JPH01275866A - 能動式制震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は地震や風等の外力により建物に生じる振動を
低減させるために、建物内に設置する能動式制震装置に
関するもので、建物に振動を制御する力を与えて対処さ
せるものである。

〔従来の技術〕

出願人は特開昭６２−２６８４７８号および特開昭６３
−７８９７４号公報等において、建物頂部等に付加質量
とアクチュエーターからなる制置装置を設け、建物が地
震あるいは風等の外力を受けたとき、アクチュエーター
の作動を制御することにより、付加質量としての重りに
反力をとって、建物本体にその振動を制御するような力
を加える能動弐装置装置を開示している。

第２図は上述のような能動式制震装置の概要を示したも
ので、例えば建物１の頂部に建物１と実質的に切り離し
た形で、付加質量としての重り２を設け、重り２と建物
１の一部との間にアクチュエーター３を介在させである
。地震や風等が作用し、建物ｌに振動が生じると、その
振動を建物１に設けたセンサー７ａが感知し、信号を制
御回路に送り、建物１の振動に応じた出力信号をアクチ
ュエーター３に接続したサーボ弁に送り、アクチュエー
ター３の制御を行う。なお、アクチュエーター３側にも
センサー７ｂを設けることにより、アクチュエーター３
の動きをフィードバックして制御することができる。ま
た、以上は閉ループでの制御であるが、広域、狭域の地
震計等から送られて（る地震波の解析により、建物の応
答を予測し、制御を行う開ループの制御と組み合わせる
こともできる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、重り２としては建物の重量の１／１００程度
の質量の鋼材等が使用されるが、アクチュエーター３か
らの力の伝達がスムーズであることが必要であり、また
設置スペースもできるだけ少なくて済むコンパクトなも
のが望ましい。

アクチュエーター３としては比較的大きなストロークの
装置を実現するために、油圧シリンダー等が望ましいが
、その場合油圧シリンダーの設置スペースをストローク
分も含めどのように確保するかが問題となる。

また、上述のように重り２の質量もかなり大きくなるた
め、摩擦力等の影響をできるだけ少なくして、効率のよ
い確実な制置を行う必要がある。

この発明は上述のような問題点を解決することを目的と
したものである。

〔課題を解決するための手段］ この発明に係る能動式制震装置は建物の振動速度に比例
した制御力を出すのを基本とし、建物に設けた加速度計
等の振動検知手段からの信号を増幅回路で増幅し、位相
調整等を行い、出力された制御信号によりアクチュエー
ターを制御し、重りに反力をとってアクチュエーターか
ら建物に制御力を加えることにより、建物の振動を抑制
することができる。

この発明ではアクチュエーターとして、大きなストロー
クが比較的容易に得られる油圧シリンダーを用い、油圧
シリンダーの中心部を重りの重心軸上にセンタートラニ
オン等を介してピン支持している。また、油圧シリンダ
ーから出入するピストンの先端は建物の固定部に対し、
クレビス等を介してビン接合している。油圧シリンダー
が重り上にセットされていることにより、重りと別に油
圧シリンダーの設置スペースを確保する必要がな（、制
置装置の機械部分の全長が短くコンパクトになる。また
、油圧シリンダーの中心部が重りの重心軸上でビン支持
されているため、重り端部と接続する場合に比べ、力の
伝達がスムーズとなる。

さらに、油圧シリンダーの先端もピン接合であることか
ら、後述するように重りを吊り支持した場合にも、重り
の水平運動で生じる上下の動きを吸収し、安定した力の
伝達が可能である。

重りの形状は油圧シリンダーの軸方向と直角な断面が凹
字形となるようにすることにより、油圧シリンダーの軸
が重りの重心を通るようにすることができ、力の伝達が
スムーズとなる。

重りは建物重量の１／１００程度の質量のものが使用さ
れ、スペース等の問題から鋼材あるいは鉛等の金属製の
ものが好ましい。

地震動等に対し、制置装置を瞬時に作動させ、かつ機械
遅れをできるだけ小さくするためには、装置の機械部分
における摩擦をできるだけ小さくする必要がある。その
ためには重りをワイヤー等の吊り材を介して吊り支持す
ることが望ましい。

設置方法に関しては、建物頂部あるいは建物内に鉄骨フ
レームを構築する等して、吊り材を介して吊り下げる。

吊り材としてはＰＣ鋼材あるいはピアノ線等が適し、重
りの回転を除くため、４点吊りあるいは８点吊りといっ
た多点吊りが望ましい。

また、できる限り摩擦力の影害を排除するため、滑車等
を利用するとよい。

これにより、ローラーによって重りを支持する方法やガ
イドレール上を滑らす方法に比べ、摩擦の影響を極端に
小さくすることができ、微小な振動も制御することがで
きる。重りを吊り支持した場合の、万一の事故に対して
は重りの下に緩衝材を貼り付けておく等の方法が考えら
れる。また、重りがねじれ振動を生じないようガイドを
設けることが望ましい。

〔実施例〕

次に、図示した実施例について説明する。

第１図（ａ）〜（Ｃ）はこの発明の能動式制震装置の一
実施例における重り駆動部の構造を示したものである。

重り２は側面からみて（第１図（ｂ）参照）略凹字状の
外形を有し、上方の鉄骨フレーム４から上下の滑車５お
よび吊り材６を介して、８点で水平に吊り支持され、建
物本体ｌとの間で相対移動が可能な構成となっている。

そして水平方向について、建物本体１とはアクチュエー
ターとしての油圧シリンダー３により連結されており、
制御機構の指令により油圧シリンダー３を伸縮させて、
建物本体１に制御力を与えることができる。

重りの外形を略凹字状としたのは、この凹部に油圧シリ
ンダー３を設置するためであり、その分無駄な設置スペ
ースがなくなり、全体をコンパクトに納めることができ
る。また、滑車吊り点と重り２の重心および油圧シリン
ダー３の加力点を１点に集めることができ、設計上都合
がよい。

重り２の下面には４箇所に緩衝材８を貼り付け、例えば
吊り材５が切断される等、万−何らかの事故があっても
装置が保護されるようになっている。

また、重り２の下端は４箇所のガイド部材９によってガ
イドされ、重り２の動きにねじれが生じるのを防いでい
る。

第４図はこの発明の能動式制震装置の信号油圧系統の概
念図であり、制置装置（図中、ＡＭＤ（Ａｃｔｉｖｅ　
Ｍａｓｓ　Ｄｒｉｖｅｒの略）と示しである〕の重りと
建屋にそれぞれセンサーとしての加速度計（３１，３２
）を設け、応答信号を制御信号発生回路に送っている。

後述するように制御信号発生回路で位相調整および増幅
を行った後、制御信号が比較回路へ送られる。一方、重
りの動きを惑知するセンサーＳ１からは比較回路へも出
力信号が送られ、フィードバック制御を行っている。

比較回路を経た制御信号は油圧シリンダーに取り付けた
油圧サーボ弁に送られ、油圧サーボ弁の制御を行う。油
圧系統は油圧タンク、油圧ポンプ、油圧サーボ弁および
油圧シリンダーからなる循環経路を構成し、油圧ポンプ
と油圧サーボ弁の間にはアキュームレーターを設けであ
る。

油圧サーボ弁の制御により油圧シリンダーが作動し、建
屋に反力をとって、制置装置の重りに建屋の振動を抑制
するような力を加えることができる。

第５図は制御信号発生回路をブロック図として示したも
のである。

なお、この実施例では第３図に示すように、主となる制
置装置（図中、ＡＭＤＩとしである）の他に、建屋の端
部に補助の制置装置（図中、ＡＭＤ２としである）を設
置し、補助の制置装置でねじれ振動成分を制御するよう
にしである。

第５図中、入力１はセンサー３１（第３図参照）で惑知
される建屋の頂部中央に設置した主の制置装置の重りの
加速度、入力２および入力４はセンサーＳ２で感知され
る建屋頂部中央の加速度、入力３はセンサーＳ３で感知
される建屋の頂部端部に設置した補助の制置装置の重り
の加速度、入力５はセンサーＳ４で感知される建屋頂部
端部の加速度である。

入力１はローパスフィルターで微小振動成分やノイズが
除かれ、増幅された後、積分回路を経由して、または直
接位相調整器に送られる。入力１は加速度であり、速度
と９０°位相がずれているが、油圧シリンダー等の機械
部分については摩擦その他による機械的遅れがあるため
、必要に応じ積分回路で位相を９０°調整し、さらに位
相調整器で０〜９０°の範囲の調整を行う。その後、増
幅器で信号レベルの調整が行われる。

入力２は同様に微小振動成分やノイズを除き、位相を調
整した後、自動利得調整回路を通すことにより信号レベ
ルをあらかじめ設定したレベルにもってゆく。なお、制
御信号は建屋の振動と位相が９０°ずれたものとなる。

入力１と入力２は上述のような並列の増幅回路を経て合
成される。

制置装置の重りの振動は、装置の能力内で行われなけれ
ばならず、振幅には限度があるのに対し、建屋側の振動
は地震の規模に応じ、小さい加速度のものから大きい加
速度のものまである。そのため、建屋側について、自動
利得調整回路を設けであるが、建屋側の加速度が小さい
ときは建屋側の回路における増幅率が大きく、建屋側の
加速度が大きくなるにつれ、建屋側の回路における増幅
率が小さくなる。その結果、建屋側の加速度が小さいと
きは建屋の振動に応じ、これと位相が９０°ずれた制御
が行われるのに対し、建屋側の加速度が大きくなると重
りの動きに近づく制御となり、建屋側の加速度が大きい
ことからほぼ建屋の振動と同調するような制御、すなわ
ち油圧シリンダーが作動せず、重りが建屋に対し、相対
的に停止したような状態となる。建屋側の加速度が小さ
くなると、再び建屋側の回路における増幅率が大きくな
り、建屋の振動減衰を早めることができる。

また、並列した増幅回路を経て合成された合成信号は、
さらに利得調整回路を通過することによりあらかじめ設
定されたレベルで出力され、制置装置の能力範囲内で重
りの動きを制御するようになっている。

入力３は補助の制置装置の重りの加速度であり、上述の
入力１と同様な増幅回路で調整が行われる。

入力４と入力５はそれぞれ建屋中央と建屋端部の加速度
であり、ローパスフィルターおよび緩衝増幅器を通過し
た後、合成増幅器で差をとり、ねじれ振動成分について
、上述の入力２と同様の調整操作を行い、増幅回路を経
た入力３の信号と合成され、自動利得調整回路を経て、
補助の制置装置の重りに対する制御信号が出力される。

この実施例では建物側の応答信号を増幅するための増幅
回路に自動利得調整回路を設けたことにより、増幅され
た重り側の応答信号と合成する際の信号のレベルが調整
される。従って、建物の振動がそれほど大きくない範囲
では、建物側の応答信号の増幅率が大きいため、建物の
振動に応じた制御となる。そして、建物の振動が大きく
なるにつれ、建物側の応答信号の増幅率は下がり、制御
における重り側の動きの寄与率が大きくなる。その状態
では建物の振動が大きいのに対し、制置装置は一定の能
力範囲で制御を行っているため、重りの振動は次第に建
物の振動に近づき、制御も建物の振動に近づけるような
制御となる。結局、揺れの大きい間は重りは建物と略一
体に動き（建物に対し相対的に静止した状態）、建物か
ら大きな力を受けることなく、装置の安全が保たれる。

地震等がおさまり建物の振動が小さくなってくると、再
び自動利得調整回路の作用により建物側の応答信号の増
幅率が大きくなり、建物の振動と逆向きの振動を与えて
、振動の減衰を早めるような制御を行うことができる。

さらに、合成信号の出力については、合成信号の出力レ
ベルをさらに自動利得調整回路で調整するため、建物の
過大な振動に対しても、制置装置が過剰な動作をするこ
とがない。すなわち、制置装置の能力以上の建物の振動
に対しては、制置装置の能力の範囲内で制御することと
し、さらに大きな振動に対しては重りの動きを建物の動
きに近づけることにより装置の安全が図れる。

〔発明の効果〕

■　油圧シリンダーを重り上にセットしたことにより、
制置装置の機械部分の全長が短くコンパクトになる。

■　油圧シリンダーの力の作用点と重りの重心を一致さ
せることで、力の伝達をスムーズに行うことができる。

■　重りを吊り支持することにより、摩擦力等の影響が
小さくなり、効率のよい制御が可能である。

■　油圧シリンダーの中心部を重りの重心軸上にビン支
持するとともに、油圧シリンダーから出入するピストン
の先端を建物の固定部にピン接合しているため、吊り支
持した重りの上下動を吸収することができる。

■　機械部分の構造が単純であり、既存の建物にも設置
することができる。

■　受は身の制御と異なり、個々の地震特性等に応じ、
最適な制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ロ）、（Ｃ）はそれぞれこの発明の装
置の一実施例を示す正面図、右側面図、および平面図、
第２図は能動式制震装置の原理を示す説明図、第３図は
装置の配置例を示す平面図、第４図は能動式制震装置の
信号油圧系統の概念図、第５図はこの発明を適用した能
動式制震装置の信号発生回路の一例を示すブロック図で
ある。 ｌ・・・建物本体、２・・・重り、３・・・油圧シリン
ダー、４・・・鉄骨フレーム、５・・・滑車、６・・・
吊り材、７ａ、７ｂ・・・センサー、８・・・緩衝材、
９・・・ガイド第２図 劫１ 第３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）建物本体に対し相対移動可能な所定重量の重りと
   、該重りと建物間に介在させたアクチュエーターと、建
   物の振動に応じ、前記アクチュエーターを制御するため
   の制御信号を発生する制御回路とからなる能動式制震装
   置において、前記アクチュエーターは油圧シリンダーで
   あり、該油圧シリンダーの中心部は前記重りの重心軸上
   にピン支持され、前記油圧シリンダーから出入するピス
   トンの先端は建物の固定部に対しピン接合されているこ
   とを特徴とする能動式制震装置。
2. （２）前記重りは前記油圧シリンダーの軸方向と直角な
   断面を凹字形としてあり、前記油圧シリンダーの軸がほ
   ぼ前記重りの重心を通るようになっている請求項１記載
   の能動式制震装置。
3. （３）前記重りは建物本体に対し吊り支持されている請
   求項１または２記載の能動式制震装置。
4. （４）前記重りの下面には複数の緩衝材が取り付けられ
   ている請求項３記載の能動式制震装置。
5. （５）前記重りの設置位置には重りの前記油圧シリンダ
   ー軸方向の運動をガイドするガイド機構を設けたことを
   特徴とする請求項３記載の能動式制震装置。