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(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】2024-11-21
(45)【発行日】2024-11-29
(54)【発明の名称】制振機構
(51)【国際特許分類】
F16F 15/02 20060101AFI20241122BHJP
F16F 15/06 20060101ALI20241122BHJP
E04H 9/02 20060101ALI20241122BHJP
【ＦＩ】
F16F15/02 C
F16F15/06 G
E04H9/02 341A
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2022113231
(22)【出願日】2022-07-14
(65)【公開番号】P2024011319
(43)【公開日】2024-01-25
【審査請求日】2024-05-13
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 発行者名 株式会社奥村組 刊行物名 奥村組技術研究年報Ｎｏ．４７ 該当頁 ９７～１０２頁「係数励振を利用した制振技術の研究」 発行日 令和３年９月１日
(73)【特許権者】
【識別番号】000140292
【氏名又は名称】株式会社奥村組
(74)【代理人】
【識別番号】100101971
【弁理士】
【氏名又は名称】大畑 敏朗
(72)【発明者】
【氏名】安井 健治
(72)【発明者】
【氏名】栗本 雅裕
(72)【発明者】
【氏名】三澤 孝史
【審査官】後藤 健志
(56)【参考文献】
【文献】実開平１－１５７８５２（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０２０－１４８３３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平３－１４４１３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－２４２２６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平６－２８０９３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１５０４８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２５２８２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平６－５６５３３（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｆ １５／０２－１５／０８
Ｅ０４Ｈ ９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の固有振動数（ｆ）を持つ制振対象構造物と、前記制振対象構造物に設置され、前記制振対象構造物の振動方向と交差する方向に振動可能で、且つ前記制振対象構造物の固有振動数（ｆ）の半分の固有振動数（ｆ／２）を持つ制振手段とを有し、
前記制振手段は、
前記制振対象構造物に回動自在に支持されるとともに回動軸が前記制振対象構造物の構造面と平行に配置された軸部、前記回動軸に対して垂直となるように前記軸部に取り付けられて当該軸部を回動させるように振動するアーム部、および前記アーム部に取り付けられた錘部が設けられた振動部と、
前記軸部の回動と連動して当該軸部と平行に往復移動する移動体、および一端が前記制振対象構造物に取り付けられるとともに他端が前記移動体に取り付けられて前記移動体の移動によって伸縮するコイルばねが設けられ、前記アーム部の振動を調整する調整部とを備える、
ことを特徴とする制振機構。
【請求項2】
前記制振手段を構成する前記アーム部の振動方向と前記制振対象構造物の振動方向とは直交している、ことを特徴とする請求項１記載の制振機構。
【請求項3】
前記コイルばねは、前記移動体の両側または片側に設けられている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の制振機構。
【請求項4】
前記アーム部の振れ角が等時性を担保でき且つ振動数がｆ／２となるように、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さと前記錘部の質量から、前記コイルばねのばね定数が設定される、ことを特徴とする請求項１または２記載の制振機構。
【請求項5】
前記アーム部の振れ角が等時性を担保でき且つ振動数がｆ／２となるように、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さと前記錘部の質量から、前記コイルばねのばね定数が設定される、ことを特徴とする請求項３記載の制振機構。
【請求項6】
前記錘部は、前記アーム部の長さ方向に移動可能とされ、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さを前記錘部の移動により変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の制振機構。
【請求項7】
前記錘部は、前記アーム部の長さ方向に移動可能とされ、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さを前記錘部の移動により変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、
ことを特徴とする請求項３記載の制振機構。
【請求項8】
前記錘部は、前記アーム部の長さ方向に移動可能とされ、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さを前記錘部の移動により変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、
ことを特徴とする請求項４記載の制振機構。
【請求項9】
前記錘部は、前記アーム部の長さ方向に移動可能とされ、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さを前記錘部の移動により変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、
ことを特徴とする請求項５記載の制振機構。
【請求項10】
前記制振対象構造物は水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の下面側に設置されて前記制振対象構造物の上下振動を減衰させる、
ことを特徴とする請求項１記載の制振機構。
【請求項11】
前記制振対象構造物は水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の上面側に設置されて前記制振対象構造物の上下振動を減衰させる、
ことを特徴とする請求項１記載の制振機構。
【請求項12】
前記制振対象構造物は、両端で支持された両持ち構造であり、前記制振手段は、前記アーム部が前記制振対象構造物の両端の支持位置の中央位置に設置される、
ことを特徴とする請求項１０または１１記載の制振機構。
【請求項13】
前記制振対象構造物は、一端のみで支持された片持ち構造であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の前記一端とは反対側の自由端に設置される、
ことを特徴とする請求項１０または１１記載の制振機構。
【請求項14】
前記制振対象構造物は塔状の構造物であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の側面側に設置されて前記制振対象構造物の水平振動を減衰させる、
ことを特徴とする請求項１記載の制振機構。
【請求項15】
前記制振手段は、前記制振対象構造物の上端部に設置される、ことを特徴とする請求項１４記載の制振機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制振対象構造物に発生した振動を抑制する制振機構に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、道路や鉄道などが陸上の障害物や川や谷、海などの上を通過するために架け渡された橋梁などのように水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物や高層建築物などのような塔状の構造物（制振対象構造物）においては、地震時や強風時における揺れの周期が長く、地震や強風がおさまった後においてもしばらくの間は揺れが続いてしまう。
【0003】
そこで、近年、高層建築物のように横揺れ（水平振動）が発生する塔状の構造物においては、揺れ幅が最も大きくなる最上層部に、同調質量ダンパ（チューンドマスダンパ：Ｔｕｎｅｄ Ｍａｓｓ Ｄａｍｐｅｒ、ＴＭＤ）と呼ばれる制振装置を設置することが行われている。この装置は、制振対象の構造物に、ばねなどを介して補助的な質量体（補助質量体）を付加することにより、補助質量体が構造物の振動を肩代わりするように振動することで、構造物の固有振動数周辺での共振現象を抑制するものである。
【0004】
なお、制振装置に関する文献としては、例えば特開平１０－０８２２０８号公報などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平１０－０８２２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、橋梁などのように水平方向に延在して構築された構造物においては、縦揺れ（上下振動）になるので、前述した同調質量ダンパを設置することが困難である。
【0007】
本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、制振対象構造物が有する固有振動数における共振現象を抑制することのできる制振機構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】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の制振機構は、所定の固有振動数（ｆ）を持つ制振対象構造物と、前記制振対象構造物に設置され、前記制振対象構造物の振動方向と交差する方向に振動可能で、且つ前記制振対象構造物の固有振動数（ｆ）の半分の固有振動数（ｆ／２）を持つ制振手段とを有し、前記制振手段は、前記制振対象構造物に回動自在に支持されるとともに回動軸が前記制振対象構造物の構造面と平行に配置された軸部、前記回動軸に対して垂直となるように前記軸部に取り付けられて当該軸部を回動させるように振動するアーム部、および前記アーム部に取り付けられた錘部が設けられた振動部と、前記軸部の回動と連動して当該軸部と平行に往復移動する移動体、および一端が前記制振対象構造物に取り付けられるとともに他端が前記移動体に取り付けられて前記移動体の移動によって伸縮するコイルばねが設けられ、前記アーム部の振動を調整する調整部とを備える、ことを特徴とする。
【0009】
請求項２に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１記載の発明において、前記制振手段を構成する前記アーム部の振動方向と前記制振対象構造物の振動方向とは直交している、ことを特徴とする。
【0010】
請求項３に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１または２記載の発明において、前記コイルばねは、前記移動体の両側または片側に設けられている、ことを特徴とする。
【0011】
請求項４に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１または２記載の発明において、前記アーム部の振れ角が等時性を担保でき且つ振動数がｆ／２となるように、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さと前記錘部の質量から、前記コイルばねのばね定数が設定される、ことを特徴とする。
【0012】
請求項５に記載の本発明の制振機構は、上記請求項３記載の発明において、前記アーム部の振れ角が等時性を担保でき且つ振動数がｆ／２となるように、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さと前記錘部の質量から、前記コイルばねのばね定数が設定される、ことを特徴とする。
【0013】
請求項６に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１または２記載の発明において、前記錘部は、前記アーム部の長さ方向に移動可能とされ、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さを前記錘部の移動により変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、ことを特徴とする。
【0014】
請求項７に記載の本発明の制振機構は、上記請求項３記載の発明において、前記錘部は、前記アーム部の長さ方向に移動可能とされ、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さを前記錘部の移動により変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、ことを特徴とする。
【0015】
請求項８に記載の本発明の制振機構は、上記請求項４記載の発明において、前記錘部は、前記アーム部の長さ方向に移動可能とされ、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さを前記錘部の移動により変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、ことを特徴とする。
【0016】
請求項９に記載の本発明の制振機構は、上記請求項５記載の発明において、前記錘部は、前記アーム部の長さ方向に移動可能とされ、前記錘部の重心と前記軸部の軸心間の長さである前記アーム部の有効長さを前記錘部の移動により変化させて前記アーム部の振動数がｆ／２となるように調整する、ことを特徴とする。
【0017】
請求項１０に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１記載の発明において、前記制振対象構造物は水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の下面側に設置されて前記制振対象構造物の上下振動を減衰させる、ことを特徴とする。
【0018】
請求項１１に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１記載の発明において、前記制振対象構造物は水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の上面側に設置されて前記制振対象構造物の上下振動を減衰させる、ことを特徴とする。
【0019】
請求項１２に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１０または１１記載の発明において、前記制振対象構造物は、両端で支持された両持ち構造であり、前記制振手段は、前記アーム部が前記制振対象構造物の両端の支持位置の中央位置に設置される、ことを特徴とする。
【0020】
請求項１３に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１０または１１記載の発明において、前記制振対象構造物は、一端のみで支持された片持ち構造であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の前記一端とは反対側の自由端に設置される、ことを特徴とする。
【0021】
請求項１４に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１記載の発明において、前記制振対象構造物は塔状の構造物であり、前記制振手段は、前記制振対象構造物の側面側に設置されて前記制振対象構造物の水平振動を減衰させる、ことを特徴とする。
【0022】
請求項１５に記載の本発明の制振機構は、上記請求項１４記載の発明において、前記制振手段は、前記制振対象構造物の上端部に設置される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、回動軸が制振対象構造物の構造面と平行に配置された軸部を回動させるように振動するアーム部を備えた制振手段の固有振動数を制振対象構造物が有する固有振動数の１／２にすることにより、制振対象構造物が有する固有振動数における共振現象を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の一実施の形態に係る制振機構を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0026】
図１に示すように、本実施の形態の制振機構を構成する制振装置（制振手段）Ｄは、道路や鉄道などが陸上の障害物や川や谷、海などの上を通過するためにかけられた架空構造物である橋梁などのように水平方向に延在して構築された梁状または盤状の構造物である制振対象構造物Ｓの下面側に設置されており、当該制振対象構造物Ｓの上下振動を減衰させる機能を有するものである。
【0027】
なお、制振対象構造物Ｓの上下振動は、地震や台風などによる強風、さらに橋梁の場合には当該橋梁を通過する車両や列車により引き起こされる。そして、これらの上下振動では揺れの周期が長く、地震や強風がおさまった後や車両等が通過した後においてもしばらくの間は揺れが続く。
【0028】
このような制振対象構造物Ｓの上下振動を抑制するための本実施の形態の制振装置Ｄは、振動部Ｄ１と調整部Ｄ２とから構成されている。
【0029】
振動部Ｄ１には、制振対象構造物Ｓに取り付けられた一対の軸受けＳａに回動自在に支持されるとともに回動軸が制振対象構造物Ｓの構造面と平行に配置された軸部１１と、軸部１１の回動軸に対して垂直となるように当該軸部１１に取り付けられて軸部１１を回動させるように振動するアーム部１２（図２参照）、およびアーム部１２に取り付けられた錘部１３が設けられている。
【0030】
また、調整部Ｄ２には、軸部１１の回動と連動して軸部１１と平行に往復移動する移動ブロック（移動体）２１、および一端が制振対象構造物Ｓに取り付けられるとともに他端が移動ブロック２１に取り付けられて移動ブロック２１の移動によって伸縮する一対のコイルばね２２が設けられており、コイルばね２２の伸縮によりアーム部１２の振動が調整される。
【0031】
ここで、振動部Ｄ１において、軸部１１の両端には、当該軸部１１の回動軸と同軸上に取り付けられるとともに軸受けＳａに回動自在に嵌め込まれた一対の支持アーム１４が設けられている。したがって、軸部１１は支持アーム１４を介して前述の軸受けＳａに回動自在に支持されている。但し、軸部１１の両端を直接軸受けＳａに回動自在に嵌め込むようにしてもよい。あるいは、両端が軸受けＳａに固定された１本の支持アーム１４を設け、この支持アーム１４に対して、軸部１１を回動自在且つ回動軸方向に移動不能に貫通した状態で設けてもよい。
【0032】
また、本実施の形態では、錘部１３はアーム部１２の長さ方向に移動可能となっており、図示しない固定ピンなどの固定部材によってアーム部１２の所望の移動位置に固定できるようになっている。但し、後述するように、制振装置Ｄの固有振動数の調整において錘部１３を動かす必要がない場合には、当該錘部１３は移動不能となっていてもよい。
【0033】
調整部Ｄ２において、移動ブロック２１の移動方向に沿ってスライド溝（図示せず）が形成されるとともに制振対象構造物Ｓに固定された移動案内部材２３が設けられている。そして、移動ブロック２１は当該スライド溝に嵌め込まれて垂下した状態で設置され、スライド溝に案内されて移動するようになっている。また、移動案内部材２３の両端には、下方に屈曲した壁部２３ａが形成されており、前述した一対のコイルばね２２は、一端が壁部２３ａに取り付けられ、他端が移動ブロック２１の端部に取り付けられている。このように、本実施の形態では、コイルばね２２は壁部２３ａが形成されて制振対象構造物Ｓに固定された移動案内部材２３を介して制振対象構造物Ｓに取り付けられているが、壁部２３ａを直接制振対象構造物Ｓに固定して、そこにコイルばね２２の一端を取り付けるようにしてもよい。また、スライド溝についても、移動案内部材２３を設けることなく、直接制振対象構造物Ｓに形成してもよい。
【0034】
なお、本実施の形態において、コイルばね２２は移動ブロック２１の両側に設けられているが、片側だけに設けられていてもよい。
【0035】
さて、軸部１１には、下方を向けて移動ブロック２１に取り付けられた係合ピン２４と係合する螺旋溝１１ａが形成されている。
【0036】
したがって、図２（ａ）に示すように、アーム部１２が図面手前側に振れると、当該アーム部１２によって回動する軸部１１に形成された螺旋溝１１ａの位置が移動し、それに連動して係合ピン２４が軸部１１の軸方向右側に移動する。これにより、移動ブロック２１が軸部１１と平行に右側に移動し、当該移動ブロック２１の右側に取り付けられたコイルばね２２が収縮し、左側に取り付けられたコイルばね２２が伸長する。
【0037】
また、図２（ｂ）に示すように、アーム部１２が図面奥側に振れると、当該アーム部１２によって回動する軸部１１に形成された螺旋溝１１ａの位置が移動し、それに連動して係合ピン２４が軸部１１の軸方向左側に移動する。これにより、図２（ａ）に示した場合とは逆に、移動ブロック２１が軸部１１と平行に左側に移動し、当該移動ブロック２１の右側に取り付けられたコイルばね２２が伸長し、左側に取り付けられたコイルばね２２が収縮する。
【0038】
そして、制振装置Ｄでは、アーム部１２の振動により発生する固有振動数を後述するように設定することで、制振対象構造物Ｓの上下方向の振動を減衰させる。
【0039】
ここで、水平方向に延在して構築された制振対象構造物Ｓの上下方向の振動を減衰させるため、前述の制振装置Ｄは、当該制振装置Ｄを構成するアーム部１２の振動方向が、制振対象構造物Ｓの振動方向と直交する方向となるように設置されている。
【0040】
なお、アーム部１２の振動方向と制振対象構造物Ｓとの振動方向は交差していれば足り、本実施の形態のように直交していることには限定されない。但し、後述するように、直交していれば制振対象構造物Ｓの制振効果が極めて大きくなることから、アーム部１２の振動方向と制振対象構造物Ｓの振動方向とは直交していることが望ましい。
【0041】
なお、制振装置Ｄは制振対象構造物Ｓの振動が最大となる場所に設置する。つまり、制振対象構造物Ｓが両持ち構造（両端で支持された構造）の場合には、アーム部１２が制振対象構造物Ｓの両端の支持位置Ｆ（図１）の中央位置となるように制振装置Ｄを設置し、片持ち構造（一端のみで支持された構造）の場合には、支持された一端とは反対側の自由端に制振装置Ｄを設置する。なお、本実施の形態では、制振対象構造物Ｓが両持ちとなっているものとして、アーム部１２が制振対象構造物Ｓの２カ所の支持位置Ｆの中央位置となるように制振装置Ｄが取り付けられている。
【0042】
また、制振対象構造物Ｓには所定の固有振動数（ｆ）を持っているが、この制振対象構造物Ｓに設置された制振装置Ｄは、制振対象構造物Ｓの固有振動数（ｆ）の半分の固有振動数（ｆ／２）を有している。そして、コイルばね２２のばね定数（ばねに負荷を加えた時の荷重を伸びで割った比例定数）の設定、およびアーム部１２の有効長さ（錘部１３の重心と軸部１１の軸心間の長さ）の設定、の何れか一方の設定または両方の設定を適用することにより、制振装置Ｄの固有振動数をｆ／２とすることができる。
【0043】
すなわち、コイルばね２２のばね定数の設定とは、振動部Ｄ１の振れ角（つまり、アーム部１２の振れ角）が等時性を担保でき、且つ振動部Ｄ１の振動数がｆ／２となるように、アーム部１２の有効長さと錘部１３の質量から、コイルばね２２のばね定数を設定することである。また、アーム部１２の有効長さの設定とは、錘部１３を所定の位置に移動することによりアーム部１２の有効長さを変化させて、アーム部１２の振動数がｆ／２となるように設定することである。
【0044】
なお、本願において、制振装置Ｄが有する固有振動数（ｆ／２）とは、制振対象構造物Ｓの固有振動数に対して厳密に半分となった固有振動数（つまり、制振対象構造物Ｓの固有振動数ｆに０．５を乗じた数値の固有振動数）との意味ではなく、制振対象構造物Ｓの固有振動数の約半分の固有振動数との意味である。これは、制振装置Ｄが有する固有振動数が制振対象構造物Ｓの固有振動数の厳密に半分の固有振動数の場合における制振対象構造物Ｓの制振効果が極めて大きくなるが、厳密に半分ではなくても有効な制振効果が得られるからである。
【0045】
次に、本実施の形態の制振機構において、上下方向に振動する制振対象構造物Ｓの固有振動数（ｆ）の半分の固有振動数（ｆ／２）を持つ制振装置Ｄにより、制振対象構造物Ｓの振動が抑制されることについて説明する。ここでは、図３に示すように制振機構の試験体Ｔを作成して検証を行った。
【0046】
図３において、制振対象構造物Ｓに相当するのが梁Ｂである。この梁Ｂの両端には、一対の支持アーム１４を回動自在に支持するための軸受けＢａが下方に屈曲して形成されている。また、梁Ｂには、当該梁Ｂを上下振動させるために、負荷マスＭの取り付けられたピエゾアクチュエータＰからなる加振機が固定されている。その他の構成部材は図１と同様となっている。
【0047】
なお、図３に示す試験体Ｔにおいて、梁Ｂには、長さ（支持される両端間の長さ）８５３ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ６ｍｍ、重量３．９７８ｋｇの鉄板を用いた。梁Ｂの中央に位置するアーム部１２の長さは７０ｍｍ、重量は４５ｇである。また、錘部１３の長さは３０ｍｍ、重量は４８ｇ、軸部１１と支持アーム１４の合計重量は１９５ｇである。さらに、負荷マスＭの重量は３９４ｇ、ピエゾアクチュエータＰの重量は２０６ｇで、両者を合計した加振機全体の重量は６００ｇである。なお、加振機は梁Ｂの中心から７０ｍｍ離れた位置に設置した。そして、アーム部１２を梁Ｂの固有振動数に同調させるために、錘部１３の位置（錘部１３を最上部および最下部としたときの軸部１１の径方向下端から錘部１３の中心までの長さ）を２５ｍｍ～６０ｍｍまで変更できるようにし、アーム部１２の固有周期が６．９Ｈｚ_～１２．３Ｈｚの範囲で調整できるようになっている。なお、ピエゾアクチュエータＰは、入力電圧５Ｖで発生する変位は８．０×１０－５ｍで製作されている。
【0048】
さて、図３に示す試験体Ｔのアーム部１２に強制変位を与え、アーム部１２を自由振動させた場合の梁Ｂに発生する加速度を図４（ａ）に、アーム部１２の振れ角を図４（ｂ）に示す。図４において、梁Ｂの振動は１５．５秒、アーム部１２の振動は４．５８秒間続いている。また、アーム部１２の振動が梁Ｂの振動を励起していることで、梁Ｂの振動とアーム部１２を振動が同調されていることが分かる。
【0049】
図４（ａ）の梁Ｂの加速度フーリエスペクトルを図５（ａ）に、図４（ｂ）のアーム部１２の振動のフーリエスペクトルを図５（ｂ）に示す。梁Ｂの固有振動数は１６．２Ｈｚ、アーム部１２の固有振動数は８．０６Ｈｚで梁Ｂの固有振動数とアーム部１２の固有振動数が１：２に同調されている。
【0050】
ここで、アーム部１２の制振効果を把握するため、アーム部１２が作動しない場合と作動する場合について共振実験を行った。ピエゾアクチュエータＰの入力加速度は０．２９ｍ／ｓ２である。また、梁Ｂの振動が定常状態と判断した時刻から１００秒間計測した。加振周波数の範囲は梁Ｂの固有振動数から１６．０５Ｈｚ_～１６．３Ｈｚとし、梁Ｂの減衰定数が非常に小さいことから、０．０１Ｈｚピッチで周波数を増加させた。応答加速度の時系列の最大値から求めた共振曲線を図６（ａ）に示す。図６（ａ）において、１６．０５Ｈｚ以下、１６．３０Ｈｚ以上の周波数ではアーム部１２は振動しないため、梁Ｂの応答加速度は等しくなる。アーム部１２が振動しない場合、固有振動数は１６．１６Ｈｚを示し、自由振動実験から求めた固有振動数より０．０４Ｈｚ低くなった。また、図６（ｂ）に示す位相曲線から、１６．１６Ｈｚで梁Ｂの位相がピエゾアクチュエータＰの位相から約９０°遅れていることから、梁Ｂの固有振動数（ｆ）は１６．１６Ｈｚであることが確認できる。
【0051】
そして、図６（ａ）の共振曲線に示すように、１６．１３Ｈｚから１６．２３Ｈｚにおいてアーム部１２が振動した場合、応答加速度はアーム部１２が振動しない場合に比較して小さくなっている。固有振動数において、アーム部１２が振動しない場合の振幅比は３０倍、振動する場合の振幅比は１５倍となっており、梁Ｂの応答加速度が約１／２に低減していることが分かる。
【0052】
次に、ピエゾアクチュエータＰの入力加速度が０．２９ｍ／ｓ２における梁Ｂの応答加速度を図７（ａ）に、アーム部１２の振れ角を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）、（ｂ）において、ピエゾアクチュエータＰの加振振動数は１６．１６Ｈｚ、図７（ｂ）において、アーム部１２の振動開始（手動による振動開始）時刻はピエゾアクチュエータＰへの電圧印加開始から２２．４秒後である。
【0053】
図７において、アーム部１２が振動しない場合の梁Ｂの加速度は９．０８ｍ／ｓ２で入力に対する振幅比は３１．３倍である。また、ピエゾアクチュエータＰへの電圧印加開始から２２．４秒後においてアーム部１２を振動させると、アーム部１２の振れ角は徐々に大きくなり、２６．２秒で最大値を示しアーム部１２振れ角は徐々に小さくなり、３８秒で最小になり、また、振れ角は徐々に大きくなる傾向を示した。このように、梁Ｂの加速度が３．９８ｍ／ｓ２付近になるとアーム部１２の振動は小さくなる。
【0054】
このように、アーム部１２を振動させる限界の加速度付近では、アーム部１２の振れ角が大きくなると梁Ｂの加速度は小さくなり、梁Ｂの加速度が小さくなるとまたアーム部１２の振れ角は小さくなり梁Ｂの加速度は大きくなる傾向が表れた。
【0055】
ピエゾアクチュエータＰの入力加速度が０．３７ｍ／ｓ２における梁Ｂの応答加速度を図８（ａ）に、アーム部１２の振れ角を図８（ｂ）に示す。図８（ａ）、（ｂ）において、ピエゾアクチュエータＰの加振振動数は１６．１６Ｈｚ、図８（ｂ）において、アーム部１２の振動開始（手動による振動開始）時刻はピエゾアクチュエータＰへの電圧印加開始から２２．３秒後である。
【0056】
図８において、アーム部１２が振動しない場合、梁Ｂの加速度は１０．４ｍ／ｓ２で振幅比は２８．１倍である。時刻２２．３秒でアーム部１２に刺激を与えると約１秒でアーム部１２は最大振幅になり、約３７秒まで徐々に小さくなり、そのあと定常に振動している。また、梁Ｂの加速度もアーム部１２の振動が始まると同時に小さくなり約３７秒で４．２８ｍ／ｓ２となり、そのあとは定常に振動している。
【0057】
このように、梁Ｂの加速度が３．９８ｍ／ｓ２では、アーム部１２と梁Ｂの振動はうなりのような現象を示し（図７）、４．２８ｍ／ｓ２ではアーム部１２の振動は定常な振動を示している（図８）。よって、アーム部１２を振動させる限界の梁Ｂの加速度は４ｍ／ｓ２であると考えられる。
【0058】
梁Ｂの固有振動数（ｆ＝１６．１６Ｈｚ：共振点）におけるアーム部１２の入力加速度と梁Ｂの応答加速度との関係を図９に示す。図示するように、アーム部１２が振動しない場合に比較して、アーム部１２が振動する場合の梁Ｂの加速度は約１／２に低下している。また、アーム部１２の入力加速度が増加するとその低下割合は大きくなる傾向がある。
【0059】
以上のことから、上下方向に振動する梁の固有振動数（ｆ）（本実施の形態ではｆ＝１６．１６Ｈｚ）の１／２の振動数に同調させたアーム部１２を振動させることにより、つまり、上下方向に振動する制振対象構造物Ｓの固有振動数（ｆ）の半分の固有振動数（ｆ／２）を持つ制振装置Ｄにより当該制振対象構造物Ｓの振動を抑制することが可能になる。
【0060】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。
【0061】
たとえば、制振装置Ｄの固有振動数を制振対象構造物Ｓの固有振動数（ｆ）の半分（ｆ／２）にすれば制振効果が得られるが、ここでの「固有振動数の１／２」とは厳密な意味で１／２であることを要しない。
【0062】
また、本実施の形態では、制振装置Ｄが制振対象構造物Ｓの下面側に設置されているが、下面側である必要はなく、制振対象構造物Ｓの上面側に設置されていてもよい。
【0063】
また、本実施の形態では、軸部１１の回動軸が制振対象構造物Ｓの支持位置Ｆを向くように制振装置Ｄが配置されているが、制振装置Ｄの配置方向は特に限定されるものではない。
【0064】
さらに、制振対象構造物Ｓとしては縦揺れ（上下振動）が発生する構造物に限定されるものではなく、高層建築物などのような横揺れ（水平振動）が発生する塔状の制振対象構造物Ｓにも適用可能である。すなわち、制振装置Ｄを制振対象構造物Ｓの側面側に設置すれば、当該制振対象構造物Ｓの水平振動を減衰させることができる。このとき、揺れ(振動）が最も大きくなる塔状の制振対象構造物Ｓの側面側上端部に制振装置Ｄを設置するのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【0065】
本発明の制振機構において、制振対象構造物としては縦揺れ（上下振動）が発生する構造物に限定されるものではなく、高層建築物などのような横揺れ（水平振動）が発生する塔状の構造物にも適用可能である。
【符号の説明】
【0066】
１１ 軸部
１１ａ 螺旋溝
１２ アーム部
１３ 錘部
１４ 支持アーム
２１ 移動ブロック（移動体）
２２ コイルばね
２３ 移動案内部材
２３ａ 壁部
Ｂ 梁
Ｂａ 軸受け
Ｄ 制振装置（制振手段）
Ｄ１ 振動部
Ｄ２ 調整部
Ｍ 負荷マス
Ｆ 支持位置
Ｐ ピエゾアクチュエータ
Ｓ 制振対象構造物
Ｓａ 軸受け
Ｔ 試験体
１１ａ 螺旋溝
１２ アーム部
１３ 錘部
１４ 支持アーム
２１ 移動ブロック（移動体）
２２ コイルばね
２３ 移動案内部材
２３ａ 壁部
Ｂ 梁
Ｂａ 軸受け
Ｄ 制振装置（制振手段）
Ｄ１ 振動部
Ｄ２ 調整部
Ｍ 負荷マス
Ｆ 支持位置
Ｐ ピエゾアクチュエータ
Ｓ 制振対象構造物
Ｓａ 軸受け
Ｔ 試験体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】