JP4121931B2 - ダンパー及び制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダンパー及び制振装置に関し、特にその減衰対象となる振動の振幅領域をワイドレンジにするための対策に関するものである。

従来、例えば中層、高層の建築物等には、風や地震等による振動を減衰するための制振装置が設置されている。この種の制振装置に用いられるダンパーとして、例えば特許文献１〜４に開示されているように、鉛などの金属系材料からなるエネルギー吸収材を塑性変形させることによって振動エネルギーを吸収するようにしたものが知られている。

特許文献１に開示された増幅機構付きダンパー装置では、建築物の柱に連結棒を連結させる一方、梁には、鉛が鋳込まれた鉛ダンパーを連結している。そして、連結棒の中間部に球状に膨出した抵抗球部を設けるとともに、この抵抗球部を鉛ダンパー内に配置させ、この抵抗球部が変位すると鉛が塑性変形することでエネルギーを吸収するようになっている。一方、前記柱と連結棒との間に油圧シリンダを介装させることにより、柱の振動の振幅を増幅させ、この増幅された振動を減衰させるようにすることで、振動を速やかに減衰させている。

特許文献２に開示されたシリンダ型エネルギー吸収装置では、シリンダ内に鉛を装入するとともに、このシリンダ内に多数の筒状の滑動輪を同心状に重合配置している。そして、振動がこのエネルギー吸収装置に伝達されると、滑動輪が順次段階的に変位し、これにより滑動輪相互のずれが生じるようになっている。これにより、鉛がせん断変形し、エネルギーを吸収するようになっている。このエネルギー吸収装置では、入力された振動エネルギーに応じた数の滑動輪が変位するので、大きな変形エネルギーから小さな変形エネルギーまで広範囲に対処できる、とこの文献に記載されている。

特許文献３に開示された軸力型制振装置は、ブレースに取り付けられるものであり、このブレースに生ずる軸力（圧縮力、引張力）をエネルギー吸収部材で吸収するものである。このエネルギー吸収部材を、強度に対するひずみ速度の依存性が高い金属系材料により構成することにより、風による微小な変形及び地震による大変形に対処できるようになっている。

特許文献４に開示された制振装置では、エネルギー吸収部材を正方形の平板状に形成するとともに、このエネルギー吸収部材を、梁及びブレースと同一面上になるように配設している。このエネルギー吸収部材は、特許文献３のものと同様に、強度に対するひずみ速度の依存性が高い金属系材料により構成されている。このエネルギー吸収部材は、ひずみ速度が低い小変形領域では早期に降伏して塑性化する一方、ひずみ速度が高い大変形領域では、降伏及び塑性化を遅らせることでエネルギー吸収能力が高められるようになっている。
特許第２８２９７６７号明細書 特許第２８０５３４６号明細書 特開２００２−２４２９８８号公報 特開２００２−２５０１４９号公報

しかしながら、前述した各文献に開示された従来のものは、何れもワイドレンジな振幅領域に必ずしも対応できるものではなかった。

例えば、特許文献１のものでは、柱の振動の振幅を増幅した上で鉛ダンパーにおいて鉛を塑性変形させることで、振動を速やかに減衰させることができる。しかしながら、このものでは、微小相対変位を増幅させた上で、振動減衰させる構成であるので、大きな振幅の振動にまで被減衰対象とすると、鉛ダンパーを大型化させる必要が生ずる。したがって、このものでは、被減衰対象の振動の振幅をワイドレンジにすることについて考慮していないと考えられる。

また、特許文献２のものは、小さな地震エネルギーから大きな地震エネルギーまで幅広く吸収することを目的としているが、エネルギー吸収部としての鉛が振動方向に変形することで振動を吸収する構成であるために、対処できる振幅の範囲には自ずと限界がある。

また、特許文献３及び４のものは、エネルギー吸収部材として、強度に対するひずみ速度の依存性の高い金属系材料を用いることにより、小変形から大変形に亘ってエネルギー吸収能力を高めるようにしている。しかしながら、これらは、双方とも梁等が変位する方向にエネルギー吸収部材が変形するように配設されるものであるために、対処可能な振幅の範囲には自ずと限界がある。

すなわち、前記各特許文献に開示された制振装置では、何れも地震による振動から風による振動まで幅広いレンジに亘って振動吸収できるように設計するのは至難であり、それ故に、それぞれの振動領域に合ったダンパーを有する制振装置を別個に設置しなければならないという問題があった。例えば従来の制振装置を高層建築物用の制振装置として設計した場合、地震時に生ずる振動を減衰する目的で設計された制振装置では、風によって生ずる程度の振動領域に対しては、金属系材料の変形が弾性変形内に止まるか、塑性変形が起きたとしても僅かなので、この程度の微振動を有効に吸収できない。例えば、図１２に示すように、地震用に設計された制振装置では、ダンパーの減衰力を高く設定する関係上、結果的に風による微振動ではこの金属系材料に生ずる応力が小さく、弾性変形内に止まるか、塑性変形が起きたとしても僅かなので、エネルギー減衰がほとんどなく、振動を減衰させることは困難である。

逆に、風による微振動を減衰する目的で設計された制振装置では、風による微振動ではダンパーを構成する金属系材料の受ける歪量が小さくなるように設計されているために、地震時に生ずる大変形に対しては金属系材料の破断を招く虞がある。したがって、従来の制振装置では、各振動領域に対応した制振装置をそれぞれ適宜設置しなければならなかった。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、広範囲な振幅領域に亘って振動を減衰できるダンパー及び制振装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、折れ曲がり部が設けられた作動孔が貫通するシリンダ部と、この作動孔内に配置される金属系材料からなる振動吸収体とを備え、この振動吸収体が、作動孔内を移動するとともに折れ曲がり部でヒステリシス減衰を生じることにより、振動を吸収するようにしたものである。

具体的に、請求項１の発明は、第１部材と一対の第２部材との相対振動を減衰するためのダンパーを前提として、前記第１部材に対して相対移動不能に配置され、折れ曲がり部が設けられた作動孔が貫通するシリンダ部と、前記作動孔内に該作動孔の孔軸方向に移動可能に配置される金属系材料からなる振動吸収体とを備え、前記シリンダ部の作動孔は、その両端から前記第２部材がそれぞれ進退移動可能に挿入されるように構成され、前記振動吸収体は、前記第２部材から受ける押圧力により、折れ曲がり部の両側に跨った状態で作動孔内を移動するとともに、折れ曲がり部でヒステリシス減衰を伴う曲げ及びせん断の少なくとも一方の変形が生ずることにより、前記両部材の相対振動を吸収する構成とされている。

この発明では、第２部材がシリンダ部（第１部材）に対して相対変位すると、振動吸収体がこの第２部材から押圧力を受けて作動孔内を移動する。このとき、振動吸収体は、作動孔の折れ曲がり部において、ヒステリシス減衰を伴う曲げ及びせん断の少なくとも一方の変形を生ずることによりダンパーとしての機能を発揮する。これにより、シリンダ部に対する第２部材の相対振動が減衰される。

つまり、本発明に係るダンパーでは、作動孔内での振動吸収体の移動方向と、この作動孔に挿入される第２部材の相対変位方向とが一致し、振動吸収体が第２部材に押圧されると、この振動吸収体は、全体として作動孔内を孔軸方向に移動し、折れ曲がり部でヒステリシス減衰を伴う曲げ変形、せん断変形が生じることによって振動を吸収する。このため、振動吸収体は、作動孔の折れ曲がり部において強制的に且つ一定の変形量で変形されるので、相対振動の振幅に影響を受けることなく、振動を減衰することができる。そして、振幅の大きな相対振動が入力されたとしても、その振幅に相当するストロークだけ振動吸収体が全体として移動し、これにより、変形する部位が順次移動する構成であるので、大きな振幅の振動によって振動吸収体を構成する金属系材料が破断することはない。一方、振幅の小さな相対振動が入力されたときでも、振動吸収体が折れ曲がり部で局所的に変形することで振動を吸収する構成であるので、振幅の小さな振動についても有効に減衰効果を発揮することができる。

したがって、本発明によれば、振幅の影響を受けることなく一定程度のヒステリシス減衰を常に生じさせることができるので、広範囲な振幅領域に対して有効に振動減衰することができる。

また、請求項２の発明は、建築物の振動を減衰するための制振装置を前提として、請求項１に記載のダンパーを備え、前記第１部材は、前記建築物の柱又は梁により構成され、前記第２部材は、前記建築物に設けられたブレース又はこのブレースに対して相対移動不能に配置される押圧部材により構成されている。

この発明では、風を受けることにより生ずる建築物の微振動を有効に減衰できるとともに、地震により発生する建築物の大きな振動をも有効に減衰できる制振装置を設計することが可能となる。したがって、１台の制振装置で、風による振動から地震による振動まで非常に広範囲な振幅領域に対して有効に振動減衰することができる。

なお、本明細書では、風に対する振動の減衰を目的とした制振と、地震による振動の減衰を目的とした制震とを含め、これらの振動を減衰するための装置を「制振装置」としている。

また、請求項３の発明は、第１部材と第２部材との相対振動を減衰するためのダンパーを前提として、前記第１部材に対して相対移動不能に配置され、折れ曲がり部が設けられた作動孔が貫通するシリンダ部と、前記作動孔内に該作動孔の孔軸方向に移動可能に配置される金属系材料からなる振動吸収体と、前記第２部材に対して相対移動不能に配置され、前記作動孔の両端からそれぞれ進退移動可能に挿入される一対の押圧部とを備え、前記振動吸収部材は、前記押圧部から受ける押圧力により、折れ曲がり部の両側に跨った状態で作動孔内を移動するとともに、折れ曲がり部でヒステリシス減衰を伴う曲げ及びせん断の少なくとも一方の変形が生ずることにより、前記両部材の相対振動を吸収する構成とされている。

この発明では、第２部材が第１部材（シリンダ部）に対して相対変位すると、振動吸収体は、第２部材に対して相対移動不能に配置される押圧部により押圧力を受けて作動孔内を移動する。このとき、振動吸収体は、作動孔の折れ曲がり部において、ヒステリシス減衰を伴う曲げ及びせん断の少なくとも一方の変形を生ずることによりダンパーとしての機能を発揮する。これにより、第１部材に対する第２部材の相対振動が減衰される。

つまり、本発明に係るダンパーでは、作動孔内での振動吸収体の移動方向と、この作動孔に挿入される押圧部の相対変位方向とが一致し、振動吸収体が押圧部に押圧されると、この振動吸収体は、全体として作動孔内を孔軸方向に移動し、折れ曲がり部でヒステリシス減衰を伴う曲げ変形、せん断変形が生じることによって振動を吸収する。このため、振動吸収体は、作動孔の折れ曲がり部において強制的に且つ一定の変形量で変形されるので、相対振動の振幅に影響を受けることなく、振動を減衰することができる。そして、振幅の大きな相対振動が入力されたとしても、その振幅に相当するストロークだけ振動吸収体が全体として移動し、これにより、変形する部位が順次移動する構成であるので、大きな振幅の振動によって振動吸収体を構成する金属系材料が破断することはない。一方、振幅の小さな相対振動が入力されたときでも、振動吸収体が折れ曲がり部で局所的に変形することで振動を吸収する構成であるので、振幅の小さな振動についても有効に減衰効果を発揮することができる。

したがって、本発明によれば、振幅の影響を受けることなく一定程度のヒステリシス減衰を常に生じさせることができるので、広範囲な振幅領域に対して有効に振動減衰することができる。

また、請求項４の発明は、建築物の振動を減衰するための制振装置を前提として、前記建築物に設けられたブレースの途中に配設された請求項３に記載のダンパーを備え、前記第１部材は、前記ブレースを構成する一方の部材により構成され、前記第２部材は、前記ブレースを構成する他方の部材により構成されている。

この発明では、風を受けることにより生ずる建築物の微振動を有効に減衰できるとともに、地震により発生する建築物の大きな振動をも有効に減衰できる制振装置を設計することが可能となる。したがって、１台の制振装置で、風による振動から地震による振動まで非常に広範囲な振幅領域に対して有効に振動減衰することができる。

また、請求項５の発明は、請求項１又は３に記載のダンパーにおいて、前記振動吸収体は、超塑性金属材料からなる。

本明細書において、超塑性金属材料とは、強度に対するひずみ速度の依存性が高い金属材料を差している。この依存性が高いとは、ひずみ速度の対数値の変化に対する強度の対数値の変化を示す指数が０．３３以上であることを意味している。言い換えると、横軸にひずみ速度を取り、また縦軸に強度を取った対数グラフにおいて、その傾きが０．３３以上であることを意味している。

この超塑性金属材料は、強度に対するひずみ速度の依存性が高いものである。このため、振幅の小さな領域では、ひずみ速度が小さいことから、振動吸収体が早期に降伏して塑性化しやすく振動吸収効果を有効に発揮することができる。一方、振幅の大きな領域では、ひずみ速度が大きいことから、降伏及び塑性化を遅らすことができて振動吸収能力を高めることができる。

また、請求項６の発明は、請求項５に記載のダンパーにおいて、前記振動吸収体は、亜鉛とアルミニウムの合金（Ｚｎ−Ａｌ合金）からなる。

この発明では、振動吸収体としてＺｎ−Ａｌ合金のような高強度で且つ非常に伸びの大きな金属材料を採用しているので、例えば建築物の揺れのように大きなエネルギーを有する振動に対しても、破断することなく有効に減衰することができる。

また、請求項７の発明は、請求項１，３，５及び６の何れか１項記載のダンパーにおいて、前記シリンダ部は、振動吸収体を成形するための成形型を備えてなる。

この発明では、強度の大きな金属系材料により振動吸収体を構成する場合においても、振動吸収体を容易にシリンダ部内に配置させることができる。

また、請求項８の発明は、請求項２又は４に記載の制振装置において、前記振動吸収体は、超塑性金属材料からなる。

この発明では、振幅の小さな領域ではひずみ速度が小さいことから、振動吸収体が早期に降伏して塑性化しやすく振動吸収効果を有効に発揮することができる。一方、振幅の大きな領域では、ひずみ速度が大きいことから、降伏及び塑性化を遅らすことができて振動吸収能力を高めることができる。

また、請求項９の発明は、請求項８に記載の制振装置において、前記振動吸収体は、亜鉛とアルミニウムの合金（Ｚｎ−Ａｌ合金）からなる。

この発明では、振動吸収体としてＺｎ−Ａｌ合金のような高強度で且つ非常に伸びの大きな金属材料を採用しているので、建築物の揺れのように大きなエネルギーを有する振動に対しても、破断することなく有効に減衰することができる。

以上説明したように、本発明によれば、第１部材に取り付けられたシリンダ部の作動孔内に配置された振動吸収体が、第１部材と第２部材との相対変位に伴って作動孔内を移動し、折れ曲がり部でヒステリシス減衰を伴う曲げ変形及びせん断変形の少なくとも一方が生じることによって相対振動を吸収するようにしているので、振幅の大きさに関係なく相対振動を減衰することができる。この結果、広範囲な振幅領域に対して両部材の相対振動を有効に減衰することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
図１及び図２に示すように、本実施形態１に係る制振装置１０は、高層ビル等の建築物に設置されるものである。この制振装置１０は、建築物の梁３１と一対のブレース３５との相対振動を減衰するためのダンパー１１を備えている。このダンパー１１は、くの字形に折れ曲がった管状に形成されたシリンダ部１３と、このシリンダ部１３内に配置された振動吸収体１５（図２参照）とを備えている。

シリンダ部１３には、建築物の梁３１に取り付けるための平板状に形成された固定部１７が設けられている。そして、シリンダ部１３が梁３１に固定されることで、このシリンダ部１３は、梁３１に対して相対移動不能に配置されている。尚、本実施形態１では、シリンダ部１３を梁３１に固定する構成としているが、これに代え、シリンダ部１３を柱３３に固定する構成としてもよい。

シリンダ部１３の内側は、くの字形に折れ曲がった細長形状の作動孔１９（図２参照）として構成されている。本実施形態における作動孔１９では、その孔軸方向の中央部が折れ曲がり部２１となっている。作動孔１９は、この折れ曲がり部２１を除いて孔軸方向の全体に亘り同じ断面を有するように形成されている。本実施形態では、作動孔１９は、折れ曲がり部２１において約９０度に屈曲している。

作動孔１９には、その両端から一対のブレース３５，３５がそれぞれ挿入されている。各ブレース３５は、作動孔１９内をその孔軸方向に進退移動可能に挿入されている。つまり、作動孔１９は、ブレース３５の断面形状に対応した断面を有しており、ブレース３５の一端が挿入可能に構成されている。このブレース３５の他端は、前記シリンダ部１３が固定されている梁３１よりも下方に配置されている梁３１と柱３３との接合部に固定されている。

尚、本実施形態１では、作動孔１９にブレース３５を直接挿入する構成としているが、これに代え、ブレース３５の先端に固定された押圧部材（図示省略）を作動孔１９に挿入する構成としてもよい。この押圧部材は、作動孔１９に進退移動可能に挿入でき、ブレース３５に対して相対移動不能に配置されるものでブレース３５と一緒になって移動するものであれば、どのようなものでもよい。

前記振動吸収体１５は、この作動孔１９内に配置されている。振動吸収体１５は、超塑性金属材料である亜鉛アルミニウム合金（Ｚｎ−Ａｌ合金）からなる。このＺｎ−Ａｌ合金として、例えば特開平１１−２２２６４３号に開示されているように、Ｚｎ：３０〜９９ｗｔ％、残部Ａｌ及び不可避不純物からなるＺｎ−Ａｌ合金であって、平均結晶粒径が５μｍ以下のα相又はα'相中に、平均結晶粒径が０．０５μｍ以下のβ相が微細分散した組織を有しているものを挙げることができる。振動吸収体１５を構成する金属系材料として、このようなＺｎ−Ａｌ合金を用いれば、振動吸収体１５は、１６０％超の伸びを有することとなる。また、このＺｎ−Ａｌ合金であれば、一度塑性化すると加工硬化を起こすという問題もほとんどない。つまり、塑性ひずみ履歴による材料強度の上昇がほとんどない。

なお、制振用のＺｎ−Ａｌ合金の降伏点は、一般に６０〜２００ＭＰａであり、降伏点が５ＭＰａ程度で且つ伸びが約５４％の鉛（Ｐｂ）よりも非常に高い強度を有する。

振動吸収体１５は、円柱状に形成された後、作動孔１９内に収容されたものである。振動吸収体１５は、作動孔１９の両端を除いた部位に配置されていて、折れ曲がり部２１の両側に跨るように配置されている。振動吸収体１５は、前記ブレース３５間に挟まれており、孔軸方向に移動可能に挿入されている。この振動吸収体１５は、ブレース３５が作動孔１９内を進退移動しても折れ曲がり部２１の両側に跨った状態で移動するような大きさに形成されている。

振動吸収体１５には、図３に示すように、塑性曲げ及び塑性せん断の少なくとも一方の変形を生じている塑性変形部１５ａが存在している。この塑性変形部１５ａは、作動孔１９の折れ曲がり部２１によって生ずるものである。つまり、振動吸収体１５には、折れ曲がり部２１でヒステリシス減衰を伴う曲げ及びせん断の少なくとも一方の変形が生じている。塑性変形部１５ａは、折れ曲がり部２１において生ずるものなので、振動吸収体１５が軸孔方向に移動するのに伴い、振動吸収体１５内を順次移行する。図３では、塑性変形部１５ａは、便宜上点線で示している。

ここで、振動吸収体１５が作動孔１９内を移動する際の変形挙動を図３を参照しながら説明する。図３（ａ）に示すように、梁３１と一対のブレース３５，３５との相対振動がないときには、振動吸収体１５は、作動孔１９のほぼ中央に位置している。この状態では、振動吸収体１５のほぼ中央部に、塑性曲げ変形あるいは塑性せん断変形が生じている塑性変形部１５ａが位置している。

そして、梁３１とブレース３５，３５との相対的な変位が生じたときには、図３（ｂ）に示すように、振動吸収体１５は、この相対変位量に応じ、ブレース３５，３５からの押圧力を受けて作動孔１９の中央から孔軸方向に移動する。このとき、振動吸収体１５の塑性変形部１５ａは、やはり作動孔１９の折れ曲がり部２１によって生じているために、この塑性変形部１５ａは、振動吸収体１５内を順次移行することとなる。また、このときも塑性変形部１５ａにおける塑性変形量は、常に一定となっている。

つまり、本実施形態１に係るダンパー１１では、作動孔１９内における振動吸収体１５の移動方向と、この作動孔１９に挿入されるブレース３５の相対変位方向とが一致し、振動吸収体１５がブレース３５，３５によって押圧されると、この振動吸収体１５は、ブレース３５の振幅に相当するストロークだけ全体として作動孔１９内を移動し、折れ曲がり部２１でヒステリシス減衰を伴う変形である塑性曲げ変形及び塑性せん断変形の少なくとも一方が生じることにより、梁３１とブレース３５との相対振動を吸収する。このため、振動吸収体１５は、作動孔１９の折れ曲がり部２１において強制的に且つ一定の変形量で変形されるので、相対振動の振幅に影響を受けることなく、振動を減衰することができる。

例えば、図４に示すように、地震による大きな振幅の振動が生じ、振動吸収体１５の変位が大きなときでも、また風や台風によって小さな又は中間程度の振幅の振動が生じ、振動吸収体１５の変位が小さな又は中間程度のときでも、振動吸収体１５は容易に塑性変形を生じ、エネルギー吸収能力を発揮する。そして、本実施形態１に係るダンパー１１は、振動吸収体１５の変位に伴って振動吸収体１５に応力が生ずるという構成であるので、振動の振幅によらず応力の立ち上がりレスポンスが非常に良いという特徴を有している。なお、風のように小さな振幅の振動のときには、超塑性金属の特徴である応力に対する歪速度の感受性の変化を利用することにより、図４に示すように応力を下げることができるので、この図に示すような履歴ループを描くこととなる。

そして、地震のときのように振幅の大きな相対振動が入力されたとしても、振動吸収体１５が全体として移動し、これにより、塑性変形部１５ａが順次移動する構成であるので、大きな振幅の振動によって振動吸収体１５を構成する金属系材料が破断することはない。

一方、風による建築物の揺れのように振幅の小さな相対振動が入力されたときでも、振動吸収体１５が折れ曲がり部２１で局所的に塑性変形する構成であるので、振幅の小さな振動についても有効に減衰効果を発揮させることができる。

したがって、本実施形態に係る制振装置１０によれば、振幅の影響を受けることなく振動吸収体１５を早期に塑性化させることができ、常に目的とするヒステリシス減衰を生じさせることができるので、１台の制振装置１０で広範囲な振幅領域に対して有効に振動減衰することができる。

また、本実施形態１に係る制振装置１０では、振動吸収体１５がシリンダ部１３内を往復移動するのみの構成であるために、対象となる振動の振幅領域に合わせて作動孔１９の長さ及び振動吸収体１５の長さを設計すれば足り、ダンパー１１を容易に設計することができる。

また、本実施形態１では、強度に対するひずみ速度の依存性が高い超塑性金属材料であるＺｎ−Ａｌ合金を振動吸収体１５に使用している。このため、振幅の小さな領域では、ひずみ速度が小さいことから、振動吸収体が早期に降伏して塑性化しやすく振動吸収効果を有効に発揮することができる。一方、振幅の大きな領域では、ひずみ速度が大きいことから、降伏及び塑性化を遅らすことができて振動吸収能力を高めることができる。しかも、このＺｎ−Ａｌ合金は、高強度で且つ非常に伸びの大きな金属材料であるので、建築物の揺れのように大きなエネルギーを有する振動に対しても、破断することなく有効に減衰することができる。

また、本実施形態１では、振動吸収体１５を構成する材料として、無害な金属で且つＰｂの比重の約半分であるＺｎ−Ａｌ合金を使用しているので、軽量で安全な、環境に優しい制振装置１０とすることができる。

ここで、本実施形態１に係る制振装置１０の好ましい設置形態について説明する。図５に示すように、１つの梁３１に対して２つの制振装置１０，１０が互いに上下逆向きになるように制振装置１０，１０を設置するのがよい。具体的に、梁３１を挟んで上下に２つの制振装置１０，１０を配置し、このとき下側の制振装置１０は、シリンダ部１３を梁３１の下面に固定すると共に、ブレース３５が柱３３からシリンダ部１３へ向かって上方へ延びるように配設する。一方、上側の制振装置１０は、シリンダ部１３を梁３１の上面に固定するとともに、ブレース３５が柱３３からシリンダ部１３へ向かって下方へ延びるように配設する。つまり、ブレース３５がＸ字状に配設される。このような設置形態とすることで、梁３１とブレース３５との相対振動が発生したときに、上下のブレース３５からダンパー１１を介して梁３１にそれぞれ伝達される力の方向が逆向きとなる。これにより、各ダンパー１１を通して梁３１に大きな力が伝わることによる変形を抑制することができる。

《発明の実施形態２》
図６及び図７は本発明の実施形態２を示す。ここでは、実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。この実施形態２では、シリンダ部１３は、振動吸収体１５を成形するための成形型４１，４２を備えてなる。

具体的に説明する。前記成形型４１，４２は、重ね合わせることで１つの箱形となる一対の型からなる。この一対の型、即ち第１型４１と第２型４２は、それぞれほぼ同形の箱形に形成されるものであり、それぞれ合わせ面に細長形状の溝部４１ａ，４２ａが設けられている。この溝部４１ａ，４２ａは、それぞれ半円形状の横断面を有する一方、軸方向の中間部において湾曲部が設けられており、前記合わせ面が対向するように両型４１，４２を重ね合わせることにより前記溝部４１ａ，４２ａによって円形断面の作動孔１９が形成されている。つまり、本実施形態２では、作動孔１９の折れ曲がり部２１は、曲線状に湾曲した形状に構成されている。この作動孔１９は、一端が成形型４１，４２の図７における上面に開口する一方、他端が図７における右側の側面に開口している。

また、第１型４１の合わせ面には、雌ねじが切られた凹部４１ｂが設けられる一方、第２型４２の合わせ面には、凹部４１ｂに螺合するためのボルト４４を挿通するための挿通孔４２ｂが設けられている。ボルト４４を凹部４１ｂに螺合することにより、第１型４１と第２型４２の位置決めが行われるようになっている。

そして、Ｚｎ−Ａｌ合金からなる略棒状に形成された金属材料を溝部４１ａ，４２ａに載置し、この状態で第１型４１と第２型４２とを重合してプレス成形を行う。これにより、成形型４１，４２の作動孔１９内に振動吸収体１５が成形される。尚、成形時において、作動孔１９の両端には、図示省略するが成形用インサート部材がそれぞれ挿入配置される。これにより、振動吸収体１５が成形時において作動孔１９内に所望の長さに成形されるようになっている。例えば、作動孔１９は、全長が１４０ｍｍ、振動吸収体１５は、長さ１００ｍｍ、直径２０ｍｍに形成される。

シリンダ部１３には、成形型４１，４２に外嵌される筒状の嵌合部４７と、成形型４１，４２を上下から挟み込むための一対の押え板４９，５０とが設けられている。嵌合部４７には、作動孔１９に連通するように貫通孔４７ａが設けられている。この貫通孔４７ａは、一方のブレース３５を挿通させるためのものである。各押え板４９，５０には、その中央部に貫通孔４９ａ，５０ａが形成されている。図７における上側に配置される押え板４９の貫通孔４９ａは、作動孔１９に連通するように設けられている。この貫通孔４９ａは、もう一方のブレース３５を挿通させるためのものである。また、各押え板４９，５０には、それぞれボルト（図示省略）を挿通するためのボルト孔４９ｂが設けられている。両押え板４９，５０は、成形型４１，４２及び嵌合部４７を挟み込んだ状態でボルトによって締結されている。

本実施形態２に係る制振装置１０では、振動吸収体１５において、作動孔１９の折れ曲がり部２１において塑性曲げ変形又は塑性せん断変形が生じている。そして、ブレース３５が相対変位することにより、このブレース３５によって振動吸収体１５が押圧されて孔軸方向に振幅に相当するストロークだけ移動する。これにより、振動吸収体１５において、塑性変形を受けている塑性変形部１５ａが順次移行する。この結果、振動吸収体１５は、一定の塑性変形を受けつつ、この塑性変形部１５ａが順次移行するので、梁３１とブレース３５との相対振動の振幅によらず、破断することなく常に相対振動を吸収することができる。

例えば、本発明者が行った実験では、８０トン油圧プレス機を使用し、低サイクル疲労試験において、荷重が６００００Ｎ（６トン）のときでも安定したヒステリシス減衰を生じた。

また、本実施形態２によれば、シリンダ部１３が振動吸収体１５を成形するための成形型４１，４２を備えるようにしているので、強度の大きなＺｎ−Ａｌ合金を容易にシリンダ部１３内に配置させることができる。

その他の構成、作用及び効果は前記実施形態１と同様である。

《発明の実施形態３》
図８は本発明の実施形態３を示す。ここでは、実施形態２と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。前記実施形態２では、作動孔１９の折れ曲がり部２１は、湾曲した曲線状としたが、本実施形態３では、作動孔１９の折れ曲がり部２１は、直角に折れ曲がった鉤状に形成されている。つまり、図９にも示すように、折れ曲がり部２１に位置する振動吸収体１５では、この振動吸収体の長さ方向に対し４５度方向にせん断面６１が形成される。そして、ブレース３５の相対変位により、振動吸収体１５が孔軸方向に移動すると、この振動吸収体１５においてせん断面６１が順次移行するようになっている。

その他の構成、作用及び効果は前記実施形態２と同様である。

《発明の実施形態４》
図１０は本発明の実施形態４を示す。ここでは、実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。この実施形態４に係る制振装置１０は、建築物に設けられたブレース３５の途中に配設されるものである。この制振装置１０のダンパー１１は、１つのブレース３５を構成する第１部材３５ａ及び第２部材３５ｂ間においてこれら両部材３５ａ，３５ｂと同軸上に配置され、これらの両部材３５ａ，３５ｂ同士の相対振動を減衰するように構成されている。

以下、具体的に説明する。本実施形態に係る制振装置１０は、第１管部７１と、第２管部７２と、両管部７１，７２を取り囲むように配置された補強管部７４と、ダンパー１１とを備えている。

第１管部７１の一端には、端部プレート７１ａが設けられている。この第１管部７１の一端は、端部プレート７１ａを第１部材３５ａの先端に締結することにより、この第１部材３５ａに接続固定されている。つまり、第１管部７１は、第１部材３５ａに対して相対移動不能に配置されている。

一方、第１管部７１の他端は、前記補強管部７４の一端に挿入されている。そして、この補強管部７４は、第１管部７１に対して相対移動不能に固定されている。この補強管部７４の他端には、第２管部７２の一端が挿入されている。補強管部７４には、軸方向に延びる補強用のリブ７４ａが複数設けられている。このリブ７４ａは、第１管部７１と第２管部７２との間の不連続部分を保護すべく、この部分を補強するためのものである。尚、図１０では、第１管部７１と第２管部７２との間に間隙が形成された状態を示している。

第２管部７２の一端には、端部プレート７２ａが設けられている。この第２管部７２の一端は、端部プレート７２ａを第２部材３５ｂの先端に締結することにより、この第２部材３５ｂに接続固定されている。つまり、第２管部７２は、第２部材３５ｂに対して相対移動不能に配置されている。そして、第２管部７２のもう一方の端部が、前記した通り補強管部７４に挿入されており、第２管部７２は、補強管部７４に対して軸方向に相対移動可能に構成されている。このことで、第２管部７２は、第１管部７１に対して相対移動可能となっている。

前記ダンパー１１は、第２管部７２の内側に配置されている。ダンパー１１は、シリンダ部１３と、このシリンダ部１３内の作動孔１９に挿入される一対の押圧部としての一対のプランジャー７５，７６とを備えている。

シリンダ部１３は、補強管部７４に固定されている。つまり、このシリンダ部１３は、ブレース３５の第１部材３５ａに対して相対移動不能に配置されている。

シリンダ部１３は、Ｚｎ−Ａｌ合金からなる振動吸収体１５を成形するための金型により構成されており、シリンダ部１３の内側は、軸方向に貫通する作動孔１９として形成されている。尚、本実施形態３では、シリンダ部１３を、振動吸収体１５を成形するための金型により構成しているが、本発明は、この構成に限られるものではない。

振動吸収体１５は、作動孔１９内に孔軸方向に移動可能に配置されている。図１１にも示すように、この作動孔１９には、その孔軸方向の略中央部において湾曲した形状の折れ曲がり部２１が設けられている。尚、図１１（ａ）は、シリンダ部１３を上方から見た断面図である。図１１（ｂ）は、シリンダ部１３を側方から見た断面図であり、図１０と同じ方向から見たものである。

前記各プランジャー７５，７６は、シリンダ部１３を挟み込むように第２管部７２の内側に配置されており、この各プランジャー７５，７６は、それぞれ第２管部７２に固定されている。つまり、プランジャー７５，７６は、第２管部７２及びブレース３５の第２部材３５ｂに対して相対移動不能に配置されている。

各プランジャー７５，７６は、第２管部７２に固定された平板状の支持部７５ａ，７６ａと、この支持部７５ａ，７６ａに一体的に形成され、孔軸方向に延びる円柱状のプランジャー本体７５ｂ，７６ｂとからなる。各プランジャー７５，７６のプランジャー本体７５ｂ，７６ｂは、それぞれ同軸上に配置されるとともに、互いに対向し合っている。そして、各プランジャー本体７５ｂ，７６ｂは、それぞれシリンダ部１３の両端から、シリンダ部１３に対して進退移動可能に作動孔１９内に挿入されている。この両プランジャー７５，７６は一体となって移動するものであり、作動孔１９内において、両プランジャー本体７５ｂ，７６ｂ間の間隔は一定となっている。振動吸収体１５は、両プランジャー本体７５ｂ，７６ｂ間に挟まれている。振動吸収体１５は、プランジャー７５，７６の移動に伴って作動孔１９内を孔軸方向に移動することとなるが、このときにも振動吸収体１５は、常に折れ曲がり部２１の両側に跨った状態となっている。

したがって、本実施形態４に係る制振装置１０では、第１部材３５ａと第２部材３５ｂとが互いに近づくように両部材３５ａ，３５ｂ間に相対的な変位が生じたときには、第２部材３５ｂと一体となって第２管部７２、即ちプランジャー７５，７６が、相対変位量に応じたストロークだけ第１管部７１へ向かって（図１０における左向き）移動する。これにより、図１０における右側のプランジャー７６は、振動吸収体１５を図１０における左向きに押圧する。振動吸収体１５は、右側のプランジャー７６による押圧力を受けて作動孔１９内を左向きに移動し、このとき、折れ曲がり部２１において曲げ及びせん断の少なくとも一方の塑性変形を生じるので、本実施形態３においても、前記実施形態１と同様に、エネルギー吸収能力を発揮することができる。

一方、第１部材３５ａと第２部材３５ｂとが互いに離れるように両部材３５ａ，３５ｂ間に相対的な変位が生じたときには、プランジャー７５，７６は、相対変位量に応じたストロークだけ第１管部７１から離れる方向（図１０における右向き）へ移動する。これにより、図１０における左側のプランジャー７５は、振動吸収体１５を図１０における右向きに押圧する。このときも前記同様に、振動吸収体１５は、作動孔１９内を右向きに移動し、折れ曲がり部２１において曲げ及びせん断の少なくとも一方の塑性変形を生じるので、振動を減衰することができる。つまり、本制振装置１０は、ブレース３５の途中に配設されるものであるので、ブレース３５の引張、圧縮に伴う伸び及び縮みに対するそれぞれにおいてエネルギー吸収能力を発揮し、振動を減衰させることができる。

その他の構成、作用及び効果は前記実施形態１と同様である。

《その他の実施形態》
前記各実施形態では、建築物に設置される制振装置１０について説明したが、これに限られるものではなく、本発明は、広範囲な振幅領域を有する振動を減衰させるために使用される種々の制振装置１０に使用することができる。

また、高層建築物用の制振装置１０としてではなく、もっとエネルギーの小さな振動を減衰させるための制振装置１０に本発明を適用する場合には、振動吸収体１５は、Ｚｎ−Ａｌ合金に代え、鉛、スズ、ビスマス等の軟質金属により構成してもよい。また、振動吸収体１５は、超弾性金属材料や形状記憶合金により構成してもよい。

また、例えば１００℃以上の温間雰囲気下に設置される制振装置１０に本発明を適用する場合には、振動吸収体１５は、マグネシウムとジルコニウムとの合金（Ｍｇ−Ｚｒ合金）、マグネシウムとアルミニウムとの合金（Ｍｇ−Ａｌ合金）等のマグネシウム系の合金により構成してもよい。

また、前記各実施形態について、材料特性を変えることによって減衰特性を変更するだけでなく、折れ曲がり部２１における曲げ角度や湾曲度、あるいは曲げ方を変更することによっても減衰特性を変更することが可能である。したがって、要求される減衰特性に応じて曲げ角度や湾曲度を変更することが可能である。また、折れ曲がり部２１として、例えば湾曲している個所を複数設ける構成としてもよい。言い換えると、本発明によるダンパー１１は、折れ曲がり部２１の形状を調整することにより、振動吸収体１５に付与する変形量（塑性歪量）及び変形箇所数を簡単に調整することができ、自由に減衰特性をコントロールできる。この場合において、折れ曲がり部２１は、制振ダンパー１１の用途に応じて、超塑性材料での変形応力に対する歪速度感受性を積極的に引き出せるような折れ曲がり形状とすることも容易に可能である。

尚、アルミニウム等のように加工硬化の顕著なものによって振動吸収体１５を構成する場合には、前記各実施形態のように建築物用の制振装置１０に適用するのは好ましくないが、相対振動の激しくない部材間に設置されるような制振装置１０に本発明を適用する場合には、振動吸収体１５をアルミニウム等の加工硬化の激しいものによって構成することも可能である。

本発明の実施形態１に係る制振装置の全体構成を示す正面図である。 本発明の実施形態１に係る制振装置の要部を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る制振装置における振動吸収体の動きを示す特性図であり、（ａ）は、無荷重時又は微振動時を示し、（ｂ）は大振幅振動時を示している。 本発明の実施形態１に係る制振装置における振動吸収体の変位と、この振動吸収体に生ずる応力との相関関係を示す特性図である。 本発明の実施形態１に係る制振装置の設置形態の例を示す図である。 本発明の実施形態２に係るダンパーの全体構成を示す上面図である。 図６のVII−VII線における断面図である。 本発明の実施形態３に係るダンパーの要部を示す概念図である。 本発明の実施形態３における振動吸収体に生ずるせん断変形の変化を示す特性図である。 本発明の実施形態４に係る制振装置の全体構成を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る制振装置の要部を示す断面図であり、（ａ）は上方から見た断面図であり、（ｂ）は側方から見た断面図である。 従来の地震用の制振装置における図４相当図である。

符号の説明

１０ 制振装置
１１ ダンパー
１３ シリンダ部
１５ 振動吸収体
１９ 作動孔
２１ 折れ曲がり部
３１ 梁（第１部材）
３５ ブレース（第２部材）
３５ａ 第１部材
３５ｂ 第２部材
４１ 第１型（成形型）
４２ 第２型（成形型）
７５ プランジャー（押圧部）
７６ プランジャー（押圧部）

Claims (9)

1. 第１部材と一対の第２部材との相対振動を減衰するためのダンパーであって、
   前記第１部材に対して相対移動不能に配置され、折れ曲がり部が設けられた作動孔が貫通するシリンダ部と、
   前記作動孔内に該作動孔の孔軸方向に移動可能に配置される金属系材料からなる振動吸収体とを備え、
   前記シリンダ部の作動孔は、その両端から前記第２部材がそれぞれ進退移動可能に挿入されるように構成され、
   前記振動吸収体は、前記第２部材から受ける押圧力により、折れ曲がり部の両側に跨った状態で作動孔内を移動するとともに、折れ曲がり部でヒステリシス減衰を伴う曲げ及びせん断の少なくとも一方の変形が生ずることにより、前記両部材の相対振動を吸収する構成とされているダンパー。
2. 建築物の振動を減衰するための制振装置であって、
   請求項１に記載のダンパーを備え、
   前記第１部材は、前記建築物の柱又は梁により構成され、
   前記第２部材は、前記建築物に設けられたブレース又はこのブレースに対して相対移動不能に配置される押圧部材により構成されている制振装置。
3. 第１部材と第２部材との相対振動を減衰するためのダンパーであって、
   前記第１部材に対して相対移動不能に配置され、折れ曲がり部が設けられた作動孔が貫通するシリンダ部と、
   前記作動孔内に該作動孔の孔軸方向に移動可能に配置される金属系材料からなる振動吸収体と、
   前記第２部材に対して相対移動不能に配置され、前記作動孔の両端からそれぞれ進退移動可能に挿入される一対の押圧部とを備え、
   前記振動吸収部材は、前記押圧部から受ける押圧力により、折れ曲がり部の両側に跨った状態で作動孔内を移動するとともに、折れ曲がり部でヒステリシス減衰を伴う曲げ及びせん断の少なくとも一方の変形が生ずることにより、前記両部材の相対振動を吸収する構成とされているダンパー。
4. 建築物の振動を減衰するための制振装置であって、
   前記建築物に設けられたブレースの途中に配設された請求項３に記載のダンパーを備え、
   前記第１部材は、前記ブレースを構成する一方の部材により構成され、
   前記第２部材は、前記ブレースを構成する他方の部材により構成されている制振装置。
5. 前記振動吸収体は、超塑性金属材料からなる請求項１又は３に記載のダンパー。
6. 前記振動吸収体は、亜鉛とアルミニウムの合金からなる請求項５に記載のダンパー。
7. 前記シリンダ部は、振動吸収体を成形するための成形型を備えてなる請求項１，３，５及び６の何れか１項に記載のダンパー。
8. 前記振動吸収体は、超塑性金属材料からなる請求項２又は４に記載の制振装置。
9. 前記振動吸収体は、亜鉛とアルミニウムの合金からなる請求項８に記載の制振装置。