JP2020020441A - 制振装置および制振装置の改造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層ゴムに発生する過大な鉛直方向の変位を抑制することによって、積層ゴムの損傷を防止することができる制振装置および制振装置の改造方法を提供することを目的とする。【解決手段】振動体１６と、振動体１６を取り囲むフレーム構造２０と、振動体１６を支持するとともに鉛直方向に積層された積層ゴム１８と、振動体１６の鉛直方向の変位を所定値以内に制限する鉛直変位制限機構３０とを備えることを特徴とする制振装置１。【選択図】図２

Description

本発明は、制振装置および制振装置の改造方法に関する。

建物や煙突などの構造物の頂部に設置され、構造物の振動を抑制する制振装置は、主として振動体、減衰機構、水平剛性機構で構成される。

特許文献１のように、積層ゴムが採用される制振装置においては、振動体の重量支持、水平剛性機構、減衰機構を積層ゴムが負担している。

特開２０１６−１５１２７８号公報

構造物の振動の原因としては地震などが考えられるが、近年、より大きな地震や長周期地震への対応が望まれている。仮に、想定を超える大きな地震や長周期地震が発生した場合、振動体は許容範囲を超えて水平方向に振動することになり、振動体を取り囲むフレーム構造に振動体が衝突することが考えられる。このとき、フレーム構造との衝突によって、振動体に過大な鉛直方向の変位が生じるおそれがある。

積層ゴムが採用される制振装置においては、水平方向における振動体の振動時（設計範囲内の振動時）に、わずかに鉛直方向に変位するが、このわずかな変位は積層ゴムで吸収可能となるように設計されることがある。

しかしながら、鉛直方向に過大な変位が発生した場合、過大な変位を積層ゴムで吸収できずに、積層ゴムが破断するおそれがある。そうなると、積層ゴムが負担していた振動体の支持力が失われて振動体が脱落することで、制振機能の損失、振動体による周囲の構造物の損傷、構造物からの振動体の落下の危険性がある。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであって、過大な鉛直方向の変位の発生を抑制することで、積層ゴムの損傷を防止することができる制振装置および制振装置の改造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の制振装置および制振装置の改造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係る制振装置は、振動体と、該振動体を取り囲むフレーム構造と、前記振動体を支持するとともに鉛直方向に積層された積層ゴムと、前記振動体の鉛直方向の変位を所定値以内に制限する鉛直変位制限機構とを備える。

本態様に係る制振装置によれば、鉛直変位制限機構によって、鉛直方向の変位を所定値以内に制限することができる。仮に、積層ゴムに支持された振動体が、外乱によって設計上の許容範囲を超えて水平方向に振動した場合、周囲のフレーム構造に衝突する可能性がある。振動体が周囲のフレーム構造に衝突すると、過大な引抜方向（鉛直方向上向き方向）の変位や脱落方向（鉛直方向下向き方向）の変位が発生して、積層ゴムに鉛直方向の過大な荷重（引抜荷重や圧縮荷重）が作用するおそれがある。本態様に係る制振装置では、鉛直方向の変位を所定値以内に制限して鉛直方向の過大な変位の発生を抑制することで、積層ゴムの損傷を防止することができる。なお、ここで言う「変位を所定値以内に制限する」とは、変位しないように鉛直方向に拘束することではなく、所定値以内においては抵抗なく変位可能であるが、所定値を超えるとそれ以上変位しないように鉛直方向に拘束することを意味する。

また、本発明の一態様に係る制振装置において、前記鉛直変位制限機構は、前記振動体に対して接続され鉛直方向に延在する軸部と、該軸部の上部に設けられ、該軸部の前記フレーム構造に対する鉛直方向下向きの変位を制限する脱落防止面と、該脱落防止面の下方に設けられ、前記軸部の前記フレーム構造に対する鉛直方向上向きの変位を制限する引抜防止面とを備える。

本態様に係る制振装置の鉛直変位制限機構の構成によれば、脱落防止面と引抜防止面とによって、軸部がフレーム構造に対して鉛直方向に変位可能な範囲が制限されることになる。これによって、軸部に接続される振動体の鉛直方向の変位（フレーム構造に対する鉛直方向の変位）を所定値以内に制限することができる。

また、本発明の一態様に係る制振装置において、前記鉛直変位制限機構は、水平方向に延在して前記フレーム構造に取り付けられた棒状部材と、一端が前記振動体に接続されるとともに、他端に前記棒状部材が挿入され前記棒状部材の延在方向にスライド可能なリンクとを備える。

本態様に係る制振装置の鉛直変位制限機構の構成によれば、リンクの他端とその他端に挿入される棒状部材との間の隙間を設定することで、リンクが棒状部材に対して鉛直方向に変位可能な範囲が制限されることになる。また、棒状部材はフレーム構造に取り付けられているので、リンクに接続される振動体の鉛直方向の変位（フレーム構造に対する鉛直方向の変位）を所定値以内に制限することができる。

また、本発明の一態様に係る制振装置において、前記鉛直変位制限機構は、水平面内に広がり前記フレーム構造に取り付けられた固定側すべり面を有するすべり板と、該固定側すべり面に隙間を設けて対向する移動側すべり面を有し前記振動体に回転自由に接続された移動側すべり部材とを備える。

本態様に係る制振装置の鉛直変位制限機構の構成によれば、固定側すべり面と移動側すべり面との間の隙間を設定することで、移動側すべり面が固定側すべり面に対して鉛直方向上向きに変位可能な範囲は制限されることになる。これによって、移動側すべり面を有する移動側すべり部材が回転自由に接続された振動体の鉛直方向上向きの変位（フレーム構造に対する鉛直方向の変位）を所定値以内に制限することができる。

本発明の一態様に係る制振装置の改造方法は、振動体と、該振動体を取り囲むフレーム構造と、前記振動体を支持するとともに鉛直方向に積層された積層ゴムとを備えた制振装置の改造方法であって、前記振動体の鉛直方向の変位を所定値以内に制限する鉛直変位制限機構を、前記フレーム構造と前記振動体との間に設置する。

本態様に係る制振装置の改造方法は、振動体の鉛直方向の変位を所定値以内に制限する鉛直変位制限機構を、フレーム構造と振動体との間に設置することを特徴とする。これによれば、既設の制振装置に対して、積層ゴムに作用する過大な鉛直方向の変位を抑制することで積層ゴムの損傷を防止することができる制振装置への改造工事が可能となる。

本発明に係る制振装置および制振装置の改造方法によれば、積層ゴムに作用する過大な鉛直方向の変位を抑制し、積層ゴムの損傷を防止することができる。

ステージに設置された本発明の第１実施形態に係る制振装置の平面図である。 図１の切断線Ｉ−Ｉにおける縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る制振装置の平面図である。 図３の切断線ＩＩ−ＩＩにおける縦断面図である。 図３の切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける縦断面図である。 振動体がＸ軸方向にスライドしたときの図１の切断線Ｉ−Ｉにおける縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る制振装置の平面図である。 図７の切断線ＩＶ−ＩＶにおける縦断面図である。 振動体がＸ軸方向にスライドしたときの本発明の第２実施形態に係る制振装置の正面図である。 本発明の第３実施形態に係る制振装置の正面図である。 本発明の第３実施形態に係る制振装置の平面図である。 図１０のＡ部の拡大図である。 振動体がＸ軸方向にスライドした際の本発明の第３実施形態に係る制振装置の正面図である。 振動体がＸ軸方向にスライドした際の本発明の第３実施形態に係る制振装置の平面図である。

以下に、本発明に係る制振装置および制振装置の改造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態について図１乃至６を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る制振装置１Ａは、鉛直方向（図１で示すＺ軸方向）に延びる構造物１０の頂部付近に設けられたステージ１２上に設置されている。ステージ１２は、構造物１０に対して固定されており、Ｚ軸に対して垂直に交わる水平面（図１で示すＸ−Ｙ平面）に沿って設けられている。

制振装置１Ａは、複数のフレーム部材２２，２４を有するフレーム構造２０と、フレーム構造２０に収容された振動体１６を備えている。

図２に示すように、フレーム構造２０に収容された振動体１６は、鉛直方向に積層された複数の積層ゴム１８によってステージ１２に対して支持されている。積層ゴム１８は、振動体１６の下面とステージ１２との間に複数設けられている。積層ゴム１８の数は、振動体１６の大きさや重量によって適宜設定される。

図３に示すように、フレーム構造２０は固定フレーム２２と可動フレーム２４とを有する。固定フレーム２２はステージ１２に設置されていて、ステージ１２に対してＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向の全ての方向の動きが拘束されている。複数の固定フレーム２２によって、振動体１６を囲う略直方体形状の枠が構成される。

図３に示す固定フレーム２２のうち、Ｙ軸方向に延在し、Ｘ軸方向にて対向する１対の固定フレーム２２のそれぞれには、Ｙ方向リニアガイド２６Ｙが設置されている。対向するＹ方向リニアガイド２６Ｙ間に、Ｘ軸方向に亘って２対（合計４本）の可動フレーム２４が設置されており、可動フレーム２４は、Ｙ方向リニアガイド２６ＹによってＹ軸方向にスライド可能となっている（図４参照）。すなわち、図４に示すように、Ｙ方向リニアガイド２６Ｙ上を可動フレーム２４が走行するようになっている。

本実施形態に係る制振装置１Ａは、図２，３，５に示すように、振動体１６の鉛直方向の変位を所定値以内に制限する鉛直変位制限機構３０Ａを備える。

鉛直変位制限機構３０Ａは、振動体１６の上面に対して接続された複数の軸部４０を備えている。各軸部４０は、フレーム構造２０を構成する複数のフレーム部材２２，２４のうち、可動フレーム２４にＸ方向リニアガイド２６Ｘを介して取り付けられた軸保持部４８に挿通されている。

図５に示すように、軸保持部４８は、一対の可動フレーム２４に挟まれた位置に設けられている。軸保持部４８の下部の上面は、一対の可動フレーム２４の下面に設けられたＸ方向リニアガイド２６ＸによってＸ方向にスライド可能に取り付けられている（図６参照）。すなわち、Ｘ方向リニアガイド２６Ｘに沿って軸保持部４８が走行するようになっている。

前述の通り、可動フレーム２４はＹ軸方向にスライド可能とされおり、さらに、可動フレーム２４に取り付けられている軸保持部４８はＸ軸方向にスライド可能とされているので、軸保持部４８は、ステージ１２やフレーム構造２０の固定フレーム２２に対して、Ｘ−Ｙ平面（水平面）内で自在に移動することができる。ただし、Ｚ軸方向（鉛直方向）に対しては、その変位は拘束されている。

軸保持部４８の上面と下面には、軸部４０が挿通可能な穴が形成されている。図５に示すように、軸部４０の脱落防止面４２（後述）と引抜防止面４４（後述）との間の部分が軸保持部４８に挿通されている。軸部４０の下端は、自在継手などのジョイント４６を介して、振動体１６に対して回転自在に接続されている。また、軸部４０の上端には、軸部４０が挿通される軸保持部４８の穴の直径よりも大きい面を有する脱落防止面４２が設けられている。さらに、軸部４０には、脱落防止面４２の下方に、脱落防止面４２と離間して、軸部４０が挿通される軸保持部４８の穴の直径よりも大きい面を有する引抜防止面４４が設けられている。

軸保持部４８は、軸部４０をＺ軸方向（鉛直方向）にスライド可能に保持しているが、脱落防止面４２および引抜防止面４４は、軸部４０が挿通される穴の直径よりも大きな面とされているので、脱落防止面４２および引抜防止面４４が、軸保持部４８の下面および上面に当接することで、軸部４０がＺ軸方向（鉛直方向）にスライド可能な範囲を制限している。換言すれば、軸部４０、および軸部４０に接続された振動体１６がＺ軸方向（鉛直方向）に変位可能な範囲は、脱落防止面４２と引抜防止面４４とによって制限されていることになる。また、脱落防止面４２と引抜防止面４４との離間距離を調節することで、軸部４０、および軸部４０に接続された振動体１６がＺ軸方向（鉛直方向）に変位可能な範囲を設定することができる。

次に、上記構成の制振装置１Ａの動作について説明する。
制振装置１Ａが備える振動体１６は、地震や風などの外乱によって構造物１０が振動した際に、構造物１０の振動に同調して振動する。このとき、振動体１６を支持する積層ゴム１８が、その減衰効果によって振動体１６の振動エネルギを消費する。結果として、構造物１０の振動エネルギが、振動体１６と積層ゴム１８とによって消費され、構造物１０の振動が抑制される。しかしながら、仮に、設計範囲を超えた地震によって過大な外乱が加えられた場合、振動体１６の水平方向の振動を積層ゴム１８によって吸収しきれずに、振動体１６が周囲のフレーム構造２０に衝突する可能性がある。振動体１６がフレーム構造２０に衝突すると、振動体１６は鉛直方向においても過大に変位してしまうおそれがある。振動体１６が鉛直方向に過大に変位し、その変位量が脱落防止面４２と引抜防止面４４との離間距離によって設定された所定値を超えると、軸部４０の脱落防止面４２または引抜防止面４４が、軸保持部４８の上面または下面に接触する。これにより、軸部４０に接続された振動体１６の鉛直方向の変位が規制され、振動体１６はこれ以上鉛直方向に変位することはない。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
脱落防止面４２と引抜防止面４４とによって、軸部４０がフレーム構造２０に対してＺ軸方向（鉛直方向）に変位可能な範囲が制限されることになる。また、軸保持部４８はフレーム構造２０に対してＺ軸方向（鉛直方向）には変位しないように設置される。これによって、軸部４０に接続された振動体１６のＺ軸方向（鉛直方向）の変位を所定値以内に制限することができる。これにより、振動体１６に過大なＺ軸方向（鉛直方向）の変位が発生することを抑制できるので、積層ゴム１８の損傷を防止することができる。

また、仮に、積層ゴム１８が損傷して振動体１６を支持できない状態になった場合でも、脱落防止面４２と軸保持部４８の上面とによって振動体１６が吊られる形態で保持されるので、振動体１６が可動フレーム２４から落下することを防止できる。

〔第２実施形態〕
以下に、本発明の第２実施形態について図７乃至９を参照して説明する。本実施形態は第１実施形態に対して鉛直変位制限機構の形態が異なり、その他の点については同様である。したがって、第１実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態の制振装置１Ｂの鉛直変位制限機構３０Ｂは、棒状部材６０と、振動体１６に接続されたリンク６２とを備える。

Ｙ軸方向にて対向する１対の固定フレーム２２のそれぞれには、Ｙ軸方向に亘ってＸ軸方向で対向する１対のＹ方向リニアガイド２６Ｙが設置されている。棒状部材６０は、Ｘ軸方向で対向するＹ方向リニアガイド２６Ｙ間に、Ｘ軸方向に亘って２本設置されており、１対のＹ方向リニアガイド２６Ｙによって、Ｙ軸方向にのみスライド可能となっている。すなわち、Ｙ方向リニアガイド２６Ｙに沿って棒状部材６０が走行するようになっている。なお、棒状部材６０は、Ｚ軸方向（鉛直方向）には変位しない。

図８に示すように、Ｙ軸方向にスライド可能な棒状部材６０は、一端が振動体１６に対して接続されたリンク６２の他端に形成された挿通穴６４に挿通されている。このとき、棒状部材６０はリンク６２の挿通穴６４に挿通されているので、リンク６２およびリンク６２に接続された振動体１６は、棒状部材６０の延在方向（Ｘ軸方向）にスライド可能になっている（図９参照）。

前述の通り、棒状部材６０はＹ軸方向にスライド可能とされおり、さらに、棒状部材６０が挿通されるリンク６２はＸ軸方向にスライド可能とされているので、リンク６２はステージ１２やフレーム構造２０に対して、Ｘ−Ｙ平面（水平面）内で自在に移動することができる。

また、棒状部材６０とリンク６２の挿通穴６４との間にはＺ軸方向（鉛直方向）に変位可能な隙間が設定されており、リンク６２に接続された振動体１６がＺ軸方向（鉛直方向）に変位可能な所定の範囲とすることができる。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
リンク６２の挿通穴６４と挿通穴６４に挿通される棒状部材６０との間の隙間を設定することで、リンク６２が棒状部材６０に対してＺ軸方向（鉛直方向）に変位可能な範囲は制限されることになる。また、棒状部材６０はフレーム構造２０に対してＺ軸方向（鉛直方向）には変位しないように設置されている。これによって、リンク６２に接続された振動体１６のＺ軸方向（鉛直方向）の変位を所定値以内に制限することができる。これにより、振動体１６に過大なＺ軸方向（鉛直方向）の変位が発生することを抑制できるので、積層ゴム１８の損傷を防止することができる。

また、仮に、積層ゴム１８が損傷して振動体１６を支持できない状態になった場合でも、棒状部材６０とリンク６２の挿通穴６４とによって振動体１６が吊られる形態で保持されるので、振動体１６が棒状部材６０から落下することを防止できる。

〔第３実施形態〕
以下に、本発明の第３実施形態について図１０乃至１４を参照して説明する。本実施形態は第１及び第２実施形態に対して鉛直変位制限機構の形態が異なり、その他の点については同様である。したがって、第１及び第２実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。

図１０，１１，１２に示すように、本実施形態の制振装置１Ｃの鉛直変位制限機構３０Ｃは、Ｘ−Ｙ平面内に広がる固定側すべり面８２を有するすべり板８０と、一端が固定側すべり面８２に隙間を設けて対向する移動側すべり面８６とされ、他端が振動体１６に回転自由に接続された移動側部材８４とを備える。

すべり板８０は、その下面（固定側すべり面８２）が、フレーム構造２０内にてＺ軸方向（鉛直方向）下向きになるようにフレーム構造２０が有する固定フレーム２２に設置されている。

一端に移動側すべり面８６を有する移動側部材８４は、移動側すべり面８６が固定側すべり面８２に隙間を設けて対向するように配置されている。また、移動側部材８４の他端には、振動体１６が回転自在に接続されている。

図１２に示すように、固定側すべり面８２と移動側すべり面８６との間には、Ｚ軸方向（鉛直方向）に隙間が設定されており、移動側部材８４に回転自在に接続された振動体１６がＺ軸方向（鉛直方向）上向きに変位可能な所定の範囲とすることができる。

なお、振動体１６はＸ−Ｙ平面（水平面）においてはその変位を制限されていないので、図１３，１４に示すように、Ｘ−Ｙ平面（水平面）においては自在に移動することができる。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
固定側すべり面８２と移動側すべり面８６との間の隙間を設定することで、移動側すべり面８６が固定側すべり面８２に対してＺ軸方向（鉛直方向）上向きに変位可能な範囲が制限されることになる。また、固定側すべり面８２（すべり板８０）はフレーム構造２０の固定フレーム２２に対して固定されている。これによって、移動側すべり面８６を有する移動側部材８４が回転自由に接続された振動体１６のＺ軸方向（鉛直方向）上向きの変位を所定値以内に制限することができる。これにより、振動体１６に過大なＺ軸方向（鉛直方向）上向きの変位が発生することを抑制できるので、積層ゴム１８の損傷を防止することができる。

なお、前述の第１乃至第３実施形態の鉛直変位制限機構３０は、既設の制振装置に対しても設置可能であり、既設の制振装置が備えるフレーム構造と振動体との間に前述の第１乃至第３実施形態の鉛直変位制限機構３０を設置することで、既設の制振装置を制振装置１に改造可能である。例えば、既設の制振装置が備えるフレーム構造にすべり板８０を設置し、振動体に移動側部材８４を設置することで、既設の制振装置を前述の制振装置１Ｃとすることができる。

１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ） 制振装置
１０ 構造物
１２ ステージ
１６ 振動体
１８ 積層ゴム
２０ フレーム構造
２２ 固定フレーム（フレーム部材）
２４ 可動フレーム（フレーム部材）
２６Ｘ Ｘ方向リニアガイド
２６Ｙ Ｙ方向リニアガイド
３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ） 鉛直変位制限機構
４０ 軸部
４２ 脱落防止面
４４ 引抜防止面
４６ ジョイント
４８ 軸保持部
６０ 棒状部材
６２ リンク
６４ 挿通穴
８０ すべり板
８２ 固定側すべり面
８４ 移動側部材
８６ 移動側すべり面

Claims (5)

1. 振動体と、
   該振動体を取り囲むフレーム構造と、
   前記振動体を支持するとともに鉛直方向に積層された積層ゴムと、
   前記振動体の鉛直方向の変位を所定値以内に制限する鉛直変位制限機構と、
   を備えることを特徴とする制振装置。
2. 前記鉛直変位制限機構は、前記振動体に対して接続され鉛直方向に延在する軸部と、
   該軸部の上部に設けられ、該軸部の前記フレーム構造に対する鉛直方向下向きの変位を制限する脱落防止面と、
   該脱落防止面の下方に設けられ、前記軸部の前記フレーム構造に対する鉛直方向上向きの変位を制限する引抜防止面と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
3. 前記鉛直変位制限機構は、水平方向に延在して前記フレーム構造に取り付けられた棒状部材と、
   一端が前記振動体に接続されるとともに、他端に前記棒状部材が挿入され前記棒状部材の延在方向にスライド可能なリンクと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
4. 前記鉛直変位制限機構は、水平面内に広がり前記フレーム構造に取り付けられた固定側すべり面を有するすべり板と、
   該固定側すべり面に隙間を設けて対向する移動側すべり面を有し前記振動体に回転自由に接続された移動側すべり部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
5. 振動体と、
   該振動体を取り囲むフレーム構造と、
   前記振動体を支持するとともに鉛直方向に積層された積層ゴムと、
   を備えた制振装置の改造方法であって、
   前記振動体の鉛直方向の変位を所定値以内に制限する鉛直変位制限機構を、前記フレーム構造と前記振動体との間に設置することを特徴とする制振装置の改造方法。

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