JPH0118307B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、種々の構造物の振動を減衰させるた
めに用いる制振装置に関し、特に建物、橋梁、塔
等の建造物の地震等による振動を抑制したり、コ
ンプレツサのような振動を生じる装置の振動を抑
制したり、化学プラントの配管の振動を抑制した
りするのに好適な制振装置に関するものである。

本明細書において「構造物」なる語は最も広義
に解釈するものとし、外力によつてまたは内的要
因によつて振動を生じるあらゆる構造物を意味す
るものとする。

従来、地震等による振動から構造物を保護する
ため、クーロン摩擦減衰、粘性減衰等を利用した
各種の制振装置が提案されているが、従来提案さ
れた制振装置はいずれも振幅及び周期が略一定の
振動に対してのみ有効であり、地震のように振幅
及び周期が不確定に変化する振動に対しては役に
立たなかつた。例えば支持台に支持した振子の上
端部付近をリンクを介して構造物の床部等に結合
し、振子と梃子の作用により構造物の振動を吸収
しようとする制振装置が知られている。しかしな
がらこの制振装置が有効なのは或特定の範囲の振
幅及び周期の振動に対してのみであり、設定した
範囲外の振動が起つた場合には充分な制振効果を
得ることができない。またこの制振装置では、吸
収し得る振動エネルギを増大させるために装置を
大形化すると、構造物に停滞振動が生じ、かえつ
て構造物に悪影響を及ぼす結果になることが多か
つた。

本発明の目的は、振動力の大きさに略比例した
減衰効果を生じさせて、充分な制振効果が得られ
る振動の範囲を従来よりも大幅に広げることがで
きるようにした構造物の制振装置を提供すること
にある。

本願第１の発明は、構造物と振動系を異にする
基体と、機械的変位に応じて発電する発電装置
と、構造物の振動により該構造物と前記基体との
間に生じる相対的な変位を前記発電装置に伝達す
る機械変位伝達機構と、前記発電装置が発生する
電気エネルギにより駆動されて前記相対的な変位
に機械的に制動をかける制動装置とにより構成さ
れる。

また本願第２の発明は、上記第１の発明の構成
に加えて更に前記発電装置が発生する電気エネル
ギを消費させるエネルギ消費手段を設けたもので
ある。

以下図面を参照して本発明をその実施例ととも
に詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示したもので、同
図において１は基礎２の上に構築されたフレー
ム、３はフレーム１の上に支持された石油タンク
等の構造物である。４はフレーム１の内側に配置
されて基礎２の上に固定された基体で、この基体
４は実質的に剛体とみなすことができる程度に十
分強固に構成されている。この基体４はフレーム
１及び構造物３とは振動系を異にするように設け
られており、基礎２に地震等の振動が与えられた
場合、または構造物３自体が振動した場合、構造
物３と基礎２との間に相対的な変位が生じるよう
になつている。本実施例では地震により構造物３
と基体４との間に図示の矢印Ａ，A′方向の往復
変位が相対的に生じるものとする。

基体４の上には、発電装置５が取付けられ、ま
た基体４に固定されたブラケツト６に、略扇形の
回動板７が、その略中央部においてピン８により
回動自在に支持されている。回動板７の下部には
円弧状のラツク９が設けられ、このラツク９は発
電装置５の回転軸に取付けられたピニオン歯車１
０に噛合されている。回動板７の上部にはピン１
１が固定され、このピン１１は構造物３の床部ま
たは該床部を支えるフレーム１の梁１ａに固定さ
れた結合部材１２に設けられた逆Ｕ字状の溝１３
に係入されている。そして構造物３が正規の位置
に静止しているときにピニオン歯車１０がラツク
９の中央部に噛み合うように各部が位置決めされ
ている。結合部材１２、ピン１３、回動板７及び
ピニオン歯車１０により、構造物３と基体４との
間の相対的な変位を発電装置５に伝達する機械変
位伝達機構が構成されている。

基体４の上にはまた、発電装置５の回転軸に対
して対称な位置に位置させて、１対の支柱１４，
１４が固定され、これらの支柱には、発電装置５
の出力により駆動されて構造物３と基体４との間
に相対的な変位に機械的に制動をかける制動装置
１５が取付けられている。図示の制動装置１５
は、回動板７の板面にブレーキパツドを押当てる
ことにより回動板７に制動をかける制動機構を備
えたもので、ブレーキパツドを押当てる力を与え
る駆動源としては例えば電磁石の如き電磁駆動装
置が用いられる。第２図には、この制動装置の構
成を概略的に示してあり、同図において１６，１
６′は回動板７を介して相対向するように配置さ
れた制動板、１７，１７′は制動板１６，１６′の
回動板７に対向する面に貼着されたブレーキパツ
ドである。制動板１６，１６′は、図示しないバ
ネにより付勢されて、常時はブレーキパツド１
７，１７′を回動板７から離間させる位置に保持
されている。また発電装置５の出力はリード線
l₁，l₁′を介して電磁石１９に供給され、発電装置
５の出力により該電磁石が励磁されると制動板１
６，１６′に貼着されたブレーキパツド１７，１
７′が回動板７に押当てられて回動板７に機械的
な制動がかけられるようになつている。

第３図は上記制動装置の原理を示したもので、
同図において制動板１６，１６′はそれぞれの一
端がブラケツト１４，１４′に枢支され、他端に
ブレーキパツド１７，１７′が貼着されている。
制動板１６，１６′はバネ１８，１８′により付勢
されて、回動板７からブレーキパツド１７，１
７′を離間させた状態に保持されている。制動板
１６，１６′の側方には電磁石１９が配置され、
この電磁石１９のコイルの両端に抵抗器２０を通
して発電装置５の出力が印加されている。発電装
置５が発電すると、電磁石１９のコイルに電流が
流れてこの電磁石１９が励磁されるため制動板１
６，１６′が吸引され、この吸引力によりブレー
キパツド１７，１７′が回動板７に押当てられて
回動板７に制動がかけられる。この場合回動板７
にかけられる制動力は発電装置５の出力に略比例
して自動的に増減する。また第３図に示した例で
は、電磁石のコイルと直列にエネルギ消費手段と
して抵抗器２０が接続されているため、発電装置
５が発生する電気エネルギの一部が抵抗器２０に
より消費される。

上記実施例において地震等により構造物３と基
体４との間にＡ，A′方向の相対的な変位が生じ
ると、回動板７が第１図の矢印Ｂ，B′方向に回
動し、発電装置５が駆動される。これにより構造
物３の振動エネルギが電気エネルギに変換され
る。この電気エネルギの一部は抵抗器２０により
消費されるため、構造物３の振動エネルギの一部
が消費されることになる。また上記電気エネルギ
の他の部分は制動装置１５を駆動するために用い
られ、この制動装置１５により回動板７に制動が
かけられる。これらにより構造物３の振動エネル
ギは急速に失なわれ、振動は急速に減衰してい
く。

周知のように、発電装置５の起電力は、発電装
置の電機子コイルと鎖交する磁束の時間的な変化
率に比例するため、振動の減衰効果は構造物３の
振動の大きさに比例して自動的に増減する。即
ち、振動が小さい場合には、抵抗器２０により消
費されるエネルギの量が少なく、制動装置１５に
よる制動効果も小さいが、制動が大きくなるにつ
れて抵抗器２０により消費されるエネルギの量が
増大し、制動装置１５による制動効果も増大す
る。したがつて広範囲の振幅の振動に対して常に
適切な減衰効果を得ることができ、構造物に停滞
振動が生じることもない。また本発明の制振装置
では、振動エネルギを直接電気エネルギに変換
し、この電気エネルギで制動装置を駆動するの
で、別個のエネルギ源を必要とせず、停電になつ
た場合でも使用できる。

上記実施例のように、制動装置１５を設けると
ともに発電装置の出力を消費させる抵抗器２０を
設けると、振動の減衰効果を増大させて短時間で
振動を減衰させることができる。また抵抗器２０
の抵抗値を変えることにより制振効果を種々調整
することができる。この場合、抵抗器を複数個用
意しておいて、切換スイツチにより該複数の抵抗
器を適宜に選択して発電装置の出力端に接続し得
るようにしておけば、制振効果の調整を容易に行
なうことができる。

上記のように、発電装置が発生する電気エネル
ギの一部を消費させるために抵抗器を設けると種
種の利点が得られるが、この抵抗器は必要に応じ
て設ければよく、電磁的に駆動される機械的な制
動装置のみによつて振動エネルギを減衰させるよ
うにしてもよい。尚抵抗器を省略した場合にも発
電装置の内部抵抗によりエネルギの一部が消費さ
れる。

本発明で用いる発電装置５は、可動側磁極の機
械的変位に応じて電気エネルギを発生するもので
あれば如何なる形式のものでもよく、交流発電機
または直流発電機の如何を問わない。

構造物の振動を発電装置に伝えるための機械変
位伝達機構は、構造物と基体との間の相対的な変
位（上記の例では往復運動）を発電装置を駆動す
るのに適した変位（上記の例では回転運動）に変
換する機構を含むものであればよく、上記実施例
のものに限定されるものではない。

第４図は本発明の他の実施例を示したもので、
この実施例では基礎２の上に設置された基台４０
１と、上端が１個所で交わるように斜めに配置さ
れて下端が基台４０１に固定された複数本の支柱
４０２とにより基体４′が構成されている。複数
本の支柱４０２の上端は構造物３の床部付近まで
延びていて適宜の結合具により相互に結合され、
これらの支柱４０２の上端にピン２２により梃子
２３の上端部寄りの部分が枢支されている。梃子
２３の上端にはリンク２４の一端が枢支され、リ
ンク２４の他端は構造物３の床部またはフレーム
１の上部梁１ａに固定されたブラケツト２５に枢
支されている。そして構造物３が正規の位置に静
止している状態にあるときに、梃子２３が鉛直方
向に垂下するようにリンク２４の長さが設定され
ている。したがつて地震等により構造物３が基体
４′に対して相対的に矢印Ａ，A′方向に往復移動
すると梃子２３が鉛直面内で矢印Ｂ，B′方向に
回動し、梃子２３の下端には構造物３と基体４′
との間の相対的な変位が拡大されて現われる。

梃子２３の下端には発電装置５が固定されてい
る。発電装置５は、その回転軸を、梃子２３の回
動方向と直交する向きに向けて取付けられ、この
発電装置の回転軸にピニオン歯車２６が取付けら
れている。一方基体４′の基台４０１上には、上
記歯車２６の回動の軌跡と平行な円弧に沿つて多
数の歯を配列したラツク２７が設けられている。
上記ピニオン歯車２６はラツク２７に噛合され、
構造物３の振動に伴つて梃子２３が往復回動する
と、ピニオン歯車２６が回転して発電装置５を駆
動する。本実施例では、リンク２４、梃子２３、
ピニオン歯車２６及びラツク２７により、構造物
３と基体４′との間に生じる相対的な変位を発電
装置５に伝達する機械的変位伝達機構が構成され
ている。また発電装置５の回転軸に回転円板２８
が取付けられ、この回転円板２８の回転に機械的
に制動をかける制動装置２９が発電装置５のハウ
ジングに固定されている。この制動装置２９は回
転円板２８をブレーキパツドで挾んで制動をかけ
るもので、発電装置５の出力により駆動されるも
のである。

第５図は本発明の更に他の実施例を示したもの
で、この実施例では第４図の実施例と同様に設け
られた梃子２３の下端に円弧状のラツク３０が取
付けられ、基台４０１上に固定された発電装置５
の回転軸に取付けたピニオン歯車３１が上記ラツ
ク３０に噛合されている。基台４０１上には１対
の支柱３２，３２が固定されていてこれらの支柱
の上端に、ラツク３０をブレーキパツドで挾んで
構造物３と基体４′との間の相対的変位に制動を
かける制動装置１５′が取付けられている。この
制動装置１５′は第１図及び第２図に示した実施
例の制動装置１５と同様のものである。

上記の各実施例では、構造物３の床部に本発明
の制動装置を結合しているが、構造物の床部以外
の部分に本発明の制振装置を結合することもでき
る。例えば第６図は基礎２の上に設置された構造
物３の側壁３ａに本発明の制振装置を結合した例
を示したもので、この例では、基礎２の上に設置
された基体４″の上部にピン３５により梃子２３
が枢支され、この梃子２３の上端は、構造物３の
側壁３ａに固定された結合部材３７にリンク２４
を介して結合されている。基体４″の下部には歯
車３９，３９′が横方向に間隔をあけて取付けら
れ、これらの歯車にラツク４０が噛合されてい
る。そしてラツク４０の中央部に設けられた孔に
梃子２３の下端が係入され、梃子２３の回動に伴
つてラツク４０が水平方向に往復動するようにな
つている。またラツク４０をガイドするため、該
ラツク４０の上面に係合するガイドローラ４１，
４１が基体４″に取付けられている。そして歯車
３９，３９の少なくとも一方に発電装置（図示せ
ず。）の回転軸が結合されている。この例では、
構造物３に矢印Ａ，A′方向の振動が生じた際に
梃子２３がピン３５を支点にして往復回動し、こ
れによりラツク４０が水平方向に往復動して歯車
３９，３９′を回転させる。歯車３９，３９′の少
なくとも一方は発電装置の回転軸に結合されてい
るので該発電装置が発電し、その発電エネルギが
消費されることにより振動が減衰させられる。そ
して図示してないがこの発電装置には第４図に示
した例と同様の制動装置が取付けられている。

第６図に示した例において、梃子２３を用いず
に、ラツク４０を直接構造物３の側壁３ａに結合
することもできる。また第６図の例において同様
の制動装置を構造物３の両側に配設することもで
きる。

上記の各実施例では制動装置を電磁石のみによ
り駆動するようにしたが、電磁石により油圧装置
を介して制動装置を駆動するように構成すること
もできる。第７図は電磁石により油圧装置を介し
て駆動する制動装置の原理図で、同図において制
動板１６はその一端がブラケツト１４に枢支さ
れ、他端にブレーキパツド１７が固定されてい
る。この制動板１６はバネ１８により付勢されて
常時は回動板７から離間した状態に保持されてい
る。発電装置５の出力は抵抗２０を通して電磁石
１９のコイルに印加され、電磁石１９の出力が油
圧装置５１を介して制動板１６に与えられてい
る。第７図において発電装置５が発電すると、電
磁石１９のコイルに電流が流れてこの電磁石１９
が励磁され、この電磁石１９の出力は油圧装置５
１により増幅されて制動板１６に伝えられる。し
たがつて電磁石１９のみによつて制動装置を駆動
する場合に比べて、発電装置５の同じ出力でより
強力な制動力を得ることができる。

第８図は、第１図及び第２図の実施例の制動装
置に油圧装置を用いた実施例を示したもので、こ
の実施例では基体４に制動装置支持枠５２，５
２′が設けられている。一方の支持枠５２には、
回動板７の両側周辺部に向つて延びる１対のレバ
ー５３，５３が枢支され、これらのレバーの一端
に制動板５４，５４が固定されている。各制動板
にはブレーキパツド（図示せず。）が貼着され、
これらの制動板がブレーキパツドを介して回動板
７の周辺部に挾むことにより回動板７に制動をか
けるようになつている。レバー５３，５３の他端
部は油圧シリンダ５５のピストンロツドに結合さ
れている。この例ではレバー５３，５３と制動板
５４，５４とにより制動機構が構成されている。
発電装置５の出力は電磁石１９のコイルに印加さ
れ、この電磁石１９の出力アームはマスタシリン
ダ５６に結合されている。マスタシリンダ５６か
ら送出される圧力油は送油パイプ５７を介して油
圧シリンダ５５に供給され、発電装置５が出力を
発生して電磁石１９が励磁されると、この電磁石
の駆動力がマスタシリンダ５６及び油圧シリンダ
５５からなる油圧装置により増幅されて制動板５
４，５４に伝達されるようになつている。他方の
支持枠５２′にもレバー５３′，５３′と制動板５
４′，５４′とからなる制動機構と、この制動機構
を駆動する油圧シリンダ５５′とが取付けられ、
前記マスタシリンダ５６から送油パイプ５７′を
介して油圧シリンダ５５′に圧力油が供給されて
いる。

したがつて第８図に示した例では、構造物３
（第８図には図示せず。）と基体４との間に相対的
な変位が生じて回動板７が回動し、発電装置５が
出力を発生すると、電磁石１９がマスタシリンダ
５６及び油圧シリンダ５５，５５′を介して制動
板５３，５３′を回動板７側に変位させ、回動板
７に制動をかける。この場合回動板７に作用する
制動力は第１図及び第２図の実施例で得られる制
動力に比して大きなものとなり、構造物３の振動
は急速に減衰する。

上記の各実施例の制振装置は、構造物と基体と
の間に生じる相対的変位の方向と一致する方向の
振動を最も効果的に減衰させることができるが、
構造物と基体との間の変位の方向に対して角度を
もつた方向の振動が生じた際にもその分力によつ
て構造物と基体との間に変位を生じさせることが
できるので振動減衰効果を得ることができる。一
般に最低２台の制振装置を構造物と基体との間に
生じさせる変位の方向を異ならせて設置すること
により、あらゆる方向の振動を減衰させることが
できる。また構造物をＸ、Ｙテーブルの如き基体
に対して互いに直交する２方向に変位自在な支持
台上に支持して、該支持台の基体に対するＸ方向
及びＹ方向の変位をそれぞれ伝達機構を介して異
なる発電装置に伝達するように構成することもで
きる。

上記の説明では、発電装置として回転形のもの
を用いたが、リニアモータと同様に固定側及び可
動側の磁極を直線的にまたは円弧に沿つて配列し
て両者を相対的に変位させる形式の発電装置を用
いることもできる。

第１図、第２図及び第４図乃至第６図に示した
基体の構成、機械変位伝達機構の構成、制振装置
と構造物との結合構造及び制動装置の構造等はあ
くまでも一例を示したものであり、保護すべき構
造物の形状、構造や、発電装置の構造、或いは振
動の姿態等に応じて各部に種々の変形を加えるこ
とができるのは勿論である。

尚発電装置は、構造物と基体との間に生じる相
対変位に応じて発電するように設ければよく、例
えば発電装置を構造物側に支持するようにしても
よい。また本発明で用いる機械変位伝達機構は、
構造物と基体との間に生じる相対的変位を発電装
置を駆動するのに適した形にして発電装置に伝達
するものであればよく、その構成は任意である。

本発明において、構造物が大形化した場合、発
電装置も大形になることが考えられるが、本発明
で用いる発電装置は損失が多く、効率が低いもの
で良いので、発電装置が大形化する場合でも比較
的安価に製作することができる。

本発明の制振装置は、制動を短時間で減衰させ
ることが必要な場合に広く適用でき、建物やタン
ク、或いは種々の機械装置等を地震から保護する
目的の外、化学プラントの配管の脈動による振動
を除去する目的で使用することができる。また原
子力発電所等の特に重要な構造物を地震等の振動
から保護する場合等にも有用である。

以上のように、本発明によれば、振動エネルギ
を電気エネルギに変換してこの電気エネルギによ
り制動装置を駆動することにより振動の大きさに
見合つた制動力を得て振動を減衰させるので、振
動の振幅が一定しない場合でも充分な制振効果を
得ることができる。また振動の振幅に略比例して
振動エネルギの減衰量が変化するので、常に適切
な制振効果を得て、構造物に停滞振動が生じるの
を防ぐことができる利点がある。

また特に本願特許請求の範囲第４項の発明によ
れば、発電装置が発生する電気エネルギで制動装
置を駆動して構造物と基体との間に相対的な変位
に機械的に制動をかけると同時に、該電気エネル
ギの一部をエネルギ消費手段で消費させることに
より電気的に制動をかけるようにしたので、構造
物の振動を短時間で減衰させることができる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、
第２図は第１図の実施例の要部の構成を示す拡大
断面図、第３図は本発明で用いる制動装置の原理
を説明するための説明図、第４図乃至第６図はそ
れぞれ本発明の他の異なる実施例の概略構成図、
第７図は本発明で用いる他の制動装置の原理を説
明する説明図、第８図は本発明の他の実施例の要
部を示す斜視図である。 ３……構造物、４，４′，４″……基体、５……
発電装置、７……回動板、９……ラツク、１０…
…ピニオン歯車、１５，１５′……制動装置、２
３……梃子、２４……リンク、２６……ピニオン
歯車、２７……ラツク、２８……回転板、２９…
…制動装置、３０……ラツク、３１……ピニオン
歯車、３９……ピニオン歯車、４０……ラツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 構造物の振動を減衰させる制振装置におい
   て、前記構造物と振動系を異にする基体と、機械
   的変位に応じて発電する発電装置と、前記構造物
   の振動により該構造物と前記基体との間に生じる
   相対的な変位を前記発電装置に伝達する機械変位
   伝達機構と、前記発電装置が発生する電気エネル
   ギにより駆動されて前記相対的な変位に機械的に
   制動をかける制動装置とを具備したことを特徴と
   する構造物の制振装置。 ２ 前記制動装置は前記機械変位伝達機構の一部
   を構成する可動部材、または該機構により変位が
   伝達される可動部材に機械的に制動をかける制動
   機構と、前記発電装置により励磁されて前記制動
   機構に制動力を与える電磁駆動装置とからなつて
   いる特許請求の範囲第１項に記載の構造物の制振
   装置。 ３ 前記制動装置は、前記機械変位伝達機構の一
   部を構成する可動部材または該機構により変位が
   伝達される可動部材に機械的に制動をかける制動
   機構と、前記発電装置により励磁される電磁駆動
   装置と、前記電磁駆動装置の駆動出力を増幅して
   前記制動機構に制動力として与える油圧装置とか
   らなつている特許請求の範囲第１項に記載の構造
   物の制振装置。 ４ 構造物の振動を減衰させる制振装置におい
   て、前記構造物と振動系を異にする基体と、機械
   的変位に応じて発電する発電装置と、前記構造物
   の振動により該構造物と前記基体との間に生じる
   相対的な変位を前記発電装置に伝達する機械変位
   伝達機構と、前記発電装置が発生する電気エネル
   ギにより駆動されて前記相対的な変位に機械的に
   制動をかける制動装置と、前記発電装置が発生す
   る電気エネルギを消費させるエネルギ消費手段と
   を具備したことを特徴とする構造物の制振装置。 ５ 前記制動装置は前記機械変位伝達機構の一部
   を構成する可動部材、または該機構により変位が
   伝達される可動部材に機械的に制動をかける制動
   機構と、前記発電装置により励磁されて前記制動
   機構に制動力を与える電磁駆動装置とからなつて
   いる特許請求の範囲第４項に記載の構造物の制振
   装置。 ６ 前記制動装置は、前記機械変位伝達機構の一
   部を構成する可動部材または該機構により変位が
   伝達される可動部材に機械的に制動をかける制動
   機構と、前記発電装置により励磁される電磁駆動
   装置と、前記電磁駆動装置の駆動出力を増幅して
   前記制動機構に制動力として与える油圧装置とか
   らなつている特許請求の範囲第４項に記載の構造
   物の制振装置。