JP4472977B2

JP4472977B2 - 建物の制振装置

Info

Publication number: JP4472977B2
Application number: JP2003413695A
Authority: JP
Inventors: 仁崇山下
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: JP2005171641A

Description

本発明は、建物の制振装置に関する。さらに詳しくは、セッティングが容易とされた建物の制振装置に関する。

近年、住宅、ビルなどの建物について、地震や交通振動などによって生じる振動障害を抑えるために、ＴＭＤ（Tuned Mass Damper）などの制振装置が用いられている。図３に従来のＴＭＤの一例を示す。

ＴＭＤは、図３に示すように、建物の天井、屋上などに、重り（マス）１０１をバネ機構１０２（例えば積層ゴム）により振動可能に取り付け、建物の振動によりマス１０１を振動させるとともに、その振動エネルギを減衰器１０３により吸収させ、これにより建物の振動を抑えるものとされる。

このとき、マス１０１、バネ機構１０２および減衰器１０３とで構成される振動系の固有振動数が建物の固有振動数と等しければ、共振によりマス１０１の振動が最大となって制振効果を発揮させることができる。このため、従来のＴＭＤにおいては、バネ定数の異なるバネを複数用意し、これら複数のバネを順次装着してマス１０１、バネ機構１０２および減衰器１０３とで構成される振動系の固有振動数が、建物の固有振動数と一致するようにする、といった振動数調節作業を行うのが通常とされる。

ところが、この方式では、バネを交換する際に重量物であるマス１０１を持ち上げる必要があり、特に一般住宅の場合、屋根裏などの狭小な設置スペースで力仕事を行う必要が生じるため、調節作業が非常に困難なものになるといった問題がある。

このため、図示例（図３参照）のように、振動数調節用のバネ機構１０４を設け、これにより振動系の固有振動数を建物の固有振動数と一致するようにしたものが提案されている。

しかしながら、この方式は、本来のバネ機構１０２とは別に振動数調節用のバネ機構１０４を設ける必要があることから、部品点数が増大して構成が複雑化し、装置のコンパクト化が困難になるといった別の問題を生じる。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、構成の簡素化が図られるとともに、スペース効率が高く、振動数調節の容易な建物の制振装置を提供することを目的としている。

本発明の制振装置は、マスと、該マスを所定範囲で水平方向に変位自在に支持するマス支持部と、該マスに水平方向の振動を生じさせて制振させる制振機構とを備え、前記制振機構は、前記マスに上下動可能に嵌装された上下動部材と、該上下動部材の上面から所定高さで突出された回動自在なボールと、該ボールを押える凹部が下面に形成された押え部材と、前記上下動部材を上方に付勢する弾性部材と、前記上下動部材に粘性抵抗を付与する粘性流体とを含むものとされ、前記マスは、上面に開口を有する円柱状の穴と、該穴に連通した粘性流体貯蔵室とを有してなることを特徴とする。

本発明の制振装置においては、押え部材の高さ位置が調節可能とされてなるのが好ましい。

また、本発明の制振装置においては、マス支持部は、基板と、該基板に設けられた枠と、該枠内に配設された転動体とを備えてなるのが好ましい。

さらに、本発明の制振装置においては、マスが、上面に開口を有する円柱状の穴と、該穴に連通した粘性流体貯蔵室とを有してなるのが好ましい。

さらに、本発明の制振装置においては、円柱状の穴と粘性流体貯蔵室とを連通する連通路にオリフィスが形成されてなるのが好ましい。

本発明によれば、制振装置の構成の簡素化が図られるとともに、その振動数の調整が容易となるという優れた効果が得られる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

図１および図２に、本発明の一実施形態に係る建物の制振装置を示す。この制振装置１は、図示しない建物の屋上や天井裏など、地震や交通振動などに起因する建物の振動が顕著となる部分に設けられるものとされる。

制振装置１は、マス２と、マス２を所定範囲で水平方向に変位自在に支持するマス支持部３と、マス支持部３により支持されたマス２に水平方向の振動を生じさせて制振させる制振機構４とを主要構成要素として備えてなる。

マス２は、質量比が建物の例えば１〜３％で、下面が滑らかな平面に形成された概略立方体形状の例えば鋳物からなる重りとされる。マス２中央には、図２に示すように、その上面に開口し上下方向に延びるシリンダボア(円柱状の穴)１１が設けられている。このシリンダボア１１には、マス２の水平方向の振動に連動して上下動するピストン(上下動部材)１２が嵌装されるとともに、ピストン１２を上方に向かって付勢するコイルスプリング(弾性部材)１６が配設されている。なお、マス２の形状は立方体形状に限定されるものではなく、適宜形状とでき例えば円柱状とすることもできる。

また、シリンダボア１１の周囲には、このシリンダボア１１と連通路１３を介して連通される１または複数の油室(粘性流体貯蔵室)１４が設けられる。すなわち、連通路１３を通してシリンダボア１１と油室１４との間で粘性油(粘性流体)Ｌが流動するように構成されている。ここで、連通路１３は、流動抵抗を大きくし、振動エネルギを効果的に減少させることができるように、オリフィス１５が設けられるものとされる。なお、油室１４天井には、図２に点線で示すように、空気抜き孔が形成されてもよい。

ピストン１２は、周囲に粘性油Ｌの流出を防止するシール部材(図示省略)、およびその上面から所定高さ突出した状態で自在に回転するボール２１が設けられるものとされる。このボール２１は、後述する押え部材３０と協働してマス２の水平方向の移動量を規制し、マス２に水平振動を生じさせるものとされる。

ボール２１の装着は、具体的には、ボール２１をピストン上面から所定高さ突出させ、かつボール２１が抜けないように径および深さが設定された開口２２を有する球面状の凹部からなるボール収容部２３を設け、このボール収容部２３にボール２１を収納することによりなされる。ここで、ボール収容部２３の底部には、球状の転動体２４が所定数、適度に潤滑がなされて置かれており、この転動体２４の上にボール２１を載置することによって、ボール２１が転動自在に設けられるものとされる。すなわち、ボール２１はいわゆるフリーベアリング機構により支持されてなるものとされる。また、開口２２の周縁は、図２に示すように、開口２２の中心に向けてひさし状に延伸されて転動体２４の抜け防止部２３ａとされている。この開口２２の周縁も適度に潤滑がなされている。

押え部材３０は、正方形状平板または長方形状平板とされ、ボール２１の上方に配設されて、前述したように、マス２の水平方向の移動量を規制し、マス２に水平振動を生じさせるものとされる。この押え部材３０は、支持枠３３，３３間に配設された横部材３４，３４に架け渡された押え板３２，３２により押えられている。

また、押え部材３０の下面には、図１に示すように、球面状(または円錐状)の凹部３１が形成されている。前述したように、コイルスプリング１６によりピストン１２が上方向に付勢され、かつ、押え部材３０が押え板３２，３２により押えられているので、マス２に水平振動が生じてもボール２１は凹部３１と常に当接している。そのため、凹部３１の曲率(または傾斜)を適当なものにすることによって、マス２を含む振動系の振動数が自動的に調節されることが期待される。また、押え部材３０と押え板３２，３２との間にスペーサを介装してコイルスプリング１６の付勢力を調整することによっても、マス２を含む振動系の振動数の調節がなし得る。

マス支持部３は、水平に配置された基板４１の上にマス２の振動を許容するサイズの枠４２を設け、枠４２の内側にマス２を水平に支持することができる程度の密度で球状の転動体４３を敷くようにして構成されている。ここで、建物の振動がマス２を１軸方向にのみ変位させるような振動であれば、転動体４３として球状のものではなくコロを用いることも可能である。

次に、かかる構成とされている制振装置１の制振作用について説明する。

・地震や交通振動などにより建物が横揺れすると、マス２は転動体４３上をスライドする。例えば、図１中の右方向にスライドする。

・マス２のシリンダボア１１に嵌装されているピストン１２上面に設けられたボール２１は、ピストン１２が粘性油Ｌの流動抵抗およびコイルスプリング１６の付勢力に抗しながら降下するので、マス２のスライドに追従して凹部３１内面に沿って移動する。

・凹部３１内面は球面状(または円錐状)とされ、かつコイルスプリング１６によりピストン１２が上方向に付勢されているところから、ボール２１が凹部３１内面周縁に向かうにしたがって、ボール２１の凹部３１内面に対する押圧力が増大してマス２の移動速度が次第に減少し、ついには停止する。

・マス２は停止後、建物の横揺れにつれて前回とは反対方向にスライドする。例えば、図１中の左方向にスライドする。つまり、マス２は左右に振動する。

・マス２、コイルスプリング１６および粘性油Ｌからなる振動系の固有振動数は建物の固有振動数と一致させられているので、マス２は建物の横揺れに共振して建物の横揺れを吸収する。

このように、実施形態の制振装置１においては、建物の振動エネルギをマス２の振動エネルギに転化して建物の制振がなされる。

なお、前記説明から明らかなように、ピストン１２と、ピストン１２上面に設けられたボール２１と、このボール２１を押える押え部材３０と、ピストン１２を上方に付勢するコイルスプリング１６と、ピストン１２に粘性抵抗を付与する粘性油Ｌとにより制振機構４が構成されるのが理解される。そして、その振動数の調整は、押え部材３０と押え板３２，３２との間にスペーサを介装するという簡単な作業によりなし得る。

したがって、一般住宅に、制振装置１を設置する場合のように、非常に狭小なスペースにおける作業が余儀なくされる場合においても容易に調節作業を行うことが可能となる。

また、調節用のバネを他に設けることなく制振機構４を構成するコイルスプリング１６の付勢力を調節することにより振動数の調節を行うことが可能であるので、部品点数を削減することができ、装置のコンパクト化が図れる。

上述したように、本発明は、建物の制振に適用できる。

本発明の実施形態１に係る制振装置の概略図である。同装置の要部断面図である。従来の制振装置の一例の概略図である。

符号の説明

１制振装置
２マス
３マス支持部
４制振機構
１１シリンダボア(円柱状の穴)
１２ピストン(上下動部材)
１３連通路
１４油室(粘性流体貯蔵室)
１５オリフィス
１６コイルスプリング(弾性部材)
２１ボール
３０押さ部材
３１凹部
Ｌ粘性油(粘性流体)

Claims

マスと、該マスを所定範囲で水平方向に変位自在に支持するマス支持部と、該マスに水平方向の振動を生じさせて制振させる制振機構とを備え、
前記制振機構は、前記マスに上下動可能に嵌装された上下動部材と、該上下動部材の上面から所定高さで突出された回動自在なボールと、該ボールを押える凹部が下面に形成された押え部材と、前記上下動部材を上方に付勢する弾性部材と、前記上下動部材に粘性抵抗を付与する粘性流体とを含むものとされ、
前記マスは、上面に開口を有する円柱状の穴と、該穴に連通した粘性流体貯蔵室とを有してなる
ことを特徴とする建物の制振装置。
押え部材の高さ位置が調節可能とされてなることを特徴とする請求項１記載の建物の制振装置。
マス支持部は、基板と、該基板に設けられた枠と、該枠内に配設された転動体とを備えてなることを特徴とする請求項１記載の建物の制振装置。
円柱状の穴と粘性流体貯蔵室とを連通する連通路にオリフィスが形成されてなることを特徴とする請求項１記載の建物の制振装置。