(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収納した、縦型円筒形又は平面視正方形の角筒状の水槽と、
水槽内を分割して長手方向の長さが幅方向に比べて大であるスロッシング溝を複数形成し、液体が該スロッシング溝の長手方向に揺れるようにした分割整流板と、
水槽の中心縦軸の回りに水槽を回転させる回転機構とで構成されていることを特徴とするスロッシングダンパ。
【請求項２】
液体を収納した、平面視楕円形の筒状又は平面視長方形の角筒状の水槽と、
水槽内を長軸に平行に分割して長手方向の長さが幅方向に比べて大であるスロッシング溝を複数形成し、液体が該スロッシング溝の長手方向に揺れるようにした分割整流板と、
水槽の中心縦軸の回りに水槽を回転させる回転機構とで構成されていることを特徴とするスロッシングダンパ。
【請求項３】
回転機構が、水槽を載置して回転させるスラストベアリングであることを特徴とする請求項１または２に記載のスロッシングダンパ。
【請求項４】
回転機構が、分割整流板の中心縦軸に沿って設けられた回転軸であることを特徴とする請求項１または２に記載のスロッシングダンパ。
【請求項５】
回転機構は、
入力した揺れの方向を検知するセンサと、
水槽又は分割整流板を回転させる回転手段と、
水槽又は分割整流板を揺れの方向に平行となるように回転手段を回転させる制御部とで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスロッシングダンパ。
【請求項６】
隣接するスロッシング溝を連通する連通孔が分割整流板又は水槽の内面に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスロッシングダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風や地震などにより建造物に発生する長周期の揺れを低減させるためのスロッシングダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
地震や風などにより建造物に発生した長周期の揺れを低減させる手法として、制御の対象となる建造物の屋上階に当該建造物の固有振動数とそのスロッシング周波数が一致するように水を張った水槽を設置し、当該建造物に揺れが入力した時に建造物の揺れに対して水槽内の水が同期して反対方向に揺れ、その一部を打ち消し建造物の揺れを大幅に低減させるような方式が採用されている（非特許文献１）。このような揺れ制御装置（スロッシングダンパ）は、対象となる建造物の規模によるが一般的には風揺れの１／２〜１／３程度に揺れを制御しようとすると、水重量は建造物の重量の１／３００が必要であり、水槽の容量は非常に大きくならざるを得ないというスペース上の問題があった。
【０００３】
その理由は、風や地震の建造物への入力方向は一定していないために水槽１００の形状は円筒形または平面視正方形の角筒状とされているが、それ故、建造物が揺れると、図１１又は１２に示すように水Ｗが水槽１００の内壁に衝突して渦を発生して揺れ方向Ｙと異なる方向Ｘの波が発生し、揺れを有効に打ち消すことが出来なかったためである。なお、甚だしい場合は、液体Ｗが水槽１００内で回転したり、揺れ方向Ｙに直交する直交振動が支配的になる場合も有り、この場合には殆どダンパ効果が期待できない。
【０００４】
同様なスロッシングダンパが特許文献１に開示されている。特許文献１のスロッシングダンパは水Ｗをたたえた平面視楕円形の水槽である。この点は非特許文献１に記載のスロッシングダンパについても言える。このスロッシングダンパの楕円形の長軸方向と短軸方向のスロッシング周期は建造物の主たる２軸の固有振動数とそれぞれ同調するように設計されている。この場合も揺れが入力されると水槽内で複雑な渦が発生し、収容された水の動きが複雑になって有効な揺れ軽減ができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】http://www.ibrain.jp  （アイディールブレーン株式会社  ネットカタログ）
【特許文献１】特開２００５−２５６９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような従来例の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構造であってしかも水槽の容量は小さく、効果的に揺れを制御することが出来るスロッシングダンパ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】
【０００７】
請求項１に記載のスロッシングダンパ（第１実施例  図１、図４、図６、図１０）は、
液体Ｗを収納した、縦型円筒形又は平面視正方形の角筒状の水槽１と、
水槽１内を分割して長手方向の長さが幅方向に比べて大であるスロッシング溝２を複数形成し、液体Ｗが該スロッシング溝２の長手方向に揺れるようにした分割整流板３と、
水槽１の中心縦軸ＣＬの回りに水槽１を回転させる回転機構４とで構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載のスロッシングダンパ（第１実施例の変形例  図８、９）は、
液体Ｗを収納した、平面視楕円形の筒状又は平面視長方形の角筒状の水槽１と、
水槽１内を長軸に平行に分割して長手方向の長さが幅方向に比べて大であるスロッシング溝２を複数形成し、液体Ｗが該スロッシング溝２の長手方向に揺れるようにした分割整流板３と、
水槽１の中心縦軸ＣＬの回りに水槽１を回転させる回転機構４とで構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３は請求項１または２に記載の回転機構４に関し、
回転機構４が、水槽１を載置して回転させるスラストベアリング４ａであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４は請求項１または２に記載の回転機構４の他の例に関し、
分割整流板３の中心縦軸ＣＬに沿って設けられた回転軸４ｂであることを特徴とする。
【００１２】
請求項５は請求項１または２に記載の回転機構４の更に他の例に関し、
回転機構４は、
入力した揺れの方向を検知するセンサＳと、
水槽１又は分割整流板３を回転させる回転手段Ｋと、
水槽１又は分割整流板３を揺れの方向に平行となるように回転手段Ｋを回転させる制御部５とで構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６は、請求項１〜５のいずれかに記載のスロッシングダンパにおいて、
隣接するスロッシング溝２を連通する連通孔６が分割整流板３又は水槽１の内面に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、水槽１に分割整流板３を設けて水槽１内を分割し、長手方向の長さが幅方向に比べて大であるスロッシング溝２を複数形成しているので、建造物が揺れると、その揺れ方向Ｙに沿って水槽１内の液体Ｗが反対方向に同期して揺れる。そのときスロッシング溝２の幅は長手方向に比べて狭いので、渦が発生しにくく、液体Ｗの揺れのほとんどが建造物の揺れ軽減に働く。
【００１５】
そして、水槽１の中心縦軸ＣＬの回りに水槽１を回転させる又は分割整流板３を水槽１の中心縦軸ＣＬの回りに回転させる回転機構４を設けているので、仮に、スロッシング溝２の長手方向と揺れの方向が一致していなかったとしても、水槽１を機械的に回転させ或いは波が水槽１の内側面や分割整流板３にぶつかることにより、水槽１や分割整流板３を自転させ、スロッシング溝２の長手方向と揺れの方向Ｙとが一致するようになる。なお、作業者が補助的に水槽１や分割整流板３を回転させて、スロッシング溝２の長手方向と揺れの方向が一致させるようにしてもよい。
【００１６】
水槽１や分割整流板３を回転させる場合、揺れの方向Ｙを制御部５のセンサＳで検出し、例えばサーボモータのような回転手段Ｋを用いれば、検出された揺れの方向Ｙと分割整流板３とが短時間で平行になるように回転させることが出来る。
【００１７】
また、隣接するスロッシング溝２を連通する連通孔６を分割整流板３に形成しておけば、隣接するスロッシング溝２の水位は常に一致しており、隣接するスロッシング溝２でのスロッシング周波数が大きな相違を示すようなことがない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のスロッシングダンパの第１実施例の作動状況を示す斜視図である。
【図２】本発明のスロッシングダンパの第２実施例の作動状況を示す斜視図である。
【図３】本発明のスロッシングダンパの第３実施例の作動状況を示す斜視図である。
【図４】本発明の円筒形スロッシングダンパの平面図である。
【図５】図４の変形例の平面図。
【図６】本発明の角筒形スロッシングダンパの平面図である。
【図７】図５の変形例の平面図である。
【図８】本発明の楕円形筒形スロッシングダンパの平面図である。
【図９】本発明の長方形筒形スロッシングダンパの平面図である。
【図１０】本発明のスロッシングダンパの波の動きを示す縦断面図である。
【図１１】従来の円筒形スロッシングダンパの水の動きを示す平面図である。
【図１２】従来の角筒形スロッシングダンパの水の動きを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。スロッシングダンパの第１実施例は図１、図４、図６及び図１０に示すように、水槽１と、分割整流板３と、回転機構４とで構成されている。風や地震の建造物への入力方向は決まっている訳ではないので、どの方向からの入力に対して対応できるように、通常、水槽１は、縦型の有底円筒形或いは平面視正方形の角筒形が選ばれる。勿論、建造物の固有振動数がＸ軸とＹ軸とで異なる場合、平面視で楕円の筒形や平面視で長方形の角筒形を選択してもよい。
【００２０】
水槽１は、図１の場合、縦型の有底円筒形のもので、水槽１を中央で２等分割するように分割整流板３が設けられ、その両側に半円状の細長いスロッシング溝２が対称に形成されている。水槽１は、天井面を開放した状態としてもよいし、蓋（図示せず）をつけて閉塞するようにしてもよい。
【００２１】
水槽１の他の例は、図６に示すように平面視正方形の角筒形のもので、中央に分割整流板３が設置され、２等分割されている。この場合のスロッシング溝２は平面視長方形である。
【００２２】
分割整流板３は、図では水槽１の底面から上端まで設けられているが、下端は図のように水槽１の底面との間で隙間或いは連通孔６を設け、液体Ｗが行き来できるように隣接するスロッシング溝２を繋ぐようにしてもよい。
図５，７は分割整流板３が複数（ここでは３枚）の例である。なお、スロッシング溝２が「細長い」とは、図から分かるように長方形に限定されるものでなく、長手方向の長さが幅方向の長さより長いという意味で、半月や台形に近似した形状も含まれる。
【００２３】
水槽１の中には例えば水のような液体Ｗが必要高さまで収納されている。液体Ｗは水に限定されるものではなく、シリコーン油のような多少粘性のあるものでもよい。水槽１の大きさや液体Ｗの液面高さ（液体Ｗの粘度）によってスロッシング周波数が決まる。したがって、設置される建造物の固有振動数に合わせてこれらが決定される。
【００２４】
水槽１は、大型のスラストベアリング４ａ（上、下の座４１，４２の間にニードルや鋼球４４が嵌め込まれたリテーナ４３が挟み込まれ、上の座４１が下の座４２に対して相対的に回転する。）のような回転機構４上に載置固定され、回転機構４の回転中心に一致する水槽１の中心縦軸ＣＬの回りに回転するようになっている。
【００２５】
スロッシングダンパは前述のように、収納された液体Ｗの高さｈ、水槽１の深さＨ、水槽１の形状（円筒形、平面視で長方形または正方形の角筒状、平面視で楕円形など）によってその固有振動数（スロッシング周波数）が決まる。一方、設置される建築物も固有振動数を有する。スロッシングダンパはその形状や収納される液体Ｗの高さｈ（あるいは液体Ｗの粘度）などが選定され、建築物の固有振動数に合う最適周波数に調整される。
【００２６】
最適周波数に調整されたスロッシングダンパは、対象となる建造物の上階あるいは屋上階に設置される。図１のように、分割整流板３と揺れの方向が一致しない場合、図中、手前側の液体Ｗは半月状の水槽１の内面に少し偏って大きな波となって打ち付ける。奥側の液体Ｗは半月状の水槽１の分割整流板３に少し偏って大きな波となって打ち付ける。これにより、回転機構４に回転方向の力が加わり一方向に回転する。回転機構４は水槽１の回転中心ＣＬが一致しているため、水槽１が上の座４１と共に回転する。揺れは往復して建造物に入力するため、水槽１は次第に回転して揺れの方向Ｙに対して分割整流板３が平行な方向を向くように回転する。揺れの方向Ｙが変われば自動的に追従して回転する。
【００２７】
この状態で揺れが続いていると、大半の液体Ｗは、図３のように分割整流板３に沿って往復移動し、揺れの運動エネルギの一部を熱に変換して吸収する。なお、円筒形の水槽１の場合は、円弧状の内周面に沿って一部の液体Ｗが往復移動するが、分割整流板３を中心にスロッシング溝２が分割整流板３の両側に線対称な形状にて存在するので、前記一部の液体Ｗは分割整流板３の水槽１の内周面への突き当たり部分７に向かって流れ、突き当たり部分７で高い波高を現出させる。隣接するスロッシング溝２は半円状の対称なので、円弧状の内周面に沿う液体Ｗの流れと分割整流板３に沿う液体Ｗの流れとが突き当たり部分７で合流し、波は同じ突き当たり部分７において分割整流板３の両側から衝突し互いに打ち消し合う。これを往復で繰り返すことで揺れの運動エネルギを効果的に消滅させる。なお、この合流した液体Ｗの流れは大きな渦を形成せず、揺れ方向Ｙに交差するような方向Ｚの流れを形成することはない。
【００２８】
図６，７のような平面視長方形のスロッシング溝２では上記半円状のスロッシング溝２と異なり、液体Ｗのほぼ全量が分割整流板３に沿う液体Ｗの流れとなり、円筒形スロッシングダンパより高いスロッシング効果を生む。図８は液体Ｗの動きを示す断面で、波が交互に左右に形成され、これによって前述の揺れの運動エネルギの一部が熱に変換されて消滅する。
なお、スロッシング溝２を隔てる全ての分割整流板３に連通孔６が穿設されておれば、スロッシング溝２の水位は常時同じ高さを示すことになる。逆に、連通孔６を設けず、各スロッシング溝２を独立させておけば、各スロッシング溝２の水位を自在に調整して求めるスロッシング周波数を得ることも可能である。
【００２９】
上記水槽１では分割整流板３を１枚使用した場合を示したが、勿論、これに限られず、図５、７のように複数枚（ここでは３枚）平行に設置してもよい。
【００３０】
スロッシングダンパの第２実施例は、分割整流板３が縦型円筒形の水槽１内に配置され、水槽１の中心に立設された回転軸４ｂの回りに回転するようにセットされている。回転軸４ｂは水槽１の中心縦軸ＣＬに一致している。分割整流板３は前記と同様、波の力で自転するようにしてもよいし、作業者が人為的に回転させてもよい。
【００３１】
その他、実施例３として水槽１或いは分割整流板３を機械的に回転させる場合もあり、この場合は、サーボモータのような回転手段Ｋ、揺れの方向Ｙを検出するセンサＳ及びセンサＳからの信号により回転手段Ｋを制御する制御部５とで構成される。回転手段Ｋは図示していないが、図１の場合には、ギアを介して上の座４１がこれに噛合して回転するようになっており、図３の場合は、回転軸４ｂに回転手段Ｋが接続され、分割整流板３を回転させるようになっている。回転機構４は揺れ方向を感知するセンサＳを具備する制御部５に接続されている。なお、分割整流板３が回転する場合は、水槽１の内周面と分割整流板３との間に隙間が設けられるので、この隙間が前述の連通孔６と同じ役目を果たす。
【００３２】
揺れが入力して建造物が揺れると、この揺れの方向をセンサＳが検出し、制御部５を経てその信号が回転機構４に伝達される。制御部５では分割整流板３の停止角度を把握しており、センサＳからの揺れ方向とのずれ量が直ちに演算され、回転機構４を駆動してずれ量を修正する。これにより、揺れ方向に対して分割整流板３は平行にリセットされ、上記の揺れの一部の解消がなされる。それ以外の点は第１実施例と同じである。
【符号の説明】
【００３３】
ＣＬ：中心縦軸、Ｈ：水槽の深さ、ｈ：液体の高さ（水位）、Ｋ：回転手段、Ｓ：センサ、Ｗ：液体、Ｙ：揺れの方向、Ｘ：揺れ方向と異なる方向、１：水槽、２：スロッシング溝、３：分割整流板、４：回転機構、４ａ：スラストベアリング、４ｂ：回転軸、５：制御部、６：連通孔、７：突き当たり部分、４１：上の座、４２：下の座、４３：リテーナ、４４：鋼球（ニードル）、１００：従来の水槽。
【図１】
0006530268.tif 000002
【図２】
0006530268.tif 000003
【図３】
0006530268.tif 000004
【図４】
0006530268.tif 000005
【図５】
0006530268.tif 000006
【図６】
0006530268.tif 000007
【図７】
0006530268.tif 000008
【図８】
0006530268.tif 000009
【図９】
0006530268.tif 000010
【図１０】
0006530268.tif 000011
【図１１】
0006530268.tif 000012
【図１２】
0006530268.tif 000013