(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に直角となる水平２方向の固有周期が異なる制振対象物を、弾性体および質量体を備えた振動系を付加して制振するようになった制振装置において、
上記弾性体および上記質量体の振動系の振動周期を、上記制振対象物の水平２方向の固有周期のうち長い方の固有周期にチューニングする一方、
上記質量体に、制振対象物の固有周期が短い方の変位を取り出す変位抽出手段と、該変位抽出手段の変位量が第１変位伝達部材を介して伝達されて回転量に変換される回転体と、該回転体の回転量が第２変位伝達部材を介して伝達されて変形されるバネ部材とを設け、固有周期の短い方の変位に対して該バネ部材のバネ力を付加し、
上記変位抽出手段および上記バネ部材は、上記回転体を挟んで対向配置されるようにそれぞれ一対設けるとともに、上記第１，第２変位伝達部材を可撓性の第１，第２引張り部材で形成し、一対の変位抽出手段に取り付けた第１引張り部材を上記回転体に互いに逆向きに巻回するとともに、上記バネ部材に取り付けた第２引張り部材を上記回転体に互いに逆向きに巻回することを特徴とする制振装置。
【請求項２】
上記第１変位伝達部材の変位量が回転体に伝達される部分を大径とし、該回転体から上記第２変位伝達部材に回転量を伝達する部分を小径としたことを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性体および質量体を備えた振動系を制振対象物に付加して制振するようになったＴＭＤタイプの制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から各種制振装置が提案されるが、その中にＴＭＤ（チューンドマスダンパー）タイプの制振装置がある。このＴＭＤは制振対象物に弾性体を介在させて質量体を取り付けるとともにダンパを備えて、いわゆる動吸振器として構成され、これら弾性体や質量体およびダンパからなる振動系の共振周波数を予め制振対象物の固有周期に対応させてチューニングするようになっている。従って、制振対象物の振動で加振された質量体の振動が遅延されて制振対象物に伝達されることにより、制振対象物の振動を相殺して制振できるようになっている。
【０００３】
ところで、制振対象物が建物である場合、この建物は一般的に平面形状が長方形となるものが多く、この場合、その短辺方向が長い固有周期となり、また、長辺方向が短い固有周期となる。このため、強風時には固有周期が長くなる短辺方向が揺れ易いため、このような建物に上記ＴＭＤを適用する場合、該ＴＭＤの振動周期は短辺方向の固有周期にチューニングして用いることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＴＭＤを短辺方向の固有周期にチューニングした場合、該ＴＭＤは専らこの短辺方向の揺れを制振するもので、長辺方向の揺れに対しては制振効果を発揮することができない。このため、地震対策などのために建物の長辺方向にも制振機能を発揮させようとした場合には、長辺方向専用のＴＭＤを更に設置する必要があり、結果的に１つの建物に対して２基のＴＭＤが設けられることになる。つまり、このことは経済的にも大きな負担が強いられるとともに、ＴＭＤの１つの質量体はそれの重量が例えば建物の有効質量の１パーセント程度と大きくなるため、建物自体の強度を更に高くする必要がある。
【０００５】
このように１つの建物にＴＭＤを２基設けることは不利となるため、１基のＴＭＤで短辺方向と長辺方向の双方の揺れを制振することが望ましい。このように双方の揺れを制振する場合は、長い固有周期にチューニングされたＴＭＤの振動系に、短い固有周期の揺れに対してのみ作用するバネを設けてそのバネ力を付加させることにより、ＴＭＤの振動周期を短い方の固有周期にも対応させることができるようになる。
【０００６】
ところが、建物は大地震や台風などの強風下にあってはＴＭＤの質量体の変位量が大きく、例えば５０cm以上の変位となり、このような大きなストロークを許容するバネは必然的に大型化されて、そのバネの制作が著しく困難であるため大幅なコストアップを余儀なくされるとともに、このような大型化したバネを単にＴＭＤの外方に配置した場合は装置全体が大型化し、その専有面積が著しく大きくなってレイアウトが困難になってしまう。
【０００７】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、振動周期を長い固有周期にチューニングしたうえで、短い固有周期に対してバネ力を付加することにより振動周期の短周期化を可能としつつ、振動周期を短周期化するために設けるバネおよびこのバネへの変位伝達機構をコンパクトにまとめて、装置全体が大型化するのを防止するようにした制振装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の制振装置は、相互に直角となる水平２方向の固有周期が異なる制振対象物を、弾性体および質量体を備えた振動系を付加して制振するようになった制振装置において、上記弾性体および上記質量体の振動系の振動周期を、上記制振対象物の水平２方向の固有周期のうち長い方の固有周期にチューニングする一方、上記質量体に、制振対象物の固有周期が短い方の変位を取り出す変位抽出手段と、該変位抽出手段の変位量が第１変位伝達部材を介して伝達されて回転量に変換される回転体と、該回転体の回転量が第２変位伝達部材を介して伝達されて変形されるバネ部材とを設け、固有周期の短い方の変位に対して該バネ部材のバネ力を付加し、上記変位抽出手段および上記バネ部材は、上記回転体を挟んで対向配置されるようにそれぞれ一対設けるとともに、上記第１，第２変位伝達部材を可撓性の第１，第２引張り部材で形成し、一対の変位抽出手段に取り付けた第１引張り部材を上記回転体に互いに逆向きに巻回するとともに、上記バネ部材に取り付けた第２引張り部材を上記回転体に互いに逆向きに巻回する構成とする。第１，第２変位伝達部材をケーブルやチェーンなどの可撓性の引張り部材で形成して、それぞれを回転体に容易に巻回することができ、しかも、第１，第２引張り部材はそれぞれ一対設けられて回転体に逆向きに巻回されることにより、制振対象物の短い固有周期方向のいずれの変位に対しても引張り力を確実に作用させて、変位抽出手段と回転体との間および回転体とバネ部材との間で確実に変位を伝達することができる。
【０００９】
また、上記第１変位伝達部材の変位量が回転体に伝達される部分を大径とし、該回転体から上記第２変位伝達部材に回転量を伝達する部分を小径とすることが好ましい。この場合は回転体で制振対象物の変位の入出力間でてこ比を稼ぐことができ、バネ部材に入力される変位力を大きくしつつストロークを小さくことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図３は本発明の制振装置の一実施形態を示し、図１はＴＭＤの質量体を透視して示す平面図、図２は正面図、図３は図２中Ａ部の拡大断面図である。
【００１２】
本実施形態の制振装置１０は、基本的には図１，図２に示すように弾性体１１と、該弾性体１１に揺動自在に支持される質量体１２と、図示しないダンパを備えたＴＭＤタイプとして構成される。上記質量体１２は厚肉ｔとなる矩形平板状のブロック体として形成され、制振対象物としての図外の建物に見合った質量、例えば該建物の有効質量の１パーセント程度に設定される。また、上記弾性体１１は、小さな積層ゴム１１ａが鋼板１１ｂを介して複数積層された多段積層ゴムとして構成される。またダンパは一般に、建物躯体に反力をとってこれと質量体１２との間に設けられる。
【００１３】
上記弾性体１１は建物躯体に設けられる水平面、例えば屋上Ｂに基板１３を介して固定され、建物の揺動（振動）が弾性体１１と質量体１２とで構成されるＴＭＤ振動系に入力されるようになっている。このとき、該ＴＭＤ振動系の共振周波数を建物の短辺方向の固有周期に対応させてチューニングし、該短辺方向の建物の揺動を制振できるようになっている。また、図１中上下方向が建物の短辺方向、左右方向が長辺方向となっており、以下図中上下方向を短辺方向、左右方向を長辺方向として説明する。
【００１４】
ここで、本実施形態では上記制振装置１０の制振機能を建物の長辺方向にも発揮できるように、上記質量体１２に変位抽出手段２０，２０ａを設けて長辺方向の変位を取り出し、この取り出した変位量を第１変位伝達部材としての第１引張り部材３０，３０ａを介して回転体４０の回転量に変換し、この回転体４０の回転量を第２変位伝達部材としての第２引張り部材５０，５０ａを介してバネ部材６０，６０ａに伝達し、このバネ部材６０，６０ａのバネ力を質量体１２の長辺方向の揺れに付加するようになっている。
【００１５】
上記変位抽出手段２０，２０ａは長辺方向に対向して一対設けられるようになっており、上記基板１３の長辺方向両端部に位置して質量体１２の下方空間部で対峙する一対の固定壁２１，２１ａと、該質量体１２の下面１２ａとの間に跨って設けられる。各変位抽出手段２０，２０ａは、固定壁２１，２１ａの内側面に設けられる上下方向のリニアベアリングレール２２，２２ａと、このリニアベアリングレール２２，２２ａにそれぞれ取り付けられる水平方向のリニアベアリングレール２３，２３ａとを介して取り付けられる矩形枠状の移動体２４，２４ａを備えて構成される。これら移動体２４，２４ａの短辺方向両側は長辺方向のリニアベアリングレール２５，２５ａを介して質量体１２の下面に支持される。従って、移動体２４，２４ａは、質量体１２の下面に長辺方向の移動のみを許容して取り付けられ、該移動体２４，２４ａに入力される建物の上下および短辺方向の振動は、上下方向のリニアベアリングレール２２，２２ａおよび水平方向のリニアベアリングレール２３，２３ａによって吸収される。
【００１６】
上記回転体４０は、上記一対の変位抽出手段２０，２０ａの中間部に位置して上記質量体１２の下面１２ａに保持具４１を介して回転自在に支持される。該回転体４０の回転軸４２は上下方向を指向し、その上端部に形成した円盤部４３がベアリング４４を介して保持具４１に支持されるとともに、該保持具４１から垂下する脚部４５に回転軸４２の中間部がベアリング４６を介して支持される。そして、上記回転軸４２が脚部４５下端から突出する部分に大径巻回部４７が設けられるとともに、脚部４５内の回転軸４２が小径巻回部４８となっている。
【００１７】
上記バネ部材６０，６０ａは引張りスプリングで形成され、上記回転体４０を挟んで質量体１２の短辺方向両側に対峙して垂下される一対の支持板６１，６１ａと、これら支持板６１，６１ａの対向側にそれぞれ適宜間隔を設けて配置される中間移動体６２，６２ａとの間に取り付けられる。該中間移動体６２，６２ａはＨ形状に形成され、その両側部が水平方向のリニアベアリングレール６３，６３ａを介して短辺方向に移動自在となっている。このとき、上記バネ部材６０，６０ａは中間移動体６２，６２ａの両側部にそれぞれバランス良く一対設けらるが、その本数は別に限定されるものではない。
【００１８】
上記第１引張り部材３０，３０ａおよび上記第２引張り部材５０，５０ａは、本実施形態ではそれぞれケーブルで形成される。そして、第１引張り部材３０，３０ａの一端部はそれぞれが対応する移動体２４，２４ａに取り付けられるとともに、図３に示すように他端部は上記回転体４０の大径巻回部４７に巻き付けられる。また、上記第２引張り部材５０，５０ａのそれぞれの中間部は回転体４０の小径巻回部４８に巻き付けられるとともに、その巻回部分で折り返された両端部が平行に配索されてそれぞれが対応する中間移動体６２，６２ａに結合される。
【００１９】
ところで、上記一対の第１引張り部材３０，３０ａが大径巻回部４７に巻き付けられる際、それぞれが互いに逆向きに複数巻きで巻回され、その巻き付けられた各端部３１，３１ａは図３に示したように該大径巻回部４７に固定されて滑りを無くし、第１引張り部材３０，３０ａの変位量に対応した回転量が回転体４０で発生できるようになっている。また、上記第２引張り部材５０，５０ａの中間部は上記小径巻回部４８に複数巻きで巻き付けられて滑りが防止され、それぞれの巻回部分は一対の第２引張り部材５０，５０ａが互いに逆向きに巻回される。このとき、小径巻回部４８には第２引張り部材５０，５０ａのそれぞれの巻回部分を隔てる鍔部４９が設けられている。
【００２０】
また、本実施形態では第２引張り部材５０，５０ａと中間移動体６２，６２ａとの結合部分にケーブル弛み防止機構６４，６４ａが設けられる。このケーブル弛み防止機構６４，６４ａは、第２引張り部材５０，５０ａを中間移動体６２，６２ａに貫通し、その貫通した各端部と上記支持板６１，６１ａとの間に取り付けられる引張りバネ６５，６５ａと、第２引張り部材５０，５０ａの貫通部分に係脱自在に設けられるケーブルストッパー６６，６６ａとによって構成される。このとき、引張りバネ６５，６５ａは弛んだ第２引張り部材５０，５０ａを緊張できれば良く、そのバネ力は上記バネ部材６０，６０ａより十分に小さいものとする。また、ケーブルストッパー６６，６６ａは弛み除去時に離脱して、第２引張り部材５０，５０ａと中間移動体６２，６２ａとの相対移動を許容し、通常時は該ケーブルストッパー６６，６６ａを係止して第２引張り部材５０，５０ａを中間移動体６２，６２ａに固定するようになっている。
【００２１】
従って、上記質量体１２が屋上Ｂに対して長辺方向に相対変位すると、リニアベアリングレール２２，２２ａおよび２３，２３ａに拘束された移動体２４，２４ａは、質量体１２に対してリニアベアリングレール２５，２５ａを介して長辺方向に相対変位する。この変位量は第１引張り部材３０，３０ａを介して回転体４０の回転量に変換され、この回転体４０の回転は第２引張り部材５０，５０ａを介して中間移動体６２，６２ａを移動し、一対のバネ部材６０，６０ａの一方を引張り変形する。つまり、質量体１２の長辺方向の揺動に対して引張りスプリングで形成されたバネ部材６０，６０ａのバネ力が作用するため、弾性体１１および質量体１２からなる振動系の共振周波数は短周期側に移行される。勿論、このときのバネ部材６０，６０ａのバネ力はＴＭＤの振動系の共振周波数が建物の長辺方向の固有周期に対応するように予め設定される。
【００２２】
以上の構成により本実施形態の制振装置１０は、ＴＭＤの振動系の振動周期が建物の短辺方向の固有周期にチューニングされているため、建物に入力された短辺方向の振動は、この振動によって揺動される質量体１２の変位が弾性体１１を介して遅延して建物に伝達されることにより、該建物を制振することができる。このとき、上記移動体２４，２４ａは、水平方向のリニアベアリングレール２３，２３ａによって固定壁２１，２１ａとの間の短辺方向の変位が許容されるため質量体１２と一体となって移動する。
【００２３】
一方、建物に入力された長辺方向の振動に対しては、上記短辺方向の振動と同様に質量体１２が建物に対して長辺方向に揺動し、この質量体１２の相対変位量は変位抽出手段２０，２０ａ、第１引張り部材３０，３０ａ、回転体４０および第２引張り部材５０，５０ａを介してバネ部材６０，６０ａに伝達され、これらバネ部材６０，６０ａの一方のバネ力が質量体１２に作用してＴＭＤの振動周期を短周期化できるため、短い固有周期となった建物の長辺方向の揺動を効果的に制振することができる。
【００２４】
従って、本実施形態では１つの制振装置１０の振動周期を、一般的な矩形状建物の短辺方向の長い固有周期と長辺方向の短い固有周期の双方に対応させることが可能になる。また、振動周期を短周期化するための各機構、即ち、変位抽出手段２０，２０ａ、第１引張り部材３０，３０ａ、回転体４０、第２引張り部材５０，５０ａおよびバネ部材６０，６０ａは、質量体１２の下面１２ａにコンパクトにまとめて配置されているため、制振装置１０自体が大型化するのを防止してＴＭＤを設置する場合のレイアウトを容易にすることができる。
【００２５】
ところで、本実施形態では第１引張り部材３０，３０ａから回転体４０、そして該回転体４０から第２引張り部材５０，５０ａに質量体１２の相対変位量が伝達される際に、第１引張り部材３０，３０ａは回転体４０の大径巻回部４７に巻き取られる一方、第２引張り部材５０，５０ａは回転体４０の小径巻回部４８に巻き取られるため、これら大径巻回部４７と小径巻回部４８との間にてこ比が生ずる。従って、第１引張り部材３０，３０ａに入力された質量体１２の変位量および変位力（引張り力）は、変位量を小さくかつ変位力（引張り力）を大きくして第２引張り部材５０，５０ａに出力することができる。このため、バネ部材６０，６０ａはその変形量が少なくて済み、小型化したスプリングを用いることが可能となる。従って、上記てこ比を適宜設定しておくことにより建物の揺動、例えば５０cm程度のストロークにも十分に対応したＴＭＤを提供することができるようになる。
【００２６】
また、本実施形態では上記第１引張り部材３０，３０ａおよび第２引張り部材５０，５０ａがケーブルで形成され、第１引張り部材３０，３０ａを回転体４０の大径巻回部４７に互いに逆向きに巻回するとともに、第２引張り部材５０，５０ａを該回転体４０の小径巻回部４８に互いに逆向きに巻回する構成としたので、建物の固有周期が短くなる長辺方向のいずれの方向の変位に対しても各引張り部材３０，３０ａおよび５０，５０ａに引張り力を確実に作用させて、変位抽出手段２４，２４ａと回転体４０との間および回転体４０とバネ部材６０，６０ａとの間で確実に変位を伝達することができる。このため、長辺方向の小さな振幅の振動にも上記バネ部材６０，６０ａのバネ力を確実に作用させることができるため、制振効率の大幅な向上を達成することができる。
【００２７】
ところで、本実施形態では第１，第２引張り部材３０，３０ａおよび５０，５０ａをケーブルで形成した場合を示したが、このケーブルに代えてベルトやチェーンを用いることもでき、特にチェーンを用いた場合は回転体４０の各巻回部４７，４８にはスプロケットを設けて、これにチェーンを係合させることにより変位の伝達率を更に向上させることができる。また、第１，第２変位伝達部材としては上記引張り部材３０，３０ａおよび５０，５０ａに限ることなく、非可撓性のラックをそれぞれ用いる一方、回転体４０の各巻回部４７，４８にピニオンを設けて、これらラックとピニオンを係合させることによっても目的を達成ことができる。このラックとピニオンを用いた場合は往復方向に変位を伝達できるので、変位抽出手段２０，２０ａおよびバネ部材６０，６０ａをそれぞれ一対設ける必要が無く、いずれか一方のみでも目的を達成ことができる。
【００２８】
また、本発明の制振装置１０が適用される制振対象物としては、建物のみに限ることなく精密機器およびその他の振動を嫌う設備や装置、物品を対象としてもよいことは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の制振装置にあっては、弾性体と質量体からなる振動系の振動周期を制振対象物の長い方の固有周期にチューニングしたうえで、質量体に、制振対象物の固有周期が短い方の変位を取り出す変位抽出手段と、該変位抽出手段の変位量が第１変位伝達部材を介して伝達されて回転量に変換される回転体と、該回転体の回転量が第２変位伝達部材を介して伝達されて変形されるバネ部材とを設けたので、固有周期の短い方の変位に対して該バネ部材のバネ力を付加させて振動周期を短周期化でき、制振対象物の短い方の固有周期へのチューニングが可能となる。また、振動周期を短周期化するための変位抽出手段、第１変位伝達部材、回転体、第２変位伝達部材およびバネ部材を質量体にコンパクトにまとめて配置できるので、制振装置自体の大型化を防止してそのレイアウトを容易にできる。更に、上記変位抽出手段および上記バネ部材をそれぞれ一対設けるとともに、上記第１，第２変位伝達部材を可撓性の第１，第２引張り部材で形成し、一対の変位抽出手段に取り付けた第１引張り部材を上記回転体に互いに逆向きに巻回するとともに、上記バネ部材に取り付けた第２引張り部材を上記回転体に互いに逆向きに巻回するようにしたので、制振対象物の短い固有周期方向のいずれの方向の変位に対しても引張り力を確実に作用させて、変位抽出手段と回転体との間および回転体とバネ部材との間で確実に変位を伝達させることができる。このため、短い固有周期方向の小さな振幅の振動にもバネ部材のバネ力を確実に作用させて、制振効率を大幅に向上させることができる。
【００３０】
また、上記第１変位伝達部材の変位量が回転体に伝達される部分を大径とし、該回転体から上記第２変位伝達部材に回転量を伝達する部分を小径としたので、これら大径部分と小径部分との間でてこ比を発生させて、バネ部材に入力される変位力を大きくしつつストロークを小さくできるため、制振対象物の大きな変位に対してもバネ部材を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制振装置の一実施形態を示すＴＭＤの質量体を透視した平面図である。
【図２】本発明の制振装置の一実施形態を示す正面図である。
【図３】本発明の制振装置の一実施形態を示す図２中Ａ部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０  制振装置
１１  弾性体
１２  質量体
２０，２０ａ  変位抽出手段
３０，３０ａ  第１引張り部材（第１変位伝達部材）
４０  回転体
４７  大径巻回部
４８  小径巻回部
５０，５０ａ  第２引張り部材（第２変位伝達部材）
６０，６０ａ  バネ部材
６４，６４ａ  ケーブル弛み防止機構
【図１】
0003835139.tif 000002
【図２】
0003835139.tif 000003
【図３】
0003835139.tif 000004