JP6569073B1 - 制振装置、及びそれを備えた建築材 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造で且つ設置コストを低減しつつ、加振時に引張力と押圧力との双方を効果的に制振することができる、制振性能を高めた制振装置、及びそれを備えた建築材を提供する。【解決手段】内側筐体４と、弾性ダンパー１０と、外側筐体２と、軸部材８と、固定部材１６、１８と、一端部１２に押圧力が作用したとき、内側筐体４内において弾性ダンパー１０を軸線方向に縮短させる第１押圧部材１８と、第１押圧部材１８により弾性ダンパー１０が縮短したとき、内側筐体４内における弾性ダンパー１０の軸線方向の変位を規制する第１規制部材６と、一端部１２に引張力が作用したとき、内側筐体４内において弾性ダンパー１０を軸線方向に縮短させる第２押圧部材８ａと、第２押圧部材８ａにより弾性ダンパー１０が縮短したとき、内側筐体４内における弾性ダンパー１０の軸線方向の変位を規制する第２規制部材２０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、制振装置、及びそれを備えた建築材に関する。

建築物の制振構造としては、例えば、柱と梁とから形成される軸組構造内に筋交い材を設け、筋交い材と軸組構造を構成する柱や梁との間に制振装置を設けることが知られている。この種の制振装置は、各種の可動プレートや弾性ダンパーから構成され、軸組構造の変形に伴って弾性ダンパーを塑性変形させることで、地震によるエネルギを弾性減衰エネルギとして吸収し、制振効果を得ることができる。

特許文献１には、弾性ダンパーを、軸組構造内の上下何れか一方側へ配置して、固定プレートを梁の中央部へ固定する一方、弾性ダンパーの配置側と反対側での柱と梁との仕口部に、略同じ長さの一対のブレース（筋交い材）の一端をそれぞれ固定して互いの中間部位で交差させ、両ブレースの他端を可動プレートに連結した、制振装置が開示されている。

特開２００６−１５２７２２号公報

このような制振装置は、多数のプレートをリンク機構で連結した複雑な構造となり、製造コストがかかる。また、制振装置を固定するのみならず、一対の筋交い材に各可動プレートを連結しなければならないため、設置コストがかかる。また、軸組構造への加振時には、筋交い材に作用する引張力によって可動プレートが初めて動作する。このため、軸組構造への加振時に筋交い材に押し付け力（押圧力）が作用した場合について格別な配慮がなされていない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡素な構造で且つ設置コストを低減しつつ、加振時に引張力と押圧力との双方を効果的に制振することができる、制振性能を高めた制振装置、及びそれを備えた建築材を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の制振装置は、内側筐体と、内側筐体の内面に緩嵌される弾性ダンパーと、内側筐体の外面に緩嵌される外側筐体と、内側筐体、弾性ダンパー、及び外側筐体に挿通され、一端部に押圧力又は引張力が作用する軸部材と、一端部を外側筐体に固定する固定部材と、一端部に押圧力が作用したとき、軸部材及び外側筐体の軸線方向の変位に伴い、内側筐体内において弾性ダンパーを軸線方向に縮短させる第１押圧部材と、第１押圧部材により弾性ダンパーが縮短したとき、内側筐体内における弾性ダンパーの軸線方向の変位を規制する第１規制部材と、一端部に引張力が作用したとき、軸部材及び外側筐体の軸線方向の変位に伴い、内側筐体内において弾性ダンパーを軸線方向に縮短させる第２押圧部材と、第２押圧部材により弾性ダンパーが縮短したとき、内側筐体内における弾性ダンパーの軸線方向の変位を規制する第２規制部材とを備える。

好ましくは、前述した第１及び第２規制部材は、弾性ダンパーが伸長したとき、内側筐体内における弾性ダンパーの軸線方向の変位を規制する。
好ましくは、前述した弾性ダンパーは、その軸線方向における両端部がそれぞれ第１規制部材、第２規制部材に当接した状態において軸線方向に縮短されている。

好ましくは、前述した第１規制部材と第２規制部材との軸線方向における離間距離を調整する調整機構を備える。
好ましくは、前述した弾性ダンパーは、コイルばねと、コイルばねの両端が係止される一対のホルダとを有する。
好ましくは、前述した弾性ダンパーを複数備える。

一方、本発明の建築材は、前述の何れかの制振装置を備える。
好ましくは、前述した建築材は木造軸組構造を構成する筋交い材である。

本発明の制振装置、及びそれを備えた建築材によれば、簡素な構造で且つ設置コストを低減しながら、加振時に引張力と押圧力との双方を制振することにより制振性能を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る制振装置の（ａ）上面図、（ｂ）側面図、（ｃ）下面図である。 図１の制振装置の使用前調整を行った後の縦断面図である。 図２の制振装置に押圧力が作用したときの縦断面図である。 図２の制振装置に引張力が作用したときの縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る制振装置の（ａ）上面図、（ｂ）縦断面図、（ｃ）下面図である。 図５の制振装置を建築物の木造軸組構造に適用した場合の構造図である。 図６の木造軸組構造に水平方向の加振が行われた場合を示す構造図である。

以下、図面に基づき本発明の各実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る制振装置１の（ａ）上面図、（ｂ）側面図、（ｃ）下面図を示す。制振装置１は、外側筐体２、内側筐体４、調整部材（第１規制部材、調整機構）６、及び軸部材８を備えている。

図２は、制振装置１の使用前調整を行った後の縦断面図である。内側筐体４は、本実施形態の場合、断面円形をなす筒状であり、その内側には弾性ダンパー１０が配置されている。外側筐体２、内側筐体４、調整部材６、弾性ダンパー１０の長手方向は、軸部材８の軸線方向Ｘと一致している。このため、以降、軸線方向Ｘは、これらの部材２、４、６、１０の長手方向と同じ意味で使用する。

弾性ダンパー１０は、内側筐体４の内面４ａに緩嵌され、内側筐体４に対して軸線方向Ｘに移動可能である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、外側筐体２は、本実施形態の場合、断面円形をなす筒状であり、その内側に内側筐体４の一部が配置されている。外側筐体２は、内側筐体４の外面４ｂに緩嵌され、内側筐体４に対して軸線方向Ｘに移動可能である。

軸部材８は、調整部材６、内側筐体４、弾性ダンパー１０、及び外側筐体２に挿通されている。軸部材８の一端部１２には、図示しない制振対象物の加振による押圧力又は引張力が作用する。詳しくは、軸部材８の一端部１２は、外側筐体２の外端部２Ａに位置している。外端部２Ａは、制振装置１において軸線方向Ｘで見て外側の一端に位置する。図２に示すように、外端部２Ａには外側筐体２の径方向内側に環板状に突出した内フランジ部１４が形成されている。

軸部材８は、内フランジ部１４を挿通され、内フランジ部１４から一端部１２が突出されている。本実施形態の場合、軸部材８は、ボルトであって、ヘッド（第２押圧部材）８ａとねじ部８ｂとから構成されている。ヘッド８ａは、内側筐体４の外端部４Ａに位置している。外端部４Ａは、制振装置１において軸線方向Ｘで見て、外端部２Ａと反対側の外側の他端に位置する。一方、ねじ部８ｂの先端は、前述した一端部１２である。一端部１２には、ナット（固定部材）１６が内フランジ部１４に至るまで螺進される。

外側筐体２内において、軸部材８の外面、すなわち、ねじ部８ｂには、位置決め部材（固定部材、第１押圧部材）１８が緩嵌されている。位置決め部材１８は、断面円形をなす筒状であり、内フランジ部１４と弾性ダンパー１０の一端部１０ａとに当接される。位置決め部材１８は、制振装置１の作動中、内フランジ部１４に対する弾性ダンパー１０の離間距離Ｌ１を一定に保持するべく弾性ダンパー１０の位置決めを行う。ナット１６は、位置決め部材１８が当接する内フランジ部１４に至るまで螺進され、一端部１２に締結される。これにより、軸部材８は、一端部１２において外側筐体２に固定される。

調整部材６は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、本実施形態の場合、断面円形をなす筒状であり、その外面には雄ねじ部６ａが形成されている。調整部材６は、弾性ダンパー１０の他端部１０ｂに当接されている。一方、内側筐体４には、外端部４Ａと反対側に位置する内端部４Ｂの内側に、図１及び図２の状態において、弾性ダンパー１０の一端部１０ａが当接するとともに内フランジ部１４と離間する係止部（第２規制部材）２０が形成されている。また、内側筐体４の外端部４Ａにおける内面４ａには、雌ねじ部（調整機構）４ｃが形成されている。

内側筐体４の雌ねじ部４ｃに対して調整部材６の雄ねじ部６ａを螺合し、その螺進量を変更することにより、調整部材６と係止部２０との軸線方向Ｘにおける離間距離Ｌ２が調整される。一方、弾性ダンパー１０は、コイルばね２２と、弾性ダンパー１０の一端部１０ａにおいてコイルばね２２の一端が係止されるホルダ２４ａと、さらに、コイルばね２２の他端が係止されるホルダ２４ｂとから形成されている。

ここで、図１に示す制振装置１は、制振装置１の出荷時の初期状態であり、調整部材６によってコイルばね２２が自然長に伸長し切った離間距離Ｌ２に調整されている。この状態において、調整部材６と係止部２０とは、弾性ダンパー１０の両端部１０ａ，１０ｂに当接し、内側筐体４内における弾性ダンパー１０の軸線方向Ｘの変位を規制している。

一方、制振装置１の使用前調整が終わった図２に示す制振装置１においても、調整部材６と係止部２０とは、弾性ダンパー１０の両端部１０ａ，１０ｂにそれぞれ当接し、内側筐体４内における弾性ダンパー１０の軸線方向Ｘの変位を規制している。さらに、図２の場合には、内側筐体４に対して調整部材６を螺進させたことにより、コイルばね２２、ひいては弾性ダンパー１０が軸線方向Ｘに縮短され、離間距離Ｌ２が図１の場合に比して短くなっている。

すなわち、弾性ダンパー１０の両端部１０ａ、１０ｂは、調整部材６と係止部２０とに当接した状態において軸線方向Ｘに縮短されている。この離間距離Ｌ２は、内側筐体４に対する調整部材６の螺進長さＬ３を変更することにより調整可能である。そして、このように構成された制振装置１は、例えば、外側筐体２の外端部２Ａが図示しない制振対象部材に接続される。一方、内側筐体４の外端部４Ａ、又は調整部材６の外端部６Ａが図示しない固定側部材に固定される。

図３は、図２の制振装置１に押圧力が作用したときの縦断面図である。図３に示すように、外側筐体２の外端部２Ａ、すなわち一端部１２に、矢印方向の押圧力が作用したとき、この矢印方向への軸部材８及び外側筐体２の軸線方向Ｘの変位に伴い、位置決め部材１８が内側筐体４内において弾性ダンパー１０を軸線方向Ｘに縮短させる。このとき、弾性ダンパー１０の一端部１０ａは係止部２０から離間し、弾性ダンパー１０の他端部１０ｂは調整部材６に当接し、内フランジ部１４に係止部２０が当接する。

このように、位置決め部材１８により弾性ダンパー１０が縮短されたときであっても、内側筐体４内における弾性ダンパー１０の軸線方向Ｘの変位が調整部材６により規制される。すなわち、弾性ダンパー１０は、位置決め部材１８によって調整部材６に押し付けられることにより縮短し、この縮短に伴うコイルばね２２の弾性力により一端部１２に作用した押圧力が緩衝され、これより押圧加振の場合の制振が行われる。

図４は、図２の制振装置１に引張力が作用したときの縦断面図である。図４に示すように、一端部１２に矢印方向の引張力が作用したとき、この矢印方向への軸部材８及び外側筐体２の軸線方向Ｘの変位に伴い、ヘッド８ａが内側筐体４内において弾性ダンパー１０を軸線方向Ｘに縮短させる。このとき、弾性ダンパー１０の一端部１０ａは係止部２０に当接し、弾性ダンパー１０の他端部１０ｂは調整部材６から離間する。また、内フランジ部１４から係止部２０及び一端部１０ａが離間する。

このように、ヘッド８ａにより弾性ダンパー１０が縮短されたときであっても、内側筐体４内における弾性ダンパー１０の軸線方向Ｘの変位が調整部材６により規制される。すなわち、弾性ダンパー１０は、ヘッド８ａによって、係止部２０に押し付けられることにより縮短され、この縮短に伴うコイルばね２２の弾性力により一端部１２に作用した引張力が緩衝され、これより引張加振の場合の制振が行われる。

また、図３の状態である押圧加振が行われた直後に図４の状態である引張加振が行われた場合であっても、弾性ダンパー１０の伸長ではなく、あくまでも押圧加振のときと同様、縮短に伴うコイルばね２２の弾性力により一端部１２に作用した引張力が緩衝される。これにより、加振による振動が減衰するまで、コイルばね２２の伸長、縮短が長期にわたって繰り返される、いわゆるハンチングのような現象が防止される。従って、加振による振動を早期に減衰させることができるため、軸組構造の損傷を効果的に抑制することができる。

以上のように本実施形態の制振装置１は、簡素な構造で且つ設置コストを低減しつつ、加振時に引張力と押圧力との双方を効果的に制振することができ、制振性能を高めることができる。具体的には、制振装置１の主たる構成部材は、内側筐体４、コイルばね２２を有する弾性ダンパー１０、外側筐体２、及び軸部材８であり、さらに、調整部材６、ナット１６、及び位置決め部材１８を有するだけである。これにより、簡素な構造の制振装置１を実現している。

また、外側筐体２の外端部２Ａを制振対象部材に接続する一方、内側筐体４の外端部４Ａ、又は調整部材６の外端部６Ａを固定側部材に固定するだけで制振装置１の設置を行うことができる。これにより、制振装置１の設置コストを低減することができる。

さらに、軸部材８の一端部１２を外側筐体２にナット１６で固定したうえで、一端部１２に押圧力が作用したときに弾性ダンパー１０を位置決め部材１８で縮短させるとともに弾性ダンパー１０の変位を調整部材６で規制する。一方、一端部１２に引張力が作用したときに弾性ダンパー１０をヘッド８ａで縮短させるとともに弾性ダンパー１０の変位を内側筐体４の係止部２０で規制する。これにより、加振時の引張力と押圧力との双方を、１つの弾性ダンパー１０の縮短のみによって、効果的に制振することができ、制振性能を高めた制振装置１を提供することができる。

また、図１に示したように、調整部材６及び係止部２０は、弾性ダンパー１０が伸長したとき、内側筐体４内における弾性ダンパー１０の軸線方向Ｘの変位を規制する。これにより、コイルばね２２を自然長のまま制振装置１を保管しておくことができるため、制振装置１の使用前において、コイルばね２２、ひいては弾性ダンパー１０の不要な負荷を排除することができる。従って、制振装置１の耐久性を向上することができる。また、内側筐体４内における弾性ダンパー１０の不要ながたつきや、不要ながたつきに起因した制振装置１の破損を防止可能である。

また、図２に示したように、弾性ダンパー１０は、その軸線方向Ｘにおける両端部１０ａ、１０ｂがそれぞれ調整部材６、係止部２０に当接した状態において軸線方向Ｘに縮短されている。これにより、調整後の制振装置１は、一端部１２に押圧力も引張力も作用していない加振前の状態においても、弾性ダンパー１０が作動し得る、すなわち、制振装置１が制振性能を発揮し得る状態になっている。従って、制振装置１は、加振時の初期振動を効果的に制振することができる。

また、調整部材６と係止部２０との軸線方向Ｘにおける離間距離Ｌ２を調整部材６により調整することができる。これにより、内側筐体４に対する調整部材６の螺進長さＬ３を変更するだけの簡単な作業により、制振装置１において、加振時の初期振動における制振性能を調整することができる。

また、弾性ダンパー１０は、コイルばね２２と、コイルばね２２の両端が係止される一対のホルダ２４ａ、２４ｂとから形成される。これにより、より一層簡素な構造で制振性能を高めた制振装置１を実現することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図５を参照して、第２実施形態に係る制振装置３０について説明する。なお、以下の説明においては、第１実施形態と異なる特徴を主として説明し、第１実施形態と同様の特徴については、明細書又は図面に同符号を付して説明を省略し、或いは、記載自体を省略することがある。

図５は、制振装置３０の（ａ）上面図、（ｂ）縦断面図、（ｃ）下面図を示す。制振装置３０は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、断面矩形の角筒状又はコの字状をなす、外側筐体３２、内側筐体３４、調整部材３６を有する。内側筐体３４の内側には、第１実施形態の場合と同様の弾性ダンパー１０が２つ配置されている。すなわち、制振装置３０は、第１実施形態の制振装置１を実質的に２つ搭載し、制振装置１のほぼ２倍の制振性能を有している。

調整部材３６は、内側筐体３４の外面に緩嵌され、調整部材３６の側壁が内側筐体３４に複数のねじ３８で締結固定される。各ねじ３８の先端は内側筐体３４の内側に突出し、各弾性ダンパー１０の他端部１０ｂ、つまりホルダ２４ｂを係止している。各弾性ダンパー１０は縮短された状態で各ねじ３８に係止されている。

このため、制振装置３０は、押圧力も引張力も作用していない加振前の状態においても制振性能を発揮し得る状態になっている。なお、調整部材３６を内側筐体３４に締結する際に、各ねじ３８をスライドさせながら締結可能となる図示しない長孔を内側筐体３４に設けることにより、調整部材３６に離間距離Ｌ２を調整可能な調整機構を設けることも可能である。

図６は、制振装置３０を建築物の木造軸組構造４０に適用した場合の構造図を示す。木造軸組構造４０は、例えば、対となる、柱４２、梁４４、筋交い材４６等の建築材を軸組みすることにより建築物を支持する。図６に示す場合、制振装置３０は、各筋交い材４６の長手方向における下側部分４６ａにおいて、それぞれ筋交い材４６の一部をなす形で接続されている。なお、制振装置３０は、筋交い材４６に内蔵する形で配置しても良い。

また、制振装置３０は、前述したように、各弾性ダンパー１０が既に縮短されていることから、押圧力も引張力も作用していない加振前の状態においても、図６に示す破線矢印方向に各筋交い材４６の上端部分４６ｂの側を押圧する。従って、制振装置３０は、加振時の初期振動を効果的に制振することができる。

図７は、木造軸組構造４０に水平方向の加振が行われた場合を示す。矢印方向の引張力が木造軸組構造４０に作用したと仮定すると、図７において左側に位置する制振装置３０では、筋交い材４６が実線矢印方向に引っ張られることにより、制振装置３０も実線矢印方向に引っ張られる。これにより、図４に示した場合と同様に、弾性ダンパー１０が縮短され、この縮短に伴うコイルばね２２の弾性力により引張力が緩衝され、これより引張加振の場合の制振が行われる。

一方、図７において右側に位置する制振装置３０では、筋交い材４６が実線矢印方向に押し付けられることにより、制振装置３０も実線矢印方向に押し付けられる。これにより、図３に示した場合と同様に、弾性ダンパー１０が縮短され、この縮短に伴うコイルばね２２の弾性力により押圧力が緩衝され、これより押圧加振の場合の制振が行われる。

以上のように本実施形態の制振装置３０は、第１実施形態の場合と同様に、簡素な構造で且つ設置コストを低減しつつ、加振時に引張力と押圧力との双方を効果的に制振することができ、制振性能を高めることができる。特に本実施形態の場合には、弾性ダンパー１０が２つ配置されているため、引張力と押圧力との双方をより一層効果的に制振することができる。

また、木造軸組構造４０の建築材、特に筋交い材４６ように、木造軸組構造４０に作用する加振の方向に応じて引張力と押圧力との双方を制振する必要がある場合には、本実施形態の制振装置３０の適用が好適である。

本発明は上記各実施形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、外側筐体２、内側筐体４、調整部材６、軸部材８、弾性ダンパー１０の構成は、前述した形態に厳密に限定されるものではない。また、ヘッド８ａ、位置決め部材１８、ナット１６、係止部２０、雌ねじ部４ｃは、制振装置１や制振装置３０の前述した各機能を実現できるのであれば、これらの部位、部材を異なる形態としても良い。

また、第２実施形態における制振装置３０の場合、弾性ダンパー１０は２つに限らず、３つ以上設けても良い。
また、制振装置３０を適用する木造軸組構造４０の建築材は、筋交い材４６以外の建築材であっても良い。また、制振装置１、３０は、制振性能が要求されるその他の装置、構造にも適用可能である。

１ 制振装置
２ 外側筐体
４ 内側筐体
４ａ 内面
４ｂ 外面
４ｃ 雌ねじ部（調整機構）
６ 調整部材（第１規制部材、調整機構）
８ 軸部材
８ａ ヘッド（第２押圧部材）
１０ 弾性ダンパー
１２ 一端部
１６ ナット（固定部材）
１８ 位置決め部材（固定部材、第１押圧部材）
２０ 係止部（第２規制部材）
２２ コイルばね
２４ａ、２４ｂ ホルダ
４０ 木造軸組構造
４６ 建築材、筋交い材

Claims (8)

1. 内側筐体と、
   前記内側筐体の内面に緩嵌される弾性ダンパーと、
   前記内側筐体の外面に緩嵌される外側筐体と、
   前記内側筐体、前記弾性ダンパー、及び前記外側筐体に挿通され、一端部に押圧力又は引張力が作用する軸部材と、
   前記一端部を前記外側筐体に固定する固定部材と、
   前記一端部に押圧力が作用したとき、前記軸部材及び前記外側筐体の軸線方向の変位に伴い、前記内側筐体内において前記弾性ダンパーを前記軸線方向に縮短させる第１押圧部材と、
   前記第１押圧部材により前記弾性ダンパーが縮短したとき、前記内側筐体内における前記弾性ダンパーの前記軸線方向の変位を規制する第１規制部材と、
   前記一端部に引張力が作用したとき、前記軸部材及び前記外側筐体の前記軸線方向の変位に伴い、前記内側筐体内において前記弾性ダンパーを前記軸線方向に縮短させる第２押圧部材と、
   前記第２押圧部材により前記弾性ダンパーが縮短したとき、前記内側筐体内における前記弾性ダンパーの前記軸線方向の変位を規制する第２規制部材と
   を備える、制振装置。
2. 前記第１及び第２規制部材は、前記弾性ダンパーが伸長したとき、前記内側筐体内における前記弾性ダンパーの軸線方向の変位を規制する、請求項１に記載の制振装置。
3. 前記弾性ダンパーは、その軸線方向における両端部がそれぞれ前記第１規制部材、前記第２規制部材に当接した状態において前記軸線方向に縮短されている、請求項２に記載の制振装置。
4. 前記第１規制部材と前記第２規制部材との前記軸線方向における離間距離を調整する調整機構を備える、請求項３に記載の制振装置。
5. 前記弾性ダンパーは、コイルばねと、前記コイルばねの両端が係止される一対のホルダとを有する、請求項１から４の何れか一項に記載の制振装置。
6. 前記弾性ダンパーを複数備える、請求項１から５の何れか一項に記載の制振装置。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の制振装置を備えた、建築材。
8. 前記建築材は木造軸組構造を構成する筋交い材である、請求項７に記載の建築材。

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