JP3977148B2

JP3977148B2 - 減衰装置

Info

Publication number: JP3977148B2
Application number: JP2002155910A
Authority: JP
Inventors: 辰治石丸; 隆弘新谷; 雅春久保田
Original assignee: Tobishima Corp
Current assignee: Tobishima Corp
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2016-12-19
Also published as: JP2003065386A

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減衰装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、免震装置等に用いられる回転体としての鉄球は、主として上部構造体を滑り易く支持する支承材兼ベアリング材として使用されるだけで、振動を減衰させる機構は、外部に設けられたダンパーに依存している。
【０００３】
このため、例えば、免震床等を構成する場合、ダンパーを配置するために、ある程度の床高が必要となり、階高が既に決まっている既存の建物を免震床とするには無理があった。
【０００４】
一方、建物全体を免震構造とする場合、通常、基礎コンクリートの上に鉄球を敷き並べ、この鉄球の上に建物が構築される支持スラブをスライド可能に載置するようになっている。
【０００５】
しかし、基礎コンクリート面及び支持スラブ面に不陸があると、鉄球との間に隙間が生じ建物が安定して支持されない。また、別途ダンパーを取付ける必要があるので、装置が大掛かりになり、高さ方向に一定のスペースが必要となる。
【０００６】
【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、別途ダンパーを設けることなく、狭いスペースに回転体の転がりを利用して、ストロークの大きい減衰装置を得ることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、内筒が外筒へ挿入されている。この外筒の内周壁には、減衰性能を備えた外部減衰層が形成され、また、内筒の外周壁には、減衰性能を備えた内部減衰層が形成されている。外部減衰層と内部減衰層との間には、回転体が挟持されており、外部減衰層及び内部減衰層を圧縮変形させている。
【０００８】
そして、内筒を軸方向へ往復移動させると、回転体が転がる。この回転体が転がるときに、外部減衰層及び内部減衰層に生じるせん断変形、及び外部減衰層及び内部減衰層と回転体との摩擦抵抗の組合わせによって、減衰作用を発揮する。また、内筒を外筒に対して回転させることによっても、減衰効果を得ることができる。
【０００９】
さらに、この減衰装置は、回転体の転がりによる減衰力を利用しているため、減衰可能な変位量に制限がなく、大変形ストロークのダンパーを構成することができる。
【００１０】
なお、圧縮力の大きさを調整し、回転体と外部減衰層及び内部減衰層との摩擦力を大きくすることによって、回転体が転がり始めるまでの、転がり抵抗又転がるときの摩擦抵抗を調整することもできる。また、減衰層によって、防振効果も期待できる。
【００１１】
一方、内筒或は外筒が、回転体を挟持する間隔を拡狭する方向へ相対移動しても、減衰層によって振動が減衰される。
【００１２】
また、減衰層の肉厚や材質（高減衰ゴム、天然ゴム、粘弾性体、鉛、又は極低降伏点鋼のような塑性変形に優れた金属）を、対象となる構造体の振動特性に合ったものに変えることによって、理想的な減衰装置を構築することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、両面に減衰板が固着された中板の外側に、減衰板が固着された一対の外板が配置されている。この中板の減衰板と外板の減衰板との間には回転体が挟持されている。そして、外板同士は拘束手段によって締め付けられ、回転体が減衰板を押圧して、当接部位を圧縮変形させている。また、この拘束手段は、中板が外板に対して平面２軸方向、すなわち、中板が長手方向及び幅方向に移動できるような箇所を締め付けている。
【００１４】
このため、一つの減衰装置で平面２軸方向の振動に対して減衰効果を発揮させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、ケーシングの底板に底部減衰板が固着されており、この底部減衰板の上に第１回転体が載置されている。この第１回転体は、両面に中部減衰板が固着され支持板を支承している。そして、支持板の中部減衰板と天板に固着された天部減衰板との間に第２回転体を挟持することにより、第１回転体及び第２回転体が、中部減衰板、天部減衰板、及び底部減衰板を圧縮変形させている。また、支持板からは、受け部が突設されており、天板に形成された開口から突出している。
【００１６】
この減衰装置では、ケーシングを基礎コンクリートの上にセットし、受け部に建物の床梁を支持するだけで、簡単に免震構造の建物を構築することができる。このように、回転体の転がりを利用した減衰装置をユニット化することによって、持ち運びが容易で、建築コストの安い免震建物を構築することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、第１形態に係る減衰装置を説明する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本形態に係る減衰装置４０は、底板４２Ａと天板４２Ｂとを備えた円筒状のケーシング４２を備えており、据え付けが容易なようにユニット化されている。
【００１９】
ケーシング４２の底板４２Ａには、板状の減衰板２５が貼り詰められている。この減衰板２５の上には、球体４４が環状に敷き並べられている。この球体４４の上には、両面に減衰板２７が貼り詰められた円板状の支持板４６が載せられている。また、天板４２Ｂの下面には、板状の減衰板２９が貼り詰められており、減衰板２７との間に、環状に配置された球体４８を挟持している。
【００２０】
このように、減衰板２７と減衰板２９との間に球体４８を挟持することによって、支持板４６が押圧され、全体として、球体４４、４８によって、減衰板２５、２７、２９が圧縮変形する。
【００２１】
一方、支持板４６の中央部には、円柱状の受け部５０が突設されており、天板４２Ｂの中央部に形成された開口部５２から上方へ突出している。開口部５２の開口縁部には、下方へ屈曲した環状のストッパー５４が設けられており、また、支持板４６の外周部にも、環状のストッパー５６が設けられている。このように、ストッパー５４、５６を設けることによって、球体４４、４８が支持板４６から抜け落ちない。
【００２２】
なお、ストッパー５４、５６は、振動制御対象となる構造物の設計最大変形量に対応して、支持板４６のスライド動作を干渉しない位置に設けられている。
【００２３】
次に、本形態に係る減衰装置が、免震床に適用された例を説明する。
【００２４】
図３に示すように、床スラブ１２の上に減衰装置４０が載置され、受け部５０で二重床材１６を支承している。これにより、床スラブ１２が振動して、支持板４６とケーシング４２とが相対移動すると、球体４４、４８の転がりによって生じる減衰板２５、２７、２９のせん断変形よる減衰力と、球体４４、４８が転がるときの減衰板２５、２７、２９との摩擦抵抗によって、高い減衰効果を発揮する。
【００２５】
また、減衰装置４０をユニット化することによって、据え付け工事が容易となり、免震床の建築コスト及び工程が削減できる。
【００２６】
なお、図４に示す減衰装置５０のように、多段状に球体５２及び減衰板５５が貼り詰められた支持板５４を積み重ねることによって、それぞれの球体５２と減衰板５５とが減衰作用を発揮するので、必要とされる減衰力に応じた減衰装置を構築できる。また、ケーシング及び支持板は円形である必要なく、平面視にて多角形であってもよい。
【００２７】
また、図５には、本形態の減衰装置４０が、戸建ての建物２８の免震構造に適用された例が示されている。基礎面２４に、ケーシング４２が置かれ、受け部５０が床梁５４を支持している。そして、基礎面２４に平坦性が余り要求されないので、施工が容易となる。
【００２８】
また、図６に示す減衰装置１６８では、軸部１７０が中央に突設された回転板１７２と、下方に軸部１７４が突設された回転板１７６との対向面に減衰板１７７が貼られており、球体１７８が減衰板１７７に挟持されている。そして、軸部１７０に連結されたアーム１８０と軸部１７４に連結されたアーム１８２が相対回転すると、減衰板１７７がせん断変形して減衰作用を発揮する。
【００２９】
なお、要求される減衰性能に応じて、図７に示す減衰装置１８３のように、減衰板が両面に貼られた回転板１８４の上下面に球体１８６を配置するようにしてもよく、また、図８に示す減衰装置１８８のように、減衰板が貼られた回転板１９０と回転板１９２との対向面で球体１９４を挟持し、さらに、回転板１９０、１９２の外面へ球体１９４を配置し、円筒状のケース１９６で取り囲むように構成してもよい。
【００３０】
この減衰装置１８８では、回転板１９０に設けられた軸部１９８、回転板１９２に設けられた軸部２００、及びケース１９６へそれぞれアーム２０２、２０４、２０６を連結することにより、アーム２０２、２０４、２０６を一度に振動制御できる。
【００３１】
次に、第２形態に係る減衰装置を説明する。
【００３２】
図９及び図１０に示すように、本形態に係る減衰装置５６は、外筒５８と、この外筒５８へ挿入され往復移動可能とされた内筒６０を備えている。外筒５８の内周壁には、高減衰ゴム等で形成された減衰層３３が、また、内筒６８の外周壁には、高減衰ゴム等で形成された減衰層３５が、形成されている。この減衰層３３と減衰層３５との間には、鉄製又は硬質プラスチック等の球体６２が周方向及び軸方向に沿って配置され、減衰層３３、３５との当接部位を圧縮変形させた状態で挟持されている。
【００３３】
なお、外筒５８の両端には、球体６２の抜け落ち防止用のストッパー３７が形成されている。また、球体６２の配置間隔は、必要とされる減衰力を発揮するために、実験的に決められるものである。
【００３４】
次に、本形態の減衰装置５６の作用を説明する。
【００３５】
例えば、図１０及び図１１に示すように、内筒６０を固定し、相対的に外筒５８を左方向へ移動させると、球体６２が左方向へ転がり、減衰層３３、３５のせん断変形、また、減衰層３３、３５と球体６２との摩擦抵抗の組合わせによって、減衰作用が発揮される。そして、この減衰装置５６は、減衰層を圧縮変形させる球体６２の転がりを利用しているため、内筒６０が外筒５８を貫通可能となっており、減衰可能な変位量に制限がなく、大変形ストロークのダンパーを構成することができる。
【００３６】
また、本形態では、減衰層３３、３５で球体６２を直接挟持したが、図１２に示す減衰装置１１０のように、減衰層３３を鉄製等の薄板４３で、減衰層３５を鉄製等の薄板４１で被覆し、薄板４１と薄板４３で球体６２を挟持するようにしてもよい。これによって、減衰層３３、３５が熱等で粘着性を帯びても、減衰層３３、３５が常温において粘着性を帯びているものであっても、球体６２の回転が阻害されない。
【００３７】
また、図１３に示す減衰装置７２のように、内筒６４、中筒６６、及び外筒６８というように、多段状に筒体を設け、筒体の周壁に減衰層４５を固着して、球体７０を挟持するような構成でもよい。これによって、外筒６８と内筒６４を一方の移動部材へ、中筒６６を他方の移動部材へ連結することにより、減衰効果を向上させることができる。
【００３８】
さらに、図１４に示す減衰装置７４のように、矩形状の内筒７６及び外筒７８であってよく、必ずしも、円筒である必要はない。
【００３９】
また、図１５及び図１６に示すように、大小の円筒体２１０を多段状に重ね合わせ、それぞれの円筒体２１０の内周壁及び外周壁に減衰層２１２を形成し、球体２１４を挟持して、一方向のストロークが長い減衰装置２１６を構成することもできる。この減衰装置２１６では、円筒体２１０の内周壁や外周壁に形成する減衰層２１２の材質や、球体２１４の個数を調整することによって、円筒体２１０が伸長する順番を決めることができる。
【００４０】
さらに、図１７及び図１８に示す減衰装置２１８のように、有底の筒体２２０と軸体２２２とで球体２２４を挟持し、軸体２２２を梁２２６へ、筒体２２０を柱２２８へ固定し、図１９に示すような、地震時等の変形を制御する制振装置として利用することもできる。
【００４１】
次に、第３形態に係る減衰装置を説明する。
【００４２】
図２０に示す減衰装置９０では、鉄板、硬質プラスチック、又はエンジニアリングプラスチック等で成形された中板８０の両面にパネル状の減衰板４７が貼着されている。この減衰板４７の外側には、鉄製又は硬質プラスチック等の球体８２を挟むようにして、対向する面に減衰板４９が固着された鉄製又は硬質プラスチック等の外板８４が配置されている。この外板８４同士は、ボルト８６とナット８８で締め付けられており、球体８２を介して減衰板４７、４９を圧縮変形させている。
【００４３】
また、図２１に示すように、中板８０の板幅は、外板８４より狭くされており、ボルト８６とナット８８は、中板８０の板幅方向への移動を干渉しない位置に取付けられている。
【００４４】
次に、図２２に示すように、本形態に係る減衰装置９０が制振装置として用いられた例を説明する。
【００４５】
なお、図２３に示すように、内板１０２、中板１００、外板９８を多段状に組み合わせて減衰装置９６を構成してもよい。このように、本発明の減衰装置では、減衰板及び球体を組み合わせて段数を増やしていくことによって、各々の部材間で減衰作用が発揮されるので、要求される減衰性能を容易に満足させることができる。
【００４６】
また、ある機構内で減衰装置を構成する場合、上下の板を挟み付けるような構造とすることによって、ボルト及びナットを省略することも可能である。
【００４７】
さらに、以上の説明では、球体が硬質球の場合で説明したが、ゴム球のような軟質球であっても減衰効果を発揮することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、回転体の転がりを利用して、ストロークの大きい減衰装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１形態に係る減衰装置を示す一部切欠いた斜視図である。
【図２】第１形態に係る減衰装置を示す側断面図である。
【図３】第１形態に係る減衰装置が免震床構造に適用された例を示す断面図である。
【図４】第１形態に係る減衰装置の変形例を示す断面図である。
【図５】第１形態に係る減衰装置が戸建ての建物の免震構造に適用された例を示す断面図である。
【図６】第１形態に係る減衰装置の変形例を示す断面図である。
【図７】第１形態に係る減衰装置の変形例を示す断面図である。
【図８】第１形態に係る減衰装置の変形例を示す断面図である。
【図９】第２形態に係る減衰装置を軸線と直交する方向に切断した断面図である。
【図１０】第２形態に係る減衰装置を軸線方向に切断した断面図である。
【図１１】第２形態に係る減衰装置の作動状態を示した断面図である。
【図１２】第２形態に係る減衰装置の変形例を示す断面図である。
【図１３】第２形態に係る減衰装置の変形例を示す断面図である。
【図１４】第２形態に係る減衰装置の変形例を示す断面図である。
【図１５】第２形態に係る減衰装置の他の変形例を示す断面図である。
【図１６】第２形態に係る減衰装置の他の変形例を示す側断面図である。
【図１７】第２形態に係る減衰装置の他の変形例を示す側断面図である。
【図１８】図１７の減衰装置が柱と梁との結合部分の取付けられた状態を示す平面図である。
【図１９】図１７の減衰装置が柱と梁との結合部分の取付けられた状態を示す立面図である。
【図２０】第３形態に係る減衰装置の側面図である。
【図２１】第３形態に係る減衰装置の正面図である。
【図２２】第３形態に係る減衰装置が制振装置としてビルの屋上に取付けられた状態を示す立面図である。
【図２３】第３形態に係る減衰装置の変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
２５減衰板（底部減衰板）
２７減衰板（中部減衰板）
２８建物
２９減衰板（天部減衰板）
３３減衰層（外部減衰層）
３４球体（回転体）
３５減衰層（内部減衰層）
４１薄板材
４２ケーシング
４２Ａ底板
４２Ｂ天板
４３薄板材
４４球体（第１回転体）
４７減衰板
４８球体（第２回転体）
４９減衰板
５０受け部
５２球体（回転体）
５５減衰板
５８外筒
６０内筒
６２球体（回転体）
７０球体（回転体）
８０中板
８２球体（回転体）
８４外板
８６ボルト（拘束手段）
８８ナット（拘束手段）

Claims

外筒と、前記外筒の内周壁に形成され減衰性能を備えた外部減衰層と、前記外筒へ挿入され軸方向へ往復移動可能な内筒と、前記内筒の外周壁に形成され減衰性能を備えた内部減衰層と、前記外部減衰層と前記内部減衰層との間に挟持されて外部減衰層及び内部減衰層を圧縮変形させる回転体と、を有することを特徴とする減衰装置。
両面に減衰板が固着された中板と、前記中板の外側に配置され対向面に減衰板が固着された一対の外板と、前記中板材の減衰板と前記外板材の減衰板との間に挟持される回転体と、前記外板同士を締め付け前記回転体を介して前記減衰板を圧縮変形させると共に、外板に対する前記中板の平面２軸方向への移動を許容する拘束手段と、を有することを特徴とする減衰装置。
底板と開口が形成された天板とを備えたケーシングと、前記底板に固着された底部減衰板と、前記天板に固着された天部減衰板と、前記底部減衰板の上に載置された第１回転体と、両面に中部減衰板が固着され前記第１回転体に支承された支持板と、前記中部減衰板と前記天部減衰板との間に挟持され中部減衰板及び天部減衰板を圧縮変形させると共に、前記第１回転体を介して前記中部減衰板及び前記底部減衰板を圧縮変形させる第２回転体と、前記開口から突出するように、前記支持板から突設された受け部と、を有することを特徴とする減衰装置。