JP2001050335A

JP2001050335A - 制振装置

Info

Publication number: JP2001050335A
Application number: JP11224990A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Ishimaru; 辰治石丸; Takahiro Shintani; 隆弘新谷; Hitoshi Morimoto; 仁森本; Ikuo Hayashi; 郁夫林; Yutaka Nakamura; 豊中村
Original assignee: Tekken Corp
Current assignee: Tekken Corp
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】周期調整の更なる容易化を図り、駆動時の騒音
や二方向への拡張性の問題を解消することができる制振
装置を提供する。【解決手段】構造物２の上部側から吊り下げた支持部材
５ａに質量部６ａを設けてなる吊下振り子３と、構造物
２の下部側から立ち上げた支持部材５ｂに質量部６ｂを
設けてなる倒立振り子４とを備え、吊下振り子３及び倒
立振り子４の各質量部６ａ，６ｂが、水平方向には連動
して変位し鉛直方向には変位自在なように連結された制
振装置であって、吊下振り子３及び倒立振り子４の各支
持部材５ａ，５ｂが、ばね部材からなることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、制振装置に関
し、さらに詳細には、構造物の地震や風等による振動を
抑制するための制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高層建築物や、いわゆるペンシル
ビルのような構造物においては、地震や風等の外乱によ
る振動を抑制するために、慣性力制御型の制振装置を設
置することが提案され、実施されつつある。従来、この
種の制振装置としては、一般に、直動ベアリングに質量
部を支持し、走行させるようにしたものが知られてい
る。

【０００３】しかし、この直動ベアリング方式のものは
走行音が発生するため、騒音の原因となっていた。ま
た、直動ベアリングを必要としない単振り子形式のもの
も提案され、実用化されている。しかし、この単振り子
形式のものにおいても、振り子アームの端部は回転案内
用のベアリングを用いているため、回転案内時に騒音が
発生するのは避けられない。

【０００４】また、従来の単振り子を利用した制振装置
では、振り子の周期はその吊り長さのみに依存してお
り、周期調整は吊り長さを変えることで対応している。
したがって、高層の構造物に対応すべく振り子の長周期
化を図ろうとすると、吊り長さが長くなり、装置が巨大
化するため実用的ではない。また、従来の単振り子によ
る装置では、制振効果としては不必要な鉛直方向の慣性
力が発生するという問題もあり、さらには制振方向を水
平二方向への拡張を考えた場合、振り子アームの端部の
ピン機構の構成が難しくなるという面もある。

【０００５】このような単振り子による制振装置の欠点
を解消すべく、特開平１１−３７２１２号公報（以下、
単に先行技術文献という）に開示されているような制振
装置も提案されている。この制振装置は「構造物の上部
側から吊した安定振り子と、この安定振り子に対し、垂
直方向には変位自由に且つ水平方向には連動変位するよ
うに連結し、構造物の下部側から立ち上げた倒立の不安
定振り子とにより構成」されたものである。

【０００６】この制振装置によれば、質量部の質量を変
えることによっても周期を変えることができるので、周
期の調整が容易になり、また鉛直方向の慣性力が打ち消
される等々の利点がある。しかし周期調整に関しては、
なお改善の余地があり、また、従来の単振り子と同様
に、振り子アームの端部が回転案内用のベアリングを介
して構造物に連結されているので、駆動時に発生する騒
音の問題や、水平二方向への拡張の際の難点は解消され
ていない。

【０００７】さらに、先行技術文献記載の制振装置は、
安定及び不安定振り子の各質量部が直動ベアリングを介
して連結されることにより、鉛直方向に変位自在となっ
ている。したがって、同文献の図１０，図１１に示され
る実施例のように加力機構を設ける場合、加力部を一方
の振り子の質量部に連結せざるを得ない。このため、加
力時における両振り子への力の伝達が均一でなく、応答
性、精度の点で問題があった。また、質量部は鉛直方向
へも変位するので、加力部の構造もその変位に追従可能
な構造とする必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目
的を達成するものである。この発明の第１の目的は、周
期調整の更なる容易化を図り、駆動時の騒音や二方向へ
の拡張性の問題を解消することができる制振装置を提供
することにある。この発明の第２の目的は、質量部の連
結構造を改善し、加力機構による加力の際の応答性、精
度を向上させることができる制振装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を達
成するために、次のような手段を採用している。すなわ
ち、上記第１の目的を達成するための、この発明は、構
造物の上部側から吊り下げた支持部材に質量部を設けて
なる吊下振り子と、構造物の下部側から立ち上げた支持
部材に質量部を設けてなる倒立振り子とを備え、前記吊
下振り子及び倒立振り子の各質量部が、水平方向には連
動して変位し鉛直方向には変位自在なように連結された
制振装置であって、前記吊下振り子及び倒立振り子の各
支持部材が、ばね部材からなることを特徴とする制振装
置にある。

【００１０】上記のような制振装置において、前記吊下
振り子及び倒立振り子の各質量部を連結する部材をリン
クで構成するとよい。また、前記吊下振り子及び倒立振
り子の各質量部間に、両振り子の鉛直方向変位に対して
作用するばね部材を設けることができる。さらに、前記
吊下振り子及び倒立振り子の各質量部間に、両振り子の
鉛直方向変位に対して作用するダンパーを設けることが
できる。さらに、前記吊下振り子及び倒立振り子の各質
量部を水平方向に加力する加力機構を備え、この加力機
構の加力部が前記リンクの中央部に連結されている構造
とすることができる。

【００１１】各質量部を連結する部材をリンクとする構
成は、各支持部材がばね部材である装置にのみ適用され
るものではない。したがって、上記第２の目的を達成す
るための、この発明は、構造物の上部側から吊り下げた
支持杆に質量部を設けてなる吊下振り子と、構造物の下
部側から立ち上げた支持杆に質量部を設けてなる倒立振
り子とを備え、前記吊下振り子及び倒立振り子の各質量
部が、水平方向には連動して変位し鉛直方向には変位自
在なように連結された制振装置であって、前記吊下振り
子及び倒立振り子の各質量部を連結する部材が、リンク
からなることを特徴とする制振装置と特定することがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照しながら以下に説明する。図１は、この発明の基本構
成としての実施の形態を示す正面図、図２は側面図であ
る。制振装置１は、例えば構造物の上層階に設置され
る。制振装置１はフレーム２を有し、このフレーム２は
構造物と一体となって挙動し、したがって、この実施の
形態では構造物の一部を構成する。

【００１３】フレーム２の内部において、その上部側か
らばね部材５ａが吊り下げられ、このばね部材５ａに質
量部６ａを設けて吊下振り子３が構成されている。ま
た、フレーム２の下部側からばね部材５ｂが立ち上げら
れ、このばね部材５ｂに質量部６ｂを設けて倒立振り子
４が構成されている。この実施の形態では、各質量部６
ａ，６ｂを支持するばね部材５ａ，５ｂは板ばねからな
り、それぞれ２枚使用されている。

【００１４】吊下振り子３及び倒立振り子４の各質量部
６ａ，６ｂは、クランク形のリンク７を介して連結され
ている。これにより、各質量部６ａ，６ｂは水平方向に
は連動して変位するが、鉛直方向には変位自在となって
いる。各質量部を連結する部材としては、リンクに限ら
ず、先行技術文献に記載のような直動ベアリングを使用
してもよい。

【００１５】図３は、吊下振り子３及び倒立振り子４が
構造物に作用する振動により変位した状態を示す図であ
る。同図において、吊下振り子３の質量部６ａの質量を
Ｍｓ、吊り長さをＬｓ、板ばね５ａの水平剛性をＫｓと
し、倒立振り子４の質量部６ｂの質量をＭｕ、立ち上げ
長さをＬｕ、板ばね５ｂの水平剛性をＫｕとする。ま
た、重力の加速度をＧ、質量部６ａ，６ｂの水平方向変
位をＸ、フレーム２すなわち構造物の絶対加速度をｄ^２
Ｘ_０／ｄｔ^２とすると、この制振機構の振動方程式は式
（１）のようになる。

【００１６】

【数１】

【００１７】この式（１）から制振機構の微少振幅時に
おける固有周期を導くと式（２）になる。

【００１８】

【数２】

【００１９】一方、従来の単振り子を利用した制振機構
の固有周期は、式（３）によって表される。

【００２０】

【数３】

【００２１】式（２）と式（３）とを比較すると、従来
の単振り子による機構の周期は振り子の吊り長さＬにの
み依存しているのに対し、この発明による制振機構の周
期は、式（２）から明らかなように、吊下及び倒立振り
子の質量部の質量Ｍｓ，Ｍｕ、質量部を支持する板ばね
の水平剛性Ｋｓ，Ｋｕ、ばねの長さＬｓ，Ｌｕという、
周期調整に有効なパラメータが数多く存在している。

【００２２】また、先行技術文献記載の装置の周期（同
文献の（３）式参照）と比較しても、板ばねの水平剛性
Ｋｓ，Ｋｕがパラメータとして加わっていることが分か
る。このため、この発明によれば、同一の装置でより幅
広い周期領域に対応することができ、また、よりコンパ
クトな機構で装置の長周期化を実現することができる。

【００２３】さらに、この発明による装置は、質量部を
支持する部材としてばね部材を使用しているため、従来
の剛性アームのように回転ベアリングが不要となり、騒
音が発生しにくくなる。

【００２４】図１及び図２に示した実施の形態では、吊
下振り子３及び倒立振り子４をフレーム２の幅方向（図
１の横方向）に並べたが、それらの配置はこれに限られ
ない。吊下振り子３及び倒立振り子４は、水平方向変位
が等しく鉛直方向変位が互いに独立して運動することが
可能であれば、装置の設置条件にしたがいどのような配
置としてもよい。

【００２５】例えば、図４（（ａ）は正面図、（ｂ）は
側面図））に示すように、吊下振り子３及び倒立振り子
４をフレーム２の奥行き方向に配置することもできる。
また、図５（（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図））に示
すように、吊下振り子３の質量部６ａを倒立振り子４の
質量部６ｂに嵌合させることもできる。この場合、質量
部６ａ，６ｂを連結する部材としては、直動ベアリング
８を使用してもよい。

【００２６】図６は、この発明の基本構成としての、別
の実施の形態を示す斜視図である。この実施の形態は、
吊下振り子３及び倒立振り子４の変位方向を水平二方向
（Ｘ，Ｙ）に拡張した例である。質量部６ａ，６ｂを支
持するための多数のばね部材５ａ，５ｂとして、棒状の
ものが使用されている。ばね部材５ａ，５ｂは、水平二
方向に変形可能であれば、その断面形状は円形、楕円
形、矩形、多角形等とすることができる。

【００２７】質量部６ａ，６ｂを連結する部材は、水平
二方向への変位が等しく鉛直方向変位が互いに独立して
運動することが可能であれば、図示のような直動ベアリ
ング８やリンクを使用することができる。このように、
この発明では質量部６ａ，６ｂを支持する部材としてば
ね部材５ａ，５ｂを使用するので、水平二方向への拡張
が容易である。また、ばね部材５ａ，５ｂの断面形状を
変えることで、Ｘ，Ｙ方向の特性を変化させることがで
きる。

【００２８】図７は、この発明のさらに別の実施の形態
を示す正面図である。この発明による装置に限らず振り
子を利用した装置は、水平力と変位との関係が重力の影
響による非線形性を有しており、特にストロークエンド
付近では、その影響は大きくなる。この非線形性は、図
７に示されるように、質量部６ａ，６ｂ間に鉛直方向の
相対変位に対して作用するばね９を設置することで、改
善することができる。

【００２９】また、従来のＴＭＤ（ＴｕｎｅｄＭａｓ
ｓＤａｍｐｅｒ）やＨＭＤ（ＨｙｂｒｉｄＭａｓｓ
Ｄａｍｐｅｒ）等の制振装置では、装置の減衰器（ダ
ンパー）は装置の駆動方向と同一である水平方向に作用
するように設置されている。これに対し、図７に示す実
施の形態では、質量部６ａ，６ｂ間に減衰器１０が鉛直
方向に作用するように設置されている。これにより、従
来の装置とは異なった履歴を得ることができる。

【００３０】すなわち、図８に示すように、実装置の全
体としての減衰は、装置に内在する摩擦抵抗力による履
歴減衰と装置に組み込まれた減衰器による粘性減衰との
和によって得られる。したがって、従来装置のように、
水平方向に有効な減衰器を設置した場合、原点付近で粘
性減衰が大きいため、装置全体としての減衰は設計者が
意図する値よりも大きくなり、特に小振幅時では、その
影響が顕著に現れる傾向がある。

【００３１】これに対し、図７に示す実施の形態のよう
に、鉛直方向に有効な減衰器１０を設置することによ
り、小振幅時での粘性減衰が「０」に近い値となるた
め、実装置全体としての減衰力の値と設計値とのずれを
最小限に抑えることができる。なお、この鉛直方向のば
ね・ダンパー系を設置する点については、先行技術文献
の図１３にも記載されている。

【００３２】

【実施例】次に、以上の基本構成に基づいて実施した詳
細実施例について説明する。図９は実施例の平面図、図
１０は正面図（但し、図面の簡略化のため質量部及びば
ね部材については省略してある）、図１１は側面図であ
る。吊下振り子３及び倒立振り子４は、フレーム２の奥
行き方向に配置されている。吊下振り子３及び倒立振り
子４の各質量部６ａ，６ｂは、フレームの幅方向に沿っ
て延びる断面コ字形のものからなっている。

【００３３】ばね部材５ａ，５ｂは、複数枚の板ばねを
重ねてなる複数組の重ね板ばね１２で構成され、各質量
部６ａ，６ｂ内方の両側に配置されている。吊下振り子
３の各重ね板ばね１２は、その両端がフレーム２の上部
及び質量部６ａの内部に押さえプレート１１によりそれ
ぞれ固定されている。同様に、倒立振り子４の各重ね板
ばね１２も、その両端がフレーム２の下部及び質量部６
ｂの内部に押さえプレート１１によりそれぞれ固定され
ている。

【００３４】吊下振り子３と倒立振り子４との間に加力
機構２０が配置されている。加力機構２０は、フレーム
２に直動ベアリング２１を介して支持された加力部２２
を有し、この加力部２２はフレーム２上に軸受２３を介
して支持されたボールねじ２４に螺着されている。

【００３５】ボールねじ２４の一端はＡＣサーボモータ
からなるアクチュエータ２５に連結され、その駆動によ
りボールねじ２４が回転し、加力部２２が水平方向に走
行する。ボールねじ２４の他端は、ＡＣサーボモータを
利用した磁気ダンパ２６に連結されている。この磁気ダ
ンパ２６を構成するＡＣサーボモータは、駆動源とはな
らないが、内部に組み込まれた磁石の磁気作用により、
水平方向の減衰器として機能する。

【００３６】加力機構２０を挟む質量部６ａ，６ｂの面
には連結ブロック２７ａ，２７ｂがそれぞれ固定されて
いる。これらの連結ブロック２７ａ，２７ｂにリンク７
の両端が、ピン２８を介して連結されている。質量部６
ａ，６ｂはリンク７により連結されることにより、水平
方向には連動して変位するが、鉛直方向には変位自在で
ある。

【００３７】リンク７は２つの水平部２９と、水平部２
９の端部間に固定された鉛直部３０とからなるクランク
形のものである。リンク７の中央部すなわち鉛直部３０
の中央部は、リンク３１を介して加力部２２に連結され
ている。加力部２２が連結されるリンク７の中央部は、
鉛直方向に変位を生じない部位である。

【００３８】アクチュエータ２５は、構造物の振動に応
じて作動するように制御され、吊下振り子３及び倒立振
り子４の制振作用を助長すべく、それらの質量部６ａ，
６ｂを水平方向に加力する。上記実施例によれば、質量
部６ａ，６ｂはリンク７を介して連結されているので、
加力時には両質量部６ａ，６ｂを均一に加力する。した
がって、応答性がよく、高精度の加力制御を行うことが
できる。また、加力機構２０の加力部２２を、リンク７
の鉛直方向に変位が生じない部位に連結することによ
り、加力部２２の構造を鉛直方向変位を考慮したものと
する必要がなく、構造が簡単になる。

【００３９】このような、リンク７を使用して質量部６
ａ，６ｂを連結する構造は、吊下振り子３及び倒立振り
子４の各支持部材をばね部材で構成する装置に適用する
に限られず、先行技術文献に記載の装置、すなわち振り
子の支持部材を剛性アームで構成する装置にも適用可能
である。

【００４０】上記実施の形態あるいは実施例は例示にす
ぎず、それら以外にも、この発明は種々の態様をとるこ
とが可能である。例えば、質量部を支持する部材をばね
部材とする限り、先行技術文献の図１２，図１５及び図
１６に示された態様をとることも可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、吊下
及び倒立振り子の各質量部を支持する部材をばね部材で
構成したので、周期調整の容易化を図ることができ、駆
動時の騒音や二方向への拡張性の問題を解消することが
できる。また、各質量部を連結する部材をリンクで構成
したので、加力機構による加力の際の応答性、精度を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の基本構成としての実施の形
態を示す正面図である。

【図２】図２は同実施の形態の側面図である。

【図３】図３は、同実施の形態の変位状態を示す正面図
である。

【図４】図４は、吊下及び倒立振り子の他の配置例を示
す図である。

【図５】図５は、吊下及び倒立振り子の他の配置例を示
す図である。

【図６】図６は、別の実施の形態を示す斜視図である。

【図７】図７は、さらに別の実施の形態を示す正面図で
ある。

【図８】図８は、同実施の形態の作用を説明する図であ
る。

【図９】図９は、詳細実施例を示す平面図である。

【図１０】図１０は、同実施例の正面図である。

【図１１】図１１は、同実施例の側面図である。

【符号の説明】

１：制振装置２：フレーム３：吊下振り子４：倒立振り子５ａ：ばね部材５ｂ：ばね部材６ａ：質量部６ｂ：質量部７：リンク８：直動ベアリング１０：減衰器２０：加力機構２１：直動ベアリング２２：加力部２５：アクチュエータ

フロントページの続き (72)発明者森本仁東京都千代田区三崎町二丁目５番３号鉄建建設株式会社内 (72)発明者林郁夫東京都千代田区三崎町二丁目５番３号鉄建建設株式会社内 (72)発明者中村豊東京都千代田区三崎町二丁目５番３号鉄建建設株式会社内Ｆターム(参考） 3J048 AA06 BF05 BF10 CB22 EA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物の上部側から吊り下げた支持部材に
質量部を設けてなる吊下振り子と、構造物の下部側から
立ち上げた支持部材に質量部を設けてなる倒立振り子と
を備え、前記吊下振り子及び倒立振り子の各質量部が、
水平方向には連動して変位し鉛直方向には変位自在なよ
うに連結された制振装置であって、前記吊下振り子及び倒立振り子の各支持部材が、ばね部
材からなることを特徴とする制振装置。
【請求項２】前記吊下振り子及び倒立振り子の各質量部
を連結する部材が、リンクからなることを特徴とする請
求項１記載の制振装置。
【請求項３】前記吊下振り子及び倒立振り子の各質量部
間に、両振り子の鉛直方向変位に対して作用するばね部
材を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の制振
装置。
【請求項４】前記吊下振り子及び倒立振り子の各質量部
間に、両振り子の鉛直方向変位に対して作用するダンパ
ーを設けたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の
制振装置。
【請求項５】前記吊下振り子及び倒立振り子の各質量部
を水平方向に加力する加力機構を備え、この加力機構の
加力部が前記リンクの中央部に連結されていることを特
徴とする請求項２，３，又は４記載の制振装置。
【請求項６】構造物の上部側から吊り下げた支持杆に質
量部を設けてなる吊下振り子と、構造物の下部側から立
ち上げた支持杆に質量部を設けてなる倒立振り子とを備
え、前記吊下振り子及び倒立振り子の各質量部が、水平
方向には連動して変位し鉛直方向には変位自在なように
連結された制振装置であって、前記吊下振り子及び倒立振り子の各質量部を連結する部
材が、リンクからなることを特徴とする制振装置。