特許 7543171 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】2024-08-23

(45)【発行日】2024-09-02

(54)【発明の名称】制振装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/02 20060101AFI20240826BHJP

【ＦＩ】

F16F15/02 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021029701

(22)【出願日】2021-02-26

(65)【公開番号】P2022130992

(43)【公開日】2022-09-07

【審査請求日】2023-11-22

(73)【特許権者】

【識別番号】302060926

【氏名又は名称】株式会社フジタ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 佳也

(72)【発明者】

【氏名】大庭 正俊

【審査官】鵜飼 博人

(56)【参考文献】

【文献】実開平０２－０７７３４２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０９－０７９３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－０４４９５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平０４－０８４９４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１２－０１３１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２８６９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３２５９２２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ １５／００－ １５／３６

Ｅ０４Ｈ ９／００－ ９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造物に設置可能なフレームと、
前記フレームの内側において水平な一方向に移動可能に支持され、液体を内部に収容可能かつ排出可能である錘部材と、
前記錘部材と前記フレームとを連結するばね部材と、
前記錘部材の変位が所定の閾値を超えた場合に前記液体を排出させる作動機構と、
を備える、
制振装置。

【請求項2】

前記錘部材は、前記錘部材の内部と外部とを接続し開放時に前記錘部材から前記液体を排出可能な排液部を含み、
前記作動機構は、前記排液部を開閉可能な第１栓と、前記錘部材の変位が前記閾値を下回っている場合に弛みかつ前記閾値で緊張するように前記フレームと前記第１栓とを連結する第１ワイヤーと、を含む、
請求項１に記載の制振装置。

【請求項3】

前記排液部は、前記錘部材の底部に設けられ、
前記第１栓は、前記錘部材の内部において前記第１ワイヤーに連結される、
請求項２に記載の制振装置。

【請求項4】

前記フレームの外部に設けられ、前記錘部材から排出された前記液体を貯液する貯液タンクと、
前記排液部と前記貯液タンクとをフレキシブルに接続するホースと、
を備える、
請求項２又は３に記載の制振装置。

【請求項5】

前記錘部材は、前記錘部材の内部と外部とを接続し開放時に前記錘部材の内部へ外気が流入可能な給気部を含み、
前記作動機構は、前記給気部を開閉可能な第２栓と、前記錘部材の変位が前記閾値を下回っている場合に弛みかつ前記閾値で緊張するように前記フレームと前記第２栓とを連結する第２ワイヤーと、を含む、
請求項２から４のいずれか１項に記載の制振装置。

【請求項6】

前記給気部は、前記錘部材の天井部に設けられ、
前記第２栓は、前記錘部材の外部において前記第２ワイヤーに連結される、
請求項５に記載の制振装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、制振装置に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄塔、タワー、高層建物等の建物は、台風等の強風を受けたり、地震動による力を受けたりすることで大きな揺れを生じやすい。この対策として、免震装置や制振装置を建物に設置して揺れを抑制する技術が知られている。例えば、特許文献１には、建物の屋上にばね及びダンパを介して錘部材を連結したチューンド・マス・ダンパー（Tuned Mass Damper、以下、ＴＭＤと略す。）を制振装置として用い、ＴＭＤの固有周期を建物の固有周期と同調させることで揺れを抑制する技術が記載されている。

【0003】

ところで、小地震又は強風等による揺れを制振するためのＴＭＤ装置は、大地震の際に錘部材の変位が想定以上になって可動ストローク不足になり、錘部材が衝突して装置が損傷する可能性がある。衝突を防止する対策の一つとして可動ストロークを大きくすると、ＴＭＤ装置の制振装置の寸法が大きくなってしまう、別の対策の一つとして緩衝材を設けると、緩衝材の最適な設計及び費用が追加でかかってしまう、等の問題があった。この問題に対して、例えば特許文献１のような技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－０５３３８１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、特許文献１に記載のＴＭＤ装置では、構成が複雑であること、地震の揺れの大きさによってはストロークが大きくなってしまうこと、等の課題があった。

【0006】

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、建物の振動を吸収する錘部材の想定以上の過大変位を簡易な構成で抑制することができ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】

【0007】

上記の目的を達成するため、本開示の一態様の制振装置は、構造物に設置可能なフレームと、前記フレームの内側において水平な一方向に移動可能に支持され、液体を内部に収容可能かつ排出可能である錘部材と、前記錘部材と前記フレームとを連結するばね部材と、前記錘部材の変位が所定の閾値を超えた場合に前記液体を排出させる作動機構と、を備える。

【0008】

制振装置の望ましい態様として、前記錘部材は、前記錘部材の内部と外部とを接続し開放時に前記錘部材から前記液体を排出可能な排液部を含み、前記作動機構は、前記排液部を開閉可能な第１栓と、前記錘部材の変位が前記閾値を下回っている場合に弛みかつ前記閾値で緊張するように前記フレームと前記第１栓とを連結する第１ワイヤーと、を含む。

【0009】

制振装置の望ましい態様として、前記排液部は、前記錘部材の底部に設けられ、前記第１栓は、前記錘部材の内部において前記第１ワイヤーに連結される。

【0010】

制振装置の望ましい態様として、前記フレームの外部に設けられ、前記錘部材から排出された前記液体を貯液する貯液タンクと、前記排液部と前記貯液タンクとをフレキシブルに接続するホースと、を備える。

【0011】

制振装置の望ましい態様として、前記錘部材は、前記錘部材の内部と外部とを接続し開放時に前記錘部材の内部へ外気が流入可能な給気部を含み、前記作動機構は、前記給気部を開閉可能な第２栓と、前記錘部材の変位が前記閾値を下回っている場合に弛みかつ前記閾値で緊張するように前記フレームと前記第２栓とを連結する第２ワイヤーと、を含む。

【0012】

制振装置の望ましい態様として、前記給気部は、前記錘部材の天井部に設けられ、前記第２栓は、前記錘部材の外部において前記第２ワイヤーに連結される。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、建物の振動を吸収する錘部材の想定以上の過大変位を簡易な構成で抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態に係る制振装置の構成例を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は、振動時の一状態における制振装置を示す断面図である。

【図3】図３は、振動時の別の一状態における制振装置を示す断面図である。

【図4】図４は、図３の後の一状態における制振装置を示す断面図である。

【図5】図５は、第１条件における地震波の最大加速度と制振装置設置による建物最大応答加速度低減率との関係を示すグラフである。

【図6】図６は、第１条件における地震波の最大加速度と錘部材の最大相対変位との関係を示すグラフである。

【図7】図７は、第２条件における地震波の最大加速度と制振装置設置による建物最大応答加速度低減率との関係を示すグラフである。

【図8】図８は、第２条件における地震波の最大加速度と錘部材の最大相対変位との関係を示すグラフである。

【図9】図９は、第３条件における地震波の最大加速度と制振装置設置による建物最大応答加速度低減率との関係を示すグラフである。

【図10】図１０は、第３条件における地震波の最大加速度と錘部材の最大相対変位との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、本開示につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施形態の記載に限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した実施形態における構成要素は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。以下の実施形態では、本開示の実施形態を例示する上で、必要となる構成要素を説明し、その他の構成要素を省略する。

【0016】

（実施形態）
まず、実施形態に係る制振装置１の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る制振装置１の構成例を模式的に示す断面図である。制振装置１は、例えば、高層建物等の建物の屋上に設置される。この際、制振装置１は、平面視で長手方向（図１における左右方向）が建物の短手方向となるように設置されることが好ましい。制振装置１は、実施形態において、フレーム１０と、ガイド機構２０と、錘部材３０と、貯液タンク４０と、作動機構５０と、ばね部材６０と、ダンパ７０と、を備える。

【0017】

フレーム１０は、制振装置１を設置する構造物（例えば、高層建物等の建物の屋上）に設置可能である。フレーム１０は、実施形態において、ガイド機構２０、ばね部材６０及びダンパ７０を支持する。フレーム１０は、ガイド機構２０を介して、錘部材３０を支持する。フレーム１０は、実施形態において、床部１２と、一対の側柱部１４、１６と、天井部１８と、を含む。

【0018】

床部１２の上面側には、後述のガイド機構２０が設けられる。床部１２は、ガイド機構２０を介して錘部材３０を水平な一方向（図１の両矢印に示すＸ軸方向）に移動可能に支持する。Ｘ軸方向は、実施形態において、フレーム１０の長手方向である。

【0019】

側柱部１４は、床部１２の長手方向の一端部から立設される。側柱部１６は、床部１２の長手方向の他端部から立設される。他端部は、床部１２の長手方向において、側柱部１４が立設される一端部とは反対側の端部を示す。なお、フレーム１０の床部１２及び側柱部１４、１６は、実施形態では短手方向視の断面が図１に示すように凹字形状であるが、本開示ではこれに限定されず、四方が壁に囲まれた箱形状でもよいし、架構フレームであってもよい。

【0020】

天井部１８は、フレーム１０の上方側に設けられる。天井部１８は、実施形態において、側柱部１４、１６に支持されるアーチ状である。天井部１８は、フレーム１０の上方を覆う蓋状であってもよい。

【0021】

ガイド機構２０は、フレーム１０に対して錘部材３０がＸ軸方向にのみ移動可能であるようにガイドする。ガイド機構２０は、床部１２の上面側に設けられる。ガイド機構２０は、実施形態において、ガイドレール２２と、ガイドブロック２４とを含むリニアガイドである。

【0022】

ガイドレール２２は、Ｘ軸方向に沿って床部１２の上面に固定して設けられる。ガイドレール２２は、ガイドブロック２４をＸ軸方向に移動自在に支持する。ガイドブロック２４は、Ｘ軸方向に移動自在であるようにガイドレール２２に支持される。ガイドブロック２４は、例えば、複数の転動体を介してガイドレール２２に支持される。ガイドブロック２４は、ガイドレール２２上をＸ軸方向に摺動する。ガイドブロック２４の上面側には、錘部材３０が設けられる。

【0023】

錘部材３０は、制振装置１を設置する建物の揺れ方向と逆の方向に動くことによって建物の揺れを低減させるための重りである。錘部材３０は、内部に液体Ｌｑを収容可能かつ排出可能な液体槽である。液体Ｌｑは、常温で液体状態である流体であれば特に限定されないが、低粘性、難燃性及び難揮発性であり、かつ調達が容易であることが好ましい。液体Ｌｑは、例えば、水、又は水より比重の重い液体を含む。錘部材３０に収容される液体Ｌｑの重量は、実施形態において、錘部材３０の総重量の１／２である。錘部材３０は、ガイドブロック２４の上面側に設けられる。錘部材３０は、ガイドブロック２４がガイドレール２２上をＸ軸方向に摺動することによって、フレーム１０に対してＸ軸方向に移動可能である。

【0024】

錘部材３０は、移動可能方向であるＸ軸方向の一端側３２が、フレーム１０の側柱部１４と対向する。錘部材３０の一端側３２は、後述のばね部材６０ａ及びダンパ７０ａを介して側柱部１４と連結される。錘部材３０は、移動可能方向であるＸ軸方向の他端側３４が、フレーム１０の側柱部１６と対向する。錘部材３０の他端側３４は、後述のばね部材６０ｂ及びダンパ７０ｂを介して側柱部１６と連結される。

【0025】

錘部材３０は、排液部３６と、給気部３８と、を有する。排液部３６は、液体Ｌｑを収容する錘部材３０の内部と外部とを接続する。排液部３６は、実施形態において、錘部材３０の底部に複数（図１に示す一例では、２箇所）設けられる。錘部材３０の外部側において、排液部３６は、後述のホース４２に接続する。排液部３６は、開放時において、錘部材３０の内部の液体Ｌｑを、ホース４２側に排出可能である。給気部３８は、液体Ｌｑを収容する錘部材３０の内部と外部とを接続する。給気部３８は、実施形態において、錘部材３０の天井部に複数（図１に示す一例では、２箇所）設けられる。給気部３８は、開放時において、外部から錘部材３０の内部へ外気が流入可能である。

【0026】

貯液タンク４０は、実施形態において、フレーム１０の外部に設けられる。貯液タンク４０は、ホース４２を介して錘部材３０の排液部３６と接続する。錘部材３０の排液部３６から排出された液体Ｌｑは、ホース４２を介して、貯液タンク４０に送られる。貯液タンク４０は、ホース４２から送られた液体Ｌｑを、一時的に貯液する。なお、図１に示す一例では、１つの排液部３６及びホース４２に対して、１つずつの貯液タンク４０が設けられるが、複数のホース４２が１つの貯液タンク４０に接続してもよい。ホース４２は、少なくとも一部がフレキシブルに設けられる。これにより、ホース４２の一端側が接続される排液部３６が、錘部材３０のＸ軸方向への移動に伴って移動する際にも、排液部３６と貯液タンク４０との接続を維持する。

【0027】

作動機構５０は、錘部材３０の変位が所定の閾値を超えた場合に、錘部材３０の内部から液体Ｌｑを排出させる。なお、閾値は、想定した錘部材３０の変位に安全率を考慮して設計される値である。作動機構５０は、実施形態において、第１栓５２と、第２栓５４と、第１ワイヤー５６と、第２ワイヤー５８と、を含む。

【0028】

第１栓５２は、錘部材３０の排液部３６を開閉可能な栓である。第１栓５２は、実施形態において、錘部材３０の底部に複数（図１に示す一例では、２箇所）設けられる。第１栓５２は、実施形態において、排液部３６から錘部材３０の内部側に向かう方向へ抜かれることによって、排液部３６を開放するように設けられる。第１栓５２は、第１ワイヤー５６と連結する。第１栓５２は、実施形態において、錘部材３０の内部において、第１ワイヤー５６に連結される。

【0029】

第２栓５４は、錘部材３０の給気部３８を開閉可能な栓である。第２栓５４は、実施形態において、錘部材３０の天井部に複数（図１に示す一例では、２箇所）設けられる。第２栓５４は、実施形態において、給気部３８から錘部材３０の外部側に向かう方向へ抜かれることによって、給気部３８を開放するように設けられる。第２栓５４は、第２ワイヤー５８と連結する。第２栓５４は、実施形態において、錘部材３０の外部において、第２ワイヤー５８に連結される。

【0030】

第１ワイヤー５６は、フレーム１０と第１栓５２とを連結する。第１ワイヤー５６は、実施形態において、一方の端部が、フレーム１０の天井部１８に固定される。より詳しくは、複数（図１に示す一例では、２本）の第１ワイヤー５６は、実施形態において、それぞれの一方の端部が、フレーム１０の天井部１８の中央部に固定される。第１ワイヤー５６は、フレーム１０に固定される側とは反対側である他方の端部が、第１栓５２に固定される。

【0031】

第１ワイヤー５６は、錘部材３０の変位が所定の閾値を下回っている場合に弛み、閾値で緊張するように設けられる。錘部材３０の変位が閾値を超えた場合、緊張した第１ワイヤー５６が第１栓５２を押さえることにより、第１栓５２が排液部３６から抜ける。これにより、排液部３６が開放され、錘部材３０の内部の液体Ｌｑが、ホース４２を介して貯液タンク４０へ排出される。

【0032】

なお、実施形態においては、例えば、錘部材３０が側柱部１４から離隔する方向に閾値を超えて移動した場合、２つの第１栓５２のうち側柱部１６側に設けられる第１栓５２と連結される第１ワイヤー５６が緊張して第１栓５２を抜く（後述の図３参照）。この際、２つの第１栓５２のうち側柱部１４側に設けられる第１栓５２と連結される第１ワイヤー５６は、弛んだままである。したがって、側柱部１４側に設けられる第１栓５２は、排液部３６を閉じた状態を維持する。

【0033】

第２ワイヤー５８は、フレーム１０と第２栓５４とを連結する。第２ワイヤー５８は、実施形態において、一方の端部が、フレーム１０の天井部１８に固定される。より詳しくは、複数（図１に示す一例では、２本）の第２ワイヤー５８は、実施形態において、それぞれの一方の端部が、図１に示す初期位置に錘部材３０がある状態における給気部３８の直上で、フレーム１０の天井部１８に固定される。第２ワイヤー５８は、フレーム１０に固定される側とは反対側である他方の端部が、第２栓５４に固定される。

【0034】

第２ワイヤー５８は、錘部材３０の変位が所定の閾値を下回っている場合に弛み、閾値で緊張するように設けられる。錘部材３０の変位が閾値を超えた場合、緊張した第２ワイヤー５８が第２栓５４を押さえることにより、第２栓５４が給気部３８から抜ける。これにより、給気部３８が開放され、錘部材３０の内部へ外気が流入可能となる。

【0035】

ばね部材６０は、錘部材３０とフレーム１０とを連結する。ばね部材６０は、実施形態において、引張ばねである。ばね部材６０は、錘部材３０がフレーム１０から離隔する方向に移動した場合に、元の位置に復帰させる方向へ付勢する復元力を有する。ばね部材６０は、実施形態において、一対のばね部材６０ａ、６０ｂを含む。一対のばね部材６０ａ、６０ｂは、同一のばね定数を有する。

【0036】

ばね部材６０ａは、フレーム１０の側柱部１４と錘部材３０の一端側３２との間に設けられる。ばね部材６０ａは、一方の端部が、フレーム１０の側柱部１４に固定される。ばね部材６０ａは、側柱部１４に固定される側とは反対側である他方の端部が、錘部材３０の一端側３２に固定される。ばね部材６０ａは、錘部材３０が、側柱部１４から離隔する方向、すなわち側柱部１６に接近する方向に移動した場合、錘部材３０を側柱部１４側に引っ張る。

【0037】

ばね部材６０ｂは、フレーム１０の側柱部１６と錘部材３０の他端側３４との間に設けられる。ばね部材６０ｂは、一方の端部が、フレーム１０の側柱部１６に固定される。ばね部材６０ｂは、側柱部１６に固定される側とは反対側である他方の端部が、錘部材３０の他端側３４に固定される。ばね部材６０ｂは、錘部材３０が、側柱部１６から離隔する方向、すなわち側柱部１４に接近する方向に移動した場合、錘部材３０を側柱部１６側に引っ張る。

【0038】

ダンパ７０は、錘部材３０とフレーム１０とを連結する。ダンパ７０は、例えば、オイルダンパである。ダンパ７０は、Ｘ軸方向に振動する錘部材３０の振動を減衰する。ダンパ７０は、一対のダンパ７０ａ、７０ｂを含む。一対のダンパ７０ａ、７０ｂは、同一の減衰係数を有する。

【0039】

ダンパ７０ａは、ばね部材６０ａと並列で設けられる。ダンパ７０ａは、フレーム１０の側柱部１４と錘部材３０の一端側３２との間に設けられる。ダンパ７０ａは、一方の端部が、フレーム１０の側柱部１４に固定される。ダンパ７０ａは、側柱部１４に固定される側とは反対側である他方の端部が、錘部材３０の一端側３２に固定される。ダンパ７０ａは、錘部材３０のＸ軸方向への振動によりばね部材６０ａが周期振動する際、ばね部材６０ａの周期振動を減衰させる。

【0040】

ダンパ７０ｂは、ばね部材６０ｂと並列で設けられる。ダンパ７０ｂは、フレーム１０の側柱部１６と錘部材３０の他端側３４との間に設けられる。ダンパ７０ｂは、一方の端部が、フレーム１０の側柱部１６に固定される。ダンパ７０ｂは、側柱部１６に固定される側とは反対側である他方の端部が、錘部材３０の他端側３４に固定される。ダンパ７０ｂは、錘部材３０のＸ軸方向への振動によりばね部材６０ｂが周期振動する際、ばね部材６０ｂの周期振動を減衰させる。

【0041】

次に、制振装置１が設置される建物がＸ軸方向に振動して錘部材３０がＸ軸方向に振動した際の制振装置１の挙動について、図１から図４までを参照して説明する。図１に示すように、建物が振動せず静止している状態において、錘部材３０は側柱部１４と側柱部１６との間の中心に位置する。この際、ばね部材６０ａとばね部材６０ｂとの復元力は釣り合っている。また、第１栓５２及び第２栓５４が排液部３６及び給気部３８を閉じていることにより、液体Ｌｑで満たされた錘部材３０の内部は密閉されている。第１ワイヤー５６及び第２ワイヤー５８は、弛んだ状態で第１栓５２及び第２栓５４とフレーム１０とを連結している。

【0042】

図２は、振動時の一状態における制振装置１を示す断面図である。より詳しくは、図２は、閾値を超えない範囲で錘部材３０がＸ軸方向に振動している一状態の制振装置１を示す。図２に示すように、錘部材３０が側柱部１４から離隔する方向へ移動すると、ばね部材６０ａが伸長するとともに、ばね部材６０ｂが収縮する。この際、錘部材３０と共に移動する第１栓５２は、第１ワイヤー５６が緊張する位置を超えて移動しないので、排液部３６から抜かれず、閉じた状態を維持する。また、錘部材３０と共に移動する第２栓５４は、第２ワイヤー５８が緊張する位置を超えて移動しないので、給気部３８から抜かれず、閉じた状態を維持する。

【0043】

なお、錘部材３０が側柱部１４から離隔する方向へ移動すると、ばね部材６０ａ、６０ｂには、錘部材３０を側柱部１４に接近する方向へ復帰させようとする復元力が生じる。外部（建物）からの振動によって錘部材３０が側柱部１４から離隔する方向に移動させる力より復元力が大きくなると、錘部材３０は、側柱部１４に接近する方向へ移動し、振動が減衰するまで、側柱部１４から離隔する方向への移動と側柱部１６から離隔する方向への移動とを繰り返す。

【0044】

図３は、振動時の別の一状態における制振装置１を示す断面図である。より詳しくは、図３は、錘部材３０の変位が閾値を超えた一状態の制振装置１を示す。図３に示すように、錘部材３０が側柱部１４から離隔する方向へ閾値を超えて移動すると、ばね部材６０ａが伸長するとともにばね部材６０ｂが収縮し、錘部材３０と共に側柱部１６側の第１栓５２がフレーム１０の中心部から遠ざかる。

【0045】

この際、側柱部１６側の第１栓５２に連結している第１ワイヤー５６が、緊張した状態でさらに第１栓５２側に引っ張られるので、第１ワイヤー５６が第１栓５２を押さえることにより、第１栓５２が排液部３６から抜ける。これにより、排液部３６が開放され、錘部材３０の内部の液体Ｌｑが、ホース４２を介して貯液タンク４０へ排出される。

【0046】

また、第２栓５４が第２ワイヤー５８のフレーム１０への固定箇所から遠ざかることにより、第２ワイヤー５８が緊張した状態でさらに第２栓５４側に引っ張られるので、第２ワイヤー５８が第２栓５４を押さえることにより、第２栓５４が給気部３８から抜ける。これにより、給気部３８が開放され、錘部材３０の内部へ外気が流入可能となる。

【0047】

図４は、図３の後の一状態における制振装置１を示す断面図である。図４に示すように、錘部材３０が側柱部１６から離隔する方向へ閾値を超えて移動すると、ばね部材６０ｂが伸長するとともにばね部材６０ａが収縮し、錘部材３０と共に側柱部１４側の第１栓５２がフレーム１０の中心部から遠ざかる。

【0048】

この際、側柱部１４側の第１栓５２に連結している第１ワイヤー５６が、緊張した状態でさらに第１栓５２側に引っ張られるので、第１ワイヤー５６が第１栓５２を押さえることにより、第１栓５２が排液部３６から抜ける。これにより、排液部３６が開放され、錘部材３０の内部の液体Ｌｑが、ホース４２を介して貯液タンク４０へ排出される。

【0049】

このように、作動機構５０は、錘部材３０が閾値を超えて移動すると、第１栓５２を排液部３６から抜き、錘部材３０の内部の液体Ｌｑを外部に排出することができる。液体Ｌｑを錘部材３０の外部に排出することにより、錘部材３０の重量を減少させることができる。例えば、実施形態のように、錘部材３０の内部に収容された液体Ｌｑの重量が錘部材３０の総重量の５０％である場合、液体Ｌｑが全て排出されることによって、制振装置１の固有周期は、（１／２）^１／２倍（約０．７１倍）に減少する。なお、貯液タンク４０に排出された液体Ｌｑは、振動が収まった後に、ポンプ等で錘部材３０の内部に戻せばよい。

【0050】

次に、実施形態の制振装置１における錘部材３０の変位の抑制効果について、本開示の発明者らによる検証結果を、図５から図１０までを参照して説明する。本検証は、重量が１００ｔ、固有周期が１秒、減衰率が３％である建物と、制振装置１とを模擬した計算モデルを用いて地震応答解析により行った。制振装置１は、本解析において、錘部材３０の重量が１ｔ、錘部材３０の変位量の閾値が３０ｃｍ、錘部材３０に収容される液体Ｌｑの重量が錘部材３０の総重量の１／２であるものとする。なお、ばね部材６０のばね定数及びダンパ７０の減衰定数は、液体Ｌｑを収容している状態の錘部材３０の固有振動数が建物の固有振動数と同調するように設定されているものとする。

【0051】

本解析では、制振装置が設置されていない建物のモデルと、実施形態の制振装置１が設置される建物のモデルと、比較例の制振装置が設置される建物のモデルと、にそれぞれ第１条件から第３条件までの地震波を付与した時の、制振装置が設置されている建物と設置されていない建物の最大応答加速度の比（以下、「制振装置設置による建物最大応答加速度低減率」と記載）と、錘部材３０の最大相対変位［ｃｍ］とについて比較検証した。比較例の制振装置は、実施形態の制振装置１と比較して、第１ワイヤー５６及び第２ワイヤー５８を備えない（液体Ｌｑが錘部材３０から排出されない）点で異なる。第１条件の地震波は、エルセントロ（1940年、NS波）の観測地震波である。第２条件の地震波は、神戸（1995年、NS波）の観測地震波である。第３条件の地震波は、日本建築センターの模擬波（BCJ-L2）である。

【0052】

図５は、第１条件における地震波の最大加速度［ｃｍ／ｓ^２］と制振装置設置による建物最大応答加速度低減率との関係を示すグラフである。図６は、第１条件における地震波の最大加速度［ｃｍ／ｓ^２］と錘部材３０の最大相対変位［ｃｍ］との関係を示すグラフである。

【0053】

図６に示すように、実施形態の制振装置１及び比較例の制振装置ともに、約２００［ｃｍ／ｓ^２］以下の地震波では、錘部材３０の変位が閾値（３０ｃｍ）以内である。この範囲において、実施形態の制振装置１及び比較例の制振装置は、制振装置を備えない場合に対して、建物の最大応答加速度を約８８％に減少させている。

【0054】

錘部材３０の変位が閾値（３０ｃｍ）を超える約２５０［ｃｍ／ｓ^２］以上の地震波では、実施形態の制振装置１と比較例の制振装置とが異なる挙動を示す。具体的には、錘部材３０の変位が閾値を超えた実施形態の制振装置１は、錘部材３０の重量が１／２に減少したことにより、建物と固有周期がずれる。これにより、制振効果が減少するので、図５に示すように、建物の最大応答加速度が増加する。

【0055】

一方で、制振装置１の固有周期が建物とずれて錘部材３０の振動が抑制されるため、図６に示すように、錘部材３０の変位量が比較例に対して減少する。例えば、約１０００［ｃｍ／ｓ^２］の地震波に対する錘部材３０の変位量は、比較例の制振装置では約２００ｃｍであるのに対し、実施形態の制振装置１では約５０ｃｍに抑制することができる。

【0056】

図７は、第２条件における地震波の最大加速度［ｃｍ／ｓ^２］と制振装置設置による建物最大応答加速度低減率との関係を示すグラフである。図８は、第２条件における地震波の最大加速度［ｃｍ／ｓ^２］と錘部材３０の最大相対変位［ｃｍ］との関係を示すグラフである。

【0057】

図８に示すように、実施形態の制振装置１及び比較例の制振装置ともに、約２００［ｃｍ／ｓ^２］以下の地震波では、錘部材３０の変位が閾値（３０ｃｍ）以内である。この範囲において、実施形態の制振装置１及び比較例の制振装置は、制振装置を備えない場合に対して、建物の最大応答加速度を約９８％に減少させている。

【0058】

錘部材３０の変位が閾値（３０ｃｍ）を超える約２５０［ｃｍ／ｓ^２］以上の地震波では、実施形態の制振装置１と比較例の制振装置とが異なる挙動を示す。具体的には、錘部材３０の変位が閾値を超えた実施形態の制振装置１は、錘部材３０の重量が１／２に減少したことにより、建物と固有周期がずれる。これにより、制振効果が減少するので、図７に示すように、建物の最大応答加速度が増加する。

【0059】

一方で、制振装置１の固有周期が建物とずれて錘部材３０の振動が抑制されるため、図８に示すように、錘部材３０の変位量が比較例に対して減少する。例えば、約８００［ｃｍ／ｓ^２］の地震波に対する錘部材３０の変位量は、比較例の制振装置では約１４０ｃｍであるのに対し、実施形態の制振装置１では約７０ｃｍに抑制することができる。

【0060】

図９は、第３条件における地震波の最大加速度［ｃｍ／ｓ^２］と制振装置設置による建物最大応答加速度低減率との関係を示すグラフである。図１０は、第３条件における地震波の最大加速度［ｃｍ／ｓ^２］と錘部材３０の最大相対変位［ｃｍ］との関係を示すグラフである。

【0061】

図１０に示すように、実施形態の制振装置１及び比較例の制振装置ともに、約１００［ｃｍ／ｓ^２］以下の地震波では、錘部材３０の変位が閾値（３０ｃｍ）以内である。この範囲において、実施形態の制振装置１及び比較例の制振装置は、制振装置を備えない場合に対して、建物の最大応答加速度を約８３％に減少させている。

【0062】

錘部材３０の変位が閾値（３０ｃｍ）を超える約２００［ｃｍ／ｓ^２］以上の地震波では、実施形態の制振装置１と比較例の制振装置とが異なる挙動を示す。具体的には、錘部材３０の変位が閾値を超えた実施形態の制振装置１は、錘部材３０の重量が１／２に減少したことにより、建物と固有周期がずれる。これにより、制振効果が減少するので、図９に示すように、建物の最大応答加速度が増加する。

【0063】

一方で、制振装置１の固有周期が建物とずれて錘部材３０の振動が抑制されるため、図１０に示すように、錘部材３０の変位量が比較例に対して減少する。例えば、約８００［ｃｍ／ｓ^２］の地震波に対する錘部材３０の変位量は、比較例の制振装置では約２００ｃｍであるのに対し、実施形態の制振装置１では約５０ｃｍに抑制することができる。

【0064】

以上で説明したように、実施形態の制振装置１は、構造物に設置可能なフレーム１０と、フレーム１０の内側において水平な一方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持され、液体Ｌｑを内部に収容可能かつ排出可能である錘部材３０と、錘部材３０とフレーム１０とを連結するばね部材６０と、錘部材３０の変位が所定の閾値を超えた場合に液体Ｌｑを排出させる作動機構５０と、を備える。

【0065】

制振装置１は、設置される建物に大地震等の大きな揺れが生じて、錘部材３０の変位が所定の閾値を超えた場合、錘部材３０から液体Ｌｑを排出して錘部材３０の総重量を変化させることによって、固有周期を建物とずらして同調させないようにすることができる。これにより、錘部材３０の想定以上の過大変位を抑制することができるので、可動ストロークを大きく設計することなく、錘部材３０がフレーム１０に衝突して衝撃力が発生したり制振装置１が破損したりすることを抑制することができる。すなわち、大地震等の大きな揺れが生じた場合、制振装置１の制振機能を停止させることにより、大地震に対応する別の大規模な制振装置又は免震装置等の働きを阻害することを抑制することができる。

【0066】

また、実施形態の制振装置１において、錘部材３０は、錘部材３０の内部と外部とを接続し開放時に錘部材３０から液体Ｌｑを排出可能な排液部３６を含み、作動機構５０は、排液部３６を開閉可能な第１栓５２と、錘部材３０の変位が閾値を下回っている場合に弛みかつ閾値で緊張するようにフレーム１０と第１栓５２とを連結する第１ワイヤー５６と、を含む。

【0067】

制振装置１は、設置される建物に大地震等の大きな揺れが生じて、錘部材３０の変位が所定の閾値を超えた場合、第１ワイヤー５６が第１栓５２を押さえることにより、第１栓５２が排液部３６から抜ける。これにより、排液部３６が開放され、錘部材３０の内部の液体Ｌｑが、外部へ排出されるので、錘部材３０の重量が、排出された液体Ｌｑの分だけ減少する。このように、錘部材３０の変位が閾値を超えた場合の液体Ｌｑの排出を、電気を用いない機構で実現しているため、例えば、大地震等で停電になった場合でも、運用が可能である。

【0068】

また、実施形態の制振装置１において、排液部３６は、錘部材３０の底部に設けられ、第１栓５２は、錘部材３０の内部において第１ワイヤー５６に連結される。錘部材３０の内部では、底部が最も水圧が高いため、底部に排液部３６が設けられることにより、液体Ｌｑの排出速度を増加させることができる。これにより、錘部材３０の重量を迅速に変化させることができるため、より好適に錘部材３０の想定以上の過大変位を抑制することができる。

【0069】

また、実施形態の制振装置１は、フレーム１０の外部に設けられ、錘部材３０から排出された液体Ｌｑを貯液する貯液タンク４０と、排液部３６と貯液タンク４０とをフレキシブルに接続するホース４２と、を備える。制振装置１は、排出した液体Ｌｑを貯液タンク４０に貯液することにより、振動が収まった後に、再び貯液タンク４０内の液体Ｌｑを錘部材３０の内部に戻して再利用することができる。また、貯液タンク４０を外部に設け、フレキシブルなホース４２で連結することにより、貯液タンク４０の設置場所が限定されず、制振装置１のフレーム１０を小型化できるので、制振装置１の設置場所が限定されることを抑制することができる。

【0070】

また、実施形態の制振装置１において、錘部材３０は、錘部材３０の内部と外部とを接続し開放時に錘部材３０の内部へ外気が流入可能な給気部３８を含み、作動機構５０は、給気部３８を開閉可能な第２栓５４と、錘部材３０の変位が閾値を下回っている場合に弛みかつ閾値で緊張するようにフレーム１０と第２栓５４とを連結する第２ワイヤー５８と、を含む。

【0071】

制振装置１は、設置される建物に大地震等の大きな揺れが生じて、錘部材３０の変位が所定の閾値を超えた場合、第２ワイヤー５８が第２栓５４を押さえることにより、第２栓５４が給気部３８から抜ける。これにより、給気部３８が開放され、錘部材３０の内部へ外気が流入可能になるので、排液部３６から液体Ｌｑが排出される際に、錘部材３０の内部の気圧が低下して液体Ｌｑの排出が阻害されることを抑制することができる。また、錘部材３０の変位が閾値を超えた場合の外気の流入を、電気を用いない機構で実現しているため、例えば、大地震等で停電になった場合でも、運用が可能である。

【0072】

また、実施形態の制振装置１において、給気部３８は、錘部材３０の天井部に設けられ、第２栓５４は、錘部材３０の外部において第２ワイヤー５８に連結される。このように、錘部材３０から液体Ｌｑが排出される際に、第２栓５４が抜けて給気部３８が開放されて天井部側から外気を流入させることにより、錘部材３０の内部の気圧を低下させることなく、液位を下げることができる。これにより、錘部材３０の重量を迅速に変化させることができるため、より好適に錘部材３０の想定以上の過大変位を抑制することができる。

【符号の説明】

【0073】

１ 制振装置
１０ フレーム
１２ 床部
１４、１６ 側柱部
１８ 天井部
２０ ガイド機構
２２ ガイドレール
２４ ガイドブロック
３０ 錘部材
３２ 一端側
３４ 他端側
３６ 排液部
３８ 給気部
４０ 貯液タンク
４２ ホース
５０ 作動機構
５２ 第１栓
５４ 第２栓
５６ 第１ワイヤー
５８ 第２ワイヤー
６０、６０ａ、６０ｂ ばね部材
７０、７０ａ、７０ｂ ダンパ
Ｌｑ 液体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】