(57)【要約】【課題】  簡単、安価な構成で、多方面から来る振動や撓み力に対しても効果的に対応できる制振構造体を提供することが課題である。【解決手段】  方向によって強度の異なる強度異方性を有する部材１１と、該強度異方性部材の強強度方向を前記構造物に伝わる振動の進行方向に回転させる機構とを備えて制振構造体１０を構成し、トラス若しくラ−メン構造体により強度骨組み構造物を構成するトラス間に制振構造体を架設するととも、骨組構造物に振動方向成分を検出する振動検出器を設け、振動検出器の検出振動方向成分に信号に基づいて前記回転機構を回転して前記異方性部材の長手側が振動方向成分側に変位するように制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物中に設けられて構造物に加えられる振動あるいは撓み力を押さえるための制振構造体であって、
振動あるいは撓み力を加える方向によって強度の異なる強度異方性部材と、該強度異方性部材の強強度方向を前記構造物に伝わる振動あるいは撓み力の加わる方向に回転させる回転機構とを備えたことを特徴とする制振構造体。
【請求項２】
前記強度異方性を有する部材は、Ｈ型鋼、長方形部材、楕円形部材のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載した制振構造体。
【請求項３】
前記強度異方性部材の強強度方向を前記構造物に伝わる振動あるいは撓み力の加わる方向に回転させる機構は、前記強度異方性部材に回転力を伝達する機械的伝導機構と所定角度変位可能なステップモータ若しくはサーボモータの組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１に記載した制振構造体。
【請求項４】
トラス若しくラ−メン構造体により強度骨組み構造物を構成するトラス間に前記請求項１記載の制振構造体を架設するととも、骨組構造物に振動方向成分を検出する振動検出器を設け、振動検出器の検出振動方向成分に信号に基づいて前記回転機構を回転して前記異方性部材の長手側が振動方向成分側に変位するように制御することを特徴とする骨組構造物の制振装置。
【請求項５】
前記構造体がトラス構造の宇宙構造体、橋梁、鉄塔、鉄橋等のいずれかである請求項４記載の骨組構造物の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制振構造体、及び構造体を用いた制振装置に関し、特に、いろいろな方向から来る振動や撓み力を効果的に減衰させられる制振構造体を発明し、これを構造物、特に宇宙空間において構造物に生ずる低周波数の振動に対して有効に適用できる制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙空間に構築する宇宙構造体は、非常に大きな構造を持った物がある。例えば、宇宙航空研究開発機構（ＪＡＸＡ：Ｊａｐａｎ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｃｙ）では、将来の化石燃料の枯渇に備えて太陽エネルギーの有効利用を目的に、宇宙空間に大型太陽電池パネルを設置し、得られた電力をマイクロ波やレーザ光に変換して地上に送るＳＳＰＳ（Ｓｐａｃｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）構想を発表している。
【０００３】
この構想により構築される宇宙構造体は、例えば図６に示したように、赤道上空３万６０００ｋｍの静止軌道上に３．５×２．５ｋｍ程度の楕円形の一次ミラー５１と二次ミラー５２、及び直径２km程度の太陽電池パネル３をトラス構造５８、５９で結合した宇宙エネルギー利用システム５７を設け、太陽光をこれら一次ミラー５１と二次ミラー５２で反射して太陽電池パネル３に集光し、発電した電力をパネルの中でマイクロウェーブやレーザ光７に変換して、地上に設けた受信用アンテナ８（２ｋｍ程度の大きさ）やレーザ光受光部に送り、電力などのエネルギーとして取り出すもので、将来的には１００万ｋｗ級の発電を目指している。
【０００４】
すなわち、太陽電池パネルの発電効率は現状１２〜２４％であるから、大電力を得るためには大きな面積が必要であり、日陰になることがほとんどない静止軌道は、こういった大型の太陽電池パネルを設置するには好適な場所であるからである。
【０００５】
そしてこういった宇宙空間におけるシステム構造体は、例えば特許文献１に示されるように、密閉された袋状の部材を折り畳んだ状態で収納し、組立を行う宇宙空間で内部に充填させたガス等の内圧により、チューブ状、あるいは柱状に再現して硬化させるインフレータブル構造体で作成したビームなどを用い、例えば図７に示したようなトラス構造６０や、特許文献２に示されているようなバルーン状のインフレータブル構造体やパネル状の構造体などで構築されることが多い。
【０００６】
すなわちインフレータブル構造体やパネル状の構造体は、収納時には小さく折り畳むことができ、宇宙空間で大きく膨らませたり展開することができるため、大型の構成部品であっても軽量、小型に収納できる特徴があるためである。なお、この図７において、６０はトラス構造、６１はインフレータブル構造体、６２はジョイント部である。
【０００７】
ところが、こういった宇宙空間にあるシステム構造体は、太陽からの輻射をまともに受けるが、構造体自体が約６ｋｍにもなる大型であると共に非常に柔らかい構造であるため、全体の輻射圧が数十Ｎという大きな力となり、撓んでしまう。しかもこの構造体は、前記したように赤道上空の静止軌道にあるため、地球の影への出入りによって約３５０℃にも達する温度差のもとに置かれ、これら熱の影響と輻射圧によって励起される長周期の振動が常にあり、システム構造体に影響を与えている。
【０００８】
こういった低周波の振動に対しては、例えば特許文献３、４に示されるように、宇宙空間に設けられた構造体特有の低周波振動を減衰させるため、構造体に取り付けた加速度計の検出信号に基づき、慣性反力アクチュエータのモータの回転方向と回転数を制御して振動を制御するようにした装置（特許文献３）や、また、縦、横の連結材にこれら連結材上を移動可能に構成した慣性マスを取り付け、構造体に取り付けた加速度計の検出信号に基づいて、慣性マスを振動が減衰する方向に所定速度でスライドさせるようにした装置（特許文献４）等がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２３７６９８号公報
【特許文献２】特開平８−２７９７１５号公報
【特許文献３】特開平５−９９２６９号公報
【特許文献４】特開平５−９９２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら特許文献３、４に記された技術は、慣性反力アクチュエータや慣性マスを移動させる複雑な構造で当然高価になり、また、制振力が一方向のみにしか働かないため、例えば時間によって振動が伝わってくる方向が徐々に変化するような場合には、複数の制振装置を用いる必要があり、それだけ高価になる。
【００１１】
そのため本発明においては、簡単、安価な構成で、多方向から来る振動や撓み力に対しても効果的に対応できる制振構造体を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明は、
構造物中に設けられて構造物に加えられる振動あるいは撓み力を押さえるための制振構造体であって、
振動あるいは撓み力を加える方向によって強度の異なる強度異方性部材と、該強度異方性部材の強強度方向を前記構造物に伝わる振動あるいは撓み力の加わる方向に回転させる回転機構とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記強度異方性部材の強強度方向を前記構造物に伝わる振動あるいは撓み力の加わる方向に回転させる機構は、前記強度異方性部材に回転力を伝達する機械的伝導機構と所定角度変位可能なステップモータ若しくはサーボモータの組み合わせで構成され、前記強度異方性を有する部材は、Ｈ型鋼、長方形部材、楕円形部材などを用いることができる。
【００１４】
そして本発明は、トラス若しくラ−メン構造体により強度構造物を構成するトラス間に前記制振構造体を架設するととも、骨組構造物に振動方向成分を検出する振動検出器を設け、振動検出器の検出振動方向成分に信号に基づいて前記回転機構を回転して前記異方性部材の長手側が振動方向成分側に変位するように制御することを特徴とし、この場合前記構造体がトラス構造の宇宙構造体、橋梁、鉄塔、鉄橋等のいずれかであるのがよい、
【発明の効果】
【００１５】
このように、振動あるいは撓み力を加える方向によって強度の異なる強度異方性を有する部材と、該強度異方性部材の強強度方向を前記構造物に伝わる振動あるいは撓み力の加わる方向に回転させる機構とを備えて制振構造体を構成することにより、振動あるいは撓み力が加わったときに強度異方性部材の強強度方向を振動あるいは撓み力の加わる方向に回転させることで、振動あるいは撓み力を加えようとする力が強度異方性の強強度方向で弱められ、多方面から来る振動や撓み力に対しても強度異方性部材を回転させるだけで対応でき、簡単、安価な構成で、効果的に振動あるいは撓み力を減衰させて押さえることができる制振構造体を提供することができる。
【００１６】
そして、前記強度異方性を有する部材は、Ｈ型鋼、長方形部材、楕円形部材など、必要度に応じた種々の形状を使うことができる。
【００１７】
そして本発明は、トラス若しくラ−メン構造体により強度構造物を構成するトラス間に前記制振構造体を架設するとともに、骨組構造物に振動方向成分を検出する振動検出器を設け、振動検出器の検出振動方向成分に信号に基づいて前記回転機構を回転して前記異方性部材の長手側が振動方向成分側に変位するように制御することができ、この場合前記構造体がトラス構造の宇宙構造体、橋梁、鉄塔、鉄橋等のいずれかであるのがよい、
【００１８】
上記構成において、構造物が振動すると、振動制御装置において、振動を減衰させるような反力が得られるように、振動検出器の検出値に基づいて回転機構の回転角度を演算させ、この制御信号により回転機構のモーターを駆動して、前記異方性部材の長手側が振動方向成分側に変位するように制御することにより、振動を速やかに減衰させることができる。
したがって、前記異方性部材は任意の角度位置に変位させることができ、特に宇宙空間特有の周期の長い低周波数の振動に対処することができるとともに、振動の減衰のために弾性強度が最も適した位置に変位できるために、振動を減衰させるためのダンパとして有効に利用することができる。しかも、この制振装置は、骨組構造物の構成要素であるスパンを利用するので、骨組構造物の構造を変化させることなく一部を利用して配設することができ、軽微な変更で済むとともに、骨組構造物の最も最適な部位で効果的な方向に容易に設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
図１は本発明になる制振構造体の斜視図、図２は本発明になる制振構造体の回転機構を示した断面図、図３は本発明になる制振構造体の原理を説明するための図、図４は本発明の制振構造体をトラス構造に適用した場合の図である。
【００２１】
図中１０は長方形、楕円形、若しくはＨ型鋼などのように、或る方向には強い振動抑制力を有し、或る方向には振動抑制力は小さいが弾性変形の大きい強度異方性を有するビーム１１を有する制振構造体で、１２はジョイント、１３はモータなどのアクチュエータ、１４は制振制御するときの制振構造体１０の回転方向、２０はこの図１に示した制振構造体１０のビーム１１をＨ型鋼で構成したＨ型ビーム、２１はジョイント、２２はアンギュラベアリングなどを用いた軸受け、２３はウォームホイール、２４はウォームギア、２５はビーム保持部、２６は図１に示した制振構造体１０のビーム１１を楕円パイプで構成した楕円パイプ型ビーム、２７はジョイント、２８はアンギュラベアリングなどを用いた軸受け、２９、３０はスプロケット、３１はチェーン、３２はモータ、３３はビーム保持部、３４は長方形型ビーム、３５は振動の伝搬方向、４０は強度異方性を有するビーム、４１はこのビーム４０を回転可能に保持している保持部、４２はビーム４０を回転させるモータ、４３は保持部４１を支える支柱である。
又保持部４１内にはトラス構造の構造部材に取り付けた前記歪計または加速度計５３の検出値に基づいて振動減衰方向を演算する演算部５４と該演算部５４の信号に基づいてモータを回転制御するモータ制御部５５とを具備したコントロールボックス５６が配設されている。
【００２２】
本発明になる制振構造体１０は、図１に示したように、長方形、楕円形、若しくはＨ型鋼などの或る方向にはたわみ強度を高くして強い振動抑制力を有し、或る方向には振動抑制力が小さいが弾性変形の大きい強度異方性を有するビーム１１と、そのビーム１１を構造体に取り付けるためのジョイント１２、ビーム１１を回転させるモータなどのアクチュエータ１３とからなり、強度異方性を有するビーム１１を矢印１４のように回転させ、ビーム１１における強強度方向、すなわちＨ型鋼においては中心の横棒方向、長方形や楕円形の場合はそれぞれの長径（長編）方向を、図３（Ｂ）に示したように振動の伝搬方向３５、あるいは撓み力が加わる方向（基本的に矢印３５方向と同一）に向けられるようにしたものである。
【００２３】
すなわち図３（Ａ）に示したように、制振構造体に１０に対して振動あるいは撓み力が矢印３５のように伝搬してきた場合、制振構造体１０は図に点線で示したように図上左右に振動しようとする。しかしこの時、ビーム１１をアクチュエータ１３により矢印１４方向に回転させ、図３（Ｂ）に示したようにそれぞれのビーム１１の強強度方向が振動の伝搬方向３５、あるいは撓み力の伝わる方向になるようにすると、ビーム１１はこの振動の伝搬方向３５あるいは撓み力の伝わる方向に対して撓みにくくなるから、伝わってきた振動はこのビーム１１で弱められて減衰し、簡単、安価な構成で、効果的に振動を押さえることができる制振構造体１０を提供することができる。
【００２４】
図２は、この制振構造体１０におけるビーム１１の回転機構の実施例で、図２（Ａ）はビーム１１としてＨ型鋼で構成したＨ型ビーム２０を用いた例、図２（Ｂ）はビーム１１を楕円パイプで構成した楕円パイプ型ビーム２６を用いた例である。
【００２５】
まず図２（Ａ）のビーム１１としてＨ型ビーム２０を用いた例では、このＨ型ビーム２０のジョイント２１が、他の部材に取り付けたビーム保持部２５内で回転できるようアンギュラベアリングなどを用いた軸受け２２が設けてある。そして、このジョイント２１にウォームホイール２３が取り付けられて、図示しないモータで駆動されるウォームギア２４によって回転され、Ｈ型ビーム２０における強度の強い方向を振動あるいは撓み力が加わる方向に向けられるようにしてある。
【００２６】
また図２（Ｂ）のビーム１１として楕円パイプ型ビーム２６を用いた例では、この楕円型ビーム２６のジョイント２７が、他の部材に取り付けたビーム保持部３３内で回転できるようアンギュラベアリングなどを用いた軸受け２８が設けてある。そして、このジョイント２７にスプロケット３０が取り付けられて、このスプロケット３０とモータ３２で駆動されるスプロケット２９とにかけられたチェーン３１によって回転され、楕円パイプ型ビーム２６における強度の強い方向を振動あるいは撓み力が加わる方向に向けられるようにしてある。
【００２７】
このように制振構造体１０を構成することにより、強度異方性を有するビーム１１は、強強度方向を図３（Ｂ）に示した振動あるいは撓み力が加わる方向３５へ容易に向けることができ、振動あるいは撓み力がどのような方向から向かってきても、その振動や撓み力に抗することのできる制振構造体１０を提供することができる。なお、これらウォームホイールとウォームギア、スプロケットとチェーンを用いた機構だけでなく、回転力を伝える機構は種々なものがあり、どのような機構を用いても良いことは自明である。
【００２８】
図４は、このように構成した制振構造体１０を前記図７に示したトラス構造体６０に適用した場合の一例であり、この図４では、制振構造体１０を明確に示すため、図７に於けるトラス構造体６０の両端以外は省略して点線で示してある。
【００２９】
この図４において制振構造体１０は、インフレータブル構造体６１で構成されるトラス構造体６０の端部に設けられた支柱４３によって保持部４１が支えられ、この保持部４１内に図２に示したようなビーム４０を回転させる機構を含み、モータ４２で回転できるようになっている。なお、このビーム４０は、前記した長方形、楕円形、若しくはＨ型鋼など、どのような形状のビームであっても良い。
又保持部４１内にはトラス構造の構造部材に取り付けた前記歪計または加速度計５３（図２参照）の検出値に基づいて振動減衰方向を演算する演算部５４と該演算部５５の信号に基づいてモータを回転制御されるモータ制御部５５とを具備したコントロールボックス５６が配設されている。尚歪計は宇宙構造体の構成ユニットであるインフレータブル構造体内に張設した心線を圧電素子ワイヤ５３として用いてトラス構造６０からコントロールボックス５６内に導くように構成してもよい。
【００３０】
このように構成したトラス構造体６０を、前記図６に示したような宇宙構造体（宇宙エネルギー利用システム）５７の要所に用い、例えば太陽輻射の圧力によってトラス構造体５８、５９が撓む力を受けたとき、制振構造体１０を構成するビーム４０（図４参照）の強強度方向を輻射圧が伝わってくる方向に向けることで、トラス構造体６０を撓ませようとする輻射圧に抗することができる。さらに、輻射圧の来る方向が変わっても、ビーム４０をその方向に向けるだけで常にトラス構造体６０を撓ませようとする輻射圧に抗することができ、長周期の振動に対して回転数と位相制御により効果的な制振動作を行わせることができる。
【００３１】
なお、本発明になる制振構造体１０は、こういった宇宙構造体だけでなく、地上における風圧によって振動を与えられる鉄塔や橋梁、波によって撓む船体など、振動や撓み力の加わる方向が変化する構造物にも応用できる。その一例の構成概略を示したのが図５である。
【００３２】
図５に示した実施例は、送電線などの鉄塔７０に応用したもので、例えば鉄塔７０を構成する鉄骨７１の、最も風圧を受ける側に桁７２、７３を設け、その桁７２、７３に図１に示した本発明の制振構造体１０を取り付ける。そして、風邪の方向を図示していない風向計などで測定し、その方向に前記したように強度異方性部材１１の強強度方向を向けるようにする。
【００３３】
このようにすることにより、前記したように鉄塔７０が風圧を受けて撓もうとしたとき、その撓み力に抗する力がこの制振構造体１０によって生じ、大きな撓みが発生するのを防止して送電線が切れたりするのを防ぐことができる。また、橋梁や船体の一部に図４に示したように制振構造体を組み込み、振動や撓み力を検知する加速時計などによってこれらが加えられる方向を検知し、前記したように制振構造体１０のビーム４０における強強度方向を向けるようにしてもよい。
【００３４】
以上種々述べてきたように本発明によれば、振動あるいは撓み力を加える方向によって強度の異なる強度異方性を有する部材と、該強度異方性部材の強強度方向を前記構造物に伝わる振動あるいは撓み力の加わる方向に回転させる機構とを備えて制振構造体を構成し、振動あるいは撓み力が加わったときに強度異方性部材の強強度方向を振動あるいは撓み力の加わる方向に回転させることで、振動あるいは撓み力を加えようとする力が強度異方性の強強度方向で弱められ、多方面から来る振動や撓み力に対しても強度異方性部材を回転させるだけで対応でき、簡単、安価な構成で、効果的に振動あるいは撓み力を減衰させて押さえることができる制振構造体を提供することができる。
【００３５】
そして、前記強度異方性を有する部材は、Ｈ型鋼、長方形部材、楕円形部材など、必要度に応じた種々の形状を使うことができ、また、前記強度異方性部材の強強度方向を前記構造物に伝わる振動あるいは撓み力の加わる方向に回転させる機構も、前記強度異方性部材に設けたウォームホイールとモータによって回転されるウォームギアか、またはモータによって駆動されるチェーンによって回転される前記強度異方性部材に設けたスプロケットなど、非常に簡単な機構で構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、簡単、安価な構成で、効果的に振動あるいは撓み力を減衰させて押さえることができる制振構造体を提供することができ、宇宙で構築する構造体や、地上においても鉄塔や橋梁、船体など、振動や撓み力の加わる方向が変化する構造物にも応用できる好適な制振構造体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明になる制振構造体の斜視図である。
【図２】本発明になる制振構造体の回転機構を示した断面図である。
【図３】本発明になる制振構造体の原理を説明するための図である。
【図４】本発明の制振構造体をトラス構造に適用した場合の図である。
【図５】本発明の制振構造体を鉄塔に適用した場合の図である。
【図６】赤道上空の静止軌道上に設ける太陽エネルギー発電システムの概念図である。
【図７】宇宙構造体を構築するためのトラス構造の一例である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  制振構造体
１１  強度異方性を有するビーム
１２  ジョイント
１３  アクチュエータ
【図１】
2005193725.tif 000003
【図２】
2005193725.tif 000004
【図３】
2005193725.tif 000005
【図４】
2005193725.tif 000006
【図５】
2005193725.tif 000007
【図６】
2005193725.tif 000008
【図７】
2005193725.tif 000009