JP2000283227A

JP2000283227A - 振動減衰装置

Info

Publication number: JP2000283227A
Application number: JP8960299A
Authority: JP
Inventors: Masahide Seki; 雅英関; Motoki Misu; 基規三須
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】小さな設置面積で大きな剛性を得ると共に安定
したエネルギ吸収能力を発揮させる。【解決手段】弾性の大きい帯鋼が錘状形に隙間を有して
巻回された竹の子ばね２と、竹の子ばね２として巻回さ
れた帯鋼の重畳部分における隙間に充填して接着される
減衰の大きい高分子粘弾性材料３とから構成されてい
る。このような構成により、弾性の大きい帯鋼が錘状形
に巻回されているので、軸方向の剛性は全てこの竹の子
ばね２に依存できるようになる。また、高分子粘弾性材
料３は、巻回された帯鋼の重畳部分における隙間に充填
して接着されているので、この巻回された帯鋼の隙間に
位置する全ての高分子粘弾性材料３の剪断範囲において
変形させることができる。したがって、振動減衰の際の
温度依存性が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、免震、制振、除
振および防振の何れの振動対策にも適用させることがで
きる振動減衰装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、振動を減衰させるために、ゴムと
金属とを複合させた種々の振動減衰装置が開発されてい
る。例えば、図１１に示すように、ゴム１０１と鋼鈑１
０２とが交互に積層成型された積層ゴム１００は、積層
数倍だけ鉛直方向の剛性が増し、ゴムの総厚さ分だけ水
平方向の変形量（＝ゴムの総厚さ×許容剪断歪）が大き
くなる。したがって、ビル等の重量構造物の免震に用い
られている。

【０００３】また、図１２（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、円筒２０１とゴム２０２とが交互に積層成型された
積層型筒形ダンパ２００は、ゴムの総厚さ分だけ水平方
向の変形量（＝ゴムの総厚さ×許容剪断歪）が大きくな
る。したがって、建物自体に組み込んで制振に用いられ
ている。このような積層型筒形ダンパとしては、この他
に図１３に示すようなものが知られている。この積層型
筒形ダンパ３００は、ゴム３０１と交互に積層成型され
た各円筒３０２が交互に相対変位可能に、ダンパ３００
の両端に配置された取付フランジ３０３、３０４に固定
されている。これにより、この積層型筒形ダンパ３００
は、上述した積層型筒形ダンパ２００より鉛直方向の剛
性を増すことができる。

【０００４】さらに、図１４に示すように、圧縮コイル
ばね４０１が内蔵された防振ゴム４００は、圧縮コイル
ばね４０１により鉛直方向の剛性を保ち、防振ゴム４０
０のゴム自体で水平方向の柔らかさを保っている。した
がって、産業機械、空調機等の防振材に用いられてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
に示す積層ゴム１００は、水平方向に大きく変形させる
ことができるが、水平方向の剛性が鉛直方向の剛性に比
べて１／１００〜１／１０００になるという難点があっ
た。また、図１２に示す積層型筒形ダンパ２００は、変
形量は確保できるものの軸方向（矢印Ａ′方向）の剛性
が１／積層数になるので、必要な軸方向の剛性を得るに
は軸方向に長くするか、外径を大きくするなどの対策に
拠らざるを得ず、結果的に設置スペースが大きくなるな
どの難点を生ずる。また、その剛性をすべてゴムの弾性
率に依存しているので、低温時に硬く、高温時に柔らか
くなってしまうという剛性が温度に左右される難点があ
った。

【０００６】一方、図１３に示す積層型筒形ダンパ３０
０は、必要な軸方向の剛性を確保することはできるが、
変形量がゴム１層分の厚さに制限されるので、必要な変
形量を得るには１層分のゴム厚さを増す必要があり、結
果的に、設置スペースが大きくなる、製造コストがかか
るなどの難点を生ずる。さらに、図１４に示す防振ゴム
４００は、ゴム自体で鉛直方向の剛性を小さくすると共
に圧縮コイルばねにより座屈を防止できるが、変形時に
圧縮コイルばね４０１の線間にあるゴム自体に過大な応
力が加わるので、ばね特性が非線形になると共に、遂に
はゴムがその応力により破壊してしまうという難点があ
った。

【０００７】本発明は、このような従来の難点を解決す
るためになされたもので、小さな設置面積で大きな剛性
を得ることができ、而も安定したエネルギ吸収能力を発
揮することができる振動減衰装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の振動減衰装置は、弾性の大きい帯鋼が錘状形
に隙間を有して巻回されたばね要素と、ばね要素として
巻回された帯鋼の重畳部分における隙間に充填して接着
される減衰の大きい弾性体とから構成されるものであ
る。

【０００９】このように構成された振動減衰装置は、弾
性の大きい帯鋼が錘状形に巻回されているので、軸方向
の剛性は全てこのばね要素に依存できるようになる。ま
た、減衰の大きい弾性体は、巻回された帯鋼の重畳部分
における隙間に充填して接着されているので、この巻回
された帯鋼の隙間に位置する全ての減衰体の剪断範囲に
おいて変形させることができる。したがって、振動減衰
の際の温度依存性が小さくなる。

【００１０】また、本発明の振動減衰装置においてばね
要素は、竹の子ばねであることが好ましい。これによ
り、大きな変形能力と剛性とを得ることができる。ま
た、本発明の振動減衰装置においてばね要素は、長円に
巻回されていることが好ましい。これにより、細長いス
ペースにも設置させることができる。また、本発明の振
動減衰装置においてばね要素は、多角形に巻回されてい
ることが好ましい。これにより、断面効率がよくなる。

【００１１】また、本発明の振動減衰装置において、弾
性体が隙間に挟着された一対のばね要素は、対向配置さ
れていることが好ましい。これにより、装置の軸方向の
正側、負側共に、減衰させることができるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の振動減衰装置にお
ける好ましい実施の形態例について、図面を参照して説
明する。本発明の振動減衰装置は図１（ａ）、（ｂ）に
示すように、弾性の大きい帯鋼が錘状形に隙間を有して
巻回されたばね要素２と、ばね要素２として巻回された
帯鋼の重畳部分における隙間に充填して接着される減衰
の大きい弾性体３とから構成されている。

【００１３】ばね要素２としては、例えば、ばね鋼鋼材
などの帯鋼から成る竹の子ばねを用いることができる。
このような竹の子ばねを用いることにより、ばねの軸方
向の剛性を高めることができる。減衰の大きい弾性体３
は、例えば、高分子粘弾性材料が用いられ、この高分子
粘弾性材料の剪断歪の繰返しに伴う振動エネルギ吸収性
能を利用する。高分子粘弾性材料は、外部から繰返し歪
が加えられると、分子側鎖とチェンセグメントとの絡み
合いが伸ばされ、また元に戻る現象が繰返し発生し、そ
の間では分子間の摩擦が生じるので、振動エネルギを熱
エネルギに変換して吸収することができるので、振動の
高減衰化が可能になる。このような高分子粘弾性材料と
しては、天然ゴム等の汎用ゴムの他、温度依存性が少な
いシリコーンゴム、ポリノルボーネン、ブチルゴムなど
が好適である。

【００１４】このように構成された振動減衰装置１自体
の剛性ΣＫは、 ΣＫ＝ｋａ（竹の子ばね）＋ｋｂ（高分子粘弾性材料）と表わすことができるので、剛性ΣＫの温度依存性は高
分子粘弾性材料３の剛性ｋｂの占める割合が少ないほど
小さくなることがわかる。したがって、振動減衰装置１
の振動減衰を図２に示すような履歴特性にすることがで
きる。即ち、軸方向の剛性は全てこの竹の子ばね２に依
存でき、巻回された帯鋼の隙間に位置する全ての高分子
粘弾性材料３の剪断範囲において変形させることができ
るようになる。したがって、振動減衰の際の温度依存性
が小さくなる。

【００１５】なお、本発明の振動減衰装置における好ま
しい実施の形態例によれば、ばね要素として竹の子ばね
を用いていたが、これに限らず、図３に示す長円に巻回
されているばね要素１２や、図４に示す多角形に巻回さ
れているばね要素２２でもよい。長円に巻回されている
ばね要素１２によれば、細長いスペースにも設置させる
ことができるようになり、多角形に巻回されているばね
要素２２によれば、同じ大きさの平面スペースにおいて
円形よりも周長を大きくとれるので、剛性を大きくする
ことができる。即ち、断面効率がよくなる。

【００１６】また、本発明の振動減衰装置における好ま
しい実施の形態例によれば、弾性体に高分子粘弾性材料
を用いていたが、これに限らず、シリコーンゲル等のゲ
ル状の粘性体、あるいは高分子材料等の高粘度粘性体で
もよい。次に、上述した振動減衰装置１の実施例につい
て説明する。

【００１７】

【実施例】なお、ばね要素として竹の子ばね、弾性体と
して高分子粘弾性材料を用いるものとする。 [実施例１]図５に示すように、高分子粘弾性材料３が隙
間に挟着された一対の竹の子ばね２′、２″を、面積の
小さい面２′ａ、２″ａが対向するように円筒４の両端
に内設させる。なお、一対の竹の子ばね２′、２″の各
面積の小さい面２′ａ、２″ａ間には、円板５が挟装さ
れている。この円板５には一方の竹の子ばね２′の中空
部２′ｂに移動可能に挿入されているシャフト６の一端
が固定され、このシャフト６の他端には取付フランジ７
が固定されている。また、他方の竹の子ばね２″の面積
の大きい面２″ｂは、取付フランジ８が固定されてい
る。

【００１８】このように構成された振動減衰装置１０に
よれば、円板５を振動中心にすることができるので、円
板５が軸方向の正側（矢印Ａ方向）に移動すると一方の
竹の子ばね２′の高分子粘弾性材料３により減衰され、
円板５が軸方向の負側（矢印Ｂ方向）に移動すると他方
の竹の子ばね２″の高分子粘弾性材料３により減衰され
る。したがって、円板５の両端に配置された各竹の子ば
ね２′、２″の高分子粘弾性材料３により、装置１０の
軸方向の正側、負側共に、減衰機能を発揮させることが
できるようになる。

【００１９】このような振動減衰装置１０を用いて建物
を制振するには、図６に示すような設置例が効果的であ
る。即ち、柱Ｐと梁Ｂとの間に、ブレース（図６
（ａ）、（ｂ））、方杖（図６（ｃ））、Ｋ形ブレース
の機素（図６（ｄ））、リンク機構の機素（図６
（ｅ）、（ｆ））として設置させる。このように設置す
ることにより、振動減衰装置１０は振動エネルギ吸収部
材として機能し、地震・風等により建物が変形した際に
撓み、振動エネルギを吸収できる。 [実施例２]本発明の振動減衰装置１を図７に示すよう
に、複数の積層ゴム５１によって高層建物５２が支持さ
れている免震ピット５３の内壁５３ａに、複数配置させ
る。これにより、高層建物５２が地震により揺れて積層
ゴム５１が大変形しても、振動減衰装置１が緩衝材の役
割を果たすので、高層建物５２と免震ピット５３との衝
突の際、衝撃をやわらげることができる。 [実施例３]本発明の振動減衰装置１を図８に示すよう
に、一方の取付フランジ６１に固定された外筒６２と、
他方の取付フランジ６３に固定された内筒６４とから成
る変位抑制器６０に用いる。即ち、内筒６４の外周６４
ａに複数の振動減衰装置１を配置する。これにより、内
筒６４と外筒６２とが大きく相対変位しても振動減衰装
置１が振動エネルギを減衰させることができるので、内
筒６４と外筒６２との衝突の際、衝撃をやわらげること
ができる。なお、振動減衰装置１は、外筒６２の内周６
２ａに配置させても同様の効果を得ることができる。 [実施例４]本発明の振動減衰装置１を図９に示すよう
に、産業機械７１の防振支持として用いる。これは振動
減衰装置１が、軸方向の剛性を全て竹の子ばねに依存で
き、巻回された帯鋼の隙間に位置する全ての高分子粘弾
性材料の剪断範囲において変形することができるからで
ある。即ち、産業機械７１を竹の子ばねが支持し、高分
子粘弾性材料が防振の役目を果たすからである。 [実施例５]本発明の振動減衰装置１を図１０（ａ）、
（ｂ）に示すように吊り型防振装置８０として用いる。
具体的には、長方形から成る枠部材８１と、枠部材８１
の一方の側面に固定される振動減衰装置１と、枠部材８
１の他方の側面に穿孔された穴に挿入され枠部材８１内
からナット８２が螺合された第１の吊りシャフト８３
と、枠部材８１の一方の側面に穿孔された穴および振動
減衰装置１の中空部２ｂ（図１参照）それぞれに挿入さ
れ振動減衰装置１側からナット８４が螺合された第２の
吊りシャフト８５とから構成されている。

【００２０】このように構成された吊り型防振装置８０
の第１の吊りシャフト８３は天井ＴＨに固定され、第２
の吊りシャフト８５には被支持物８６が固定されてい
る。したがって、被支持物８６に振動が発生しても枠部
材８１に内設された振動減衰装置１によって振動を吸収
することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の振動減
衰装置によれば、軸方向の剛性を全てばね要素に依存で
き、振動を被弾性体によって減衰させることができるの
で、振動減衰の際の温度依存性が小さくなる。したがっ
て、大きな剛性を得る、必要な変形量を確保する、
安定した力学特性を有する、という諸機能を全て具備
できるようになり、而も、設置スペースを小さくするこ
とができる安価な装置を提供できるようになる。これに
より、建築・土木分野におけるビル、マンション等の耐
震改修用部材、免震層のダンパーや、建設機械、産業機
械あるいは乗物におけるばね要素、減衰要素、または文
化施設のホールの防振等々、日常生活の中で振動と向き
合うあらゆる分野に適用させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動減衰装置における好ましい実施の
形態例を示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面
図。

【図２】本発明の振動減衰装置の剪断応力とひずみ振幅
との関係を表すグラフ。

【図３】本発明の振動減衰装置に使用されるばね要素の
他の形態例を示す説明図。

【図４】本発明の振動減衰装置に使用されるばね要素の
他の形態例を示す説明図。

【図５】本発明の振動減衰装置における好ましい実施例
を示す説明図。

【図６】図５の振動減衰装置を建物の柱と梁との間に設
置する実施例を示す説明図。

【図７】本発明の振動減衰装置における好ましい他の実
施例を示す説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面
図。

【図８】本発明の振動減衰装置における好ましい他の実
施例を示す説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面
図。

【図９】本発明の振動減衰装置における好ましい他の実
施例を示す説明図。

【図１０】本発明の振動減衰装置を用いた吊り型防振装
置を示す図で、（ａ）は詳細図、（ｂ）は適用した状態
の説明図。

【図１１】積層ゴムを示す断面図。

【図１２】積層型筒形ダンパを示す図で、（ａ）は変形
前の断面図、（ｂ）は変形後の断面図。

【図１３】他の積層型筒形ダンパを示す図で、（ａ）は
変形前の断面図、（ｂ）は変形後の断面図。

【図１４】防振ゴムを示す断面図。

【符号の説明】

１・・・・・振動減衰装置２・・・・・竹の子ばね（ばね要素）２′、２″・・・・・一対の竹の子ばね（一対のばね要素）３・・・・・高分子粘弾性材料（弾性体）１２・・・・・長円に巻回されているばね要素２２・・・・・多角形に巻回されているばね要素

フロントページの続きＦターム(参考） 3J048 AA02 AC02 BA17 BC01 BD08 DA01 EA38 3J059 AA08 BA80 BC01 BC07 BD01 DA26 GA42 3J066 AA01 AA26 BA01 BB01 BD10 BE10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性の大きい帯鋼が錘状形に隙間を有して
巻回されたばね要素と、前記ばね要素として巻回された
前記帯鋼の重畳部分における前記隙間に充填して接着さ
れる減衰の大きい弾性体とから構成されることを特徴と
する振動減衰装置。
【請求項２】前記ばね要素は竹の子ばねであることを特
徴とする請求項１記載の振動減衰装置。
【請求項３】前記ばね要素は長円に巻回されていること
を特徴とする請求項１記載の振動減衰装置。
【請求項４】前記ばね要素は多角形に巻回されているこ
とを特徴とする請求項１記載の振動減衰装置。
【請求項５】前記弾性体が前記隙間に挟着された一対の
前記ばね要素は対向配置されていることを特徴とする請
求項１乃至４の何れか１項記載の振動減衰装置。