(57)【要約】【課題】  自由振動系として振り子を用いても、その腕部の長さが長尺となることを抑えつつ固有振動数を小さくできる振動抑制装置の提供。【解決手段】  振り子３の振り子運動の運動エネルギーだけでなく、台車２の並進運動の運動エネルギーも働かせることで、振動抑制装置１の固有振動数を小さくさせられるから、固有振動数を小さくするために振り子３の腕部１２の長さを過度に長くする必要がない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並進運動をする第一振動部と、振り子運動をする第二振動部とを備え、
前記第一振動部は、車輪を有して振動抑制対象物に載置可能な台車であり、前記第二振動部は、前記台車に支持された振り子であり、
該振り子は、支点回りに揺動可能に取付けられた腕部、および腕部に取付けられた重錘を備え、支点回りの振り子運動である揺動を前記台車の並進運動とすべく前記車輪に伝達する伝達機構を介して前記台車に支持されたことを特徴とする振動抑制装置。
【請求項２】
前記腕部に取付けられる重錘の位置が、前記腕部の長手方向において調整可能とされた請求項１に記載の振動抑制装置。
【請求項３】
前記伝達機構は、前記振り子の支点回りの揺動を前記車輪の車軸に伝達する歯車を組合せた構成とされた請求項１または請求項２に記載の振動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、高層ビルや橋梁などの構造物の振動を抑制するのに用いられる振動抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に、この種の振動抑制装置（動吸振器）が提案されている。特許文献１の振動抑制装置では、振り子運動する自由振動系として振り子機構が用いられている。振り子機構は、支点を中心として振り子運動する制振質量体と、制振質量体の振り子運動を減衰させる減衰要素とを有する。
【０００３】
なお、特許文献１では、例えば制振質量体は、円弧状の金属製軌道に案内される部材が例示され、減衰要素として、制振質量体に取付けられた磁石が例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５３６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種の振動抑制装置では、構造物の振動を抑制するために、構造物の固有振動数に合わせて振動抑制装置の固有振動数を小さくすることが求められる。そして、自由振動系として振り子機構を用いた振動抑制装置では、固有振動数は、振り子機構における、支点から制振質量体までの腕部の長さに依存する。
【０００６】
つまり、特許文献１に記載の振動抑制装置では、固有振動数を小さくするためには腕部の長さを長くする必要があり、求められる固有振動数によっては腕部の長さを長尺にしなければならず、また、腕部の長さの変更に伴って軌道の形状を変更しなければならないといった不都合がある。
【０００７】
そこで本発明は、自由振動系として振り子を用いても、その腕部の長さが長尺となることを抑えつつ固有振動数を小さくできる振動抑制装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の振動抑制装置は、並進運動をする第一振動部と、振り子運動をする第二振動部とを備え、前記第一振動部は、車輪を有して振動抑制対象物に載置可能な台車であり、前記第二振動部は、前記台車に支持された振り子であり、該振り子は、支点回りに揺動可能に取付けられた腕部、および腕部に取付けられた重錘を備え、支点回りの振り子運動である揺動を前記台車の並進運動とすべく前記車輪に伝達する伝達機構を介して前記台車に支持されたことを特徴としている。
【０００９】
上記構成の本発明によれば、振動抑制対象物に台車を載せ、振動抑制対象物が振動することで、振り子の腕部および腕部に取付けられた重錘が支点回りに揺動すると、振り子の揺動に伴う復元モーメントは、伝達機構を介して台車が並進運動するよう車輪に伝達されるから、台車が質量要素として働き、その分だけ固有振動数が小さくなる。その際に振動抑制対象物には車輪を介して制振力が加えられ、振動抑制対象物の振動が抑制される。
【００１０】
本発明の振動抑制装置では、前記腕部に取付けられる重錘の位置が、前記腕部の長手方向において調整可能とされた構成を採用できる。
【００１１】
上記構成によれば、重錘の位置を腕部の長手方向において位置調整することで、振り子における実質的な腕部の長さが調整されるから、容易に固有振動数を変更することが可能である。
【００１２】
本発明の振動抑制装置では、前記伝達機構は、前記振り子の支点回りの揺動を前記車輪の車軸に伝達する歯車を組合せた構成を採用できる。
【００１３】
上記構成によれば、振り子の振れ量である揺動量は、振り子の揺動に伴い伝達機構の歯車が回転することで、車輪の車軸の回転数に変換されて車輪に伝達されるから、歯車を変更することで、並進運動における台車の移動量を変更させて、固有振動数を小さくできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の振動抑制装置によれば、自由振動系として振り子を用いても、腕部の長さが長尺となることを抑えつつ固有振動数を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動抑制装置の正面図である。
【図２】同振り子が一方側に振り子運動した状態の振動抑制装置の側面図である。
【図３】同振り子が他方側に振り子運動した状態の振動抑制装置の側面図である。
【図４】同振動抑制装置の解析モデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る振動抑制装置を説明する。図１に示すように、振動抑制装置１は、振動抑制対象物１Ａの振動を抑制するために用いられ、台車２と、振り子３と、振り子３の振り子運動を、台車２（台車２の車輪８）の並進運動とするよう伝達する伝達機構４とを備える。
【００１７】
なお、以下の説明において、前後方向とは台車２の並進運動方向である。左右方向とは、並進運動方向と同一平面内で直交する方向であり、台車２の幅方向である。
【００１８】
図１ないし図３に示すように、台車２は、台部５と、台部５の下面５ａに軸受Ｂ１，Ｂ２を介して支持された車軸６，７と、車軸６，７の軸端に取付けられた前後の車輪８，９と、台部５に立設された支持柱１０，１１とを備える。
【００１９】
本実施形態では、台部５は矩形の平板状に形成されている。軸受Ｂ１，Ｂ２は、台部５の下面５ａの前後寄り、且つ左右寄りの四箇所に配置されている。前後の車軸６，７は、それぞれ台部５の左右方向に亘り、互いに平行に配置されている。前後の車輪８，９は、それぞれ車軸６，７の端部に配置されて、台部５に対して左右方向外側に外れた位置に配置されている。支持柱１０，１１は、台部５の上面５ｂのうち前方寄りに配置され、且つ左右方向に離間して配置されている。本実施形態では、支持柱１０，１１は互いに平行に配置された一対の板状体である。この台車２は、第一振動部に相当する。
【００２０】
振り子３は、腕部１２と、腕部１２に取付けられた重錘１３とを備える。腕部１２は杆状であり、可撓性の低い材料（例えば金属）により形成されている。重錘１３は腕部１２の長手方向に摺動自在に取付けられており、例えば、図示しないストッパの位置を変更することにより、腕部１２の長手方向の任意の位置に位置決めさせることができる。この振り子３は第二振動部に相当する。
【００２１】
伝達機構４は、複数の杆部材と、複数の歯車の組品とを備える。杆部材は支持杆部材１５と伝達杆部材１６とを備える。歯車の組品は支持杆部材１５側の第一組品１７と車軸６（前方の車軸６）側の第二組品１８とを備える。
【００２２】
支持杆部材１５は、振り子３の腕部１２を支持する杆状の部材である。支持杆部材１５は、支持柱１０，１１の上部に渡されて左右方向に沿うよう配置されている。支持杆部材１５は、支持柱１０，１１に軸受Ｂ３，Ｂ４を介して回転自在に支持されている。振り子３の腕部１２の基端が、支持杆部材１５に挿通され、支持杆部材１５と腕部１２とは支持杆部材１５の軸心回りに一体的に揺動（回動）可能とされている。
【００２３】
伝達杆部材１６は、支持杆部材１５の揺動を、前方の車軸６に伝達するための部材である。伝達杆部材１６は、支持杆部材１５の下側に配置され、その長手方向を上下方向に沿うよう配置されている。伝達杆部材１６の上端は支持杆部材１５の直下に配置され、下端は台部５を貫通して、車軸６の直上に配置されている。支持杆部材１５は、その長手方向途中部分を、上下に離間して配置した軸受Ｂ５，Ｂ６により、上下方向の軸心回りに回転可能に配置されている。この軸受Ｂ５，Ｂ６は、一方の支持柱１１に取付けられている。なお、前記支持杆部材１５と伝達杆部材１６とは同径に形成され、断面円形に形成されている。
【００２４】
第一組品１７は、傘歯車の組合わせからなる。すなわち、第一組品１７は、支持柱１０，１１の間で支持杆部材１５の長手方向途中に外嵌された支持杆歯車２０と、伝達杆部材１６の上端に外嵌された上歯車２１との組合わせから構成されている。支持杆歯車２０と上歯車２１とは同径に形成され、同一の歯数である。
【００２５】
第二組品１８は、傘歯車の組合わせからなる。すなわち、第二組品１８は、車軸６の途中に外嵌された車軸歯車２２と、伝達杆部材１６の下端（台部の下側）に外嵌された下歯車２３との組合わせから構成されている。車軸歯車２２は、前記支持杆歯車２０および上歯車２１と同径に形成され、支持杆歯車２０および上歯車２１と同一の歯数である。下歯車２３は車軸歯車２２に比べて大径に形成され、車軸歯車２２の歯数に比べて歯数が多く設定されている。
【００２６】
伝達機構４は、振り子３の振り子運動を、台車２の並進運動とするよう伝達する構成であるから、第一振動部（台車２）と第二振動部（振り子３）とが伝達機構４により連繋されて、振動抑制装置１は全体として、一自由度振動系の構成とされている。
【００２７】
上記構成の振動抑制装置１は、免震台、動吸振器の何れの用い方も可能である。本実施形態の図１ないし図３では、振動抑制対象物１Ａとしては高層ビル等であり、その建屋に水平方向に付設された屋上に、振動抑制装置１を載置した状態を示しており、振動抑制装置１を動吸振器として用いている。
【００２８】
本実施形態では、振動抑制対象物１Ａが振動するとその振動によって振り子３全体が支持杆部材１５の軸心回りの振り子運動（揺動）をする。つまり振り子３は、支持杆部材１５の軸心を支点として振り子運動をする。振り子３の腕部１２は、支持杆部材１５に一体的に取付けられていることから、振り子３が支持杆部材１５の軸心回りに振り子運動すると、この振り子運動とともに、支持杆部材１５がその軸心回りに回動する。
【００２９】
支持杆部材１５がその軸心回りに回動すると、支持杆部材１５に一体的に取付けられている支持杆歯車２０が軸心回りに回動し、これに噛合している上歯車２１がその上下方向に沿う軸心回りに回動をする。そうすると、上歯車２１を一体的に取付けた伝達杆部材１６がその軸心回りに回動し、伝達杆部材１６の回動は、伝達杆部材１６に一体的に取付けられている下歯車２３の軸心回りの回動となる。
【００３０】
下歯車２３は車軸歯車２２と噛合しているから、下歯車２３が回動すると車軸歯車２２がその軸心回りに回動し、車軸歯車２２を一体的に取付けた車軸６がその軸心回りに回動をする。そして、車軸６の端部には車輪８が取付けられているから、車輪８が回動する。このように、振り子３の振り子運動は、台車２の車輪８にその回動動作（転動動作）として伝えられる。
【００３１】
すなわち、振り子３の振り子運動に伴う復元モーメントは、伝達機構４を介して台車２の並進運動（水平方向の往復運動）として伝達される。このため、振り子３の重錘１３だけでなく、質量を有する台車２も制振質量体である質量要素となって、その分だけ振動抑制装置１の固有振動数が小さくなる。振動抑制装置１の車輪８が振動抑制対象物１Ａに制振力を加えることで、振動抑制対象物１Ａの振動が抑制される。
【００３２】
振り子３の振り子運動による振れ量（揺動量）は、振り子３の振り子運動に伴い伝達機構の歯車が回転することで、車輪の車軸の回転数に変換されて車輪に伝達されるから、歯車を変更することで、並進運動における台車２の移動量を変更させられる。
【００３３】
本実施形態における伝達機構４では、第一組品１７および第二組品１８において、支持杆歯車２０、上歯車２１、車軸歯車２２に対し下歯車２３の径を大きくして歯数を増加させたものを用いている。このため、振り子３の振り子運動の一振幅に対する台車２の並進運動量（往復移動量）の割合が大きくなる。そうなると、振り子３の一振幅中に制振質量体である台車２（質量）が動く距離が長くなることから、その分だけ固有振動数を急速に小さくできる。
【００３４】
このように、本実施形態では、振動抑制装置１に振り子３の振り子運動の運動エネルギーだけでなく、台車２の並進運動の運動エネルギーも働くことで、振動抑制装置１の固有振動数を小さくさせられる。このため、固有振動数を小さくするために、振り子３の腕部１２の長さを過度に長くする必要がない。
【００３５】
すなわち、一般的な振り子では、重錘が運動エネルギー（慣性力）と位置エネルギー（復元力）の双方を担当することになる。これに対し、本実施形態における振動抑制装置１の振り子３では、位置エネルギーについては一般的な振り子と同様であるが、運動エネルギーについては台車２の質量に相当する分だけ増加しているから、その分だけ固有振動数を小さくできる。
【００３６】
本実施形態における振動抑制装置１では、重錘１３は腕部１２の長手方向に摺動自在に取付けられており、ストッパの位置を変更することにより、腕部１２の長手方向の任意の位置に位置決めさせられる構成である。したがって、例えば重錘１３を、図１の仮想線に示す位置から実線で示す位置に変更したとすると、振り子３の揺動中心から重錘１３までの距離である腕部１２の長さを実質的に長くさせられる。
【００３７】
また、重錘１３を、図１の実線に示す位置から仮想線で示す位置に変更したとすると、振り子３の揺動中心から重錘１３までの距離である腕部１２の長さを実質的に短くさせられる。このようにすることで、容易に固有振動数を調整することができる。また、制振質量体である台車２の質量を変更しても、容易に固有振動数を調整することができる。
【００３８】
下記（数１）に、図４の解析モデル図に基づいた振動抑制装置１に係る運動方程式を示す。
【数１】
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【００３９】
ここで、
ｍｄ：台車２の質量、
ｍ：重錘１３の質量、
ｌ：振り子３の腕部１２の長さ、
α：相対変位（ｘ１−ｘ２）と振り子３における支点を基準とした回動角θｓの比、
ｇ：重力加速度、
である。特にαは、第一組品１７、第二組品１８における傘歯車の歯数（径）や、車輪８，９の径を変更することで変更可能である。このαの値を小さくすることで、固有振動数が小さくなることが確認されている。したがって、実際の現場で振動抑制装置１を用いる場合は、要求される固有振動数に適合するαとなるよう、傘歯車の歯数や、車輪８，９の径を選択することも好ましい。
【００４０】
上記実施形態では、振動抑制装置１を動吸振器として用いた場合を例示した。しかしながら振動抑制装置１は、免震台として用いることもできる。免震台として用いる場合では、台車２に対し直接的または間接的に振動抑制対象物（例えば文化財、美術工芸品等）が載置される。この場合では、振動抑制装置１では、固有振動数が小さいことにより、振動を絶縁するようにして抑制対象物の振動を抑制できる。
【００４１】
ところで、従来のこの種の振動抑制装置として、制振質量体に対して引張ばねを復元力発生用の弾性要素として用いた例がある。制振質量体に対して引張ばねを用いる場合では、制振質量体の両側に対向するよう引張ばねを配置し、しかも引張ばねを伸長させた状態で用いる必要がある。そうなると、振動抑制装置が大型化してしまうという問題があった。これに対し、本実施形態における振動抑制装置１は、振り子３の振り子運動と台車２の並進運動とを連繋させた構成であり、振り子３の復元モーメントが引張ばねの弾性の代わりとなる構成であるから、振動抑制装置１の大型化が抑えられる。
【００４２】
本実施形態の振動抑制装置１では、振り子３の復元モーメントが台車２の並進運動に用いられる。このため、振り子３の腕部１２の長さを短くすると、固有振動数が小さくなる。すなわち、同じ質量の重錘１３を用いた場合、腕部１２の長さが短いほど振り子運動に伴って支持杆部材１５に働く復元モーメントは小さいから、車輪８（車軸６）を回転させる力が小さくなり、台車２の並進運動の復元力が低下し、固有振動数が小さくなる。このように、本実施形態の振動抑制装置１では、固有振動数を小さくするために振り子３の腕部１２の長さを長くする必要がない。
【００４３】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。上記実施形態では、伝達機構として、杆部材および歯車の組合せによる機構が用いられた場合を例示した。しかしながら、図示しないが、振り子の振り子運動を車軸に伝達するために、例えばタイミングベルト等を用いることができる。
【００４４】
上記実施形態では、振り子は前後方向に振り子運動をするよう構成した場合を例示した。しかしながら、振り子は左右方向に振り子運動する構成であってもよく、振り子運動の方向は鉛直面内で行われるなら、特に限定されない。
【００４５】
上記実施形態では、振り子３は支点回りに揺動可能としているが、他の実施形態として、振り子３に減衰を付与するために、振り子３の揺動をロータリーダンパにより支持することが考えられる。この場合では、振動抑制装置１に係る運動方程式は、次の（数２）となる。
【数２】
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【００４６】
ここで、
ｃ：回転減衰係数
である。
このように構成することで、振動抑制装置１に減衰を付与することができる。
【００４７】
なお、振動抑制装置１に減衰を付与する手段は、振り子３の揺動支点をロータリーダンパとすることに限定されず、例えば車軸６，７の回動をロータリーダンパにより支持することが考えられる。また他の実施形態として、回転減衰以外に、振動抑制対象物１Ａ上に金属板を配置し、台車２の台部５の下面５ａに永久磁石を設置して、金属板に渦電流を発生させることで、台車２に粘性減衰を付与することで振動抑制装置１に減衰を付与することが考えられる。特に、渦電流を発生させる場合は、金属板と永久磁石との距離を調整することで、減衰係数の値を容易に調整できる。
【００４８】
なお、振動抑制装置１は、一つの振動抑制対象物に対して一個配置することに限定されず、場合に応じて複数個配置することもできる。さらに、本発明の振動抑制装置を、台車の並進方向が直交する方向となるよう上下二段に重ねて配置して免震台として用い、直交する二方向の振動を抑制させることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１…振動抑制装置、１Ａ…振動抑制対象物、２…台車、３…振り子、４…伝達機構、６，７…車軸、８，９…車輪、１２…腕部、１３…重錘、１５…支持杆部材、１６…伝達杆部材、１７…第一組品、１８…第二組品、２０…支持杆歯車、２１…上歯車、２２…車軸歯車、２３…下歯車
【図１】
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【図２】
2019035432.tif 000006
【図３】
2019035432.tif 000007
【図４】
2019035432.tif 000008