JP2011226594A - 制振ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】複数の減衰ブロックの間に中間板を挟んだ形状によって振動吸収時に減衰ブロックが捻れ変形を生じ、剪断変形のみ生じる構造よりも減衰性能に優れた制振ダンパーを提供する。
【解決手段】一対の剛性板１２Ａおよび１２Ｂと、剛性板１２Ａと１２Ｂとの間に設けられ、それぞれと接着された減衰ブロック１４Ａおよび１４Ｂと、減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂの間に挟持される中間板４０と、から制振ダンパー１０が構成されている。減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂと剛性板１２Ａ、１２Ｂとの接着面１６Ａ、１６Ｂの図心Ｃａ、Ｃｂは幅方向に距離δだけオフセットした構造とされているため、振動減衰の際には減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂは矢印２４のように捻れ変形をも伴い、これにより剪断変形のみの場合に比較して捻れ変形の分だけ振動の減衰量が大きくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は制振ダンパーに関し、詳しくは、建築物等固定構造物の振動を低減するための制振効果を備えた制振ダンパーに関する。

従来から、建築、土木分野において地震や風により振動して変位が集中する建築物等の固定構造物の建築構造物間には、これらの振動を低減するために何らかのエネルギー吸収装置すなわち制振ダンパーが使用されている。制振ダンパーとしては、摩擦によるエネルギー吸収を利用した摩擦ダンパーや粘弾性材料を用いた粘弾性ダンパー等が挙げられる。

また制振用ダンパーには、交通振動などの小さな変形域で大きな減衰力を発揮する機能と、大地震などの大きな変形に対して剪断歪みが大きくなり、変位追従能力を発揮する機能との両方を兼ね備えていることが要求されている。

しかしゴム等の弾性部材の剪断変形を用いて振動を吸収（減衰）させる場合、素材の物性において減衰量を増加させようとすれば線型性（ひずみ依存性）が低下する、温度依存性が増加し温度変化に対して性能が不安定になる等の問題があり、素材自体の物性で減衰性能を向上させるには限界があった。

粘弾性を有する材料と、弾性を有する材料とを組み合わせた制振材料を使用する制振用ダンパーが開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかし当該構成は２種類の材料（粘弾性材料と弾性材料）が積層されるため、その材料同士の接着が困難である上、積層されるので厚みが増し、物理的に安定していないなどの問題があった。

特開平７−１９７９６９号公報

発明者らは剛性板の間に減衰性を有する複数の材料（減衰ブロック）を挟み、これで更に中間板を挟んだ構造の制振ダンパーにおいて、剛性板の振動方向より見て例えば２つの減衰ブロックと２枚の剛性板との接着面の図心が引っ張り幅方向にオフセットした構造とすれば、単純に２つの減衰ブロックで中間板を挟んだ構造に比較して振動減衰量が増加するという知見を得た。

すなわち、２つの減衰ブロックと２枚の剛性板との接着面の図心が引っ張り幅方向にオフセットした（減衰ブロックと剛性板との接着面が平面視でオフセットした）構造であれば、振動吸収の際にはふたつの減衰ブロックに図６に示す矢印２４のようにねじりトルクが発生し、捻れ変形が生じる。

このため、例えば平面視で接着面が重なったふたつの減衰ブロックであれば振動吸収の際に剪断変形による剪断力のみ生じるのに対して、ふたつの減衰ブロックと２枚の剛性板との接着面が平面視でオフセットする構造であれば、矢印２４のようなねじりトルクが発生し、剪断変形による剪断力と併せて振動減衰量を全体としてより大きなものとすることができることがわかった。

本発明は上記事実を考慮して、複数の減衰ブロックの間に中間板を挟んだ形状によって振動吸収時に減衰ブロックが捻れ変形を生じ、剪断変形のみ生じる構造よりも減衰性能に優れた制振ダンパーを提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、第１の剛性板と、前記第１の剛性板と間隔を空けて対向し、厚さ方向より見て一部重なって配置された第２の剛性板と、前記第２の剛性板に対向する前記第１の剛性板の一の面に接着された減衰ブロックと、前記第１の剛性板に対向する前記第２の剛性板の一の面に接着された減衰ブロックと、前記複数の減衰ブロックの間に接着された中間板と、を備え、前記第１の剛性板と前記第２の剛性板とは、各々が前記一の面に沿って互いに振動吸収方向に移動可能に支持され、前記第１の剛性板と前記第２の剛性板の厚さ方向より見て、前記第１の剛性板の一の面と前記減衰ブロックとの接着面の図心と、前記第２の剛性板の一の面と前記減衰ブロックとの接着面の図心とが、前記振動吸収方向より見て前記振動吸収方向と直交する方向にオフセットしていることを特徴とする。

上記の発明では、１個の減衰ブロックと第１の剛性板との接着面の図心と、この減衰ブロックとの間に中間板が接着された減衰ブロックと第２の剛性板との接着面の図心とが、振動吸収方向と直交する方向（幅方向）にオフセットして配置されているため、振動を吸収する際にはそれぞれの減衰ブロックが剪断変形のみならず、捻れ変形をも起こすので、剛性板との接着面が平面視で重なるように配置された減衰ブロックを用いた構造よりも減衰量の大きな制振ダンパーとすることができ、また減衰ブロックの素材を変更せず配置の変更で性能向上が可能であるためコストを抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、前記減衰ブロックは前記振動吸収方向から見た断面が矩形となる形状をしていることを特徴とする。

上記の発明では、減衰ブロックの断面が矩形となる形状をしているため、減衰ブロックの形状が単純かつ対称となり、部品のコスト低減、工程の単純化に加えて製造時の取付けミスを防止し、製造時の歩留まりの優れた制振ダンパーとすることができる。

本発明によれば、複数の減衰ブロックの間に中間板を挟んだ形状によって振動吸収時に減衰ブロックが捻れ変形を生じ、剪断変形のみ生じる構造よりも減衰性能に優れた制振ダンパーとすることができる。

本発明の第１実施形態に係る制振ダンパーの構造を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る制振ダンパーの構造を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る制振ダンパーの構造を示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る制振ダンパーの構造を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る制振ダンパーに用いられる減衰ブロックの変形を示す概念図である。 本発明の第１実施形態に係る制振ダンパーに用いられる減衰ブロックの変形を示す概念図である。 本発明の第１実施形態に係る制振ダンパーに用いられる減衰ブロックと従来の減衰ブロックとの減衰性能を比較する概念図である。 本発明の第２実施形態に係る制振ダンパーの構造を示す側面図である。

以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。ここで、第２実施形態以下では、既に説明した構成要素と同様のものには同じ符号を付して、その説明を省略する。なお、以下の実施形態で得られた制振ダンパーは、柱や梁部材その他の建築構造物間に利用され、特に橋梁などの振動吸収部材として好適なものである。

［第１実施形態］

まず、第１実施形態について説明する。

図１〜図４に示すように、本実施形態では、鋼材などで形成され高い剛性をもつ一対の剛性板１２Ａおよび１２Ｂと、剛性板１２Ａと１２Ｂとの間に設けられ、それぞれと接着された減衰ブロック１４Ａおよび１４Ｂと、減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂの間に挟持される中間板４０と、から制振ダンパー１０が構成されている。

図１は平面図、図２は側面図、図３は制振ダンパー１０の動作（伸縮）方向から見た矢視図、図４は斜視図である。

剛性板１２Ａ、１２Ｂは例えば鋼板のように十分な剛性を備えた板材であり、図１〜４に示すように一部平面視で重なりつつ所定の間隔を空けて面同士を対向させている。減衰ブロック１４Ａおよび１４Ｂは図２、３に示すように矩形の断面をもつ、ゴム等の減衰性を有する材料からなるブロックであり、面１５Ａおよび１５Ｂで剛性板１２Ａ、１２Ｂと接着され、接着面１６Ａ、１６Ｂを形成している。

また減衰ブロック１４Ａおよび１４Ｂは剛性板１２Ａ、１２Ｂと接着された面１５Ａおよび１５Ｂと対向する面、すなわち面１５Ｃおよび１５Ｄで中間板４０と接着され、中間板４０を挟持している。中間板４０は剛性部材であってもよく、あるいは弾性を備えていてもよい。中間板４０は剛性板１２Ａ、１２Ｂの間で減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂの弾性により、接着面１６Ａ、１６Ｂに沿った方向に移動可能に支持されている。

これにより減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂと剛性板１２Ａ、１２Ｂとの接着面１６Ａ、１６Ｂの図心Ｃａ、Ｃｂは図１および図３のように幅方向に距離δだけオフセットした構造とされ、図１、２、４に示す矢印２０Ａおよび２０Ｂのように外力（引張力）が印加された際には減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂが変形することでこれを吸収する。

すなわち剛性板１２Ａ、１２Ｂに引張力（矢印２０Ａ、２０Ｂ）が印加された際には減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂは振動方向（引っ張り方向）に剪断変形するが、接着面１６Ａ、１６Ｂの図心Ｃａ、Ｃｂが振動幅方向にオフセットしているため、同時に減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂは矢印２４のように捻れ変形をも伴っており、これにより剪断変形のみの場合に比較して捻れ変形の分だけ振動の減衰量が大きくなる。

さらに、減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂとして使用される部材は例えば矩形断面のゴムブロックなどでよく、特殊な断面形状である必要はない。このため部品コストが低く、また方向性がないため組立の際にミスが少なく、工程時間を短縮し歩止まりのよい制振ダンパーとすることができる。

次に本実施形態の作用について説明する。

図１〜５に示すように剛性板１２Ａ、１２Ｂに矢印２０Ａ、２０Ｂのように引張力が印加されると、接着面１６Ａ、１６Ｂにより減衰ブロック１４Ａと１４Ｂは図５のように剪断変形し、剪断力が発生する。この矢印２０Ａ、２０Ｂおよびこれと逆方向の外力の繰り返しが振動であり、減衰ブロック１４は剪断変形で生じる剪断力により上記の振動を減衰させる。

このとき、図１および図３に示すように接着面１６Ａ、１６Ｂの図心Ｃａ、Ｃｂは距離δだけオフセット（偏芯）している。さらに中間板４０は減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂの面１５Ｃ、１５Ｄで接着され挟持されているが、剛性板１２Ａ、１２Ｂのいずれとも剛結合されていおらず、弾性を備えた減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂに接着されているため、剛性板１２Ａ、１２Ｂに矢印２０Ａ、２０Ｂのように引張力が印加されると、図６に示すように図心Ｃａ、Ｃｂの偏芯により中間板４０は回転し、減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂの面１５Ａと面１５Ｂとの間には矢印２４で示すようなねじりトルクが発生し、減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂには捻れ変形が生じる。

すなわち図５に示すように減衰ブロック１４Ａには矢印２０Ａ、減衰ブロック１４Ｂには矢印２０Ｂのような外力が印加され、かつ減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂの間で両者を結合する中間板４０は減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂで懸架されているため、減衰ブロック１４Ａ、１４Ｂに捻れ変形が発生し、例えば直方体形状の減衰ブロックを１個だけ用いた場合のように捻れ変形を起こさず純粋に剪断変形のみを生じる場合に比較して、捻れ変形の分だけ減衰量が増加するので、振動を減衰する制振ダンパーとしての性能向上が可能となる。

例えば図７に示すように、引張力が印加されるＸ方向（振動方向）の変位量と荷重との関係を従来のように直方体形状の減衰ブロックを１個使用した従来例（破線）と本願発明（実線）とで比較すれば、同じＸ方向の変位量でも減衰する荷重を大きくすることができ、制振ダンパーとしての性能も両者の面積差の分だけ向上させることができる。

このとき、引張力が印加されるＸ方向（振動方向）から見て接着面１６Ａ、１６Ｂの図心Ｃａ、Ｃｂがオフセット（偏芯）している必要があるため、剛性板１２Ａ、１２Ｂの移動方向は図心Ｃａ、Ｃｂを結ぶ線分と平行となることはない。

［第２実施形態］

次に、第２実施形態について説明する。図７に示すように、本実施形態に係る制振ダンパー１１では、第１実施形態に比べ、剛性板１２Ａ、１２Ｂの間には略矩形断面の減衰ブロック１４１、１４２、１４３が２枚の中間板４２、４４を挟んで配置されている。すなわち、厚さ方向に見て剛性板１２Ａには面１５１Ａで減衰ブロック１４１が接着され、この減衰ブロック１４１に中間板４２が背着され、中間板４２には面１５２Ａで減衰ブロック１４２が接着され、減衰ブロック１４２には中間板４４が、中間板４４には減衰ブロック１４３の順に接着され、減衰ブロック１４３には面１５３Ａで剛性板１２Ｂに接着される形状とされている。

すなわち、剛性板１２Ａと中間板４２の間には減衰ブロック１４１が設けられ、さらに中間板４２中間板４４との間には減衰ブロック１４２が設けられている。加えて中間板４４には減衰ブロック１４３が接着され、この減衰ブロック１４３を介して剛性板１２Ｂが接着される構成とされる。

このとき図８（Ｂ）に示すように、面１５１Ａの図心Ｃａ、面１５２Ａの図心Ｃｂ、面１５３Ａの図心Ｃｃはそれぞれ引っ張り幅方向にδ１、δ２だけ偏芯している。これにより剛性板１２Ａと１２Ｂの間には３個の減衰ブロック１４１、１４２、１４３が中間板４２、４４を挟んで接続されることになり、さらに捻れ変形を生じさせることが可能となるので、減衰する荷重を大きくすることができ、制振ダンパーとしての性能も向上させることができる。

このとき、例えば減衰ブロック１４１、１４２、１４３の断面形状や素材が全て同一である必要はない。あるいはδ１、δ２は必ずしも等しい必要はなく、あるいは一方が略ゼロでもよい。必要とされる制振性能やコスト、大きさ等の諸条件によって上記の組み合わせを適宜使い分けることができる。また、減衰ブロックおよび中間板を更に追加してもよく、あるいは剛性板の枚数を更に増やし、厚さ方向両端の剛性板と中間の剛性板との間で振動を減衰させる構成としてもよい。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。例えば、減衰ブロックを矩形断面とせず台形断面とするなど、接着面の図心がオフセット（偏芯）している条件を満たせば減衰ブロックに捻れ変形が発生するので、種々の断面形状とすることができる。

１０ 制振ダンパー
１２Ａ 剛性板
１２Ｂ 剛性板
１４Ａ 減衰ブロック
１４Ｂ 減衰ブロック
１５Ａ 面
１５Ｂ 面
１５Ｃ 面
１６Ａ 接着面
１６Ｂ 接着面
２０Ａ 矢印
２０Ｂ 矢印
２４ 矢印
４０ 中間板
δ 距離

Claims (2)

1. 第１の剛性板と、
   前記第１の剛性板と間隔を空けて対向し、厚さ方向より見て一部重なって配置された第２の剛性板と、
   前記第２の剛性板に対向する前記第１の剛性板の一の面に接着された減衰ブロックと、
   前記第１の剛性板に対向する前記第２の剛性板の一の面に接着された減衰ブロックと、
   前記複数の減衰ブロックの間に接着された中間板と、を備え、
   前記第１の剛性板と前記第２の剛性板とは、各々が前記一の面に沿って互いに振動吸収方向に移動可能に支持され、
   前記第１の剛性板と前記第２の剛性板の厚さ方向より見て、前記第１の剛性板の一の面と前記減衰ブロックとの接着面の図心と、前記第２の剛性板の一の面と前記減衰ブロックとの接着面の図心とが、前記振動吸収方向より見て前記振動吸収方向と直交する方向にオフセットしていることを特徴とする制振ダンパー。
2. 前記減衰ブロックは前記振動吸収方向から見た断面が矩形となる形状をしていることを特徴とする請求項１に記載の制振ダンパー。

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