JP3550486B2 - 制振装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の揺れを抑える制振装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図18に示すように、長さの等しいロッド150を菱形に組み合わせ、ピンジョイント152の間にダンパー154を配置し、ピンジョイント156での変形量を拡大しダンパー154による減衰性を向上させた制振用ダンパー装置158がある(特開平5−231031号公報参照)。
【0003】
しかしながら、ダンパー154の取付スペースに制限があり(ロッド150で囲まれたスペース内に取付ける必要有り)、汎用のダンパーが使用できない場合がある。また、図19に示すように、ピンジョイント156を直接構造体に取付ける必要があり、制振用ダンパー装置158として、ユニット化することができない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る事実を考慮し、汎用のダンパーが使用でき、ダンパーの取付けの自由度を高め、また、ユニット化が可能な制振装置を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、構造物に作用する外力によって相対変形する第1構材と第2構材に取付けられ、構造物の振動を抑えるようになっている。
【0006】
この第1構材の一の部位には、第1アームの端部が回転可能に取付けられている。また、第2構材の一の部位には、第2アームの端部が回転可能に取付けられている。そして、第1アームと第2アームの自由端は、第1回転ヒンジで回転可能に連結されている。
【0007】
一方、第1構材の他の部位(一の部位と離れた部位)には、第3アームの端部が回転可能に取付けられている。また、第2構材の他の部位(一の部位と離れた部位)には、第4アームの端部が回転可能に取付けられている。そして、第3アームと第4アームの自由端は、第2回転ヒンジで回転可能に連結されている。
【0008】
これらの第1回転ヒンジと第2回転ヒンジは、第1アームと第2アームとが交わる角度が所定の角度となるように、また、第3アームと第4アームとが交わる角度が所定の角度となるように、減衰手段で連結されている。
【0009】
すなわち、第1アームと第2アームとによって第1トグル機構が構成され、第3アームと第4アームとによって第2トグル機構が構成され、第1トグル機構と第2トグル機構が、第1構材と第2構材の間に対面配置された恰好となる。
【0010】
そして、地震等によって、第1構材と第2構材が、小さく水平方向へ或いは鉛直方向へ相対変形しても、第1回転ヒンジと第2回転ヒンジが大きく接離して、減衰手段を大きく変形させる。
【0011】
このため、小さい変形×大きな力=大きな変形×小さな力という関係が成立し、第1回転ヒンジと第2回転ヒンジに連結された減衰手段が小さな力によって、第1構材と第2構材の振動を抑制する。また、第1構材と第2構材の小さな変形が、第1回転ヒンジと第2回転ヒンジの大きな変形に増幅されて制振されるので、中小の地震や風による振動も効果的に制振することができる。
【0012】
さらに、第1構材に連結される第1アームと第3アームの端部の取付位置が離れており、また、第2構材に連結される第2アームと第4アームの端部の取付位置が離れているので、従来の菱形トグルと比較すると、第1回転ヒンジと第2回転ヒンジの間隔が広い。このため、減衰手段の取付スペースが広くなり、取付の自由度も大きくなる。
【0013】
請求項2に記載の発明では、請求項1の発明のように、第1回転ヒンジと第2回転ヒンジとを減衰手段で連結するのではなく、第1アームと第3アームが減衰手段で連結され、第2アームと第4アームが他の減衰手段で連結されている。
【0014】
これによって、減衰手段が連結された部位における変形の増幅倍率は、第1回転ヒンジと第2回転ヒンジとの変形の増幅倍率より小さくなるが、減衰手段を複数設けることにより、減衰能力を向上させることができる。
【0015】
請求項3に記載の発明では、第1アーム、第2アーム、第3アーム、及び第4アームの端部を構材に直接連結するのではなく、第1アームの端部と第3アームの端部を第1連結板へ、また、第2アームの端部と第4アームの端部を第2連結板へ、回転可能に取付けている。
【0016】
これによって、制振装置としてユニット化が可能となり、ブレース材に組付けたり、また、免震構造及び免震床構造等に使用することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1に示すように、第1形態に係る制振装置10は、梁14と柱12との連結部、すなわち、架構16の隅部に配設されている。
【0022】
梁14には、三角形状で剛性の大きい剛体18が、柱12には、剛体18の取付面18Aとの間に、制振装置10の設置スペースを確保して、剛性の大きい剛体20が設けられている。
【0023】
この制振装置10は、剛体18の取付面18Aに設けられた回転支承22に端部が連結された第1アーム24と、剛体20の取付面20Aに設けられた回転支承26に端部が連結された第2アーム28とを備えている。第1アーム24と第2アーム28の自由端は、第1回転ヒンジ30で回転可能に所定の角度を持って連結され、第1トグル機構10Aを構成している。
【0024】
また、剛体18の取付面18Aには、回転支承32が設けられており、この回転支承32に第3アーム34の端部が連結されている。さらに、剛体20の取付面20Aには、回転支承36が設けられており、この回転支承36に第4アーム38の端部が連結されている。この第3アーム34と第4アーム38の自由端は、第2回転ヒンジ40で回転可能に所定の角度を持って連結され、第1トグル機構10Aと対称形の第2トグル機構10Bを構成している。
【0025】
また、第1回転ヒンジ30には、ダンパー42のシリンダー42Aが、第2回転ヒンジ40には、ダンパー42のロッド42Bが回転可能に連結されている。なお、本形態の制振装置10は、柱、梁に限らず、隅角部を有する構造物へ配置することができる。
【0026】
次に、本形態に係る制振装置10の作用を説明する。
図2に示すように、地震等によって、架構16が右方向へ水平変形すると、架構16の右側の隅部の内角θ1は小さくなり、左側の隅部の内角θ2は大きくなる。
【0027】
これによって、右側に配置された制振装置10では、第1トグル機構10Aの第1回転ヒンジ30における内角が小さくなり、また、第2トグル機構10Bの第2回転ヒンジ40における内角も小さくなる。そして、架構16の水平方向への変位量に比べて、第1回転ヒンジ30と第2回転ヒンジ40に連結されたダンパー42のロッド42Bの伸長量が大きくなる。
【0028】
すなわち、小さい変形×大きな力=大きな変形×小さな力という関係が成立し、ダンパー42が小さな力によって、架構16の振動を抑制する。
【0029】
一方、左側に配置された制振装置10では、第1トグル機構10Aの第1回転ヒンジ30における内角が大きくなり、第2トグル機構10Bの第2回転ヒンジ40における内角も大きくなる。そして、架構16の水平方向への変位量に比べて、ダンパー42のロッド42Bの収縮量が大きくなる。
【0030】
このように、建物の形状を考慮して、左右対称に制振装置10を取付けることにより、揺れ方向に関係なく、均等に制振効果を発揮させることができる。また、第1アーム24と第3アーム34とをそれぞれ別の回転支承22、32に連結し、さらに、第2アーム28と第4アーム38とをそれぞれ別の回転支承26、36に連結することで、従来と比較して、ダンパー42の取付スペースが広くなり、取付の自由度も大きくなる。
【0031】
次に、第2形態に係る制振装置を説明する。
図3に示すように、第2形態では、第1アーム24の端部が回転支承22を介して、第3アーム34の端部が回転支承32を介して、第1連結板44に連結されている。また、第2アーム28の端部が回転支承26を介して、第4アーム38の端部が回転支承36を介して、第2連結板46に連結されている。
【0032】
さらに、第1回転ヒンジ30には、ダンパー48のシリンダー48Aが、第2回転ヒンジ40には、ダンパー48のロッド48Bが回転可能に連結されている。
【0033】
すなわち、第2形態の制振装置50では、構造体に直接取付けるのではなく、連結板を用いることにより、制振装置がユニット化されている。
【0034】
次に、本形態に係る制振装置50の作用を説明する。
図3に示すように、第1連結板44及び第2連結板46には、連結部材52、54が設けられており、連結部材52へは架構56の上隅部へ回転可能に連結されたブレース材58が連結され、また、連結部材54へは架構56の下隅部へ回転可能に連結されたブレース材60が連結されている。
【0035】
ここで、図4に示すように、地震等によって、架構56が左方向へ水平変形すると、第1連結板44と第2連結板46との距離が狭まり、第1トグル機構50Aの第1回転ヒンジ30における内角が小さくなり、また、第2トグル機構50Bの第2回転ヒンジ40における内角も小さくなる。
【0036】
別な見方をすれば、第2アーム28が回転支承26を中心として回転運動を行い、また、第4アーム38が回転支承36を中心として回転運動を行い、第1回転ヒンジ30と第2回転ヒンジ40の移動量が、架構56の左方向への変形量より大きくなる。
【0037】
このため、ダンパー48のロッド48Bの伸長量も、架構56の変形量より大きくなり、小さい変形×大きな力=大きな変形×小さな力という関係が成立し、架構56の振動が効率よく抑制される。
【0038】
また、図5に示すように、架構56が右方向へ水平変形すると、第1連結板44と第2連結板46との距離が拡がり、第1トグル機構50Aの第1回転ヒンジ30における内角が大きくなり、また、第2トグル機構50Bの第2回転ヒンジ40における内角も大きくなる。そして、ダンパー48のロッド48Bが収縮して、制振効果を発揮する。
【0039】
このとき、第1回転ヒンジ30と第2回転ヒンジ40の移動量は、架構56が左方向へ移動する場合より小さいが、左右対称に制振装置50を配置することにより、揺れ方向の違いによる制振効果の差を無くすことができる。
【0040】
次に、第3形態に係る制振装置を説明する。
第3形態では、第2形態と基本的な構成は同じであるが、減衰手段として、ダンパー62が第1アーム24と第3アーム34とに連結され、コイルばね64が第2アーム28と第4アーム38とに連結されている。なお、以下コイルばねを例に採って説明するが、減衰機能を持つものであれば、ばねの形式は問わない。
【0041】
すなわち、ダンパー48及びコイルばね64が連結された部位の変位量は、第1回転ヒンジ30や第2回転ヒンジ40における変位量と比較すると小さく、増幅倍率は小さくなるが、複数の減衰手段を設けることによって、減衰能力を向上させ、制振装置としての能力を向上させることができる。
【0042】
次に、本形態の制振装置66の作用を説明する。
図6に示すように、第1連結板44が架構65の上梁68側に設けられたK型ブレース70の水平部材72に固定されている。また、第2連結板46は、下梁74に固定されている。
【0043】
ここで、図7に示すように、地震等によって、架構65が左方向へ水平変形すると、第2アーム28が回転支承26を中心として回転運動を行い、また、第4アーム38が回転支承36を中心として回転運動を行う。
【0044】
そして、架構65の変位量より、ダンパー62が連結されている部位の間隔の変化が大きく、また、コイルばね64が連結されている部位の間隔の変化が大きい。このようなトグル機構の特性を用いることにより、また、減衰手段を多数設けることにより、大きな制振効果が期待できる。
【0045】
また、同様に、図8に示すように、架構65が右方向へ水平変形したときも、図8に示すように、架構65の変位量より、ダンパー62が連結されている部位の間隔の変化、及びコイルばね64が連結されている部位の間隔の変化が大きくなる。これによって、架構65の振動を効率よく制振することができる。
【0046】
なお、本形態では、ダンパー等の減衰手段を複数配置するために、回転ヒンジでなく、アームに直接連結したが、図9に示す制振装置84のように、ダンパー76及びコイルばね78をプレート80に連結してユニット化し、これをロッド82で、第1回転ヒンジ30と第2回転ヒンジ40に連結するようにしてもよい。これにより、変位の増幅倍率が一番大きい箇所を減衰することができる。
【0047】
また、図10に示すように、第3形態に係る制振装置66は、免震床構造に用いることもできる。
【0048】
この免震床構造では、床スラブ86の上に二重床材88が配置され、二重床材88が天井スラブ90から吊り材92で吊り下げられている。また、二重床材88の周囲には、一方が柱94に固定された弾性ばね96が連結されている。これにより、二重床材88は、吊り材92の振り戻しと弾性ばね96の復元力で、セット位置が保持される。
【0049】
そして、制振装置66の第1連結板44が二重床材88の裏面へ、第2連結板46が床スラブ86に固定されている。
【0050】
このような構成において、図11に示すように、地震等によって床スラブ86が右方向へ移動すると、上述したように、制振装置66が振動を制振して、床スラブ86の揺れや振動を二重床材88に伝へない。また、二重床材88が上下に振動しても、アームが屈伸して、ダンパー62及びコイルばね64を作動させ、振動を減衰する。
【0051】
なお、本形態では、弾性ばね96の復元力で、二重床材88のセット位置を保持するようにしたが、図12に示すように、弾性ばね96に替えて、制振装置67を縦にして取付けてもよい。また、この場合、床スラブ86側に配置された制振装置66を取り外して、二重床材88をコロ等で支承するようにしても構わない。
【0052】
一方、図13に示すように、第1形態で説明した制振装置10は、建物140と建物142の間(通常、20cm〜50cmの間隔しかない)に配置され、相対変位する建物140、142の振動エネルギーを吸収するような場合に威力を発揮する。
【0053】
すなわち、図14に示すように、通常用いられている直動式の油圧ダンパー144を建物140と建物142の間に配置すると、ピストン146のストロークは、シリンダー148の長さによって決定される。例えば、建物140と建物142の間隔が3Lの場合、油圧ダンパー144のストロークは、シリンダー148の板厚、ピストン146の厚み、及び油圧ダンパー144の取付支承150の大きさを一切無視しても、一方向にLしか距離を稼げない。従って、設置場所が限定される。
【0054】
一方、制振装置10では、油圧ダンパー42のストローク方向が上下方向となっているので、建物140と建物142の間隔を気にすることなく配置でき、また、トグル機構によって、建物の変形倍率を大きく取ることができるので、油圧ダンパー42の性能を上げることもできる。
【0055】
さらに、図14に示すように、従来型の場合、バランスを取るために一カ所に2つの油圧ダンパー144を必要とするが、制振装置10では、バランスを取る必要がないので、1つの油圧ダンパー42で足りる。
【0056】
なお、本形態では、油圧ダンパー42のストローク方向が上下方向となるように、制振装置10を配置したが、ストローク方向が水平方向、すなわち、制振装置10を図13に示す位置から90°回転させて、建物140と建物142の間に取付けることもできる。
【0057】
次に、第4形態に係る制振装置を説明する。
図15に示すように、本形態に係る制振装置98では、上梁68に設けられた回転支承100へ長アーム104の端部と短アーム106の端部が連結されており、下梁74に設けられた回転支承102には、短アーム108の端部と長アーム110の端部が連結されている。そして、長アーム104の自由端と短アーム108の自由端が上連結部材112で回転可能に連結され、短アーム106の自由端と長アーム110の自由端が下連結部材114で回転可能に連結されている。
【0058】
すなわち、2つのトグル機構が対向配置されて平行四辺形のフレームを構成し、このフレームの長い方の対角線上に、回転支承100、102が位置する構成である。
【0059】
また、上記のフレームの中には、さらに、2つのトグル機構が対向配置されて平行四辺形のフレームを構成している。
【0060】
すなわち、上連結部材112へ長アーム116の端部と短アーム118の端部が連結され、下連結部材114に短アーム120の端部と長アーム122の端部が連結されている。そして、長アーム116の自由端と短アーム120の自由端が連結部材124で回転可能に連結され、長アーム122の自由端と短アーム118の自由端が連結部材126で回転可能に連結されている。これにより、フレームの長い方の対角線上に、上連結部材112と下連結部材114が位置する構造である
連結部材124と連結部材126とは、ダンパー128で連結されており、このダンパー128で、連結部材124と連結部材126との間に生じる力を吸収するようになっている。
【0061】
また、上連結部材112には、上端が上梁68に回転可能に連結されたガイドロッド130が、下連結部材114には、下端が下梁74に回転可能に連結されたガイドロッド132が連結されている。この構成により、平行四辺形フレームの動きが面内の動きに制限され、制振効果が高まるようになっている。
【0062】
次に、本形態に係る制振装置の作用を説明する。
図16に示すように、架構65が右方向へ水平変形すると、トグル機構を構成する短アーム108と長アーム110が回転支承102を中心に回転運動を行い、上連結部材112と下連結部材114の間隔が狭くなり、変化量が架構65の水平変形量より大きくなる。
【0063】
また、この上連結部材112と下連結部材114とに連結された平行四辺形フレームの連結部材124と連結部材126の移動する距離は、上連結部材112と下連結部材114の移動する距離より幾何学上大きくなる。
【0064】
これによって、ダンパー128のロッド128Aは大きく伸長し、架構65の振動を制振する。
【0065】
また、図17に示すように、架構65が左方向へ水平変形すると、外側にある平行四辺形フレームは拡がり、上連結部材112と下連結部材114の間隔が拡がり、内側にある平行四辺形フレームの連結部材124と連結部材126の間隔は狭くなる。そして、架構65の変形量よりダンパー128のロッド128Aの収縮量が増幅され、架構65の振動を制振する。
【0066】
なお、トグル機構の特性上、本形態の制振装置では、左方向の揺れに対する制振効果が若干低下するが、左右対称に制振装置を配置することで対処できる。
【0067】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、汎用のダンパーが使用でき、ダンパーの取付けの自由度が大きくなる。また、ユニット化が可能となり、免震床構造にも使用することができる。さらに、トグル機構を二重に配置することで、変形の増幅倍率を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1形態に係る制振装置の取付状態を示した説明図である。
【図2】第1形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図3】第2形態に係る制振装置の取付状態を示した説明図である。
【図4】第2形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図5】第2形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図6】第3形態に係る制振装置の取付状態を示した説明図である。
【図7】第3形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図8】第3形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図9】第3形態に係る制振装置の変形例を示す側面図である。
【図10】第3形態に係る制振装置の免震床構造への利用方法を示した正面図である。
【図11】第3形態に係る制振装置が使用された免震床構造の動きを示した正面図である。
【図12】第3形態の変形例に係る制振装置の免震床構造への利用方法を示した正面図である。
【図13】第1形態に係る制振装置が建物間に取付けられた例を示す正面図である。
【図14】直動式ダンパーを用いた制振装置を示す正面図である。
【図15】第4形態に係る制振装置の取付状態を示した説明図である。
【図16】第4形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図17】第4形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図18】従来の制振用ダンパー装置を示した説明図である。
【図19】従来の制振用ダンパー装置の取付状態を示した説明図である。
【符号の説明】
24 第1アーム
28 第2アーム
30 第1回転ヒンジ
34 第3アーム
38 第4アーム
40 第2回転ヒンジ
42 ダンパー(減衰手段)
44 第1連結板
46 第2連結板
62 ダンパー(減衰手段)
64 コイルばね(減衰手段)
104 長アーム(外アーム)
106 短アーム(外アーム)
108 短アーム(外アーム)
110 長アーム(外アーム)
116 長アーム(内アーム)
118 短アーム(内アーム)
120 短アーム(内アーム)
122 長アーム(内アーム)
128 ダンパー
130 ガイドロッド(ガイド手段)
132 ガイドロッド(ガイド手段)

Claims (3)

  1. 構造物に作用する外力によって相対変形する第1構材と第2構材に取付けられ、構造物の振動を抑える制振装置において、
    前記第1構材の一の部位に端部が回転可能に取付けられた第1アームと、前記第2構材の一の部位に端部が回転可能に取付けれられた第2アームと、前記第1アームと前記第2アームの自由端を回転可能に連結する第1回転ヒンジと、前記第1構材の他の部位に端部が回転可能に取付けられた第3アームと、前記第2構材の他の部位に端部が回転可能に取付けれられた第4アームと、前記第3アームと前記第4アームの自由端を回転可能に連結する第2回転ヒンジと、前記第1アームと前記第2アームとが交わる角度と前記第3アームと前記第4アームとが交わる角度が所定の角度となるように、前記第1回転ヒンジと前記第2回転ヒンジとを連結する減衰手段と、を有することを特徴とする制振装置。
  2. 構造物に作用する外力によって相対変形する第1構材と第2構材に取付けられ、構造物の振動を抑える制振装置において、
    前記第1構材の一の部位に端部が回転可能に取付けられた第1アームと、前記第2構材の一の部位に端部が回転可能に取付けれられた第2アームと、前記第1アームと前記第2アームの自由端を回転可能に連結する第1回転ヒンジと、前記第1構材の他の部位に端部が回転可能に取付けられた第3アームと、前記第2構材の他の部位に端部が回転可能に取付けれられた第4アームと、前記第3アームと前記第4アームの自由端を回転可能に連結する第2回転ヒンジと、前記第1アームと前記第2アームとが交わる角度と前記第3アームと前記第4アームとが交わる角度が所定の角度となるように、前記第1アームと前記第3アーム及び前記第2アームと前記第4アームを連結する複数の減衰手段と、を有することを特徴とする制振装置。
  3. 前記第1アームの端部を前記第1構材に替えて第1連結板の一の部位に回転可能に取付け、前記第2アームの端部を前記第2構材に替えて第2連結板の一の部位に回転可能に取付け、前記第3アームの端部を前記第1構材に替えて第1連結板の他の部位に回転可能に取付け、前記第4アームの端部を前記第2構材に替えて第2連結板の他の部位に回転可能に取付けたこと、を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の制振装置。
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