JP2015092092A

JP2015092092A - 制振装置

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Publication number: JP2015092092A
Application number: JP2013231710A
Authority: JP
Inventors: 和廣鈴木; Kazuhiro Suzuki
Original assignee: Kayaba System Machinery Co Ltd
Current assignee: Kayaba System Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2015-05-14
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: JP6148605B2

Abstract

【課題】微振動に対しても制振効果を発揮できるとともに可動マスの揺動周期のチューニング作業が容易で、かつ、高層建築物への設置性についても良好な制振装置を提供する。【解決手段】フレーム１と、上記フレーム１にアーム２を介して吊り下げされて上記フレーム１に対して揺動可能な可動マスＭとを備えた制振装置Ｄであって、上記アーム２は、一端が上記フレーム１に剛結合された一対の板ばね３，３と、上記各板ばね３，３の他端に連結されるとともに上記可動マスＭにヒンジ結合されるブラケット４と、板ばね３，３に対して移動可能であってをこれら板ばね３，３を連結する連結ブロック８を備えて可動マスＭの揺動周期を調節する調節機構Ｆとを備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は、制振装置に関する。

この種の制振装置としては、たとえば、高層建築物の上部に設けたフレームに揺動可能に吊り下げられた可動マスを備えたチューンド・マス・ダンパと称されるものがある。この制振装置は、強風によって高層建築物が振動する際に、可動マスが振り子のように同調して搖動することで、高層建築物に可動マスの慣性力を反力として与えて、高層建築物の振動を低減するようになっている。

制振装置は、具体的には、図７に示すように、フレーム３０と可動マス３１の双方にヒンジ結合されるアーム３２で可動マス３１を吊り下げていて、アーム３２がフレーム３０に対して揺動することで、可動マス３１のフレーム３０に対する揺動、つまり、振り子運動が可能とされている。

このような可動マス３１を吊り下げた制振装置にあっては、可動マス３１の揺動周期は、フレーム３０から可動マス３１を吊り下げるアーム３２の長さと可動マス３１の質量によって決定づけられるが、高層建築物の振動を効果的に抑制するには、可動マス３１の揺動周期を高層建築物の制振に適するようにチューニングする必要がある。

そのため、従来の制振装置にあっては、アーム３２の長さを変更できるようにしておき、アーム３２の長さを変更することで制振装置を高層建築物の制振に適するようにチューニングすることが一般的に行われている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平９−３１７８１８号公報

上記制振装置では、可動マスの揺動周期をチューニングするには、ジャッキ等で可動マス３１を下から支えてから、アーム３２を可動マスから取り外した後、アーム３２の長さを変更し、可動マス３１とアーム３２とを連結するブラケット３３の長さもアーム３２の変更長さだけ変更しなくてはならず、チューニング作業が非常に面倒で危険を伴う作業が強いられる。

また、従来の制振装置では、アーム３２とフレーム３０およびアーム３２と可動マス３1を単にピン接合するので摩擦力が大きく、高層建築物が微振動した際にフレーム３０に対して可動マス３１がうまく揺動できなくなる可能性があることから、アーム３２とフレーム３０およびアーム３２と可動マス３1をそれぞれ自動調芯コロ軸受で連結するようにしている。そのため、制振装置の構造が複雑となって、コストが嵩む短所がある。

これに対して、図８に示すように、軸受とピンを廃止してアーム４２を板ばねとしてフレーム４０と可動マス４１に溶接し、アーム４２と可動マス４１とでラーメン構造を構成すると、アーム４２が撓むので微振動に対して可動マス４１が揺動することができ、自動調芯コロ軸受を使用しないためコスト面も有利で、高層建築物の微振動に対しても充分な制振効果を得ることができる。しなしながら、図８の制振装置では、図７に示した制振装置と同等の可動マスの揺動周期を確保しようとすると、アーム４２の長さを長くしなければならず、制振装置の高さが非常に高くなってしまい高層建築物に設置スペースを確保しなくてはならず、設置性の点で問題がある。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、微振動に対しても制振効果を発揮できるとともに可動マスの揺動周期のチューニング作業が容易で、かつ、高層建築物への設置性についても良好な制振装置を提供することである。

上記した目的を達成するために、本発明の課題解決手段は、フレームと、上記フレームにアームを介して吊り下げされて上記フレームに対して揺動可能な可動マスとを備えた制振装置であって、上記アームは、一端が上記フレームに剛結合された一対の板ばねと、上記各板ばねの他端に連結されるとともに上記可動マスにヒンジ結合されるブラケットと、可動マスの揺動周期を調節する調節機構とを備えたことを特徴とする。

本発明の制振装置によれば、微振動に対しても制振効果を発揮できるとともに可動マスの揺動周期のチューニング作業が容易で、かつ、高層建築物への設置性についても向上する。

一実施の形態における制振装置の正面図である。一実施の形態における制振装置の平面図である。アームの側面図である。連結ブロックの斜視図である。アームの部分正面図である。アームの一変形例の部分側面図である。従来の制振装置の側面図である。従来の他の制振装置の側面図である。

以下に、図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明する。一実施の形態における制振装置Ｄは、図１および図２に示すように、基本的には、フレーム１と、フレーム１にアーム２を介して吊り下げされてフレーム１に対して揺動可能な可動マスＭとを備えて構成されている。

制振装置Ｄは、図示しない高層建築物の屋上や上層階等に設置されており、高層建築物が振動するとアーム２が撓んでフレーム１に吊り下げられた可動マスＭが同調して振動し、慣性力を作用させて高層建築物の振動を抑制するようになっている。

フレーム１は、図１および図２に示すように、上方から見て四角形の四つの頂点からそれぞれ立設される四つの柱１ａと、柱１ａの上端と柱１ａの上端をそれぞれ連結する四つの梁１ｂとで構成される門型フレームとされている。

このフレーム１の梁１ｂのうち、対向する一対の下方には、それぞれ二つのアーム２が取り付けられおり、このアーム２の先端に可動マスＭが連結されている。したがって、可動マスＭは、四つのアーム２によって支持されてフレーム１に吊り下げられている。

各アーム２は、一端がフレーム１の梁１ｂの下端に剛結合された一対の板ばね３，３と、各板ばね３，３の他端に連結されるとともに可動マスＭにヒンジ結合されるブラケット４と、可動マスＭの揺動周期を調節する調節機構Ｆとを備えて構成されている。

各板ばね３は、図１中上端である一端が梁１ｂに固定されるベース５に溶接されており、ベース５が梁１ｂの下端にボルト止め或いは溶接等によって強固に固定される。各板ばね３は、ベース５に溶接されて固定され、ベース５もフレーム１の梁１ｂに強固に固定されており、当該各板ばね３はフレーム１に対して剛結合されている。

各板ばね３の図１中下端である他端には、板ばね３間で挟持されつつ溶接等によって強固に固定されるブラケット４が設けられている。このブラケット４は、図１および図３に示すように、この場合、直方体形であって、両端がそれぞれ板ばね３に固定され、中央には、孔４ａが設けられている。

他方、可動マスＭの上端の四箇所には、それぞれ、ブラケット４の孔４ａ内に挿入されるピン７を備えたブラケット６が取り付けられている。なお、図示はしないが、ブラケット６には、ピン７を回転自在に保持するベアリングを設けている。そして、一つのアーム２に対して一つのブラケット５を対応させて、対応するブラケット６のピン７をアーム２のブラケット４の孔４ａに挿入してあり、可動マスＭは、各アーム２に対してピン７を中心として回転が許容されるヒンジ結合されて、各アーム２が撓むことで可動マスＭはフレーム１に対して姿勢を変えずに図１中左右方向へ揺動することができるようになっている。なお、ブラケット４の孔４ａにベアリングを設けておき、ブラケット４のベアリングでピン７を回転自在に保持させるようにし、ブラケット６に孔を設けてピン７をこの孔に挿入するようにしてもよい。なお、ベアリングとしては、たとえば、自動調芯コロ軸受等を用いればよい。

よって、各板ばね３は、上端がフレーム１に剛結合され、下端が可動マスＭにヒンジ結合されるので、アーム２の全体としては、片持ち梁のように振る舞って可動マスＭを支持することになる。アーム２の断面二次モーメントをＩとし、アーム２の長さをＬとし、アーム２のヤング率をＥとして、アーム２の撓み剛性を求めると、可動マスＭがフレーム１に対して揺動する際にアーム２の先端に荷重が集中するので、アーム２の一本当たりの撓み剛性ｋは、ｋ＝３・Ｅ・Ｉ／Ｌ^３となる。他方、可動マスＭの質量をｍとすると、アーム２が四本であるので可動マスＭの揺動周期Ｔは、Ｔ＝２・π・（ｍ／４ｋ）^１／２となる。

ここで、アームをフレーム１と可動マスＭの両方に溶接する等して剛結合してアームと可動マスＭとでラーメン構造を構成する場合、アームの断面二次モーメントＩ、長さＬおよびヤング率Ｅがアーム２と同じであると、アームの一本当たりの撓み剛性ｋ’は、ｋ’＝１２・Ｅ・Ｉ／Ｌ^３となる。よって、アームが四本でこのアームをフレーム１と可動マスＭに剛結合する場合における可動マスＭの揺動周期Ｔ’は、Ｔ’＝（１／２）・Ｔとなる。

つまり、本発明の制振装置Ｄは、アームをフレーム１と可動マスＭの双方に剛結合する場合に比較して、断面二次モーメント、長さおよびヤング率が等しいアームを利用しても、可動マスＭの揺動周期を２倍も長周期化することができる。その分、本発明の制振装置Ｄにおけるアーム２の長さをフレーム１と可動マスＭの双方に剛結合する場合に比較して短くすることができるから、制振装置Ｄの高さを低くすることができ、高層建築物への設置性も向上する。

また、本発明の制振装置Ｄでは、微振動入力時において軸受とピン７との間に生じる摩擦力が大きい場合、アーム２に対する可動マスＭのピン７を中心とした回転が妨げられたとしても、アーム２が板ばね３，３で構成されていて、撓むことができるから、可動マスＭがフレーム１に対して揺動運動することが可能となるので、微振動入力時においても充分な制振効果を得ることが可能である。

無論、大振幅の振動が入力される場合には、可動マスＭがフレーム１に対して大きく揺動するので、可動マスＭにも大きな加速度が作用し、軸受とピン７との間の摩擦力に打ち勝ってアーム２に対して可動マスＭがピン７を中心として回転することができ、上記した揺動周期Ｔで可動マスＭが揺動することになって、制振装置Ｄは高層建築物の振動を抑制する制振効果を発揮することになる。

ところで、板ばね３には、図３に示すように、長手方向に沿って複数が等間隔に等ピッチで並べられて三つの列Ａ，Ｂ，Ｃをなす取付孔ｈを備え、中央の列Ｂにおける取付孔ｈは、他の列Ａ，Ｃの取付孔ｈに対して当該列Ａ，Ｃ内の取付孔ｈ間のピッチ（図中で長さｐ）の半分の長さ（図中で長さｐ／２）分だけ長手方向へずらして配置されている。

そして、この取付孔ｈを利用して、板ばね３，３間に介装されて板ばね３，３同士を連結する連結ブロック８が取り付けられる。より詳細には、連結ブロック８は、図４に示すように、直方体であって、板ばね３，３間に挿入した際に、列Ａの取付孔ｈに対向する位置に設けたボルト挿通孔８ａと、列Ｂの取付孔ｈに対向する位置に設けたボルト挿通孔８ｂと、列Ｃに対向する位置に設けたボルト挿通孔８ｃとを備えている。また、ボルト挿通孔８ａ，８ｃは、連結ブロック８に対して連結ブロック８の上下方向中央を水平に通る仮想線Ｖから取付孔ｈ間のピッチの四分の一の長さを空けて同じ高さに設けられ、ボルト挿通孔８ｂは、連結ブロック８に対して上記仮想線Ｖからボルト挿通孔８ａ，８ｃとは反対側の下方へ上記ピッチの四分の一の長さ分だけ空けて設けられている。よって、ボルト挿通孔８ｂは列Ｂの取付孔ｈに対応すべく、取付孔ｈ間のピッチの半分の長さだけボルト挿通孔８ａ，８ｃよりも下方に設けられている。つまり、連結ブロック８は、取付孔ｈのうち、中央の列Ｂの一つの取付孔ｈとこの取付孔ｈにもっとも近い位置に配置される他の列Ａ，Ｃの同一高さにある二つの取付孔ｈに符合する位置にボルト挿通孔８ａ，８ｂ，８ｃを備えている。

この連結ブロック８を、図３および図５に示すように、板ばね３，３間に挿入して、ボルト挿通孔８ａ，８ｃを列Ａ，Ｃの同じ高さに設けられた任意の選択した取付孔ｈに対向させると、ボルト挿通孔８ａ，８ｃが対向する列Ａ，Ｂの取付孔ｈよりも半ピッチ低い位置に設けられた列Ｂの取付孔ｈにボルト挿通孔８ｂが対向する。この状態で、板ばね３，３における取付孔ｈとこれに対向するボルト挿通孔８ａ，８ｂ，８ｃのそれぞれにボルト１０を挿入し、ボルト１０の先端にナット１１を螺着すると、連結ブロック８を挟みこんだ板ばね３，３が両側から締め付けられて、連結ブロック８と板ばね３，３とが連結されて一体化される。

また、連結ブロック８を図３中の破線で示した状態から一点鎖線で示すように（図５中では実線で示した状態から一点鎖線で示すように）天地逆にして板ばね３，３間に挿入して、ボルト挿通孔８ａ，８ｃを列Ａ，Ｃの同じ高さに設けられた任意の選択した取付孔ｈに対向させると、ボルト挿通孔８ａ，８ｃが対向する列Ａ，Ｂの取付孔ｈよりも半ピッチ高い位置に設けられた列Ｂの取付孔ｈにボルト挿通孔８ｂが対向する。この状態で、板ばね３，３における取付孔ｈとこれに対向するボルト挿通孔８ａ，８ｂ，８ｃのそれぞれにボルト１０を挿入し、ボルト１０の先端にナット１１を螺着すると、連結ブロック８を挟みこんだ板ばね３，３が両側から締め付けられて、連結ブロック８と板ばね３，３とが連結されて一体化される。

連結ブロック８をこのように取り付けることで、連結ブロック８のボルト挿通孔８ａ，８ｂ，８ｃを対向させる取付孔ｈを選択することで、連結ブロック８を板ばね３，３に対して取付孔ｈ間のピッチの半分のピッチ毎に位置を変えて取り付けることが可能となる。なお、図６に示すように、板ばね３，３に取付孔ｈを二列に長手方向に並べて配置し、連結ブロック８にも二つのボルト挿通孔８ａ，８ｂのみを設ける場合、連結ブロック８を板ばね３，３に設置する位置について最小で図６中実線の位置から破線で示す位置へ変更することができ、取付孔ｈ間のピッチ毎にその取付位置を変更することができるのでそのようにしてもよい。しかしながら、上記したように、三列Ａ，Ｂ,Ｃに取付孔ｈを設けて中央の列Ｂの取付孔ｈを半ピッチずらして設け、連結ブロック８についても各列Ａ，Ｂ，Ｃの取付孔ｈに対応する位置にボルト挿通孔８ａ，８ｂ，８ｃを設けることで、板ばね３，３に対する連結ブロック８の取付位置を半ピッチ毎に変更することができるのである。

そして、連結ブロック８を板ばね３，３に装着すると、アーム２内では、板ばね３，３の上端から連結ブロック８が装着される位置までの部位と連結ブロック８とでラーメン構造が構成され、板ばね３，３の連結ブロック８よりも下方の可動マスＭ側は片持ち梁として振る舞うので、連結ブロック８を板ばね３，３へ取り付ける位置によってアーム２の全体としての撓み剛性を調節することができる。なお、アーム２内でラーメン構造が構成されるが、可動マスＭを吊り下げるアーム２の先端がヒンジ結合されているので、アーム２と可動マスＭとの関係では、アーム２の全体としては片持ち梁として機能する。

アーム２の撓み剛性は、連結ブロック８を板ばね３，３の中央に設ける場合、最も高くなり、可動マスＭの揺動周期Ｔが最も短くなり、板ばね３，３の中央から上端側へ或いは下端側へ連結ブロック８をずらせばずらすほど、アーム２の撓み剛性が小さくなり、可動マスＭの揺動周期Ｔが最も長くなる。

このように、可動マスＭの揺動周期Ｔの調節は、連結ブロック８の板ばね３，３へ取り付ける取付位置によって行うことができ、調整機構Ｆは、各板ばね３，３間に移動可能であって各板ばね３，３を連結する連結ブロック８によって構成されている。

なお、連結ブロック８の板ばね３，３への取付位置の変更については、板ばね３，３に設けた取付孔ｈと連結ブロック８に設けたボルト挿通孔８ａ，８ｂ，８ｃを利用しボルト１０とナット１１とで行うようにしているので、連結ブロック８の板ばね３，３への取付位置の移動が容易で、可動マスＭの揺動時に大きな力が作用する板ばね３，３と連結ブロック８を強固に一体化することができる点で優れているが、他の方法を採用してもよい。

上記したように、可動マスＭの揺動周期Ｔの調整は、連結ブロック８の板ばね３，３への取付位置の変更する作業を行うだけでよいので、アーム２から可動マスＭを取り外す必要が無く、可動マスＭをジャッキ等で支えてアーム２に可動マスＭを着脱しアーム２の長さを変更するといった煩雑且つ危険な作業を強いられることがなく、制振装置Ｄにおける可動マスＭの揺動周期Ｔを高層建築物の制振に適するようにチューニングする作業が安全かつ非常に容易となる。

そして、上述したように、本発明の制振装置Ｄにあっては、アームをフレーム１と可動マスＭの双方に剛結合する制振装置に比較して、断面二次モーメント、長さおよびヤング率が等しいアーム２を利用しても、可動マスＭの揺動周期を２倍も長周期化することができ、その分、制振装置Ｄの高さを低くすることができ、制振装置Ｄの高層建築物への設置性も向上する。さらに、本発明の制振装置Ｄでは、微振動入力時においても板ばね３，３が撓むことで可動マスＭの揺動運動が可能となって充分な制振効果を得ることが可能である。

よって、本発明の制振装置Ｄによれば、微振動に対しても制振効果を発揮できるとともに可動マスＭの揺動周期Ｔのチューニング作業が容易で、かつ、高層建築物への設置性についても向上する。

また、アーム２をフレーム１と可動マスＭの両者に自動調芯コロ軸受を介して連結する必要がなくなるので、制振装置Ｄのコストも安価となる。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

１フレーム
２アーム
３板ばね
４ブラケット
８連結ブロック
１０ボルト
１１ナット
Ａ，Ｂ，Ｃ取付孔の列
Ｄ制振装置。
ｈ取付孔
Ｍ可動マス
Ｔ調節機構

Claims

フレームと、上記フレームにアームを介して吊り下げされて上記フレームに対して揺動可能な可動マスとを備えた制振装置であって、
上記アームは、一端が上記フレームに剛結合された一対の板ばねと、上記各板ばねの他端に連結されるとともに上記可動マスにヒンジ結合されるブラケットと、可動マスの揺動周期を調節する調節機構とを備え、
上記調整機構は、上記各板ばねに対して移動可能であって上記各板ばねを連結する連結ブロックを備えた
ことを特徴とする制振装置。
上記連結ブロックは、上記各板ばね間に介装されて、ボルトおよびナットによって各板ばねに一体化されることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
上記各板ばねは、長手方向に等ピッチで並べられて三つの列をなす取付孔を備え、中央の列の取付孔は、他の列の取付孔に対して半ピッチだけ長手方向へずらして配置され、
上記連結ブロックは、上記取付孔のうち、中央の列の一つの取付孔とこの取付孔にもっとも近い位置に配置される他の列の同一高さにある二つの取付孔に符合する位置にボルト挿通孔を備えた
ことを特徴とする請求項２に記載の制振装置。