JP3253258B2 - ブレース用の制振装置 - Google Patents

ブレース用の制振装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の柱と梁と
で軸組みされる箇所に補強用として用いられるブレース
に設けられる制振装置とその構造体の補強構造に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、構造物において、風力又は地震力
の水平力に抵抗するため、補強材として、図8に示すよ
うに、ブレース20を設けることが知られている。この
ブレースは、柱21と梁22との軸組の対角線上に設け
るものであるが、この図で示すように、梁22の中央に
制振部材23をセットして、この制振部材23に軸組の
両隅から連結させるようにブレース20を設けるものも
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、構造物
に水平な外力が作用すると、ブレース20aには圧縮力
が作用し、他方のブレース20bには引張力が作用す
る。このような構造物において、前記制振部材23は、
水平力に対する振動エネルギーを吸収して減衰させるも
のなので、地震時の変形により一方のブレース20aに
圧縮力が作用して当該制振部材23に鉛直荷重が作用す
ると、当該制振部材23は鉛直方向の変形を吸収するこ
とができないので、ブレース20aがあることによっ
て、下部の梁22を変形させることがある、と言う不具
合がある。
【0004】このように、従来のブレース用に設けた制
振部材では、鉛直方向の振動エネルギーを吸収すること
が出来ないので、補強材としてブレースを有する場合の
梁への影響において解決すべき課題を有している。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係るブレース用
の制振装置の上記課題を解決し上記目的を達成するため
の要旨は、柱と梁との軸組に配設されるブレースに設け
られる、水平方向の外力を減衰させる水平減衰装置と鉛
直方向の外力を減衰させる鉛直減衰装置とからなる制振
装置であって、前記水平減衰装置及び鉛直減衰装置の減
衰材が電気粘性流体若しくは電気磁性流体であり、前記
制振装置の上部にブレース用係合部が設けられるととも
に、該装置の下部には梁用係合部が設けられ、前記鉛直
減衰装置は対向させた有底多重筒電極部材を嵌装させる
ものであって、当該一方の有底多重筒電極部材における
2重筒間には他方の有底多重筒電極部材の筒の壁面に摺
接する球状滑部材が収納されていることに存する。
【0006】
【0007】本発明に係る構造体の補強構造によれば、
風力等の外力が構造体の柱と梁の軸組みに作用した場合
に、補強として設けられるブレースに圧縮力が作用して
も、そのエネルギーを制振装置で吸収して緩和させるこ
とになり、ブレースを支持する梁に変形等の悪影響が生
じなくなる。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図1に示すように、本発明に係るブレー
ス用の制振装置Aは、水平方向用の減衰手段である水平
減衰装置2と、該減衰手段1の上に配設された鉛直方向
用の減衰手段である鉛直減衰装置1と、各減衰手段を電
気的に制御する制御装置10とから構成される。
【0009】この水平または鉛直の減衰装置1,2は、
電気粘性(ER)流体若しくは電気磁気粘性(EMR)
流体を減衰材として使用したものであり、構造物に加わ
る外力の変形レベルに応じて前記電気粘性流体に電極部
材で減衰量を変化させ、応答を低減させることができ、
該減衰装置と積層ゴムとの組み合わせにより、微小変形
領域から大変形領域までの制振効果が期待できるとした
ものである。
【0010】前記水平減衰装置2は、図2乃至図5に示
すように、平板状の電極板3が水平に間隙を有して任意
の高さに積層される。この積層した電極板3の高さ調節
には、薄い調整プレートを複数枚積み重ねて行うように
する。
【0011】そして、前記電極板3,3の間隙には、機
能性流体(ER流体若しくはEMR流体を言う、以下同
じ)5がパッキン4を介して封止されている。
【0012】前記パッキン4は、図3に示すように、テ
フロン製のテフロンパッキン4aと、その内側に配設さ
れるゴム製のゴムパッキン4bからなり、共に前記間隙
を封止する厚さでリング状になっている。前記テフロン
パッキン4aは、これに代えて接触面の摩擦をとるよう
にした硬質のプラスチックパッキンとしてもよい。
【0013】前記テフロンパッキン4aは、図4におい
て、下側の電極板3とは接着剤で貼着されており、上側
の電極板3とは摺動可能になっている。
【0014】また、前記ゴムパッキン4bは、断面形状
が円形で、積層されて若干潰されるように設定されてい
る。このゴムパッキン4bの内側に、図5に示すよう
に、機能性流体5が充填されている。
【0015】前記電極板3は、図示していないが各々電
源に接続されており、+極と−極が交互になるように接
続される。
【0016】前記鉛直減衰装置1は、図6(イ)に示す
ように、一方の筒状電極壁6a,6b,…(7a,7
b,…)が相手側の筒状電極壁7a,7b,…(6a,
6b,…)間に挟装されるように同心円状に複数の電極
壁6a,…若しくは7a,…を各々基部プレート6p,
7pに一端部を固着又は一体成形して配設した一対の有
底多重筒電極部材6,7を鉛直方向で対向配置にして嵌
装させるとともに、隣接した筒状電極壁(例えば6a,
7a)の間隙に、機能性流体5をパッキン8で封止して
形成される。
【0017】前記有底多重筒電極部材6,7の基部プレ
ート6p,7pには、図示していないが電源の+極,−
極のいずれかが接続されるものである。
【0018】また、前記パッキン8は、前述の水平減衰
装置2と同様のものであって、リング状のテフロンパッ
キン8aとゴムパッキン8bとで構成される。更に、バ
ネなどの弾性部材11が、有底多重筒電極部材6の外側
の筒の下で有底多重筒電極部材7の凹溝7cの中に配設
されている。
【0019】この弾性部材11は、例えば、比較的小さ
な直径のコイルスプリングを前記凹溝7cの中に多数載
置して構成しても良いし、当該凹溝7cの全体に一つの
大きな直径のコイルスプリングを載置しても良い。この
ほか、合成樹脂製の発泡体(ウレタン等)を弾性部材と
しても良いものであり、特に限定するものではない。
【0020】また、前記有底多重筒電極部材6の外側の
2重筒6c,6dの間には、図6(ロ)に示すように、
球状滑部材(例えば、ボールベアリング)12が多数個
収納されている。該球状滑部材12の一部が、前記2重
筒6c,6dの各々の周方向の間隙から半径方向に突出
し、有底多重筒電極部材7の外側の筒7dと筒7aとの
間の凹溝7cにおいて、両筒7a,7dの壁面と滑らか
に摺接するようになっている。
【0021】この鉛直減衰装置1の組立においては、例
えば、有底多重筒電極部材6側で、所定深さに治具等を
使用して押し込むようにして、リング状のテフロンパッ
キン8aを摺接面に接着剤を塗布してそれが乾かないう
ちにセットする。
【0022】この場合、テフロンパッキン8aは、同心
円状に必要数全部を同時に治具等で押し込む必要があ
る。次に、リング状のゴムパッキン8bを必要数纏めて
治具等で押し込む。更に、機能性流体5の空間部を確保
してゴムパッキン8b及び接着剤を塗布したテフロンパ
ッキン8aをセットする。
【0023】上下の2カ所で同心円上に複数配設された
前記テフロンパッキン8aが十分に接着剤で固着された
後に、筒状電極壁6a,6b、…と筒状電極壁7a,7
b,…の対向部側を対向させて、有底多重筒電極部材7
を鉛直方向で有底多重筒電極部材6に嵌装させる。
【0024】そして、筒状電極壁(例えば、6a,7
a)間の間隙における上側のゴムパッキン8bと下側の
ゴムパッキン8bとの間の空間に、該間隙の空間に外側
から水平方向に連通させて設けた貫通孔(図示せず)に
よって、機能性流体5を注入ポンプ(図示せず)で流し
込む。こうして前記各間隙の空間内に機能性流体5を充
填する。
【0025】前記注入用の貫通孔にはその壁面にネジ溝
が刻設されており、前記機能性流体5の前記間隙の空間
内への充填作業が完了した後に、当該貫通孔のネジ溝に
ネジキャップを螺着して、機能性流体5が前記空間内か
ら外部へ流出しないように封止する。なお、外側の球状
滑部材(ボールベアリング)12を、有底多重筒電極部
材6の2重筒6c,6dの間に収納するには、当該2重
筒6c,6dの下端の開口部から順次内部へと球状滑状
部材12を押し込んでセットするものである。
【0026】前記鉛直減衰装置1には、その上部面にブ
レース20a,20bの下端部との連結を図るブレース
用係合部材13,13が設けられている。一方、水平減
衰装置2には、梁22に固定するするための梁用係合部
材14が設けられている。
【0027】以上のようにして鉛直減衰装置1と水平減
衰装置2とから形成されるブレース用の制振装置Aを、
図7に示すように、構造物の柱21と梁22との軸組に
おけるブレース20a,20bの下端部に取り付ける。
【0028】この構造体の補強構造によると、例えば、
柱21に風力や地震等の外乱が作用した際に、ブレース
20aには圧縮力が作用して当該ブレース用の制振装置
Aに押圧力が作用し、その分力として鉛直力が生じる。
【0029】前記外乱による鉛直力が生じることによっ
て、ブレース用の制振装置Aにおける鉛直減衰装置1で
は、外乱の大きさに応じて有底多重筒電極部材6,7に
制御装置10から所定の電流が印可されて電圧が加わ
り、筒状電極壁6a,…,7a…の間隙に充填された機
能性流体5の剪断力が増して前記外乱に抵抗しエネルギ
ーを吸収する。
【0030】このように、3次元方向に制振作用する制
振装置Aによって鉛直方向のエネルギーが吸収され、該
制振装置Aをセットしてある下側の梁22の変形が免れ
るものである。
【0031】この場合、外乱に対する水平減衰装置2と
鉛直減衰装置1との電圧のレベルをどのようにするか
は、制御判定ルーチンにおける電界出力レベル判定によ
り、構造物の柱や梁にセットした水平用と鉛直用のセン
サー(加速度計,速度計,変位計等で、一例として加速
度計)からA/Dコンバーターを介して伝達された外乱
が、判定値(例えば、25Gal,250Gal)より
大きいか小さいかを制御装置10で3段階に分けてレベ
ルを判定する。
【0032】そして、その各レベルに応じて、予め設定
した電流を各振動減衰装置Aの水平減衰装置2と鉛直減
衰装置1とに各個独立して印可して所定の電圧を加える
ようにしている。勿論、前記判定値及びレベルの区分け
は設定者によって任意に決められるものである。
【0033】また、制振装置Aに作用する水平力は、水
平減衰装置2により、外乱の大きさに応じて積層された
電極板3,3,…に所定の電流が印可されて電圧が加わ
り、機能性流体5の剪断応力が増して外乱に抵抗しエネ
ルギーを吸収する。
【0034】このようにして、外乱が小さい場合でも大
きい場合でも、電圧制御による機能性流体5の粘性抵抗
を可変させて、水平方向の振動のみならず鉛直方向(上
下方向)の振動に対してもその振動エネルギーを吸収し
て減衰させ、ブレースを有する構造物の軸組において
も、梁22の変形を生じさせないものである。
【0035】なお、制振装置Aの鉛直減衰装置1が鉛直
方向(上下方向)に振動する際には、有底多重筒電極部
材6における球状滑部材12と、有底多重筒電極部材7
の筒7a,7dの壁面とで滑らかに摺接するものであ
り、また、弾性部材11によっても鉛直方向の振動エネ
ルギーが吸収されるものである。
【0036】
【0037】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明に係るブレ
ース用の制振装置は、柱と梁との軸組に配設されるブレ
ース設けられる、水平方向の外力を減衰させる水平減衰
装置と鉛直方向の外力を減衰させる鉛直減衰装置とから
なる制振装置であって、前記水平減衰装置及び鉛直減衰
装置の減衰材が電気粘性流体若しくは電気磁性流体であ
り、前記制振装置の上部にブレース用係合部が設けられ
るとともに、該装置の下部には梁用係合部が設けられ、
前記鉛直減衰装置は対向させた有底多重筒電極部材を嵌
装させるものであって、当該一方の有底多重筒電極部材
における2重筒間には他方の有底多重筒電極部材の筒の
壁面に摺接する球状滑部材が収納されているので、ブレ
ースを有する柱と梁との軸組構造に3次元方向に制振作
用する減衰装置を設けることが容易に出来るという優れ
た効果を奏するものである。更に、制振装置の減衰材
が、電気粘性流体若しくは電気磁性流体であるので、減
衰性能を自由に設定することが出来て外乱の大小に合わ
せて素早く対応させることができる制振装置になるとい
う優れた効果を奏するものである。また、前記球状滑部
材により、鉛直方向に振動する際には滑らかに摺接する
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る制振装置Aの構成を、その一部を
破断して示す概略斜視図である。
【図2】同本発明に係る制振装置Aにおける水平減衰装
置2の挙動を示す説明図である。
【図3】同本発明に係る制振装置Aにおける水平減衰装
置2の構造を、拡大して詳細に示す縦断面図である。
【図4】図3に示す水平減衰装置2のB部分の拡大図で
ある。
【図5】同本発明に係る制振装置Aにおける水平減衰装
置2の平面図である。
【図6】同本発明に係る制振装置Aにおける鉛直減衰装
置1の縦断面図(イ)と、その一部を拡大して示す断面
図(ロ)である。
【図7】同本発明に係る制振装置Aを柱と梁の軸組に設
けて使用する状態を示す説明図である。
【図8】従来例に係る制振装置の使用状態説明図であ
る。
【符号の説明】
A 本発明の制振装置、1 鉛直減衰装置、2 水平減
衰装置、3 電極板、4 パッキン、 5 機能性流
体、6,7 有底多重筒電極部材、7c 凹溝、8 パ
ッキン、10 制御装置、11 弾性部材、12 球状
滑部材、13 ブレース用係合部材、14 梁用係合部
材、20a,20b ブレース、21 柱、22 梁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E04H 9/02 F16F 15/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 柱と梁との軸組に配設されるブレースに
    設けられる、水平方向の外力を減衰させる水平減衰装置
    と鉛直方向の外力を減衰させる鉛直減衰装置とからなる
    制振装置であって、 前記水平減衰装置及び鉛直減衰装置の減衰材が電気粘性
    流体若しくは電気磁性流体であり、 前記制振装置の上部にブレース用係合部が設けられると
    ともに、該装置の下部には梁用係合部が設けられ、 前記鉛直減衰装置は対向させた有底多重筒電極部材を嵌
    装させるものであって、当該一方の有底多重筒電極部材
    における2重筒間には他方の有底多重筒電極部材の筒の
    壁面に摺接する球状滑部材が収納されていること、 を特徴とするブレース用の制振装置。
JP10433797A 1997-04-22 1997-04-22 ブレース用の制振装置 Expired - Fee Related JP3253258B2 (ja)

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