JPH11159191A

JPH11159191A - 制振装置

Info

Publication number: JPH11159191A
Application number: JP32292997A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Kazao; 幸彦風尾; Yasutane Amasaka; 康種天坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】構造物の揺れを効率よく吸収する。【解決手段】建物等の構造物２に取付けられ、複数の関
節４を有する腕３によって重り１を吊らして構成される
振り子と、構造物２の揺れによって発生する振り子の振
り子運動の速度を減衰させる減衰手段５とを備えること
で、構造物２の振幅を適切に抑制する制振装置を提供す
る。減衰手段５として用いるダンパの減衰定数を変更可
能とすること及び、偶力発生手段や振幅増減手段により
振り子を強制的に揺らすことにより、小さな揺れから大
きな揺れに対して構造物２の効果的な制振が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば高層建物等
のような構造物の風揺れ等の振動を抑制する制振装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】構造物の揺れを抑制する制振装置に関す
る技術には、例えば「特開平１−２４４００１号公報」
に開示されているように、高速回転体の回転軸をモータ
で駆動されるジンバル機構により歳差させることによっ
て発生する偶力（ジャイロモーメント）を、構造物の振
動の大きさに対応して能動的に発生させ、当該制振装置
によって発生された偶力を、構造物の振動を打ち消す方
向に作用させて構造物の振動を抑制する技術等がある。

【０００３】このジャイロモーメントによる制振装置
（以下、「ジャイロ制振装置」という）は、例えばタワ
ーやビル等のような高層建物の風振動を抑制するために
当該高層建物に設置されており、制振動作を実行するた
めに常に運転状態にある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のジャ
イロ制振装置においては、制振対象となる構造物の大き
さに対応して、大きな偶力を発生させなくてはならず、
構造物が大型になるにつれて高速回転体の大きさや回転
速度も大きくする必要がある。

【０００５】しかしながら、この高速回転体は、材料強
度や回転に伴う振動との関係から、大きさや回転速度に
制限が生じるため、大型の構造物に上記のジャイロ制振
装置を適用することは困難となる。

【０００６】また、このジャイロ制振装置は、その性能
を発揮させるために常に高速回転体を回転させ、このジ
ャイロ制振装置の構成要素である演算装置やサーボ機構
を運転状態にしておかなければならないため、常に電力
を消費しながら運転準備を整えておく必要があるという
問題がある。

【０００７】本発明は上記実状を考慮してなされたもの
で、大型の構造物に適用可能であり、電力消費を抑える
ことが可能であり、構造物の揺れの吸収効果の高い振り
子式の制振装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、建物等の構造物に取付けられ、
少なくとも２個の関節を有する腕によって重りを吊るし
て構成される振り子と、構造物の揺れによって発生する
振り子の振り子運動の速度を減衰させる減衰手段とを具
備した制振装置である。

【０００９】従って、請求項１の発明の制振装置におい
ては、減衰手段を設けたことにより、構造物の揺れの振
幅が抑制可能となる揺れの周波数範囲が広くなるため、
構造物の揺れに作用する外力が例えば風揺れ等のように
ランダムであっても有効に揺れを抑制することができ、
構造物の揺れの吸収効果を向上させることができる。な
お、この腕及び減衰手段は、複数設けてもよい。

【００１０】ここで、請求項２の発明に示すように、請
求項１記載の制振装置の腕には２つの関節が設けられ、
この腕の関節の間隔をＬ、重力加速度をｇ、前記構造物
の揺れの固有周期をＴとした場合に、Ｌ＝｛Ｔ／（２
π）｝² ・ｇの関係が成り立つように、腕の関節を設け
ることにより、振り子運動の揺れの周期と、構造物の揺
れの周期を一致させることができ、振り子の揺れと構造
物の揺れとの相殺作用を向上させることができる。

【００１１】これにより、一層構造物の揺れの吸収効果
を向上させることができる。また、上記各発明の制振装
置の減衰手段は、請求項３の発明で示すように、一端が
関節を介して振り子に接続され、他端が関節を介して構
造物に接続されたダンパとし、このダンパは、当該ダン
パ内部においてピストンで分割されている２つの圧力室
間での流体の移動量を開閉弁によって操作可能であると
することにより、開閉弁の開度によってダンパの減衰定
数を変更できるため、一層適切に構造物の揺れを抑制す
ることができ、構造物の揺れの吸収効果を向上させるこ
とができる。

【００１２】また構造物の揺れがこの制振装置の許容範
囲を越えた場合に、開閉弁を閉じることによってこのダ
ンパをロックすることができるため、異状事態を未然に
防止することができる。

【００１３】次に、請求項４の発明は、請求項１乃至請
求項３のいずれか１項に記載の制振装置において、腕の
関節の間に偶力発生手段を設け、当該偶力発生手段によ
る偶力の発生を制御する偶力制御手段を具備した制振装
置である。なお、この偶力発生手段は、腕が複数設けら
れている場合には、各腕に設けるとしてもよい。

【００１４】また、請求項５の発明では、請求項４記載
の制振装置に設けられる偶力発生手段として、第１の回
転駆動手段によって所定の速度で回転される回転子と、
当該回転子の回転軸を歳差運動させる第２の回転駆動手
段とからなる偶力発生手段を用いている。

【００１５】このように、制振装置に偶力発生手段を設
置すると、この偶力発生手段によって発生される偶力に
よって振り子の揺れを大きくすることができるため、構
造物が大型の場合にも、構造物の揺れを抑制することが
できる。

【００１６】また、振り子が揺れないような小さな揺れ
であっても、偶力発生手段によって発生される偶力によ
って振り子を振らせることができるため、発生頻度の少
ない構造物の大きな揺れのみではなく、比較的多発する
構造物の小さな揺れも抑制することができる。

【００１７】ここで、請求項６の発明に示すように、請
求項５の発明において、腕及び偶力発生手段は複数設置
されており、各偶力発生手段のうち同一方向に偶力を発
生させる２つの偶力発生手段は、互いに第１の回転駆動
手段による回転方向及び第２の回転駆動手段による歳差
運動の方向が逆になるように駆動させることにより、振
り子が揺れて各偶力発生手段が傾いた場合に発生する副
次的な偶力同士を互いに相殺させることができる。

【００１８】ゆえに、振り子の揺れによって偶力発生手
段が傾いても、振り子の揺れに影響を与える副次的な偶
力を相殺させることができるため、精度の高い振り子運
動を実現することができ、これにより一層構造物の揺れ
の吸収効果を向上させることができる。

【００１９】次に、請求項７の発明は、請求項１乃至請
求項６のいずれか１項に記載の制振装置において、振り
子の振り子運動の振幅を増加又は減少させる振幅増減手
段と、当該振幅増減手段による振り子運動の振幅の増加
量又は減少量を制御する振幅制御手段を具備した制振装
置である。

【００２０】また、請求項８の発明では、請求項７記載
の制振装置に設けられる振幅増減手段の例として、ナッ
ト穴を有し重りに設置される少なくとも１つの可動重り
と、当該各可動重りのナット穴に差し込まれる少なくと
も１本のボールネジと、当該各ボールネジを回転させて
可動重りを移動させる少なくとも１つの第３の回転駆動
手段とからなる振幅増減手段を用いている。

【００２１】このように、制振装置に振幅増減手段を設
置し、この振幅増減手段によって振り子の振幅を大きく
することで、構造物が大型の場合であっても構造物の揺
れを抑制することができる。

【００２２】また、振り子が揺れないような小さな揺れ
であっても、振幅増減手段によって振り子を振らせるこ
とができ、これにより発生頻度の少ない構造物の大きな
揺れのみではなく、比較的多発する構造物の小さな揺れ
も抑制することができる。

【００２３】次に、請求項９の発明は、請求項４乃至請
求項８のいずれか１項に記載の制振装置において、構造
物の揺れを検出する手段又は振り子の揺れを検出する手
段の少なくとも一方を付加し、偶力制御手段又は振幅制
御手段は、構造物の揺れを検出する手段からの信号又は
振り子の揺れを検出する手段からの信号の少なくとも一
方に基づいて、制御を行うことを特徴とする制振装置で
ある。

【００２４】従って、請求項９の発明の制振装置におい
ては、構造物の揺れを検出する手段又は振り子の揺れを
検出する手段によって正確にそれぞれの揺れの状態が検
出され、偶力制御手段又は振幅制御手段はこの正確に検
出された揺れの状態に基づいて、振り子の揺れを制御し
構造物の揺れを抑制するため、一層構造物の揺れの吸収
効果を向上させることができる。

【００２５】次に、請求項１０の発明は、請求項９記載
の制振装置において、偶力制御手段又は振幅制御手段
は、構造物の揺れを検出する手段からの信号又は振り子
の揺れを検出する手段からの信号の少なくとも一方に基
づいて、制御ゲインを複数の段階に切り換える制御を行
う制振装置である。

【００２６】従って、請求項１０の発明の制振装置にお
いては、構造物の揺れが非常に大きく、重りが構造物に
衝突する可能性がある場合に、制御ゲインを下げること
により、重りが構造物に衝突しない範囲で振り子による
制振効果を発揮することができる。

【００２７】次に、請求項１１の発明は、請求項４乃至
請求項１０のいずれか１項に記載の制振装置において、
偶力制御手段又は振幅制御手段は、偶力発生手段又は振
幅増減手段を、制振動作停止の状態である制振停止状態
とするか、制振動作実行可能な状態である制振準備状態
とするか、制振動作を実行している状態である制振実行
状態とするかを判定する状態判定機能を有する制振装置
である。

【００２８】従って、請求項１１の発明の制振装置にお
いては、状態判定機能が当該制振装置を制振停止状態に
すると判定した場合には、この制振装置の電源をＯＦＦ
することができるため、電力消費を抑えることができ
る。

【００２９】次に、請求項１２の発明は、請求項１乃至
請求項１１のいずれか１項に記載の制振装置において、
振り子運動による重りの変位に応じて、当該重りの変位
を抑制する力を発生する手段、又は振り子運動による重
りの変位に応じて、重りの変位を増加する力を発生する
手段の少なくとも一方を付加した制振装置である。

【００３０】従って、請求項１２の発明の制振装置にお
いては、重りの変位を抑制する力を発生させることによ
り、振り子運動の固有振動数を高くすることができ、一
方重りの変位を増加する力を発生させることにより、振
り子運動の固有振動数を低くすることができる。

【００３１】ゆえに、構造物の揺れる方向によって当該
構造物の固有振動数が異なる場合でも、この重りの変位
を抑制する力又は重りの変位を増加する力によって、制
振装置の固有振動数を調整することができる。

【００３２】また、重りの変位を増加する力を発生させ
ることにより振り子の固有振動数を低くすることができ
るため、振り子の腕の長さが構造物の制約により長くと
れない場合にも制振効果を発揮することができる。

【００３３】最後に、請求項１３の発明は、請求項４乃
至請求項１２のいずれか１項に記載の制振装置におい
て、正弦波発生手段を付加し、偶力制御手段又は振幅制
御手段は、正弦波発生手段からの信号に基づいて、構造
物の揺れを増加させるように制御する加振機能を有する
制振装置である。

【００３４】従って、請求項１３の発明の制振装置にお
いては、構造物の固有周波数又は振り子の固有周波数
と、加振機能の周波数とを一致させて構造物を大きく揺
らすことにより、構造物の振動検査や調査に利用するこ
とができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。（第１の実施の形態）本実施の形態においては、構造物
の内部で複数の関節を有する少なくとも１本の腕によっ
て重りを吊るして構成される振り子と、構造物が揺れた
際に発生する振り子のの振り子運動の速度を減衰させる
ための減衰装置を設けた制振装置について説明する。

【００３６】なお、ここでいう振り子運動とは、振り子
が構造物と腕との接続点（以下、「固定点」という）の
まわりにほぼ一定の周期で行う運動をいい、固定点と重
りとがほぼ一定の距離を保った状態で、この重りの位置
が自由に移動する運動をいう。

【００３７】図１は、本実施の形態に係る制振装置を示
す正面図である。重り１は、制御対象である構造物２の
大きさや重さに対応して定められており、ここでは直方
体状に成形されている。

【００３８】また、この重り１は４本の腕３によって構
造物内部に吊り下げられており、この重り１と４本の腕
３によって振り子が構成されているが、図１において
は、正面側の２本の腕３のみを示している。この４本の
各腕３には、それぞれ２つのヒンジ（関節）４が設けら
れている。

【００３９】図２は、このヒンジ４の構造を説明するた
めの図であり、ヒンジ４の上半部を断面した正面図であ
る。ヒンジ４は２重のピン構造からなり、正面に垂直な
第一の方向（紙面方向）、及び側面に垂直な第２の方向
（紙面方向に対して垂直な方向）に回転する自由度を有
しており、このヒンジ４により腕３があらゆる方向に可
動する。

【００４０】このヒンジ４の具体的な構成としては、第
１のピン４ａが回転軸となり腕３を第１の方向へ回転自
由に支持しており、同様に第２のピン４ｂが回転軸とな
り腕３を第２の方向へ回転自由に支持しており、この第
１のピンと第２のピンは継ぎ手４ｃを介して接続されて
いる。

【００４１】すなわち、腕３及びヒンジ４の構成要素の
接続関係を上方から下方に示すと、腕３が第１のピン４
ａと接続され、第１のピン４ａが継ぎ手４ｃと接続さ
れ、継ぎ手４ｃが第２のピン４ｂと接続され、第２のピ
ン４ｂが腕３と接続される。

【００４２】各腕３に上記の構成のヒンジ４が設けられ
ることにより、重り１は第１の方向及び第２の方向に運
動自由となり、振り子によるあらゆる方向への振り子運
動が可能となる。

【００４３】ここで、各腕３の２箇所のヒンジ４の間隔
をＬ、重力加速度をｇ、構造物２の揺れの固有周波数を
ｆ、円周率をπ、構造物２の揺れの固有周期をＴとする
と、下記の（１）式が成り立つ。

【００４４】

【数１】

【００４５】この（１）式を２乗すると下記の（２）式
が求まる。Ｌ＝｛Ｔ／（２π）｝² ・ｇ …（２）ヒンジ４の間隔Ｌが（２）式によって求まる値とされた
場合には、この制振装置は、振り子の揺れの周期と構造
物２の揺れの周期Ｔが一致し、いわゆる動吸振器として
動作する。この動吸振器とは、構造物２の揺れの固有振
動数に同調した揺れ周期を有する振動体を設けるもの
で、この振動体によって構造物の揺れを吸収して抑制す
るものである。

【００４６】また、この制振装置には、上方又は下方よ
り重り１を見た場合のほぼ対角方向に、振り子運動の速
度を減衰させる４つのオイルダンパ５が設置されている
が、図１においてはこの状態を簡略化し、正面側の２つ
のオイルダンパ５のみを示している。

【００４７】この各オイルダンパ５は、一端がヒンジ４
を介して重り１の下部の凸部１ａと接続されており、他
端がヒンジ４を介して構造物２の静止端と接続されてい
る。以上のような構造を持つ制振装置において、構造物
２が風や地震等によって図３のように揺れた場合には、
制振装置の振り子が振り子運動を行うが、構造物２の揺
れと制振装置の振り子の揺れとが互いに相殺されるた
め、構造物２の揺れが抑制される。

【００４８】風は、構造物２に様々な方向から吹き付け
るが、振り子はあらゆる方向に対して振り子運動可能で
あるため、構造物２のいずれの方向の揺れに対しても、
本実施の形態に係る制振装置は制振作用を及ぼし、特に
高層建物の風揺れの制振に威力を発揮する。

【００４９】図４は、この制振装置による制振結果を示
す図である。ここで、図４（ａ）は、制振装置のない構
造物２を加振した場合の当該構造物２における振動周波
数と振動振幅の関係を示している。

【００５０】周波数ｆ₀ は構造物２が有する固有周波数
であり、加振周波数がこの周波数ｆ₀ と一致すると大き
な振動となる。図４（ｂ）は、本実施の形態に係る制振
装置のオイルダンパ５のみを削除した制振装置を構造物
２に設置して加振した場合の当該構造物２における振動
周波数と振動振幅の関係を示している。

【００５１】この場合、構造物２の固有周波数ｆ₀ にお
ける振動振幅はかなり小さくなるが、この固有周波数ｆ
₀ よりわずかに低い周波数とわずかに高い周波数におい
ては振動振幅が大きくなる。この図４（ｂ）において振
動振幅がピークとなる周波数は、構造物２そのものと振
り子の重り１の質量比で異なってくる。

【００５２】従って、風揺れ等のように構造物２に作用
する外力が比較的ランダムな場合には、構造物２の振動
周波数もランダムとなるため、オイルダンパ５のみを削
除した制振装置では、あまり良好な制振効果を得ること
ができない。

【００５３】図４（ｃ）は、本実施の形態に係る制振装
置を構造物２に設置して加振した場合の当該構造物２に
おける振動周波数と振動振幅の関係を示しており、オイ
ルダンパ５の減衰効果により振動振幅が全体的にかなり
低くなっている。

【００５４】従って、ランダムな風等の外力が構造物２
に作用しても、有効な制振効果を得ることができる。以
上のように、本実施の形態に係る制振装置においては、
重り１をそれぞれ２つの関節を有する４本の腕３によっ
て吊るして振り子を構成し、構造物２の揺れに伴う振り
子運動の速度に比例した減衰力を与えるオイルダンパ５
を設けることにより、構造物２の固有周波数ｆ₀ におけ
る振動振幅のみではなく、その他の周波数に対しても振
動振幅を抑制することができる。

【００５５】すなわち、構造物２の揺れ幅を抑制可能な
周波数範囲が広くなるため、構造物２の揺れに作用する
外力が例えば風揺れ等のようにランダムであるために、
構造物の揺れの周波数がランダムになっても有効に揺れ
を抑制することができる。

【００５６】また、本実施の形態に係る制振装置におい
ては、各腕の関節の間隔Ｌを（２）式により決定するこ
とにより、振り子の揺れの周期と構造物の揺れの周期を
一致させることができる。

【００５７】したがって、本実施の形態に係る制振装置
は、構造物２との間でいわゆる振り子式の動吸振器とし
て作用することが可能となり、一層構造物２の揺れを抑
制することができる。

【００５８】ここで、動吸振器とは、構造物２の揺れの
固有周波数に同調した揺れ周期を有する振動体を有する
ものであり、構造物２の揺れを振動体が吸収して抑制す
るものである。

【００５９】なお、本実施の形態に係る制振装置におい
ては、腕３の数を４本、ヒンジ４を腕３毎に２つずつ設
けたが、これに限定されるものではなく、腕３の数は１
本以上であればよく、ヒンジ４の数は腕３毎に２つ以上
あればよい。

【００６０】また、本実施の形態に係る制振装置におい
ては、振り子の重り１の速度に比例した減衰力を与える
減衰装置として４本のオイルダンパ５を用いているが、
これに限定されるものではなく、他の流体によるダンパ
や摩擦力を用いたダンパ等のような様々な減衰装置を用
いることができる。

【００６１】さらに、本実施の形態に係る制振装置にお
いては、重り１の形状を直方体状としたが、これに限定
されるものではなく、この重り１は様々な形状とするこ
とができる。

【００６２】（第２の実施の形態）本実施の形態におい
ては、減衰装置であるオイルダンパの減衰定数を変更可
能な制振装置について説明する。

【００６３】図５は、一般的なオイルダンパと、本実施
の形態に係る制振装置に適用されるダッシュポット式の
オイルダンパの違いを示す断面図である。図５（ａ）
は、一般的なオイルダンパ１７の断面図を示しており、
オリフィス１７ａを有するピストン１７ｂ、このピスト
ン１７ｂのまわりのピストンリング１７ｃ、ピストンロ
ッド１７ｄ、ピストンロッド１７ｄの軸封装置１７ｅ、
筒状ケーシング１７ｆ、ケーシングロッド１７ｇから構
成されている。

【００６４】このオイルダンパ１７は、ピストンロッド
１７ｄ側の圧力室１７ｈと、ケーシングロッド１７ｇ側
の圧力室１７ｉがピストン１７ｂによって区切られてお
り、ピストンロッド１７ｄとケーシングロッド１７ｇの
相対速度に対し、一方の圧力室１７ｈ又は１７ｉに充満
している油が押されてピストン１７ｂのオリフィス１７
ａを通って他方の圧力室１７ｉ又は１７ｈに流れる仕組
みを持つ。

【００６５】これにより、ピストンロッド１７ｄの軸方
向速度に応じて、抵抗力を発生し、減衰力が発生され
る。図５（ｂ）は、本実施の形態に係る制振装置に適用
されるオイルダンパ１８の断面図を示しており、図５
（ａ）と同一の部分には同一の符号を付している。

【００６６】このオイルダンパ１７のピストン１８ａに
は、オリフィス１７ａが設けられておらず、その代わり
に、圧力室１７ｈと圧力室１７ｉの双方からそれぞれ圧
力配管１８ｂが引き出され、この圧力配管１８ｂ同士が
電磁弁１８ｃによって接続されている。

【００６７】電磁弁１８ｃは、上位の制御装置や操作者
等による指令等のような外部からの指令（例えば印加電
圧）に従って、開度の調整がなされ、この開度の調整に
よりオイルダンパ１８の抵抗力の変更が可能であり、減
衰定数の変更が可能である。

【００６８】以上説明したように、従来のオイルダンパ
１７においては減衰定数の調整が不可能であったが、本
実施の形態に係る制振装置に適用されるオイルダンパ１
８においては、外部からの指令に基づいて電磁弁１８ｃ
の開度を調整することにより減衰定数を調節可能であ
り、また電磁弁１８ｃを全閉することによりオイルダン
パ１８をロックすることができる。

【００６９】従って、このオイルダンパ１８を適用した
制振装置においては、構造物２の揺れの大きさにより振
り子運動に対する減衰力を変更できる。さらに、地震等
の突然の大揺れにより、制振装置の振り子運動のストロ
ークが許容範囲を越えた場合に、このオイルダンパ１８
をロックして振り子の揺れを機械的に停止させること
で、重り１が構造物２の壁に衝突する等のような異常事
態を未然に防止することができる。

【００７０】なお、本実施の形態においては、減衰装置
にオイルによるダンパを用いた場合を例として説明した
が、これに限定されるものではなく、ダンパの圧力室１
７ｈ、１７ｉの内部物質として、オイルに代えて様々な
流体（液体、気体）を用いることができる。

【００７１】（第３の実施の形態）第１の実施の形態に
係る制振装置は、パッシブ制振（受動制振）であり、構
造物２の揺れを受動的に抑制するものである。このよう
なパッシブ制振を設計する場合には、数十年に一度発生
するかもしれない大変大きな揺れを想定して設計される
ことが多く、台風等によって発生する比較的発生件数の
多い通常レベルの風揺れでは十分に効力を発揮すること
が困難な場合がある。

【００７２】しかしながら、通常レベルの風揺れに対し
てもこの制振装置を利用可能とすることで、当該装置に
よる構造物の揺れの吸収効果の向上が図れる。そこで、
本実施の形態においては、振り子の揺れを強制的に増幅
させるアクチュエータを設置した制振装置について説明
する。

【００７３】図６は、本実施の形態に係る制振装置を示
す図であり、図１と同一の部分には同一の符号を付して
その説明を省略する。ここで、図６（ａ）は本実施の形
態に係る制振装置の正面図を、図１と同様の条件により
示している。

【００７４】また、図６（ｂ）は本実施の形態に係る制
振装置の上面図を示している。各腕３のヒンジ４の中間
部分には、ジャイロモーメントによる偶力発生装置６が
設置されている。

【００７５】この各偶力発生装置６は、図示しない偶力
制御装置によって、構造物２の揺れや重り１の揺れに基
づいて制御され、この図示しない偶力制御装置によって
制御される各偶力発生装置６により振り子の揺れが増幅
される。

【００７６】偶力発生装置６は、時計周り又は反時計周
りの偶力Ｐを発生可能である。本実施の形態において
は、上方より重り１を見た場合の一方の対角位置の腕３
に設置されている偶力発生装置６の組は、正面と平行に
偶力Ｐを発生させ、他方の対角位置の腕３に設置されて
いる偶力発生装置６の組は、側面と平行に偶力Ｐを発生
させるように設置されている。

【００７７】一方の対角位置の腕３に設置されている偶
力発生装置６の組は、正面と平行な方向の偶力Ｐを発生
させるため第２の方向に振り子を揺らす作用を持ち、他
方の対角位置の腕３に設置されている偶力発生装置６の
組は、側面と平行な方向の偶力Ｐを発生させるため第１
の方向に振り子を揺らす作用を持つ。

【００７８】図７は、本実施の形態に係る偶力発生装置
６の断面図である。高速モータ６ａは、当該高速モータ
６ａの回転軸の両端に設けられた２つの回転子６ｂを高
速回転させる。

【００７９】この高速モータ６ａのフレームには軸６ｃ
が取付けられており、この軸６ｃの両端は偶力発生装置
６の外枠６ｄに設けられてる２つの軸受け６ｅに回転可
能に支持されている。

【００８０】また、この軸６ｃの一端には減速機付きサ
ーボモータ６ｆの回転軸が接続され、この減速機付きサ
ーボモータ６ｆは高速モータ６ａ及び２つの回転子６ｂ
を歳差運動させる。

【００８１】この減速機付きサーボモータ６ｆによる歳
差運動とは、まず軸６ｃを回転軸として高速モータ６ａ
及び２つの回転子６ｂを一方の側へ所定の角度回転さ
せ、その後軸６ｃを最初の状態に戻し、続けて軸６ｃを
回転軸として高速モータ６ａ及び２つの回転子６ｂを他
方の側へ所定の角度回転させ、その後軸６ｃを最初の状
態に戻し、この動作を繰り返す運動をいう。

【００８２】ここで、回転子６ｂの回転速度をΩ、回転
子６ｂ全体の回転慣性モーメントをＪ、減速機付きサー
ボモータ６ｆにより回転される軸６ｃの角速度をωとす
ると、図中の矢印の方向に発生する偶力Ｐの大きさは、
角速度ωが比較的小さい範囲において下記の（３）式で
求められる。

【００８３】

【数２】

【００８４】このように、偶力Ｐは、回転子６ｂの慣性
モーメントＪ、あるいは回転速度Ωが大きいほど大きく
なり、減衰機付きサーボモータ６ｆの回転方向、すなわ
ち軸６ｃの角速度ωの回転方向により偶力Ｐの発生方向
を変えることができる。

【００８５】以上のように、本実施の形態に係る制振装
置においては、第１の実施の形態に係る制振装置の効果
に加えて、偶力発生装置６によって発生される偶力Ｐに
よって振り子の揺れを増幅させることができる。

【００８６】ゆえに、振り子が揺れないような比較的小
さな振動であっても偶力発生装置６によって発生される
偶力Ｐによって振り子を揺らすことができるため、構造
物２の制振効果を発揮することができ、制振装置の制振
効果の向上を図ることができる。

【００８７】また、このような振り子による制振装置に
おいては、振り子の揺れを増幅可能であるため、構造物
２が大型の場合にもこの構造物２の揺れを抑制すること
ができる。

【００８８】なお、本実施の形態に係る制振装置におい
ては、振り子の揺れを増幅させる装置に偶力発生装置６
を用いているが、これに限定されるものではなく、他の
装置によって振り子の揺れを増幅させてもよい。

【００８９】また、本実施の形態に係る制振装置の偶力
発生装置６においては、振り子の揺れを増幅させる場合
についてのみ説明しているが、これに限定されるもので
はなく、振り子の揺れを抑制させる場合もある。

【００９０】（第４の実施の形態）本実施の形態におい
ては、同一方向の偶力Ｐを発生させる偶力発生装置の組
では、互いに回転子６ｂの回転方向及び軸６ｃの歳差方
向を逆にする制振装置について説明する。

【００９１】図８は、本実施の形態に係る制振装置にお
ける偶力発生装置６の設置状態を示す正面図であり、こ
こでは正面側の２本の各腕３に、正面と平行な偶力Ｐを
発生させる偶力発生装置６が設置されている場合を例と
して示している。

【００９２】なお、この図８においては、偶力発生装置
６を簡略化して示しており、この図８は、図６及び図７
と同様の条件で示されている。また、図８において、図
６及び図７と同一の部分については同一の符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ詳
しく説明する。

【００９３】ここで、２つの偶力発生装置６は、同一の
方向（正面と平行な方向であり、正面から見て時計周
り）に偶力Ｐを発生させている状態を示しているが、回
転子６ｂの回転方向は互いに逆方向であり、かつ減速機
付きサーボモータ６ｆによって歳差される軸６ｃの歳差
方向も互いに逆方向としている。

【００９４】各偶力発生装置６によって発生される偶力
Ｐは、上記の（３）式で示されるように、回転子６ｂの
回転速度Ω、回転子６ｂ全体の回転慣性モーメントＪ、
減速機付きサーボモータ６ｆにより回転される軸６ｃの
角速度ωの積で与えられるため、回転子６ｂの回転方向
及び軸６ｃの歳差方向が互いに逆でも、発生する偶力Ｐ
の方向は同一となる。

【００９５】すなわち、偶力発生装置６は、設置される
方向が同一であり、回転子６ｂの回転方向及び軸６ｃの
歳差方向の双方が逆方向の場合には、同一方向の偶力Ｐ
を発生する。

【００９６】この各偶力発生装置６においては、振り子
の揺れに伴う腕３の傾きによって、回転子６ｂに対して
も、正面に直角な軸まわりの微少な角速度が与えられ、
これにより副次的な偶力Ｐ1 、Ｐ2 が発生するが、この
副次的な偶力Ｐ1 、Ｐ2 は互いに逆方向であるため、相
殺され、振り子の運動には何等影響を与えない。

【００９７】図９は、上記のような腕３の傾きにより発
生する偶力Ｐ1 、Ｐ2 の関係を示す図であるが、ここで
は重り１、腕３、偶力発生装置６、回転子６ｂ以外の要
素は省略して示している。

【００９８】以上のように、振り子が揺れて各回転子６
ｂの回転軸を傾けた場合には、副次的な偶力Ｐ1 、Ｐ2
が発生し、この副次的な偶力Ｐ1 、Ｐ2 は振り子を揺ら
すために能動的に発生させる偶力ではないため、振り子
の運動に悪影響を与える可能性がある。

【００９９】しかし、ここで示すように、同一方向に偶
力Ｐを発生させる各偶力発生装置６の回転子６ｂの回転
方向及び軸６ｃの歳差方向を互いに逆向きにすることに
より、副次的に発生する偶力Ｐ1 、Ｐ2 が互いに相殺さ
れるため、適切に振り子を揺らすことができる。

【０１００】（第５の実施の形態）本実施の形態におい
ては、振り子運動の振幅を増加又は減少させる振幅増減
装置を制振装置に設置することで、振り子の揺れを増幅
可能とし、小さな揺れに対しても制振効果を発揮する制
振装置について説明する。

【０１０１】図１０は、本実施の形態に係る制振装置の
構成を示す図であり、図１と同一の部分には同一の符号
を付してその説明を省略する。また、この図１０は、図
６と同様の条件により示している。

【０１０２】図１０（ａ）は本実施の形態に係る制振装
置の正面図を示しているが、振幅増減装置に関しては簡
略化して正面部分のみを示している。また、図１０
（ｂ）は本実施の形態に係る制振装置の上面図を示して
いる。

【０１０３】可動重り７は、重り１を上面から見た場合
の各辺に対して平行に移動可能であり、ナット穴を有す
る。この可動重り７のナット穴には、ボールネジ８が貫
通されており、このボールネジ８の両端は軸受け９によ
って回転可能に支持されている。

【０１０４】また、このボールネジ８の一端には減速機
付きサーボモータ１０が設けられており、この減速機付
きサーボモータ１０の回転動作によって、ボールネジ８
が回転され、可動重り７が移動される。

【０１０５】各減速機付きサーボモータ１０は、図示し
ない振幅制御装置によって制御されており、この図示し
ない振幅制御装置によって、構造物２の揺れや振り子の
揺れに応じて各減速機付きサーボモータ１０が制御さ
れ、これにより振り子の揺れの増幅度が制御される。

【０１０６】すなわち、この可動重り７の移動によって
発生する慣性力によって、振り子の揺れが増幅される。
本実施の形態に係る制振装置では、前面側及び後面側の
可動重り７の移動によって第２の方向への振り子の揺れ
が増幅され、側面側の可動重り７の移動によって第１の
方向への振り子の揺れが増幅される。

【０１０７】以上のように、本実施の形態に係る制振装
置においては、振幅増減装置によって振り子運動の振幅
を増幅可能であるため、通常振り子が揺れない比較的小
さな振動に対しても制振効果を発揮することができ、制
振装置の制振効果の向上を図ることができる。

【０１０８】また、このような振り子による制振装置に
おいては、振り子の揺れを増幅可能であるため、構造物
２が大型の場合にもこの構造物２の揺れを抑制すること
ができる。

【０１０９】さらに、本実施の形態に係る制振装置の振
幅増減装置においては、振り子の揺れを増幅させる場合
についてのみ説明しているが、これに限定されるもので
はなく、振り子の揺れを抑制させる場合もある。

【０１１０】（第６の実施の形態）本実施の形態におい
ては、第３及び第４の実施の形態において説明した偶力
発生装置６を制御する偶力制御装置や、第５の実施の形
態において説明した振幅増減装置を制御する振幅制御装
置で実行される制御処理について詳細に説明する。

【０１１１】なお、以下においては、第３及び第４の実
施の形態における偶力制御装置の制御処理を例に挙げて
説明するが、第５の実施の形態における振幅制御装置の
制御処理も同様である。

【０１１２】図１１は、本実施の形態に係る制振装置の
振り子と偶力制御装置の配置関係を示した構造物２の断
面図であり、図６と同一の部分には同一の符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ説
明する。また、この図１１では振り子の部分を簡略化し
て示している。

【０１１３】振り子及び偶力制御装置１１は、構造物２
の上部付近に設置されている。この偶力制御装置１１
は、構造物２の揺れを検出する構造物揺れ検出センサ、
振り子の揺れを検出する振り子揺れ検出センサ、偶力発
生装置６の軸６ｃの振り角を検出する軸振り角センサか
らの入力に基づいて、各腕３に設置されている偶力発生
装置６を制御する。

【０１１４】図１２は、本実施の形態に係る偶力制御装
置１１の制御手順を示すブロック図である。まず、構造
物揺れ検出センサによって検出された構造物２の第１の
方向の揺れ信号及び第２の方向の揺れ信号、振り子揺れ
検出センサによって検出された振り子の第１の方向の揺
れ信号及び第２の方向の揺れ信号、各偶力発生装置６の
軸振り角センサによって検出された軸振り角信号が偶力
制御装置１１に入力される。

【０１１５】この入力された各信号は、Ａ／Ｄ変換器１
２によってアナログ信号からデジタル信号に変換されて
デジタル計算機（例えばＣＰＵ）１３に出力される。デ
ジタル計算機１３においては、各信号に基づいて各偶力
発生装置６の減速機付きサーボモータ６ｆの運転指令信
号が求められ、Ｄ／Ａ変換器１４によってデジタル信号
からアナログ信号に変換されて各偶力発生装置６に出力
される。

【０１１６】各偶力発生装置６においては、入力した運
転指令信号に基づいて減速機付きサーボモータ６ｆが駆
動される。ここで、構造物２の第１の方向の変位をＸ、
第２の方向の変位をＹ、振り子の第１の方向の変位をＶ
_X 、第２の方向の変位をＶ_Y 、各軸６ｃの第１の方向の
振り角をθ_X 、各軸６ｃの第２の方向の振り角をθ_Y と
すると、デジタル計算機１３では、偶力発生装置６の減
速機付きサーボモータ６ｆへの運転指令（減速機付きサ
ーボモータ６ｆへの速度指令）を求めるために、下記の
（４）式、（５）式が実行される。

【０１１７】Ｐ_X ＝Ｇ₁ ・Ｘ＋Ｇ₂ ・Ｖ_X ＋Ｇ₃ ・θ_X …（４）Ｐ_Y ＝Ｇ₁ ・Ｙ＋Ｇ₂ ・Ｖ_Y ＋Ｇ₃ ・θ_Y …（５）ここで、Ｐ_X 、Ｐ_Y は第１の方向、第２の方向に振り子
を動かすアクチュエータ（ここでは偶力発生装置）のサ
ーボ指令値であり、Ｇ₁ 、Ｇ₂ 、Ｇ₃ は予め設定された
比例定数（制御ゲイン）である。

【０１１８】この制御処理において、Ｇ₁ ・Ｘ及びＧ₁
・Ｙの項は構造物２の揺れに応じて振り子を駆動させ、
この振り子の動作により制振力を得るためのものであ
り、基本的にこの制御処理により構造物２に対する制振
効果が得られる。

【０１１９】Ｇ₂ ・Ｖ_X 及びＧ₂ ・Ｖ_Y の項は、振り子
の重り１に減衰力を付与するためのものであり、重り１
の下部に設置したオイルダンパ５の減衰効果を補強する
効果がある。

【０１２０】Ｇ₃ ・θ_X 及びＧ₃ ・θ_Y の項は、偶力発
生装置６の軸６ｃの回転速度を制御するためのものであ
る。偶力発生装置６により振り子の重り１に作用する力
Ｆ_X 、Ｆ_Y （Ｆ_X ：一方の方向、Ｆ_Y ：他方の方向）
は、偶力が減速機付きサーボモータ６ｆの出力軸の角速
度ωに比例することから、下記の（６）式、（７）式で
示すことができる。

【０１２１】Ｆ_X ＝Ａ_X ・（Ｇ₁ ・Ｘ＋Ｇ₂ ・Ｖ_X ＋Ｇ₃ ・θ_X ） …（６）Ｆ_Y ＝Ａ_y ・（Ｇ₁ ・Ｙ＋Ｇ₂ ・Ｖ_y ＋Ｇ₃ ・θ_Y ） …（７）なお、Ａ_X 、Ａ_Y は比例定数である。

【０１２２】以上のように、本実施の形態に係る制振装
置においては、構造物揺れ検出センサ、振り子揺れ検出
センサ、各偶力発生装置６の軸振り角センサによって検
出された信号に基づいて、偶力発生装置６によって発生
される偶力Ｐを偶力制御装置１１によって制御するた
め、単なる受動的な動吸振器としての振り子式制振装置
よりも一層高い制振効果を発揮することができる。

【０１２３】なお、本実施の形態に係る制振装置におい
ては、偶力制御装置１１の制御処理について説明した
が、振幅制御装置の制御処理も同様の動作によって同様
の効果を得ることができる。

【０１２４】（第７の実施の形態）本実施の形態におい
ては、制御ゲインが変更可能な制振装置について説明す
る。

【０１２５】制御ゲインは、通常固定された数値であ
り、この制御ゲインは、一般的に、滅多に起こり得ない
非常に大きな揺れを想定して決定されるが、このように
滅多に起こり得ない大きな揺れを想定して制御ゲインを
決定した場合、通常の風揺れ等のような比較的小さい揺
れに対して十分な制振効果を発揮でない場合がある。

【０１２６】一方、通常レベルの揺れに対応して制御ゲ
イン値を決定すると、万一の大きな揺れには対応できな
くなる場合がある。そこで、本実施の形態では、制振装
置に、構造物２の揺れの大きさに基づいて制御ゲインを
変更する制御ゲイン変換機能を具備する。

【０１２７】図１３は、制御ゲイン変換機能による制御
ゲインと構造物２の揺れの大きさの関係を示している。
制御ゲインが大きい場合には、振り子は大きな振幅を持
つことができ、逆に制御ゲインが小さい場合には、振り
子は大きな振幅を持つことができない。

【０１２８】ここで、制御ゲインが大きくて振り子が大
きな振幅を持つことができる状態にある場合に、構造物
２が大きく揺れると振り子の重り１が構造物２の壁に衝
突する可能性がある。

【０１２９】したがって、この制御ゲイン変換機能にお
いては、構造物２の揺れが大きい場合に、重り１が構造
物２の壁に衝突しない範囲で振動可能なように制御ゲイ
ンを小さくする。

【０１３０】すなわち、この制御ゲイン変換機能におい
ては、構造物２の揺れが最も小さい範囲ではゲインレベ
ル５で示される高い制御ゲインが決定される。構造物２
の揺れが大きくなるにつれて、ゲインレベル４→ゲイン
レベル３→ゲインレベル２→ゲインレベル１と低い制御
ゲインが設定され、制振装置の制振能力を越えるほど構
造物２の揺れが大きくなると、制御ゲイン変換機能によ
って制御ゲイン値０が決定され、制御が停止される。

【０１３１】以上のような制御ゲイン変換機能を制振装
置に組込んでおくことにより、自動的に制御ゲインを変
更し、構造物２の揺れの大きさに関係なく、制振装置の
制振効果を得ることができる。

【０１３２】ただし、この制御ゲイン変換機能による制
御ゲインの変更が頻繁に発生すると制御上の不安定現象
を生ずる可能性があるため、例えば所定の時間の揺れを
検出し、その所定時間内で揺れの最大値が所定のしきい
値以下であれば、制御ゲイン値を高い方に変更する等の
ように、制御ゲイン変換機能は、変更が頻繁に発生しな
いような監視を行うとする。

【０１３３】また、この構造物２の揺れが急激に大きく
なった場合には、この制御ゲイン変換機能は、直ちに制
御ゲインを下げて制振装置の過大な反応を防止するとす
る。なお、本実施の形態においては、制御ゲインの変更
を判断する基準として構造物２の揺れの大きさを用いて
いるが、これに限定されるものではなく、振り子の揺れ
の大きさ、又は構造物２の揺れの大きさと振り子の揺れ
の大きさの双方を基準として制御ゲインを変更してもよ
い。

【０１３４】また、この制御ゲイン変換機能は、例えば
偶力制御装置１１や振幅制御装置に付加するとしてもよ
いし、専用のハードウェアによるとしてもよい。（第８の実施の形態）本実施の形態においては、減衰装
置の減衰定数の非線型性を考慮して制御ゲインを変更す
る制振装置について説明する。ここでは、減衰装置にオ
イルダンパが用いられている場合を例として説明する
が、これに限定されるものではなく、様々な減衰装置に
対して同様に適用することができる。

【０１３５】先に述べた第１乃至第７の実施の形態に係
る制振装置において、オイルダンパ５は構造物２の揺れ
を抑制させるための重要な要素であるが、一般的なオイ
ルダンパ５の減衰定数（振り子運動の揺れの速度に比例
して発生する力との比例定数）は、非線形性があり、揺
れの小さい範囲では大きく、揺れの大きい範囲では小さ
くなる。すなわち、オイルダンパ５は、振り子の揺れの
大きさによって減衰効果が変化する。

【０１３６】このオイルダンパ５による減衰効果の変化
を補うのが、（６）式及び（７）式における右辺第２項
であり、その大きさは制御ゲインＧ₂ により決定され
る。従って、この制御ゲインＧ₂ を変更することによ
り、オイルダンパ５の減衰効果の変化を補うことが可能
である。

【０１３７】当該制御ゲインＧ₂ を変更する場合の処理
は、第９の実施の形態における制御ゲイン変更機能処理
と同様に行うが、本実施の形態の場合には、図１４に示
すように、振り子の揺れの大きさによって制御ゲインＧ
₂ を変更する。すなわち、本実施の形態においては、制
御ゲインＧ₂ の変更のリファレンス信号として、振り子
の揺れの大きさを用いる。なお、本実施の形態において
は、振り子の振動周波数はほぼ単一と考えられるから、
制御ゲインＧ₂ の変更のリファレンス信号としては、振
り子の揺れの大きさに代えて、例えば重り１の変位、速
度、加速度等を用いてもよい。

【０１３８】以上のように、本実施の形態によれば、振
り子の揺れの大きさに対応して制御ゲインＧ₂ を変更す
ることで、オイルダンパ５等のような減衰装置の減衰定
数の変化に影響されずに、構造物２の揺れを抑制するこ
とができる。

【０１３９】ゆえに、振り子の揺れの大きさに関係な
く、常に最適な制振効果を得ることができる。また、構
造物２の揺れの特性が、揺れる方向によって異なる場合
においても、各方向で制御ゲインＧ₂ を個別に設定する
ことにより、揺れる方向に関係なく制振効果を発揮する
ことができる。

【０１４０】さらに、この制御ゲイン制御ゲインＧ₂ を
設定する機能は、例えば偶力制御装置１１や振幅制御装
置に付加するとしてもよいし、専用のハードウェアによ
るとしてもよい。

【０１４１】（第９の実施の形態）第３乃至第６の実施
の形態等で示したように、偶力発生装置６又は振幅増減
装置のような駆動機構や、偶力制御装置１１又は振幅制
御装置のような制御機構を制振装置に設置した場合に
は、常に電力を消費する。

【０１４２】従って、当該制振装置が、発生確率の低い
風揺れ等を制振対象とする場合に、この制振装置を常時
運転するのは不経済となる。そこで、本実施の形態にお
いては、外部からのトリガー信号により、制振準備、制
振実行、制振停止の３段階の状態に変化することで、消
費電力を低減させる制振装置について説明する。

【０１４３】この３段階の状態のうち、制振準備とは、
制御機構が駆動機構に準備をさせてスタンバイしている
状態をいう。この制振準備の具体例としては、偶力発生
装置６を有する制振装置においては、回転子６ｂが起動
して一定回転しているが軸６ｃは歳差運動をしていない
状態をいい、振幅増減装置を有する制振装置において
は、可動重り７の位置を検出して予め可動域の中央にこ
の可動重り７を待機させ、減速機付きサーボモータ１０
が生きている状態にしておく（駆動機構のイニシャリン
グを行っておく）状態をいう。

【０１４４】次に、制振実行とは、制振装置が制振動作
を行っており、構造物２の揺れを制振している状態をい
う。次に、制振停止とは、偶力発生装置６や振幅増減装
置の全ての動作を停止した状態をいい、具体例として
は、偶力発生装置６を有する制振装置においては、回転
子６ｂの回転を停止させた状態をいい、振幅増減装置を
有する制振装置においては、減速機付きサーボモータ１
０のサーボを解除した状態をいう。

【０１４５】図１５は、本実施の形態に係る３段階の状
態の切り換え条件の一例を示す図であり、構造物２の風
揺れ制振を目的とする制振装置の場合を例として示して
いる。なお、ここでは偶力制御装置において３段階の切
り換えを行う場合を例として説明しているが、振幅増減
装置において３段階の切り換えを行う場合にも同様の処
理が行なわれる。

【０１４６】この例においては、まず、構造物２の上部
に設置した風速計１５によって風速を監視し、１０分間
の平均風速が１０ｍ／ｓを越えると自動的に制振停止か
ら制振準備に状態が遷移し、偶力発生装置６の回転子６
ｂが回転を始める。

【０１４７】次に、構造物２の揺れを検出している構造
物揺れ検出センサ１６による検出値が１５ｍｍの揺れを
越えると制振準備から制振実行に状態が遷移し、構造物
２の揺れが１０分間に亙って１０ｍｍ以下になった場合
に、制振実行から制振準備に状態が遷移し、再び制振実
行への条件が成り立つと制振実行に状態が遷移する。

【０１４８】そして、制振準備の状態において、風速計
１５による１０分間の平均風速が２０分間に亙って風速
８ｍ／ｓ以下になった場合に、制振停止に状態が遷移す
る。以上のように、本実施の形態に係る３段階の状態を
制振装置に適用することにより、制振動作が必要とされ
る場合にのみ構造物２の制振がなされるため、通常時の
消費電力を大幅に低減させることができ、この制振装置
の運転経費を節約することができる。

【０１４９】なお、３段階の動作の遷移条件は、上記の
ものに限定されず、様々な条件が適用できる。例えば上
記のように風速計１５を用いることなく、図１６に示す
ように他の条件を用いてもよい。

【０１５０】この他の条件においては、構造物揺れ検出
センサ１６のみが用いられており、１０分間の平均の揺
れが５ｍｍを越えると自動的に制振停止から制振準備に
状態が遷移し、次に、構造物揺れ検出センサ１６による
検出値が１５ｍｍの揺れを越えると制振準備から制振実
行に状態が遷移し、構造物２の揺れが１０分間に亙って
１０ｍｍ以下になった場合に、制振実行から制振準備に
状態が遷移し、さらに、制振準備の状態において、１０
分間の平均の揺れが２０分間に亙って４ｍｍ以下になっ
た場合に、制振停止に状態が遷移している。

【０１５１】上記の例においては、３段階の状態変化の
リファレンス信号として揺れの変位を用いているが、こ
れに限定されるものではなく、例えば揺れの速度、加速
度を用いてもよい。

【０１５２】（第１０の実施の形態）第１乃至第９の実
施の形態に係る制振装置においては、構造物２の揺れを
制限する制振機能のみを有するものであったが、本実施
の形態に係る制振装置は、制振機能に加えて、構造物２
の揺れの特性を調査するために構造物２を積極的に加振
する加振機能を付加した制振装置について説明する。

【０１５３】例えば、高層建物の試験塔等においては、
強い風揺れを模擬して居住者や機器に及ぼす影響を調査
することがある。また、一般の構造物では構造物そのも
のの状態により揺れの固有振動数や減衰状態が微妙に異
なる場合がある。

【０１５４】このような場合、構造物２の揺れの特性を
調査するために、構造物２を積極的に加振する必要があ
る。図１７は、本実施の形態に係る制振装置の加振機能
を示すブロック図であり、偶力制御装置にこの加振機能
を備えた場合を例として示しているが、振幅制御装置に
も同様に備えることで、同様の作用及び効果が得られ
る。

【０１５５】構造物揺れ検出センサ１６、振り子揺れ検
出センサ１９、正弦波発生器２０より出力された各信号
は、Ａ／Ｄ変換器１２を介してデジタル計算機１３に出
力される。

【０１５６】このデジタル計算機１３においては、制振
機能が動作する場合には、構造物揺れ検出センサ１６か
らの信号及び振り子揺れ検出センサ１９からの信号に基
づいて、各減速機付きサーボモータ６ｆ又は１０等のよ
うな駆動機構（図１７においては減速機付きサーボモー
タ６ｆ）を制御するための信号が求られ、この求められ
た信号はＤ／Ａ変換器１４を介して各減速機付きサーボ
モータ６ｆ又は１０に出力される。

【０１５７】これに対し、このデジタル計算機１３の加
振機能が動作する場合には、デジタル計算機１３は、ま
ず入力する信号を切り換えて正弦波発生器２０からの信
号を入力し、次にこの正弦波発生器２０からの信号に基
づいた制御演算を実行して各減速機付きサーボモータ６
ｆ又は１０を制御するための信号を求め、そして、この
制御信号をＤ／Ａ変換器１４を介して各減速機付きサー
ボモータ６ｆ又は１０に出力する。

【０１５８】この制振装置の加振機能によって構造物２
を加振する場合には、この加振の周波数を構造物２の固
有周波数又は振り子の固有周波数と一致させることによ
り、大きく構造物２を揺らすことができる。

【０１５９】以上のように、本実施の形態に係る制振装
置においては、制振機能のみではなく、任意の周波数で
構造物２を揺らす加振機能を有しているため、試験等の
ために構造物２の揺れを増幅させることができる。

【０１６０】なお、本実施の形態に係る制振装置におい
ては、正弦波信号を正弦波発生器２０によって発生させ
ているが、これに限定されるものではなく、例えばデジ
タル計算機１３の内部で正弦波信号を作成するとしても
よい。

【０１６１】（第１１の実施の形態）本実施の形態にお
いては、第１乃至第１０の実施の形態に係る制振装置と
同様の構成に加えて、一端が重り１に接続され、他端が
静止端に接続され、振り子運動による重り１の変位を抑
制する力を発生する変位抑制装置又は振り子運動による
重り１の変位を増加する力を発生する変位増加装置を付
加した制振装置について説明する。

【０１６２】図１８は、本実施の形態に係る制振装置の
構成を示す正面図であり、図６と同様な条件で示されて
おり、図６と同一の部分には同一の符号を付してその説
明を省略する。

【０１６３】この制振装置の重り１の下部の凸部１ａに
は、上方又は下方より重り１を見た場合のほぼ対角方向
に、４つのオイルダンパ５が設置されているが、これと
同様に変位抑制装置であるバネ２１も設置されている。

【０１６４】図１７においてはこの状態を簡略化し、正
面側の２つのオイルダンパ５及び正面側の２つのバネ２
１のみを示している。すなわち、各バネ２１は、一端が
ヒンジ４を介して重り１の下部の凸部１ａと接続されて
おり、他端がヒンジ４を介して静止端と接続されてい
る。

【０１６５】ここで、重り１を吊る各腕３のヒンジ４同
士の間隔をＬ、バネ２１の全体バネ定数をｋ、重力加速
度をｇとし、さらに円周率をπ、振り子の重り１の質量
をｍとすると、この振り子の固有振動数ｆ（Ｈｚ）は、
重り１の振幅が小さい場合、下記の（８）式で示され
る。

【０１６６】

【数３】

【０１６７】すなわち、バネ２１により振り子の固有振
動を調整することができ、例えば構造物２の第１の方向
と第２の方向とで固有振動数が異なる場合には、バネ２
１を調整することによって構造物２の固有振動数が調整
できる。この変位抑制装置を設けることにより、振り子
運動の周期を小さくすることができる。

【０１６８】さらに、図１９の制振装置においては、腕
３の上部に磁力発生装置２２を設け、さらに腕３の周り
も磁力発生装置２３を設けて、上記の（８）式において
ｋの値が負となるような装置、すなわち重り１の変位を
増加させる力を発生する変位増加装置を備えており、こ
の変位増加装置によって、振り子の固有振動を大きくす
ることができる。

【０１６９】ここで、固有振動を大きくすること、すな
わち振り子運動の周期を大きくすることは、振り子の腕
３の長さＬを大きくするのと同様の効果がある。従っ
て、振り子の腕の長さＬが構造物２の制約により長くと
れない場合等にも十分な制振効果を得ることができる。

【０１７０】なお、本実施の形態に係る制振装置におい
ては、変位抑制装置の例としてバネ２１を用いている
が、これに限定されるものではなく、例えばゴム等の他
の弾性体をもちいてもよい。

【０１７１】また、本実施の形態に係る制振装置におい
ては、変位増加装置の例として磁力発生装置２２、２３
を用いているが、これに限定されるものではなく、他の
手法によって変位増加装置を実現してもよい。

【０１７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の制振装置
においては、腕に複数の関節を設け、この腕によってタ
ワーやビル等のような構造物に重りを吊るして振り子を
構成し、構造物の揺れによって発生する振り子の振り子
運動の速度に比例した減衰力を与える減衰手段を振り子
に備えることで、構造物の揺れの周波数がランダムな場
合においても構造物の振幅を適切に抑制可能としてい
る。

【０１７３】ここで、例えば関節を腕に２つ設け、この
関節の間隔Ｌを、重力加速度をｇ、構造物の揺れの固有
周期をＴとした場合に、Ｌ＝｛Ｔ／（２π）｝² ・ｇと
すると、振り子の揺れる周期と、構造物の揺れる周期が
一致して相殺作用が得られるため、一層構造物の揺れを
抑制することができる。

【０１７４】また、減衰手段としては、例えばダンパを
用いることができるが、このダンパの減衰定数を変更可
能とすることで、一層効果的に制振が可能であり、構造
物の揺れがこの制振装置の許容範囲を越えた場合には、
ロックすることで異常事態を未然に防止することができ
る。

【０１７５】さらに、偶力発生手段や、振幅増減手段に
よって振り子を強制的に揺らすことができるため、振り
子が揺れないような小さな揺れに対しても制振効果を得
ることができ、当該制振装置を大型の構造物にも適用す
ることができる。

【０１７６】さらに、制御ゲインを変更可能とすること
により、状況に適した制振効果を得ることができる。加
えて、状態判定手段の判定結果に基づいて、制振動作を
必要としないと判定された場合に電源を切断し、制振動
作を必要とすると判定された場合に電源を入れることに
より、電力消費を抑制することができ、運用コストを下
げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施の形態に係る制振装置
を示す正面図。

【図２】図１のヒンジの構造を示す部分断面図。

【図３】構造物の揺れの状態を示す図。

【図４】制振装置による制振結果を示す図。

【図５】本発明による第２の実施の形態に係る制振装置
に設けられるダンパの構造を示す断面図。

【図６】本発明による第３の実施の形態に係る制振装置
を示す正面図及び上面図。

【図７】図６の偶力発生装置の断面図。

【図８】本発明による第４の実施の形態に係る偶力発生
装置の設置状態を示す正面図。

【図９】腕の傾きにより発生する副次的な偶力の関係を
示す図。

【図１０】本発明による第５の実施の形態に係る制振装
置を示す正面図及び上面図。

【図１１】本発明による第６の形態に係る制振装置の振
り子と偶力制御装置の配置関係を示した構造物の断面
図。

【図１２】同実施の形態に係る偶力制御装置の制御手順
を示すブロック図。

【図１３】本発明による第７の実施の形態に係る制御ゲ
イン変換機能による制御ゲインの値と構造物の揺れの大
きさの関係を示す図。

【図１４】本発明による第８の実施の形態に係る制御ゲ
イン変換機能による制御ゲインＧ₂ の値と振り子の揺れ
の大きさの関係を示す図。

【図１５】本発明による第９の実施の形態に係る３段階
の状態の切り換え条件の一例を示す図。

【図１６】同実施の形態に係る３段階の状態の切り換え
条件の他の例を示す図。

【図１７】本発明による第１０の実施の形態に係る制振
装置の加振機能を示すブロック図。

【図１８】本発明による第１１の実施の形態に係る変位
抑制装置を有する制振装置の構成を示す正面図。

【図１９】同実施の形態において、変位増加装置を有す
る制振装置の構成を示す正面図。

【符号の説明】

１…重り２…構造物３…腕４…ヒンジ５、１７、１８…オイルダンパ６…偶力発生装置７…可動重り８…ボールネジ９…軸受け１０…減速機付きサーボモータ１１…偶力制御装置１２…Ａ／Ｄ変換器１３…デジタル計算機１４…Ｄ／Ａ変換器１５…風速計１６…構造物揺れ検出センサ１９…振り子揺れ検出センサ２０…正弦波発生器２１…バネ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建物等の構造物に取付けられ、少なくと
も２個の関節を有する腕によって重りを吊るして構成さ
れる振り子と、前記構造物の揺れによって発生する前記振り子の振り子
運動の速度を減衰させる減衰手段とを具備したことを特
徴とする制振装置。
【請求項２】請求項１記載の制振装置において、前記腕には、２つの関節が設けられており、この腕の関
節の間隔をＬ、重力加速度をｇ、前記構造物の揺れの固
有周期をＴとした場合に、Ｌ＝｛Ｔ／（２π）｝² ・ｇ
の関係が成り立つように前記腕の関節を設けたことを特
徴とする制振装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の制振装置に
おいて、前記減衰手段は、一端が関節を介して前記振り子に接続
され、他端が関節を介して前記構造物に接続されたダン
パであり、当該ダンパ内部においてピストンで分割され
ている２つの圧力室間での流体の移動量を操作するため
の開閉弁を有することを特徴とする制振装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
記載の制振装置において、前記腕の関節の間に偶力発生手段を設け、当該偶力発生手段による偶力の発生を制御する偶力制御
手段を具備したことを特徴とする制振装置。
【請求項５】請求項４記載の制振装置において、前記偶力発生手段は、第１の回転駆動手段によって所定
の速度で回転される回転子と、当該回転子の回転軸を歳
差運動させる第２の回転駆動手段とからなることを特徴
とする制振装置。
【請求項６】請求項５記載の制振装置において、前記腕及び前記偶力発生手段は複数設置されており、前記各偶力発生手段のうち同一方向に偶力を発生させる
２つの偶力発生手段は、互いに前記第１の回転駆動手段
による回転方向及び前記第２の回転駆動手段による歳差
運動の方向が逆になることを特徴とする制振装置。
【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれか１項に
記載の制振装置において、前記振り子の振り子運動の振幅を増加又は減少させる振
幅増減手段と、当該振幅増減手段による振り子運動の振幅の増加量又は
減少量を制御する振幅制御手段を具備したことを特徴と
する制振装置。
【請求項８】請求項７記載の制振装置において、前記振幅増減手段は、ナット穴を有し、前記重りに設置
される少なくとも１つの可動重りと、当該各可動重りの
ナット穴に差し込まれる少なくとも１本のボールネジ
と、当該各ボールネジを回転させて前記可動重りを移動
させる少なくとも１つの第３の回転駆動手段とからなる
ことを特徴とする制振装置。
【請求項９】請求項４乃至請求項８のいずれか１項に
記載の制振装置において、前記構造物の揺れを検出する手段又は前記振り子の揺れ
を検出する手段の少なくとも一方を付加し、前記偶力制御手段又は前記振幅制御手段は、前記構造物
の揺れを検出する手段からの信号又は前記振り子の揺れ
を検出する手段からの信号の少なくとも一方に基づい
て、制御を行うことを特徴とする制振装置。
【請求項１０】請求項９記載の制振装置において、前記偶力制御手段又は前記振幅制御手段は、前記構造物
の揺れを検出する手段からの信号又は前記振り子の揺れ
を検出する手段からの信号の少なくとも一方に基づい
て、制御ゲインを複数の段階に切り換える制御を行うこ
とを特徴とする制振装置。
【請求項１１】請求項４乃至請求項１０のいずれか１
項に記載の制振装置において、前記偶力制御手段又は前記振幅制御手段は、前記偶力発
生手段又は前記振幅増減手段を、制振動作停止の状態で
ある制振停止状態とするか、制振動作実行可能な状態で
ある制振準備状態とするか、制振動作を実行している状
態である制振実行状態とするかを判定する状態判定機能
を有することを特徴とする制振装置。
【請求項１２】請求項１乃至請求項１１のいずれか１
項に記載の制振装置において、前記振り子運動による重りの変位に応じて、当該重りの
変位を抑制する力を発生する手段、又は前記振り子運動
による重りの変位に応じて、前記重りの変位を増加する
力を発生する手段の少なくとも一方を付加したことを特
徴とする制振装置。
【請求項１３】請求項４乃至請求項１２のいずれか１
項に記載の制振装置において、正弦波発生手段を付加し、前記偶力制御手段又は前記振幅制御手段は、前記正弦波
発生手段からの信号に基づいて、前記構造物の揺れを増
加させるように制御する加振機能を有することを特徴と
する制振装置。