特開 2024-56451 制震装置及び制震装置を設計する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024056451

(43)【公開日】2024-04-23

(54)【発明の名称】制震装置及び制震装置を設計する方法

(51)【国際特許分類】

   E04H 9/02 20060101AFI20240416BHJP

   E04H 9/14 20060101ALI20240416BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20240416BHJP

【ＦＩ】

E04H9/02 341A

E04H9/14 G

E04H9/02 341C

F16F15/02 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022163324

(22)【出願日】2022-10-11

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】中井 武

(72)【発明者】

【氏名】栗野 治彦

【テーマコード（参考）】

2E139

3J048

【Ｆターム（参考）】

2E139AA01

2E139AA05

2E139AB01

2E139AC14

2E139AC19

2E139AC20

2E139BA12

2E139BA22

2E139BA24

2E139BA45

2E139BA48

2E139BB02

2E139BB12

2E139BB16

2E139BB24

2E139BB43

2E139BB53

2E139BD33

3J048AD07

3J048BA24

3J048BE03

3J048BF02

3J048BF08

3J048CB22

3J048EA38

(57)【要約】

【課題】簡易な構成によって所望の制震効果を発揮する。
【解決手段】
制震装置１は、制震質量体１６ｓと、Ｘ方向における第１共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）を規定するＸ方向弾性部２と、Ｙ方向における第２共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）を規定するＹ方向弾性部３と、を備える。Ｘ方向弾性部２は、建物９１に接続されると共に制震質量体１６ｓに接続された第１主弾性要素２１と、建物９１に接続されると共に制震質量体１６ｓに接続された第１副弾性要素２２と、を有する。第１主弾性要素２１は、第１主弾性部材２１１を含む。第１副弾性要素２２は、第１副弾性部材２２１と、第１副弾性部材２２１に対して直列に接続された第１減衰部材２２２と、を含む。Ｙ方向弾性部３は、建物９１に接続されると共に制震質量体１６ｓに接続された第２主弾性要素３１と、建物９１に接続されると共に制震質量体１６ｓに接続された第２減衰要素３２と、を有する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

建物に適用される制震装置であって、
質量体と、
前記質量体と協働して第１方向における第１共振振動数を規定する第１弾性部と、
前記質量体と協働して前記第１方向と交差する第２方向における第２共振振動数を規定する第２弾性部と、を備え、
前記第１弾性部は、前記建物に接続されると共に前記質量体に接続された第１主弾性要素と、前記建物に接続されると共に前記質量体に接続された第１副弾性要素と、を有し、
前記第１主弾性要素は、第１主弾性部材を含み、
前記第１副弾性要素は、第１副弾性部材と、前記第１副弾性部材に対して直列に接続された第１減衰部材と、を含み、
前記第２弾性部は、前記建物に接続されると共に前記質量体に接続された第２主弾性要素と、前記建物に接続されると共に前記質量体に接続された第２減衰要素と、を有する、制震装置。

【請求項2】

前記第１副弾性部材は、前記建物に接続され、
前記第１減衰部材は、前記質量体に接続される、請求項１に記載の制震装置。

【請求項3】

前記第１減衰部材は、前記建物に接続され、
前記第１副弾性部材は、前記質量体に接続される、請求項１に記載の制震装置。

【請求項4】

前記第１主弾性部材は、積層ゴム構造を有する支承装置であり、
前記第１減衰部材は、オイルダンパである、請求項１～３の何れか一項に記載の制震装置。

【請求項5】

建物に適用される制震装置であって、質量体と、前記質量体と協働して第１方向における第１共振振動数（ω_Ｘ）を規定する第１弾性部と、前記質量体と協働して前記第１方向と交差する第２方向における第２共振振動数（ω_Ｙ）を規定する第２弾性部と、を備える前記制震装置を設計する方法であって、
前記建物の質量（Ｍ）と前記質量体の質量（ｍ）とを利用して、質量比（μ）を得るステップと、
前記質量比（μ）を利用して、最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）を得るステップと、
前記建物の第１方向における第１固有振動数（Ω_Ｘ）に応じた前記制震装置の第１最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）を得るステップと、
前記建物の前記第１方向に交差する第２方向における第２固有振動数（Ω_Ｙ）に応じた前記制震装置の第２最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）を得るステップと、
前記最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）及び前記第１最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）を用いて、前記第１弾性部を構成する第１主弾性要素のバネ定数（ｋ_Ｘ）と、前記第１弾性部を構成する第１副弾性要素であって、前記第１副弾性要素に含まれる第１副弾性部材のバネ定数（ｋ_Ｘ’）と第１減衰部材の減衰係数（ｃ_Ｘ）と、を得るステップと、
前記第２最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）を用いて前記第２弾性部を構成する第２主弾性要素のバネ定数（ｋ_Ｙ）を得ると共に、前記最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）を用いて前記第２弾性部を構成する第２減衰要素の減衰係数（ｃ_Ｙ）を得るステップと、を有する、制震装置を設計する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制震装置及び制震装置を設計する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地震や強風によって建物が加震されたときに、建物に生じる振動の振幅や加速度を低減する技術として、同調質量ダンパ（Tuned Mass Damper）が知れている。同調質量ダンパは、建物の固有振動数に同調させるように設定された共振振動数と、錘の振動を抑制するよう適切に設定された減衰定数を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－２０８１８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

制震の対象となる建物などは、振動が作用する方向によって固有振動数が異なることがある。例えば、建物の平面形状が矩形であった場合には、長辺方向の固有振動数と短辺方向の固有振動数とが互いに異なる。同調質量ダンパは、同調させた固有振動数付近でのみ制震効果を発揮するが、復元力要素が等方的な場合は平面二方向の共振振動数を異なる値に設定できない。従って、例えば、建物の長辺方向と短辺方向の固有周期が大きく異なる状況において、同調質量ダンパの共振振動数を長辺方向の固有振動数に同調させた場合には、短辺方向に作用する振動に対して制震の効果を十分に発揮できない。

【0005】

制震の対象物が互いに直交する２方向に異なる固有振動数を有する場合には、それぞれの固有振動数の中間値に同調質量ダンパの共振振動数を設定することがある。しかし、このような設定では、同調質量ダンパの共振振動数は、それぞれの方向における固有振動数には厳密に一致していないので、所望の制震効果が得られないことがある。特許文献１は、互いに直交する２つの方向のそれぞれにおいて、周期調整を行うことが可能な制震装置を開示する。この装置によれば、２方向での固有周期調整が行える結果、建物の２方向の応答を低減させることができる。

【0006】

同調質量ダンパは、大規模の建物への適用だけでなく、近年は中規模の建物への適用も進んでいる。さらには、ビルといった建物に留まらず、橋梁といった土木構造物などへも適用されている。これらの新たな制震対象物へ制震装置を適用するにあっては、制震装置の構成をさらに簡易にすることが望まれている。

【0007】

そこで、本発明は、簡易な構成によって所望の制震効果を発揮することができる制震装置及び制震装置を設計する方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一形態は、建物に適用される制震装置である。制震装置は、質量体と、質量体と協働して第１方向における第１共振振動数を規定する第１弾性部と、質量体と協働して第１方向と交差する第２方向における第２共振振動数を規定する第２弾性部と、を備える。第１弾性部は、建物に接続されると共に質量体に接続された第１主弾性要素と、建物に接続されると共に質量体に接続された第１副弾性要素と、を有する。第１主弾性要素は、第１主弾性部材を含む。第１副弾性要素は、第１副弾性部材と、第１副弾性部材に対して直列に接続された第１減衰部材と、を含む。第２弾性部は、建物に接続されると共に質量体に接続された第２主弾性要素と、建物に接続されると共に質量体に接続された第２減衰要素と、を有する。

【0009】

この制震装置の第１副弾性要素は、第１副弾性部材と当該第１副弾性部材に直列に接続された第１減衰部材とを含む。この第１副弾性要素によれば、第１減衰部材の減衰係数を所定の値に設定することによって、見かけ上の第１副弾性部材のバネ定数を変化させることができる。見かけ上の第１副弾性部材のバネ定数を変化によれば、第１副弾性部材を含む振動系の第１共振振動数を調整することが可能である。従って、制震装置は、第１副弾性部材に第１減衰部材を直列に接続するという簡易な構成によって、所望の制震効果を発揮することができる。

【0010】

上記の制震装置において、第１副弾性部材は、建物に接続され、第１減衰部材は、質量体に接続されてもよい。また、上記の制震装置において、第１減衰部材は、建物に接続され、第１副弾性部材は、質量体に接続されてもよい。さらに、上記の制震装置において、第１主弾性部材は、積層ゴム構造を有する支承装置であり、第１減衰部材は、オイルダンパであってもよい。これらの構成によっても、簡易な構成によって所望の制震効果を発揮することができる。

【0011】

本発明の別の形態は、建物に適用される制震装置であって、質量体と、質量体と協働して第１方向における第１共振振動数（ω_Ｘ）を規定する第１弾性部と、質量体と協働して第１方向と交差する第２方向における第２共振振動数（ω_Ｙ）を規定する第２弾性部と、を備える制震装置を設計する方法である。制震装置を設計する方法は、建物の質量（Ｍ）と質量体の質量（ｍ）とを利用して、質量比（μ）を得るステップと、質量比（μ）を利用して、最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）を得るステップと、建物の第１方向における第１固有振動数（Ω_Ｘ）に応じた制震装置の第１最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）を得るステップと、建物の第１方向に交差する第２方向における第２固有振動数（Ω_Ｙ）に応じた制震装置の第２最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）を得るステップと、最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）及び第１最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）を用いて、第１弾性部を構成する第１主弾性要素のバネ定数（ｋ_Ｘ）と、第１弾性部を構成する第１副弾性要素であって、第１副弾性要素に含まれる第１副弾性部材のバネ定数（ｋ_Ｘ’）と第１減衰部材の減衰係数（ｃ_Ｘ）と、を得るステップと、第２最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）を用いて第２弾性部を構成する第２主弾性要素のバネ定数（ｋ_Ｙ）を得ると共に、最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）を用いて第２弾性部を構成する第２減衰要素の減衰係数（ｃ_Ｙ）を得るステップと、を有する。

【0012】

この方法によれば、簡易な構成によって所望の制震効果を発揮することができる制震装置を設計することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、簡易な構成によって所望の制震効果を発揮することができる制震装置及び制震装置を設計する方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、制震装置を設置した建物を示す斜視図である。

【図2】図２は、制震装置の構造を示す分解斜視図である。

【図3】図３（ａ）は、図２に示す制震装置をＹ方向からみた側面図である。図３（ｂ）は、図２に示す制震装置をＸ方向からみた別の側面図である。

【図4】図４は、図２に示す制震装置をＺ方向からみた平面図である。

【図5】図５は、図２に示す制震装置を力学モデルとして示す図である。

【図6】図６（ａ）は、図２に示す制震装置においてＸ方向の力学モデルを示す図である。図６（ｂ）は、図２に示す制震装置においてＹ方向の力学モデルを示す図である。

【図7】図７は、制震装置を設計する方法の主要な工程を示すフローチャートである。

【図8】図８（ａ）は、変形例の制震装置をＹ方向からみた側面図である。図８（ｂ）は、変形例の制震装置をＸ方向からみた側面図である。

【図9】図９（ａ）は、さらに別の変形例である制震装置をＹ方向からみた側面図である。図９（ｂ）は、さらに別の変形例である制震装置をＸ方向からみた側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0016】

＜制震装置＞
図１に示すように、制震装置１は、建物９１に適用する。制震装置１は、地震等により基礎９２から建物９１に振動が印可されたときに生じる建物９１の揺れ又は加速度を抑制する。具体的には、制震装置１は、第１方向における建物９１の揺れ又は加速度を抑制すると共に、第２方向における建物９１の揺れ又は加速度を抑制する。

【0017】

ここで、第１方向は、第２方向と交差しており、一例として第１方向は、第２方向に対して直交する。以下の説明において、第１方向をＸ方向とし、第２方向をＹ方向と呼ぶ。つまり、制震装置１は、Ｘ方向における建物９１の揺れ又は加速度を抑制すると共に、Ｙ方向における建物９１の揺れ又は加速度を抑制する。

【0018】

建物９１は、方向ごとに構造的な特性が異なることがある。例えば、建物９１を平面視したとき、矩形であるとする。つまり、建物９１の一辺（長辺）は、別の辺（短辺）よりも長い。このような形状を有する建物９１は、長辺に沿う方向の構造特性と、短辺に沿う方向の構造特性が異なる。構造特性とは、例えば、加振に対する応答性である。具体的には、建物９１は、長辺方向の固有振動数と、短辺方向の固有振動数とは、互いに異なる。以下の説明において、建物９１の構造的特性は、固有振動数の用語を用いて説明する。

【0019】

制震装置１は、互いに異なる方向において、それぞれに同調可能な共振振動数を設定できる。つまり、制震装置１は、長辺方向（Ｘ方向）の建物９１の固有振動数に同調する最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}：第１最適共振振動数）を設定でき、短辺方向（Ｙ方向）の固有振動数に同調する最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}：第２最適共振振動数）を設定できる。これら制震装置１において、Ｘ方向の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）とＹ方向の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）とは、互いに独立に設定可能である。従って、制震装置１は、長辺方向及び短辺方向のそれぞれにおいて、同調ずれを解消できる。

【0020】

図２は、図１に示す制震装置１の分解斜視図である。図３（ａ）は、図２に示す制震装置をＹ方向からみた側面図である。図３（ｂ）は、図２に示す制震装置をＸ方向からみた別の側面図である。図４は、図２に示す制震装置をＺ方向からみた平面図である。制震装置１は、支持フレーム１１と、４個の第１支承装置１２と、２個の第２支承装置１３と、２個の第１減衰装置１４と、２個の第２減衰装置１５と、錘１６（質量体）と、を有する。なお、上記装置の数は例示であるから、制震装置１が備えるこれらの装置の数は、適宜変更が可能である。

【0021】

支持フレーム１１は、制震装置１の基礎体であり、建物９１に対して固定される。この固定態様は、剛体であり支持フレーム１１と建物９１との固定箇所は、剛体とみなし、制震特性に有意な影響を及ぼさないものとする。図２に示す支持フレーム１１の形状は、平板であるが、この形状に限定されない。支持フレーム１１は、制震特性に有意な影響を及ぼさない剛体とみなせる形状、構造を適宜採用してよい。

【0022】

第１支承装置１２は、支持フレーム１１及び錘１６に固定されている。制震装置１は、４個の第１支承装置１２を含み、それぞれの第１支承装置１２は、支持フレーム１１に対して矩形の角部に対応する位置に配置されている。第１支承装置１２は、支持フレーム１１に固定される下部固定面１２１と、錘１６に固定される上部固定面１２２と、下部固定面１２１及び上部固定面１２２との間に配置したせん断変形部１２３と、を有する。

【0023】

下部固定面１２１及び上部固定面１２２における固定箇所は、剛体とみなし、制震特性に有意な影響を及ぼさないものとする。第１支承装置１２は、錘１６を支持する。第１支承装置１２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに変形可能である。この変形とは、下部固定面１２１に対して上部固定面１２２の位置が、Ｘ方向及び／又はＹ方向にずれることをいう。この変形は、例えば、積層ゴム構造を有するせん断変形部１２３によってなされる。そして、第１支承装置１２は、Ｘ方向への変形のしやすさと、Ｙ方向への変形のしやすさに、有意な差異がない。換言すると、第１支承装置１２は、Ｘ方向のバネ定数と、Ｙ方向のバネ定数とに有意な差異がない。なお、第１支承装置１２は、積層ゴム、転がり支承、すべり支承、球面すべり支承等の構造を採用してよい。

【0024】

第２支承装置１３は、錘１６及び第１減衰装置１４に固定されている。単体の第２支承装置１３の具体的な構成について、単体の第１支承装置１２と共通する内容は詳細な説明を省略する。

【0025】

制震装置１は、２個の第２支承装置１３を含み、それぞれの第２支承装置１３は、支持フレーム１１に対してＹ方向に沿って並んでいる。第２支承装置１３は、第１減衰装置１４に連結される下部固定面１３１と、錘１６に固定される上部固定面１３２と、下部固定面１３１及び上部固定面１３２との間に配置したせん断変形部１３３と、を有する。

【0026】

第１支承装置１２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに変形可能であった。従って、後に説明する制震装置１の力学モデルにおいて、第１支承装置１２は、Ｘ方向の力学モデルに現れるし（図６（ａ）参照）、Ｙ方向の力学モデルにも現れる（図６（ｂ）参照）。一方、第２支承装置１３は、Ｘ方向に変形可能であり、Ｙ方向には変形しないとする。従って、後に説明する制震装置の力学モデルにおいて、第２支承装置１３は、Ｘ方向の力学モデルにのみ現れ（図６（ａ）参照）、Ｙ方向の力学モデルには現れない（図６（ｂ）参照）。

【0027】

本実施形態の第２支承装置１３は、下部固定面１３１が支持フレーム１１に固定されていることを要しない。本実施形態では、第２支承装置１３の下部固定面１３１は、支持フレーム１１に接していないとして説明する。なお、第２支承装置１３の下部固定面１３１が支持フレーム１１に接している例示については、変形例として後述する。

【0028】

第１減衰装置１４は、支持フレーム１１及び第２支承装置１３に固定されている。第１減衰装置１４は、減衰係数を所望の値に設定可能な構成であれば、任意の装置を採用してよい。例えば、第１減衰装置１４として線形のオイルダンパを用いてもよい。第１減衰装置１４は、例えば、Ｘ方向に沿って並ぶ一対の第１支承装置１２の間に配置されている。第１減衰装置１４は、支持フレーム１１に固定される固定端１４１と、第２支承装置１３に固定される固定端１４２、減衰力を発生する減衰力発生部１４３と、を有する。減衰力発生部１４３は、固定端１４１、１４２の相対的な速度差に比例する減衰力を生じる。第１減衰装置１４は、Ｘ方向に沿った減衰力を生じるように、軸線がＸ方向と平行になるように配置されている。

【0029】

第２減衰装置１５は、支持フレーム１１及び錘１６に固定されている。第２減衰装置１５は、例えば、Ｙ方向に沿って並ぶ一対の第１支承装置１２の間に配置されている。第２減衰装置１５は、支持フレーム１１に固定される固定端１５１と、錘１６に固定される固定端１５２と、減衰力を発生する減衰力発生部１５３と、を有する。第２減衰装置１５は、Ｙ方向に沿った減衰力を生じるように、軸線がＹ方向と平行になるように配置されている。

【0030】

Ｘ方向の共振振動数（ω_Ｘ）は、錘１６の質量、第１支承装置１２のバネ定数、第２支承装置１３のバネ定数及び第１減衰装置１４の減衰係数に基づく。つまり、Ｘ方向の共振振動数（ω_Ｘ）は、第１減衰装置１４の影響を受ける。換言するとＸ方向の共振振動数（ω_Ｘ）は、錘１６の質量、第１支承装置１２のバネ定数及び第２支承装置１３のバネ定数だけでは定まらず、第１減衰装置１４の減衰係数が決まることによって定まる。第１減衰装置１４の減衰係数は、第２支承装置１３のバネ定数に影響を及ぼす。第１減衰装置１４の減衰係数の影響を受けた第２支承装置１３のバネ定数を、「見かけのバネ定数（αｋｘ’）」とも称する。

【0031】

一方、Ｙ方向の共振振動数（ω_Ｙ）は、錘１６の質量及び第１支承装置１２のバネ定数に基づく。つまり、Ｙ方向の共振振動数（ω_Ｙ）は、第２減衰装置１５の影響を実質的に受けない。

【0032】

＜制震装置の力学モデル＞
以下、図１に示した制震装置１の力学特性について、図５及び図６に示す力学モデルを参照しながら、さらに詳細に説明する。

【0033】

制震装置１は、第１減衰部材２２２の減衰係数（ｃ_Ｘ）に基づく減衰力によって、Ｘ方向における「みかけの剛性」を高める。「みかけの剛性」を所望の値に設定することにより、制震装置１におけるＸ方向の共振振動数（ω_Ｘ）を制御して建物９１に同調させることができる。換言すると、制震装置１におけるＸ方向の共振振動数（ω_Ｘ）を高めて建物９１の固有振動数（Ω_Ｘ）に合わせることができる。本実施形態では、第１の方向であるＸ方向が短周期である。第２の方向であるＹ方向が長周期である。

【0034】

この場合には、Ｙ方向における第２減衰部材３２１の減衰係数（ｃ_Ｙ）よりも、Ｘ方向における第１減衰部材２２２の減衰係数（ｃ_Ｘ）を大きく設定することとしてもよい。

【0035】

制震装置１は、建物９１である対象物質量体９１ｓに取り付けられる。制震装置１は、制震質量体１６ｓと、Ｘ方向弾性部２（第１弾性部）と、Ｙ方向弾性部３（第２弾性部）と、を有する。Ｘ方向弾性部２は、制震質量体１６ｓを対象物質量体９１ｓにＸ方向に連結する。Ｙ方向弾性部３は、制震質量体１６ｓを対象物質量体９１ｓにＹ方向に連結する。Ｘ方向弾性部２及びＹ方向弾性部３は、互いに影響を及ぼさない。つまり、制震質量体１６ｓ及びＸ方向弾性部２によって構成されるＸ方向振動系は、制震質量体１６ｓ及びＹ方向弾性部３によって構成されるＹ方向振動系に対して独立している。

【0036】

制震質量体１６ｓは、建物９１に対して水平方向に移動可能である。具体的には、制震質量体１６ｓは、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能である。制震質量体１６ｓは、図１に示す錘１６に対応する。制震質量体１６ｓの質量は、質量（ｍ）として示す。

【0037】

対象物質量体９１ｓは、図１に示す建物９１に対応する。対象物質量体９１ｓの質量は、質量（Ｍ）として示す。

【0038】

Ｘ方向弾性部２は、第１主弾性要素２１と、第１副弾性要素２２と、を有する。第１主弾性要素２１は、第１主弾性部材２１１を含む。第１副弾性要素２２は、第１副弾性部材２２１と、第１減衰部材２２２と、を有する。

【0039】

第１主弾性部材２１１は、図１に示す４個の第１支承装置１２に対応する。第１主弾性部材２１１は、一端が対象物質量体９１ｓに連結され、他端が制震質量体１６ｓに連結される。第１主弾性部材２１１は、固有バネ定数（ｋ_Ｘ）を有する。

【0040】

第１副弾性部材２２１は、図１に示す２個の第２支承装置１３に対応する。第１副弾性部材２２１は、一端が対象物質量体９１ｓに連結され、他端が第１減衰部材２２２に連結される。第１副弾性部材２２１は、固有のバネ定数（ｋ_Ｘ’）を有する。

【0041】

第１副弾性部材２２１として、第２支承装置１３を採用する理由として、荷重変形の関係における線形性が高いことが挙げられる。さらに、第２支承装置１３を採用する理由として、第２支承装置１３は、繰り返し加振に対する耐久性が高いこと、許容変形量が大きいこと、接続部の設計が容易である点も挙げられる。

【0042】

なお、第１副弾性部材２２１は、第２支承装置１３に限定されない。例えば、第１副弾性部材２２１として、防舷材のようなゴム材料や金属バネを採用してもよい。金属バネとしては、コイルバネ、板バネ、皿バネ及びトーションバーなどが例示できる。

【0043】

第１減衰部材２２２は、図１に示す２個の第１減衰装置１４に対応する。第１減衰部材２２２は、固有の減衰係数（ｃ_ｘ）を有する。第１減衰部材２２２は、一端が第１副弾性部材２２１に連結され、他端が制震質量体１６ｓに連結される。第１減衰部材２２２は、第１副弾性部材２２１の両端の速度差に対応する減衰力を発生させる。第１減衰部材２２２は、減衰器としての機能に加えて、第１副弾性部材２２１の固有バネ定数（ｋ_Ｘ’）を調整し、見かけのバネ定数（調整バネ定数（αｋｘ’））を得る機能を併せ持っている。

【0044】

なお、本実施形態では、第１副弾性部材２２１が制震質量体１６ｓに連結され、第１減衰部材２２２が対象物質量体９１ｓに連結されていた。この接続構成は逆でもよい。つまり、第１副弾性部材２２１が対象物質量体９１ｓに連結され、第１減衰部材２２２が制震質量体１６ｓに連結される構成でもよい。

【0045】

また、第１副弾性部材２２１及び第１減衰部材２２２を含む力学系であるＸ方向弾性部２は、調整弾性部と称することもできる。調整弾性部は、調整バネ定数（αｋｘ’）を有する。調整バネ定数（αｋｘ’）は、第１副弾性部材２２１の固有バネ定数（ｋ_Ｘ’）が第１減衰部材２２２によって調整されたものである。

【0046】

さらに、オイルダンパといった第１減衰部材２２２に対して、直列にバネ要素である第１副弾性部材２２１を接続した構成を、一般にＭａｘｗｅｌｌモデルと称する。Ｍａｘｗｅｌｌモデルは静的な荷重に対しては、抵抗力を発生しない。その一方で、動的な荷重に対しては抵抗力を発揮する。言い換えると、第１副弾性部材２２１と第１減衰部材２２２とを含むＭａｘｗｅｌｌモデルは、振動状態において見かけのバネ定数（動的な剛性）を有する。Ｍａｘｗｅｌｌモデルを付加したＸ方向の共振振動数（ω_Ｘ）は、付加しないＹ方向の共振振動数（ω_Ｙ）よりも高くなる。その結果、制震装置１の二方向の固有周期を別々に設定することが可能になる。つまり、Ｘ方向の第１減衰部材２２２（オイルダンパ）に直列に第１副弾性部材２２１（バネ要素）を配置することによって、制震装置１の二方向異周期問題を解決することができる。この場合には、第１副弾性部材２２１（バネ要素）の剛性（バネ定数）と第１減衰部材２２２（オイルダンパ）の減衰係数を適切に設定することで、Ｘ方向の共振振動数（ω_Ｘ）、Ｙ方向の共振振動数（ω_Ｙ）及び等価減衰定数を個別に設定する。

【0047】

Ｙ方向弾性部３は、第２主弾性要素３１と、第２減衰要素３２と、を有する。第２主弾性要素３１は、第２主弾性部材３１１を含む。第２減衰要素３２は、第２減衰部材３２１を有する。

【0048】

第２主弾性部材３１１は、図１に示す４個の第１支承装置１２に対応する。第２主弾性部材３１１は、一端が対象物質量体９１ｓに連結され、他端が制震質量体１６ｓに連結される。第２主弾性部材３１１は、固有バネ定数（ｋ_Ｙ）を有する。

【0049】

第２減衰部材３２１は、図１に示す２個の第２減衰装置１５に対応する。第２減衰部材３２１は、固有の減衰係数（ｃ_Ｙ）を有する。第２減衰部材３２１は、一端が制震質量体１６ｓに連結され、他端が対象物質量体９１ｓに連結される。第２減衰部材３２１は、第２主弾性部材３１１の両端の速度差に対応する減衰力を発生させる。また、第２減衰部材３２１は、減衰器としての機能を有する。

【0050】

＜制震装置を設計する方法＞
次に、制震装置１を設計する方法について説明する。制震装置１の設計とは、つまり、図５及び図６の力学モデルに示す第１主弾性部材２１１のバネ定数（ｋ_Ｘ）、第１副弾性部材２２１のバネ定数（ｋ_Ｘ’）及び第１減衰部材２２２の減衰係数（ｃ_Ｘ）を求めることである。さらに、制震装置１の設計とは、第２主弾性部材３１１のバネ定数（ｋ_Ｙ）及び第２減衰部材３２１の減衰係数（ｃ_Ｙ）を求めることである。図７は、制震装置１を設計する方法の主要な工程を示すフローチャートである。

【0051】

まず、質量比（μ）を得る（ステップＳ１）。質量比（μ）は、式（１）に示すように、錘１６（制震質量体１６ｓ）の質量〔ｍ〕と建物９１（対象物質量体９１ｓ）の質量〔Ｍ〕との比率である。まず、錘１６の質量（ｍ）を設定する。質量（ｍ）は、所望の制震性能や、制震装置１の設置場所の広さ、建物９１の構造強度などを総合的に判断して決定してよい。錘１６の質量（ｍ）が決まれば、質量比（μ）は、式（１）により得られる。

【数1】

【0052】

次に、最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）を得る（ステップＳ２）。最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）は、式（２）に示すように、質量比（μ）に基づいて算出される。つまり、最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）は、錘１６の質量（ｍ）と建物９１の質量（Ｍ）とによって決まるので、Ｘ方向及びＹ方向で共通である。

【数2】

【0053】

次に、Ｘ方向の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）を得る（ステップＳ３）。最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）は、建物９１におけるＸ方向の固有振動数（Ω_Ｘ）に基づいて設定する。以下の説明において、Ｘ方向の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）は、Ｙ方向の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）よりも高いとする。つまり、建物９１の周期は、Ｘ方向が短周期側であり、Ｙ方向が長周期側であるとする。Ｘ方向の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）は、Ｘ方向に対して一般的な同調質量ダンパの最適設定式を用いて算出してよい。最適設定式として、例えば、式（３）を用いてよい。なお、式（３）におけるΩ_Ｘは、建物９１のＸ方向の固有振動数である。

【数3】

【0054】

次に、Ｙ方向の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）得る（ステップＳ４）。Ｙ方向の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）は、Ｙ方向に対して一般的な同調質量ダンパの最適設定式を用いて算出してよい。最適設定式として、例えば、式（４）を用いてよい。なお、式（４）におけるΩ_Ｙは、建物９１のＹ方向の固有振動数である。

【数4】

【0055】

付言すると、通常の設計では、式（３）及び式（４）によって制震装置１におけるＸ方向の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）と、Ｙ方向の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）と、最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）を求める。そして、それらに応じて制震装置１を構成するバネ要素の剛性と減衰要素の減衰係数を定める。建物９１の平面二方向（Ｘ方向及びＹ方向）の固有振動数（Ω_Ｘ、Ω_Ｙ）が異なる場合は、当然ながら制震装置１のＸ方向の振動数、Ｙ方向の振動数及び減衰定数をそれぞれ個別に異なる値に設定する必要がある。

【0056】

まず、Ｙ方向弾性部３を構成する要素の値を決める（Ｓ５）。具体的には、ステップＳ５では、第２主弾性部材３１１のバネ定数（ｋ_Ｙ）と、第２減衰部材３２１の第２減衰係数（ｃ_Ｙ）と、を決める。Ｙ方向は、長周期側である。Ｙ方向弾性部３は、バネ要素と減衰要素とによって構成される通常の力学モデルである。そこで、長周期側の最適振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）に合うように、第２主弾性部材３１１のバネ定数（ｋ_Ｙ）を定めると共に、最適減衰定数（ｈ_{ＯＰＴ・Ｙ}）に合うように第２減衰部材３２１の第２減衰係数（ｃ_Ｙ）を定める。第２主弾性部材３１１のバネ定数（ｋ_Ｙ）は、式（５）により求めることができる。第２減衰係数（ｃ_Ｙ）は、式（６）により求めることができる。

【数5】

【数6】

【0057】

次に、Ｘ方向弾性部２を構成する要素の値を決める（Ｓ６）。具体的には、ステップＳ６では、第１主弾性部材２１１のバネ定数（ｋ_Ｘ）と、第１副弾性部材２２１のバネ定数（ｋ_Ｘ’）と、第１減衰部材２２２の第１減衰係数（ｃ_Ｘ）と、を決める。

【0058】

Ｘ方向は、短周期側である。第１主弾性部材２１１と第２主弾性部材３１１は同じ部材であるため、第１主弾性部材２１１のバネ定数（ｋ_Ｘ）は第２主弾性部材３１１のバネ定数（ｋ_Ｙ）と同じ値となる。Ｘ方向弾性部２では、「短周期側の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）と最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）に制震装置１におけるＸ方向の共振振動数と等価減衰定数を合わせる」必要がある。ただし、制震装置１の第１副弾性要素２２における第１副弾性部材２２１のバネ定数（ｋ_Ｘ’）と、第１減衰部材２２２の第１減衰係数（ｃ_Ｘ）とは、単純な式によって求めることができない。そこで、実際の設計では数値計算を用いたパラメータスタディなどによって、「短周期側の最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）と最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）に制震装置１におけるＸ方向の共振振動数と等価減衰定数を合わせる」という条件に合うような第１副弾性部材２２１のバネ定数（ｋ_Ｘ’）と、第１減衰部材２２２の第１減衰係数（ｃ_Ｘ）を探索する。

【0059】

＜作用効果＞
制震装置１は、制震質量体１６ｓと、制震質量体１６ｓと協働してＸ方向における第１共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）を規定するＸ方向弾性部２と、制震質量体１６ｓと協働してＸ方向と交差するＹ方向における第２共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）を規定するＹ方向弾性部３と、を備える。Ｘ方向弾性部２は、建物９１に接続されると共に制震質量体１６ｓに接続された第１主弾性要素２１と、建物９１に接続されると共に制震質量体１６ｓに接続された第１副弾性要素２２と、を有する。第１主弾性要素２１は、第１主弾性部材２１１を含む。第１副弾性要素２２は、第１副弾性部材２２１と、第１副弾性部材２２１に対して直列に接続された第１減衰部材２２２と、を含む。Ｙ方向弾性部３は、建物９１に接続されると共に制震質量体１６ｓに接続された第２主弾性要素３１と、建物９１に接続されると共に制震質量体１６ｓに接続された第２減衰要素３２と、を有する。

【0060】

第１副弾性要素２２は、第１副弾性部材２２１と当該第１副弾性部材２２１に直列に接続された第１減衰部材２２２とを含む。この第１副弾性要素２２によれば、第１減衰部材２２２の減衰係数（ｃ_Ｘ）を所定の値に設定することによって、見かけ上の第１副弾性要素２２のバネ定数（αｋｘ’）を変化させることができる。見かけ上の第１副弾性要素２２のバネ定数（αｋｘ’）の変化によれば、第１副弾性要素２２を含むＸ方向弾性部２の共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）を調整することが可能である。従って、制震装置１は、第１副弾性部材２２１に第１減衰部材２２２を直列に接続するという簡易な構成によって、所望の制震効果を発揮することができる。

【0061】

要するに、制震装置１は、Ｘ方向の第１減衰部材２２２に直列に第１副弾性部材２２１を配置する。その結果、設置方向であるＸ方向の見かけのばね定数を所望の値に設定することが可能であるから、Ｘ方向の共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）を高めることができる。

【0062】

制震装置１は、第１減衰部材２２２に直列に配置した第１副弾性部材２２１で制震質量体１６ｓの振幅を制御する。その結果、オイルダンパといった第１減衰部材２２２のみを設置する場合と比較して、第１減衰部材２２２の応答ストロークを小さくすることができる。応答ストロークが小さくなれば第１減衰部材２２２の製作難易度を下げることができる。さらに、既存建物の制震改修時に、既設エレベータを使って第１減衰部材２２２にを搬入することができるので、搬入の難易度も下げることができる。

【0063】

制震装置１は、第１副弾性部材２２１の特性と第１減衰部材２２２の減衰係数（ｃ_Ｘ）を適切に設定する。その結果、Ｘ方向及びＹ方向に対して、周期及び減衰ともに制震装置１として最適な同調条件となるように設定することが可能となる。なお、同調条件とは、建物と同調して制震装置１として制震効果をできるだけ大きくできる条件のことをいう。

【0064】

制震装置１は、汎用品の積層ゴムや線形オイルダンパを用いることができる。制震装置１は、専用品の開発を要することがないので、製造コストを抑えることが出来る。

【0065】

制震装置１は、Ｘ方向の剛性条件とＹ方向の剛性条件とが同じである。従って、制震装置１は、簡易な構成とすることができる。

【0066】

制震装置１は、支承となる１段の積層ゴム装置によって実現できる。その結果、制震装置１の高さを低くすることができるので、制震装置１のサイズをコンパクトにすることがでできる。

【0067】

なお、制震装置１は、１段の積層ゴム装置の構成に限定されない。制震装置１は、１段以上の積層ゴム装置によって構成してもよい。

【0068】

さらに、制震装置１の効果を列記すると以下のとおりである。制震装置１は、高い制震効果を発揮することができる。制震装置１は、比較的安価に製造することができる。また、制震装置１の設置に要する工数を低減することもできる。従って、制震装置１を設置するために要するコストを抑制することができる。例えば、ストロークの大きいオイルダンパは、製作の難易度が高い。制震装置１は、このようなストロークの大きいオイルダンパを必須としないので、制震装置１を構成する部材の設計や製作が容易である。制震装置１は、平面面積と高さによって規定される装置サイズがコンパクトである。

【0069】

制震装置１は、施工(設置)が容易である。例えば、既存建物の制震改修に制震装置１を用いる場合に、ストロークの大きいオイルダンパは、そもそもの装置サイズが大きいうえに分解して運ぶことも難しいことがおおい。つまり、ストロークの大きいオイルダンパは、既設エレベータを使った搬入がしにくい。一方、制震装置１は、このようなストロークの大きいオイルダンパを必須としないので、既設のエレベータを使った搬入も可能となり、搬入の難易度を下げることができる。

【0070】

第１副弾性部材２２１は、建物９１に接続され、第１減衰部材２２２は、制震質量体１６ｓに接続される。この構成によっても、簡易な構成によって所望の制震効果を発揮することができる。

【0071】

制震装置１を設計する方法は、建物９１の質量（Ｍ）と質量体の質量（ｍ）とを利用して、質量比（μ）を得るステップ（Ｓ１）と、質量比（μ）を利用して、最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）を得るステップ（Ｓ２）と、建物の第１方向における第１固有振動数（Ω_Ｘ）に応じた制震装置の第１最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）を得るステップ（Ｓ３）と、建物の第１方向に交差する第２方向における第２固有振動数（Ω_Ｙ）に応じた制震装置の第２最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）を得るステップ（Ｓ４）と、最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）及び第１最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｘ}）を用いて、第１弾性部を構成する第１主弾性要素のバネ定数（ｋ_Ｘ）と、第１弾性部を構成する第１副弾性要素であって、第１副弾性要素に含まれる第１副弾性部材のバネ定数（ｋ_Ｘ’）と第１減衰部材の減衰係数（ｃ_Ｘ）と、を得るステップ（Ｓ５）と、第２最適共振振動数（ω_{ＯＰＴ・Ｙ}）を用いて第２弾性部を構成する第２主弾性要素のバネ定数（ｋ_Ｙ）を得ると共に、最適減衰定数（ｈ_ＯＰＴ）を用いて第２弾性部を構成する第２減衰要素の減衰係数（ｃ_Ｙ）を得るステップ（Ｓ６）と、を有する。

【0072】

この方法によれば、簡易な構成によって所望の制震効果を発揮することができる制震装置を設計することができる。

【0073】

本発明の制震装置は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0074】

制震装置１を設置する対象は、建物９１に限定されない。制震装置１は、橋梁、風車、煙突などの土木工作物に設置してもよい。このような土木工作物に制震装置１を設置することにより、地震対策又は風揺れ対策を行うことができる。さらに、制震装置１は、重機や船舶といった機械物に設置してもよい。このような機械物に制震装置１を設置することにより、振動対策を行うことができる。

【0075】

＜変形例１＞
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、変形例１の制震装置１Ａを示す。実施形態では第２支承装置１３の下部固定面１３１は、支持フレーム１１に接していなかった。この接していないとは、より具体的には、下部固定面１３１が支持フレーム１１から離間していることを意味する。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、第２支承装置１３Ａの下部固定面１３１は、支承部１３４を介して支持フレーム１１に対して接していてもよい。支承部１３４は、第２支承装置１３の下部固定面１３１と支持フレーム１１との間に配置される。支承部１３４は、第２支承装置１３の下部固定面１３１に固定されている。一方、支承部１３４は、支持フレーム１１には固定されていない。つまり、支承部１３４は、支持フレーム１１に対して滑ることができる。このような構成によれば、第２支承装置１３のバネ係数に影響を与えることなく、錘１６の荷重を支持することができる。

【0076】

＜変形例２＞
実施形態の制震装置１は、積層ゴム装置を利用するものであった。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、制震装置１Ｂは、いわゆる吊り下げ式の構成を採用してもよい。制震装置１Ｂは、フレーム４１と、ワイヤ４２と、錘４３と、減衰部材４４Ｘ、４４Ｙと、弾性部材４５Ｘと、を有する。錘４３は、ワイヤ４２によってフレーム４１に吊り下げられている。この構成は、図５の力学モデルにおける第１主弾性部材２１１と第２主弾性部材３１１とに対応する。さらに、錘４３は、Ｘ方向において減衰部材４４Ｘと弾性部材４５Ｘとが互いに直列に接続された構成を介して、フレーム４１に接続されている。この構成は、図５の力学モデルにおける第１副弾性要素２２に対応する。そして、錘４３は、Ｙ方向において減衰部材４４Ｙを介して、フレーム４１に接続されている。このような構成を採用する制震装置１Ｂによっても、簡易な構成によって所望の制震効果を発揮することができる。

【符号の説明】

【0077】

１，１Ａ，１Ｂ…制震装置、２…Ｘ方向弾性部（第１弾性部）、３…Ｙ方向弾性部（第２弾性部）、１１…支持フレーム、１２…第１支承装置、１３，１３Ａ…第２支承装置、１４…第１減衰装置、１５…第２減衰装置、１６…錘（質量体）、２１…第１主弾性要素、２２…第１副弾性要素、３１…第２主弾性要素、３２…第２減衰要素、９１…建物、９２…基礎。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】