(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制振対象の構造物と、
前記構造物の上方に設けられた質量体と、
前記構造物と前記質量体との間に設けられ、前記質量体を支承する支承機構と、
前記構造物と前記質量体との相対的な位置関係を復元させる復元機構と、
を備え、前記構造物の振動を制振する制振構造であって、
前記質量体は、
共通室と、前記共通室から鉛直方向の上側に向けて設けられた複数の立ち上がり流路と、を内部に有するＴＭＤ制振を行うための第１質量体と、
流動性を有し、前記共通室及び前記複数の立ち上がり流路に収容された第２質量体と、
を備え、
前記第１質量体の振動に伴って、前記第２質量体が前記共通室を通して前記複数の立ち上がり流路を上下に流動することにより、前記第１質量体に減衰力を付与する
ことを特徴とする制振構造。
【請求項２】
請求項１に記載の制振構造であって、
前記第１質量体の質量に対する前記第２質量体の質量比は１０〜３０％である
ことを特徴とする制振構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の制振構造であって、
前記立ち上がり流路は、前記共通室の所定方向の両端、及び、前記所定方向と交差する方向の両端に、それぞれ少なくとも一対設けられている
ことを特徴とする制振構造。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の制振構造であって、
各立ち上がり流路は、前記第２質量体に対して減衰力を付与する減衰部を備える
ことを特徴とする制振構造。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の制振構造であって、
前記支承機構、及び、前記復元機構は、減衰機能のない積層ゴムで構成されている
ことを特徴とする制振構造。
【請求項６】
請求項５に記載の制振構造であって、
前記第１質量体は、
前記構造物との間に前記積層ゴムが介在された第１部位であって、前記構造物との
間隔が第１距離の第１部位と、
前記構造物との間隔が前記第１距離よりも小さい第２距離の第２部位と、
を有し、
前記第１質量体と前記構造物が水平方向に相対変位した際に、前記積層ゴムが前記水平方向にせん断変形することにより、前記第１質量体が前記構造物に対して前記鉛直方向の下側に前記第２距離移動すると、前記第１質量体の前記第２部位が前記構造物に当接する
ことを特徴とする制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
制振対象の構造物の上に質量体、復元機構、減衰機構を備え、構造物の振動を制振するようにしたＴＭＤ(Tuned Mass Damper)タイプの制振構造が知られている（例えば特許文献１参照）。減衰機構としては、例えば「履歴系ダンパー」、「粘性ダンパー」、「摩擦ダンパー」等のダンパーが用いられている。
【０００３】
履歴系ダンパーは、鋼材・鉛などの金属の変形を弾塑性履歴エネルギーに変換するものであり、ループ状・直線状の鋼棒ダンパーや曲線状に加工した鉛ダンパーなどがある。粘性ダンパーは、粘性体やオイルなどの粘性抵抗・水流抵抗を減衰として利用するものであり、粘性体ダンパーやオイルダンパーなどがある。摩擦ダンパーは、摩擦抵抗を摩擦エネルギーに変換するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−３１０５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＴＭＤの減衰機構として、粘性ダンパー（例えばオイルダンパー）を用いる場合は、長周期建物において大地震が発生したときなど、大変形や高速な動きに対応できないおそれがあった。また、履歴ダンパーや摩擦ダンパーを用いる場合には、変形レベルで等価剛性が変化することにより、同調性が損なわれたり、変形レベルで減衰が異なったり、微小変形では作動しないなどのおそれがあった。
【０００６】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたもので、その主な目的は、安定した減衰性能を容易に確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために本発明の制振構造は、制振対象の構造物と、前記構造物の上方に設けられた質量体と、前記構造物と前記質量体との間に設けられ、前記質量体を支承する支承機構と、前記構造物と前記質量体との相対的な位置関係を復元させる復元機構と、を備え、前記構造物の振動を制振する制振構造であって、前記質量体は、共通室と、前記共通室から鉛直方向の上側に向けて設けられた複数の立ち上がり流路と、を内部に有するＴＭＤ制振を行うための第１質量体と、流動性を有し、前記共通室及び前記複数の立ち上がり流路に収容された第２質量体と、を備え、前記第１質量体の振動に伴って、前記第２質量体が前記共通室を通して前記複数の立ち上がり流路を上下に流動することにより、前記第１質量体に減衰力を付与することを特徴とする。
このような制振構造によれば、第２質量体が複数の立ち上がり流路を上下移動することによる質量効果を利用して第１質量体の振動を減衰させるので、大変形で高速な動きに対しても安定した減衰性能を容易に確保することができる。
また、かかる制振構造であって、前記第１質量体の質量に対する前記第２質量体の質量比は１０〜３０％であることが望ましい。
【０００８】
かかる制振構造であって、前記立ち上がり流路は、前記共通室の所定方向の両端、及び、前記所定方向と交差する方向の両端に、それぞれ少なくとも一対設けられていることが望ましい。
このような制振構造によれば、異なる２方向の揺れに対してそれぞれ減衰力を付与することができる。
【０００９】
かかる制振構造であって、各立ち上がり流路は、前記第２質量体に対して減衰力を付与する減衰部を備えることが望ましい。
このような制振構造によれば、減衰の効果を高めることができる。
【００１０】
かかる制振構造であって、前記支承機構、及び、前記復元機構は、減衰機能のない積層ゴムで構成されていてもよい。
このような制振構造によれば、構造物と質量体との間の復元力特性が線形となり、同調性が損なわれない。
【００１１】
かかる制振構造であって、前記第１質量体は、前記構造物との間に前記積層ゴムが介在された第１部位であって、前記構造物との間隔が第１距離の第１部位と、前記構造物との間隔が前記第１距離よりも小さい第２距離の第２部位と、を有し、前記第１質量体と前記構造物が水平方向に相対変位した際に、前記積層ゴムが前記水平方向にせん断変形することにより、前記第１質量体が前記構造物に対して前記鉛直方向の下側に前記第２距離移動すると、前記第１質量体の前記第２部位が前記構造物に当接することが望ましい。
このような制振構造によれば、積層ゴムの座屈を防止でき、安全性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、安定した減衰性能を容易に確保することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１Ａ〜図１Ｃは第１実施形態のＴＭＤ制振構造の説明図である。図１Ａは斜視図、図１Ｂは上面図、図１Ｃは図１ＢのＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２Ａは本実施形態の減衰機構について説明するための概念図であり、図２Ｂはスロッシング現象を利用した場合（比較例）の概念図である。
【図３】第２実施形態のＴＭＤ制振構造の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜＜＜ＴＭＤ制振構造の構成についいて＞＞＞
ＴＭＤ制振構造とは、制振対象の構造物の上に質量体、復元機構、減衰機構を設け、予め、振動系の固有周期を制振対象の構造物の固有周期に対応させるように調整（チューニング）した制振構造である。以下、第１実施形態のＴＭＤ制振構造について説明する。
【００１６】
図１Ａ〜図１Ｃは第１実施形態のＴＭＤ制振構造の説明図である。図１Ａは斜視図、図１Ｂは上面図、図１Ｃは図１ＢのＡ−Ａ断面図である。なお、図１Ａでは錘２０の一部を斜めに切欠いて示している。また、図１Ｂでは錘２０のみを示している。これらの図において図に示すように方向を定めている。ｚ方向は鉛直方向であり、ｘ方向及びｙ方向は、鉛直方向に垂直な平面（水平面）における方向（水平方向）である。ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は互いに直交している。
【００１７】
図に示すように、本実施形態のＴＭＤ制振構造は、建物１０、錘２０、積層ゴム３０、液体４０を備えている。
【００１８】
建物１０は、例えば高層ビルなどの制振対象となる構造物である。また、建物１０の上面には滑り板１２が設けられている。滑り板１２は、表面の摩擦係数が小さい（例えばステンレス製の）板状の部材であり、後述する錘２０の支承安定材２６（具体的には、錘２０の角部）と対向する位置に設けられている。なお、本実施形態の滑り板１２の形状は正方形であるがこれには限られず、他の形状でもよい。例えば円形であってもよい。
【００１９】
錘２０（第１質量体に相当）は、ＴＭＤ制振を行うための大型（例えば５００トン）の質量体であり、建物１０の頂部の上方に設けられている。本実施形態の錘２０は、水平部２２（第１部位に相当）と脚部２４（第２部位に相当）と、支承安定材２６と、連通室２７（共通室に相当）と、縦流路２８（立ち上がり流路に相当）と、減衰材２９（減衰部に相当）と、を有している。なお、図１Ｂに示すように、本実施形態の錘２０の平面形状は長方形である。
【００２０】
水平部２２は、建物１０との間に後述する積層ゴム３０が介在されて、建物１０との間隔が、図に示すように距離Ｈ１となっている部位である。
【００２１】
脚部２４は、水平部２２の外周に沿って設けられており、水平部２２の下面よりも鉛直方向の下側に突出した形状となっている。
【００２２】
支承安定材２６は、錘２０の角部において脚部２４の下面に設けられている。本実施形態では支承安定材２６として、摩擦係数の小さい（低摩擦係数の）テフロン滑り材が用いられている。このように脚部２４を設けているので、建物１０と錘２０の脚部２４との間隔（図の距離Ｈ２）は距離Ｈ１よりも非常に小さくなっている
連通室２７は、図１Ｃに示すように、錘２０の内部において、水平部２２の下面に近い位置に水平方向に沿って設けられている。そして、連通室２７は、後述するように各縦流路２８の下部とそれぞれ連通している。
【００２３】
縦流路２８は、錘２０の内部において連通室２７から鉛直方向の上側に立ち上がるように設けられた流路であり、連通室２７の周りに複数設けられている。より具体的には、縦流路２８は、連通室２７のｘ方向の両端部に２対（ｘ方向の一方側の端部と他方校側の端部にそれぞれ２つ）設けられており、また、ｙ方向の両端部に４対（ｙ方向の一方側の端部と他方側の端部にそれぞれ４つ）設けられている。縦流路２８の数や配置はこの実施形態には限られないが、ｘ方向及びｙ方向の端部にそれぞれ少なくとも一対設けることが望ましい。これによりｘ方向、ｙ方向のそれぞれの揺れに対して減衰力を付与することができる。なお、連通路２７や縦流路２８の形状を調整することで、液体４０の同期や減衰を調整することができる。さらには、これにより錘２０の同期を調整することも可能となる。また、連通室２７及び縦流路２８は、錘２０の水平面の中央に対して点対称になるように配置することが望ましい。こうすることで、錘２０を効率よく減衰させることができる。
【００２４】
減衰材２９は、例えば金属製又は樹脂製の網状物であり、各縦流路２８において、液面（液体４０の上面）よりも低い位置に設けられている。そして、減衰材２９は、液体４０が縦流路２８を上下方向に移動する際に、液体４０に減衰力を付与する。これにより液体４０（第２質量体）の移動に対する減衰の効果を高めることができる。
【００２５】
積層ゴム３０は、周知構成のものであり、例えば、円形のゴム層と内部鋼板を交互に積層したものを上下一対のフランジで挟んで固定した円柱形の部材である。積層ゴム３０は、錘２０の水平部２２と建物１０との間に設けられて、錘２０を支承する（支承機構）とともに、錘２０と建物１０とが水平方向に相対変位した場合に、建物１０と錘２０の相対的な位置関係を復元させる（復元機構）。本実施形態では積層ゴム３０は鉛直方向に２段に重ねて設けられている。以下の説明において、２段の積層ゴム３０のうち下側のことを下段といい、上側のことを上段という。
【００２６】
図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、建物１０と水平部２２との間の同一水平面には２つの積層ゴム３０が配置されている。このように、同一水平面上に積層ゴム３０を複数（ここでは２個）配置することで、変形時の安定性をより確保することができる。さらに、図１Ｃに示すように、本実施形態では、積層ゴム３０を鉛直方向に２段に積み上げている（積層している）。こうすることで、大変形にも追随可能となり、また、より長期化することができる。なお、２段に重ねることにより、大変形時に座屈するおそれが大きくなるので、本実施形態では錘２０に脚部２４を設け積層ゴム３０の座屈を防止するようにしている（後述する）。
【００２７】
液体４０（第２質量体に相当）は、流動性を有するもの（例えば水など）であり、錘２０の連通室２７及び各縦流路２８に収容されている。なお、液体４０は質量を有しており、ＴＭＤ制振構造の錘としても作用する。なお、錘２０の質量に対する液体４０の質量比は１０〜３０％程度が望ましい（より好ましくは２０％程度）。さらに、液体４０は、後述するように錘２０が振動する際に錘２０対して減衰力を付与する。つまり、本実施形態では、ダンパー等を用いずに、液体４０により減衰機構を実現している。
【００２８】
＜＜＜セーフティ機構について＞＞＞
次に、本実施形態のＴＭＤ制振構造のセーフティ機構について説明する。ここでは、例えば地震などにより、建物１０がｘ方向に振動するとする。この振動により建物１０と錘２０との相対変位が大きくなると、積層ゴム３０が座屈するおそれがあり、これにより錘２０が落下するおそれがある。そこで、本実施形態では、積層ゴム３０の座屈を防止するセーフティ機構を設けている。
【００２９】
まず、建物１０と錘２０との間に相対変位が無い場合、図１Ｃのような状態となっている。このとき、錘２０の水平部２２と建物１０との間隔はＨ１であり、脚部２４（より具体的には支承安定材２６）と建物１０（より具体的には滑り板１２）との間隔は距離Ｈ２（＜距離Ｈ１）である。
【００３０】
図１Ｃの状態から、錘２０が建物１０に対して例えばｘ方向の一方側に相対変位すると、この相対変位によって、積層ゴム３０は、上段、下段ともにせん断変形する。そして、積層ゴム３０がせん断変形することにより、錘２０が鉛直方向下側に移動し、支承安定材２６と建物１０との間隔が距離Ｈ２よりも小さくなる。
【００３１】
そして、さらに錘２０が建物１０に対してｘ方向の一方側に相対変位すると、錘２０の支承安定材２６と建物１０の滑り板１２とが当接する。すなわち、錘２０は、図１Ｃの状態から鉛直方向の下側に距離Ｈ２移動したことになる。このとき（錘２０が建物１０に当接するとき）の積層ゴム３０の水平方向への変形量（せん断変形量）は、積層ゴム３０の径（直径）以下に設定することが望ましい。これにより積層ゴム３０の座屈を確実に防止できる。このようにすることで、過大な変形が生じた場合においても積層ゴム３０の座屈を防止でき、安全性の向上を図ることができる。
【００３２】
＜＜＜減衰機構について＞＞＞
図２Ａは本実施形態の減衰機構について説明するための概念図であり、図２Ｂはスロッシング現象を利用した場合（比較例）の概念図である。
【００３３】
本実施形態では、図２Ａに示すように錘２０の連通室２７及び各縦流路２８には液体４０が収容されている。このため、建物１０の揺れにより、錘２０に例えばｘ方向の振動が作用すると、錘２０内の液体４０が動揺し、ｘ方向両端の縦流路２８の液面が上下する。このとき、液体４０がひとつの質量体となってｘ方向両端の縦流路２８を往復移動している。そして、この液体４０が連通室２７から縦流路２８内に流入する際に、縦流路２８の側壁にぶつかって水平方向の力（すなわちｘ方向に進行する液体４０の慣性力）が縦流路２８の側壁に作用する。この慣性力は錘２０の振動と位相がずれている。そして、この慣性力と、ｘ方向両端の縦流路２８を上下する液体４０の質量効果とによって、液体４０は、錘２０に減衰力を付与する。ｙ方向の振動に対しても同様である。
【００３４】
一方、図２Ｂでは、液体４０を入れた容器が振動することで、液体４０の表面がうねる（搖動する）スロッシング現象を利用した場合を示している。この場合、容器に水平方向の力が加わると、容器内の液体４０が共振して振動エネルギーを吸収する。このようなスロッシング現象を用いる場合、液体４０の運動が非線形になり、解析が複雑になる。また、周期や減衰の調整、及び、長周期化が困難である。
【００３５】
このように、本実施形態では減衰機構として、錘２０の振動に同調して液体４０が上下往復運動することによる質量効果を利用している（図２Ａ）。このため、運動が線形となり、スロッシング現象を利用した場合（図２Ｂ）と比べて解析が容易である。また、長周期化や減衰の付加（周期、減衰の調整）が容易である。
【００３６】
また、もし仮に、減衰機構として、建物１０と錘２０との間に粘性ダンパー（例えばオイルダンパー）を設けた場合、大きな変形や高速な動きに対応できないおそれがある。また、履歴系ダンパーや、摩擦ダンパーを用いる場合、変形レベルによって等価剛性が変化するので同調性が損なわれるおそれがある。また、風などによる微小な動き（揺れ）には作動しないおそれがある。
【００３７】
これに対し、本実施形態では、建物１０と錘２０との間には減衰要素を設けておらず、錘２０内の液体４０が縦流路２８を上下運動することによる質量効果を利用して錘２０に減衰力を付与するので、大変形や高速な動きにも対応することが可能である。また、履歴ダンパーのような履歴がないので復元力特性が線形となり、同調性が損なわれず、微小な動き（揺れ）に対しても作動することができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態のＴＭＤ制振構造は、質量体として、錘２０と、流動性を有する液体４０とを備えている。錘２０は、連通室２７と、連通室２７から鉛直方向の上側に向けて設けられた１２個の縦流路２８と、を内部に有しており、液体４０は、錘２０の連通室２７及び各縦流路２８に収容されている。
【００３９】
そして、錘２０の振動に伴って、液体４０が連通室２７を通して縦流路２８を上下に移動（流動）する質量効果により、錘２０に減衰力を付与するようにしている。これにより、大変形で高速な動きに対しても安定した減衰性能を容易に確保することができる。
【００４０】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図３は第２実施形態のＴＭＤ制振構造の説明図である。なお、第１実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００４１】
第２実施形態では図３に示すように、錘２０の脚部２４の下面と建物１０の上面の間にローラー５０（支承機構に相当）を備えている。なお、第２実施形態では、ローラー５０は、錘２０の各辺の角ではなく、ｘ方向、ｙ方向の各辺の例えば中央部分にそれぞれ設けられている。
【００４２】
ローラー５０は、建物１０と錘２０の脚部２４とそれぞれ当接しており、錘２０を転がり支承で支承するものである。つまり、ローラー５０は、錘２０を支持するとともに、錘２０と建物１０との水平方向（図３の場合ｘ方向）への相対変位に応じてｘ方向に転動する。また、ｙ方向の両端の脚部２４と建物１０との間にもローラー５０が設けられており、これらはｙ方向への相対変位に応じてｙ方向に転動する。
【００４３】
なお、第２実施形態において、積層ゴム３０は建物１０と錘２０が相対変位した場合に復元力を与える（復元機構）だけで、錘２０を支持していない。
【００４４】
この第２実施形態においても、液体４０の質量効果により、錘２０に減衰力を付与することができ、安定した減衰性能を容易に確保することができる。
【００４５】
なお、この第２実施形態ではローラー５０による転がり支承で錘２０を支持していたがこれには限られず、例えば第１実施形態と同様の滑り支承で錘２０を支持するようにしてもよい。または、球体を用いた転がり支承としてもよい。
【００４６】
また、本実施形態では、建物１０と錘２０との相対的な位置関係を復元させる復元機構として積層ゴム３０を用いていたが、これには限られず、例えばバネを用いてもよい。
【００４７】
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【００４８】
＜錘２０について＞
前述の実施形態では錘２０の形状（平面形状）は長方形であったがこれには限られない。例えば平面形状が正方形や円形であってもよい。また、前述の実施形態では、脚部２４を、水平部２２の周囲（外周）に設けていたが、これには限られず、例えば、水平部２２の角部（コーナー部）のみに脚部２４を設けてもよい。
【００４９】
＜縦流路２８について＞
前述の実施形態では、縦流路２８の平面形状は長方形であった(図１Ａ、図１Ｂ)がこれには限られず他の形状であってもよい。例えば正方形や円形であってもよい。また、前述したように、縦流路２８の数や配置は前述の実施形態には限られない。
【００５０】
また、前述の実施形態では、縦流路２８に減衰材２９を設けることで、液体４０に減衰力を付与していたが、これには限られず、例えば、縦流路２８の一部に断面積を小さくした部分（減衰部に相当）を設けてもよい。こうすることによっても、液体４０に減衰力を付与することができる。
【００５１】
＜積層ゴム３０について＞
前述の実施形態では、積層ゴム３０を同一平面に２個配置し、さらに鉛直方向に２段に配置していたがこれは限られない。例えば同一平面に１個、又は、３個以上配置してもよい。あるいは、鉛直方向に１段、又は、３段以上配置してもよい。また、複数段に配置する場合、上下に並ぶ積層ゴム３０の間に連結部材（例えば連結板）を設けてもよい
また、前述の実施形態では、建物１０と錘２０との間に減衰機構が設けられていなかったが、これには限られず、建物１０と錘２０との間に減衰機構を設けてもよい。例えば、積層ゴム３０として、鉛ダンパーをプラグとして積層ゴム内に封入した一体型のものや、あるいは、ゴム素材に高減衰材を用いたものを用いてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０  建物
１２  滑り板
２０  錘
２２  水平部
２４  脚部
２６  支承安定材
２７  連通室
２８  縦流路
２９  減衰材
３０  積層ゴム
４０  液体
５０  ローラー
【図１】
0006398421.tif 000002
【図２】
0006398421.tif 000003
【図３】
0006398421.tif 000004