(57)【要約】【課題】固有振動数の調整機構を簡略化して制振装置の軽量化、低コスト化を図るとともに、小型化によって建築物等以外にも無理なく使用できるようにし、さらに調整作業も容易化する。【解決手段】付加質量を構造物に対し相対移動可能な状態で支持する支持体（Ａ）と該支持体（Ａ）の内部にあって、構造物に応じた質量を有する球状の付加質量（Ｂ）とからなる制振装置であって、支持体（Ａ）とその内部の球状付加質量（Ｂ）の大きさを調節することにより制振対象構造物の振動を制振することを特徴とする制振装置。【選択図】図１
2011047517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加質量を構造物に対し相対移動可能な状態で支持する支持体（Ａ）と該支持体（Ａ）の内部にあって、構造物に応じた質量を有する付加質量（Ｂ）とからなる制振装置であって、付加質量（Ｂ）が球状であり、かつ、支持体（Ａ）とその内部の球状付加質量（Ｂ）の大きさを調節することにより制振対象構造物の振動を制振することを特徴とする制振装置。
【請求項２】
支持体（Ａ）が球状構造の上部を欠く球面状の凹部を有する形状であり、その球面状凹部内側に底部から放射状に溝が形成されており、球状付加質量（Ｂ）があらゆる振動方向に支持体（Ａ）の溝内を転がり移動可能な状態で支持体（Ａ）に支持されていることを特徴とする請求項１記載の制振装置。
【請求項３】
支持体（Ａ）が円弧状の円筒を互いに直角方向に組み合わせた形状であって、球状付加質量（Ｂ）が振動方向に支持体（Ａ）内を転がり移動可能な状態で支持体（Ａ）に支持されていることを特徴とする請求項１記載の制振装置。
【請求項４】
前記支持体（Ａ）中での球状付加質量（Ｂ）の移動周期が、制振対象構造物の固有振動数又は地震動の周期と一致するように、前記支持体（Ａ）とその内部の球状付加質量（Ｂ）の大きさを調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制振装置に係り、特に構造物や建築物の振動状態、建築物の振動（揺れ）を制振する制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ビル等の構造物においては、地震あるいは風圧等による振動を制振するためのアクティブ型制振装置が設けられている。この種の、例えば、特許文献１に示すような制振装置では、主にビルの質量に応じた所定の重量を有する付加質量を、ビルの振動状態に応じて変位させる動吸振器を動作させてビルで発生した振動を制振するようになっている。
【０００３】
しかし、これらを一般住宅に適用するにはコストの面で無理があることから、例えば、特許文献２に示すような、パッシブ型の制振装置の開発も進められているが、構造が複雑となって、十分な減衰力を得るためには大きな装置が必要となり、コストの増大、調整の長時間化を招く点、メンテナンスが必要となる点で依然として改善の余地が大きいものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−１８７１５２号公報
【特許文献２】特開平０８−３３４１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、固有振動数の調整機構を簡略化して制振装置の軽量化、低コスト化を図るとともに、小型化によって建築物等以外にも無理なく使用できるようにし、さらに調整作業も容易化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
請求項１記載の制振装置の発明は、付加質量を構造物に対し相対移動可能な状態で支持する支持体（Ａ）と該支持体（Ａ）の内部にあって、構造物に応じた質量を有する付加質量（Ｂ）とからなる制振装置であって、付加質量（Ｂ）が球状であり、かつ、支持体（Ａ）とその内部の球状付加質量（Ｂ）の大きさを調節することにより制振対象構造物の振動を制振することを特徴とするものである。
【０００７】
従って、請求項１記載の発明によれば、支持体（Ａ）とその内部に収容した球状の付加質量（Ｂ）とからなる簡単な構造で構成した付加振動系であるにもかかわらず、支持体（Ａ）の大きさとその内部に収容されている球状付加質量（Ｂ）の大きさを調整することで、構造物の固有振動数又は地震などの揺れに対応した固有振動を有する付加振動系を正確に調整することが可能である。
【０００８】
請求項２記載の制振装置の発明は、請求項１記載の制振装置において、支持体（Ａ）が球状構造の上部を欠く球面状の凹部を有する形状であり、その球面状凹部内側に底部から放射状に溝が形成されており、球状付加質量（Ｂ）があらゆる振動方向に支持体（Ａ）の溝内を転がり移動可能な状態で支持体（Ａ）に支持されていることを特徴とするものである。
【０００９】
支持体（Ａ）を上記の球面状の凹部を有する形状とすることにより、球状の付加質量（Ｂ）はその内部を自由に転がることができ、多方向の振動に対応できる。しかし、支持体（Ａ）の球面状の凹部の内側が凹凸なく滑らかな場合には、図５のように、球状の付加質量（Ｂ）は振動方向に対して平行に運動せず、球面状の凹部の内面を回転するように運動することとなり、十分な制振効果を得ることが難しい。
そこで、請求項２の発明では、上記の回転運動を防止するために、球状の付加質量（Ｂ）のガイドとして支持体（Ａ）の球面状凹部内側に溝を設けたことを特徴とする。また、その溝を支持体底部から放射状に多数設けることで、球状の付加質量（Ｂ）が、図６に示すように、球面状の凹部の内面を回転することなく、各振動方向に対応して転がることができ、球状の付加質量（Ｂ）の運動方向が振動方向に規制され制振効果が向上する。
【００１０】
従って、請求項２記載の発明によれば、支持体（Ａ）が球状構造の上部を欠いた球面状の凹部を有し、その内側に溝を形成した簡単な構造で構成した付加振動系であるにもかかわらず、図３に示す支持体（Ａ）の内径２Ｒとその内部に収容されている球状付加質量（Ｂ）の外径の大きさＳφを調整することで、構造物の固有振動数又は地震などの揺れに対応した固有振動を有する付加振動系を正確に調整することが可能である。
そして、制振対象構造物の振動方向がどのような方向であっても、請求項２の球型制振装置を設置するだけで、その振動を効果的に抑制することが可能である。
【００１１】
請求項３記載の制振装置の発明は、請求項１記載の制振装置において、支持体（Ａ）が円弧状の円筒を互いに直角方向に組み合わせた形状であって、球状付加質量（Ｂ）が振動方向に支持体（Ａ）内を転がり移動可能な状態で支持体（Ａ）に支持されていることを特徴とするものである。
【００１２】
支持体（Ａ）を、円弧状の円筒を複数組み合わせた形状とすることにより、色々な方向の振動への対応が可能となるが、本請求項に係る発明では装置の簡便さを考慮して、支持体（Ａ）の形状を円弧状の円筒を互いに直角方向に組み合わせた構造とすることで、図７に示すように、Ｘ軸方向成分、Ｙ軸方向成分にベクトル分解された様々な方向の振動の力に対応することができ、効果的な制振が可能な制振装置としている。
【００１３】
従って、請求項３記載の発明によれば、支持体（Ａ）も円弧状の円筒を直角方向に組み合わせた簡単な構造で構成した付加振動系であるにもかかわらず、図４あるいは図７に示す支持体（Ａ）の内径２Ｒとその内部に収容されている球状付加質量（Ｂ）の外径の大きさＳφを調整することで、構造物の固有振動数又は地震などの揺れに対応した固有振動を有する付加振動系を正確に調整することが可能である。
そして、制振対象構造物の振動方向に合わせて、請求項３の円筒形状制振装置を設置するだけでその振動を効果的に抑制することが可能である。
【００１４】
請求項４記載の制振装置の発明は、前記支持体（Ａ）中での球状付加質量（Ｂ）の移動周期が、制振対象構造物の固有振動数又は地震動の周期と一致するように、前記支持体（Ａ）とその内部の球状付加質量（Ｂ）の大きさを調整することを特徴とするものである。
【００１５】
従って、請求項４記載の発明によれば、前記支持体（Ａ）中での球状付加質量（Ｂ）の移動周期が、制振対象構造物の固有振動数又は地震動の周期と一致するように、前記支持体（Ａ）とその内部の球状付加質量（Ｂ）の大きさを調整することにより、構造物の固有振動数又は地震動の周期に対応した固有振動を有する付加振動系を正確に調整することが可能である。
そして、請求項４の構成を採用することにより、簡単な構造であるにもかかわらず、制振対象構造物の振動を効果的に抑制することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
以上、説明したように、本発明に係る制振装置は、支持体（Ａ）とその内部に収容した球状付加質量（Ｂ）とで付加振動系を構成し、簡単な構造であるにもかかわらず、支持体（Ａ）の大きさとその内部に収容されている球状付加質量（Ｂ）の大きさを調整することで、構造物の固有振動数又は地震などの揺れに対応した固有振動を有する付加振動系を正確に調整することができ、調整機構の簡略化によって制振装置の軽量化、低コスト化が図られ、さらに小型化によって建築物等以外にも無理なく使用できるようになる。
【００１７】
特に、支持体（Ａ）を球状又は円筒形状を組み合わせた形状とし、その内部に収容した付加質量（Ｂ）を球状とすることにより構造物の固有振動数又は地震動の周期に対応した固有振動を有する付加振動系を正確に調整することが可能である。
なお、地振動の周期は、極短周期地震動から短周期地震動、稍短周期地震動、稍長周期地震動、長周期地震動、超長周期地震動までの６種類に分類される。
本願発明で地震動の周期を付加振動形の固有振動とする場合は、極短周期地震動から長周期地震動までの５種類の地震動を対象とし、構造物の種類によって、適宜地振動の種類を選択する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】球状構造の基本的な制振装置である。
【図２】球状構造の制振装置を取付けた試験体である。
【図３】内面に放射状の溝を有する球状構造の制振装置である。
【図４】円弧状の円筒を互いに直角方向に組み合わせた制振装置である。
【図５】内面に溝が形成されていない球状構造の制振装置における付加質量の動作方向を示す。
【図６】内面に放射状の溝を有する球状構造の制振装置における付加質量の動作方向を示す。
【図７】円弧状の円筒を互いに直角方向に組み合わせた制振装置における付加質量の動作方向を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の好ましい実施形態の説明は、代表的な例示ではあるが、本発明、その適用物或いはその用途を制限するものではない。
【００２０】
（試験体の構造）
試験体自体は全てＳＵＳ３０４材からなり、方形の底板、底板の４隅に立てられた板ばね、板ばねに取り付けられた方形の天板から構成される。
試験体の上記天板は上下に移動可能な状態で板ばねに取り付けられ、該板ばねの長さを変えることにより、試験体の固有振動数を変化させることができる。
定常加振試験の時は、試験体の天板下面に、試験体に可振力を与える偏芯質量付きモータが固定される。
【００２１】
この試験体の大きさ、調整可能な固有振動数の範囲、調整可能な板ばねの長さ範囲、板ばねの縦弾性係数は、以下のとおりである。
試験体の幅×奥行き      ２００×２００［ｍｍ］
固有振動数の範囲        ３．５〜１０［Ｈｚ］
板ばねの長さ範囲        １８０〜３３０［ｍｍ］
板ばねの縦弾性係数      １９７［ＧＰａ］
【００２２】
（制振装置）
本発明の球状構造の制振装置及び該装置を取り付けた試験体の構造を、図１及び図２に示す。
この例では、支持体（Ａ）及びその内部の付加質量（Ｂ）がいずれも球状又はその一部を切り欠いた球状であり、付加質量（Ｂ）は転がり移動可能な状態で支持体（Ａ）内に収容されており、内部の球状付加質量（Ｂ）の直径を大きくし支持体（Ａ）の直径に近づけていくと制振装置の固有振動数を増加させることができる。
支持体（Ａ）の直径を１１３ｍｍとした場合における、その内部の球状付加質量（Ｂ）の直径と制振装置の固有振動数との関係を表１に示す。
【００２３】
【表１】
2011047517.tif 000003
【００２４】
制振試験では、インパルスハンマーによるインパルス加振試験とモータによる定常加振試験の両方で性能を評価した。
【００２５】
（インパルス加振試験）
試験体の板ばね長さを３９ｍｍとして、試験体固有振動数を４．３Ｈｚとした。次に、制振装置の球状付加質量（Ｂ）の直径を９２ｍｍとし、該制振装置の固有振動数を試験体の固有振動数と一致するように調整した。
インパルス加振をした場合の試験体の加速度波形を表２及び表３に示す。
【００２６】
【表２】
2011047517.tif 000004
【００２７】
【表３】
2011047517.tif 000005
【００２８】
上記表２及び表３は、制振装置がない場合、試験体の加速度は約８秒後においても０．３５ｍ／ｓ２の値を示すが、制振装置を設けることによりその値が０．１ｍ／ｓ２以下に低減できることを示している。
すなわち、インパルス加振における本願発明の制振装置の有効性を示している。
【００２９】
（定常加振試験）
モータによる定常加振をする以外は、上記インパルス加振試験と同様の条件で実験を行なった。
その結果、得られた試験体の加速度波形を表４に示す。
【００３０】
【表４】
2011047517.tif 000006
【００３１】
上記表４は、制振装置がない場合、試験体の加速度は最大６．５ｍ／ｓ２の値を示すのに対し、制振装置を設けることによりその値が０．１ｍ／ｓ２以下に低減できることを示している。
すなわち、本願発明の制振装置による振動低減効果は約９９％となり、定常加振においても本願発明の制振装置が有効に作用することを示している。
【００３２】
同様に、板ばねの長さを変更することにより、試験体の固有振動数を５．０Ｈｚ、６．０Ｈｚに変更し、それに合わせて内部の球状付加質量（Ｂ）の直径を大きくして制振装置の固有振動数を試験体のそれと一致させ実験を行なった結果、上記と同様の振動低減効果が得られることを確認した。
【００３３】
上記の本願発明の球状型制振装置の振動低減効果について、定常加振を例にとって説明する。
すなわち、偏心質量を有する回転体がモータによって回転し、その際に発生する遠心力によって球状型制振装置を設置した試験体が加振される。
そのとき、試験体の振動と球状型制振装置内部の球状付加質量（Ｂ）の揺れ方向とが互いに逆方向になり、その結果、内部球状付加質量（Ｂ）の反力が試験体の動きを抑制する方向に作用するため、制振効果が得られる。
【００３４】
球状型制振装置に変えて、円弧状の円筒を互いに直角方向に組み合わせた円筒形状制振装置を用いて上記と同様の実験を行なったところ、球状型制振装置を用いた場合とほぼ同様の結果が得られ、制振装置としての有効性を確認できた。
【００３５】
本発明の制振装置を実際の建築物（延床１００平方米クラス）に使用する場合の付加質量の重量は、建築物重量の１／１００〜１／１０００で対応することができ、複数の制振装置を取り付ける場合は、各制振装置の付加質量の合計重量が上記範囲にあれば所定の効果を得ることができる。
【００３６】
また、前述のとおり、本発明の制振装置では、付加質量の外径と支持体の内径とを調整することで固有振動数を適正な範囲に調整でき、主な周波数に対応する付加質量の外径と支持体の内径の大凡の調整比は以下のとおりである。
【００３７】
周波数１Ｈｚ
付加質量の外径：支持体の内径＝１：７
周波数２Ｈｚ
付加質量の外径：支持体の内径＝１：２．１
周波数３Ｈｚ
付加質量の外径：支持体の内径＝１：１．３
周波数４Ｈｚ
付加質量の外径：支持体の内径＝１：１．２
周波数５Ｈｚ
付加質量の外径：支持体の内径＝１：１．１
周波数６Ｈｚ
付加質量の外径：支持体の内径＝１：１．１
【００３８】
また、本発明の図３に示す球状型制振装置又は図４に示す円筒形状制振装置を搭載した住宅モデルでの制振試験結果を表５及び表６に示す。
いずれの制振装置においても、制振装置を取り付けていない住宅モデルに比べ、振動が効果的に抑えられており、本願発明の制振装置の有効性が確認された。
【００３９】
【表５】
2011047517.tif 000007
【００４０】
【表６】
2011047517.tif 000008
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上説明したように、本願発明の制振装置は、固有振動数の調整機構を簡略化して制振装置の軽量化、低コスト化が可能であるとともに、小型化によって建築物等以外にも無理なく使用することができるものである。
【図１】
2011047517.tif 000009
【図２】
2011047517.tif 000010
【図３】
2011047517.tif 000011
【図４】
2011047517.tif 000012
【図５】
2011047517.tif 000013
【図６】
2011047517.tif 000014
【図７】
2011047517.tif 000015