(57)【要約】【課題】本発明は、制振対象物に設置後においても装置自体の固有振動数を容易に変更することができ、戸建住宅等の制振対象物に対する制振効果を最大限に発揮させることができる制振装置を提供する。【解決手段】本発明に係る制振装置５１は、吊り下げ具を介して設置された二次元的に可動する可動マス２と、復元力発生要素であるＸコイルばね１０、Ｙコイルばね１６、及び、減衰器４を含む構成の同調質量型動吸収要素であって、互いに直交するように配置されたＸ直動機構７、Ｙ直動機構１３を備えたＸシャフト８、Ｙシャフト１４と、可動マスの中央を中心として回転駆動されるＸ回転ステージ１１、Ｙ回転ステージ１７を付加することにより、Ｘコイルばね、Ｙコイルばねのばね定数を変化させ、結果として実効的な復元力の変化により、制振対象物２６の共振周波数に、制振装置自体の固有振動数を合わせ込む構成とした。【選択図】図２
2019044532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築構造物に設置されたフレームと、
前記フレームに吊り下げ具を介して設置された可動マスと、
前記フレームと前記可動マスとの間に配置した減衰器と、
前記フレームの中央に設置された第１の直動機構を備える第１の直動ステージと、
前記第１の直動機構により支持された第１のシャフトと、
前記フレーム上で前記第１のシャフトの周りに設置された第１の回転ステージと、
前記第１のシャフトに一端が連結され、他端をばね定数調整機構を介して前記第１の回転ステージに連動させる第１の復元力発生要素と、
前記第１のシャフトの上端に設置された前記第１の直動機構と直交配置の第２の直動機構を備える第２の直動ステージと、
前記第２の直動機構により支持された第２のシャフトと、
第１の回転ステージの上方で前記第２のシャフトの周りに設置された第２の回転ステージと、
前記第２のシャフトに一端が連結され、他端をばね定数調整機構を介して前記第２の回転ステージに連動させる第２の復元力発生要素と、
前記可動マスの中央に設置され前記可動マスの中央と前記第２のシャフトとを接続する弾性を有する接続部材と、
前記第１の回転ステージ、第２の回転ステージを回転させることにより、前記可動マスの振動と前記復元力発生要素の伸縮を調整し固有振動数を制御する制御手段と、
を有し、
対象となる制振対象物の振動を最大限に抑制するように構成したことを特徴とする制振装置。
【請求項２】
建築構造物に設置されたフレームと、
前記フレームに吊り下げ具を介して設置された可動マスと、
前記フレームと前記マスとの間に配置したダンパと、
前記フレームの中央に設置されたＸ直動機構を備えるＸ直動ステージと、
前記Ｘ直動機構により支持されたＸシャフトと、
前記フレーム上で前記Ｘシャフトの周りに設置されたＸ回転ステージと、
前記Ｘシャフトに一端が連結され、他端をばね定数調整機構を介して前記Ｘ回転ステージに連動させる復元力発生要素であるＸコイルばねと、
前記Ｘシャフトの上端に設置された前記Ｘ直動機構と直交配置のＹ直動機構を備えるＹ直動ステージと、
前記Ｙ直動機構により支持されたＹのシャフトと、
Ｘ回転ステージの上方で前記Ｙシャフトの周りに設置されたＹ回転ステージと、
前記Ｙシャフトに一端が連結され、他端をばね定数調整機構を介して前記Ｙ回転ステージに連動させる復元力発生要素であるＹコイルばねと、
前記可動マスの中央に設置され前記可動マスの中央と前記Ｙシャフトとを接続する弾性を有する接続部材と、
前記Ｘ回転ステージ、Ｙ回転ステージを回転させることにより、前記可動マスの振動と前記Ｘコイルばね、Ｙコイルばねの伸縮を調整し固有振動数を制御する制御手段と、
を有し、
対象となる制振対象物の振動を最大限に抑制するように構成したことを特徴とする制振装置。
【請求項３】
前記対象となる制振対象物若しくは前記フレームに設置され、前記制振対象物における共振周波数を測定する第１のセンサと、
前記可動マスに設置され、前記可動マスと前記吊り下げ具及び前記復元力発生要素による固有振動数を測定する第２のセンサと、
前記第１及び第２のセンサからの信号を基に固有振動数を制御する固有振動数調整制御手段であって、前記第１及び第２のセンサからの信号を読み取るための読み出し回路と、
前記読み出し回路より得られた信号から前記回転ステージを制御するための信号を生成する演算回路を含む制御手段と、前記回転ステージを駆動するための回転駆動機構と、
を有し、
前記可動マスの振動と前記復元力発生要素の伸縮に応じた固有振動数を自動調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の制振装置。
【請求項４】
前記演算回路において、
前記第１のセンサ及び第２のセンサから得られた加速度信号の値をデジタル化する手段と、
デジタル化されたセンサ信号を離散フーリエ変換し、平滑化することで２つの離散スペクトルを求める手段と、
前記２つの離散スペクトルを比較し、誤差信号を取得する手段と、
前記誤差信号を最小とするようにフィードバックする手段と、
を設けたことを特徴とする請求項３に記載の制振装置。
【請求項５】
前記演算回路において、
前記第１のセンサ及び第２のセンサから得られた加速度信号の値をデジタル化する手段と、
デジタル化されたセンサ信号を離散フーリエ変換して、得られた２つの信号の位相差を求める手段と、
前記位相差を９０°へ近づけるようフィードバックする手段と、
を設けたことを特徴とする請求項３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、制振装置に関し、詳しくは、例えば住宅用として好適なチューンド・マス・ダンパ（ＴＭＤ：同調質量型動吸収器）であり、特に交通振動対策用として有益なチューンド・マス・ダンパに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、都市部を中心として２階建て若しくは３階建ての鉄骨住宅が増加してきている。
【０００３】
これに伴って、それらの住宅に近い幹線道路や高架タイプの高速道路等からの交通振動により住宅が共振し、その共振が不快音や不快振動等を発生させてしまうことが問題となっている。
【０００４】
問題となる住宅の共振振動数は主に１０Ｈｚ以下の低周波領域であり、特に２〜６Ｈｚ付近に存在している。
【０００５】
このように住宅等で発生する振動を抑制する制振装置として、住宅等の建築構造物にばね部材を介して付加質量（マス部材）を取り付けて副振動系を連成させて、建物構造物からなる主振動系と前記副振動系とで固有振動数がほぼ等しくなるように設定することにより、建物構造物の揺れを打ち消す振動を発生させて、振動エネルギーを吸収させるダイナミック・ダンパが知られている。
【０００６】
ここで、ダイナミック・ダンパはマス・ダンパとも呼ばれ、その固有振動数は、復元力を発生させるばね部材のばね定数と付加質量とによって基本的に決定される。
【０００７】
特許文献１、２にはこのようなダイナミック・ダンパの例として、マスを板ばねで吊ったＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパ）構造について開示されている。
【０００８】
特許文献１のようなマス・ダンパでは、固有振動数が住宅の共振周波数に一致していないと十分な抑制効果が発揮できないため、建築構造物の共振周波数に合わせてマスの質量とばね定数と調整する必要がある。
【０００９】
ここで、建築構造物の共振周波数は住宅立地や内部建具等により異なってくるため、住宅が完成してみるまで実際の共振周波数がわからない。
【００１０】
このため、住宅の骨格部材等に固定後、現地にて建築構造物の共振周波数を測定し、その結果からマスの質量若しくはばね定数を調整しており、この作業に多くの手間がかかっている。
【００１１】
また、建築構造物の経年変化や、生活様式の変化に伴う家具等の配置変更により、建築構造物の共振周波数が変化した場合にも、制振の効果が減少してしまい、再調整が必要となってしまう。
【００１２】
これを解決する手段として、固有振動数の異なるマス・ダンパを複数設置する方式が提案されている。
【００１３】
特許文献３には複数の板ばねを用いた多重直列型ＴＭＤが開示されている。
【００１４】
また、特許文献３には固有振動数をチューニングできるゴム積層型マウントを用いて複数のマスを並べるマルチタイプＴＭＤが開示されている。
【００１５】
しかしながら、従来におけるこれらの各方式では、マス・ダンパの調整は不要となるが装置が大型化してしまうことや設置場所の確保が必要等の問題を包含している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−２８２８１４号公報
【特許文献２】特開２００５−２８２８１５号公報
【特許文献３】特開２００７−２７０５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明が解決しようとする課題は、特に戸建住宅等の振動対策向けに用いられている制振装置（ダイナミック・ダンパ）の固有振動数を設置前に設定することが難しく、設置後にその固有振動数を容易に変更できない点である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る制振装置は、従来の上記事情に鑑み開発されたものであり、吊り下げ具を介して設置された二次元的に可動する可動マスと、復元力発生要素であるコイルばね、及び、減衰器から構成されている同調質量型動吸収要素であって、互いに直交するように配置された直動機構を備えたシャフトと、可動マスの中央を中心として回転する回転ステージを設けることにより、コイルばねのばね定数を変化させ、結果として実効的な復元力の変化により、対象とする制振対象物の共振周波数に、制振装置の固有振動数を合わせ込むことが容易に行えるようにしたことを最も主要な特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る制振装置には、制振対象物の共振周波数、可動マスの振動を検知するセンサ、コントローラー及び回転ステージ用の回転駆動手段が備えられており、可動マスを最適な固有振動数に制御することができることを特徴としている。
【００２０】
更に、本発明に係る制振装置は、制御信号を発生させるアルゴリズムとして、得られた制振対象物の共振周波数と制振装置の固有振動数との離散スペクトルを比較し、誤差信号若しくは位相差を求める手段を採用したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１、２記載の発明によれば、住宅の経年変化や、生活様式の変化に伴う家具等の配置変更により、制振対象物の共振周波数が変化した場合にも、外部より容易に装置自体の固有振動数を調整することで、設置後においてもその固有振動数を容易に変更することができ、戸建住宅等の制振対象物に対する制振効果を最大限に発揮させることができ、同時に免震機能も付加することができる制振装置を実現し提供することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、可動マスの振動と前記復元力発生要素の伸縮に応じた固有振動数を自動調整することができ、対象となる制振対象物の振動を最大限に抑制することができる制振装置を実現し提供することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の効果に加え、デジタル化されたセンサ信号を離散フーリエ変換し、平滑化して２つの離散スペクトルを求め、２つの離散スペクトルを比較して誤差信号を取得し、前記誤差信号を最小とするようにフィードバック制御することで制振対象物に対する制振効果を最大限に発揮できる制振装置を実現し提供することができる。
【００２４】
請求項５記載の発明によれば、請求項３記載の効果に加え、デジタル化されたセンサ信号を離散フーリエ変換した後、伝達特性演算にて制振対象物と可動マスの加速度の位相差を検知し、位相差をフィードバックし位相差を９０°に近づけることで、制振対象物に対する制振効果を最大限に発揮できる制振装置を実現し提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例に係る制振装置の概略平面図である。
【図２】本実施例に係る制振装置の概略縦断面図である。
【図３】本実施例に係る制振装置の固有振動数調整時におけるコイルばねの配置を示した概略平面図である。
【図４】本実施例に係る制振装置の固有振動数調整時における回転ステージの回転角度と固有周波数との関係をシミュレーション値及び実測値について表した図である。
【図５】本実施例に係る制振装置及び制振対象の概略モデル図である。
【図６】本実施例に係る制振装置の周波数応答波形図である。
【図７】本実施例に係る固有振動数調整機構の回路ブロック図である。
【図８】本実施例に係る第１の固有振動数調整制御系を示すフローチャートである。
【図９】本実施例に係るフィードバック制御アルゴリズムを示す図である。
【図１０】本実施例の第２の固有振動数調整制御系を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、制振対象物に設置後においても装置自体の固有振動数を容易に変更することができ、戸建住宅等の制振対象物に対する制振効果を最大限に発揮させることができる制振装置を実現し提供するという目的を、建築構造物に設置されたフレームと、前記フレームに吊り下げ具を介して設置された可動マスと、前記フレームと前記マスとの間に配置したダンパと、前記フレームの中央に設置されたＸ直動機構を備えるＸ直動ステージと、前記Ｘ直動機構により支持されたＸシャフトと、前記フレーム上で前記Ｘシャフトの周りに設置されたＸ回転ステージと、前記Ｘシャフトに一端が連結され、他端をばね定数調整機構を介して前記Ｘ回転ステージに連動させる復元力発生要素であるＸコイルばねと、前記Ｘシャフトの上端に設置された前記Ｘ直動機構と直交配置のＹ直動機構を備えるＹ直動ステージと、前記Ｙ直動機構により支持されたＹのシャフトと、Ｘ回転ステージの上方で前記Ｙシャフトの周りに設置されたＹ回転ステージと、前記Ｙシャフトに一端が連結され、他端をばね定数調整機構を介して前記Ｙ回転ステージに連動させる復元力発生要素であるＹコイルばねと、前記可動マスの中央に設置され前記可動マスの中央と前記Ｙシャフトとを接続する弾性を有する接続部材と、前記Ｘ回転ステージ、Ｙ回転ステージを回転させることにより、前記可動マスの振動と前記Ｘコイルばね、Ｙコイルばねの伸縮を調整し固有振動数を制御する固有振動数調整制御手段と、を有し、対象となる制振対象物の振動を最大限に抑制するように構成したことにより実現した。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例に係る制振装置について図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１及び図２は本実施例に係る制振装置５１の平面及び概略断面を示すものである。
【００２９】
本実施例に係る制振装置５１は、以下のように構成されている。
【００３０】
すなわち、本実施例に係る制振装置５１は、建築構造物の骨格等に固定された上部が開口した箱型状のフレーム１の四隅から、可動マス２の底部板２ａが吊り下げ具３を介して吊り下げられ、２次元的な単振り子の動作を行うことができるように設置されている。
【００３１】
この可動マス２の底部板２ａとフレーム１の上面との間には、例えばオイル・ダンパ又はフリクション・ダンパからなる減衰器（ダンパ）４が配置されており、制振対象物２６から前記フレーム１を介して伝わる振動エネルギーを熱エネルギーに変換し、吸収できるように機能する構成としている。
【００３２】
また、前記フレーム１における前記可動マス２の底部板２ａの端面と対峙する側壁面にはストッパ５を設置し、巨大地震時のような大きな振動が制振対象物２６に加わって可動マス２がその可動範囲を逸脱しないようにしている。
【００３３】
一方、前記フレーム１の中央部分には、Ｘ直動機構であるＸリニアガイド７によってＸ方向のみに可動が制限されるとともに上方に向けたＸシャフト８を支持するＸ直動ステージ６を設置している。
【００３４】
前記Ｘシャフト８には、このＸシャフト８を軸として回転が可能となるＸベアリング９を介してＸ復元力発生要素であるＸコイルばね１０の一端が接続され、また、このＸコイルばね１０の他端は前記フレーム１上に配置したＸ回転ステージ１１に対してばね定数調整機構１９を介して連結している。
【００３５】
更に、前記Ｘシャフト８の上端から上方に順にＹ直動ステージ１２、Ｙ直動機構（Ｙリニアガイド）１３、Ｙシャフト１４を配置している。
【００３６】
すなわち、前記Ｘシャフト８の上端にＹ直動ステージ１２が配置され、このＹ直動ステージ１２上に配置したＹ直動機構１３によってＹ方向のみに可動が制限されるＹシャフト１４を上方に向けて配置している。
【００３７】
前記Ｙシャフ１４にはこのＹシャフト１４を軸として回転が可能となるＹベアリング１５を配置し、このＹベアリング１５にＹコイルばね１６の一端を連結し、また、Ｙコイルばね１６の他端は前記フレーム１の上方に設けた補助フレーム１ａ上に配置したＹ回転ステージ１７に対してばね定数調整機構１９を介して連結している。
【００３８】
なお、図２において、前記Ｙ直動ステージ１２、Ｙ直動機構であるＹリニアガイド１３、Ｙベアリング１５、Ｙコイルばね１６、ばね定数調整機構１９については、説明の便宜上本来の配置ではなく、Ｙシャフト１４の周りで９０度位置ずれさせた状態として図示している。
【００３９】
更に、前記Ｙシャフト１４は、前記可動マス２の上部板２ｂの中央位置で接続部材（例えばゴム）１８を介して前記可動マス２に対してクリアランスを確保しつつ支持されている。
【００４０】
すなわち、前記可動マス２の単振り子動作に伴い、この可動マス２が上下動することを考慮して、前記Ｙシャフト１４と可動マス２との間に接続部材１８を設置してクリアランスを確保できるように構成している。
【００４１】
なお、本実施例では前記Ｘリニアガイド７、Ｙリニアガイド１３として摩擦の小さなリニアガイドを用いているが、リニアガイドの代わりに例えばレールとローラーを組み合わせることも可能であり、これにより装置の低コスト化が期待できる。
【００４２】
上記構成の基、建築構造物等の制振対象物２６が水平方向に振動すると、例えば可動マス２及びＸシャフト８を介して接続されているＸコイルばね１０により、制振装置５１に固有振動数ｆｎをもつ共振が生じる。
【００４３】
ここで制振効果を高めるためには、制振装置５１の固有振動数を制振対象物２６の共振周波数に合わせ込むことが効果的である。
【００４４】
前記Ｘコイルばね１０が可動マス２に働く復元力Ｆは、Ｘコイルばね１０のばね定数ｋｘを用いて、下記［数１］のように表すことができる、
【００４５】
【数１】
2019044532.tif 000003
【００４６】
この場合、制振装置５１の固有振動数ｆｎは下記［数２］の式で求まる。ここで、ｍは可動マス２の質量である。
【数２】
2019044532.tif 000004
【００４７】
前記制振装置５１の固有振動数ｆｎを変化させるためには、Ｘコイルばね１０のばね定数ｋｘ及び可動マス２の質量ｍのどちらを変化させても良いが、可動マス２の質量を変化させるとＸ方向、Ｙ方向とも固有振動数ｆｎが同時に変化してしまうために、Ｘ方向、Ｙ方向のばね定数ｋｘ、ｋｙをそれぞれ独立に変化させることがより望ましい。
【００４８】
図３は本実施例に係る制振装置５１の固有振動数ｆｎの調整時における前記Ｘコイルばね１０の移動状態を示した平面図である。
【００４９】
初期状態ではＸコイルばね１０の軸方向とＸリニアガイド７の可動方向が一致しており、この方向をＸ方向とする。
【００５０】
ここで、Ｘ回転ステージ１１をＸシャフト８の軸を中心に回転させることにより、Ｘコイルばね１０の向きが変化し、復元力Ｆの働く方向も変化する。
【００５１】
その一方で、Ｘリニアガイド７によりＸシャフト８の動きは一方向に束縛されているため、可動マス２に働く実効的な復元力Ｆ’は、回転角度をθとすると、下記［数３］のように表すことができる。
【００５２】
【数３】
2019044532.tif 000005
【００５３】
前記Ｘコイルばね１０のばね定数ｋはばねの向きに依存しないため、［数１］においてｋｘ→ｋｘ×ｃｏｓθと置き換えることができ、回転角度をθとした場合の固有振動数ｆｎ’は、下記［数４］となる。
【００５４】
【数４】
2019044532.tif 000006
【００５５】
このようにＸ回転ステージ１１を０°から９０°まで回転させることにより、制振装置５１の固有振動数ｆｎを０から最大ωｎまで調整できることが判る。
【００５６】
更に、各々のＸ回転ステージ１１、Ｙ回転ステージ１７には、ばね定数調整機構１９が付加されており、夫々のＸコイルばね１０、Ｙコイルばね１６に張力を加えておくことで、Ｘ回転ステージ１１、Ｙ回転ステージ１７を押し付ける力が働き、Ｘシャフト８、Ｙシャフト１４とのガタを抑えることができる。
【００５７】
一方、Ｘ回転ステージ１１は、図１、図３に示すように、このＸ回転ステージ１１の外周に設けた回転駆動機構を構成するリングギア２０、ピニオンギア２１を介してステッピング・モーター２２の原動ギア２２ａに機構的に連結されており、ステッピング・モーター２２による駆動力をＸ回転ステージ１１の前記リングギア２０に伝達しこのＸ回転ステージ１１を回転駆動できるように構成している。
【００５８】
なお、図示しないがＹ回転ステージ１７にも同様の回転駆動機構が設けられている。
【００５９】
前記Ｘ回転ステージ１１の回転角θは、コントローラー（制御手段：モーター・ドライバー等）２３により位置決め制御されており、コントローラー２３からの制御信号は外部から与えることもできるが、Ｘ回転ステージ１１の外周近傍に配置したエンコーダー２４からの信号を基にコントローラー２３の内部で生成することも可能である。
【００６０】
また、前記リングギア２０に係合させる例えば電磁開閉ラッチ機構からなるラッチ機構２５を用いることで、ステッピング・モーター２２の電源を切った際にもＸ回転ステージ１１の回転角θを保持することも可能である。
【００６１】
なお、本実施例では、回転駆動源として位置決め精度が高いステッピング・モーター２２を用いたが、これに限らずＤＣモーターやリニア・モーター等の各種モーター、あるいはボールねじ等を用いて機構的に回転駆動しても良い。
図４は、本実施例に係る制振装置５１の固有振動数調整時におけるステージの回転角度と固有周波数との関係をシミュレーションおよび実測により得られた値について表した図である。０°から７０°までステージを回転させることにより、制振装置５１の固有振動数を５．７Ｈｚから３．７Ｈｚまで調整できることがわかった。
【００６２】
図５は建築構造物である制振対象物２６を１質点系とした場合の力学モデルを示すものである。
【００６３】
いま、制振対象物２６として３階建て鉄骨住宅を考える場合、地盤２７との間には、有効質量ｍ１のマス、ばね定数ｋ１のばね及びダンピング率Ｃ１のダンパを用いてモデル化することができ、これらの値として、それぞれ、ｍ１＝３０ｔ、ｋ１＝２０，０００〜２００，０００Ｎ／ｍｍ、Ｃ１＝３％と仮定する。
【００６４】
この場合、制振対象物２６の共振周波数としては２．５〜５．５Ｈｚの範囲を取ることとなる。
【００６５】
一方、制振装置５１の特性を決定するパラメータとして、可動マス２の質量ｍ２、バネ定数ｋ２、ダンピング率Ｃ２等があるが、ここでは、制振装置５１の固有振動数ｆ２は下記［数５］を用いて表すことができる。
【００６６】
【数５】
2019044532.tif 000007
【００６７】
例として前記可動マス２の質量ｍ２を５００ｋｇとすると、共振周波数の範囲が２．５〜５．５Ｈｚであることから、固有振動数ｆｎをこれに合わせるために、バネ定数ｋ２は８０，０００〜８００，０００Ｎ／ｍｍの範囲を取ればよいことが判る。
【００６８】
ここで、制振装置５１による効果を求めるために、前記減衰器４のダンピング率Ｃ２を３％とした場合の周波数応答波形を図６に示す。制振装置５１の固有周波数を制振対象物２６の共振周波数である５．５Ｈｚに調整した場合、振動低減効果として−５ｄＢが得られることがわかった。
【００６９】
次に制振装置５１の固有振動数ｆｎの調整精度に関して説明する。共振周波数の範囲を２．５〜５．５Ｈｚ、吊り下げ具３の長さを８０ｍｍとすると、対応加速度が５〜５０ｇａｌ程度に対して、可動マス２の可動範囲は±０．０５〜±３ｍｍ程度となることが判る。
【００７０】
すなわち、回転駆動機構の位置精度は０．１ｍｍ以下とする必要がある。
【００７１】
一方、Ｘ回転ステージ１１の直径を５００ｍｍと仮定すると、１°あたり約０．５ｍｍ変化するため、回転角θの精度として０．１°程度あれば良く、これは前記ステッピング・モーター２２にて十分制御できる範囲内である。
なお、本実施例では、Ｘ回転ステージとＹ回転ステージの組合せによりＸ方向及びＹ方向の双方に対して制振効果を持たせたが、どちらか一方の回転ステージを設置することにより、制振効果がより大きい方向のみに制振装置を働かせることも可能であり、これにより、装置を薄型化することができる。
【００７２】
図７は本実施例における固有振動数フィードバック制御における回路ブロック図を示すものである。
【００７３】
制振対象物２６の共振周波数を測定するために制振対象物２６に設置されＸ方向及びＹ方向の加速度が測定可能な加速度センサ２８、及び可動マス２に設置された制振装置５１の固有振動数を測定するためのＸ方向及びＹ方向の加速度が測定可能な加速度センサ２９からの各アナログ信号は、コントローラー２３に設置されている図示しないセンサ信号読み出し回路へ入力され、各々アンプ３０、３０による信号増幅後にＡＤ変換器３１、３１にてデジタル信号に変換される。
【００７４】
ここで、Ｘコイルばね１０及びＹコイルばね１６を硬くする、すなわちＸ回転ステージ１１及びＹ回転ステージ１７の回転角を０°とすることにより、制振対象物（建築構造物）２６の共振周波数と可動マス（制振装置）２の固有振動数ｆ２とを同時に測定することはできないが、前記加速度センサ２８の代役とすることができ、省くことも可能である。
【００７５】
得られたデジタル信号は演算回路３２に入力され、Ｘコイルばね１０及びＹコイルばね１６を制御するための信号が生成される。
【００７６】
生成された信号はＤＡ変換器３３によりアナログ化され、Ｘ回転ステージ１１及びＹ回転ステージ１７駆動用の駆動回路３４に入力され、これによりステッピング・モーター２２によってＸ回転ステージ１１及びＹ回転ステージ１７が対応する角度分回転駆動される。
【００７７】
ここで、この固有周波数制御の第１の例を図８に示す。デジタル化されたセンサ信号を前記演算回路３２において離散ＦＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＤＦＴ演算）し、デジタルフィルタにて移動平均及び平滑化することで離散スペクトルを得る。
【００７８】
この離散スペクトルが最大となる周波数を求めることで、制振対象物２６の共振周波数ｆ１と可動マス２の固有振動数ｆ２を検知する。
【００７９】
更に、共振周波数ｆ１、固有振動数ｆ２の誤差信号をフィードバックすることにより、ｆ２をｆ１と同値（又はｆ１を基準にした任意の値）に近づけることで、制振の効果を最大限に発揮できる。
【００８０】
このフィードバック制御アルゴリズムとしては、例えば比例積分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ：ＰＩ）制御アルゴリズム（図９に概略的に示す）や比例積分微分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ：ＰＩＤ）制御アルゴリズムなどを用いることが可能である。
【００８１】
なお、固有周波数制御の方法は上述した図８に示す例に限定されるものではなく、このアルゴリズムと異なる図１０に示す第２の例にて行うこともできる。
【００８２】
すなわち、デジタル化されたセンサ信号を第１の例と同様に離散ＦＦＴした後、伝達特性演算（ＦｒｅｑＲｅｓｐ）にて制振対象物２６と可動マス２の加速度の位相差φを検知する。
【００８３】
そして、位相差φをフィードバックし位相差を９０°に近づけることで、制振の効果を最大限に発揮できる。
【００８４】
なお、この場合のフィードバック制御アルゴリズムとしては、第１の制御フローと同様にＰＩ制御、ＰＩＤ制御アルゴリズムなどを用いることが可能である。
【００８５】
これらの制御アルゴリズムを実現するプログラムは、制御フローは図７に示す演算回路３２にプログラミングされているが、ＡＳＩＣ等の専用ＩＣのみならず、書き換え可能なマイコンやＦＰＧＡ等の汎用ＩＣを用いることも勿論可能である。
【００８６】
なお、上述した実施例では固有周波数調整時のみに上述した各種要素による測定、演算、モーター駆動を行うための電源を必要としているが、常時固有振動数をモニタリングすることにより、外気温の変化等によりバネ定数が変化した場合でも自動的に固有振動数を自動で調整することが可能となる。
【００８７】
この場合、外部からの電源供給が不要であることがより望ましく、例えば、振動発電による電源供給の手段を採用することも可能である。
【００８８】
また、生活振動だけでなく、地震時においても、加速度センサ２８等からの信号をフィードバックすることにより、抑制することが可能となる。
【００８９】
本実施例に係る制振装置５１によれば、住宅の経年変化や、生活様式の変化に伴う家具等の配置変更により、建築構造物の共振周波数が変化した場合にも、外部より容易に前記制振装置５１の固有振動数を調整することで、制振効果を最大限に発揮させることができ、同時に免震機能も付加することができるという斬新な効果を奏する。
【００９０】
以上に本発明の実施例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸しない範囲で各種の変更が可能であり、その適用範囲も建築構造物に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、振動対策が行われる建築・土木・機械構造物、風力発電機、鉄塔、アンテナ塔、橋梁の主塔、管制塔、観光タワー等の塔状構造物やマテハンレーザー機器等の各種構造物、更には、サーバー等コンピュータ機器、制御盤、半導体機器、大型機械構造物（ロータリーコンプレッサー）、ヨーイング等の構造物に関する構造物用制振装置（又は構造物用免震装置）として広範に適用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１    フレーム
１ａ  補助フレーム
２    可動マス
２ａ  底部板
２ｂ  上部板
３    吊り下げ具
４    減衰器（ダンパ）
５    ストッパ
６    Ｘ直動ステージ
７    Ｘリニアガイド
８    Ｘシャフト
９    Ｘベアリング
１０    Ｘコイルばね
１１    Ｘ回転ステージ
１２    Ｙ直動ステージ
１３    Ｙリニアガイド
１４    Ｙシャフト
１５    Ｙベアリング
１６    Ｙコイルばね
１７    Ｙ回転ステージ
１８    接続部材
１９    ばね定数調整機構
２０    リングギア
２１    ピニオンギア
２２    ステッピング・モーター
２２ａ  原動ギア
２３    コントローラー
２４    エンコーダー
２５    ラッチ機構
２６    制振対象物
２７    地盤
２８    共振周波数測定用の加速度センサ
２９    固有振動数測定用の加速度センサ
３０    アンプ
３１    ＡＤ変換器
３２    演算回路
３３    ＤＡ変換器
３４    駆動回路
５１    制振装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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