JPH0510053A

JPH0510053A - 制振装置

Info

Publication number: JPH0510053A
Application number: JP3189135A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Suzuki; 哲夫鈴木; Mitsuru Kageyama; 満蔭山; Koji Fukui; 宏治福井; Tatsuya Ganmi; 龍也願海
Original assignee: Obayashi Corp; Tokico Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-03
Filing date: 1991-07-03
Publication date: 1993-01-19
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JP2984865B2

Abstract

(57)【要約】【目的】大地震時や強風時の振動に対して適切に振動
を抑えられる、コンパクトな制振装置を提供する。【構成】ボールねじ機構18により往復動する慣性質量
体14を載置台10に移動可能に載置させて制振装置本体部
９を構成し、制振装置本体部９をビル１の屋上面1aに水
平移動可能に載置し、かつ制振装置本体部９をビル１に
対して制動する制動装置41を設けた。制振装置本体部９
をビル１に固定した状態で慣性質量体14を移動させるこ
とにより中小規模の振動を低減する。慣性質量体14を制
振装置本体部９に固定した状態で制振装置本体部９を移
動可能にしておくことにより、慣性質量体14及び制振装
置本体部９全体がビル１の振動に応じて揺動し、大規模
の振動を速やかに低減する。広範囲にわたる振動の低減
を慣性質量体の駆動力やそのストロークを取立てて大き
くせずに達成でき、装置のコンパクト化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造物が振動するのを
抑えるための制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の制振装置の一例として、
構造物の質量に応じた所定質量の慣性質量体を構造物の
屋上面に水平移動可能に設けると共に、この慣性質量体
を、モータ等のアクチュエータにより作動されるボール
ねじ機構の軸部に螺合させて構成したものがある。この
制振装置では、地震あるいは風圧等により構造物が振動
した際、構造物の振動状態に応じて慣性質量体を変位さ
せ、その反力で構造物に生じた振動を低減するようにし
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した制
振装置では、中小規模の地震あるいはやや強い風に対し
ては慣性質量体を変位させることにより十分制振効果を
発揮できるものの、大地震時や強風時の振動は十分適切
には抑制できない虞があった。なお、この対策として、
慣性質量体の駆動力及び慣性質量体のストロークをそれ
ぞれ大きく設定してそれに見合った大きな振動を抑制さ
せるようにすることが考えられるが、このような設定に
は、装置設計や設置スペース等の点で一定の制約があ
り、現実にはこのような対処は困難であるというのが実
状であった。

【０００４】第１発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、構造物に生ずる広範囲にわたる振動を確実に抑え
られる、コンパクトな制振装置を提供することを目的と
する。

【０００５】第２発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、大地震時や強風時の振動に対して適切に振動を抑
えられる、コンパクトな制振装置を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１発明は、上記目的を
達成するために、駆動手段により往復動する慣性質量体
を載置台に移動可能に載置させて制振装置本体部を構成
し、該制振装置本体部を構造物の上部に水平移動可能に
載置し、かつ前記制振装置本体部と前記構造物との間に
減衰力可変のダンパを介在したことを特徴とする。

【０００７】第２発明は、上記目的を達成するために、
駆動手段により往復動する慣性質量体を載置台に移動可
能に載置させて制振装置本体部を構成し、該制振装置本
体部を構造物の上部に水平移動可能に載置し、かつ前記
制振装置本体部を前記構造物に対して制動する制動装置
を設けたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】第１発明は、上述したように構成したので、構
造物が振動した際、ダンパが設定減衰力に応じて構造物
の振動エネルギーを消費して制振装置本体部に伝達し、
かつこの状態で慣性質量体を構造物の振動に応じて変位
させて振動エネルギーを消費する。

【０００９】第２発明は、制動装置の作動、非作動によ
り制振装置本体部を構造物に対して一体的に固定した
り、あるいは移動可能にできる。慣性質量体を装置本体
部に固定した状態で装置本体部を構造物に対して移動可
能にすることにより、構造物に生じた振動に対して一体
化された慣性質量体及び装置本体部が揺動して振動エネ
ルギーを消費し構造物の振動を速やかに低減することに
なる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１ないし図８
に基づいて説明する。

【００１１】図において、１は正面の横幅に対して側面
の奥行が小さい、タワー構造の如く建設された12階建て
のビル（構造物）である。ビル１の3,6,9,12階の各フロ
アには床面あるいは柱等の振動の状態を検出する振動状
態検知センサ２が設けられ、ビル１近傍の地下には地震
を検出する地震センサ３が埋設され、さらにビル１の屋
上面1aには風速風向計４及び制振装置５が設けられてい
る。なお、前記振動状態検知センサ２は、ビル１が振動
したときの変位を検知する変位センサで構成している
が、例えば振動発生時の速度を検知する速度センサある
いは加速度を検知する加速度センサで構成してもよい。

【００１２】制振装置５には、対向した一対の突出部6
a,6a を有する長手状の基台６が備えられており、この
基台６は、長手方向を奥行方向（矢印Ｘ方向）に一致さ
せてビル１の屋上面1aに固定されている。基台６には、
リニアベアリング７を介して制振装置本体部９が載置さ
れており水平方向に移動可能にされている。

【００１３】制振装置本体部９には、前記リニアベアリ
ング７を設けた長手状の載置台10が備えられている。載
置台10の上部には凹部13が設けられており、この凹部13
には、中央部にねじ孔14a を有した所定質量の慣性質量
体14が、ねじ孔14a を矢印Ｘ方向に向けて載置されてい
る。さらに、載置台10には、ＡＣサーボモータ15と、前
記ねじ孔14a に螺合する雄ねじ16a を形成し、かつＡＣ
サーボモータ15により正逆回転される軸部16と、軸部16
を回転支持する軸受部17,17 とからなるボールねじ機構
18が載置されていると共に、ＡＣサーボモータ15の軸を
制動することにより軸部16を制動する電磁ブレーキ機構
19が載置されている。

【００１４】載置台10の長手方向の両側面部10a,10a の
それぞれと前記基台６の両突出部6a,6a のそれぞれとの
間には、ダンパ20及びコイルばね21が介在されている。
ダンパ20は、シリンダ22と、シリンダ22に変位可能に収
納されてシリンダ22内を第１、第２室22a,22b に区画す
るピストン23と、このピストン23に一端を接続し他端を
外部に突出させたピストンロッド24とから概略構成され
ている。ピストン23には、第１室22a と第２室22b とを
連通する大小のオリフィス25a,25b （以下、総称する時
オリフィフィス25という）が形成されていると共に、こ
のオリフィス25の開口面積を調整するシャッタ26が回動
可能に収納されている。シャッタ26はピストンロッド24
の貫通孔24a を通してピストンロッド24の他端に延ばさ
れたコントロールロッド27の一端部に接続されていると
共に、コントロールロッド27の他端部はアクチュエータ
28に接続されている。ダンパ20は、シャッタ26がコント
ロールロッド27を介してアクチュエータ28により回転し
てオリフィス25の開口面積を変更することにより減衰力
を調整できるようになっている。この場合、シリンダ22
が基台６の突出部6a,6a に固定され、ピストンロッド24
の他端が載置台10の側面部10a,10a に固定されている。
前記コイルばね21は、ピストンロッド24を挿入した状態
で載置台10の側面部10a,10a とシリンダ22との間に介在
して設けられている。

【００１５】前記振動状態検知センサ２、地震センサ
３、風速風向計４、電磁ブレーキ機構19、ＡＣサーボモ
ータ15及びＡＣサーボモータ15に内蔵した回転検出器15
a に接続して制御装置29が設けられている。

【００１６】この制御装置29は、ディジタル波形発生器
30と、回転検出器15a からの信号を加減算する加減算カ
ウンタ31と、ディジタル波形発生器30及び加減算カウン
タ31から信号入力する加算器32と、加算器32からの信号
やディジタル波形発生器30等を介した振動状態検知セン
サ２、地震センサ３、風速風向計４及び回転検出器15a
からの信号を入力する演算装置33と、ＡＣサーボモータ
15に接続したサーボコントローラ34と、アクチュエータ
28に接続したインタフェース35とから概略構成されてい
る。演算装置33は、入力信号に対してあらかじめ設定し
たプログラムに基づく演算処理を行なって入力信号に応
じたモータ制御信号Ａ及びアクチュエータ制御信号Ｂを
サーボコントローラ34及びインタフェース35をそれぞれ
介してＡＣサーボモータ15及びアクチュエータ28にそれ
ぞれ出力して慣性質量体14やダンパ20の減衰力を制御す
るようになっている。

【００１７】この制振装置５の作用を、演算装置33の処
理内容を示した図５を参照して説明する。まず各センサ
からの信号に基づいてビル１の変位加速度を算出し、こ
の算出加速度とあらかじめ設定した基準値との大小判定
を行ない（ステップS1）、この比較結果に基づいて次の
ような処理を行なう。

【００１８】すなわち、算出加速度が基準値より小さい
と判定した場合、アクチュエータ28を制御してシャッタ
26を回転しこれによりオリフィス25の開口面積を小さく
して大きな減衰力を得る（図８参照、ステップS2）一
方、前記各算出データに応じてＡＣサーボモータ15の回
転方向及び回転量を算出し（ステップS3）、この内容の
モータ制御信号ＡをＡＣサーボモータ15に出力してＡＣ
サーボモータ15を作動させて（ステップS4）振動に応じ
て慣性質量体14の位置を調整しこれにより振動状況に応
じて制振する。

【００１９】算出加速度が基準値より大きい場合には、
これに応じたアクチュエータ制御信号Ｂを出力すること
によりオリフィス25の開口面積を大きくし前記ステップ
S2とは反対に減衰力を小さく設定する（図７参照、ステ
ップS5）一方、ＡＣサーボモータ15の作動を停止して
（ステップS6）慣性質量体14を載置台10に一体的に固定
し，この状態で慣性質量体14を含む制振装置本体部９を
ビル１に対して変位させることにより大きな振動を抑制
する。

【００２０】また、算出加速度と基準値とが同等であっ
た場合には前記ステップS2と同様にして大きな減衰力を
得られるように設定する（ステップS7）一方、上記ステ
ップS6と同様にＡＣサーボモータ15の作動を停止し（ス
テップS8）慣性質量体14を載置台10に一体的に固定して
この状態で慣性質量体14を含む制振装置本体部９をビル
１に対して変位させることにより振動を抑制する。

【００２１】このように、ダンパ20を設けたことにより
ビル１に発生する振動が小さい場合はもちろんのこと大
地震や強風時等に生じる大きな振動であっても適切に制
振できることになる。さらにこのように広範囲にわたる
振動の低減を慣性質量体の駆動力やそのストロークを取
立てて大きくせずに達成できるので、装置設計を容易に
行なえる上、かつ設置スペースも余り大きくせずに済む
ことになる。

【００２２】次に，図９及び図10に基づいて本発明の第
２実施例を説明する、なお、図１ないし図８に示した部
分と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。図において、載置台10の両側面部のそれぞれと基台
の両突出部のそれぞれとの間にはばね38及びダンパ39が
介在されている。載置台10には前記第１実施例のリニア
ベアリング７に代わる車輪40が設けられ、かつこの車輪
40近傍にはこの車輪40を制動する制動装置41が設けられ
ており、この制動装置41により車輪40を制動した際、制
振装置５とビル１とは基台６を介して固定されてビル１
の振動に対して一体となって揺動するようになってい
る。なお、この場合地震センサ３はビル１近傍の地下に
埋設されている。

【００２３】振動状態検知センサ２、地震センサ３、風
速風向計４、電磁ブレーキ機構19、ＡＣサーボモータ15
及びＡＣサーボモータ15に内蔵した回転検出器15a に接
続して制御装置29が設けられている。制御装置42は、Ａ
／Ｄ変換器43と、演算装置44と、前記サーボコントロー
ラ34とから概略構成されている。Ａ／Ｄ変換器43は、振
動状態検知センサ２、地震センサ３の各検出データをデ
ィジタル信号に変換してこの信号を演算装置44に出力す
る。

【００２４】演算装置44は、Ａ／Ｄ変換器43、振動状態
検知センサ２、地震センサ３、風速風向計４及び回転検
出器15a からそれぞれ信号を入力し、あらかじめ設定し
たプログラムに基づいた演算処理を行なって慣性質量体
14の変位方向、変位量、変位速度及び加速度等を算出し
この算出値に応じたモータ制御用信号Ａ、電磁ブレーキ
制御用信号Ｃ及び制動装置制御用信号Ｄをそれぞれ発生
し、サーボコントローラ34を介してＡＣサーボモータ1
5、電磁ブレーキ機構19及び制動装置41にそれぞれ出力
する。この場合、演算装置44は、大地震あるいは強風時
の振動の大きさに対応するアクティブ型動吸振能力基準
値をあらかじめ設定記憶しており、慣性質量体14の変位
方向、変位量、変位速度及び加速度等の算出値が前記ア
クティブ型動吸振能力基準値に納まっているか否かを判
定し、その判定結果に応じてそれぞれ次のような処理を
行なう。

【００２５】すなわち、算出値がアクティブ型動吸振能
力基準値に納まっている場合、ＡＣサーボモータ15に通
電させてＡＣサーボモータ15を作動させる内容のモータ
制御用信号Ａを出力すると共に、制動装置41により車輪
40を制動させる内容の制動装置制御用信号Ｄを出力す
る。上記内容の信号が出力されることにより、制振装置
本体部９がビル１に固定されると共にこの状態で慣性質
量体14がビル１に生じる振動等に応じて変位することに
なる。

【００２６】また、算出値がアクティブ型動吸振能力基
準値に納まっていない場合、ＡＣサーボモータ15への通
電を断ってＡＣサーボモータ15を停止させる内容のモー
タ制御用信号Ａを出力すると共に、ボールねじ機構18の
軸部16の回転を停止させる内容の電磁ブレーキ制御用信
号Ｃを出力し、かつ車輪40の制動を解除させる内容の制
動装置制御用信号Ｄを出力する。上記内容の信号が出力
されることにより、制振装置本体部９がビル１に対して
移動可能にされ、同時に載置台10に対しては慣性質量体
14が固定された状態になる。何らかの原因で慣性質量体
14の変位量が大きくなって後述するメカストッパ45に衝
突したとき、あるいは停電等によりＡＣサーボモータ15
の回転が停止したようなときには、演算装置44は、上記
と同様の内容の信号を出力し、これにより制振装置本体
部９がビル１に対して移動可能にされ、同時に載置台10
に対して慣性質量体14が固定された状態になる。

【００２７】図２に示すビル１は地震や風によって力を
受けた場合奥行の小さい幅狭方向（矢印Ｘ方向）に振動
が発生しやすい構造となっているが、この制振装置５は
この向きの振動を抑えるように慣性質量体14及び制振装
置本体部９の移動方向を矢印Ｘ方向に向けて配置されて
いる。なお、前記メカストッパ45は並列接続されたばね
46及びダンパ47からなり、一端部は凹部13を形成する矢
印Ｘ方向の壁部13a に固定され、他端には板48が取付け
られており、慣性質量体14が矢印Ｘ方向に所定量移動す
ると板に当接し、載置台10がメカストッパ45を介して慣
性質量体14の矢印Ｘ方向への荷重を受けるようになって
いる。

【００２８】このように構成された制振装置５では、ビ
ル１が大小規模の地震あるいはやや強い風により振動す
ると、制振装置本体部９をビル１に固定した状態とする
と共に、振動の大きさ等に応じて慣性質量体14を変位さ
せ、これにより慣性質量体14の移動反力によってビル１
を制振する。

【００２９】また、大地震あるいは強風がビル１に作用
してビル１が大きく揺動するようなときには、制御装置
42はボールねじ機構18の作動を停止させて慣性質量体14
を載置台10に固定した状態にすると共に、制動装置41を
解除させて制振装置本体部９の変位を許し前記慣性質量
体14を含む制振装置本体部９をビル１に対して移動可能
にさせる。これにより、ビル１に作用する振動エネルギ
ーは制振装置本体部９全体がビル１に対して揺動するこ
とにより消費されてビル１の振動は速やかに低減される
ことになる。

【００３０】このように大地震や強風時の振動に対して
も適正に制振機能を発揮し、かつこの制振作用を慣性質
量体の駆動力やそのストロークを取立てて大きくせずに
達成できるので、装置設計を容易に行なえる上、かつ設
置スペースも余り広くなくて済むことになる。

【００３１】なお、上述した制動装置41に代えて図11に
示すように、載置台10に設けたシリンダ50と、シリンダ
50のピストンロッド51が挿入される、基台６に設けた穴
52とからなる軸挿入型制動装置53を設けてもよい。この
場合、中小規模の地震あるいはやや強い風による振動に
対しては、ピストンロッド51を穴52に差し込んで制振装
置本体部９をビル１に固定した状態にする一方、大地震
あるいは強風により振動を受けた際にはピストンロッド
51を穴52から引き抜いて制振装置本体部９を変位可能に
する。この図11に示すものも図10に示したものと同様の
効果を得ることになる。

【００３２】また、上述した制動装置41に代えて図12に
示すように、シリンダ60と、このシリンダ60に進退自在
に挿入されたピストンロッド61とを複数個備え、複数個
のピストンロッド61の先端部に基台６に当接可能に制動
板62を取付けて構成した押圧型制動装置を設けてもよ
い。この場合、中小規模の地震あるいはやや強い風によ
る振動に対しては、ピストンロッド61を伸ばして制動板
62を基台６に押圧して制動力を作用させこれにより制振
装置本体部９をビル１に固定した状態にする一方、大地
震あるいは強風により振動を受けた際にはピストンロッ
ド61を縮めて基台６から離して制振装置本体部９を変位
可能にする。この図４に示すものも図１に示したものと
同様の効果を得ることになる。

【００３３】

【発明の効果】第１発明の制振装置によれば、構造物が
振動した際、ダンパが設定減衰力に応じて構造物の振動
エネルギーを消費して制振装置本体部に伝達し、かつこ
の状態で慣性質量体を構造物の振動に応じて変位させて
振動エネルギーを消費するので、ダンパの減衰力を調
整、設定することにより、大小規模の地震や風時におけ
る振動から大地震や強風時における振動までの広範囲に
わたる振動を低減できる。さらに、広範囲にわたる振動
の低減を慣性質量体の駆動力やそのストロークを取立て
て大きくせずに達成できるので、装置設計を容易に行な
える上、かつ設置スペースも余り大きくせずに済むこと
になる。

【００３４】第２発明の制振装置によれば、装置本体部
を構造物に対して一体的に固定することにより、中小規
模の地震や風時における振動を低減でき、制振装置本体
部を構造物に対して移動可能に設定しておくことによ
り、慣性質量体及び装置本体部の全体が構造物の振動に
応じて揺動し、大きな振動エネルギーを消費するので、
大地震や強風時における振動を速やかに低減できる。さ
らに大地震や強風時における振動の低減を慣性質量体の
駆動力やそのストロークを取立てて大きくせずに達成で
きるので、装置設計を容易に行なえる上、かつ設置スペ
ースも余り大きくせずに済むことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の制振装置を示す正面図で
ある。

【図２】同制振装置の適用例を模式的に示す図である。

【図３】同制振装置のダンパ取付部を示す図である。

【図４】同制振装置の載置台の載置状態を示す断面図で
ある。

【図５】同制振装置の演算装置の処理内容を示すフロー
チャートである。

【図６】同制振装置のダンパを模式的に示す断面図であ
る。

【図７】同ダンパのオリフィスの開口面積が大きい状態
を示す断面図である。

【図８】同ダンパのオリフィスの開口面積が小さい状態
を示す断面図である。

【図９】本発明の第２実施例の制振装置の適用例を模式
的に示す図である。

【図１０】同制振装置を示す正面図である。

【図１１】図10の制動装置に代えて軸挿入型制動装置を
設けた制振装置を示す正面図である。

【図１２】図10の制動装置に代えて押圧型制動装置を設
けた制振装置を示す正面図である。

【符号の説明】

９制振装置本体部 10 載置台 14 慣性質量体 18 ボールねじ機構 21 ダンパ 41 制動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蔭山満東京都清瀬市下清戸４−640 株式会社大林組技術研究所内 (72)発明者福井宏治神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内 (72)発明者願海龍也神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動手段により往復動する慣性質量体を
載置台に移動可能に載置させて制振装置本体部を構成
し、該制振装置本体部を構造物の上部に水平移動可能に
載置し、かつ前記制振装置本体部と前記構造物との間に
減衰力可変のダンパを介在したことを特徴とする制振装
置。
【請求項２】駆動手段により往復動する慣性質量体を
載置台に移動可能に載置させて制振装置本体部を構成
し、該制振装置本体部を構造物の上部に水平移動可能に
載置し、かつ前記制振装置本体部を前記構造物に対して
制動する制動装置を設けたことを特徴とする制振装置。
【請求項３】制動装置を制振装置本体部及び構造物に
おける制振装置本体部移動部分に設けた請求項２記載の
制振装置。