JP2019173494A - 梁、床用制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置に大きな制約がなく、構造簡易な梁、床用制振装置を提供する。【解決手段】制振装置１は、柱Ｃに固定される第１の取り付け部材２と、これに支持軸４で回転自在に支持されるギアボックス５と、その内側で支持軸４に固着される受動小歯車６と、支持軸４に連結されるロータリダンパ７と、ギアボックス５内に固着される固定軸８と、これに固着され受動小歯車６に噛み合い、ギアボックス５と一体に支持軸４を中心に公転する駆動大歯車９と、梁Ｂに固着される第２の取り付け部材３と、これに所定範囲で移動自在に支持される支持部材１０と、支持部材１０に固定軸８と同心上で回転自在に支持される連結軸１２と、これに回転自在に支持されギアボックス５に接続される支持アーム１１とを具備する。【選択図】図３

Description

本発明は、梁や床等の大スパンの構造物に対する歩行者や車両の移動により生じる振動を抑制するための制振装置に関する。

従来、複数の階層を備えて構築される大スパン架構建物の制振構造として、特許文献１に記載されるものが知られている。この制振構造は、一階層を形成する梁部材あるいは床部材の端部側に下端を接続して斜設される方杖材と、方杖材の上端と一階層の上の他階層との間に、付加振動系として直列に配設されて方杖材と他階層の梁部材あるいは床部材を接続する回転慣性質量ダンパー及びばね部材とを備えて構成される。付加振動系の周期は、梁部材あるいは床部材の周期と同調させることを特徴とするものである。

特開２０１４−１６９６０５号公報

上記従来の制振装置は、制振構造部を構成するために、上下の床に対し機器要素を通して接続する必要があるから、装置の設置に制約がある。
したがって、本発明は、装置の設置に大きな制約がなく、構造簡易な制振装置を提供することを目的としている。

以下、添付図面の符号を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記課題を解決するための、本発明の制振装置１は、柱Ｃの接合面Ｃ１に固定される第１の取り付け部材２と、当該第１の取り付け部材２に接合面Ｃ１と平行で水平の支持軸４により回転自在に支持されるギアボックス５と、当該ギアボックス５内において支持軸４に固着される受動小歯車６と、第１の取り付け部材２に固着され支持軸４に連結される回転軸７ａを有するロータリダンパ７と、ギアボックス５内に支持軸４と平行に固着される固定軸８と、当該固定軸８に固着され受動小歯車６に噛み合ってギアボックス５と一体に支持軸４を中心に公転する駆動大歯車９と、梁Ｂに固着される第２の取り付け部材３と、一端側において第２の取り付け部材３に接合面Ｃ１と直交する水平方向に所定範囲で移動自在に支持される支持部材１０と、当該支持部材１０の他端側において固定軸８と同心上で回転自在に支持される連結軸１２と、連結軸１２に回転自在に支持されギアボックス５に固定される支持アーム１１とを具備する。

本発明の制振装置においては、歯車機構と回転型ダンパの採用により、減衰力が増幅されて梁・床に伝えられるので、小型で制振効果が大きく、設置も容易である。

本発明に係る制振装置の正面図である。 図１の制振装置の右側面図である。 図１の制振装置の左側面図である。 図１の制振装置の平面図である。 図１の制振装置における梁との連結部の拡大断面図である。 図１の制振装置における梁との連結部の拡大左側面である。 図１の制振装置における梁との連結部の拡大平面である。 図１の制振装置における支持アーム部の断面図である。 図１の制振装置におけるギアボックス部の断面図である。 図１の制振装置における振動時の左側面図である。 図１の制振装置における梁との連結部の他の実施形態を示すもので、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。 図１の制振装置における梁との連結部のさらに他の実施形態を示すもので、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。 図１の制振装置における梁との連結部のさらに他の実施形態を示すもので、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。 ２つのロータリーダンパを備えた制振装置の実施形態の平面図である。 図１の制振装置の概略的説明図である。

図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図４において、制振装置１は、柱Ｃの垂直の接合面Ｃ１に対して一端側において水平に接続された梁Ｂの上下方向の振動を抑制するための制振装置であり、柱Ｃと梁Ｂとの間に介設される。制振装置１は、一端側において柱Ｃの垂直の接合面Ｃ１に第１の取り付け部材２を介して接続され、他端側において梁Ｂの下面Ｂ１
に第２の取り付け部材３を介して接続される。

図９において、第１の取り付け部材であるブラケット２の平行一対の支持片２ａ間に、接合面Ｃ１と平行で水平の支持軸４が回転自在に支持される。ギアボックス５は、ブラケット２の支持片２ａ間において支持軸４上に回転自在に支持される。ギアボックス５内において、支持軸４上に受動小歯車６が固着される。したがって、ギアボックス５と受動小歯車６とは、支持軸４を中心に相対回転自在である。

図９に示すように、支持軸４の一端側は、ブラケット２の一方の支持片２ａを貫通し、カップリング４ａを介してロータリダンパ７の回転軸７ａに接続される。ロータリダンパ７は、ブラケット２の一方の支持片２ａの外側に固着される。

ギアボックス５内には、固定部材５ａを介して固定軸８が支持軸４と平行に固着される。この固定軸８上に、受動小歯車６と噛み合う駆動大歯車９が固着される。したがって、梁Ｂの振動による連結軸１２（固定軸８）の上下方向の変位に伴い、ギアボックス５が支持軸４を中心に回転すると、駆動大歯車９が、ギアボックス５と一体に、支持軸４を中心に受動小歯車６の周りを公転する。これにより、受動小歯車６が増速されて自転する。この受動小歯車６の回転はロータリダンパ７により制動される。

図１、図３において、第２の取り付け部材３は、梁Ｂの下面Ｂ１に固着される。第２の取り付け部材３は、支持部材１０、支持アーム１１、連結軸１２を介して、ギアボックス５に接続される。したがって、ギアボックス５は、第２の取り付け部材３により、連結軸１２を中心に回転自在に支持される。

図５、図６に示すように支持部材１０は、梁Ｂの側方へ水平に延びる水平板部１０ａと、この水平板部１０ａから直交方向に下方へ延びる垂直板部１０ｂと、この垂直板部１０ｂを水平に貫通するように固着された軸受部１０ｃとを具備する。軸受部１０ｃに連結軸１２が支承される。

第２の取り付け部材３は、固定板部３ａと、この固定板部３ａとの間に支持部材１０の水平板部１０ａを受ける摺動保持部３ｂとを具備する。水平板部１０ａは、摺動保持部３ｂにより、梁Ｂの幅方向には固定され、図６における隙間Ｇの範囲で梁Ｂの長手方向には移動自在に支持される。

図１、図８に示すように、支持アーム１１は、中央の軸受部１１ａと、軸受部１１ａからギアボックス５の側面に平行に延びる一対のアーム部１１ｂとを具備し、アーム部１１ｂの端部において接続金具１１ｃでギアボックス５の上下の側面に固定される。図９に示すように、軸受部１１ａは、ギアボックス５の固定軸８と同一軸線上に配置され、支持部材１０の軸受部１０ｃと対向して連結軸１２を支承する。したがって、ギアボックス５は、固定軸８と同一軸線上の連結軸１２を中心に回転自在であると共に、支持軸４を中心に回転自在である。

図１０に示すように、制振対象である梁Ｂに、柱Ｃとの接合部を中心に上下に揺れる振動が発生すると、ギアボックス５が支持アーム１１を介して梁Ｂと共に振動するが、ギアボックス５は、実質的に支持軸４で柱Ｃに枢支され、連結軸１２で梁Ｂに枢支されているので、ギアボックス５に回転半径の異なる２つの回転力が作用することになる。このような回転半径の差による回転のズレを吸収するために、支持部材１０が、図６における隙間Ｇの範囲で梁Ｂの長手方向に移動自在に構成される。したがって、支持軸４や連結軸１２に荷重（せん断力）が生じることはない。

梁Ｂの上下方向の振動に伴い、ギアボックス５が連結軸１２(固定軸８)を中心に回転しつつ、支持軸４を中心に回転すると、ギアボックス５と一体に駆動大歯車９が受動小歯車６の周りを公転する。これに伴い、駆動大歯車９に噛み合う受動小歯車６が自転する。この自転の速度は、支持軸４を中心とするギアボックス５の回転に対して増速される。受動小歯車６の回転は、支持軸４から回転軸７ａを介してロータリダンパ７に伝わり、これにより減衰される。

制振装置１は、梁Ｂの振動に伴う角度変位によるギアボックス５の回転運動を歯車６，９によりロータリダンパ７へ伝達する構造となっている。ロータリダンパ７の代表的な構造は、軸の回転を粘性体あるいは粘弾性体により制動する構造である。ロータリダンパ７へ入力される回転は歯車機構により増速される。また、増速された回転によりロータリダンパ７が出力する回転方向の減衰力は、歯車機構により増幅されて梁Ｂへ伝えられる。この歯車機構部の作用により、ダンパ単体で用いた場合と比較して、梁Ｂに対するより効率的な制振効果が得られる。

梁Ｂの振動に伴う運動を歯車６，９同士で効果的にロータリダンパ７へ伝達するために、梁Ｂ側の歯車９は梁Ｂに固定され、ロータリダンパ７側の歯車６は回転自由に設置される。そして、歯車６，９同士は、リンク（腕）としてのギアボックス５で接続される構造である。

以上、制振装置１の支持部材１０が、梁Ｂのフランジの下面Ｂ１に接続される場合を説明したが、支持部材１０の、梁Ｂへの接続部位は、これに限定されない。例えば、図１１、１２，１３のように梁Ｂのフランジ部の上面や、梁Ｂの左右面、あるいは上下左右面に同時に接続して設置することもできる。また、干渉等の問題がなければ、ロータリダンパ７をギアボックス５の片側だけでなく、図１４のように両側に配置することで、更に減衰力を向上させることができる。

この制振装置１の構造と作用を図１５の概略的機構説明図について説明する。歯車機構において梁Ｂの振動により歯車機構へ入力される角速度と歯車機構が出力する角速度の関係を式１に示す。同様にロータリダンパ７が出力する減衰力が歯車機構により出力されて梁Ｂへ伝わる際の減衰力の関係を式２に示す。

ω_Ｂ：歯車Aに対する歯車Bの角速度[rad/s]
ｒ_Ｂ：歯車Bのピッチ円半径[m]
ω_Ｃ：歯車Aに対する腕Cの角速度[rad/s]
ｒ_Ａ：歯車Aのピッチ円半径[m]
Ｚ_Ａ：歯車Aの歯数
Ｚ_Ｂ：歯車Bの歯数

Ｍ_Ｂ：歯車Bのモーメント[Nm]
Ｍ_Ｃ：腕Cのモーメント[Nm]
歯車機構により、式３に示すように、ロータリダンパ７が出力する減衰力が増幅されて梁Ｂに伝えられることから、ロータリダンパの小型化も可能となる。

Ｃ：装置の減衰係数[Nm・s/rad]
Ｃ_Ｄ：ロータリダンパの減衰係数[Nm・s/rad]

１ 制振装置
２ 第１の取り付け部材（ブラケット）
２ａ 支持片
３ 第１の取り付け部材
３ａ 固定板部
３ｂ 摺動保持部
４ 支持軸
４ａ カップリング
５ ギアボックス
５ａ 固定部材
６ 受動小歯車
７ ロータリダンパ
７ａ 回転軸
８ 固定軸
９ 駆動大歯車
１０ 支持部材
１０ａ 水平板部
１０ｂ 垂直板部
１０ｃ 軸受部
１１ 支持アーム
１１ａ 軸受部
１１ｂ アーム部
１１ｃ 接続金具
１２ 連結軸

Claims (2)

1. 柱の垂直の接合面に対して一端側において水平に接続された梁の上下方向の振動を抑制するための制振装置であって、
   前記柱の接合面に固定される第１の取り付け部材と、当該第１の取り付け部材に前記接合面と平行で水平の支持軸により回転自在に支持されるギアボックスと、当該ギアボックス内において前記支持軸に固着される受動小歯車と、前記第１の取り付け部材に固着され前記支持軸に連結される回転軸を有するロータリダンパと、前記ギアボックス内に前記支持軸と平行に固着される固定軸と、当該固定軸に固着され前記受動小歯車に噛み合う駆動大歯車と、前記梁に固着される第２の取り付け部材と、一端側において前記第２の取り付け部材に前記接合面と直交する水平方向に所定範囲で移動自在に支持される支持部材と、当該支持部材の他端側において前記固定軸と同心上で回転自在に支持される連結軸と、当該連結軸に回転自在に支持され前記ギアボックスに固定される支持アームとを具備することを特徴とする梁、床用制振装置。
2. 前記支持アームは、中央の軸受部において前記連結軸に回転自在に支持され当該軸受部から半径方向に延びて外側端部において前記ギアボックスの外側面に固定される一対からなることを特徴とする請求項1に記載の梁、床用制振装置。

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