(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状の底面を有し、
重心位置が、前記円弧の曲率半径中心よりも下方にあり、
前記底面のロッキング振動を減衰させる減衰機構を有しており、
前記減衰機構が、前記底面と設置面との間に配設された減衰器からなり、
前記減衰器が、前記底面の両端部において該底面と設置面との間に夫々配設されるとともに内部に液体が封入された左右２つの袋体と、該２つの袋体間の液体の流動を許容するように該袋体同士を連通連結する管とからなり、
前記底面が右に傾いた時には、右の袋体が前記底面に踏まれて当該袋体内部の液体は前記管を通って左の袋体へと移動し、前記底面が左に傾いた時には、左の袋体が前記底面に踏まれて当該袋体内部の液体は前記管を通って右の袋体へと移動し、
これにより、前記底面がロッキング振動した時、左右の袋体は交互に前記底面により踏まれて、内部の液体は左右の袋体に交互に移動する
ことを特徴とするロッキングを利用した動吸振器。
【請求項２】
前記管内にオリフィスが設けられていることを特徴とする請求項１記載のロッキングを利用した動吸振器。
【請求項３】
動吸振器の外方に、前記底面と設置面との間に滑りが生じて動吸振器が移動した時に、該動吸振器を受け止める受止部材が固設されており、
該受止部材の表面には動吸振器の衝突時の衝撃を吸収する衝撃吸収材が配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載のロッキングを利用した動吸振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強風、地震、車両通過、機械振動等により構造物に生起する振動を抑制するための動吸振器に関し、より詳しくはロッキングを利用した動吸振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高層ビル等の構造物において、地震等により発生する振動を抑制するために用いられる動吸振器としては、いわゆる振り子式の動吸振器がよく知られている。
振り子式の動吸振器においては、振り子の振動周期を構造物に同調させ、構造物の振動を振り子の振動を介して減衰器へと伝えることにより、振動の減衰作用が発揮される。
【０００３】
このような振り子式の動減衰器では、固有振動数ｆｎは近似的に
0005201558.tif 000002
で表される。（ｇ：重力加速度、Ｌ：振り子の長さ）
【０００４】
そのため、高層ビルのような低い固有振動数を実現するためには、振り子の長さを非常に長くする必要があり、動吸振器が大型化してしまうという問題がある。
【０００５】
かかる問題点に鑑みて、振り子の長さを短くするための機構的な工夫は種々試みられているものの（例えば、下記特許文献１参照）、固有振動数が振り子の長さに依存する構造には変わりないため、著しい小型化を達成することは困難であった。また、付加的機構を設けることから、構造が複雑になるという問題を生じていた。
【０００６】
また、一般的に、動吸振器には以下のような問題も存在している。
先ず、エネルギーを消散させるためのダンパーが必要であるため、装置を構成する部品点数が多くなり、装置が大型化或いは複雑化してしまう。
更に、新規の構造物に対して設置することはできても、既存の構造物に対して設置することは困難な場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１８８６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、小型で且つ簡単な構造で、固有振動数を広い範囲で容易に調整することが可能であり、ダンパーを使用せずとも減衰性能を有することができ、既存の構造物に対しても容易に設置することができるロッキングを利用した動吸振器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、円弧状の底面を有し、重心位置が、前記円弧の曲率半径中心よりも下方にあり、前記底面のロッキング振動を減衰させる減衰機構を有しており、前記減衰機構が、前記底面と設置面との間に配設された減衰器からなり、前記減衰器が、前記底面の両端部において該底面と設置面との間に夫々配設されるとともに内部に液体が封入された２つの袋体と、該２つの袋体間の液体の流動を許容するように該袋体同士を連通連結する管とからなり、前記底面が右に傾いた時には、右の袋体が前記底面に踏まれて当該袋体内部の液体は前記管を通って左の袋体へと移動し、前記底面が左に傾いた時には、左の袋体が前記底面に踏まれて当該袋体内部の液体は前記管を通って右の袋体へと移動し、
これにより、前記底面がロッキング振動した時、左右の袋体は交互に前記底面により踏まれて、内部の液体は左右の袋体に交互に移動することを特徴とするロッキングを利用した動吸振器に関する。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記管内にオリフィスが設けられていることを特徴とする請求項１記載のロッキングを利用した動吸振器に関する。
【００１１】
請求項３に係る発明は、動吸振器の外方に、前記底面と設置面との間に滑りが生じて動吸振器が移動した時に、該動吸振器を受け止める受止部材が固設されており、該受止部材の表面には動吸振器の衝突時の衝撃を吸収する衝撃吸収材が配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載のロッキングを利用した動吸振器に関する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、円弧状の底面を有し、重心位置が円弧の曲率半径中心よりも下方にあることにより、曲率半径と重心位置との関係を変更するだけで固有振動数を大きく変化させることができる。従って、小型で且つ簡単な構造で、固有振動数を広い範囲で容易に調整することが可能となる。特に、重心位置を曲率半径中心に近づけることにより、いくらでも固有振動数を低くすることができるため、振り子式動吸振器と同様に重力を復元力としているにも拘らず、全体を小型化して低い固有振動数を実現することが可能となる。
また、底面のロッキング振動を減衰させる減衰機構を有しているため、構造物の振動を底面のロッキング振動を介して減衰機構へと伝達して減衰作用を発揮することができる。
更に、ダンパーを使用せずとも減衰性能を有することができるため、装置を小型化・単純化することが可能となる。
また、振動を抑えたいものの上に置くだけでも性能を発揮することができるため、既存の構造物に対しても容易に設置することができる。
【００１３】
また、減衰機構が底面と設置面との間に配設された減衰器からなることにより、底面のロッキング振動のエネルギーを減衰器により吸収して振動を減衰させることができる。
【００１４】
更に、減衰器が、底面の両端部において該底面と設置面との間に夫々配設されるとともに内部に液体が封入された２つの袋体と、該２つの袋体間の液体の流動を許容するように該袋体同士を連通連結する管とからなることにより、底面のロッキング振動のエネルギーを２つの袋体間の流体の流動により消費させて振動を減衰させることができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、管内にオリフィスが設けられていることによって、管内の流体抵抗が大きくなり、振動減衰効果を高めることができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、動吸振器の外方に、底面と設置面との間に滑りが生じて動吸振器が移動した時に、該動吸振器を受け止める受止部材が固設されており、該受止部材の表面には動吸振器の衝突時の衝撃を吸収する衝撃吸収材が配設されていることにより、地震等の大きな振動で動吸振器が滑り移動した時に、これを受止部材で受け止めて生じた衝撃エネルギーを衝撃吸収材により消散させることができる。つまり、衝撃吸収材にインパクトダンパーの役割を持たせて、振動を効果的に減衰させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る動吸振器の参考形態を示す概略図である。
【図２】参考形態の動吸振器における振動減衰の原理の説明図である。
【図３】参考形態の動吸振器の変形例を示す図である。
【図４】本発明に係る動吸振器の実施形態の全体構成を減衰器を省略して示した概略図である。
【図５】実施形態の動吸振器の減衰器の構成を示す図である。
【図６】実施形態の動吸振器の減衰器の構成の別例を示す図である。
【図７】実施形態の動吸振器の別の変形例を示す図である。
【図８】本発明に係る動吸振器の更に別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るロッキングを利用した動吸振器（以下、単に動吸振器と称する）の好適な実施形態及び参考形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る動吸振器の参考形態を示す概略図である。
参考形態の動吸振器（１）は多角形状の底面（２）を有しており、その重心位置（Ｇ）が前記多角形に外接する円弧（Ａ）の曲率半径中心（Ｏ）よりも下方にあるように構成されている。図中、（Ｒ）は底面（２）の外接円の曲率半径である。
【００１９】
本発明（開示した全ての実施形態及び参考形態を含む）においては、円弧（Ａ）の曲率半径（Ｒ）は一定であってもよいし一定でなくてもよい。曲率半径が一定でない場合とは、後述するように、大きな振動に対応できるように予め接地部分の曲率半径を他の部分よりも大きくしておく場合である。本明細書及び添付図面では本発明の代表例として曲率半径が一定である場合を例示して説明する。
【００２０】
底面（２）は、円弧（Ａ）が下に凸となる方向を向くように、地面等の設置面（３）上に設置されている。そして、振動を受けることによって、曲率半径中心（Ｏ）を回転中心として、設置面（３）上において右端部と左端部が交互に上昇と下降を繰り返すロッキング振動をする。
【００２１】
起き上がりこぼしのように、一定の曲率半径をもつ円弧状の底面を有し、重心位置が円弧の曲率半径中心よりも下方にある構造をもつ物体においては、慣性モーメントの影響を無視すれば、その固有振動数ｆｎは、振幅があまり大きくなければ、近似的に次式で表現される。（ｒ：中心Ｏから重心Ｇまでの距離）
0005201558.tif 000003
【００２２】
尚、振幅が大きくなれば、曲率半径（Ｒ）が一定の場合には固有振動数が若干低下する。本発明では、振幅が大きくなった場合に対応できるように、予め設置面と接地する部分の曲率半径を他の部分よりも僅かに大きくしておくことにより、固有振動数の低下を防止することも可能である。
【００２３】
上式より、固有振動数は、曲率半径Ｒだけでなく、距離ｒによっても大きく変化する。
すなわち、ｒが０に近づけば固有振動数も０に近づき、ｒがＲに近づけば固有振動数は高くなる。
よって、ｒとＲの関係を調整するだけで、固有振動数を大きく変化させることができる。特に、ｒを短くする（重心位置Ｇを曲率半径中心Ｏに近づける）ことにより、いくらでも固有振動数を低くすることができるため、振り子式動吸振器と同様に重力を復元力としているにも拘らず、全体を小型化して低い固有振動数を実現することが可能となる。
【００２４】
但し、一定の曲率半径をもつ円弧状の底面を有し、重心位置が円弧の曲率半径中心よりも下方にある構造だけでは、振動を減衰させる要素がないため、動吸振器として利用するには不十分である。
そこで、参考形態に係る動吸振器では、振動を減衰させる要素を付加するために、底面を一定の曲率半径をもつ円弧に沿う多角形状としている。
【００２５】
図１に示すような多角形状の底面（２）をもつ物体がロッキング振動をすると、多角形の角部が設置面（３）に衝突することによって瞬間的に大きい衝突エネルギーが発生し、発生した衝突エネルギーは波動として外部へ散逸する。
そのため、ロッキング振動が持続するに伴って、振動エネルギーは衝撃エネルギーに変換されて散逸することにより減少し、一般的な減衰器を用いることなく振動を減衰させることが可能となる。
【００２６】
以下、上述したような衝撃エネルギーの散逸による振動減衰の原理について説明する。
底面が平らな剛体がロッキング振動する場合（図２参照）は、主に底面の幅と重心の高さの関係で、次式（１）のように表される。
0005201558.tif 000004
【００２７】
この場合、自由振動における減衰が決まり、相対的に幅（又はβ）が広いほど減衰が大きくなるため、幅によって減衰の調整が可能である。
しかし、底面が平らな場合の自由振動の振動数は振幅によって大きく変化し、一般的な動吸振器として用いるには適していない。
【００２８】
そこで、本発明の参考形態では、図１に示すように、一定の曲率半径（Ｒ）をもつ円弧（Ａ）に沿う多角形状の底面（２）を採用した。（但し、円弧（Ａ）の曲率半径（Ｒ）は、一定でなくてもよいことは上述した通りである。）ここで、多角形の１つの内角（α）は、９０°＜α＜１８０°の範囲に設定される。各内角の大きさは、等しいことが好ましいが、異なっていてもよい。
このような多角形状の底面とすることにより、底面が平らな場合に比べて固有振動数の振幅依存性は小さくなる。また、底面が円弧である場合と異なって減衰も確保することができる。
さらに、上式（１）より、多角形の一辺の長さを小さくする（内角（α）を大きくする）ほど減衰が小さくなるため、これにより減衰の大きさを調整することができる。尚、減衰の大きさは、上式（１）を繰り返して用いることにより計算することができる。
従って、参考形態の動吸振器は、ばねや減衰器を用いなくても、置くだけで動吸振器としての機能を発揮することができる。
【００２９】
図３は、参考形態の動吸振器の変形例を示す図である。
この変形例では、底面（２）の下方に、該底面の角部が設置面（３）に衝突した時に生じる衝突エネルギーを吸収する吸収材（４）が配設されている。
吸収材（４）は、粘弾性体等の弾性と減衰性を有するシート状部材からなり、底面（２）と設置面（３）との間に敷設されている。
粘弾性体としては、例えば、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系、スチレン系等の樹脂の発泡体あるいはゲル状材等の材料が用いられる。
【００３０】
このように、底面の下方に、該底面の角部が設置面に衝突した時に生じる衝突エネルギーを吸収する吸収材を配設することにより、角部が設置面に衝突した時に発生する騒音を低減することができる。
【００３１】
尚、変形例のように吸収材（４）を底面（２）と設置面（３）との間に敷設した場合、吸収材（４）を敷設しない場合と減衰が同じとはならないため、吸収材のばね・減衰特性を用いた数値解析（マルチボディ解析）を行って設計することが好ましい。
【００３２】
以上説明したように、参考形態の動吸振器は、ロッキングによる衝突を利用してエネルギーを逸散することができるため、従来の動吸振器のようなダンパーを用いることなく減衰性能を発揮することが可能となる。
但し、衝突音がうるさい等の問題が発生するため、吸収材を付加して衝撃を緩和する代わりに材料で減衰させる方法（図３）を採用することもできる。
【００３３】
図４は本発明に係る動吸振器の実施形態を示す概略図である。
この実施形態の動吸振器（１）は、一定の曲率半径（Ｒ）をもつ円弧状の底面（２）を有しており、その重心位置（Ｇ）が円弧（Ａ）の曲率半径中心（Ｏ）よりも下方にあるように構成されている。但し、この実施形態においても、円弧（Ａ）の曲率半径（Ｒ）は必ずしも一定でなくともよいことは上述した通りである。
つまり、参考形態では底面が多角形状であるが、この実施形態では底面が円弧状となっている。但し、図４では後述する減衰器の図示は省略されている。
【００３４】
底面（２）は、円弧（Ａ）が下に凸となる方向を向くように、地面等の設置面（３）上に設置されている。そして、振動を受けることによって、曲率半径中心（Ｏ）を回転中心として、設置面（３）上において右端部と左端部が交互に上昇と下降を繰り返すロッキング振動をする。
【００３５】
上述した如く、起き上がりこぼしのように、一定の曲率半径をもつ円弧状の底面を有し、重心位置が円弧の曲率半径中心よりも下方にある構造をもつ物体においては、慣性モーメントの影響を無視すれば、その固有振動数ｆｎは、振幅があまり大きくなければ、近似的に次式で表現される。（ｒ：中心Ｏから重心Ｇまでの距離）
0005201558.tif 000005
【００３６】
尚、この実施形態においても、振幅が大きくなった時に設置面と接地する部分の曲率半径を微増させることにより、固有振動数の低下を防止することが可能である。
【００３７】
上式より、固有振動数は、曲率半径Ｒだけでなく、距離ｒによっても大きく変化し、ｒが０に近づけば固有振動数も０に近づき、ｒがＲに近づけば固有振動数は高くなる。
よって、実施形態の動吸振器においても、ｒとＲの関係を調整するだけで、固有振動数を大きく変化させることができる。特に、ｒを短くする（重心位置Ｇを曲率半径中心Ｏに近づける）ことにより、いくらでも固有振動数を低くすることができるため、振り子式動吸振器と同様に重力を復元力としているにも拘らず、全体を小型化して低い固有振動数を実現することが可能となる。
【００３８】
但し、上述した如く、一定の曲率半径をもつ円弧状の底面を有し、重心位置が円弧の曲率半径中心よりも下方にある構造だけでは、振動を減衰させる要素がないため、動吸振器として利用するには不十分である。
そこで、この実施形態に係る動吸振器では、振動を減衰させる要素を付加するために、底面（２）のロッキング振動を減衰させる減衰機構を設けている。
減衰機構を付加することによって、構造物の振動を底面のロッキング振動を介して減衰機構へと伝達して、減衰作用を発揮することができる。
【００３９】
図５に示した例は、減衰機構が、底面（２）と設置面（３）との間に配設された減衰器（５）からなるものである。尚、この図では動吸振器の底面（２）のみを図示しており、底面より上の部分は図４と同様であるため省略している。
図示例において、減衰器（５）は、底面（２）の両端部において該底面と設置面（３）との間に夫々配設された２つの袋体（５１）と、これら２つの袋体（５１）を連通連結する管（５２）とから構成されている。
【００４０】
２つの袋体（５１）の内部には水や油等の液体が封入されており、液体は管（５２）を通って２つの袋体の間で流動できるようになっている。具体的には、底面（２）が右に傾いた時には、右の袋体（５１）が底面（２）に踏まれて当該袋体内部の液体は管（５２）を通って左の袋体（５１）へと移動する。逆に、底面（２）が左に傾いた時には、左の袋体（５１）が底面（２）に踏まれて当該袋体内部の液体は管（５２）を通って右の袋体（５１）へと移動する。
従って、底面（２）がロッキング振動した時、左右の袋体（５１）は交互に底面（２）により踏まれて、内部の液体は左右の袋体に交互に移動する。これにより、底面のロッキング振動のエネルギーは、２つの袋体間の流体の流動により消費され、振動を減衰させることができる。
また、図示例では、管（５２）の内部にオリフィス（５３）を設けて流体抵抗を大きくすることにより減衰効果を高めている。
【００４１】
図６に示した参考例は、減衰器（５）が、底面（２）と設置面（３）との間に配設されたダンピング材料からなるものである。尚、この図でも動吸振器の底面（２）のみを図示しており、底面より上の部分は図４と同様であるため省略している。
ダンピング材料は設置面（３）上に敷設された一定の厚みを有するシート状部材からなり、該ダンピング材料の上面に底面（２）が載設されている。ダンピング材料としては、フッ素ゴムやシリコンゴム等の高ダンピング能を備えた材料が用いられる。
このようなダンピング材料を減衰器（５）として使用することにより、底面（２）のロッキング振動のエネルギーをダンピング材料により吸収することができるため、簡易な構成で振動を効果的に減衰させることができる。
【００４２】
図７に示した参考例は、減衰機構が、内部空間（６）に移動可能に収容された多数の粒体（７）からなるものである。
すなわち、この参考例では、動吸振器の底面（２）に沿った内部に空間（６）が設けられており、この内部空間（６）に多数の粒体（７）が収容されている。
粒体（７）の形状については特に限定されないが、底面（２）のロッキング振動に伴って内部空間（６）内を円滑に移動することができる球形とすることが好ましい。また、粒体（７）の数や大きさは、粒体（７）が移動できる空間を確保するために、粒体（７）により内部空間（６）が埋まらない範囲に設定される。
内部空間（６）は、ロッキング振動に伴って粒体（７）が大きく移動するように、図示例の如く底面（２）に沿う方向に延びる空間として形成することが好ましいが、特に限定されるものではなく、動吸振器の他の位置に形成してもよい。
このような減衰機構を設けることによって、底面（２）のロッキング振動に伴う多数の粒体（７）の移動により、振動を減衰させることができる。
【００４３】
実施形態の動吸振器では、底面を円弧状とすることにより、衝突音の問題を解消することができる。但し、衝突によるエネルギー消散が殆ど期待できなくなるため、ロッキングが固有振動数を自由に調整可能であるという特徴を活用して、減衰は別途設定する手段（図５乃至図７）を用いる方法を採用することができる。
【００４４】
図８は、本発明に係る動吸振器の更に別の実施形態を示す図である。
この実施形態では、動吸振器（１）の外方に、底面（２）と設置面（３）との間に滑りが生じて動吸振器が移動した時に、該動吸振器を受け止める受止部材（８）が固設されている。
受止部材（８）は、動吸振器（１）から若干離れた位置において該動吸振器の周囲全体又は一部を囲うように設置面（３）に対して立設固定されている壁状の部材である。
受止部材（８）の表面（動吸振器に向く面）には、動吸振器の衝突時の衝撃を吸収する衝撃吸収材（８１）が配設されている。
衝撃吸収材（８１）は、粘弾性体等の弾性と減衰性を有する材料からなり、例えば、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系、スチレン系等の樹脂の発泡体あるいはゲル状材等の材料が用いられる。
【００４５】
図８に示す実施形態によれば、地震等の非常に大きな外力を受けて動吸振器（１）の底面（２）と設置面（３）との間に滑りを生じた場合、動吸振器（１）が受止部材（８）に衝突して受け止められ、このとき発生する衝撃エネルギーは、受止部材（８）表面の衝撃吸収材（８１）により消散される。つまり、衝撃吸収材（８１）はインパクトダンパーの役割を果たすこととなり、振動を効果的に減衰させることが可能となる。
この実施形態は、底面（２）が円弧状である実施形態に対して好適に適用できるが、底面（２）が多角形状である参考形態に対しても適用することができる。
【００４６】
以上、本発明に係る動吸振器について図面を参照しながら説明したが、図は本発明の構成を模式的に示したものであり、底面（２）以外の形状については、本発明が適用される構造物の種類に応じて適宜任意の形状に設計することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、強風、地震、車両通過、機械振動等により建物や橋梁、機械等の構造物に生起する振動を抑制するための動吸振器として利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１      動吸振器
２      底面
３      設置面
４      吸収材
５      減衰器
５１    袋体
５２    管
５３    オリフィス
６      内部空間
７      粒体
８      受止部材
８１    衝撃吸収材
Ａ      円弧
Ｇ      重心位置
Ｏ      曲率半径中心
Ｒ      曲率半径
【図１】
0005201558.tif 000006
【図２】
0005201558.tif 000007
【図３】
0005201558.tif 000008
【図４】
0005201558.tif 000009
【図５】
0005201558.tif 000010
【図６】
0005201558.tif 000011
【図７】
0005201558.tif 000012
【図８】
0005201558.tif 000013