(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から振動が付与されたときに、第１振動方向に第１固有周期で振動し、前記第１振動方向と直交する第２振動方向に前記第１固有周期よりも長周期の第２固有周期で振動する構造物の振動を低減する制振装置であって、
吊下部材により枠体の天部から揺動可能に吊り下げられる主マスと、
前記第１振動方向に平行移動可能、かつ、前記第２振動方向に回動可能に、前記枠体の底部に、又は前記構造物に一端が連結される支持体と、
前記支持体の他端に取り付けられる副マスと、
前記主マスが前記第１振動方向に揺動したときに、前記支持体および前記副マスが前記主マスの揺動と同期して平行移動し、前記主マスが前記第２振動方向に揺動したときに、前記支持体および前記副マスが前記主マスの揺動と同期して回動するように、前記主マスと前記支持体とを連結するリンク機構と、
を備えることを特徴とする制振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制振装置であって、
前記リンク機構は、前記主マスに取り付けられて前記主マスが前記第１振動方向に揺動したときに前記支持体を押圧して平行移動させる押圧部材を備える、
ことを特徴とする制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、構造物の基枠に取り付けられた左右一対のアームによりマスを吊り下げたＴＭＤ（Ｔｕｎｅｄ  Ｍａｓｓ  Ｄａｍｐｅｒ：同調質量ダンパ）方式の制振装置が開示されている。
【０００３】
上記の制振装置では、一対のアームの間にばね機構を取り付けることで、構造物における固有周期が異なる直交する２方向の振動を低減可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５５４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の制振装置では、構造物の長周期側の固有周期によりマスを吊り下げるアームの長さが決まるので、制振装置が大型化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、異なる固有周期を有する構造物における直交する２方向の振動を低減可能な制振装置の大きさを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、外部から振動が付与されたときに、第１振動方向に第１固有周期で振動し、前記第１振動方向と直交する第２振動方向に前記第１固有周期よりも長周期の第２固有周期で振動する構造物の振動を低減する制振装置であって、吊下部材により枠体の天部から揺動可能に吊り下げられる主マスと、前記第１振動方向に平行移動可能、かつ、前記第２振動方向に回動可能に、前記枠体の底部に、又は前記構造物に一端が連結される支持体と、前記支持体の他端に取り付けられる副マスと、前記主マスが前記第１振動方向に揺動したときに、前記支持体および前記副マスが前記主マスの揺動と同期して平行移動し、前記主マスが前記第２振動方向に揺動したときに、前記支持体および前記副マスが前記主マスの揺動と同期して回動するように、前記主マスと前記支持体とを連結するリンク機構と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、構造物が振動すると、第１振動方向については、支持体および副マスが、リンク機構により主マスの揺動と同期して平行移動する。また、第２振動方向については、支持体および副マスが、リンク機構により主マスの揺動と同期して回動する。第１振動方向については、主マスと副マスとが一体となって振動するので、主マスを吊り下げる吊下部材の長さにより主マスおよび副マスの固有周期が定まる。第２振動方向については、副マスが倒立振子として主マスと同位相で振動し、副マスの慣性力がリンク機構を介して主マスに作用するので、主マスおよび副マスの固有周期が、第１振動方向の固有周期よりも長周期となる。したがって、異なる固有周期を有する構造物における直交する２方向の振動を低減可能としつつ、主マスを吊り下げる吊下部材の長さを短周期である第１固有周期に対応する長さにでき、制振装置の大きさを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る制振装置の正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る制振装置の右側面図である。
【図３】本発明の変形例に係る制振装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１、図２を参照しながら本発明の実施形態に係る制振装置１００について説明する。
【００１１】
制振装置１００は、構造物に設置されて構造物の振動を低減するＴＭＤ（Ｔｕｎｅｄ  Ｍａｓｓ  Ｄａｍｐｅｒ：同調質量ダンパ）方式の制振装置である。制振装置１００は、具体的には、例えば、高層ビルの最上階や屋上等に設置される。なお、制振装置１００を設置する位置は、構造物の高い位置に限定されるものではなく、例えば、高層ビルの中層階等に設置してもよく、制振装置１００の設置位置は適宜変更可能である。
【００１２】
構造物は、地震や強風などによって外部から振動が付与されたときに、第１振動方向に第１固有周期で振動し、第１振動方向と直交する第２振動方向に第１固有周期よりも長周期の第２固有周期で振動する。
【００１３】
制振装置１００は、図１、図２に示すＸ方向を第１振動方向に、Ｙ方向を第２振動方向に合わせて構造物に設置される。
【００１４】
制振装置１００は、直方体状の枠体１と、吊下部材としての４本の吊下アーム２により枠体１の天板１ａから吊り下げられる主マス３と、枠体１の底板１ｂに下端が連結される支持体としての支持アーム４と、支持アーム４の上端に取り付けられる副マス５と、主マス３と支持アーム４とを連結するリンク機構６と、を備える。
【００１５】
枠体１は、天板１ａと底板１ｂとを４本の柱１ｃにより連結して構成される。制振装置１００は、枠体１を構造物における水平な床面に固定することで、構造物と一体に設置される。
【００１６】
４本の吊下アーム２の上端は、枠体１の天板１ａに取り付けられた自在継手７と連結される。吊下アーム２の下端は、主マス３に取り付けられた自在継手８と連結される。これにより、主マス３は、全方位に揺動可能な平行振子となる。
【００１７】
４本の吊下アーム２の長さは、構造物の第１固有周期に対応するように設定される。これについては後述する。
【００１８】
主マス３は、制振装置１００が高層ビルに設置される場合には、例えば、質量が数十トン程度のものから百トン以上になるものまである。主マス３は、例えば、積層された多数の鉄板、鉄筋コンクリート、液体が充填されたタンク等とされる。
【００１９】
支持アーム４は、主マス３の中央部に設けられた貫通孔３ａに挿通して設けられる。
【００２０】
支持アーム４は、Ｘ方向に平行移動可能、かつ、Ｙ方向に回動可能に、枠体の１の底板１ｂに下端が連結される。具体的には、本実施形態では、枠体１の底板１ｂに、Ｘ方向に直動可能な向きで直動軸受９が固定され、直動軸受９に、軸線方向をＸ方向に合わせて回動軸１０が固定される。そして、支持アーム４の下端が、回動軸１０に連結される。
【００２１】
副マス５は、例えば、数十トン程度の質量であり、主マス３よりも小さな質量とされる。副マス５は、主マス３と同様に、積層された多数の鉄板等で構成される。
【００２２】
リンク機構６は、支持アーム４に設けられた一対のローラ１１と、主マス３に設けられた一対のブラケット１２と、一対のブラケット１２にそれぞれ設けられた一対のベアリング１３と、を有する。
【００２３】
一対のローラ１１は、図１に示すように、その支持軸１１ａの軸線方向をＸ方向に合わせて、支持アーム４の両側にそれぞれ設けられる。
【００２４】
一対のブラケット１２は、Ｘ方向における支持アーム４の両側に設けられる。ブラケット１２は、図２に示すように、ローラ１１に近接して設けられた一対の側壁部１２ａを有する。
【００２５】
これにより、主マス３がＹ方向に揺動すると、ブラケット１２の側壁部１２ａとローラ１１とが当接し、主マス３の揺動と同期して支持アーム４が回動軸１０を支点にして回動する。つまり、支持アーム４の上端に取り付けられた副マス５が、倒立振子として主マス３と同位相でＹ方向に振動する。
【００２６】
主マス３が静止している状態では、ブラケット１２の側壁部１２ａがローラ１１を介して支持アーム４の倒れを防止する。つまり、支持アーム４は直立した状態となる。
【００２７】
主マス３および支持アーム４がＹ方向に振動すると、主マス３と支持アーム４との間には、上下方向の相対変位が発生する。これに対して、本実施形態では、主マス３と支持アーム４とが、ローラ１１を介して連結されている。これによれば、主マス３と支持アーム４との間に発生する上下方向の相対変位に追従してローラ１１が回転するので、主マス３および支持アーム４のＹ方向への作動を妨げることなく、主マス３および支持アーム４の振動を同期させることができる。
【００２８】
ベアリング１３は、ケースに転動可能に保持された鋼球である。ベアリング１３は、ブラケット１２における支持アーム４側の面に、支持アーム４に近接して設けられる。
【００２９】
これにより、主マス３がＸ方向に揺動すると、ベアリング１３が支持アーム４の側面を押圧し、主マス３の揺動と同期して支持アーム４が平行移動する。つまり、支持アーム４の上端に取り付けられた副マス５が、主マス３と一体となってＸ方向に振動する。
【００３０】
上記のように、ベアリング１３は転動可能な鋼球である。よって、主マス３および副マス５がＹ方向に振動する場合にベアリング１３が支持アーム４に当接しても、ベアリング１３が転動することで、主マス３および支持アーム４のＹ方向への作動が妨げられないようになっている。
【００３１】
なお、ベアリング１３が支持アーム４を押圧する位置が支持アーム４の下端に近いほど、支持アーム４に掛かるモーメントを小さくでき、支持アーム４、直動軸受９、および回動軸１０の耐久性を向上させることができる。よって、例えば、主マス３の下面側にベアリング１３を設けて、支持アーム４の下端近くを押圧するようにしてもよい。
【００３２】
続いて、制振装置１００を上記のように構成することによる作用効果について説明する。
【００３３】
構造物が地震や強風などによって振動すると、制振装置１００が構造物と一体となって振動する。これにより、リンク機構６を介して連結された主マス３および副マス５が同期して振動する。
【００３４】
構造物が振動すると、主マス３および副マス５は、慣性により、構造物が振動を開始してから遅れて振動を開始する。このため、構造物の振動と主マス３および副マス５の振動とは、位相が９０度程度ずれることになる。
【００３５】
主マス３および副マス５の振動は、Ｘ方向の振動とＹ方向の振動とに分解できる。以下、Ｘ方向とＹ方向とに分けて説明する。
【００３６】
Ｘ方向については、主マス３および副マス５が一体となって振動する。この場合の主マス３および副マス５の固有周期は、主マス３を吊り下げる吊下アーム２の長さにより定まる。
【００３７】
本実施形態では、４本の吊下アーム２の長さが、構造物の第１固有周期、すなわち短周期側の固有周期に対応するように設定される。これにより、構造物と主マス３および副マス５とが、位相が９０度程度ずれて同周期で振動することになり、構造物の第１振動方向の振動が低減される。
【００３８】
Ｙ方向については、副マス５が倒立振子として主マス３と同位相で振動する。このとき、副マス５の慣性力がリンク機構６を介して主マス３に作用するので、副マス５が倒れようとする力が主マス３に作用し、その結果、主マス３の復元力が低減される。したがって、主マス３および副マス５のＹ方向の固有周期は、主マス３および副マス５が一体となって振動するＸ方向の固有周期よりも長周期となる。
【００３９】
主マス３に作用する副マス５の慣性力が大きいほど、主マス３および副マス５のＹ方向の固有周期が長くなる。主マス３に作用する副マス５の慣性力は、倒立振子である副マス５の質量、支持アーム４の長さ、主マス３と支持アーム４とをリンク機構６により連結する位置等によって調整可能である。本実施形態では、これらの要素が、構造物の第２固有周期、すなわち長周期側の固有周期に対応するように設定される。これにより、構造物と主マス３および副マス５とが、位相が９０度程度ずれて同周期で振動することになり、構造物の第２振動方向の振動が低減される。
【００４０】
以上述べたように、本実施形態によれば、構造物が振動すると、第１振動方向であるＸ方向については、支持アーム４および副マス５が、リンク機構６により主マス３の揺動と同期して平行移動する。また、第２振動方向であるＹ方向については、支持アーム４および副マス５が、リンク機構６により主マス３の揺動と同期して回動する。
【００４１】
Ｘ方向については、主マス３と副マス５とが一体となって振動するので、吊下アーム２の長さにより主マス３および副マス５の固有周期が定まる。Ｙ方向については、副マス５が倒立振子として主マス３と同位相で振動し、副マス５の慣性力がリンク機構６を介して主マス３に作用するので、主マス３および副マス５の固有周期が、Ｘ方向の固有周期よりも長周期となる。
【００４２】
これによれば、異なる固有周期を有する構造物における直交する２方向の振動を低減できる。また、構造物の長周期側の固有周期である第２固有周期に関係なく、吊下アーム２の長さを構造物の短周期側の固有周期である第１固有周期に対応する長さにできる。したがって、吊下アームの長さを長周期側の固有周期に対応する長さにする制振装置と比べて、制振装置１００の大きさを抑制できる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体例に限定する趣旨ではない。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、枠体１が、天部として天板１ａを備え、底部として底板１ｂを備えているが、天部として上梁を備えてもよいし、底部として下梁を備えてもよい。
【００４５】
また、枠体１の天部として構造物の天井や上梁を用いてもよいし、枠体１の底部として構造物の床や下梁を用いてもよい。つまり、構造物自体を枠体１として用いてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、支持アーム４を押圧する押圧部材としてベアリング１３を備えているが、ベアリング１３に代えて、摺動性の高い樹脂部材等を用いてもよい。
【００４７】
また、図３に示すように、油圧シリンダや電動シリンダ等のアクチュエータ１４を追加することで、制振装置１００をＡＭＤ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｓｓ  Ｄａｍｐｅｒ：アクティブ質量ダンパ）とすることも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１００  制振装置
１      枠体
１ａ    天板（天部）
１ｂ    底板（底部）
２      吊下アーム（吊下部材）
３      主マス
４      支持アーム（支持体）
５      副マス
６      リンク機構
１３    ベアリング（押圧部材）
【図１】
0006426928.tif 000002
【図２】
0006426928.tif 000003
【図３】
0006426928.tif 000004