JP2018004055A - 制振システム - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図りつつ、確実に制振対象物の振動を減衰させる。【解決手段】制振対象物の頂部に設けられ、制振対象物の振動を制御する制振システムであって、下部構造部と、下部構造部の上方に設けられた上部構造部と、上部構造部から吊られた第１質量体と、下部構造部に対して回動可能に連結され、第１質量体を鉛直方向に貫通して立設した立設部材と、第１質量体の上方であって、立設部材に設けられた第２質量体と、第１質量体と前記第２質量体との鉛直方向の相対変位を許容しつつ、水平方向の相対変位を拘束する連結部材と、立設部材の水平方向の振幅を減衰する減衰部材と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、制振システムに関する。

制振対象物の振動を制御する制振システムとして、上部構造部から吊られた質量体を備えた振子型の制振システムが知られている。例えば、特許文献１では、上部構造部から吊られた質量体の側方にダンパーが設けられており、当該ダンパーによって制振対象物の振動を減衰させている。

特開平６−２１２８３４号公報

特許文献１に記載の制振システムでは、質量体の側方にダンパーを配置しているので、装置の小型化が困難であった。また、例えば、質量体に対してダンパーを鉛直方向に配置すると、水平面において回転するような振動の場合、質量体とダンパーが一体となって回転してしまいダンパーが機能しなくなるおそれがあった。

本発明は、装置の小型化を図りつつ、確実に制振対象物の振動を減衰させることを目的とする。

かかる目的を達成するための本発明は、制振対象物の頂部に設けられ、前記制振対象物の振動を制御する制振システムであって、下部構造部と、前記下部構造部の上方に設けられた上部構造部と、前記上部構造部から吊られた第１質量体と、前記下部構造部に対して回動可能に連結され、前記第１質量体を鉛直方向に貫通して立設した立設部材と、前記第１質量体の上方であって、前記立設部材に設けられた第２質量体と、前記第１質量体と前記第２質量体との鉛直方向の相対変位を許容しつつ、水平方向の相対変位を拘束する連結部材と、前記立設部材の水平方向の振幅を減衰する減衰部材と、を備えることを特徴とする。
このような制振システムによれば、ダンパーの配置を立設部材の周りに集約させることができ、装置の小型化を図ることができる。また、どのような振動に対してもダンパーを機能させることができ、確実に制振対象物の振動を減衰させることができる。

かかる制振システムであって、前記下部構造部に対して回動可能に連結され、前記第２質量体を支持する支持部材をさらに備えていてもよい。
このような制振システムによれば、第２質量体を安定して支えることができ、安全性を高めることができる。

かかる制振システムであって、前記第１質量体と前記第２質量体を平行に保持する平行保持部材をさらに備え、前記立設部材が第２質量体を支持してもよい。
このような制振システムによれば、装置の小型化を図ることができる。

また、かかる目的を達成するための本発明は、制振対象物の頂部に設けられ、前記制振対象物の振動を制御する制振システムであって、下部構造部と、前記下部構造部の上方に設けられた上部構造部と、前記下部構造部に回動可能に連結された支持部材と、
前記支持部材によって支持された第１質量体と、前記上部構造部に対して回動可能に連結され、前記第１質量体を鉛直方向に貫通して吊設した吊設部材と、前記第１質量体の下方であって、前記吊設部材に設けられた第２質量体と、前記第１質量体と前記第２質量体との鉛直方向の相対変位を許容しつつ、水平方向の相対変位を拘束する連結部材と、前記吊設部材の水平方向の振幅を減衰する減衰部材と、を備えることを特徴とする。
このような制振システムによれば、確実に制振対象物の振動を減衰させることができ、また、装置の小型化を図ることができる。

かかる制振システムであって、前記上部構造部に対して回動可能に連結され、前記第２質量体を吊る吊り部材をさらに備えていてもよい。
このような制振システムによれば、第２質量体を安定して吊ることができ、安全性を高めることができる。

かかる制振システムであって、前記第１質量体と前記第２質量体を平行に保持する平行保持部材をさらに備え、前記吊設部材が第２質量体を吊ってもよい。
このような制振システムによれば、装置の小型化を図ることができる。

かかる制振システムであって、前記第１質量体及び前記第２質量体の一方が、前記第１質量体及び前記第２質量体の他方を挟むように設けられていることが望ましい。
このような制振システムによれば、第１質量体と第２質量体との位置関係が安定し、また、水平方向の移動を同一とすることが容易となる。

かかる制振システムであって、前記連結部材は、前記第１質量体と前記第２質量体との鉛直方向への相対的な移動をガイドするリニアスライダーであり、前記リニアスライダーは、前記鉛直方向に複数並んで配置されていることが望ましい。
このような制振システムによれば、第１質量体と第２質量体を鉛直方向に相対変位させることができる。

かかる制振システムであって、前記下部構造部と前記制振対象物との間に、前記下部構造部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下部構造部を固定し、前記力が前記所定範囲を超えるときは前記制振対象物に対する前記下部構造部の固定を解除するトリガー機構を備えるフェールセーフ装置が設けられていることが望ましい。
このような制振システムによれば、装置の小型化を図ることができる。

本発明によれば、装置の小型化を図りつつ、確実に制振対象物の振動を減衰させることができる。

第１実施形態の制振システム１の全体構成を示す概略説明図である。 図２Ａは図１のＡ−Ａ断面図であり、図２Ｂは図１のＢ−Ｂ断面図であり、図２Ｃは図１のＣ−Ｃ断面図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、連結部材４０の構成を示す図である。図３Ａは側面図であり、図３Ｂは平面図である。 図４Ａ、及び、図４Ｂはトリガー機構１３０の構成の説明図である。 第１実施形態のＴＭＤ制振装置１０の動作の概略説明図である。 第１実施形態のＴＭＤ制振装置１０のモデル説明図である。 図７Ａ〜図７Ｆは、制振システムの設計についての概略説明図である 図８Ａは、第２実施形態の制振システム１の全体構成を示す概略説明図である。また、図８Ｂは、平行リンク３４の配置を説明するための平面図である。 平行リンク３４の概略説明図である。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜＜全体構成＞＞
図１は、第１実施形態の制振システム１の全体構成を示す概略説明図である。図２Ａは図１のＡ−Ａ断面図であり、図２Ｂは図１のＢ−Ｂ断面図であり、図２Ｃは図１のＣ−Ｃ断面図である。以下の説明では、鉛直方向のことをＺ方向とし、Ｚ方向と垂直な面（水平面）において直交する２方向（水平方向）のことをそれぞれＸ方向、Ｙ方向として説明することがある。

図１に示すように、本実施形態の制振システム１は、ＴＭＤ制振装置１０とフェールセーフ装置１００とを備えている。

ＴＭＤ制振装置１０は、高層ビルなどの制振対象物（ここでは建物３）の頂部に設けられて、制振対象物の振動を制御する装置である。本実施形態では、ＴＭＤ制振装置１０は、フェールセーフ装置２０を介して、建物３の頂部に設けられている。

フェールセーフ装置１００は、ＴＭＤ制振装置１０と建物３との間に設けられている。そして、フェールセーフ装置２０は、ＴＭＤ制振装置１０のから伝達される力が所定範囲内のときは建物３に対してＴＭＤ制振装置１０を固定する。一方、ＴＭＤ制振装置１０のから伝達される力が所定範囲を超えるときはＴＭＤ制振装置１０の固定を解除する。

以下、本実施形態のＴＭＤ制振装置１０とフェールセーフ装置１００の構成について説明する。

＜＜ＴＭＤ制振装置について＞＞
ＴＭＤ制振装置１０は、ＴＭＤ架台１１（下部構造部に相当）と、上部フレーム１２（上部構造部に相当）と、第１質量体２１と、吊り部材２２と、第２質量体３１と、立設部材３２と、支持アーム３３と、連結部材４０と、ダンパー５０とを有する。

ＴＭＤ架台１１は、ＴＭＤ制振装置１０の最も下部に設けられた構造物である。ＴＭＤ架台１１は建物３の上にフェールセーフ装置２０を介して設けられている。本実施形態のＴＭＤ架台１１の平面形状は正方形であるが、これには限られず、円形や多角形など、他の形状でもよいでもよい。

上部フレーム１２は、ＴＭＤ架台１１に固定された構造物（例えば鉄骨フレーム）である、ＴＭＤ架台１１との間に空間を形成するようにＴＭＤ架台１１の上方に設けられている。

第１質量体２１は、上部フレーム１２から吊り部材２２により吊られた質量体である。本実施形態の第１質量体２１の外周の平面形状は正方形である。また、図２Ｂに示すように、第１質量体２１には、後述する立設部材３２や支持アーム３３を貫通させるための空間（隙間）が設けられている。また、第１質量体２１の各辺の中点部分には上方に突出する突起部２１Ａが設けられている。なお、突起部２１ＡはＨ形鋼で構成されている。

吊り部材２２は、第１質量体２１を上部フレーム１２から吊り下げる部材である。吊り部材２２は、上端が上部フレーム１２に対して回動可能に連結されており、下端が第１質量体２１に対して回動可能に連結されている。吊り部材２２は、第１質量体２１の角部にそれぞれ（合計４本）設けられている。第１質量体２１及び吊り部材２２によって、振子（吊り振子）が構成されている。

第２質量体３１は、ＴＭＤ架台１１に対して設けられて倒立振子を形成する質量体である。本実施形態の第２質量体３１の外周の平面形状は第１質量体２１よりも小さい正方形である。また、第２質量体３１には上方に突出する突起部３１Ａが設けられている（図３Ａ参照）。突起部３１ＡはＨ形鋼で構成されおり、第２質量体３１の各辺において第１質量体２１の突起部２１Ａと対向する位置にそれぞれ設けられている。なお、本実施形態において突起部２１Ａと突起部３１Ａとの間隔は２００〜３００ｍｍである。

支持アーム３３は、ＴＭＤ架台１１から第１質量体２１を貫通して第２質量体３１を支持する支持部材である。支持アーム３３は、下端がＴＭＤ架台１１に対して回動可能に連結されており、上端が第２質量体３１に対して回動可能に連結されている。支持アーム３３は、第２質量体３１の角部にそれぞれ（合計4本）設けられている。この４本の支持アーム３３によって、第２質量体３１を安定して支えることができ、安全性を高めることができる。

立設部材３２は、第２質量体３１の中央部分において、ＴＭＤ架台１１から第１質量体２１を貫通して立設している。立設部材３２は、下端がＴＭＤ架台１１に対して回動可能に連結されており、上端が第２質量体３１に対して回動可能に連結されている。なお、支持アーム３３とともに立設部材３２も第２質量体３１を支持してもよいし、立設部材３２が第２質量体３１を支持せずに支持アーム３３のみで第２質量体３１を支持してもよい。

第２質量体３１、立設部材３２、及び、支持アーム３３によって、倒立振子が構成されている。なお、第１質量体２１及び第２質量体３１の振動を安定させるため、第２質量体３１は第１質量体２１よりも質量が小さくなるように構成されている。

図１に示すように、第１質量体２１は第２質量体３１よりも低い位置に配置されており、第２質量体３１は第１質量体２１よりも高い位置に配置されている。これは、制振システム１（ＴＭＤ制振装置１０）の高さを抑えながら、吊り部材２２及び立設部材３２（支持アーム３３）の長さＬをできるだけ長くするためである。

また、図２Ａに示すように、上から見たとき、第１質量体２１は、第２質量体３１を囲繞している。つまり、第１質量体２１は、第２質量体３１の外側に配置されており、第２質量体３１を外側から挟んでいる。これにより、不安定な倒立振子を第１質量体２１の内側に配置できる。また、連結部材４０を第２質量体３１の周囲に配置しやすくなるため、第２質量体３１の水平方向の移動を第１質量体２１と同一とすることが容易となる。また、第２質量体３１の質量が第１質量体２１の質量よりも小さくなるように構成しやすい。

連結部材４０は、第１質量体２１と第２質量体３１とを連結する部材である。言い換えると、連結部材４０は、第１質量体２１及び吊り部材２２で構成された振子（吊り振子）と、第２質量体３１、立設部材３２、及び、支持アーム３３で構成された振子（倒立振子）とを連結する部材である。連結部材４０は、第１質量体２１と第２質量体３１との水平方向の相対変位を拘束する。これにより、第１質量体２１及び第２質量体３１の水平方向の変位は同じになる。第１質量体２１及び第２質量体３１が水平方向に変位すると、第１質量体２１は鉛直方向上側に変位するのに対し、第２質量体３１は鉛直方向下側に変位する。このため、連結部材４０は、第１質量体２１と第２質量体３１との鉛直方向の相対変位を許容しつつ、第１質量体２１と第２質量体３１との水平方向の相対変位を拘束する。

図３Ａ及び図３Ｂは、連結部材４０の構成の一例を示す図である。図３Ａは側面図であり、図３Ｂは平面図である。なお、図３は、図１及び図２におけるＸ方向の一端側（図の左側）に配置された連結部材４０の構成を示しているが、他の連結部材４０も同様の構成である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、連結部材４０は、第１質量体２１の突起部２１Ａと第２質量体の突起部３１Ａとの間に設けられている。

本実施形態の連結部材４０は、第１質量体２１と第２質量体３１とのＺ方向（鉛直方向）への相対的な移動をガイドする転がり型のリニアスライダーである。連結部材４０は、突起部２１Ａと突起部３１Ａとの間においてＺ方向に２つ並んで設けられている（２連のリニアスライダーである）。Ｚ方向に並ぶ連結部材４０の中心位置の間隔は約６００ｍｍ程度である。また、第１質量体２１の上面と第２質量体の下面との間隔は１０００ｍｍ以上である。

連結部材４０はレール４１と、凹部４２と、球体４３と、弾性体４４と、皿ばね４５と、取り付けボルト４６を有している。

レール４１は、突起部２１Ａから突起部３１Ａに向けて突出するように（凸状に）突起部２１Ａの側面に設けられている。また、レール４１はＺ方向（鉛直方向）に沿って設けられている。

凹部４２は、突起部２１Ａの側面に弾性体４４を介して設けられている。また、凹部４２は、レール４１の凸状の部分に嵌合可能な形状（凹状）に設けられており、球体４３を介してレール４１と嵌合している。

弾性体４４は、寸法差や作動時の変化に対応するための部材である。本実施形態では、弾性体４４は厚さ３〜５ｍｍのゴムで形成されている。ただし、これには限られず別の材料を用いてもよい。

皿ばね４５は、部品の緩みやがたつきを調整するための部材である。

取り付けボルト４６は、凹部４２を突起部２１Ａの側面に取り付けるための部材である。

以上の構成により、レール４１と凹部４２は、球体４３を介して嵌合しており、球体４３の転がりによってＺ方向に相対移動可能である（Ｚ方向に直線運動可能である）。換言すると、突起部２１Ａ（第１質量体２１）と突起部３１Ａ（第２質量体３１）とがＺ方向に相対変位可能である。一方、レール４１と凹部４２が嵌合しているので凹部４２とレール４１は水平方向には相対移動できない。換言すると、突起部２１Ａ（第１質量体２１）と突起部３１Ａ（第２質量体３１）は水平方向に相対変位できない。このように、連結部材４０は、第１質量体２１と第２質量体３１の水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）への相対変位を拘束するとともに、鉛直方向（Ｚ方向）への相対変位を許容する。本実施形態では、連結部材４０をＺ方向に２つ並べて設けているので、より確実に、第１質量体２１と第２質量体３１をＺ方向のみに相対変位させることができる。但し、これには限られず、Ｚ方向に連結部材４０を１つのみ配置してもよいし、３つ以上配置してもよい。

また、連結部材４０は、上記の構造には限られるものではなく、第１質量体２１と第２質量体３１との鉛直方向の相対変位を許容しつつ、第１質量体２１と第２質量体３１との水平方向の相対変位を拘束する部材であれば、他の部材でも良い。例えば、鉛プラグ入り天然積層ゴム（ＬＲＢ）や高減衰積層ゴムなどのように、減衰機能を備えたものでも良い。また、例えば、カムフォロワーで構成してもよい。

ダンパー５０は、２つの部材間の振動を減衰させる部材であり、本実施形態のダンパー５０はオイルを用いたオイルダンパーである。本実施形態において、ダンパー５０は、立設部材３２のダンパー取付け部３２Ａ（球座）とＴＭＤ架台１１の突起部１１Ａとの間に水平方向に配置されている。また、ダンパー５０は、図２Ｃに示すように、立設部材３２を中心としてＸ方向及びＹ方向の両側にそれぞれ（合計４つ）設けられている。換言すると、本実施形態では、４つのダンパー５０の接続先を立設部材３２に集約している。これにより、コンパクト化（小型化）が可能である。

なお、ダンパー５０は、オイルダンパーに限られるものではなく、例えば、減衰こま（ＲＤＴ）などでも良い。

＜＜フェールセーフ装置について＞＞
本実施形態のフェールセーフ装置１００は、制振対象物（建物３）とＴＭＤ制振装置１０との間に設けられている。より具体的には、建物３の頂部と、ＴＭＤ制振装置１０のＴＭＤ架台１１との間に設けられている。そして、フェールセーフ装置１００は、ＴＭＤ制振装置１０の鉛直荷重を建物３に伝達する役割と、ＴＭＤ制振装置１０と建物３との間の水平方向制御力を伝達する役割を担っている。

図１に示すようにフェールセーフ装置１００は、ＦＳ架台１１０、積層ゴム１２０、トリガー機構１３０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、建物３の頂部に固定されている。なお、ＦＳ架台１１０とＴＭＤ制振装置１０のＴＭＤ架台１１との間はリニアスライダー（不図示）が設けられており、ＦＳ架台１１０とＴＭＤ架台１１とは水平方向に相対変位可能となっている。

積層ゴム１２０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。積層ゴム１２０は、ＦＳ架台１１０とＴＭＤ架台１１との間に設けられている。そして、積層ゴム１２０は、ＴＭＤ架台１１（換言するとＴＭＤ制振装置１０）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、ＴＭＤ架台１１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。

本実施形態のトリガー機構１３０は、オイルダンパーに似た形状をした摩擦トリガーであり、一端はＴＭＤ架台１１に固定され、他端はＦＳ架台１１０に固定されている。

図４Ａ、及び、図４Ｂはトリガー機構１３０の構成の一例を示す説明図である。なお、図４Ｂは図４ＡのＡ−Ａ断面図である。

トリガー機構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、トリガー機構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４Ｂ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４Ａ参照）。

圧接板材１３２は、トリガー機構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４Ｂ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４Ｂに示すように、板材１３１と、圧接板材１３２を、座金１３４及び皿ばね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。

図１のように配置されたトリガー機構１３０は、ＴＭＤ架台１１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、ＴＭＤ架台１１（換言するとＴＭＤ制振装置１０）はＦＳ架台１１０（換言すると建物３）に固定された状態となっている。また、トリガー機構１３０は、ＴＭＤ架台１１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、ＴＭＤ架台１１は、固定が解除されてＦＳ架台１１０に対して相対変位可能になる。

このようにトリガー機構１３０は、両端（長手方向の一端と他端）に加えられる力が所定範囲（摩擦材１３３の摩擦係数に応じた値）以下では作動しないが、その範囲を超えると作動する。上記の所定範囲はトリガー機構１３０（摩擦トリガー）の摩擦係数に応じて定まる。よって、フェールセーフ装置１００の動作の開始が適宜のタイミングとなるようにトリガー機構１３０の摩擦係数を設定すればよい。

なお、トリガー機構１３０は、本実施形態のように摩擦を用いた構成（摩擦トリガー）には限られず、他の構成であってもよい。例えば、ＴＭＤ架台１１から伝達される力が所定範囲を超えると作動する滑り支承や、ピンが破断して作動するピントリガーなどを用いてもよい。

また、前述の実施形態ではトリガー荷重を超えるまでＴＭＤ架台１１を固定していたが、完全に固定していなくてもよく、弾性固定や半固定でもよい。例えば、トリガー機構１３０として、リリーフ型オイルダンパーを用いてもよい。この場合、リリーフ荷重まではオリフィスによって速度の２乗に比例する特性を用いて出来るだけ大きな減衰特性を有し、リリーフ後は減衰特性が出来るだけ小さくなるものを用いればよい。

＜＜ＴＭＤ制振装置の動作について＞＞
図５は、第１実施形態のＴＭＤ制振装置１０の動作の概略説明図であり、図６は、第１実施形態のＴＭＤ制振装置１０のモデル説明図である。

地震などにより水平方向の振動が発生すると、第１質量体２１と第２質量体３１とは、連結部材４０で連結されているため、一体となって水平方向に移動する。

第１質量体２１の質量をｍ１、第２質量体３１の質量をｍ２、吊り部材２２及び立設部材３２の長さをＬ、第１質量体２１及び第２質量体３１の振れ角度をθとすると、このモデルの周期Ｔ（装置周期）は、次式の通りである。

Ｔ＝２π√｛（Ｌ／ｇ）×（ｍ１＋ｍ２）／（ｍ１−ｍ２）×ｃｏｓθ｝・・式（１）
ここで、前述の通り、第２質量体３１は第１質量体２１よりも質量が小さく構成されているので、ｍ１−ｍ２＞０である。

式（１）より、周期Ｔは、吊り部材２２や立設部材３２の長さＬだけでなく、第１質量体２１及び第２質量体３１の質量にも依存する。制振対象物を制振するためには、この周期Ｔを、制振対象物の固有周期に同調させる必要がある。

また、図５に示すように、第１質量体２１と第２質量体３１が水平方向に変位すると、第１質量体２１と第２質量体３１は鉛直方向に相対変位する。また、第１質量体２１と第２質量体３１が水平方向に変位すると、立設部材３２が傾くことにより、ダンパー５０のストロークが伸縮することになる。これにより、ダンパー５０は、減衰力を発生する。

本実施形態のＴＭＤ制振装置１０では、第２質量体３１とＴＭＤ架台１１との間に第１質量体２１を貫通する立設部材３２が設けられており、この立設部材３２を中心としてＸ方向の両側及びＹ方向の両側にそれぞれ（合計４つの）ダンパー５０が設けられている。これにより、振動がどの方向に発生しても建物３（制振対象物）の振動を減衰させることができる。

また、仮に、第１質量体２１と第２質量体３１との間にＺ方向（鉛直方向）沿ったダンパーを設けると、例えば、水平面で回転するような振動が発生した場合、第１質量体２１と第２質量体３１とダンパーとが一体となって回転し、建物３の振動を減衰させることができないおそれがある。これに対し、本実施形態では、水平方向にダンパー５０を設けているので、水平面で回転するような振動が発生した場合においても確実に建物３の振動を減衰させることができる。

また、本実施形態では４つのダンパー５０を質量体（第１質量体２１及び第２質量体３１）の下に配置しており、振子の可動範囲の外側にダンパーを配置しなくてもよい。さらに、各ダンパー５０の接続先を一つ（立設部材３２）に集約することができる。これにより、ＴＭＤ制振装置１０の装置の小型化を図ることができる。また、本実施形態ではダンパー５０は、立設部材３２のうちの比較的低い位置（立設部材３２の鉛直方向の中心よりも下）に設けられている、これにより、吊り振子、及び、倒立振子の設計最大ストロークに対して、必要なダンパーストロークが小さくなり、装置の小型化を図ることができる。

＜＜制振システムの設計について＞＞
本実施形態の制振システム１では、吊り振子と倒立振子を用いたＴＭＤ制振装置１０にフェールセーフ装置１００を組み合わせている。これにより、制振システム１（より具体的にはＴＭＤ制振装置１０）の小型化を図ることができる。以下、この理由について説明する。

図７Ａ〜図７Ｆは、制振システムの設計についての概略説明図である。

図７Ａは、質量Ｍの吊り振子が設けられた一般的なＴＭＤ制振装置の概念図である。この場合の振動の周期は、振子の長さで決まる。この長さをＬとすると、周期Ｔは次式の通りである。

Ｔ＝２π√｛（Ｌ／ｇ）×ｃｏｓθ｝・・・・・・・・・・・・式（２）
式（２）より、この場合の周期Ｔは吊り振子の長さＬにのみ依存することになる。このため、制振対象物となる建物の固有周期が長い場合、長さＬを長くする必要がある。例えば、振子の最大振れ角度を３０度とし、周期Ｔを５秒とした場合、振子の長さＬは６．２ｍ必要になる。この場合、大地震時にＴＭＤの質量体の揺れ（振幅）は最大±２ｍに達する。よって、ＴＭＤ制振装置はその振幅に対応する大きさにする必要がある。

ただし、設計で想定した地震動を超える大地震動が発生した場合、ＴＭＤ制振装置が損傷したり、建物が損傷したりするなどのおそれがある。

図７Ｂは、図７ＡのＴＭＤ制振装置の下にフェールセーフ装置を設けた場合の概念図である。ここでは、地震動の大きさを設計地震動（±２ｍ）の１．５倍（すなわち±３ｍ）としている。

この場合、ＴＭＤ制振装置の質量体の振幅が最大値（２ｍ）を超えそうになると、フェールセーフ装置が作動する。フェールセーフ装置が作動するとＴＭＤ制振装置の質量体の動きが最大振幅２ｍ以下に制限され、代わりにフェールセーフ装置が水平方向に変位する。

図７Ｃは、図７Ｂの改良版の概念図である。ここでは、ＴＭＤ制振装置の質量体の振幅が±１ｍを超えそうになるとフェールセーフ装置が作動するようにしている。これにより、ＴＭＤ制振装置の動きを制限するようにできる。なお、図７Ｂと同等の性能を発揮するには、図７Ｂの場合よりもフェールセーフ装置の動きが大きくなる。具体的には、図７Ｂでは、ＴＭＤ制振装置の動きが±２ｍ、フェールセーフ装置の動きが±１ｍであったのに対し、図７Ｃの構成では、ＴＭＤ制振装置の動きが±１ｍ、フェールセーフ装置の動きが±２ｍとなる。

このようにフェールセーフ装置の設定により、ＴＭＤ制振装置の水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）の幅を小さくすることができる。ただし、この場合、ＴＭＤ制振装置の高さは小さくならない。これは、振子式の場合、前述の式（２）より周期Ｔが振子の長さで決定されるからである。

図７Ｄは、ＴＭＤ制振装置を吊り振子と倒立振子で構成した場合の概念図である。前述したように、吊り振子と倒立振子は水平方向に一体となって移動する。吊り振子の質量はｍ１であり、倒立振子の質量はｍ２である。なお、ｍ１＞ｍ２であり、ｍ１とｍ２の合計値（ｍ１＋ｍ２）は、図７Ａ〜７Ｃにおける質量体の質量Ｍと等しい。すなわち、図７Ａ〜図７Ｃの場合とＴＭＤの質量効果が同じである。また、吊り振子の吊り長さと倒立振子の倒立長さは等しい（長さＬである）。この図７Ｄでは、図７Ａと同様に、地震動を設定しており、ＴＭＤ制振装置の動きは±２ｍとなる。

図７Ｅは、図７ＤのＴＭＤ制振装置にフェールセーフ装置を設けた場合の概念図である。

ここでは、図７Ｂと同様に、地震動の大きさを設計地震動（±２ｍ）の１．５倍（±３ｍ）としている。このため、図７Ｂと同様にフェールセーフ装置を設置している。この制振システムでは、図７Ｂと同様に、ＴＭＤ制振装置の質量体（ここでは吊り振子と倒立振子）の振幅が最大値（２ｍ）を超えそうになると、フェールセーフ装置が作動する。フェールセーフ装置が動作するとＴＭＤ制振装置の質量体の動きが最大振幅２ｍ以下に制限され、代わりにフェールセーフ装置が水平方向に変位する。図では、フェールセーフ装置が水平方向に１ｍ変位しており、ＴＭＤ制振装置とフェールセーフ装置との水平方向へ変位の合計が３ｍとなっている。

図７Ｆは、図７Ｅの改良版の概念図を示す図である。ここでは、図７Ｃと同様に、ＴＭＤ制振装置の質量体の振幅が±１ｍを超えそうになるとフェールセーフ装置が作動するようにしている。これにより、ＴＭＤ制振装置の動きを制限するようにでき図７Ｅの場合よりも装置の幅を小さくできる。また、吊り振子の質量をｍ１´とし、倒立振子の質量をｍ２´としている。なお、ｍ１´＋ｍ２´＝ｍ１＋ｍ２＝Ｍであり、図７Ａ〜図７Ｅの場合と質量効果は等しい。図７Ｆの振動系（吊り振子と倒立振子）の周期Ｔは、前述の式（１）により建物３の固有周期と等しく設定される（図７Ｅと図７Ｆで周期Ｔが等しい）。この場合、ｍ１´とｍ２´の設定によって振子の長さＬを短くすることができる。本実施形態（図７Ｆ）では、振子の長さを長さＬ´（＜Ｌ）としている。

具体的には、ｍ１を０．８ｎ（ｋｇ）、ｍ２を０．２ｎ（ｋｇ）とし、式（１）中のＬ×（ｍ１＋ｍ２）／（ｍ１−ｍ２）を所定値（例えば１）にする場合、Ｌは０．６となる。なお、ｎはゼロでない定数である。これに対し、ｍ１´を０．７ｎ（ｋｇ）、ｍ２´を０．３ｎ（ｋｇ）とし、式（１）中のＬ×（ｍ１＋ｍ２）／（ｍ１−ｍ２）を１にする場合、Ｌ´は０．４となり上述のＬ（＝０．６）よりも小さくなる。

このように、吊り振子の質量ｍ１´をｍ１よりも小さくし、倒立振子の質量ｍ２´をｍ２よりも大きく（ただし、ｍ１´よりも小さく）し、その合計値ｍ１´＋ｍ２´をｍ１＋ｍ２と等しくとすることで、Ｌ´をＬよりも短く設定することができる。

また、図７Ｅの場合と図７Ｄ、図７Ｅの場合において各振子の振れ角度は等しい。このため、長さＬを短く設定することにより、振子の振幅や高さを小さくでき、装置の小型化を図ることが出来る。なお、本実施形態では、ＴＭＤ制震装置を構成する吊り振子の吊り長さと倒立振子の倒立長さを同じ値に設定していたが、吊り長さと倒立長さが異なっていてもよい。この場合も、フェールセーフ装置を設けることで吊り長さを短く、又は、倒立長さを短くすることができる。

このように、吊り振子と倒立振子を備えたＴＭＤ制振装置をフェールセーフ付き制振構造とすることにより、装置の幅だけてなく、高さも小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図８Ａは、第２実施形態の制振システム１の全体構成を示す概略説明図である。また、図８Ｂは、平行リンク３４の配置を説明するための平面図である。図８Ｂでは第２質量体３１を透過して上から第１質量体２１´を見た状態を示している。なお、第１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。

図８Ａに示すように、第２実施形態の制振システム１のＴＭＤ制振装置１０には、支持アーム３３が設けられていない。すなわち、第２実施形態では、立設部材３２のみで（一点で）第２質量体３１を支持している。ただし、この場合、立設部材３２が第２質量体３１に対して回動可能に設けられているので、第２質量体３１が水平バランスを崩すおそれがある。そこで、第２実施形態では、平行リンク３４（平行保持部材に相当）を設けている。なお、第２実施形態では、支持アーム３３を用いないため、図８Ｂに示すように、第２実施形態の第１質量体２１´には、支持アーム３３を貫通させる空間が設けられていない。

平行リンク３４は、第１質量体２１´の水平面と第２質量体３１の水平面を平行に保持するための部材である。平行リンク３４は、図８Ｂに示すように、第１質量体２１´と第２質量体３１の間に四角形をなすようにＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに（各辺に）配設されている。

図９は平行リンク３４の概略説明図である。
図９に示すように、平行リンク３４は、第１アーム３４１、第２アーム３４２、第３アーム３４３、第４アーム３４４、及び中間軸３４５を備えている。

第１アーム３４１及び第２アーム３４２の一端（上端）は、水平方向（例えばＸ方向）に間隔をあけて第２質量体３１の下面に回動可能に接続されており第１アーム３４１及び第２アーム３４２の他端（下端）は、中間軸３４５に回動可能に接続されている。

また、第３アーム３４３及び第４アーム３４４の一端（下端）は、水平方向（例えばＸ方向）に間隔をあけて第１質量体２１´の上面に回動可能に接続されており、第３アーム３４３及び第４アーム３４４の他端（上端）は、中間軸３４５に回動可能に接続されている。

これにより、第１アーム３４１と第２アーム３４２が平行で、第３アーム３４３と第４アーム３４４が平行な平行リンク３４が構成されている。

仮に、図９の平行リンク３４において、第１質量体２１´と第２質量体３１との間に図の矢印ａの圧縮力（第１アーム３４１の一端と第３アーム３４３の一端とが近接するような力）が加わるとする。すると、中間軸３４５が第１アーム３４１と第３アーム３４３によって図の矢印ｂの方向に押される。これにより第２アーム３４２の他端と第４アーム３４４の他端が図の矢印ｂの方向に引っ張られるので、第２アーム３４２と第４アーム３４４との間に図の破線矢印ｃの方向の力が働く。これにより、第１アーム３４１と第２アーム３４２が平行で、第３アーム３４３と第４アーム３４４が平行になる。第１質量体２１´と第２質量体３１とが離間する場合の動作についても同様である。

このように、第２実施形態では第１質量体２１´と第２質量体３１との間に平行リンク３４を設けているので、平行リンク３４で第１質量体２１´と第２質量体３１とを平行に保持することができる。これにより、第２質量体３１を立設部材３２のみで支持することが可能である。

この第２実施形態においても、振動がどの方向に発生しても建物３（制振対象物）の振動を減衰させることができ、また、装置の小型化を図ることができる。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
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。

＜ＴＭＤ制振装置について＞
ＴＭＤ制振装置の構造は前述した実施形態には限られない。例えば、第１実施形態及び第２実施形態のＴＭＤ制振装置１０の外枠（ＴＭＤ架台１１、上部フレーム１２）以外の構成の上下を反転させた構成としてもよい。すなわち、第１質量体２１を倒立振子とし第２質量体３１を吊り振子としてもよい。そして、上部フレーム１２と第２質量体３１の間に立設部材３２と同様の部材（吊設部材に相当）を設け、その部材と上部フレーム１２の突起部（下方に突起させた部分）との間に水平方向にダンパー５０を配置してもよい。なお、この場合、第１質量体２１とＴＭＤ架台１１との間には支持アーム３３と同様の支持部材を設けて第１質量体２１を支持する必要がある。また、吊り部材２２に相当する部材は設けてもよいし、当該部材を設けずに第２実施形態のように平行リンク３４を設けてもよい。

また、前述の実施形態では、第１質量体２１が第２質量体３１を囲繞していた。但し、第２質量体３１が第１質量体２１を囲繞しても良い。この場合、第１質量体２１が第２質量体３１の内側に位置するため、吊り部材２２の間隔を狭くできる。

＜フェールセーフ装置について＞
前述の実施形態では、ＴＭＤ制振装置１０と建物３との間にフェールセーフ装置１００を設けていたが、これには限られず、フェールセーフ装置１００を設けていなくてもよい。この場合、ＴＭＤ制振装置１０のＴＭＤ架台１１及び上部フレーム１２が建物３の頂部に固定されることになる。

１ 制振システム
３ 建物（制振対象物）
１０ ＴＭＤ制振装置
１１ ＴＭＤ架台（下部構造部）
１１Ａ 突起部
１２ 上部フレーム（上部構造部）
２１ 第１質量体
２１Ａ 突起部
２２ 吊り部材
３１ 第２質量体
３１Ａ 突起部
３２ 立設部材
３２Ａ ダンパー取付け部
３３ 支持アーム
４０ 連結部材
４１ レール
４２ 凹部
４３ 球体
４４ 弾性体
４５ 皿ばね
４６ 取り付けボルト
５０ ダンパー
１００ フェールセーフ装置
１１０ ＦＳ架台
１２０ 積層ゴム
１３０ トリガー機構
１３１ 板材
１３１ａ 長穴
１３２ 圧接板材
１３３ 摩擦材
１３４ 座金
１３５ 皿ばね
１３６ ボルト
１３７ ナット

Claims (9)

1. 制振対象物の頂部に設けられ、前記制振対象物の振動を制御する制振システムであって、
   下部構造部と、
   前記下部構造部の上方に設けられた上部構造部と、
   前記上部構造部から吊られた第１質量体と、
   前記下部構造部に対して回動可能に連結され、前記第１質量体を鉛直方向に貫通して立設した立設部材と、
   前記第１質量体の上方であって、前記立設部材に設けられた第２質量体と、
   前記第１質量体と前記第２質量体との鉛直方向の相対変位を許容しつつ、水平方向の相対変位を拘束する連結部材と、
   前記立設部材の水平方向の振幅を減衰する減衰部材と、
   を備えることを特徴とする制振システム。
2. 請求項１に記載の制振システムであって、
   前記下部構造部に対して回動可能に連結され、前記第２質量体を支持する支持部材をさらに備える、
   ことを特徴とする制振システム。
3. 請求項１に記載の制振システムであって、
   前記第１質量体と前記第２質量体を平行に保持する平行保持部材をさらに備え、
   前記立設部材が第２質量体を支持する、
   ことを特徴とする制振システム。
4. 制振対象物の頂部に設けられ、前記制振対象物の振動を制御する制振システムであって、
   下部構造部と、
   前記下部構造部の上方に設けられた上部構造部と、
   前記下部構造部に回動可能に連結された支持部材と、
   前記支持部材によって支持された第１質量体と、
   前記上部構造部に対して回動可能に連結され、前記第１質量体を鉛直方向に貫通して吊設した吊設部材と、
   前記第１質量体の下方であって、前記吊設部材に設けられた第２質量体と、
   前記第１質量体と前記第２質量体との鉛直方向の相対変位を許容しつつ、水平方向の相対変位を拘束する連結部材と、
   前記吊設部材の水平方向の振幅を減衰する減衰部材と、
   を備えることを特徴とする制振システム。
5. 請求項４に記載の制振システムであって、
   前記上部構造部に対して回動可能に連結され、前記第２質量体を吊る吊り部材をさらに備える、
   ことを特徴とする制振システム。
6. 請求項４に記載の制振システムであって、
   前記第１質量体と前記第２質量体を平行に保持する平行保持部材をさらに備え、
   前記吊設部材が第２質量体を吊る、
   ことを特徴とする制振システム。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の制振システムであって、
   前記第１質量体及び前記第２質量体の一方が、前記第１質量体及び前記第２質量体の他方を挟むように設けられている、
   ことを特徴とする制振システム。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載の制振システムであって、
   前記連結部材は、前記第１質量体と前記第２質量体との鉛直方向への相対的な移動をガイドするリニアスライダーであり、
   前記リニアスライダーは、前記鉛直方向に複数並んで配置されている、
   ことを特徴とする制振システム。
9. 請求項１乃至８の何れかに記載の制振システムであって、
   前記下部構造部と前記制振対象物との間に、前記下部構造部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下部構造部を固定し、前記力が前記所定範囲を超えるときは前記制振対象物に対する前記下部構造部の固定を解除するトリガー機構を備えるフェールセーフ装置が設けられている、
   ことを特徴とする制振システム。