JP5874336B2 - 制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、地震等による建物等の構造物の振動を減衰する制振装置に関する。

例えば、特許文献１には、建物の上部側で水平にのびる上側水平部材と、上側水平部材よりも下方を水平にのびる下側水平部材との間に取り付けられ、かつ、上側水平部材と下側水平部材との間の水平力を吸収する制振装置が提案されており、斯かる制振装置において、変位ユニットと上側水平部材との間に配された上部側張力手段及び変位ユニットと下側水平部材との間に配された下部側張力手段の夫々は、長さ調整可能なターンバックルを有する一対のブレースからなっている。

特開２０１１−１４４５５６号公報

ところで、斯かる制振装置では、想定以上の振動が生じた際にブレースの緩み、取付部分から破損する等の事態が生じ得ることから、このような事態を防ぎ得る制振性能を有した制振装置が望まれる。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ひずみエネルギーを蓄えて衝撃を緩和する上に振動を減衰することができる制振装置を提供することにある。

本発明の制振装置は、少なくとも一つの環状のばね材と、このばね材の互いに対向する二つの部分に螺合連結されている一対のねじ軸と、ばね材に弾性変形を生じる一対のねじ軸の対向両端の接近及び離反の振動エネルギを吸収するべく、ばね材を橋絡して配された振動エネルギ吸収手段とを具備している。

本発明の制振装置によれば、特に、ばね材に弾性変形を生じる一対のねじ軸の対向両端の接近及び離反の振動エネルギを吸収する振動エネルギ吸収手段を具備しているために、ばね材の弾性変形によって振動エネルギを蓄えて衝撃を緩和する上に振動エネルギ吸収手段によって振動を減衰することができ、斯かる制振装置は、例えば、建築現場、装置の設置、運送業や倉庫業等の固定に用いられ得る。

本発明の制振装置では、振動エネルギ吸収手段は、ばね材の互いに対向する二つの部分のうちの一方の部分に連結されたシリンダ本体と、このシリンダ本体を二室に画成するべく、シリンダ本体内に配されているピストンと、当該二室を連通するオリフィスと、一端部がピストンに連結されていると共にシリンダ本体の一端部を貫通してシリンダ本体外に突出してばね材の互いに対向する二つの部分のうちの他方の部分に連結された第一のピストンロッドと、一端部がピストンに連結されていると共にシリンダ本体の他端部を貫通してシリンダ本体外に突出した第二のピストンロッドと、シリンダ本体の二室に充填された流体とを有したダンパを具備していてもよい。

本発明の制振装置では、流体は、シリコン系の液体からなっていてもよく、また、可圧縮性を有していてもよく、第一のピストンロッドは、第二のピストンロッドの径と同一の径又は当該径よりも小さな径を有していてもよく、また、ダンパとしては、斯かる流体を用いたダンパに代えて、塑性ダンパ又は摩擦ダンパであってもよく、更に、ばね材は、無端環状であって、好ましくは、円形状の形状を有しているが、楕円形状の形状であってもよく、ばね材が、無端環状であって円形状の形状を有している場合には、好ましい例では、ダンパは、ばね材の中心を通ってばね材を橋絡して配されており、一対のねじ軸には、互いに同方向又は逆方向のねじが切られていてもよいが、逆方向のねじが切られている場合には、一対のねじ軸間の間隔を調節することができ、ばね材をねじ軸の軸心を中心として回転させることによって、ターンバックル的機能を得ることができるので好ましく、ばね材は、好ましい弾性と強靭性とが得られるように、ばね鋼等から形成されているとよいが、ばね材においても振動エネルギを吸収させる場合には、ばね材は、好ましい弾性と強靭性とに加えて、高減衰特性をもった材料から形成されているとよい。

本発明によれば、ひずみエネルギーを蓄えて衝撃を緩和する上に振動を減衰することができる制振装置を提供し得る。

図１は、本発明の実施の形態の例の全体説明図である。 図２は、図１に示す例の側面説明図である。 図３は、図１に示す例の主に振動エネルギ吸収手段の拡大断面説明図である。 図４は、図１に示す例の他の形態の振動エネルギ吸収手段の拡大断面説明図である。 図５は、本発明の実施の形態の他の例の全体説明図である。 図６は、本発明の実施の形態の更に他の例の全体説明図である。 図７は、本発明の実施の形態の更に他の例の全体説明図である。 図８は、本発明の実施の形態の更に他の例の全体説明図である。 図９は、本発明の実施の形態の更に他の例の全体説明図である。

次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。

図１から図３において、本例の制振装置１は、無端環状としての円形状のばね材２と、ばね材２の径方向であってＺ方向において互いに対向する二つの部分２ａ及び２ｂの夫々に一対の連結部材５及び６を介して螺合連結されている一対のねじ軸３及び４と、ばね材２に弾性変形を生じる一対のねじ軸３及び４の対向両端７及び８の接近及び離反の振動エネルギを吸収するべく、ばね材２を橋絡するようにねじ軸３及び４の対向両端７及び８に連結されて配された振動エネルギ吸収手段９とを具備している。

ねじ軸３及び４は径方向においてＺ方向に伸びており、ねじ軸３の端部７はねじ軸４の端部８に対してＺ方向において間隔をもって対向している。ねじ軸３及び４のうちの一方には右ねじが、当該他方には左ねじが切られている、即ち、ねじ軸３及び４には、互いに逆方向のねじが切られている。

ねじ軸３をばね材２の部分２ａに螺合連結させる連結部材５は、ばね材２の部分２ａが取り付けられたブロック状の本体１１と、本体１１にＺ方向に伸びて形成されていると共にねじ軸３に螺合している螺合孔１２とを具備しており、本体１１には、ばね材２の部分２ａが溶接により固着されている。

ねじ軸４をばね材２の部分２ｂに螺合連結させる連結部材６は、ばね材２の部分２ａに径方向において対向する部分２ｂが取り付けられたブロック状の本体１３と、本体１３にＺ方向に伸びて形成されていると共にねじ軸３に螺合している螺合孔１４とを具備しており、本体１３には、ばね材２の部分２ｂが溶接により固着されている。

ばね材２は、例えば図１に示すように、弾性を有する棒部材が円環状に形成されてなる。尚、ねじ軸３及び４間の間隔は、ばね材２をＺ方向に伸びる軸を中心として回転させることによって調整することができる。

ばね材２は、ねじ軸３及び４がＺ方向において互いに変位した場合には、復元可能な範囲で楕円形状に弾性変形してひずみエネルギーを蓄える。

ばね材２は、ねじ軸３及び４がＺ方向において互いに接近した場合には、Ｚ方向において縮まる一方、Ｚ方向に直交する方向において伸張されるように、復元可能な範囲で弾性変形してひずみエネルギーを蓄える。蓄えたひずみエネルギーはねじ軸３及び４をＺ方向において互いに離反させて原点位置に復帰させる弾性力として発揮される。

また、ばね材２は、ねじ軸３及び４がＺ方向において互いに離反した場合には、Ｚ方向において伸張される一方、Ｚ方向に直交する方向において縮まるように、復元可能な範囲で弾性変形してひずみエネルギーを蓄える。蓄えたひずみエネルギーはねじ軸３及び４をＺ方向において互いに接近させて原点位置に復帰させる弾性力として発揮される。

振動エネルギ吸収手段９は、例えば図３に示すように、シリンダ本体３１と、シリンダ本体３１を二室３２及び３３に画成するように、シリンダ本体３１内に配されているピストン３５と、二室３２及び３３を連通すると共にピストン３５に形成された少なくとも一個のオリフィス３４と、一端部３６がピストン３５に連結されて、シリンダ本体３１の一端部３７を貫通してシリンダ本体３１外に突出されたピストンロッド３８と、一端部３９がピストン３５に連結されて、シリンダ本体３１の他端部４０を貫通してシリンダ本体３１外に突出されていると共にピストンロッド３８の径と同径の径をもったピストンロッド４１と、シリンダ本体３１の二室３２及び３３に充填された例えばシリコンオイル等の圧縮性を有した加圧流体４２と、ピストンロッド４１の他端部５１に固着されている一方、ねじ軸３の端部７に回転自在に連結された連結部材５２と、シリンダ本体３１に固着されている一方、ねじ軸４の端部８に回転自在に連結された連結部材５３とを具備して、ピストンロッド３８及び４１の伸びる方向であるＺ方向に伸縮変形自在であるダンパ３０を具備しており、こうして、ダンパ３０は、そのピストンロッド４１の他端部５１が連結部材５２、ねじ軸３及び本体１１を介してばね材２の部分２ａに連結されている一方、そのシリンダ本体３１の一端が連結部材５３、ねじ軸４及び本体１３を介してばね材２の部分２ａに径方向において対向する部分２ｂに連結されており、而して、振動エネルギ吸収手段９のダンパ３０は、ばね材２を橋絡して配されている。

以上のダンパ３０は、ねじ軸３及び４がＺ方向において互いに離反した場合にはＺ方向において伸張し、ねじ軸３及び４がＺ方向において互いに接近した場合にはＺ方向に関して縮み、この伸縮においてオリフィス３４を介する加圧流体４２の室３２と室３３との間の移動により可及的速やかに当該ダンパ３０に加わる運動エネルギを減衰させる。

ねじ軸３及び４がＺ方向において互いに離反、接近して変位した場合には、ばね材２は復元可能に変形することでひずみエネルギーを蓄える一方、ダンパ３０はオリフィス３４を介する加圧流体４２の室３２と室３３との間の移動により可及的速やかに当該ダンパ３０に加わるＺ方向の運動エネルギを減衰させる。

尚、ダンパ３０は、例えば図４に示すように、ピストンロッド３８がピストンロッド４１の径よりも大きな径を有していてもよい。斯かる場合には、ダンパ３０は、連結部材５２又は５３にＺ方向の引っ張り外力が加わらない場合には、換言すれば、連結部材５２と連結部材５３とをＺ方向に関して互いに引き離そうとする外力が加わらない場合には、二室３２及び３３における受圧面積の相違によるピストン３５に加わる一端部３７に向かう自身の力、すなわちＺ方向に関する自身の引っ張り力により、Ｚ方向に関して可能な最小に縮められた状態になる。そして、連結部材５２と連結部材５３とをＺ方向に関して互いに引き離そうとする外力が、二室３２及び３３における受圧面積の相違によるピストン３５に加わる一端部３７に向かう自身の力よりも大きくなると、連結部材５２と連結部材５３とは、Ｚ方向に関して互いに引き離されるようになり、ダンパ３０は、Ｚ方向に関して伸張されることになる一方、伸張後に連結部材５２と連結部材５３とをＺ方向に関して互いに引き離そうとする外力が自身の引っ張り力よりも小さくなると、ダンパ３０は、Ｚ方向に関して縮むことになる。この伸縮において、ダンパ３０は、オリフィス３４を介する加圧流体４２の室３２と室３３との間の移動により可及的速やかにダンパ３０に加わる運動エネルギを減衰させることになる。斯かるダンパ３０では、大径のピストンロッド３８と小径のピストンロッド４１との面積差と加圧流体４２の圧力とに基づく力以上の伸長力が外部から付加されない限り、剛体のように振る舞い、したがって例えば連結部材５２に取り付けられた構造体をしっかり保持でき、それ以上の伸長力が外部から付加されると、オリフィス３４を介する加圧流体４２により斯かる構造体の運動エネルギを可及的速やかに吸収して構造体の運動を減衰させることができる。加えて、ダンパ３０によれば、大径のピストンロッド３８と小径のピストンロッド４１との面積差と加圧流体４２の圧力とに基づく力、すなわち自身の引っ張り力が構造体に印加されるために、移動後の構造体を元の位置に戻すことができる。

以上の制振装置１を例えば建築物に用いる場合には、建造材の対角線上ブレース中間部に連結し、ダンパ３０に対してばね材２を軸心の周りで相対的に回転させることにより、緩みをなくして設置し得る。

本例の制振装置１によれば、円形状のばね材２と、ばね材２に連結されていると共にねじ軸３及び４に螺合している連結部材５及び６と、ねじ軸３及び４の対向両端７及び８に連結されていると共にばね材２のひずみ時におけるねじ軸３及び４の対向両端７及び８の接近及び離反において振動エネルギを吸収する振動エネルギ吸収手段９とを具備しているために、ばね材２の復元可能な弾性変形によってひずみエネルギーを蓄えて衝撃を緩和する上に振動エネルギ吸収手段９によって振動を減衰することができる。制振装置１は、例えば、建築現場、装置の設置、運送業や倉庫業等の固定に用いられ得る。

上記の制振装置１においては、連結部材５２をねじ軸３の端部７に連結し、連結部材５３をねじ軸４の端部８に連結したが、これに代えて、図５に示すように、連結部材５２を連結部材５の本体１１に直接固着して連結し、連結部材５３を連結部材６の本体１３に直接固着して連結して、ピストンロッド４１の他端部５１をねじ軸３を介することなしにばね材２の部分２ａに連結する一方、シリンダ本体３１の一端をねじ軸４を介することなしにばね材２の部分２ｂに連結して、これによりばね材２を橋絡してダンパ３０を配してもよく、更に、上記では、伸縮方向がＺ方向となるようにばね材２を橋絡してダンパ３０を配したが、これに代えて、図６に示すように、伸縮方向がＺ方向と直交する径方向においてＹ方向となるように、連結部材５２をばね材２のＹ方向において互いに対向する二つの部分２ｃ及び２ｄのうちの一方の部分２ｃに、連結部材５３を部分２ｃに径方向においてＹ方向で対向するばね材２の二つの部分２ｃ及び２ｄのうちの他方の部分２ｄに夫々連結して、ばね材２の中心を通って、しかも、ばね材２を橋絡してダンパ３０を配してもよく、この場合、連結部材５２は、ばね材２の部分２ｃが貫通するような貫通孔６１を、連結部材５３もまた、ばね材２の部分２ｄが貫通するような貫通孔６２を夫々有しているとよく、また、斯かる貫通孔６１及び６２の夫々で部分２ｃ及び２ｄの夫々が連結部材５２及び５３の夫々に固着されていてもよい。

更に、上記の制振装置１において、連結部材５及び６を設けることなしに、ばね材２の部分２ａ及び２ｂの夫々に貫通孔を形成し、この貫通孔の夫々においてねじ軸３及び４が螺合する雌ねじを部分２ａ及び２ｂの夫々にねじ切りし、斯かる部分２ａ及び２ｂにねじ軸３及び４の夫々を直接螺合して、連結部材５及び６を介することなしに、ばね材２の部分２ａ及び２ｂの夫々にねじ軸３及び４の夫々を螺合連結してもよく、このようにすると、ねじ軸３の軸心とねじ軸４の軸心とを結ぶ線上にばね材２の中心が位置することになり、ねじ軸３及び４の互いの接近、離反において、ねじ軸３及び４に撓み力が発生することをなくし得る。

また、上記の制振装置１においては、一個のばね材２を用いたが、図７に示すように、ダンパ３０を挟んで一対のばね材２を夫々の部分２ａ及び２ｂ並びに連結部材５及び連結部材６を介して一対のねじ軸３及び４の夫々に螺合連結してもよく、また、図８に示すように、一個のばね材２を挟んで一対のダンパ３０を配し、連結部材５及び６の夫々を介して一対のダンパ３０の夫々の連結部材５２及び５３をばね材２の部分２ａ及び２ｂに連結してもよく、この場合、ねじ軸３の軸心とねじ軸４の軸心とを結ぶ線上にばね材２の中心が位置するように、連結部材５及び６の本体１１及び１３の夫々を貫通してばね材２の部分２ａ及び２ｂを連結部材５及び６に連結し、ねじ軸３及び４の夫々の一端部７１及び７２を連結部材５及び６の夫々に設けられたねじ溝７３及び７４に螺合連結してもよく、図７及び８に示すようにすると、ねじ軸３及び４の互いの接近、離反においてねじ軸３及び４に撓み力が生じなくし得る。

以上の例では、円形の無端環状のばね材２を用いたが、これに代えて、図９に示すように、一対のばね板８１及び８２と、板ばね８１及び８２の両端部を連結、固定したボルト−ナット８３及び８４とを具備した環状のばね材２を用いてもよく、この場合、ボルト−ナット８３及び８４に代えて又はこれと共に、板ばね８１及び８２の両端部を溶接等により連結、固定してもよく、更には、ばね材２は、複数枚の板ばね８１と複数枚の板ばね８２とを具備していてもよい。

１ 制振装置
２ ばね材
３、４ ねじ軸
５、６ 連結部材
９ 振動エネルギ吸収手段
３０ ダンパ

Claims (10)

1. 少なくとも一つの環状のばね材と、このばね材の互いに対向する二つの部分の夫々に螺合連結されている一対のねじ軸と、ばね材に弾性変形を生じる一対のねじ軸の対向両端の接近及び離反の振動エネルギを吸収するべく、ばね材を橋絡して配された振動エネルギ吸収手段とを具備しており、環状のばね材は、一対のばね板と、この一対の板ばねの両端部を連結、固定したボルト−ナットとを具備している制振装置。
2. 振動エネルギ吸収手段は、その一端で一対のねじ軸の対向方向と直交する方向におけるばね材の互いに対向する二つの部分のうちの一方の部分に、その他端で一対のねじ軸の対向方向と直交する方向におけるばね材の互いに対向する二つの部分のうちの他方の部分に夫々連結されている請求項１に記載の制振装置。
3. 少なくとも一つの環状のばね材と、このばね材の互いに対向する二つの部分の夫々に螺合連結されている一対のねじ軸と、ばね材に弾性変形を生じる一対のねじ軸の対向両端の接近及び離反の振動エネルギを吸収するべく、ばね材を橋絡して配された振動エネルギ吸収手段とを具備しており、振動エネルギ吸収手段は、その一端で一対のねじ軸の対向方向と直交する方向におけるばね材の互いに対向する二つの部分のうちの一方の部分に、その他端で一対のねじ軸の対向方向と直交する方向におけるばね材の互いに対向する二つの部分のうちの他方の部分に夫々連結されている制振装置。
4. 振動エネルギ吸収手段は、ばね材の互いに対向する二つの部分のうちの一方の部分に連結されたシリンダ本体と、このシリンダ本体を二室に画成するべく、シリンダ本体内に配されているピストンと、当該二室を連通するオリフィスと、一端部がピストンに連結されていると共にシリンダ本体の一端部を貫通してシリンダ本体外に突出してばね材の互いに対向する部分のうちの他方の部分に連結された第一のピストンロッドと、一端部がピストンに連結されていると共にシリンダ本体の他端部を貫通してシリンダ本体外に突出した第二のピストンロッドと、シリンダ本体の二室に充填された流体とを有したダンパを具備している請求項１に記載の制振装置。
5. 振動エネルギ吸収手段は、一対のねじ軸の対向方向と直交する方向におけるばね材の互いに対向する二つの部分のうちの一方の部分に連結されたシリンダ本体と、このシリンダ本体を二室に画成するべく、シリンダ本体内に配されているピストンと、当該二室を連通するオリフィスと、一端部がピストンに連結されていると共にシリンダ本体の一端部を貫通してシリンダ本体外に突出して一対のねじ軸の対向方向と直交する方向におけるばね材の互いに対向する二つの部分のうちの他方の部分に連結された第一のピストンロッドと、一端部がピストンに連結されていると共にシリンダ本体の他端部を貫通してシリンダ本体外に突出した第二のピストンロッドと、シリンダ本体の二室に充填された流体とを有したダンパを具備している請求項２又は３に記載の制振装置。
6. 流体は、シリコン系の可圧縮性液体からなる請求項４又は５に記載の制振装置。
7. 第一のピストンロッドは、第二のピストンロッドの径と同一の径を有している請求項４から６のいずれか一項に記載の制振装置。
8. 第一のピストンロッドは、第二のピストンロッドの径よりも小さな径を有している請求項４から６のいずれか一項に記載の制振装置。
9. 環状のばね材は、円形状の形状を有しており、ダンパは、ばね材の中心を通ってばね材を橋絡して配されている請求項１から８のいずれか一項に記載の制振装置。
10. 一対のねじ軸には、互いに逆方向のねじが切られている請求項１から９のいずれか一項に記載の制振装置。

Images