(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減衰指令値Ｃにしたがって抵抗値を多段階に又は連続的に変えられる可変減衰装置であって、
前記減衰指令値Ｃによる抵抗値の可変制御の手段として、当該減衰装置の変位量を計測する変位計が設置されており、前記変位計が計測した変位信号Ｘに基いて、演算装置が先ず微分演算により速度Ｖを計算して求め、更に定数ωを用いた次式、
Ｉ＝√｛Ｘ２＋（Ｖ／ω）２｝
により指標Ｉが求められ、当該可変減衰装置の許容振幅に収まるように可変制御手段を制御するべく演算装置へ非減少関数として予め設定した関数Ｆを用いた次式、
Ｃ＝Ｆ（Ｉ）
へ前記指標Ｉを代入し演算することによって減衰指令値Ｃが算出され、制御信号として同減衰指令値Ｃを可変制御手段へ入力し、可変減衰装置の抵抗値が多段階に又は連続的に制御されることを特徴とする、可変減衰装置。
【請求項２】
可変減衰装置は、免震構造の減衰装置、マスダンパーの減衰装置、あるいは構造物の層間に設置される制振構造の減衰装置であることを特徴とする、請求項１に記載した可変減衰装置。
【請求項３】
可変減衰装置の変位量を計測する変位計は、ピストン・シリンダ型減衰装置のピストンストロークを計測することを特徴とする、請求項１に記載した可変減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、建造物の応答制御に使用される可変減衰装置（またはダンパーと言う場合がある。）の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震や風に対して建造物の揺れ（応答）を小さく抑える手段としては、（ａ）免震装置により建造物を支持させることにより、建造物への地震入力を低減する免震構造、
（ｂ）建造物の階と階との層間に減衰装置（ダンパー）を設置して建造物に減衰作用を付加し、応答を低減する制振構造、
（ｃ）付加重錘を、建造物の屋上部分へ、同建造物の固有周期に同調させて設置し建造物の応答を低減するマスダンパー（動吸振器ともいう。）、
等々の技術が知られ実施されている。
【０００３】
上記の各手段を成立させる必須の構成要素として、減衰装置（ダンパー）が存在する。具体的な減衰装置（ダンパー）としては、オイルダンパー、粘弾性ダンパー、鋼材系のダンパー、或いは粘性体ダンパーなど種々なダンパーが開発され実用に供されている。
【０００４】
従来、上記したような各ダンパーは、用途に応じ、特定の振動レベルに対して適応するように設計し使用されている。このため必然的に、異なる振動レベルに対しては減衰効果がないか、又はダンパー自体の許容変形を超えてしまうことが多い。例えば大地震時に減衰効果を発揮させる設計にすると、小地震や強風時には減衰効果を奏さない。逆に、小地震や強風時に減衰効果を発揮させる設計にすると、大地震時に減衰効果を奏さないか、最悪の場合には過大な応答によりダンパー自体が壊れてしまうことさえある。
【０００５】
そこで従来、ダンパー自身の減衰特性を建造物等の振動状態に応じて多段階に又は連続的に変えられる可変減衰装置も開発されている。例えば、
１．  免震構造に関しては、Ａ．特開昭６３−１２５８３９号公報に開示された免震装置、或いはＢ．本出願人の特許第２７９４４１８号公報に記載した広域のアクティブ制御が可能な免震方法、更にはＣ．特許２８９９８４３号公報に記載された免震・防振制御方法の発明などが注目される。
２．  制振構造に関しては、Ｄ．特許第２７２６６１０号公報に記載された制振構造物用ハイブリッド可変減衰装置や、Ｅ．特開平８−２６０７４６号公報に記載された構造物の制振用減衰装置の発明などが注目される。
３．  マスダンパーに関しては、Ｆ．特開平６−１４６６５４号公報に記載された可変減衰マスダンパのほか、Ｇ．特開平７−２５９９１１号公報に記載された構造物の制振方法および制振装置、或いはＨ．特開平１０−１８４０９９号公報に記載された構造物の制震方法およびその装置の発明などが注目される。
４．  その他、設置部位を特定しないダンパーとしては、Ｉ．特開平５−２６２８７号公報に記載された、磁性流体を用いた可変減衰装置の発明などが注目される。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
（Ｉ）  従来の上記Ａ．Ｂ．Ｃ．Ｇ．の各公報に開示された可変減衰装置は、構造物の振動を測定するセンサーが必要である。また、上記Ｈ．の公報に開示された可変減衰装置は、具体的な既述こそ無いが、やはり構造物の振動を測定するセンサーの使用を前提としていることが明らかである。従って、建造物へのセンサーの設置、及びその信号配線の敷設が必要であり、作業が面倒で構造が複雑になる問題がある。
【０００７】
（II）  上記Ｅ．及びＩ．の各公報に開示された可変減衰装置は、ピストン・シリンダ型を成すダンパー単体の閉じた系で制御を行うものであり、同ダンパーに発生する力を制御しようとするものである。そのため力センサーや圧力計のようなセンサーが設置されている。しかし、これらのセンサーによっては、ピストンの絶対位置の測定が不能であり、ピストンの絶対位置の如何に拘らず制御が行われるため、ピストンがドリフトした位置からの急激な振動に対しての抵抗力が小さい。その結果、変位がダンパーのストロークエンドに達してしまう危険性がある。また、別途にピストンの絶対位置を測定するための変位計を設置する場合には、センサーの数が多くなり、不経済になるという問題がある。
【０００８】
（III） 上記Ｄ．の公報には、可変減衰装置と受動型制震装置とを組み合わせたハイブリッド可変減衰装置が開示され、Ｆ．の公報には印加する電圧により粘度が制御される電気粘性流体を用い、この電気粘性流体の粘度に応じた回転抵抗が可変減衰マスダンパーの減衰定数及び固有周期を変化させるものが記載されているにすぎない。
【０００９】
本発明の目的は、風等による小振幅から地震等による大振幅まで、それぞれの振幅に応じて最適な減衰効果を発揮するように減衰特性を適宜多段階に又は連続的に切り替えることが可能な可変減衰装置を提供することである。
【００１０】
本発明の次の目的は、構成が簡単で、しかも可変減衰の制御も簡単で、減衰特性の切替えに伴う高次モードの励起を小さくして、制御が急変しないようにした可変減衰装置を提供することである。
【００１１】
本発明の更なる目的は、免震構造のダンパーや、マスダンパーのダンパー、或いは構造物の層間に設置する制震構造のダンパーとしてそれぞれ広く使用することができる可変減衰装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る可変減衰装置は、
減衰指令値Ｃにしたがって抵抗値を多段階に又は連続的に変えられる可変減衰装置であって、
前記減衰指令値Ｃによる抵抗値の可変制御の手段として、当該減衰装置の変位量を計測する変位計が設置されており、前記変位計が計測した変位信号Ｘに基いて、演算装置７が先ず微分演算により速度Ｖを計算して求め、更に定数ωを用いた次式、
Ｉ＝√｛Ｘ２＋（Ｖ／ω）２｝
により指標Ｉが求められ、当該可変減衰装置の許容振幅に収まるように可変制御手段を制御するべく演算装置７へ非減少関数として予め設定した関数Ｆを用いた次式、
Ｃ＝Ｆ（Ｉ）
へ前記指標Ｉを代入し演算することによって減衰指令値Ｃが算出され、制御信号として同減衰指令値Ｃを可変制御手段へ入力し、可変減衰装置の抵抗値が多段階に又は連続的に制御されることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した可変減衰装置において、
可変減衰装置は、免震構造の減衰装置、マスダンパーの減衰装置、あるいは構造物の層間に設置される制振構造の減衰装置であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載した可変減衰装置において、
可変減衰装置の変位量を計測する変位計１０は、ピストン・シリンダ型減衰装置のピストンストロークを計測することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１〜３に記載した発明に係る可変減衰装置の実施形態であって、ダンパー１に、ピストン・シリンダ型のオイルダンパーを採用した例を示している。ピストン・シリンダ型のオイルダンパー１は、ピストン２の前後の同一内径の油室３、４を連通管５で接続し、連通管５の途中位置に設置した電磁比例弁６の開度により抵抗値を適宜多段階に又は連続的に変える構成である。ピストン２の移動に伴う二つの油室３、４間でのオイルの移動に抵抗を与え、その流体抵抗により減衰力（抵抗値）を発揮させるものであり、前記電磁比例弁６の絞り量が、後述する演算装置７によって作られた制御信号（指令値Ｃ）にしたがって可変制御される。
【００１７】
但し、ダンパー１の構造形式、及び抵抗値の可変制御の手段は前記の限りではない。同じピストン・シリンダ型のオイルダンパー１であっても、例えば抵抗値が異なる複数のオイル経路を予め用意しておき、電磁切替え弁によりオイルが流れる経路を切り替えて、オイルが流れる抵抗値を変える方式なども同様に実施可能である。あるいはまた、磁性流体を用いたダンパーの場合には、磁性流体が流れる通路に与える磁力の強さを制御することによって抵抗値を可変とすることもできる。
【００１８】
図１の場合、演算装置７への入力として、オイルダンパー１のシリンダ８の左端部へ突き出したピストンロッド９の変位量（移動量＝ピストンストローク）を計測する変位計１０（ストローク計）が設置されている。 但し、変位計１０としては、エンコーダ方式の変位計のほか、歪みゲージ式変位変換器、或いはレーザー変位計など一般に変位計として使用されているものを通常に採用することができる。
【００１９】
前記変位計１０が計測した変位量（変位信号Ｘ）を入力する演算装置７の構成は、図１に示すように、前記変位計１０から入力される変位信号Ｘを先ずローパスフィルター１１へ通してフィルター処理を行い、高次振動の影響を低減する。そして、前記の変位信号Ｘを基にして微分演算１２を行い、速度信号Ｖが計算によって求められる。但し、図１の実施形態では、変位信号Ｘに対してローパスフィルター処理を行っているが、建造物の振動変位には高次振動成分はさして多く含まれないので、変位信号Ｘにローパスフィルター処理を行わなくても、結果はさして変わらない。このとき速度信号を求めるために微分演算とローパスフィルター処理を同時に行うことも可能である。変位信号Ｘに直接処理を行わない場合でも、結果は変わらない。
【００２０】
上記のようにして得られた速度信号Ｖと前記の変位信号Ｘ、及び演算装置７へ予め入力しておいた定数値ωとを用いた次式、
［数１］
Ｉ＝√｛Ｘ２＋（Ｖ／ω）２｝
により計算して求めた指標Ｉ（ダンパーの状態量）が求められる。そして、前記指標Ｉに基いて、前記電磁比例弁６の絞り量を規定する減衰指令値Ｃが算出され、これが制御信号として電磁比例弁６の絞りが制御されるのである（以上、請求項１記載の発明）。
ここで、前記の定数値ωは、対象とする建造物の１次固有振動数を設定するものである。
【００２１】
前記のようにして求められる指標Ｉ（ダンパーの状態量）は、変位の次元を持つ値であり、建造物が１次固有振動数で定常振動しているときには、ほぼ一定の値になる。従って、前記の指標Ｉに基いてオイルダンパー１の抵抗値（減衰力）の制御を行えば、定常状態で安定した制御が行われるため、制御の切り替えが急激に行われることによる衝撃的なダンパー力（抵抗力）の発生を防ぐことができる。
【００２２】
前記指標Ｉ、即ちダンパー状態量から、電磁比例弁６の絞り量を規定する減衰指令値Ｃを算出するには、演算装置７へ予め設定した関数Ｆを用いる次式、
[数２]
Ｃ＝Ｆ（Ｉ）
へ上記の指標Ｉを代入する演算により算出する。関数Ｆは、図１中の演算装置７の最下段に例示したように、非減少関数として設定する。その理由は、オイルダンパー１の振幅が大きくなったとき（前記の指標Ｉが大きくなったとき）に、同ダンパーの許容振幅に収まるように電磁比例弁６を絞るようにするためである。
【００２３】
本発明の上記可変減衰装置の適用例を図２Ａ、Ｂ、Ｃに概念的に示した。
図２Ａは、建物２０を免震装置２１で支持させた免震構造の可変減衰装置２２として適用した例を示す。
図２Ｂは、建物２０の層間に制震構造の可変減衰装置２２として適用した例を示す。
図２Ｃは、建物２０の屋上に付加重錘２３を水平移動が可能に設置したマスダンパーの可変減衰装置として適用した例を示している。
【００２４】
次に、上記した本発明の可変減衰装置の作用効果について説明する。
本発明の作用効果を示すためにシュミレーション解析を行う。建物モデルとして、質量が５０００×１０３ｋｇ の免震建物を想定する。免震周期を５秒とし、本発明に係る可変減衰装置をダンパーとして適用する。
減衰定数ｈを、ｈ＝ｍｉｎ（０．０４×Ｉ＋０．２、０．７）と設定して切替えを行う。ここでいう数値Ｉは上記の数１の式で求めた指標である。上記の関数を図示すると、図３のようになる。
次に、ダンパーに過大な力（抵抗力）が発生しないように、３０００ｋＮでリリーフするものとして解析を行った。
【００２５】
入力する地震動として、ｅｌｃｅｎｔｒｏ波を使用した結果を、図４と図５に示す。横軸は入力地震動の大きさを示し、最大速度が５０cm／ｓのときを１と基準化して示している。図中での比較の為に減衰定数ｈ＝２０％およびｈ＝７０％の一定値であるときの結果も併せて示している。いずれも同様に、３０００ｋＮでリリーフするものとした。
【００２６】
図４及び図５によれば、本発明の可変減衰装置は、小振幅時には加速度がｈ＝２０％の結果と同等に小さく、大振幅時には変位がｈ＝７０％の結果と同等に小さく出来ることがわかる。
【００２７】
以上に説明したように、本発明の可変減衰装置は、抵抗値（減衰力）を適宜多段階にまたは連続的に切り替えることにより、小振幅時にはそれなりに適正な減衰作用により加速度を最大限度に抑える効果を発揮し、大振幅時には加速度が大きくなるけれども、ダンパーの変位量を最大限度に抑えることにより減衰装置の破壊を防ぐことができる。この作用効果は、図２Ｂのように建造物の層間にダンパーを設置する制振構造のダンパーとして、又は図２Ｃのようにマスダンパーのダンパーとして適用する場合に有効に利用できる。
【００２８】
特にマスダンパーは最適減衰量の設定が大切であることが知られているとおりで、本発明の可変減衰装置の上記減衰性能は極めて有効に利用できる。例えば建造物の有効質量に対するマスダンパーの付加重錘の質量が１％の場合、最適減衰量は約６％程度になる。このときは図６のような関数を用いて減衰定数ｈの制御を行えば、建造物が約２０cm以下のストロークで振動している間は通常の最適なチューンドマスダンパー（ＴＭＤ）としての効果を発揮する。前記２０cm以上のストロークで振動するときは、急激に減衰力が増大して付加重錘及びダンパーがストロークエンドへ衝突して壊れることを防ぐ。
【００２９】
請求項１〜３に記載した発明に係る可変減衰装置は、当該減衰装置の変位量のみを変位計で計測し、その変位信号Ｘに基づいて可変減衰装置の抵抗値を制御する構成なので、当該可変減衰装置自体が単体で完結した構成であり、建造物へ応答計測手段（センサー類）を設置したり、その計測信号を可変減衰装置の演算装置へ伝える配線等を設置する必要がない。
【００３０】
また、本発明は、前記の変位信号Ｘの変位量に基いて、上述した数１の式、Ｉ＝√｛Ｘ２＋（Ｖ／ω）２｝により算出した指標Ｉに基いて減衰装置の抵抗値を制御するが、同指標Ｉは定常状態でほぼ一定となり、同指標Ｉが適宜多段階に又は連続的に変化することにより、指標Ｉに基づいて算出された減衰指令値Ｃを制御信号とする減衰装置の抵抗値も同じく多段階に又は連続的に変化するから、小地震や強風時の減衰作用から、大地震時の減衰作用までを大いに期待でき、減衰特性の切替えに伴う高次モードの励起を小さくすることが可能であるほか、ダンパーのストロークエンドに達して壊れるといったような問題も無いのである。
即ち、風等による小振幅から地震等による大振幅まで、それぞれの振幅に応じて最適な減衰効果を発揮するように減衰特性を適宜多段階に又は連続的に切り替えることが可能な可変減衰装置を提供する。
【００３１】
また、構成が簡単で、しかも可変減衰の制御も簡単で、減衰特性の切替えに伴う高次モードの励起を小さくして、制御が急変しないようにした可変減衰装置を提供する。
【００３２】
更に、免震構造のダンパーや、マスダンパーのダンパー、或いは構造物の層間に設置する制震構造のダンパーとしてそれぞれ広く使用することができる可変減衰装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変減衰装置のシステム構成図である。
【図２】Ａ〜Ｃは本発明の可変減衰装置の使用例を示す概念図である。
【図３】減衰定数を定める関数を表した図である。
【図４】応答加速度の解析結果を示す図である。
【図５】応答変位の解析結果を示す図である。
【図６】減衰定数を定める関数を表した図である。
【符号の説明】
１０    変位計
Ｘ      変位量（変位信号）
７      演算装置
Ｖ      速度
Ｉ      指標
Ｃ      減衰指令値
Ｆ      関数
【図１】
0004621364.tif 000002
【図２】
0004621364.tif 000003
【図３】
0004621364.tif 000004
【図４】
0004621364.tif 000005
【図５】
0004621364.tif 000006
【図６】
0004621364.tif 000007