JP2682875B2 - 構造物の制振装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、構造物の水平振動および捩じれ動に対し
て全方位的な自動感知機能を有する制振装置に関する。

〔従来の技術〕

風，地震等の外力による構造物の振動を制御する装置
について、この発明者は先般、角運動量の原理を用いた
制振装置を開発した。

この制振装置は、フレームに取り付けた回転軸の周り
に回転可能な回転体を、フレームのビームにより、回転
体の回転軸と直交する中心軸線の周りに回転可能に支持
したものであり、回転体は鉛直方向の回転軸の周りに高
速回転するようにしてある（特願平１−136727号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の制振装置は、構造物の水平方向一方向の振動を
制御するものであるため、水平方向二方向の制振力を得
るためには、２台の制振装置を設置しなければならず、
また水平方向の制振力を１台の制振装置によって得る場
合、わずかではあるが構造物によって好ましくない捩じ
れ力が付随して発生するという不具合がある。

また、外力の影響等により構造物に発生する捩じれ動
については、上記の水平用制振装置では制御することが
できないので、捩じれ動に対する制振力を得るために
は、水平用制振装置の回転体の回転軸の方向を変えて、
水平方向の回転軸の周りに高速回転させるか、あるいは
別個に１台の捩じれ動専用の制振装置を設置する必要が
ある。

この発明は、上記のような問題を解決することを目的
としてなされたものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明においては、構造
物に設置した鉛直方向の軸周りに最大90゜の回転が可能
な支持台に、主制振装置と副制振装置とを配置してい
る。

主制振装置および副制振装置は、同一構成部材からな
り、それぞれフレームと、フレームに取り付けられた回
転軸の周りに高速回転する回転体と、フレームの外周を
回転体の回転軸と直交する軸方向両端側で支持するビー
ムとを備えている。

主制振装置のフレームのビームと、副制振装置のフレ
ームのビームとは、それぞれ水平方向、かつ平行な軸の
周りに回転可能に支持し、主制振装置の回転体は鉛直方
向の回転軸の周りに回転可能に保持し、副制振装置の回
転体は水平方向の回転軸の周りに回転可能に保持してあ
る。

支持台と構造物との間を結合する回転機構には、必要
に応じ回転停止機構を設ける。

〔作用〕

この発明の制振装置は、外力により構造物に生じる水
平振動が主制振装置のビームの中心軸の方向と一致して
いるときは、主制振装置が振動を感知して作動し、制振
力としてのモーメントを発生する。

一方、副制振装置はこの方向の振動を感知しないた
め、制振力は発生しない。しかし、副制振装置は主制振
装置の作動に付随して生じる捩じり力を感知して作動
し、構造物に捩じり動が加えられるのを防止する。

また、構造物が主制振装置のビームの中心軸と直交す
る方向に水平振動しているときは、主制振装置はこの方
向の振動を感知しないため、直ちには作動しない。しか
し、副制振装置がこの振動を感知して作動し、鉛直方向
の軸周りにモーメントを発生する。このモーメントによ
り支持台が構造物に対して90゜回転して停止する。この
位置で主制振装置のビームの中心軸が振動方向と一致す
る。そこで主制振装置が振動を感知して制振力としての
モーメントを発生する。

さらに、外力により構造物に捩じり動が生じていると
きは、副制振装置が感知して作動し、制振力としてのモ
ーメントを発生する。この場合は、支持台の回転機構を
停止し、構造物に固定する。一方、主制振装置は、捩じ
り動を感知しないため、制振力は発生しない。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明の制振装置の全体構造を、Ｘ軸を
含む鉛直面により切断して示す図である。

構造物１に支持台２が回転機構（たとえば旋回軸受）
３を介して設置され、鉛直方向の軸の周りに回転できる
ようになっている。この支持台２に、主制振装置10と副
制振装置20とが上下方向に配置してある。

主制振装置10は、扁平な防錘円形状のフレーム11に、
外周部分が内周部分よりも厚肉に成形された円盤状の回
転体12を収容し、回転体12の中心線上に設けた回転軸13
の両端部を、フレーム11の中心軸線の周りに回転可能に
軸支し、フレーム11の外周には、回転体12の回転軸13と
直交する軸方向（直径方向）両端側に、それぞれビーム
14,15を取り付けた構成になっている（第２図参照）。

副制振装置20についても、主制振装置10と同一の構成
部材、すなわちフレーム21、回転体22、回転軸23および
ビーム24,25により構成されている（第３図参照）。

上記の主制振装置10のフレーム11のビーム14,15は、
支持台２に水平方向の軸の周りに回転可能に支持され、
回転体12の回転軸13は、鉛直方向の保持された状態で高
速回転するようになっている。

他方の副制振装置20のフレーム21のビーム24,25は、
支持台２に主制振装置10のフレーム11のビーム14,15と
平行な水平方向の軸の周りに回転可能に支持され、回転
体22の回転軸23は、水平方向に保持された状態で高速回
転するようになっている。

上記構成の制振装置において、主制振装置10のビーム
14,15と副制振装置20のビーム24,25との中心軸は第１図
に示すようにＸ軸方向と平行であって、主制振装置10の
回転体12は第２図に示す矢印方向に高速回転し、副制振
装置20の回転体22は第１図に示す矢印方向に高速回転し
ているものとする。

この状態で構造物１が外力による水平方向の振動を生
じた場合、制振装置は次のように作動する。

まず、構造物１が第１図および第４図に示すように、
Ｘ軸方向に振動し、同図の右方向への水平変位（回転角
θ_Ｘ）が生じたものとする。

これにより、主制振装置10の回転体12の回転軸13は、
Ｙ軸周りの回転角θ_Ｘを強制的に与えられるので、主制
振装置10のビーム14,15の中心軸（X₁軸）の周りに発生
するモーメントにより、回転体12はX₁軸の周りに（第２
図の矢印方向）回動する。この回転体12の回動により主
制振装置10のＹ軸の周りに第４図の矢印方向のモーメン
トM₁₀が生じる。このモーメントM₁₀は、主制振装置10の
X₁軸をＸ軸と一致させる方向の制振力として作用するの
で、構造物１に生じた水平変位（回転角θ_Ｘ）が相殺さ
れて、振動が抑止される。

副制振装置20は、構造物１がＸ軸方向に振動しても、
回転体22の回転軸23はＹ軸周りの回転角が与えられない
ので、ビーム24,25の中心軸（X₁軸）の周りに回動する
ことはなく、Ｘ軸方向の振動に対する制振力は発生しな
い。

上記の主制振装置10のＹ軸周りに発生したモーメント
M₁₀は、支持台２を介して偶力として構造物１に作用す
るのであるが、支持台２はＸ軸に対してθ_Ｘの回転角を
もっているため、その偶力の水平成分が構造物１をＺ軸
の周り（反時計回り）に捩じり力として作用することに
なる。

ところが、この捩じり力に対しては、副制振装置20が
作動してＺ軸回りに逆方向のモーメントを発生するか
ら、構造物１にとって好ましくない捩じり動を抑止する
ことができる。この捩じり力に対する副制振装置20の作
動機構については、後段において説明する。

次に、構造物１が第５図および第６図に示すように、
Ｙ軸方向に振動し、同図の右方向への水平変位（回転角
θ_Ｙ）が生じたものとする。

これにより、副制振装置20の回転体22の回転軸23は、
Ｘ軸回りの回転角θ_Ｙを強制的に与えられるので、副制
振装置20のビーム24,25の中心軸（Z₁軸）の周りに回動
しようとするモーメントM₂₀が発生する（第３図の矢印
方向参照）。

このモーメントM₂₀により支持台２は、構造物１との
間の回転機構３を介して回動を開始する。支持台２の回
動は、副制振装置20の回転体22の回転軸23がＹ軸と直交
する位置、すなわちＹ軸方向の振動を感知しない位置と
なったときに終了し、第７図に示すように、90゜回転し
た位置で停止する。なお、支持台２が過剰な回転をしな
いよう、支持台２の回転角は図示しないストッパーによ
り最大90゜になるように制御されている。

この間、主制振装置10の回転体12の回転軸13は、Ｘ軸
周りに強制的な回転角が与えられても、直ちにＹ軸方向
の振動に対する制振力が発生することはないが、支持台
２の構造物１に対する回動が終了して、ビーム14,15の
中心軸がＹ軸方向と一致すると、前述のＸ軸方向の振動
の場合と同様の作動によりＸ軸の周りに第７図の矢印方
向のモーメントM₁₀が生じる。このモーメントM₁₀は、主
制振装置10のビーム14,15の中心軸（Y₁軸）をＹ軸と一
致させる方向の制振力として作用するので、構造物１に
生じた水平変位（回転角θ_Ｙ）が相殺されることにな
る。

また、構造物１が外力によりＺ軸周りの捩じれ動を生
じた場合は、制振装置は次のように作動する。

この場合は、構造物１と支持台２との間に設けられて
いる回転機構３の作動を図示しない停止機構により停止
して、支持台２を構造物１に固定する。

構造物１の捩じれ動により、副制振装置20の回転体22
の回転軸23に、第８図に示すようにＺ軸周りに回転角θ
_２が与えられたものとすると、副制振装置20のビーム2
4,25の中心軸（X₁軸）の周りに発生するモーメントによ
り、回転体22はX₁軸の周りに（同図の矢印方向）に回動
するので、この回動により副制振装置20のＺ軸の周りに
は図示矢印方向のモーメントM₂₀が生じる。このモーメ
ントM₂₀は副制振装置20のX₁軸をＸ軸と一致させる方向
の制振力として作用するので、構造物１に生じた回転角
θ_２が相殺されて、捩じり動が抑止される。

構造物１の捩じれ動に対して主制振装置10の回転体12
の回転軸13には、Ｚ軸周りの回転角が与えられず、ビー
ム14,15の中心軸の周りに回動することはないので、制
振力としてのモーメントは発生しない。

上記実施例においては、主制振装置と副制振装置とを
上下方向にそれぞれ１台配置した場合を図示したが、主
制振装置と副制振装置との配置方法および台数について
は、任意の組み合わせを設定することができる。

第９図は、制振装置の他の配置例であり、支持台２の
中央に１台の主制振装置10を配置し、主制振装置10の横
方向の左右両側に各１台の副制振装置20を配置してあ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の制振装置は、高速回
転する回転体を軸支するフレームと、フレームを回転体
の回転軸と直交する軸方向両端側で支持するビームとを
構成部材とする主制振装置および副制振装置を、鉛直方
向の軸の周りに回転可能な支持台に配置し、主副各制振
装置のビームは水平方向の平行な軸の周りに回転可能に
支持し、主制振装置の回転体の回転軸は鉛直方向に、副
制振装置の回転体の回転軸は水平方向に、それぞれ保持
する構成を採用し、角運動量の原理、すなわち回転体の
回転軸が外力により回転角を与えられたとき、フレーム
の支持ビームと直交する軸の周りにモーメントが発生す
るという原理により、主制振装置が水平方向の振動を抑
止し、副制振装置は支持台の回転と捩じれ動を抑止する
機能を分担して発揮するようにしている。

したがって、この発明によれば、主制振装置が一方向
の水平振動だけでなく、これと直交する他方向の水平振
動に対しても制振力を有しているため、１台の主制振装
置によって全方位の水平振動を抑止することが可能とな
り、また主制振装置の作動時に発生する捩じれ力につい
ても副制振装置により防止することができるという効果
が得られる。

また、この発明によれば、外力により構造物に捩じれ
動が発生した場合においても、支持台の回転機構を停止
することにより、副制振装置により抑止することができ
るから、簡単な操作で捩じれ動に対する制振力が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す側面断面図、第２図は
第１図の主制振装置の平面図、第３図は第１図の副制振
装置の平面図、第４図は構造物にＸ軸方向の水平振動が
生じたときの制振装置の作動状態図、第５図は第１図の
Ａ−Ａ線断面図、第６図および第７図は、それぞれ構造
物にＹ軸方向の水平振動が生じたときの制振装置の作動
状態図、第８図は構造物に捩じれ動が生じたときの制振
装置の作動状態図、第９図はこの発明の他の実施例を示
す側面断面図である。 図中、１は構造物、２は支持台、３は回転機構、10は主
制振装置、11はフレーム、12は回転体、13は回転軸、1
4,15はビーム、20は副制振装置、21はフレーム、22は回
転体、23は回転軸、24,25はビームである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物に設置され、鉛直方向の軸の周りに
   最大90゜の回転が可能な機構を有する支持台と、それぞ
   れ同一構成部材からなり、フレームと、フレームに軸支
   された回転軸の周りに高速回転可能に取り付けられた回
   転体と、フレームの外周に回転体の回転軸と直交する軸
   方向両端側に取り付けられたビームとを有する主制振装
   置および副制振装置とを備え、前記支持台に、主制振装
   置のビームと副制振装置のビームとを水平方向の平行な
   軸の周りに回転可能に支持し、主制振装置の回転体の回
   転軸を鉛直方向に保持し、副制振装置の回転体の回転軸
   を水平方向に保持したことを特徴とする構造物の制振装
   置。
2. 【請求項２】支持台の回転機構に回転停止機構が設けて
   ある請求項（１）記載の構造物の制振装置。