JP2018091437A - 積層ゴム免震装置またはバネ付き粘性マスダンパー - Google Patents

積層ゴム免震装置またはバネ付き粘性マスダンパー Download PDF

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Abstract

【課題】 簡易な構造により地震動の幅広い周波数に対応して免震効果を発揮する積層ゴム免震装置またはバネ付き粘性マスダンパーを提供しようとする。【解決手段】従来の積層ゴム免震装置に替わって、上下一対のフランジと、複数の金属板部材と複数の弾性板部材と複数の圧電素子を有し板状の輪郭をもつ部材である圧電素子部材とが上下方向に積層される積層ゴム部材と、前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続される電気回路と、を備え、前記上フランジが前記積層ゴム部材の上部に配され、前記下フランジが前記積層ゴム部材の下部に配され、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると前記圧電素子の一対の端子間に電位差を生ずる、ものとした。【選択図】 図2

Description

本発明は、積層ゴム免震装置またはバネ付き粘性マスダンパーに係る。特に、小さな地震から大きな地震にまで対応可能な積層ゴム免震装置またはバネ付き粘性マスダンパーに関する。
地震による揺れを抑えるために免震装置が用いられる。
例えば、免震装置は、積層ゴム免震装置またはバネ付き粘性マスダンパーである。
たとえば、免震装置が上部構造物と基礎との間または上部構造物の内部に設けられる。
例えば、上部構造物は建物である。
積層ゴム免震装置は、上フランジと下フランジと積層ゴム部材とで構成される。
積層ゴム部材は、複数の金属製の板状部材と複数の弾性体製の板状部材とが上下方向に交互に積層された部材である。金属製の板状部材と複数の弾性体製の板状部材とは接着されてもよい。
上フランジは、積層ゴム部材の上部に配される部材である。
下フランジは、積層ゴム部材の下部に配される部材である。
下フランジは、基礎に固定される。
上フランジは、建物の下面に固定される。
バネ付き粘性マスダンパーは、粘性マスダンパーと弾性部材とを直接に接続したものである。
粘性マスダンパーは、直動変位の変位方向に沿ってねじ送り方向を向けた雄ねじを設けられた直動軸と前記雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と前記回転体を回転自在に支持するフレームと前記フレームの内面と前記回転体との隙間に封入された粘性流体とで構成される。
弾性部材は、一対のフランジと複数の金属製の板状部材である複数の金属板部材と複数の弾性体製の板状部材である複数の弾性板部材とが前記特定方向に交互に積層される積層ゴム部材とで構成される。
ここで、特定方向は直動変位の方向に交差する方向である。
地震が発生すると、積層ゴム部材が剪断変位し、剪断力が複数の金属製の板状部材と複数の弾性体製の板状部材との間に発生する。
その結果、積層ゴム部材が剪断変位するのに従って、弾性変形する程度に応じて積層方向に直交する方向に反力が発生し、免震機能を発揮する。
地震が終了すると、積層ゴム部材の姿勢は元の姿勢に戻る。
そこで、従来の積層ゴム免震装置またはまたはバネ付き粘性マスダンパーと比較し、地震動の幅広い周波数に対応して免震効果を発揮する積層ゴム免震装置またはバネ付き粘性マスダンパーが求められていた。
また、従来の積層ゴム免震装置またはまたはバネ付き粘性マスダンパーと比較し、様々な大きさの地震動や地震動のもつ幅広い周波数に対応して免震効果を発揮し、かつ建築振動を利用した発電効果を有する積層ゴム免震装置またはバネ付き粘性マスダンパーが求められていた。
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、簡易な構造により地震動の幅広い周波数に対応して免震効果を発揮する積層ゴム免震装置またはバネ付き粘性マスダンパーを提供しようとする。
上記目的を達成するため、本発明に係る基礎に設けられ上部構造物を支持する積層ゴム免震装置を、上下一対のフランジである上フランジと下フランジと、複数の金属製の板状部材である複数の金属板部材と複数の弾性体製の板状部材である複数の弾性板部材と複数の圧電素子を有し板状の輪郭をもつ部材である圧電素子部材とが上下方向に<交互に>積層される積層ゴム部材と、前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続される電気回路と、を備え、前記上フランジが前記積層ゴム部材の上部に配され、前記下フランジが前記積層ゴム部材の下部に配され、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると前記圧電素子の一対の端子間に電位差を生ずる、ものとした。
上記本発明の構成により、上フランジと下フランジは、上下一対のフランジである。積層ゴム部材は、複数の金属製の板状部材である複数の金属板部材と複数の弾性体製の板状部材である複数の弾性板部材と複数の圧電素子を有し板状の輪郭をもつ部材である圧電素子部材とが上下方向に積層される。電気回路は、前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続される。前記上フランジが前記積層ゴム部材の上部に配される。前記下フランジが前記積層ゴム部材の下部に配される。前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると前記圧電素子の一対の端子間に電位差を生ずる。
その結果、風または地震で上部構造部に揺れが発生すると複数の弾性板部材と電気回路に電気的に接続される圧電素子部材のに水平方向の剪断変形が生じて上部構造物の揺れに影響を与えることができる。
以下に、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置を説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。
また、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置は、複数の圧電素子が板状の前記輪郭の内部に水平方向に沿って整列される。
上記本発明に係る実施形態の構成により、複数の圧電素子が板状の前記輪郭の内部に水平方向に沿って整列される。
その結果、複数の圧電素子を数多く配置することができる。
また、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置は、前記圧電素子部材は、上下一対の板状の仕切板と複数の前記圧電素子とを有し、複数の前記圧電素子は一対の前記仕切板に挟まれ水平方向に配列される。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記圧電素子部材は、上下一対の板状の仕切板と複数の前記圧電素子とを有する。複数の前記圧電素子は上下一対の前記仕切板に挟まれ水平方向に配列される。
その結果、電気回路の電気的な接続が容易になる。
また、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置は、多前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に剪断歪みが生じ、複数の圧電素子に前記剪断歪みが生じると一対の端子間に電位差を生ずる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に剪断歪みが生じる。複数の圧電素子に前記剪断歪みが生じると一対の端子間に電位差を生ずる。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の剪断歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置は、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に伸縮歪みが生じ、
複数の圧電素子に前記伸縮歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に伸縮歪みが生じる。複数の圧電素子に前記伸縮歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の伸縮歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置は、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に曲げによる歪みが生じ、複数の圧電素子に前記曲げによる歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に曲げによる歪みが生じる。複数の圧電素子に前記曲げによる歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の曲げによる歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置は、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のインピーダンスを変化させる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のインピーダンスを変化させる。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置は、前記電気回路が複数の前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続されるコンデンサを有し、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路の前記コンデンサの静電容量を変化させる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記電気回路が複数の前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続されるコンデンサを有する。地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路の前記コンデンサの静電容量を変化させる。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置は、前記電気回路の状態を一対の前記端子に生じた電位差で電流をながれるON状態と一対の前記端子の間に生じた電位差で電流をながれないOFF状態とに選択的に設定でき、地震が発生していると判断するとき前記電気回路の状態を前記ON状態にした後で地震が継続中に前記ON状態から前記OFF状態にする、
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記電気回路の状態を一対の前記端子に生じた電位差で電流をながれるON状態と一対の前記端子の間に生じた電位差で電流をながれないOFF状態とに選択的に設定できる。地震が発生していると判断するとき前記電気回路の状態を前記ON状態にした後で地震が継続中に前記ON状態から前記OFF状態にする。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震が発生してからの状態の遷移に対応して変化させることができる。
上記目的を達成するため、本発明に係る基礎に支持される対象構造物に設けられ直動変位に対応して反力を発生するバネ付き粘性マスダンパーを、直動変位の変位方向に沿ってねじ送り方向を向けた雄ねじを設けられた直動軸と前記雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と前記回転体を回転自在に支持するフレームと前記フレームの内面と前記回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、前記直動変位に対応して弾性反力を発生する弾性部材と、電気回路と、を備え、特定方向が前記直動変位に直交する方向であり、前記粘性ダンパーと前記弾性部材とを直列接続され、前記弾性部材が一対のフランジと複数の金属製の板状部材である複数の金属板部材と複数の弾性体製の板状部材である複数の弾性板部材と複数の圧電素子を有し板状の輪郭をもつ部材である圧電素子部材とが前記特定方向に積層される積層ゴム部材と、を有し、一対のうちの一つのフランジは複数のうちの一つの金属製部材に固定され、一対のうちの他の一つのフランジは複数のうちの他の一つの金属製部材に固定され、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に前記直動方位に沿って剪断変形が発生すると前記圧電素子の一対の端子間に電位差を生じ、前記電気回路は前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続される、ものとした。
上記本発明の構成により、粘性マスダンパーは、直動変位の変位方向に沿ってねじ送り方向を向けた雄ねじを設けられた直動軸と前記雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と前記回転体を回転自在に支持するフレームと前記フレームの内面と前記回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する。弾性部材は、前記直動変位に対応して弾性反力を発生する。特定方向が前記直動変位に直交する方向である。前記粘性ダンパーと前記弾性部材とを直列接続される。積層ゴム部材は、複数の金属製の板状部材である複数の金属板部材と複数の弾性体製の板状部材である複数の弾性板部材と複数の圧電素子を有し板状の輪郭をもつ部材である圧電素子部材とが前記特定方向に積層される。一対のうちの一つのフランジは複数のうちの一つの金属製部材に固定される。一対のうちの他の一つのフランジは複数のうちの他の一つの金属製部材に固定される。前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に前記直動方位に沿って剪断変形が発生すると前記圧電素子の一対の端子間に電位差を生じる。前記電気回路は前記圧電素子の一対の端子間に電気的接続される。
その結果、風または地震で上部構造部に揺れが発生すると複数の弾性板部材と電気回路に電気的に接続される圧電素子部材のに水平方向の剪断変形が生じて上部構造物の揺れに影響を与えることができる。
以下に、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーを説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。
また、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーは、複数の圧電素子が板状の前記輪郭の内部に特定方向に直交する面に沿って配列される。
上記本発明に係る実施形態の構成により、複数の圧電素子が板状の前記輪郭の内部に特定方向に直交する面に沿って配列される。
その結果、複数の圧電素子を数多く配置することができる。
また、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーは、前記圧電素子部材は一対の板状の仕切板と複数の前記圧電素子とを有し、複数の前記圧電素子は一対の前記第仕切板に挟まれ特定方向に直交する面に沿って配列される。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記圧電素子部材は一対の板状の仕切板と複数の前記圧電素子とを有する。複数の前記圧電素子は一対の前記仕切板に挟まれ特定方向に直交する面に沿って配列される。
その結果、電気回路の電気的な接続が容易になる。
また、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーは、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に剪断歪みが生じ、複数の圧電素子に前記剪断歪みが生じると一対の端子間に電位差を生ずる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に剪断歪みが生じる。
複数の圧電素子に前記剪断歪みが生じると一対の端子間に電位差を生ずる。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の剪断歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーは、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に伸縮歪みが生じ、複数の圧電素子に前記伸縮歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に伸縮歪みが生じる。複数の圧電素子に前記伸縮歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の伸縮歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーは、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に曲げによる歪みが生じ、複数の圧電素子に前記曲げによる歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に曲げによる歪みが生じる。複数の圧電素子に前記曲げによる歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の曲げによる歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
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また、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーは、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のインピーダンスを変化させる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のインピーダンスを変化させる。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーは、前記電気回路が複数の前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続されるコンデンサを有し、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路の前記コンデンサの静電容量を変化させる。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記電気回路が複数の前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続されるコンデンサを有する。地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路の前記コンデンサの静電容量を変化させる。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーは、前記電気回路の状態を一対の前記端子に生じた電位差で電流をながれるON状態と一対の前記端子の間に生じた電位差で電流をながれないOFF状態とに選択的に設定でき、地震が発生していると判断するとき前記電気回路の状態を前記ON状態にした後で地震が継続中に前記ON状態から前記OFF状態にする。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記電気回路の状態を一対の前記端子に生じた電位差で電流をながれるON状態と一対の前記端子の間に生じた電位差で電流をながれないOFF状態とに選択的に設定できる。地震が発生していると判断するとき前記電気回路の状態を前記ON状態にした後で地震が継続中に前記ON状態から前記OFF状態にする。
その結果、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震が発生してからの状態の遷移に対応して変化させることができる。
以上説明したように、本発明に係る積層ゴム免震装置は、その構成により、以下の効果を有する。
上下一対のフランジの間に配される積層ゴム部材が複数の金属板部材と複数の弾性板部材と圧電素子部材とが上下方向に積層され、圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると前記圧電素子の一対の端子間に電位差を生し、電気回路が前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続される様にしたので、風または地震で上部構造部に揺れが発生すると複数の弾性板部材と電気回路に電気的に接続される圧電素子部材のに水平方向の剪断変形が生じて上部構造物の揺れに影響を与えることができる。
また、複数の圧電素子が板状の前記輪郭の内部に水平面に沿って整列される様にしたので、複数の圧電素子を数多く配置することができる。
また、複数の前記圧電素子が上下一対の板状の前記仕切板に挟まれ水平方向に配列される様にしたので、電気回路の電気的な接続が容易になる。
また、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に剪断歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の剪断歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に伸縮歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の伸縮歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に曲げによる歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の曲げによる歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のインピーダンスを変化させる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のコンデンサの静電容量を変化させる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、地震が発生していると判断するとき前記電気回路の状態を前記ON状態にした後で地震が継続中に前記ON状態から前記OFF状態にする様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震が発生してからの状態の遷移に対応して変化させることができる。
以上説明したように、本発明に係るバネ付き粘性マスダンパーは、その構成により、以下の効果を有する。
直動軸と直動軸により回転する回転体と回転体を回転自在に支持するフレームとフレームに封入された粘性流体とで構成される粘性マスダンパーと弾性反力を発生する弾性部材を直列接続し、弾性部材を上下一対のフランジの間に配される積層ゴム部材が複数の金属板部材と複数の弾性板部材と圧電素子部材とが特定方向に積層され、圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると前記圧電素子の一対の端子間に電位差を生し、電気回路が前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続される様にしたので、風または地震で上部構造部に揺れが発生すると複数の弾性板部材と電気回路に電気的に接続される圧電素子部材のに水平方向の剪断変形が生じて上部構造物の揺れに影響を与えることができる。
また、複数の圧電素子が板状の前記輪郭の内部に特定方向に直交する面に沿って整列される様にしたので、複数の圧電素子を数多く配置することができる。
また、複数の前記圧電素子が一対の板状の前記仕切板に挟まれ特定方向に配列される様にしたので、電気回路の電気的な接続が容易になる。
また、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向のの剪断変形が発生すると複数の圧電素子に剪断歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の剪断歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に伸縮歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の伸縮歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に曲げによる歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の曲げによる歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のインピーダンスを変化させる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のコンデンサの制限容量を変化させる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、地震が発生していると判断するとき前記電気回路の状態を前記ON状態にした後で地震が継続中に前記ON状態から前記OFF状態にする様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが前記圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震が発生してからの状態の遷移に対応して変化させることができる。
その結果、簡易な構造により地震動の幅広い周波数に対応して免震効果を発揮する積層ゴム免震装置またはバネ付き粘性マスダンパーを提供できる。
本発明の実施形態に係る免震装置の概念図である。 本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置の側面断面図である。 本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る圧電素子部材その1の概念図である。 本発明の実施形態に係る圧電素子部材その2の概念図である。 本発明の実施形態に係る圧電素子部材その3の概念図である。 本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーの概念図である。 本発明の実施形態に係る弾性部材の概念図である。 本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーの質点モデル図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る免震装置は、積層ゴム免震装置100またはバネ付き粘性マスダンパー(200、300)である。
図1には、対象構造物を免震、制振するために、対象物と基礎との間に積層ゴム免震装置100を設けるのが示される。
図1には、対象構造物を制振するために、対象構造物の階層の間にバネ付き粘性マスダンパーを設けるのが示される。
バネ付き粘性マスダンパーが、一方の連結部材を下の階層に固定し、他方の連結部材を上の階層に固定される。
例えば、バネ付き粘性マスダンパーが、直動変位の方向を水平方向に沿わせて設けられる。
例えば、バネ付き粘性マスダンパーが、直動変位の方向を斜め方向に沿わせて設けられる。
例えば、バネ付き粘性マスダンパーが、直動変位の方向を垂直方向に沿わせて設けられる。
本発明の実施形態にかかるバネ付き粘性マスダンパーを用い、固有振動数、減衰係数等を最適化し、免震性能、制振性能を発揮させることをできる。
図1には、対象構造物を制振するために、対象構造物の上部に設けたTMDにバネ付き粘性マスダンパーを設けるのが示される。
TMDは、支持構造40に支持され、図示しないその他のダンパーも設けられる。
図1には、対象構造物を制振するために、隣接する対象構造物との間にバネ付き粘性マスダンパーを設けるのが示される。
最初に、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置100を、図を基に、説明する
図2は、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置100の側面断面図である。図3は、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置100の断面図である。
本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置100は、積層ゴム部材110と一対のフランジ120とで構成される。
本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置100は、積層ゴム部材110と一対のフランジ120と制御装置400とで構成されてもよい。
本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置100は、積層ゴム部材110と一対のフランジ120と電気回路410とで構成されてもよい。
積層ゴム部材110は、複数の金属板部材111と複数の弾性板部材112と圧電素子部材114とで構成される。
積層ゴム部材110は、複数の金属板部材111と複数の弾性板部材112と複数の圧電素子部材114とで構成される。
積層ゴム部材110は、複数の金属板部材111と複数の弾性板部材112と外周被覆材113と圧電素子部材114とで構成されてもよい。
積層ゴム部材110は、複数の金属板部材111と複数の弾性板部材112と外周被覆材113と複数の圧電素子部材114とで構成されてもよい。
複数の金属板部材111は、最上位金属板部材111aと複数の金属板部材111と最下位金属部材111bとで構成されてもよい。
金属板部材111は、金属製の板状部材である。
金属板部材111は、上から見て円形の外周をもつ金属製の板状部材であってもよい。
最上位金属板部材111aは、最も上位に位置する金属板部材111である。
最下位金属板部材111bは、最も下位に位置する金属板部材111である。
弾性板部材112は、弾性体製の板状部材である。
弾性板部材112は、上から見て略円形の外周をもつ弾性体製の板状部材であってもよい。
圧電素子部材114は、複数の圧電素子114aを有し板状の輪郭をもつ部材である。
圧電素子部材114は、複数の圧電素子114aと上下一対の仕切板114b、114cとで構成されてもよい。
上下一対の仕切り板は、上仕切板114bと下仕切板114cとで構成される。
以下に、本発明の実施形態にかかる圧電素子部材114の3つのタイプを、図を基に、説明する。
図4は、本発明の実施形態に係る圧電素子部材その1の概念図である。
圧電素子部材114は、複数の圧電素子114aで構成される。
複数の圧電素子114aが板状の輪郭の内部に水平面に沿って整列される。
圧電素子部材114は、複数の圧電素子114aと上仕切板114bと下仕切板114cとで構成されてもよい。
複数の圧電素子114aは、上仕切板114bと下仕切板114cとに挟まれ水平方向に配列される。
上仕切板114bと下仕切板114cとは、図示しない構造により水平方向に相対移動自在に支持されてもよい。
上仕切板114bの上面は、圧電素子部材114の板状の輪郭の上面を形成する。
下仕切板114cの下面は、圧電素子部材114の板状の輪郭の下面を形成する。
圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子114aに剪断歪みが生じる。
複数の圧電素子114aに剪断歪みが生じると一対の端子間に電位差を生ずる。
図3の(a)は、1つの圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間にX軸方向の剪断変形が発生する様子を示す。
図3の(b)は、他の1つの圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間にY軸方向の剪断変形が発生する様子を示す。
図4は、圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間にX軸方向またはY軸方向の剪断変形が発生すると、複数の圧電素子114aに剪断歪みが生じる様子を示す。
図4は、視線を水平にしてみたときに、複数の圧電素子114aに剪断歪みが生じる様子を示す。
視線を垂直にしてみたときに、複数の圧電素子114aに剪断歪みが生じる様にしてもよい。
圧電素子114aは、剪断変形により一対の端子間に電位差を生ずる圧電素子である。
図1は、複数のユニットが、水平方向に配列される。
ユニットは、複数の圧電素子114aが上下方向に積層されたものである。
圧電素子114a水平方向に剪断変形すると、一対の端子間に電位差を生ずる。
図5は、本発明の実施形態に係る圧電素子部材その2の概念図である。
圧電素子部材114は、複数の圧電素子114aとで構成される。
複数の圧電素子114aが板状の輪郭の内部に水平面に沿って整列される。
圧電素子部材114は、複数の圧電素子114aと上仕切板114bと下仕切板114cとで構成されてもよい。
複数の圧電素子114aは上仕切板114bと下仕切板114cとに挟まれ水平方向に配列される。
上仕切板114bと下仕切板114cとは、図示しない構造により水平方向に相対移動自在に支持されてもよい。
上仕切板114bの上面は、圧電素子部材114の板状の輪郭の上面を形成する。
下仕切板114cの下面は、圧電素子部材114の板状の輪郭の下面を形成する。
圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子114aに伸縮歪みが生じる。
複数の圧電素子114aに伸縮歪みが生じると一対の端子間に電位差を生ずる。
図3の(a)は、1つの圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間にX軸方向の剪断変形が発生する様子を示す。
図3の(b)は、他の1つの圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間にY軸方向の剪断変形が発生する様子を示す。
図5は、圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間にX軸方向またはY軸方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子114aに伸縮歪みが生じる様子を示す。
図5は、視線を水平にしてみたときに、複数の圧電素子114aに水平方向に伸縮歪みが生じる様子を示す。
圧電素子114aは、伸縮変形により一対の端子間に電位差を生ずる圧電素子である。
図1は、複数のユニットが、水平方向に配列される。
ユニットは、複数の圧電素子114aが水平方向に積層されたものである。
圧電素子114aが水平方向に伸縮すると、一対の端子間に電位差を生ずる。
図6は、本発明の実施形態に係る圧電素子部材その3の概念図である。
圧電素子部材114は、複数の圧電素子114aとで構成される。
複数の圧電素子114aが板状の輪郭の内部に水平面に沿って整列される。
圧電素子部材114は、複数の圧電素子114aと上仕切板114bと下仕切板114cとで構成されてもよい。
複数の圧電素子114aは上仕切板114bと下仕切板114cとに挟まれ水平方向に配列される。
上仕切板114bと下仕切板114cとは、図示しない構造により水平方向に相対移動自在に支持されてもよい。
上仕切板114bの上面は、圧電素子部材114の板状の輪郭の上面を形成する。
下仕切板114cの下面は、圧電素子部材114の板状の輪郭の下面を形成する。
圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子114aに曲げによる歪みが生じる。
複数の圧電素子114aに曲げによる歪みが生じると一対の端子間に電位差を生ずる。
図3の(a)は、1つの圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間にX軸方向の剪断変形が発生する様子を示す。
図3の(b)は、他の1つの圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間にY軸方向の剪断変形が発生する様子を示す。
図6は、圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間にX軸方向またはY軸方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子114aに曲げによる歪みが生じる様子を示す。
図6は、視線を水平にしてみたときに、複数の圧電素子114aに曲げによる歪みが生じる様子を示す。
視線を垂直にしてみたときに、複数の圧電素子114aに曲げによる歪みが生じる様にしてもよい。
圧電素子114aは、曲げによ歪みにより一対の端子間に電位差を生ずる圧電素子である。
図3は、複数のユニットが、水平方向に配列される。
ユニットは、複数の圧電素子114aが水平方向に積層されたものである。
圧電素子114aが水平方向に曲げられると、一対の端子間に電位差を生ずる。
複数の金属板部材111と複数の弾性板部材112と圧電素子部材114が上下方向に交互に積層される。
複数の金属板部材111と複数の弾性板部材112と単数または複数の圧電素子部材114とが上下方向に交互に積層され、接着されていてもよい。
外周被覆材113は、複数の金属板部材111と複数の弾性板部材112と単数または複数の圧電素子部材114とが積層されたものの外周を被覆する部材である。
外周被覆材113は、弾性体製である。
一対のフランジ120は上フランジ120uと下フランジ120dとで構成されてもい。
上フランジ120uは、積層ゴム部材110の上部に配されるフランジである。
上フランジ120uは、フランジ部材121と剪断キー122とで構成されてもよい。
フランジ部材121は、上部構造物の下部に当接する上に向いたフランジ面を形成する。
フランジ部材121は、上部構造物の下部に固定されるためのボルト孔を形成されてもよい。
剪断キー122は、フランジ部材121と積層ゴム部材10との間で剪断力を伝達する機械要素である。
剪断キー122は、フランジ部材121の下部と最上位金属板部材11aの上部に嵌合し剪断力を伝達する機械要素であってもよい。
下フランジ120dは、積層ゴム部材110の下部に配されるフランジである。
下フランジ120dは、フランジ部材121と剪断キー122とで構成されてもよい。
フランジ部材121は、基礎の上部に当接する下に向いたフランジ面を形成する。
フランジ部材121は、基礎の上部に固定されるためのボルト孔を形成されてもよい。
剪断キー122は、フランジ部材121と積層ゴム部材110との間で剪断力を伝達する機械要素である。
剪断キー122は、フランジ部材121の下部と最下位金属板部材111bの下部に嵌合し剪断力を伝達する機械要素であってもよい。
制御装置400は、圧電素子を制御する装置である。
制御装置400は、電気回路410を内蔵する。
電気回路410は、圧電素子の一対の端子間に電気的に接続される。
電気回路410は、複数の圧電素子の一対の端子間に電気的に接続されるコンデンサを有していてもよい。
電気回路410は、複数の圧電素子の一対の端子間に電気的に接続される静電容量を可変にできるコンデンサを有していてもよい。
制御装置400は、CPU、メモリ、I/O、センサで構成される電気機器である。
センサは、地震を検知できる。
センサは、地震波を評価できる。
制御装置400は、圧電素子を制御するソフトウエアがインストールされる。
ソフトウエアは、制御装置400に圧電素子を制御する機能を実現させる。
以下に、制御装置400が圧電素子を制御する機能を説明する。
地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して電気回路410のインピーダンスを変化させてもよい。
地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して電気回路410のコンデンサの静電容量を変化させてもうよい。
コンデンサの静電容量を変化させると、電気回路410のインピーダンスが変化する。
電気回路の状態を一対の端子に生じた電位差で電流をながれるON状態と一対の端子の間に生じた電位差で電流をながれないOFF状態とに選択的に設定できてもよい。
地震が発生しないと判断するとき電気回路の状態をOFF状態に設定し、地震が発生していると判断するとき基礎の加速度の最大振幅値が予め設定された設定を越えるときに電気回路の状態をOFF状態からON状態にした後で、地震が止まるときON状態からOFF状態に設定してもよい。ここで設定値は比較的大地震が発生したときの基礎に生ずる加速度の最大振幅値である。
次に、本発明の実施形態にかかる積層ゴム免震装置100の作用を、図を基に、説明する。
対象構造物が風または地震で揺れると、積層ゴム免震装置100に水平方向の反力が作用する。
振動による反力が積層ゴム部材に作用する。
その結果、水平方向に沿った剪断変形が弾性板部材と圧電素子部材とに生じる。
圧電素子部材に直動変位の方向に沿ってプラスマイナスを繰り返す剪断変位が生ずると、圧電素子にプラスマイナスの歪みが生じる。
圧電素子に歪みが生ずると一対の端子間に交番の電位差が生ずる。
電気回路がON状態であるとき、電気回路のインピーダンスに対応して電流が電気回路に電流が流れ、電気回路の抵抗により振動エネルギーを熱エネルギーに変換する。
電気回路のインピーダンスを基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して変化させることで、電気回路の周波数特性を変化させることができる。
また、地震が発生していると判断するとき電気回路の状態をON状態にした後で地震が継続中にON状態からOFF状態にすることで、所望のタイミングで振動エネルギーを熱エネルギーに変換できる。
また、電気回路の流れる電流を直流変換し2次電池に蓄電できる。
次に、本発明の実施形態にかかるバネ付き粘性マスダンパーを、図を基に、説明する。
説明の便宜のため、バネ付き粘性マスダンパーを対象構造体に取り付ける場合を例に説明する。
最初に、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーを、図を基に、説明する
図7は、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーの概念図である。図8は、本発明の実施形態に係る弾性部材の概念図である。図9は、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーの質点モデル図である。
バネ付き粘性マスダンパーは、直動変位に対応して反力を発生する機械要素であって、粘性マスダンパー200と弾性部材300とを直列接続されたものである。
粘性マスダンパー200は、直動変位に対応して反力を発生する機械要素であって、直動軸210と回転体220とフレーム230と粘性流体240とで構成される。
例えば、バネ付き粘性マスダンパーは、連結部材250を用いて対象構造物30に連結される。
対象構造物30は、バネ付き粘性マスダンパーにより免震または制振をされる構造物である。
免震のためには、バネ付き粘性マスダンパーを対象構造物30の基礎部分に設置される。
制振のためには、バネ付き粘性マスダンパーを構造体の主要構造部材の間に設置される。
直動軸210は、直動変位の変位方向に沿ってねじ送り方向を向けた雄ねじを設けられた部材である。
例えば、直動軸210は、雄ねじ部材211と長手部材212とで構成される。
図7には、雄ねじを外周に形成された雄ねじ部材211と雄ねじ部材211に一体につながった長手部材とが示される。
回転体220は、雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた部材である。
回転体220は、雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられ円筒状の回転部材222を備える。
例えば、回転体220は、雌ねじ部材221と回転部材222とを備える。
雌ねじ部材221は、雌ねじが設けられた部材である。
回転部材222は、直動軸210の直動運動に対応して中心軸まわりに回転運動する。
雌ねじ部材221と回転部材222とが同軸上に配置される。
図7には、雌ねじを設けられた雌ねじ部材221と回転部材222とで構成される構造の回転体220が示される。
雄ねじ部材211の雄ねじと雌ねじ部材221の雌ねじとは、複数のボールを介してねじ状に組み合わされてもよい。
直動軸210が回転を拘束されて直動運動すると、ボールを介して雌ねじ部材221が回転され、雌ねじ部材221に同軸上に固定される回転部材222が回転する。
フレーム230は、回転体220を回転自在に支持する構造体である。
フレーム230は、フレームの内面と回転体との隙間の少なくとも一部の離間距離を変化させられる様になっていてもよい。
軸受235は、回転体220を回転自在に支持する機械要素である。
粘性流体240は、フレーム230の内面と回転体220との隙間に封入された液体である。
回転体220がフレーム230に対して相対的に回転すると、粘性流体240は回転体に回転方向と逆方向の粘性力を作用させる。
粘性力は、回転体220に回転トルク反力を与える。
回転トルク反力は雄ねじと雌ねじとの作用により直動変位の方向に作用する反力に変換される。
この反力は、直動軸の直動変位の速度に略比例する。
連結部材250は、バネ付き粘性マスダンパーを対象構造体に連結するための部材である。
連結部材250は、第一連結部材251と第二連結部材252とで構成される。
第一連結部材251は、直動変位の方向に交差するひとつの可動軸を中心に揺動可能になった連結部材である。
第一連結部材251は、対象構造体30とフレーム230とを連結する。
第二連結部材252は、直動変位の方向に交差するひとつの可動軸を中心に揺動可能になった連結部材である。
第二連結部材252は、直動軸210と弾性部材300とを連結する。
弾性部材300は、直動変位に対応して弾性反力を発生する部材である。
弾性部材300は、一対のフランジ340と積層ゴム部材とで構成される。
積層ゴム部材は、複数の金属板部材330と複数の弾性板部材310と圧電素子部材320とで構成される。
金属板部材330は、金属製の板状部材である。
弾性板部材310は、弾性体製の板状部材である。
圧電素子部材320は、複数の圧電素子を有し板状の輪郭をもつ部材である。
一対のうちの一つのフランジ340は複数のうちの一つの金属板部材330に固定される。
一対のうちの他の一つのフランジ340は複数のうちの他の一つの金属板部材330に固定される。
図8に、第一フランジ341が第一金属板部材331に固定され、第二フランジ342が2つの第二金属板部材332に固定ねじ343で固定される様子が示される。
圧電素子部材320の板状の輪郭の上面と下面との間に直動方位に沿って剪断変形が発生すると圧電素子320aの一対の端子間に電位差を生じる。
電気回路410は圧電素子320aの一対の端子間に電気的に接続される。
少なくとも一対の金属板部材330と単数または複数の弾性板部材310と圧電素子部材320とが特定方向に積層される。
一つの第一金属板部材331と2つの第二金属板部材332と2つの弾性板部材310と2つの圧電素子部材320とが特定方向に積層されてもよい。
ここで、特定方向は直動変位の変位方向に交差する方向である。
弾性板部材310は、直動変位に対応して剪断変形する部材である。
弾性板部材310は、板状であって、直動変位に対応して一対の面が面に平行な向きに沿って剪断変形する。
弾性板部材310は、直特定方向に向く面をもち直動変位に対応して剪断変形する部材であってもよい。
例えば、弾性板部材310は、弾性素材製の板材である。
例えば、弾性板部材310は、ゴム製の板材である。
圧電素子部材320の構造は、本発明の実施形態にかかる積層ゴム免震装置100の説明において説明したものと同じなので、説明を省略する。
説明中、水平方向のX軸方向は直動変位の方向に対応し、上下方向が特定方向に対応する。
制御装置400は、バネ付き粘性マスダンパーを制御する装置である。
制御装置400は、電気回路410を内蔵する。
電気回路410は、圧電素子の一対の端子間に電気的に接続される。
電気回路410の構造は、本発明の実施形態にかかる積層ゴム免震装置100の説明において説明したものと同じなので、説明を省略する。
以下に、制御装置400による圧電素子部材320の制御方法を説明する。
地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して電気回路のインピーダンスを変化させる。
ここで、最大振幅値は、所定の時間内に発生した加速度の振幅値のうち最大値をいう。
電気回路が複数の圧電素子の一対の端子間に電気的に接続されるコンデンサを有し、
地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して電気回路のコンデンサの静電容量を変化させる。
電気回路の状態を一対の端子に生じた電位差で電流をながれるON状態と一対の端子の間に生じた電位差で電流をながれないOFF状態とに選択的に設定でき、
地震が発生していると判断するとき電気回路の状態をON状態にした後で地震が継続中にON状態からOFF状態に設定する。
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの運動特性、振動特性を、図を基に、説明する。
図9は、本発明の実施形態に係る振動系のモデル図である。
図9は、慣性接続要素11とダンパー要素12とが並列接続した系(「粘性マスダンパー」に相当する。)とバネ要素13とを直接接続した系(「バネ付き粘性マスダンパー」に相当する。)が対象構造体に接続されたモデルを示している。
対象構造体30は、主質量31と主弾性要素32とでモデル化される。
バネ要素20は、弾性部材300に相当する。
粘性マスダンパー10は、慣性接続要素11により、直動軸を所定の相対加速度で直動変位させたさいに作用する反力を直動変位の相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量mrを持つ。
また、粘性マスダンパーは、ダンパー要素12により、直動軸を一定の相対速度で直動変位させた際に作用する反力を相対速度で割った値に対応する減衰係数cとを持つ。
バネ付き粘性マスダンパーはバネ要素13を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を相対距離で割った値である弾性係数kbと粘性マスダンパーの直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに直動方向に作用する反力を相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量mrとに対応するダンパー固有振動数ωrを持つ。
また、バネ付き粘性マスダンパーは粘性マスダンパーの直動軸を一定の相対速度で直動させた際に直動方向に作用する反力を相対速度で割った値に対応する減衰係数cを持つ。
フレームの内面と回転体との隙間の少なくとも一部の離間距離を変化させられるのに対応して、減衰係数cが変化する。
次に、本発明の実施形態にかかるばね付き粘性ダンパーの作用を、図を基に、説明する。
図9中に、圧電素子の等価回路が示される。
対象構造物が風または地震で揺れると、バネ付き粘性マスダンパーに直動変位の方向の反力が作用する。
振動による反力が粘性マスダンパーと弾性部材とに作用する。
弾性部材の一対のフランジ340に直動変位の方向に沿った振動による力が作用する。
その結果、直動変位の方向に沿った剪断変形が弾性板部材と圧電素子部材とに生じる。
圧電素子部材に直動変位の方向に沿ってプラスマイナスを繰り返す剪断変位が生ずると、圧電素子にプラスマイナスの歪みが生じる。
圧電素子に歪みが生ずると一対の端子間に交番の電位差が生ずる。
電気回路がON状態であるとき、電気回路のインピーダンスに対応して電流が電気回路に電流が流れ、電気回路の抵抗により振動エネルギーを熱エネルギーに変換する。
電気回路のインピーダンスを基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して変化させることで、電気回路の周波数特性を変化させることができる。
また、地震が発生していると判断するとき電気回路の状態をON状態に設定した後で地震が継続中にON状態からOFF状態に設定することで、所望のタイミングで振動エネルギーを熱エネルギーに変換できる。
また、電気回路の流れる電流を直流変換し2次電池に蓄電できる。
以上説明したように、本発明の実施形態に係る積層ゴム免震装置100は、その構成により、以下の効果を有する。
上下一対のフランジ120の間に配される積層ゴム部材110が複数の金属板部材111と複数の弾性板部材112と圧電素子部材114とが上下方向に積層され、圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると圧電素子114aの一対の端子間に電位差を生し、電気回路410が圧電素子114aの一対の端子間に電気的に接続される様にしたので、風または地震で上部構造部に揺れが発生すると複数の弾性板部材112と電気回路に電気的に接続される圧電素子部材114に水平方向の剪断変形が生じて上部構造物の揺れに影響を与えることができる。
また、複数の圧電素子114aが板状の輪郭の内部に水平面に沿って整列される様にしたので、複数の圧電素子114aを数多く配置することができる。
また、複数の圧電素子114aが上下一対の板状の仕切板である上仕切板114bと下仕切板11cとに挟まれ水平方向に配列される様にしたので、電気回路410の電気的な接続が容易になる。
また、圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子114aに剪断歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路410に電気的に接続される複数の圧電素子114aの剪断歪みが圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の伸縮変形が発生すると複数の圧電素子114aに伸縮歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路410に電気的に接続される複数の圧電素子114aの伸縮歪みが圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、圧電素子部材114の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の伸縮変形が発生すると複数の圧電素子114aに曲げによる歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路410に電気的に接続される複数の圧電素子114aの曲げによる歪みが圧電素子部材の剪断変形に影響を与える。
また、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して電気回路のインピーダンスを変化させる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが圧電素子部材の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して電気回路のコンデンサの制限容量を変化させる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子114aの歪みが圧電素子部材114の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、地震が発生していると判断するとき電気回路410の状態をON状態にした後で地震が継続中にON状態からOFF状態にする様にしたので、電気回路410に電気的に接続される複数の圧電素子114aの歪みが圧電素子部材114の剪断変形に与える影響を地震が発生してからの状態の遷移に対応して変化させることができる。
以上説明したように、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーは、その構成により、以下の効果を有する。
直動軸210と直動軸210により回転する回転体220と回転体220を回転自在に支持するフレーム230とフレーム230に封入された粘性流体240とで構成される粘性マスダンパー200と弾性反力を発生する弾性部材300を直列接続し、弾性部材300を上下一対のフランジ340の間に配される積層ゴム部材が複数の金属板部材330と複数の弾性板部材310と圧電素子部材320とが特定方向に積層され、圧電素子部材320の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると圧電素子320aの一対の端子間に電位差を生し、電気回路410が圧電素子320aの一対の端子間に電気的に接続される様にしたので、風または地震で上部構造部に揺れが発生すると複数の弾性板部材310と電気回路に電気的に接続される圧電素子部材320とに水平方向の剪断変形が生じて上部構造物の揺れに影響を与えることができる。
また、複数の圧電素子320aが板状の輪郭の内部に特定方向に直交する面に沿って整列される様にしたので、複数の圧電素子を数多く配置することができる。
また、複数の圧電素子320aが一対の板状の仕切板である第一仕切板320bと第二仕切板320cとに挟まれ特定方向に配列される様にしたので、電気回路410の電気的な接続が容易になる。
また、圧電素子部材320の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向のの剪断変形が発生すると複数の圧電素子320aに剪断歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路410に電気的に接続される複数の圧電素子320aの剪断歪みが圧電素子部材320の剪断変形に影響を与える。
また、圧電素子部材320の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に伸縮歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路410に電気的に接続される複数の圧電素子320aの伸縮歪みが圧電素子部材320の剪断変形に影響を与える。
また、圧電素子部材320の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に曲げによる歪みが生じて一対の端子間に電位差を生ずる様にしたので、電気回路に電気的に接続される複数の圧電素子320aの曲げによる歪みが圧電素子部材320の剪断変形に影響を与える。
また、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して電気回路410のインピーダンスを変化させる様にしたので、電気回路410に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが圧電素子部材320の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して電気回路410のコンデンサの静電容量を変化させる様にしたので、電気回路410に電気的に接続される複数の圧電素子320aの歪みが圧電素子部材420の剪断変形に与える影響を地震の程度に対応して変化させることができる。
また、地震が発生していると判断するとき電気回路の状態をON状態にした後で地震が継続中にON状態からOFF状態にする様にしたので、電気回路410に電気的に接続される複数の圧電素子の歪みが圧電素子部材320の剪断変形に与える影響を地震が発生してからの状態の遷移に対応して変化させることができる。
その結果、従来構造と比較して簡易な構造により小さな地震から大きな地震にまで対応可能な免震装置を提供できる。
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
10 粘性マスダンパー
11 慣性接続要素
12 ダンパー要素
13 バネ要素
30 対象構造物
31 主質量
32 主弾性要素
33 取付部
40 支持構造
100 積層ゴム免震装置
110 積層ゴム部材
111 金属板部材
111a 最上位金属板部材
111b 最下位金属板部材
112 弾性板部材
113 外周被覆材
114 圧電素子部材
114a 圧電素子
114b 上仕切板
114c 下仕切板
120 フランジ
120u 上フランジ
120d 下フランジ
121 フランジ部材
122 剪断キー
200 粘性マスダンパー
210 直動軸
211 雄ねじ部材
220 回転体
221 雌ねじ部材
222 回転部材
230 フレーム
235 軸受
240 粘性流体
250 連結部材
251 第一連結部材
252 第二連結部材
300 弾性部材
310 弾性板部材
320 圧電素子部材
320a 圧電素子
320b 第一仕切板
320c 第二仕切板
330 金属板部材
331 第一金属板部材
332 第二金属板部材
340 フランジ
341 第一フランジ
342 第二フランジ
343 固定ねじ
400 制御装置
410 電気回路
特開2012−237413号 特開2016−039686号 特開2010−101129号 特開2008−259354号 特開2008−190617号 特開2006−207749号 特開2000−120765号 特開平10−30680号 特開2001−049894号 特開平9−329168号 特開2012−37005号

Claims (30)

  1. 基礎に設けられ上部構造物を支持する積層ゴム免震装置であって、
    上下一対のフランジである上フランジと下フランジと、
    複数の金属製の板状部材である複数の金属板部材と複数の弾性体製の板状部材である複数の弾性板部材と複数の圧電素子を有し板状の輪郭をもつ部材である圧電素子部材とが上下方向に積層される積層ゴム部材と、
    前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続される電気回路と、
    を備え、
    前記上フランジが前記積層ゴム部材の上部に配され、
    前記下フランジが前記積層ゴム部材の下部に配され、
    前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると前記圧電素子の一対の端子間に電位差を生ずる、
    ことを特徴とする積層ゴム免震装置。
  2. 複数の圧電素子が板状の前記輪郭の内部に水平方向に沿って整列される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の積層ゴム免震装置。
  3. 前記圧電素子部材は、上下一対の板状の仕切板と複数の前記圧電素子とを有し、
    複数の前記圧電素子は上下一対の前記仕切板に挟まれ水平方向に配列される、
    ことを特徴とする請求項2に記載の積層ゴム免震装置。
  4. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に剪断歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記剪断歪みが生じると一対の端子間に電位差を生ずる、
    ことを特徴とする請求項3に記載の積層ゴム免震装置。
  5. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に伸縮歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記伸縮歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる、
    ことを特徴とする請求項4に記載の積層ゴム免震装置。
  6. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に曲げによる歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記曲げによる歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる、
    ことを特徴とする請求項5に記載の積層ゴム免震装置。
  7. 地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のインピーダンスを変化させる、
    ことを特徴とする請求項6に記載の積層ゴム免震装置。
  8. 前記電気回路が複数の前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続されるコンデンサを有し、
    地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路の前記コンデンサの静電容量を変化させる、
    ことを特徴とする請求項7に記載の積層ゴム免震装置。
  9. 前記電気回路の状態を一対の前記端子に生じた電位差で電流をながれるON状態と一対の前記端子の間に生じた電位差で電流をながれないOFF状態とに選択的に設定でき、
    地震が発生していると判断するとき前記電気回路の状態を前記ON状態にした後で地震が継続中に前記ON状態から前記OFF状態にする、
    ことを特徴とする請求項8に記載の積層ゴム免震装置。
  10. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に剪断歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記剪断歪みが生じると一対の端子間に電位差を生ずる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の積層ゴム免震装置。
  11. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に伸縮歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記伸縮歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の積層ゴム免震装置。
  12. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に水平方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に曲げによる歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記曲げによる歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の積層ゴム免震装置。
  13. 地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のインピーダンスを変化させる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の積層ゴム免震装置。
  14. 前記電気回路が複数の前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続されるコンデンサを有し、
    地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路の前記コンデンサの静電容量を変化させる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の積層ゴム免震装置。
  15. 前記電気回路の状態を一対の前記端子に生じた電位差で電流をながれるON状態と一対の前記端子の間に生じた電位差で電流をながれないOFF状態とに選択的に設定でき、
    地震が発生していると判断するとき前記電気回路の状態を前記ON状態にした後で地震が継続中に前記ON状態から前記OFF状態にする、
    ことを特徴とする請求項1に記載の積層ゴム免震装置。
  16. 基礎に支持される対象構造物に設けられ直動変位に対応して反力を発生するバネ付き粘性マスダンパーであって、
    直動変位の変位方向に沿ってねじ送り方向を向けた雄ねじを設けられた直動軸と前記雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と前記回転体を回転自在に支持するフレームと前記フレームの内面と前記回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、
    前記直動変位に対応して弾性反力を発生する弾性部材と、
    電気回路と、
    を備え、
    特定方向が前記直動変位に直交する方向であり、
    前記粘性ダンパーと前記弾性部材とを直列接続され、
    前記弾性部材が
    一対のフランジと
    複数の金属製の板状部材である複数の金属板部材と複数の弾性体製の板状部材である複数の弾性板部材と複数の圧電素子を有し板状の輪郭をもつ部材である圧電素子部材とが前記特定方向に積層される積層ゴム部材と、
    を有し、
    一対のうちの一つのフランジは複数のうちの一つの金属製部材に固定され、
    一対のうちの他の一つのフランジは複数のうちの他の一つの金属製部材に固定され、
    前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に前記直動方位に沿って剪断変形が発生すると前記圧電素子の一対の端子間に電位差を生じ、
    前記電気回路は前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続される、
    ことを特徴とするバネ付き粘性マスダンパー。
  17. 複数の圧電素子が板状の前記輪郭の内部に特定方向に直交する面に沿って配列される、
    ことを特徴とする請求項16に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  18. 前記圧電素子部材は一対の板状の仕切板と複数の前記圧電素子とを有し、
    複数の前記圧電素子は一対の前記仕切板に挟まれ特定方向に直交する面に沿って配列される、
    ことを特徴とする請求項17に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  19. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に剪断歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記剪断歪みが生じると一対の端子間に電位差を生ずる、
    ことを特徴とする請求項18に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  20. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に伸縮歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記伸縮歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる、
    ことを特徴とする請求項19に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  21. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に曲げによる歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記曲げによる歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる、
    ことを特徴とする請求項20に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  22. 地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のインピーダンスを変化させる、
    ことを特徴とする請求項21に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  23. 前記電気回路が複数の前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続されるコンデンサを有し、
    地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路の前記コンデンサの静電容量を変化させる、
    ことを特徴とする請求項22に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  24. 前記電気回路の状態を一対の前記端子に生じた電位差で電流をながれるON状態と一対の前記端子の間に生じた電位差で電流をながれないOFF状態とに選択的に設定でき、
    地震が発生していると判断するとき前記電気回路の状態を前記ON状態にした後で地震が継続中に前記ON状態から前記OFF状態にする、
    ことを特徴とする請求項23に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  25. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に剪断歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記剪断歪みが生じると一対の端子間に電位差を生ずる、
    ことを特徴とする請求項16に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  26. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に伸縮歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記伸縮歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる、
    ことを特徴とする請求項16に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  27. 前記圧電素子部材の板状の輪郭の上面と下面との間に直動変位の方向の剪断変形が発生すると複数の圧電素子に曲げによる歪みが生じ、
    複数の圧電素子に前記曲げによる歪みが生ずると一対の端子間に電位差が生ずる、
    ことを特徴とする請求項16に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  28. 地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路のインピーダンスを変化させる、
    ことを特徴とする請求項16に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  29. 前記電気回路が複数の前記圧電素子の一対の端子間に電気的に接続されるコンデンサを有し、
    地震が発生したと判断したとき基礎に生ずる加速度の最大振幅値の変化に対応して前記電気回路の前記コンデンサの静電容量を変化させる、
    ことを特徴とする請求項16に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
  30. 前記電気回路の状態を一対の前記端子に生じた電位差で電流をながれるON状態と一対の前記端子の間に生じた電位差で電流をながれないOFF状態とに選択的に設定でき、
    地震が発生していると判断するとき前記電気回路の状態を前記ON状態にした後で地震が継続中に前記ON状態から前記OFF状態にする、
    ことを特徴とする請求項16に記載のバネ付き粘性マスダンパー。
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