JP2005207521A

JP2005207521A - 制振装置

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Publication number: JP2005207521A
Application number: JP2004015684A
Authority: JP
Inventors: Mutsuhiro Kazama; 睦広風間; Nauemon Uno; 名右衛門宇野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】制振体の変位量が大となる場合にも、制振体の固有振動数の構造物の固有振動数からのずれを抑制する。
【解決手段】構造物１上にベース架台８を設置し、ベース架台８上にリニアガイド機構９を介して制振体３を移動可能に載置する。制振体３の左右両側の下部位置にブラケット１４を介し取り付けた固定軸１５に、前後方向に沿ってＶ字型に配置してある前後で対をなす弾性構造体１２ａ，１２ｂの下端部を揺動可能に取り付ける。各弾性構造体１２ａ，１２ｂの上端部は、ベース架台８の前後両端部に立設した支持架構１３の上部に設けたブラケット１８に揺動自在に取り付ける。制振体３の変位に伴い傾斜配置してある前後の弾性構造体１２ａ，１２ｂが変形されるときの弾性力の水平方向分力を併せて作用させることで、制振体３の変位量と該制振体３に作用する復元力との相関性を線形に近づけさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、吊橋のタワー、超高層ビルディング、タワー、鉄塔等の構造物の上部に設置して、これら構造物の風荷重や地震による振動（揺動）を抑えて早期に振動を減衰させるために用いる制振装置に関するものである。

従来におけるこの種の制振装置としては、図１０に示す如き基本構成を備えたものがある。これは、制振対象となる構造物１の上面に、該構造物１が揺れる方向と平行にガイドレール２を敷設すると共に、該ガイドレール２上に、錘である制振体３を、ガイドレール２に沿って水平方向へ移動できるように車輪４を介して載置する。更に、該制振体３の移動方向の一端側における構造物１上に立てた支持フレーム５と、制振体３の一端面との間に、制振体３の運動エネルギーを減衰させるための減衰機（ダンパ）６と制振体３の固有振動数を調整するためのばね７とを介装した構成としてある。かかる構成としてあることにより、上記構造物１に揺れが発生すると、その揺れエネルギーが制振体３に伝えられるため、該制振体３は構造物１の揺れに対し９０度遅れの位相でガイドレール２上を反復移動させられることになり、このとき、上記制振体３の運動エネルギーが上記減衰機６で減衰させられる結果、上記構造物１の揺れが抑えられるようにしてある。

ところで、上記構成の制振装置の場合、構造物１に最適な制振効果を与えるためには、制振体３の質量やストローク等を選定し、且つ制振体３の固有振動数を、構造物１の固有振動数に合わせて設定することが有効である。しかし、その設定調整は非常に面倒である。

すなわち、制振体３の固有振動数を変更する場合には、ばね７のばね定数を変更させればよいのであるが、上記構成としてある制振装置のばね７は、構造物１の揺れに起因して制振体３がガイドレール２上で反復移動させられるときには、制振体３が静止しているときの初期のばね長さに対して伸び方向と縮み方向に交互に変形させられるものであるため、該ばね７のばね定数を途中で変更させることは難しい。そのため、たとえば、構造物１の固有振動数が設計通りに得られない場合等、制振体３の固有振動数を調整する場合は、予めばね定数の異なるばね７を複数本用意しておいて、上記制振装置の構造物１への設置時に、該構造物１の実際の固有振動数に対応する固有振動数が得られるばね７を選定する必要がある。更に、上記制振装置の設置後に構造物１の固有振動数に変化が生じ、これに対応させるべく制振体３の固有振動数を調整する必要が生じたときには、その都度、ばね定数の異なるばね７に交換しなければならないという問題がある。

しかも、上記制振装置では、ばね７を横方向に配置してあるが、上記ばね７は、通常、所望される伸縮ストロークの５倍程度の長さの全長が必要とされることから、装置全体の平面設置スペースが大となるという問題もある。

そこで、本出願人は、制振体３を水平方向へ反復移動させるようにしてあり、且つ該制振体３の固有振動数の調整のためにばね７を用いるようにしてある形式の制振装置における上記したような各問題を解決できる制振装置、すなわち、ばね定数の異なるばね７との交換を必要とせず且つ制振体３の動きを制限することなしに固有振動数調整用のばね７のばね定数を変化させることができるようにして制振体３の固有振動数の設定調整を容易に行なうことができ、更に、装置全体の平面設置スペースを小さくすることができる制振装置を提案している。

これは、図１１（イ）に概略を示す如く、構造物１の上面にベース架台８を設置して、該ベース架台８上にリニアガイド機構９の如きガイド機構を介して制振体３を上記構造物の揺れ方向に沿って水平方向に移動自在に載置し、且つ上記ガイド機構の長手方向中間位置となる制振体３の中立位置での該制振体３の下面中央部と、その真下に位置する構造物１との間に、上下方向に固有振動数調整用のばね７を取り付けてなる構成、又は、図１１（ロ）に示す如く、上記図１１（イ）に示した制振体３の下面中央部と構造物１の上部との間にばね７を取り付けることに代えて、ベース架台８及び制振体３を取り囲む位置に、固定部材としての支持架構１０を設置して、制振体３の上面中央部と、その真上に位置する支持架構１０との間に、上下方向に固有振動数調整用ばね７を取り付けてなる構成を基本構成としたものである。これにより、構造物１の揺れに起因して該構造物１上にて９０度遅れの位相で制振体３が反復移動させられるときの該制振体３の水平方向の変位量に対する上記固有振動数調整用のばね７の伸び量を少なくさせて、制振体３の移動に制限を与える虞をなくすことができるようにすると共に、上記制振体３が静止しているときの初期ばね長さに対し、制振体３が変位するときの固有振動数調整用のばね７の変形を伸び側に限定して、該固有振動数調整用のばね７の圧縮力や伸縮ストロークを変えることで制振体３の固有振動数を容易に調整することができるようにしてある。

更に、上記基本構成における制振体３と構造物１側（固定側）となるベース架台８との間に、制振体３の移動力を減衰させるための図示しない減衰機を設けてパッシブ型の制振装置を形成したり、上記と同様の制振体３とベース架台８との間に、制振体３を反復移動させるための図示しないアクチュエータを設けてアクティブ型の制振装置を構成することも提案している。更には、ベース架台８上に制振体３を水平方向に移動自在に載置し、該制振体３とベース架台８との間に、上記制振体３の移動力を減衰させるための減衰機、あるいは、制振体３を反復移動させるためのアクチュエータと、上下方向に伸縮力が作用するように固有振動数調整用のばね７を取り付けてなる制振ユニットを複数形成し、構造物１上にて、上記複数台の制振ユニットを、それぞれ対応する制振体３の移動方向が直交するように上下に重ねて配置して、構造物１上に設置した下側制振ユニット上に上側制振ユニットを載置して一体にすることにより、構造物１に水平方向のいかなる方向の揺れが生じた場合にも、該構造物１の制振を行なうことができる構成の制振装置とすることも提案している。

更に又、上記図１１（イ）（ロ）に示したと同様の構成にて、固有振動数調整用のばね７を、上下方向に配置することに代えて、図１２（イ）に示す如く、制振体３の前後両端部と構造物１との間や、図１２（ロ）に示す如く、制振体３の前後両端部と支持架構１０との間に、前後で拮抗するように（前後対象的に）１本又は複数本ずつのばね１１を斜め上下方向に取り付けることも提案している（たとえば、特許文献１参照）。

又、本出願人は、上記と同様に構造物１上に制振体３を水平方向に移動自在に載置した構成にて、該制振体３と構造物１との間に、上下方向に伸縮力が作用するよう固有振動数調整用のばね７を取り付ける構成とすることに代えて、初期張力を調節できる弾性構造体を上下方向に張力が作用するように取り付けた構成とすることも従来提案している（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００３−３２２２０１号公報特開２００３−３３６６８３号公報

ところが、図１１（イ）（ロ）に示した如き従来提案している制振装置では、制振体３の固有振動数調整用のばね７が上下方向に配置してあるため、上記したような優れた効果を奏するものであるが、構造物１の揺れに起因して制振体３が反復移動するときに、初期状態より変位した制振体３に作用する復元力は、ばね７が垂直方向より傾斜されながら伸び方向へ変形されるときに蓄積される弾性力の水平方向分力であるため、制振体３の変位量と、該制振体３に作用する復元力との関係は多次数の曲線関係となる。

すなわち、図１３に構造モデル図を示す如く、図１１（イ）に示したと同様に、構造物１上にリニアガイド機構９を介して制振体３を水平方向に移動可能に載置し、且つ該制振体３と、固定側である上記構造物１との間に上下方向に伸縮力が作用するよう固有振動数調整用のばね７を取り付けてなる構成において、制振体３が、図１３に実線で示す初期状態より、二点差線で示す如く図上右方向の水平方向へ変位量Ｓｔで変位した場合、上記固有振動数調整用のばね７のばね定数をＫ、ばね自由長をＬ、ばねの初期撓み量（プレテンションをかけるべく引き伸ばしてある初期変形量）をδ_０とすると、上記制振体３の変位に伴って傾きながら伸長変形されるときの上記ばね７のばね長さＬ´は、
Ｌ´＝ √｛（Ｓｔ）^２＋（Ｌ＋δ_０）^２｝
となり、その時のばね７の垂直方向からの傾斜角度θは、
θ ＝ｔａｎ^−１｛Ｓｔ／（Ｌ＋δ_０）｝
となる。

この状態において、上記制振体３に作用する復元力Ｆ_Ｈは、自然長Ｌに対して伸長変形されている上記ばね７の弾性力の水平方向分力であるため、
Ｆ_Ｈ＝Ｋ×（Ｌ´−Ｌ）×ｓｉｎθ
となる。

このために、上記制振体３の変位量Ｓｔと復元力Ｆ_Ｈは、図１４に示す如き相関性を示すようになる。したがって、特に、上記制振体３の反復移動するストロークを大きく設定しようとする場合には、制振体３の変位量Ｓｔが大きくなる領域では、該変位量Ｓｔの変化に対する上記復元力Ｆ_Ｈの変動が著しくなってしまい、制振対象となる構造物１の固有数に対して制振体３の固有振動数のずれが生じて制振効果が低下する虞が懸念されるというのが実情である。

なお、上述したように、本出願人は、先の出願において、図１２（イ）（ロ）に示したように、制振体３と構造物１側の固定側との間に固有振動数調整用のばね１１を斜めに配置して取り付ける考えを示しているが、後述する本発明の制振装置の如き具体的な構造が開示されているものではない。

そこで、本発明は、制振体の構造物に対する変位量と、該制振体に作用する復元力との相関性がより線形に近くなるようにして、制振体の変位量を大としても、該制振体の固有周期が、制振対象となる構造物の固有周期に対してずれを生じる虞を抑制できる制振装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、構造物上に制振体を水平方向に移動自在に載置し、該制振体の移動方向の左右側となる両側部に制振体の移動方向に沿って対称的な傾斜方向に伸縮力が作用するよう対をなす固有振動数調整用の弾性構造体を配置して、一端側を制振体に取り付けると共に他端側を構造物側に取り付けた構成とする。

又、上記構成における制振体の移動方向に沿って対称的な傾斜方向に伸縮力が作用するよう対をなす固有振動数調整用の弾性構造体を、下端部同士を回動自在に接続したＶ字型又は上端部同士を回動自在に接続した逆Ｖ字型の配置とし、且つ該Ｖ字型又は逆Ｖ字型の頂点部分にて対をなす弾性構造体の一端部同士を回動自在に制振体に取り付け、該各弾性構造体の他端部を構造物側に取り付けるようにした構成とする。

更に、上記構成におけるＶ字型又は逆Ｖ字型の頂点部分にて対をなす弾性構造体の一端部同士は、一方の弾性構造体の一端部をクレビス形状にして、他方の弾性構造体の一端部を、上記一方の弾性構造体の一端部の隙間内に嵌合し得る形状とし、両方の弾性構造体の一端部同士を嵌合させて１つの軸で回動自在に連結するようにした構成とする。

本発明の制振装置によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）構造物上に制振体を水平方向に移動自在に載置し、該制振体の移動方向の左右側となる両側部に制振体の移動方向に沿って対称的な傾斜方向に伸縮力が作用するよう対をなす固有振動数調整用の弾性構造体を配置して、一端側を制振体に取り付けると共に他端側を構造物側に取り付けた構成としてあるので、制振体の変位量と復元力との相関性を、従来提案しているばねや弾性構造体を上下方向に配置している場合に比して線形に近づけることができる。このため、制振体のストロークが大となる場合にも該制振体の固有振動数が、構造物の固有振動数に対してずれを生じる虞を抑制できる。
（２）又、弾性構造体の平面設置スペースは、該弾性構造体を横方向に延びるよう配置する場合に比して小さく抑えることができる。
（３）制振体の移動方向に沿って対称的な傾斜方向に伸縮力が作用するよう対をなす固有振動数調整用の弾性構造体を、下端部同士を回動自在に接続したＶ字型又は上端部同士を回動自在に接続した逆Ｖ字型の配置とし、且つ該Ｖ字型又は逆Ｖ字型の頂点部分にて対をなす弾性構造体の一端部同士を回動自在に制振体に取り付け、該各弾性構造体の他端部を構造物側に取り付けるようにした構成とすることにより、各弾性構造体の設置に要する平面設置スペースの前後長を短くすることができると共に、制振体への取り付けに要する部材点数の削減化を図ることが可能になる。
（４）Ｖ字型又は逆Ｖ字型の頂点部分にて対をなす弾性構造体の一端部同士は、一方の弾性構造体の一端部をクレビス形状にして、他方の弾性構造体の一端部を、上記一方の弾性構造体の一端部の隙間内に嵌合し得る形状とし、両方の弾性構造体の一端部同士を嵌合させて１つの軸で回動自在に連結するようにした構成とすることにより、対をなす各弾性構造体より該各弾性構造体を制振体に取り付ける軸に対して作用する応力を、該軸の軸方向に均等に作用させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

先ず、図１（イ）（ロ）及び図２（イ）（ロ）は本発明の制振装置における基本構成例を示すものである。すなわち、図１（イ）（ロ）に示す如く、図１１に示したと同様に、構造物１の上面にベース架台８を据え付けて、該ベース架台８上に、リニアガイド機構９の如きガイド機構を介して構造物１の揺れ方向に沿って移動できるように錘りである制振体３を載置し、更に、上記リニアガイド機構９の長手方向中間位置となる制振体３の中立位置での該制振体３のたとえば下面中央部に、制振体３の移動方向となる前後方向に沿って対称な逆Ｖ字型に配置して上端部同士を近接させた前後一対の弾性構造体１２（図では、たとえば、引張コイルばねとして示す）の上端部をそれぞれ取り付け、且つ該各弾性構造体１２の下端部を、上記上端部の取り付け位置より前後方向に等しい所要間隔を隔てた構造物１上の所要個所にそれぞれ取り付けてなる構成とする。

又、図２（イ）（ロ）に示す如く、図１（イ）（ロ）に示した制振体３の下面中央部と構造物１上における前後方向の２個所との間に逆Ｖ字型に配置した前後一対の弾性構造体１２を介在させるよう取り付けることに代えて、制振体３のたとえば上面中央部に、前後方向に沿って対称なＶ字型に配置して下端部同士を近接させた前後一対の弾性構造体１２下端部をそれぞれ取り付け、且つベース架台８の前後両端部の上側、もしくは、ベース架台８の前後両側となる構造物１上に制振体３よりも上方に所要寸法突出するよう固定部材としての前後一対の支持架構１３を設ける（図ではベース架台８の前後両端部上側に設けた場合のものを示してある）と共に、該各支持架構１３の上端部に、上記Ｖ字型に配置してある各弾性構造体１２の対応する上端部をそれぞれ取り付けるようにする。

なお、上記図１（イ）（ロ）及び図２（イ）（ロ）における各弾性構造体１２は、いずれも、後述するように圧縮力や伸縮ストロークを調整できるようにしてあるものとする。

ここで、本発明の原理について説明する。図３は本発明の構造モデルを示すもので、図１（イ）（ロ）に示したと同様に、構造物１上にリニアガイド機構９を介して制振体３を水平方向に移動可能に載置し、且つ該制振体３と上記構造物１との間に、逆Ｖ字型に配置してある前後一対の弾性構造体１２ａと１２ｂを取り付けてなる構成において、制振体３が、図３に実線で示す初期状態より、図３に二点鎖線で示す如く図上右方向へ、水平方向の変位量Ｓｔで変位した場合について考える。

上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂのばね定数をＫ、ばね自由長をＬ、各弾性構造体１２を初期状態の傾斜配置としたときにおける該各弾性構造体１２ａ，１２ｂの長さ寸法の水平方向への投影長さ寸法をｘ、垂直方向への投影長さ寸法をｙとすると、制振体３の変位に伴って傾きが変化されながら初期状態よりも伸びる方向に変形させられる第１の弾性構造体（図上左側の弾性構造体）１２ａの変形後のばね長さＬ_１´は、
Ｌ_１´＝ √｛（ｘ＋Ｓｔ）^２＋ｙ^２｝
となり、その時の上記第１の弾性構造体１２ａの垂直方向からの傾斜角度θ_１は、
θ_１＝ｔａｎ^−１｛（ｘ＋Ｓｔ）／ｙ｝
となる。

この状態において、該第１の弾性構造体１２ａの弾性力により上記制振体３に作用する水平方向分力Ｆ_１Ｈは、
Ｆ_１Ｈ＝Ｋ×（Ｌ_１´−Ｌ）×ｓｉｎθ_１
となる。

一方、制振体３の変位に伴って傾き変化されながら初期状態より縮む方向へ変形させられる第２の弾性構造体（図上右側の弾性構造体）１２ｂのばね長さＬ_２´は、
Ｌ_２´＝ √｛（ｘ−Ｓｔ）^２＋ｙ^２｝
となり、その時の上記第２の弾性構造体１２ｂの傾き角度θ_２は、
θ_２＝ｔａｎ^−１｛（ｘ−Ｓｔ）／ｙ｝
となる。

この状態において、該第２の弾性構造体１２ｂの弾性力により上記制振体３に作用する水平方向分力Ｆ_２Ｈは、
Ｆ_２Ｈ＝Ｋ×（Ｌ_２´−Ｌ）×ｓｉｎθ_２
となる。

したがって、上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂの弾性力により上記制振体３に作用する各水平方向分力の合力Ｆ_Ｈは、上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂが初期状態のときに前後対称となるよう制振体３に取り付けてあって、上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂの弾性力の水平方向分力は互いに打ち消しあう方向へ作用することを考慮すると、
Ｆ_Ｈ＝Ｆ_１Ｈ−Ｆ_２Ｈ
＝Ｋ×（Ｌ_１´−Ｌ）×ｓｉｎθ_１−Ｋ×（Ｌ_２´−Ｌ）×ｓｉｎθ_２
となる。

このことから、上記ｘの値を大きくして、各弾性構造体１２ａ，１２ｂが初期状態のときに垂直方向から所要角度傾斜するようにすれば、制振体３の水平方向の変位量Ｓｔと、各弾性構造体１２ａ，１２ｂの弾性力により上記制振体３に作用することとなる復元力Ｆ_Ｈとの相関性を線形に近づけることができることとなる。なお、上記ｘの値を大きくするに従って、すなわち、初期状態のときの各弾性構造体１２ａ，１２ｂの垂直方向からの傾斜角度を大きくするに従って、制振体３の変位量Ｓｔと、該変位量Ｓｔのときに制振体３に作用する復元力Ｆ_Ｈとの相関性をより線形に近づけることができるが、この場合、各弾性構造体１２ａ，１２ｂがより水平に近い配置となって、該各弾性構造体１２ａ，１２ｂの設置に要する平面設置スペースが大となる。このため、上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂの初期状態配置のときの傾斜角度は、上記制振体３の変位量Ｓｔと該制振体３に作用する復元力Ｆ_Ｈとの相関性をどの程度まで線形に近づければよいかという要求と、各弾性構造体１２ａ，１２ｂを設置するために確保できる平面設置スペースとを考慮して、適宜設定するようにすればよい。

次に、本発明の制振装置の具体的な構成について説明する。

図４乃至図６は上記図２（イ）（ロ）に示した基本構成例に基づく本発明の実施の一形態を示すもので、アクティブ型とした場合について示す。すなわち、構造物１の上面に、矩形フレーム形状としたベース架台８を据え付け、該ベース架台８上の左右両側位置に、構造物１の揺れ方向となる前後方向（矢印Ｘ方向）に沿って各々リニアガイドレール９ａを平行に敷設する。該両リニアガイドレール９ａ上に、錘りである制振体３をリニアブロック９ｂを介し前後方向へ移動自在に載置し、上記リニアガイドレール９ａとリニアブロック９ｂとからリニアガイド機構９を構成する。

上記制振体３の前後方向中間部における左右外側面の下部位置に、上記ベース架台８よりも左右方向の外側位置にて下方へ突出するブラケット１４をそれぞれ取り付けると共に、該各ブラケット１４の外側面に、制振体３の移動方向と直角な方向となる左右方向に所要寸法突出するよう固定軸１５を取り付ける。

上記各固定軸１５には、制振体３の左右側の外方にてＶ字型となるように、たとえば、約６０度傾斜させて上下方向に配置した前後一対の弾性構造体１２ａ，１２ｂの各下端部を、それぞれ上下方向に揺動自在に取り付ける。

更に、上記ベース架台８の前後両端部の上側に、所要寸法上方へ突出する左右一対の支柱部材１６と、左右方向に延びて該各支柱部材１６の上端部同士を連結すると共に両端部が該各支柱部材１６よりも外側へ所要寸法突出する梁部材１７とからなる門型の支持架構１３をそれぞれ設け、上記各梁部材１７の長手方向両端部における内側面部に設けたブラケット１８に、上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂの上端部を、それぞれピン１９を介して上下方向に揺動自在に取り付ける。

上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂは以下のような構成としてある。すなわち、所要寸法延びる柱状として上端部を上記支持架構１３の梁部材１７に設けたブラケット１８に取り付けることができるようにしてあるロッド部材２０の下端に、矩形の平板状としてある可動プレート部材２１の中心部を一体に取り付ける。上記ロッド部材２０の外側には、可動プレート部材２１と同様の平板状とし且つ中心部に上記ロッド部材２０の外径に対応した貫通孔２２ａを備えた上部プレート部材２２を遊嵌させると共に、該上部プレート部材２２の下面と上記可動プレート部材２１の上面との間に、ロッド部材２０の外周に配した圧縮コイルバネ２３を介在させる。一方、上記可動プレート部材２１と同様の平板状としてある下部プレート部材２４の下面側に、上記制振体３側に設けてある固定軸１５の外周に嵌合させるための取付孔２６を備えてなる取付部材２５ａ又は２５ｂを一体に取り付ける。更に、該下部プレート部材２４を、上記可動プレート部材２１の下側に平行配置すると共に、上記上部プレート部材２２と可動プレート部材２１と下部プレート部材２４の４角部の対応する位置に設けた貫通孔２７に、一連のガイドロッド２８を挿通させ、該ガイドロッド２８の上端部に設けてあるねじ部２８ａに、上記上部プレート部材２２の上方よりナット２９を螺着させると共に、ガイドロッド２８の下端部に設けてあるねじ部２８ｂに、下部プレート部材２４の下方よりナット２９を螺着させるようにしてある。これにより、上記ロッド部材２０の下端に一体に取り付けてある可動プレート部材２１を、上部と下部の各プレート部材２２，２４の間にてガイドロッド２８に沿って移動させることで、ロッド部材２０の上端部から下部プレート部材２４の下側の取付部材２５ａ，２５ｂに至る弾性構造体１２ａ，１２ｂの全長を伸縮させることができるようにすると共に、上記可動プレート部材２１と上部プレート部材２２の間に介在させてある圧縮コイルばね２３の弾性力を、上記可動プレート部材２１と上部プレート部材２２の間隔を開く方向に作用させることで、弾性構造体１２ａ，１２ｂ全体では、全長を収縮させる方向へ力（復元力）を発揮できるようにしてある。更に、上記ガイドロッド２８の上下両端部に螺着させてあるナット２９の締め込み量を変化させて上部プレート部材２２と下部プレート部材２４の間隔を変化させることにより、上記上部プレート部材２２と、下部プレート部材２４の上側の可動プレート部材２１との間に介在させてある圧縮コイルばね２３の圧縮量を自在に変化させることができるようにしてあり、このため、該圧縮コイルばね２３のプレコンプレッション量を調整することで、弾性構造体１２ａ，１２ｂにおける圧縮力を容易に調整できるようにしてある。

上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂの下端部に設ける各取付部材２５ａ，２５ｂは、図６に詳細を示す如く、一方の（たとえば、図上左側の）弾性構造体１２ａの下部プレート部材２４の下側に取り付ける取付部材２５ａは、左右方向の中央部に所要間隔の隙間を備えたクレビス形状としてあり、且つ他方の（図上右側の）弾性構造体１２ｂの下部プレート部材２４の下側に取り付ける取付部材２５ｂは、上記一方の弾性構造体１２ａに設けるクレビス型の取付部材２５ａの隙間に対応した幅寸法を有する平板状にしてある。これにより、上記一方の弾性構造体１２ａのクレビス形状の取付部材２５ａの隙間に、他方の弾性構造体１２ｂの取付部材２５ｂを挿入配置した状態にて、該各取付部材２５ａ，２５ｂに設けてあるそれぞれの取付孔２６に、上記制振体３側に設けてある固定軸１５を挿通させて嵌合させることができるようにして、前後方向に沿って対称なＶ字型に配置してある前後一対の上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂより上記固定軸１５に対して作用する応力を、該固定軸１５の軸方向に均等に作用させることができるようにしてある。

更に、上記ベース架台８の前後方向一端部（たとえば、図４における左端部）の中央部に設置したモータ３０の出力側に取り付けてあるボールねじ３１を、ベース架台８上の左右方向の中央部にて制振体３の移動方向に沿う前後方向に延びるよう配置すると共に、該ボールねじ３１の先端部を、ベース架台８の前後方向他端部（図４における右端部）の上側に設置してある軸受３２に回転自在に支持させ、且つ該ボールねじ３１を、制振体３に固定したナット部材３３に貫通螺合させた構成としてある。これにより、モータ３０の駆動でボールねじ３１を回転させることにより、ナット部材３３と一体に制振体３を前後方向へ移動させることができるようにしてある。なお、本実施の形態では、装置全高を低くするために、制振体３の下面側に、左右幅方向の中央部にて前後方向に連通する溝３４を設け、該溝３４の前後方向中間部位置に上記ナット部材３３を取り付けるようにして、上記溝３４の内側に上記ボールねじ３１を配置することができるようにしてある。

なお、ベース架台８上の前後方向両端部の所要位置には、図示しないストッパーを前後方向に対向させて設けて、制振体３の前後方向の過剰な変位を規制することができるようにしてある（以降の実施の形態についても同様とする）。

構造物１の上面に、上記の如く構成した本発明の制振装置を設置した場合、各弾性構造体１２ａ，１２ｂにおけるガイドロッド２８の両端部に螺着してあるナット２９の締め込み量を調整して、圧縮コイルばね２３に与えるプレコンプレッション量を調整し、各弾性構造体１２ａ，１２ｂの圧縮力や伸縮ストロークを所望の値に設定することにより、制振体３の固有振動数を構造物１の固有振動数に合わせるようにしておく。

上記の状態において、空気力等により構造物１に揺れが発生し、その揺れが図示しない揺れ検知センサにて検知されると、その信号に基づいて位相制御された変位信号が図示しない制御装置からモータ３０へ送られて、該モータ３０が正、逆に駆動させられる。これにより、ボールねじ３１に螺合するナット部材３３と一体に制振体３が前後に反復して移動させられることになり、この制振体３の反復移動を制御することで、構造物１に生じた揺れの運動エネルギーを消費させて、構造物１の揺れを速やかに抑えることができる。この際、上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂは初期状態で傾斜配置してあり、且つ圧縮コイルばね２３の弾性力により全体としては、図３のモデル図で示した弾性構造体１２ａ，１２ｂとしての引張コイルばねと同様に収縮方向の力を発揮するものであることから、上記制振体３の水平方向への変位に伴ってそれぞれ初期状態より伸縮変形される各弾性構造体１２ａ，１２ｂの弾性力の水平方向分力を制振体３に作用させることにより、該制振体３は構造物１の固有振動数に同調した反復運動を安定して行うことができる。しかも、上記制振体３の変位量と、該制振体３へ作用する復元力との相関性を、図１１（イ）（ロ）に示した如き制振体３の固有振動数調整用のばね７を上下方向に配置した形式の従来提案している制振装置に比して、線形に近付けることができるため、上記制振体３の反復運動の振幅が大きい場合であっても、上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂの弾性力に基づく復元力により、上記制振体３の反復運動が、構造物１の固有振動数よりずれる虞を抑制できる。したがって、制振体３の反復運動の振幅が大きくなる場合であっても構造物１の制振を効率よく行なうことができる。

更に、上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂは、ガイドロッド２８両端部のナット２９の締め込み量の調整により圧縮力及び伸縮ストロークを容易に調整できるようにしてあるため、構造物１上への上記本発明の制振装置の設置後に、構造物１の固有振動数が変化した場合にも、図１０に示した従来の制振装置のようにばね定数の異なるばね７への交換を要することなく上記構造物１の固有振動数に対応させることができる。

更に又、上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂは、それぞれ初期状態のときに傾斜するよう配置してあるため、個々の弾性構造体１２ａ，１２ｂの平面設置スペースを比較的小さく抑えることができる。しかも、前後対称に配置してある該各弾性構造体１２ａ，１２ｂは、下端部同士を、制振体３側に取り付けた同一の固定軸１５に取り付けてＶ字型に配置してあるため、該各弾性構造体１２ａ，１２ｂの設置に要する平面設置スペースの前後長を短くすることができると共に、制振体３側への取り付けに要する部材点数の削減化を図ることが可能になる。

次に、図７は本発明の実施の他の形態を示すもので、パッシブ型とした場合について示す。すなわち、図４乃至図６に示したものと同様な構成において、ベース架台８と制振体３との間に、ベース架台８上に設けたモータ３０に取り付けたボールねじ３１と、該ボールねじ３１を貫通螺合させたナット部材３３とを介在させることに代えて、ベース架台８の前端部及び後端部の各左右方向中央部に各々支持台３６を固設し、該各支持台３６と、制振体３の移動方向の前端面部及び後端面部との間に、オイルダンパの如き減衰機３５を介装したものである。

その他の構成は図４乃至図６に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。

本実施の形態の制振装置を構造物１の上面に設置して、各弾性構造体１２ａ，１２ｂの圧縮力及び伸縮ストロークを調整することにより、制振体３の固有振動数を構造物１の固有振動数に合わせるようにした状態において、空気力等により構造物１に揺れが発生すると、その揺れエネルギーは制振体３に伝達されるため、制振体３が水平方向に反復移動する運動エネルギーに変換され、そのエネルギーが減衰機３５で消費される、という間接的なエネルギー消費形式によって構造物１の揺れが速やかに抑えられる。

この際、構造物１への制振力は、制振体３の質量、移動ストローク、固有振動数を選定することにより最適に得られるが、前後一対の上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂはＶ字型に配置してあることから、図３で説明した如き作動機構に基づいて、上記制振体３の変位量と、上記各弾性構造体１２ａ，１２ｂにより制振体３へ作用される復元力との相関性を、線形に近いものとすることができる。このため、上記制振体３の反復運動の振幅が大きい場合であっても、上記制振体３の反復運動時の固有振動数が、構造物１の固有振動数よりずれる虞を抑制できて、制振体３の反復運動の振幅が大きくなる場合であっても構造物１の制振を効率よく行なうことができる。これにより、制振体３の反復移動のストロークを大きく設定することが可能になるため、固有振動数が低い構造物１に対しても制振体３の固有振動数を容易に合わせることができる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、上記各実施の形態においては、いずれも前後一対の弾性構造体１２ａ，１２ｂを、下端部を互いに近接させたＶ字型に配置したものを示したが、図８に示す如く、たとえば、図４乃至図６の実施の形態における前後一対の弾性構造体１２ａ，１２ｂを、上下方向に反転させて上端部を互いに近接させた逆Ｖ字型の配置として、該各弾性構造体１２ａ，１２ｂの上端部を、制振体３の前後方向中間部の左右外側面の上部に突設した固定軸１５に上下方向に揺動可能に取り付け、又、各弾性構造体１２ａ，１２ｂの下端部をベース架台８上に設けたブラケット１８にピン１９を介して上下方向に揺動自在に取り付けるようにしてもよい。

又、弾性構造体１２ａ，１２ｂとしては、たとえば、図９（イ）に示す如く、引張コイルばね３７と、途中にターンバックル３８ａを備えて長さ調節可能としてある連結用ロッド３８とを直列に備えてなる構成としたり、図９（ロ）に示す如く、上記引張コイルばね３７に代えて、ピストン３９を収納したシリンダ胴４０の長手方向一端壁からピストンロッド４１を出入させるようにすると共に、該シリンダ胴４０内の上記一端壁とピストン３９との間に、皿ばね４２を配置し、且つ上記ピストンロッド４１の先端側に、途中にターンバックル３８ａを備えて長さ調節可能としてある連結用ロッド３８を直列配置すると共に、上記ピストンロッド４１の先端部に一体に取り付けてなる構成とする等、所要の弾性部材の弾性力に基づいて全長を収縮させる方向に復元力を発揮できるようにしてあり、且つ全体の圧縮力や伸縮ストロークを適宜調整できるようにしてあれば、いかなる形式のものを用いるようにしてもよい。

更に、図４乃至図６に示したものと同様に、矩形フレーム形状としたベース架台８、該ベース架台８上にリニアガイドレール９ａとリニアブロック９ｂからなるリニアガイド機構９を介して移動自在に載置した制振体３、Ｖ字型又は逆Ｖ字型に配置して上記ベース架台８と制振体３との間にそれぞれ斜め方向に伸縮力を作用させることができるようにした前後で対をなす弾性構造体１２ａ，１２ｂ、上記ベース架台８上にて上記制振体３を反復移動させるためのモータ３０、ボールねじ３１、ナット部材３３からなるアクチュエータとを備えてアクティブ型の制振作用を行えるようにしてある制振ユニットを複数形成し、該複数のアクティブ型制振ユニットを、構造物１上にて対応する制振体３の移動方向が直交する配置となるように上下に重ねて配置して、上側の制振ユニットを所要の支持部材を介して支持させる構成としたり、あるいは、図７に示したものと同様に、矩形フレーム形状としたベース架台８、該ベース架台８上にリニアガイドレール９ａとリニアブロック９ｂからなるリニアガイド機構９を介して移動自在に載置した制振体３、Ｖ字型又は逆Ｖ字型に配置して上記ベース架台８と制振体３との間にそれぞれ斜め方向に伸縮力を作用させることができるようにした前後で対をなす弾性構造体１２ａ，１２ｂ、上記ベース架台８と制振体３との間に介装して制振体３の運動エネルギーを減衰させるための減衰機３５とを備えてパッシブ型の制振作用を行なえるようにしてある制振ユニットを複数形成し、該複数のパッシブ型制振ユニットを、構造物１上にて対応する制振体３の移動方向が直交する配置となるように上下に重ねて配置して、上側の制振ユニットを所要の支持部材を介して支持させるようにした構成として、構造物１に水平方向のいかなる方向の揺れが生じた場合にも、上記構造物１の制振を行なえるようにしてもよい。

図４乃至図６の実施の形態にて制振体３を反復移動させるためのアクチュエータとしては、ベース架台８側に設けるモータ３０に取り付けたボールねじ３１と、制振体３側に取り付ける上記ボールねじ３１を貫通螺合させるナット３３とからなるものとして示したが、構造物１に揺れが生じたときに、上記制振体３を、構造物１の揺れに対して９０度遅れの位相で反復移動させるように該制振体３の移動を制御できれば、いかなる形式のアクチュエータを用いるようにしてもよい。図７の実施の形態における減衰機３５は、オイルダンパに限らず、機械式、電気式やガス式等、あらゆる形式のものを任意の位置に採用することができる。図４乃至図６の実施の形態及び図７の実施の形態におけるベース架台８は、必須ではなく、構造物１の上面に、制振体３を、リニアガイド機構９を介して直接載置するようにしてもよい。この場合、制振体３に対する弾性構造体１２ａ，１２ｂの取り付け位置は適宜変更してよい。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の制振装置の基本構成を示すもので、（イ）は概略側面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ方向矢視図である。本発明の制振装置の別の基本構成を示すもので、（イ）は概略側面図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ方向矢視図である。本発明の制振装置における制振体の変位量と、該制振体に作用する復元力との相関性を説明するための構造モデルを示す図である。本発明の制振装置の実施の一形態を示す概略側面図である。図４のＣ−Ｃ方向矢視図である。図４のＤ−Ｄ方向矢視図である。本発明の実施の他の形態を示す一部切断概略側面図である。本発明の実施の更に他の形態を示す概略側面図である。（イ）（ロ）はいずれも本発明の制振装置に用いる弾性構造体の別の例をそれぞれ示す概略図である。従来の制振装置の一例を示す図である。（イ）（ロ）はいずれも従来提案されている制振装置の例を示す概要図である。（イ）（ロ）はいずれも従来提案されている制振装置の別の例を示す概要図である。図１１（イ）の形式の制振装置における制振体の変位量と、該制振体に作用する復元力との相関性を説明するための構造モデルを示す図である。図１３の構造モデルにおける制振体の変位量と復元力の相関性を示す図である。

符号の説明

１構造物
３制振体
１２ａ，１２ｂ弾性構造体
１５固定軸（軸）

Claims

構造物上に制振体を水平方向に移動自在に載置し、該制振体の移動方向の左右側となる両側部に制振体の移動方向に沿って対称的な傾斜方向に伸縮力が作用するよう対をなす固有振動数調整用の弾性構造体を配置して、一端側を制振体に取り付けると共に他端側を構造物側に取り付けた構成を有することを特徴とする制振装置。
制振体の移動方向に沿って対称的な傾斜方向に伸縮力が作用するよう対をなす固有振動数調整用の弾性構造体を、下端部同士を回動自在に接続したＶ字型又は上端部同士を回動自在に接続した逆Ｖ字型の配置とし、且つ該Ｖ字型又は逆Ｖ字型の頂点部分にて対をなす弾性構造体の一端部同士を回動自在に制振体に取り付け、該各弾性構造体の他端部を構造物側に取り付けるようにした請求項１記載の制振装置。
Ｖ字型又は逆Ｖ字型の頂点部分にて対をなす弾性構造体の一端部同士は、一方の弾性構造体の一端部をクレビス形状にして、他方の弾性構造体の一端部を、上記一方の弾性構造体の一端部の隙間内に嵌合し得る形状とし、両方の弾性構造体の一端部同士を嵌合させて１つの軸で回動自在に連結するようにした請求項２記載の制振装置。