JPH07280030A

JPH07280030A - 振動エネルギ消費機構

Info

Publication number: JPH07280030A
Application number: JP9583894A
Authority: JP
Inventors: Isamu Tsukagoshi; 勇塚越
Original assignee: SHIN GIKEN KK
Current assignee: SHIN GIKEN KK
Priority date: 1994-04-07
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 1995-10-27
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JP3032424B2

Abstract

(57)【要約】［目的］本発明は、粘弾性体の機能を発揮する振幅範
囲を拡大可能ならしめ、さらには、抵抗力の増大を図っ
た振動エネルギ消費機構を提供する。［構成］本発明の振動エネルギ消費機構は、対向する
板１１と板１２との間隙に粘弾性体をＭ挟着し、板の相
対振幅作動に伴って生ずる粘弾性体の抵抗力を利用して
なる振動エネルギ消費機構であって、粘弾性体Ｍ内に前
記板の相対振幅作動に伴い回転可能な回転部材１５を介
在させたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粘弾性体を用いる振動
エネルギ消費機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の粘弾性体を用いる振動エネルギ消
費機構を図に示す。図１３は骨組構造物に設置した振動
エネルギ消費機構で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）
のＢーＢ線矢視断面図、図１４は振動エネルギ消費機構
の作用を示す図である。振動エネルギ消費機構は、平板
状の第１板１１と第２板１２とを間隙を有するように対
向させ、この間隙に粘弾性体Ｍを挟着することで構成さ
れるものであって、柱１間に多段に横設された相対する
横部材２の間に設置される。即ち、第１板１１は上部横
部材２ａに固定され、第２板１２はボルト１３を介して
下部横部材２ｂに固定される。ここで、第１板１１と第
２板１２に挟着する粘弾性体Ｍは、一般に、同じ振幅値
に対する抵抗力においては粘度の低い軟らかい材料で小
さく、粘度の高い硬い材料で大きいが、一方、限界振幅
値（粘弾性体Ｍの機能を果たす振幅の限界値をいい、こ
の限界値を超えると粘弾性体Ｍが切断等してその機能を
喪失してしまう）においては軟らかい材料では大きく、
硬い材料では小さいという性質を有している。そして、
構造物に対して水平方向に振幅値Ｖ₀の振動が加えられ
た場合には、図１４に示すように、第１板１１と第２板
１２とが水平方向に沿って相対的に振幅値Ｖ₀と一致す
る振幅作動をするため、このとき生ずる粘弾性体Ｍの剪
断変形に伴う抵抗力を通じて振動エネルギを消費し、振
動を低減せしめている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の振動エネル
ギ消費機構においては、振動の振幅が大きくなると前記
したように粘弾性体Ｍが切断してその機能を喪失してし
まうため、大きな抵抗力を有する硬い粘弾性体Ｍを用い
ることができないという不具合があった。そこで、本発
明は、粘弾性体の機能を発揮する振幅範囲を拡大可能な
らしめ、さらには、抵抗力の増大を図った振動エネルギ
消費機構を提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の振動エネルギ
消費機構は、対向する板と板との間隙に粘弾性体を挟着
し、板の相対振幅作動に伴って生ずる粘弾性体の抵抗力
を利用してなる振動エネルギ消費機構において、前記粘
弾性体内に前記板の相対振幅作動に伴い回転可能な回転
部材を介在させたものである。請求項２の振動エネルギ
消費機構は、請求項１の回転部材として、丸棒、球体、
又はコイルの少なくとも１種を用いるものである。請求
項３の振動エネルギ消費機構は、請求項１又は請求項２
の振動エネルギ消費機構において、対向する板と板との
間隙に磁石を挿入したものである。

【０００５】

【作用】請求項１又は請求項２の振動エネルギ消費機構
は、粘弾性体内に介在した丸棒、球体、又はコイル等の
回転部材が板の相対振幅作動に伴って回転することで、
この回転部材に付着する粘弾性体が攪乱されて変形を生
ずるため、抵抗力を増加することができる他、回転部材
の間隔を適宜に設定することで粘弾性体の切断を抑制で
きる。請求項３の振動エネルギ消費機構は、板が相対振
幅作動したとき磁石が滑って摩擦抵抗力を生ずる他、板
相互が離反する方向に負荷が作用した場合にも磁石の吸
引力によって板相互の間隙を保持するので、粘弾性体が
板から剥離するのを防止する。

【０００６】

【実施例】

（第１実施例）本発明の第１実施例について図面を参照
して説明する。図１は粘弾性体の抵抗力を利用する形式
の振動エネルギ消費機構（以下、消費機構という）を示
し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢーＢ線矢視断
面図、（ｃ）は（ａ）のＣーＣ線矢視断面図であり、粘
弾性体Ｍ内に回転部材１５を介在している他は、図１３
に示す従来の消費機構と同様である。即ち、第１板１１
と第２板１２との間隙ｄには粘弾性体Ｍが挟着され、ま
た、該粘弾性体Ｍ内には板１１、１２の相対的振幅作動
に伴って回転できる回転部材として、間隙ｄと同じ外径
を有する丸棒１５（１５ａ）が適宜な間隔ｐで多数介在
されている。そして、該消費機構は、第１板１１を上部
横部材２ａに固定し、一方、第２板１２をボルト１３を
介して下部横部材２ｂに固定することによって設置され
る。尚、第１板１１の内面下端側には停止片１６が取付
けてあり、丸棒１５ａと粘弾性体Ｍとの比重の相違を原
因として、例えば、丸棒１５ａが粘弾性体Ｍよりも比重
が大きい場合にこれが沈降して板１１、１２から離脱す
るのを防止している。従って、この停止片１６は、主に
消費機構を図１の横部材２、２間のように上下方向に設
置する場合に取付けられるが、丸棒１５ａに粘弾性体Ｍ
と同じ比重の素材を用いたり、消費機構を、例えば、図
２の平面図に示すように、支点３上に平行に並設された
梁部材４間のような水平方向に設置するような場合には
必ずしも必要ではない。粘弾性体Ｍには、例えば、有機
ポリマーを含有するアスファルト等が用いられる。図３
は粘弾性体Ｍの力学的特性を示したものであり、横軸は
粘弾性体Ｍに作用する振幅Ｖ（又は速度Ｓであって、粘
弾性体の剪断変形量でもある）を表している。尚、同一
の構造物においては振幅Ｖと速度Ｓとは比例関係にある
ので、両者は同じことを意味する。縦軸は単位面積あた
りの抵抗力ｆを表している。図３からも明らかなよう
に、粘弾性体Ｍの力学的特性はその種類により異なって
おり、一般に粘度の高い硬い材料Ｍ₁では、抵抗勾配が
大きくて小さな振幅Ｖに対しても高い抵抗力ｆを得るこ
とができるが、大きな振幅Ｖでは粘弾性体が切断等して
抵抗力ｆが急激に低下し、その機能を喪失する限界振幅
値Ｖ_C1は小さい。一方、粘度の低い軟らかい材料Ｍ₂で
は、抵抗勾配が小さくて同じ振幅値に対しては硬い材料
Ｍ₁に比較すると低い抵抗力ｆしか得られないが、大き
な振幅Ｖにも耐えることができてその限界振幅値Ｖ_C2は
大きいという性質を有している。

【０００７】前記構成の消費機構は、図４の作用図に示
すように、水平方向に振動が加えられて第１板１１と第
２板１２とが相対的に振幅作動をすると、これに追随し
て粘弾性体Ｍが剪断変形するとともに、丸棒１５ａが往
復回転を行う。図５は消費機構の抵抗力ｆを測定した結
果を表わすグラフであり、板１１、１２の間隙ｄを６ｍ
ｍとし、この間隙ｄに、Ａは外径６ｍｍの丸棒１５ａを
１２ｍｍ毎の間隔ｐで７本介在し、Ｂは２４ｍｍ毎の間
隔ｐで４本介在し、また、Ｄは比較例として丸棒１５ａ
を介在しない場合についての結果をそれぞれ示してい
る。横軸は剪断速度比（板の速度Ｓと隙間ｄとの比、Ｓ
／ｄをいう）、縦軸は単位面積当たりの抵抗力ｆをそれ
ぞれ両対数目盛で示す。尚、板の速度Ｓは、板１１、１
２の振幅周期を一定（例えば、１Ｈｚ）の条件下で、そ
の振幅Ｖを変えることによって種々設定している。従っ
て、横軸の剪断速度比Ｓ／ｄは振幅Ｖと比例関係を有し
ているので、当該振幅Ｖを示すものでもある。前記測定
結果は、Ｄ、Ｂ、Ａの順に従って抵抗力ｆが大きくな
り、即ち、丸棒１５ａを介在させることによって抵抗力
ｆが増加し、また、丸棒１５ａの数を多くする程抵抗力
ｆが増加することを示している。この理由は明らかでは
ないが、板１１、１２が振幅作動をしたとき、粘弾性体
Ｍが剪断変形する他、丸棒１５ａが回転してこの丸棒１
５ａの外面に付着する粘弾性体Ｍが攪乱されて変形する
ため、全体としての抵抗力ｆが増加したものと推定され
る。従って、粘弾性体Ｍ内に丸棒１５ａを介在すること
により抵抗力ｆが増加する結果、振動低減性能が向上す
る。また、Ｂ及びＤの場合は剪断速度比が大きくなると
粘弾性体Ｍの切断を生じて抵抗力ｆが急激に低下した
が、Ａの場合には測定した剪断速度比範囲内においては
切断せず、抵抗力ｆは殆ど低下しないという結果を得
た。この粘弾性体Ｍの切断有無の理由については、Ｄの
場合は、粘弾性体Ｍがその限界振幅値を超えたため切断
したものである。一方、Ａの場合に切断を生じなかった
理由については明らかではないが、Ｂの場合における粘
弾性体Ｍの切断状態を観察すると、切断が相隣り合う丸
棒１５ａの中間位置付近で生じており、丸棒１５ａの近
傍では生じていないことから、丸棒１５ａの存在及びそ
の間隔ｐが粘弾性体Ｍの切断抑制に対して何らかの寄与
しているものと思われる。かくして、粘弾性体Ｍの種類
に応じて前記測定試験等を実施して丸棒１５ａの適正な
間隔ｐを決定することにより、粘弾性体Ｍが切断せずに
その機能を発揮する剪断速度比（又は振幅）の範囲を拡
大できることとなり、このため、従来の場合に較べて、
粘弾性体Ｍとして粘度の高い硬い材料を使用でき、振動
低減性能が向上する。

【０００８】尚、前記回転部材１５は板の相対的振幅作
動に伴って回転可能なものであればよく、丸棒の他、球
体、コイル等を用いることができ、また、これら回転部
材１５を各種組み合せて用いることもできる。図６の部
分的に切欠いた斜視図に示す消費機構は、第１板１１と
第２板１２との間隙ｄに挟着された粘弾性体Ｍ内に、間
隙ｄと同じ外径を有するコイル１５（１５ｂ）を直線状
に多数介在したものである。ここに、コイル１５ｂは単
独で介在させてもよいが、本例ではコイル１５ｂの回転
時におけるその変形を防止するため、コイル１５ｂの内
部に剛性の大きな直棒状の芯材１７を嵌挿している。前
記消費機構は、図７の作用図に示すように、第１板１１
と第２板１２とが相対的に振幅作動をすると、これに追
随して粘弾性体Ｍが変形する他、コイル１５ｂが往復回
転を行う。そして、当該コイル１５ｂによる抵抗力の増
加効果については前記図５のＣに示されている。即ち、
図５のＣは板１１、１２の間隙ｄを６ｍｍとし、この間
隙ｄに、外径６ｍｍのコイル１５ｂを１２ｍｍ毎の間隔
ｐで７本介在した場合の結果であり（尚、芯材１７の外
径は２ｍｍとする）、前記したＡ及びＤの場合と比較し
てみると、Ｄ、Ａ、Ｃの順に従って抵抗力ｆが大きくな
り、即ち、コイル１５ｂを介在することによって抵抗力
ｆが増加し、しかも丸棒１５ａの場合（図５のＡ）より
も抵抗力ｆが高いことを示している。この理由は明らか
ではないが、板１１、１２が振幅作動をしたとき、粘弾
性体Ｍが剪断変形する他、コイル１５ｂが回転してこの
コイル１５ｂの外面のみならず内面に付着する粘弾性体
Ｍが攪乱されて変形するため、全体としての抵抗力ｆが
丸棒１５ａの場合よりもさらに増加するものと推定され
る。従って、粘弾性体Ｍ内にコイル１５ｂを介在するこ
とにより抵抗力ｆが増加する結果、振動低減性能が向上
する。又、Ｃの場合には、Ａの場合と同様に、測定した
剪断速度比範囲内においては粘弾性体Ｍは切断せず、抵
抗力ｆは殆ど低下しないという結果を得た。従って、Ａ
の丸棒１５ａの場合と同様に、コイル１５ｂの存在及び
その間隔ｐが粘弾性体Ｍの切断抑制に対して何らかの寄
与しているものと思われ、このため、粘弾性体Ｍの種類
に応じてコイル１５ｂの間隔ｐを適正に設定することに
より、粘弾性体Ｍが切断せずにその機能を発揮する剪断
速度比（又は振幅）の範囲を拡大できることとなり、ひ
いては、粘弾性体Ｍとして粘度の高い硬い材料を使用で
きる。

【０００９】尚、コイル１５ｂは任意の配置、例えば、
環状、渦巻状等にして介在することもできる。図８の模
式図に示す消費機構は、粘弾性体Ｍ内に板１１、１２相
互の間隙ｄと同じ外径のコイル１５ｂを渦巻状にして介
在したものであり、また、他の種類の回転部材として、
間隙ｄと同じ外径の球体１５（１５ｃ）が多数、適宜な
位置に散在されている。このため、第１板１１と第２板
１２とが相対的に振幅作動をすると、球体１５ｃの回転
による抵抗力ｆの増加に加えて、コイル１５ｂが若干捻
れ回転してここに付着する粘弾性体Ｍが攪乱されて変形
するので、全体としての抵抗力ｆを増加することができ
る。特に、コイル１５ｂを渦巻状や環状に配置した場合
や、或は球体１５ｃの場合は、丸棒等の場合とは異なり
その回転に方向性がないため、板１１、１２の振動方向
が多方向に亘るような場合にも十分対応することができ
る。また、球体１５ｃを介在しているので、当該球体１
５ｃによりコイル１５ｂの回転時におけるその変形を抑
制できる。尚、丸棒等の場合と同様に、コイル１５ｂの
渦巻の間隔や球体１５ｃの間隔を適宜に設定することに
より、粘弾性体Ｍの切断は生じなかった。

【００１０】（第２実施例）図９は第２実施例に係る消
費機構の断面図を示し、第１板１１と第２板１２の間に
永久磁石１８を挿入した他は図１（ｂ）に示す消費機構
と同じであり、対応する部材には同じ符号を付す。即
ち、永久磁石１８は希土類等を主原料とした強力な磁石
であって、板１１、１２相互の間隙ｄと同じ厚さを有
し、第１板１１の内面に接着等して固定しており、第２
板１２に対してはその吸引力によって吸着状態で挿入設
置している。ここに、永久磁石１８は板１１、１２の一
方に直接固定せずに、その吸引力によって双方の板１
１、１２に対して吸着状態に挿入設置してもよい。前記
構成の消費機構は、図１０の作用図に示すように、板１
１、１２の振幅作動時に丸棒１５ａの回転による抵抗力
の増加効果等を果たす他、永久磁石１８が滑って摩擦抵
抗力を生ずるので、振動エネルギ消費量が増大し、振動
低減性能が向上する。また、板１１、１２相互を離反す
る方向に負荷Ｐが作用した場合にも、永久磁石１８の吸
引力により板１１、１２相互の間隙ｄを保持できて、粘
弾性体Ｍが板１１、１２から剥離するのを防ぐことがで
きる。

【００１１】（第３実施例）図１１は第３実施例に係る
消費機構を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ
ーＢ線矢視図、（ｃ）は（ａ）のＣーＣ線矢視断面図で
ある。この消費機構は粘弾性体Ｍの抵抗力を利用する形
式で、前記図１で示したものとほぼ同様の構成である
が、構造物に対する設置方法が異なる。即ち、柱１に横
設された上部横部材２ａ及びこの下方の下部横部材２ｂ
には一対の第１軸１１ａ及び第２軸１２ａが適宜な間隔
で取付けてあり、第１板１１が、その上端及び下端の各
角に穿設された図示しない穴を一方の第１軸１１ａに対
して遊びをもって嵌合することにより回転可能に取着さ
れ、また、第２板１２が、その上端及び下端の各角に穿
設された図示しない穴を他方の第２軸１２ａに対して遊
びをもって嵌合することにより回転可能に取着される。
このため、前記消費機構は、図１２の作用図に示すよう
に、構造物に対して水平方向に振幅Ｖ₀の振動が加えら
れた場合、第１板１１と第２板１２はそれぞれ各１対の
第１支軸１１ａ及び第２支軸１２ａを中心として角度θ
で往復回転変位して相対的に振動方向と直交する方向
（柱１と平行方向）に沿って振幅作動をすることにな
る。そして、この振幅作動量をｂとしたとき、角度θ、
第１支軸１１ａと第２支軸１２ａとの間の距離Ｌ、各一
対の支軸１１ａ、１２ａ間の鉛直方向距離ｈ、との間に
は、近似的に、ｔａｎθ＝ｂ／Ｌなる関係があるの
で、振幅作動量ｂは、ｂ＝Ｌ／ｈ・Ｖ₀ 又は、ｂ＝β
・Ｖ₀ として表される（ここにβは振幅の変換係数
で、Ｌとｈとの比、β＝Ｌ／ｈとして定義される）。
従って、この消費機構における振幅作動量ｂは加えられ
る振幅値Ｖ₀ の値に拘らず、変換係数βを適宜選定する
ことにより任意に設定できるものであり、この点におい
て第１実施例で説明した消費機構とは異なっている。
尚、その他の構成においては第１実施例の場合と同様
に、粘弾性体Ｍが第１板１１と第２板１２との間隙ｄに
挟着され、該粘弾性体Ｍ内には板１１、１２の相対的振
幅作動に伴って回転できる回転部材としての丸棒１５ａ
が適宜な間隔ｐで振幅方向と直交する方向に多数介在さ
れている。但し、本例においては、丸棒１５ａに粘弾性
体Ｍの比重よりも小さい素材を用いているため、第１板
１１の内面には、丸棒１５ａ毎にその上昇を防止するた
めの停止片１６が取付けてある。従って、上記丸棒１５
ａの介在による作用、効果は第１実施例で説明した場合
と同じであるため、その詳細な説明は省略するが、抵抗
力の増加及び粘弾性体Ｍの切断抑制機能を果たすもので
ある。

【００１２】

【発明の効果】本発明の振動エネルギ消費機構によれ
ば、回転部材を粘弾性体内に介在させたり、磁石を板と
板との間隙に挿入することで抵抗力を増加できるし、回
転部材間の間隔を適宜に設定することによって粘弾性体
が切断せずにその機能を発揮できる振幅範囲を拡大でき
るので、振動低減性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る消費機構を示し、（ａ）は正
面図、（ｂ）は（ａ）のＢーＢ線矢視断面図、（ｃ）は
（ａ）のＣーＣ線矢視断面図である。

【図２】他の消費機構を示す平面図である。

【図３】粘弾性体の特性図である。

【図４】消費機構の作用を示す断面図である。

【図５】消費機構の抵抗力を測定したグラフである。

【図６】他の消費機構を示す、部分的に切欠いた斜視図
である。

【図７】消費機構の作用を示す断面図である。

【図８】他の消費機構の模式図である。

【図９】第２実施例に係る消費機構を示す断面図であ
る。

【図１０】消費機構の作用を示す断面図である。

【図１１】第３実施例に係る消費機構を示し、（ａ）は
正面図、（ｂ）は（ａ）のＢーＢ線矢視図、（ｃ）は
（ａ）のＣーＣ線矢視断面図である。

【図１２】消費機構の作用を示す正面図である。

【図１３】従来の消費機構を示し、（ａ）は正面図、
（ｂ）は（ａ）のＢーＢ線矢視図である。

【図１４】消費機構の作用を示す図である。

【符号の説明】

１１第１板１１ａ第１支軸１２第２板１２ａ第２支軸１５回転部材１５ａ丸棒１５ｂコイル１５ｃ球体１８永久磁石Ｍ粘弾性体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する板と板との間隙に粘弾性体を挟
着し、板の相対振幅作動に伴って生ずる粘弾性体の抵抗
力を利用してなる振動エネルギ消費機構において、前記
粘弾性体内に前記板の相対振幅作動に伴い回転可能な回
転部材を介在させたことを特徴とする振動エネルギ消費
機構。
【請求項２】回転部材として、丸棒、球体、又はコイ
ルの少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項１
の振動エネルギ消費機構。
【請求項３】対向する板と板との間隙に磁石を挿入し
たことを特徴とする請求項１又は請求項２の振動エネル
ギ消費機構。