制振装置、鉄塔及び構造物
【課題】構造物への取り付け場所の自由度が大きい制振装置を提供する。
【解決手段】制振装置１０は、第１連結部２２で回転可能に連結された第１アーム１２、１４と、第２連結部２６で回転可能に連結された第２アーム１６、１８を有している。第１アーム１２と第２アーム１８の他端は、構造物の第１固定部と固定される第１取付金具２１とそれぞれ回転可能にピン接合２０されている。第１アーム１４と第２アーム１６の他端は、構造物の第２固定部と固定される第２取付金具２５とそれぞれ回転可能にピン接合２４されている。第１連結部２２と第２連結部２６の間には、第１連結部２２と第２連結部２６を外側に押し広げて、回転ダンパー１００が取り付けられている。回転ダンパー１００の両端部は、第１アーム１２の先端部３６、及び第２アーム１２の先端部３８とそれぞれピン接合３７、３９されている。
【解決手段】制振装置１０は、第１連結部２２で回転可能に連結された第１アーム１２、１４と、第２連結部２６で回転可能に連結された第２アーム１６、１８を有している。第１アーム１２と第２アーム１８の他端は、構造物の第１固定部と固定される第１取付金具２１とそれぞれ回転可能にピン接合２０されている。第１アーム１４と第２アーム１６の他端は、構造物の第２固定部と固定される第２取付金具２５とそれぞれ回転可能にピン接合２４されている。第１連結部２２と第２連結部２６の間には、第１連結部２２と第２連結部２６を外側に押し広げて、回転ダンパー１００が取り付けられている。回転ダンパー１００の両端部は、第１アーム１２の先端部３６、及び第２アーム１２の先端部３８とそれぞれピン接合３７、３９されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振装置、鉄塔及び構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物は、地震や風等の外力によって振動し、柱と梁とで囲まれた架構に変形が生じる。この変形を抑えるために（制振するために）、架構内にエネルギーを吸収する制振用ダンパーを設置した制振装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
更に、制振用ダンパーの効果を飛躍的に向上させるために、トグル機構を用いた制振装置が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２５６０４５号公報
【特許文献２】特開平１０−１６９２４４号公報
【特許文献３】特開２００８−００２１６５号公報 しかし、これらの制振用ダンパーは、いずれもトグル機構を使用しているため、構造物への取り付け場所に制限がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事実に鑑み、構造物への取り付け場所の自由度が大きい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】
【０００６】
請求項１に記載の発明に係る制振装置は、第１連結部に回転可能に連結された一対の第１腕部材と、第２連結部に回転可能に連結された一対の第２腕部材と、構造物の第１構造部に固定され、前記第１腕部材の一方と前記第２腕部材の一方を回転可能に連結する第１連結手段と、外乱により前記第１構造部と相対移動する前記構造物の第２構造部に固定され、前記第１腕部材の他方と前記第２腕部材の他方を回転可能に連結する第２連結手段と、前記第１連結部と前記第２連結部を外側に折り曲げて前記第１連結部と前記第２連結部との間に回転可能に連結され、前記第１連結部と前記第２連結部の距離が変化したとき、前記変化に伴う軸体の直線変位を回転慣性質量の前記軸体回りの回転変位に変換する回転ダンパーと、を有することを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、外乱によって構造物の第１構造部と第２構造部が相対移動したとき、構造物の第１構造部に固定された第１連結手段と、構造物の第２構造部に固定された第２連結手段が相対移動する。そして、第１腕部材と第２腕部材が回転可能に連結されているため、第１連結手段と第２連結手段の相対移動により、外側に折り曲げて連結された第１連結部と第２連結部の距離が変化する。
【０００８】
第１連結部と第２連結部の間には、第１連結部と第２連結部の距離の変化に伴う軸体の直線変位を、回転慣性質量の回転変位に変換する回転ダンパーが取り付けられており、回転慣性質量が回転して構造物の振動を抑制する。
本実施の形態によれば、回転ダンパーの両端部が、第１腕部材と第２腕部材に取り付けられているため、構造物への取り付け自由度が大きい。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の制振装置において、前記回転ダンパーは、前記軸体と、前記軸体が挿入される回転体と、前記回転体を回転可能に保持する保持体と、前記軸体の外周面と前記回転体の内周面とに設けられ、前記軸体の軸線方向の直線変位を前記回転体の前記軸体回りの回転変位に変換する螺合手段と、前記回転体と一体となって前記軸体の軸線回りに回転する回転慣性質量体と、を有し、前記軸体を前記第１連結部に連結し、前記保持体を前記第２連結部に連結したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、第１連結部と第２連結部の距離が変化したとき、第１連結部と第２連結部の距離の変化に伴い軸体が直線変位する。軸体が直線変位すると、軸体と螺合手段で接合された回転体が回転変位を開始する。このとき、回転慣性質量体も回転体と一体となって軸体回りに回転する。
この回転体と回転慣性質量体の回転変位により、軸体の直線変位が抑制され、構造物の振動が抑制される。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の制振装置において、前記回転体の外周面と前記保持体の内周面との間には、前記回転体の回転に抵抗を与える抵抗体が設けられていることを特徴としている。
この抵抗体により、回転体と回転慣性質量体の回転変位による回転エネルギーを短時間で吸収できる。この結果、外乱に対する応答値が小さくなる。
【００１２】
請求項４に記載の発明に係る鉄塔は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって相対移動する鉄塔の脚部の上部と下部であることを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、鉄塔の脚部の上部に第１構造部が、下部に第２構造部が設けられ、第１構造部に第１連結手段が固定され、第２構造部に第２連結手段が固定される。
これにより、地震によって鉄塔に曲げ変形が発生しても、鉄塔の脚部の上部と下部の間に取り付けられた制振装置が、鉄塔の脚部の相対移動を抑制し鉄塔の振動を抑制することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の鉄塔において、前記脚部の両側に前記制振装置を配置し、前記第１連結部同士及び前記第２連結部同士を面外拘束部材で連結したことを特徴としている。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、２つの制振装置を同じ脚部の両側に、脚部を挟んで取り付け、更に、第１連結部同士及び第２連結部同士を面外拘束部材で連結している。これにより、面外方向への移動が面外拘束部材で抑制され、制振装置の制振効果を保証できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明に係る構造物は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって圧縮力又は引張力が作用する柱の上部と下部であることを特徴としている。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、圧縮力又は引張力が作用する柱の上部と下部に第１構造部と第２構造部が設けられ、第１構造部に第１連結手段が固定され、第２構造部に第２連結手段が固定される。
これにより、地震によって曲げ変形が発生する構造物において、柱に圧縮力又は引張力が作用しても、柱の上部と下部の間に取り付けた制振装置が、柱に作用する圧縮力又は引張力を吸収し、構造物の振動を抑制することができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明に係る構造物は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって水平方向に相対移動する上梁と下梁であり、前記第１連結手段及び前記第２連結手段を結ぶ線が鉛直線に対して傾斜していることを特徴としている。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、水平方向に相対移動する上梁と下梁に第１構造部と第２構造部が設けられ、第１構造部に第１連結手段が固定され、第２構造部に第２連結手段が固定される。
これにより、地震によってせん断変形が発生する構造物において、上梁と下梁が相対移動しても、上梁と下梁の間に取り付けた制振装置により相対移動が抑制され、構造物の振動を抑制することができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明に係る構造物は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって斜め上方又は斜め下方に相対移動する柱の下部と上梁、又は柱の上部と下梁であり、前記第１連結手段及び前記第２連結手段を結ぶ線が鉛直線に対して傾斜している。
【００２１】
請求項８に記載の発明によれば、外乱によって斜め上方又は斜め下方に相対移動する柱の下部に第１構造部が、上梁に第２構造部が設けられている。この第１構造部には第１連結手段が固定され、第２構造部には第１連結手段が固定されている。
これにより、地震によって曲げ変形とせん断変形が同時に発生する構造物において、柱に圧縮力又は引張力が作用すると同時に上梁と下梁が相対移動しても、制振装置により、柱に作用する圧縮力又は引張力が吸収され、同時に上梁と下梁の相対移動が抑制される。
なお、柱の上部に第１構造部を設け第１連結手段を固定し、下梁に第２構造部を設け第２連結手段を固定して、制振装置の傾斜を鉛直軸に対して反対側にしても、同じ作用、効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、上記構成としてあるので、構造物への取り付け場所の自由度が大きい制振装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制振装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る回転ダンパーの基本構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る回転ダンパーの基本構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る制振装置の上下倍率の試算例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る制振装置の水平倍率の試算例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る制振装置を備えた鉄塔の基本構成を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る制振装置を備えた鉄塔の曲げ変形を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る制振装置を備えた鉄塔の他の構成を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る制振装置を備えた鉄塔の他の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る制振装置を備えた構造物の基本構成を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る制振装置を備えた構造物の基本構成を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る制振装置を備えた構造物の基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、第１の実施の形態に係る制振装置１０は、第１連結部２２で回転可能に連結された鋼製の２本の第１アーム１２、１４と、第２連結部２６で回転可能に連結された鋼製の２本の第２アーム１６、１８を有している。第１連結部２２と第２連結部２６は、例えばピン接合とされ、それぞれのアームの回転を確保している。
第１アーム１２の第１連結部２２側の端部は平板状とされ、第１連結部２２を構成する貫通孔が設けられている。先端部は貫通孔を中心にして内側に向けてＬ字状に折り曲げられ、折り曲げられた先端部３６にはピン接合用の貫通孔が設けられている。
同様に、第２アーム１８の第２連結部２６側の端部も平板状とされ、第２連結部２６を構成する貫通孔が設けられている。先端部は貫通孔を中心にして内側に向けてＬ字状に折り曲げられ、折り曲げられた先端部３８にはピン接合用の貫通孔が設けられている。
【００２５】
第１アーム１２と第２アーム１８の他端は、第１取付金具２１と、それぞれ回転可能にピン接合２０されている。また、第１アーム１４と第２アーム１６の他端は、第２取付金具２５と、それぞれ回転可能にピン接合２４されている。
【００２６】
第１連結部２２と第２連結部２６の間には、第１連結部２２と第２連結部２６を外側に押し広げて、回転ダンパー１００が取り付けられている。回転ダンパー１００の一方の端部は、第１アーム１２の先端部３６と貫通孔を利用してピン３７でピン接合されている。回転ダンパー１００の他方の端部は、第２アーム１８の先端部３８と貫通孔を利用してピン３９でピン接合されている。
【００２７】
これにより、第１アーム１２、１４と第２アーム１６、１８で、略菱形の枠体３０が形成される。枠体３０の対向する第１取付金具２１と第２取付金具２５は、後述する構造物の第１固定部及び第２固定部に取り付けられ、制振装置１０を構造物に固定する。
【００２８】
枠体３０が略菱形とされていることから、第１取付金具２１と第２取付金具２５の距離Ｈが変化したとき、第１連結部２２と第２連結部２６の距離Ｗも変化する。
【００２９】
次に、回転ダンパー１００について説明する。
図２及び図３（Ａ）の断面図に示すように、回転ダンパー１００の中心部にはシャフト１０２が設けられ、シャフト１０２は円筒状の回転体１１０に挿入されている。シャフト１０２の外周面には雄ネジ１０２Ａが形成され、回転体１１０の内周面には雌ネジ１１０Ａが形成されている。この雄ネジ１０２Ａは雌ネジ１１０Ａと螺合されている。
【００３０】
回転体１１０は、一方が開口した円筒状のホルダー１０４の内部に回転可能に保持されている。また、回転体１１０は円柱部１１１Ｄと、円柱部１１１Ｄより径が大きな第一円盤部１１１Ａ、第二円盤部１１１Ｂ、第三円盤部１１１Ｃから構成されている。
【００３１】
回転体１１０の一方の端部はホルダー１０４の開口から突出しており、突出した先端部には第一円盤部１１１Ａが形成されている。また、回転体１１０の他方の先端部には第三円盤部１１１Ｃが形成されている。また、ホルダー１０４の内部に、第二円盤部１１１Ｂと第三円盤部１１１Ｃが配置されている。
【００３２】
また、第二円盤部１１１Ｂ、第三円盤部１１１Ｃに対応するホルダー１０４の両端部分には、第二円盤部１１１Ｂ、第三円盤部１１１Ｃが嵌る凹部１１４、１１５が形成されている。そして、凹部１１４、１１５には軸受け１１２、１１３が設けられている。このような構成により回転体１１０は、矢印Ｋで示す軸回りには回転可能であるが、矢印Ｓで示す軸方向への移動は規制されている。
【００３３】
なお、前述したように回転ダンパー１００は、枠体３０の第１連結部２２と第２連結部２６の間に配置され、例えばシャフト１０２の端部１０１が第１アームの先端部３６とピン３７で連結され、ホルダー１０４の端部１０５が第２アームの先端部３８とピン３９で連結される。
【００３４】
回転体１１０の第一円盤部１１１Ａには、円盤状の回転慣性質量体１２０がボルト１２２で締結されている。回転慣性質量体１２０の中央部には円形の開口部１２０Ａが形成され、この開口部１２０Ａの中をシャフト１０２が通っている。なお、開口部１２０Ａの内径はシャフト１０２の外径より十分に大きいので、開口部１２０Ａとシャフト１０２とは接していない。また、回転体１１０（第一円盤部１１１Ａ、第二円盤部１１１Ｂ、第三円盤部１１１Ｃ、円筒部１１１Ｄ）の軸心、回転慣性質量体１２０の軸心、シャフト１０２の軸心は同一軸線上にある。
【００３５】
図３（Ｃ）に示すように、回転慣性質量体１２０の変形例として、回転慣性質量体１２０が半円形状の質量体１２０Ｂと、質量体１２０Ｃとの二つの部材で構成されていても良い。このような構成とすれば、回転ダンパー１００を第１連結部２２と第２連結部２６の間に取り付けた状態のまま、質量体１２０Ｂ、１２０Ｃのみを着脱可能となる。
【００３６】
回転ダンパー１００は、上述したような構成をしているので、図２と図３（Ａ）で示すように、シャフト１０２が矢印Ｓで示すように軸方向に移動すると、シャフト１０２の外周面の雄ネジ１０２Ａと回転体１１０の雌ネジ１１０Ａとが螺合して、回転体１１０がシャフト１０２の周りに回転する。更に、図２と図３（Ｂ）とに示すように、回転体１１０とボルト１２２で締結された回転慣性質量体１２０が、矢印Ｋで示すようにシャフト１０２の回りに回転する（回転体１１０と回転慣性質量体１２０とが一体（回転慣性質量と呼ぶ）となって回転する）。
【００３７】
つまり、回転ダンパー１００は、シャフト１０２の軸方向の直線変位（矢印Ｓ）を、回転慣性質量である回転慣性質量体１２０と回転体１１０の回転変位（矢印Ｋ）に変換する機構を有するダンパーとなっている。これにより、外乱でシャフト１０２の軸方向に直線変位が生じても、回転慣性質量体１２０の回転変位に変換され、それ以上の直線変位が抑制される。
【００３８】
なお、図示は省略するが、回転ダンパー１００のホルダー１０４の内周面と回転体１１０の円柱部１１１Ｄの外周面との間に、回転体の回転に抵抗を与える抵抗体を設ければ、回転体１１０と回転慣性質量体１２０が回転することによる回転エネルギーの吸収効果が向上し、吸収時間が短縮され応答値が小さくなる。
【００３９】
このとき、ホルダー１０４の内周面と回転体１１０の円柱部１１１Ｄの外周面との間に、抵抗体として粘性体を注入すれば、質量（Ｍ）＋粘性（Ｃ）の効果を持つダンパーとなる。また、ホルダー１０４の内周面と回転体１１０の円柱部１１１Ｄの外周面との間に抵抗体として、摩擦パット等を組み込めば質量（Ｍ）＋剛性（Ｋ）の効果を持つダンパーとなる。更にこれらを二つ組み合わせれば、質量（Ｍ）＋粘性（Ｃ）＋剛性（Ｋ）の効果を持つダンパーとなり、振動方程式の全てを制御できるようになる。
【００４０】
なお、ホルダー１０４の内周面と回転体１１０の円柱部１１１Ｄの外周面との間に設ける抵抗体は、回転エネルギーを吸収できれば上記以外のものであっても良い。
【００４１】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
先ず、図４を用いて、制振装置１０に鉛直方向の変位ｙが生じた場合について説明する。
図４（Ａ）の実線に示すように、制振装置１０の第１取付金具２１と第２取付金具２５を上下方向に向け、上部部材３２に第１取付金具２１を固定し、下部部材３４に第２取付金具２５を固定する。このとき、第１連結部２０と第３連結部２２の間の距離をＮ１、第２連結部２４と第３連結部２２の間の距離をＮ２、第３連結部２２と第４連結部２６の間の距離をｄ１とする。
【００４２】
この状態で、上部部材３２を距離ｙだけ上方に移動（変形）させる。移動により、２点鎖線で示すように、枠体３０が変形して第１連結部２２と第２連結部２６の間の距離ｄ１は、狭められて距離ｄ２となる。
【００４３】
上部部材３２の上下方向の移動量（上下変形量）ｙに対する、第１連結部２２と第２連結部２６の距離の変化｜ｄ１−ｄ２｜の比Ｒｖを上下倍率としたとき、比Ｒｖは下記（１）式で表される。なお、移動量ｙは正負の値をとるため、第３連結部２２と第４連結部２６の距離の変化は絶対値で示している。
Ｒｖ＝｜ｄ１−ｄ２｜／ｙ （１）
【００４４】
図４（Ｂ）には、第１連結部２０と第３連結部２２の間の距離Ｎ１が４．５ｍ、第２連結部２４と第３連結部２２の間の距離Ｎ２が４．５ｍ、第３連結部２２と第４連結部２６の間の距離ｄ１が４ｍの条件で、上下方向の変形量ｙを±５０ｍｍの範囲で変化させたときの上下倍率Ｒｖを（１）式を用いて試算した結果を示している。結果から、上下倍率Ｒｖは２前後となる。これにより、回転ダンパー１００の位置（第１連結部２２と第２連結部２６の間）において、上下方向の変位の２倍前後の変位が生じることがわかる。
なお、上下倍率Ｒｖの値は、制振装置１０の各部の寸法により異なる値となる。制振装置１０の各部の寸法を調整することで、上下倍率Ｒｖの値を選択できる。
【００４５】
次に、図５を用いて、制振装置１０に水平方向の変位ｘが生じた場合について説明する。
図５（Ａ）の実線に示すように、制振装置１０の第１取付金具２１と第２取付金具２５を結ぶ線Ｌを鉛直線に対して４５度傾斜させる。そして、上部部材３２に第１取付金具２１を固定し、下部部材３４に第２取付金具２５を固定する。このとき、第１連結部２０と第３連結部２２の間の距離をＮ１、第２連結部２４と第３連結部２２の間の距離をＮ２、第１連結部２２と第２連結部２６の間の距離をｄ１とする。
【００４６】
この状態で、上部部材３２を距離ｘだけ水平方向に移動させる。水平方向への移動により枠体３０が変形し、２点鎖線で示すように第１連結部２２と第２連結部２６の間の距離ｄ１は狭められ、距離ｄ２となる。
【００４７】
上部部材３２の水平方向の移動量（水平変形量）ｘに対する、第１連結部２２と第２連結部２６の距離の変化｜ｄ１−ｄ２｜の比Ｒｈを水平倍率としたとき、比Ｒｈは下記（２）式で表される。なお、水平方向の移動量ｘも正負の値をとるため、第１連結部２２と第２連結部２６の距離の変化は絶対値で示している。
Ｒｈ＝｜ｄ１−ｄ２｜／ｘ （２）
【００４８】
図５（Ｂ）には、第１連結部２０と第３連結部２２の間の距離Ｎ１が４．５ｍ、第２連結部２４と第３連結部２２の間の距離Ｎ２が４．５ｍ、第３連結部２２と第４連結部２６の間の距離ｄ１が４ｍの条件で、水平方向の変形量ｘを±５０ｍｍの範囲で変化させたときの、水平倍率Ｒｈを式（２）を用いて試算した結果を示している。結果から、水平倍率Ｒｈは１．４前後となる。これにより、回転ダンパー１００の位置（第１連結部２２と第２連結部２６の間）で、水平方向の変位の１．４倍前後の変位が生じることがわかる。
なお、水平倍率Ｒｈの値は、制振装置１０の各部の寸法により異なる値となる。制振装置１０の各部の寸法を調整することで、水平倍率Ｒｈの値を選択できる。
また、上記本試算は、制振装置１０を鉛直線に対して４５度傾斜させた条件で行った。この角度は１例であり、傾斜角度を調整することで水平倍率Ｒｈの値を選択できる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態に係る制振装置１０によれば、外乱によって構造物の上部部材３２と下部部材３４が相対移動したとき、上部部材３２と下部部材３４に取り付けられた第１取付金具２１と第２取付金具２５の距離も変化する。このとき、同時に発生する枠体３０の変形により、第１連結部２２と第２連結部２６の間の距離ｄ１が増幅されて変化し、回転ダンパー１００の軸体１０２が直線変位を生じ、回転体１１０と回転慣性質量体１２０を回転変位させる。
【００５０】
この回転変位により、上部部材３２と下部部材３４の相対移動（振動）が抑制される。即ち、構造物への取り付け場所は上下方向の２箇所でよく、取り付けの自由度が大きい制振装置１０を提供できる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る制振装置を備えた鉄塔は、図６に示すように、第１の実施の形態で説明した制振装置１０が、鉄塔４０の脚部４２に取り付けられている。
【００５２】
鉄塔４０は、４本の脚部４２で自立しており、脚部４２の間には横方向に横部材４４が架け渡されている。横部材４４は、鉄塔４０の頂部まで所定の間隔で設けられている。
脚部４２と最下部の横部材４４の接合部に第１固定部４６が取り付けられ、第１固定部４６には、制振装置１０の第１取付金具２１が固定されている。
【００５３】
また、脚部４２と地盤に設けられた基礎５０との接合部に第２固定部４８が取り付けられ、第２固定部４８には、制振装置１０の第２取付金具２５が固定されている。
これにより、制振装置１０は、第１取付金具２１及び第２取付金具２５を上下方向に向けて脚部４２の側面に固定される。
【００５４】
これにより、図７に誇張して示すように、地震や強風等の外乱によって、曲げ変形が発生したとき、鉄塔４０の一方の脚部４２には引張力が作用し、他方の脚部４２には圧縮力が作用する。この結果、第１固定部と第２固定部の距離が上下方向に相対移動する。そして、この相対移動を抑制する方向に制振装置１０が作用する。即ち、引張力が作用した脚部４２では引張力が減衰され、圧縮力が作用した脚部４２では圧縮力が減衰される。これにより、鉄塔４０の振動が抑制される。
【００５５】
なお、制振装置１０の固定場所は脚部４２の最下部で説明したが、これに限定されることはなく、脚部４２の高さ方向の途中に設けてもよい。
また、図８に示すように、脚部４２を挟んで、脚部４２の両側に制振装置１０を接合してもよい。このとき、第１連結部２２同士、第２連結部２６同士を面外拘束材４１で回転可能に接合する。これにより、制振装置１０の面外方向への移動が抑制され、制振効果が担保される。
【００５６】
更に、図９に示すように、同じ脚部４２において、高さの異なる位置に制振装置１０を２段に取り付けてもよい。
即ち、上述した、脚部４２の最下部への制振装置１０の取り付けに加えて、最下段の横部材４４と、下から２番目の横部材４４の間にも制振装置１０を取り付ける。これにより、鉄塔４０に曲げ変形が作用したとき、鉄塔４０の一方の脚部４２に作用する引張力、及び他方の脚部４２に作用する圧縮力をより大きく減衰させることができる。
なお、２個の制振装置１０の取り付け場所は、脚部４２の最下部及びその上部に限定されることなく、任意の高さに取り付けることができる。更に、それぞれの取り付け位置において、脚部４２を挟んで、脚部４２の両側に制振装置１０を接合してもよい。
本実施の形態においては、４本の脚部４２で自立させた鉄塔４０を用いて説明したが、これに限定されることはない。脚部４２の数には関係なく、鉄塔４０が自立していればよい。
【００５７】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る構造物は、図１０に示すように、第１の実施の形態で説明した制振装置１０が、柱５４に取り付けられた超高層構造物５２である。即ち、制振装置１０が、第１取付金具２１及び第２取付金具２５を上下方向に向けて、超高層構造物５２の柱５４の最下階部分に取付られている。
【００５８】
超高層構造物５２は、図１０に誇張して描かれたように、地震等の外乱によって曲げ変形を生じ、一方の柱５４は引張力を受け、他方の柱５４は圧縮力を受ける。そこで、引張力を受ける柱５４と圧祝力を受ける柱５４に、それぞれ制振装置１０を取付ける。
【００５９】
取り付け高さは、変形量の最も大きい、最下階部分に取り付けるのが最も望ましい。また、取り付け位置は、超高層構造物５２の柱５６と梁６０で構成された柱梁架構に第１固定部５６を取り付け、第１固定部５６と第１取付金具２１を固定する。そして、柱５４と基礎の接合部に第２固定部５８を取り付け、第２固定部５８と第２取付金具２５を固定する。
【００６０】
これにより、地震等によって柱５４に曲げ変形が発生しても、制振装置１０が、柱５４の引張力又は圧縮力をそれぞれ減衰させ、超高層構造物５２の振動を抑制することができる。
なお、制振装置１０の柱５４への固定場所は、上述した柱５４の最下部に限定されることなく、柱５４の最下部より高い位置（中間階部分）に設けてもよい。
【００６１】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る構造物は、図１１に示すように、第１の実施の形態で説明した制振装置１０が上階の梁７２と下階の梁７４の間に、鉛直方向に対して傾斜して取り付けられた中低層構造物７０である。
【００６２】
即ち、中低層構造物７０の上下階の梁のそれぞれに第１固定部と第２固定部が設けられている。例えば、第１固定部７３は上階の梁７２に取り付けられ、第２構造部７５は下階の梁７４に取り付けられている。このとき、第１固定部７３と第２固定部７５は、水平方向に階高に等しい距離だけ相対的にずれた位置に取り付けられている。第１固定部７３には第１取付金具２１が固定され、第２固定部７５には第２取付金具２５が固定されている。
これにより、制振装置１０を、第１取付金具２１と第２取付金具２５を結ぶ線が鉛直栓に対して４５度となるように、傾斜して取り付けることができる。
【００６３】
これにより、地震等によって中低層構造物７０がせん断変形し、梁７２と梁７４が相対移動しても、制振装置１０が上下階の梁７２、７４の相対移動を抑制し、中低層構造物７０の振動を抑制することができる。
なお、本実施の形態では、制振装置１０を鉛直線に対して４５度傾斜させたて取り付けたが、この角度は１例であり４５度に限定されることはない。要求される制振性能から傾斜角度を選択すればよい。
また、本実施の形態では、制振装置１０を上下階の梁のそれぞれに第１固定部と第２固定部を設けて取り付けたが、これに限定されることはなく、例えば、制振装置１０の上部を柱の上部に、下部を梁に固定してもよい。又、制振装置１０の下部を柱の下部に、上部を梁に固定してもよい。
【００６４】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態に係る構造物は、図１２に示すように、第１の実施の形態で説明した制振装置１０が、柱６６の最下階部分の下端部と梁６８の間に、鉛直方向に対して傾斜して取り付けられた高層構造物７６である。
【００６５】
即ち、高層構造物７６の最下階の上梁に第１固定部７８が取り付けられ、柱６６の下部に第２固定部７９が取り付けられている。即ち、上梁６８の柱６６から階高に相当する距離だけ室内側に離れた位置に第１固定部７８が取り付けられ、第１固定部７８には、制振装置１０の第１取付金具２１が固定されている。
そして、柱６６の基礎部に第２構造部７９が取り付けられ、第２構造部７９には、制振装置１０の第２取付金具２５が固定されている。これにより、制振装置１０を、第１取付金具２１と第１構造部７３を結ぶ線が鉛直線に対して４５度に傾斜して取り付けることができる。
【００６６】
このような構成とすることにより、地震等によって、高層構造物７６に曲げ変形とせん断変形が同時に発生しても、制振装置１０が、高層構造物７６の柱５４に生じる引張力、又は圧縮力を減衰させると共に、上階の梁６８の相対移動を抑制する。この結果、高層構造物７６の振動を抑制することができる。
なお、制振装置１０の高層構造物７６への取り付け場所は、上述した最下階に限定されることはなく、他の中間階の柱と梁に傾斜して設けることもできる。
また、制振装置１０の取り付け角度を、鉛直線に対して４５度に傾斜させた場合について説明したが、これに限定されることはなく、要求される制振性能に対応させて任意の角度で傾斜させることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 制振装置
１２ 第１アーム（第１腕部材）
１４ 第１アーム（第１腕部材）
１６ 第２アーム（第２腕部材）
１８ 第２アーム（第２腕部材）
２１ 第１取付金具（第１連結手段）
２２ 第１連結部
２５ 第２取付金具（第２連結手段）
２６ 第２連結部
４０ 鉄塔
４１ 面外拘束材（面外拘束部材）
４２ 脚部
４６ 第１固定部（第１構造部）
４８ 第２固定部（第２構造部）
５２ 超高層構造物（構造物）
５４ 柱
７０ 中低層構造物（構造物）
７２ 上梁
７４ 下梁
７６ 高層構造物（構造物）
１００ 回転ダンパー
１０２ 軸体
１０２Ａ 軸体外周面の雄ネジ（螺合手段）
１０４ ホルダー（保持体）
１１０ 回転体（回転慣性質量）
１１０Ａ 回転体内周面の雌ネジ（螺合手段）
１２０ 回転慣性質量体（回転慣性質量）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振装置、鉄塔及び構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物は、地震や風等の外力によって振動し、柱と梁とで囲まれた架構に変形が生じる。この変形を抑えるために（制振するために）、架構内にエネルギーを吸収する制振用ダンパーを設置した制振装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
更に、制振用ダンパーの効果を飛躍的に向上させるために、トグル機構を用いた制振装置が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２５６０４５号公報
【特許文献２】特開平１０−１６９２４４号公報
【特許文献３】特開２００８−００２１６５号公報 しかし、これらの制振用ダンパーは、いずれもトグル機構を使用しているため、構造物への取り付け場所に制限がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事実に鑑み、構造物への取り付け場所の自由度が大きい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】
【０００６】
請求項１に記載の発明に係る制振装置は、第１連結部に回転可能に連結された一対の第１腕部材と、第２連結部に回転可能に連結された一対の第２腕部材と、構造物の第１構造部に固定され、前記第１腕部材の一方と前記第２腕部材の一方を回転可能に連結する第１連結手段と、外乱により前記第１構造部と相対移動する前記構造物の第２構造部に固定され、前記第１腕部材の他方と前記第２腕部材の他方を回転可能に連結する第２連結手段と、前記第１連結部と前記第２連結部を外側に折り曲げて前記第１連結部と前記第２連結部との間に回転可能に連結され、前記第１連結部と前記第２連結部の距離が変化したとき、前記変化に伴う軸体の直線変位を回転慣性質量の前記軸体回りの回転変位に変換する回転ダンパーと、を有することを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、外乱によって構造物の第１構造部と第２構造部が相対移動したとき、構造物の第１構造部に固定された第１連結手段と、構造物の第２構造部に固定された第２連結手段が相対移動する。そして、第１腕部材と第２腕部材が回転可能に連結されているため、第１連結手段と第２連結手段の相対移動により、外側に折り曲げて連結された第１連結部と第２連結部の距離が変化する。
【０００８】
第１連結部と第２連結部の間には、第１連結部と第２連結部の距離の変化に伴う軸体の直線変位を、回転慣性質量の回転変位に変換する回転ダンパーが取り付けられており、回転慣性質量が回転して構造物の振動を抑制する。
本実施の形態によれば、回転ダンパーの両端部が、第１腕部材と第２腕部材に取り付けられているため、構造物への取り付け自由度が大きい。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の制振装置において、前記回転ダンパーは、前記軸体と、前記軸体が挿入される回転体と、前記回転体を回転可能に保持する保持体と、前記軸体の外周面と前記回転体の内周面とに設けられ、前記軸体の軸線方向の直線変位を前記回転体の前記軸体回りの回転変位に変換する螺合手段と、前記回転体と一体となって前記軸体の軸線回りに回転する回転慣性質量体と、を有し、前記軸体を前記第１連結部に連結し、前記保持体を前記第２連結部に連結したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、第１連結部と第２連結部の距離が変化したとき、第１連結部と第２連結部の距離の変化に伴い軸体が直線変位する。軸体が直線変位すると、軸体と螺合手段で接合された回転体が回転変位を開始する。このとき、回転慣性質量体も回転体と一体となって軸体回りに回転する。
この回転体と回転慣性質量体の回転変位により、軸体の直線変位が抑制され、構造物の振動が抑制される。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の制振装置において、前記回転体の外周面と前記保持体の内周面との間には、前記回転体の回転に抵抗を与える抵抗体が設けられていることを特徴としている。
この抵抗体により、回転体と回転慣性質量体の回転変位による回転エネルギーを短時間で吸収できる。この結果、外乱に対する応答値が小さくなる。
【００１２】
請求項４に記載の発明に係る鉄塔は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって相対移動する鉄塔の脚部の上部と下部であることを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、鉄塔の脚部の上部に第１構造部が、下部に第２構造部が設けられ、第１構造部に第１連結手段が固定され、第２構造部に第２連結手段が固定される。
これにより、地震によって鉄塔に曲げ変形が発生しても、鉄塔の脚部の上部と下部の間に取り付けられた制振装置が、鉄塔の脚部の相対移動を抑制し鉄塔の振動を抑制することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の鉄塔において、前記脚部の両側に前記制振装置を配置し、前記第１連結部同士及び前記第２連結部同士を面外拘束部材で連結したことを特徴としている。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、２つの制振装置を同じ脚部の両側に、脚部を挟んで取り付け、更に、第１連結部同士及び第２連結部同士を面外拘束部材で連結している。これにより、面外方向への移動が面外拘束部材で抑制され、制振装置の制振効果を保証できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明に係る構造物は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって圧縮力又は引張力が作用する柱の上部と下部であることを特徴としている。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、圧縮力又は引張力が作用する柱の上部と下部に第１構造部と第２構造部が設けられ、第１構造部に第１連結手段が固定され、第２構造部に第２連結手段が固定される。
これにより、地震によって曲げ変形が発生する構造物において、柱に圧縮力又は引張力が作用しても、柱の上部と下部の間に取り付けた制振装置が、柱に作用する圧縮力又は引張力を吸収し、構造物の振動を抑制することができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明に係る構造物は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって水平方向に相対移動する上梁と下梁であり、前記第１連結手段及び前記第２連結手段を結ぶ線が鉛直線に対して傾斜していることを特徴としている。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、水平方向に相対移動する上梁と下梁に第１構造部と第２構造部が設けられ、第１構造部に第１連結手段が固定され、第２構造部に第２連結手段が固定される。
これにより、地震によってせん断変形が発生する構造物において、上梁と下梁が相対移動しても、上梁と下梁の間に取り付けた制振装置により相対移動が抑制され、構造物の振動を抑制することができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明に係る構造物は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって斜め上方又は斜め下方に相対移動する柱の下部と上梁、又は柱の上部と下梁であり、前記第１連結手段及び前記第２連結手段を結ぶ線が鉛直線に対して傾斜している。
【００２１】
請求項８に記載の発明によれば、外乱によって斜め上方又は斜め下方に相対移動する柱の下部に第１構造部が、上梁に第２構造部が設けられている。この第１構造部には第１連結手段が固定され、第２構造部には第１連結手段が固定されている。
これにより、地震によって曲げ変形とせん断変形が同時に発生する構造物において、柱に圧縮力又は引張力が作用すると同時に上梁と下梁が相対移動しても、制振装置により、柱に作用する圧縮力又は引張力が吸収され、同時に上梁と下梁の相対移動が抑制される。
なお、柱の上部に第１構造部を設け第１連結手段を固定し、下梁に第２構造部を設け第２連結手段を固定して、制振装置の傾斜を鉛直軸に対して反対側にしても、同じ作用、効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、上記構成としてあるので、構造物への取り付け場所の自由度が大きい制振装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制振装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る回転ダンパーの基本構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る回転ダンパーの基本構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る制振装置の上下倍率の試算例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る制振装置の水平倍率の試算例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る制振装置を備えた鉄塔の基本構成を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る制振装置を備えた鉄塔の曲げ変形を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る制振装置を備えた鉄塔の他の構成を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る制振装置を備えた鉄塔の他の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る制振装置を備えた構造物の基本構成を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る制振装置を備えた構造物の基本構成を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る制振装置を備えた構造物の基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、第１の実施の形態に係る制振装置１０は、第１連結部２２で回転可能に連結された鋼製の２本の第１アーム１２、１４と、第２連結部２６で回転可能に連結された鋼製の２本の第２アーム１６、１８を有している。第１連結部２２と第２連結部２６は、例えばピン接合とされ、それぞれのアームの回転を確保している。
第１アーム１２の第１連結部２２側の端部は平板状とされ、第１連結部２２を構成する貫通孔が設けられている。先端部は貫通孔を中心にして内側に向けてＬ字状に折り曲げられ、折り曲げられた先端部３６にはピン接合用の貫通孔が設けられている。
同様に、第２アーム１８の第２連結部２６側の端部も平板状とされ、第２連結部２６を構成する貫通孔が設けられている。先端部は貫通孔を中心にして内側に向けてＬ字状に折り曲げられ、折り曲げられた先端部３８にはピン接合用の貫通孔が設けられている。
【００２５】
第１アーム１２と第２アーム１８の他端は、第１取付金具２１と、それぞれ回転可能にピン接合２０されている。また、第１アーム１４と第２アーム１６の他端は、第２取付金具２５と、それぞれ回転可能にピン接合２４されている。
【００２６】
第１連結部２２と第２連結部２６の間には、第１連結部２２と第２連結部２６を外側に押し広げて、回転ダンパー１００が取り付けられている。回転ダンパー１００の一方の端部は、第１アーム１２の先端部３６と貫通孔を利用してピン３７でピン接合されている。回転ダンパー１００の他方の端部は、第２アーム１８の先端部３８と貫通孔を利用してピン３９でピン接合されている。
【００２７】
これにより、第１アーム１２、１４と第２アーム１６、１８で、略菱形の枠体３０が形成される。枠体３０の対向する第１取付金具２１と第２取付金具２５は、後述する構造物の第１固定部及び第２固定部に取り付けられ、制振装置１０を構造物に固定する。
【００２８】
枠体３０が略菱形とされていることから、第１取付金具２１と第２取付金具２５の距離Ｈが変化したとき、第１連結部２２と第２連結部２６の距離Ｗも変化する。
【００２９】
次に、回転ダンパー１００について説明する。
図２及び図３（Ａ）の断面図に示すように、回転ダンパー１００の中心部にはシャフト１０２が設けられ、シャフト１０２は円筒状の回転体１１０に挿入されている。シャフト１０２の外周面には雄ネジ１０２Ａが形成され、回転体１１０の内周面には雌ネジ１１０Ａが形成されている。この雄ネジ１０２Ａは雌ネジ１１０Ａと螺合されている。
【００３０】
回転体１１０は、一方が開口した円筒状のホルダー１０４の内部に回転可能に保持されている。また、回転体１１０は円柱部１１１Ｄと、円柱部１１１Ｄより径が大きな第一円盤部１１１Ａ、第二円盤部１１１Ｂ、第三円盤部１１１Ｃから構成されている。
【００３１】
回転体１１０の一方の端部はホルダー１０４の開口から突出しており、突出した先端部には第一円盤部１１１Ａが形成されている。また、回転体１１０の他方の先端部には第三円盤部１１１Ｃが形成されている。また、ホルダー１０４の内部に、第二円盤部１１１Ｂと第三円盤部１１１Ｃが配置されている。
【００３２】
また、第二円盤部１１１Ｂ、第三円盤部１１１Ｃに対応するホルダー１０４の両端部分には、第二円盤部１１１Ｂ、第三円盤部１１１Ｃが嵌る凹部１１４、１１５が形成されている。そして、凹部１１４、１１５には軸受け１１２、１１３が設けられている。このような構成により回転体１１０は、矢印Ｋで示す軸回りには回転可能であるが、矢印Ｓで示す軸方向への移動は規制されている。
【００３３】
なお、前述したように回転ダンパー１００は、枠体３０の第１連結部２２と第２連結部２６の間に配置され、例えばシャフト１０２の端部１０１が第１アームの先端部３６とピン３７で連結され、ホルダー１０４の端部１０５が第２アームの先端部３８とピン３９で連結される。
【００３４】
回転体１１０の第一円盤部１１１Ａには、円盤状の回転慣性質量体１２０がボルト１２２で締結されている。回転慣性質量体１２０の中央部には円形の開口部１２０Ａが形成され、この開口部１２０Ａの中をシャフト１０２が通っている。なお、開口部１２０Ａの内径はシャフト１０２の外径より十分に大きいので、開口部１２０Ａとシャフト１０２とは接していない。また、回転体１１０（第一円盤部１１１Ａ、第二円盤部１１１Ｂ、第三円盤部１１１Ｃ、円筒部１１１Ｄ）の軸心、回転慣性質量体１２０の軸心、シャフト１０２の軸心は同一軸線上にある。
【００３５】
図３（Ｃ）に示すように、回転慣性質量体１２０の変形例として、回転慣性質量体１２０が半円形状の質量体１２０Ｂと、質量体１２０Ｃとの二つの部材で構成されていても良い。このような構成とすれば、回転ダンパー１００を第１連結部２２と第２連結部２６の間に取り付けた状態のまま、質量体１２０Ｂ、１２０Ｃのみを着脱可能となる。
【００３６】
回転ダンパー１００は、上述したような構成をしているので、図２と図３（Ａ）で示すように、シャフト１０２が矢印Ｓで示すように軸方向に移動すると、シャフト１０２の外周面の雄ネジ１０２Ａと回転体１１０の雌ネジ１１０Ａとが螺合して、回転体１１０がシャフト１０２の周りに回転する。更に、図２と図３（Ｂ）とに示すように、回転体１１０とボルト１２２で締結された回転慣性質量体１２０が、矢印Ｋで示すようにシャフト１０２の回りに回転する（回転体１１０と回転慣性質量体１２０とが一体（回転慣性質量と呼ぶ）となって回転する）。
【００３７】
つまり、回転ダンパー１００は、シャフト１０２の軸方向の直線変位（矢印Ｓ）を、回転慣性質量である回転慣性質量体１２０と回転体１１０の回転変位（矢印Ｋ）に変換する機構を有するダンパーとなっている。これにより、外乱でシャフト１０２の軸方向に直線変位が生じても、回転慣性質量体１２０の回転変位に変換され、それ以上の直線変位が抑制される。
【００３８】
なお、図示は省略するが、回転ダンパー１００のホルダー１０４の内周面と回転体１１０の円柱部１１１Ｄの外周面との間に、回転体の回転に抵抗を与える抵抗体を設ければ、回転体１１０と回転慣性質量体１２０が回転することによる回転エネルギーの吸収効果が向上し、吸収時間が短縮され応答値が小さくなる。
【００３９】
このとき、ホルダー１０４の内周面と回転体１１０の円柱部１１１Ｄの外周面との間に、抵抗体として粘性体を注入すれば、質量（Ｍ）＋粘性（Ｃ）の効果を持つダンパーとなる。また、ホルダー１０４の内周面と回転体１１０の円柱部１１１Ｄの外周面との間に抵抗体として、摩擦パット等を組み込めば質量（Ｍ）＋剛性（Ｋ）の効果を持つダンパーとなる。更にこれらを二つ組み合わせれば、質量（Ｍ）＋粘性（Ｃ）＋剛性（Ｋ）の効果を持つダンパーとなり、振動方程式の全てを制御できるようになる。
【００４０】
なお、ホルダー１０４の内周面と回転体１１０の円柱部１１１Ｄの外周面との間に設ける抵抗体は、回転エネルギーを吸収できれば上記以外のものであっても良い。
【００４１】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
先ず、図４を用いて、制振装置１０に鉛直方向の変位ｙが生じた場合について説明する。
図４（Ａ）の実線に示すように、制振装置１０の第１取付金具２１と第２取付金具２５を上下方向に向け、上部部材３２に第１取付金具２１を固定し、下部部材３４に第２取付金具２５を固定する。このとき、第１連結部２０と第３連結部２２の間の距離をＮ１、第２連結部２４と第３連結部２２の間の距離をＮ２、第３連結部２２と第４連結部２６の間の距離をｄ１とする。
【００４２】
この状態で、上部部材３２を距離ｙだけ上方に移動（変形）させる。移動により、２点鎖線で示すように、枠体３０が変形して第１連結部２２と第２連結部２６の間の距離ｄ１は、狭められて距離ｄ２となる。
【００４３】
上部部材３２の上下方向の移動量（上下変形量）ｙに対する、第１連結部２２と第２連結部２６の距離の変化｜ｄ１−ｄ２｜の比Ｒｖを上下倍率としたとき、比Ｒｖは下記（１）式で表される。なお、移動量ｙは正負の値をとるため、第３連結部２２と第４連結部２６の距離の変化は絶対値で示している。
Ｒｖ＝｜ｄ１−ｄ２｜／ｙ （１）
【００４４】
図４（Ｂ）には、第１連結部２０と第３連結部２２の間の距離Ｎ１が４．５ｍ、第２連結部２４と第３連結部２２の間の距離Ｎ２が４．５ｍ、第３連結部２２と第４連結部２６の間の距離ｄ１が４ｍの条件で、上下方向の変形量ｙを±５０ｍｍの範囲で変化させたときの上下倍率Ｒｖを（１）式を用いて試算した結果を示している。結果から、上下倍率Ｒｖは２前後となる。これにより、回転ダンパー１００の位置（第１連結部２２と第２連結部２６の間）において、上下方向の変位の２倍前後の変位が生じることがわかる。
なお、上下倍率Ｒｖの値は、制振装置１０の各部の寸法により異なる値となる。制振装置１０の各部の寸法を調整することで、上下倍率Ｒｖの値を選択できる。
【００４５】
次に、図５を用いて、制振装置１０に水平方向の変位ｘが生じた場合について説明する。
図５（Ａ）の実線に示すように、制振装置１０の第１取付金具２１と第２取付金具２５を結ぶ線Ｌを鉛直線に対して４５度傾斜させる。そして、上部部材３２に第１取付金具２１を固定し、下部部材３４に第２取付金具２５を固定する。このとき、第１連結部２０と第３連結部２２の間の距離をＮ１、第２連結部２４と第３連結部２２の間の距離をＮ２、第１連結部２２と第２連結部２６の間の距離をｄ１とする。
【００４６】
この状態で、上部部材３２を距離ｘだけ水平方向に移動させる。水平方向への移動により枠体３０が変形し、２点鎖線で示すように第１連結部２２と第２連結部２６の間の距離ｄ１は狭められ、距離ｄ２となる。
【００４７】
上部部材３２の水平方向の移動量（水平変形量）ｘに対する、第１連結部２２と第２連結部２６の距離の変化｜ｄ１−ｄ２｜の比Ｒｈを水平倍率としたとき、比Ｒｈは下記（２）式で表される。なお、水平方向の移動量ｘも正負の値をとるため、第１連結部２２と第２連結部２６の距離の変化は絶対値で示している。
Ｒｈ＝｜ｄ１−ｄ２｜／ｘ （２）
【００４８】
図５（Ｂ）には、第１連結部２０と第３連結部２２の間の距離Ｎ１が４．５ｍ、第２連結部２４と第３連結部２２の間の距離Ｎ２が４．５ｍ、第３連結部２２と第４連結部２６の間の距離ｄ１が４ｍの条件で、水平方向の変形量ｘを±５０ｍｍの範囲で変化させたときの、水平倍率Ｒｈを式（２）を用いて試算した結果を示している。結果から、水平倍率Ｒｈは１．４前後となる。これにより、回転ダンパー１００の位置（第１連結部２２と第２連結部２６の間）で、水平方向の変位の１．４倍前後の変位が生じることがわかる。
なお、水平倍率Ｒｈの値は、制振装置１０の各部の寸法により異なる値となる。制振装置１０の各部の寸法を調整することで、水平倍率Ｒｈの値を選択できる。
また、上記本試算は、制振装置１０を鉛直線に対して４５度傾斜させた条件で行った。この角度は１例であり、傾斜角度を調整することで水平倍率Ｒｈの値を選択できる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態に係る制振装置１０によれば、外乱によって構造物の上部部材３２と下部部材３４が相対移動したとき、上部部材３２と下部部材３４に取り付けられた第１取付金具２１と第２取付金具２５の距離も変化する。このとき、同時に発生する枠体３０の変形により、第１連結部２２と第２連結部２６の間の距離ｄ１が増幅されて変化し、回転ダンパー１００の軸体１０２が直線変位を生じ、回転体１１０と回転慣性質量体１２０を回転変位させる。
【００５０】
この回転変位により、上部部材３２と下部部材３４の相対移動（振動）が抑制される。即ち、構造物への取り付け場所は上下方向の２箇所でよく、取り付けの自由度が大きい制振装置１０を提供できる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る制振装置を備えた鉄塔は、図６に示すように、第１の実施の形態で説明した制振装置１０が、鉄塔４０の脚部４２に取り付けられている。
【００５２】
鉄塔４０は、４本の脚部４２で自立しており、脚部４２の間には横方向に横部材４４が架け渡されている。横部材４４は、鉄塔４０の頂部まで所定の間隔で設けられている。
脚部４２と最下部の横部材４４の接合部に第１固定部４６が取り付けられ、第１固定部４６には、制振装置１０の第１取付金具２１が固定されている。
【００５３】
また、脚部４２と地盤に設けられた基礎５０との接合部に第２固定部４８が取り付けられ、第２固定部４８には、制振装置１０の第２取付金具２５が固定されている。
これにより、制振装置１０は、第１取付金具２１及び第２取付金具２５を上下方向に向けて脚部４２の側面に固定される。
【００５４】
これにより、図７に誇張して示すように、地震や強風等の外乱によって、曲げ変形が発生したとき、鉄塔４０の一方の脚部４２には引張力が作用し、他方の脚部４２には圧縮力が作用する。この結果、第１固定部と第２固定部の距離が上下方向に相対移動する。そして、この相対移動を抑制する方向に制振装置１０が作用する。即ち、引張力が作用した脚部４２では引張力が減衰され、圧縮力が作用した脚部４２では圧縮力が減衰される。これにより、鉄塔４０の振動が抑制される。
【００５５】
なお、制振装置１０の固定場所は脚部４２の最下部で説明したが、これに限定されることはなく、脚部４２の高さ方向の途中に設けてもよい。
また、図８に示すように、脚部４２を挟んで、脚部４２の両側に制振装置１０を接合してもよい。このとき、第１連結部２２同士、第２連結部２６同士を面外拘束材４１で回転可能に接合する。これにより、制振装置１０の面外方向への移動が抑制され、制振効果が担保される。
【００５６】
更に、図９に示すように、同じ脚部４２において、高さの異なる位置に制振装置１０を２段に取り付けてもよい。
即ち、上述した、脚部４２の最下部への制振装置１０の取り付けに加えて、最下段の横部材４４と、下から２番目の横部材４４の間にも制振装置１０を取り付ける。これにより、鉄塔４０に曲げ変形が作用したとき、鉄塔４０の一方の脚部４２に作用する引張力、及び他方の脚部４２に作用する圧縮力をより大きく減衰させることができる。
なお、２個の制振装置１０の取り付け場所は、脚部４２の最下部及びその上部に限定されることなく、任意の高さに取り付けることができる。更に、それぞれの取り付け位置において、脚部４２を挟んで、脚部４２の両側に制振装置１０を接合してもよい。
本実施の形態においては、４本の脚部４２で自立させた鉄塔４０を用いて説明したが、これに限定されることはない。脚部４２の数には関係なく、鉄塔４０が自立していればよい。
【００５７】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る構造物は、図１０に示すように、第１の実施の形態で説明した制振装置１０が、柱５４に取り付けられた超高層構造物５２である。即ち、制振装置１０が、第１取付金具２１及び第２取付金具２５を上下方向に向けて、超高層構造物５２の柱５４の最下階部分に取付られている。
【００５８】
超高層構造物５２は、図１０に誇張して描かれたように、地震等の外乱によって曲げ変形を生じ、一方の柱５４は引張力を受け、他方の柱５４は圧縮力を受ける。そこで、引張力を受ける柱５４と圧祝力を受ける柱５４に、それぞれ制振装置１０を取付ける。
【００５９】
取り付け高さは、変形量の最も大きい、最下階部分に取り付けるのが最も望ましい。また、取り付け位置は、超高層構造物５２の柱５６と梁６０で構成された柱梁架構に第１固定部５６を取り付け、第１固定部５６と第１取付金具２１を固定する。そして、柱５４と基礎の接合部に第２固定部５８を取り付け、第２固定部５８と第２取付金具２５を固定する。
【００６０】
これにより、地震等によって柱５４に曲げ変形が発生しても、制振装置１０が、柱５４の引張力又は圧縮力をそれぞれ減衰させ、超高層構造物５２の振動を抑制することができる。
なお、制振装置１０の柱５４への固定場所は、上述した柱５４の最下部に限定されることなく、柱５４の最下部より高い位置（中間階部分）に設けてもよい。
【００６１】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る構造物は、図１１に示すように、第１の実施の形態で説明した制振装置１０が上階の梁７２と下階の梁７４の間に、鉛直方向に対して傾斜して取り付けられた中低層構造物７０である。
【００６２】
即ち、中低層構造物７０の上下階の梁のそれぞれに第１固定部と第２固定部が設けられている。例えば、第１固定部７３は上階の梁７２に取り付けられ、第２構造部７５は下階の梁７４に取り付けられている。このとき、第１固定部７３と第２固定部７５は、水平方向に階高に等しい距離だけ相対的にずれた位置に取り付けられている。第１固定部７３には第１取付金具２１が固定され、第２固定部７５には第２取付金具２５が固定されている。
これにより、制振装置１０を、第１取付金具２１と第２取付金具２５を結ぶ線が鉛直栓に対して４５度となるように、傾斜して取り付けることができる。
【００６３】
これにより、地震等によって中低層構造物７０がせん断変形し、梁７２と梁７４が相対移動しても、制振装置１０が上下階の梁７２、７４の相対移動を抑制し、中低層構造物７０の振動を抑制することができる。
なお、本実施の形態では、制振装置１０を鉛直線に対して４５度傾斜させたて取り付けたが、この角度は１例であり４５度に限定されることはない。要求される制振性能から傾斜角度を選択すればよい。
また、本実施の形態では、制振装置１０を上下階の梁のそれぞれに第１固定部と第２固定部を設けて取り付けたが、これに限定されることはなく、例えば、制振装置１０の上部を柱の上部に、下部を梁に固定してもよい。又、制振装置１０の下部を柱の下部に、上部を梁に固定してもよい。
【００６４】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態に係る構造物は、図１２に示すように、第１の実施の形態で説明した制振装置１０が、柱６６の最下階部分の下端部と梁６８の間に、鉛直方向に対して傾斜して取り付けられた高層構造物７６である。
【００６５】
即ち、高層構造物７６の最下階の上梁に第１固定部７８が取り付けられ、柱６６の下部に第２固定部７９が取り付けられている。即ち、上梁６８の柱６６から階高に相当する距離だけ室内側に離れた位置に第１固定部７８が取り付けられ、第１固定部７８には、制振装置１０の第１取付金具２１が固定されている。
そして、柱６６の基礎部に第２構造部７９が取り付けられ、第２構造部７９には、制振装置１０の第２取付金具２５が固定されている。これにより、制振装置１０を、第１取付金具２１と第１構造部７３を結ぶ線が鉛直線に対して４５度に傾斜して取り付けることができる。
【００６６】
このような構成とすることにより、地震等によって、高層構造物７６に曲げ変形とせん断変形が同時に発生しても、制振装置１０が、高層構造物７６の柱５４に生じる引張力、又は圧縮力を減衰させると共に、上階の梁６８の相対移動を抑制する。この結果、高層構造物７６の振動を抑制することができる。
なお、制振装置１０の高層構造物７６への取り付け場所は、上述した最下階に限定されることはなく、他の中間階の柱と梁に傾斜して設けることもできる。
また、制振装置１０の取り付け角度を、鉛直線に対して４５度に傾斜させた場合について説明したが、これに限定されることはなく、要求される制振性能に対応させて任意の角度で傾斜させることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 制振装置
１２ 第１アーム（第１腕部材）
１４ 第１アーム（第１腕部材）
１６ 第２アーム（第２腕部材）
１８ 第２アーム（第２腕部材）
２１ 第１取付金具（第１連結手段）
２２ 第１連結部
２５ 第２取付金具（第２連結手段）
２６ 第２連結部
４０ 鉄塔
４１ 面外拘束材（面外拘束部材）
４２ 脚部
４６ 第１固定部（第１構造部）
４８ 第２固定部（第２構造部）
５２ 超高層構造物（構造物）
５４ 柱
７０ 中低層構造物（構造物）
７２ 上梁
７４ 下梁
７６ 高層構造物（構造物）
１００ 回転ダンパー
１０２ 軸体
１０２Ａ 軸体外周面の雄ネジ（螺合手段）
１０４ ホルダー（保持体）
１１０ 回転体（回転慣性質量）
１１０Ａ 回転体内周面の雌ネジ（螺合手段）
１２０ 回転慣性質量体（回転慣性質量）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１連結部に回転可能に連結された一対の第１腕部材と、
第２連結部に回転可能に連結された一対の第２腕部材と、
構造物の第１構造部に固定され、前記第１腕部材の一方と前記第２腕部材の一方を回転可能に連結する第１連結手段と、
外乱により前記第１構造部と相対移動する前記構造物の第２構造部に固定され、前記第１腕部材の他方と前記第２腕部材の他方を回転可能に連結する第２連結手段と、
前記第１連結部と前記第２連結部を外側に折り曲げて前記第１連結部と前記第２連結部との間に回転可能に連結され、前記第１連結部と前記第２連結部の距離が変化したとき、前記変化に伴う軸体の直線変位を回転慣性質量の前記軸体回りの回転変位に変換する回転ダンパーと、
を有する制振装置。
【請求項２】
前記回転ダンパーは、前記軸体と、
前記軸体が挿入される回転体と、
前記回転体を回転可能に保持する保持体と、
前記軸体の外周面と前記回転体の内周面とに設けられ、前記軸体の軸線方向の直線変位を前記回転体の前記軸体回りの回転変位に変換する螺合手段と、
前記回転体と一体となって前記軸体の軸線回りに回転する回転慣性質量体と、
を有し、
前記軸体を前記第１連結部に連結し、前記保持体を前記第２連結部に連結した請求項１に記載の制振装置。
【請求項３】
前記回転体の外周面と前記保持体の内周面との間には、前記回転体の回転に抵抗を与える抵抗体が設けられている請求項２に記載の制振装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって相対移動する鉄塔の脚部の上部と下部である鉄塔。
【請求項５】
前記脚部の両側に前記制振装置を配置し、前記第１連結部同士及び前記第２連結部同士を面外拘束部材で連結した請求項４に記載の鉄塔。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって圧縮力又は引張力が作用する柱の上部と下部である構造物。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって水平方向に相対移動する上梁と下梁であり、前記第１連結手段及び前記第２連結手段を結ぶ線が鉛直線に対して傾斜している構造物。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって斜め上方又は斜め下方に相対移動する柱の下部と上梁、又は柱の上部と下梁であり、前記第１連結手段及び前記第２連結手段を結ぶ線が鉛直線に対して傾斜している構造物。
【請求項１】
第１連結部に回転可能に連結された一対の第１腕部材と、
第２連結部に回転可能に連結された一対の第２腕部材と、
構造物の第１構造部に固定され、前記第１腕部材の一方と前記第２腕部材の一方を回転可能に連結する第１連結手段と、
外乱により前記第１構造部と相対移動する前記構造物の第２構造部に固定され、前記第１腕部材の他方と前記第２腕部材の他方を回転可能に連結する第２連結手段と、
前記第１連結部と前記第２連結部を外側に折り曲げて前記第１連結部と前記第２連結部との間に回転可能に連結され、前記第１連結部と前記第２連結部の距離が変化したとき、前記変化に伴う軸体の直線変位を回転慣性質量の前記軸体回りの回転変位に変換する回転ダンパーと、
を有する制振装置。
【請求項２】
前記回転ダンパーは、前記軸体と、
前記軸体が挿入される回転体と、
前記回転体を回転可能に保持する保持体と、
前記軸体の外周面と前記回転体の内周面とに設けられ、前記軸体の軸線方向の直線変位を前記回転体の前記軸体回りの回転変位に変換する螺合手段と、
前記回転体と一体となって前記軸体の軸線回りに回転する回転慣性質量体と、
を有し、
前記軸体を前記第１連結部に連結し、前記保持体を前記第２連結部に連結した請求項１に記載の制振装置。
【請求項３】
前記回転体の外周面と前記保持体の内周面との間には、前記回転体の回転に抵抗を与える抵抗体が設けられている請求項２に記載の制振装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって相対移動する鉄塔の脚部の上部と下部である鉄塔。
【請求項５】
前記脚部の両側に前記制振装置を配置し、前記第１連結部同士及び前記第２連結部同士を面外拘束部材で連結した請求項４に記載の鉄塔。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって圧縮力又は引張力が作用する柱の上部と下部である構造物。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって水平方向に相対移動する上梁と下梁であり、前記第１連結手段及び前記第２連結手段を結ぶ線が鉛直線に対して傾斜している構造物。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置における前記第１構造部と前記第２構造部が、外乱によって斜め上方又は斜め下方に相対移動する柱の下部と上梁、又は柱の上部と下梁であり、前記第１連結手段及び前記第２連結手段を結ぶ線が鉛直線に対して傾斜している構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−７４５１（Ｐ２０１２−７４５１Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４６９００（Ｐ２０１０−１４６９００）
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（５９１１１５９８１）
【出願人】（５０４００４０８３）株式会社ｉ２Ｓ２ (28)
【出願人】（０００２２１５４６）東電設計株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（５９１１１５９８１）
【出願人】（５０４００４０８３）株式会社ｉ２Ｓ２ (28)
【出願人】（０００２２１５４６）東電設計株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
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