(57)【要約】【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】第１質量体を有し、当該第１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第１制振ユニットと、前記第１制振ユニットと並列に設けられ第２質量体を有する第２制振ユニットと、を有し、前記振動による前記構造物に対する前記第１質量体の相対移動量が所定量より大きくなったときに、前記第１制振ユニットと前記第２ユニットとが共動し、同調される周波数が変更される。【選択図】図１
2011220510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１質量体を有し、当該第１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第１制振ユニットと、
前記第１制振ユニットと並列に設けられ第２質量体を有する第２制振ユニットと、
を有し、
前記振動による前記構造物に対する前記第１質量体の相対移動量が所定量より大きくなったときに、前記第１制振ユニットと前記第２ユニットとが共動し、同調される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、
前記第１質量体は、弾性支承体にて前記構造物上に支持されており、
前記弾性支承体と前記構造物との間には、いずれか一方に滑り板が、他方に滑り材が備えられており、
前記滑り板と前記滑り材との間に作用している静摩擦力は、
前記第１質量体と前記構造物とが相対移動して前記弾性支承体が破壊される破壊限界に至る相対移動を生じさせる力より小さい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、
前記第２質量体は、前記第１制振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第１質量体と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１乃至請求項３のいずれかに記載の制振装置であって、
前記第１質量体と前記第２質量体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、
前記第１質量体及び前記第２質量体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、第１質量体を有し、当該第１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第１制振ユニットと、前記第１制振ユニットと並列に設けられ第２質量体を有する第２制振ユニットと、を有し、前記振動による前記構造物に対する前記第１質量体の相対移動量が所定量より大きくなったときに、前記第１制振ユニットと前記第２ユニットとが共動し、同調される周波数が変更されることを特徴とする制振装置である。  
このような制振装置によれば、第１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第１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、第１制振ユニットと並列に設けられ第２質量体を有する第２制振ユニットと第１制振ユニットとが共動し、同調される周波数が変更される。すなわち、構造物に対する第１質量体の相対移動量が所定量より大きくなると、第１制振ユニット及び第２制振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、第１質量体の相対移動量を小さく抑えることが可能である。
【０００７】
かかる制振装置であって、前記第１質量体は、弾性支承体にて前記構造物上に支持されており、前記弾性支承体と前記構造物との間には、いずれか一方に滑り板が、他方に滑り材が備えられており、前記滑り板と前記滑り材との間に作用している静摩擦力は、前記第１質量体と前記構造物とが相対移動して前記弾性支承体が破壊される破壊限界に至る相対移動を生じさせる力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、滑り板と滑り材との間に作用している静摩擦力より大きな力が作用する振動が入力された際には、第１質量体が支持されている弾性支承体と、弾性支承体が支持されている構造物との間にて滑り材と滑り板とが滑動するので、弾性支承体が破壊限界に至るような過大な変形が生じることを防止することが可能である。また、滑り材と滑り板との間にて滑動した際に発生する摩擦によっても振動エネルギーが吸収されるのでより効果的に制振することが可能である。
【０００８】
かかる制振装置であって、前記第２質量体は、前記第１制振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第１質量体と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、第１制振ユニットの外側に設けられた第２質量体が、水平方向において第１質量体と間隔を隔てて両側に配置されているので、第１質量体と第２質量体との間隔分だけは、弾性支承体が変形して、また、第１質量体と弾性支承体とが滑動して、第１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、第１制振ユニットが第２質量体と接触するまでは、第１制振ユニット単独の制振作用により構造物を効果的に制振することが可能である。そして、第１制振ユニットが第２質量体と接触した後には、第１質量体と第２質量体とがほぼ一体となり共動して相対移動するので、構造物に対する第１質量体及び第２質量体の最大相対移動量を抑えることが可能である。
【０００９】
かかる制振装置であって、前記第１質量体と前記第２質量体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、第１質量体と第２質量体との間に緩衝材が設けられているので、振動が入力されて第１質量体が大きく相対移動し第２質量体と接触する場合であっても、衝撃を抑えることが可能である。
【００１０】
かかる制振装置であって、前記第１質量体及び前記第２質量体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、入力された振動による相対移動量が所定の値以下の場合には、主に第１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、入力された振動による相対移動量が所定の値より大きい場合には、第１質量体及び第２質量体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】
【００１１】
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】
【００１２】
【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】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
制振装置１０は、第１制振ユニット２０と、第１制振ユニットと並列に配置された第２制振ユニット３０とを有している。
【００１６】
第１制振ユニット２０は、第１質量体２１と、第１質量体２１に固定され当該第１質量体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、第１積層ゴム支承２２の下面に固定された滑り材２３と、建物１の屋上面１ａに固定された滑り板２４と、第１質量体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２５とを有している。
【００１７】
第１質量体２１は、例えば立方体状をなすコンクリートブロックにて形成されている。
【００１８】
第１積層ゴム支承２２は、円柱状をなし、第１質量体２１の下面における四隅にて固定され、第１質量体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、建物に対して相対移動した第１質量体２１を復元させる復元部材としても機能している。
【００１９】
第１積層ゴム支承２２の下面には、ステンレス製の円盤状をなす滑り材２３が設けられている。滑り材２３の直径は、第１積層ゴム支承２２の直径より僅かに大きく形成されている。
【００２０】
滑り板２４は、第１質量体２１の下面に設けられた４つの第１積層ゴム支承２２が載置され、建物１に振動が入力された際に、載置された第１積層ゴム支承２２が脱落しない大きさを有するように形成されたステンレス製の板である。
【００２１】
第１ダンパー２５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、第１質量体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２５のうちの一方を省略して示している。
【００２２】
第１制振ユニット２０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第１質量体２１の質量と第１積層ゴム支承２２のばね定数が設定されている。また、滑り材２３と滑り板２４とは、建物１と第１質量体２１とが水平方向に相対移動した際に、相対移動量が第１積層ゴム支承２２の破壊限界に到達する前に、滑り材２３と滑り板２４とが滑動し始めるように、滑り材２３と滑り板２４との間の摩擦係数が設定されている。
【００２３】
第２制振ユニット３０は、第１質量体２１を囲むように設けられた第２質量体３１と、第２質量体３１と建物１との間に介在され第２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、第２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。
【００２４】
第２質量体３１は、例えば、平面視にて中央に第１質量体２１の外径寸法より大きな矩形状の孔３１ａを有し、外形形状が矩形状をなすコンクリートブロックにて形成されている。そして、第２質量体３１の孔３１ａのほぼ中央に第１制振ユニット２０の第１質量体２１が配置されている。このとき、第１質量体２１の外周に位置する４つの面は、第２質量体３１の内周面３１ｂをなす４つの面と対向して互いに間隔を隔てて配置されている。また、内周面３１ｂには、互いに対向する２対の対向面に各々ゴム等の緩衝材３１ｃが設けられている。
【００２５】
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。
【００２６】
第２ダンパー３３も、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、第２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２５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。
【００２７】
第２制振ユニット２０は、建物１の固有振動周波数の第１振動モードに同調しないように第２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。
【００２８】
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。
【００２９】
第１制振ユニット２０と第２制振ユニット３０とは、第１質量体２１と第２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。
【００３０】
このとき、第１積層ゴム支承２２と第２積層ゴム支承３２との単位質量あたりの水平剛性は、第２積層ゴム支承３２が第１積層ゴム支承２２より大きくなるように設定されている。ここで、単位質量あたりの水平剛性とは、第１積層ゴム支承２２の水平剛性を第１質量体２１の質量で除した値、及び、第２積層ゴム支承３２の水平剛性を第２質量体３１の質量で除した値である。また、第１ダンパー２５と第２ダンパー３３の単位質量剛性あたりの減衰比は、第２ダンパー３３が第１ダンパー２５より大きくなるように設定されている。ここで、単位質量剛性あたりの減衰比とは、第１ダンパー２５の減衰係数を第１質量体２１の質量と剛性の積で除した値、及び、第２ダンパー３３の減衰係数を第２質量体３１の質量と剛性の積で除した値である。
【００３１】
本制振装置１０は、建物１に振動が入力されると、第１制振ユニット２０の第１質量体２１と第２制振ユニット３０の第２質量体３１とが建物１に対して相対移動し始める。このとき、第１制振ユニット２０は、建物１の固有振動周波数に同調して第１質量体２１が振動するように設定されているので、第１質量体２１の相対移動量の方が、第２質量体３１の相対移動量より大きくなる。
【００３２】
このとき、入力された振動が、例えば風による僅かな振動であった場合には、第１質量体２１と第２質量体３１とは、各々独立して相対移動し、相対移動に応じて第１ダンパー２５及び第２ダンパー３３が作用して振動が減衰される。このとき、滑り材２３と滑り板２４とは両者の間に作用する摩擦により、滑動することなく、滑り材２３は滑り板２４上に静止している。
【００３３】
入力された振動が、例えば強風による振動であったり小地震であった場合にも、第１質量体２１と第２質量体３１とは、各々独立して相対移動するが、第１質量体２１の相対移動量が、設定された値を超えると滑り材２３と滑り板２４とが滑動し始め、第１質量体２１の建物１に対する相対移動量は大きくなるが、第１積層ゴム支承２２の復元力により第１積層ゴム支承２２の変形量は小さくなる。このとき、滑り材２３と滑り板２４とが滑動することにより発生する摩擦により振動エネルギーが吸収され、振動が減衰される。また、第１質量体２１が建物１に対して相対移動している際には、第１質量体２１及び第２質量体３１と建物１との間に介在された第１ダンパー２５及び第２ダンパー３３も作用して振動エネルギーが吸収され、振動が減衰される。
【００３４】
そして、振動がさらに大きな場合には、第１質量体２１の相対移動量もさらに大きくなる。そして、第１質量体２１が第２質量体３１と接触した後は、第１質量体２１と第２質量体３１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の固有振動周波数に同調して相対移動していた第１質量体２１は第２質量体３１とともに、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、第１質量体の相対移動量が小さく抑えられる。このときも、第１質量体２１が建物１に対して相対移動している際には、第１質量体２１及び第２質量体３１と建物１との間に介在された第１ダンパー２５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。
【００３５】
本実施形態の制振装置１０によれば、第１制振ユニット２０は建物１の固有周波数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に対する第１質量体２１の相対移動量が所定量より大きくなったとき、すなわち、第１質量体２１が第２質量体３１と接触した後には、第１制振ユニット２０と並列に設けられ第２質量体３１を有する第２制振ユニット３０と第１制振ユニット２０とが共動し、同調される周波数が変更される。すなわち、建物１に対する第１質量体２１の相対移動量が所定量より大きくなると、第１制振ユニット２０及び第２制振ユニット３０が同調する周波数が建物１の固有周波数の第１振動モードから外れる。ここで、所定の相対移動量は、第１質量体２１と第２質量体３１とが接触する移動量であり、第１質量体２１と第２質量体３１との間隔により調整することが可能である。
【００３６】
また、滑り材２３と滑り板２４との静摩擦力より大きな力が作用する振動が入力された際には、第１質量体２１が支持されている第１積層ゴム支承２２と、第１積層ゴム支承２２が支持されている建物１との間にて滑り材２３と滑り板２４とが滑動するので、建物１に対する第１質量体２１の相対移動量が所定量以下のうちに、滑り材２３と滑り板２４とを滑動させることが可能である。このため、第１積層ゴム支承２２に多大な負荷が作用することを防止することが可能である。
【００３７】
このとき、滑り材２３と滑り板２４とは、第１質量体２１と建物１とが相対移動して第１積層ゴム支承２２が破壊される破壊限界に至る前に滑動し始めるので、第１積層ゴム支承２２が破壊されることを防止することが可能である。このとき、滑り材２３と滑り板２４との間にて滑動した際に発生する摩擦によっても振動エネルギーが吸収されるのでより効果的に制振することが可能である。
【００３８】
また、第２質量体３１は、第１制振ユニット２０の外側に設けられており、水平方向において第１質量体２１と間隔を隔てて設けられており、第２質量体３１は、水平方向において第１質量体１の両側に配置されているので、第１質量体２１と第２質量体３１との間隔分だけは、第１積層ゴム支承２２が変形して、また、第１質量体２１と第１積層ゴム支承２２とが設けられた滑り材２３と滑り板２４との間にて滑動して、第１制振ユニット２０の制振効果を得ることが可能である。このため、第１制振ユニット２０が第２質量体３１と接触するまでは、建物１を効果的に制振することが可能である。
【００３９】
そして、第１質量体２１が第２質量体３１と接触した後には、第１質量体２１と第２質量体３１とがほぼ一体となり共動して相対移動するので、建物１に対する第１質量体２１の相対移動量を抑えることが可能である。
【００４０】
また、第１質量体２１と第２質量体３１との間に緩衝材３１ｃが設けられているので、振動が入力されて第１質量体２１が大きく相対移動し第２質量体３１と接触する場合であっても、衝撃を抑えることが可能である。
【００４１】
さらに、第１質量体２１及び第２質量体３１と建物１との間には、水平方向の振動を減衰させる第１ダンパー２５及び第２ダンパー３３が設けられているので、入力された振動が小さい場合には、主に第１質量体２１と建物１との間に設けられた第１ダンパー２５により、第１ダンパー２５を効果的に作用させて振動を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、第１質量体２１及び第２質量体３１と建物１との相対移動量を小さく抑えつつも、第１質量体２１及び第２質量体３１と建物１との間に設けられた第１ダンパー２５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。
【００４２】
上記実施形態においては、立方体状の第１質量体２１と、第１立方体を囲むように設けられ矩形状の孔３１ａを有する矩形状の第２質量体３１とを有する制振装置１０について説明したが、この限りではない。例えば、第１質量体が円柱状をなし、その外側に間隔を隔てて、円筒状の第２質量体が設けられた形態であっても構わない。また、立方体状または直方体状の第１質量体２１の４つの外周面と対向する面を有する４つの第２質量体が、第１質量体２１の各外周面と対向するように設けられていても良い。
【００４３】
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。
【００４４】
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】
【００４５】
１  建物、１ａ  屋上面、１０  制振装置、２０  第１制振ユニット、
２１  第１質量体、２２  第１積層ゴム支承、２３  滑り材、２４  滑り板、
２５  第１ダンパー、３０  第２制振ユニット、３１  第２質量体、
３１ａ  孔、３１ｂ  内周面、３１ｃ  緩衝材、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】
2011220510.tif 000003
【図２】
2011220510.tif 000004