JP2007162910A - 吊り下げ型振動低減装置 - Google Patents

吊り下げ型振動低減装置 Download PDF

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嘉之 橋本
Takayuki Abe
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Abstract

【課題】コンパクトな動吸振器を備えた吊り下げ型の振動低減装置を実現することにより、従来技術と比して、高い振動低減効果を発揮することができる、経済性に優れた吊り下げ型振動低減装置を提供することにある。
【解決手段】天井スラブ等の上部構造体1の下方に、配管、ダクト等の被吊り部材2を吊り支持する振動低減装置10であって、前記上部構造体1及び被吊り部材2の質量より小さい質量体3と、同質量体3の上部及び下部にそれぞれ設けた防振材4、5と、各防振材4、5を介して前記質量体3に一端を連結された上下の連結材6、7と、前記質量体3に設けた動吸振器13とから成り、前記上側の連結材6の他端は上部構造体1へ連結され、前記下側の連結材7の他端は被吊り部材2へ連結されている。
【選択図】図2

Description

この発明は、静粛性が要求される建物の天井スラブ等の上部構造体の下方に設けて、配管、ダクト類の空調設備等の被吊り部材に作用する振動を低減するように吊り支持する吊り下げ型振動低減装置の技術分野に属し、更に云えば、本出願人による先願2004−365335に係る防振支持構造のメカニズムを吊り防振構造に応用した技術である。
振動低減対策としては、図11に示したように、静粛性が要求される建物の天井スラブ等の上部構造体1の下方に設け、配管、ダクト類の空調設備等の被吊り部材(質量要素)2に作用する振動を低減するように所謂防振ハンガー等の吊り下げ型防振装置aで吊り支持して振動系を構成する防振構造が公知である(例えば、特許文献1〜3を参照)。理論上では、前記吊り下げ型防振装置aに使用する防振材5に応じて、図13に示したような防振効果を発揮させることができる。ちなみに、図11中の符号3は鋼製枠体を示し、符号6、7は上下の吊りボルトを示し、符号14はナットを示し、符号15はダブルナットを示している。また、図12は、図11に示した吊り防振構造を簡略化したモデル図である。
前記図13に示したいずれのラインも、ピークの振動数は異なるものの、曲線の形状はほぼ同様であり、高い防振効果を得るためには、ピーク振動数を低く設定する以外の方法がないのが現状である。しかしながら、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った。
そこで従来、上記問題点を補うべく、上部構造体1等に動吸振器を設置することで、振動低減を図る技術が開示されている(例えば、特許文献4〜6)。
特開平6−58371号公報 特開平8−144423号公報 特開平8−261284号公報 特開平4−213650号公報 特開平11−101301号公報 特開平8−261284号公報
上記特許文献4〜6に係る技術は、振動源である上部構造体1を防振支持する技術であり、所謂吊り防振技術に適用したものではない。また、特許文献4〜6に係る技術は、本出願人が先に出願した特願2004−365335に係る明細書の段落[0009]〜[0014](発明が解決しようとする課題の項)に列挙したように、効率よく振動低減効果を発揮できない、コストが嵩む等、種々の問題がある。よって、これらの技術を吊り防振技術に適用したとしても、依然として、効率よく振動低減効果を発揮できないことは明らかである。
本発明の目的は、コンパクトな動吸振器を備えた吊り下げ型の振動低減装置を実現することにより、従来技術(上記特許文献1〜3)と比して、高い振動低減効果を発揮することができる、経済性に優れた吊り下げ型振動低減装置を提供することにある。また、従来技術(上記特許文献4〜6)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吊り下げ型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吊り下げ型振動低減装置10は、図1と図2に示したように、天井スラブ等の上部構造体1の下方に、配管、ダクト等の被吊り部材2を吊り支持する振動低減装置10であって、前記上部構造体1及び被吊り部材2の質量より小さい質量体3と、同質量体3の上部及び下部にそれぞれ設けた防振材4、5と、各防振材4、5を介して前記質量体3に一端を連結された上下の連結材6、7と、前記質量体3に設けた動吸振器13とから成り、前記上側の連結材6の他端は上部構造体1へ連結され、前記下側の連結材7の他端は被吊り部材2へ連結さ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に記載した吊り下げ型振動低減装置において、図8に示したように、質量体3に設けた動吸振器13は、少なくとも2種以上の固有振動数が設定されていることを特徴とする。
本発明に係る吊り下げ型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等ではなく、振動源の直接的な伝搬経路である吊り支持部材に相当する部分に設けた質量体3に設置して実施できるので、被吊り部材2の振動源の作用点位置に一切左右されることなく、防振による理論上の曲線以上の振動低減効果を効率よく発揮することができる。すなわち、図13に示したピーク振動数が比較的高い防振材(例えば、ゴムパッド、防振ゴム)で実施しても、ピーク振動数が低い防振材(例えば、空気ばね、コイルスプリング)とほぼ同様の高い防振効果を発揮できるようになり、防振材に要するコストを削減することができる。
2)上部構造体1及び被吊り部材2の質量より小さい質量体3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。
本発明に係る吊り下げ型振動低減装置は、上述した発明の効果を奏するべく、以下のように実施される。
図1は、請求項1に記載した吊り下げ型振動低減装置の実施形態を示している。図2は、図1の枢要部を示している。この吊り下げ型振動低減装置10は、天井スラブ等の上部構造体1の下方に、配管、ダクト等の被吊り部材2を吊り支持する振動低減装置10であり、前記上部構造体1及び被吊り部材2の質量より小さい質量体3と、同質量体3の上部及び下部にそれぞれ設けた防振材4、5と、各防振材4、5を介して前記質量体3に一端を連結された上下の連結材6、7と、前記質量体3に設けた動吸振器13とで構成され、前記上側の連結材6の他端は上部構造体1へ連結され、前記下側の連結材7の他端は被吊り部材2へ連結されている(請求項1記載の発明)。前記動吸振器13は、動吸振器系弾性体11と動吸振器系質量体12とから構成されている。ちなみに、図1中の符号2aはダクトを示し、符号2bはダクト2aを支持するアングル材を示し、符号8はインサートアンカーボルトを示し、符号9はダブルナットを示している。
なお、図示例に係る吊り下げ型振動低減装置10は、ダクト2aを設置したアングル材2bを吊り支持して実施しているが、これに限定されず、ダクト2aを直接吊り支持して実施することもできる。即ち、前記被吊り部材2は、振動源であるダクト2aとこれを支持するアングル材(支持部材)2bで実施する場合もあるし、振動源であるダクト2aのみで実施する場合もある。また、前記ダクト2aに限定されるものでもなく、配管など、振動源となるすべての部材に対して実施可能である。
前記吊り下げ型振動低減装置10の構成は、上板3aと下板3bと側板3cとを一体成形して成る中空の質量体(鋼製枠体)3の上板3a下面と下板3b上面にそれぞれ、中央に中空部を有する防振材4、5が配設されている。前記上板3aと下板3bのほぼ中央部には、鉛直方向に一致するボルト通し孔が穿設されている。また、建物の天井スラブ(上部構造体)1から吊り下げられた吊りボルト(上側の連結材)6は、前記質量体3の上部に、防振材4を介して連結されている。一方、ダクト2aを支持しているアングル材2bに定着された吊りボルト(上側の連結材)7は、前記質量体3の下部に、防振材5を介して連結されている。そして、前記質量体3の下面には、前記動吸振器13が固定して設けられている。この動吸振器13は、下側の吊りボルト7に接することなく質量体3の動きに追従する構造で実施することに留意する。前記上下の連結材6、7の位置決め及び固定手段についてはダブルナット15で締め付けて実施することが安全上好ましい。
なお、図示例に係る前記防振材4、5及び動吸振器系弾性体11は防振ゴムで実施しているがこれに限定されず、図3に示したようなコイルスプリングでも実施できるほか、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。勿論、前記防振材4、5を防振ゴムで実施し、前記動吸振器系弾性体11をコイルスプリングで実施するなど、異なる種類の防振材を任意に組合わせて実施することもできる。
また、前記質量体3の構造は、勿論、図示例に限定されるものではなく、図4に示したように、コ字形状に折り曲げ成形した1組の薄鋼板を溶接等の接合手段で一体化して実施することもできる。要するに、前記質量体3は、前記上部構造体1及び被吊り部材2の質量より小さい質量で、且つ上下の連結材6、7を防振材4、5を介して連結でき、前記動吸振器13を連動するように取り付けて実施することができれば、形状等は特に限定されない。
上記構成の吊り下げ型振動低減装置10は、振動系モデルで表すと図5に示したようになる。図5中の符号K1は、ダクト2aに該当する主振動系質量に作用させる加振力を示し、符号K2は、上部構造体1に伝達される加振力を示している。この振動系モデルを基に、K2/K1(伝達される加振力/作用する加振力)から伝達率、即ち、前記加振力K1が何倍になって上部構造体2に伝達するかを求めた結果を図6に示す。図6中の符号Xラインは、従来技術(図11参照)で実施した場合の振動伝達率−振動数をプロットしたグラフを示し、符号Yラインは、図1と図2で実施した場合の振動伝達率−振動数をプロットしたグラフを示している。本発明に係る防振ゴム4、5に用いたゴムの硬さは、従来技術に係る防振ゴム5と同等の硬さのものを用いた。
前記図6より明らかなように、本発明に係るYラインが、従来技術に係るXラインよりも大きく下回っていることから、同程度の硬さのゴムを用いているにも拘わらず、従来技術よりも曲線の勾配を急にすることができ、大幅に振動を低減できていることが分かる。したがって、従来技術によると、ゴムより高価なコイルスプリング等を用いなければ達成できなかった低減効果を、本発明に係る防振技術では、安価なゴムで実現することができるので、非常に優れた振動低減効果を発揮できると共に、非常に経済的である。また、動吸振器13を設けて実施することにより、本来、例えば30Hzの箇所にもピークが生じるところ、本発明に係る吊り防振技術によってなだらかなラインに低減される等、広範囲にわたって振動低減効果を発揮していることが分かる。
また、上部構造体1及び被吊り部材2の質量より小さい質量体3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。
図7は、請求項1に係る吊り下げ型振動低減装置10の異なる実施例を示している。この実施例2に係る振動低減装置20は、図2に係る上記実施例1と比して、動吸振器13の設置部位のみ相違する。具体的に、この実施例2は、実施例1に係る動吸振器13が質量体3の下部に設けられているのに対し、質量体3の上部に設けて実施している。ちなみに、図7中の質量体3、吊りボルト6、7等の構成要素は、実施例1で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。
したがって、この実施例2に係る吊り下げ型振動低減装置20もまた、上記実施例1とほぼ同様の作用効果を奏するのである(段落[0018]、[0019]参照)。なお、図示例では、防振材4、5及び動吸振器系弾性体11は防振ゴムで実施しているがこれに限定されず、図10Aに示したように、コイルスプリングでもほぼ同様に実施できる。
図8は、請求項1に係る吊り下げ型振動低減装置10の異なる実施例を示している。この実施例3に係る振動低減装置30は、上記実施例1、2と比して、動吸振器13の設置部位のみ相違する。具体的に、この実施例3は、実施例1、2に係る動吸振器13が質量体3の上部又は下部に設けられているのに対し、質量体3の両側面に設けて実施している。ちなみに、図8中の質量体3、吊りボルト6、7等の構成要素は、実施例1で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。
したがって、この実施例3に係る吊り下げ型振動低減装置30もまた、上記実施例1、2とほぼ同様の作用効果を奏する(段落[0018]、[0019]参照)。さらに、この実施例3に係る振動低減装置30によれば、左右の動吸振器13、13の固有振動数を異なるように設定して実施することができるので(請求項2記載の発明)、複数の振動数を低減したり、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のである。また、図示例では、前記質量体3の左右に1体ずつ計2体の動吸振器13を設けて実施しているがこれに限定されず、左右に2体ずつ計4体の動吸振器13を設けて各動吸振器13の固有振動数を異なるように設定して実施する等、適宜増減可能である。なお、図示例では、防振材4、5は防振ゴムで実施しているがこれに限定されず、図10Bに示したように、コイルスプリングでもほぼ同様に実施できる。
図9は、請求項1に係る吊り下げ型振動低減装置10の異なる実施例を示している。この実施例4に係る振動低減装置40は、上記実施例1〜3と比して、主に動吸振器13の構成が相違する。具体的に、この実施例4に係る動吸振器13は、動吸振器系質量体12を板ばね11、11で両端支持して実施している。ちなみに、図9中の質量体3、吊りボルト6、7等の構成要素は、実施例1で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。
したがって、この実施例4に係る吊り下げ型振動低減装置40もまた、上記実施例1、2とほぼ同様の作用効果を奏する(段落[0018]、[0019]参照)。さらに、実施例4に係る振動低減装置40によれば、板ばね11の剛性または質量を適宜増減したり、動吸振器系質量体12の取り付け部位を上下にずらして実施することにより、異なる固有振動数に設定することができる。よって、上記実施例3と同様に、複数の振動数を低減したり、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のである。なお、図示例では、防振材4、5は防振ゴムで実施しているがこれに限定されず、図10Cに示したように、コイルスプリングでもほぼ同様に実施できる。
その他、この実施例4に係る振動低減装置40は、上記実施例1〜3と比して、動吸振器13を質量体3の内部に収容して実施することができるので、よりコンパクト化することができる。配管等を吊る場所によっては、数多くの配管やダクトが錯綜するケースがあり、防振部材に他の配管の吊りボルト等が接触することは防振の観点から望ましくないため、寸法をコンパクト化できることは非常にメリットが大きい。
以上、上記実施例1〜4を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施例の限りではなく、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。
実施例1に係る吊り下げ型振動低減装置を使用した吊り防振構造を示した全体図である。 実施例1に係る吊り下げ型振動低減装置を示した断面図である。 実施例1に係る吊り下げ型振動低減装置のバリエーションを示した正面図である。 実施例1に係る吊り下げ型振動低減装置の質量体の構造のバリエーションを示した正面図である。 実施例1に係る振動系モデルを示している。 従来技術と実施例1に係る技術について振動低減効果を対比して示したグラフである。 実施例2に係る吊り下げ型振動低減装置を示した断面図である。 実施例3に係る吊り下げ型振動低減装置を示した断面図である。 実施例4に係る吊り下げ型振動低減装置を示した断面図である。 A〜Cはそれぞれ、吊り下げ型振動低減装置のバリエーションを示した正面図である。 従来技術の吊り下げ型振動低減装置を示した断面図である。 従来技術に係る振動系モデルを示している。 防振材の種類に応じて振動低減効果を対比して示したグラフである。
符号の説明
1 上部構造体
2 被吊り部材
2a ダクト
2b アングル材
3 質量体
4 防振材
5 防振材
6 吊りボルト(連結材)
7 吊りボルト(連結材)
8 インサートアンカーボルト
9、15 ダブルナット
11 動吸振器系弾性体
12 動吸振器系質量体
13 動吸振器
14 ナット
10、20、30、40 振動低減装置

Claims (2)

  1. 天井スラブ等の上部構造体の下方に、配管、ダクト等の被吊り部材を吊り支持する振動低減装置であって、
    前記上部構造体及び被吊り部材の質量より小さい質量体と、同質量体の上部及び下部にそれぞれ設けた防振材と、各防振材を介して前記質量体に一端を連結された上下の連結材と、前記質量体に設けた動吸振器とで構成され、前記上側の連結材の他端は上部構造体へ連結され、前記下側の連結材の他端は被吊り部材へ連結されていることを特徴とする、吊り下げ型振動低減装置。
  2. 質量体に設けた動吸振器は、少なくとも2種以上の固有振動数が設定されていることを特徴とする、請求項1に記載した吊り下げ型振動低減装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013164121A (ja) * 2012-02-10 2013-08-22 Tokkyokiki Corp 防振吊り減震構造体
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