JP2011012739A

JP2011012739A - 制震装置及び制震装置の諸元設定方法

Info

Publication number: JP2011012739A
Application number: JP2009156786A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Ishimaru; 辰治石丸; Takeshi Furuhashi; 剛古橋; Ippei Hata; 一平秦; Masayuki Kuzuka; 正行公塚
Original assignee: Nihon University; I2S2 KK
Current assignee: Nihon University; I2S2 KK
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: JP5358322B2

Abstract

【課題】回転慣性質量ダンパーを備える制震装置の性能を向上させて、構造物を効果的に制震する。
【解決手段】ω/ωd＜１．０とし、且つ倍率αｍが１よりも大きくなるように、回転慣性質量ダンパー２００及びバネ４００の諸元を設定することで、回転慣性質量ｍｄが増幅される。言い換えると、回転慣性質量による外力に対する抵抗（ダイナミックマス効果）が増幅される。よって、小さな質量体１７８で大きな回転慣性質量が得れるので、構造物１０が効果的に制震される。
【選択図】図９

Description

本発明は、制震装置及び制震装置の諸元設定方法に関する。

回転慣性質量を利用した回転慣性質量ダンパーを用いて構造物を制震することが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。

また、回転慣性質量ダンパーと直列に付加バネを設置し、回転慣性質量と付加バネとにより定まる固有振動数を、構造物の固有振動数に同調するように、回転慣性質量ダンパーと付加バネの諸元を設定することによって、この固有振動数における構造物の応答を低減させることが提案されている（例えば、特許文献３を参照）。

特開２００６−１２５１１０号公報特開２００８−００２１６５号公報特開２００８−１３３９４７号公報

回転慣性質量ダンパーを備える制震装置の性能を向上させて、構造物を効果的に制震することが望まれている。

本発明は、上記を考慮し、回転慣性質量ダンパーを備える制震装置の性能を向上させて、構造物を効果的に制震することが目的である。

請求項１の発明は、外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置であって、前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーとバネとを直列に配置し、前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、前記構造物の固有円振動数をωとし、前記回転慣性質量の倍率をαｍとすると、ω／ωｄ＜１、且つ、減衰定数に応じて、αｍ＞１、となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定されている。

請求項１の発明では、ω／ωｄ＜１、且つ、減衰定数に応じて、αｍ＞１となるように、回転慣性質量ダンパー及びバネの諸元が設定されている。

回転慣性質量ダンパーの荷重変形履歴は、ω／ωｄ＝１．０を境に回転慣性質量ダンパーの入力に対する位相が入れ替わる。つまり、傾きが負から正へ反転する。回転慣性質量は、加速度に対する値であるので、回転慣性質量ダンパーが外力に対して抵抗を持つためには傾きが負となる必要がある。よって、ω／ωｄ≧１の場合は、回転慣性質量による慣性抵抗が生じない。

したがって、回転慣性質量による制震効果を得るためには、ω／ωｄ＜１とする必要がある。また、回転慣性質量を増幅させるためには、倍率αｍをαｍ＞１とする必要がある。更に、減衰定数によってαｍ＞１となる範囲が異なる。

よって、ω／ωｄ＜１、且つ、減衰定数に応じて、αｍ＞１となるように、回転慣性質量ダンパー及びバネの諸元を設定することによって、回転慣性質量が増幅される。言い換えると、小さな質量体で大きな回転慣性質量が得られる。このように、制震装置の性能が向上するので、構造物が効果的に制震される。

請求項２の発明は、前記回転慣性質量の倍率αｍが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定されている。

請求項２の発明では、回転慣性質量ダンパーの回転慣性質量の倍率が最大となるので、更に効果的に制震される。

請求項３の発明は、外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置であって、前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーとバネとを直列に配置し、前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、前記構造物の固有円振動数をωとし、前記バネのバネ剛性の倍率をγｋとすると、ω／ωｄ＞１、且つ、減衰定数に応じて、γｋ＞１、となるように前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定されている。

請求項３の発明では、ω／ωｄ＞１、且つ、減衰定数に応じて、γｋ＞１、となるように前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定されている。

バネの荷重変形履歴は、ω／ωｄ＝１．０を境にバネの入力に対する位相が入れ替わる。つまり、傾きが負から正へ反転する。バネが外力に対して抵抗を持つためには傾きが正となる必要がある。よって、ω／ωｄ≦１の場合は、バネのバネ剛性による抵抗が生じない。

したがって、バネによる制震効果を得るためには、ω／ωｄ＞１とする必要がある。また、バネのバネ剛性を増幅させるためには、倍率γｋをγｋ＞１とする必要がある。更に減衰定数よって、γｋ＞１となる範囲が異なる。

よって、ω／ωｄ＞１、且つ、減衰定数に応じて、γｋ＞１となるように、回転慣性質量ダンパー及びバネの諸元を設定することによって、バネのバネ剛性が増幅される。言い換えると、バネ剛性の小さなバネで大きなバネ剛性が得られる。このように、制震装置の性能が向上するので、構造物が効果的に制震される。

請求項４の発明は、前記バネのバネ剛性の倍率γｋが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定されている。

請求項４の発明では、バネのバネ剛性の倍率が最大となるので、更に効果的に制震される。

請求項５の発明は、外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置であって、前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーと減衰ダンパーとを並列に配置すると共に、並列に配置された前記回転慣性質量ダンパー及び前記減衰ダンパーとバネとを直列に配置し、前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、前記構造物の固有円振動数をωとし、前記減衰ダンパーの減衰係数の倍率をαｃとすると、ω／ωｄ＜１、且つ、減衰定数に応じて、αｃ＞１、となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定されている。

請求項５の発明では、ω／ωｄ＜１、且つ、減衰定数に応じて、αｃ＞１、となるように、回転慣性質量ダンパー及びバネの諸元が設定されている。

減衰係数の倍率αｃとω／ωｄとの関係において、倍率αｃのピーク値は、減衰定数（減衰係数と臨界減衰係数の比）ｈｄが大きくなるにしたがって、ω／ωｄ＝１よりも小さくなっていく（ω／ωｄ＜１の範囲でピーク値となる）。

したがって、ω／ωｄ＜１、且つ、減衰定数に応じて、αｃ＞１となるように、回転慣性質量ダンパー及びバネの諸元を設定することによって、減衰ダンパーの減衰係数が増幅され、言い換えると、小さな減衰係数の減衰ダンパーで大きな減衰係数が得られる。このように制震装置の性能が向上するので、構造物が効果的に制震される。

請求項６の発明は、前記減衰係数の倍率αｃが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定されている。

請求項６の発明では、減衰係数の倍率αｃが最大となるので、更に効果的に制震される。

請求項７の発明は、外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置であって、前記第一部位に一端部が連結され他端部に開口部が形成された外筒と、前記外筒の中に、軸方向に移動可能、且つ軸回りに回転しないように設けられた移動部と、前記外筒の中における前記移動部よりも他端部側に設けられた当接部と前記移動部との間に配置され、前記移動部と前記当接部とに当接し、前記移動部の軸方向の移動に伴い伸縮するコイル状のバネと、前記移動部に設けられると共にコイル状の前記バネの中を軸方向に沿って他端部側に延在する軸体と、前記外筒の他端部に形成された前記開口部から前記外筒内のコイル状の前記バネの中に一端部側が挿入され且つ他端部が前記第二部位に連結された内筒と、前記内筒の中に軸回りに回転可能に保持されると共に前記軸体が挿入される回転体と、前記軸体の外周面と前記回転体の内周面とに設けられ前記軸体の軸方向の直線変位を前記回転体の軸周りの回転変位に変換する螺合手段と、前記回転体と一体となって軸周りに回転する質量体と、を有する回転慣性質量ダンパーと、を備えている。

請求項７の発明では、回転慣性質量ダンパーを構成する内筒、回転体、及び軸体が、コイル状のバネの中を軸方向に移動する。したがって、回転慣性質量ダンパーとバネとを単純に軸方向に連結した場合と比較し、制震装置における回転慣性質量及びバネとで構成されている部位の軸方向の全長が短くなる。

請求項８の発明は、外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置の諸元設定方法であって、前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーとバネとを直列に配置し、前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、前記構造物の固有円振動数をωとし、前記回転慣性質量の倍率をαｍとすると、ω／ωｄ＜１、且つ、減衰定数に応じて、αｍ＞１、となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する。

請求項８の発明では、ω／ωｄ＜１、且つ、減衰定数に応じて、αｍ＞１となるように、回転慣性質量ダンパー及びバネの諸元を設定する。

請求項９の発明は、前記回転慣性質量の倍率αｍが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する。

請求項９の発明では、回転慣性質量ダンパーの回転慣性質量の倍率が最大となるので、更に効果的に制震される。

請求項１０の発明は、外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置の諸元設定方法であって、前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーとバネとを直列に配置し、前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、前記構造物の固有円振動数をωとし、前記バネのバネ剛性の倍率をγｋとすると、ω／ωｄ＞１、且つ、減衰定数に応じて、γｋ＞１、となるように前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する。

請求項１０の発明では、ω／ωｄ＞１、且つ、減衰定数に応じて、γｋ＞１、となるように前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する。

したがって、バネによる制震効果を得るためには、ω／ωｄ＞１とする必要がある。また、バネのバネ剛性を増幅させるためには、倍率γｋをγｋ＞１とする必要がある。更に、減衰定数によってγｋ＞１となる範囲が異なる。

請求項１１の発明は、前記バネのバネ剛性の倍率γｋが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する。

請求項１１の発明では、バネのバネ剛性の倍率が最大となるので、更に効果的に制震される。

請求項１２の発明は、外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置の諸元設定方法であって、前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーと減衰ダンパーとを並列に配置すると共に、並列に配置された前記回転慣性質量ダンパー及び前記減衰ダンパーとバネとを直列に配置し、前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、前記構造物の固有円振動数をωとし、前記減衰ダンパーの減衰係数の倍率をαｃとすると、ω／ωｄ＜１、且つ、減衰定数に応じて、αｃ＞１、となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する。

請求項１２の発明では、ω／ωｄ＜１、且つ、減衰定数に応じて、αｃ＞１、となるように、回転慣性質量ダンパー及びバネの諸元を設定する。

請求項１３の発明は、前記減衰係数の倍率αｃが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する。

請求項１３の発明では、減衰係数の倍率αｃが最大となるので、更に効果的に制震される。

請求項１に記載の発明によれば、本構成を適用しない場合と比較し、回転慣性質量ダンパーの回転慣性質量が増幅され、制震装置の性能が向上するので、構造物を効果的に制震することができる。

請求項２に記載の発明によれば、回転慣性質量が増幅される倍率が最大であるので、構造物を更に効果的に制震することができる。

請求項３に記載の発明によれば、本構成を適用しない場合と比較し、バネのバネ剛性が増幅され、制震装置の性能が向上するので、構造物を効果的に制震することができる。

請求項４に記載の発明によれば、バネのバネ剛性が増幅される倍率が最大であるので、構造物を更に効果的に制震することができる。

請求項５に記載の発明によれば、本構成を適用しない場合と比較し、減衰ダンパーの減衰係数が増幅され、制震装置の性能が向上するので、構造物を効果的に制震することができる。

請求項６に記載の発明によれば、減衰ダンパーの減衰係数が増幅される倍率が最大であるので、構造物を更に効果的に制震することができる。

請求項７に記載の発明によれば、回転慣性質量ダンパーとバネと単純に軸方向に連結した場合と比較し、制震装置における回転慣性質量とバネとで構成された部位の軸方向の全長を短くすることができる。

請求項８に記載の発明によれば、本諸元設定方法を適用しない場合と比較し、回転慣性質量ダンパーの回転慣性質量が増幅され、制震装置の性能が向上するので、構造物を効果的に制震することができる。

請求項９に記載の発明によれば、回転慣性質量が増幅される倍率が最大であるので、構造物を更に効果的に制震することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、本諸元設定方法を適用しない場合と比較し、バネのバネ剛性が増幅され、制震装置の性能が向上するので、構造物を効果的に制震することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、バネのバネ剛性が増幅される倍率が最大であるので、構造物を更に効果的に制震することができる。

請求項１２に記載の発明によれば、本諸元設定方法を適用しない場合と比較し、減衰ダンパーの減衰係数が増幅され、制震装置の性能が向上するので、構造物を効果的に制震することができる。

請求項１３に記載の発明によれば、減衰ダンパーの減衰係数が増幅される倍率が最大であるので、構造物を更に効果的に制震することができる。

本発明の実施形態に係る制震装置のモデル図である。本発明の実施例の制震装置を示す軸方向に沿った断面図である。本発明の実施例の制震装置の断面斜視図である。本発明の実施例の制震装置が構造物を構成する架構に設けられている状態を示す正面図である。（Ａ）は、図４の状態から構造物が右側へ水平移動した状態の図あり、（Ｂ）は図４の状態から構造物が左側へ水平移動した状態の図ある。制震装置の回転慣性質量ダンパーの回転慣性質量及びバネのバネ剛性の応答変位と時間との関係を示すグラフである。回転質量ダンパーの荷重曲線とω／ωｄとの関係を示すグラフである。回転質量ダンパーの荷重曲線とω／ωｄとの関係における等価な剛性の例を示すグラフである。回転慣性質量の倍率αｍとω／ωｄとの関係を示すグラフである。バネのバネ剛性の倍率γｋとω／ωｄとの関係を示すグラフである。減衰係数の倍率αｃとω／ωｄとの関係を示すグラフである。図１１のグラフを書き直したグラフである。図１２を拡大したグラフである。

図１〜図５を用いて、本発明の実施形態の係る制震装置について説明する。
図１に示すモデル図のように、本発明の制震装置１００は、構造物の任意の層に、層間変位が生じた際に軸方向の移動を質量体の回転運動に変換し回転慣性質量ｍｄを生じさせ回転慣性質量ダンパー２００とバネ剛性Ｋｄのバネ４００を直列に配置した構成とされている。

なお、回転慣性質量ダンパー２００に対して並列に配置されている減衰係数Ｃｄの減衰ダンパー３００は、後述するように原理的に必要であるが、回転慣性質量ダンパー２００の質量体を回転させる機構等の各種抵抗やグリスによる粘性抵抗などで必ず発生するので、必ずしも減衰ダンパー３００を付加する必要はない。なお、減衰ダンパー３００を付加する場合、回転慣性質量ダンパー２００に一体的に組み込まれていてもよい。

回転慣性質量ダンパー２００の構成（構造）は特に限定されるものではなく、所望の形式、特性のものを任意に採用すればよい。

つぎに、この図１に示すモデル図の制震装置１００の構造を、実施例を挙げてより具体的に説明する。なお、実施例の制震装置１００は、一例であって、この実施例の構造に限定されるものではない。例えば、特開２００６−１２５１１０号公報及び特開２００８−００２１６５号公報に記載の回転慣性質量ダンパーも本発明に適用可能である。また、回転慣性質量ダンパーの原理は、特開２００６−１２５１１０号公報及び特開２００８−００２１６５号公報に記載されている原理と同様である。

図４に示すように、構造物１０を構成する左側の柱２０Ｌ、右側の柱２０Ｒ、上梁２２Ａ、及び下梁２２Ｂで構成された架構２４内に、制震装置１００Ｌと制震装置１００Ｒとが左右に並んで配設されている。また、左側の制震装置１００Ｌと右側の制震装置１００Ｒとは、架構２４内に左右対称に配置されている。

具体的には、制震装置１００Ｌは、一端部が上梁２２Ａの略中央部分に取り付けられた回転支承３０に回転可能に連結され、他端部が下梁２２Ｂと柱２０Ｌとの隅部に取り付けられた回転支承４０Ｌに回転可能に連結されている。制震装置１００Ｒは、一端部が上梁２２Ａの略中央部分に取り付けられた回転支承３６に回転可能に連結され、他端部が下梁２２Ｂと柱２０Ｒとの隅部に取り付けられた回転支承４０Ｒに回転可能に連結されている。

なお、以降、左右を区別する必要がある場合は、符号の後にＬ，Ｒのいずれかを付し、区別する必要がない場合は、Ｌ，Ｒを省略する。

また、この図４のような制震装置の設置（配置）は一例であって、架構２４の水平方向の変形（図５（Ａ）と図５（Ｂ）を参照）を抑制できれば、どのように設置（配置）してもよい。更に、構造物１０のいずれの層（階）の架構に設置してもよい。また、架構以外の部位に設置してもよい。つまり、構造物１０が地震などの外乱によって相対移動する第一部位と第二部位との間に制振装置１００を設けることによって、制震効果が得られるように設置すればよい。また、特開２００８−００２１６５号公報に記載されているようにトグル機構を適用してもよい。

つぎに、制震装置１００について詳しく説明する説明する。なお、左右の制震装置１００Ｒ，１００Ｌは同じ構造であるので、ＬＲを省略して説明する。

図２と図３とに示すように、実施例の制震装置１００は、外筒１１０と内筒１４０とを有し、外筒１１０の中に内筒１４０が挿入されている。なお、内筒１４０は外筒１１０の開口部１１２から挿入され、外筒１１０の中を軸方向に沿って移動可能となっている。

外筒１１０の開口部１１２と反対側の端部には軸方向に沿って延びるアーム１２０が設けられ、アーム１２０の端部が回転支承３０に回転可能に連結されている（図４を参照）。

内筒１４０の外筒１１０への挿入側と反対側の端部には軸方向に沿って延びるアーム１９０が設けられ、アーム１９２の端部が回転支承４０に回転可能に連結されている（図４を参照）。

外筒１１０の中には軸方向に沿って移動可能に円盤１８０が設けられている。円盤１８０の側壁には軸方向に沿ってリブ１８２が形成されている。外筒１１０の内壁面１１０Ａには、円盤１８０のリブ１８２が係合する凹溝１１５が軸方向に沿って形成されている。よって、円盤１８０は軸回りに回転することなく外筒１１０の中を軸方向に移動可能な構成となっている。なお、円盤１８０には小径部１８６が形成されている。

外筒１１０の開口部１１２にはフランジ１１４が形成されている。そして、フランジ１１４と円盤１８０との間にコイル状のバネ（コイルバネ）４００が配置されている。また、このバネ４００の両端部は、円盤１８０とフランジ１１４とに当接している。なお、バネ４００の一方の端部は、円盤１８０の小径部１８６と外筒１１０の内壁面１１０Ａとの間に嵌め込まれている。

円盤１８０の中心部にはシャフト１６０が設けられている。シャフト１６０は、バネ４００中を開口部１１２に向けて軸方向に沿って延在している。

内筒１４０は、回転体保持部１４２及び連結部１４４で構成されている。回転体保持部１４２が外筒１１０に挿入され、連結部１４４が前述したアーム１９０に連結されている。

内筒１４０の回転体保持部１４２の中には、回転体１５０が軸回りに回転可能に保持されている。なお、回転体保持部１４２の内周面１４２Ａと回転体１５０の外周面１５０Ａと間には、ボール１７２が設けられている。なお、回転保持部１４２と回転体１５０との隙間に設けられている（或いは、設けてもよい）粘性体（粘性液）３０２については、後述する。

回転体１５０の一端側の先端部１５２は、回転体保持部１４２の外筒１１０に挿入されている側の開口部１４６から露出している。また、回転体１５０の他端部側は、回転体保持部１４２の外筒１１０に挿入されていない側の開口部１４８から露出し、他端部にフランジ部１５４が形成される。そして、この他端部のフランジ部１５４は、後述する連結部１４４の端部に形成された凹部１４５に嵌め込まれている。よって、回転体１５０は、内筒１４０（回転体保持部１４２）に対して軸方向に相対移動することなく軸回りに回転する構造となっている。また、回転体１５０の内部は空洞なっている（回転体１５０は中空構造となっている）。

前述した円盤１８０に設けられたシャフト１６０の外周面には、雌ネジ溝１６２が形成されている。この雌ネジ溝は回転体１５０の先端部１５２の貫通孔１５１に挿入されている。そして、回転体１５０の先端部１５２の貫通孔１５１の内周面には、雌ネジ溝１６２が螺合する雄ネジ溝（図示略）が形成されている。よって、シャフト１６０が回転体１５０の先端部１５２を軸方向に移動すると。回転体１５０が軸回りに回転する構造となっている。

内筒１４０の回転体保持部１４２の開口部１４８から露出した回転体１５０に外周面には、回転体１５０よりも大径の質量体１７８が設けられている。よって、質量体１７８は回転体１５０と一体となって回転する。そして、連結部１４４は、この質量体１７８の外側を囲うように（干渉しないよう）、側面視略四角枠状に形成されている（図４も参照）。

なお、シャフト１６０、内筒１４０、回転体１５０、及び質量体１７８が回転慣性質量ダンパー２００を構成する。

また、回転体１５０の軸心、円盤１８０の軸心、質量体１７８の軸心、シャフト１６０の軸心は同一軸線上にある。また、これらが回転慣性質量ダンパー２００の軸心であると共に、コイル状のバネ４００のコイル中心（軸心）とも一致する。

ここで、前述したように、内筒１４０の回転体保持部１４２と回転体１５０との間（ボール１７２が設けられている間）にオイルなどの粘性体（粘性液）３０２を入れ減衰ダンパー（オイルダンパー）３００を備える構造としてもよい（回転慣性質量ダンパーと減衰ダンパー（オイルダンパー）とが一体的に構成されたダンパーであってもよい）。なお、粘性体３０２は、オイルシール（図示略）等で封止され、漏れ出ない構造となっている。

つぎに、本実施例の制震装置１００の動作について説明する
図５（Ａ）に示すように、地震動等の振動（外乱）により、構造物１０が右側へ水平移動すると、架構２４が右方向へ水平変形（平行四辺形状に変形）する。すなわち、上梁２２Ａが右側に水平移動する（上梁２２Ａと下梁２２Ａとが相対移動する）。

よって、架構２４内において、回転支承３０と回転支承４０Ｌとの距離が長くなり、回転支承３０と回転支承４０Ｌとの距離が短くなる。このように回転支承３０と回転支承４０Ｌ，４０Ｒとの距離の変化によって、制震装置１００Ｌは全長が伸長し、制震装置１００Ｒは全長が収縮する。

また、図５（Ｂ）に示すように、構造物１０が左側へ水平移動すると、架構２４が左方向へ水平変形（平行四辺形状に変形）する。すなわち、上梁２２Ａが左側に水平移動する（上梁２２Ａと下梁２２Ａとが相対移動する）。

よって、架構２４内において、回転支承３０と回転支承４０Ｌとの距離が短くなり、回転支承３０と回転支承４０Ｒとの距離が長くなる。このように回転支承３０と回転支承４０Ｌ，４０Ｒとの距離の変化によって、制震装置１００Ｒは全長が収縮し、制震装置１００Ｌは全長が伸長する。

よって、地震等の外乱（振動）によって、架構２４が左右に振動すると回転支承３０と回転支承４０Ｒ，４０Ｌとの距離が変化し、制震装置１００の全長が伸縮する。

この伸縮（全長の変化）により、円盤１８０が軸方向に移動する。円盤１８０の軸方向の移動によって、コイル状のバネ４００が伸縮する。また、回転体１５０が軸周りに回転し回転体１５０と一体となった質量体１７８が軸回りに回転する（回転体１５０と質量体１７８とが一体となって回転する）。

つぎに、回転慣性質量が増幅された制震装置、及び回転慣性質量ｍｄの倍率αｍを大きくする第一の諸元設定方法について説明する。

制震装置１００の質量体１７８が回転することによって発生する回転慣性質量ｍｄとバネ４００とにより定まる固有円振動数をωｄとし、

構造物１０の固有円振動数（図５（Ａ）と図５（Ｂ）とに示すように、架構２４が左右に振動（変形）する際の固有円振動数）をωとすると、

ω／ωｄ＜１、且つ、倍率αｍ＞１

となるように、回転慣性質量ダンパー２００とバネ４００の諸元（具体的には、バネ４００のバネ定数、バネ４００の全長、質量体１７８の重さ、質量体１７８の直径、質量体１７８の回転量（軸方向の移動と回転量との比）等）を設定する。

ここで、図６は、制震装置１００の回転慣性質量ダンパー２００の回転慣性質量及びバネ４００のバネ剛性の応答変位と時間との関係を示すグラフである。なお、ＤＭＣ−Ｍの線が回転慣性質量ダンパー２００の回転慣性質量を指し、Ｋの線がバネ４００のバネ剛性を指す。また、図７と図８は回転質量ダンパー２００の荷重曲線とω／ωｄとの関係を示すグラフである。

図６〜図８に示すように、回転慣性質量ダンパー２００の入力に対する位相が、ω／ωｄ＝１．０を境に入れ替わる。つまり、傾きが負から正へ反転する。

回転慣性質量（ダイナミックマス（ＤＭ））ｍｄは、加速度に対する値であるので、回転慣性質量ｍｄが外力に対して抵抗を持つためには傾きが負となる必要がある。つまり、ω／ωｄ≧１では、回転慣性質量ｍｄによる外力に対する抵抗（ダイナミックマス効果）が得られない。言い換えると、回転慣性質量ｍｄによる抵抗（ダイナミックマス効果）を得るためには、ω/ωd＜１とすることが必要条件であることが判る。なお、ω／ωｄ＝１は、構造物１０と制震装置１００とを共振させた状態である。

ここで、倍率αｍについて説明する。
減衰のある場合の履歴から求まる等価剛性を制震装置１００の全長の最大変位点での剛性とし、回転慣性質量体（ダイナミックマス単体）の剛性との比を、減衰のある場合のダイナミックマスの倍率（質量体１７８によって発生する回転慣性質量ｍｄの倍率）と定義する。そして、倍率αｍを計算する式が、［数１］である。また、この［数１］をグラフ化したものが、図９のグラフである。

なお、各符号の意味は下記である。

：回転慣性質量の倍率

：直列したばねにより増幅された回転慣性質量

：回転慣性質量体（ダイナミックマス単体）の質量

：バネ剛性

：制震装置の固有円振動数

：構造物の固有円振動数

：位相角

：減衰定数（減衰係数と臨界減衰係数との比）

図９に示すように、ωｄ＝１．０の場合、倍率αｍは、−１．０となる。よって、前述したω/ωd＜１．０とし、且つ倍率αｍが１よりも大きくなるように、回転慣性質量ダンパー２００及びバネ４００の諸元を設定することで、回転慣性質量ｍｄが増幅される。言い換えると、回転慣性質量による外力に対する抵抗（ダイナミックマス効果）が増幅される。よって、小さな質量体１７８で大きな回転慣性質量が得られるので、構造物１０が効果的に制震される。

また、図９に示すように、減衰ダンパー３００の減衰係数Ｃｄの減衰定数ｈｄが大きいと、倍率αｍが抑えられている。よって、減衰定数ｈｄを小さくすることで、大きな効果が得られることが判る。

なお、αｍ＞１．０及びαｍが最大となるω／ωｄは、減衰定数ｈｄによって変わるので、ｈｄの値によって計算して決定すればよい。

例えは、ｈｄ＝０．２の場合は、αｍ＞１となるω／ωｄの範囲は、０．５４＜ω／ωｄ＜０．７４となる。また、ｈｄ＝０．０２の場合は、ω／ωｄ＝０．９７で、倍率αｍが最大となるので、最適とされる。なお、必ずしも倍率αｍが最大でなくとも、αｍが１よりも大きければよい。

なお、ｈｄ＝０の場合は、ω／ωｄ＝１で連続とならないで、発散してしまうので、ｈｄ＞０である必要がある（減衰が必要である）。しかし、減衰ダンパー３００（粘性体３０２）が組み込まれていない場合であっても、回転慣性質量ダンパー２００の質量体１７８を回転させる機構等の各種摩擦抵抗やグリスによる粘性抵抗などで必ず減衰が発生する。よって、必ずしも減衰ダンパー３００（粘性体３０２）が付加されている（組み込まれている）必要はない。

ここで、回転慣性質量ダンパー（回転慣性質量）を用いた構造物の制震効果として、入力低減効果による制震効果やモード制御による制震効果がある。そして、モード制御は構造物の振動モードを制御して、高次モードをなくすことによって、構造物を効果的に制震する技術である。

しかし、モード制御を行なうためには、構造物の質量よりも大きな回転慣性質量を発生させる必要がある。つまり大きくて重い質量体１７８が必要である。しかし、大きくて重い質量体１７８を備える構成とすると、設置スペースの増大や重い質量体１７８を支える制震装置１００全体の十分な強度が必要とされ（例えばアーム１２０、１９０の増大等）、実用上、障害が発生する場合がある。

しかし、本諸元の設定方法で設定された制震装置１００は、回転慣性質量（質量体１７８）を大きくすることなく、回転慣性質量（ダイナミックマス効果）を増幅させるので、モード制御を行なう際に非常に有効である。

つぎに、バネ剛性が増幅された制震装置、及びバネ４００バネ剛性Ｋｄの倍率γｋを大きくする第二の諸元設定方法について説明する。また、制震装置自体は同様の構成であるので、説明を省略する。

図６〜図７で説明したように、バネ４００への入力に対する位相がω／ωｄ＝１．０を境に入れ替わる。つまり、傾きが負から正へ反転する。バネ４００が外力に対して抵抗を持つためには傾きが正となる必要がある。つまり、ω／ωｄ≦１では、外力に対して抵抗が。言い換えると、バネ４００が外力に対して抵抗を持つためには、ω/ωd＞１とすることが必要条件であることが判る。

ここで、倍率γｋについて説明する。
すなわち、バネ４００のバネ剛性との比をバネ剛性の倍率γｋと定義する。そして、倍率γｋを計算する式が［数２］である。また、この［数２］をグラフ化したものが図１０のグラフである。

：減衰のある場合の制震装置１００の最大変形時と荷重の関係から求まる剛性が等価バネ剛性

なお、上記以外の各符号は、［数１］で説明したものと同様である。

この図１０のグラフを見ると判るように、ω／ωｄ＞１となるように、回転慣性質量ダンパー２００及びバネ４００の諸元を設定することで、γｋ＞１、すなわちバネ剛性Ｋｄの増幅効果が生じる。しかし、ω／ωｄを大きくしていくと、γｋは０に収束していく、つまり、γｋ≦１となる。よって、γｋ＞１となるω／ωｄの範囲となるように、回転慣性質量ダンパー２００及びバネ４００の諸元を設定する。

したがって、ω／ωｄ＞１、且つ、γｋ＞１となるように回転慣性質量ダンパー２００及びバネ４００の諸元を設定することによって、バネ４００のバネ剛性が増幅され、言い換えると、バネ剛性が小さなバネ４００で大きなバネ剛性が得られるので、構造物１０が効果的に制震される。

また、図１０に示すように、減衰ダンパー３００の減衰係数Ｃｄの減衰定数ｈｄが大きいと、倍率γｋが抑えられている。よって、減衰定数ｈｄを小さくすることで、大きな効果が得られることが判る。

なお、γｋ＞１．０及びγｋが最大となるω／ωｄは、減衰定数ｈｄによって変わるので、ｈｄの値によって計算して決定すればよい。

例えは、ｈｄ０．０１の場合は、１．０＜ω／ωｄ＜１．４１５で、γｋ＞１となる。また、ｈｄ＝０．０２の場合は、ω／ωｄ＝１．０３で、倍率γｋが最大となるので、最適とされる。なお、必ずしも倍率γｋが最大でなくとも、γｋが１よりも大きければよい。

つぎに、減衰ダンパー（オイルダンパー）３００の減衰係数Ｃｄが増幅された制震装置、及び減衰ダンパー（オイルダンパー）３００の減衰係数Ｃｄの倍率αｃを大きくする第三の諸元設定方法について説明する。また、制震装置自体は同様の構成であるので、説明を省略する。

倍率αｃについて説明する。
減衰のある場合の履歴面積から求まる等価な減衰係数を求め、減衰ダンパー３００単体（オイルダンパー単体）の場合の減衰係数との比を、減衰のある場合の減衰係数の倍率αｃと定義する。倍率αｃは、回転慣性質量ｍｄ（ダイナミックマス）の応答倍率の二乗となる。そして、倍率αｍを求める式が［数３］である。また、この［数３］をグラフ化したものが図１１である、

また、

：減衰のある場合の履歴面積から求まる等価な減衰係数

なお、上記以外の各符号は、［数１］及び［数２］で説明したものと同様である。

図１１に示すように、減衰係数Ｃｄの倍率αｃとω／ωｄとの関係において、倍率αｃのピーク値は、減衰定数ｈｄが大きくなるにしたがって、ω／ωｄ＝１よりも小さくなっていく（ω／ωｄ＜１の範囲でピーク値となる）。

したがって、ω／ωｄ＜１、且つ、αｃ＞１となるように諸元を設定することによって、減衰ダンパー３００の減衰係数Ｃｄが増幅され、言い換えると、小さな減衰係数Ｃｄの減衰ダンパー３００で大きな減衰係数が得られるので、構造物１０が効果的に制震される。

また、αｃ＞１．０及びαｃが最大となるω／ωｄは、減衰定数ｈｄによって変わるので、ｈｄの値によって計算して決定すればよい。

また、図１１のグラフを見ると判るように、減衰係数Ｃｄの減衰定数ｈｄを小さくすると、倍率αｃが大きくなる。

よって、ｈｄの値に応じて、倍率αｃと減衰ダンパー３００単体の減衰係数Ｃｄとの積が最大となるように、ω／ωｄを計算し、つまり最も増幅後の減衰係数Ｃｄが最も大きくなるように、回転慣性質量ダンパー、バネ、及び減衰ダンパーの諸元を決定すればよい。

より詳しく説明すると、ω／ωｄ＝１（共振点）では、

となる。
倍率αｃは減衰定数ｈｄの二乗に反比例して高まるので、前述したように、ω／ωｄ＝１付近（共振点付近）では、減衰係数Ｃｄを小さくした方が、倍率αｃを考えると大きな減衰係数を得ることになる。

そこで、図１１のグラフを描き直して、

を満足する

に対する増幅された等価減衰定数

の比率を求めると、図１２と図１３となる。なお、図１３は、図１２のグラフを拡大したグラフである。

この図１２、図１３のグラフをみると判るように、ω／ωｄ＝０．９５付近の場合は、減衰定数ｈｄ＝０．１０よりも、減衰定数ｈｄを半分にしたｈｄ＝０．０５の方が、より大きな等価減衰定数が

得られることが分かる。

この機構のように減衰係数Ｃｄを増幅させて使用する場合、ω／ωｄ＝０．９０〜０．９５で、ｈｄ＝０．０５〜０．１０が、効果的に減衰効果を得ることができる。

なお、第一の諸元設定方法（回転慣性質量の倍率αｍを増幅させる諸元設定方法）と第三の諸元設定方法（減衰係数の倍率αｃを増幅させる諸元設定方法）とは、両立が可能である。よって、増幅された回転慣性質量と増幅された減衰係数とで、更に効果的に構造物１０を制震することができる。また、このとき、増幅された回転慣性質量と増幅された減衰係数とで、最も効果的に制震効果を発揮するように、制震方法、構造物の構成、制震装置の設置方法などを考慮して、回転慣性質量ダンパー、バネ、及び減衰ダンパーの諸元を決定すればよい。

ここで、回転慣性質量ダンパーとバネとを直列に配置した制振装置における回転慣性質量の増幅現象、バネ剛性の増幅現象、及び減衰係数の増幅現象は、本発明者らが初めて発見し且つ理論化（数式化）したものである。また、実験によって理論が正しいことが確認されている。

また、［数１］〜［数３］は、あくまでも理論式であり、実際の設計においては、各種ノイズ等が加わるので、これらの数式から所望する諸元が外れることがある。よって、実際の設計においては、これらの数式を基準として、適宜調整（チューニング）すればよい。

なお、回転慣性ダンパー２００に対して直列に配置したバネ４００は、所定の変形量を超えると降伏し、鋼材系の弾塑性ダンパーとして機能するようになる。よって、このようにバネ４００を直列に配置する構成とすると、直地震動入力が想定より大きい場合にフェールセイフ機能を有する。

尚、本発明は上記実施形態に限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

１０構造物
２４架構
３０回転支承（第一部位）
４０Ｌ回転支承（第二部位）
４０Ｒ回転支承（第二部位）
１００制振装置
１１０外筒
１１４フランジ（当接部）
１４０内筒
１６０シャフト（軸体）
１７８質量体
１８０円盤（移動部）
２００回転慣性質量ダンパー
３００減衰ダンパー
４００バネ
１４２回転体
ｍｄ回転慣性質量
Ｃｄ減衰係数
Ｋｄバネ剛性

Claims

外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置であって、
前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーとバネとを直列に配置し、
前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、
前記構造物の固有円振動数をωとし、
前記回転慣性質量の倍率をαｍとすると、
ω／ωｄ＜１
且つ、
減衰定数ｈｄに応じて、
αｍ＞１となるように、
前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定された制震装置。
前記回転慣性質量の倍率αｍが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定された請求項１に記載の制震装置。
外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置であって、
前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーとバネとを直列に配置し、
前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、
前記構造物の固有円振動数をωとし、
前記バネのバネ剛性の倍率をγｋとすると、
ω／ωｄ＞１
且つ、
減衰定数に応じて、
γｋ＞１となるように、
前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定された制震装置。
前記バネのバネ剛性の倍率γｋが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定された請求項３に記載の制震装置。
外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置であって、
前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーと減衰ダンパーとを並列に配置すると共に、並列に配置された前記回転慣性質量ダンパー及び前記減衰ダンパーとバネとを直列に配置し、
前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、
前記構造物の固有円振動数をωとし、
前記減衰ダンパーの減衰係数の倍率をαｃとすると、
ω／ωｄ＜１
且つ、
減衰定数に応じて、
αｃ＞１となるように、
前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定された制震装置。
前記減衰係数の倍率αｃが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元が設定された請求項５に記載の制震装置。
外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置であって、
前記第一部位に一端部が連結され他端部に開口部が形成された外筒と、
前記外筒の中に、軸方向に移動可能、且つ軸回りに回転しないように設けられた移動部と、
前記外筒の中における前記移動部よりも他端部側に設けられた当接部と前記移動部との間に配置され、前記移動部と前記当接部とに当接し、前記移動部の軸方向の移動に伴い伸縮するコイル状のバネと、
前記移動部に設けられると共にコイル状の前記バネの中を軸方向に沿って他端部側に延在する軸体と、前記外筒の他端部に形成された前記開口部から前記外筒内のコイル状の前記バネの中に一端部側が挿入され且つ他端部が前記第二部位に連結された内筒と、前記内筒の中に軸回りに回転可能に保持されると共に前記軸体が挿入される回転体と、前記軸体の外周面と前記回転体の内周面とに設けられ前記軸体の軸方向の直線変位を前記回転体の軸周りの回転変位に変換する螺合手段と、前記回転体と一体となって軸周りに回転する質量体と、を有する回転慣性質量ダンパーと、
を備える制震装置。
外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置の諸元設定方法であって、
前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーとバネとを直列に配置し、
前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、
前記構造物の固有円振動数をωとし、
前記回転慣性質量の倍率をαｍとすると、
ω／ωｄ＜１
且つ、
減衰定数に応じて、
αｍ＞１
となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する制震装置の諸元設定方法。
回転慣性質量の倍率αｍが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する請求項８に記載の制震装置の諸元設定方法。
外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置の諸元設定方法であって、
前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーとバネとを直列に配置し、
前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、
前記構造物の固有円振動数をωとし、
前記バネのバネ剛性の倍率をγｋとすると、
ω／ωｄ＞１
且つ、
γｋ＞１
となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する制震装置の諸元設定方法。
前記バネのバネ剛性の倍率γｋが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する請求項１０に記載の制震装置の諸元設定方法。
外乱によって相対移動する構造物の第一部位と第二部位との間に設けられる制振装置の諸元設定方法であって、
前記第一部位と前記第二部位との間に、質量体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーと減衰ダンパーとを並列に配置すると共に、並列に配置された前記回転慣性質量ダンパー及び前記減衰ダンパーとバネとを直列に配置し、
前記回転慣性質量と前記バネとにより定まる固有円振動数をωｄとし、
前記構造物の固有円振動数をωとし、
前記減衰ダンパーの減衰係数の倍率をαｃとすると、
ω／ωｄ＜１
且つ、
αｃ＞１
となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する制震装置の諸元設定方法。
前記減衰係数の倍率αｃが最大となるように、前記回転慣性質量ダンパー及び前記バネの諸元を設定する請求項１２に記載の制震装置の諸元設定方法。