JPS62151638A - 粘性せん断抵抗を利用した回転式振動減衰装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、地震動等により構造物に生ずる振動を吸収
する振動減衰装置δ（ダンパーともいう）に関し、更に
詳しくは、粘性せん断抵抗を利用する振動減衰装置ｔこ
関する。

［発明の背景］ 例えば、高層タワー、展望塔等のような固有周期が大き
く、振幅が大きな構造物には当該構造物の振動特性を改
善するため、振動減衰装置が付加される。

この場合における該減衰装置として、■ストロークが大
きい（±１ｍ程度）こと、■減衰特性が良好なこと、■
長期間の使用の耐久性に優れること、等が要請される。

従来の油圧式ピストン・シリンダ一式減衰装首（以五単
に油圧式ダンパーという）は減衰特性は良好であるもの
の、ストロークを犬きくすることにより種々の技術的困
難が生ずる。

すなわち、該油圧式ダンパーはケーシングと加力用ロッ
ドと圧力を発生するためのピストンとからなり、加力用
ロッド及びケーシングは所要のストロークに応じ決定さ
れるものであるが、大ストロークになるとロッドはもと
よりケーシング自体も長大なものとなり、ロッドの圧縮
座屈強度の問題やケーシング内面の加工性に問題が生じ
る。この他、従来よりシール損傷による性能信頼性に欠
け、頻繁な維持管理（保守）が必要とされることになる
。

［本発明の技術的課題］ そこで、本発明は振動減衰特性が良好な粘性せん新型の
減衰装置に着目し、該粘性せん断抵抗力を発生させる部
位を回転型とすることによりストロークの大きさに制限
を受けない機構とし、また。

ストロークの大きさに関してはラックとピニオンとの連
動機構を採用してストロークの大きさに如何ようにも対
応できるものとしたものである。

［本発明の構成］ 本９．町の減衰装置は具体的には、次の構成を採る。す
なわち、■被緩衝体と相対的連動可能に配される固定体
ケーシングは、内面が円周壁面を有する外筒と、底板と
、外面が円周側面の円柱状の固定体とからなり、■前記
外筒の内周面と固定体の外側面とは所要間隔を保って環
状空間が形成され、（４）回転体は、回転軸部と該回転
軸部に一体的に固１役された抵抗板部とからなり、■前
記回転軸部はそのに部を固定体ケーシングの上端よりも
突出させるとともに前記固定体上の中心位置に軸受を介
して回転自在に支持され、■前記抵抗板部は前記環状空
間内に所要の間隔を保って配され、（Φ前記環状空間内
には粘性体りが充填され、■前記回転体の回転軸部の上
部にはピニオンが固定され、・ｄ）前記ピニオンに１ｔ
！合するラック部材は水平長手方向に延設され、その適
宜位置において被緩衝体に取り付けられてなる、ことを
特徴とする。

Ｊ二記構成において、粘性体としては１通常の粘性体、
例えばシリコン油の外に、特に減衰特性の向トを図るべ
く高粘度の粘性体１例えばポリイソブチレン、ポリプロ
ピレン、ポリブテンなどの高分子粘性体、あるいはアス
ファルトなどが使用される。

本装置は被緩衝体に対しては相対連動自在に取り付けら
れ、そのラック部材を被緩衝体に固定（ピン結合もしく
は剛結合）して取り付けられる。

［作用］ 被緩衝体は地震動、風等の外力を受けて振動を始める。

該外力が小さければ被緩衝体の振幅は小さいが、外力が
太きくなれば振幅は次第に大きなものとなる。

被緩衝体の振動はラック部材に伝えられ、ラック部材以
外の本装置の部分は被緩衝体とは相対的変位が自由な状
態となっているので、ラックとピニオンとの間に噛み合
い連動が起こる。

ラックの直進連動はピニオンにより回転連動に変換され
、ピニオンを固定する回転体の回転＋１１部ひいては抵
抗板部を回転させる。

ケーシングは固定されているので、該回転軸部の回転に
より該ケーシングの外筒及び固定体と抵抗板部との間に
相対連動が生じ、また、外筒の内面と抵抗板部との外面
、固定体の外面と抵抗板部との内面の対向面間には粘性
体が充填されているから、二面間の相対連動によって当
該部位に抵抗力（せん断力すなわち粘性せん断抵抗）が
発生する。

従って、回転する抵抗板部は抵抗力を受け、これに連結
された回転軸部・ピニオンひいてはラック部材が制動力
を受け、被緩衝体の振動を止める。

なお、粘性せん断抵抗は間隙に反比例し、流体の浸って
いる部分の面積及び２面の相対速度に正比例するから、
流体の浸っている部分の面積や相対速度が大きいほど、
そして環状空間の間隔が小さいほど大きな制動力を得る
ことができる。

そして、粘性体に高粘度の高分子粘性体を用いるとき、
この傾向は一層ＷＪ著になる。すなわち、この粘性体は
非ニユートン流体特性、即ち擬塑性流体特性（流体の速
度が大きくなる程高粘度から低粘度に変化して流動し易
くなり、抵抗力の増加の度合が小さくなる現象、）を示
し、振動する構造物に対し、効果的な減衰特性を発揮す
ることになる。

［効果］ 本発明の振動減衰装置は、上記構成よりなり、作用を奏
するものであるので、以下の特有の効果を有する。

■　ラック部材の直進変位はピニオンにより回転体（ロ
ーター）の回転変位に変換され、機構的に連動するもの
であるが１回転体の大きさを決める要因は被緩衝体ひい
てはラック部材のストロークとは無関係であり、このた
め２回転体ひいては粘性せん断抵抗発生部の寸法設計の
幅が大きくなる。

換言すれば、回転体等の小型化を達成することができる
。

■　ストロークの長大化に対してはラック部材の延長で
対処でき、油圧式ダンパーの欠点である装置全体の大型
化を回避することができる。

■　粘性体に抵抗力を発生させても粘性体内部の圧力が
高まらないことから、従来の油圧式ダンパーに必要とす
るシール材が不要となり、かつ、それらの損傷に起因す
る性能の低下がない。

［実施例］ 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第４図は本発明の回転緩衝装置Ｈの一実施
例を示す。

ここに、１は円筒形の固定体ケーシングであって、外筒
２．底板３及び固定体（ステーターともいう）４からな
る。

外筒２は円筒体をなし、その上面にはフランジ２ａが形
成されている。該外筒２の内側面２ｂは円周壁面を形成
する。該外筒２は少なくとも内側面２ｂが円周壁面であ
ればよく、外面はどのような形状であってもよい。

底板３の四隅には取付は孔３ａが穿設されている。

固定体４は円柱体をなし、その外側面４ａは円ｊ、！；
ｌ　壁面に形成され、上面４ｂは水平面に形成されると
ともにその中心部には四部５が形成されている。該固定
体４は本実施例では中実の態様を採るが、中空の態様を
採ることは自由である。

６は外筒２の円周内壁面２ｂと固定体４の円周外壁面４
ａとの間に形成された環状空間である。

７は回転体（ローターともいう）であって、回転軸部８
と抵抗板部９とからなる。

回転軸部８はその下端部を固定体４の四部５内に軸受１
０を介して鉛直に建て込まれ、該回転軸部８の上部はケ
ーシング１の上方に突出しピニオン取付は部を形成する
。

抵抗板部９は回転軸部８の中間位置に水平に固設された
円盤状の水平面板９Ａと該水平面板９Ａから下方に垂設
された円筒状の垂直面板９Ｂとからなる。水平面板９Ａ
は固定体ケーシング１の固定体４の上面４ｂより所要の
間隔を保って配され、垂直面板９Ｂは固定体ケーシング
１の環状空間６の中間位置に配される。

なお、９ａは水平面板９Ａの外面、９ｂはその内面、９
ｃは垂直面板９Ｂの外面、９ｄはその内面である。

１２はケーシング１の上部を覆う蓋体である。

該蓋体１２の中央には軸受１３を抱持する孔１２ａが設
けられ、該軸受１３は回転体７の回転軸部８を軸支する
。該蓋体１２には後記するラック２オロアー及びラック
受はベアリングを載置するマラン）１２ｂが一体的に固
設されている。

Ｌは固定体ケーシングｌ内に充填された粘性体である。

該粘性体りは少なくとも回転体７の水平面板９Ａの上面
９ａに一致する位置まで充填される。

しかして、固定体ケーシング１内には外筒２の内側面２
ａと嘔直面板９Ｂの外面９Ｃとの対向面。

固定体４の外側面４ａと垂直面板９Ｂの内面９ｂとの対
抗面、固定体４の上面４ｂと水平面板９Ａの内面９ｂと
の対抗面及びそれらの対抗面間に介在する粘性体りとで
「粘性せん断抵抗発生部Ｊが構成される。

１５はピニオンであって、回転体７の回転軸部８の１：
部に取り付けられる。該ピニオン１５と回転軸部８との
取付けは本実施例図示のキー１６による他、スプライン
係合その他の適宜固定手段を採りうるちのである。１５
ａはピニオンの歯部である。

２０はラック部材（軸方向移動部材）であってラック２
１とラック保持部材（アングル）２２とからなる。ラッ
ク２１はその一側面にピニオン１５の歯部１５ａに噛合
する歯部２１ａを有する。

アングル２２はラック２１を保持して、ボルト・ナンド
あるいは溶接等によりラック２１を固定する。

２４はラックフォロアーであって、回転固定軸２４ａと
ローター２４ｂとからなる。回転固定軸２４ａは蓋１２
のマウン）Ｌ２ｂに植設され、また、ローター２４ｂは
該固定軸２４ａに対して回転自由とされるとともにラッ
ク部材２０のアングル２２の側面２２ａに当接される。

しかして、該ラックフォロアー２４はピニオン１５とラ
ック２１とのかみ合い連動によって生ずるラック部材２
０の軸直角方向への反力に対抗し、両者のかみ合いを保
持する機能を果す。

２６はラック受はベアリングであって、蓋１２のマウン
ト１２ｂに設置され、ラック２１の下面に当接され、ラ
ック部材２０を滑動自在に支持する。

２８はラック部材２０の端部に配された被緩衝構造物と
の連結を図るラック取付は部材である。

該ラック取付は部材２８はアングル部材よりなり、その
−辺をラック部材２０にボルト・ナツトをもって固定さ
れ、他の一辺を被緩衝構造物に連結されている梁部材Ｉ
にボルト・ナツトにより固定される。

梁部材Ｉはラック部材２０の上方位置に配され、本装置
Ｈと該梁部材■との相対移動においても両者は衝突する
ことがないように配慮される。

本実施例装置の設置の態様を示す。

未装置Ｈ（７）固定ケーシングｌ側はその底板３を介し
て緩衝作用体（小質量体）に位置され固定される。ラッ
ク部材２０の端部はラック取付は部材２８を介して被緩
衝体（大質量体）に連結（剛結合又はピン結合）される
。緩衝作用体は被緩衝体のトに可動支承を介して相対的
連動可能に載置さ昨ている。

次に２本実施例装置Ｈの作用について述べる。

今、被緩衝体に地震、風その他の原因による変位を惹起
する外力が加わったとすると、ラック部材２０は被緩衝
体と同じ方向に変位する。該被緩衝体と本装置Ｈとは相
対変位可能な関係となっているので、ラック部材２０と
ピニオン１５との間に相対的連動が生じ、ラック部材２
０の直進連動はピニオン１５により回転連動に変換され
る。

ピニオン１５の回転はそのまま回転体（ローター）７の
回転になるが、固定体ケーシングｌは停止しているので
両者（回転体７と固定体ケーシングｌ）の対向面間（９
ｂと４ｂ、２ｂと９０，９ｄと４ａ）に相対的連動が生
じる。

そして、これらの対向面間には粘性体りが充填されてい
るので、二面間に当該相対連動によって抵抗力（粘性せ
ん断抵抗）が発生し、回転体７は該抵抗力を受けてピニ
オン１５を介してランク部材２０に制動力を与える。

ラック部材２０への制動はそのまま被緩衝体の連動を減
衰させる。

次いで、被緩衝体が逆方向に変位すれば、逆の関係によ
り該緩衝体は逆方向に減衰力を受けることになる。

第５図に展望基における本装置による振動特性を示す。

第５図（ａ）は展望基に本装置を設置したー態様図であ
る。

ここに、Ｊは展望基、Ｊｌはその展望室であって、被緩
衝体（大質量体）に対応する。には展望室Ｊｌの上部に
ａ置された緩衝体（小質量体）であって１水装置Ｈはこ
の緩衝体に組み込まれたものか、あるいは該緩衝体その
ものである。Ｅは地盤である。

該緩衝体には展望室Ｊｌ上に可動支承Ｎをもって被緩衝
体と相対連動自在に載置されるとともに、そのラック部
材を展望基Ｊに連結させる。

第５図（ｂ）はこの展望基における振動系のモデル（模
型図）を示す。ここに１Ｍは展望塔本体の大質量体の質
量であり、ｋｌは該大賀斜体のばね定数、　ｃｌは該大
賀斜体の粘性抵抗係数、ｍは展望基に設置された緩衝体
すなわち小質量体の質量であり、ｋ２は該小質料体のば
ね定数、　ｃ２は該小質料体の粘性抵抗係数、である。

小質量体ｍすなわち緩衝体にの粘性抵抗係数Ｃ２は本発
明装置による付加された粘性抵抗であって。

この粘性抵抗の増大により本装置を設置した構造物の振
動特性は著しく改善されるものである。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能である
。すなわち、以下の態様は本発明の技術的範囲内に包含
されるものである。

■　垂直面板９Ｂを複数とし、これらを同心状に配する
とともに、該垂直面板９Ｂ間には固定ケーシング１に固
設された中間筒３０を介在させる態様（第６図参照）。

■　１木のラック部材２０に複数の本装置を配する態様
（第７図参照）、該態様によれば、個々の本減衰装置の
容量を増大することなく、被緩衝体の大型化に対処する
ことができる。

第７図（ａ）はラック部材２０の同一側に本装置Ｈ１、
Ｈ２，Ｈ３を配したもの、第７図（ｂ）はラック部材２
０の両側に本装置Ｈ４、Ｈ５，Ｈ６を配じたものを示す
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の振動減衰装置の実施例を示し、第１図は
その一実施例の一部断面側面図（第３図のＩ−Ｉ線断面
図）、第２図は第１図の■方向矢視図、第３図は第２図
の■−■線断面図、第４図はラック部材端部の取付は構
造の一例を示す取付は説明図（第３図のＩＴ−ＩＶ線断
面図）、第５図（ａ）（ｂ）は本発明の振動減衰装置の
適用例を示す展望基の概略図及びその振動モデル図、第
６図は本発明装置の他の実施例を示し、第７図（ａ）（
ｂ）は本発明装置の配設態様の変形例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被緩衝体と相対的連動可能に配される固定体ケーシ
   ング（１）は、内側面（２６）が円周壁面を有する外筒
   （２）と、底板（３）と、外側面（４ａ）が円周壁面（
   ４ａ）の円柱状の固定体（４）とからなり、前記外筒（
   ２）の内側面（２ｂ）と固定体（４）の外側面（４ａ）
   とにより所要間隔を保って環状空間（６）が形成され、 回転体（７）は、回転軸部（８）と該回転軸部（８）に
   一体的に固設された抵抗板部（９）とからなり、前記回
   転軸部（８）はその上部を固定体ケーシング（１）の上
   端よりも突出させるとともに前記固定体（４）上の中心
   位置に軸受（１０）を介して回転自在に支持され、 前記抵抗板部（９）は前記環状空間（６）内に所要の間
   隔を保って配され、 前記環状空間（６）内には粘性体（Ｌ）が充填され、 前記回転体（７）の回転軸部（８）の上部にはピニオン
   （１５）が固定され、 前記ピニオン（１５）に噛合するラック部材（２０）は
   水平長手方向に延設され、その適宜位置において被緩衝
   体に取り付けられてなる、 ことを特徴とする振動減衰装置。 ２、抵抗板部（９）は回転軸部（８）に固設される円盤
   状の水平面板（９Ａ）と該水平面板（９Ａ）より垂設さ
   れる円筒状の垂直面板（９Ｂ）とからなり、水平面板（
   ９Ａ）は固定体（４）の上面より所要間隔を存して配さ
   れ、垂直面板（９Ｂ）は環状空間（６）内に配されてな
   る特許請求の範囲第１項に記載の振動減衰装置。 ３、複数の垂直面板（９Ｂ）が同心状に水平面板（９Ａ
   ）の下部に配され、垂直面板（９Ｂ）間には固定体ケー
   シング（１）に固設される中間筒が配されてなる特許請
   求の範囲第２項に記載の振動減衰装置。