JP2015075199A - 同調型吸振器の制振効果向上装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、同調型吸振器に比較して充分に小型・軽量で、小さなエネルギー消費量でありながら主系の制振が可能で、制振効果向上のための追加対策が容易である同調型吸振器の制振効果向上装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る同調型吸振器の制振効果向上装置は、制振対象である主系２１に設置されているＴＭＤ１１の錘１２に直列に付加されてＴＭＤ１１の制振効果を向上させるＴＭＤ１１の制振効果向上装置１であって、主系２１の振動を検出するセンサ６と、ＴＭＤ１１の錘１２に制振力を作用させるアクチュエータ３と、アクチュエータ３から錘１２に作用させる制振力の反力を支持するとともにＴＭＤ１１としての制振性能を維持できる程度の質量を有する小型軽量の錘体２と、センサ６の検出信号に基づき、主系２１の振動を低減させるようにアクチュエータ３の動作制御を行う制御手段５とを有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、同調型吸振器の制振効果向上装置に関し、詳しくは、同調型吸振器に比較して充分に小型・軽量で、小さなエネルギー消費量でありながら主系の制振が可能で、制振効果向上のための追加対策が容易である同調型吸振器の制振効果向上装置に関するものである。

従来から振動の低減が求められる様々な場所で同調型吸振器（ＴＭＤ：Ｔｕｎｅｄ Ｍａｓｓ Ｄａｍｐｅｒ）が多く使用されている。

図８は、制振対象とする主系２１が例えば建物の床３１である場合を例としたＴＭＤ１１の一般的な取り付け例を示す図であり、床３１、固有振動モードで変形した床３１Ａ、その固有振動モードの腹部の位置に設置されているＴＭＤ１１を概略的に示している。前記ＴＭＤ１１は、錘１２、バネ要素１３、減衰要素１４及び支持部１５を備えている。

建物の用途変更などによって振動環境が変化し、ＴＭＤ１１の設置後に前記床３１に対する制振効果を更に向上させることが必要となることがある。

その場合は追加対策を行うことになるが、従来技術では次の
（１）（２）（３）のような追加対策が考えられる。

（１）ＴＭＤの増設
図９の設置イメージに示すように、床３１上に既にＴＭＤ１１が設置されている場合に、ＴＭＤ１１の周囲に同様な構成に係るＴＭＤ１１Ａの増設を行って、主系２１とＴＭＤ１１、１１Ａとの質量比を上げて制振効果を向上させる方法。

図９は、ＴＭＤ１１Ａを増設した場合で、床３１上に１０台の追加設置されたＴＭＤ１１Ａを表している。

図９から明らかなように、１０台のＴＭＤ１１Ａを増設した場合は、これらの設置スペースが平面上に広がっていくため、固有振動モードの腹部の位置から離れてしまい、追加設置された各ＴＭＤ１１Ａの制振効果は小さくなってしまう。

（２）ＡＭＤ（アクティブマスダンパ）：（減衰器：Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｓｓ Ｄａｍｐｅｒ）を新設
図１０の設置イメージに示すように、支持部１７、アクチュエータ１８、錘１９及び図示しない制御系を備え、同程度の錘質量のＴＭＤ１１に比較して制振効果の大きいＡＭＤ１６を新規に設置する方法である。

図１０は、既存の一台のＴＭＤ１１の隣に、一台のＡＭＤ１６を配置したものである。同図から明らかなように、ＡＭＤ１６を新設した場合は、既設のＴＭＤ１１を移設してＡＭＤ１６と入れ替えしない限り、効率的に制振効果が得られない。

（３）ＴＭＤ１１の改造（ＡＭＤ化）
図示しないが、ＴＭＤの錘と主系の間に、ＴＭＤ１１のバネ要素１３、減衰要素１４と並列にアクチュエータを取り付け、制御系を追加することで、ＴＭＤをＡＭＤに改造する方法である。

これら（１）（２）（３）の従来技術のうち、前記（１）ＴＭＤ１１Ａの増設は、相当台数を追加設置することになり、設置スペースが平面上に広がっていくため、制振対象となる主系２１の振動モードの腹部（振幅が最も大きい領域）から離れて追加設置されたＴＭＤ１１Ａほどその制振効果は小さくなってしまう。

また、制振対象となる主系２１が、建築物や床３１等の構造体で質量が大きい場合、増設するＴＭＤ１１Ａの質量も相当大きくなるため、輸送・設置工事の工数が大きくなってしまい設置コストが上昇してしまうという問題がある。

前記（２）ＡＭＤ１６の新設は、ＴＭＤ１１Ａの増設よりは追加設置台数は少なくて済むが、前記ＴＭＤ１１が主系２１の振動モードの腹部に最も近い位置に既に設置されていることが多いために、入れ替えしない限りは最も効率的に制振効果の得られる場所から外れることになるし、一般的にＴＭＤ１１は重量物であるため容易には移設出来ない。

更に、ＡＭＤ１６の新設は、エネルギー消費量が大きくなるという問題もある。

次に、前記（３）ＴＭＤの改造（ＡＭＤ化）の場合は、ＴＭＤへアクチュエータを取り付ける施工方法が煩雑になるため、追加対策として行うには現実的に困難である。

特許文献１には、ＴＭＤに関連する制振構造として、建物内の任意の層間に中段階として使用する中間層を設置し、中間層の躯体を上層及び下層の躯体に対してそれぞれ上下の支持部材を介して水平変位可能に支持し、中間層と上層または下層との間には付加バネを介装し、中間層と上下の支持部材と付加バネにより構成される付加振動系を建物内に設け、中間層の質量と、中間層と上層との間の層剛性と、中間層と下層との間の層剛性と、付加バネのバネ定数とにより定まる付加振動系の固有振動数を、建物の固有振動数に同調させる構成とし、ＴＭＤと同様な機能を有し、充分な応答低減効果が得られる制振構造が提案されている。

しかしながら、この特許文献１の制振構造を含め、同調型吸振器に比較して充分に小型・軽量で、小さなエネルギー消費量でありながら主系の制振が可能であり、制振効果向上のための追加対策が容易であるような技術は見たらないのが現状である。

特開２００９−７９１６号公報

本発明が解決しようとする問題点は、同調型吸振器に比較して充分に小型・軽量で、小さなエネルギー消費量でありながら主系の制振が可能で、制振効果向上のための追加対策が容易であるような同調型吸振器の制振効果向上装置が存在しない点である。

本発明は、制振対象である主系に設置されている同調型吸振器の錘に直列に付加されて前記同調型吸振器の制振効果を向上させる同調型吸振器の制振効果向上装置であって、前記主系の振動を検出するセンサと、前記同調型吸振器の錘に制振力を作用させるアクチュエータと、前記アクチュエータから前記錘に作用させる制振力の反力を支持するとともに前記同調型吸振器としての制振性能を維持できる程度の質量を有する小型軽量の錘体と、前記センサの検出信号に基づき、前記主系の振動を低減させるように前記アクチュエータの動作制御を行う制御手段と、を有することを最も主要な特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、同調型吸振器としての制振性能を維持できる程度の質量を有する小型軽量の錘体を備える構成の基に、制振対象である主系に設置されている同調型吸振器の錘に直列に設置され、その錘に制振力を作用させるものであるから、同調型吸振器の振動特性を活用でき、小さなエネルギー消費量で主系の制振を行うことが可能となるとともに、装置自体を小型・軽量にすることが可能で、輸送・設置工事のコスト低減、施工方法の簡略容易化、制振効果向上のための追加対策の容易化等、優れた効果を発揮する同調型吸振器の制振効果向上装置を実現し提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、同調型吸振器の錘の１／１０程度の質量を有する小型軽量の錘体を備える構成の基に、請求項１記載の発明の場合と同様な効果を奏する同調型吸振器の制振効果向上装置を実現し提供することができる。

請求項３記載の発明によれば、主系の振動方向が鉛直方向の場合に対応して、同調型吸振器の錘の上面又は下面に制振方向を鉛直方向として配置する構成の基に、請求項１又は２記載の発明の場合と同様な効果を奏する同調型吸振器の制振効果向上装置を実現し提供することができる。

請求項４記載の発明によれば、主系の振動方向が水平方向の場合に対応して、同調型吸振器の錘の上面又は下面に制振方向を水平方向として配置する構成の基に、請求項１又は２記載の発明の場合と同様な効果を奏する同調型吸振器の制振効果向上装置を実現し提供することができる。

請求項５記載の発明によれば、主系の振動方向が鉛直方向の場合で、かつ、同調型吸振器の錘の上面にスペースが無い場合に対応して、同調型吸振器の錘の両側面の一方又は双方に制振方向を鉛直方向として配置する構成の基に、請求項１又は２記載の発明の場合と同様な効果を奏する同調型吸振器の制振効果向上装置を実現し提供することができる。

請求項６記載の発明によれば、主系の振動方向が水平方向の場合で、かつ、同調型吸振器の錘の上面にスペースが無い場合に対応して、同調型吸振器の錘の両側面の一方又は双方に制振方向を水平方向として配置する構成の基に、請求項１又は２記載の発明の場合と同様な効果を奏する同調型吸振器の制振効果向上装置を実現し提供することができる。

図１は本実施例に係る同調型吸振器の制振効果向上装置を主系上の既設のＴＭＤの錘上に設置した状態を示す概略構成図である。 図２は主系に対する一台のＴＭＤの設置後において制振効果を更に向上させるために本実施例に係る同調型吸振器の制振効果向上装置をＴＭＤ上に直列に配置した例を示す概略平面図及び概略正面図である。 図３は主系のみ、主系＋ＴＭＤ、及び、主系＋ＴＭＤ＋本実施例に係る同調型吸振器の制振効果向上装置に関して各々測定した周波数−アクセレランス特性を示すグラフである。 図４は本実施例に係る同調型吸振器の制振効果向上装置を主系の振動方向が鉛直方向の場合に対応して既設のＴＭＤの錘上に設置した状態を示す設置形態図である。 図５は本実施例に係る同調型吸振器の制振効果向上装置を主系の振動方向が水平方向の場合に対応して既設のＴＭＤの錘上に設置した状態を示す設置形態図である。 図６は本実施例に係る同調型吸振器の制振効果向上装置を主系の振動方向が鉛直方向の場合で、かつ、ＴＭＤの錘の上面にスペースが無い場合に対応してその左右の側面に設置した状態を示す設置形態図である。 図７本実施例に係る同調型吸振器の制振効果向上装置を主系の振動方向が水平方向の場合で、かつ、ＴＭＤの錘の上面にスペースが無い場合に対応してその前後の側面に設置した状態を示す設置形態図である。 図８は制振対象とする主系が建物の床である場合を例としたＴＭＤの一般的な取り付け例を示す概略平面図及び概略正面図である。 図９は主系に対する一台のＴＭＤの設置後において制振効果を更に向上させるために１０台のＴＭＤを追加設置した例を示す概略平面図及び概略正面図である。 図５は主系に対する一台のＴＭＤの設置後において制振効果を更に向上させるためにＴＭＤの隣に一台のＡＭＤを配置した例を示す概略平面図及び概略正面図である。

本発明は、同調型吸振器に比較して充分に小型・軽量で、小さなエネルギー消費量でありながら主系の制振が可能で、制振効果向上のための追加対策が容易であるような同調型吸振器の制振効果向上装置を提供するという目的を、制振対象である主系に設置されている同調型吸振器の錘に直列に付加されて前記同調型吸振器の制振効果を向上させる同調型吸振器の制振効果向上装置であって、前記主系の振動を検出するセンサと、前記同調型吸振器の錘に制振力を作用させるアクチュエータと、前記アクチュエータから前記錘に作用させる制振力の反力を支持するとともに前記同調型吸振器の錘の１／１０程度の質量を有する小型軽量の錘体と、前記センサの検出信号に基づき、前記主系の振動を低減させるように前記アクチュエータの動作制御を行う制御手段と、を有する構成により実現した。

以下、本発明の実施例に係る同調型吸振器の制振効果向上装置について、図１乃至図７を参照して詳細に説明する。

なお、本実施例において、図８乃至図１０に示す従来技術と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

本実施例の同調型吸振器（以下「ＴＭＤ」という）１１の制振効果向上装置１は、図１に示すように、制振対象である主系２１上に設置されているＴＭＤ１１に直列に付加されて前記ＴＭＤ１１の制振効果を向上させるものである。

前記主系２１は、建物の床３１上に、バネ要素４２、減衰要素４３を介して主系錘４１を配置したモデルとして以下の説明を行う。

また、前記ＴＭＤ１１は、既述した場合と同様、主系錘４１上に支持部１５を密着させ、支持部１５上にバネ要素１３、減衰要素１４を並列配置し、前記バネ要素１３、減衰要素１４により錘１２を支持して同調型の制振作用を発揮させる構成としている。

本実施例に係るＴＭＤ１１の制振効果向上装置１は、図１に示すように、前記主系錘４１の振動を検出する例えば加速度センサからなるセンサ６と、前記ＴＭＤ１１の錘１２に対して密着した支持部４を介して制振力を作用させるアクチュエータ３と、前記アクチュエータ３から前記錘１２に作用させる制振力の反力を支持する（受け止める）錘体２と、前記センサ６の検出信号に基づき、前記主系２１の振動を低減させるように前記アクチュエータ３の動作制御を行う制御手段５と、を有している。

前記制御手段５は、主系２１の振動をセンサ６により検出して、これを基に前記主系２１の振動を低減させるために前記アクチュエータ３に対する動作制御信号を生成するが、更にＴＭＤ１１の錘１２の振動及び前記制振効果向上装置１自体の振動を同時に検知して、より高度な制御を行うように構成することも可能である。

図２は、一台のＴＭＤ１１の錘１２上に、本実施例に係るＴＭＤ１１の制振効果向上装置１を直列に配置したものであり、この場合には、図９に示す場合と異なり設置スペースが平面上に広がることはなく、省スペースの態様で最も効率的に制振効果を得ることが可能となる。

図３は、本実施例のＴＭＤ１１の制振効果向上装置１による制振効果を検証するために、主系２１のみ、主系２１＋ＴＭＤ１１、及び、主系２１＋ＴＭＤ１１＋本実施例に係る制振効果向上装置１について各々測定した周波数（Ｈｚ）−アクセレランス（ｄＢ）特性を示すものである。

この場合、本実施例のＴＭＤ１１の制振効果向上装置１は、前記錘体２の錘質量を、ＴＭＤ１１の錘１２の１／１０程度の仕様として測定を行った。

本実施例においては、前記錘体２の錘質量は、ＴＭＤ１１の錘１２に比較して十分に小型・軽量であり、容易に追加対策が可能な質量を選定するものである。

ここで、ＴＭＤ１１の錘１２に比較して十分に小型・軽量な質量とは、本実施例のＴＭＤ１１の制振効果向上装置１をＴＭＤ１１に付加しても、ＴＭＤ１１としての制振性能を維持できる程度の質量を意味するものである。

前記錘体２の質量を、ＴＭＤ１１における錘１２の質量の１／１０程度にすれば、ＴＭＤ１１としての性能は支障なく維持できることをシミュレーションで確認している。

図３に示すように、例えば主系の共振周波数である５（Ｈｚ）における制振効果は、主系２１＋ＴＭＤ１１の場合はおおよそ１５（ｄＢ）、本実施例の制振効果向上装置１を取り付けた場合はおおよそ２５（ｄＢ）となって、本実施例の制振効果向上装置１を取り付けた場合、主系２１＋ＴＭＤ１１の場合に比較し大幅に制振効果が向上することが判明した。

また、本実施例におけるＴＭＤ１１の制振効果向上装置１の場合、主系２１＋ＴＭＤ１１の構成で、そのＴＭＤ１１の錘１２の質量を通常の１０倍とした場合と同等の制振効果が得られることが確認できた。

次に、本実施例に係る制振効果向上装置１における既設のＴＭＤ１１の錘１２に対する各種設置形態について図４乃至図７を参照して説明する。

図４は、主系２１の振動方向が鉛直方向の場合に対応して、ＴＭＤ１１の錘１２の上面に前記制振効果向上装置１を配置した例を示すものである。

なお、図４において、前記制振効果向上装置１に付した矢印は既設のＴＭＤ１１の錘１２に対して力を作用させる方向を表している。

図４に示す場合の他、ＴＭＤ１１の錘１２の下面に前記制振効果向上装置１を配置することもできる。

図５は、主系２１の振動方向が水平方向の場合に対応して、このＴＭＤ１１の錘１２の上面に、前記制振効果向上装置１における制振方向を水平方向として配置した例を示すものである。

なお、図５において、前記制振効果向上装置１に付した矢印は既設のＴＭＤ１１の錘１２に対して力を作用させる方向を表している。
図５に示す場合の他、ＴＭＤ１１の錘１２の下面に前記制振効果向上装置１を配置することもできる。

図６は主系２１の振動方向が鉛直方向の場合で、かつ、ＴＭＤ１１の錘１２の上面にスペースが無い場合に対応して、ＴＭＤ１１の錘１２の図６において左右の側面に前記制振効果向上装置１を固定する設置形態としたものである。

この場合に、ＴＭＤ１１の錘１２がロッキング現象等を起こすことが懸念される場合には、図６に示すように左右両側面の２台１組の構成として加力位置のバランスを取る態様とする。

この他、ＴＭＤ１１の錘１２の左右両側面のうちのいずれか一方に前記制振効果向上装置１を固定する設置形態とすることもできる。

図７は主系２１の振動方向が水平方向の場合で、かつ、ＴＭＤ１１の錘１２の上面にスペースが無い場合に対応して、ＴＭＤ１１の錘１２の図７において前後の側面に前記制振効果向上装置１を制振方向を水平方向として固定する設置形態としたものである。

この場合に、ＴＭＤ１１の錘１２がロッキング現象等を起こすことが懸念される場合には、前後両側面の２台１組の構成として加力位置のバランスを取る態様とする。

なお、図７においては、ＴＭＤ１１の錘１２の後面側に設置した制振効果向上装置１については図示省略している。

この他、ＴＭＤ１１における錘１２の前後両側面のうちのいずれか一方に前記制振効果向上装置１を固定する設置形態とすることもできる。

本実施例に係るＴＭＤ１１の制振効果向上装置１によれば、前記錘体２の質量をＴＭＤ１１における錘１２の質量の１／１０程度とした構成の基に、制振対象である主系２１に設置されている既存のＴＭＤ１１の錘１２に直列に設置され、その錘１２に力を作用させる構造になっているため、前記ＴＭＤ１１の振動特性を活用でき、小さなエネルギー消費量で主系２１の制振を行うことが可能となる。

この結果として、本実施例に係るＴＭＤ１１の制振効果向上装置１自体を小型・軽量にすることが可能で、ＴＭＤ１１の増設に比較して輸送・設置工事のコストを下げられる。

また、ＴＭＤ１１の錘１２に本実施例に係る制振効果向上装置１の支持部１５を固定して設置するため、ＴＭＤ１１の改造（ＡＭＤ化）に比べて施工方法が簡略容易となり、制振効果向上のための追加対策が容易となる。

本実施例に係る前記ＴＭＤ１１の制振効果向上装置１によって、従来の方法に比べて十分に小型・軽量な装置構成で、効率的にＴＭＤ１１の制振効果を向上させることが可能となり、特に既設のＴＭＤ１１に対する追加対策としての施工も簡略容易となる。

本発明のＴＭＤの制振効果向上装置は、建物或いはビルディング等の床に設置したＴＭＤ、橋梁等の土木構造物に設置したＴＭＤ等に対する制振効果向上対策として広範に適用可能である。

１ ＴＭＤの制振効果向上装置
２ 錘体
３ アクチュエータ
４ 支持部
５ 制御手段
６ センサ
１１ ＴＭＤ
１２ 錘
１３ バネ要素
１４ 減衰要素
１５ 支持部
２１ 主系
３１ 床
３１Ａ 床
４１ 主系錘
４２ バネ要素
４３ 減衰要素

Claims (6)

1. 制振対象である主系に設置されている同調型吸振器の錘に直列に付加されて前記同調型吸振器の制振効果を向上させる同調型吸振器の制振効果向上装置であって、
   前記主系の振動を検出するセンサと、
   前記同調型吸振器の錘に制振力を作用させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータから前記錘に作用させる制振力の反力を支持するとともに前記同調型吸振器としての制振性能を維持できる程度の質量を有する小型軽量の錘体と、
   前記センサの検出信号に基づき、前記主系の振動を低減させるように前記アクチュエータの動作制御を行う制御手段と、
   を有することを特徴とする同調型吸振器の制振効果向上装置。
2. 制振対象である主系に設置されている同調型吸振器の錘に直列に付加されて前記同調型吸振器の制振効果を向上させる同調型吸振器の制振効果向上装置であって、
   前記主系の振動を検出するセンサと、
   前記同調型吸振器の錘に制振力を作用させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータから前記錘に作用させる制振力の反力を支持するとともに前記同調型吸振器の錘の１／１０程度の質量を有する小型軽量の錘体と、
   前記センサの検出信号に基づき、前記主系の振動を低減させるように前記アクチュエータの動作制御を行う制御手段と、
   を有することを特徴とする同調型吸振器の制振効果向上装置。
3. 前記主系の振動方向が鉛直方向の場合に、前記同調型吸振器の錘の上面又は下面に制振方向を鉛直方向として配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の同調型吸振器の制振効果向上装置。
4. 前記主系の振動方向が水平方向の場合に、前記同調型吸振器の錘の上面又は下面に制振方向を水平方向として配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の同調型吸振器の制振効果向上装置。
5. 前記主系の振動方向が鉛直方向の場合で、かつ、同調型吸振器の錘の上面にスペースが無い場合に、前記同調型吸振器における錘の両側面の一方又は双方に制振方向を鉛直方向として配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の同調型吸振器の制振効果向上装置。
6. 前記主系の振動方向が水平方向の場合で、かつ、同調型吸振器の錘の上面にスペースが無い場合に、前記同調型吸振器における錘の両側面の一方又は双方に制振方向を水平方向として配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の同調型吸振器の制振効果向上装置。