(57)【要約】 【課題】超長周期地震動を含む地震時、台風などの強風時、渦励振などによる共振時及び洋上風力発電機のように設置場所によっては波力などにより大きく揺れるところの、減衰が小さく低い固有振動数を持つ風力発電機、鉄塔、アンテナ塔、橋梁などの主塔、管制塔、観光タワー、マテハン（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｈａｎｄｌｉｎｇ）設備などの建築・土木・機械構造物に適用される振動制御装置を提供する。【解決手段】本発明の振動制御装置は、水平方向に大変位する、減衰が小さく比較的低い固有振動数を持つ構造物用振動制御装置であり、当該構造物に外部から地震や台風などの振動入力が加わったときに、大きく揺れる構造物の上部と底盤である下部の間に単独或いは複数のシステムを設置して構造物の相対変位及び絶対加速度を低減することを特徴とする。【選択図】図１ａ
2018529034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に大変位する、減衰が小さく比較的低い固有振動数を持つ構造物用振動制御装置であり、当該構造物に外部から地震や台風などの振動入力が加わったときに、大きく揺れる構造物の上部と底盤である下部の間に単独或いは複数のシステムを設置して構造物の相対変位／絶対加速度を低減することを特徴とする、振動制御装置。
【請求項２】
本システムは、基本的には荷重伝達装置、プレストレス力調整装置、減衰装置、変形（或いは変位）増幅装置およびこれらの装置を構造物に固定するための支持部材で構成される、請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項３】
上部と下部の荷重伝達装置は、ワイヤータイプ、鋼棒タイプなど力の伝達が可能な部材であれば特定するものでなく、両端は固定或いは回転自由で支持され、この部材の上部や下部或いは中間部に、プレストレス力調整装置、及び復元機能を兼ね備えることのできる弾塑性ダンパー装置、さらに対象構造物によっては変位など増幅機構も備えた、請求項に１記載の振動制御装置。
【請求項４】
プレストレス力調整装置は、単独あるいは複数個使用し、例えばターンバックルのようなもので良く、構造物自体の剛性などにより制御効果を勘案しながら、プレストレス力を任意に調整することができる機構を持つ、請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項５】
復元機能を兼ね備えることのできる弾塑性ダンパー装置の復元用バネ装置としては金属バネ（板バネ・コイルバネ・皿バネなど）、油圧バネ、空気バネ及び粘弾性体を単独或いは組み合わせて使用したものでよく、弾塑性部材は金属材料をコイル形状にし、復元用バネ装置とユニット化することもできる構造で、単独或いは複数個使用し、大変位にも追従可能で振動制御能力が大きい、請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項６】
増幅機構は、例えばリンク機構や楕円形状板バネ装置などを活用したもので、請求項２、３、４、５の部材と単独或いは複数個併用することで振動制御力を向上させることができる、請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項７】
前記減衰装置は弾塑性ダンパーとしたが、減衰機構もバネ装置と同様に油圧（例えばオイルダンパー）、空気圧（例えばエアシリンダー）、摩擦、粘弾性などを単独或いは組み合せて使用する、請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項８】
上部及び下部の力伝達部材は回転防止、たるみ防止などのために１点以上の中間支持点を持ち、転がりベアリング、スラストベアリング（ｔｈｒｕｓｔ ｂｅａｒｉｎｇ）やガイドローラ或いは直動レールなどの部材から構成される、請求項１に記載の振動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、超長周期地震動を含む地震、台風などの強風、渦励振などにより共振をするか、或いは設置場所によっては波力などにより大きく揺れることがある洋上風力発電機などの構造物だけでなく、減衰が小さく低い固有振動数を持つ風力発電機タワー、鉄塔、アンテナ塔、橋梁などの主塔、管制塔、観光タワー、マテハン（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｈａｎｄｌｉｎｇ）設備などの建築・土木・機械構造物に適用される振動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、台風、地震、交通振動或いは波力などのような振動源により励起される構造物の強制加振や共振現象によって発生し、減衰が小さくかつ比較的低い振動数を卓越周波数（或いは支配振動数）とする振動（変位・加速度）に対しては、免震装置、制振装置（ＴＭＤ或いはＡＭＤ）、制震ブレース、炭素繊維などで構造物の本体を補強することにより対処しているが、この方法は、装置が複雑になり、信頼性或いはメンテナンス、施工性、価格などの面でいろいろの問題が生じている。また、長周期構造物に対応する装置であって比較的低い固有周期を有する免震装置または制振装置は、装置の形状寸法、安定性、耐久性、耐荷重性、製造方法の限界などに関連して解決すべき課題もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように従来技術では対処しきれない問題点を解決するための発明であり、具体的には以下の通りである。
【０００４】
即ち、減衰の小さい大型構造物に対して、対象入力運動として強風、地震、交通振動、超長周期地震動、渦励振を対象とするとき、構造物は大きな変形を起こし安全性や使用性に問題が生じる。さらに、減衰が小さく低い卓越振動数（または基本固有振動数）を持つ構造物は、基本的には、横寸法に対する縦寸法の形状比、すなわちアスペクト比が大きく、変形時に曲げ・せん断変形が発生する。
【０００５】
このようなことから、従来技術に対して次の問題を提起する。
【０００６】
免震装置：構造物の下部に設置する免震装置は、地震に対しては十分な効果を発揮するが、例えば風力発電機やアンテナ塔、観光タワーなどアスペクト比の大きな構造物で、低い固有振動数を持つ構造物にはトリガー効果がないと構造物は不安定になり、かつ効果的に問題が有り、かつ施工も困難である。また、上記のような免震構造物は風には揺れやすくなるので、新しい問題が発生する。
【０００７】
制振装置：ＡＭＤ（能動型質量ダンパー）は、駆動装置のパワー（Ｐｏｗｅｒ）に余裕があれば、構造物の高さ方向に比較的高い場所に設置することに対しては制約は少ないが、アスペクト比の大きい構造物では、高次モード振動も発生するので、設置数量が多くなりコストがアップするうえ、メンテナンスの難しさ（特に洋上風車、高層構造物など）や部品交換の難しさが増加するという問題がある。
【０００８】
比較的多く検討されているＴＭＤ（受動型質量ダンパー）は、通常１次モードに対して設計して装着するので、構造物の上部に設置することが、性能を発揮するためには重要であるが、例えば風力発電機などの場合、フレーム構造によっては強度的に上部に設置することが不可能で、また、ナセル（発電機）の下部に設置する場合でも、風車メーカーによっては風車の下部に電力線などが数十メートル垂れ下がっていることがあるので、ＴＭＤの構造を上記に干渉しないように配慮するなど検討する課題が多くある。また、地震時にはＴＭＤの応答変位が大きくなるので、減衰装置や復元装置は変形に対する追従性や応力の問題、工場製作上の制約により設置が不可になることがある。例えば、１次固有振動数が０．３Ｈｚの構造物の場合、ＴＭＤのバネ装置は、約２２６０ｍｍの静たわみ（ｓｔａｔｉｃ  ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を持った装置にする必要がある。このようなバネ装置は材料長や応力、座屈の問題から実現不可能の場合があるため、従来のリンク機構や材料比を用いて約半分以下程度の静たわみになるようにすることも必要で、コストアップを抑えなければならない問題に繋がる。
【０００９】
本体補強：橋梁橋脚の耐震補強などに実績がある方法であって、炭素繊維を構造物の本体に巻きつける方法であるが、例えば風力発電機の場合、風車設置後の補強工事は困難であり、工場製作段階での補強の場合、輸送の関係で幾つかのブロックに分割する必要があるので、効果は半減する。
【００１０】
制震ブレース：超高層建物の地震対策で多くの施工実績があるが、大きな地震入力に対しては十分な効果を発揮するが、小さい地震入力や交通振動または加速度の小さい長周期地震動に対しては構造物の変位抑制については余り効果がなく、対策が迫られている。また、構造物の内部に、ダンパー反力を受ける部材を設置することが必要になる。さらに、本発明が対象とする構造物は曲げ変形もするので、制振ブレースでは殆ど耐震補強効果は期待できない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記のような問題点を解決するために考案したもので、コンパクトな構造を有し、相対変位を抑制し、装置固有周期の調整を多様化することができることなどが特徴である。即ち、構造物の上部と下部を荷重伝達装置により一体化することにより振動を制御するものであり、プレストレス力調整装置により構造物の相対変位を抑制し、加速度に対しては弾塑性ダンパーを活用した減衰装置によりエネルギーを吸収する。また、小さい外部入力にも効果を発揮できるようにするために、増幅機構も併用できることである。
【００１２】
本発明は、水平方向に大変位する、減衰が小さく比較的低い固有振動数を持つ構造物用振動制御装置であり、当該構造物に外部から地震や台風などの振動による入力運動が加わったときに、大きく揺れる構造物の上部と底盤である下部の間に単独或いは複数のシステムを設置して構造物の相対変位と絶対加速度を低減することを特徴とする。
【００１３】
ここで、本システムは、基本的には荷重伝達装置（機構）、プレストレス力調整装置（機構）、減衰装置（機構）、変位増幅装置（機構）およびこれらの装置を構造物に固定するための支持部材で構成できる。
【００１４】
また、上部と下部の荷重伝達装置は、ワイヤータイプ、ケーブルタイプ、鋼棒タイプなど力の伝達が可能な部材であれば特定するものでなく、両端は固定或いは回転自由で支持され、この部材の上部や下部或いは中間部に、プレストレス力調整装置、及び復元機能を兼ね備えることのできる弾塑性ダンパー装置、さらに対象構造物によっては変位増幅機構も備えることができる。
【００１５】
また、プレストレス力調整装置は、単独あるいは複数個使用し、例えばターンバックル（ｔｕｒｎ  ｂｕｃｋｌｅ）のようなもので良く、構造物自体の剛性などにより制御効果を勘案しながら、プレストレス力を任意に調整することができる機構を持つことができる。
【００１６】
また、復元機能を兼ね備えることのできる弾塑性ダンパー装置の復元用バネ装置としては金属バネ（板バネ・コイルバネ・皿バネなど）、油圧バネ、空気バネ及び粘弾性体を単独或いは組み合わせて使用したものでよく、弾塑性部材は金属材料をコイル形状にし、復元用バネ装置とユニット化することもできる構造で、単独或いは複数個使用し、大変位にも追従可能で振動制御能力が大きいことを特徴とする。
【００１７】
また、増幅機構は、例えばリンク（ｌｉｎｋ）機構や楕円形状板バネ装置などを活用したもので、請求項２、３、４、５の部材と単独或いは複数個併用することで振動制御力を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の減衰装置は弾塑性ダンパーとしたが、減衰機構もバネ装置と同様に油圧（例えばオイルダンパー）、空気圧（例えばエアシリンダー）、摩擦、粘弾性などを単独或いは組み合せて使用することができる。
【００１９】
また、上部及び下部の力伝達部材は回転防止、たるみ防止などのために１点以上の中間支持点を持ち、転がりベアリング、滑りベアリング或いはスライドベアリングやガイドローラ或いは直動レールなどの部材から構成できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、超長周期地震動を含む地震時、台風などの強風時、渦励振などによる共振時及び洋上風力発電機のように設置場所によっては波力などにより大きく揺れるところの、減衰が小さく低い固有振動数を持つ風力発電機、鉄塔、アンテナ塔、橋梁などの主塔、管制塔、観光タワー、マテハン設備などの建築・土木・機械構造物の振動を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１ａ】本発明の好適な実施例に係る振動制御装置の設置状態図を示す。
【図１ｂ】本発明の他の実施例に係る振動制御装置の設置状態図を示す。
【図１ｃ】本発明の別の実施例に係る振動制御装置の設置状態図を示す。
【図２ａ】本発明の好適な一実施例に係る減衰装置を示す。
【図２ｂ】本発明の他の実施例に係る減衰装置を示す。
【図２ｃ】本発明の別の実施例に係る減衰装置を示す。
【図２ｄ】本発明の別の実施例に係る減衰装置を示す。
【図３】本発明の別の実施例に係る減衰装置を示す。
【図４】本発明の別の実施例に係る減衰装置を示す。
【図５ａ】本発明の別の実施例に係る振動制御装置の設置状態図を示す。
【図５ｂ】構造物の上部が水平に変形したときの減衰装置の増幅比率を説明するための図である。
【図５ｃ】構造物の上部が水平に変形したときの減衰装置の増幅比率を説明するための図である。
【図６】従来技術に係るＴＭＤ装置の設置状態図を示す。
【図７】本発明の別の実施例に係る振動制御装置の設置状態図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る装置の基本システムは、図１ａに代表的に示す減衰装置（機構）１０、プレストレス力調整装置（機構）２０、および荷重伝達装置（機構）３０から構成される振動制御装置であり、例えば風力発電機の場合には塔体内部の維持管理の関係から、比較的下部に本システムを単独或いは複数設置するもので、基本的にはナセルの下部に固定端４０（固定、或いは回転自由）を設け、固定から下部に直角にワイヤーロープや鋼棒、鋼板などで力或いは変形を下部に伝達し、下部に設置される減衰装置１０と連結する。その中間にはプレストレス力調整装置２０を配置することにより安定的な性能が期待できる。当然のことながら、装置の下部は底盤に固定される。このようにすることで構造物の上部が曲げ或いはせん断変形したときに荷重伝達装置３０により下部の減衰装置１０で振動制御できることになる。
【００２３】
ここで、減衰装置１０は、図２ａ〜２ｄに示すように、図の如くコイル形状弾塑性ダンパー１３を基本に、振動の種類や大きさ、対象構造物の構造などにより、設計および製作し、単独で或いは他の部材と組み合わせて使用する。図２ａはコイル形状弾塑性ダンパー単体、図２ｂは復元力を与えるためにコイルバネ１３ａを併用したものである。図２ｃは粘弾性ダンパー１３との併用であり、図２ｄはオイルダンパー１３との併用である。減衰装置１０のどのタイプを使用するかは構造物の構造、仕様により選択できる。
【００２４】
図３、図４は拡大機構の例であり、風力発電機では、高さ約７５ｍの風車の場合、ナセル部分の振動振幅は振幅大凡１ｍ程度となるが（強風の場合）、その傾き角は僅かな数値となり、結果的には大きな効果が期待できない。
【００２５】
そこで、図３の復元力を持った板バネを使用した拡大機構で、軸方向の変形に対して中央部に設置されるダンパー装置１３は３倍程度の変位増幅が期待できる。
【００２６】
図３の板バネ１５は重ね板バネでも良く、重ねることにより摩擦減衰を得ることもできる。また、重ね枚数は対象構造物に対して任意に設定できる。さらに、図３の中央部のダンパー固定部に集中質量を付加することも可能で、軸方向の変形に対してダンパー変更方向に対して慣性力を付加することができる。
【００２７】
図４は同様の増幅機構を持つ構造であるが、ワイヤー１６により構築されており、増幅割合は図３とほぼ同様に確保できる。
【００２８】
この機構は比較的簡単に装着できるが、この場合には復元機能を併用することが望ましい。板バネ１５およびワイヤー１６は増幅機構と通称できる。
【００２９】
図１ｂは下部固定端４０を変化させたもので、基本的性能は図１ａと同一である。
【００３０】
図１ｃは減衰装置１０部分にリンク機構を併用したもので、リンク機構は増幅機能を持っているので、より多くの振動制御効果を得ることが可能となる。
【００３１】
図５ａはトグル機構を構成している。通常の超高層用トグル機構は鋼材の組み立てによるリンク機構になっているのに対して、本発明では、コイル形状弾塑性ダンパー１３とワイヤーロープなどから構成するので、シンプルで自由度が大きい。
【００３２】
また、中間には上述したプレストレス力調整装置２０を付与するので、例えばターンバックルなどを１基或いは複数基装備し、荷重調整を行う。
【００３３】
このトグル機構は変形増幅機能を持っているため、対象構造物の小さい振動変形から大きな振動変形まで、より大きな効果が期待できる。図５ｂおよび図５ｃは構造物の上部が水平に変形したときの減衰装置１０の増幅割合を模式図化したもので、δ２／δ１は増幅率である。
【００３４】
また、図５ｂは上部から直角に荷重伝達装置３０を配置したもので、図５ｃは傾斜して配置したものである。
【００３５】
この場合には、水平変形の左右の値が異なるので注意が必要である。
【００３６】
また、トグル機構の減衰装置１０部分に楕円形状板バネ１５装置やリンク機構などの増幅機構を付与することも可能で、トグル機構の振動増幅に加えてより性能を向上させることができるので、大きな振動制御効果が期待できる。図６は従来適用しているＴＭＤ装置６０であるが、風力発電機などのように曲げ変形の大きな構造物の場合には注意が必要である。
【００３７】
また、図７は自動倉庫などに設置されるラック（通常、マテハン（ｍａｔｅｒｉａｌ ｈａｎｄｌｉｎｇ）施設）に設置した例であり、大きな自動倉庫の場合では幅１．５ｍに対して高さは２０ｍ程度になるので、東日本地震の時には対策の無い機械は大きな損傷を受けた。
【００３８】
現在では各社色々な対応を進めているが、既存設備に対しては主に、制震ブレース・ＴＭＤなどにより対処されている。本システムはこれらに代わりうる新しい技術として提案できるものと思う。
【図１ａ】
2018529034.tif 000003
【図１ｂ】
2018529034.tif 000004
【図１ｃ】
2018529034.tif 000005
【図２ａ】
2018529034.tif 000006
【図２ｂ】
2018529034.tif 000007
【図２ｃ】
2018529034.tif 000008
【図２ｄ】
2018529034.tif 000009
【図３】
2018529034.tif 000010
【図４】
2018529034.tif 000011
【図５ａ】
2018529034.tif 000012
【図５ｂ】
2018529034.tif 000013
【図５ｃ】
2018529034.tif 000014
【図６】
2018529034.tif 000015
【図７】
2018529034.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月8日(2018.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に大変位する、減衰が小さく比較的低い固有振動数を持つ構造物用振動制御装置であり、当該構造物に外部から地震や台風などの振動入力が加わったときに、大きく揺れる構造物の上部と底盤である下部の間に単独或いは複数のシステムを設置して構造物の相対変位／絶対加速度を低減することを特徴とし、
前記システムは、基本的には荷重伝達装置、プレストレス力調整装置、減衰装置、変形（変位）増幅装置およびこれらの装置を構造物に固定するための支持部材で構成される、
【請求項２】
構造物の上部及び下部を一体化させる前記荷重伝達装置は、力の伝達が可能な部材であり、両端は固定或いは回転自在で支持され、この部材の上部や下部或いは中間部に、プレストレス力調整装置、及び復元機能を兼ね備えることのできる弾塑性ダンパー装置、ひいては変位増幅機構をさらに備える、請求項に１記載の振動制御装置。
【請求項３】
前記プレストレス力調整装置は、単独あるいは複数個使用し、ターンバックルのような装置によりプレストレス力を任意に調整することができる機構を持つ、請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項４】
前記復元機能及び減衰機能を兼ね備えることのできる弾塑性ダンパー装置の復元用バネ装置としては金属バネ（板バネ・コイルバネ・皿バネなど）、油圧バネ、空気バネ及び粘弾性体を単独或いは組み合わせて使用し、弾塑性部材は金属材料をコイル形状にし、復元用バネ装置とユニット化することもできる構造で、単独或いは複数個使用し、大変位にも追従可能で振動制御能力が大きい、請求項３に記載の振動制御装置。
【請求項５】
前記増幅機構は、リンク機構や楕円形状板バネ装置などを用いることで振動制御力を向上させることができる、請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項６】
前記減衰装置は弾塑性ダンパーであり、減衰機構も油圧、空気圧、摩擦、粘弾性などを単独或いは組み合せて使用する、請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項７】
前記力が伝達可能な部材は、回転防止、たるみ防止などのために１点以上の中間支持点を持ち、転がりベアリング、スラストベアリング（ｔｈｒｕｓｔ ｂｅａｒｉｎｇ）やガイドローラ或いは直動レールなどの部材から構成される、請求項３に記載の振動制御装置。

【国際調査報告】
2018529034.tif 000017
2018529034.tif 000018
2018529034.tif 000019
2018529034.tif 000020