(57)【要約】      （修正有）【課題】小さな振動を抑制するとともに、大きな振動に対しても破壊されることなく制振することが可能な制振装置を提供する。【解決手段】質量体３１を有し、当該質量体３１が設けられた構造物１の固有振動周波数に同調させて設定され、前記構造物１に入力された振動を制振する制振ユニット３０と、前記制振ユニット３０と並列に設けられ前記質量体３１の移動を規制する規制部材２１とを有する規制ユニット２０と、を有し、前記振動により、前記構造物１に対する前記質量体３１の相対移動量が所定量より大きくなったときに、前記質量体３１の相対移動が前記規制ユニット２０により規制されるとともに前記制振ユニット３０と前記規制ユニット２０とが共動し、同調される振動周波数が変更される。【選択図】図１
2011220511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量体を有し、当該質量体が設けられた構造物の固有振動周波数に同調させて設定され、前記構造物に入力された振動を制振する制振ユニットと、
前記制振ユニットと並列に設けられ前記質量体の移動を規制する規制部材とを有する規制ユニットと、
を有し、
前記振動により、前記構造物に対する前記質量体の相対移動量が所定量より大きくなったときに、前記質量体の相対移動が前記規制ユニットにより規制されるとともに前記制振ユニットと前記規制ユニットとが共動し、同調される振動周波数が変更されることを特徴とする制振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制振装置であって、
前記質量体及び前記規制部材は、前記構造物上に弾性支承体により支持されていることを特徴とする制振装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の制振装置であって、
前記質量体は、前記規制ユニットの外側に設けられており、
水平方向において前記質量体と所定の間隔を隔てて両側に配置されていることを特徴とする制振装置。
【請求項４】
請求項３に記載の制振装置であって、
前記質量体と前記規制部材との前記所定の間隔は、前記質量体が支承された前記弾性支承体が破壊される破壊限界に至る相対移動量より小さいことを特徴とする制振装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の制振装置であって、
前記質量体と前記規制部材との間には緩衝材が設けられていることを特徴とする制振装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の制振装置であって、
前記質量体及び前記規制部材と前記構造物との間には、水平方向の減衰装置が設けられていることを特徴とする制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量体を備えて構造物の振動を抑制する制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、質量体を備えて構造物の振動を抑制する制振装置としては、例えば、高層構造物の屋上階部分が積層ゴム鋼板構造の可動支持部と減衰ダンパーとで構成された免震装置にて支持された制振建物が知られている（特許文献１参照）。このような制振建物は、屋上階部分の質量を調整することにより、屋上階部分は建物の１次固有振動周期に近い固有周期の振子となり、地震時に建物に生ずる振動は屋上階部分の共振により軽減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２８５２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、建物に入力される振動は、地震のような振幅の大きな振動ばかりでなく、例えば風などにより小さく振動する場合もある。このため、例えば、風などの小さな振動にて最適な制振効果が発揮されるように、屋上階部分の質量を調整した建物に大きな地震等による振動が入力されると、共振により更に大きく振動して免震装置が損傷を受ける虞があるという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、小さな振動を抑制するとともに、大きな振動に対しても破壊されることなく制振することが可能な制振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】
かかる目的を達成するために本発明の制振装置は、質量体を有し、当該質量体が設けられた構造物の固有振動周波数に同調させて設定され、前記構造物に入力された振動を制振する制振ユニットと、前記制振ユニットと並列に設けられ前記質量体の移動を規制する規制部材とを有する規制ユニットと、を有し、前記振動により、前記構造物に対する前記質量体の相対移動量が所定量より大きくなったときに、前記質量体の相対移動が前記規制ユニットにより規制されるとともに前記制振ユニットと前記規制ユニットとが共動し、同調される振動周波数が変更されることを特徴とする制振装置である。
【０００７】
このような制振装置によれば、制振ユニットは構造物の固有振動周波数に同調させて設定されているので、構造物に入力される振動を効果的に低減することが可能である。また入力された振動による構造物に対する質量体の相対移動量が所定量より大きくなったときには、制振ユニットと並列に設けられ規制部材を有する規制ユニットにより質量体の相対移動が規制される。このため、質量体の相対移動量が抑えられ、質量体の相対移動量が過剰になりすぎて制振ユニットが破損すること防止することが可能である。
【０００８】
また、構造物に対する質量体の相対移動量が所定量より大きくなったときには、規制ユニットと制振ユニットとが共動して、質量体が同調される周波数が変更される。すなわち、構造物に対する質量体の相対移動量が所定量より大きくなると、制振ユニット及び規制ユニットが同調する周波数が構造物の固有振動周波数から外れる。このため、構造物の相対変位量を小さく抑えることが可能である。
【０００９】
かかる制振装置であって、前記質量体及び前記規制部材は、前記構造物上に弾性支承体により支持されていることが望ましい。  
このような制振装置によれば、入力された振動による構造物に対する質量体の相対移動量が所定量より大きくなったとしても、制振ユニットと並列に設けられ規制部材を有する規制ユニットにより質量体の相対移動が規制されるので、質量体を支持している弾性支承体が破損することを防止することが可能である。また、構造物に対する質量体の相対移動量が所定量より大きくなり、規制ユニットと制振ユニットとが共動する際には、質量体を支持している弾性支承体と規制部材を支持している弾性支承体の弾性係数が質量体にも作用するので、規制ユニットと制振ユニットとが共動することにより同調される周波数を変更することが可能である。
【００１０】
かかる制振装置であって、前記質量体は、前記規制ユニットの外側に設けられており、水平方向において前記質量体と所定の間隔を隔てて両側に配置されていることが望ましい。  
このような制振装置によれば、規制ユニットの外側に設けられた質量体が、水平方向において規制部材と間隔を隔てて両側に配置されているので、規制部材と質量体との間隔分だけは、質量体が相対移動して制振ユニットの制振効果を得ることが可能である。このため、制振ユニットが規制部材と接触するまでは、構造物を効果的に制振することが可能である。そして、制振ユニットが規制部材と接触した後には、質量体と規制部材とがほぼ一体となり共動して相対移動するので、同調する周波数が、構造物の固有振動周波数とは異なる周波数に変更される。このため、制振ユニットが規制部材と接触した後には、質量体の相対移動量を抑えることが可能である。
【００１１】
かかる制振装置であって、前記質量体と前記規制部材との前記所定の間隔は、前記質量体が支承された前記弾性支承体が破壊される破壊限界に至る相対移動量より小さいことが望ましい。  
このような制振装置によれば、質量体と構造物とが相対移動して質量体を支持する弾性支承体が破壊される破壊限界に至る前に、質量体と規制部材とを接触させて共動し始めるので、弾性支承体が破壊されることを防止することが可能である。
【００１２】
かかる制振装置であって、前記質量体と前記規制部材との間には緩衝材が設けられていることが望ましい。  
このような制振装置によれば、質量体と規制部材との間に緩衝材が設けられているので、振動が入力されて質量体が大きく相対移動し規制部材と接触する場合であっても、接触による衝撃を抑えることが可能である。
【００１３】
かかる制振装置であって、前記質量体及び前記規制部材と前記構造物との間には、水平方向の減衰装置が設けられていることが望ましい。  
このような制振装置によれば、入力された振動が小さい場合には、質量体と構造物との間に設けられた減衰装置を効果的に作用させて振動抑えることが可能である。また、入力された振動が大きい場合には、質量体及び規制部材と構造物との間に設けられた２つの減衰装置を作用させて振動を抑えることが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小さな振動を抑制するとともに、大きな振動に対しても破壊されることなく制振することが可能な制振装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る制振装置の構成を示す正面図である。
【図２】本実施形態に係る制振装置の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本実施形態の制振装置の一例について図を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る制振装置の構成を示す正面図である。  
本発明の制振装置１０は、構造物としての例えば高層の建物１の屋上部分に設けられている。  
制振装置１０は、規制ユニット２０と、規制ユニットと並列に配置された制振ユニット３０とを有している。
【００１８】
規制ユニット２０は、高い剛性を有する板状の規制部材としての規制板２１と、規制板２１と建物１との間に介在され規制板２１を支持する弾性支承体としての第１積層ゴム支承２２と、規制板２１と建物１との間に介在された水平方向の減衰装置としての第１ダンパー２３とを有している。
【００１９】
規制板２１は、例えば平面視にて正方形状をなす鋼板であり、後述する制振ユニット３０が有する質量体３１の質量に対して十分に小さな質量に形成されている。また、規制板２１の４つの外周面２１ａには各々、ゴム等の緩衝材２１ｂが設けられている。
【００２０】
第１積層ゴム支承２２は、円柱状をなす２つの積層ゴム２２ａが鋼板２２ｂを介して上下方向に連結されて構成され、４個の第１積層ゴム支承２２にて規制板２１が支持されている。各第１積層ゴム支承２２は、上端が規制板２１の下面における四隅にそれぞれ固定され、下端が屋上面１ａに固定されて、規制板２１を屋上面１ａの上方に、屋上面１ａと間隔を隔てて支持している。第１積層ゴム支承２２は、相対移動した規制板２１を復元させる復元部材としても機能している。
【００２１】
第１ダンパー２３は、水平面内にて直交する２方向に沿って２つ配置されており、規制板２１が建物１に対して相対移動した際に作用して振動を減衰させる機能を有している。図１においては、２つの第１ダンパー２３のうちの一方を省略して示している。
【００２２】
制振ユニット３０は、規制板２１を覆うように規制板２１の上方に配置された質量体３１と、質量体３１と建物１との間に介在され質量体３１を支持する弾性支承体としての第２積層ゴム支承３２と、質量体３１と建物１との間に介在された水平方向の減衰装置としての第２ダンパー３３とを有している。
【００２３】
質量体３１は、例えば、上面が規制板２１より大きな矩形状をなした直方体状のコンクリートブロックにて形成されている。質量体３１の下面には、中央に形成され上方に窪む凹部３１ａが形成されている。凹部３１ａは、規制板２１より大きな正方形状をなし、規制板２１が質量体３１と上下方向に間隔を隔てて収容可能な深さを有している。そして、質量体３１の凹部３１ａ内にて、凹部３１ａが有する面と間隔を隔てるとともに、互いに対向させて規制ユニット２０の規制板２１が配置されている。
【００２４】
第２積層ゴム支承３２は、円柱状をなす２つの積層ゴム３２ａが鋼板３２ｂを介して上下方向に連結されて構成され、４個の第２積層ゴム支承３２にて質量体３１が支持されている。第２積層ゴム支承３２は、上端が第２質量体３１の下面における四隅にて固定され、下端が屋上面１ａに固定されて、第２質量体３１を屋上面１ａの上方に、屋上面１ａと間隔を隔てて支持している。第２積層ゴム支承３２は、相対移動した第２質量体３１を復元させる復元部材としても機能している。
【００２５】
第２ダンパー３３も、第１ダンパー２３と同様に、水平面内にて直交する２方向に沿って２つ配置されており、質量体３１が建物１に対して相対移動した際に作用して振動を減衰させる機能を有している。図１においては、２つの第２ダンパー３３のうちの一方を省略して示している。ここで、第１ダンパー２３及び第２ダンパー３３としては、例えば、オイルダンパー、粘性体ダンパー、粘弾性ダンパー、摩擦ダンパー、鋼材履歴ダンパーなどが挙げられる。
【００２６】
制振ユニット３０は、建物１の固有振動周波数の第１振動モードに同調するように質量体３１の質量と第２積層ゴム支承３２のばね定数が設定されている。
【００２７】
図２は、本実施形態に係る制振装置の効果を説明するための図である。  
規制ユニット２０と制振ユニット３０とは、規制板２１と質量体３１とが接触してほぼ一体となって移動する際には、図２に示す、建物１の固有振動周波数である第１振動モードと第２振動モードとの間の領域（図２におけるＡの領域）にて同調するように、同調する周波数が変更されるように構成されている。
【００２８】
本制振装置１０は、建物１に振動が入力されると、制振ユニット３０の質量体３１が建物１に対して相対移動し始める。このとき、制振ユニット３０は、建物１の固有振動周波数の第１振動モードに同調して質量体３１が振動するように設定されているので、質量体３１が建物１と同調して大きく相対移動する。  
このとき、入力された振動が、例えば風による振動であったり小地震であった場合には、質量体３１の相対移動に応じて第２ダンパー３３が作用して振動が減衰される。
【００２９】
入力された振動が大地震等であった場合には、質量体３１の相対移動量が大きくなる。そして、質量体３１が規制板２１と接触した後は、質量体３１と規制板２１とがほぼ一体となって相対移動し始める。このとき、建物１の固有振動周波数の第１振動モードに同調して相対移動していた質量体３１は第１積層ばね支承２２と第２積層ばね支承３２の作用を受けて、第１振動モードと第２振動モードとの間の領域（図２におけるＡの領域）にて振動し始めるので、相対移動量が小さく抑えられる。このとき、質量体３１が建物１に対して相対移動している際には、規制板２１及び質量体３１と建物１との間に介在された第１ダンパー２３及び第２ダンパー３３が作用して振動エネルギーが吸収され、振動が減衰される。
【００３０】
本実施形態の制振装置１０によれば、制振ユニット３０は建物１の固有振動周波数の第１振動モードに同調させて設定されているので、建物１に入力される振動を効果的に低減することが可能である。また入力された振動による建物１に対する質量体３１の相対移動量が所定量より大きくなったときには、制振ユニット３０と並列に設けられ規制板２１を有する規制ユニット２０により質量体３１の相対移動が規制される。このため、質量体３１の相対移動量が抑えられ、質量体３１の相対移動量が過剰になって制振ユニット３０が破壊されること防止することが可能である。
【００３１】
また、建物１に対する質量体３１の相対移動量が所定量より大きくなったときには、規制ユニット２０と制振ユニット３０とが共動して、質量体３１が同調される周波数が変更される。すなわち、建物１に対する質量体３１の相対移動量が所定量より大きくなると、規制ユニット２０及び制振ユニット３０が同調する周波数が建物１の固有振動周波数から外れる。このため、質量体３１の相対変位量を小さく抑えることが可能である
また、入力された振動による建物１に対する質量体３１の相対移動量が所定量より大きくなったとしても、制振ユニット３０と並列に設けられ規制板２１を有する規制ユニット２０により質量体３１の相対移動が規制されるので、質量体３１を支持している第２積層ゴム支承３２が破壊されることを防止することが可能である。また、建物１に対する質量体３１の相対移動量が所定量より大きくなり、規制ユニット２０と制振ユニット３０とが共動する際には、質量体３１を支持している第２積層ゴム支承３２と規制板２１を支持している第１積層ゴム支承２２の弾性係数が質量体３１に作用するので、規制ユニット２０と制振ユニット３０とが共動することにより同調される周波数を変更することが可能である。
【００３２】
また、規制ユニット２０の外側に設けられた質量体３１が、水平方向において規制板２１と間隔を隔てて両側に配置されているので、規制板２１と質量体３１との間隔分だけは、質量体３１が相対移動して制振ユニット３０の制振効果を得ることが可能である。このため、制振ユニット３０が規制板２１と接触するまでは、制振ユニット３０により建物１を効果的に制振することが可能である。そして、制振ユニット３０の質量体３１が規制板２１と接触した後には、質量体３１と規制板２１とがほぼ一体となり共動して相対移動するので、同調する周波数が、建物１の固有振動周波数の第１振動モードとは異なる周波数に変更される。このため、制振ユニット３０が規制板２１と接触した後には、質量体３１の相対移動量を抑えることが可能である。
【００３３】
また、質量体３１と建物１とが相対移動して質量体３１を支持する第２積層ゴム支承３２が破壊される破壊限界に至る前に、質量体３１と規制板２１とを接触させて共動し始めるので、第１積層ゴム支承３２が破壊されることを確実に防止することが可能である。
【００３４】
また、質量体３１と規制板２１との間に緩衝材２１ｂが設けられているので、振動が入力されて質量体３１が大きく相対移動し規制板２１と接触する場合であっても、接触による衝撃を抑えることが可能である。
【００３５】
また、入力された振動が小さい場合には、質量体３１と建物１との間に設けられた第２ダンパー３３を効果的に作用させて振動抑えることが可能である。また、入力された振動が大きい場合には、質量体３１及び規制板２１と建物１との間に設けられた第１ダンパー２３及び第２ダンパー３３を作用させて振動を抑えることが可能である。
【００３６】
上記実施形態においては、規制板２１を平面視にて正方形状とし、質量体３１に設けた凹部３１ａの形状も正方形状として説明したが、この限りではない。例えば、規制板が円盤状をなし、その直径より大きな円形の凹部が質量体の下面に設けられた形態であっても構わない。
【００３７】
上記実施形態においては、制振蔵置１０が建物１の屋上部分に設けられている例について説明したが、必ずしも屋上にある必要はない。
【００３８】
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３９】
１  建物、１ａ  屋上面、１０  制振装置、２０  規制ユニット、２１  規制板、
２１ａ  外周面、２１ｂ  緩衝材、２２  第１積層ゴム支承、２２ａ  積層ゴム、
２２ｂ  鋼板、２３  第１ダンパー、３０  制振ユニット、３１  質量体、
３１ａ  凹部、３２  第２積層ゴム支承、３２ａ  積層ゴム、３２ｂ  鋼板、
３３  第２ダンパー
【図１】
2011220511.tif 000003
【図２】
2011220511.tif 000004