JP2024011320A - 制振機構 - Google Patents

Abstract

【課題】制振対象構造物の固有振動数での共振現象を抑制できる制振機構を提供する。【解決手段】所定の固有振動数（ｆ）を持つ制振対象構造物Ｓに設置され、制振対象構造物Ｓの振動方向と交差する方向に振動可能で、且つ制振対象構造物Ｓの固有振動数（ｆ）の半分の固有振動数（ｆ／２）を持つ制振装置Ｄである。制振装置Ｄは、制振対象構造物Ｓに回動自在に支持されるとともに回動軸が制振対象構造物Ｓの構造面と平行に配置された軸部１１、錘部１３が取り付けられて軸部１１を回動させるように振動するアーム部１２が設けられた振動部Ｄ１と、一端が軸部１１に取り付けられるとともに他端が制振対象構造物Ｓに固定され、軸部１１の回動によってねじれるトーションバー２１が設けられ、アーム部１２の振動を調整部する調整部とを備える。【選択図】 図４

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 発行者名 株式会社奥村組 刊行物名 奥村組技術研究年報Ｎｏ．４７ 該当頁 ９７～１０２頁「係数励振を利用した制振技術の研究」 発行日 令和３年９月１日

本発明は、制振対象構造物に発生した振動を抑制する制振機構に関するものである。

例えば、道路や鉄道などが陸上の障害物や川や谷、海などの上を通過するために架け渡された橋梁などのように水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物や高層建築物などのような塔状の構造物（制振対象構造物）においては、地震時や強風時における揺れの周期が長く、地震や強風がおさまった後においてもしばらくの間は揺れが続いてしまう。

そこで、近年、高層建築物のように横揺れ（水平振動）が発生する塔状の構造物においては、揺れ幅が最も大きくなる最上層部に、同調質量ダンパ（チューンドマスダンパ：Ｔｕｎｅｄ Ｍａｓｓ Ｄａｍｐｅｒ、ＴＭＤ）と呼ばれる制振装置を設置することが行われている。この装置は、制振対象の構造物に、ばねなどを介して補助的な質量体（補助質量体）を付加することにより、補助質量体が構造物の振動を肩代わりするように振動することで、構造物の固有振動数周辺での共振現象を抑制するものである。

なお、制振装置に関する文献としては、例えば特開平１０－０８２２０８号公報などが知られている。

特開平１０－０８２２０８号公報

しかしながら、橋梁などのように水平方向に延在して構築された構造物においては、縦揺れ（上下振動）になるので、前述した同調質量ダンパを設置することが困難である。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、制振対象構造物が有する固有振動数における共振現象を抑制することのできる制振機構を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の制振機構は、所定の固有振動数（ｆ）を持つ制振対象構造物と、前記制振対象構造物に設置され、前記制振対象構造物の振動方向と交差する方向に振動可能で、且つ前記制振対象構造物の固有振動数（ｆ）の半分の固有振動数（ｆ／２）を持つ制振手段とを有し、前記制振手段は、前記制振対象構造物に回動自在に支持されるとともに回動軸が前記制振対象構造物の構造面と平行に配置された軸部、前記回動軸に対して垂直となるように前記軸部に取り付けられて当該軸部を回動させるように振動するアーム部、および前記アーム部に取り付けられた錘部が設けられた振動部と、一端が前記軸部に取り付けられるとともに他端が前記制振対象構造物に固定され、当該軸部の回動によってねじれるねじり部材が設けられ、前記アーム部の振動を調整する調整部とを備える、ことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１記載の発明において、前記制振手段を構成する前記アーム部の振動方向と前記制振対象構造物の振動方向とは直交している、 ことを特徴とする。

請求項３に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１または２記載の発明において、前記ねじり部材は、前記軸部の両側または片側に設けられている、ことを特徴とする。

請求項４に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１または２記載の発明において、前記アーム部の振れ角が等時性を担保でき且つ振動数がｆ／２となるように、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さと前記錘部との質量から、前記ねじり部材のねじり剛性が設定される、ことを特徴とする。

請求項５に記載の本発明の制振機構は、上記請求項３記載の発明において、前記アーム部の振れ角が等時性を担保でき且つ振動数がｆ／２となるように、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さと前記錘部との質量から、前記ねじり部材のねじり剛性が設定される、ことを特徴とする。

請求項６に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１または２記載の発明において、前記ねじり部材は、トーションバーである、ことを特徴とする。

請求項７に記載の本発明の制振機構は、上記請求項３記載の発明において、前記ねじり部材は、トーションバーである、ことを特徴とする。

請求項８に記載の本発明の制振機構は、上記請求項６記載の発明において、前記トーションバーの途中位置には、前記トーションバーのねじれ可能な長さである前記軸部との連結位置からの長さを設定する支持部が移動可能に設けられ、前記支持部の移動により前記トーションバーのねじれ可能な長さを変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、ことを特徴とする。

請求項９に記載の本発明の制振機構は、上記請求項７記載の発明において、前記トーションバーの途中位置には、前記トーションバーのねじれ可能な長さである前記軸部との連結位置からの長さを設定する支持部が移動可能に設けられ、前記支持部の移動により前記トーションバーのねじれ可能な長さを変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、ことを特徴とする。

請求項１０に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１または２記載の発明において、前記ねじり部材は、ねじりコイルばねである、ことを特徴とする。

請求項１１に記載の本発明の制振機構は、上記請求項３記載の発明において、前記ねじり部材は、ねじりコイルばねである、ことを特徴とする。

請求項１２に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１記載の発明において、前記錘部は、前記アーム部の長さ方向に移動可能とされ、前記錘部の移動により前記アーム部の有効長さを変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、ことを特徴とする。

請求項１３に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１記載の発明において、前記制振対象構造物は水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の下面側に設置されて前記制振対象構造物の上下振動を減衰させる、ことを特徴とする。

請求項１４に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１記載の発明において、前記制振対象構造物は水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の上面側に設置されて前記制振対象構造物の上下振動を減衰させる、ことを特徴とする。

請求項１５に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１３または１４記載の発明において、前記制振対象構造物は、両端で支持された両持ち構造であり、前記制振手段は、前記アーム部が前記制振対象構造物の両端の支持位置の中央位置に設置される、ことを特徴とする。

請求項１６に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１３または１４記載の発明において、前記制振対象構造物は、一端のみで支持された片持ち構造であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の前記一端とは反対側の自由端に設置される、ことを特徴とする。

請求項１７に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１記載の発明において、前記制振対象構造物は塔状の構造物であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の側面側に設置されて前記制振対象構造物の水平振動を減衰させる、ことを特徴とする。

請求項１８に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１７記載の発明において、前記制振手段は、前記制振対象構造物の上端部に設置される、ことを特徴とする。

本発明によれば、回動軸が制振対象構造物の構造面と平行に配置された軸部を回動させるように振動するアーム部を備えた制振手段の固有振動数を制振対象構造物が有する固有振動数の１／２にすることにより、制振対象構造物が有する固有振動数における共振現象を抑制することが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る制振機構を示す概略図である。 図１の制振機構において制振装置のアーム部が振動したときの概略図であり、（ａ）は図面手前側に振れたときを、（ｂ）は図面奥側に振れたときを示す。 図１の制振機構における制振装置による制振の検証を行うために作成された試験体を示す概略図である。 図３の制振装置を構成するアーム部を自由振動させた場合において、（ａ）は梁に発生する加速度を示すグラフ、（ｂ）はアーム部の振れ角を示すグラフである。 （ａ）は図４（ａ）の梁の加速度フーリエスペクトル、（ｂ）は図４（ｂ）のアーム部の振動のフーリエスペクトルである。 図３の制振装置を構成するアーム部が作動しない場合と作動する場合において、（ａ）は応答加速度の時系列の最大値から求めた共振曲線を示すグラフ、（ｂ）は位相曲線を示すグラフである。 図３の制振装置を構成するピエゾアクチュエータの入力加速度が０．２９ｍ／ｓ^２の場合において、（ａ）は梁の応答加速度を示すグラフ、（ｂ）はアーム部の振れ角を示すグラフである。 図３の制振装置を構成するピエゾアクチュエータの入力加速度が０．３７ｍ／ｓ^２の場合において、（ａ）は梁の応答加速度を示すグラフ、（ｂ）はアーム部の振れ角を示すグラフである。 図３の制振装置において、梁の固有振動数におけるアーム部の入力加速度と梁の応答加速度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１に示すように、本実施の形態の制振機構を構成する制振装置（制振手段）Ｄは、道路や鉄道などが陸上の障害物や川や谷、海などの上を通過するためにかけられた架空構造物である橋梁などのように水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物である制振対象構造物Ｓの下面側に設置されており、当該制振対象構造物Ｓの上下振動を減衰させる機能を有するものである。

なお、制振対象構造物Ｓの上下振動は、地震や台風などによる強風、さらに橋梁の場合には当該橋梁を通過する車両や列車により引き起こされる。そして、これらの上下振動では揺れの周期が長く、地震や強風がおさまった後や車両等が通過した後においてもしばらくの間は揺れが続く。

このような制振対象構造物Ｓの上下振動を抑制するための本実施の形態の制振装置Ｄは、振動部Ｄ１と調整部Ｄ２とから構成されている。

振動部Ｄ１には、制振対象構造物Ｓに取り付けられた一対の軸受けＳａに回動自在に支持されるとともに回動軸が制振対象構造物Ｓの構造面と平行に配置された軸部１１と、軸部１１の回動軸に対して垂直となるように軸部１１に取り付けられて当該軸部１１を回動させるように振動するアーム部１２（図２参照）、およびアーム部１２に取り付けられた錘部１３が設けられている。なお、本実施の形態では、アーム部１２は連結ブロック１２ａを介して軸部１１に取り付けられているが、連結ブロック１２ａを介さずに直接取り付けられていてもよい。

また、調整部Ｄ２には、一端が軸部１１に取り付けられるとともに他端が制振対象構造物Ｓ（詳しくは、制振対象構造物Ｓに取り付けられた支持板Ｓｂ）に固定され、軸部１１の回動によってねじれるトーションバー（ねじり部材）２１が設けられており、トーションバー２１によりアーム部１２の振動が調整される、

本実施の形態では、錘部１３はアーム部１２の長さ方向に移動可能となっており、図示しない固定ピンなどの固定部材によってアーム部１２の所望の移動位置に固定できるようになっている。但し、後述するように、制振装置Ｄの固有振動数の調整において錘部１３を動かす必要がない場合には、当該錘部１３は移動不能となっていてもよい。また、トーションバー２１は軸部１１の片側だけに設けられているが、軸部１１の両側に設けられていてもよい。

ここで、調整部Ｄ２を構成するトーションバー２１は、当該トーションバー２１を捻るときの反発力を利用したばねの一種であり、反発力はトーションバー２１が有するねじり剛性に依存する。また、本実施の形態において、トーションバー２１は中実の鋼棒からなるが、中空（鋼管）であってもよい。

そして、図２（ａ）に示すように、アーム部１２が図面手前側に振れると、当該アーム部１２によって回動する軸部１１によってトーションバー２１が周方向に捻られる。また、図２（ｂ）に示すように、アーム部１２が図面奥側に振れると、当該アーム部１２によって回動する軸部１１によってトーションバー２１が前述とは逆の周方向に捻られる。

制振装置Ｄでは、アーム部１２の振動により発生する固有振動数を後述するように設定することで、制振対象構造物Ｓの上下方向の振動を減衰させる。

ここで、水平方向に延在して構築された制振対象構造物Ｓの上下方向の振動を減衰させるため、前述の制振装置Ｄは、当該制振装置Ｄを構成するアーム部１２の振動方向が、制振対象構造物Ｓの振動方向と直交する方向となるように設置されている。

なお、アーム部１２の振動方向と制振対象構造物Ｓとの振動方向は交差していれば足り、本実施の形態のように直交していることには限定されない。但し、後述するように、直交していれば制振対象構造物Ｓの制振効果が極めて大きくなることから、アーム部１２の振動方向と制振対象構造物Ｓの振動方向とは直交していることが望ましい。

なお、制振装置Ｄは制振対象構造物Ｓの振動が最大となる場所に設置する。つまり、制振対象構造物Ｓが両持ち構造（両端で支持された構造）の場合には、アーム部１２が制振対象構造物Ｓの両端の支持位置Ｆ（図１）の中央位置となるように制振装置Ｄを設置し、片持ち構造（一端のみで支持された構造）の場合には、支持された一端とは反対側の自由端に制振装置Ｄを設置する。なお、本実施の形態では、制振対象構造物Ｓが両持ちとなっているものとして、アーム部１２が制振対象構造物Ｓの２カ所の支持位置Ｆの中央位置となるように制振装置Ｄが取り付けられている。

また、制振対象構造物Ｓには所定の固有振動数（ｆ）を持っているが、この制振対象構造物Ｓに設置された制振装置Ｄは、制振対象構造物Ｓの固有振動数（ｆ）の半分の固有振動数（ｆ／２）を有している。そして、トーションバー２１のねじり剛性（トーションバー２１のねじりに対する反発力）の設定、およびアーム部１２の有効長さ（錘部１３の重心と軸部１１の軸心間の長さ）の設定、の何れか一方の設定または両方の設定を適用することにより、制振装置Ｄの固有振動数をｆ／２とすることができる。

すなわち、トーションバー２１のねじり剛性の設定とは、振動部Ｄ１の振れ角（つまり、アーム部１２の振れ角）が等時性を担保でき、且つ振動部Ｄ１の振動数がｆ／２となるように、アーム部１２の有効長さと錘部１３の質量から、トーションバー２１のねじり剛性を設定することである。また、アーム部１２の有効長さの設定とは、錘部１３を所定の位置に移動することによりアーム部１２の有効長さを変化させて、アーム部１２の振動数がｆ／２となるように設定することである。なお、ねじり部材がトーションバー２１である本実施の形態においては、当該トーションバー２１の途中位置に、トーションバー２１のねじれ可能な長さ（つまり軸部１１との連結位置からの長さ）を設定する支持部（図示せず）を移動可能に設け、支持部の移動によりトーションバー２１のねじれ可能な長さを変化させてアーム部１２の振動数がｆ／２となるように調整するようにしてもよい。

なお、本願において、制振装置Ｄが有する固有振動数（ｆ／２）とは、制振対象構造物Ｓの固有振動数に対して厳密に半分となった固有振動数（つまり、制振対象構造物Ｓの固有振動数ｆに０．５を乗じた数値の固有振動数）との意味ではなく、制振対象構造物Ｓの固有振動数の約半分の固有振動数との意味である。これは、制振装置Ｄが有する固有振動数が制振対象構造物Ｓの固有振動数の厳密に半分の固有振動数の場合における制振対象構造物Ｓの制振効果が極めて大きくなるが、厳密に半分ではなくても有効な制振効果が得られるからである。

次に、本実施の形態の制振機構において、上下方向に振動する制振対象構造物Ｓの固有振動数（ｆ）の半分の固有振動数（ｆ／２）を持つ制振装置Ｄにより、制振対象構造物Ｓの振動が抑制されることについて説明する。ここでは、図３に示すように制振機構の試験体Ｔを作成して検証を行った。

図３において、制振対象構造物Ｓに相当するのが梁Ｂである。この梁Ｂの両端には、一対の支持アーム１４を回動自在に支持するための支持台Ｆａが設けられている。また、梁Ｂには、当該梁Ｂを上下振動させるために、負荷マスＭの取り付けられたピエゾアクチュエータＰからなる加振機が固定されている。その他の構成部材は図１と同様となっている。

なお、図３に示す試験体Ｔにおいて、梁Ｂには、長さ（支持される両端間の長さ）８５３ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ６ｍｍ、重量３．９７８ｋｇの鉄板を用いた。梁Ｂの中央に位置するアーム部１２の長さは７０ｍｍ、重量は４５ｇである。また、錘部１３の長さは３０ｍｍ、重量は４８ｇ、軸部１１と支持アーム１４の合計重量は１９５ｇである。さらに、負荷マスＭの重量は３９４ｇ、ピエゾアクチュエータＰの重量は２０６ｇで、両者を合計した加振機全体の重量は６００ｇである。なお、加振機は梁Ｂの中心から７０ｍｍ離れた位置に設置した。そして、アーム部１２を梁Ｂの固有振動数に同調させるために、錘部１３の位置（錘部１３を最上部および最下部としたときの軸部１１の径方向下端から錘部１３の中心までの長さ）を２５ｍｍ～６０ｍｍまで変更できるようにし、アーム部１２の固有周期が６．９Ｈｚ_～１２．３Ｈｚの範囲で調整できるようになっている。なお、ピエゾアクチュエータＰは、入力電圧５Ｖで発生する変位は８．０×１０^－５ｍで製作されている。

さて、図３に示す試験体Ｔのアーム部１２に強制変位を与え、アーム部１２を自由振動させた場合の梁Ｂに発生する加速度を図４（ａ）に、アーム部１２の振れ角を図４（ｂ）に示す。図４において、梁Ｂの振動は１５．５秒、アーム部１２の振動は４．５８秒間続いている。また、アーム部１２の振動が梁Ｂの振動を励起していることで、梁Ｂの振動とアーム部１２を振動が同調されていることが分かる。

図４（ａ）の梁Ｂの加速度フーリエスペクトルを図５（ａ）に、図４（ｂ）のアーム部１２の振動のフーリエスペクトルを図５（ｂ）に示す。梁Ｂの固有振動数は１６．２Ｈｚ、アーム部１２の固有振動数は８．０６Ｈｚで梁Ｂの固有振動数とアーム部１２の固有振動数が１：２に同調されている。

ここで、アーム部１２の制振効果を把握するため、アーム部１２が作動しない場合と作動する場合について共振実験を行った。ピエゾアクチュエータＰの入力加速度は０．２９ｍ／ｓ^２である。また、梁Ｂの振動が定常状態と判断した時刻から１００秒間計測した。加振周波数の範囲は梁Ｂの固有振動数から１６．０５Ｈｚ_～１６．３Ｈｚとし、梁Ｂの減衰定数が非常に小さいことから、０．０１Ｈｚピッチで周波数を増加させた。応答加速度の時系列の最大値から求めた共振曲線を図６（ａ）に示す。図６（ａ）において、１６．０５Ｈｚ以下、１６．３０Ｈｚ以上の周波数ではアーム部１２は振動しないため、梁Ｂの応答加速度は等しくなる。アーム部１２が振動しない場合、固有振動数は１６．１６Ｈｚを示し、自由振動実験から求めた固有振動数より０．０４Ｈｚ低くなった。また、図６（ｂ）に示す位相曲線から、１６．１６Ｈｚで梁Ｂの位相がピエゾアクチュエータＰの位相から約９０°遅れていることから、梁Ｂの固有振動数（ｆ）は１６．１６Ｈｚであることが確認できる。

そして、図６（ａ）の共振曲線に示すように、１６．１３Ｈｚから１６．２３Ｈｚにおいてアーム部１２が振動した場合、応答加速度はアーム部１２が振動しない場合に比較して小さくなっている。固有振動数において、アーム部１２が振動しない場合の振幅比は３０倍、振動する場合の振幅比は１５倍となっており、梁Ｂの応答加速度が約１／２に低減していることが分かる。

次に、ピエゾアクチュエータＰの入力加速度が０．２９ｍ／ｓ^２における梁Ｂの応答加速度を図７（ａ）に、アーム部１２の振れ角を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）、（ｂ）において、ピエゾアクチュエータＰの加振振動数は１６．１６Ｈｚ、図７（ｂ）において、アーム部１２の振動開始（手動による振動開始）時刻はピエゾアクチュエータＰへの電圧印加開始から２２．４秒後である。

図７において、アーム部１２が振動しない場合の梁Ｂの加速度は９．０８ｍ／ｓ^２で入力に対する振幅比は３１．３倍である。また、ピエゾアクチュエータＰへの電圧印加開始から２２．４秒後においてアーム部１２を振動させると、アーム部１２の振れ角は徐々に大きくなり、２６．２秒で最大値を示しアーム部１２振れ角は徐々に小さくなり、３８秒で最小になり、また、振れ角は徐々に大きくなる傾向を示した。このように、梁Ｂの加速度が３．９８ｍ／ｓ^２付近になるとアーム部１２の振動は小さくなる。

このように、アーム部１２を振動させる限界の加速度付近では、アーム部１２の振れ角が大きくなると梁Ｂの加速度は小さくなり、梁Ｂの加速度が小さくなるとまたアーム部１２の振れ角は小さくなり梁Ｂの加速度は大きくなる傾向が表れた。

ピエゾアクチュエータＰの入力加速度が０．３７ｍ／ｓ^２における梁Ｂの応答加速度を図８（ａ）に、アーム部１２の振れ角を図８（ｂ）に示す。図８（ａ）、（ｂ）において、ピエゾアクチュエータＰの加振振動数は１６．１６Ｈｚ、図８（ｂ）において、アーム部１２の振動開始（手動による振動開始）時刻はピエゾアクチュエータＰへの電圧印加開始から２２．３秒後である。

図８において、アーム部１２が振動しない場合、梁Ｂの加速度は１０．４ｍ／ｓ^２で振幅比は２８．１倍である。時刻２２．３秒でアーム部１２に刺激を与えると約１秒でアーム部１２は最大振幅になり、約３７秒まで徐々に小さくなり、そのあと定常に振動している。また、梁Ｂの加速度もアーム部１２の振動が始まると同時に小さくなり約３７秒で４．２８ｍ／ｓ^２となり、そのあとは定常に振動している。

このように、梁Ｂの加速度が３．９８ｍ／ｓ^２では、アーム部１２と梁Ｂの振動はうなりのような現象を示し（図７）、４．２８ｍ／ｓ^２ではアーム部１２の振動は定常な振動を示している（図８）。よって、アーム部１２を振動させる限界の梁Ｂの加速度は４ｍ／ｓ^２であると考えられる。

梁Ｂの固有振動数（ｆ＝１６．１６Ｈｚ：共振点）におけるアーム部１２の入力加速度と梁Ｂの応答加速度との関係を図９に示す。図示するように、アーム部１２が振動しない場合に比較して、アーム部１２が振動する場合の梁Ｂの加速度は約１／２に低下している。また、アーム部１２の入力加速度が増加するとその低下割合は大きくなる傾向がある。

以上のことから、上下方向に振動する梁の固有振動数（ｆ）（本実施の形態ではｆ＝１６．１６Ｈｚ）の１／２の振動数に同調させたアーム部１２を振動させることにより、つまり、上下方向に振動する制振対象構造物Ｓの固有振動数（ｆ）の半分の固有振動数（ｆ／２）を持つ制振装置Ｄにより当該制振対象構造物Ｓの振動を抑制することが可能になる。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

たとえば、制振装置Ｄの固有振動数を制振対象構造物Ｓの固有振動数（ｆ）の半分（ｆ／２）にすれば制振効果が得られるが、ここでの「固有振動数の１／２」とは厳密な意味で１／２であることを要しない。

また、本実施の形態では、ねじり部材としてトーションバー２１が用いられているが、ねじりコイルばね（コイル中心軸まわりにねじりモーメントを受けるコイルばね）を用いてもよい。なお、ねじりコイルばねを用いた場合には、トーションバー２１のように、支持部を移動可能に設けてねじれ可能な長さを設定しねじれ可能な長さを変化させてアーム部１２の振動数がｆ／２となるように調整することは、構造上困難と思われる。

また、本実施の形態では、制振装置Ｄが制振対象構造物Ｓの下面側に設置されているが、下面側である必要はなく、制振対象構造物Ｓの上面側に設置されていてもよい。

また、本実施の形態では、軸部１１の回動軸が制振対象構造物Ｓの支持位置Ｆを向くように制振装置Ｄが配置されているが、制振装置Ｄの配置方向は特に限定されるものではない。

さらに、制振対象構造物Ｓとしては縦揺れ（上下振動）が発生する構造物に限定されるものではなく、高層建築物などのような横揺れ（水平振動）が発生する塔状の制振対象構造物Ｓにも適用可能である。すなわち、制振装置Ｄを制振対象構造物Ｓの側面側に設置すれば、当該制振対象構造物Ｓの水平振動を減衰させることができる。このとき、揺れ(振動）が最も大きくなる塔状の制振対象構造物Ｓの側面側上端部に制振装置Ｄを設置するのが望ましい。

本発明の制振機構において、制振対象構造物としては縦揺れ（上下振動）が発生する構造物に限定されるものではなく、高層建築物などのような横揺れ（水平振動）が発生する塔状の構造物にも適用可能である。

１１ 軸部
１２ アーム部
１３ 錘部
１４ 支持アーム
２１ トーションバー（ねじり部材）
Ｂ 梁
Ｄ 制振装置（制振手段）
Ｄ１ 振動部
Ｄ２ 調整部
Ｍ 負荷マス
Ｆ 支持位置
Ｆａ 支持台
Ｐ ピエゾアクチュエータ
Ｓ 制振対象構造物
Ｓａ 軸受け
Ｓｂ 支持板
Ｔ 試験体

Claims (18)

1. 所定の固有振動数（ｆ）を持つ制振対象構造物と、
   前記制振対象構造物に設置され、前記制振対象構造物の振動方向と交差する方向に振動可能で、且つ前記制振対象構造物の固有振動数（ｆ）の半分の固有振動数（ｆ／２）を持つ制振手段とを有し、
   前記制振手段は、
   前記制振対象構造物に回動自在に支持されるとともに回動軸が前記制振対象構造物の構造面と平行に配置された軸部、前記回動軸に対して垂直となるように前記軸部に取り付けられて当該軸部を回動させるように振動するアーム部、および前記アーム部に取り付けられた錘部が設けられた振動部と、
   一端が前記軸部に取り付けられるとともに他端が前記制振対象構造物に固定され、当該軸部の回動によってねじれるねじり部材が設けられ、前記アーム部の振動を調整する調整部とを備える、
   ことを特徴とする制振機構。
2. 前記制振手段を構成する前記アーム部の振動方向と前記制振対象構造物の振動方向とは直交している、
   ことを特徴とする請求項１記載の制振機構。
3. 前記ねじり部材は、
   前記軸部の両側または片側に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の制振機構。
4. 前記アーム部の振れ角が等時性を担保でき且つ振動数がｆ／２となるように、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さと前記錘部との質量から、前記ねじり部材のねじり剛性が設定される、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の制振機構。
5. 前記アーム部の振れ角が等時性を担保でき且つ振動数がｆ／２となるように、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さと前記錘部との質量から、前記ねじり部材のねじり剛性が設定される、
   ことを特徴とする請求項３記載の制振機構。
6. 前記ねじり部材は、トーションバーである、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の制振機構。
7. 前記ねじり部材は、トーションバーである、
   ことを特徴とする請求項３記載の制振機構。
8. 前記トーションバーの途中位置には、前記トーションバーのねじれ可能な長さである前記軸部との連結位置からの長さを設定する支持部が移動可能に設けられ、
   前記支持部の移動により前記トーションバーのねじれ可能な長さを変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、
   ことを特徴とする請求項６記載の制振機構。
9. 前記トーションバーの途中位置には、前記トーションバーのねじれ可能な長さである前記軸部との連結位置からの長さを設定する支持部が移動可能に設けられ、
   前記支持部の移動により前記トーションバーのねじれ可能な長さを変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、
   ことを特徴とする請求項７記載の制振機構。
10. 前記ねじり部材は、ねじりコイルばねである、
    ことを特徴とする請求項１または２記載の制振機構。
11. 前記ねじり部材は、ねじりコイルばねである、
    ことを特徴とする請求項３記載の制振機構。
12. 前記錘部は、前記アーム部の長さ方向に移動可能とされ、
    前記錘部の移動により前記アーム部の有効長さを変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、
    ことを特徴とする請求項１記載の制振機構。
13. 前記制振対象構造物は水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物であり、
    前記制振手段は、前記制振対象構造物の下面側に設置されて前記制振対象構造物の上下振動を減衰させる、
    ことを特徴とする請求項１記載の制振機構。
14. 前記制振対象構造物は水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物であり、
    前記制振手段は、前記制振対象構造物の上面側に設置されて前記制振対象構造物の上下振動を減衰させる、
    ことを特徴とする請求項１記載の制振機構。
15. 前記制振対象構造物は、両端で支持された両持ち構造であり、
    前記制振手段は、前記アーム部が前記制振対象構造物の両端の支持位置の中央位置に設置される、
    ことを特徴とする請求項１３または１４記載の制振機構。
16. 前記制振対象構造物は、一端のみで支持された片持ち構造であり、
    前記制振手段は、前記制振対象構造物の前記一端とは反対側の自由端に設置される、
    ことを特徴とする請求項１３または１４記載の制振機構。
17. 前記制振対象構造物は塔状の構造物であり、
    前記制振手段は、前記制振対象構造物の側面側に設置されて前記制振対象構造物の水平振動を減衰させる、
    ことを特徴とする請求項１記載の制振機構。
18. 前記制振手段は、前記制振対象構造物の上端部に設置される、
    ことを特徴とする請求項１７記載の制振機構。

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