JP6545533B2 - 制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、建造物等に加わる地震等の振動を抑制する制振装置に関する。

従来より、上梁（上側構造物）と下梁（下側構造物）との間に配置され、下梁に固定され、粘性体を収容する容器と、上梁から下梁に向かって延び、容器に対して隙間を有して粘性体に浸かるように挿入された抵抗板とを備えた制振装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

そして、当該制振装置では、地震等の振動に際して、下梁に対する上梁の相対的変位に基づく容器と抵抗板との間の相対的変位において容器内に収容された粘性体に粘性せん断を生じさせて、この粘性せん断による抵抗力により地震等の振動を減衰させている。

特開２００４−１８３３３２号公報

しかし、特許文献１の制振装置では、地震等による振動を減衰させるための抵抗力が、１枚板状の抵抗板の粘性体の粘性せん断のみであった。このため、大きな抵抗力を発生させることができず、振動を十分に減衰させることができなかった。

そこで、本発明の目的は、大きな抵抗力を発生させることができ、振動を十分に減衰させることが可能な制振装置を提供することである。

本発明の一態様による制振装置は、上側構造部材と、前記上側構造部材の下側に位置する下側構造部材との間に設置される制振装置であって、前記下側構造部材に固定され、上部に開口を有し、作動流体が収容される収容空間を形成する容器と、前記容器に固定される挿入部材と、前記上側構造部材に固定され、単体でまたは前記容器の一部と共に、前記挿入部材が挿入される開口を形成し、前記収容空間の一部を、前記挿入部材と共に、または、前記挿入部材および前記容器の一部と共に区画して圧力室を形成し、前記作動流体が流出入可能なオリフィスが形成された区画部材と、を備える。

前記挿入部材は、水平方向において互いに対向するように前記容器に固定された一対の挿入部材により構成され、前記区画部材は、水平方向に延びる貫通孔を有して両端に前記開口が形成された筒状部材と、前記オリフィスが形成された仕切板とを有し、前記仕切板は、前記貫通孔内において、前記筒状部材の前記水平方向の中央部に、前記貫通孔を仕切るように固定され、前記一対の挿入部材の一方の挿入部材が、前記貫通孔の一方の前記開口に挿入されて、前記筒状部材と前記仕切板と前記一方の挿入部材とにより、一方の前記圧力室が形成され、前記一対の挿入部材の他方の挿入部材が、前記貫通孔の他方の前記開口に挿入されて、前記筒状部材と前記仕切板と前記他方の挿入部材とにより、他方の前記圧力室が形成されても良い。

前記容器は、互いに対向する一対の側壁を有し、前記筒状部材は、角筒状をなし、それぞれ各側壁の内面に対し隙間を有して対向する一対の側面を有しても良い。

各挿入部材は、鉛直方向において隙間を有するように前記区画部材に対して挿入されても良い。

本発明によれば、大きな抵抗力を発生させることができ、振動を十分に減衰させることが可能な制振装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る制振装置を上側構造体および下側構造体に設置した状態を示す図である。 本実施形態に係る制振装置の斜視図を示す。 図１の制振装置の分解斜視図を示す。 図２のＩＶ−ＩＶ線および鉛直方向に沿った断面図を示す。 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図を示す。 上部構造体が下側構造部材に対し水平方向に相対的に変位した時の制振装置の状態を示す図である。 （ａ）は、第２の実施形態に係る制振装置の分解斜視図を示し、（ｂ）は、第２の実施形態に係る制振装置の断面図を示す。 （ａ）は、第３の実施形態に係る制振装置の分解斜視図を示し、（ｂ）は、第３の実施形態に係る制振装置の断面図を示す。 第４の実施形態に係る制振装置の断面図を示す。

本発明の第１の実施形態に係る制振装置１について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の制振装置１を上側構造体３および下側構造体４に設置した状態を示し、図２は、第１の実施形態における制振装置１の斜視図を示し、図３は、制振装置１の分解斜視図を示し、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線および鉛直方向に沿った断面図を示し、図５は、図４のＶ−Ｖ線および水平方向に沿った断面図を示している。

図１に示すように、制振装置１は、一対の鉛直柱２に橋架される上梁等の上側構造部材３および下梁等の下側構造部材４の間に設置される制振装置１である。一対の鉛直柱２、上側構造部材３、および下側構造部材４は、Ｈ型鋼、Ｉ型鋼、矩形断面の鋼管、または円形断面の鋼管により構成される。

図１〜４に示すように、制振装置１は、容器１０と、一対の挿入部材２０と、区画部材３０とを備える。

容器１０は、鋼材等により構成され、固定具５を介して下側構造部材４に固定されている。図２に示すように、容器１０は、平板状の基部１１と、基部１１に立設され互いに対向する一対の第１の側壁１２と、基部１１に立設された一対の端壁１３とを備える。また、容器１０は、上部に開口１０ａを有し、基部１１、一対の側壁１２、および一対の端壁１３により、作動流体６が充填される収容空間１０ｂを形成する。

一対の挿入部材２０は、鋼材等により構成され、図３に示すように略直方体状をなし、一対の端壁１３に水平方向Ｘにおいて互いに対向するように固定されている。なお、各挿入部材２０は、対応する端壁１３に対し、基部１１および一対の側壁１２から離間して固定されている。

区画部材３０は、鋼材等により構成され、図１に示すように、取付具７を介して上側構造部材３に固定される。図３〜図５に示すように、区画部材３０は、筒状部材３１と、仕切板３２とを備える。

筒状部材３１は、水平方向Ｘに対し平行に延びる矩形角筒状をなし、その両端に開口する矩形状の貫通孔３１ａを有する。また、筒状部材３１は、容器１０の一対の側壁１２に対向する一対の側面３１Ｂを有する。

仕切板３２は、鋼材等により構成され、矩形平板状をなしている。仕切板３２は、貫通孔３１ａ内において、筒状部材３１の水平方向Ｘの中央部３１Ｃに固定され、貫通孔３１ａは仕切板３２により２つに仕切られている。また、仕切板３２には少なくとも１つのオリフィス３２ａが形成されている。

図４、５に示すように、筒状部材３１の貫通孔３１ａの両端の開口３１ｄには、それぞれ挿入部材２０が挿入されている。筒状部材３１と、仕切板３２と、各挿入部材２０により、圧力室３１ｅ、３１ｆが形成される。このように、区画部材３０は、単体で、挿入部材２０が挿入される開口３１ｄを形成し、収容空間１０ｂの一部を、各挿入部材２０と共に区画して、圧力室３１ｅ、３１ｆを形成している。圧力室３１ｅと、圧力室３１ｆは、オリフィス３２ａを介して互いに連通している。

また、各挿入部材２０の鉛直方向Ｙの長さは、筒状部材３１の矩形状の貫通孔３１ａの鉛直方向Ｙの長さよりも、短く構成され、図４に示すように、鉛直方向Ｙの上側における各挿入部材２０と筒状部材３１の間には、隙間Ｇが形成される。

また、図５に示すように、容器１０の一対の側壁１２の内面１２Ａと、筒状部材３１の一対の側面３１Ｂとの間には、隙間Ｃが形成される。

次に、制振装置１による振動の減衰動作について、図４、６を参照して説明する。

例えば、地震が発生すると、図１に示した上側構造部材３が、下側構造部材４に対し水平方向Ｘに相対的に変位する。これに伴い、区画部材３０が、容器１０および挿入部材２０に対し水平方向Ｘに相対的に変位する。例えば、図４において区画部材３０が右側へ変位したとする。

これにより、圧力室３１ｆの体積を減少させるように、筒状部材３１および仕切板３２が右側へ移動しようとする。その結果、圧力室３１ｆ内の作動流体６は圧縮され、当該圧縮を受けた作動流体６に大きな反力が発生する。そして、作動流体６に発生した反力が仕切板３２に対し加わり、圧力抵抗による抵抗力により、振動が減衰される。

また、筒状部材３１および仕切板３２の移動によって、作動流体６が仕切板３２のオリフィス３２ａを通過して、圧力室３１ｆから圧力室３１ｅ流入する。このとき作動流体がオリフィス内を流動することにより、大きな抵抗力が発生する。この流動抵抗により振動が減衰される。

また、筒状部材３１の移動によって、容器１０の一対の側壁１２と、筒状部材３１の一対の側面３１Ｂとの隙間Ｃに存在する作動流体６に粘性せん断が生じ、この粘性せん断による抵抗力により振動が減衰される。

このように、圧力抵抗と、流動抵抗と、粘性せん断とによる抵抗力により振動が減衰される。そして、制振装置１が図６に示すような状態となった後、振動により区画部材３０が左側へ変位して、上記と同様に圧力抵抗と、流動抵抗と、粘性せん断とによる抵抗力が発生し、さらに振動が減衰される。

また、作動流体６は、筒状部材３１および仕切板３２の容器１０および挿入部材２０に対する相対的な変位速度に応じた抵抗力を発生する。すなわち、筒状部材３１および仕切板３２が、容器１０および挿入部材２０に対し相対的に高速で変位しようとすると、作動流体６は大きな抵抗力を発生する。この結果、大きな振動を減衰させることができる。

一方、筒状部材３１および仕切板３２が、容器１０および挿入部材２０に対し低速で変位するときは、作動流体６は大きな抵抗力を発生しない。

以上のように、本実施形態の制振装置１では、区画部材３０は、単体で、容器１０に固定された挿入部材２０が挿入される開口３１ｄを形成し、収容空間１０ｂの一部を、各挿入部材２０と共に区画して、圧力室３１ｅ、３１ｆを形成している。

詳細には、一対の挿入部材２０は、容器１０の一対の端壁１３に水平方向Ｘにおいて互いに対向するように固定され、区画部材３０は、水平方向に延びる貫通孔３０ａを有し両端に開口３１ｄが形成された筒状部材３１と、オリフィス３２ａが形成され貫通孔３１ａ内で固定された仕切板３２とを有している。そして、一対の挿入部材２０がそれぞれ対応する開口３１ｄに挿入され、筒状部材３１と仕切板３２と各挿入部材２０とにより、圧力室３１ｅ、３１ｆが形成されている。

かかる構成により、地震発生時に、上側構造部材３が、下側構造部材４に対し水平方向Ｘに相対的に変位することに伴い、区画部材３０が、容器１０および挿入部材２０に対し水平方向Ｘに相対的に変位する。その結果、例えば、圧力室３１ｆの体積を減少させるように、区画部材３０（筒状部材３１および仕切板３２）が移動し、圧力室３１ｆ内の作動流体６が圧縮される。そして、当該圧縮を受けた作動流体６に大きな反力が発生し、この反力が仕切板３２に対し加わり、圧力抵抗による抵抗力により、振動が減衰される。

このように、本願の制振装置１によれば、圧力抵抗による抵抗力を発生させることができる。よって、作動流体６の粘性せん断による抵抗力のみで振動を減衰させる従来の制振装置と比較して、大きな抵抗力を発生させることができ、振動を十分に減衰させることができる。これにより、制振装置１の小型化を図ることができる。

また、圧力抵抗は、温度が高くなり作動流体６の粘性が低くなったとしても、その影響を受けにくいので、温度依存性の影響が小さい抵抗力を得ることができる。よって、温度が高い状況においても、大きな抵抗力を発生させ、振動を減衰させることができる。

また、区画部材３０（筒状部材３１および仕切板３２）の移動によって、作動流体６が仕切板３２のオリフィス３２ａを通過することにより、大きな流動抵抗が発生し、流動抵抗による抵抗力により、振動が減衰される。

よって、流動抵抗による抵抗力も得ることができるので、さらに大きな抵抗力を発生させることができ、振動を減衰させることができる。

また、筒状部材３１の一対の側面３１Ｂは、それぞれ容器１０の一対の側壁１２の内面１２Ａに対し、隙間Ｃを有して対向している。かかる構成によれば、筒状部材３１の移動によって、容器１０の一対の側壁１２と、筒状部材３１の一対の側面３１Ｂとの隙間Ｃに存在する作動流体６に粘性せん断を生じ、この粘性せん断による抵抗力により振動が減衰される。

よって、流動抵抗による抵抗力も得ることができるので、さらに大きな抵抗力を発生させることができ、振動を減衰させることができる。

また、図４に示すように、各挿入部材２０は、鉛直方向Ｙにおいて隙間Ｇを有するように区画部材３０の筒状部材３１に対して挿入されている。

かかる構成によれば、一対の鉛直柱２に橋架されている上側構造部材３が、下側構造部材４に対する相対的に変位により、鉛直方向Ｙに変位し、上側構造部材４に固定された区画部材３０の筒状部材３１が鉛直方向Ｙに変位したとしても、筒状部材３１が各挿入部材２０に衝突するのを防止することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る制振装置１０１について、図７を参照して説明する。なお、第１の実施形態に係る制振装置１と同じ部材については同一の参照番号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。

図７（ａ）は、第２の実施形態に係る制振装置１０１の分解斜視図を示し、図７（ｂ）は、第２の実施形態に係る制振装置１０１の断面図を示す。

本実施形態では、一対の挿入部材１２０の構造が、第１の実施形態の一対の挿入部材２０の構造と異なる。

本実施形態における各挿入部材１２０は、二枚の支持板１２１と、一枚の挿入板１２２により構成されている。二枚の支持板１２１は、鋼材等により構成され、矩形平板状をなし、水平方向Ｘに沿って延び、一端が端壁１３に固定されている。挿入板１２２は、鋼材等により構成され、矩形平板状をなし、鉛直方向Ｙに沿って延び、二枚の支持板１２１の他端に固定されている。挿入板１２２は、開口３１ｄを介して、貫通孔３１ａに挿入されている。なお、支持板１２１は、三枚以上であっても良く、支持板１２１に代えて、一または複数本の、角筒状は円筒状の支持部材であっても良い。

このように、筒状部材３１の貫通孔３１ａの両端の開口３１ｄに、それぞれ挿入部材１２０の挿入板１２２が挿入され、筒状部材３１と、仕切板３２と、各挿入板１２２により、圧力室３１ｅ、３１ｆが形成される。

また、挿入板１２２の鉛直方向Ｙの長さは、筒状部材３１の矩形状の貫通孔３１ａの鉛直方向Ｙの長さよりも、わずかに短く構成されている。これにより、挿入板１２２と筒状部材３１が当接可能である。挿入板１２２の端面には、滑り剤が塗布されても良いし、又はすべり材が設けられても良い。また、筒状部材３１の内周面に、滑り剤が塗布されても良いし、又はすべり材が設けられても良い。さらに、挿入板１２２の端面および筒状部材３１の内周面の両方に、滑り剤が塗布されても良いし、又はすべり材が設けられても良い。

かかる構成によれば、上側構造部材３の鉛直方向Ｙの変位により、上側構造部材３に固定された区画部材３０の筒状部材３１が鉛直方向Ｙに変位して挿入部材１２０の挿入板１２２を押圧したとしても、平板状の支持板１２１が撓むことにより、挿入板１２２を筒状部材３１の鉛直方向Ｙの変位に追従して変位させることができる。

本実施形態に係る制振装置１０１においても、第１の実施形態に係る制振装置１と同様に、圧力抵抗と、流動抵抗と、粘性せん断とによる抵抗力により、振動を減衰させることができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る制振装置２０１について、図８を参照して説明する。なお、第１の実施形態に係る制振装置１と同じ部材については同一の参照番号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。

図８（ａ）は、第３の実施形態に係る制振装置２０１の分解斜視図を示し、図８（ｂ）は、第３の実施形態に係る制振装置２０１の断面図を示す。

本実施形態では、一対の挿入部材２２０および区画部材２３０の構造が、第１の実施形態の一対の挿入部材２０および区画部材３０の構造と異なる。

本実施形態における各挿入部材２２０は、その水平方向Ｘと鉛直方向Ｙとに直交する方向Ｚの幅が、一対の側壁１２間の距離とほぼ等しく構成され、基部１１、一対の側壁１２、および対応する端壁１３に固定されている。

区画部材２３０は、平板部材２３１と、仕切板２３２とを備える。平板部材２３１および仕切板２３２は、矩形平板状をなし、その方向Ｚの幅は、一対の側壁１２間の距離とほぼ等しく構成されている。平板部材２３１と、基部１１と、一対の側壁１２の一部とにより、貫通孔２３１ａが形成される。

仕切板２３２は、平板部材２３１の水平方向Ｘの中央部２３１Ｃに固定され、鉛直方向Ｙに沿って延び、仕切板２３２により貫通孔２３１ａが２つに仕切られている。また、仕切板２３２には少なくとも１つのオリフィス２３２ａが形成されている。そして、貫通孔２３１ａの両端の開口２３１ｄには、それぞれ挿入部材２２０が挿入されている。平板部材２３１と、仕切板２３２と、各挿入部材２２０により、圧力室２３１ｅ、２３１ｆが形成される。このように、区画部材３０は、容器１０の一部と共に、挿入部材２２０が挿入される開口２３１ｄを形成し、収容空間１０ｂの一部を、各挿入部材２２０および容器１０の一部（基部１１および一対の側壁１２）と共に区画して、圧力室２３１ｅ、２３１ｆを形成している。圧力室２３１ｅと、圧力室２３１ｆとは、オリフィス２３２ａを介して互いに連通している。

本実施形態に係る制振装置２０１によれば、圧力抵抗と、流動抵抗とによる抵抗力により、振動を減衰させることができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る制振装置３０１について、図９を参照して説明する。なお、第１の実施形態に係る制振装置１と同じ部材については同一の参照番号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。

図９は、第３の実施形態に係る制振装置３０１の断面図を示す。

本実施形態では、区画部材３３０の構造が、第１の実施形態の区画部材３０の構造と異なる。さらに、挿入部材２０は、一対ではなく、一つのみ容器１０の端壁１３に固定されている。

区画部材３３０は、第１の実施形態の区画部材３０を略半分にした形状をなしている。具体的には、区画部材３３０は、貫通孔３３１ａを有し矩形角筒状をなす筒状部材３３１を有し、筒状部材３３１の一方の端部に貫通孔３３１ａを塞ぐように仕切板３３２が設けられている。仕切板３３２には、オリフィス３３２ａが形成されている。そして、筒状部材３３１の貫通孔３３１ａの開口３３１ｄに、挿入部材２０が挿入され、筒状部材３３１と、仕切板３３２と、挿入部材２０により、圧力室３３１ｆが形成される。

本実施形態に係る制振装置３０１においても、図９において区画部材３３０が右側に移動する時に、第１の実施形態に係る制振装置１と同様に、圧力抵抗と、流動抵抗と、粘性せん断とによる抵抗力により、振動を減衰させることができる。なお、本実施形態に係る制振装置３０１においては、図９において区画部材３３０が左側に移動した時には、区画部材３３０が右側に移動した時と同等の抵抗力は期待できない。そこで、本実施形態に係る制振装置３０１においては、図９に示した構成について左右を反転させた構成の制振装置を、制振装置３０１と一対で設置することにより、振動を確実に減衰させることができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、上記の実施形態では、筒状部材３１は、矩形角筒状であったが、円筒状であっても良く、挿入部材２０もこれに合わせて円柱状であっても良い。また、筒状部材３１に代えて、Ｕ字状の部材を設け、Ｕ字の開口部を容器１０の基部１１に近接させて、Ｕ字状の部材と基部１１とにより貫通孔を形成し、貫通孔の両端の開口に各挿入部材が挿入されるように構成しても良い。

また、各挿入部材２０を端壁１３に直接固定したが、鉛直移動ガイド（直動ガイド）を各端壁１３に固定し、各鉛直移動ガイドに対し、挿入部材２０を固定して、挿入部材２０を鉛直方向に移動可能に構成しても良い。かかる構成により、挿入部材２０を筒状部材３１の鉛直方向Ｙの変位に追従して変位させることができる。なお、この場合、筒状部材３１と挿入部材２０とを当接可能に構成し、各挿入部材の上下の端面には滑り剤が塗布される。

１、１０１、２０１、３０１：制振装置、３：上側構造部材、４：下側構造部材、６：作動流体、１０：容器、１０ａ：開口、１０ｂ：収容空間、１１：基部、１２：側壁、１２Ａ：内面、１３：端壁、２０、１２０、２２０：挿入部材、３０、２３０、３３０：区画部材、３１：筒状部材、３１ａ、２３１ａ、３３１ａ：貫通孔、３１ｄ、２３１ｄ、３３１ｄ：開口、３１ｅ、３１ｆ、２３１ｅ、２３１ｆ、３３１ｆ：圧力室、３２、２３２、３３２：仕切板、３２ａ、２３２ａ、３３２ａオリフィス、１２１：支持板、１２２：挿入板、２３１：平板部材

Claims (3)

1. 上側構造部材と、前記上側構造部材の下側に位置する下側構造部材との間に設置される制振装置であって、
   前記下側構造部材に固定され、上部に開口を有し、作動流体が収容される収容空間を形成する容器と、
   前記容器に固定される挿入部材と、
   前記上側構造部材に固定され、単体でまたは前記容器の一部と共に、前記挿入部材が挿入される開口を形成し、前記収容空間の一部を、前記挿入部材と共に、または、前記挿入部材および前記容器の一部と共に区画して圧力室を形成し、前記作動流体が流出入可能なオリフィスが形成された区画部材と、を備え、
   前記挿入部材は、水平方向において互いに対向するように前記容器に固定されて一対配置され、
   前記区画部材は、水平方向に延びる貫通孔を有して両端に前記開口が形成された筒状部材と、前記オリフィスが形成された仕切板とを有し、
   前記仕切板は、前記貫通孔内において、前記筒状部材の前記水平方向の中央部に、前記貫通孔を仕切るように固定され、
   前記一対の挿入部材の一方の挿入部材が、前記貫通孔の一方の前記開口に挿入されて、前記筒状部材と前記仕切板と前記一方の挿入部材とにより、一方の前記圧力室が形成され、
   前記一対の挿入部材の他方の挿入部材が、前記貫通孔の他方の前記開口に挿入されて、前記筒状部材と前記仕切板と前記他方の挿入部材とにより、他方の前記圧力室が形成された制振装置。
2. 前記容器は、互いに対向する一対の側壁を有し、
   前記筒状部材は、角筒状をなし、それぞれ各側壁の内面に対し隙間を有して対向する一対の側面を有する請求項１に記載の制振装置。
3. 挿入部材は、鉛直方向において隙間を有するように前記区画部材に対して挿入されている請求項１または請求項２に記載の制振装置。
   

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