JPH08226252A - 高層建造物用の可変剛性機構付き制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振子の剛性を調整してその振動周期を高層建
造物の振動周期と一致させ、同高層建造物を完全に制振
することが可能な高性能の可変剛性機構付きリニアモー
ター駆動式ギヤ振子制振装置を得る。 【構成】 リニアモーターによって往復移動する振動体
２４と、この振動体の往復移動によって振動的に回動す
る一方のギヤと、この一方のギヤと噛合する他方のギヤ
と、この他方のギヤが固着され前記振動体２４及びそれ
ぞれのギヤで構成された振子を支持して前記他方のギヤ
とともに反ギヤ固着側端部を支点に回動し、前記振子を
制振すべき構造物の振動周期と調和して振動させる振子
支持アーム１７に振動周期を調整するばね１０とを具備
したリニアモーター駆動式ギヤ振子型制振装置におい
て、前記ばね１０による振子支持アーム１７への外力モ
ーメントを所要の値に増減する振子剛性調整手段を設け
たこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高層構造物の振動を防
止する振子の可変剛性機構付きリニアモーター駆動式ギ
ヤ振子型制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】長周期構造物に適用される制振装置は、
人間が感じないような小さな加速度から作動させること
ができるものとして、構造物周期にほぼ等しくなる吊り
長さｌのワイヤ等で重錘を吊下してなる振子構造のもの
が知られている。ところで、制振対策を必要とするよう
な高層ビルにおいては、その固有周期は約１０秒程度に
もなるものがあり、制振装置の周期も同程度に設定する
必要がある。ここで、振子の周期Ｔは振子長さｌ，重力
加速度をｇとすると次式で与えられる。 Ｔ＝２π√（ｌ／ｇ）

【０００３】しかしながら、約１０秒の周期を得ようと
すると、上式の関係で約２５ｍの吊り長さの振子が必要
となり、このため制振装置をセットするため上下方向に
高い空間が必要となるが、このような全高の大きい空間
を確保するには多大のコストを必要とする。そこで、高
層構造物の制振手段としては、従来、比較的低い構造で
済むリニアモーター駆動式ギヤ振子型制振装置が知られ
ている。この種の制振装置は、図４斜視図に示すような
構造からなる。すなわち、同図において、１１はギヤで
あり、左右方向の後前部軸１１ａには左右１対の重錘支
持懸吊アーム（長尺アーム）１２，１２の上端がそれぞ
れ固着され、前後方向に長い水平長方形枠型の可動台盤
１８上の左右端の軸受１３，１３に回動自在に枢着され
ている。このギヤ１１の後端には他方のギヤ１４が噛合
し、そのギヤ軸１４ａは可動台盤１８上の左右端の軸受
１６，１６に回動自在に枢着され、前部軸１４ａ，後部
軸１４ａの左右端部にはそれぞれ短尺アーム１５，１７
の上端がそれぞれ固着されている。この短尺アーム１
５，１７の下端部は床上の前後左右に立設された支持台
２１，２２，２１，２２のそれぞれ上端に回動自在に枢
着されていて、各支持台２１に立設された柱１９の上端
と各短尺アーム１７の中間部とには、ばね１０の前後端
がそれぞれ係止され、このばね１０によって振子に弾力
性が付与されている。ここで、この剛性（装置の固有振
動周期）は、短尺アーム１７と長尺アーム１２からつく
り出される振子の位置エネルギの大きさと、そのときの
振れ幅によって決まり、その動きをばね１０により高層
建造物の振動周期に合わせて設定されている。２３はリ
ニアモーターであり、前後２対の支持台２1,２２の間に
固設されている。振動体２４はリニアモーターの磁気回
路も一部として共有している。このようなリニアモータ
ー駆動式ギヤ振子型制振装置において、高層建造物に風
力等によって振動が発生すると、リニアモーター２３に
よって振動体２４は前後方向に往復的に移動され、長尺
アーム１２及びギヤ１１をその前後部軸１１ａ，後前部
軸１１ａの周りに振子的に揺動する。この揺動によっ
て、他方のギヤ１４もその軸部１４ａを中心に反対方向
に回動し、短尺アーム１５，１７もその下端部を支点と
して回動する。この短尺アーム１５，１７の往復的回動
によってギヤ１１，１４，軸受１３，１６，台盤１８，
長尺アーム１２及び振動体２４はすべて同一方向に往復
移動する振子となり、この振子の往復移動によって高層
建造物の振動周期と一致する振動を発生させ、高層建造
物の振動を吸収して制振するのである。

【０００４】その際の各部材の運動は、説明の便宜上リ
ニアモーターを除いた等価的模式図である図５側面図及
び図６正面図に示すように、下端が適宜間隔を存して対
象構造物にそれぞれ枢着され、鉛直上方に延びる等長の
左右１対の短尺アーム１５，１７と、左右部がそれぞれ
上記各短尺アーム１５，１７の上端に枢着された前後方
向に長い可動台盤１８と、上記可動台盤１８の左右部に
それぞれ上端が枢着された鉛直下方へ延びる等長の長尺
アーム１２，１２と、上記可動台盤１８の左右部にそれ
ぞれ付設され鉛直線に対する上記長尺アームの一方向へ
の傾斜角を上記短尺アーム１５，１７の他方向への傾斜
角の一定比倍に常に等しくする両アームの傾斜角連動手
段、つまりギヤ１１，１４と、上記各長尺アーム１２，
１２の下部に左右部が枢着された振動体２４とから成
る。ここで、１５，１７はそれぞれ適宜間隔で下端が対
象構造物上に固着された支持台２１，２２に枢着され上
方へ延びる長さｌ₁ の比較的短い左右１対の短尺アーム
で、各短尺アーム１５，１７の上端は比較的軽量でしか
も大きい剛性を有する可動台盤１８の左右部にそれぞれ
連結ピンで枢着されている。１２，１２はそれぞれ上端
が可動台盤１８の左右部で短尺アーム１５，１７の上端
の連結ピン１１ａ，１１ａの近傍に枢着され下方へ延び
る長さｌ₂ の比較的長い左右１対の長尺アーム、１４
ａ，１４ａ，１１，１１はそれぞれ短尺アーム１５，１
７，長尺アーム１２，１２の上端に付設された同一サイ
ズの１対のギヤで、互いに噛合することで短尺アーム１
７，長尺アーム１２の鉛直線に対する左方傾斜角θ，右
方傾斜角θを等しくするように、両アームを倒立Ｖ字状
に連動する作用を行う。２４は前後端がそれぞれ長尺ア
ーム１２，１２の下部に等間隔で穿設された複数のピン
孔に支持ピン３１で枢着された振動体、３９は重錘２４
の底面の振動方向の中心線に沿って凹設された縦溝で、
この縦溝３９には構造物床面上に縦方向に突設されたガ
イドレール３０の上部が緩く挿入されている。このよう
な構造において、対象構造物が前後方向に振動し、振動
体２４が水平移動すると、短尺アーム１５，１７は一方
向にθだけ傾斜し、同時にギヤ１１，１４の作用で長尺
アーム１２，１２は他方向に同一角度θだけ傾く。そこ
で、あらかじめ支持ピンの位置を選定しておくことによ
り、長さｌ₂ を可変として下記の理により重錘の同期調
整が可能となる。すなわち、ギヤ１１，１４及び可動台
盤１８の質量をｍ₁,重錘６の質量をｍ₂とすると、振動
体２４の固有振動数ｆは（１），（２）式で表される。 ｆ＝（１／２π）√（ｇ／ｌ） ・・・・・（１） ｌ＝〔（ｌ₁ ＋ｌ₂ ）² ・ｍ₂ ＋（ｌ₁ ² ・ｍ₂ ）〕／ 〔（ｌ₂ −ｌ₁ ）ｍ₂ −ｌ₁ ｍ₂ 〕・・・・・（２） それ故、比較的低い高さの倒立異形Ｖ字状アームで重錘
振子の長周期化が可能となる。ただし、振動系の安定化
のために（３）式が成立するようにすることが重要であ
る。 ｍ₂ ／ｍ₁ ＞ｌ₁ ／（ｌ₂ −ｌ₁ ） ・・・・・（３） なお、短尺アーム１５，１７と支持台（２１，２２）と
の間に減衰器３２を付設することにより、ストロークの
比較的短い減衰器にもかかわらず、パッシブな制振装置
を得ることができる。ちなみに、ｌ₁ ＝1.5 ｍ；ｌ₂ ＝
2.5 ｍ；ｍ₂ ≒５ｍ₁ とすると、約１０秒の周期の倒
立Ｖ字状振子が成立する。上記実施例では短尺アーム１
５，１７，長尺ロッド１２，１２の互いに噛合するギヤ
１４，１１は同一サイズのものとしたが、これを所望の
ギヤ比のギヤとして、長尺アーム１２，１２の傾斜角を
短尺アーム１５，１７のそれのギヤ比倍とすることによ
り、全高をより低く、しかも所望の長周期の振動数を得
ることができる。さらに、上記実施例の構造を若干変形
して減速器を介して短尺アーム，長尺アームをサーボモ
ーターで駆動することによりアクティブな制振装置を得
ることも可能である。このような構造によれば、下記の
効果が奏せられる。 （１）低い吊り高さで長周期の制振装置を得ることがで
き、設置するのに高い空間を必要としない。 （２）制振装置を吊り下げるためのフレーム等は不要と
なる。 （３）ギヤ部をサーボモーター等で駆動することで、摺
動部のないコンパクトなアクティブ制振装置にすること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の装置では、振動周期を決定する振子の剛性
（装置の固有振動周期）が常に一定に設定されているの
で、高層建造物の卓越応答振動周期が変化した場合に、
高層建造物の振動周期に合わせて作動させることは困難
である。したがって、外力によって振動周期が変動する
高層建造物を制振するための本装置の性能は完全とはい
い難いものであった。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みて提案され
たもので、振子の剛性を調整してその振動周期を高層建
造物の振動周期と一致させ、高層建造物を完全に制振す
ることが可能で全高を比較的低く収めることができる高
層建造物用の高性能の可変剛性機構付きリニアモーター
駆動式ギヤ振子型制振装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、下
端が適宜間隔を存して対象構造物にそれぞれ枢着され鉛
直上方に延びる等長の左右１対の短尺アームと、左右部
がそれぞれ上記各短尺アームの上端に枢着された前後方
向に延びる長方形可動台板と、上記可動台板の左右部に
それぞれ上端が枢着された鉛直下方へ延びる等長の長尺
アームと、上記可動台板の左右部にそれぞれ付設され鉛
直線に対する上記長尺アームの一方向への傾斜角を上記
短尺アームの他方向への傾斜角の一定比倍に常に等しく
する両アームの傾斜角連動手段と、上記各長尺アームの
下部に左右部が枢着された重錘とを具えてなる振り子式
長周期制振装置において、そのベッド上に設置され上記
重錘を前後方向に往復的に移動するリニアモーターと、
上記長尺アーム又は短尺アームに所要の可変外力モーメ
ントを及ぼすことができる手段とを具えたことを特徴と
する高層建造物用の可変剛性機構付き制振装置。

【０００８】

【作用】このような構成によれば、高層建造物に風力等
によって振動が発生すると、検出したその振動周期に応
じて振子支持アームのばね装着部を振子剛性調整手段に
よってアーム長さ方向に所要の長さ方向に移動させて振
子の剛性（装置の固有振動周期）を微調整し、高層建造
物の振動周期と一致する振動周期を設定する。そして、
リニアモーターによって振動体を往復移動させ、それぞ
れのギヤを介して振子支持アームを回動する。この振子
支持アームの往復的揺動によって、振動体，一方のギ
ヤ，他方のギヤ等で構成された振子を高層建造物の振動
方向に同調して往復移動（振動）させ、高層建造物を完
全に制振することが可能となる。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を図面について説明する
と、図１は全体斜視図、図２は図１の可変剛性機構を示
す水平断面図、図３は図１〜図２における制振作用を示
す原理図及びその具体的構造を示す側面図である。

【００１０】上図において、図４と同一の符号はそれぞ
れ同図と同一の部材を示し、まず、図１〜図２におい
て、支持台２１に立設された柱６，ギヤ１４の軸部１４
ａが固着された振子支持アーム１７には、サーボモータ
ー１及びレール５がそれぞれ固設され、サーボモーター
１によって回転するスクリューシャフト３がそれぞれ支
持されている。双方のレール５には、それぞれスクリュ
ーシャフト３と螺合するボールナット２がガイド４を介
して昇降自在にそれぞれ支持され、この双方のボールナ
ット２，２にはばね１０の前後端がそれぞれ張設されて
いる。高層建造物に風力等によって振動が発生すると、
図示省略の振動検出器によって高層建造物の振動周期を
検出し、この振動周期によってサーボモーター１の回転
角度を決定する。そして、双方のサーボモーター１及び
スクリューシャフト３をこの回転角度でそれぞれ回転
し、双方のボールナット２及びばね１０の高さ（振子支
持アーム１７の下端部支点からのアーム取付高さ）を調
節して振子に付与される剛性を微調整する。そして、従
前どおり、振動体２４を往復移動させて振子支持アーム
１５，１７をその下端部を支点として回動し、この振子
支持アーム１5,１７の往復回動によってギヤ１１，１
４，軸受１３，１６，台盤１８，振動体懸吊アーム１２
及び振動体２４から成る振子を高層建造物の振動周期と
同期させて往復移動（振動）させ、高層建造物を完全に
制振する。

【００１１】ここで、上記した振子剛性調整手段につい
て述べると、図３は図５の鎖線枠で示す部分を拡大した
模式図的な原理説明図であり、短尺アーム１７におい
て、同図左半部に示すように、サーボモーター１の駆動
によるスクリューシャフト３の回転に伴い、ボールナッ
ト２がスクリューシャフト３に沿って上方〜下方へ移動
する。その際、ボールナット２が上方へ移動するにつれ
て、ばね１０により短尺アーム１７に加えられる外力モ
ーメントは大となるが、ボールナット２が下方へ移動す
るにつれてばね１０が短尺アーム１７に及ぼす外力モー
メントは小になる。その結果、同図右半部に示すよう
に、重錘２４が前後方向へ振れるときには重錘２４はば
ね１０による外力モーメントの大小に応じてその振幅が
増減するとともに、ばねの非線形特性により振動数を増
減して対象高層建造物を制振することができる。

【００１２】図３（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ図３（Ａ）
の変形例を示しており、同図（Ｂ）では、ばね１０の前
端をスクリューシャフト３´のサーボモーター１´によ
る回転によりスクリューシャフト３´に沿って上下方向
に移動可能としており、同図（Ｃ）では、ばね１０の下
端を１／４円弧状スクリューシャフト３″に沿ってサー
ボモーター１″により移動可能とすることで、短尺アー
ム１７に及ぼす外力モーメントの大小を制御する構造を
採用している。

【００１３】

【発明の効果】本発明では、振子支持アームのばねの装
着点をアーム長さ方向に移動して、振子の剛性を変更す
る振子剛性調整手段を設けたことにより、振子の剛性
（装置の固有振動周期）を微調整することができる。し
たがって、高層建造物に振動が発生したときに、装置の
振動周期を高層建造物の振動周期と一致させることが可
能になり、外力による高層建造物の振動周期が変動して
も、高層建造物を完全に制振することができる。

【００１４】要するに本発明によれば、下端が適宜間隔
を存して対象構造物にそれぞれ枢着され鉛直上方に延び
る等長の左右１対の短尺アームと、左右部がそれぞれ上
記各短尺アームの上端に枢着された前後方向に延びる長
方形可動台板と、上記可動台板の左右部にそれぞれ上端
が枢着された鉛直下方へ延びる等長の長尺アームと、上
記可動台板の左右部にそれぞれ付設され鉛直線に対する
上記長尺アームの一方向への傾斜角を上記短尺アームの
他方向への傾斜角の一定比倍に常に等しくする両アーム
の傾斜角連動手段と、上記各長尺アームの下部に左右部
が枢着された重錘とを具えてなる振り子式長周期制振装
置において、そのベッド上に設置され上記重錘を前後方
向に往復的に移動するリニアモーターと、上記長尺アー
ム又は短尺アームに所要の可変外力モーメントを及ぼす
ことができる手段とを具えたことにより、振子の剛性を
調整してその振動周期を高層建造物の振動周期と一致さ
せ、完全に制振することが可能な高層建造物用の高性能
の可変剛性機構付きリニアモーター駆動型振子制振装置
を得るから、本発明は産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可変剛性機構付き制振装置の一実施例
を示す斜視図である。

【図２】図１の可変剛性機構を示す水平断面図である。

【図３】図１〜図２における可変剛性機構を示す模式図
的側面図であり、同図（Ａ）はその原理説明図、同図
（Ｂ）は同図（Ａ）の具体的機構を示す側面図、同図
（Ｃ）は同図（Ｂ）の変形例を示す同じく側面図であ
る。

【図４】従来のリニアモーター駆動式ギヤ振子型制振装
置を示す全体斜視図である。

【図５】図４の模式図的側面図である。

【図６】図４の模式図的正面図である。

【符号の説明】

１ サーボモーター ２ ボールナット ３ スクリューシャフト ５ レール １０ ばね １１ 一方のギヤ １１ａ 前後部軸，後前部軸 １２ 重錘支持アーム（長尺アーム） １３ 軸受 １４ 他方のギヤ １４ａ 前前部軸，後後部軸 １５ 台板支持アーム（短尺アーム） １６ 軸受 １７ 台板支持アーム（短尺アーム） １８ 可動台盤 １９ 柱 ２１ 支持台 ２２ 支持台 ２３ リニアモーター ２４ 振動体（重錘） ３０ ガイドレール ３１ 支持ピン ３９ 縦溝

フロントページの続き (72)発明者 阿比留 久徳 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 原田 秀秋 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 平井 潤 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下端が適宜間隔を存して対象構造物にそ
   れぞれ枢着され鉛直上方に延びる等長の左右１対の短尺
   アームと、左右部がそれぞれ上記各短尺アームの上端に
   枢着された前後方向に延びる長方形可動台板と、上記可
   動台板の左右部にそれぞれ上端が枢着された鉛直下方へ
   延びる等長の長尺アームと、上記可動台板の左右部にそ
   れぞれ付設され鉛直線に対する上記長尺アームの一方向
   への傾斜角を上記短尺アームの他方向への傾斜角の一定
   比倍に常に等しくする両アームの傾斜角連動手段と、上
   記各長尺アームの下部に左右部が枢着された重錘とを具
   えてなる振り子式長周期制振装置において、そのベッド
   上に設置され上記重錘を前後方向に往復的に移動するリ
   ニアモーターと、上記長尺アーム又は短尺アームに所要
   の可変外力モーメントを及ぼすことができる手段とを具
   えたことを特徴とする高層建造物用の可変剛性機構付き
   制振装置。