構造物制振装置

トップ :: F 機械工学照明加熱武器爆破 :: F16 機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段

【発明の名称】	構造物制振装置
【発明者】	【氏名】中川啓三【氏名】中川斉【氏名】村田保【氏名】中川正光【氏名】小藤田豊
【要約】	【課題】強風発生時等に、隣接する構造物としてのビル相互間で構造物の揺れを効果的に低減させ、大地震発生時に、構造物の大変位を許容させる。【解決手段】隣接する構造物としてのビル同士を連結する伸縮ケーシング２の上下位置の外側筒体２ａと内側筒体２ｂの間に、電動モータ５とボールねじ機構７とロック機構１０を有する動吸振機３を設けて、伸縮ケーシング２内にメンテナンススペースを確保させるようにする。各ビルに設置された変位検出器で検出した値を基に制御器から電動モータ５に制御指令を与えて制振させるようにする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】隣接する構造物同士を連結するよう外側筒体に内側筒体を挿入してテレスコープ状に組み立ててなる伸縮ケーシングの上下又は左右位置における外側筒体と内側筒体の間に、電動モータと該電動モータに一端を連結したボールねじ機構と該ボールねじ機構の他端に連結したロック機構とからなる動吸振機を設け、且つ上記構造物に設置してある揺れ検知センサーからの信号を基に上記電動モータへ制御指令を送る制御器を備えた構成を有することを特徴とする構造物制振装置。
【請求項２】制御器に、ロック機構へロック解除指令を送る機能を持たせた請求項１記載の構造物制振装置。
【請求項３】隣接する構造物同士を連結するよう外側筒体に内側筒体を挿入してテレスコープ状に組み立ててなる伸縮ケーシングの上下又は左右位置における外側筒体と内側筒体に、電動モータと該電動モータの駆動で回転するピニオンと該ピニオンを噛合させたラックとからなる動吸振機を、上記電動モータが外側筒体又は内側筒体のいずれか一方に、又、上記ラックが外側筒体又は内側筒体のいずれか他方にそれぞれ固定されるように備え、且つ上記構造物に設置してある揺れ検知センサーからの信号を基に上記電動モータへ制御指令を送る制御器を備えた構成を有することを特徴とする構造物制振装置。
【請求項４】ピニオンの軸にクラッチを取り付け、該クラッチの入り切りを制御器からの指令により行うようにした請求項３記載の構造物制振装置。
【請求項５】伸縮ケーシングの外表面部所要個所にヒータを組み付けた請求項１、２、３又は４記載の構造物制振装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は地上あるいは水上にある構造物相互の主として強風による揺れを抑えるようにするための構造物制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】オフィス街等のビルの密集地では、防災対策の一つとして、火災発生時に隣接するビルへ避難できるようにするために、隣接するビル間に連絡橋を架設するようにしている場合がある。
【０００３】又、上記連絡橋を利用して、強風発生時等のビルの振動を抑える工夫が行われているものもある。その一例を示すと、図９（イ）（ロ）に示す如く、隣接する一方のビルａから他方のビルｂへ向けて連絡橋ｃを張り出させるように架け、且つビルｂ側に固定されて連絡橋ｃを移動可能に支持するようにした支持台ｄと、連絡橋ｃの張り出し端部との間にオイルダンパｅを介在させ、振動発生時にビルａ，ｂの振動エネルギーをオイルダンパｅで吸収することができるようにしてある（実開昭６３－４５８１０号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記図９（イ）（ロ）に示すものの場合、上記オイルダンパｅではビルａ，ｂ間の大きな相互変位を瞬時に吸収することはできないので、大地震時に発生するビルａ，ｂ間の大きな相互変位を許容することができず、そのため、オイルダンパｅ自体やビルａ，ｂが損傷を受ける可能性がある。
【０００５】そこで、本発明は、強風発生時や比較的小さな地震発生時には制振機能を最大限に発揮させることができると共に、大地震発生時には構造物の大きな相互変位を許容することができるようにし、加えて、メンテナンスを容易に行うことができるようにしようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解決するために、隣接する構造物同士を連結するよう外側筒体に内側筒体を挿入してテレスコープ状に組み立ててなる伸縮ケーシングの上下又は左右位置における外側筒体と内側筒体の間に、電動モータと該電動モータに一端を連結したボールねじ機構と該ボールねじ機構の他端に連結したロック機構とからなる動吸振機を設け、且つ上記構造物に設置してある揺れ検知センサーからの信号を基に上記電動モータへ制御指令を送る制御器を備えた構成とする。
【０００７】強風や比較的小さな地震が発生すると、構造物の揺れが揺れ検知センサーで検知され、その値を基に制御器から動吸振機のモータへ制御指令が送られることにより、ボールねじ機構の作動を介し伸縮ケーシングが伸縮されるため、構造物同士が所要のタイミングで押し引きされる結果、構造物の揺れが効果的に抑えられる。この際、駆動モータ、ボールねじ機構を用いているので、コンパクト化が図れ、更に、伸縮ケーシングの上下又は左右に分けて動吸振機を備えているので、内部に広いスペースが確保できる。
【０００８】又、制御器に、ロック機構へロック解除指令を送る機能を持たせた構成とすることにより、大地震が発生して構造物間に大きな相対変位が発生したときに、制御器からの指令でロック機構のロックが解除されるため、伸縮ケーシングは自由に伸縮できることになり、上記相対変位を許容することができる。
【０００９】一方、隣接する構造物同士を連結するよう外側筒体に内側筒体を挿入してテレスコープ状に組み立ててなる伸縮ケーシングの上下又は左右位置における外側筒体と内側筒体に、電動モータと該電動モータの駆動で回転するピニオンと該ピニオンを噛合させたラックとからなる動吸振機を、上記電動モータが外側筒体又は内側筒体のいずれか一方に、又、上記ラックが外側筒体又は内側筒体のいずれか他方にそれぞれ固定されるように備え、且つ上記構造物に設置してある揺れ検知センサーからの信号を基に上記電動モータへ制御指令を送る制御器を備えた構成とすると、強風や比較的小さな地震が発生したときには、動吸振機のラック・ピニオン機構の作動を介し伸縮ケーシングが伸縮制御され、大地震が発生したときには、モータの回転がフリーにされることにより、伸縮ケーシングの伸縮制御が解除されることになる。
【００１０】又、ピニオンの軸にクラッチを取り付け、該クラッチの入り切りを制御器からの指令により行うようにした構成としても、同様な制御を行うことができる。
【００１１】更に、伸縮ケーシングの外表面部所要個所にヒータを組み付けた構成とすることにより、伸縮ケーシングから雪の塊や氷柱が落下してくるようなことがなくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】図１（イ）（ロ）（ハ）、図２（イ）（ロ）、図３、図４、図５は本発明の実施の一形態を示すもので、構造物としての３つのビル１₁，１₂，１₃が３角形の配置に並んでいる場合について示す。斜め左右方向に隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃の相対向するコーナー部同士を、２組の動吸振機３を内蔵させた伸縮ケーシング２にて連結し、且つ上記動吸振機３の制御装置を設け、ビル相互の揺れを伸縮ケーシング２で低減し、又、大地震時には伸縮ケーシング２の伸縮をフリーとするようにする。
【００１４】上記伸縮ケーシング２は、図２（イ）（ロ）に詳細を示す如く、それぞれ四角筒形状とした外側筒体２ａに内側筒体２ｂを挿入してテレスコープ状に組み立ててなり、長手方向の両端となる外側筒体２ａの基端と内側筒体２ｂの先端とを、それぞれ自在継手４を介してビル１₁，１₂，１₃の外壁部の所要高さ位置に水平に取り付けるようにしてある。
【００１５】上記動吸振機３は、図２乃至図４に詳細を示す如く、伸縮ケーシング２内において、上下の位置に対称的に装備され、電動モータ５と、動力伝達軸６と、減速機１２と、ナット部７ａ及びロッド部７ｂからなるボールねじ機構７と、中間支持台８と、連結ロッド９と、ロック機構１０とを長手方向となる前後方向に順に並べて連結してなり、上記電動モータ５を内側筒体２ｂに、又、上記ロック機構１０を外側筒体２ａ側にそれぞれ固定した構成としてある。
【００１６】上記中間支持台８は、図３及び図４に示す如く、前面にボールねじ機構７のロッド部７ｂを固定し且つ後面に張り出させた水平ブラケット１１に連結ロッド９の一端を垂直ピン２１により連結させるようにしてある支持フレーム１３に、左右方向に貫通するように支軸１４を設けて、該支軸１４の両端部に、軸受１５を介してリニアガイドブロック１６を取り付け、該リニアガイドブロック１６を、内側筒体２ｂにレール台を介して組み付けた前後方向のリニアガイドレール１７に摺動自在に係合させた構成としてある。
【００１７】上記ロック機構１０として、本実施の形態では油圧式ブレーキを採用しており、図３乃至図５に下側位置の動吸振機３のものについて示す如く、外側筒体２ａの内壁下部に前後方向に沿うよう固設したブレーキ板１８と、圧油を抜くことにより内蔵されているばねが開いてブレーキ力が解除されるようにしたブレーキシュー１９と、上記連結ロッド９の他端に水平ブラケット２０を介し垂直ピン２１により連結して上記左右の各ブレーキシュー１９を保持するようにしたブレーキ本体フレーム２２とを有し、制御装置からの指令により圧油が抜かれるようにしてある。又、上記ブレーキ本体フレーム２２には、前端部及び後端部に、それぞれ左右方向に貫通するように支軸２３を設けて、該各支軸２３の両端部に、軸受２４を介してリニアガイドブロック２５を取り付け、該リニアガイドブロック２５を、内側筒体２ｂにレール台２７を介して組み付けた前後方向のリニアガイドレール２６に摺動自在に係合させた構成としてある。なお、上記ブレーキ板１８は、ブレーキ力が解除されて外側筒体２ａと内側筒体２ｂの縁が切られることにより、伸縮ケーシング２が伸縮したときに、付近の構造部品と干渉しないようにするために設計上の段差が設けてある。
【００１８】更に、図２（ロ）に外側筒体２ａの部分について示す如く、上記伸縮ケーシング２の外表面部となる外側筒体２ａと内側筒体２ｂの少なくとも上面側の各コーナー部に、融雪装置としてのヒータ２８が組み付けてある。
【００１９】制御装置は、図１（ロ）（ハ）に示す如く、各ビル１₁，１₂，１₃の伸縮ケーシング２連結レベルと同一レベル付近に設置した揺れ検知センサーとしての変位検出器３０₁，３０₂，３０₃と、該変位検出器３０₁，３０₂，３０₃で検出した変位を比較して変位の小さい方のビル１₁又は１₂、１₂又は１₃を基準に変位の大きい方のビル１₂又は１₁、１₃又は１₂を押し引きするように上記電動モータ５へ制御力ｕ₁，ｕ₂の信号を送る制御器２９を備えた構成としてある。又、図示してないが、上記制御器２９は、変位検出器３０₁，３０₂，３０₃により検出された変位の値が大きい場合に、ロック機構１０にロック解除指令を送るようにしてある。
【００２０】なお、図２（イ）（ロ）において、３１，３２はそれぞれ外側筒体２ａと内側筒体２ｂとの間に設けられた伸縮作動用のガイドローラを示す。
【００２１】強風が発生した場合や中小規模の地震が発生した場合、各ビル１₁，１₂，１₃に設置してある変位検出器３０₁，３０₂，３０₃で変位が検出され、隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃の変位が制御器２９に入れられて比較された後、変位の小さい方のビル１₁又は１₂、１₂又は１₃を基準に変位の大きい方のビル１₂又は１₁、１₃又は１₂を押し引きするように各動吸振機３の電動モータ５が駆動される。電動モータ５が駆動されると、ボールねじ機構７の先端に中間支持台８及び連結ロッド９を介して連結してあるロック機構１０が外側筒体２ａにロックされているため、ボールねじ機構７の移動力が外側筒体２ａに伝えられる結果、伸縮ケーシング２が伸縮させられ、その力がビル１₁，１₂，１₃に与えられる。この場合、ビル１₁，１₂，１₃の変位は、それぞれビル１₁，１₂，１₃に作用する外力によって変化するので、一つのビル１₁又は１₂又は１₃を基準として見れば、電動モータ５及びボールねじ機構７により引張り力と押し力の二つの状態が発生する。よって、この力により隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃相互間の揺れを効果的に低減させることができる。なお、本発明では、予め、ビル１₁，１₂，１₃に作用する予想の外力（中小地震まで）によりボールねじ機構７の最大ストロークが設定してある。
【００２２】上記において、伸縮ケーシング２のビル１₁と１₂、１₂と１₃への連結部には、自在継手４が介在しているため、連結部に作用するあらゆる方向の力を吸収することができる。又、中間支持台８の支持フレーム１３は、リニアガイドブロック１６とリニアガイドレール１７とからなるリニアガイド機構により、又、ロック機構１０のブレーキ本体フレーム２２は、リニアガイドブロック２５とリニアガイドレール２６とからなるリニアガイド機構によりそれぞれ支持されているため、伸縮ケーシング２の伸縮時の上下方向のがたを吸収することができる。更に、中間支持台８とロック機構１０は２本の垂直ピン２１を介して連結ロッド９により連結されているため、伸縮ケーシング２の伸縮時の左右方向のがたを吸収することができる。したがって、伸縮ケーシング２は安定して伸縮することができる。
【００２３】上記制御理論を詳述すると、図１（ロ）（ハ）において、各ビル１₁，１₂，１₃の変位検出器３０₁，３０₂，３０₃で検出した変位信号を基に、制御器２９で各伸縮ケーシング２内の電動モータ５への制御力ｕ₁，ｕ₂が算出される。この制御力ｕ₁，ｕ₂はＬＱ制御理論あるいはＨ^∞制御理論を用いることによって算出される。
【００２４】一例として、ＬＱ制御理論の場合を(1) 式に示す。なお、ｘ₁～ｘ_nはビル１₁～１_nの変位、Ｘ₁～Ｘ_nはビル１₁～１_nの速度、ｋ₁₁～ｋ_nnは定数を示す。
【００２５】

電動モータ５を駆動する場合、ボールねじ機構７の作動力は力の次元をもつので、右辺のフィードバックゲイン行列は、それぞればね定数、減衰係数となる。したがって、この(1) 式の右辺を最適化し、電動モータ５の制御力ｕ₁，ｕ₂…ｕ_nを求めることにより、ビル１₁，１₂…１_nの揺れを低減させることができる。
【００２６】一方、大地震が発生した場合、ビル１₁，１₂，１₃は共振すると大きく揺れ、ボールねじ機構７に設定してある最大ストロークよりも大きな変位となってしまうことになる。このような場合は、変位検出器３０₁，３０₂，３０₃により検出された値が制御器２９にて大変位と判断され、制御器２９からロック機構１０にロック解除指令が送られることになる。すなわち、伸縮ケーシング２の外側筒体２ａと内側筒体２ｂとの間のロック機構１０として設けられている油圧式ブレーキのブレーキシュー１９に対する圧油が抜かれることになり、その結果、伸縮ケーシング２の外側筒体２ａと内側筒体２ｂとは互いに縁が切られてフリーな状態となる。そのため、上記隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃が互いに離れる方向に大きく変位する場合には、伸縮ケーシング２の内側筒体２ｂは外側筒体２ａより引き出され、逆に、隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃が互いに接近する方向に大きく変位する場合は、伸縮ケーシング２の内側筒体２ｂは外側筒体２ａ内に押し込まれることになる。したがって、伸縮ケーシング２及びボールねじ機構７は、隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃間の大きな相対変位を許容することができ、これにより、伸縮ケーシング２やボールねじ機構７が損傷を受けてしまうことを防ぐことができる。なお、上記ロック機構１０としては、メカニカルブレーキや電磁式ブレーキ等を用いることもできる。
【００２７】上記においては、動吸振機３をアクティブ型として用いた場合について説明したが、パッシブ型として用いる場合は、電動モータ５の駆動を停止し、ボールねじ機構７をフリーな状態にしておくようにする。この場合、強風や中小規模の地震が発生して、各ビル１₁，１₂，１₃間に相対変位が発生すると、伸縮ケーシング２に作用した押し力、引き力がボールねじ機構７のナット部７ａとロッド部７ｂとの間に作用し、ナット部７ａがロッド部７ｂの移動力によって回転させられ、その回転が電動モータ５に伝えられる結果、所謂回生ブレーキ力によってビル１₁，１₂，１₃の揺れを抑えることができる。
【００２８】上述した本発明の構造物制振装置は、伸縮ケーシング２の上下位置にボールねじ機構７を有する動吸振機３が組み付けてあるため、コンパクト化でき、図２（イ）（ロ）に示す如く、内側筒体２ｂの中央部に、長手方向に沿って広いスペースを確保することができ、しかも、動吸振機３は電動式であることから、メンテナンスを容易に行うことができる。又、伸縮ケーシング２は、隣接するビル１₁，１₂，１₃間等に設置されるものであるため、冬期等においては、降雪環境に晒されることになるが、本発明では、伸縮ケーシング２の外表面部にヒータ２８が取り付けてあるため、伸縮ケーシング２から雪の塊や氷柱が落下するような心配はない。したがって、寒冷地等においても支障なく使用することができる。
【００２９】次に、図６（イ）（ロ）は本発明の実施の他の形態を示すもので、上記実施の形態におけるボールねじ機構７を有する動吸振機３に代えて、ラック・ピニオン機構３３を有する動吸振機３′を用いたものである。すなわち、内側筒体２ｂの上下面部に、長手方向となる前後方向に沿わせてラック３４を設けると共に、該ラック３４にピニオン３５を嵌合させてラック・ピニオン機構３３を構成し、且つ上記ピニオン３５を、外側筒体２ａに設置した減速機３６の出力軸３７に取り付け、該減速機３６の入力軸を、外側筒体２ａに設置した電動モータ３８に、動力伝達軸３９を介して連結し、更に、上記減速機３６の出力軸３７部に、クラッチ４０をロック機構として組み付け、制御器２９からの指令でクラッチ４０が入り切りさせられるようにしたものである。なお、図では、電動モータ３８を外側筒体２ａの外側部に設置した場合を示しているが、外側筒体２ａを大きく構成して内側部に設置するようにしてもよい。その他の構成は図２（イ）（ロ）、図３～図５の実施の形態で示したものと同じであり、同一部分には同一符号が付してある。
【００３０】図６（イ）（ロ）に示すような構成とした場合、微振動による機械損傷を防ぐために、常時はクラッチ４０を切った状態にしておき、強風等が発生したときにだけ、図１（ハ）に示す制御器２９からの指令でクラッチ４０が入り、その直後に電動モータ３８が駆動されるようにする。電動モータ３８が駆動されると、ピニオン３５が回転させられることにより、ラック３４と一体に内側筒体２ｂが移動させられる結果、伸縮ケーシング２が伸縮制御され、その力がビルに与えられて、ビル相互間の揺れが抑えられる。一方、大地震が発生したときには、制御器２９からはクラッチ４０を入れる指令は出されないため、ピニオン３５の回転はフリーであり、外側筒体２ａと内側筒体２ｂとは互いに縁が切られていることから、伸縮ケーシング２は自由に伸縮させられる。
【００３１】又、上記において、常時はクラッチ４０を入れた状態にして、大地震が発生したときにクラッチ４０が切れるようにしてもよい。
【００３２】なお、上記実施の形態では、隣接するビル１₁，１₂，１₃のコーナー部同士を連結する場合を示したが、ビルの並び方によっては、図７に示す如く、ビル１₁～１₁₂が整列している場合に各ビルの側壁部同士を連結するようにしてもよいこと、又、ビル１₁と伸縮ケーシング２の連結部について示す図８のように各ビルと伸縮ケーシング２との連結部には、積層ゴム４１の如き緩衝部材を介在させるようにしてもよいこと、更に、ビルの揺れ検知センサーとしては変位検出器に代えて、検出した速度を１回積分して変位を求めるようにした速度検出器や、検出した加速度を２回積分して変位を求めるようにした加速度検出器を用いてもよいこと、更に又、ビル以外の構造物についても同様に採用できること、又、上記実施の形態では、動吸振機３や３′を伸縮ケーシング２の上下位置に組み付けた場合を示したが、左右位置であってもよいこと、更に、動吸振機３や３′は、外側筒体２ａと内側筒体２ｂとの間において、実施の形態で示したのとは逆配置で装着してもよいこと、又、図６（イ）（ロ）の実施の形態において、クラッチ４０を不要として、大地震が発生したときに電動モータ３８をフリーにするようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の構造物制振装置によれば、隣接する構造物同士を連結するよう外側筒体に内側筒体を挿入してテレスコープ状に組み立ててなる伸縮ケーシングの上下又は左右位置における外側筒体と内側筒体の間に、電動モータと該電動モータに一端を連結したボールねじ機構と該ボールねじ機構の他端に連結したロック機構とからなる動吸振機を設け、且つ上記構造物に設置してある揺れ検知センサーからの信号を基に上記電動モータへ制御指令を送る制御器を備えた構成としてあるので、強風や中小の地震が発生して構造物が揺れた場合に、ボールねじ機構を有する動吸振機の作動で構造物相互の揺れを効果的に低減することができ、各構造物毎に制振装置を単独で設置する場合よりもコストパフォーマンスがよくて、省エネ化を図ることができると共に、動吸振機を伸縮ケーシングの上下又は左右に分けて配置したことから、小さな内外筒のケーシングでも内部に広いメンテナンススペースを確保することができて有利であり、又、制御器に、ロック機構へロック解除指令を送る機能を持たせた構成とすることにより、大地震が発生したような場合は、伸縮ケーシングの伸縮をフリーにすることができるため、構造物の大変位を許容することができて、伸縮ケーシング及び動吸振機の損傷を防ぐことができる。一方、隣接する構造物同士を連結するよう外側筒体に内側筒体を挿入してテレスコープ状に組み立ててなる伸縮ケーシングの上下又は左右位置における外側筒体と内側筒体に、電動モータと該電動モータの駆動で回転するピニオンと該ピニオンを噛合させたラックとからなる動吸振機を、上記電動モータが外側筒体又は内側筒体のいずれか一方に、又、上記ラックが外側筒体又は内側筒体のいずれか他方にそれぞれ固定されるように備え、且つ上記構造物に設置してある揺れ検知センサーからの信号を基に上記電動モータへ制御指令を送る制御器を備えた構成とすると、動吸振機のラック・ピニオン機構の作動で伸縮ケーシングを伸縮制御することができ、電動モータをフリーにすることで伸縮ケーシングの制御を解除することができ、又、ピニオンの軸にクラッチを取り付け、該クラッチの入り切りを制御器からの指令により行うようにした構成としても同様な制御を行うことができ、更に、伸縮ケーシングの外表面部所要個所にヒータを組み付けた構成とすることにより、伸縮ケーシング上に積った雪を溶かすことができて雪の塊を作ることなく水滴にして落下させることができる、等の優れた効果を発揮する。

【出願人】	【識別番号】０００００００９９【氏名又は名称】石川島播磨重工業株式会社【識別番号】５９２０１５９１６【氏名又は名称】石川島造船化工機株式会社
【出願日】	平成１１年１０月８日（１９９９．１０．８）
【代理人】	【識別番号】１０００８７５２７【弁理士】【氏名又は名称】坂本光雄
【公開番号】	特開２００１－１０８０１０（Ｐ２００１－１０８０１０Ａ）
【公開日】	平成１３年４月２０日（２００１．４．２０）
【出願番号】	特願平１１－２８７７７２