように、第１ギヤ３１ａよりも大きな径の円板状に形成されている。回転マス１５の径方向の中央には、孔（図示せず）が形成されており、この孔には、ねじが切られた回転軸３６が挿入されている。回転軸３６のねじ部分には、一対のナット３７、３７が螺合しており、回転マス１５は、これらのナット３７、３７で強固に挟み込まれることによって、回転軸３６と一体になっている。前記軸受け部３５は、コンクリートスラブＣＳに固定され、回転マス１５は、回転軸３６とともに軸受け部３５に回転自在に支持されるとともに、水平方向に延び、回転軸３６は上下方向に延びる。
【００３３】
減速機構３１は、前記第１ギヤ３１ａと、第１ギヤ３１ａに噛み合う第２ギヤ３１ｂを有しており、両ギヤ３１ａ、３１ｂは、スパーギヤで構成されている。また、第２ギヤ３１ｂは、第１ギヤ３１ａよりも大きな歯数を有しており、回転マス１５の外周面に一体に設けられている。
【００３４】
また、図１に示すように、回転慣性質量ダンパＭＤの前記第１及び第２取付具ＦＬ１、ＦＬ２は、第１連結部材ＥＮ１及び第２連結部材ＥＮ２にそれぞれ取り付けられる。これらの第１及び第２連結部材ＥＮ１、ＥＮ２は、剛性の高い材料、例えば鉄筋コンクリートブロックで構成されており、構造物ＢのコンクリートスラブＣＳ及び基礎梁ＦＢにそれぞれ取り付けられるとともに、コンクリートスラブＣＳから上方に、基礎梁ＦＢから下方に、それぞれ延びる。以上により、回転慣性質量ダンパＭＤのシリンダ２及びピストンロッド４（ピストン３）はそれぞれ、第１及び第２連結部材ＥＮ１、ＥＮ２を介して、コンクリートスラブＣＳ及び基礎梁ＦＢに連結され、回転慣性質量ダンパＭＤは、コンクリートスラブＣＳ及び基礎梁ＦＢの間に水平に延びる。
【００３５】
なお、第１及び第２取付具ＦＬ１、ＦＬ２の少なくとも一方を対応する第１及び第２連結部材ＥＮ１、ＥＮ２の少なくとも一方に、例えば、ゴムユニットや皿ばねなどの弾性体を介して連結し、それにより付加振動系を構成するようにしてもよい。
【００３６】
次に、回転慣性質量ダンパＭＤの動作について説明する。構造物Ｂが振動するのに伴い、コンクリートスラブＣＳ及び基礎梁ＦＢの間に水平方向の相対変位が発生すると、この相対変位が、第１及び第２連結部材ＥＮ１、ＥＮ２を介して、シリンダ２及びピストンロッド４に外力として伝達されることにより、シリンダ２とピストンロッド４が軸線方向に相対的に移動し、ピストン３がシリンダ２内を摺動する。
【００３７】
この場合、ピストン３が第１流体室２ｄ側（図２の右方）に摺動したときには、第１流体室２ｄ内の作動流体ＨＦの一部が、ピストン３で連通路５に押し出されることによって、連通路５内に第２流体室２ｅ側（左方）への作動流体ＨＦの流動が生じる。これとは逆に、ピストン３が第２流体室２ｅ側（左方）に摺動したときには、第２流体室２ｅ内の作動流体ＨＦの一部が、ピストン３で連通路５に押し出されることによって、連通路５内に第１流体室２ｄ側（右方）への作動流体ＨＦの流動が生じる。
【００３８】
この作動流体ＨＦの流動は、歯車モータＭにより回転運動に変換され、その２つのギヤ２２、２３が回転する。ギヤ２２と一体の第１回転軸２４の回転は、減速機構３１の第１及び第２ギヤ３１ａ、３１ｂを介して、減速された状態で回転マス１５に伝達され、それにより回転マス１５が回転する結果、回転マス１５の回転慣性質量による反力が発生する。
【００３９】
以上のように、第１実施形態によれば、回転マス１５が、コンクリートスラブＣＳに固定される軸受け部３５に、回転自在に支持されるので、回転マス１５の実質量による力は、歯車モータＭに作用しない。また、歯車モータＭで変換された回転体の回転動力は、回転マス１５に直接、伝達されるのではなく、減速機構３１で減速された状態で、すなわち、そのトルクを増大した状態で、回転マス１５に伝達される。以上により、第１回転軸２４を含む歯車モータＭを大型化することなく、回転マス１５の実質量を比較的大きな値に設定することが可能になる。
【００４０】
また、歯車モータＭが連通するシリンダ２が連結されるコンクリートスラブＣＳに、回転マス１５を支持する軸受け部３５が固定されるので、構造物Ｂの振動に伴ってコンクリートスラブＣＳが基礎梁ＦＢに対して変位したときに、軸受け部３５及び回転マス１５を、シリンダ２及び歯車モータＭと一緒に変位させることができる。したがって、このコンクリートスラブＣＳの変位により歯車モータＭから回転マス１５への回転動力の伝達が阻害されるのを防止することができる。
【００４１】
なお、上記の効果を確実に得るために、コンクリートスラブＣＳに歯車モータＭを固定する固定部材を設けてもよい。
【００４２】
次に、図５を参照しながら、本発明の第２実施形態による振動抑制装置について説明する。この振動抑制装置は、第１実施形態と比較して、回転慣性質量ダンパＭＤの構成は同じであって、制振構造用のものとして構造物に適用される点が異なり、この相違から、構造物への回転慣性質量ダンパＭＤの連結の仕方及び回転マス１５の支持の仕方が異なっている。図５において、第１実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。なお、構造物Ｂは、第１実施形態の場合と異なり、免震構造ではなく、制振構造を有しているが、第１実施形態の場合と同じ符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
図５に示すように、構造物Ｂは、複数の柱ＰＩ、ＰＩと複数の梁ＢＵ、ＢＤを井桁状に組み合わせたラーメン構造を有しており、これらの柱ＰＩ、ＰＩ及び梁ＢＵ、ＢＤはいずれも、Ｈ型鋼などの鋼材で構成されている。一方の柱ＰＩと上梁ＢＵとの接合部には上ガセットプレートＧＵが、他方の柱ＰＩと下梁ＢＤとの接合部には下ガセットプレートＧＤが、それぞれ取り付けられる。
【００４４】
回転慣性質量ダンパＭＤは、水平方向に隣り合う一対の柱ＰＩ、ＰＩと、上下方向に隣り合う上下の梁ＢＵ、ＢＤとにより囲まれた空間内に、ブレース状に斜めに配置され、そのシリンダ２が、連結部材ＥＮ及び上ガセットプレートＧＵを介して上梁ＢＵに連結されるとともに、ピストンロッド４（ピストン３）が、下ガセットプレートＧＤを介して下梁ＢＤに連結される。
【００４５】
連結部材ＥＮは、剛性の高い材料、例えばＨ型鋼で構成されており、ブレース状に斜めに延びる斜材ＤＰと、上下方向に延びる上下材ＶＰを一体に有している。斜材ＤＰの一端部は上ガセットプレートＧＵに取り付けられ、斜材ＤＰの他端部には、回転慣性質量ダンパＭＤの第１連結具ＦＬ１が取り付けられる。上下材ＶＰは、斜材ＤＰの他端部から上方に延び、その上端部が上梁ＢＵの中央部に取り付けられる。また、回転慣性質量ダンパＭＤの第２取付具ＦＬ２は、下ガセットプレートＧＤに取り付けられる。
【００４６】
さらに、斜材ＤＰの他端部には、支軸４１が一体に設けられており、支軸４１は、上下の梁ＢＵ、ＢＤと直交する方向に水平に延びる。回転マス１５の径方向の中央には、軸線方向に貫通する挿入孔（図示せず）が形成されており、この挿入孔には、軸受け（図示せず）を介して支軸４１が挿入される。また、支軸４１には、ねじが切られており、回転マス１５は、このねじに螺合する一対のナット（図示せず）の間に強固に挟みこまれることによって、支軸４１に対する抜けが防止される。以上により、回転マス１５及びこれと一体の減速機構３１の第２ギヤ３１ｂは、上梁ＢＵに連結部材ＥＮなどを介して固定される支軸４１に、回転自在に支持される。
【００４７】
なお、第１及び第２取付具ＦＬ１、ＦＬ２の少なくとも一方を対応する連結部材ＥＮ及び下ガセットプレートＧＤの少なくとも一方に、例えば、ゴムユニットや皿ばねなどの弾性体を介して連結し、それにより付加振動系を構成するようにしてもよい。また、上述した上下の梁ＢＵ、ＢＤへの回転慣性質量ダンパＭＤの連結手法は、あくまで一例であり、上下の梁ＢＵ、ＢＤに回転慣性質量ダンパＭＤを、Ｋ型ブレース状に連結したり、間柱状に連結したりしてもよい。
【００４８】
次に、回転慣性質量ダンパＭＤの動作について説明する。構造物Ｂが振動するのに伴い、上下の梁ＢＵ、ＢＤの間に水平方向の相対変位が発生すると、この相対変位が、連結部材ＥＮや上下のガセットプレートＧＵ、ＧＤを介して、シリンダ２及びピストンロッド４に外力として伝達されることにより、シリンダ２とピストンロッド４が軸線方向に相対的に移動し、ピストン３がシリンダ２内を摺動する。それに伴い、第１実施形態の場合と同様に、第１又は第２流体室２ｄ、２ｅ内の作動流体ＨＦが、ピストン３により連通路５に押し出されるとともに、それにより発生した連通路５内の作動流体ＨＦの流動が、歯車モータＭにより回転動力に変換される。変換された回転動力は、減速機構３１の第１及び第２ギヤ３１ａ、３１ｂを介して、減速された状態で回転マス１５に伝達され、それにより回転マス１５が回転する結果、回転マス１５の回転慣性質量による反力が発生する。
【００４９】
以上のように、第２実施形態によれば、回転マス１５が、上梁ＢＵに固定される支軸４１に、回転自在に支持されるので、回転マス１５の実質量による力は、歯車モータＭに作用しない。また、第１実施形態の場合と同様、歯車モータＭで変換された回転体の回転動力は、そのトルクを減速機構３１で増大した状態で、回転マス１５に伝達される。以上により、歯車モータＭを大型化することなく、回転マス１５の実質量を比較的大きな値に設定することが可能になる。
【００５０】
また、歯車モータＭが連通するシリンダ２が連結される上梁ＢＵに、回転マス１５を支持する支軸４１が固定されるので、構造物Ｂの振動に伴って上梁ＢＵが下梁ＢＤに対して変位したときに、支軸４１及び回転マス１５を、シリンダ２及び歯車モータＭと一緒に変位させることができる。したがって、この上梁ＢＵの変位により歯車モータＭから回転マス１５への回転動力の伝達が阻害されるのを防止することができる。
【００５１】
なお、上記の効果を確実に得るために、連結部材ＥＮや上梁ＢＵに歯車モータＭを固定する固定部材を設けてもよい。
【００５２】
次に、図６〜図８を参照しながら、本発明の第３実施形態による振動抑制装置について説明する。この振動抑制装置は、構造物に制振構造用のものとして適用され、第２実施形態と比較して、風力を利用して構造物Ｂの風揺れを能動的に抑制するように構成されている点が、主に異なっている。図６及び図７において、第１及び第２実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下、第１及び第２実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５３】
図６及び図７に示すように、振動抑制装置の回転マス４５は、厚さが比較的大きいドーナツ板状に形成されており、その外周面には、第１実施形態の場合と同様、減速機構３１の第２ギヤ３１ｂが形成されている。第１実施形態で説明したように、第２ギヤ３１ｂは、第１ギヤ３１ａに噛み合っており、第１ギヤ３１ａは、歯車モータＭの第１回転軸２４に一体に設けられている。
【００５４】
また、振動抑制装置は、図６〜図８に示す風車５１、発電電動機６１、制御装置６２及びバッテリ６３をさらに備えている。風車５１は、支柱５２や、支軸５３、羽根車５４などで構成されており、基礎に立設された構造物Ｂの屋上階の屋外に設けられる。支柱５２は、構造物Ｂの屋上階のコンクリートスラブＣＲにアンカーボルト（図示せず）などを用いて立設され、支柱５２の上端部には、支軸５３が固定されるとともに、水平に延びる。コンクリートスラブＣＲは、構造物Ｂの屋上階の梁（以下「屋上梁」という）ＢＲの上面に固定されている。以上のように、支軸５３は、支柱５２及びコンクリートスラブＣＲを介して、屋上梁ＢＲに固定される。
【００５５】
羽根車５４は、環状のハブと、ハブから放射状に延びる複数の羽根を一体に有しており、各羽根の端部が、回転マス４５の内周面に取り付けられている。ハブには、支軸５３が軸受け（図示せず）を介して挿入されており、支軸５３には、ハブの抜けを防止する抜け止め部材（図示せず）が設けられている。以上により、羽根車５４及び回転マス４５は、屋上梁ＢＲに支柱５２などを介して固定される支軸５３に、回転自在に支持されており、構造物Ｂの周囲を吹く風の風力により回転する。
【００５６】
また、前記発電電動機６１は、例えばＤＣモータで構成され、そのステータ（図示せず）が制御装置６２を介してバッテリ６３に電気的に接続されており（図８参照）、バッテリ６３との間で電力を授受可能である。制御装置６２及びバッテリ６３は、例えば構造物Ｂの屋上階に設けられる。また、発電電動機６１のロータ６１ａは、歯車モータＭの第１回転軸２４に一体に回転するように連結されている。制御装置６２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータや、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの組み合わせで構成されており、発電電動機６１とバッテリ６３の間で授受される電力を制御する。
【００５７】
回転慣性質量ダンパＭＤの第１及び第２取付具ＦＬ１、ＦＬ２は、第１連結部材ＥＮ１’及び第２連結部材ＥＮ２’にそれぞれ取り付けられる。これらの第１及び第２連結部材ＥＮ１’、ＥＮ２’は、剛性の高い材料、例えばＨ型鋼で構成されている。第１連結部材ＥＮ１’は、構造物Ｂの屋上梁ＢＲに取り付けられ、屋上梁ＢＲから下方に延び、第２連結部材ＥＮ２’は、屋上梁ＢＲよりも下側の最上階の梁（以下「最上梁」という）ＢＴに、コンクリートスラブＣＴを介して取り付けられ、コンクリートスラブＣＴから上方に延びる。以上により、回転慣性質量ダンパＭＤのシリンダ２及びピストンロッド４はそれぞれ、第１及び第２連結部材ＥＮ１’、ＥＮ２’を介して、屋上梁ＢＲ及び最上梁ＢＴに連結され、回転慣性質量ダンパＭＤは、前者ＢＲと後者ＢＴの間に、両者ＢＲ、ＢＴの長さ方向に水平に延びる。
【００５８】
なお、第１及び第２取付具ＦＬ１、ＦＬ２の少なくとも一方を対応する第１及び第２連結部材ＥＮ１’、ＥＮ２’の少なくとも一方に、例えば、ゴムユニットや皿ばねなどの弾性体を介して連結し、それにより付加振動系を構成するようにしてもよい。その場合には、回転マス４５と一体の羽根車５４が回転しやすくなるので、発電電動機６１による後述する風力エネルギを用いた発電効率を高めることができる。
【００５９】
次に、以上の構成の振動抑制装置の動作について説明する。なお、以下の説明では便宜上、図６の左側及び右側をそれぞれ「左」及び「右」として説明する。また、図６において、中抜きの矢印は風の向きを示しており、連通路５の付近に描かれた矢印は、連通路５内の作動流体ＨＦの流動方向を示している。風による風力で風車５１の羽根車５４が回転マス４５と一体に回転し、回転マス４５の回転は、減速機構３１の第２ギヤ３１ｂ及び第１ギヤ３１ａを介して歯車モータＭの第１回転軸２４に伝達され、伝達された回転動力が連通路５内の作動流体ＨＦの流動に変換される。
【００６０】
この場合、図６に示すように、風が左方に吹いたときには、風による風力は、構造物Ｂを左方に揺動させるように、すなわち屋上梁ＢＲを最上梁ＢＴに対して左方に変位させるように作用するのに対し、上述した羽根車５４の回転により連通路５内には、第２流体室２ｅ側から第１流体室２ｄ側への作動流体ＨＦの流動が生じる。これにより、作動流体ＨＦの圧力が第１流体室２ｄを拡大させるように作用することによって、回転慣性質量ダンパＭＤから屋上梁ＢＲ及び最上梁ＢＴに、前者ＢＲを後者ＢＴに対して右方に変位させるような制御力が作用する。
【００６１】
これとは逆に、風が右方に吹いたときには、風による風力は、構造物Ｂを右方に揺動させるように、すなわち屋上梁ＢＲを最上梁ＢＴに対して右方に変位させるように作用するのに対し、上述した羽根車５４の回転により連通路５内には、第１流体室２ｄ側から第２流体室２ｅ側への作動流体ＨＦの流動が生じる。これにより、作動流体ＨＦの圧力が第２流体室２ｅを拡大させるように作用することによって、回転慣性質量ダンパＭＤから屋上梁ＢＲ及び最上梁ＢＴに、前者ＢＲを後者ＢＴに対して左方に変位させるような制御力が作用する。
【００６２】
また、構造物Ｂが地震などにより振動するのに伴い、屋上梁ＢＲと最上梁ＢＴの間に水平方向の相対変位が発生すると、この相対変位が、第１及び第２連結部材ＥＮ１’ＥＮ２’を介して、シリンダ２及びピストンロッド４に外力として伝達されることにより、シリンダ２とピストンロッド４が軸線方向に相対的に移動し、ピストン３がシリンダ２内を摺動する。それに伴い、第１実施形態の場合と同様に、第１又は第２流体室２ｄ、２ｅ内の作動流体ＨＦが、ピストン３により連通路５に押し出されるとともに、それにより発生した連通路５内の作動流体ＨＦの流動が、歯車モータＭにより回転動力に変換される。変換された回転動力は、減速機構３１の第１及び第２ギヤ３１ａ、３１ｂを介して、減速された状態で回転マス４５に伝達され、それにより回転マス４５が回転する結果、回転マス４５の回転慣性質量による反力が発生する。
【００６３】
以上のように、第３実施形態によれば、回転マス４５が、屋上梁ＢＲに固定される支軸５３に、回転自在に支持されるので、回転マス４５の実質量による力は、歯車モータＭに作用しない。また、第１実施形態の場合と同様、歯車モータＭで変換された回転体の回転動力は、回転マス４５に直接、伝達されるのではなく、そのトルクを減速機構３１で増大した状態で、回転マス４５に伝達される。以上により、歯車モータＭを大型化することなく、回転マス４５の実質量を比較的大きな値に設定することが可能になる。
【００６４】
また、歯車モータＭが連通するシリンダ２が連結される屋上梁ＢＲに、回転マス４５を支持する支軸５３が固定されるので、構造物Ｂの振動に伴って屋上梁ＢＲが最上梁ＢＴに対して変位したときに、支軸５３及び回転マス４５を、シリンダ２及び歯車モータＭと一緒に変位させることができる。したがって、この屋上梁ＢＲの変位により歯車モータＭから回転マス４５への回転動力の伝達が阻害されるのを防止することができる。
【００６５】
なお、上記の効果を確実に得るために、支柱５２や支軸５３、コンクリートスラブＣＲに歯車モータＭを固定する固定部材を設けてもよい。
【００６６】
さらに、風力による羽根車５４の回転により第１回転軸２４が回転することで連通路５内を作動流体ＨＦが流動するのに伴い、作動流体ＨＦの押圧力がシリンダ２及びピストン３に対し、風力により構造物Ｂが振動するのに伴って発生した屋上梁ＢＲと最上梁ＢＴの間の相対変位を抑制する方向に作用するので、風力を利用して構造物Ｂの風揺れを能動的に抑制することができる。
【００６７】
この場合、風力により羽根車５４及び回転マス４５が一体に回転し、回転マス４５の回転動力は、減速機構３１の機能から明らかなように、減速機構３１を介して増速した状態で第１回転軸２４に伝達される。これにより、風力による羽根車５４の回転により連通路５内を流動する作動流体ＨＦの流量を増大できることによって、シリンダ２及びピストン３の移動量を増大することができ、ひいては、上述した構造物Ｂの風揺れを能動的に抑制できるという効果を、効果的に得ることができる。
【００６８】
また、構造物Ｂの振動時には、連通路５内の作動流体ＨＦの流動が第１回転軸２４の回転運動に変換されるのに伴い、回転マス４５に加え、羽根車５４が第１回転軸２４と連動して回転するので、羽根車５４の回転慣性質量による反力をさらに発生させることができる。
【００６９】
さらに、発電電動機６１のロータ６１ａが、第１回転軸２４、減速機構３１及び回転マス４５を介して羽根車５４に連結されているため、風力エネルギを用いて発電することができる。この場合、風力による羽根車５４の回転動力を、減速機構３１を介して増速した状態でロータ６１ａに伝達できるので、それにより発電電動機６１の回転数が高められることによって、その発電効率を高めることができる。また、発電電動機６１に入力された電力をロータ６１ａの回転動力に変換するとともに、変換した回転動力を第１回転軸２４に伝達し、さらに作動流体ＨＦ、シリンダ２及びピストン３を介して、屋上梁ＢＲ及び最上梁ＢＴに制御力として作用させることができるので、構造物Ｂの振動を能動的に抑制することが可能になる。
【００７０】
さらに、バッテリ６３が発電電動機６１との間で電力を授受可能に構成されているので、発電電動機６１により風力から変換された電力を、バッテリ６３に充電した後、充電した電力を発電電動機６１で回転動力に変換し、上述したように屋上梁ＢＲ及び最上梁ＢＴに制御力として作用させることができる。
【００７１】
この場合、前記制御装置６２による発電電動機６１とバッテリ６３の間の電力の授受（回生／力行）の制御は、例えば、構造物Ｂの周囲を吹く風の風力や、バッテリ６３の充電状態（ＳＯＣ）、地震動の大きさに応じて実行される。これらの風力、充電状態及び地震動の大きさは、センサなどを用いて検出又は算出（推定）される。なお、風力による羽根車５４の回転動力を歯車モータＭで作動流体ＨＦの流動に変換することで構造物Ｂの風揺れを抑制する場合、発電電動機６１のトルクを非常に小さく（例えば値０）なるように制御することによって、発電電動機６１が歯車モータＭに対して負荷となるのが防止される。あるいは、ロータ６１ａと第１回転軸２４の間にクラッチを設け、上記のように構造物Ｂの風揺れを抑制する場合に、両者６１ａ、２４の間をクラッチで遮断してもよい。
【００７２】
なお、本発明は、説明した第１〜第３実施形態（以下、総称する場合「実施形態」という）に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、ピストンロッド４を、ピストン３の片側に延びるように設けているが、ピストンの両側に延びるように設けてもよい。あるいは、ピストンロッド４に代えて、ケーブルなどの可撓性を有する部材を、ピストンからシリンダの外方に延びるように設けてもよい。
【００７３】
また、実施形態では、連通路５を金属管で構成しているが、他の適当な部材、例えば、ゴムチューブなどの可撓性を有する部材で構成してもよく、あるいは、ブロック状の部材に形成された通路で構成してもよい。このように、連通路を、可撓性を有する部材で構成した場合には、流動変換機構（歯車モータＭ）を、シリンダや、本発明における支持部（軸受け部３５、支軸４１、５３）が連結される所定部位に固定するのが好ましい。また、このように連通路を、可撓性を有する部材で構成するとともに流動変換機構を所定部位に固定する場合、所定部位として、構造物を含む系内の第１部位以外の適当な部位、例えば第２部位を用いてもよい。
【００７４】
さらに、実施形態では、本発明における流動変換機構として、歯車モータＭを用いているが、他の適当な流動変換機構、例えば、ベーンモータやピストンモータなどを用いてもよい。また、実施形態では、回転マス１５、４５の外周面に、減速機構の第２ギヤ３１ｂを形成しているが、第２ギヤを、回転マスと別個に構成するとともに、回転マスに一体に回転するように連結してもよい。さらに、実施形態では、本発明における減速機構として、第１及び第２ギヤ３１ａ、３１ｂを有する減速機構３１を用いているが、他の適当な減速機構、例えば、遊星歯車式の減速機構や、スプロケット及びチェーンを有する減速機構、プーリ及びベルトを有する減速機構などを用いてもよい。
【００７５】
また、第３実施形態では、羽根車５４を、回転マス４５に一体に設けているが、回転マス４５と別個に設けるとともに、第１回転軸２４や第１歯車３１ａに、一体に回転するように連結してもよく、あるいは、ギヤなどを介して連結してもよい。さらに、第３実施形態では、羽根車５４を構造物Ｂの屋上階に設けているが、構造物の外側の他の適当な部位、例えば、屋上階以外の階のベランダ部分や外壁部分などに設けてもよい。
【００７６】
また、第３実施形態では、発電電動機６１のロータ６１ａを、第１回転軸２４に一体に回転するように連結しているが、羽根車に一体に回転するように連結してもよく、あるいは、ギヤなどを介して羽根車に連結してもよい。この場合、例えば、第２ギヤ３１ｂに噛み合うギヤをロータに一体に設け、それにより、ロータを、このギヤ、第２ギヤ３１ｂ及び回転マス４５を介して、羽根車５４に連結してもよい。その場合には、発電電動機は、コンクリートスラブＣＲに取り付けられる。
【００７７】
さらに、第３実施形態では、本発明における発電電動機として、ＤＣモータである発電電動機６１を用いているが、他の適当な発電電動機、例えばＡＣモータなどを用いてもよい。また、第３実施形態では、本発明における蓄電装置として、バッテリ６３を用いているが、他の適当な蓄電装置、例えばキャパシタなどを用いてもよい。また、蓄電装置（バッテリ６３）を省略してもよく、あるいは、発電電動機及び蓄電装置の両方を省略してもよい。このように、発電電動機を省略せずに蓄電装置を省略する場合には、発電電動機で発電した電力を、例えば構造物の電気機器に供給してもよい。
【００７８】
さらに、本発明におけるシリンダ及びピストンがそれぞれ連結される第１及び第２部位に関し、実施形態で説明した部位に限らず、構造物を含む系内の他の適当な部位を採用してもよく、また、実施形態で説明したそれぞれの部位を互いに逆にして採用してもよい。すなわち、第１実施形態を例にあげて説明すると、第１実施形態では、コンクリートスラブＣＳ及び基礎梁ＦＢをそれぞれ、第１及び第２部位として採用しているが、これとは逆に、第２及び第１部位として採用してもよい。また、実施形態では、構造物Ｂは、居住用又は商用の高層建築物であるが、他の適当な構造物、例えば、橋梁や、鉄塔などでもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
Ｂ  構造物
ＣＳ  コンクリートスラブ（第１部位、所定部位）
ＦＢ  基礎梁（第２部位）
ＭＤ  回転慣性質量ダンパ
２  シリンダ
２ｄ  第１流体室
２ｅ  第２流体室
３  ピストン
５  連通路
ＨＦ  作動流体
１５  回転マス
Ｍ  歯車モータ（流動変換機構）
２４  第１回転軸（回転体）
３１  減速機構
３５  軸受け部（支持部）
ＢＵ  上梁（第１部位、所定部位）
ＢＤ  下梁（第２部位）
４１  支軸（支持部）
ＢＲ  屋上梁（第１部位、所定部位）
ＢＴ  最上梁（第２部位）
４５  回転マス
５３  支軸（支持部）
５４  羽根車
６１  発電電動機
６１ａ  ロータ
６３  バッテリ（蓄電装置）
【図１】
2018204720.tif 000003
【図２】
2018204720.tif 000004
【図３】
2018204720.tif 000005
【図４】
2018204720.tif 000006
【図５】
2018204720.tif 000007
【図６】
2018204720.tif 000008
【図７】
2018204720.tif 000009
【図８】
2018204720.tif 000010