特許 7409919 抵抗体および制振装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-25

(45)【発行日】2024-01-09

(54)【発明の名称】抵抗体および制振装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/023 20060101AFI20231226BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20231226BHJP

   F16F 9/10 20060101ALI20231226BHJP

   E04H 9/14 20060101ALI20231226BHJP

【ＦＩ】

F16F15/023 A

F16F15/02 C

F16F15/02 N

F16F9/10

E04H9/14 G

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020045452

(22)【出願日】2020-03-16

(65)【公開番号】P2021148136

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2022-12-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】本間 真

(72)【発明者】

【氏名】岡田 潤

(72)【発明者】

【氏名】本浪 雅史

【審査官】鵜飼 博人

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０７１０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０６６１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１１３７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５２－１２６８５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３６０４７１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ １５／００－ １５／３６

Ｆ１６Ｆ ９／００－ ９／５８

Ｅ０４Ｈ ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振り子式制振装置に用いられる抵抗体であって、
前記振り子式制振装置における振り子の軸から放射状に延びる複数の羽根部と、
前記複数の羽根部のそれぞれの先端側に設けられた第１の補助羽根部と、を備え、
前記第１の補助羽根部は、当該第１の補助羽根部が設けられている前記羽根部の延伸方向に対して、それぞれ共通の方向に傾いた角度を有し、
前記複数の羽根部は、３つ以上の羽根部を含み、
前記第１の補助羽根部は前記羽根部の先端部から延びて形成されることを特徴とする抵抗体。

【請求項2】

前記角度は、０°より大きく９０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の抵抗体。

【請求項3】

前記複数の羽根部のそれぞれの先端部に、前記延伸方向に対して前記第１の補助羽根部とは異なる方向に傾いて設けられた第２の補助羽根部をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の抵抗体。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１項に記載の抵抗体と、
前記抵抗体の下方に配置され、液体を貯留することが可能な貯留部と、
前記貯留部に貯留された液体を外部に流出可能な流路と、
前記流路の途中に設けられ、該流路を開閉する開閉機構と、を備えることを特徴とする制振装置。

【請求項5】

振り子式制振装置に用いられる抵抗体であって、前記振り子式制振装置における振り子の軸から放射状に延びる複数の羽根部と、前記複数の羽根部のそれぞれの先端側に設けられた第１の補助羽根部と、を備え、前記第１の補助羽根部は、当該第１の補助羽根部が設けられている前記羽根部の延伸方向に対して、それぞれ共通の方向に傾いた角度を有している前記抵抗体と、
前記抵抗体の下方に配置され、液体を貯留することが可能な貯留部と、
前記貯留部に貯留された液体を外部に流出可能な流路と、
前記流路の途中に設けられ、該流路を開閉する開閉機構と、を備え、
前記貯留部には、前記流路に連通する開口部が形成されており、
前記開口部は、前記貯留部の最下部以外の位置に形成されていることを特徴とする制振装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振り子式制振装置に用いられる抵抗体、および該抵抗体を備える制振装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、煙突等の塔状構造物には、風等によって発生する振動を減衰させるための制振装置が取り付けられることがある。そのような制振装置として、例えば、吊り下げられた重錘の振り子振動によって塔状構造物に対し減衰作用を生じさせる振り子式制振装置が知られている。

【0003】

振り子式制振装置は、比較的簡単な装置構造とすることが可能であり、例えば、特許文献１には、流動性液体を収容した筒状の本体内部に平面視十字状の仕切板を設けた構造の振り子式制振装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－７１０９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、塔状構造物のような制振対象物に発生する振動の方向は様々であり、特許文献１に記載の技術において、平面視十字状の仕切板が流動性液体中を移動することにより発生する抵抗力（流体力学における抗力）の大きさは振動の方向によって異なり得る。例えば、上記仕切板の板面に対して垂直な方向に振動する場合と、該方向から４５°傾いた方向に振動する場合とで、仕切板に生じる抗力の大きさが異なる。その結果、特許文献１に記載の振り子式制振装置では、制振対象物に発生した振動の方向に応じて制振性能が変動し得る。

【0006】

ところで、従来、円柱形状の抵抗体を用いる振り子式制振装置も知られている。この種の技術では、制振対象物に発生した振動の方向に依存することなく安定した制振性能を有する。一方で、より高い制振性能が要求される場合、例えば振り子式制振装置を大型化したとしても、単純な円柱形状の抵抗体では流動性液体から受ける抗力の大きさが不十分となり、所望の制振性能を得られないことがある。

【0007】

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、高い制振性能を有するとともに振動方向に応じた制振性能の変動が抑制された抵抗体、および該抵抗体を備える制振装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る抵抗体は、振り子式制振装置に用いられる抵抗体であって、前記振り子式制振装置における振り子の軸から放射状に延びる複数の羽根部と、前記複数の羽根部のそれぞれの先端側に設けられた第１の補助羽根部と、を備え、前記第１の補助羽根部は、当該第１の補助羽根部が設けられている前記羽根部の延伸方向に対して、それぞれ共通の方向に傾いた角度を有している。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、高い制振性能を有するとともに振動方向に応じた制振性能の変動が抑制された抵抗体、および該抵抗体を備える制振装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態１における抵抗体を備える振り子式制振装置、および抵抗体の構成を概略的に示す図である。

【図2】上記抵抗体が有する補助羽根部の作用について説明するための模式図である。

【図3】上記抵抗体の一変形例について構成を概略的に示す図である。

【図4】上記抵抗体の他の変形例について構成を概略的に示す図である。

【図5】上記抵抗体のさらに他の変形例について構成を概略的に示す図である。

【図6】本発明の実施形態２における抵抗体の構成を概略的に示す図である。

【図7】本発明の実施形態３における制振装置の構成を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について、図面に基づいて以下に説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をよりよく理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本出願における各図面に記載した構成の形状および寸法（長さ、幅等）は、実際の形状および寸法を必ずしも反映させたものではなく、図面の明瞭化および簡略化のために適宜変更している。

【0012】

＜制振装置＞
先ず、図１における符号１００１で示す図を参照して、本発明の一実施形態における抵抗体１Ａを備える装置の一例である制振装置１０Ａの構成について概略的に説明する。図１における符号１００１で示す図は、本実施形態における制振装置１０Ａの構成を概略的に示す断面図である。

【0013】

図１において符号１００１で示すように、本実施形態における制振装置１０Ａは、フレーム１１と、フレーム１１の鉛直方向における上側に設置された重錘支持板１２と、フレーム１１および重錘支持板１２の外側を覆うカバー１５と、を備えている。また、制振装置１０Ａは、フレーム１１の内部に設けられており液体２１を貯留する貯留部２０と、重錘支持板１２から吊り下げられた重錘３０と、重錘３０に取り付けられた抵抗体１Ａと、を備えている。

【0014】

ここで、図１中、３次元空間において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を以下のように規定する。すなわち、制振装置１０Ａの高さ方向でもある鉛直方向（紙面における上下方向）をＺ軸とするとともに、重力方向をＺ軸の負方向とする。また、図１において符号１００１にて図示する断面において、制振装置１０Ａの横幅方向（紙面における左右方向）をＸ軸とするとともに、該断面（すなわち紙面）における左から右に向かう方向をＸ軸の正方向とする。また、上記Ｚ軸およびＸ軸の両方に直交する、制振装置１０Ａの奥行方向（紙面に対して垂直な方向）をＹ軸とするとともに、紙面に対して垂直な方向における手前から奥に紙面を貫く方向をＹ軸の正方向とする。なお、図１以外の図面についても図中にＸＹＺ軸を記載し、以下、同様にＸＹＺ軸を規定して説明する。

【0015】

フレーム１１は、例えばＩ型鋼を組み合わせて形成された高い剛性を有する構造体であって、Ｚ軸の正方向側に向けて開口した形状を有している。フレーム１１における開口した部分を覆うように重錘支持板１２が配置されて、フレーム１１に固定されている。

【0016】

なお、フレーム１１は、例えば、Ｚ軸の正方向側から平面視すると矩形状となるような、箱型の形状に形成されていてもよい。また、フレーム１１は、例えば、Ｚ軸の正方向側から平面視すると円形状となるような有底の筒状中空体として形成されていてもよい。フレーム１１は、その内部に振り子式の制振構造を収容することが可能となっていればよく、具体的な形状は特に限定されない。

【0017】

重錘支持板１２は、フレーム１１における開口した部分を覆うように、フレーム１１上に設置されている。重錘支持板１２には、重錘３０を吊り下げるための支持部１３が設けられている。重錘支持板１２は、重錘３０をフレーム１１内の空間に吊り下げ可能となるように支持部１３が設けられていればよく、重錘支持板１２の具体的な態様は特に限定されない。例えば、重錘支持板１２に代替してフレーム１１を構成する鋼材の一部が利用されてもよく、この場合、当該鋼材に支持部１３が設けられていればよい。また、この場合、
フレーム１１は、上述のような開口した部分を有していなくてもよい。

【0018】

支持部１３には芯棒３１が取り付けられている。芯棒３１は、重錘３０を保持しており、芯棒３１における支持部１３と反対側の端部には抵抗体１Ａが取り付けられている。芯棒３１および重錘３０は、制振装置１０Ａにおける振り子となっている。この振り子の軸（すなわち芯棒３１の中心軸）を軸３５とする。抵抗体１Ａについて詳しくは後述する。

【0019】

制振装置１０Ａは、芯棒３１、重錘３０、および抵抗体１Ａが一体に揺動可能かつ回転可能となっている。支持部１３は、そのような移動が可能となるように芯棒３１を支持する構造を有していればよく、具体的な態様は特に限定されない。支持部１３の具体的な構造としては、公知の構造を採用することができるため詳細な説明は省略するが、例えば、支持部１３はユニバーサルジョイント（自在継手）である。支持部１３は、例えば、上記ＸＹＺ軸のそれぞれを回転軸とする３つの支持部材が組み合わさった構造を有している。

【0020】

本明細書において、「揺動」、「回転」、および「振動」の用語は、以下の意味にて用いる。

【0021】

「揺動」とは、芯棒３１、重錘３０、および抵抗体１Ａが、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のいずれか一方または両方に、Ｚ軸方向の変位を伴いつつ移動する振り子運動のことを意味している。また、「回転」とは、重錘３０および抵抗体１Ａが、芯棒３１を回転軸として回転する運動のことを意味している。「振動」とは、上記「揺動」を含み、制振対象物または制振装置に生じた周期的または不規則な往復運動のことを意味している。

【0022】

重錘３０は、上記のように、フレーム１１と重錘支持板１２とにより囲まれた内部空間内において揺動可能かつ回転可能となるように、芯棒３１を介して支持部１３から吊り下げられている。重錘３０の重さは、例えば５トンである。重錘３０の重さ（すなわち材質および大きさ）は、制振装置１０Ａの用途等に応じて適宜設定されてよく、特に限定されるものではない。

【0023】

芯棒３１は、例えば、高い剛性を有する物質（金属等）によって形成された円柱状の部材である。芯棒３１の具体的な態様は特に限定されない。また、制振装置１０Ａは、芯棒３１に代替して、重錘３０を吊り下げることができる吊り具を有していてもよい。そのような吊り具としては、例えば、柔軟性を有する鎖若しくはワイヤ等が挙げられる。吊り具によって重錘３０が吊り下げられている場合、例えば、重錘３０に抵抗体１Ａが直接取り付けられていてもよく、重錘３０と抵抗体１Ａとの間に何らかの接続部材が用いられていてもよい。

【0024】

制振装置１０Ａを所定の固有振動数を有するように構成するためには、支持部１３から重錘３０の重心までの距離が一定であることを要する。上記吊り具は、上記距離の変化を比較的生じ易い。そのため、上記距離を一定に維持し易い芯棒３１を用いることが好ましい。

【0025】

なお、制振装置１０Ａは、図示しない弾性部材（例えばバネ部材）を備えていてもよい。芯棒３１の長さによって調整できる固有振動数の範囲には限界があるが、当該弾性部材を備えることにより、固有振動数をより広い範囲で調整することができる。上記弾性部材は、公知の材質、形状であってよい。上記弾性部材は、例えば一端が重錘３０に取り付けられ、他端がフレーム１１に取り付けられていてもよい。制振装置１０Ａには、複数の上記弾性部材が設けられていてもよい。

【0026】

貯留部２０は、フレーム１１の内部に設けられており、本実施形態では、半球状の形状を有する金属製の容器である。貯留部２０には、液体２１が貯留（保持）される。貯留部２０は、液体２１に抵抗体１Ａの少なくとも一部が浸漬した状態にて、芯棒３１、重錘３０、および抵抗体１Ａが一体に、任意の方向に揺動可能かつ回転可能となるような形状である。貯留部２０は、液体２１を貯留可能となっていればよく、具体的な態様（形状）は特に限定されない。例えば、貯留部２０は、有底の円筒形状であってもよい。

【0027】

液体２１は、典型的には粘性液体であって、例えば、シリコンオイルである。シリコンオイルは、温度依存性等の各種の性質において優れていることから、液体２１として好ましい。

【0028】

フレーム１１と貯留部２０との間には断熱材１６が封入されている。断熱材１６は、例えば発泡断熱材である。また、フレーム１１および重錘支持板１２の外側を覆うようにカバー１５が設けられている。カバー１５は、具体的な態様は特に限定されないが、フレーム１１を保護するとともに、フレーム１１と重錘支持板１２とにより囲まれた内部空間を、制振装置１０Ａの外部環境から遮蔽する。制振装置１０Ａは、断熱材１６およびカバー１５を備えることにより、フレーム１１と重錘支持板１２とにより囲まれた内部空間が断熱された構造を有している。

【0029】

制振装置１０Ａは、上記構造を有することにより、外気温度の影響を低減して上記内部空間の温度を一定に維持することができる。そのため、シリコンオイル等の液体２１の粘性が変化することを抑制できる。また、急激な温度変化によって貯留部２０に結露が発生することを抑制できる。

【0030】

なお、制振装置１０Ａは、断熱材１６を備えていなくてもよく、この場合、フレーム１１の底壁と貯留部２０との間に空間があってもよい。貯留部２０は、フレーム１１の底壁上に載置されていてもよい。

【0031】

また、断熱材１６は、例えば、木材のような調湿機能を有する材料であってもよく、木材および発泡材を用いて多重構造（例えば二重張り構造）を有するように形成されていてもよい。木材および発泡材の両方を用いて形成された断熱材１６は、断熱効果に加えて結露の発生を低減する効果を奏する。

【0032】

＜抵抗体＞
次に、本実施形態における制振装置１０Ａが備える抵抗体１Ａの構造について、図１における符号１００２、１００３で示す図、および図２を参照して以下に詳細に説明する。

【0033】

図１における符号１００２で示す図は、芯棒３１が鉛直方向に吊り下がっている状態（抵抗体１Ａが静止した状態）において、Ｚ軸の正方向側から抵抗体１Ａを見た平面図である。この図では、フレーム１１、重錘支持板１２、重錘３０、芯棒３１等を透過して（省略して）示している。換言すれば、図１における符号１００２で示す図は、芯棒３１から取り外した状態の抵抗体１Ａの平面図に相当する。また、図１における符号１００３で示す図は、抵抗体１Ａの斜視図である。この図においても、重錘３０、芯棒３１等を透過して（省略して）示している。

【0034】

図１において符号１００２、１００３で示すように、抵抗体１Ａは、重錘３０に対して取り付け可能な基部２、基部２から放射状に延びる複数の羽根部３、および、複数の羽根部３のそれぞれの先端側に設けられた複数の補助羽根部（第１の補助羽根部）４、を備えている。なお、抵抗体１Ａは、制振装置１０Ａにおける振り子の軸３５から放射状に延びる複数の羽根部３を備えていればよく、必ずしも基部２を備えていなくてもよい（後述の変形例（ｉ）を参照）。

【0035】

基部２は、中空部を有する円筒形状であり、該中空部に対向する内面にネジ溝が形成されている。芯棒３１の一方の端部に形成されたネジ山と上記中空部のネジ溝とを螺合することにより、基部２が芯棒３１に取り付けられる。これにより、基部２は、芯棒３１を介して重錘３０に取り付けられる。基部２と芯棒３１との間には、図示しないナット等が取り付けられていてもよい。

【0036】

なお、基部２は、軸３５に取り付け可能となっていればよく、具体的な態様は特に限定されるものではない。例えば、基部２は、羽根部３よりもＺ軸正方向側に長い中実の円柱形状となっていてもよく、この場合、基部２の一部がボルトとなっており、芯棒３１の端部に基部２を挿入するためのネジ穴が形成されていればよい。或いは、制振装置１０Ａは、芯棒３１の端部および基部２を結合して固定するための結合部材を備えていてもよい。

【0037】

基部２または芯棒３１にネジ穴が形成されている場合、抵抗体１Ａの交換を容易に行うことができ、メンテナンス性を高めることができるという点で有利である。一方、基部２および芯棒３１を中実構造として、基部２を溶接等によって直接的に芯棒３１または重錘３０に接続する場合（一体構造とする場合）、ネジ接合部のような強度的に弱点となり得る部分が形成されない。そのため、強度の観点から有利である。

【0038】

羽根部３は、Ｚ軸正方向側から見て、基部２から放射状に延びるように設けられており、本実施形態における抵抗体１Ａは、４つの羽根部３を備えている。羽根部３は平板形状である。羽根部３をＺ軸正方向側から見たとき、基部２の中心から羽根部３の延びる方向をＤ１とし、羽根部３の、方向Ｄ１における長さ（ＸＹ平面上の長さ）をα、Ｚ軸方向における長さ（ＸＺ平面上の長さ）をγ１とする。Ｄ１軸と４つの羽根部３は、それぞれ同一または略同一の形状を有する。すなわち、４つの羽根部３は、それぞれ、長さγ１が互いに同一または略同一であり、長さαが互いに同一または略同一の形状を有する。

【0039】

本明細書において、「略同一」とは、実質的に同一であることを意味し、抵抗体１Ａを製造する過程において生じ得る製造誤差等に起因する形状の相違を許容することを意味する。

【0040】

羽根部３は、制振装置１０Ａの用途（所望の制振性能）に応じた長さα、長さγ１、および厚さ（板厚）となっていればよく、それらの具体的な値は特に限定されない。

【0041】

補助羽根部４は、羽根部３の先端側に設けられているとともに、Ｚ軸正方向側から見て、上記方向Ｄ１に対して傾いた方向Ｄ２に延びるように設けられている。本実施形態における抵抗体１Ａは、４つの羽根部３に対応して、合計４つの補助羽根部４を備えている。４つの補助羽根部４は、それぞれ共通の方向に傾いている。換言すれば、抵抗体１Ａは、ＸＹ平面上において、上記方向Ｄ１に対して時計回りの方向に傾いた上記方向Ｄ２に延びる補助羽根部４を有している。

【0042】

上記方向Ｄ１の直線と上記方向Ｄ２の直線とが互いに交差してなす角の角度をθ、上記方向Ｄ１の直線と上記方向Ｄ２の直線との交点をＰとする。角度θは、ＸＹ平面上において、交点Ｐを基準点とし、上記方向Ｄ１の直線から上記方向Ｄ２の直線まで時計回り方向に回転した場合の回転角度を指している。

【0043】

補助羽根部４は平板形状であり、補助羽根部４の、方向Ｄ２における長さ（ＸＹ平面上の長さ）をβ、Ｚ軸方向における長さ（ＸＺ平面上の長さ）をγ２とする。本実施形態における抵抗体１Ａでは、補助羽根部４の長さγ２と、羽根部３の長さγ１とは互いに同一または略同一である。

【0044】

４つの補助羽根部４は、それぞれ同一または略同一の形状を有する。すなわち、４つの補助羽根部４は、それぞれ、長さγ２が互いに同一または略同一であり、長さβが互いに同一または略同一の形状を有する。

【0045】

補助羽根部４は、制振装置１０Ａの用途（所望の制振性能）に応じた長さβ、長さγ２、および厚さ（板厚）となっていればよく、それらの具体的な値は特に限定されない。

【0046】

補助羽根部４は、上記角度θが０°より大きくなるように、好ましくは、上記角度θが０°より大きく９０°以下となるように、羽根部３の先端に設けられている。補助羽根部４は、上記角度θが９０°を超えるように設けられていてもよく、この場合、上記角度θが例えば１３５°以下となるように設けられていてもよい。角度θが１３５°を超えると、補助羽根部４が有効に作用しないことがある。補助羽根部４の作用について詳しくは後述する。

【0047】

抵抗体１Ａでは、４つの補助羽根部４における角度θが互いに同一または略同一となるように、４つの補助羽根部４が設けられている。

【0048】

抵抗体１Ａは、羽根部３および補助羽根部４が互いに別の部材であって、羽根部３および補助羽根部４が溶接されて形成されていてもよい。或いは、抵抗体１Ａは、羽根部３および補助羽根部４を一体の部材として備えていてもよく、この場合、例えば加工処理、鋳造処理等によって羽根部３および補助羽根部４が形成されていてもよい。

【0049】

抵抗体１Ａは、羽根部３および補助羽根部４について上述したことと同様に、基部２と羽根部３とが溶接されていてもよく、基部２と羽根部３とを一体の部材として備えていてもよい。

【0050】

羽根部３および補助羽根部４は、例えば、セラミックス、金属、等の物質によって形成されている。金属としては、例えばステンレス（ＳＳ４００等）が挙げられる。羽根部３および補助羽根部４は、互いに同じ物質により形成されていてもよく、互いに異なる物質により形成されていてもよい。

【0051】

羽根部３と補助羽根部４とが溶接部によって接合されている場合、または、羽根部３と補助羽根部４とが一体の部材である場合、のいずれにおいても、長さα、βは次のように規定される。すなわち、長さαは、ＸＹ平面上において、上記方向Ｄ１の直線上の、基部２に接合する羽根部３の端部の位置から、交点Ｐの位置までの長さである。また、長さβは、ＸＹ平面上において、上記方向Ｄ２の直線上の、交点Ｐの位置から、補助羽根部４の端部の位置までの長さである。

【0052】

また、ＸＹ平面上において、上記方向Ｄ１の直線上の、基部２の中心から基部２に接合する羽根部３の端部の位置までの長さをＲとする。抵抗体１Ａにおいて、抗力を主に受ける部分は、長さαおよび長さＲに対応する部分（すなわち基部２および羽根部３）である。そのため、長さαおよび長さＲの和は、長さβよりも長くなっていることが好ましい。

【0053】

（補助羽根部の作用）
本実施形態における抵抗体１Ａは、補助羽根部４を有することにより、Ｚ軸正方向側から見て、いわゆる風車状の形状を有している。補助羽根部４の作用について、図２を参照して以下に詳細に説明する。

【0054】

図２における符号２００１で示す図は、参考例としての従来の抵抗体の構造を模式的に示す平面図である。図２における符号２００２で示す図は、本実施形態における抵抗体１Ａの構造を模式的に示す平面図である。なお、図２では、説明の平明化のために、抵抗体の基部を点として示している。また、図２においても、図１に対応するようにＸＹＺ軸を規定している。

【0055】

先ず、従来の抵抗体１００について説明する。図２において符号２００１で示すように、抵抗体１００は、平面視十字状の形状を有しており、基部１１０と４つの羽根部１２０とを備えている。

【0056】

ここで、４つの羽根部１２０は互いに同一形状であるとし、４つの羽根部１２０のＸＹ平面上における長さを所定値Ｌ１とする。４つの羽根部１２０は、Ｚ軸方向における長さが同一である。

【0057】

以下、抵抗体１００が例えば制振装置１０Ａに取り付けられて、液体２１中に浸漬した状態で揺動する場合に、抵抗体１００が受ける抗力について考える。説明の平明化のために、羽根部１２０が全て液体２１中に浸漬した状態で、抵抗体１００が液体２１中にて揺動すると仮定する。Ｘ軸とＹ軸との中間の方向（Ｙ軸正方向を０°方向とすると４５°方向）の揺動方向をＤ１０とし、Ｘ軸に平行な揺動方向をＤ１１とする。

【0058】

抵抗体１００は、Ｄ１０の方向に揺動する場合、実質的に、Ｄ１０の方向に直交する２つの羽根部１２０が液体２１から抵抗を受けることとなり、この場合の抵抗を受ける面積は２×［Ｌ１］×（羽根部１２０のＺ軸方向の長さ）であると言える。

【0059】

一方で、抵抗体１００は、Ｄ１１の方向に揺動する場合、２つの羽根部１２０が液体２１中を斜め向きの状態で移動して、液体２１から抵抗を受けることとなる。この場合、一般に、Ｄ１１の方向に対して直交する平面（この例ではＹＺ平面）上に、２つの羽根部１２０を投影することにより得られる仮想面の面積が、液体２１から抵抗を受ける面積であるとみなすことができる。当該仮想面の面積は、（√２）×［Ｌ１］×（羽根部１２０のＺ軸方向の長さ）である。

【0060】

上記のことから、抵抗体１００では、Ｄ１１の揺動方向における制振性能がＤ１０の揺動方向における制振性能の約０．７１倍であると言える。つまり、抵抗体１００では、羽根部１２０に生じる抗力の大きさが、抵抗体１００の揺動方向に応じて大きく変動し得る。

【0061】

次に、図２における符号２００２で示す図を参照して、本実施形態の抵抗体１Ａについて説明する。ここでは、抵抗体１Ａは、羽根部３の長さαが［Ｌ２］であり、補助羽根部４の長さβが［Ｌ３］であるとする。抵抗体１Ａは、４つの補助羽根部４における角度θが互いに同一である。また、羽根部３の長さγ１と補助羽根部４の長さγ２とは何れも同じ大きさγであるとする。

【0062】

抵抗体１ＡがＤ１０の方向に揺動する場合、Ｄ１０の方向に対して直交する平面上に抵抗体１Ａを投影した仮想面の面積が液体２１から抵抗を受ける面積であるとみなすことができ、当該仮想面の面積は２×（［Ｌ２］＋［Ｌ３］×ｃｏｓθ）である。

【0063】

また、抵抗体１ＡがＤ１１の方向に揺動する場合、Ｄ１１の方向に対して直交する平面上に抵抗体１Ａを投影した仮想面の面積が液体２１から抵抗を受ける面積であるとみなすことができる。当該仮想面の面積は２×（［Ｌ２］×ｃｏｓθ＋［Ｌ３］）である。

【0064】

例えば、上記［Ｌ２］の値が上記［Ｌ３］の値の２倍である場合、Ｄ１０の方向における仮想面の面積に対するＤ１１の方向における仮想面の面積の比は、約０．８９となる。この場合、抵抗体１Ａは、Ｄ１１の揺動方向における制振性能がＤ１０の揺動方向における制振性能の約０．８９倍であると言える。また、例えば、上記［Ｌ２］の値と上記［Ｌ３］の値とが同じ場合、Ｄ１１の揺動方向における制振性能とＤ１０の揺動方向における制振性能とを同等とすることができる。

【0065】

上記のことから、本実施形態における抵抗体１Ａによれば、上述の抵抗体１００よりも、Ｄ１０の揺動方向における制振性能とＤ１１の揺動方向における制振性能との差を小さくすることができる。

【0066】

また、Ｄ１０とＤ１１との間の揺動方向（Ｄ１０の方向を０°方向、Ｄ１１の方向を４５°方向とすると、０°より大きく４５°未満の方向）について考えると、揺動方向を０°方向から４５°方向へと変化させるに伴って仮想面の面積は多少変動する。例えば、上記［Ｌ２］の値と上記［Ｌ３］の値とが同じであり、角度θが４５°の場合について計算すると、２２°付近の揺動方向のときに仮想面の面積は最大となる。ここで、揺動方向が４５°方向である場合の仮想面の面積に対する、揺動方向が２２°方向である場合の仮想面の面積の比は、約１．０８である。Ｄ１０とＤ１１との間の揺動方向においては、Ｄ１１の揺動方向よりも制振性能が増大し得る。

【0067】

したがって、抵抗体１Ａは、揺動方向に応じた制振性能の変動が大きく抑制される。

【0068】

また、一般に、液体２１中を移動する物体が受ける抗力Ｆは、以下の式（１）で表される。

【0069】

Ｆ＝１／２×ρ×Ｖ^２×Ｓ×Ｃｄ ・・・（１）
ここで、ρは液体２１の密度、Ｖは物体と液体２１との相対速度、Ｓは物体の移動方向から見た投影面積（投射断面積）、Ｃｄは物体の形状に依存した定数（抗力係数）、である。

【0070】

抵抗体１Ａは、補助羽根部４を有することによって回転運動を生じ易くすることができる。そのため、上記式（１）に含まれる変数のうち、ρ、Ｓ、Ｃｄが一定であるとして、抵抗体１Ａの揺動運動の速度に加えて回転運動の速度が加算されて上記Ｖを高めることにより、抗力Ｆをより一層高めることができる。その結果、抵抗体１Ａは、制振性能を向上させることができる。

【0071】

したがって、抵抗体１Ａは、例えば平面視十字状の従来の抵抗体よりも振動方向に応じた制振性能の変動が大きく抑制されている。また、抵抗体１Ａは、例えば円柱形状のような従来の抵抗体よりも高い制振性能を有する。

【0072】

抵抗体１Ａの形状の効果について、さらに詳細に説明すれば以下のとおりである。すなわち、一般に、円柱状の抵抗体は、平面視十字状の抵抗体よりも抗力係数が小さい。そのため、円柱状の抵抗体は、平面視十字状の抵抗体と同じ抗力を有するには、比較的大型の形状とすることを要し、製造コストが増大し得る。

【0073】

例えば、円柱状の抵抗体について、円柱の直径と全長とが互いに等しい形状（基準形状）を有するとする。当該円柱状の抵抗体について、上記基準形状における抗力係数の２倍の性能（説明の便宜上、要求性能と称する）を求められる場合、単純には、上記基準形状に対して円柱の径を２倍にする必要がある。一方で、平面視十字状の抵抗体は、上記基準形状に対して全体の大きさが約１．１倍とすることによって、上記要求性能と同様の抗力係数を有する。つまり、平面視十字状の抵抗体は、比較的小型の形状であっても高い性能を有する。

【0074】

また、本実施形態における抵抗体１Ａは、円柱状の抵抗体に比べて、比較的小型の形状であっても高い制振性能を有する。そして、抵抗体１Ａは、補助羽根部４を有することによって、振動方向の変化に対応する投影面積の変化が低減されており、その結果、振動方向に応じた制振性能の変動が低減されている。その上、抵抗体１Ａは、回転運動を生じ易くなっていることによって、より一層向上した制振性能を有する。

【0075】

（制振装置の具体例）
以上に説明した抵抗体１Ａを備える制振装置１０Ａは、例えば、煙突等の塔状構造物の塔頂部、または塔状構造物の上部に設けられた踊り場等に設置されて、塔状構造物に生じる振動現象（渦励振等）を抑制する用途に用いられる。また、制振装置１０Ａは、地震動に対して制振性能を発揮することもできる。制振装置１０Ａは、制振対象物の大きさおよび目標とする制振性能等に応じて、複数設置されて用いられてよく、重錘３０の重量および抵抗体１Ａの具体的な大きさが適宜設定される。なお、後述する実施形態２および実施形態３における制振装置も、例えば、上記した制振装置１０Ａと同様の用途および設置態様であってよい。

【0076】

＜確認実験＞
本発明の一態様における抵抗体の効果について確認実験を行った結果を以下に説明する。

【0077】

比較例として平面視十字状の抵抗体、実施例として羽根部３および補助羽根部４を備える平面視風車状の抵抗体を用いた。支持部から吊り下げた重錘に抵抗体を取り付けるとともに、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ対応するように２つの加速度計（共和電業製、ＡＳＷ－１Ａ）を重錘の上面に装着した。

【0078】

比較例の抵抗体として、平面視したときの十字形状において、１つの羽根部の一端から基部の中心をとおって反対側の羽根部の一端までの距離が４０ｍｍであり、羽根部の板厚が６ｍｍ、羽根部の板幅が３０ｍｍの形状のものを用いた。

【0079】

実施例の抵抗体として、角度θが４５°であり、羽根部の長さをα、補助羽根部の長さをβ、基部の直径をＤとして、２×（α＋βｃｏｓθ）＋Ｄが４０ｍｍであり、羽根部および補助羽根部の板厚が６ｍｍである形状のものを用いた。実施例の抵抗体における、長さαは６ｍｍであり、羽根部および補助羽根部のＺ軸方向における長さγは３０ｍｍであった。

【0080】

シリコンオイルに抵抗体を、静止状態における浸漬量（浸漬深さ）が２８ｍｍとなるように浸漬させて、重錘に揺動を付与した。揺動方向は、前述のＤ１０（０°方向）およびＤ１１（４５°方向）に対応する方向とした。加速度を計測することにより、揺動の減衰性能（制振性能）を評価した。試験中、Ｋ熱電対を用いてシリコンオイルの温度および気温を測定した。計測装置として、ＮＲ－５００、ＮＲ－ＳＴ０４、ＮＲ－ＴＨ０８（キーエンス製）を用いた。計測周波数は１００Ｈｚとした。

【0081】

試験を３回行い、各試験において揺動波形の５周期について対数減衰率を算出した。

【0082】

結果を以下の表に示す。表中に示す減衰率は、３回の試験にて算出された対数減衰率の平均値である。

【0083】

【表1】

【0084】

上記表に示すように、本実施例における風車状の抵抗体は、揺動方向に関わらず、比較例の抵抗体よりも減衰率が高かった。

【0085】

また、比較例の抵抗体は、揺動方向に応じて減衰率が大きく変化した。対して、本実施例の抵抗体は、揺動方向による減衰率の違いが比較例の抵抗体に比べて大幅に小さかった。

【0086】

以上のように、本実施例の抵抗体では、揺動方向に応じた制振性能の変動が抑制されていることが確認された。

【0087】

（変形例）
（ａ）本実施形態の変形例について、図３および図４を用いて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

【0088】

図３および図４は、それぞれ、上記実施形態１における抵抗体１Ａの変形例である抵抗体１Ｂおよび抵抗体１Ｃの構造について模式的に示す図である。図３における符号３００１～３００３で示す図は、それぞれ、抵抗体１Ｂの構造について模式的に示す、正面図、平面図、および斜視図である。図４における符号４００１～４００３で示す図は、それぞれ、抵抗体１Ｃの構造について模式的に示す、正面図、平面図、および斜視図である。

【0089】

図３において符号３００２で示すように、抵抗体１Ｂは、補助羽根部４が羽根部３に対して傾いている角度θが６０°となっている。また、図４において符号４００２で示すように、抵抗体１Ｃは、補助羽根部４が羽根部３に対して傾いている角度θが９０°となっている。

【0090】

前述の抵抗体１Ａと同様に、このような形状を有する抵抗体１Ｂおよび抵抗体１Ｃも、揺動方向に応じた制振性能の変動が大きく抑制されているとともに、高い制振性能を有する。

【0091】

（ｂ）本実施形態の他の変形例について、図５を用いて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

【0092】

図５における符号５００１～５００３で示す図は、それぞれ、上記実施形態１における抵抗体１Ａの変形例である抵抗体１Ｄの構造について模式的に示す、正面図、平面図、および斜視図である。

【0093】

図５において符号５００３で示すように、抵抗体１Ｄは、基部２と、６つの羽根部３と、６つの補助羽根部４とを備えており、角度θが４５°である。抵抗体１Ｄは、前述の抵抗体１Ａと同様に、揺動方向に応じた制振性能の変動が大きく抑制されているとともに、高い制振性能を有する。

【0094】

本発明の一態様における抵抗体は、基部２から放射状に延びる複数の羽根部３を備えているとともに、複数の羽根部３のそれぞれに対応して補助羽根部４を備えていればよく、羽根部３の個数は特に限定されない。例えば、羽根部３は、２つまたは３つであってもよく、５つ以上であってもよい。本発明の一態様における抵抗体は、ＸＹ平面上において、複数の羽根部３が、それぞれ互いに等間隔に基部２から放射状に延びるようになっていることが好ましい。

【0095】

（ｃ）本発明の他の一態様における抵抗体は、ＸＹ平面において、羽根部３の延びる方向に対して反時計回りの方向に傾いた方向に延びる補助羽根部４を有していてもよく、この場合においても、上記抵抗体１Ａと同様の効果を奏する。

【0096】

（ｄ）本発明の他の一態様における抵抗体は、羽根部３の延びる方向Ｄ１に対する補助羽根部４の傾きの角度θが、複数の補助羽根部４のそれぞれで異なっていてもよい。この場合においても、上記抵抗体１Ａと同様の効果を奏する。

【0097】

（ｅ）本発明の他の一態様における抵抗体は、羽根部３および補助羽根部４の少なくとも一方について、板面（Ｚ軸方向を面内方向に含む面）に表面加工が施されていてもよい。羽根部３は、両方または片方の板面に表面加工を施されていてもよく、補助羽根部４は、両方または片方の板面に表面加工を施されていてもよい。

【0098】

羽根部３および補助羽根部４は、板面に表面加工が施されていることにより、表面積を大きくすることができるとともに、摩擦力を高めることができる。その結果、抵抗体の抗力係数を高めることができ、制振性能を向上させることができる。

【0099】

（ｇ）補助羽根部４は、平板以外の形状であってもよく、例えば、湾曲した形状となっていてもよい。湾曲した形状とは、例えば、図１を参照して説明すれば、平面視において、点Ｐを始点として補助羽根部４が延びるにつれて、方向Ｄ２から離隔する距離が大きくなる（角度θが大きくなる）形状である。或いは、補助羽根部４は、Ｚ軸方向において湾曲した形状であってもよい。補助羽根部４を平板以外の形状とすることにより、抵抗体の制振性能をさらに高めることができる。

【0100】

また、補助羽根部４は、Ｚ軸方向の長さγ２が比較的長い形状となっていてもよい。例えば、補助羽根部４は、羽根部３のＺ軸方向の長さγ１よりも、長さγ２が大きくなっていてもよい。補助羽根部４をそのような形状とすることにより、抵抗体の制振性能をさらに高めることができる。

【0101】

（ｈ）本発明の他の一態様における抵抗体は、羽根部３および補助羽根部４が、当該抵抗体の下端（Ｚ軸の負方向側の端部）が曲線形状となるような形状を有していてもよい。羽根部３および補助羽根部４は、貯留部２０の形状に対応するように、Ｚ軸の負方向側の端部が曲線形状となっていてもよい。これにより、抵抗体の下端と貯留部２０との間の隙間を低減することができる。その結果、抵抗体の制振性能を効果的に向上させることができる。

【0102】

（ｉ）本発明の一態様における抵抗体は、制振装置１０Ａにおける振り子の軸３５から放射状に延びる複数の羽根部３と、複数の羽根部３のそれぞれの先端側に設けられた複数の補助羽根部４と、を備えていればよい。

【0103】

本発明の一態様における抵抗体は、例えば、重錘３０に直接取り付けられていてもよい。また、本発明の一態様における抵抗体は、制振装置における重錘としての機能を兼ね備えていてもよく、この場合、制振装置は重錘３０を備えていなくてもよい。換言すれば、制振装置における重錘が、軸３５から放射状に延びる複数の羽根部３と、複数の補助羽根部４とを備え、本発明の一態様における抵抗体となっていてもよい。

【0104】

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

【0105】

本実施形態では、図６を参照して、複数の補助羽根部４に加えて更に複数の補助羽根部（第２の補助羽根部）５を備える抵抗体１Ｅについて説明する。図６における符号６００１～６００３で示す図は、それぞれ、本実施形態における抵抗体１Ｅの構造について模式的に示す、正面図、平面図、および斜視図である。

【0106】

図６に示すように、抵抗体１Ｅは、基部２、４つの羽根部３、４つの補助羽根部４、および、４つの補助羽根部５を備えている。前記実施形態１において説明した補助羽根部４の傾き角度θを、本実施形態では角度θ１と称する。

【0107】

補助羽根部５は、羽根部３の先端側に、羽根部３の延伸方向に対して補助羽根部４とは異なる方向（反対の方向）に角度θ２傾いた方向に延伸するように設けられている。補助羽根部５は、補助羽根部４と同一または略同一の形状であることが好ましく、この場合、ＸＹ平面上における長さが補助羽根部４と同じくβである。

【0108】

抵抗体１Ｅは、Ｚ軸正方向側から見て、基部２の中心を基準として点対称となる形状となっていることが好ましい。これにより、揺動方向に応じた制振性能の変動が抑制される。

【0109】

抵抗体１Ｅは、補助羽根部４および補助羽根部５を備えていることにより、回転運動の発生が抑制される一方で、液体２１から抵抗を受ける面積が増大している。その結果、高い制振性能を有する。

【0110】

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態１、２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

【0111】

本実施形態では、上記実施形態１における制振装置１０Ａの貯留部２０とは以下の点で異なっている制振装置１０Ｂについて説明する。制振装置１０Ｂは、開口部４０が形成された貯留部２０Ｂ、開口部４０に連通する流路４１、流路４１に接続する開閉機構４２を備えている。なお、制振装置１０Ｂは、抵抗体１を備えており、この抵抗体１は、例えば前述の抵抗体１Ａ～１Ｅのいずれかである。

【0112】

図７における符号７００１で示す図は、本発明の実施形態３における制振装置１０Ｂの構成を概略的に示す断面図である。図７における符号７００２で示す図は、Ｚ軸正方向側から貯留部２０Ｂを見た平面図である。この図では、重錘支持板１２、重錘３０、芯棒３１、抵抗体１等を透過して（省略して）示している。

【0113】

図７に示すように、貯留部２０Ｂは、平面視して（ＸＹ平面上において）円環状に開口部４０が形成されている。一例では、開口部４０はスリットである。制振装置１０Ｂは、貯留部２０Ｂとフレーム１１との間の空間において、開口部４０に連通する流路４１が設けられている。流路４１は、例えばパイプ等によって形成されており、例えば、円環状に形成された開口部４０の一部に連通している。

【0114】

制振装置１０Ｂは、貯留部２０Ｂに貯留された液体を、開口部４０および流路４１を通じて、制振装置１０Ｂの外部に流出可能となっている。この液体としては、シリコンオイル等の液体２１に加えて、制振装置１０Ｂの内部で発生し得る結露水が含まれる。

【0115】

貯留部２０Ｂに液体２１に加えて結露水が貯留されると、制振装置１０Ｂの制振性能が低下するため好ましくない。

【0116】

開口部４０は、貯留部２０Ｂの最下部以外の位置に形成されていることが好ましい。これにより、抵抗体１の揺動速度が最大となる貯留部２０Ｂの最下部位置において、液体２１に乱流が生じることによって抵抗体１に生じる抗力が低下するという好ましくない現象の発生を抑制することができる。

【0117】

例えば、通常、制振装置１０Ｂの設置環境において、例えば渦励振によって抵抗体１が揺動することにより貯留部２０Ｂ内を液体２１が移動する。その際、貯留部２０Ｂ内における、液体２１の移動する最大範囲（最大高さ）を特定することができる。開口部４０は、そのような液体２１の移動する最大範囲（最大高さ）よりも外側（液体２１から遠ざかる、Ｚ軸の正方向側）の位置に設けられていることが好ましい。これにより、開口部４０は、貯留部２０Ｂ内に外部から水が浸入することを防止しつつ、貯留部２０Ｂ内から外部に液体２１が流出することを防止できる。

【0118】

また、制振装置１０Ｂは、貯留部２０Ｂの最下部以外の位置に開口部４０が形成されているとともに、以下の構成を有することが好ましい。すなわち、抵抗体１が静止している状態（芯棒３１が鉛直方向に吊り下がっている状態）において、貯留部２０Ｂの最下部と、抵抗体１の最下端（Ｚ軸負方向側の端部）との距離をＬ１０とする。制振装置１０Ｂは、速度境界層の厚さ以下の距離Ｌ１０となっていることが好ましい。これにより、圧力損失が増加することによって抵抗体１に生じる抗力を増大させることができる。

【0119】

開閉機構４２は、例えばバルブであって、流路４１の途中に設けられ、流路４１を開閉する。制振装置１０Ｂは、開閉機構４２が閉状態において、流路４１に水が溜まるようになっている。

【0120】

なお、開口部４０の位置によっては、流路４１に液体２１が満たされていてもよい。シリコンオイル等の液体２１は水よりも比重が軽いことから、この場合においても、水は流路４１を通じて開閉機構４２の位置まで流れることができる。

【0121】

上記距離Ｌ１０を小さくするほど、補助羽根部４が貯留部２０Ｂに接触しやすくなることから、抵抗体１は、補助羽根部４におけるＺ軸方向の長さγ２が、羽根部３におけるＺ軸方向の長さγ１よりも小さくなっていてもよい。或いは、抵抗体１は、羽根部３および補助羽根部４におけるＺ軸の負方向側の端部が、貯留部２０Ｂの形状に合わせて湾曲した形状を有していてもよい。

【0122】

これにより、上記距離Ｌ１０を小さくした場合であっても、抵抗体１が揺動した際に補助羽根部４が貯留部２０Ｂに接触する現象の発生を回避しつつ、抵抗体１に生じる抗力を効果的に増大させることができる。

【0123】

（附記事項）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0124】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 抵抗体
２ 基部
３ 羽根部
４ 補助羽根部（第１の補助羽根部）
５ 補助羽根部（第２の補助羽根部）
１０Ａ、１０Ｂ 制振装置（振り子式制振装置）
２０、２０Ｂ 貯留部
２１ 液体
３０ 重錘
３５ 軸（振り子の軸）
４０ 開口部
４１ 流路
４２ 開閉機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】