JP4102767B2 - 制振ダンパー - Google Patents

Description

本発明は、比較的小規模の建物及び床免震として床の揺れを抑える制振ダンパーに関する。

戸建て住宅のように比較的軽い建物で、しかも、固有周期の長い建物（揺れ易く、大きな変形量を伴うような建物）では、地震対策として、高層ビルのような重量物を対象とした免震構造をそのまま用いることはできない。また、高層ビルで用いられているように、最上階に制震装置を設置するＴＭＤ制震構造もそぐわない。

そこで、通常の戸建て住宅の場合は、筋交い等の数を増やして、建物の構造強度と剛性を建物の慣性力より大きくすることで、地震による倒壊を防止している。

しかし、この方法では、建物の応答加速度や応答変位を低減することができず、建物内に収容された家具等の転倒を防ぐことはできない。

一方、建物を鉄球等の滑り支承で支持し、振動を減衰させるダンパーを組合わせた軽量住宅用の免震構造もあるが、免震構造を構築するスペースを別途確保する必要がある。また、一般的なダンパーの減衰方向は一方向であるため、３次元方向へ複数のダンパーを組み合わせると、構造が複雑となり、大きな設置スペースを必要とする。さらに、施工コストも上昇する。

本発明は係る事実を考慮し、ダンパー単体で、３次元方向の振動を減衰させることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、所定の間隔で左側へ傾斜して配設された第１リングの上部と、所定の間隔で右側へ傾斜して配設された第２リングの上部とが、上連結部材で連結され、また、第１リングの下部と第２リングの下部とが、下連結部材で連結されている。

このように、複数のリングを傾斜させ、その上下部を連結部材で連結することで、連結部材が左右に相対移動しても、上下に相対移動しても、前後に相対移動しても、リングが３次元方向に弾性変形し復元力によって、連結部材が連結された構造体の振動が減衰される。また、上部や下部で発生する振動をアイソレート（遮断）する役割も果たす。

請求項２に記載の発明では、上述したリングがヨリ線で構成されている。このため、単線と比較すると、よった部分が互いに擦れ合って摩擦力を発生せるので、減衰効果も大きくなる。

なお、リングの材料としては、弾性特性に優れた鋼材（ＰＣ鋼、鉄、ステンレス等）が好ましい。

本発明は上記構成としたので、ダンパー単体で、３次元方向の振動を減衰させることができる。

第１形態に係る制振ダンパーを説明する。

図１〜図２に示すように、第１形態に係る制振ダンパー７８は、肉厚で長板状の連結金具８０、８２を上下に備えている。この連結金具８０、８２の側面には、所定の間隔で貫通孔８４が形成されている。

この貫通孔８４へは、左側から螺旋状の第１コイル８６Ａ（鉄、鋼鉄、より線、ワイヤロープ、ＰＣ鋼、合金等で製造されている）が挿通されており、奥側が直に立ち上がり、手前側が左側へ傾斜している。この第１コイル８６Ａの両端部は、貫通孔８４から抜け出さないように、カシメられ、或いは溶接等により固定されている。

一方、右側から螺旋状の第２コイル８６Ｂが挿通されており、奥方が直に立ち上がり、手前側が右側へ傾斜している。この第２コイル８６Ｂの両端部は、貫通孔８４から抜け出さないようにカシメられ、或いは溶接等により固定されている。

この制振ダンパー３４をコイル８６の軸方向から見ると、コイル８６が描く楕円の短軸方向の両端が、連結金具８０、８２で連結されていることになる。さらに、連結金具８０、８２の外面には、構造体に連結される連結ボルト８８が所定の間隔をおいて突設されている。

次に、本形態に係る制振ダンパーの作用を説明する。

図５に示すように、床梁９２と基礎梁９０との間に制振ダンパー７８を配置し、連結ボルト８８で連結金具８２を床梁９２へ、連結金具８０を基礎梁９０へ固定し、建物１２を制振ダンパー７８で支持する。そして、建物１２へエネルギーが入力されていないとき、上部の荷重は、コイル８６が描く楕円の中心に向かって作用している。

ここで、建物１２が上下に揺れると、コイル８６が弾性変形して潰れ、減衰力を発揮する。また、建物１２が前後に揺れると、図３に示すように、コイル８６が軸方向へ移動し、例えば、第１コイル８６Ａが立ち上がり、第２コイル８６Ｂが倒れて、減衰力を発揮する。さらに、建物１２が左右に揺れると、図４に示すように、コイル８６が描く楕円が倒れ、その復元力でその時の捩れ変形により、線同士の摩擦等が減衰力を発揮する。

このような構成によって、コイル８６が３次元方向に弾性変形し復元力によって、建物１２の振動を減衰させる。

次に、第２形態に係る制振ダンパーを説明する。

図６〜図９に示すように、第２形態では、コイルに替えて、複数のリング９４を所定の間隔で配置し、中央部を境にして傾斜方向を左右逆にしている。

また、連結金具９６は、内金具９６Ｂと外金具９６Ａとで構成されており、２つの合わせ面で、リング９４の平板部９４Ａが挟持される。また、溝９８と溝９８の間には、ボルト１００が挿通可能な挿入孔１０２が穿設されており、ナット１０４とボルト１００を螺合させ、内金具９６Ｂと外金具９６Ａとの間にリング９４を挟持固定するようになっている。

このように、リング９４でも、３次元方向に弾性変形する制振ダンパー３４を構成することができる。なお、リング９４及びコイル８６をヨリ線で構成すると、単線と比較して、よった部分が互いに擦れ合って摩擦力を発生させるので、減衰効果も大きくなる。また、線の太さ、リング及びコイルの外径、材質等によって、減衰力の大きさを調整することができる。さらに、一方向にリングを傾倒させ、制振ダンパーを構成してもよい。

次に、第３形態に係る制振ダンパーを説明する。

図１０に示すように、制振ダンパー１０６は、半円状の湾曲された複数のワイヤ１０８の両端部を、上下に配置された円柱状のブロック１１０の側面へ挿入固定して構成されており、外形が略球状となっている。すなわち、ブロック１１０の芯部を結ぶ軸線に対して対称形となるように、ワイヤ１０８を配置することで、互いに復元力を発揮しても球形状を維持することができる。

また、ワイヤ１０８は中間部分で互いに交差しており、ブロック１１０に力が作用したとき、変形して擦れ合うようになっている。なお、ワイヤを交差させなくても、ダンパーとしての効果は十分に発揮することができる。

次に、本形態に係る制振ダンパー１０６の作用を説明する。

図１１に示すように、床梁９２と基礎梁９０との間に制振ダンパー１０６を配置し、ブロック１１０を床梁９２と基礎梁９０へ固定し、建物１２を制振ダンパー１０６で支持する。そして、建物１２へエネルギーが入力されていないとき、上部の荷重は、ブロック１１０の軸線上に作用している。

ここで、図１２に示すように、建物１２が上下、左右、前後に揺れ、３次元方向から入力される振動を、ワイヤ１０８の曲げ弾性の特性によって長周期化し、入力エネルギーを低減させることができる。

また、ワイヤ１０８を交差させることにより、互いに擦れ合って摩擦力を発生させ、弾性力だけでなく、摩擦力によっても入力エネルギーを低減させることができる。さらに、縦断面形状が円形であるため、解析が比較的容易にできる。

次に、第４形態に係る制振ダンパーを説明する。

図１３に示すように、第４形態の制振ダンパー１１２では、長方形状の板ばね１１４の中央部にＳ字形状の屈曲部１１４Ａを形成し、この屈曲部１１４ＡをＹ軸方向へ伸縮させるようになっている。

すなわち、板ばね１１４は、Ｙ軸に関する断面二次モーメントが、Ｘ軸に関する断面二次モーメントより、著しく大きいので、曲げ変形方向がＸ軸回りの一方向に特定されるが、屈曲部１１４Ａを形成することで、Ｙ軸方向の軸変形が可能となる。

なお、板ばね１１４の材料としては、鋼材（鉄、極低降伏点鋼、焼入れ鋼、超高力鋼等）を用いることができる。また、通常は、復元力用のばねとして使用するが、弾塑性ダンパーとして使用することもできる。

次に、本形態に係る制振ダンパー１２２の作用を説明する。

図１４及び図１５に示すように、建物１２の基礎部１１６の４方面に制振ダンパー１１２を固定し、制振ダンパー１１２を介して建物１２を支持する。

このとき、板ばね１１４の両端部に穿設された取付孔１１８へボルト１２０を挿入して、制振ダンパー１１２を基礎部１１６に固定するのであるが、建物１２が左右に揺れたとき、図１６に示すように、手前側の制振ダンパー１１２が、左右の制振ダンパー１１２の曲げ変形を阻害しないように、下側のボルト１２０を中心に、手前側の制振ダンパー１１２が揺動し、建物１２の動きに追従するようになっている。

また、建物１２が前後に揺れたとき、左右の制振ダンパー１１２が、前後に配置された制振ダンパー１１２の曲げ変形を阻害しないように、下側のボルト１２０を中心に、左右の制振ダンパー１１２が揺動、建物１２の動きに追従するようになっている。

このように、制振ダンパー１１２を組み合わせることによって、軸荷重を支持しながら、水平２方向の振動を減衰させることができる。

さらに、図１７に示すように、制振ダンパー１１２を横にして（上下方向の曲げ剛性が大きくなるように、Ｘ軸を鉛直方向に向ける）、二重床材１２２の４方を支承して、水平２方向の振動を減衰させる免震床構造を構築できる。また、二重床材１２２と壁１２４との隙間は、制振ダンパー１１２を下地材として絨毯等を敷くことができる。

なお、本形態では、屈曲部の形状をＳ字状としたが、伸縮可能であれば、図１８に示す制振ダンパー１２６のようにくの字状でもよく、図１９に示す制振ダンパー１２８のようにＺ状でもよく、図２０に示す制振ダンパー１３０のように半円状でもよい。

次に、第５形態に係る制振ダンパーを説明する。

第５形態の制振ダンパー１３２は、図２１に示すように、第４形態で説明した板ばね１１４を２つ組合わせ、Ｙ軸が同軸上にあり、Ｘ軸が直交するような形状を呈している。

このように構成することにより、２つの屈曲部１１４ＡでＹ軸方向へ伸縮して、且つ水平２方向へ曲げ変形する、３次元方向の振動に対応できるのダンパーとなる。

次に、本形態に係る制振ダンパー１３２の作用を説明する。

図２２に示すように、建物１２の基礎部１１６の２方面に制振ダンパー１２２を固定し、制振ダンパー１３２を介して建物１２を支持する。

ここで、制振ダンパー１３２は、第４形態の制振ダンパー１１２と異なり、それ自体、水平２方向（建物の前後左右）へ曲げ変形するので、使用点数を削減することができる。

また、図２３に示すように、高層ビル等で使用される二重床材１３４を制振ダンパー１３２で上部の構造床１３６から吊下するようにしてもよい。このように、制振ダンパー１３２を吊り材として使用することで、二重床材１３４のセット位置を保持でき、吊り材自体が、二重床材１３４に免震機能を付加する。

なお、二重床材１３４と構造床１３６の間には、本発明者が出願済の制振装置１３８（特願平９−８９８００号参照）がセットされており、二重床材１３４の振動をさらに抑制するようになっている。

また、図２４に示すように、通常の柱２００の内側に木製の角材２０２、２０４で、トグル機構を構成してもよい。

すなわち、角材２０２、２０４の端部に孔を形成し、柱２００の補強も兼ねた金板２０６に回動可能に取付ける。また、角材２０２、２０４の自由端部は、ピン２０８で連結する。このピン２０８には、鉄板等の補助質量２１０を取付け、入力エネルギーを低減させる。さらに、角材２０２、２０４に自由端部に油圧ダンパー２１２を取付け、振動エネルギーを吸収する。

このように、トグル機構を木製とすることで、製造コストの削減を図ることができる。また、特別な材料が不要となり、釘、木ねじ等で簡単に組み立てることができる。さらに、既存の建物に後付けする場合、例えば、押し入れの中棚を外し、制振ユニットを組付け、中棚を元に戻すだけで、簡単に施工が完了する。

次に、第６形態に係る制振ダンパー２１４を説明する。

図２５〜図２７に示すように、第６形態に係る制振ダンパー２１４は、床梁及び基礎梁に固定されるベース板２１６を備えている。このベース板２１６には内周面に雌ねじが切られたボス部２１８が互いに向かい合う方向へ突設されている。

このボス部２１８には、押え板２２０、２２２が重ね合わされ、ボルト２２６でベース板２１６に締結されるようになっている。このベース板２１６と押え板２２０、２２２との間に、ワイヤ２２４がそれぞれ固定され、図２５に示すように、側面視にてトラス形状（三角形状）を描く。

ここで、ワイヤ２２４の取付け方法を説明すると、先ず、ワイヤ２２４を適当な長さに切断し（この長さは、構成する円の大きさ及び傾きに応じて、決定される）、その中央部をベース板２１６と押え板２２０とで固定する。この固定部を境にして、左右に捩じり、円を形成しながら、その端部をベース板２１６と押え板２２２とで固定する（斜線で示した部分が一本のワイヤである）。このようにして、本形態では、合計８本のワイヤを寄せ合うようにして制振ダンパー２１４を構成した。

このような構成によって、ワイヤ２２４がトラスとして鉛直荷重を支持し、水平方向からの荷重に対しては、ワイヤ２２４の捩れ、及びワイヤ同士の摩擦によって、減衰力を発揮する。

また、この制振ダンパー２１４は、図１に示すコイル式の制振ダンパーと比較すると、正確な円形を成形する必要がなく、また、倒れ角度の設定も自由にでき、ワイヤの固定位置が前後にズレても特に問題が生じないので、施工性がよい。さらに、ワイヤの径、形成する円の大きさ、ワイヤの倒れ角度を調整することにより、鉛直方向及び水平方向の剛性を自由に調整できる。

次に、第７形態に係る制振ダンパー２４０を説明する。

図２８及び図２９に示すように、制振ダンパー２４０は、板ばね２３２（鉄、焼き入れ鋼板等）を円形に屈曲させ、直径方向の一方を固定板２４２で床梁９３に固定し、直径方向の他方を固定板２４４で基礎梁９１に固定している。

このような構成によって、板ばね２３２の強軸方向（幅方向）で建物１２の荷重を支持し、また、円形が楕円に変形するときの変形剛性によって、水平方向に作用する振動を減衰する。

なお、本形態では、一枚の板ばねで円形を構成したが、半円形の二枚の板ばねを組合わせて円形を構成してもよい。また、水平方向に方向性を持たせるために、板ばねを予め楕円形となるように湾曲させてもよい。

さらに、鉛直方向の剛性は、板ばねの板厚や幅等で調整でき、水平方向の剛性は、円の大きさ（直径）や板厚で調整することができる。また、板ばねを重ねることにより、剛性を向上させることもできる。

次に、第８形態に係る制振ダンパー２３０を説明する。

図３０及び図３１に示すように、制振ダンパー２３０は、板ばね２３２を円形に屈曲させ、直径方向の上部が固定板２３６で、下部が固定板２３４で固定されている。この固定板２３４、２３６が床梁９２と基礎梁９０に取付けられている。

図３１に示すように、板ばね２３２は湾曲部がＸ軸Ｙ軸方向に突出するように４つ配置されており、建物１２の前後左右の揺れに対応できるようになっている。

このような構成によって、鉛直方向の振動は、板ばね２３２の撓みと復元力によって減衰され、水平方向の振動は、板ばね２３２の捩れによって減衰される。なお、水平方向の剛性を均一にするため、図１０に示したように、板ばねをボール状に組付けてもよい。

第１形態に係る制振ダンパーの分解斜視図である。 第１形態に係る制振ダンパーの側面図である。 第１形態に係る制振ダンパーの動きを示した側面図である。 第１形態に係る制振ダンパーの動きを示した正面図である。 第１形態に係る制振ダンパーの取付状態を示す立面図である。 第２形態に係る制振ダンパーの分解斜視図である。 第２形態に係る制振ダンパーの側面図である。 第２形態に係る制振ダンパーの動きを示した側面図である。 第２形態に係る制振ダンパーの動きを示した正面図である。 第３形態に係る制振ダンパーの斜視図である。 第３形態に係る制振ダンパーの取付状態を示す立面図である。 第３形態に係る制振ダンパーの動きを示す立面図である。 第４形態に係る制振ダンパーの斜視図である。 第４形態に係る制振ダンパーの取付状態を示す立面図である。 第４形態に係る制振ダンパーの取付状態を示す平断面図である。 第４形態に係る制振ダンパーの動きを示す立面図である。 第４形態に係る制振ダンパーの他の使用例を示す平面図である。 第４形態に係る制振ダンパーの変形例を示す側面図である。 第４形態に係る制振ダンパーの変形例を示す側面図である。 第４形態に係る制振ダンパーの変形例を示す側面図である。 第５形態に係る制振ダンパーの斜視図である。 第５形態に係る制振ダンパーの取付状態を示す立面図である。 第５形態に係る制振ダンパーが二重床材の吊り材として使用された例を示す立面図である。 制振ユニットを示す斜視図である。 第６形態に係る制振ダンパーの側面図である。 第６形態に係る制振ダンパーの正面図である。 第６形態に係る制振ダンパーの斜視図である。 第７形態に係る制振ダンパーの取付状態を示す立面図である。 第７形態に係る制振ダンパーの要部斜視図である。 第８形態に係る制振ダンパーの取付状態を示す立面図である。 第８形態に係る制振ダンパーの要部斜視図である。

符号の説明

８６Ａ 第１コイル
８６Ｂ 第２コイル
８０ 連結部材（下連結部材）
８２ 連結部材（上連結部材）
１０８ ワイヤ（棒材）
１１０ ブロック（連結部材）
１１４ 板ばね
１１４Ａ 屈曲部
２２４ ワイヤ
２１６ ベース板（第１連結部材、第２連結部材）
２２０ 押え板（第１連結部材、第２連結部材）
２２２ 押え板（第１連結部材、第２連結部材）
２３２ 板ばね
２４２ 固定板（下連結部材）
２４４ 固定板（上連結部材）

Claims (2)

1. 所定の間隔で配設され左側へ傾斜する第１リングと、所定の間隔で配設され右側へ傾斜する第２リングと、前記第１リングと前記第２リングの上部同士を固定する上連結部材と、前記第１リングと前記第２リングの下部同士を固定する下連結部材と、を有することを特徴とする制振ダンパー。
2. 前記リングがヨリ線で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制振ダンパー。

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