JP2006194073A - 振動低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動吸振器の設置部位に工夫を施すことにより、上部構造体における加振力の作用点位置、及び下部構造体の振動モードの腹の位置に一切左右されることなく振動低減効果を発揮でき、また、従来技術と比して小さな質量の動吸振器を使用して、より高い振動低減効果を発揮することができる、経済性及び振動低減性能に優れた振動低減装置を提供する。
【解決手段】床スラブや基礎等の下部構造体２の上面に設けられ、構造物や機器等の上部構造体１を防振支持または除振支持する振動低減装置１０であって、前記振動低減装置１０は、前記上部構造体１及び下部構造体２の質量より小さい質量体１１と、同質量体１１を中間部に挟む上下の防振材１２、１２と、前記質量体１１に設けた動吸振器１３とから成り、前記上側の防振材１２は上部構造体１へ設けられ、前記下側の防振材１２は下部構造体２へ設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、床スラブや基礎等の下部構造体の上面に設けられ、構造物や機器等の上部構造体を防振支持または除振支持する振動低減装置の技術分野に属し、更に云えば、動吸振器の設置部位に工夫を施すことにより、所謂二重床防振構造または二重床除振構造や機器の防振構造または除振構造に好適に使用される振動低減装置に関する。
なお、本発明においていう「防振」とは、上部構造体に作用した加振力（例えば、プレス機が発する振動）をできるだけ下部構造体に伝搬させない技術的思想を云い、「除振」とは、下部構造体に作用した人間の動作、機器、又は交通などに起因する振動をできるだけ上部構造体に伝搬させない技術的思想を云う。

振動低減対策としては、図９にモデル図を示したように、構造物や機器等の上部構造体（質量要素）を空気バネ等の防振材で支持して振動系を構成する防振構造または除振構造が広く知られている。理論上では、前記防振材に使用する部材に応じて、図１０に示したような防振効果または除振効果を発揮させることができる。

しかしながら、図１０に示したピーク振動数を低く設定できる材料（例えば、空気バネ、コイルスプリング）ほど、高い防振効果または除振効果を発揮することができる反面、コストが嵩むという問題点がある。また、一般的な物理現象として、ピーク振動数から√２倍以上の振動数において振動低減効果を発揮できる反面、必ず共振ピークを有しており、この共振ピークの振動数では、振動が大きく増幅するという問題点がある。

そこで従来、上記問題点を補うべく、動吸振器を上部構造体（床構造物等の構造物及び機器等を指す。）或いは下部構造体（床スラブや基礎等を指す。）に設置することで、上述した理論上の振動低減以上の効果を発揮させて、ピーク振動数が高い材料（例えば、ゴムパッド、防振ゴム）を使用して、前記空気バネ、コイルスプリング等と同様の防振効果を得たり、共振ピークの値を低減させることが可能な技術が種々開発されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

上記特許文献１には、動吸振器（ダイナミックダンパー）を、上部構造体（仕上材）或いは下部構造体（基盤）に設置することで、振動低減を図る技術が開示されている。この防振技術は、ダイナミックダンパーの重量／床重量を０．０２〜０．５としたことにより、所期の目的での周波数での振動低減を図ることができる（特許文献１の［発明の効果］参照）。

上記特許文献２には、動吸振器を、上部構造体（機器の設置台）に設置することで、振動低減を図る技術が開示されている。この防振技術は、振動低減対象とする上部構造体の質量に対する動吸振器の質量の割合（以下、マス比と云う。）が大きいほど、高い振動低減効果を発揮することを利用して、共振周波数域における振動低減率を低減することができる。

上記特許文献３には、動吸振器を、上部構造体（床パネル）を支持する支柱部分に設置する（組み込む）ことで、振動低減を図る技術が開示されている。この防振技術は、支柱自体が動吸振機構を構成するため、二重床上に生じる地震時等の上下振動を、二重床の利便性を損なわず、下部構造体（建物床スラブ）の振動ごと低減することができる。

特開平４−２１３６５０号公報 特開平１１−１０１３０１号公報 特開平６−１２３１６８号公報

上記特許文献１及び特許文献２に係る防振技術は、動吸振器を、上部構造体或いは下部構造体に設置する構造であるが故に、下記する問題点Ｉ）、II）がある。

Ｉ）図１１に示したように、所謂二重床防振構造の上側の上部構造体１における支持脚５、５のほぼ中央に動吸振器３を設置して実施する場合、当該動吸振器３のほぼ直上位置に加振力４が作用したときは、前記動吸振器３は大きく揺れて所要の振動エネルギーを吸収できる。よって、上部構造体１で動吸振器３により低減された振動が支持脚５から下部構造体２へ伝搬されるため、ほぼ設計通りの振動低減効果を発揮することができる。

しかしながら、図１２に示したように、前記上部構造体１における支持脚５付近に加振力４が作用したときは、前記動吸振器はさほど揺れず、所要の振動エネルギーを十分に吸収することはできない。よって、作用した加振力４の大部分は低減されることなくダイレクトに支持脚５へと伝搬されるため、動吸振器３を設置した効果は期待できないという問題がある。

II）図１３に示したように、所謂二重床防振構造の下側の下部構造体２に動吸振器３を設置して実施する場合、その構造上、上部構造体１に作用した加振力４を支持脚５から下部構造体２に伝搬された後に振動低減を図る技術である。よって、上記Ｉ）に示したような、加振力の作用点位置の相違による振動低減効果の相違は生じない。

しかしながら、一般的に、上部構造体１と比して下部構造体２の質量の方がはるかに大きいので、上記Ｉ）と比して動吸振器３のマス比が小さくなり、大きな振動低減効果を得るためには質量の大きな動吸振器３を設置しなければならず、コストが嵩むという問題がある。また、下部構造体２が床スラブのように１次、２次、３次…と多数の複雑な振動モードを有する場合、高次のモード振動を動吸振器３で低減せしめようとすると、モードの振幅が最大の位置（モードの腹）を特定することが困難になるため、モードの腹からずれた位置に動吸振器３を設置する虞が高く、期待される振動低減効果を得られないという問題がある。

上記特許文献３に係る防振技術は、動吸振器を、上部構造体（床パネル）を支持する支柱部分に設置しているものの、本質的には、上部構造体に作用した加振力を支持脚から下部構造体に伝搬された後に振動低減を図る技術であり、下部構造体に動吸振器を設置した場合と同様の効果に止まるので、上記II）の問題が依然として解消されていない。

本発明の目的は、動吸振器の設置部位に工夫を施すことにより、上部構造体における加振力の作用点位置、及び下部構造体の振動モードの腹の位置に一切左右されることなく振動低減効果を発揮でき、また、従来技術と比して小さな質量の動吸振器を使用してより高い振動低減効果を発揮することができる、経済性及び振動低減性能に優れた振動低減装置を提供することである。また、防振のみならず、除振についてもほぼ同様の作用効果を期待できる振動低減装置を提供することである。

上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る振動低減装置１０は、図１に示したように、
床スラブや基礎等の下部構造体２の上面に設けられ、構造物や機器等の上部構造体１を防振支持または除振支持する振動低減装置１０であって、
前記振動低減装置１０は、前記上部構造体１及び下部構造体２の質量より小さい質量体１１と、同質量体１１を中間部に挟む上下の防振材１２、１２と、前記質量体１１に設けた動吸振器１３とから成り、前記上側の防振材１２は上部構造体１へ設けられ、前記下側の防振材１２は下部構造体２へ設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した振動低減装置において、図７と図８に示したように、
上側の防振材１２には、高さ調整用ボルト１８を介して床受けパネル１９が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した振動低減装置において、図５と図６に示したように、
質量体１１に設けた動吸振器１３は、固有振動数が異なる複数の動吸振器１３…で構成されていることを特徴とする。

本発明に係る振動低減装置によれば、下記する効果を奏する。
１）動吸振器１３を、上部構造体１ではなく、加振力４の直接的な伝搬経路である支持脚に相当する部分に設けた質量体１１に設置して実施できるので、上部構造体１における加振力４の作用点位置、及び下部構造体２の振動モードの腹の位置に一切左右されることなく振動低減効果を発揮することができる。除振支持構造についてもまた同様で、動吸振器１３を、下部構造体２ではなく、同下部構造体２が発する振動（床振動）の直接的な伝搬経路である支持脚に相当する部分に設けた質量体１１に設置して実施できるので、ほぼ同様の振動低減効果を発揮することができる。
２）上部構造体１及び下部構造体２の質量より小さい質量体１１に動吸振器１３を設置して実施するので、マス比を大きくとることができ、より軽い質量の動吸振器１３で高い振動低減効果を得ることができる。よって、経済性及び振動低減性能に大変優れている。
３）その他、本発明に係る振動低減装置１０は、新設構造物は勿論のこと、既設の所謂二重床防振構造または二重床除振構造にも適用できる。この場合、上部構造体１を支持している既設の防振材をすべて撤去して前記振動低減装置１０を設置することもできるし、既設の防振材の上方部分を残し、当該上方部分を前記振動低減装置１０の上側の防振材１２に再利用して実施することもできる。

図１は、請求項１に記載した振動低減装置の実施形態を示している。
この振動低減装置１０は、床スラブや基礎等の下部構造体２の上面に設けられ、構造物や機器等の上部構造体１を防振支持または除振支持する振動低減装置１０であり、前記上部構造体１及び下部構造体２の質量より小さい質量体１１と、同質量体１１を中間部に挟む上下の防振材１２、１２と、前記質量体１１に設けた動吸振器１３とから成り、前記上側の防振材１２は上部構造体１へ設けられ、前記下側の防振材１２は下部構造体へ設けられている（請求項１記載の発明）。また、前記動吸振器１３は、動吸振器系質量体１４と動吸振器系弾性体１５とから構成されている。

なお、前記上部構造体１は、具体的には、床構造物等の構造物、及びプレス機、精密機器、ファン、ポンプ、室外機等の機器、或いはユニットバス並びに当該機器等を載置する設置台（架台）等を指し、下部構造体２は、床スラブや基礎等を指す。要するに、前記上部構造体１及び下部構造体２は、防振技術又は除振技術を導入して振動低減効果を図ることが望まれる部材全般を対象とするのである。また、本実施例に係る振動低減装置は、上部構造体１に加振力４が作用した場合に下部構造体２へ伝搬する振動を低減する防振構造で実施しているがこれに限定されず、下部構造体２に人間の動作、機器、又は交通などに起因する振動が作用した場合に上部構造体１へ伝搬する振動を低減する除振構造にも勿論適用できる。すなわち、本発明に係る技術は、上部構造体１に作用した加振力（例えば、プレス機が発する振動、人間の動作に起因する振動）をできるだけ下部構造体２に伝搬させない場合に好適に実施できるし、下部構造体２に作用した人間の動作、機器、又は交通などに起因する振動をできるだけ上部構造体（例えば、電子顕微鏡などの精密機器、音響スタジオ）に伝搬させない場合にも好適に実施できるのである。

ちなみに、前記防振材１２、１２及び動吸振器系弾性体１５には、汎用の防振ゴム、コイルスプリング、空気ばね、エラストマー、ゲル、ばねにゴムを巻き付けたもの、及び、ばねとオイルダンパ等の減衰材を並列したものなど、剛性要素・減衰要素として用いるすべての材料を対象とし、低減させる振動性状に応じて材料を選定するものとする。また、使用する防振材１２及び動吸振器系弾性体１５の個数についても同様に、低減させる振動性状に応じて適宜設定するものとする。さらに、前記上下の防振材１２、１２には共に同一種類の防振材（防振ゴム）を使用して実施しているが、上記した異なる種類の防振材（汎用の防振ゴム、コイルスプリング等）を任意に組み合わせて実施することも勿論できる。なお、後述する振動低減装置の異なるバリエーションに適用する防振材１２、１２及び動吸振器系弾性体１５についても同様の技術的思想とする。

このように、前記動吸振器１３を、上部構造体１ではなく、加振力４の直接的な伝搬経路である支持脚に相当する部分の質量体１１に設置して実施しているので、上部構造体１における加振力４の作用点位置、及び下部構造体２の振動モードの腹の位置に一切左右されることなく振動低減効果を発揮することができる。また、上部構造体１及び下部構造体２の質量より小さい質量体１１に動吸振器１３を設置して実施するので、マス比を大きくとることができ、より軽い質量の動吸振器１３で高い振動低減効果を得ることができる
。よって、経済性及び振動低減性能に大変優れている。除振支持構造についてもまた同様で、動吸振器１３を、下部構造体２ではなく、同下部構造体２に生じる振動（床振動）の直接的な伝搬経路である支持脚に相当する部分に設けた質量体１１に設置して実施できるので、ほぼ同様の振動低減効果を発揮することができる。

さらに、本実施例に係る振動低減装置は、新設の所謂二重床防振構造に適用しているが、既設の二重床防振構造にも適用できる。この場合、上部構造体１を支持している既設の防振材をすべて撤去して前記振動低減装置１０を設置するほか、既設の防振材の上方部分を残し、当該上方部分を前記振動低減装置１０の上側の防振材１２に再利用して実施することもできる。

本発明に係る振動低減装置１０は、上記［背景技術］の項で説明した防振による理論上の曲線以上の振動低減効果を得ることができる。つまり、図１０に示したピーク振動数がより高い防振材においても、高い防振効果を発揮することができるようになり、防振材のコストを低減できるとともに、防振支持上の変形を小さく設定できることから、より安定した防振支持構造を実現することができる。また、除振構造で実施する場合も同様に、高い除振効果を発揮でき、より安定した除振支持構造を実現することができる。

一例として、６３Ｈｚのピークを有する下部構造体２に対して、本発明に係る振動低減装置１０を使用した場合の振動低減効果について以下に説明する。

図２は、振動系モデルを示している。図３は、解析結果による振動低減効果を示している。図３中のＸ曲線は、本発明に係る振動低減装置１０を使用した場合の振動低減効果を示しており（図１参照）、Ｙ曲線は、上部構造体１及び下部構造体２のいずれにも動吸振器３を設置していない場合の振動低減効果を示しており、Ｚ曲線は、上部構造体１のみに動吸振器３を設置した場合の振動低減効果を示している（図１１と図１２参照）。

ちなみに、Ｚ曲線に係る上部構造体１に設置した動吸振器３の質量と、Ｘ曲線に係る振動低減装置１０の質量体１１と動吸振器１３との合計質量を同一の質量で実施している。図３に示した横軸は振動数、縦軸は上部構造体１を加振したときの下部構造体２の単位加振力あたりの加速度（アクセレランス）であり、上部構造体１を加振したときの下部構造体２の揺れやすさを表す物理量である。図３中より、Ｘ曲線がＺ曲線よりも大きく下回っていることから、本発明に係る振動低減装置１０により６３Ｈｚ（図中の黒丸参照）近傍の振動数成分の大幅な振動低減を実現していることがわかる。

図４〜図８は、本発明に係る振動低減装置１０の異なるバリエーションを示している。
図４Ａ、Ｂに示した振動低減装置２０は、質量体１１の下面の四隅位置と上面の中央位置にそれぞれ防振ゴム（防振材）１２…を計５体配置し、前記質量体１１の上面に、中央部に立ち上がる防振ゴム１２を取り囲む形態で動吸振器系弾性体１５をバランス良く４体配置し、同動吸振器系弾性体１５の上面に、中央部に防振ゴム１２を通す貫通孔を備えた方形状の動吸振器系質量体１４を設置した構成である。このような構成の振動低減装置２０における下側の４体の防振ゴム１２…を下部構造体２の上面に設置し、上側の防振材１２の上端面に上部構造体１を設置することにより、防振支持構造または除振支持構造を実現する。

図５に示した振動低減装置２１は、云うならば、図４に示した動吸振器１３を固有振動数が異なる４つの動吸振器１３に分割したもので、それぞれの動吸振器系質量体１４の上下に防振ゴム１５を設置し、プレート１６を介してボルト１７で締め付けた構成の動吸振器１３で実施している。このように、動吸振器１３の固有振動数をそれぞれ異ならせて実施することにより、複数の振動数を低減対象としたり、ある一つの振動ピークに対してさらなる振動低減効果を発揮することができる。また、前記ボルト１７の締め付け力に応じて防振ゴム１５、１５の剛性を変化させることにより、振動数を調整することもできる。また、このような調整方法を採用することで、同一種類の防振材１２を用いて異なる振動数を任意に設定できるため、同一種類の防振材１２の量産によるコスト低減効果を見込めるという利点もある（以上、請求項３記載の発明）。

図６に示した振動低減装置２２は、動吸振器系弾性体１５に板ばねを使用し、その先端部分に動吸振器系質量体１４を下向きに設けた構成で実施している。このような構成で実施することにより、振動低減装置２２自体の高さを低く抑えることが可能となり、上下の間隔が狭い所謂二重床防振構造または二重床除振構造の間にも十分に適用することができる。また、板ばね１５の剛性や質量を調整したり、動吸振器系質量体１４の取り付け位置をずらしたりすることで、動吸振器１３の固有振動数を異ならせて実施することもできる（請求項３記載の発明）。

図７に示した振動低減装置２３は、図４に示した振動低減装置２０の上側の防振材１２の上面に高さ調整用ボルト１８をねじ込んで設置し、当該ボルト１８の上部に床受けパネル１９を設置した構成である（請求項２記載の発明）。同様に、図８に示した振動低減装置２４は、図５に示した振動低減装置２１の上側の防振材１２の上面に高さ調整用ボルト１８をねじ込んで設置し、当該ボルト１８の上部に床受けパネル１９を設置した構成である（請求項２記載の発明）。このような構成で実施すると、前記床受けパネル１９の回転により高さを自在に調整することができ、下部構造体２の不陸に関係なく平らな二重床防振構造または二重床除振構造を実現することができる。

以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。例えば、本実施例では、主に二重床防振構造または二重床防振構造について説明しているが、機器や機器を載置した設置台を防振支持または除振構造する場合にも勿論、好適に実施することができる。

請求項１に記載した発明に係る振動低減装置を示した立面図である。 図１の振動系モデルを示している。 解析結果による振動低減効果を対比して示したグラフである。 Ａは、図１に示した振動低減装置の異なるバリエーションを示した斜視図であり、Ｂは、同正面図である。 図１に示した振動低減装置の異なるバリエーションを示した斜視図である。 図１に示した振動低減装置の異なるバリエーションを示した斜視図である。 図１に示した振動低減装置の異なるバリエーションを示した斜視図である。 図１に示した振動低減装置の異なるバリエーションを示した斜視図である。 従来一般の、防振の振動系モデルを示している。 各種防振材の防振性能を示したグラフである。 従来の防振技術を概略的に示した立面図である。 従来の防振技術を概略的に示した立面図である。 従来の防振技術を概略的に示した立面図である。

符号の説明

１ 上部構造体
２ 下部構造体
３ 動吸振器
４ 加振力
５ 支持脚
１０ 振動低減装置
１１ 質量体
１２ 防振材
１３ 動吸振器
１４ 動吸振器系質量体
１５ 動級振器系弾性体
１６ プレート
１７ ボルト
１８ 高さ調整用ボルト
１９ 床受けパネル
２０〜２４ 振動低減装置

Claims (3)

1. 床スラブや基礎等の下部構造体の上面に設けられ、構造物や機器等の上部構造体を防振支持または除振支持する振動低減装置であって、
   前記振動低減装置は、前記上部構造体及び下部構造体の質量より小さい質量体と、同質量体を中間部に挟む上下の防振材と、前記質量体に設けた動吸振器とから成り、前記上側の防振材は上部構造体へ設けられ、前記下側の防振材は下部構造体へ設けられていることを特徴とする、振動低減装置。
2. 上側の防振材には、高さ調整用ボルトを介して床受けパネルが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載した振動低減装置。
3. 質量体に設けた動吸振器は、固有振動数が異なる複数の動吸振器で構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した振動低減装置。
   

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