JP2016053381A - フェールセーフ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＭＤ制振装置の過大変形を抑制する。【解決手段】質量体と、質量体を支持する架台であって質量体よりも質量が小さい架台と、を備え制振対象物の揺れを抑制するＴＭＤ制振装置のフェールセーフ装置であって、制振対象物とＴＭＤ制振装置の間に配置され、ＴＭＤ制振装置の架台から伝達される力が所定範囲内のときは制振対象物に対して架台を固定し、前記力が所定範囲を超えるときは架台の固定を解除するトリガー機構を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、ＴＭＤ制振装置のフェールセーフ装置に関する。

制振対象物の振動を抑制する制振装置として、制振対象物の頂部に質量体（例えば錘）、復元部材、減衰部材などを設け、その振動系の振動周期を制振対象物の固有周期に対応させるようにようにしたＴＭＤ(Tuned Mass Damper)タイプのものが知られている(例えば特許文献１参照)。このようなＴＭＤ制振装置の場合、想定以上の地震が発生すると質量体が可動範囲を超えて移動するおそれがある。そこで、その対策として、可動範囲を超えないように質量体の周りに防護用のフレームを設けたり、当該フレームに緩衝材を設けたりすることがある。

特開平１１−２９４５２２号公報

しかしながら、フレームや緩衝材などを設けていても、大型の質量体がフレームに衝突するときの衝撃力は非常に大きく、フレームの損傷のみならず、質量体の損傷や、制振対象物の損傷を引き起こすおそれがある。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたもので、その主な目的は、ＴＭＤ制振装置の過大変形を抑制することにある。

かかる目的を達成するために本発明のフェールセーフ装置は、質量体と、前記質量体を支持する架台であって前記質量体よりも質量が小さい架台と、を備え制振対象物の揺れを抑制するＴＭＤ制振装置のフェールセーフ装置であって、前記制振対象物と前記ＴＭＤ制振装置の間に配置され、前記ＴＭＤ制振装置の前記架台から伝達される力が所定範囲内のときは前記制振対象物に対して前記架台を固定し、前記力が前記所定範囲を超えるときは前記架台の固定を解除するトリガー機構を備える、ことを特徴とする。
このようなフェールセーフ装置によれば、ＴＭＤ制振装置の過大変形を抑制することができる。

かかるフェールセーフ装置であって、前記架台の固定が、弾性固定あるいは半固定であってもよい。

かかるフェールセーフ装置であって、前記トリガー機構は、前記架台を固定するピン部材を有し、前記力が前記ピン部材の破断強度を超える時、前記架台の固定を解除するようにしてもよい。
このようなフェールセーフ装置によれば、架台から伝達される力（せん断力）に応じて自動的に作動するようにできる。

かかるフェールセーフ装置であって、前記トリガー機構は、前記架台を固定する摩擦部材を有し、前記力が前記摩擦部材の静止摩擦力を超える時、前記架台の固定を解除するようにしてもよい。
このようなフェールセーフ装置によれば、架台から伝達される力（せん断力）に応じて自動的に作動するようにできる。

かかるフェールセーフ装置であって、前記架台の固定を解除した後、前記架台の変位を制御する変位制御機構を有することが望ましい。
このようなフェールセーフ装置によれば、フェールセーフ装置の過大変形を抑制することができる。

かかるフェールセーフ装置であって、前記変位制御機構は、復元機構、又は、摩擦機構、又は、減衰機構、又は、ストッパー機構、又は、油圧リリーフ装置であることが望ましい。

かかるフェールセーフ装置であって、前記ＴＭＤ制振装置を支承する支承体を備えることが望ましい。
このようなフェールセーフ装置によれば、ＴＭＤ制振装置を相対変位可能に支持することができる。

本発明によれば、ＴＭＤ制振装置の過大変形を抑制することが可能である。

図１Ａ〜図１Ｃは、本実施形態で用いるＴＭＤ制振装置１の説明図である。 ＴＭＤ制振装置が過大変形したときの運動エネルギーなどの特性を示す図である。 ＴＭＤ制振装置１にフェールセーフ装置（比較例）を設けた場合の説明図である。 第１実施形態のフェールセーフ装置１００をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。 図５Ａ、及び、図５Ｂは摩擦トリガー１３０の構成を説明するための図である。 第２実施形態のフェールセーフ装置１０１をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。 第３実施形態のフェールセーフ装置１０２をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。 第４実施形態のフェールセーフ装置１０３をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。 第５実施形態のフェールセーフ装置１０４をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。 第６実施形態のフェールセーフ装置１０５をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。 第７実施形態のフェールセーフ装置１０６をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。 第８実施形態のフェールセーフ装置１０７をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。 フェールセーフ装置の別の形態を示す概念図である。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜＜＜ＴＭＤ制振装置について＞＞＞
ＴＭＤ制振装置とは、制振対象物である構造体の頂部に質量体（例えば錘）、復元機構、減衰機構などを設け、予め、振動系の振動周期を制振対象の構造体の固有周期に対応させるように調整（チューニング）した制振装置である。

図１Ａ〜図１Ｃは、本実施形態で用いるＴＭＤ制振装置１の説明図である。なお、図に示すように、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向を定めている。ｚ方向は鉛直方向であり、ｘ方向及びｙ方向は、ｚ方向と垂直な面（水平面）において直交する２方向である。図１Ａはｘ方向に沿った断面図であり、図１Ｂはｙ方向に沿った断面図（錘３０よりも上の構成は省略）であり、図１Ｃは上面図である。

ＴＭＤ制振装置１は、制振対象となる構造物（高層ビルなど）の頂部に設けられるものであり、基礎架台１０、中間架台２０、錘３０（質量体に相当）を備えている。

基礎架台１０は、本実施形態のＴＭＤ制振装置１のうちの最も下部に設けられている。基礎架台１０の上面には、ｚ方向の上側に凸状に突出した凸部１１がy方向に複数列（ここでは４列）設けられている（図１Ｂ参照）。各凸部１１はそれぞれｘ方向に沿って形成されている。

中間架台２０は、基礎架台１０の上に配置されている。中間架台２０の下面には、ｚ方向の下側に凸状に突出した凸部２１０がy方向に４列設けられている（図１Ｂ参照）。各凸部２１はそれぞれｘ方向に沿って形成されている。また、基礎架台１０と中間架台２０との間にはローラー５０が転動可能に複数設けられている。さらに、中間架台２０の上面には、ｚ方向の上側に凸状に突出した凸部２２がｘ方向に４列設けられている（図１Ａ参照）。各凸部２２は、それぞれｙ方向に沿って形成されている。

錘３０は、ＴＭＤ制振用の大型（本実施形態では５００トン）の錘であり、中間架台２０の上に配置されている。なお、中間架台２０及び基礎架台１０の質量は、錘３０の質量よりも非常に小さい。錘３０の下面には、ｚ方向の下側に凸状に突出した凸部３１がｘ方向に４列設けられている。各凸部３１は、それぞれｙ方向に沿って形成されている。また、中間架台２０と錘３０との間にもローラー５０が転動可能に複数設けられている。なお、基礎架台１００と中間架台２００の間の構造、及び、中間架台２００と錘３００の間の構造については後述する。

また、本実施形態のＴＭＤ制振装置１は、フレーム４１、積層ゴム４３、連結板４４、オイルダンパー４５、緩衝材４７を備えている。

フレーム４１は、下端が基礎架台１０の４辺の角部に固定されており、さらに、錘３０の上に上方空間を形成するように設けられている。

積層ゴム４３は、円形のゴム層と内部鋼板を交互に積層した円柱形の部材であり、２つの部材間に設けられて、これらの２つの部材が相対変位した際に、２つの部材の位置関係を復元させるものである。本実施形態では、積層ゴム４３は、錘３０の上面とフレーム４１との間に設けられている。すなわち、積層ゴム４３は、錘３０よりも上の上方空間に設けられている。

連結板４４は、上下方向に並ぶ積層ゴム４３の間に設けられた正方形状の鋼製の板状部材である。錘３０上、及び、連結板４４上の同一水平面には４つの積層ゴム４３が配置されている。このように、同一水平面（ｘｙ平面）上に積層ゴム４３を複数（ここでは４個）配置することで、変形時の安定性をより確保することができる。さらに、本実施形態では積層ゴム４３を鉛直方向に４段に積み上げている（積層している）。こうすることで、大変形に追従可能となり、上方空間をより有効に利用することができる。

オイルダンパー４５は、粘性流体であるオイルを用いて、相対変位する２つの部材間の振動エネルギーを吸収し振動を減衰させるものである。オイルダンパー４５は、通常、積層ゴム４３などと組み合わされて使用される。本実施形態では、オイルダンパー４５は、錘３０の各辺に沿うように（ｘ方向及びｙ方向に沿うように）して、錘３０の上面とフレーム４１との間（上方空間）に設けられている。なお、各辺において、オイルダンパー４５は、連結板４４を介して上下２段に配置されている。このようにオイルダンパー４５を配置することにより、ｘ方向及びｙ方向についてそれぞれ振動を効率的に減衰させることができる。

緩衝材４７は、錘３０がフレーム４１に衝突する際の衝撃をやわらげるためのものであり、フレーム４１において錘３０と対向するように設けられている。

このように本実施形態では、錘３０の上（錘３０とフレーム４１によって形成される上方空間）に積層ゴム４３及びオイルダンパー４５を設けている。これにより、錘３０の上の上方空間を有効利用することができ、設置面積の縮小を図ることができる。また、もし仮に、積層ゴム４３の上に錘３０を配置した場合、変位が大きくなった際に積層ゴム４３が座屈して錘３０が落下する恐れがある。また、錘３０を、例えばフレーム４１に吊るすようにした場合も同様に、錘３０が落下するおそれがある。本実施形態では、錘３０の上の上方空間に積層ゴム４３やオイルダンパー４５を設けているので、錘３０の落下を抑制しつつ制振することができる。

＜基礎架台１０と中間架台２０の間の構造について＞
前述したように、基礎架台１０の上面には凸部１１が設けられており、中間架台２０の下面には凸部２１が設けられている。凸部１１と凸部２１は、ｙ方向の中央に対して対称となるように、隣接して配置されている（ｙ方向の一方側と他方側では、凸部１１と凸部２１の位置関係が逆である）。これにより、中間架台２０は、基礎架台１０に対してｙ方向に移動できなくなっている。一方、凸部２１と凸部１１はともにｘ方向に沿って形成されているので、中間架台２０は基礎架台１０に対してｘ方向に移動（相対変位）することが可能である。また、基礎架台１０（凸部１１）と中間架台２０（凸部２１）の間には、ｘ方向への転がり支承（転動体）として、ローラー５０が複数設けられている。

以上の構成により、中間架台２０は基礎架台１０に対してｘ方向にのみ移動（変位）することができる。

＜中間架台２０と錘３０の間の構造について＞
前述したように、中間架台２０の上面には凸部２２が設けられており、錘３０の下面には凸部３２が設けられている。凸部２２と凸部３２は、ｘ方向に交互に配置されている。これにより、錘３０は中間架台２０に対してｘ方向に移動できなくなっている。一方、凸部２２と凸部３２はともにｙ方向に沿って形成されているので、錘３０は中間架台２０に対してｙ方向に移動することが可能である。また、中間架台２０（凸部２２）と錘３０（凸部３２）の間にも、転がり支承（転動体）として、ローラー５０が複数設けられている。ただし、中間架台２０と錘３０の間のローラー５０は、ｙ方向への転がり支承(転動体)となっている。つまり、中間架台２０と錘３０の間のローラー５０と、基礎架台１０と中間架台２０のローラー５０とは、配置の方向（転動方向）が９０度異なっている。

以上の構成により、錘３０は、中間架台２０に対してｙ方向にのみ移動（変位）することができる。

このように、中間架台２０は、基礎架台１０に対してｘ方向にのみ移動可能であり、且つ、錘３０は、中間架台２０に対してｙ方向にのみ移動可能である。すなわち、錘３０は、基礎架台１０に対して、ｘ方向及びｙ方向に移動可能となっている。このように、一方向への転がり支承装置を転動方向が直交するように鉛直方向に２段に重ねることにより異なる２方向（ｘ方向及びｙ方向）の変位に対して、捩れを生じさせることなく錘３０を支承することができる。

そして、ＴＭＤ制振装置１は、地震などにより制振対象物が振動した場合、錘３０が基礎架台１０に対して相対変位（振動）することに基づいて制振対象物の振動を抑制する。

＜＜＜フェールセーフ装置について＞＞＞
＜フェールセーフ装置の必要性について＞
図２は、ＴＭＤ制振装置が過大変形したときの運動エネルギーなどの特性を示す図である。
同図では、同調周期４．５秒、錘重量５００トン、錘の限界変形が２００ｃｍのＴＭＤ制振装置で、錘が限界変形を超えて過大変形しようとし、フレームなどに衝突した時の錘の運動エネルギーと、この運動エネルギーをフレームに内在させた１０００トンクラスの（摩擦）緩衝ダンパーで吸収しようとした時のダンパー変位を示している。

フレームがない場合（無衝突時）にＴＭＤの錘が２２５ｃｍ〜３００ｃｍ変形してしまうようなケースで、錘が限界変形２００ｃｍ近傍で保有している運動エネルギーは５０００〜２５０００ｔ・ｃｍとなる。このエネルギーを１０００トンクラスの緩衝ダンパーで吸収しようとするとダンパーの変形（フレームの変形）は図２のように５ｃｍ〜２５ｃｍとなり、衝突の度合いによってはＴＭＤのフレームには初期状態への復元が不能な変形が生じることになる。

よって、大型の錘を用いるＴＭＤ制振装置では、過大変形を抑制するためフェールセーフ装置を設けることが望ましい。

＜比較例＞
図３は、ＴＭＤ制振装置１にフェールセーフ装置（比較例）を設けた場合の説明図である。なお、図３において図１と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。また、図３では便宜上、図において錘３０よりも奥側のフレーム４１を錘３０よりも手前側に示している。

この図３では、ＴＭＤ制振装置１のフェールセーフ装置として、衝撃ダンパー６０を錘３０の周囲のフレーム４１に組み込んでいる。この例では衝撃ダンパー６０を鉛直方向に沿って設けているが、これには限られず、例えば鉛直方向に対して斜めに組み込んでもよい。

このような衝撃ダンパー６０をフレーム４１に組み込むことにより、錘３０がフレーム４１に衝突すると、フレーム４１が変形し、フレーム４１に組み込んだ衝撃ダンパー６０が錘３０の運動エネルギーを吸収する。

しかしこの場合においても、フレーム４１と制振対象物との間、あるいは、制振対象物の上層階にも大きなせん断力が生じ、これらの部位が破壊するおそれがある。

また、衝突後、フレーム４１が変形してしまい、場合によってはＴＭＤ制振装置１が機能しなくなるおそれがある。

＜第１実施形態のフェールセーフ装置について＞
図４は、第１実施形態のフェールセーフ装置１００をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。なお、図１と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

本実施形態のフェールセーフ装置１００は、制振対象物（不図示）とＴＭＤ制振装置１との間に設けられている。より具体的には、制御対象物の頂部と、ＴＭＤ制振装置１の架台１０との間に設けられている。また、フェールセーフ装置１００は、ＦＳ架台１１０、積層ゴム１２０、摩擦トリガー１３０（トリガー機構に相当）を備えている。

ＦＳ架台１１０は、フェールセーフ装置１００用の架台であり、例えば高層ビルなどの制振対象物（不図示）の頂部に固定される。

積層ゴム１２０は、積層ゴム４３と同様の構成のものであり、ＦＳ架台１１０と基礎架台１０との間に設けられている。そして、積層ゴム１２０は、基礎架台１０（換言するとＴＭＤ制振装置１）をＦＳ架台１１０（換言すると制振対象物）に対して相対変位可能に支持するとともに、基礎架台１０とＦＳ架台１１０との相対的な位置関係を復元させる。すなわち、積層ゴム１２０は、支承機構及び復元機構を有している。

摩擦トリガー１３０は、オイルダンパー４５に似た形状をしており、一端は基礎架台１０に固定され、他端はＦＳ架台１１０に固定されている。

図５Ａ、及び、図５Ｂは摩擦トリガー１３０の構成の一例を説明するための図である。

摩擦トリガー１３０は、板材１３１、圧接板材１３２、摩擦材１３３、座金１３４、皿ばね１３５、ボルト１３６、及びナット１３７を備えている。

板材１３１は、摩擦トリガー１３０において長手方向の一端側（図では左側）に設けられている。板材１３１は、長手方向に垂直な断面がＨ型の鋼材である（図５Ｂ参照）。また、板材１３１には、長手方向に沿った長穴１３１ａが設けられている（図５Ａ参照）。

圧接板材１３２は、摩擦トリガー１３０において長手方向の他端側（図では右側）に設けられている。圧接板材１３２は、図５Ｂに示すように、長手方向に垂直な断面がＵ字型の形状をしており、Ｕ字の底部で板材１３１を挟むように当該板材１３１の両側に配置されている。また、圧接板材１３２には後述するボルト１３６を通す貫通孔（不図示）が形成されている。

摩擦材１３３は、所定の摩擦係数のものであり、板材１３１と圧接板材１３２との間に設けられている。

そして、図５Ｂに示すように、板材１３１と、圧接板材１３２を、座金１３４及び板ばね１３５を介して、ボルト１３６及びナット１３７で両側から締め付けている。

以上の構成の摩擦トリガー１３０は、両端（長手方向の一端と他端）に加えられる力が、所定値（摩擦材１３３の摩擦係数に応じた値）以下では作動しないが、その値を超えると動き出す。なお、摩擦トリガー１３０は、図の構成には限られず、他の構成であってもよい。

図４のように配置された摩擦トリガー１３０は、基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲内では作動しない。すなわち、基礎架台１０（換言するとＴＭＤ制振装置１）はＦＳ架台１１０（換言すると制振対象物）に固定された状態となっている。また、摩擦トリガー１３０は、基礎架台１０から伝わる力（せん断力）が所定範囲内を超えると作動する。すなわち、固定が解除されて基礎架台１０はＦＳ架台１１０に対して相対変位可能になる。このときフェールセーフ装置１００は、錘３０の運動エネルギーを摩擦トリガー１３０の摩擦エネルギーで吸収するとともに、積層ゴム１２０のポテンシャルエネルギーで蓄積する。

なお、上記の所定範囲は摩擦トリガー１３０の摩擦係数に応じて定まる値であり、ＴＭＤ制振装置１が変形限界に到達する直前、あるいは、ＴＭＤ制御装置１の錘３０がフレーム４１に衝突した直後のタイミングとなるように設定すればよい。

地震の揺れが小さくなり上記せん断力が所定範囲内になると、ＴＭＤ制振装置１の制振機能（以下、ＴＭＤ機能ともいう）は回復するが、ＦＳ架台１１０と基礎架台１０との間には残留変位が残ることがある。この場合、地震が収束した後に、ジャッキなどで残留変位を解消する。

以上、説明したように、本実施形態のフェールセーフ装置１００は、ＴＭＤ制振装置１の基礎架台１０と制振対象物との間に設けられている。なお、ＴＭＤ制振装置１の錘３０を支持する基礎架台１０（及び中間架台２０）は、錘３０よりも質量が小さい。

また、フェールセーフ装置１００は、基礎架台１０から伝達されるせん断力が所定範囲内のときはＦＳ架台１００（制振対象物）に対して基礎架台１０を固定し、せん断力が所定範囲を超えると基礎架台１０の固定を解除する摩擦トリガー１３０を備えている。

このようなフェールセーフ装置１００をＴＭＤ制振装置１と制振対象物との間に設けることで、ＴＭＤ制振装置１の過大変形を抑制することができ、フレーム４１の損傷、錘３０の損傷、制振対象物の損傷などを防止することができる。

また、フェールセーフ装置１００は摩擦トリガー１３０を備えているので、基礎架台１０から伝達されるせん断力の大きさに応じて自動的に作動するようにできる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図６は、第２実施形態のフェールセーフ装置１０１をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。なお、前述した実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第２実施形態のフェール装置１０１は、ＦＳ架台１１１を備えている。ＦＳ架台１１１は、ＴＭＤ制振装置１を囲む（より具体的には、水平方向の端部がｚ方向の上側に突出した）壁部を有しており、その壁部の内側には緩衝材１１１ａが設けられている。

なお、この壁部はストッパー機構に相当する。また、緩衝材１１１ａは、ＴＭＤ制振装置１がＦＳ架台１１１（壁部）に衝突する際の衝撃をやわらげるためのものである。

この第２実施形態のフェールセーフ装置１０１の動作は第１実施形態と同様である。ただし、第２実施形態では、フェールセーフ装置１０１も限界変形に達すると、ＴＭＤ制振装置１が、ＦＳ架台１１１の壁部（緩衝材１１１ａ）に衝突する。

よって、第２実施形態では、ＴＭＤ制振装置１の過大変形を抑制することができるとともに、フェールセーフ装置１０１の過大変形も抑制できる。

＝＝＝第３実施形態＝＝＝
図７は、第３実施形態のフェールセーフ装置１０２をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。なお、前述した実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第３実施形態のフェールセーフ装置１０２は、ＦＳ架台１１２、滑り支承１４０（トリガー機構に相当）、を備えている。なお、第３実施形態のＴＭＤ制振装置１の基礎架台１０の下面中央部分には、下方に突出した凸部１２が設けられている。

ＦＳ架台１１２は、第１実施形態のＦＳ架台１１０と同様の架台であるが、上面の中央部分に溝部１１２ａが形成されている。当該溝部１１２ａには基礎架台１０の凸部１２が挿入されている。なお、ＦＳ架台１１２の溝部１１２ａはストッパー機構に相当する。
また、溝部１１２ａ内の側部には緩衝材１１２ｂが設けられている。

滑り支承１４０は、静止摩擦係数μが所定値（例えばμ＝０．３）の支承体であり、基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲内では作動しない。すなわち、このとき基礎架台１０（換言するとＴＭＤ制振装置１）はＦＳ架台１１２（換言すると制振対象物）に固定された状態となっている。また、滑り支承１４０は、基礎架台１０から伝わる力（せん断力）が所定範囲を超えると作動する（滑り出す）。

この動き出すときの値（所定範囲の値）が、ＴＭＤ制振装置１の最大制御力、あるいは、フレーム４１の緩衝材４７に錘３０が衝突した直後になるように、静止摩擦係数μを設定すればよい。こうすることで、ＴＭＤ制振装置１の最大制御力となったとき、あるいは、フレーム４１の緩衝材４７に錘３０が衝突した直後に固定を解除することができる、
固定が解除されると（すなわち、ＦＳ架台１１２と基礎架台１０とが相対変位可能になる）と、フェールセーフ装置１０２は、錘３０の運動エネルギーを滑り支承１４０の摩擦エネルギーとして吸収する。

地震の揺れが小さくなり上記せん断力が所定範囲内になると、ＴＭＤ機能は回復するが、ＦＳ架台１１０と基礎架台１０との間には残留変位が残ることがある。この場合、地震が収束した後に、ジャッキなどで残留変位を解消する。

なお、この第３実施形態では、フェールセーフ装置１０２も限界変形に達すると、基礎架台１０の凸部１２が、ＦＳ架台１１２の溝部１１２ａの側部（緩衝材１１２ｂ）に衝突する。

このように、第３実施形態においてもＴＭＤ制振装置１の過大変形を抑制することができる。また、第３実施形態では、ＦＳ架台１１２の内部にストッパー（溝部１１２ａ）を設けているので、設置面積を小さくすることができる。

＝＝＝第４実施形態＝＝＝
図８は、第４実施形態のフェールセーフ装置１０３をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。なお、前述した実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第４実施形態のフェールセーフ装置１０３は、ＦＳ架台１１１、滑り支承１４０（トリガー機構に相当）、を備えている。

滑り支承１４０は、基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲内では作動しない。すなわち、このとき基礎架台１０（換言するとＴＭＤ制振装置１）はＦＳ架台１１２（換言すると制振対象物）に固定された状態となっている。また、滑り支承１４０は、基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲を超えると作動する（滑り出す）。このとき、フェールセーフ装置１０３は、錘３０の運動エネルギーを滑り支承１４０の摩擦エネルギーとして吸収する。

地震の揺れが小さくなり上記せん断力が所定範囲内になると、ＴＭＤ機能が回復するが、ＦＳ架台１１１と基礎架台１０との間には残留変位が残ることがある。この場合、地震が収束した後に、ジャッキなどで残留変位を解消する。

なお、この第４実施形態では、第２実施形態と同様にフェールセーフ装置１０３も限界変形に達すると、ＴＭＤ制振装置１が、ＦＳ架台１１１の壁部（緩衝材１１１ａ）に衝突する。

＝＝＝第５実施形態＝＝＝
図９は、第５実施形態のフェールセーフ装置１０４をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。なお、前述した実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第５実施形態のフェールセーフ装置１０４は、ＦＳ架台１１１、滑り支承１４０、ピントリガー１５０を備えている。

ピントリガー１５０は、ＦＳ架台１１１の上面と、基礎架台１０の下面をピン（ピン部材に相当）で繋いだ構成になっている。そして、ピントリガー１５０は、基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲内では基礎架台１０をＦＳ架台１１１に対して固定した状態に維持している。基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲を超えると、ピントリガー１５０のピンが破断して、ＦＳ架台１１１と基礎架台１０とが滑り支承１４０により相対変位可能になる。このとき、フェールセーフ装置１０４は、錘３０の運動エネルギーを滑り支承１４０の摩擦エネルギーとして吸収する。

このように本実施形態では、滑り支承１４０とピントリガー１５０とを組み合わせたトリガー機構となっている。

地震の揺れが小さくなり上記せん断力が所定範囲内になると、ＴＭＤ機能はある程度回復するが、ピンが無いため制御力は減少する。また、ＦＳ架台１１０と基礎架台１０との間には残留変位が残ることがある。この場合、地震が収束した後に、ジャッキなどで残留変位を解消する。

なお、フェールセーフ装置１０４も変形限界に達すると、ＴＭＤ制振装置１が、ＦＳ架台１１１の壁部（緩衝材１１１ａ）に衝突する。

＝＝＝第６実施形態＝＝＝
図１０は、第６実施形態のフェールセーフ装置１０５をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。なお、前述した実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第６実施形態のフェールセーフ装置１０５は、ＦＳ架台１１１、積層ゴム１２０、ピントリガー１５０を備えている。

ピントリガー１５０は、基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲内では基礎架台１０をＦＳ架台１１１に対して固定した状態に維持している。基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲を超えると、ピントリガー１５０のピンが破断して、基礎架台１０とＦＳ架台１１１が積層ゴム１２０により相対変位可能になる。このとき、フェールセーフ装置１０５は、錘３０の運動エネルギーを積層ゴム１２０のポテンシャルエネルギーで蓄積する。

第６実施形態では、地震の揺れが小さくなり上記せん断力が所定範囲内なってもＴＭＤ機能は回復しないが、ＦＳ架台１１０と基礎架台１０との間には残留変位が残らない。なお、ピンを復旧するとＴＭＤ機能は回復する。

なお、フェールセーフ装置１０５も変形限界に達すると、ＴＭＤ制振装置１が、ＦＳ架台１１１の壁部（緩衝材１１１ａ）に衝突する。

＝＝＝第７実施形態＝＝＝
図１１は、第７実施形態のフェールセーフ装置１０６をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。なお、前述した実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第７実施形態のフェールセーフ装置１０６は、ＦＳ架台１１１、積層ゴム１２０、滑り支承１４０、ピントリガー１５０を備えている。本実施形態では第５実施形態と同様に滑り支承１４０とピントリガー１５０とを組み合わせたトリガー機構となっている。当該トリガー機構は、基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲内では基礎架台１０とＦＳ架台１１１とを固定した状態に維持している。基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲を超えると、ピントリガー１５０のピンが破断して、ＦＳ架台１１１と基礎架台１０とが滑り支承１４０により相対変位可能になる。

固定が解除される（すなわちＦＳ架台１１１と基礎架台１０とが相対変位可能になる）と、フェールセーフ装置１０６は、錘３０の運動エネルギーを滑り支承１４０の摩擦エネルギーで吸収するとともに、積層ゴム１２０のポテンシャルエネルギーで蓄積する。

地震の揺れが小さくなり上記せん断力が所定範囲内になると、ＴＭＤ機能はある程度回復するが、ピンが無いため制御力は減少する。また、ＦＳ架台１１０と基礎架台１０との間には残留変位が残ることがある。この場合、地震が収束した後に、ジャッキなどで残留変位を解消する。

なお、フェールセーフ装置１０６も変形限界に達すると、ＴＭＤ制振装置１が、ＦＳ架台１１１の壁部（緩衝材１１１ａ）に衝突する。

＝＝＝第８実施形態＝＝＝
図１２は、第８実施形態のフェールセーフ装置１０７をＴＭＤ制振装置１に設けた場合の説明図である。なお、前述した実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第８実施形態のフェールセーフ装置１０７は、ＦＳ架台１１１、積層ゴム１２０、滑り支承１４０ピントリガー１５０、オイルダンパー１６０を備えている。

オイルダンパー１６０は、オイルダンパー４５と同様の構成のものであり、一端がＦＳ架台１１１に固定され、他端が基礎架台１０に固定されている。

ピントリガー１５０は、基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲内では基礎架台１０とＦＳ架台１１１とを固定した状態に維持している。基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲を超えると、ピントリガー１５０のピンが破断して、ＦＳ架台１１１と基礎架台１０とが滑り支承１４０により相対変位可能になる。

固定が解除される（すなわちＦＳ架台１１１と基礎架台１０とが相対変位可能になる）と、フェールセーフ装置１０７は、錘３０の運動エネルギーをオイルダンパー１６０で吸収するとともに、積層ゴム１２０のポテンシャルエネルギーで蓄積する。

オイルダンパー１６０の設計により、上記せん断力が所定範囲内になると、ＴＭＤ機能はある程度回復するが、ピンが無い分、制御力は減少する。

また、積層ゴム１２０により、ＦＳ架台１１０と基礎架台１０との間には残留変位が残らない。また、ピンを復旧するとＴＭＤ機能は回復する。

なお、フェールセーフ装置１０７も変形限界に達すると、ＴＭＤ制振装置１が、ＦＳ架台１１１の壁部（緩衝材１１１ａ）に衝突する。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

＜ＴＭＤ制振装置について＞
前述の実施形態のＴＭＤ制振装置１では、基礎架台１０と中間架台２０の間、及び、中間架台２０と錘３０との間の支承としてローラー５０を用いた転がり支承を用いていたが、これには限られない。例えば、球体を用いて平面的に転がるようにしたものでもよい。あるいは、摩擦抵抗の小さい滑り材を用いた滑り支承を適用してもよい。これらの場合、中間架台２００は無くてもよい。

また、中間架台２０を錘としてもよい。この場合、基礎架台１０に対するｘ方向とｙ方向への付加質量がそれぞれ異なることになる。よって、２つの方向で固有周期が異なる制振対象物を効率的に制振させることができる。

また、前述の実施形態では錘３０の上に積層ゴム４３及びオイルダンパー４５を設けていたが、これには限られない。基礎架台１０と錘３０との間に積層ゴム４３やオイルダンパー４５を設けた構成としてもよい。または、フレーム４１から錘３０を吊るした構成
など、他の構成であってもよい。

また、前述の実施形態では、積層ゴム４３を同一平面に複数配置し、さらに鉛直方向に複数段に配置していたがこれは限られない。例えば錘３０とフレーム４１との間（上方空間）に一つの積層ゴムを配置したものであってもよい。また、復元機構として積層ゴム以外の部材（例えばバネ）を用いてもよい。

また、前述の実施形態では、オイルダンパー４５を用いていたが、これには限られず、他の部材（例えば摩擦ダンパー）を用いてもよい
＜フェールセーフ装置について＞
前述の実施形態では、フェールセーフ装置の支承体として滑り支承１４０や積層ゴム１２０を用いていたがこれには限られない。例えば、球体やローラーを用いた転がり支承でもよい。

また、前述の実施形態では、トリガー機構（ピントリガー１５０等）は、基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲内では基礎架台１０を完全に固定していたが、これには限られず、弾性固定あるいは半固定の状態に固定してもよい。

また、復元機構として、積層ゴム１２０以外の部材(例えば、ばね)を用いてもよい。

図１３は、フェールセーフ装置の別の形態を示す概念図である。この例では、制振対象物とＴＭＤ制振装置との間にフェールセーフ装置２００が設けられている。フェールセーフ装置２００は、転がり支承２１０、油圧リリーフ装置２２０、復元ばね２３０を備えている。

転がり支承２１０は、転動体（球体、ローラーなど）を有している。当該転動体は、ＴＭＤ制振装置を支承するとともに、制振対象物とＴＭＤ制振装置との相対変位に応じて転動する。

油圧リリーフ装置２２０（小さいオリフィス付き）は、ダッシュポット２２１と油柱ばね２２２を備えており、トリガー機構兼変位抑制機構として機能する。ダッシュポット２２１は、両端にかかる荷重が所定値以下では変形せず、所定値を超えると変形し始める。すなわち、油圧リリーフ装置２２０は、ＴＭＤ制振装置から伝達される力（せん断力）が所定範囲内では制振対象物に対してＴＭＤ制振装置を固定する。ただし、厳密には油柱ばね２２２が弾性伸縮するので、半固定の状態となる。そして、所定範囲を超えるとトリガーが解除される。

復元ばね２３０は、制振対象物とＴＭＤ制振装置との相対的な位置関係を復元させる（復元機構）。

以上の構成により、通常地震時には、油圧リリーフ装置２２０はリリーフしない。ただし油柱ばね２２２は弾性変形する（半固定）。過大地震が発生するとトリガーが解除され、フェールセーフ装置２００（転がり支承２１０、油圧リリーフ装置２２０、復元ばね２３０）が変形する。過大地震直後はフェールセーフ装置２００に残留変形が残るが、復元ばね２３０が油圧リリーフ装置２２０を引き戻し、オリフィスを通じて油が少しずつ流れて残留変形が解消する。

また、前述の実施形態では、支承体として積層ゴム１２０を使用していない場合、ジャッキを用いて残留変位を解消していたが、例えば、基礎架台１０及びＦＳ架台（例えばＦＳ架台１１１とする）の一方にリールを設け、他方にワイヤーの一端を固定し、そのワイヤーの他端側をリールに巻回させるようにしてもよい。

これにより、地震が発生した際には、基礎架台１０とＦＳ架台１１１の相対変位に応じてリールからワイヤーが繰り出される。そして、地震の収束後、ワイヤーをリールに巻き取ることで残留変位を解消することができる。

また、例えば、前述の実施形態のピントリガー１５０は、基礎架台１０から伝達される力（せん断力）が所定範囲を超えると、ピンが破断するようになっていたが、これには限られない。例えば基礎架台１０及びＦＳ架台（例えばＦＳ架台１１１とする）の一方側にピンを上下に昇降させる機構を設け、他方側にピンと嵌合する嵌合溝を設けてもよい。そして、せん断力が所定範囲内では、ピンを嵌合溝に嵌合させ、せん断力が所定範囲を超えるとピンを嵌合溝から離間させるようにしてもよい。この場合、ピンが破断しないので、地震収束後にピンを復旧させなくてもよい。

また、前述の実施形態のフェールセーフ装置はＦＳ架台を備えていたが、ＦＳ架台は無くてもよい。制振対象物の頂部に積層ゴム１２０などを直接配置してもよい。

１０ 基礎架台
１１ 凸部
１２ 凸部
２０ 中間架台
２１ 凸部
２２ 凸部
３０ 錘
３２ 凸部
４１ フレーム
４３ 積層ゴム
４４ 連結板
４５ オイルダンパー
４７ 緩衝材
６０ 衝撃ダンパー
１００〜１０７ フェールセーフ装置
１１０ ＦＳ架台
１１１ ＦＳ架台
１１１ａ 緩衝材
１１２ ＦＳ架台
１１２ａ 溝部
１１２ｂ 緩衝材
１２０ 積層ゴム
１３０ 摩擦トリガー
１３１ 板材
１３２ 圧接板材
１３３ 摩擦材
１３４ 座金
１３５ 皿ばね
１３６ ボルト
１３７ ナット
１４０ 滑り支承
１５０ ピントリガー
１６０ オイルダンパー
２００ フェールセーフ装置
２１０ 転がり支承
２２０ 油圧リリーフ装置
２２１ ダッシュポット
２２２ 油柱ばね
２３０ 復元ばね

Claims (7)

1. 質量体と、前記質量体を支持する架台であって前記質量体よりも質量が小さい架台と、を備え制振対象物の揺れを抑制するＴＭＤ制振装置のフェールセーフ装置であって、
   前記制振対象物と前記ＴＭＤ制振装置の間に配置され、
   前記ＴＭＤ制振装置の前記架台から伝達される力が所定範囲内のときは前記制振対象物に対して前記架台を固定し、前記力が前記所定範囲を超えるときは前記架台の固定を解除するトリガー機構を備える、
   ことを特徴とするフェールセーフ装置。
2. 請求項１に記載のフェールセーフ装置であって、
   前記架台の固定が、弾性固定あるいは半固定である
   ことを特徴とするフェールセーフ装置。
3. 請求項１又は２に記載のフェールセーフ装置であって、
   前記トリガー機構は、前記架台を固定するピン部材を有し、
   前記力が前記ピン部材の破断強度を超える時、前記架台の固定を解除する
   ことを特徴とするフェールセーフ装置。
4. 請求項１又は２に記載のフェールセーフ措置であって、
   前記トリガー機構は、前記架台を固定する摩擦部材を有し、
   前記力が前記摩擦部材の静止摩擦力を超える時、前記架台の固定を解除する
   ことを特徴とするフェールセーフ装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載のフェールセーフ装置であって、
   前記架台の固定を解除した後、前記架台の変位を制御する変位制御機構を有する
   ことを特徴とするフェールセーフ装置。
6. 請求項５に記載のフェールセーフ装置であって、
   前記変位制御機構は、復元機構、又は、摩擦機構、又は、減衰機構、又は、ストッパー機構、又は、油圧リリーフ装置である
   ことを特徴とするフェールセーフ装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載のフェールセーフ装置であって、
   前記ＴＭＤ制振装置を支承する支承体を備える
   ことを特徴とするフェールセーフ装置。

Images