JP2010174550A

JP2010174550A - アクティブマスダンパー及び建築物

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Publication number: JP2010174550A
Application number: JP2009020159A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Yamamoto; 雅史山本; Takayuki Sone; 孝行曽根
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】回転連結部の少ない吊り支承方式のアクティブマスダンパー、及びこのアクティブマスダンパーを有する建築物を提供することを課題とする。
【解決手段】構造物１２に設置されている構造体１６に回転可能に吊り下げされた吊り部材３２と、吊り部材３２の下端部に固定された錘１８とによって単振り子が構成されている。よって、風等により構造物１２に発生する振動を抑制する制御力を、錘１８の揺動により構造物１２に水平方向に作用させ、構造物１２に発生する振動を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、吊り支承方式のアクティブマスダンパー、及びこのアクティブダンパーを有する建築物に関する。

風や中小規模の地震等により建築物に発生する振動を低減する方法として、アクティブマスダンパーを用いた制振技術が提案されている。
アクティブマスダンパーは、直動レール支承、積層ゴム支承、吊り支承等の支承によって水平移動可能に支持された錘を油圧シリンダー等の駆動装置を用いて移動制御し、建築物に発生する振動を抑制する制御力を作用させる。これによって、建築物に発生する振動を低減することができる。

このようなアクティブマスダンパーにおいて制振効果（振動低減の割合）を高めるためには、支承に支持された錘が移動する際に生じる摩擦力を小さくして錘の移動制御の安定性を高くすることが有効である。

直動レール支承、積層ゴム支承、吊り支承の中でも吊り支承は、他の方式の支承と比べて錘の移動制御における摩擦力の影響（錘が移動する際に生じる摩擦力）が小さい支承である。
例えば、図１８に示すように、特許文献１のマスダンパー系制振装置３００では、構造物３０２上の架台３０４とマス３０８とに回転可能に連結された複数の揺動腕３０６によって、架台３０４にマス３０８が吊り下げられている。

そして、構造物３０２とマス３０８とを連結する駆動装置３１０によってマス３０８を水平移動させ、風や中小規模の地震等により構造物３０２に発生する振動を抑制する制御力を構造物３０２に作用させる。

マスダンパー系制振装置３００のような平行振り子は複数の揺動腕３０６を有するので、この揺動腕３０６と、マス３０８及び架台３０４とを連結する回転可能な連結部（以下、「回転連結部」とする）の数が多くなってしまう（図１８では、４つの回転連結部が示されている）。

一般に、平行振り子の回転連結部には、この回転連結部に生じる回転摩擦を小さくするために回転ベアリングが設けられるが、制振効果（振動低減の割合）を高めるためには、これらの回転ベアリングを精度よく取り付ける必要がある。

また、回転ベアリングは、マスダンパー系制振装置３００の装置コストの大きな部分を占める高価な部品であることが多い。
よって、回転連結部の数が増えると施工手間が掛かり、装置コストが高くなってしまう。さらに、メンテナンス作業も煩雑になることが懸念される。

特開平８−３５９１６号公報

本発明は係る事実を考慮し、回転連結部の少ない吊り支承方式のアクティブマスダンパー、及びこのアクティブマスダンパーを有する建築物を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、構造物に設置された構造体と、下端部に錘が固定され、前記構造体に回転可能に連結され吊り下げられて単振り子を構成する吊り部材と、前記錘を揺動させる駆動手段と、を有する。

請求項１に記載の発明では、構造物に構造体が設置されている。構造体には、吊り部材が回転可能に連結され吊り下げられている。吊り部材の下端部には錘が固定されている。そして、構造体に回転可能に吊り下げされた吊り部材と、錘とによって単振り子が構成されている。錘は、駆動手段によって揺動する。

よって、風等により構造物に発生する振動を抑制する制御力を、錘の揺動により構造物に水平方向に作用させ、これによって、構造物に発生する振動を低減することができる。

一般に、吊り支承により錘が支持されるアクティブマスダンパーでは、構造体に錘を吊り下げる吊り部材と、構造体及び錘との回転連結部に回転ベアリングを設けるが、アクティブマスダンパーの制振効果（構造物に発生する振動を低減する割合）を高めるためには、これらの回転ベアリングを精度よく取り付けて回転ベアリングに生じる回転摩擦を小さくする必要がある。

これに対して請求項１のアクティブマスダンパーでは、吊り部材が構造体に回転可能に連結される回転連結部が１つなので、取り付ける回転ベアリングの数を最小限に止めることが可能となる。すなわち、回転ベアリングを取り付ける施工手間を減らすことができ、さらに、回転ベアリングのメンテナンス作業の煩雑さも低減することができる。

請求項２に記載の発明は、前記構造物に発生する振動を計測する振動計測手段と、前記振動計測手段により計測された振動に基づいて、前記構造物に作用させる制御力を求める演算手段と、を有し、前記駆動手段は、駆動力を発生させて前記錘を揺動し前記構造物に前記制御力を作用させる。

請求項２に記載の発明では、アクティブマスダンパーは、振動計測手段及び演算手段を有している。振動計測手段は、構造物に発生する振動を計測する。演算手段は、振動計測手段により計測された振動に基づいて、構造物に作用させる制御力を求める。
そして、駆動手段により発生させる駆動力によって錘を揺動し、この錘の揺動によって構造物に制御力を作用させる。

よって、請求項２のアクティブマスダンパーでは、吊り部材が構造体に回転可能に連結される回転連結部が１つなので、例えば、平行振り子と比べて回転連結部に発生する摩擦力のトータルの大きさが小さくなる。すなわち、小さなエネルギー損失で駆動手段の駆動力を制御力に変換することができ、駆動手段による錘の移動制御の安定性を高くすることが可能となる。そして、これによって、アクティブマスダンパーによる制振効果（振動低減の割合）を高めることができる。

また、小さなエネルギー損失で駆動手段の駆動力を制御力に変換することができるので、駆動力の小さい駆動手段を用いることができる。

請求項３に記載の発明は、前記駆動手段は、前記構造体に取り付けられ前記吊り部材に回転力を付与するモーターである。

請求項３に記載の発明では、駆動手段は、構造体に取り付けられたモーターである。このモーターにより吊り部材に回転連結部回りの回転力を付与し、この回転力（駆動力）によって錘を揺動する。

よって、モーターのトルクを変更することにより、錘の水平方向の移動加速度を制御し、これによって制御力を調整することができる。
また、モーターの回転力を、吊り部材に作用させる回転連結部回りの回転力に変換するので、力を滑らかに伝達することができる。
また、回転連結部付近に駆動手段（モーター）を設けるので、コンパクトなアクティブマスダンパーを構成することができる。

請求項４に記載の発明は、前記駆動手段は、前記吊り部材と前記構造体とに回転可能に連結され伸縮可能なアーム部材である。

請求項４に記載の発明では、駆動手段は、伸縮可能なアーム部材である。このアーム部材は、吊り部材と構造体とに回転可能に連結されている。そして、アーム部材の伸縮により吊り部材に回転連結部回りの回転力を付与し、この回転力（駆動力）によって錘を揺動する。

よって、錘を揺動させるために回転連結部回りに作用させるモーメントは、アーム部材が吊り部材に連結されている位置から回転連結部までの距離に、アーム部材の伸縮により発生させる力を掛けた値になる（てこの原理）ので、アーム部材が吊り部材に連結されている位置から回転連結部までの距離を大きくすることにより、作用させる力の小さいアーム部材を用いることができる。

請求項５に記載の発明は、前記吊り部材は、前記構造体に設けられた自在継ぎ手によって該構造体に回転可能に連結されている。

請求項５に記載の発明では、吊り部材が、構造体に設けられた自在継ぎ手によってこの構造体に回転可能に連結されているので、１つのアクティブマスダンパーだけで、平面視にて直交する２方向に対して水平方向の制御力を作用させることができる。

請求項６に記載の発明は、前記駆動手段は、前記吊り部材を前記構造体に回転可能に連結する回転連結部から離れた該吊り部材の端部を横移動させる移動手段である。

請求項６に記載の発明では、駆動手段としての移動手段が、吊り部材を構造体に回転可能に連結する回転連結部から離れた位置である吊り部材の端部を横移動させる。そして、吊り部材の端部の横移動により吊り部材に回転連結部回りの回転力を付与し、この回転力（駆動力）によって錘を揺動する。

よって、錘を揺動させるために回転連結部回りに作用させるモーメントは、移動手段によって横移動する吊り部材の端部から回転連結部までの距離に、移動手段から発生させる力を掛けた値になる（てこの原理）ので、移動手段によって横移動する吊り部材の端部から回転連結部までの距離を大きくすることにより、作用させる力の小さい移動手段を用いることができる。

請求項７に記載の発明は、前記構造体は、前記構造物の最上階に設けられている。

請求項７に記載の発明では、構造体を構造物の最上階に設けることによって、風等が構造物に作用したときの変位（振動）が大きい構造物の最上階でアクティブマスダンパーにより構造物に制御力を作用させることができる。これにより、構造物に発生する振動を効果的に低減することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか１項に記載のアクティブマスダンパーを有する建築物である。

請求項８に記載の発明では、回転連結部の少ない吊り支承方式のアクティブマスダンパーを有する建築物を構築することができる。

本発明は上記構成としたので、回転連結部の少ない吊り支承方式のアクティブマスダンパー、及びこのアクティブマスダンパーを有する建築物を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る建築物を示す立面図である。本発明の第１の実施形態に係るアクティブマスダンパーを示す平面図である。本発明の第１の実施形態に係るアクティブマスダンパーを示す正面図及び側面図である。本発明の第１の実施形態に係る同定手段及び制御手段を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る同定方法を示す線図である。本発明の第１の実施形態に係る建築物の振動モデルを示す説明図である。従来のアクティブマスダンパーを示す説明図である。本発明の第１の実施形態に係るアクティブマスダンパーを示す説明図である。本発明の第１の実施形態に係るアクティブマスダンパーの変形例を示す側面図である。本発明の第１の実施形態に係るアクティブマスダンパーの変形例を示す側面図である。本発明の第１の実施形態に係るアクティブマスダンパーの変形例を示す側面図である。本発明の第１の実施形態に係るアクティブマスダンパーの変形例を示す側面図である。本発明の第２の実施形態に係るアクティブマスダンパーを示す正面図である。本発明の第３の実施形態に係るアクティブマスダンパーを示す正面図である。本発明の第３の実施形態に係るアクティブマスダンパーの変形例を示す正面図である。図１５のＣ−Ｃ矢視図である。本発明の第４の実施形態に係るアクティブマスダンパーを示す正面図及び側面図である。従来のマスダンパー系制振装置を示す説明図である。

図面を参照しながら、本発明のアクティブマスダンパー及び建築物を説明する。なお、本実施形態では、鉄筋コンクリート造の建築物に本発明を適用した例を示すが、さまざまな構造や規模の建築物に対して適用することができる。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１の立面図に示すように、地盤１０上に、構造物としての鉄筋コンクリート造の建築物１２が建てられている。建築物１２の最上階となる屋上階１４には、構造体としての架構１６が設置されている。

図１、及び図２の平面図に示すように、架構１６は、鉄骨の柱２０と、柱２０間に架け渡された鉄骨の大梁２２、２４とによって構成され、ブレース２６等によって補強されている。なお、架構１６は、後に説明する錘１８を確実に支持して吊り下げられる構造体であればよい。
大梁２２間には鉄骨の小梁２８が架け渡されており、この小梁２８の下面には、鋼製のベースプレート３０が取り付けられている。

図２のＡ−Ａ矢視図である図３（ａ）、及び図２のＢ−Ｂ矢視図である図３（ｂ）に示すように、アクティブマスダンパー４８では、ベースプレート３０（架構１６）には、鋼製の吊り部材３２が吊り下げられている。吊り部材３２は、貫通孔３４が形成された回転部３６と、この回転部３６と一体となって下方に開脚状に延びる角パイプ３８Ａ、３８Ｂとによって構成されている。
角パイプ３８Ａ、３８Ｂの下端部は、鉄筋コンクリートによって形成された錘１８に固定されている。

図３（ｂ）に示すように、ベースプレート３０の下面には、回転ベアリング４２が取り付けられた鋼製の軸受け部材４０Ａ、４０Ｂが、吊り部材３２の回転部３６を挟み込むようにして固定されている。

ベースプレート３０の下面には、駆動手段としてのモーター４４が取り付けられており、このモーター４４の回転軸４６が、軸受け部材４０Ａに取り付けられた回転ベアリング４２、吊り部材３２の回転部３６に形成されている貫通孔３４、及び軸受け部材４０Ｂに取り付けられた回転ベアリング４２を貫通している。

さらに、回転軸４６は、貫通孔３４に固定されている。そして、回転軸４６を回転させることによって、吊り部材３２（回転部３６）に回転連結部回りの（回転軸４６の材軸を回転中心にした）回転力を付与し、この回転力（駆動力）によって錘１８を円弧状に揺動して建築物１２に水平方向の制御力を作用させる。

ここで、回転連結部とは、吊り部材３２が架構１６（ベースプレート３０）に連結されている部分を意味する。すなわち、図３（ｂ）では、回転軸４６を介して、軸受け部材４０Ａ、４０Ｂに、回転部３６を連結している連結機構が回転連結部となる。
このように、アクティブマスダンパー４８では、下端部に錘１８が固定された吊り部材３２が、構造体としての架構１６に回転可能に連結され吊り下げられて単振り子を構成している。

さらに、アクティブマスダンパー４８は、図１に示すように、振動計測手段としてのセンサー５０及び演算手段としての制御装置５２を有している。センサー５０は、建築物１２に発生する振動を計測する。センサー５０は、制御力の発生源であるアクティブマスダンパー４８の近くに配置するのが好ましい。

制御装置５２には、図４（ａ）に示すように、同定手段５４及び制御手段５６が備えられており、センサー５０により計測された振動に基づいて、建築物１２に作用させる制御力を求める。

同定手段５４は、錘１８の揺動により建築物１２へ作用させた制御力と、この制御力を作用させた後にセンサー５０で計測した振動とに基づいて、建築物１２の建物特性を同定する。なお、建物特性とは、建築物１２の質量、固有周期及び減衰定数のことを意味する。

制御手段５６は、同定手段５４により同定された建築物１２の建物特性と、建築物１２に発生した振動とに基づいて、建築物１２に発生した振動を抑制する制御力を求め、この制御力が得られるようにモーター４４を駆動し回転力（駆動力）を発生させて錘１８を揺動する。

図４（ａ）のブロック図には、同定手段５４によって建築物１２の建物特性（質量Ｍ、固有周期Ｔ、及び減衰定数ｈ）を求めるフロー、及び制御手段５６によって制御力ｕを求めるフローが示されている。
また、図４（ａ）に示された外乱は、建築物１２に作用する風や地震等により建築物１２に作用する力を意味し、Ｗは、建築物１２に発生しセンサー５０で計測された振動波形を示している。

次に、建築物に発生する振動の制御方法について説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、建築物１２の屋上階１４上にアクティブマスダンパー４８を設置する（アクティブマスダンパー設置工程）。
図３（ａ）、（ｂ）で示したアクティブマスダンパー４８は、モーター４４の回転軸４６の材軸と直交する水平方向に発生する１方向の振動に対して振動低減効果を発揮する装置なので、低減対象となる振動の方向とモーター４４の回転軸４６の材軸とが直交するようにアクティブマスダンパー４８を設置する。なお、２方向の振動を低減対象とする場合には、２つのアクティブマスダンパー４８を設置すればよい。

次に、図４（ａ）で示した同定手段５４によって、センサー５０で計測した振動に基づいて建築物１２の建物特性を同定する（建物特性同定工程）。
同定手段５４によるこの同定は、アクティブマスダンパー４８の稼働開始前に一度だけ行えばよい。例えば、建築物１２の改修工事等でこの建築物１２の建物特性が変わらなければ、この建築物１２の竣工後に一度だけ行えばよい。

次に、建物特性同定工程が完了した後に、アクティブマスダンパー４８の稼働を開始する。そして、センサー５０で計測した振動と建築物１２の建物特性とに基づいて、建築物１２に発生した振動を抑制する制御力を求め、この制御力が得られるようにモーター４４を駆動して回転力（駆動力）を発生させ、錘１８を揺動する（振動制御工程）。これによって、建築物１２に発生する振動を制御して低減することができる。

錘１８を揺動させる際には、回転連結部に発生する摩擦力の大きさが小さいほど、小さなエネルギー損失でモーター４４の駆動力を制御力ｕに変換することができ、錘１８の移動制御の安定性を高くすることが可能となる。

なお、建物特性同定工程で同定される建物特性は、同定手段５４以外の方法で求めてもよい。例えば、建築物１２の建物特性を、他のアクティブマスダンパーによって同定した値としてもよいし、建築物１２の構造設計及び設備設計等の設計データから計算した値としてもよいし、模擬実験から推測した値としてもよい。

また、建物特性同定工程において同定手段５４により求める建物特性は、一般的に用いられている建物特性の同定方法を用いて求めればよい。例えば、日本建築学会大会学術講演梗概集、Ｂ−２分冊、１９９９年９月、山田聖治、西谷章「制御時の応答情報を利用した制御システムの再構築」、ｐ．８８１−８８２に開示されている同定手法を用いて建物特性を求めてもよい。その他、より簡便な同定手法として、以下に説明する建築物１２の建物特性を同定する方法を用いてもよい。

建築物１２の建物特性を同定する場合には、図４（ａ）に示したブロック図の中の同定フロー（図４（ｂ）の実線で示した部分）が機能する。
まず、建築物１２に外乱がほとんど作用していないときに、図４（ｂ）に示すように、アクティブマスダンパー４８によって建築物１２に制御力ｕを作用させる。

制御力ｕを作用させる方法は、駆動手段としてのモーター４４を駆動し回転軸４６を回転させることよって、吊り部材３２（回転部３６）に回転連結部回りの（回転軸４６の材軸を回転中心にした）回転力（駆動力）を付与する。そして、この回転力（駆動力）によって錘１８を円弧状に揺動し、建築物１２に水平方向の制御力ｕを作用させる。

次に、アクティブマスダンパー４８によって建築物１２へ制御力ｕを作用させた後に建築物１２から発生する振動波形Ｗをセンサー５０で計測する。
これにより、図５に示すような振動波形Ｗが得られる。図５では、横軸をセンサー５０による振動波形Ｗの計測時間ｔとしている。振動波形Ｗの値（図５の縦軸）は、加速度、速度及び変位の何れの値としてもよい。

次に、建築物１２へ制御力ｕを加えるのをやめた時間ｔ_１以降、振動波形Ｗは自由振動となるので、この自由振動となった振動波形Ｗから建築物１２の固有周期Ｔを求め、さらに、振動波形Ｗの減衰特性（図５の二点鎖線）から減衰定数ｈを求める。なお、固有周期Ｔは、振動波形Ｗをフーリエ変換してピーク値から読み取ってもよい。

次に、運動方程式により建築物１２の質量Ｍを求める。図６に示すように、建築物１２の振動モデルを、質量Ｍの建築物１２に外力Ｆが加えられた１質点系モデルと仮定し、建築物１２の変位量をｘ、円振動数をω（＝２π／Ｔ）、及びセンサー５０による計測時間をｔとした場合、運動方程式は式（１）となる。

次に、振動波形Ｗから求めた固有周期Ｔ及び減衰定数ｈを式（１）に代入し、建築物１２へ作用させた制御力ｕを外力Ｆとすると、図５に一点鎖線で示したような応答波形Ｗ_１が得られる。

そして、この応答波形Ｗ_１が振動波形Ｗに近似するような質量Ｍをシミュレーション解析によって求め、この値を建築物１２の建物特性としての質量とする。なお、減衰定数ｈは、振動波形Ｗから概略値を求めて、同様のシミュレーション解析によって詳細な値を求めるようにしてもよい。

このようにして、図４（ｂ）に示した同定手段５４により、センサー５０で計測した振動波形Ｗから建築物１２の建物特性（建築物１２の質量Ｍ、固有周期Ｔ及び減衰定数ｈ）を同定する。
なお、図６では、建築物１２の振動モデルを１質点系モデルと仮定したが、多質点系モデルと仮定してもよい。

また、振動制御工程において錘１８の揺動により作用させる制御力ｕは、一般的に用いられている制御パラメータの演算手法を用いて求めればよい。例えば、日本建築学会構造系論文集、第５１４号、１９９８年１２月、山本雅史、鈴木祥之「アクティブマスダンパーのストローク制約を考慮した極配置アルゴリズムによる実大構造物の制震に関する実験的研究」、ｐ．１２７−１３２に開示されている制御パラメータの演算手法を用いてもよい。

建築物１２に発生した振動を抑制する加振力ｕを求める場合には、図４（ａ）に示したブロック図の中の制御フロー（図４（ｃ）の実線で示した部分）が機能する。
まず、図４（ｃ）に示すように、アクティブマスダンパー４８によって建築物１２に制御力ｕを作用させる。

次に、アクティブマスダンパー４８によって建築物１２へ制御力ｕを作用させた後に建築物１２から発生する振動波形Ｗをセンサー５０で計測する。
次に、制御手段５６により、センサー５０で計測した振動と、建物特性同定工程により求めた建築物１２の建物特性（建築物１２の質量Ｍ、固有周期Ｔ及び減衰定数ｈ）とに基づき、運動方程式によって建築物１２に発生した振動を抑制する制御力ｕを求める。

次に、本発明の第１の実施形態の作用及び効果について説明する。

第１の実施形態では、図１、及び図３（ａ）、（ｂ）に示すように、風等により建築物１２に発生する振動を抑制する制御力を、錘１８の揺動により建築物１２に水平方向に作用させ、これによって、建築物１２に発生する振動を低減することができる。

図７に示すように、平行振り子方式の吊り支承により錘６２が支持されるアクティブマスダンパー５８では、一般に、建築物に設置された架構６０に錘６２を吊り下げる吊り部材６４と、架構６０及び錘６２との回転連結部６６に回転ベアリングを設けるが、アクティブマスダンパー５８の制振効果（建築物に発生する振動を低減する割合）を高めるためには、これらの回転ベアリングを精度よく取り付けて回転ベアリングに生じる回転摩擦を小さくする必要がある。

これに対して、第１の実施形態で示した、単振り子方式の吊り支承により錘１８が支持されるアクティブマスダンパー４８では、図８に示すように、吊り部材３２が回転可能に連結される回転連結部６８が１つなので、取り付ける回転ベアリングの数を最小限に止めることが可能となる。すなわち、回転ベアリングを取り付ける施工手間を減らすことができ、さらに、回転ベアリングのメンテナンス作業の煩雑さも低減することができる。

また、図７のアクティブマスダンパー５８の場合、４つの回転可動部６６への回転ベアリングの取り付け精度、吊り部材６４の製作精度（吊り部材６４の回転可動部６６間の長さ精度）、架構６０の施工精度（架構６０下面の水平度）を確保しなければならない。これに対して第１の実施形態のアクティブマスダンパー４８（図８を参照のこと）は、１つの回転連結部６８への回転ベアリングの取り付け精度を確保するだけでよい。

よって、吊り部材３２を現場等（工場以外の場所）で製作することが可能となり、低コスト化を図ることができる。また、吊り部材３２に対して高い製作精度を必要としないので、自由な吊り部材３２の形状を選択することが可能となり、デザイン性を向上させることができる。

また、アクティブマスダンパー４８のような単振り子方式の支承を用いた場合には、回転連結部６８が１つなのに対して、アクティブマスダンパー５８のような平行振り子方式の支承を用いた場合には、４つ以上の回転連結部６６が必要となる。

回転連結部の数が少なくなれば、この回転連結部が負担する鉛直荷重のトータルの値も小さくなり（例えば、錘１８、６２の荷重をＰとした場合、アクティブマスダンパー４８の回転連結部６８が負担する鉛直荷重のトータルの値はＰとなり、アクティブマスダンパー５８の回転連結部６６が負担する鉛直荷重のトータルの値は２Ｐとなる）。これに伴って、回転連結部に生じる摩擦力のトータルの値も小さくなる。

すなわち、アクティブマスダンパー４８は、アクティブマスダンパー５８に比べて小さなエネルギー損失で、錘１８を揺動させるために駆動手段から発生する駆動力を建築物１２に作用させる制御力に変換することができ、錘１８の移動制御の安定性を高くすることが可能となる。そして、これによって、アクティブマスダンパー４８による制振効果（振動低減の割合）を高めることができる。
また、小さなエネルギー損失で駆動力を制御力に変換することができるので、駆動力の小さい駆動手段を用いることができる。

一般に、吊り支承により錘が支持されるアクティブマスダンパーは、錘の移動制御時における摩擦力の影響（錘を移動させるときに発生する摩擦力）が、直動レール支承や積層ゴム支承によって錘を支持する方式のアクティブマスダンパーよりも小さいものであるが、第１の実施形態のアクティブマスダンパー４８では、これまで説明したように、回転連結部に生じる摩擦力のトータルの値をさらに小さくできるので、アクティブマスダンパーの制振効果（振動低減の割合）をより高めることができる。

また、回転駆動部に取り付けられる回転ベアリングのコストが、その回転ベアリングが負担する支持荷重の大きさに比例すると考えると、装置コストの低コスト化が図れる。
なお、回転ベアリングは、一般に、アクティブマスダンパーの装置コストの大きな部分を占める高価な部品であるので、回転ベアリングのコストを低く抑えることはアクティブマスダンパーの装置コストの低コスト化に有効となる。

また、駆動手段をモーター４４としているので、モーター４４のトルクを変更することにより、錘１８の水平方向の移動加速度を制御し、これによって建築物１２に作用させる制御力を調整することができる。

また、モーター４４の回転力を、吊り部材３２に作用させる回転連結部回りの回転力に変換するので、力を滑らかに伝達することができる。
また、回転連結部付近に駆動手段（モーター４４）を設けるので、コンパクトなアクティブマスダンパーを構成することができる。

また、架構１６を建築物１２の最上階である屋上階１４に設けることによって、風等が建築物１２に作用したときの変位（振動）が大きい建築物１２の屋上階１４で、アクティブマスダンパー４８により建築物１２に制御力を作用させることができるので、建築物１２に発生する振動を効果的に低減することができる。

以上、本発明の第１の実施形態について説明した。

なお、第１の実施形態では、錘１８を鉄筋コンクリートによって形成した例を示したが、必要とする重量を確保できれば、錘１８は、他の材料によって形成してもよい。また、吊り部材３２と同様に、自由な形状を選択してデザイン性を向上させてもよい。

また、第１の実施形態では、単振り子によって錘１８を揺動するアクティブマスダンパー４８（図３（ａ）、（ｂ）を参照のこと）の例を示したが、単振り子により錘を揺動して制御力を作用させることができるアクティブマスダンパーであればよく、例えば、図９〜１２に示すアクティブマスダンパー７０、７２、７４、７６としてもよい。

本発明における単振り子とは、図８で示したように、下端部に錘が固定された吊り部材が１つの回転連結部で構造体に回転可能に連結されている振り子を意味し、図７で示したような、複数の回転連結部を有する平行振り子とは異なる。言い換えれば、単振り子とは、ある方向に錘が揺動するときの回転軸線（例えば、図３（ｂ）の回転軸線Ｖ）が１つしか存在しない振り子を意味する。
よって、アクティブマスダンパー７０、７２、７４、７６の振り子は、錘１８が揺動するときの回転軸線Ｖが１つしか存在しない単振り子となっている。

図９に示すアクティブマスダンパー７０では、図３（ａ）で示した吊り部材３２を対向して２つ配置し、それぞれの回転部３６を架構１６に回転可能に連結させている。そして、回転軸４６を介して軸受け部材４０Ａ、４０Ｂに回転部３６を連結している２つの連結機構により１つの回転連結部を構成している。

図１０に示すアクティブマスダンパー７２では、図３（ａ）で示した吊り部材３２を対向して２つ配置し、それぞれの回転部３６を架構１６に回転可能に連結させている。そして、回転軸４６を介して、一方の軸受け部材４０Ａ、４０Ｂに回転部３６を連結している連結機構と、軸部材７８を介して、他方の軸受け部材４０Ａ、４０Ｂに回転部３６を連結している連結機構との２つの連結機構により１つの回転連結部を構成している。アクティブマスダンパー７２では、右側に配置されている吊り部材３２の回転部３６に回転ベアリング４２が取り付けられており、この回転ベアリング４２を貫通する軸部材７８の両端が軸受け部材４０Ａ、４０Ｂに固定されている。

図１１に示すアクティブマスダンパー７４では、図３（ａ）で示した吊り部材３２を対向して２つ配置し、それぞれの回転部３６を架構１６に回転可能に連結させている。アクティブマスダンパー７４では、２つのモーター４４がベースプレート３０の下面に取り付けられており、それぞれのモーター４４の回転軸４６を介して軸受け部材４０Ａ、４０Ｂにそれぞれの回転部３６を連結している。そして、回転軸４６を介して軸受け部材４０Ａ、４０Ｂに回転部３６を連結している２つの連結機構により１つの回転連結部を構成している。

図１２に示すアクティブマスダンパー７６では、図３（ａ）で示した吊り部材３２を対向して３つ配置し、それぞれの回転部３６を架構１６に回転可能に連結させている。そして、左側に配置された軸受け部材４０Ａ、４０Ｂに軸部材７８を介して回転部３６を連結している連結機構と、右側に配置された軸受け部材４０Ａ、４０Ｂに軸部材７８を介して回転部３６を連結している連結機構と、中央付近に配置されたモーター４４の回転軸４６に回転部３６を固定し連結している連結機構との３つの連結機構により１つの回転連結部を構成している。

アクティブマスダンパー７６では、左右側に配置されている吊り部材３２の回転部３６に回転ベアリング４２が取り付けられており、この回転ベアリング４２を貫通する軸部材７８の両端が軸受け部材４０Ａ、４０Ｂに固定されている。

図１１のアクティブマスダンパー７４では、２つのモーター４４によって駆動力を発生させることができるので、個々のモーター４４を小さな容量のモーターにすることができる。また、図１２のアクティブマスダンパー７６では、モーター４４の回転軸４６が負担する錘１８の鉛直荷重を低減することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態で説明した駆動手段を油圧シリンダーにしたものである。したがって、第２の実施形態の説明において第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に適宜省略して説明する。

図１３に示すように、第２の実施形態のアクティブマスダンパー８８では、吊り部材３２の回転部３６に回転ベアリング４２が取り付けられており、この回転ベアリング４２を貫通する軸部材７８の両端が軸受け部材４０Ａ、４０Ｂに固定されている。この連結機構は、図１０で示した、右側に配置した、吊り部材３２のベースプレート３０への連結機構と同様である。

ベースプレート３０の水平方向右端部の下面に設けられたブラケット８２と、吊り部材３２の角パイプ３８Ｂの回転部３６付近に設けられたブラケット８４とに伸縮可能なアーム部材としての油圧シリンダー８０が回転可能に連結されている。すなわち、油圧シリンダー８０が、吊り部材３２と架構１６とに回転可能に連結されている。

そして、油圧シリンダー８０のロッド８６の伸縮により吊り部材３２に回転連結部（軸部材７８の材軸）回りの回転力を付与し、この回転力（駆動力）によって錘１８を揺動する。

次に、本発明の第２の実施形態の作用及び効果について説明する。

図１３に示すように、錘１８を揺動させるために回転連結部（軸部材７８の材軸）回りに作用させるモーメントは、油圧シリンダー８０のロッド８６が吊り部材３２の角パイプ３８Ｂに連結されている位置から回転連結部までの距離に、油圧シリンダー８０から発生させる力を掛けた値になる（てこの原理）ので、油圧シリンダー８０のロッド８６が吊り部材３２の角パイプ３８Ｂに連結されている位置から回転連結部までの距離を大きくすることにより、作用させる力の小さい油圧シリンダー８０を用いることができる。

以上、本発明の第２の実施形態について説明した。

なお、第２の実施形態では、駆動手段を油圧シリンダー８０とした例を示したが、伸縮可能なアーム部材であればよい。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態は、第２の実施形態で説明した油圧シリンダー８０のロッド８６を、吊り部材３２の回転部３６の上端部に連結したものである。したがって、第３の実施形態の説明において第２の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に適宜省略して説明する。

図１４に示すように、第３の実施形態のアクティブマスダンパー９０では、軸部材７８の材軸から回転部３６の上端部までの長さが図１３の場合よりも大きくなっている。移動手段（駆動手段）としての油圧シリンダー８０のロッド８６は、吊り部材３２を架構１６に回転可能に連結する回転連結部（軸部材７８の材軸）から離れた位置である吊り部材３２の回転部３６の上端部に回転可能に連結されている。

そして、油圧シリンダー８０のロッド８６の伸縮により回転部３６の上端部を横移動させ、これによって、吊り部材３２に回転連結部（軸部材７８の材軸）回りの回転力を付与し、この回転力（駆動力）によって錘１８を揺動する。

次に、本発明の第３の実施形態の作用及び効果について説明する。

図１４に示すように、錘１８を揺動させるために回転連結部（軸部材７８の材軸）回りに作用させるモーメントは、油圧シリンダー８０のロッド８６と吊り部材３２の回転部３６の上端部との連結部から回転連結部（軸部材７８の材軸）までの距離に、油圧シリンダー８０から発生させる力を掛けた値になる（てこの原理）ので、油圧シリンダー８０のロッド８６と吊り部材３２の回転部３６の上端部との連結部から回転連結部までの距離を大きくすることにより、作用させる力の小さい油圧シリンダー８０を用いることができる。

例えば、駆動手段にモーターを用いたアクティブマスダンパーによって建築物の長周期の揺れを低減させる場合、低速で高トルクの減速機を製作する必要があるが、このような減速機は大型になるので製作が困難となる。これに対して、第３の実施形態のアクティブマスダンパー９０では、「てこの原理」により、小型の駆動手段（油圧シリンダー等）を用いることができるので、コンパクトなアクティブマスダンパーを構成することができる。

以上、本発明の第３の実施形態について説明した。

なお、第３の実施形態では、移動手段を油圧シリンダー８０とした例を示したが、吊り部材３２を架構１６に回転可能に連結する回転連結部（軸部材７８の材軸）から離れた位置である吊り部材３２の上端部を横移動させることができるものであればよい。例えば、図１５、及び図１５のＣ−Ｃ矢視図である図１６のようにしてもよい。

図１５のアクティブマスダンパー１０８では、図３（ａ）で示した吊り部材３２を対向して２つ配置し、それぞれの回転部３６を架構１６に回転可能に連結させている。
モーター４４の回転軸４６には雄ネジ部９６が形成されており、角柱状の移動部材９４に形成された雌ネジ部９８に雄ネジ部９６が螺合されている。

移動部材９４の両側面にはこの両側面から水平に張り出す円柱状の棒部材１００が固定されている。回転部３６には上下方向に延びる長穴１０２が形成されており、この長穴１０２に棒部材１００が挿入されている。

さらに、移動部材９４の上面には誘導部材１０４が設けられており、ベースプレート３０の下面と平行に配置されたガイドレール１０６が誘導部材１０４に形成された誘導穴に挿入されている。ガイドレール１０６と誘導部材１０４の誘導穴との間に生じる摩擦力は出来るだけ小さい方が好ましい。

モーター４４の回転軸４６を回転させると、ガイドレール１０６が挿入された誘導部材１０４によって移動部材９４の回転が拘束されるので、移動部材９４は回転軸４６の材軸方向へ移動する。これにより、吊り部材３２の上端部を横移動させることができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

第４の実施形態は、第２の実施形態で説明した吊り部材３２を、架構１６に自在継ぎ手（ユニバーサルジョイント）によって連結したものである。したがって、第４の実施形態の説明において第２の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に適宜省略して説明する。

図１７（ａ）の正面図、及び図７（ａ）のＤ−Ｄ矢視図である図７（ｂ）に示すように、第４の実施形態のアクティブマスダンパー１１０では、図３（ａ）で示した吊り部材３２を平面視にて直交させて十字状に配置し、柱部材１１２の先端に球体１１４を設けた構成の回転部３６の球体１１４をベースプレート３０の下面に固定されている支持部材１１６に回転可能に嵌め込んで、ベースプレート３０に吊り部材３２を回転可能に連結させている。

すなわち、柱部材１１２の先端に球体１１４を設けた構成の回転部３６と、球体１１４が嵌め込まれた支持部材１１６によって、自在継ぎ手１１８の機構が構成されている。また、油圧シリンダー８０は、２つ設けられている。

次に、本発明の第４の実施形態の作用及び効果について説明する。

図１７に示すように、第４の実施形態のアクティブマスダンパー１１０では、吊り部材３２が、架構１６に設けられた自在継ぎ手１１８によってこの架構１６に回転可能に連結されているので、１つのアクティブマスダンパー１１０だけで、平面視にて直交する２方向に対して水平方向の制御力を作用させることができる。

以上、本発明の第１〜第４の実施形態について説明した。

なお、第１〜第４の実施形態では、アクティブマスダンパー４８、７０、７２、７４、７６、８８、９０、１０８、１１０を建築物１２の屋上階１４に設置した例を示したが、アクティブマスダンパーは建築物のどの階に設置してもよい。
また、大地震が発生したときに錘１８の揺動を拘束する安全装置を設けてもよい。

また、第１〜第４の実施形態で説明したアクティブマスダンパー４８、７０、７２、７４、７６、８８、９０、１０８、１１０は、再現期間１年程度の風荷重（１年間に少なくとも１回は超える可能性がある風荷重の最大値）や中小規模の地震に対して特に有効となる制振技術であり、そのような状況下において建築物の居住性向上に優れた効果を発揮する。

１２建築物（構造物）
１６架構（構造体）
１８錘
３２吊り部材
４４モーター（駆動手段）
４８、７０、７２、７４、７６、８８、９０、１０８、１１０アクティブマスダンパー
５０センサー（振動計測手段）
５２制御装置（演算手段）
８０油圧シリンダー（アーム、移動手段）
９４移動部材（移動手段）
１１８自在継ぎ手

Claims

構造物に設置された構造体と、
下端部に錘が固定され、前記構造体に回転可能に連結され吊り下げられて単振り子を構成する吊り部材と、
前記錘を揺動させる駆動手段と、
を有するアクティブマスダンパー。
前記構造物に発生する振動を計測する振動計測手段と、
前記振動計測手段により計測された振動に基づいて、前記構造物に作用させる制御力を求める演算手段と、
を有し、
前記駆動手段は、駆動力を発生させて前記錘を揺動し前記構造物に前記制御力を作用させる請求項１に記載のアクティブマスダンパー。
前記駆動手段は、前記構造体に取り付けられ前記吊り部材に回転力を付与するモーターである請求項２に記載のアクティブマスダンパー。
前記駆動手段は、前記吊り部材と前記構造体とに回転可能に連結され伸縮可能なアーム部材である請求項２に記載のアクティブマスダンパー。
前記吊り部材は、前記構造体に設けられた自在継ぎ手によって該構造体に回転可能に連結されている請求項４に記載のアクティブマスダンパー。
前記駆動手段は、前記吊り部材を前記構造体に回転可能に連結する回転連結部から離れた該吊り部材の端部を横移動させる移動手段である請求項２に記載のアクティブマスダンパー。
前記構造体は、前記構造物の最上階に設けられている請求項１〜６の何れか１項に記載のアクティブマスダンパー。
請求項１〜７の何れか１項に記載のアクティブマスダンパーを有する建築物。