JP2006162026A - 動吸振器及びこれを用いた動吸振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度の影響を受け難く、安定した吸振特性を長期に亘って得ることができる上に、設置場所が限定されない結果、設計の自由度を向上できる動吸振器及びこの動吸振器を複数個用いた動吸振装置を提供すること。
【解決手段】 動吸振器１の夫々は、重錘手段５と、重錘手段５をＶ方向に関して可動となるように弾性的に支持する弾性支持手段６と、重錘手段５に対して並置されていると共に桁３に固定される固定体７と、重錘手段５を固定体７に対してＨ方向に関して不動に保持する一方、Ｖ方向に関して可動に保持するように、重錘手段５と固定体７との間に介在されたＵ字状板８〜１１と、重錘手段５のＶ方向での振動を磁気的に減衰させる磁気減衰手段１２とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の通過、強風、地震等により吸振対象物、特に橋梁の桁に生起する振動を低減する動吸振器及びこの動吸振器を複数個用いた動吸振装置に関する。

特公平７−４３００３号公報

特許文献１には、重錘と、この重錘を載置支持するばね体と、重錘の周りに配される固定支持体と、この固定支持体と重錘との間に介在される薄板ばねと、粘性せん断抵抗部とを具備した動吸振器が開示されている。

ところで、特許文献１に開示の動吸振器は、粘性せん断抵抗部に粘性流体を用いているために、温度による粘性流体の粘性の変化でその減衰特性も変化する結果、安定した吸振特性を得ることが困難である上に、通常、大きな粘性せん断抵抗を得るために高粘度の粘性流体が使用される結果、その充填作業に時間が掛かって製造、交換保守に多くの費用を必要とする。

また上記の動吸振器では、粘性流体という流体の流動、漏出を考慮する必要があるために粘性せん断抵抗部の設置場所が限定される結果、設計の自由度にそれ程優れたものではない。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、温度の影響を受け難く、安定した吸振特性を長期に亘って得ることができる上に、設置場所が限定されない結果、設計の自由度を向上できる動吸振器及びこの動吸振器を複数個用いた動吸振装置を提供することにある。

本発明による動吸振器は、重錘手段と、この重錘手段を上下方向に関して可動となるように弾性的に支持する弾性支持手段と、重錘手段に対して並置されている固定体と、重錘手段を上下方向と実質的に直交する方向（横方向）に関して不動に保持する一方、上下方向に関して可動に保持するように、重錘手段と固定体との間に介在された複数のＵ字状板と、重錘手段の上下方向の振動を磁気的に減衰させる磁気減衰手段とを具備している。

斯かる本発明の動吸振器によれば、磁気減衰手段でもって重錘手段の上下方向の振動を磁気的に減衰させるようになっているために、温度の影響を受け難く、安定した吸振特性を長期に亘って得ることができ、しかも、設置場所が限定されない結果、設計の自由度を向上できるのみならず、Ｕ字状板でもって重錘手段を保持するようになっているために、質量の大きな重錘手段を用いても横方向に殆ど撓むことがない結果、質量の大きな重錘手段を用いて重錘手段に対する上下方向の固有振動数を低周波化できる上に、重錘手段の横揺れを効果的に抑止できる結果、重錘手段と固定体との間に特別に広い空間（隙間）を設ける必要がないのでコンパクトに設置できる。

本発明では、重錘手段は、平面視において三角形を含む多角形又は円形の重錘本体を有していてもよく、この場合、固定体は重錘手段を取り囲んでいてもよいが、本発明は、これに必ずしも限定されないのであって、中空、即ち、環状の重錘本体を有していてもよく、環状の重錘本体の場合には、重錘本体に取り囲まれるよう固定体を重錘本体の中空部に配してもよい。

重錘手段は、一個の中実なブロック体を有していてもよいが、好ましい例では、複数枚の大きな質量をもった厚板を上下方向に積層した積層体を有しており、斯かる積層体を有する場合、厚板の枚数を調節することにより重錘手段の質量を変化させることができ、而して、異なる吸振対象物の固有振動数に対して重錘手段を最適な質量に容易に設定することができる。

本発明による動吸振器では、固定体を直接又は間接に吸振対象物に取り付けて当該固定体を固定するようにしてもよく、好ましい例では、動吸振器は、吸振対象物に固定される基台を有しており、この場合、弾性支持手段は、重錘手段を弾性的に支持するように重錘手段と基台との間に配される複数のコイルばねを具備していてもよく、複数のコイルばねは、好ましくは、重錘手段の重心を通る鉛直軸に対して対称に配置する。弾性支持手段は、単一のコイルばねを具備していてもよく、この場合には、重錘手段の重心を通る鉛直軸と同心にコイルばねを配置するとよい。本発明では、弾性支持手段は、コイルばねに代えて又はコイルばねと共に、他の弾性体、例えばゴム体を具備していてもよい。弾性支持手段は、通常、重錘手段の荷重を上から受けて重錘手段を下から支えて弾性的に支持するが、重錘手段の荷重を下から受けて重錘手段を吊り下げて弾性的に支持してもよく、更には、両方をもって重錘手段を弾性的に支持してもよい。固定体は、上記のように吸振対象物とは別に設けてもよいが、斯かる固定体を特に設けないで、吸振対象物自体を固定体として用いてもよい。

Ｕ字状板は、上下方向と実質的に直交する方向に伸びる一方の縁部と同じく同方向に伸びる他方の縁部との間に湾曲するＵ字状部を具備しており、好ましい例では、Ｕ字状板の夫々は、上下方向と実質的に直交する方向に伸びているその一方の縁部で重錘手段に、同方向に伸びているその他方の縁部で固定体に夫々取り付けられている。

Ｕ字状板は、平板状のばね材を弾性限界内でＵ字状に曲げて変形させたものであって、その曲げ変形に対する拘束を解除すると元の平板に戻るようになっているものである。

磁気減衰手段は、永久磁石等を具備した磁界発生体と、この磁界発生体で発生される磁束を当該磁界発生体の相対的な移動で切断するコイル等の電導体と、この電導体の磁束切断で生じる電流を流す抵抗器とを具備していていてもよいが、好ましい例では、重錘手段及び固定体の一方に固定されていると共に磁界を発生する磁界発生体と、重錘手段及び固定体の他方に固定されていると共に磁界発生体に対する相対的な移動で渦電流を生じる板状の導電体とを具備しており、磁界発生体は、導電体の略中央部において磁界を発生するように隙間をもって対向する互いに異なる一対の極性の磁極を有する永久磁石を具備していてもよい。

本発明の動吸振器は、振動を減衰させる吸振対象物に設置されるのであるが、一つの動吸振器が斯かる吸振対象物に設置される場合には、好ましくはその重錘手段に対する固有振動数は、設置される吸振対象物の固有振動数に同調されている。

本発明による動吸振装置は、上記のいずれかの態様の動吸振器を複数個有しており、少なくとも一つの動吸振器の重錘手段に対する固有振動数は、他の動吸振器の重錘手段に対する固有振動数と異なっている。

斯かる動吸振装置によれば、重錘手段に対する互いに異なる固有振動数を有するために、異なる固有振動数を互いに近接させることにより、設置される吸振対象物の固有振動数の変化に対応できて、吸振対象物の固有振動数の変化に拘わらず好ましく吸振対象物の振動を減衰させることができ、また、異なる固有振動数を設置される吸振対象物の固有振動数の各次モードに合わせることにより、設置される吸振対象物の固有振動数の各次モードに対応できて、各次の振動モードを効果的に減衰させることができる。

本発明の動吸振装置においては、少なくとも一つの動吸振器の重錘手段の質量、ばね定数及び減衰係数のうちの少なくとも一つは、他の動吸振器の重錘手段の質量、ばね定数及び減衰係数と異なっていてもよい。

本発明によれば、温度の影響を受け難く、安定した吸振特性を長期に亘って得ることができる上に、設置場所が限定されない結果、設計の自由度を向上できる動吸振器及びこの動吸振器を複数個用いた動吸振装置を提供することができる。

次に本発明及びその実施の形態を、吸振対象物として橋梁の桁に用いた場合について図を参照して更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に何等限定されないのである。

図１から図５において、本例の動吸振器１の夫々は、吸振対象物である例えば橋梁２の桁３に取り付けられる基台４と、平面視において実質的に長方形である重錘手段５と、重錘手段５を上下方向、即ちＶ方向に関して可動となるように弾性的に支持する弾性支持手段６と、重錘手段５に対して並置されていると共に桁３に固定される固定体７と、重錘手段５を固定体７に対してＶ方向と実質的に直交する方向、即ち水平方向であるＨ方向に関して不動に保持する一方、Ｖ方向に関して可動に保持するように、重錘手段５と固定体７との間に介在された複数、本例では四個の横置きのＵ字状板８、９、１０及び１１と、重錘手段５のＶ方向での振動を磁気的に減衰させる磁気減衰手段１２とを具備している。

橋梁２は、特に図５に示すように、橋床（通路部）１５と、橋床１５を支えると共に橋軸方向に伸びた複数の桁３からなる架構部１６と、各桁３の橋軸方向の両端を支える橋脚（図示せず）とを有しており、複数の桁３には、その振動で橋軸方向において生じる振動腹部に対応する部位で橋軸方向と直交する方向に取り付け板１７が掛け渡されており、取り付け板１７に複数の動吸振器１が設けられている。

基台４は、取り付け板１７に溶接又はボルト等により固定されており、こうして基台４は、取り付け板１７を介して吸振対象物である橋梁２の桁３に取り付けられて固定されている。

重錘手段５は、四隅に貫通孔２１を有すると共に平面視において長方形の底板２２と、底板２２上に配されていると共に平面視において底板２２と同形の二枚の中間板２３及び２４と、中間板２４上に配されていると共に短辺が中間板２４よりも短い一方、長辺が中間板２４と同一である平面視において長方形の二枚の他の中間板２５及び２６と、中間板２６上に配されていると共に平面視において中間板２５及び２６と同形の上板２７とからなる積層体を有しており、これらＶ方向に積層されていると共に夫々が大きな質量をもった厚板からなる複数枚の底板２２、中間板２３から２６及び上板２７は、一体となるように一個以上のねじ２８により互いに連結されている。

弾性支持手段６は、重錘手段５をＶ方向に可動に弾性的に支持するように重錘手段５と基台４との間に配される四個のコイルばね３１と、各コイルばね３１の座屈を防止する座屈防止手段３２とを具備している。

各コイルばね３１は、その下方部が基台４の上面３３と底板２２の下面３４との隙間３５に配されていると共にその上方部が対応の貫通孔２１に配されて基台４と重錘手段５との間に介在されている。

各座屈防止手段３２は、基台４の上面３３にねじ３６により固着されている円柱部材３７と、隙間３５のＶ方向の幅と同程度にねじ３６の上面に対して上方に離間して配されているねじ３８により中間板２３の下面３９に固着されているつば部付き円柱部材４０とを具備しており、コイルばね３１は、円柱部材３７及び４０を取り囲んでいると共に一端が基台４の上面３３に接触する一方、他端が円柱部材４０のつば部に接触しており、こうして各コイルばね３１は、隙間３５を維持してＶ方向に可動に重錘手段５を実質的に均等に分担して弾性的に支持するようになっている。

Ｈ方向の一方の方向であるＨ１方向とＨ方向の他方の方向であってＨ１方向と実質的に直交するＨ２方向とにおいて隙間４５及び４６をもって重錘手段５を取り囲んで配されていると共に矩形状の筒体からなる固定体７は、その下端面で基台４に溶接又はボルトにより固着されており、これにより固定体７は、基台４及び取り付け板１７を介して桁３に固定されている。

板状ばね材を弾性限界内でＵ字状に曲げてなるＵ字状板８、９、１０及び１１において、Ｕ字状板８は、Ｈ２方向に伸びているその一方の縁部５１で重錘手段５において同じくＨ１方向に伸びている中間板２６の一方の側面５２に、同じくＨ２方向に伸びているその他方の縁部５３で固定体７においてＨ２方向に伸びている一方の内側面５４に夫々複数のねじ５５及び押さえ板５６を介して取り付けられており、Ｕ字状板９は、Ｈ２方向に伸びているその一方の縁部５１で重錘手段５においてＨ２方向に伸びている中間板２６の他方の側面５７に、同じくＨ２方向に伸びているその他方の縁部５３で固定体７においてＨ２方向に伸びている他方の内側面５８に夫々複数のねじ５５及び押さえ板５６を介して取り付けられており、Ｕ字状板１０は、Ｈ１方向に伸びているその一方の縁部５１で重錘手段５においてＨ１方向に伸びている中間板２６の一方の側面５９に、同じくＨ１方向に伸びているその他方の縁部５３で固定体７においてＨ１方向に伸びている一方の内側面６０に夫々複数のねじ５５及び押さえ板５６を介して取り付けられており、Ｕ字状板１１は、Ｈ１方向に伸びているその一方の縁部５１で重錘手段５においてＨ１方向に伸びている中間板２６の他方の側面６１に、同じくＨ１方向に伸びているその他方の縁部５３で固定体７においてＨ１方向に伸びている他方の内側面６２に夫々複数のねじ５５及び５６を介して取り付けられている。

重錘手段５と固定体７との間に介在された斯かるＵ字状板８、９、１０及び１１により重錘手段５は、Ｈ１及びＨ２方向を含むＨ方向には不動とされて固定体７の内側面５４、５８、６０及び６２との間で隙間４５及び４６を維持される一方、Ｖ方向には可動とされるように保持されている。

磁気減衰手段１２は、重錘手段５及び固定体７の一方、本例では重錘手段５に固定されていると共に磁界を発生する複数、本例では四組の磁界発生体７１、７２、７３及び７４と、重錘手段５及び固定体７の他方、本例では固定体７に溶接等により固定されていると共に対応の磁界発生体７１、７２、７３及び７４に対する相対的なＶ方向の移動で渦電流を生じる複数、本例では四枚の板状の導電体７５、７６、７７及び７８とを具備している。

重錘手段５においてＨ２方向に伸びている中間板２３の一方の側面７９に固定された磁界発生体７１及び７２並びに重錘手段５においてＨ２方向に伸びている中間板２３の他方の側面８０に固定された磁界発生体７３及び７４は、互いに同様に構成されているので、以下、磁界発生体７１について説明すると、磁界発生体７１は、側面７９にねじを介して固着された透磁性の一対のＬ型部材８１と、Ｌ型部材８１の互いの対向面に固定されていると共に隙間をもって対向する互いに異なる一対の極性の磁極を有した一対の永久磁石８２及び８３とを有している。永久磁石８２を支持するＬ型部材８１と永久磁石８３を支持するＬ型部材８１との間の磁気抵抗を減じて良好な磁気回路を形成するために、両Ｌ型部材８１間に透磁性の部材を介在させるとよい。

固定体７において内側面６０に固定されている導電体７５及び７６並びに固定体７において内側面６２に固定されている導電体７７及び７８は、互いに同様に構成されているので、以下、磁界発生体７１に対応する導電体７５について説明すると、導電体７５は、永久磁石８２及び８３に対してＨ１方向において隙間をもって当該永久磁石８２及び８３間に配されている。

永久磁石８２及び８３は、重錘手段５の静止時に板状の導電体７５の中央部において磁界を発生するように隙間をもって対向する互いに異なる極性の一対の磁極を生じさせるようになっている。

斯かる磁気減衰手段１２は、重錘手段５が固定体７に対して相対的にＶ方向に振動すると、導電体７５が磁界発生体７１に対して相対的にＶ方向に移動して導電体７５に起電力を生じると共に、この起電力に起因して導電体７５に流れる渦電流の熱エネルギへの変換（渦電流損）により電力消費がなされ、導電体７５に流れる渦電流と磁界発生体７１の磁界とに基づいてＶ方向の移動に抗する電磁力を生じる結果、重錘手段５の固定体７に対するＶ方向の相対的移動を減衰させる。

以上の各動吸振器１は、桁３の振動腹部に取り付け板１７を介して設置される。この設置にあたっては、少なくとも一つの動吸振器１の重錘手段５の固有振動数が桁３の固有振動数に同調されると共に他の動吸振器１の重錘手段５の固有振動数と異なるように各動吸振器１の質量及び弾性係数は適宜設定される。

動吸振器１では、橋床（通路部）１５上での車両等の通過又は風若しくは地震の生起により桁３がＶ方向に振動して、この振動に同調して重錘手段５が固定体７に対して相対的にＶ方向に振動すると、磁気減衰手段１２により重錘手段５の固定体７に対するＶ方向の相対的移動を減衰させ、斯かる磁気減衰手段１２の振動エネルギの吸収により桁３のＶ方向の振動を減衰させるようになっている。

動吸振器１によれば、磁気減衰手段１２でもって重錘手段５のＶ方向での振動を磁気的に減衰させるようになっているために、温度の影響を受け難く、安定した吸振特性を長期に亘って得ることができ、しかも、設置場所が限定されない結果、設計の自由度を向上できるのみならず、横置きのＵ字状板８、９、１０及び１１でもって重錘手段５を保持するようになっているために、質量の大きな重錘手段５を用いてもＨ方向に殆ど撓むことがない結果、質量の大きな重錘手段５を用いて重錘手段５に対するＶ方向の固有振動数を低周波化できる上に、重錘手段５のＨ方向の揺れを効果的に抑止できる結果、重錘手段５に所定のＶ方向の振動を行わせるために特別に桁３、本例では桁３と同等の振る舞いをする固定体７と重錘手段５との間に広い空間、即ち隙間４５及び４６を設ける必要がないのでコンパクトに設置できる。

本発明の実施の形態の好ましい例の側面説明断面図である。 図１に示す例の平面説明図である。 図１に示す例の板ばねの説明斜視図である。 図１に示す例の磁気減衰手段の説明斜視図である。 図１に示す例の使用例の説明図である。

符号の説明

１ 動吸振器
４ 基台
５ 重錘手段
６ 弾性支持手段
７ 固定体
８、９、１０、１１ Ｕ字状板
１２ 磁気減衰手段

Claims (10)

1. 重錘手段と、この重錘手段を上下方向に関して可動となるように弾性的に支持する弾性支持手段と、重錘手段に対して並置されている固定体と、重錘手段を上下方向と実質的に直交する方向に関して不動に保持する一方、上下方向に関して可動に保持するように、重錘手段と固定体との間に介在された複数のＵ字状板と、重錘手段の上下方向の振動を磁気的に減衰させる磁気減衰手段とを具備している動吸振器。
2. 重錘手段は、平面視において三角形を含む多角形又は円形の重錘本体を有しており、固定体は重錘手段を取り囲んでいる請求項１に記載の動吸振器。
3. 重錘手段は、複数枚の大きな質量をもった厚板を上下方向に積層した積層体を有している請求項１又は２に記載の動吸振器。
4. 吸振対象物に固定される基台を有しており、弾性支持手段は、重錘手段を弾性的に支持するように重錘手段と基台との間に配される複数のコイルばねを具備している請求項１から３のいずれか一項に記載の動吸振器。
5. Ｕ字状板の夫々は、上下方向と実質的に直交する方向に伸びているその一方の縁部で重錘手段に、上下方向と実質的に直交する方向に伸びているその他方の縁部で固定体に夫々取り付けられている請求項１から４のいずれか一項に記載の動吸振器。
6. Ｕ字状板は板状ばね材を弾性限界内でＵ字状に曲げてなる請求項１から５のいずれか一項に記載の動吸振器。
7. 磁気減衰手段は、重錘手段及び固定体の一方に固定されていると共に磁界を発生する磁界発生体と、重錘手段及び固定体の他方に固定されていると共に磁界発生体に対する相対的な移動で渦電流を生じる板状の導電体とを具備している請求項１から６のいずれか一項に記載の動吸振器。
8. 磁界発生体は、導電体の略中央部において磁界を発生するように、隙間をもって対向する互いに異なる一対の極性の磁極を有した永久磁石を具備している請求項７に記載の動吸振器。
9. 重錘手段に対する固有振動数は、設置される吸振対象物の固有振動数に同調されている請求項１から８のいずれか一項に記載の動吸振器。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の動吸振器を複数個有しており、少なくとも一つの動吸振器の重錘手段に対する固有振動数は、他の動吸振器の重錘手段に対する固有振動数と異なっている動吸振装置。

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