JP7221673B2 - 治具付き制振部材、及び制振部材の取り付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、治具付き制振部材、及び制振部材の取り付け方法に関する。

住宅等の建物においては、柱と梁とから形成されるフレーム内に、制振部材を架設して、加振時の軟質材料の剪断変形により振動エネルギーの吸収を図ることがある（例えば、特許文献１参照）

特開２００２－２３５４５４号公報

しかしながら、構造や軟質材料の素材自体の物性で減衰性能を向上するには限界があった。

本発明は上記事実を考慮し、減衰性能の向上を図った治具付き制振部材、及び制振部材の取り付け方法の提供を目的とする。

請求項１に記載の治具付き制振部材は、所定の制振方向に互いに相対変位可能とされる第１の部材、及び第２の部材の何れか一方に連結される第１の硬質部材、前記第１の部材、及び前記第２の部材の何れか他方に連結される第２の硬質部材、並びに前記第１の硬質部材と前記第２の硬質部材とを連結して振動を減衰する軟質部材を備えた制振部材と、前記第１の硬質部材、及び前記第２の硬質部材に着脱自在とされ、装着状態では、前記軟質部材の自由状態と比較して前記制振方向と異なる方向に弾性変形させた状態で前記軟質部材を拘束し、前記第１の硬質部材と前記第２の硬質部材が前記第１の部材と前記第２の部材に連結された後に取り外される拘束治具と、を有する。

請求項１に記載の治具付き制振部材の使用方法としては、拘束治具を用い、軟質部材の自由状態と比較して制振方向と異なる方向に軟質部材を弾性変形させた状態で該軟質部材を拘束する。
次に、第１の硬質部材を第１の部材、及び第２の部材の何れか一方に取り付け、第２の硬質部材を第１の部材、及び第２の部材の何れか他方に取り付け、その後、制振部材から拘束治具を取り外すことで、軟質部材を変形させた状態の制振部材を第１の部材、及び第２の部材に簡単に取り付けることができる。

制振部材が取り付けられた第１の部材と第２の部材とが相対変位、即ち、振動すると、軟質部材が剪断変形してエネルギーを吸収し、制振される。軟質部材は、制振方向とは異なる方向に変形されているので、変形されていない場合に比較して、大きな制振効果を得ることできる。

請求項２に記載の発明は、制振部材の取り付け方法であって、請求項１に記載の制振部材の前記第１の硬質部材を前記第１の部材に取り付け、前記第２の硬質部材を前記第２の部材に取り付ける第１の工程と、前記第１の工程が終了した後、前記拘束治具を前記第１の硬質部材及び前記第２の硬質部材から取り外す第２工程と、を有する。

請求項２に記載の制振部材の取り付け方法では、第１の工程で、請求項１の治具付き制振部材の第１の硬質部材が第１の部材に取り付けられ、第２の硬質部材が第２の部材に取り付けられる。拘束治具の装着状態では、軟質部材の自由状態と比較して制振方向と異なる方向に弾性変形させた状態で軟質部材を拘束している。
第２の工程では、拘束治具が第１の硬質部材及び第２の硬質部材から取り外される。 これにより、軟質部材が変形された状態で制振部材が第１の部材、及び第２の部材に取り付けられる。

以上説明したように本発明の治具付き制振部材、及び制振部材の取り付け方法によれば、減衰性能の向上を図ることができる、という優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る制振構造を示す正面図である。 （Ａ）は制振部材を示す斜視図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）とは反対側から見た制振部材を示す斜視図である。 （Ａ）は制振構造を示す断面図（図１の３（Ａ）－３（Ａ）線断面図）であり、（Ｂ）は取り付け前の制振部材を示す側面図である。 制振装置のヒステリシス曲線を示すグラフである。 治具で拘束された制振装置の側面図である。 （Ａ）は、第２の実施形態に係る制振装置の取り付け前の側面図であり、（Ｂ）は、制振装置の取り付け後の側面図である。 第３の実施形態に係る制振構造を示す正面図である。 第３の実施形態に係る制振部材を示す分解斜視図である。 第３の実施形態に係る制振部材の一部を示す軸線に沿った断面図である。 第３の実施形態に係る制振部材の外筒部分を示す断面図（図９の１０－１０線断面図）である。

［第１の実施形態］
図１乃至図５にしたがって、本発明の第１の実施形態に係る制振部材１０を説明する。
図１に示すように、本実施形態の制振部材１０は、一例として、ビル、住宅等の建築物１２に取り付けられる。本実施形態の建築物１２は、第１の部材の一例としての鉄筋コンクリート造の基礎１４によって支持されるものであり、複数本の柱１６、及び第２の部材の一例としての梁１８で構成された柱梁架構を有している。

基礎１４の上部には、下側ブラケット２０が取り付けられており、梁１８には上側ブラケット２２が取り付けられている。

下側ブラケット２０と上側ブラケット２２との間には、平面視で矩形状とされた制振部材１０が鉛直方向（矢印Ｖ方向）に配置されている。

制振部材１０は、地震、強風等で建築物が揺れて基礎１４と梁１８との間に、梁長手方向に沿った水平方向（矢印Ｌ方向、及び矢印Ｒ方向）の相対変位を生じたときに、該相対変位を抑制するように振動エネルギーを吸収して制振効果を得る。なお異なる方向、とは例えば図１で言うと制振方向である水平方向（Ｌ、Ｒ方向）に対して異なる方向、この場合は垂直方向であるＶ方向に予め軟質部材を変形させておくという意味である。制振方向と異なる方向であれば、特に限定はされない。

図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、制振部材１０は、第１の硬質部材の一例としての一対の第１金属プレート２４と、第２の硬質部材の一例としての第２金属プレート２６と、軟質部材の一例としての一対のゴムプレート２８とを有する。ここで、一対の第１金属プレート２４、第２金属プレート２６、及びゴムプレート２８は、いずれも矩形の板状である。
一対の第１金属プレート２４は、本体部２４ａと第一延伸部２４ｂとを有し、第２金属プレート２６は、本体部２６ａと第二延伸部２６ｂとを有している。

本実施形態の制振部材１０において、一対の第１金属プレート２４の間に、第２金属プレート２６が、ゴムプレート２８を介在して積層されている。一対の第１金属プレート２４は、面同士が対向するように、且つ、積層側面視にて、面全体同士が重なり合うように配置されている。

第１金属プレート２４と第２金属プレート２６とは、積層側面視にて、一対の第１金属プレート２４の一対の本体部２４ａと第２金属プレート２６の本体部２６ａとが重なり合うように配置され、一対の第１金属プレート２４の第一延伸部２４ｂが第２金属プレート２６（より具体的には、第２金属プレート２６の本体部２６ａ）に対して一方側に突出し、第２金属プレート２６の第二延伸部２６ｂが一対の第１金属プレート２４（より具体的には、第１金属プレート２４の本体部２４ａ）に対して他方側に突出している。

第１金属プレート２４、及び第２金属プレート２６の材質としては、例えば公知の鋼板や公知のステンレス鋼板などを用いることができる。なお、本実施形態の第１金属プレート２４と第２金属プレート２６とは、同一構造（同一材料、同一寸法）である。

本実施形態のゴムプレート２８は、減衰力の高い高減衰ゴムで形成されている。高減衰ゴムとは、ゴム材料に特殊な充填剤を加えた配合によって、ゴム材料自体に高いエネルギー吸収性能を与えたゴムである。高減衰ゴムの使用により、制振部材１０に変位を元に戻す復元作用と振動を収束させる減衰作用を付与することができる。
なお、ゴムプレート２８に用いるゴム材料の等価粘性減衰定数は、０．１～０．４の範囲内が好ましい。

本実施形態では、一対の第１金属プレート２４及び第２金属プレート２６と、ゴムプレート２８とは、それぞれ当接する面同士が、接着剤からなる接着層（図示せず）を介して加硫等により接着されている。なお、制振部材１０は、接着層を介さずに、一対の第１金属プレート２４、第２金属プレート２６及びゴムプレート２８とが加硫接着されていてもよい。

第１金属プレート２４の第一延伸部２４ｂには、第１金属プレート２４を下側ブラケット２０に取り付けるためのボルト３１（図１参照）を挿通する複数のボルト孔３２が形成されており、第２金属プレート２６の第二延伸部２６ｂには、第２金属プレート２６を上側ブラケット２２に取り付けるためのボルト３１（図１参照）を挿通する複数のボルト孔３２が形成されている。また、下側ブラケット２０、及び上側ブラケット２２にも、ボルト３１を挿通するボルト孔（図示せず）が形成されている。

建築物１２に取り付ける前の自由状態の制振部材１０において、ゴムプレート２８の側面視形状は、図３（Ｂ）の実線で示すように矩形状とされているが、建築物１２に取り付けた状態（図１、及び図３（Ａ）参照）では、一対の第１金属プレート２４と第２金属プレート２６とが鉛直方向に相対変位（一対の第１プレート２４に対して第２金属プレート２６が下方に変位）されて、図３（Ａ）の点線で示すようにゴムプレート２８が平行四辺形に弾性変形している。なお、本実施形態では、第２金属プレート２６を挟んで一方のゴムプレート２８と他方のゴムプレート２８とは、変形後の形状が対称となっている。

言い換えれば、建築物１２に取り付けた状態の制振部材１０には予圧が与えられてゴムプレート２８が制振すべき相対変位の方向（制振方向：図１の矢印Ｌ方向、及び矢印Ｒ方向）と交差する方向に弾性変形している。

（作用、効果）
次に、本実施形態の制振部材１０の作用、効果を説明する。
地震、強風等で建築物１２の基礎１４に対して梁１８が、梁１８の長手方向に沿った水平方向（図１の矢印Ｌ方向、及び矢印Ｒ方向）に変形すると、制振部材１０の高減衰ゴムからなるゴムプレート２８が水平方向に剪断変形してエネルギーを吸収し、建築物１２が制振される。

図４には、制振部材１０に荷重を与えたときの荷重と変位との関係を示したヒステリシス曲線が示されている。制振部材１０のゴムプレート２８は、せん断変形を伴う振動を受けると、一周期毎に、ループ状の当該ヒステリシス曲線で囲まれた面積に相当するエネルギーを吸収する。

図４において、実線で示すヒステリシス曲線は、予圧を与えていない制振部材１０のヒステリシス曲線であり、点線で示すヒステリシス曲線は、予圧を与えた制振部材１０のヒステリシス曲線である。

このように、予圧を与えた制振部材１０は、予圧を与えていない制振部材１０に比較してヒステリシス曲線で囲まれた面積が大きく、予圧を与えていない制振部材１０に比較して大きなエネルギーを吸収することができる、即ち、予圧を付与していない制振部材１０に比較して大きな制振効果を得ることできる。

このように、本実施形態によれば、取り付け状態でゴムプレート２８に予圧を付与するだけで、構造を変えたり、ゴムプレート２８の材質を変える等をせずに、簡単に制振効果を向上することができる。

なお、制振部材１０に予圧を与える方法としては、例えば、建築物１２に取り付ける際に、図３（Ｂ）で点線で示すように、制振部材１０を長手方向に圧縮してゴムプレート２８を剪断変形させてから、図３（Ａ）に示すように、下側ブラケット２０、及び上側ブラケット２２に取り付けることができる。

このようにして取り付けを行う場合、自由状態（取り付け前）の制振部材１０の第１金属プレート２４の第一延伸部２４ｂのボルト孔３０と第２金属プレート２６の第二延伸部２６ｂのボルト孔３０との間隔よりも、下側ブラケット２０のボルト孔（図示せず）と上側ブラケット２２のボルト孔（図示せず）との間隔を予め小さく設定しておく。

また、制振部材１０に予圧を与える方法としては、上記の方法の他に、下記に説明する方法がある。
製造した制振部材１０を図５に示すように長手方向に圧縮してゴムプレート２８に予圧を与えて剪断変形させた状態で、複数のボルト孔３０の何れかを用いてボルト３４、及びナット３６で拘束治具３８に固定する。なお、拘束治具３８の長手方向両端側には、ボルト３１を挿通するボルト孔（図示せず）が形成されている。

このように拘束治具３８を用いてゴムプレート２８に予圧を与えた制振部材１０を下側ブラケット２０と上側ブラケット２２との間に配置し、第１金属プレート２４の第一延伸部２４ｂの開いている残りのボルト孔３０にボルト３１を挿通して、該ボルト３１を下側ブラケット２０の螺子孔に捩じ込むと共に、第２金属プレート２６の第二延伸部２６ｂの開いている残りのボルト孔３０にボルト３１を挿通して、該ボルト３１を上側ブラケット２２の螺子孔に捩じ込み、制振部材１０を下側ブラケット２０及び上側ブラケット２２に固定する。

その後、拘束治具３８と、拘束治具３８に取り付けていたボルト３４、及びナット３６を取り外す。これにより、制振部材１０は、ゴムプレート２８に予圧が与えられた状態で建築物１２に取り付けられる。

［第２の実施形態］
次に、図６にしたがって、本発明の第２の実施形態に係る制振部材１０を説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
図６（Ａ）には、建築物１２に取り付ける前の自由状態の制振部材１０が示されており、図６（Ｂ）には、建築物１２に取り付けた状態の制振部材１０が示されている。

図６（Ａ）に示すように、本実施形態の制振部材１０は、一方側（図面左側）の第１金属プレート２４Ａが、他方側（図面右側）の第１金属プレート２４Ｂ、及び第２金属プレート２６よりも長く形成されている。なお、図６（Ａ）に示すように、取り付け前の自由状態のゴムプレート２８の側面視形状は、矩形である。

図６（Ｂ）に示すように、本実施形態の制振部材１０は、図面左側の第１金属プレート２４Ｂを、図面右側の第１金属プレート２４Ａに対して図面上方に相対変位させてゴムプレート２８を剪断変形させた状態で、建築物１２に取り付けられる。
なお、本実施形態では、第２金属プレート２６を挟んで一方のゴムプレート２８と他方のゴムプレート２８とは、変形後の形状が非対称となっている。

本実施形態の制振部材１０も、第１の実施形態の制振部材１０と同様に、取り付け状態でゴムプレート２８が剪断変形して予圧が付与されているので、予圧が付与されていない場合に比較して大きな制振効果を得ることができる。

［第３の実施形態］
次に、図７乃至図９にしたがって、本発明の第３の実施形態に係る制振部材１０を説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
図７、及び図８に示すように、本実施形態の制振部材４０は、第１硬質部材の一例としての金属製の外筒４２と、軟質材の一例としての円筒状の弾性体４４と、第２硬質部材の一例としての金属製の内筒４６と、を有し、全体として内筒４６の軸方向に延びる軸状に構成されている。この制振部材１０では、比較的外径が大きい外筒４２が軸方向両端部に位置し、比較的外径が小さい内筒４６が軸方向中央部に位置している。

弾性体４４は、外筒４２の内面、及び内筒４６の外面に、例えば加硫接着により固着されている。この弾性体４４の材質は、前述した実施形態のゴムプレート２８と同様に、高減衰ゴムである。

内筒４６は、弾性体４４の内面に、例えば接着により固着された剛性部材である。内筒４６は、外筒４２よりも長尺に構成されている。図８に示されるように、この内筒４６は、例えば円筒形に構成されている。内筒４６の外径は、外筒４２の外径よりも小径に構成されている。弾性体４４は、内筒４６の軸方向両端部に夫々設けられている。

図９に示すように、外筒４２は、内筒４６の端部よりも軸方向外側に延長された部位（外筒４２と内筒４６とが重なっていない部分）が連結部４２Ａとされており、この連結部４２Ａには、ボルト４８等連結部材を通すための貫通孔５０が形成されている。

図７に示すように、建築物１２には、一方の柱１６の基礎１４との隅部分に、下側ブラケット５２が取り付けられており、他方の柱１６と梁１８との隅部分に上側ブラケット５４が取り付けられている。図７、及び図９に示すように、制振部材１０の一方の外筒４２は、ボルト４８及びナット５６によって下側ブラケット５２に取り付けられ、制振部材１０の他方の外筒４２はボルト４８及びナット５６によって上側ブラケット５４に取り付けられている。

本実施形態の制振部材１０は、外筒４２と内筒４６とが軸方向に相対変位することで、弾性体４４が変形して制振効果を得るタイプのものである。
建築物１２に取り付けた状態の制振部材１０においては、制振部材１０の取り付け前の自由状態に対して、例えば、図１０に矢印Ｃで示すように、外筒４２と内筒４６とが軸周り方向に相対変位している、言い換えれば、取り付け状態において、円筒状の弾性体４４は、外筒４２と内筒４６との間で捻られた状態となっている。即ち、円筒状の弾性体４４には、制振する際の制振部材１０の力の入力方向（軸方向）に対して、交差する方向に捻れによる予圧が付与されている。

（作用）
本実施形態に係る制振部材１０では、地震、強風等で建築物１２の基礎１４に対して梁１８が、梁１８の長手方向に沿った水平方向（図７の矢印Ｌ方向、及び矢印Ｒ方向）に変形すると、外筒４２と内筒４６が相対変位し、弾性体４４が軸方向に剪断変形してエネルギーを吸収し、建築物１２を制振する。

本実施形態の制振部材１０の弾性体４４も、前述した実施形態の制振部材１０のゴムプレート２８と同様に、建築物１２への取り付け状態で予圧が付与されているので、予圧が付与されていない場合に比較して大きな制振効果を得ることができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

第１の実施形態は、制振部材１０を圧縮して建築物１２に取り付けていたが、制振部材１０は伸張方向の予圧が付与された状態で建築物１２に取り付けられていてもよい。この場合、制振部材１０を長手方向に伸張した状態で拘束治具３８で拘束し、伸張させた制振部材１０を建築物１２に取り付けてから拘束治具３８を取り外すようにしてもよい。

第１の実施形態では、制振部材１０のゴムプレート２８に、制振方向に対して直交{９０度）する鉛直方向に予圧を付与してゴムプレート２８を変形させていたが、予圧によるゴムプレート２８の変形方向は、制振方向に対して交差していればよく、変形方向と制振方向とは９０度以外の角度であってもよい。

１０…制振部材、１２…建築物、１４…基礎（第１の部材）、１８…梁（第２の部材）、２４…第１金属プレート（第１硬質部材）、２６…第２金属プレート（第２硬質部材）、２８…ゴムプレート（軟質部材）、３８…拘束治具、４０…制振部材、４２…外筒（第１硬質部材）、４４…弾性体、４６…内筒（第２硬質部材）

Claims (2)

1. 所定の制振方向に互いに相対変位可能とされる第１の部材、及び第２の部材の何れか一方に連結される第１の硬質部材と、前記第１の部材、及び前記第２の部材の何れか他方に連結される第２の硬質部材と、前記第１の硬質部材と前記第２の硬質部材とを連結して振動を減衰する軟質部材とを備えた制振部材と、
   前記第１の硬質部材、及び前記第２の硬質部材に着脱自在とされ、装着状態では、前記軟質部材の自由状態と比較して前記制振方向と異なる方向に弾性変形させた状態で前記軟質部材を拘束し、前記第１の硬質部材と前記第２の硬質部材が前記第１の部材と前記第２の部材に連結された後に取り外される拘束治具と、
   を有する治具付き制振部材。
2. 制振部材の取り付け方法であって、
   請求項１に記載の治具付き制振部材の前記第１の硬質部材を前記第１の部材に取り付け、前記第２の硬質部材を前記第２の部材に取り付ける第１の工程と、
   前記第１の工程が終了した後、前記拘束治具を前記第１の硬質部材及び前記第２の硬質部材から取り外す第２工程と、
   を有する制振部材の取り付け方法。

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