(57)【要約】　　　（修正有）【課題】震動量の制御するものであって、応用範囲に制限が無く、取り付けおよび構造が簡単で且つ維持と修繕が容易であるスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーの構造を提供する。【解決手段】主動式および受動式の同調液柱ダンパーの特性と優れた点を兼ね備え、液柱管９および管内の液体８（または水）により構成する受動式同調液柱ダンパーに係り、受動式の同調液柱ダンパーの水平管内に一個または一個以上の同軸スクリュー１３を設け、スクリューはピニオンユニット１４を経てコンピュータ２１が制御するサーボモータ１５により駆動し、構造は簡単であり、取り付けおよび維持と修繕が容易であり、元の構造物の構造システムを改変する必要が無く、広範囲に応用でき、揺れを低減する。【選択図】図７
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
一種のスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーは液柱管に係り、管内液体、一個または一個以上のスクリュー、ピニオンユニット、サーボモータ、コンピュータ制御システムなどにより構成され、
その中の一個または一個以上の同軸につながるスクリューを液柱管の水平管内へ設け、ピニオンユニットは液柱管外にあるサーボモータと連接し、サーボモータはコンピュータ制御システムによって操縦され、
構造物の震動量がある限度へ未到達だと、主動制御システムは作動せず、サーボモータおよびスクリューは回転せず、液柱管および内部の液体は一種の受動式同調液柱ダンパーを構成して構造物の震動量を低減し、
構造物の震動量がある限度を超過すると、コンピュータシステムが直ちにサーボモータを作動してスクリューを駆動し、スクリューは構造物の震動に相反する方向への推力を産出し、同調液柱ダンパーの揺れの低減効果を大幅に高めるように作動することを特徴とするスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパー。
【請求項２】
前記液柱管の垂直管上端は開口または閉口しており、垂直管上端が開口することにより開口式同調液柱ダンパーを構成し、また、垂直管上端が閉口することにより閉口式同調液柱ダンパーを構成し、前記垂直管の液面上方に気密室を形成して気密室の気圧・高度・体積などを所望の数値に無制限に設定可能とすることを特徴とする請求項１記載のスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパー。
【請求項３】
前記液柱管は二つの相同する垂直管および水平管により構成し、該液柱管の材料・長さ・断面形状および面積などの所望の数値に設定可能であり、該液柱管は円形管または断面が円形筒であり、液柱管内の液体および水の上面高さの設定は自由であり、液体または水の重量の設定は自由であり、該重量は構造物の重量の０．１〜２．０％であり、前記スクリューは液柱管の水平管内の中央へ設け、サイズおよび形状の同様な二個の同軸スクリューを用い、スクリューの材料・スクリューの羽根のサイズの設定は自由であって三枚羽根のスクリューであり、該スクリューの羽根の外周サイズは水平管の内径より少し小さく、前記主動式同調液柱ダンパーは、前記液柱管、管内液体、スクリュー、ピニオンユニット、サーボモータおよびコンピュータシステムなどにより構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパー。
【請求項４】
前記主動式同調液柱ダンパーは、構造建築、高い塔、長い橋、船舶、海域平台、機械などの震動制御へ使用することを特徴とする請求項１から請求項３記載のスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパー。
【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案の属する技術分野】
本考案は、建築、高い塔、橋梁、車両、船舶、海域平台、設備および機械などの構造物における震動制御の技術分野に属し、特に、スクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、よく知られた地震などの揺れを低減する構造物や装置の種類は非常に多く、同調質量ダンパー（ＴＭＤ）、同調液体ダンパー（ＴＬＤ）、同調液柱ダンパー（ＴＬＣＤ）などが知られているが、これらの公知技術のそれぞれを下記に紹介する。
【０００３】
１．同調質量ダンパー（ＴＭＤ）について、
同調質量ダンパーは、図１に示す平面鋼枠と同調質量ダンパーに係り、該平面鋼枠は梁１及び柱２により構成し、この平面鋼枠は水平外力または地震作用を受けて振動し、平面鋼枠の振動量を低減し、梁１へ同調質量ダンパーを設け、該同調質量ダンパーはブロック３、バネ４、ダンパー５、輪６などにより構成する。一般のブロック３の質量は構造物の質量の０．５〜２．０％であり、同調質量ダンパーはブロック３が外からの振動を受けると構造物の振動と相反する方向へ振動する慣性力を生み共振し、揺れを低減する効果となる。
したがって、ブロック３およびバネ４の大きさを調整し、質量ダンパーの自然周期（Ｎａｔｕｒｅ　Ｐｅｒｉｏｄ）を改変し、質量ダンパーの自然周期が同調周期（Ｔｕｎｅｄ　Ｐｅｒｉｏｄ）および制振割合となり最良の制振割合（Ｏｐｔｉｍａ　Ｄａｍｐｉｎｇ　Ｒａｔｉｏ）となり、この質量ダンパーは即ち同調質量ダンパーと呼ぶ、構造物の揺れを低減する効果となり、同調周期と構造物本体の基本周期は近づくようになる。
【０００４】
２．同調液体ダンパー（ＴＬＤ）について、
同調液体ダンパーは、図２に示す平面鋼枠と同調液体ダンパーに係り、この液体ダンパーは水槽７および槽内の液体または水８により構成し、構造は相当単純であり、一般の建築物屋上の貯水槽を適正に設計し、即ち、同調液体ダンパーとなり、公知における同調液体ダンパーの液体の重量は構造物の重量の約０．５〜２．０％であり、同調液体ダンパーは液体を利用してｓｌｏｓｈｉｎｇにより構造物の振動する方向と相反する力量を生み共振し、構造物の揺れを低減する効果となる。したがって、水槽内の液体（または水）の深度および幅を調整して、即ち液体の基本周期を改変し、液体ダンパーの基本周期が同調周期および制振割合となり最良の制振割合となり、この液体ダンパーは即ち同調液体ダンパーと呼ぶ、構造物の最良の揺れを低減する効果となり、同調周期と構造物本体の基本周期は近づくようになる。
【０００５】
３．同調液柱ダンパー（ＴＬＣＤ）について
同調液柱ダンパーは、図３に示す平面鋼枠と同調液柱ダンパーに係り、同調液柱ダンパーは液柱管９および液柱管内の液体または水８により構成し、構造は相当単純であり、液柱管の断面は一般的に円形または方形を呈し、（図４、５参照）一般的に液柱管の断面は均等であり、ただ均等でない場合は左右対称としなくてはならない、設計が重要である。公知の液柱管の垂直管上端は開口しており、同調液柱ダンパー内の水の重量は構造物の重量の約０．５〜２．０％であり、構造物が外力または地震にあったとすると液柱管内の水は外力作用を受けて構造物の振動する方向と相反する力量を生み流動し、構造物の揺れを低減する効果となる。
したがって、液柱管の液体の長さ（即ち水平管の長さと垂直管の水頭までの高さの和）は、液柱管内の液体（または水）が運動する自然周期を改変し、自然周期が同調周期及び制振割合となり最良の制振割合となり、この液柱ダンパーは即ち同調液柱ダンパーと呼ばれ、構造物の揺れを低減する効果となり、同調周期と構造物本体の基本周期は近づくようになる。
図６に示すように、液柱管９の内へ設ける水の阻隔板１０は水流オリフィス（Ｏｒｉｆｉｃｅ）により形成し、水流を阻止する力が増加し、即ち同調液柱ダンパーの制振割合は増加する。
【０００６】
【考案が解決しようとする課題】
しかし、上述のような公知のものにおける欠点として、先ず液柱管のサイズ選択および設計が困難であり、従来公知の開口式ＴＬＣＤは受動式の震動制御装置であり、揺れの低減効果には限りがあり、揺れの低減効果は液体（または水）の質量が重要であり、応用しにくいなどの問題点があった。
そこで、本考案は、取り付けが容易で維持と修繕が簡単なスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーの提供を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の考案は、一種のスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーは液柱管に係り、管内液体、一個または一個以上のスクリュー、ピニオンユニット、サーボモータ、コンピュータ制御システムなどにより構成され、その中の一個または一個以上の同軸につながるスクリューを液柱管の水平管内へ設け、ピニオンユニットは液柱管外にあるサーボモータと連接し、サーボモータはコンピュータ制御システムによって操縦され、構造物の震動量がある限度へ未到達だと主動制御システムは作動せず、サーボモータおよびスクリューは回転せず、液柱管および内部の液体は一種の受動式同調液柱ダンパーを構成して構造物の震動量を低減し、構造物の震動量がある限度を超過するとコンピュータシステムが直ちにサーボモータを作動してスクリューを駆動し、スクリューは構造物の震動に相反する方向への推力を産出し、同調液柱ダンパーの揺れの低減効果を大幅に高めるように作動することを特徴とするスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーである。
【０００８】
請求項２の考案は、前記液柱管の垂直管上端は開口または閉口しており、垂直管上端が開口することにより開口式同調液柱ダンパーを構成し、また、垂直管上端が閉口することにより閉口式同調液柱ダンパーを構成し、前記垂直管の液面上方に気密室を形成して気密室の気圧・高度・体積などを所望の数値に無制限に設定可能とすることを特徴とする請求項１記載のスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーである。
【０００９】
請求項３の考案は、前記液柱管は二つの相同する垂直管および水平管により構成し、該液柱管の材料・長さ・断面形状および面積などの所望の数値に設定可能であり、該液柱管は円形管または断面が円形筒であり、液柱管内の液体および水の上面高さの設定は自由であり、液体または水の重量の設定は自由であり、該重量は構造物の重量の０．１〜２．０％であり、前記スクリューは液柱管の水平管内の中央へ設け、サイズおよび形状の同様な二個の同軸スクリューを用い、スクリューの材料・スクリューの羽根のサイズの設定は自由であって三枚羽根のスクリューであり、該スクリューの羽根の外周サイズは水平管の内径より少し小さく、前記主動式同調液柱ダンパーは、前記液柱管、管内液体、スクリュー、ピニオンユニット、サーボモータおよびコンピュータシステムなどにより構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーである。
【００１０】
請求項４の考案は、前記主動式同調液柱ダンパーは、構造建築、高い塔、長い橋、船舶、海域平台、機械などの震動制御へ使用することを特徴とする請求項１から請求項３記載のスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーである。
【００１１】
すなわち、本考案は、主動式および受動式の同調液柱ダンパーの特性と優れた点を兼ね備えたもので、構造物（建築、高い塔、橋梁、車両、船舶、海域平台、設備および機械などを含む）の震動量の制御を有効にすべく、液柱管および管内の液体（または水）により構成する受動式同調液柱ダンパーに係り、一個または一個以上の同軸スクリュー、ピニオンユニット、サーボモータ、コンピュータ制御システムなどにより構成し、垂直管上端は開口または閉口し、受動式の同調液柱ダンパーの水平管内に一個または一個以上の同軸スクリューを設け、スクリューはピニオンユニットを経て管外のコンピュータ制御によりサーボモータを駆動する構成である。
したがって、構造物の震動量がある限度へ未到達の場合は、主動制御システムは作動せず、サーボモータおよびスクリューは回転せず、受動式同調液柱ダンパーとなり、揺れを低減する作用を有する。
【００１２】
構造物の震動量がある限度を超過した場合は、コンピュータシステムが直ちにサーボモータを作動してスクリューを駆動させ、スクリューの回転が液体の流動量を増加して揺れを低減する作用を高めるべく、スクリューの回転は震動に相反する方向への推力を産出し、更に、一定の範囲以内で震動量を低くし、震動量の制御し、構造物の揺れを低減する。
また、同調液柱ダンパーの垂直管上端は開口または閉口することが可能で、開口式同調液柱ダンパーは液柱管内の液体の長さを調整して液体運動の自然周期（即ち同調液柱ダンパーの自然周期）へ改変し、あるいは、閉口式同調液柱ダンパーは液柱管内の液体の長さ、気密室の気圧、および気密室の体積またはサイズなどを調整して同調液柱ダンパーの基本周期へ改変し、実際の要求に応用して配合することができるので、液柱ダンパーの応用範囲は広大であり、且更に揺れを低減する効果を高めることができる。
本考案の構造は簡単であり、取り付けおよび維持と修繕が容易であり、元の構造物の構造システムを改変する必要が無く、空間を占める割合も限りがあるのでスペースの節約が可能であり、広範囲に応用でき、揺れを低減することができる。
【００１３】
【考案の実施の形態】
本考案の好適な実施例を図面に沿って説明するが、図７に示すように、平面鋼枠と本考案のスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーに係り、該スクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーは受動式同調液柱ダンパーの液柱管９の水平管へ一個または一個以上のスクリュー１３を設け、ピニオンユニット１４は液柱管外にあるサーボモータ１５と連接し、該サーボモータ１５はコンピュータ制御システムによって操縦を制御し、液柱管内の水流は均一である。
一般的に同軸につながり相同する２個のスクリュー１３を用い、液柱管９は断面に円形のものを用いるか、または、スクリュー付近の液柱管の断面に円形を用いる。
１例として、液柱管９の垂直管の上端開口部を開けると、開口式同調液柱ダンパーとなり、液柱管内の液体の長さを改変し、開口式同調液柱ダンパーの自然周期を調整する、例えば、液柱管９の垂直管の上端開口部を閉めると、閉口式同調液柱ダンパーとなり、垂直管の液面から蓋１１の間に気密室１２が形成され、気密室１２内の気圧を予め設定し、液柱管９内の液体の長さ、気密室１２の気圧、気密室１２の体積などを改変し、閉口式同調液柱ダンパーの自然周期を調整し、閉口式同調ダンパーの液柱管サイズの設計は比較的融通性を有することにより広範囲に応用することができる。
【００１４】
液柱管内の液体の自然周期及び制振割合はそれぞれ同調周期及び最高の制振割合に達成するとこの液柱ダンパーは揺れを低減する最高の効果となり、受動式同調液柱ダンパーとなる。例として、開口式または閉口式同調液柱ダンパーの液柱管の水平管内へスクリューを設け、スクリュー１３はコンピュータが制御するサーボモータ１５により駆動を制御する、よって、スクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーの構成となる。
これは一種の進歩的な主動式震動制御構造の装置であり、主動式および受動式の特性と優れた点を具有する。
同調液柱ダンパーの液柱管の主な特徴として、二個の相同する垂直管の底部に水平管を連接し、液柱管の断面のサイズ（または直径）は液柱管の長さより小さく、よって液柱管内の液体運動は一次元の圧縮不可である液体フロー（ｏｎｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｎｏｎ−ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ　ｆｌｕｉｄ　ｆｌｏｗ）と仮設し、垂直管内の液面が上下運動をする時に水平を保持することを仮設することにより、同調液柱ダンパーの液柱管内の液体運動は単一的自由度（ｓｉｎｇｌｅ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｆｒｅｅｄｏｍ）運動となり、有限元素法構造分析計算（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｆｉｎｉｔｅ−ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ）により非常に容易に構造物と結合し一体を形成する。
【００１５】
図７に示すコンピュータ制御システムは液柱管９内の液面の変化を波動計１６により計測し、気密室１２内の気圧を気圧計１７により計測し、平面鋼枠の震動量を変移計１８により計測し、液柱管内の液体の流速を流速計により計測し、各種の計測して得た物理量の信号は信号処理カード２０を経てコンピュータ２１へ伝送され、信号はコンピュータ２１で分析計算された後、デジタル資料を輸出し、信号処理カード２０およびモータ制御カード２２を経て処理された後、サーボモータ１５へ指令する、サーボモータおよびスクリューの始動及び回転速度を制御し、コンピュータ２１は計測して得た各種物理量の受け取りと記録を同時にする。これらの受け取る記録は、平面鋼枠の震動量、液面変化、液柱管内の液体の流速、気密室の気圧、サーボモータ１５の馬力および回転速度、スクリュー１３の回転速度および推力などを含む。
構造物の震動量がある限度へ未到達だと主動制御システムは作動せず、サーボモータ１５およびスクリュー１３などは回転しない。そうすると液柱管および内部の液体は受動式同調液柱を構成し、構造物の震動量を低減するのに有効であり、構造物の震動量がある限度を超過するとコンピュータシステム（コンピュータ、信号計測、信号拡大および転換処理など含む）が直ちにサーボモータ１５を作動してスクリュー１３を駆動し、スクリューは構造物の震動に相反する方向への推力を産出し、同調液柱ダンパーの揺れの低減効果を大幅に高める
構造物の震動量がある限度以内で制御されるとスクリュー１３の回転は液柱管内の液体の流動量を増加して増加に対して構造物の揺れを低減する効果となる以外にもスクリュー本体の回転が推力を造成し、構造物の揺れを低減する効果を生み出す。
【００１６】
本考案の実施例は、スクリュー１３の推力が揺れを低減する効果を提供し、よって液体の質量を減少し、液柱管は更に小さくできて便利であり、これは本案のもう一つの優れた作用・効果でもある。
スクリュー１３は、水管の中の運転効率が非常に良く、サーボモータ１５は敏速に制御操縦し、液柱管は取り付けが簡単であり、空間を占める割合も大きくないので、構造物の元の構造システムを改変する必要が無く、よって本案のスクリュー１３で制御する主動式同調液柱ダンパーは構造が簡単であり、維持と修繕が容易であり、経済的であり、および、揺れを低減するという優れた作用・効果を具有する。
なお、本考案の特徴を損なうものでなければ、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論である。
【００１７】
【考案の効果】
本考案は、主動式および受動式の同調液柱ダンパーの特性と優れた点を兼ね備えたもので、構造物の震動量がある限度へ未到達の場合は、主動制御システムは作動せず、サーボモータおよびスクリューは回転せず、受動式同調液柱ダンパーとなり、揺れを低減するという効果を有するのであり、これは、構造物の震動量がある限度を超過した場合は、コンピュータシステムが直ちにサーボモータを作動してスクリューを駆動させ、スクリューの回転が液体の流動量を増加して揺れを低減する作用を高めるべく、スクリューの回転は震動に相反する方向への推力を産出し、更に、一定の範囲以内で震動量を低くし、震動量の制御して構造物の揺れを低減すという効果を有する。
【００１８】
本考案の同調液柱ダンパーの垂直管上端は開口または閉口することが可能で、開口式同調液柱ダンパーは液柱管内の液体の長さを調整して液体運動の自然周期（即ち同調液柱ダンパーの自然周期）へ改変し、あるいは、閉口式同調液柱ダンパーは液柱管内の液柱の長さ、気密室の気圧、および気密室の体積またはサイズなどを調整して同調液柱ダンパーの基本周期へ改変し、実際の要求に応用して配合することができるので、応用範囲に制限が無く、スペース的にも有利であり、取り付けおよび構造が簡単で且つ維持と修繕が容易であるという効果を有する。
【００１９】
したがって、本考案のスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーの応用範囲は広大であり、且更に揺れを低減する効果を高めることができるので、構造建築、高い塔、長い橋、船舶、海域平台、機械などの震動制御へ使用することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の平面鋼枠と同調質量ダンパーの図である。
【図２】従来の平面鋼枠と同調液体ダンパーの図である。
【図３】従来の平面鋼枠と同調液柱ダンパーの図である。
【図４】従来の同調液柱ダンパーの断面が円形の液柱管の図である。
【図５】従来の同調液柱ダンパーの断面が方形の液柱管の図である。
【図６】従来の同調液柱ダンパーの液柱管内の水を阻む板である。
【図７】本考案の実施例の平面鋼枠でのスクリューで制御する主動式同調液柱ダンパーの図である。
【符号の説明】
１　　梁
２　　柱
３　　ブロック
４　　バネ
５　　制振
６　　輪
７　　水槽
８　　液体（または水）
９　　液柱管
１０　水の阻隔板
１１　蓋
１２　気密室
１３　スクリュー
１４　ピニオンユニット
１５　サーボモータ
１６　波動計
１７　気圧計
１８　変移計
１９　流速計
２０　信号処理カード
２１　コンピュータ
２２　モータ制御カード
【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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