JP2020029910A - 制震装置及び制震装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制震装置の構成を簡易にする。【解決手段】制震装置１は、一方と他方との間の相対的な距離が可変である第１接続端部１５Ａ及び第２接続端部１５Ｂと、第１接続端部１５Ａの移動に伴って変形し、変形によって弾性エネルギを保存可能なバネ１６と、弾性エネルギから変換された運動エネルギを保存する慣性質量１７と、慣性質量１７の作動を不可とする第１形態と、作動を可能とする第２形態とを、相互に切り替え可能なロック機構１８と、ロック機構１８における第１形態及び第２形態を相互に切り替える制御部２０と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、制震装置及び制震装置の制御方法に関する。

構造物に適用される制震技術が検討されている。例えば、制震技術には、構造物に取り付けたオイルダンパによって、地震等に起因して構造物に与えられるエネルギを吸収する技術がある。一般に、オイルダンパの減衰係数は一定である。その結果、制震装置自身が有する剛性だけでなく、制震装置を構造物に取り付ける連結部材の剛性や、制震装置が設けられる周囲の架構の変形に起因する剛性による制約の理由から、吸収可能なエネルギの量には限界が存在する。

特許文献１は、付加振動系によって構造物の振動を適切に抑制する振動抑制装置を開示する。この装置は、オイルダンパに錘を組み合わせることによってエネルギの吸収量の向上を図る。具体的には、特許文献１の技術は、設置された建物に対する負剛性効果あるいは建物周期への同調によりストロークの拡張を図る。しかし、周辺架構の変形に起因する剛性の制約を無視することはできず、エネルギの吸収量は、一般的なオイルダンパを用いた場合とほぼ同等である。

特許文献２は、制震構造物用可変減衰装置を開示し、特許文献３は減衰係数切替型油圧ダンパを開示する。これらの装置は、オイルダンパの流路に設けられた開閉制御弁を有する。そして、開閉制御弁の開度を、全開及び全閉のいずれに制御することにより、エネルギの吸収量の向上を図る。この制御によれば、上述した剛性に起因する制約下において、エネルギの吸収量を最大化することができる。

特許文献４は、油圧ダンパ開閉制御弁の制御方法を開示する。この制御方法が適用される装置は、油圧ダンパ及び開閉制御弁に加えて、さらに油圧タンクを有する。この油圧タンク及び開閉制御弁によれば、構造物に与えられたエネルギを回生するとともに、回生したエネルギを制震に転用することができる。その結果、エネルギの吸収量がさらに向上する。

特開２０１４−５２０６６号公報 特開２００２−１３３１０号公報 特開２００６−１５３０６８号公報 特開２０１４−１６３５０２号公報

特許文献４に開示された装置は、エネルギ回生のための構成要素として、油圧タンクと３個の開閉制御弁とを備えている。従って、油圧ダンパへの付加構成要素の構造が複雑化する。

そこで、本発明は、構成を簡易にできる制震装置及び制震装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る制震装置は、一方と他方との間の相対的な距離が可変である第１接続端部及び第２接続端部と、第１接続端部の移動に伴って変形し、変形によって弾性エネルギを保存可能なバネ部と、弾性エネルギから変換された運動エネルギを保存する慣性質量部と、慣性質量部の作動を不可とする第１形態と、作動を可能とする第２形態とを、相互に切り替え可能な連結部と、連結部における第１形態及び第２形態を相互に切り替える制御部と、を備える。

制震装置は、第１の接続端部から入力されるエネルギを弾性エネルギとしてバネ部に保存することができる。また、制震装置は、当該弾性エネルギを運動エネルギとして慣性質量部に保存することができる。そして、制震装置は、運動エネルギを利用して、バネ部を変形させることができる。その結果、制震装置は、第１の接続端部から入力されるエネルギを回生する機構を簡易にすることができる。

一形態において、制御部は、第１接続端部が所定の方向へ移動しているとき、連結部を第１形態とする第１制御と、第１制御の後に、第１接続端部の移動の方向が所定の方向とは逆方向に反転したと判断されたとき、連結部を第２形態に切り替える第２制御と、第２制御の後に、連結部を第２形態に維持することにより、バネ部を所定の方向とは逆方向へ変形させるように慣性質量部の運動エネルギをバネ部に移動させた後に、連結部を第１形態に切り替える第３制御と、を行ってもよい。

制震装置は、第１の制御において、第１の接続端部から入力されるエネルギを弾性エネルギとしてバネ部に保存する。次に、第２の制御において、当該弾性エネルギを運動エネルギとして慣性質量部に保存する。そして、第３の制御において、運動エネルギを利用して、バネ部を変形させる。その結果、これらの制御によれば、第１の接続端部から入力されるエネルギを回生する機構を簡易にすることができる。

一形態に係る制震装置は、ピストンによって仕切られた第１及び第２油圧室を有するオイルダンパと、第１及び第２油圧室との間で作動油を相互に移動させる流路と、流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な開閉制御弁と、運動エネルギを回転運動として保存する回転錘と、流路に設けられて、流路を流れる作動油が有する流体エネルギと回転錘の運動エネルギとを相互に変換するエネルギ変換部と、を備え、連結部は、開閉制御弁を含み、バネ部は、オイルダンパに起因する剛性要素を含み、慣性質量部は、回転錘を含み、制御部は、第１制御及び第３制御では、開閉制御弁を閉状態とすることにより、連結部を第１形態とし、第２制御では、開閉制御弁を開状態とすることにより、連結部を第２形態としてもよい。この構成によれば、第１の接続端部から入力されるエネルギを回生する機構を好適に簡易にすることができる。

本発明の別の形態は、制震装置の制御方法であって、制震装置は、一方と他方との間の相対的な距離が可変である第１接続端部及び第２接続端部と、第１接続端部の移動に伴って変形し、変形によって弾性エネルギを保存可能なバネ部と、弾性エネルギから変換された運動エネルギを保存する慣性質量部と、慣性質量部の作動を不可とする第１形態と、作動を可能とする第２形態とを、相互に切り替え可能な連結部と、連結部における第１形態及び第２形態を相互に切り替える制御部と、を備え、第１接続端部が所定の方向へ移動しているとき、連結部を第１形態とする第１ステップであって、バネ部が所定の方向へ向けて変形することにより、バネ部に弾性エネルギが保存される第１ステップと、第１ステップの後に、第１接続端部の移動の方向が所定の方向とは逆方向に反転したとき、連結部を第２形態に切り替える第２ステップであって、バネ部に保存された弾性エネルギを慣性質量部へ運動エネルギとして移動させる第２ステップと、第２ステップの後に、連結部を第２形態に維持することにより、バネ部を所定の方向とは逆方向へ変形させるように慣性質量部の運動エネルギをバネ部に移動させた後に、連結部を第１形態に切り替える第３ステップと、を有する。

制震装置の制御方法は、第１のステップにおいて、第１の接続端部から入力されるエネルギを弾性エネルギとしてバネ部に保存する。次に、第２のステップにおいて、当該弾性エネルギを運動エネルギとして慣性質量部に保存する。そして、第３のステップにおいて、運動エネルギを利用して、バネ部を変形させる。その結果、これらのステップによれば、第１の接続端部から入力されるエネルギを回生する機構を簡易にすることができる。

本発明のさらに別の形態である制振装置は、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、ピストンで仕切られて両側に設けられた一対の油圧室と、一対の油圧室を互いに接続する流路と、流路に接続された慣性質量部と、慣性質量部と油圧室との間で、流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な開閉制御弁と、開閉制御弁の開閉を制御する制御部と、を備える。このような構成を有する制震装置は、外部から入力されるエネルギを回生する機構を簡易にすることができる。

本発明によれば、構成を簡易にできる制震装置及び制震装置の制御方法が提供される。

図１は、構造躯体への制震装置の設置例を示す図である。 図２は、制震装置の構造を例示する断面図である。 図３は、制震装置の力学モデルを示す図である。 図４の（ａ）部及び（ｄ）部は構造躯体の変形を模式的に示す図であり、（ｂ）部及び（ｅ）部は制震装置の状態を簡易的に示す図であり、（ｃ）部及び（ｆ）部は制震装置を力学モデルとして示す図である。 図５の（ａ）部及び（ｄ）部は構造躯体の変形を模式的に示す図であり、（ｂ）部及び（ｅ）部は制震装置の状態を簡易的に示す図であり、（ｃ）部及び（ｆ）部は制震装置を力学モデルとして示す図である。 図６の（ａ）部及び（ｄ）部は構造躯体の変形を模式的に示す図であり、（ｂ）部及び（ｅ）部は制震装置の状態を簡易的に示す図であり、（ｃ）部及び（ｆ）部は制震装置を力学モデルとして示す図である。 図７の（ａ）部及び（ｄ）部は層間変形と荷重との関係を示す図であり（ｂ）部及び（ｅ）部はバネ変形と荷重との関係を示す図であり、（ｃ）部及び（ｆ）部は慣性質量の変位と荷重との関係を示す図である。 図８の（ａ）部及び（ｄ）部は層間変形と荷重との関係を示す図であり（ｂ）部及び（ｅ）部はバネ変形と荷重との関係を示す図であり、（ｃ）部及び（ｆ）部は慣性質量の変位と荷重との関係を示す図である。 図９は、層間変形と荷重との関係を示す図である。 図１０は、実施例１に係る制震装置が備える油圧回路部を示す図である。 図１１は、実施例２に係る制震装置が備える油圧回路部を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［制震装置の構成］
図１に示すように制震装置１は、構造物の構造躯体１００に連結部材であるブレース１０１等を介して連結される。そして、制震装置１は、地震や風などに起因する建物の揺れを低減する。具体的には、制震装置１は、揺れによって構造躯体１００に生じる歪エネルギを除荷及び吸収する。

図２は、制震装置１の基本構成を示す。制震装置１は、油圧機構を用いたエネルギ吸収装置である。制震装置１は、オイルダンパ２と、油圧回路部３と、を有する。

オイルダンパ２は、シリンダ４と、ピストン６と、連結端７（第１接続端部）と、連結端８（第２接続端部）と、を有する。シリンダ４は、筒状を呈する。シリンダ４の内部には、ピストン６が往復移動可能に配置されている。ピストン６は、シリンダ４の内部を２個の空間に仕切る。従って、シリンダ４の内部には、２個の油圧室９Ｌ（第１油圧室）及び油圧室９Ｒ（第２油圧室）が形成される。油圧室９Ｌ、９Ｒは、作動油が充填されている。シリンダ４は、油圧室９Ｌに連通するポート４ａと、油圧室９Ｒに連通するポート４ｂと、を有する。ポート４ａ、４ｂは、それぞれ油圧回路部３に接続されている。従って、作動油は、ポート４ａ、４ｂ及び油圧回路部３を介して、油圧室９Ｌから油圧室９Ｒへ移動することができ、油圧室９Ｒから油圧室９Ｌへ移動することもできる。連結端７は、ピストン６の軸端をブレース１０１に連結する。連結端８は、シリンダ４の筐体を構造躯体１００に連結する。

油圧回路部３は、流路１１と、油圧ユニット１２（慣性質量部）と、制御弁１３と、を有する。なお、制御弁１３は、連結部を構成する。また、油圧ユニット１２及び制御弁１３は、エネルギ回生機構を構成する。つまり、制震装置１は、慣性質量である油圧ユニット１２を利用して、作動油が有する圧力エネルギや流れの運動エネルギと、別のエネルギ（後述する回転錘１２Ｓの慣性エネルギ）と、を相互に変換することにより、振動のエネルギを制震に利用するエネルギ回生機構である。流路１１は、油圧室９Ｌと油圧室９Ｒとを接続する。この接続とは、油圧室９Ｌと油圧室９Ｒとの間で作動油が行き来できることをいう。流路１１には、油圧ユニット１２と、制御弁１３とが配置されている。具体的には、油圧ユニット１２は、制御弁１３を介して油圧室９Ｌと接続されている。また、油圧ユニット１２は、油圧室９Ｒと接続されている。

油圧ユニット１２は、歯車１２Ｇ（エネルギ変換部）と、回転錘１２Ｓと、を有する（図４等参照）。油圧ユニット１２は、作動油の流れと回転錘１２Ｓの回転とを相互に変換する。つまり、油圧ユニット１２は、作動油の流れを受けて回転錘１２Ｓを回転させる。また、油圧ユニット１２は、回転錘１２Ｓの回転を受けて作動油の流れを生じさせる。換言すると、油圧ユニット１２は、油圧室９Ｌ、９Ｒの内部圧力の差に応じて回転錘１２Ｓを回転させるモータとして機能する。また、油圧ユニット１２は、回転錘１２Ｓのエネルギを利用して、油圧室９Ｌ、９Ｒの内部圧力の差を発生させるポンプとして機能する。

要するに、制震装置１は、シリンダ４と、シリンダ４内を往復動するピストン６と、ピストン６で仕切られて両側に設けられた一対の油圧室９Ｌ、９Ｒと、一対の油圧室９Ｌ、９Ｒを互いに接続する流路１１と、流路１１に接続された慣性質量部である油圧ユニット１２と、油圧ユニット１２と油圧室９Ｌ、９Ｒとの間で、流路１１に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な制御弁１３と、制御弁１３の開閉を制御する制御部２０と、を備える、ものとしてよい。

この構成によれば油圧回路部３を単純化し、慣性質量として回転錘を利用することで制震装置１をコンパクトかつ単純にすることができる。

図３は、構造躯体１００に設置された制震システムとしての制震装置１の力学モデルを示す。制震装置１は、力学的要素として、第１接続端部１５Ａ及び第２接続端部１５Ｂと、バネ１６（バネ部）と、慣性質量１７（慣性質量部）と、ロック機構１８（連結部）と、制御部２０と、を有する。バネ１６の一端は、第１接続端部１５Ａを介してブレース１０１に連結される。バネ１６の他端は、慣性質量１７及びロック機構１８に連結される。慣性質量１７及びロック機構１８は、互いに並列に連結され、第２接続端部１５Ｂを介して、構造躯体１００に連結される。

バネ１６は、弾性エネルギを保存する。バネ１６は、例えば、図１の制震装置１における作動油の弾性を力学モデルとして示した剛性要素である。なお、バネ１６には、作動油に加えて、ピストン６の軸における剛性、ブレース１０１等の取付部材の剛性及び局所的な構造躯体１００の変形に起因する剛性を含むものとしてもよい。慣性質量１７は、運動エネルギを保存する。ロック機構１８は、制御部２０によって制御されて、バネ１６の他端に対して構造躯体１００の変位を伝達する態様（剛結モード）と、バネ１６に保存された運動エネルギを慣性質量１７へ運動エネルギとして移動させる態様（可変モード）と、を相互に切り替える。

構造躯体１００の変位を伝達するとは、例えば、バネ１６に対して構造躯体１００を剛結するものともいえる。つまり、構造躯体１００の変位を伝達する態様であるとき、ロック機構１８は、剛体であるとみなせる。換言すると、ロック機構１８は、減衰係数が極めて大きい状態である。

例えば、ロック機構１８を剛結モードであるとき、ブレース１０１と構造躯体１００との間隔の変化に起因して、第１接続端部１５Ａと第２接続端部１５Ｂとの間に相対変位が生じたとする。この相対変位によって、バネ１６は、伸びる又は縮む。つまり、ブレース１０１と構造躯体１００との間隔が変化は、弾性エネルギとしてバネ１６に保存される。続いて、例えば、バネ１６が縮んだ状態であるとき、ブレース１０１と構造躯体１００との間隔を保持しつつロック機構１８を可変モードとすると、バネ１６が自然長さまで伸びる。この伸びは、ロック機構１８により許容される。この変位によって、慣性質量１７の運動（例えば回転運動）が生じる。つまり、バネ１６に保存されていた弾性エネルギは、運動エネルギとして慣性質量１７に保存される。

以下、図４〜図９を参照しつつ、制震装置の制御方法について説明する。なお、図４〜図６に示す制御弁１３Ｌ、１３Ｒ及び逆止弁１４Ｌ、１４Ｒにおいて、黒く塗りつぶされた三角形は閉状態であることを示す。逆に、白抜きの三角形は開状態であることを示す。さらに、油圧室９Ｌ、９Ｒのハッチングの濃淡は、内部圧力の程度を示す。濃いハッチングは、内部圧力が相対的に高いことを示し、薄いハッチングは内部圧力が相対的に低いことを示す。また、図７及び図８は、荷重と層間変形（ｘ）（図３参照）との関係、荷重とバネ１６の変形（ｘｋ）（図３参照）との関係、荷重と回転錘１２Ｓの変位（ｘｍ）（図３参照）との関係を示す。なお、荷重（Ｆ）とは、油圧室９Ｒ、９Ｌの差圧にピストン６の断面積を乗じた値を意味する。また、変位（ｘｍ）とは、図３において、第２接続端部１５Ｂと接続点Ｐ０との間の間隔の変化量を意味する。

［第１制御］
構造躯体１００に変形が生じていないとき（図４の（ａ）部及び同（ｃ）部参照）、制御弁１３Ｌ、１３Ｒは閉状態である（図４の（ｂ）部参照）。このとき、油圧室９Ｌ、９Ｒの間において作動油の移動は生じない。つまり、ロック機構１８の減衰係数は、最大値（Ｃ＝Ｃｍａｘ）である。また、油圧室９Ｌ、９Ｒの内部圧力は、互いに等しい。

構造躯体１００に層間変形（ｘ＝δ）が生じたとき（図４の（ｄ）部、同（ｆ）部及び図７の（ａ）部参照）、制御弁１３Ｌ、１３Ｒは閉状態（図４の（ｅ）部参照）であるので、層間変形は、バネ１６の変形（ｘｋ＝δ）を生じさせる（図４の（ｆ）部参照）。つまり、振動により構造躯体１００の層間変形が生じると、バネ１６のみが層間変形と同じ量だけ変形（ｘ＝ｘｋ＝δ）する。このバネ１６の変形によって、歪エネルギは、弾性エネルギとしてバネ１６に保存される。この歪エネルギ及び弾性エネルギは、例えば、図７の（ｂ）部における符号Ａ、Ｂ、δを頂点とする三角形の面積として示される。なお、この状態では、回転錘１２Ｓの変位（回転）は、ゼロである（図７の（ｃ）部参照）。

上記の過程までが、第１ステップである。つまり、第１制御では、層間変形が最大値となるまでの期間において、制御弁１３を閉状態とする。この状態は、制震装置１の第１形態である。また、換言すると、第１形態とは、図３に示す力学モデルにおいて、慣性質量１７の作動を不可とする形態であると定義してもよい。また、第１制御とは、図３に示す力学モデルにおいて、第１接続端部１５Ａが所定の方向へ移動しているとき、連結部であるロック機構１８を第１形態とする動作としてよい。

［第２制御］
層間変形（δ）が最大値に達したとき、制御弁１３Ｒを閉状態から開状態に切り替える（図５の（ｂ）部参照）。つまり、ロック機構１８の減衰係数は、最小値（Ｃ＝Ｃｍｉｎ）である。制御弁１３Ｒを開状態とすると、高圧側の油圧室９Ｒから作動油が制御弁１３Ｒ、油圧ユニット１２及び逆止弁１４Ｌを介して油圧室９Ｌに移動し始める。この作動油の移動に伴って、バネ１６は自然長に向けて伸び始める（図５の（ａ）部及び同（ｃ）部参照）。このとき、層間変形の変化はゼロとみなせる。つまり、層間変形は、最大値（δ）が維持される。一方、バネ１６の自然長への復帰は、荷重（Ｆ）の低下をもたらす（図７の（ｄ）部、同（ｅ）部及び同（ｆ）部参照）。

一方、油圧ユニット１２は、流路１１を通過する作動油によって油圧ユニット１２の回転錘１２Ｓを回転させるモータとして機能する。つまり、バネ１６の伸びは、回転錘１２Ｓの変位（回転）をもたらす（図７の（ｆ）部参照）。その結果、バネ１６に保存された弾性エネルギは、作動油の流体エネルギを介して、回転錘１２Ｓの運動エネルギとして保存される。このとき、慣性質量である回転錘１２Ｓは、初期条件として変位（δ）を与えられた自由振動状態である。

制御弁１３Ｒを閉状態から開状態に切り替えた後に所定の時間が経過すると、油圧室９Ｌの内部圧力及び油圧室９Ｒの内部圧力は、互いに均衡する（図５の（ｅ）部参照）。このとき、バネ１６の変形（ｘｋ）はゼロである（図５の（ｄ）部、同（ｆ）部及び図７の（ｄ）部参照）。つまり、バネ１６の弾性エネルギはゼロである。

圧力差が解消され、バネ１６の変形がゼロとなったとき（図７の（ｅ）部参照）、作動油の流れは止まるはずである。ここで、回転錘１２Ｓは運動エネルギを保存している。具体的には、回転錘１２Ｓは、左向きに回転している。その結果、回転錘１２Ｓは、油圧ユニット１２の駆動源となり、歯車１２Ｇを回転させる。従って、歯車１２Ｇは、作動油を油圧室９Ｒから油圧室９Ｌへ移動させるポンプとして機能する。要するに、内部圧力の差がゼロとなった後も、作動油は、回転錘１２Ｓからエネルギを与えられて、油圧室９Ｒから油圧室９Ｌへ移動し続ける（図６の（ａ）部及び同（ｃ）部参照）。

このように回転錘１２Ｓを用いた油圧ユニット１２によれば、作動油からエネルギを受ける状態と、作動油へエネルギを与える状態と、が円滑に切り替わる。つまり、エネルギを受ける状態と、エネルギを与える状態とを切り替えるときに、制御弁の状態を切り替えるなどという機械的な動作を必要としない。

この作動油の移動は、回転錘１２Ｓの運動エネルギがゼロとなるまで継続する。その結果、油圧室９Ｌの内部圧力は、油圧室９Ｒの内部圧力よりも高くなる（図６の（ｂ）部参照）。換言すると、当初とは逆の圧力差が生じる。この圧力差は、バネ１６に引張変形を生じさせる（図８の（ｂ）部のＡ−Ｄ参照）。この変形は、当初の層間変形に起因するバネ１６の圧縮変形とは向きが逆である。つまり、回転錘１２Ｓの運動エネルギを、バネ１６を引張変形させる弾性エネルギに再び変換している。

なお、回転錘１２Ｓの最大変形（αδ）は、回転錘１２Ｓ、ロック機構１８、バネ１６を含む１自由度系の振動性状に依存する。振動系の振動周期が建物の周期と比べて十分短いとし、ロック機構１８が開状態であるとき、減衰係数がゼロであるとすれば、α＝１である。バネ１６に保存された弾性エネルギは、消失することなく再利用される。実際には、減衰はゼロではないので、α＜１である。そして、最大振幅点からの除荷に相当する状態（図４の（ｄ）部等）までの一連の動作が建物周期と比較して十分に短く、層間変形が一定であると仮定すれば、エネルギ再利用における質量の変位を規定する係数αは、ｈ＜１であるとき、式（１）により示される。

なお、式（１）における各変数は、以下の式（２）、（３）、（４）により示される。

上記の過程が、第２ステップである。つまり、第２ステップでは、層間変形が最大値となったときに、制御弁１３Ｌの閉状態を維持しつつ、制御弁１３Ｒを閉状態から開状態に切り替える。この状態は、制震装置１の第２形態である。つまり、第２ステップでは、バネ１６を圧縮変形させる弾性エネルギが回転錘１２Ｓの運動エネルギに変換された後に、回転錘１２Ｓの運動エネルギがバネ１６を引張変形させる弾性エネルギに変換される。また、換言すると、第２形態とは、図３に示す力学モデルにおいて、慣性質量１７の作動を可能とする形態であるとしてもよい。また、第２制御とは、図３に示す力学モデルにおいて、第１制御の後に、第１接続端部１５Ａの移動の方向が所定の方向とは逆方向に反転したと判断されたとき、連結部であるロック機構１８を第２形態に切り替える動作としてよい。

［第３制御］
回転錘１２Ｓの回転が止まったとき（図６の（ｄ）部及び同（ｆ）部参照）、制御弁１３Ｒを開状態から閉状態に切り替える（図６の（ｅ）部参照）。この状態は、制震装置１の第３形態である。そして、当初とは逆向きの層間変形が作用する（図８の（ｄ）部のＤ―Ｅ参照）。この変形は、バネ１６の引張変形を生じさせる（図８の（ｅ）部のＡーＤ参照）。

上記の過程が、第３ステップである。つまり、第３ステップでは、回転錘１２Ｓの回転が停止したときに、制御弁１３Ｌの閉状態を維持しつつ、制御弁１３Ｒを開状態から閉状態に切り替える。要するに、第３制御とは、図３に示す力学モデルにおいて、第２制御の後に、ロック機構１８を第２形態に維持することにより、バネ１６を所定の方向とは逆方向へ変形させるように、慣性質量１７の運動エネルギをバネ１６に移動させた後に、ロック機構１８を第１形態に切り替える動作としてよい。

第１〜第３制御を繰り返すと、図９に示す荷重と変形との関係を得る。構造躯体１００の振動（変形）は、横軸として示される。従って、構造躯体１００の振動は、図９ではＸ軸方向の往復動として理解してよい。そして、バネ１６へ保存される弾性エネルギの量は、変形量として縦軸に示される。そうすると、構造躯体１００が振動を繰り返すごとに、バネ１６の変位が大きくなることがわかる。つまり、バネ１６に保存される弾性エネルギが大きくなる。その結果、制震装置１によって除荷吸収されるエネルギも大きくなっていく。

上記のとおり、制震装置１では、第１ステップから第２ステップへの移行のタイミングと、第２ステップから第３ステップへの移行のタイミングと、が重要である。換言すると、制震装置１では、制御弁１３Ｌ、１３Ｒにおける閉状態から開状態へ切り替えるタイミングと、制御弁１３Ｌ、１３Ｒにおける開状態から閉状態へ切り替えるタイミングと、が重要である。上記の説明では、第１ステップから第２ステップへの移行タイミングは、層間変形が最大値となったときと説明した。層間変形が最大値となるタイミングは、例えば、構造躯体１００の変形により生じる加速度、速度又は変位の履歴に基づいて得てもよい。また、層間変形が最大値となるタイミングは、例えば、油圧室９Ｌ、９Ｒの内部圧力又は荷重の履歴に基づいて得てもよい。

［作用効果］
制震装置１は、構造躯体１００を変形させる歪エネルギを弾性エネルギとしてバネ１６に保存し、当該弾性エネルギを運動エネルギとして慣性質量１７に保存する。そして、第２制御において、運動エネルギを利用することにより、エネルギ吸収量が向上する。その結果、この構成によれば、歪エネルギを回生する機構を簡易にすることができる。

要するに、制震装置１は、構造躯体１００の振動エネルギを制震装置１と周辺部のバネ１６（例えばブレース１０１等）に弾性エネルギとして保存する。そして、振動の向きが逆転するタイミングで、バネ１６に保存された弾性エネルギを慣性質量１７の運動エネルギに変換する。さらに、エネルギ吸収量を大きくするタイミングで、当該運動エネルギを利用する。この動作によれば、構造躯体１００の振動エネルギを効率よく吸収することができる。さらに、慣性質量１７を用いることで、油圧回路を単純化できる。

［実施例１］
図１０に示す実施例１の制震装置１Ａは、オイルダンパ２と、油圧回路部３Ａと、を有する。実施例１の制震装置１Ａは、スイッチ回路部２２の開閉制御をコントローラ３７によって行う。このような動作は、いわゆるセミアクティブ型と呼ばれる。

油圧回路部３Ａは、油圧ユニット１２と、第１回路部２１Ｌと、第２回路部２１Ｒと、補助回路部２５と、を有する。第１回路部２１Ｌは、油圧室９Ｌ、油圧ユニット１２、制御回路部２３及び補助回路部２５に接続されている。第２回路部２１Ｒの接続先も同様である。さらに、第２回路部２１Ｒの回路構成は、第１回路部２１Ｌと同じである。従って、第１回路部２１Ｌについて詳細に説明し、必要に応じて第２回路部２１Ｒの説明を補足する。

油圧ユニット１２は、作動油の流れと回転錘１２Ｓの回転運動とを相互に変換する。つまり、油圧ユニット１２は、作動油の流れと回転運動とを相互に変換する歯車１２Ｇと当該歯車１２Ｇに連結された回転錘１２Ｓと、を有する。さらに、油圧ユニット１２は、ポート１２ａ、１２ｂを有する。ポート１２ａは、第１回路部２１Ｌのスイッチ回路部２２に接続されている。ポート１２ｂは、第２回路部２１Ｒのスイッチ回路部２２に接続されている。作動油の流れによって歯車１２Ｇに回転が生じると、回転錘１２Ｓにも回転が生じる。逆に、回転錘１２Ｓによって歯車１２Ｇが回転させられると、作動油の流れを生じさせる。

第１回路部２１Ｌは、スイッチ回路部２２と、制御回路部２３と、を有する。スイッチ回路部２２は、油圧室９Ｌと、油圧ユニット１２と、制御回路部２３と、補助回路部２５と、に接続されている。

スイッチ回路部２２は、開閉制御弁２４と、逆止弁２７と、を有する。また、説明の都合上、スイッチ回路部２２は、いくつかの接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５を有するものとする。接続点Ｐ１は、接続点Ｐ４、Ｐ５に接続されている。接続点Ｐ２は、油圧ユニット１２に接続されている。接続点Ｐ３は、接続点Ｐ４及び制御回路部２３に接続されている。接続点Ｐ４は、補助回路部２５に接続されている。接続点Ｐ５は、制御回路部２３及びシリンダ４のポート４ａに接続されている。

開閉制御弁２４は、作動油の圧力差を利用して弁体を移動させることにより、開状態と閉状態とを相互に切り替える。開閉制御弁２４は、ポート２４ａ、２４ｂ、２４ｃを有する。開閉制御弁２４は、ポート２４ａが接続点Ｐ１に接続され、ポート２４ｂが接続点Ｐ２に接続され、ポート２４ｃが接続点Ｐ３に接続される。

逆止弁２７は、ポート２７ａ、２７ｂを有する。逆止弁２７は、ポート２７ｂからポート２７ａへの作動油の移動を許す。一方、逆止弁２７は、ポート２７ａからポート２７ｂへの作動油の移動を規制する。逆止弁２７は、ポート２７ａが接続点Ｐ５に接続され、ポート２７ｂが接続点Ｐ２に接続される。

なお、スイッチ回路部２２は、必要に応じてオリフィスを有してもよい。例えば、オリフィスは、接続点Ｐ３、Ｐ４の間に設けられる。

制御回路部２３は、ソレノイドバルブ３６を有する。ソレノイドバルブ３６は、電磁石の磁力を利用して弁体を移動させることにより、開状態と閉状態とを相互に切り替える。具体的には、ソレノイドバルブ３６は、コントローラ３７から提供される制御信号に基づいて、開状態と閉状態とを相互に切り替える。ソレノイドバルブ３６は、ポート３６ａ、３６ｂ、３６ｆを有する。ポート３６ａは、スイッチ回路部２２の接続点Ｐ３に接続される。ポート３６ｂは、補助回路部２５に接続される。ポート３６ｆは、スイッチ回路部２２の接続点Ｐ５に接続される。

補助回路部２５は、第１回路部２１Ｌのスイッチ回路部２２における接続点Ｐ４と、第２回路部２１Ｒのスイッチ回路部２２における接続点Ｐ４と、を接続する管路Ｌ１を有する。この管路Ｌ１には、逆止弁３３、３４が設けられる。また、補助回路部２５は、第１回路部２１Ｌにおけるソレノイドバルブ３６のポート３６ｂと、第２回路部２１Ｒにおけるソレノイドバルブ３６のポート３６ｂと、を接続する管路Ｌ２を有する。管路Ｌ２には、アキュムレータ３２が接続されている。また、ポート３６ａと接続点Ｐ３との間にはオリフィスが設けられている。

さらに、制震装置１Ａは、コントローラ３７と、センサ３８Ｌ、３８Ｒとを有する。センサ３８Ｌ、３８Ｒは、油圧室９Ｌ、９Ｒの内部圧力を得る。そして、当該内部圧力に関する情報を、コントローラ３７に出力する。コントローラ３７は、センサ３８Ｌ、３８Ｒから得た内部圧力に基づいて、ソレノイドバルブ３６を制御するための制御信号を生成し、制御信号をソレノイドバルブ３６に出力する。つまり、コントローラ３７は、油圧室９Ｌ、９Ｒの内部圧力をセンサ３８Ｌ、３８Ｒにより取得し、当該内部圧力を利用して、ソレノイドバルブ３６を制御する。つまり、実施例１の制震装置１Ａは、コントローラ３７から提供される制御信号によって第１制御、第２制御及び第３制御を切り替える。

［制震装置の動作］
例えば、剛結モードから可変モードへの切り替え動作について説明する。

初期状態であるとき、制震装置１Ａは、第１態様である。従って、スイッチ回路部２２は、いずれも閉状態である。つまり、油圧室９Ｌ、９Ｒの間で作動油の移動は生じない。この状態において、例えば、ブレース１０１が紙面右方向に移動したとする。作動油の移動は生じないので、ピストン６によって油圧室９Ｒ内の作動油が押圧される。その結果、油圧室９Ｒ内の作動油の内部圧力が次第に高まる。そして、この内部圧力は、センサ３８Ｒによって測定され、コントローラ３７に逐次送信される。そして、内部圧力が上昇から下降に転じたことをコントローラ３７が判断すると、コントローラ３７は、第２回路部２１Ｒのソレノイドバルブ３６に制御信号を提供し、ソレノイドバルブ３６を閉状態から開状態に切り替える。なお、閉応対から開状態への切り替えは、内部圧力の時間変化がゼロ（すなわち、傾きがゼロ）となった状態を条件としてもよい。これらの条件は、いずれもブレース１０１の移動方向が逆転（反転）したことを検知するものである。

その結果、開閉制御弁２４のポート２４ｃに与えられる圧力が下がり、開閉制御弁２４は閉状態から開状態に切り替わる。この切り替えによって剛結モードから可変モードに変化する。そうすると、油圧室９Ｒから油圧室９Ｌへの作動油の移動が生じる。作動油は、ポート４ｂ、開閉制御弁２４、油圧ユニット１２、逆止弁２７、ポート４ａを介して、油圧室９Ｌに至る。作動油が油圧ユニット１２を通過するとき、作動油は、歯車１２Ｇを回転させ、その結果、回転錘１２Ｓの回転が生じる。つまり、作動油が有するエネルギが運動エネルギとして回転錘１２Ｓに蓄えられる。

［実施例２］
実施例２として、実施例１とは異なる構成を有する制震装置を例示する。実施例２の制震装置は、油圧室９Ｌ及び油圧室９Ｒの内部圧力に基づいてスイッチ回路部２２の態様を切り替える点において第１実施例の制震装置１Ａと共通する。一方、実施例１の制震装置は、センサ３８Ｌ、３８Ｒ及びコントローラ３７によってスイッチ回路部２２の制御を行うのに対し、実施例２の制震装置は油圧回路の構成によってスイッチ回路部２２を制御を行う点で相違する。

図１１に示す実施例２の制震装置１Ｂは、オイルダンパ２と、油圧回路部３Ｂと、を有する。実施例２の制震装置１Ｂは、油圧室９Ｌ、９Ｒの内部圧力に対応して第１制御、第２制御作及び第３制御が切り替わるパッシブ型の装置である。従って、制震装置１Ｂは、油圧回路部３Ｂにおける制御回路部２３Ｂ（制御部）によって動作が制御される。

制震装置１Ｂは、制震装置１Ａと異なる構成として、制御回路部２３Ｂを有する。その他の油圧ユニット１２、スイッチ回路部２２、補助回路部２５の構成は、制震装置１Ａのものと共通する。以下、制御回路部２３Ｂについて詳細に説明する。

制御回路部２３Ｂは、スプール弁２６と、リリーフ弁２８と、タンク２９と、逆止弁３１と、を有する。また、制御回路部２３Ｂは、接続点Ｐ６〜Ｐ１０を有する。

スプール弁２６は、ポート２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆを有する。スプール弁２６は、ポート２６ｅ、２６ｆの圧力差を利用して弁体を移動させることにより、開状態と閉状態とを相互に切り替える。スプール弁２６のポート２６ａは、スイッチ回路部２２に接続されている。ポート２６ａとスイッチ回路部２２との間には、オリフィスが設けられている。リリーフ弁２８は、ポート２８ａが接続点Ｐ８に接続され、ポート２８ｂが接続点Ｐ６に接続されている。タンク２９は、ポート２９ａが逆止弁３１のポート３１ａに接続され、ポート２９ｂが接続点Ｐ９に接続されている。逆止弁３１は、ポート３１ａがタンク２９のポート２９ａに接続され、ポート３１ｂが接続点Ｐ１０に接続されている。

また、タンク２９と逆止弁３１との間には、オリフィスが設けられている。接続点Ｐ６は、補助回路部２５とスプール弁２６のポート２６ｂに接続されている。接続点Ｐ７は、スプール弁２６のポート２６ｄ、２６ｆと、スイッチ回路部２２に接続されている。接続点Ｐ７とポート２６ｄとの間にはオリフィスが設けられている。接続点Ｐ８は、スプール弁２６のポート２６ｅと、接続点Ｐ９と、に接続されている。接続点Ｐ９は、スプール弁２６のポート２６ｃに接続されている。接続点Ｐ１０は、スイッチ回路部２２の接続点Ｐ４に接続されている。

油圧回路部３Ｂは、制御回路部２３Ｂがスイッチ回路部２２に与える圧力に応じて、スイッチ回路部２２の動作を切り替える。制御回路部２３Ｂが与える圧力は、スプール弁２６の動作に基づく。スプール弁２６は、ポート２６ｅ、２６ｆの圧力差に応じて、開状態と閉状態とを切り替える。このような制震装置１Ｂによっても、構造躯体１００に生じる振動を好適に減衰することができる。

［変形例］
以上、本発明について説明したが、上記本発明の構成に限定されることなく様々な形態で実施してよい。

制震装置は、オイルダンパの利用を前提としない。慣性質量を利用したエネルギ回生の原理は、装置自体の剛性と取付部材などの周辺の剛性を表すバネと慣性質量及びロック機構を備えていればよい。ロック機構は、慣性質量の変位を固定／自由に切り替えるいわゆるＯＮ／ＯＦＦスイッチとして機能する。このロック機構として、いくつかの機構を利用できる。例えば、歯車とクラッチとを利用する機械式の機構、摩擦力を可変とする機構、ラチェットの歯を開閉制御する機構が挙げられる。

慣性質量は、並進する質量体としてもよい。

回転慣性を利用する場合には、油圧ポンプ／油圧モータに代えて、ボールねじ及びボールナットを用いてもよい。

なお、上記の実施形態及び実施例１、２では、油圧室９Ｌ、９Ｒの内部圧力に基づいて、油圧回路部３の動作を切り替えた。例えば、油圧回路部３の動作は、内部圧力に代えて、構造躯体１００の揺れ（変位、速度、加速度）に基づいて制御してもよい。例えば、変位とは、ブレース１０１とシリンダ４との間に設けられた距離センサによって得られる長さの変化量を用いて制御してもよい。

また、図３に示す力学モデルにおいて、制震装置１は、慣性質量１７及びロック機構１８のそれぞれに並列に接続された第２のバネ部を有してもよい。この第２のバネ部は、図２に示す構成において、流路１１に接続される圧力タンクとして適用されてもよい。

また、図１０及び図１１に示す油圧回路は、並列に設置される２個のリリーフ弁をさらに備えてもよい。これらのリリーフ弁は、油圧室９Ｌ、９Ｒの間に接続される。例えば、一方のリリーフ弁は、必要に応じて、油圧室９Ｌから油圧室９Ｒへの作動油の移動を許すことができる。他方のリリーフ弁は、その逆に、必要に応じて、油圧室９Ｒから油圧室９Ｌへの作動油の移動を許すことができる。これらのリリーフ弁によれば、油圧室９Ｌ、９Ｒにおいて、油圧室９Ｌから油圧室９Ｒへ向かう向き、及び油圧室９Ｒから油圧室９Ｌへ向かう向き、のそれぞれについて、過剰な圧力差を逃がすことができる。リリーフ弁において、一方の端部は、ポート４ｂと接続点Ｐ４とを接続する流路に接続されている。また、他方の端部は、ポート４ａと接続点Ｐ５とを接続する流路に接続されている。なお、油圧室９Ｌ、９Ｒの圧力に基づいて制御を行う場合には、油圧室９Ｌ、９Ｒの圧力差がリリーフ弁の作動荷重を超過したとき、制御弁の制御を行わないように制御の態様を変更してよい。

１，１Ａ，１Ｂ…制震装置、２…オイルダンパ、３…油圧回路部、４…シリンダ、６…ピストン、７，８…連結端、９Ｌ，９Ｒ…油圧室、１１…流路、１２…油圧ユニット（慣性質量部）、１３Ｌ，１３Ｒ…制御弁、１４Ｌ，１４Ｒ，２７，３１，３４…逆止弁、１２Ｇ…歯車（エネルギ変換部）、１２Ｓ…回転錘、１６…バネ、１７…慣性質量、１８…ロック機構（連結部）、３Ａ，３Ｂ…油圧回路部、２３…制御回路部（制御部）、２１Ｌ…第１回路部、２１Ｒ…第２回路部、２２…スイッチ回路部、２４…開閉制御弁、２６…スプール弁、２８…リリーフ弁、２９…タンク、３２…アキュムレータ、３６…ソレノイドバルブ、３７…コントローラ（制御部）、３８Ｌ，３８Ｒ…センサ、１００…構造躯体、１０１…ブレース（バネ部）。

Claims (5)

1. 一方と他方との間の相対的な距離が可変である第１接続端部及び第２接続端部と、
   前記第１接続端部の移動に伴って変形し、前記変形によって弾性エネルギを保存可能なバネ部と、
   前記弾性エネルギから変換された運動エネルギを保存する慣性質量部と、
   前記慣性質量部の作動を不可とする第１形態と、前記作動を可能とする第２形態とを、相互に切り替え可能な連結部と、
   前記連結部における前記第１形態及び前記第２形態を相互に切り替える制御部と、を備える、制震装置。
2. 前記制御部は、
   前記第１接続端部が所定の方向へ移動しているとき、前記連結部を第１形態とする第１制御と、
   前記第１制御の後に、前記第１接続端部の移動の方向が前記所定の方向とは逆方向に反転したと判断されたとき、前記連結部を前記第２形態に切り替える第２制御と、
   前記第２制御の後に、前記連結部を前記第２形態に維持することにより、前記バネ部を前記所定の方向とは逆方向へ変形させるように前記慣性質量部の前記運動エネルギを前記バネ部に移動させた後に、前記連結部を前記第１形態に切り替える第３制御と、を行う、請求項１に記載の制震装置。
3. ピストンによって仕切られた第１及び第２油圧室を有するオイルダンパと、
   前記第１及び第２油圧室との間で作動油を相互に移動させる流路と、
   前記流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な開閉制御弁と、
   前記運動エネルギを回転運動として保存する回転錘と、
   前記流路に設けられて、前記流路を流れる前記作動油が有する流体エネルギと前記回転錘の前記運動エネルギとを相互に変換するエネルギ変換部と、を備え、
   前記連結部は、前記開閉制御弁を含み、
   前記バネ部は、前記オイルダンパに起因する剛性要素を含み、
   前記慣性質量部は、前記回転錘を含み、
   前記制御部は、
   前記第１制御及び前記第３制御では、前記開閉制御弁を閉状態とすることにより、前記連結部を前記第１形態とし、
   前記第２制御では、前記開閉制御弁を開状態とすることにより、前記連結部を前記第２形態とする、請求項２に記載の制震装置。
4. 制震装置の制御方法であって、
   前記制震装置は、
   一方と他方との間の相対的な距離が可変である第１接続端部及び第２接続端部と、
   前記第１接続端部の移動に伴って変形し、前記変形によって弾性エネルギを保存可能なバネ部と、
   前記弾性エネルギから変換された運動エネルギを保存する慣性質量部と、
   前記慣性質量部の作動を不可とする第１形態と、前記作動を可能とする第２形態とを、相互に切り替え可能な連結部と、
   前記連結部における前記第１形態及び前記第２形態を相互に切り替える制御部と、を備え、
   前記第１接続端部が所定の方向へ移動しているとき、前記連結部を第１形態とする第１ステップであって、前記バネ部が前記所定の方向へ向けて変形することにより、前記バネ部に前記弾性エネルギが保存される前記第１ステップと、
   前記第１ステップの後に、前記第１接続端部の移動の方向が前記所定の方向とは逆方向に反転したとき、前記連結部を前記第２形態に切り替える第２ステップであって、前記バネ部に保存された前記弾性エネルギを前記慣性質量部へ前記運動エネルギとして移動させる前記第２ステップと、
   前記第２ステップの後に、前記連結部を前記第２形態に維持することにより、前記バネ部を前記所定の方向とは逆方向へ変形させるように前記慣性質量部の前記運動エネルギを前記バネ部に移動させた後に、前記連結部を前記第１形態に切り替える第３ステップと、を有する、制震装置の制御方法。
5. シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、
   前記ピストンで仕切られて両側に設けられた一対の油圧室と、
   前記一対の油圧室を互いに接続する流路と、
   前記流路に接続された慣性質量部と、
   前記慣性質量部と前記油圧室との間で、前記流路に設けられて開状態と閉状態とを相互に切り替え可能な開閉制御弁と、
   前記開閉制御弁の開閉を制御する制御部と、を備える制震装置。

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