JP7000069B2 - 制振装置 - Google Patents
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Description
対応策としては、ストローク量の大きい大ストロークのオイルダンパーを新規に設計製造することが考えられる。しかしながら、大ストロークのオイルダンパーを新規に設計製造することは、大ストロークに対応する長尺のシリンダーやピストンロッドが必要になる上、オイルダンパーを大ストロークで加振試験する装置も要することから、容易に対応できるものではない。
例えば、特許文献1に開示された制振装置は、減衰係数が互いに異なる2つのオイルダンパーが直列に配置されている。この制振装置では、低レベルの地震動に対しては、主として減衰係数が小さいオイルダンパーが作用し、地震動のレベルが高くなり付加荷重が大きくなると、主として減衰係数が大きいオイルダンパーが作用するように構成されている。
また、この制振装置には、地震後に2つのオイルダンパーを原点位置(中立位置)に復元するための復元バネが設けられている。しかしながら、このような制振装置に復元バネを設けることは、復元バネとして大ストロークに対応したバネが必要となるとともに、免震層に剛性を付加することになり免震層の免震性能の低下につながるため好ましくない。
そして、オイルダンパーが原点位置とずれた位置に留まると、本来のストローク量より可動範囲(ストローク量)が小さくなってしまうという問題がある。
これにより、地震動によって生じた第1オイルダンパーおよび第2オイルダンパーそれぞれのストローク量が等しくなるとともに、地震後の第1オイルダンパーおよび第2オイルダンパーそれぞれの復元量も等しくなる。このため、第1オイルダンパーおよび第2オイルダンパーは、地震後には原点位置に復元され、それぞれのストローク量が小さくなることを防止できる。
このような構成とすることにより、第1ラックギア、第2ラックギアおよびピニオンギアで構成されるラックアンドピニオン機構によって、第1オイルダンパーのストローク量と、第1オイルダンパーのストローク量とを確実に等しく保持することができる。
このような構成とすることにより、第1ラックギア、第2ラックギアおよびピニオンギアで構成されるラックアンドピニオン機構によって、第1オイルダンパーのストローク量と、第1オイルダンパーのストローク量とを確実に等しく保持することができる。
このような構成とすることにより、第1ボールねじ、第1ボールねじナット、第1ボールねじと第1ボールねじナットとの間の鋼球(ボール)、第2ボールねじ、第2ボールねじナット、および第2ボールねじと第2ボールねじナットとの間の鋼球(ボール)で構成されるボールねじ機構によって、第1オイルダンパーのストローク量と、第1オイルダンパーのストローク量とを確実に等しく保持することができる。
このような構成とすることにより、第1オイルダンパーと第2オイルダンパーとが直列に配列されている場合と比べて、制振装置の第1方向の寸法を縮小することができる。
「第1オイルダンパーと第2オイルダンパーとは並列に配置されている」とは、例えば、互いに連結される第1オイルダンパーのシリンダーと第2オイルダンパーのシリンダーとが並列に配置される形態や、互いに連結される第1オイルダンパーのピストンロッドと第2オイルダンパーのピストンロッドとが並列に配置される形態を示している。
以下、本発明の第1実施形態による制振装置について、図1乃至図5に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施形態による制振装置1Aは、例えば建物の柱と梁、柱と床、免震層を介した上部構造体と下部構造体などの互いに相対変位する第1部材11と第2部材12との間に設けられている。本実施形態による制振装置1Aは、第1部材11と第2部材12との任意の第1方向の相対変位を減衰させるために設けられている。
以下の説明では、図1における左右方向の左側を第1方向の一方側とし、図1における左右方向の右側を第1方向の他方側として説明する。また、図1における紙面に直交する方向を第2方向とする。
なお、制振装置1Aが減衰する第1部材11と第2部材12の相対変位の方向は、左右方向や前後方向、上下方向など任意に設定されてよい。
第1オイルダンパー2と第2オイルダンパー3とは、それぞれの軸線が第1方向に延びる向きで直列に配列されている。本実施形態では、第1オイルダンパー2が第1方向の一方側に配置され、第2オイルダンパー3が第1方向の他方側に配置されている。
オイルダンパー連結部4は、第1オイルダンパー2のストローク量と第2オイルダンパー3のストローク量とが等しくなるように保持する構成とされている。
第1シリンダー22は、有底円筒状に形成されている。第1ピストンロッド23は、丸棒状に形成されている。
第1オイルダンパー2は、第1シリンダー22の底部221が第1方向の他方側となり、第1ピストンロッド23が第1シリンダー22に第1方向の一方側から挿入される向きに配置されている。
第2シリンダー32は、有底円筒状に形成されている。第2ピストンロッド33は、丸棒状に形成されている。
第2オイルダンパー3は、第2シリンダー32の底部321が第1方向の一方側となり、第2ピストンロッド33が第2シリンダー32に第1方向の他方側から挿入される向きに配置されている。
第1シリンダー22と第2シリンダー32とは、配置される向きおよび配置される位置以外の形状や減衰係数などの形態が互いに同じ形態となるように構成されている。
第1ラックギア42および第2ラックギア43は、互いに同じ形態で、軸線が直線となる棒状に形成されている。第1ラックギア42および第2ラックギア43の外面には、長さ方向全体にわたって長さ方向に配列された複数の歯423,433が形成されている。
第1ラックギア42は、長さ方向が第1方向となる向きで、第1オイルダンパー2と平行に配置されている。第1ラックギア42の第1方向の一方側の端部421は、第1ピストンロッド23の第1方向の一方側の端部231と第1方向の位置が同じ位置となるように配置されている。
第1ラックギア42は、その歯423が第1方向に直交する第2方向の一方側を向くように配置されている。
第2ラックギア43は、長さ方向が第1方向となる向きで、第2オイルダンパー3と平行に配置されている。第2ラックギア43の第1方向の他方側の端部431は、第2ピストンロッド33の第1方向の他方側の端部331と第1方向の位置が同じ位置となるように配置されている。
第2ピストンロッド33と連結された第2ラックギア43は、第1方向の一方側の端部432が第1シリンダー22の底部221よりも第1方向の一方側に配置されている。
第2ラックギア43は、第1ラックギア42の第2方向の一方側に配置されるとともに、その歯433が第2方向の他方側を向くように配置されている。このため、第1ラックギア42の歯423と第2ラックギア43の歯433とは第2方向に対向している。
このため、第1シリンダー22と第1ピストンロッド23とが互いに離間する方向に最大に変位し、第2シリンダー32と第2ピストンロッド33とが互いに離間する方向に最大に変位した場合でも、第1ラックギア42の第1方向の他方側の端部422の近傍と、第2ラックギア43の第1方向の一方側の端部432の近傍とは、第2方向に対向している。
ピニオンギア44は、その軸線が第1方向および第2方向に直交する第3方向に延びる向きで、第2方向に対向する第1ラックギア42と第2ラックギア43との間に配置されている。ピニオンギア44の歯441は、第1ラックギア42の歯423および第2ラックギア43の歯433それぞれと噛み合うように構成されている。
ピニオンギア44は、第1シリンダー22と第2シリンダー32とを連結するシリンダー連結部41に軸線回りに回転可能に支持されている。ピニオンギア44は、第1シリンダー22および第2シリンダー32との第1方向の相対変位が拘束されている。
また、第1ラックギア42が第1方向に移動してピニオンギア44が回転すると、その回転によって第2ラックギア43が第1ラックギア42と反対方向に等しい量だけ移動することになる。反対に第2ラックギア43が第1方向に移動してピニオンギア44が回転すると、その回転によって第1ラックギア42が第2ラックギア43と反対方向に等しい量だけ移動することになる。
図4に示すように、第1部材11と第2部材12とが第1方向の互いに離間する方向に相対変位すると、第1ピストンロッド23が第1シリンダー22に対して第1方向の一方側に変位し、第2ピストンロッド33が第2シリンダー32に対して第1方向の他方側に変位する。
これにより、第1ピストンロッド23に連結された第1ラックギア42がピニオンギア44に対して第1方向の一方側に変位するとともに、第2ピストンロッド33に連結された第2ラックギア43がピニオンギア44に対して第1方向の他方側に変位する。このため、ピニオンギア44が軸線回りの一方側(図2におけるD方向)に回転する。
このため、第1ラックギア42と連結されている第1ピストンロッド23の第1シリンダー22に対する第1方向の変位量(ストローク量)と、第2ラックギア43と連結されている第2ピストンロッド33の第2シリンダー32に対する第1方向の変位量(ストローク量)とは、等しい値となる。
これにより、第1ピストンロッド23に連結された第1ラックギア42がピニオンギア44に対して第1方向の他方側に変位するとともに、第2ピストンロッド33に連結された第2ラックギア43がピニオンギア44に対して第1方向の一方側に変位する。このため、ピニオンギア44が軸線回りの他方側(図2におけるE方向)に回転する。
このため、第1ラックギア42と連結されている第1ピストンロッド23の第1シリンダー22に対する第1方向の変位量(ストローク量)と、第2ラックギア43と連結されている第2ピストンロッド33の第2シリンダー32に対する第1方向の変位量(ストローク量)とは、等しい値となる。
第1実施形態による制振装置1Aでは、オイルダンパー連結部4によって、第1オイルダンパー2のストローク量と第2オイルダンパー3のストローク量とが等しく保持されるように構成されている。このため、第1オイルダンパー2および第2オイルダンパー3の減衰係数に公差によるバラツキが生じたとしても、第1オイルダンパー2のストローク量と第2オイルダンパー3のストローク量とが等しく保持されることになる。
これにより、地震動によって生じた第1オイルダンパー2および第2オイルダンパー3それぞれのストローク量が等しくなるとともに、地震後には第1オイルダンパー2および第2オイルダンパー3の合計変位が0となることから、それぞれの残留変位も0となる。このため、第1オイルダンパー2および第2オイルダンパー3は地震後には原点位置に復元され、それぞれのストローク量が小さくなることを防止できる。
次に、他の実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第1実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第1実施形態と異なる構成について説明する。
図6に示すように、第2実施形態による制振装置1Bは、オイルダンパー連結部6が第1実施形態のラックアンドピニオン機構で構成されたオイルダンパー連結部4と異なり、ボールねじ機構で構成されている。
第1オイルダンパー2および第2オイルダンパー3は、第1実施形態の第1オイルダンパー2および第2オイルダンパー3とオイルダンパー連結部6に連結される部分以外は同様の形態となっている。
第1ボールねじ62は、長さ方向が第1方向となる向きで、第1オイルダンパー2と平行に配置されている。第1ボールねじ62の第1方向の一方側の端部621は、第1ピストンロッド23の第1方向の一方側の端部231と第1方向の位置が同じ位置となるように配置されている。
第1ボールねじ62の第1方向の一方側の端部621と、第1ピストンロッド23の第1方向の一方側の端部231とは、第1連結板51を介して連結されている。これにより、第1ボールねじ62は、第1ピストンロッド23と連結されている。
第2ボールねじ63は、長さ方向が第1方向となる向きで、第2オイルダンパー3と平行に配置されている。第2ボールねじ63の第1方向の他方側の端部631は、第2ピストンロッド33の第1方向の他方側の端部331と第1方向の位置が同じ位置となるように配置されている。
第2ボールねじ63の第1方向の他方側の端部631と、第2ピストンロッド33の第1方向の他方側の端部331とは、第2連結板52を介して連結されている。これにより、第2ボールねじ63は、第2ピストンロッド33と連結されている。
このような第1ボールねじ62と第2ボールねじ63とは、同軸に配置されている。
本実施形態では、ボールねじナット連結部68は筒状に形成され、内部に第1ボールねじ62および第2ボールねじ63が挿入可能に構成されている。なお、図6では、説明のため、ボールねじナット連結部68の内部を示している。
ボールねじナット連結部68は、第1ボールねじ62および第2ボールねじ63それぞれと第1方向に相対変位可能に構成されている。
第1ボールねじナット65と、第2ボールねじナット67とは、ボールねじナット連結部68によって連結されているため、常に同じ向きに等しい量だけ回転することになる。このため、第1ボールねじ62の第1ボールねじナット65に対する第1方向の変位量と、第2ボールねじ63の第2ボールねじナット67に対する第1方向の変位量とは、常に等しい値となる。
第1ボールねじ62のネジが形成される方向と第2ボールねじ63のねじが形成される方向とが反対方向(右ねじと左ねじ)となるため、第1ボールねじ62と第2ボールねじ63とは、第1方向の相反する方向に互いに近接または離間するよう変位する。
第1部材11と第2部材12とが第1方向の互いに離間する方向に相対変位すると、第1ピストンロッド23が第1シリンダー22に対して第1方向の一方側に変位し、第2ピストンロッド33が第2シリンダー32に対して第1方向の他方側に変位する。
また、第2ボールねじ63は、第2ピストンロッド33に連結されているため、第2ピストンロッド33と第2シリンダー32との第1方向の相対変位によって、第2ボールねじ63が第2ボールねじナット67に対して第1方向の他方側に移動する。これにより、第2ボールねじナット67が軸線回りの一方側に回転する。
これにより、第1ピストンロッド23の第1シリンダー22に対する第1方向の変位量(ストローク量)と、第2ピストンロッド33の第2シリンダー32に対する第1方向の変位量(ストローク量)とは、等しい値となる。
第1ピストンロッド23と第1シリンダー22との第1方向の相対変位によって、第1ボールねじ62が第1ボールねじナット65に対して第1方向の一方側に移動し、第1ボールねじナット65が軸線回りの他方側に回転する。
第1部材11と第2部材12とが第1方向の互いに近接する方向に相対変位する場合においても、第1ピストンロッド23の第1シリンダー22に対する第1方向の変位量(ストローク量)と、第2ピストンロッド33の第2シリンダー32に対する第1方向の変位量(ストローク量)とは、常に等しい値となる。
図7乃至図9に示すように、第3実施形態による制振装置1Cは、制振装置1Cは、並列に配置され第1部材11に連結される2つの第1オイルダンパー2と、並列に配置され第2部材12に連結される2つの第2オイルダンパー3と、2つの第1オイルダンパー2と2つの第2オイルダンパー3とを連結するオイルダンパー連結部6Cと、を有している。2つの第1オイルダンパー2と、2つの第2オイルダンパー3とは、並列に配置されている。
2つの第1オイルダンパー2は、それぞれの第1ピストンロッド23が第1連結板53で連結され、この第1連結板53を介して第1部材11(図8参照)に連結されている。第1連結板53は、板面が第1方向を向く平板状に形成され、2つの第1オイルダンパー2それぞれの第1ピストンロッド23の第1方向の一方側の端部231に連結されている。
上記の実施形態と同様に、第1シリンダー22は、第1部材11と連結されず、第1部材11と第1方向に相対変位可能に構成されている。
2つの第2オイルダンパー3は、それぞれの第2ピストンロッド33が第2連結板54で連結され、この第2連結板54を介して第2部材12(図8参照)に連結されている。第2連結板54は、板面が第1方向を向く平板状に形成され、2つの第2オイルダンパー3それぞれの第2ピストンロッド33の第1方向の他方側の端部331に連結されている。
上記の実施形態と同様に、第2シリンダー32は、第2部材12と連結されず、第2部材12と第1方向に相対変位可能に構成されている。
シリンダー連結部61Cは、並列に配置された2つの第1シリンダー22および2つの第2シリンダー32を外方から囲繞して連結する結束帯で構成されている。
第1ボールねじ62は、第1方向の一方の端部621が第1連結板53に連結されている。第2ボールねじ63は第1方向の他方の端部631が第2連結板54に連結されている。
保持部材69Cは、第1ボールねじナット65および第2ボールねじナット67のそれぞれを軸線回りに回転可能な状態で2つの第1シリンダー22のうちの一方の第1シリンダー22に固定している。
これにより、第2実施形態と同様に、第1ボールねじ62が第1ボールねじナット65に対して第1方向の一方側に移動し、第1ボールねじナット65が軸線回りの一方側に回転する。
また、第2ボールねじ63が第2ボールねじナット67に対して第1方向の他方側に移動し、第2ボールねじナット67が軸線回りの一方側に回転する。
これにより、第1ピストンロッド23の第1シリンダー22に対する第1方向の変位量(ストローク量)と、第2ピストンロッド33の第2シリンダー32に対する第1方向の変位量(ストローク量)とは、等しい値となる。
第1ピストンロッド23と第1シリンダー22との第1方向の相対変位によって、第1ボールねじ62が第1ボールねじナット65に対して第1方向の一方側に移動し、第1ボールねじナット65が軸線回りの他方側に回転する。
上述したように、第1ボールねじナット65と第2ボールねじナット67とは、ボールねじナット連結部68によって連結され、同じ方向に等しい量だけ回転するように構成されている。このため、第1部材11と第2部材12とが第1方向の互いに近接する方向に相対変位する場合においても、第1ピストンロッド23の第1シリンダー22に対する第1方向の変位量(ストローク量)と、第2ピストンロッド33の第2シリンダー32に対する第1方向の変位量(ストローク量)とは、等しい値となる。
また、第3実施形態による制振装置1Cでは、2つの第1オイルダンパー2および2つの第2オイルダンパー3が並列に配置されている。このため、第1オイルダンパー2と第2オイルダンパー3とが第1方向に直列に配列されている場合と比べて、制振装置1Cの第1方向の寸法を縮小することができる。
例えば、上記の実施形態による制振装置1A~1Cでは、オイルダンパー連結部4,6,6Cは、ラックアンドピニオン機構やボールねじ機構によって第1オイルダンパー2のストローク量と第2オイルダンパー3のストローク量とを等しい値に保持するように構成されている。これに対し、オイルダンパー連結部は、他の機構によって第1オイルダンパー2のストローク量と第2オイルダンパー3のストローク量とを等しい値に保持するように構成されていてもよい。
また、上記の第3実施形態による制振装置1Cでは、2つの第1オイルダンパー2と2つの第2オイルダンパー3とが並列に設けられている。これに対し、制振装置には、1つの第1オイルダンパー2と1つの第2オイルダンパー3とが並列に設けられていてもよいし、3つ以上の第1オイルダンパー2と3つ以上の第2オイルダンパー3とが並列に設けられていてもよい。
これに対して、図10に示す第1実施形態の変形例による制振装置1Dのように、第1オイルダンパー2と第2オイルダンパー3とが、第1ピストンロッド23と第2ピストンロッド33とをピストンロッド連結部71を介して突き合わせるように同軸に連結されていてもよい。このような場合は、第1シリンダー22と第2シリンダー32とは互いに離間する位置に配置されて連結されず、第1シリンダー22が第1部材11と連結され、第2シリンダー32が第2部材12と連結される。
2 第1オイルダンパー
3 第2オイルダンパー
4,6,6C,6D オイルダンパー連結部
11 第1部材
12 第2部材
21,31 作動油
22 第1シリンダー
23 第1ピストンロッド
32 第2シリンダー
33 第2ピストンロッド
41,61,61C シリンダー連結部
42 第1ラックギア
43 第2ラックギア
44 ピニオンギア
45,69 保持部材(第1保持部材、第2保持部材)
62 第1ボールねじ
63 第2ボールねじ
64,66 軸受け
65 第1ボールねじナット
67 第2ボールねじナット
68 ボールねじナット連結部
71 ピストンロッド連結部
Claims (5)
- 第1方向に相対変位可能な第1部材と第2部材との間に設けられる制振装置において、
前記第1部材に連結される第1オイルダンパーと、
前記第1オイルダンパーと減衰係数が等しく前記第2部材に連結される第2オイルダンパーと、
前記第1オイルダンパーと前記第2オイルダンパーとを連結するオイルダンパー連結部と、を有し、
前記第1オイルダンパーと前記第2オイルダンパーとは、それぞれの軸線方向が前記第1方向となる向きに配列され、
前記オイルダンパー連結部は、前記第1オイルダンパーのストローク量と前記第2オイルダンパーのストローク量とが等しくなるように保持するように構成されていることを特徴とする制振装置。 - 前記第1オイルダンパーは、作動油が封入された第1シリンダーと、前記第1シリンダー内に前記第1方向に進退可能に挿入された第1ピストンロッドと、を有し、
前記第2オイルダンパーは、作動油が封入された第2シリンダーと、前記第2シリンダー内に前記第1方向に進退可能に挿入された第2ピストンロッドと、を有し、
前記オイルダンパー連結部は、前記第1シリンダーと前記第2シリンダーとを連結するシリンダー連結部と、
前記第1方向に延びて前記第1ピストンロッドと連結された第1ラックギアと、
前記第1方向に延びて前記第1ラックギアと前記第1方向に直交する第2方向に対向して前記第2ピストンロッドと連結された第2ラックギアと、
前記第1ラックギアと前記第2ラックギアとの間に設けられたピニオンギアと、を有することを特徴とする請求項1に記載の制振装置。 - 前記第1オイルダンパーは、作動油が封入された第1シリンダーと、前記第1シリンダー内に前記第1方向に進退可能に挿入された第1ピストンロッドと、を有し、
前記第2オイルダンパーは、作動油が封入された第2シリンダーと、前記第2シリンダー内に前記第1方向に進退可能に挿入された第2ピストンロッドと、を有し、
前記オイルダンパー連結部は、前記第1ピストンロッドと前記第2ピストンロッドとを連結するピストンロッド連結部と、
前記第1方向に延びて前記第1シリンダーと連結された第1ラックギアと、
前記第1方向に延びて前記第1ラックギアと前記第1方向に直交する第2方向に対向して前記第2シリンダーと連結された第2ラックギアと、
前記第1ラックギアと前記第2ラックギアとの間に設けられたピニオンギアと、を有することを特徴とする請求項1に記載の制振装置。 - 前記第1オイルダンパーは、作動油が封入された第1シリンダーと、前記第1シリンダー内に前記第1方向に進退可能に挿入された第1ピストンロッドと、を有し、
前記第2オイルダンパーは、作動油が封入された第2シリンダーと、前記第2シリンダー内に前記第1方向に進退可能に挿入された第2ピストンロッドと、を有し、
前記オイルダンパー連結部は、前記第1シリンダーと前記第2シリンダーとを連結するシリンダー連結部と、
前記第1方向に延びて前記第1ピストンロッドと連結された第1ボールねじと、
前記第1ボールねじに鋼球を介して螺合する第1ボールねじナットと、
前記第1ボールねじナットを前記第1シリンダーに対し前記第1方向に変位拘束しつつ回転自在に支持する第1保持部材と、
前記第1方向に延び前記第1ボールねじと同軸で前記第2ピストンロッドと連結された第2ボールねじと、
前記第2ボールねじに鋼球を介して螺合する第2ボールねじナットと、
前記第2ボールねじナットを前記第2シリンダーに対し前記第1方向に変位拘束しつつ回転自在に支持する第2保持部材と、
前記第1ボールねじナットと前記第2ボールねじナットとを同じ向きに等しい量だけ回転するように連結するボールねじナット連結部と、を有することを特徴とする請求項1に記載の制振装置。 - 前記第1オイルダンパーと前記第2オイルダンパーとは並列に配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の制振装置。
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