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公開番号2024058872
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-30
出願番号2022166253
出願日2022-10-17
発明の名称制振装置、及び制振方法
出願人国立大学法人京都工芸繊維大学,株式会社安藤・間
代理人弁理士法人武政国際特許商標事務所
主分類F16F 15/02 20060101AFI20240422BHJP(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)
要約【課題】本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち対象物の振動を収めるとともに、従来技術に比してより長くしかも安定的に発電することができる制振装置と、これを用いた制振方法を提供することである。
【解決手段】本願発明の制振装置は、振動する対象物に取り付けられ、対象物を制振する装置であって、主錘と主ばね、主ダンパー、補助錘、補助ばね、補助ダンパー、錘間ばね、慣性質量ダンパー、発電素子を備えたものである。そして、対象物が振動している間は、主錘と補助錘が振動することによって対象物を制振する「制振モード」と、主錘に対する補助錘の相対振動に伴って発電素子が発電する「発電モード」の2つの機能を備えたものである。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
振動する対象物に取り付けられ、該対象物を制振する装置であって、
主錘と、
一端が前記主錘に固定される主ばねと、
一端が前記主錘に固定される主ダンパーと、
補助錘と、
一端が前記補助錘に固定される補助ばねと、
一端が前記補助錘に固定される補助ダンパーと、
一端が前記主錘に固定されるとともに他端が前記補助錘に固定される錘間ばねと、
一端が前記主錘に固定されるとともに他端が前記補助錘に固定される慣性質量ダンパーと、
前記主錘と前記補助錘との間に配置される発電素子と、を備え、
前記主ばね及び前記主ダンパーの他端を前記対象物に固定するとともに、前記補助ばね及び前記補助ダンパーの他端を該対象物に固定することによって、該対象物に取り付けられ、
前記対象物が振動している間は、前記主錘と前記補助錘が振動する「制振モード」として機能し、
前記対象物の振動が収まると、前記主錘の振動が収まるとともに前記補助錘の振動が継続する「発電モード」として機能し、
前記制振モードにおいては、前記主錘と前記補助錘が振動することによって前記対象物を制振し、
前記発電モードにおいては、前記主錘に対する前記補助錘の相対振動に伴って前記発電素子が発電する、
ことを特徴とする制振装置。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
一端が前記主錘に固定されるとともに他端が前記補助錘に固定される錘間ダンパーを、さらに備えた、
ことを特徴とする請求項１記載の制振装置。
【請求項３】
前記主錘、前記補助錘、及び前記対象物が、上下方向に並んで配置され、
前記補助錘が、前記主錘と前記対象物との間に配置され、
前記対象物の上方又は下方に配置された、
ことを特徴とする請求項１記載の制振装置。
【請求項４】
前記主錘と前記補助錘が、横方向に並んで配置され、
前記対象物の上方又は下方に配置された、
ことを特徴とする請求項１記載の制振装置。
【請求項５】
整流器と、
蓄電池と、をさらに備え、
前記発電素子が発電した交流の電気を前記整流器が直流に変換するとともに、前記蓄電池が直流の電気を蓄電する、
ことを特徴とする請求項１記載の制振装置。
【請求項６】
電動装置、をさらに備え、
前記電動装置は、前記発電素子が発電した電気を動力として作動する、
ことを特徴とする請求項１記載の制振装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の前記制振装置を前記対象物に取り付けることによって、該対象物を制振する方法であって、
前記主錘及び前記補助錘の質量と、前記主ばね、前記補助ばね及び前記錘間ばねのばね定数と、前記主ダンパー及び前記補助ダンパーの減衰性能と、前記慣性質量ダンパーの減衰性能を含む部材仕様を決定する設計工程と、
前記設計工程で決定された前記部材仕様に係る前記制振装置を、該対象物に取り付ける設置工程と、を備え、
前記設計工程では、前記対象物が振動している間は前記制振装置が前記制振モードとして機能するとともに、前記対象物の振動が収まると該制振装置が前記発電モードとして機能するように、前記部材仕様を決定し、
前記設置工程では、前記主ばね及び前記主ダンパーの他端を前記対象物に固定するとともに、前記補助ばね及び前記補助ダンパーの他端を該対象物に固定することによって、前記制振装置を前記対象物に取り付ける、
ことを特徴とする制振方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願発明は、振動する対象物の制振に関する技術であり、より具体的には、対象物の振動を収める「制振モード」と、対象物の振動収束後に発電素子が発電する「発電モード」の２つの機能を備えた制振装置と、これを用いた制振方法に関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
高度経済成長期に集中的に整備されてきた建設インフラストラクチャー（以下、「建設インフラ」という。）は、既に相当な老朽化が進んでいることが指摘されている。平成２６年には「道路の老朽化対策の本格実施に関する提言（社会資本整備審議会）」がとりまとめられ、平成２４年の笹子トンネルの例を挙げて「近い将来、橋梁の崩落など人命や社会装置に関わる致命的な事態を招くであろう」と警鐘を鳴らし、建設インフラの維持管理の重要性を強く唱えている。
【０００３】
代表的な建設インフラの一つである橋梁も、やはりその老朽化が問題となっている。例えば都市高速道路の高架橋などは、１日当たりの断面交通量が１０万台近くもあり、しかも大型車混入率が極めて高く、すなわち長年にわたっておびただしい回数の輪荷重とともに鉛直方向の振動（鉛直振動）を受けているため、高架橋を構成する主部材に疲労損傷が生じていることが容易に想像できる。都市高速道路の高架橋に限らず多くの橋梁は日常的に繰り返し鉛直振動を受けており、したがって疲労をはじめとする種々の要因から各種部材に損傷が生じ、これに伴い橋梁の老朽化が進行しているおそれがある。すなわち日常的に発生する鉛直振動は、橋梁にとって有害なものであり、何らかの対策が求められているところである。
【０００４】
また、我が国は地震が頻発する国として知られ、近年では、東北地方太平洋沖地震や、兵庫県南部地震、平成２８年熊本地震など大きな地震が発生している。そのため、橋梁に代表される土木構造物や、オフィスビルや集合住宅といった建築構造物などは、想定される地震に対して相当の対策を施したうえで構築されるのが一般的である。
【０００５】
上記した鉛直振動や地震振動を含む様々な振動に対する対策としては、耐振（耐震）と免震、そして制振（制震）という３つの対策が挙げられる。このうち耐振は、土木構造物や建築構造物など（以下、総称して「建造物」という。）を堅固な構造にすることによって、振動に抵抗しようという振動対策である。これに対して免震は、地盤と建造物の間に設置した免震装置によって、地盤の揺れを建造物に伝えないという振動対策であり、制振は、建造物に設置された制振装置が、地盤の揺れを吸収するという振動対策である。いわば、耐振が「剛な振動対策」であるのに対して、免震と制振が「柔な振動対策」である。
【０００６】
耐振対策は、建造物そのものの被害は免れるものの、建造物に配置された物（例えば、機器や家屋内の家具等）は大きく揺れるためその被害は避けられないという短所がある。また免震対策は、一般的に免震装置が高価であるため設置を含む工事費が増大するうえ、基本的には新設時に設置するものであって供用中に追加設置することが難しいなどの短所がある。一方、制振対策は、建造物はもちろん建造物に配置された物の被害を防ぐことができるうえ、工事費を抑えることができ、建造物の状況によっては追加的に対策を施すこともでき、しかも定期的なメンテナンスを軽減できるといった長所がある。そのため近年では、制振対策も数多く採用されるようになってきた。
【０００７】
従来、制振対策としては、揺れに伴って建造物の一部（例えば、梁）が大きく変形する箇所に粘性減衰を付加する方法（以下、「粘性減衰法」という。）と、揺れ（振幅）が大きい箇所に動吸振器を設置する方法（以下、「同調質量ダンパー法」という。）が主流であった。この粘性減衰法は、同調質量ダンパー法に比して外力の振動数への依存性は小さいものの、粘性減衰要素の変形量が小さいため一般的に振動低減効果は限定的である。
【０００８】
一方、同調質量ダンパー法は、共振振動数近傍の振動を効果的に抑制できるものの、同調比に対するロバスト性を向上させるためには梁など（建造物の一部）に対する動吸振器（特に重錘）の質量比を大きくする必要があり、その建造物が負担する荷重が増加することになる。また同調質量ダンパー法は、対象とする梁などの固有周期に極めて近い固有周期を有する重錘を選定して利用することから、様々な揺れに対して相応の効果を発揮するものではなく、いわば目的の揺れのパターンを狙った対策であり、故に対応できる揺れのパターンは極めて限定的となる。
【０００９】
このように粘性減衰法、同調質量ダンパー法ともに短所があることから、近時、慣性質量ダンパー（ＲＩＭＤ：ＲｏｔａｔｉｎｇＩｎｅｒｔｉａｌＭａｓｓＤａｍｐｅｒ）を利用した制振対策（以下、「慣性質量ダンパー法」という。）も用いられるようになってきた。この慣性質量ダンパーは、同調質量ダンパー（動吸振器）のように著しく大きな質量の重錘を用意する必要がないという特長があり、また反共振の帯域で効果を発揮することができるものである。換言すれば慣性質量ダンパーは、所定範囲内にある振幅の揺れに対しては相応の効果を発揮することができるものであり、すなわち同調質量ダンパー法に比して様々な揺れのパターンに柔軟に対応することができるものである。
【００１０】
そこで、慣性質量ダンパーを利用した制振技術が、これまでにも提案されている。例えば特許文献１では、同調質量ダンパー（ＴＭＤ：ＴｕｎｅｄＭａｓｓＤａｍｐｅｒ）の素子として慣性質量ダンパーを利用した発明について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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