JP2019210980A

JP2019210980A - 制振装置

Info

Publication number: JP2019210980A
Application number: JP2018106271A
Authority: JP
Inventors: 翔村上; Sho Murakami
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2018-06-01
Publication date: 2019-12-12

Abstract

【課題】摩擦ダンパと粘弾性ダンパとを備えた制振装置の小型化【解決手段】制振装置１０は、第１取付プレート２１と、第１取付プレート２１に対向する第２取付プレート２２と、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２との間に配置された制振ユニット１０１〜１０４と、摺動材１３０と、軸力導入部材４０を備えている。摺動材１３０は、第１取付プレート２１に制振ユニット１０１〜１０４が重ねられた面に重ねられている。軸力導入部材４０の軸４１は、貫通孔１２５を通して、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２とに挿通されている。軸力付与部材４２は、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２との間に軸力を付与する。【選択図】図２

Description

本発明は、制振装置に関する。

例えば、特許５２７５２３０号には、摩擦ダンパと、粘弾性体のせん断変形により減衰力を発生させる粘弾性ダンパとを備えたダンパ装置が提案されている。ここで提案されたダンパ装置では、摩擦摺動により摩擦減衰力を発生する摩擦ダンパは、粘弾性体の剪断変形により減衰力を発生する粘弾性ダンパに積層されている。さらに、粘弾性体の剪断面及び摩擦ダンパの摺動面に直交するとともに、粘弾性体の剪断面及び摩擦ダンパの摺動面が互いに近接する方向に圧力が、載荷部材によって付与されている。圧力支持部材が、粘弾性体内に配置され、粘弾性体に付与される圧力を支持している。また、粘弾性体の剪断方向の移動は、移動制限部によって制限されている。このダンパ装置によれば、圧力支持部材によって粘弾性体に付与される圧力が支持される。このため、積層した粘弾性ダンパ及び摩擦ダンパに大きな締め付け力を加えても、当該締め付け力により生じる粘弾性体の変形が抑制される。また、摩擦ダンパによって安定して大きな摩擦力が得られる。また、粘弾性体の剪断方向の移動を制限する移動制限部が設けられているため、粘弾性体が過大な剪断変形を生じて破損することが防止されるとされている。

特許５２７５２３０号

摩擦ダンパと、粘弾性ダンパとを備えた制振装置について、摩擦ダンパと粘弾性ダンパとが効率良く機能し、かつ、装置の小型化を図りたい。

ここで提案される制振装置は、制振ユニットと、第１取付プレートと、第２取付プレートと、摺動材と、軸力導入部材とを備えている。
制振ユニットは、第１プレートと、第１プレートに対向配置された第２プレートと、第１プレートと第２プレートの間に配置され、第１プレートと第２プレートに接着された粘弾性体と、粘弾性体に含まれ、第１プレートと前記第２プレートの間に挟まれ、第１プレートと第２プレートの間隔を保つように分散して配置された複数の球体とを備えている。第１プレートと粘弾性体と前記第２プレートとには、貫通孔が形成されている。
第１取付プレートは、制振ユニットの第１プレートに重ねられ、かつ、第１プレートが重ねられた部位から一方向にはみ出ている。第１取付プレートは、当該はみ出た部位に第１取付部を有している。第２取付プレートは、制振ユニットの第２プレートに重ねられ、かつ、第２プレートが重ねられた部位から一方向に沿って第１取付プレートが第１プレートからはみ出た方向とは反対方向にはみ出ている。第２取付プレートは、当該はみ出た部位に第２取付部を有している。摺動材は、第１プレートと第１取付プレートとが重ねられた面、および、第２プレートと第２取付プレートとが重ねられた面のうち少なくとも一方に重ねられている。軸力導入部材は、貫通孔を通して、第１取付プレートと第２取付プレートとに挿通された軸と、軸に取り付けられて第１取付プレートと第２取付プレートとの間に軸力を付与する軸力付与部材とを備えている。

この制振装置によれば、摩擦ダンパと粘弾性ダンパとが効率良く機能し、かつ、装置の小型化が図られる。

図１は、制振装置１０の平面図である。図２は、制振装置１０の側面図である。図３は、制振装置１０に組み込まれる制振ユニット１０１の平面図である。図４は、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２との間に配置された制振ユニット１０１の側面図である。

以下、ここで提案される制振装置を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、各図面は、一例を示すのみであり、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。

図１は、制振装置１０の平面図である。図２は、制振装置１０の側面図である。なお、図１では、第１取付プレート２１が取り外された状態が示されている。図３は、制振装置１０に組み込まれる制振ユニット１０１の平面図である。図４は、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２との間に配置された制振ユニット１０１の側面図である。ここでは、図４では、制振ユニット１０１について図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った部分断面図が図示されている。ＩＶ−ＩＶ線は、図３中の４Ａ−４Ｂ−４Ｃ−４Ｄに沿って設定されている。

制振装置１０は、図１に示されているように、８つの制振ユニット１０１〜１０８と、第１取付プレート２１と、第２取付プレート２２と、第３取付プレート２３と、摺動材１３０と、軸力導入部材４０とを備えている。

制振ユニット１０１〜１０８は、それぞれ同じ構成である。ここでは、図３および図４に基づいて制振ユニット１０１を説明する。
制振ユニット１０１は、図３および図４に示されているように、第１プレート１２１と、第２プレート１２２と、粘弾性体１２３と、複数の球体１２４とを備えている。

第１プレート１２１は、所要の剛性を有するプレート状の部材である。この実施形態では、正方形のプレートである。第２プレート１２２は、所要の剛性を有するプレート状の部材であり、第１プレート１２１に対向配置されている。この実施形態では、第２プレート１２２は、第１プレート１２１と同形状のプレート状である。

粘弾性体１２３は、第１プレート１２１と第２プレート１２２の間に配置され、第１プレート１２１と第２プレート１２２に接着されている。この実施形態では、粘弾性体１２３は、矩形の板状の部材である。粘弾性体１２３には、せん断変形に応じて所要の減衰力を発生する材料が用いられている。ここでは、粘弾性体１２３には、第１プレート１２１と第２プレート１２２とのせん断変位に応じてせん断変形が繰り返し入力される。この時、粘弾性体１２３は、せん断変形に応じて描かれるヒステリシスループに応じたエネルギーを吸収しうる。粘弾性体１２３に用いられる材料としては、スチレン系、ウレタン系、アクリル系、イソブチレン系、シリコン系、ジエン系、イソプレン系などのエラストマーが好適である。特に、温度依存性の少ない材料がより好ましく、いわゆる高減衰ゴムと称されるゴム材料などが採用されうる。

複数の球体１２４は、粘弾性体１２３に含まれており、第１プレート１２１と第２プレート１２２の間隔を保つように分散されている。この実施形態では、球体１２４の直径は、粘弾性体１２３の厚さと概ね同じである。球体１２４は、所要の剛性を有しており、第１プレート１２１と第２プレート１２２の間に挟まれている。この実施形態では、複数の球体１２４は、矩形の粘弾性体１２３に設定された格子交点に１つずつ配置されている。球体１２４は、それぞれ第１プレート１２１と第２プレート１２２の間に挟まれて第１プレート１２１と第２プレート１２２とを支持し、第１プレート１２１と第２プレート１２２の間隔を保っている。このため、第１プレート１２１と第２プレート１２２に挟まれた粘弾性体１２３は、第１プレート１２１と第２プレート１２２とから過大な圧縮力を受けず、厚さが維持される。球体１２４は、第１プレート１２１と第２プレート１２２との間で粘弾性体１２３が成形される際に、粘弾性体１２３の予め定められた位置に含められているとよい。

この実施形態では、複数の球体１２４は、それぞれ鋼球である。複数の球体１２４は、それぞれ鋼球であるから、粘弾性体１２３が加硫される際にも形状が確実に維持される。なお、複数の球体１２４は、鋼球、ガラス球、プラスチック球およびセラミックス球の中から選択された球体でありうる。複数の球体１２４は、所要の硬度や強度や、粘弾性体１２３が加硫される際に耐えうる程度の耐熱性や耐薬品性を有するものが採用されるとよい。ここで、鋼球には、軸受用鋼球やステンレス鋼球、炭素鋼球、真鍮球、タングステンカーバイド球などが挙げられる。

第１プレート１２１と粘弾性体１２３と第２プレート１２２とには、貫通孔１２５が形成されている。この実施形態では、貫通孔１２５は、粘弾性体１２３が接着された矩形の領域の四隅にそれぞれ形成されている。貫通孔１２５を通して軸力導入部材４０が取り付けられる。貫通孔１２５は、後述するが所要の大きさで形成されているとよい。

制振ユニット１０１〜１０４は、図１および図２に示されているように、第１取付プレート２１と、第１取付プレート２１に対向した第２取付プレート２２との間に配置されている。制振ユニット１０５〜１０８は、第１取付プレート２１とは反対側で第２取付プレート２２に対向した第３取付プレート２３と第２取付プレート２２との間に配置されている。

ここで、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２との間では、制振ユニット１０１〜１０４の第１プレート１２１に第１取付プレート２１が重ねられている。この実施形態では、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２との間に、４つの制振ユニット１０１〜１０４が並べられ、それぞれ第１プレート１２１が第１取付プレート２１に重ねられている。この実施形態では、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２とが対向する略正方形の領域を、４つの正方形の領域にさらに分割し、分割された正方形の領域に制振ユニットが１つずつ配置されている。第１取付プレート２１は、４つの制振ユニット１０１〜１０４の第１プレート１２１が重ねられた部位から一方向にはみ出ている。さらに、４つの制振ユニット１０１〜１０４の第１プレート１２１が重ねられた部位から一方向にはみ出た部位には、第１取付部２１ａが設けられている。

第２取付プレート２２は、４つの制振ユニット１０１〜１０４の第２プレート１２２に重ねられている。第２取付プレート２２は、４つの制振ユニット１０１〜１０４の第２プレート１２２が重ねられた部位から一方向に沿って第１取付プレート２１が第１プレート１２１からはみ出た方向とは反対方向にはみ出ている。さらに４つの制振ユニット１０１〜１０４の第２プレート１２２が重ねられた部位から一方にはみ出た部位には第２取付部２２ａを有している。

この実施形態では、さらに第２取付プレート２２と第３取付プレート２３との間に制振ユニット１０５〜１０８が配置されている。また、この実施形態では、第２取付プレート２２と第３取付プレート２３との間に、４つの制振ユニット１０５〜１０８が並べられている。４つの制振ユニット１０５〜１０８は、第２取付プレート２２に４つの制振ユニット１０１〜１０４が配置された位置の裏側に配置されている。この実施形態では、制振ユニット１０５〜１０８の第１プレート１２１は、第３取付プレート２３に重ねられている。制振ユニット１０５〜１０８の第２プレート１２２は、第２取付プレート２２に重ねられている。第２取付プレート２２の裏側に配置される制振ユニット１０５〜１０８の位置は、図１において括弧内に符号付して表されている。

第３取付プレート２３は、４つの制振ユニット１０５〜１０８の第１プレート１２１が重ねられた部位から一方向にはみ出ている。さらに、４つの制振ユニット１０５〜１０８の第１プレート１２１が重ねられた部位から一方向にはみ出た部位には、第３取付部２３ａが設けられている。換言すると、第３取付プレート２３は、第１取付プレート２１と同じ方向にはみ出ている。そして、第１取付プレート２１の第１取付部２１ａと第３取付部２３ａとが対向している。

摺動材１３０は、図４に示されているように、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２との間では、制振ユニット１０１〜１０４の第１プレート１２１と第１取付プレート２１とが重ねられた面に重ねられている。この実施形態では、摺動材１３０は、第１プレート１２１に取り付けられている。
また、摺動材１３０は、第２取付プレート２２と第３取付プレート２３との間では、制振ユニット１０１〜１０４の第１プレート１２１と第３取付プレート２３とが重ねられた面に重ねられている。この実施形態では、摺動材１３０は、第１プレート１２１に取り付けられている。
ここで摺動材１３０には、摩擦係数が低い材料が選定されるとよい。摺動材１３０には、例えば、フッ素系樹脂が用いられているとよい。

軸力導入部材４０は、図２に示されているように、軸４１と、軸力付与部材４２とを備えている。軸４１は、貫通孔１２５を通して、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２と第３取付プレート２３とに挿通されている。軸力付与部材４２は、軸４１に取り付けられて第１取付プレート２１と第２取付プレート２２と第３取付プレート２３との間に軸力を付与する部材である。

この実施形態では、軸４１は、一端にねじ溝が形成されたボルトである。軸力付与部材４２は、当該軸４１の一端のねじ溝に取り付けられるナットである。この実施形態では、軸力付与部材４２には、いわゆるダブルナットが用いられている。かかる軸力導入部材４０によって、摺動材１３０に所要の圧力が作用する。また、摺動材１３０に作用する圧力が調整されることによって、摺動材１３０と接触する相手材との間に所要の摩擦力が作用する。また、粘弾性体１２３に複数の球体１２４が分散して配置されている。軸力導入部材４０によって摺動材１３０に作用する圧力が高くなっても、粘弾性体１２３がつぶれない。

この制振装置１０は、図１および図２に示されているように、建物の対向する構造材Ａ１，Ａ２の間に設置される。第１取付プレート２１に設けられた第１取付部２１ａと第３取付プレート２３に設けられた第３取付部２３ａとが、一方の構造材Ａ１に取り付けられる。

建物の対向する構造材Ａ１，Ａ２の間に、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２に沿った相対的な変位が生じると、変位に応じて粘弾性体１２３に変形が生じる。この際、粘弾性体１２３から受ける反力が摺動材１３０に作用している摩擦力よりも小さい場合には、摺動材１３０に滑りは生じない。これに対して、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２に沿った相対的な変位が大きくなるにつれて、粘弾性体１２３の変形が大きくなり、粘弾性体１２３から受ける反力が大きくなる。粘弾性体１２３から受ける反力が摺動材１３０に作用している摩擦力よりも大きくなると、摺動材１３０に滑りが生じる。また、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２とが変位する方向が逆転するときは、まず粘弾性体１２３の変形が戻る。そして、逆転した変位方向に粘弾性体１２３の変形が大きくなり、粘弾性体１２３から受ける反力が大きくなる。粘弾性体１２３から受ける反力が摺動材１３０に作用している摩擦力よりも大きくなると、摺動材１３０に滑りが生じる。

この制振装置１０は、摺動材１３０に低摩擦係数の材料が用いられている。このため、粘弾性体１２３の変形が小さく抑えられる。また、摺動材１３０が滑る際に生じる発熱が小さく抑え、粘弾性体１２３の性能が高く維持されやすい。このため、地震時に繰り返し入力される変位に対して性能が維持されやすい。そして、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２との変位が小さいときに、摺動材１３０が動き始める。このように、粘弾性体１２３のせん断変形を伴う粘弾性ダンパと、摺動材１３０の摺動を伴う摩擦ダンパとが効率良く機能する。かかる観点において、摺動材１３０として適当な材料が選択されるとよい。なお、この実施形態では、摺動材１３０にフッ素系樹脂からなるシート材が用いられているが、摺動材１３０は、フッ素系樹脂からなるシートに限定されない。また、この実施形態では、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２を貫通するように、軸力導入部材４０の軸４１が取り付けられており、粘弾性ダンパを構成する部位と、摩擦ダンパを構成する部位が重ねられている。このため、装置がコンパクトに纏められている。

また、この実施形態では、第１取付プレート２１に対向する側とは反対側において、第２取付プレート２２に対向するように配置された第３取付プレート２３をさらに備えている。制振ユニット１０５〜１０８は、第３取付プレート２３と第２取付プレート２２との間にさらに配置されている。摺動材１３０は、第３取付プレート２３に制振ユニット１０５〜１０８が重ねられた面、および、第２取付プレート２２に前記制振ユニットが重ねられた面のうち少なくとも一方（この実施形態では、第３取付プレート２３に制振ユニット１０５〜１０８が重ねられた面）に重ねられている。さらに、軸力導入部材４０の軸４１は、制振ユニット１０１〜１０８の貫通孔１２５を通して、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２と第３取付プレート２３とに挿通されている。軸力付与部材４２は、さらに第１取付プレート２１と第２取付プレート２２と第３取付プレート２３との間に軸力を付与するように構成されている。

さらに、この制振装置１０では、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２との間に制振ユニット１０１〜１０４が複数並べられている、さらに、第２取付プレート２２と第３取付プレート２３との間に制振ユニット１０５〜１０８が複数並べられている。これらの制振ユニットが共通部品である。このため、制振ユニット１０１〜１０８の共通化によるコスト低減を図りやすい。特に、粘弾性体１２３の成形や加硫接着を要する制振ユニット１０１〜１０８が、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２と第３取付プレート２３とが独立して作製できる。このため、成形装置が大型化せず、設備コストが低く抑えられる。また、軸力導入部材４０、制振ユニット１０１〜１０８および摺動材１３０は、第１取付プレート２１と第２取付プレート２２と第３取付プレート２３とから取り外すことができる。このため、大地震などで、軸力導入部材４０、制振ユニット１０１〜１０８および摺動材１３０が損傷した場合には、損傷した部品のみの交換ができる。このためメンテナンスや修理費用が安価に抑えられる。

また、この実施形態では、第２取付プレート２２の表裏において、制振ユニット１０１〜１０８が面対称に配置されている。このため、第１取付プレート２１と第３取付プレート２３とに対する第２取付プレート２２の変位に対して、制振ユニット１０１〜１０８からバランス良く反力が作用する。

以上、ここで提案される制振装置について、種々説明したが、ここで提案される制振装置は、特に言及されない限りにおいて、上述した実施形態に限定されない。

１０制振装置
２１第１取付プレート
２１ａ第１取付部
２２第２取付プレート
２２ａ第２取付部
２３第３取付プレート
２３ａ第３取付部
４０軸力導入部材
４１軸
４２軸力付与部材
１０１〜１０８制振ユニット
１２１第１プレート
１２２第２プレート
１２３粘弾性体
１２４球体
１２５貫通孔
１３０摺動材
Ａ１，Ａ２構造材

Claims

制振ユニットと、
第１取付プレートと、
第２取付プレートと、
摺動材と、
軸力導入部材と
を備え、
制振ユニットは、
第１プレートと、
前記第１プレートに対向配置された第２プレートと、
前記第１プレートと前記第２プレートの間に配置され、前記第１プレートと前記第２プレートに接着された粘弾性体と、
前記粘弾性体に含まれ、前記第１プレートと前記第２プレートの間隔を保つように分散された複数の球体と
を備え、
前記第１プレートと前記粘弾性体と前記第２プレートとには、貫通孔が形成されており、
前記第１取付プレートは、
前記制振ユニットの前記第１プレートに重ねられ、かつ、前記第１プレートが重ねられた部位から一方向にはみ出ており、
当該はみ出た部位に第１取付部を有し、
前記第２取付プレートは、
前記制振ユニットの前記第２プレートに重ねられ、かつ、前記第２プレートが重ねられた部位から前記一方向に沿って前記第１取付プレートが前記第１プレートからはみ出た方向とは反対方向にはみ出ており、
当該はみ出た部位に第２取付部を有し、
前記摺動材は、
前記第１プレートと前記第１取付プレートとが重ねられた面、および、前記第２プレートと前記第２取付プレートとが重ねられた面のうち少なくとも一方に重ねられており、
前記軸力導入部材は、
前記貫通孔を通して、前記第１取付プレートと前記第２取付プレートとに挿通された軸と、
前記軸に取り付けられて前記第１取付プレートと前記第２取付プレートとの間に軸力を付与する軸力付与部材と
を備えた、
制振装置。
前記第１取付プレートと前記第２取付プレートとの間に制振ユニットが複数並べられている、請求項１に記載された制振装置。
前記第１取付プレートに対向する側とは反対側において、前記第２取付プレートに対向するように配置された第３取付プレートをさらに備え、
前記制振ユニットは、
前記第３取付プレートと前記第２取付プレートとの間にさらに配置されており、
前記摺動材は、
前記第３取付プレートに前記制振ユニットが重ねられた面、および、前記第２取付プレートに前記制振ユニットが重ねられた面のうち少なくとも一方に重ねられており、
前記軸力導入部材の前記軸は、
前記貫通孔を通して、前記第１取付プレートと前記第２取付プレートと前記第３取付プレートとに挿通されており、
前記軸力付与部材は、さらに前記第１取付プレートと前記第２取付プレートと前記第３取付プレートとの間に軸力を付与する、請求項１または２に記載された制振装置。
前記第３取付プレートと前記第２取付プレートとの間に制振ユニットが複数並べられている、請求項３に記載された制振装置。
前記第２取付プレートの表裏において、制振ユニットが面対称に配置されている、請求項３または４に記載された制振装置。
前記制振ユニットが共通部品である、請求項２から５までの何れか一項に記載された制振装置。
前記球体は、鋼球、ガラス球、プラスチック球およびセラミックス球の中から選択された球体である、請求項１から６までの何れか一項に記載された制振装置。