JPH11509608A - ダンパーを具備するモジュラーダンパーおよび構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ダンパー構造に取り付けられる一つまたは複数の個々のダンパー要素を具備するモジュラーダンパーを提供する。該ダンパーは、建築物、橋などの構造物を減衰する際に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 ダンパーを具備するモジュラーダンパーおよび構造物 技術分野 本発明は、ダンパーシャシに取り付けられる一つまたは複数の個々の減衰要素 から成るモジュラーダンパーに関する。このモジュラーダンパーは、建築物や橋 などの構造物を減衰する際に有用である。 背景技術 エネルギー散逸ダンパーは従来、風や地震などによる振動の影響を減少させる ため、建築物、橋、貯水塔、民間のインフラストラクチャ改良工事の構造物に使 用される。一般に、これらのエネルギー散逸ダンパーは、ダンパーの比較的大き い構造部材に直接接着される振動減衰材料から成る。これらのダンパーは次に、 構造物に対する振動の影響を最も効果的に減少させるように、建築物などの構造 物に配置される。 以下の引用例は、建築物などに使用することができる公知の非モジュラーエネ ルギー散逸ダンパーについて記述している。 Caldwell等の米国特許第3,605,953号には、広い表面を有する一対の剛性部材 にしっかり接着された粘弾層を具備する非モジュラーダンパーが記載されている 。各々の剛性部材は、0.1 インチ（2.54 mm）の鋼の剛性を超える剛性を有する 。減衰ユニットは、建築物構造物の支持コラムとトラスとの間に取り付けること ができる。 Schollの米国特許第4,910,929号には、剛性構成要素と弾性構成要素を具備し 、弾性構成要素に任意の熱放散プレートが積層されている非モジュラーダンパー が記載されている。一つまたは複数の剛性構成要素は一般に、建築物または構造 物のビームまたは柱の間に接続され、建築物の固有減衰の100％に等しいかまた はこれを超える減衰を行う。 Fukahori等の米国特許第4,761,925号には、粘弾性を有する堅い剛性プレート と弾性プレートが交互になっており、厚い鋼プレートのフランジ間にすべて一緒 に接着された耐震ラバーベアリングが記載されている。この耐震ラバーベアリン グは、水平方向に弾性または低い剛性率を有し、建築物または基礎の間に挿入さ れる。 Robinsonの米国特許第4,117,637号には、構造物の部材間に挿入され、地震ま たは強風により生じる運動から構造物の部材を隔離する反復剪断エネルギーアブ ソーバが記載されている。有用なエネルギー吸収材料としては、鉛、アルミニウ ム、超可塑性合金、および氷があると記述されている。 Milesの米国特許第4,425,980号には、フランジを具備するビームと、フランジ と被減衰構造物の外皮間の粘弾性材料の層から成るビームダンパーが記載されて いる。このビームは、Ｉ、Ｌ、Ｚ、ＵまたはＴ形の断面を有することができる。 Whiteの米国特許第4,823,522号には、間隔を置いて配置された複数の金属板状 の要素が一緒に結合され、各要素がアセンブリの上端から片持梁風に突き出てい るエネルギー吸収アセンブリが記載されている。上端は床ビームに結合させ、片 持梁風に突き出ている端部は、床ビームに隣接する柱に結合することができる。 発明の開示 本発明は、振動減衰材料と剛性部材（金属板など）が交互になっている層から 成る減衰モジュール（本明細書では減衰要素ともいう）を利用するエネルギー散 逸ダンパーに関する。モジュラーダンパーは、個々の減衰モジュールをダンパー の構造部材に固定することにより、個々の減衰モジュールから形成することがで きる。個々の減衰要素はたとえば、ボルト、ダウエル、溶接、接着、表面の特徴 の係合、またはその他の固定技法を介してモジュラーダンパーの構造部材に固定 するかまたは取り付けることができる。モジュールの外側剛性部材が任意に延在 すれば、減衰要素をエネルギー散逸モジュラーダンパーの構造部材に容易にボル ト留め、溶接またはその他の方法で固定することができる。 モジュラーダンパー法は、二つの外側剛性部材を有する減衰モジュールを利用 する場合、減衰要素の剛性部材に対する振動減衰材料のすべての接着をモジュラ ーダンパーの大型構造部材から離れた場所で行うことができる点がユニークであ る。したがって、設計の柔軟性、性能試験、顧客サービス、在庫管理、製造工程 、製造コスト、品質、生産の安全性／人間工学および出荷に関連して多大な長所 がある。 ダンパーは、エネルギー散逸能力および接着強度について一般に試験される。 本発明のモジュラーダンパーの重要な長所の一つは、二つの外側剛性部材を有す る各々の減衰モジュールのエネルギー散逸能力および接着強度を試験しやすいこ とである。大型で重い従来の殆どのダンパーでは、製造された製品のエネルギー 散逸能力および接着強度を評価するために、ダンパー全体を試験しなければなら ない。大型で重い完成アセンブリを試験することは難しく、コストがかさみ、不 可能な場合もある。本発明に使用される比較的小型の減衰モジュールのエネルギ ー散逸能力および接着強度を試験することは比較的容易であり、これらの性能試 験のために比較的広範囲のサンプリング計画を立てることができる。従来のダン パーは、完成ダンパーを製造する前に個々に試験することができる個々のモジュ ールから製造されるのではない。したがって、比較的大型のダンパー自体を試験 しなければならない。その結果、ダンパーの特性を試験するために大きい入力が 可能な大型機械を使用する必要がある。この大型機械は一般に、1.5インチ（38m m）以上の変位において200 kips（9.09 × 10⁴kg）から1000 kips（4.55 × 10⁵ kg）の高周波（1 Hz）励振が可能な試験ユニットである。この種の装置は非常に 珍しく、稼動が困難であり、かつ高く付く。本発明のダンパーに使用する比較的 小型の個々の減衰要素は、比較的小型の試験ユニットで試験することができ、物 理的寸法が比較的小さいために、必要な入力が著しく少なくなる。 もう一つの重要な長所は、減衰モジュールまたは要素を最終ダンパーから除去 および／または交換する能力である。減衰要素は、たとえば、ダンパーを建築物 、橋などの機能位置に取り付けた後にダンパーの構造部材から取り外すことがで きる。外側剛性部材を介してダンパーに接着または溶接される減衰要素も、取り 外すかまたは交換することが可能である。接着剤層は、溶剤および／または熱処 理 を使用するか、および／または切断することにより分解し、減衰要素を取り外す ことができる。溶接の場合、摩砕して除去するかまたは炎切断することにより、 減衰要素を取り外すことができる。減衰要素は、接着層を分解または溶接を除去 する際に破損する可能性があるが、ダンパーの構造部材は引き続き使用可能であ る。ボルトまたはダウエルにより取り付けられた減衰要素は、取り外すのが比較 的便利であり、取外し過程において破損する可能性が少ない。 減衰材料を従来のダンパーから取り外して、破損した材料の保守、試験、交換 、または剛性の調節を行うことは難しい。なぜなら、減衰材料は、ダンパー（金 属ダンパーシャシなど）の構造部材に直接接着されるからである。「ダンパーシ ャシ」は、すべてのダンパー構造部材を総称するために使われる広範な用語であ る。 顧客サービスの改善に関連する長所は、作動中にエネルギー散逸能力を超えた 時に減衰モジュールを定期的に修理、試験、変更または交換することができるモ ジュール式の本発明のダンパーを使用すると可能である。 現在、構造物内の設置環境が大きく変化するため、構造物ごとに固有のダンパ ーが必要であり、市場に標準製品を提供することは難しい。 本発明のもう一つの長所は、容易に入手可能な在庫である。減衰材料は、固有 のダンパーに使用するために製造されるのではないので、多くの「標準」構成で ストックすることができる。これらの一般的な「標準」減衰要素は特注のダンパ ーに組み込むことができるので、特注のダンパーの需要は、一般的な減衰モジュ ールで支えることができる。したがって、構造部材（構造シャシなど）だけを各 々のプロジェクトに応じてカスタマイズすれば良い。 さらに、ボルト、ダウエル、溶接、表面の特徴の係合などで固定することによ り減衰要素を完成ダンパーに取り付けることは、従来のダンパーに対する現在の 接着工程よりはるかに単純である。たとえば、構造グレードの鋼ビームの構造部 材を具備する従来のダンパーの場合、接着に必要な表面の平坦部分にこうした部 材を組み付けることは、コストがかかって難しく、大きすぎて取り付けることが できない。 さらに詳しく言えば、四つの側面を有する方形の管ダンパーのような複雑なダ ンパー構造の場合、各々の側面は、接着剤を使用する場合、周囲のダンパー構造 部材により厳密に制約される範囲において接着の準備をして接着し、硬化させ、 硬化した余分な接着剤を清掃しなければならない。したがって、従来のダンパー の作成は複雑になる。こうした問題は、本発明のモジュラーダンパーにより克服 される。 本発明では、材料の取扱いも容易である。接着工場の場合、精密な組立工程に おける減衰要素（小さい金属板など）の比較的小さい剛性部材の物流管理および 取扱いは、完成ダンパーの大きく重い構造部材の取扱いに比べて大幅に単純化さ れる。これらの長所は、工場空間の効率的な使用、生産性の増大、および比較的 大きい構造部品を安全に取り扱うための適切な材料取扱い機器に要する投資の減 少につながる。したがって、必要なら、減衰要素またはモジュールを完成ダンパ ーに取り付ける責任を負う外部の組織が、これらの最終的な大型部品の物流管理 行うことができる。 さらに、減衰モジュールの剛性部材の一貫した予測可能な形状およびサイズを 使用する可能性により、従来のダンパーに比べて接着工程の自動化がはるかに単 純化し、ひいてはコストの点ではるかに実行可能性が高まる。現在および過去の ダンパーの特定用途を対象とした性質、部品の予測不可能なサイズと形状、およ びこれら部品の多くの大きさは、自動化生産の問題をきわめて複雑にしてきた。 過去のダンパーは多様でそれぞれ独特だったため、著しく大きい多種類の構造部 材に減衰材料を直接接着する必要があった。ダンパー市場の特定用途という性質 を仮定すると、必要な構造部材の将来の形状およびサイズを予測することは不可 能であり、ひいては接着工程を自動化することは非常に高くついた。特定用途向 けに設計されたダンパーの場合でも、モジュール適合ダンパーによって、減衰モ ジュール接着工程を自動化することができ、しかも顧客のニーズに合わせて構造 部材をカスタマイズすることができる。本発明の場合、減衰要素メーカーは、減 衰要素を請負業者に提供し、完成ダンパーの構造部材に組み込むことができる。 したがって、特定用途向けの事業を費用効果が高い方法で支援することができる 。 本発明には、振動減衰材料と、振動減衰材料が接着される基板との間の接着品 質が一貫するという長所もある。本発明では、振動減衰材料は、ダンパー自体の 比較的大きい構造部材ではなく減衰モジュールの比較的小さい剛性部材に接着さ れる。ダンパー構造部材に一般的な大きくて重く、扱いにくい形状の部品を接着 工程から排除することにより、減衰要素の振動減衰材料と剛性部材との間で行わ れる接着をはるかに容易に調節することができる。 また、上記のとおり、従来のダンパーのメーカーは、振動減衰材料をダンパー の大きい構造部材に直接接着する必要がある。こうした状況では、各々の構造部 材は、振動減衰材料に接着する範囲において0.005インチ（0.127 mm）以下の平 面度まで精密機械加工しなければならない。これは、非常にコストがかかる工程 である。場合によっては、平面度の要件を満たすために構造部材の大部分を除去 する必要があり、その結果部材は著しく弱くなる。 本発明を使用すると、減衰要素の剛性部材は一般に、平坦かつ方形であり、し かも構造部材に比べて小さくなるように選択される。減衰要素の剛性部材を必要 な仕様に従って精密機械加工することは、はるかにコストが安い。したがって、 本発明では、大きく扱いにくい構造部材を所望の平面度まで機械加工する必要は なくなる。なぜなら、これらの構造部材を振動減衰材料に直接接着する必要はも はやないからである。 さらに、より小さく計量の部品（すなわち、比較的大きく重い構造部材ではな く比較的小さい剛性部材への接着）は、生産の際の安全性をの改善を意味する。 自動化は、減衰モジュールを接着する際の安全性と人間工学にさらに役立つであ ろう。 したがって、本発明は、 二つ以上の構造部材と、 一つまたは複数の減衰要素、一つまたは複数の減衰要素スタック、およびこれ らの組合せから成るグループから選択される少なくとも一つの減衰部材であって 、各々の減衰要素が個々に、 (i)二つの外側剛性部材と、 (ii)二つの外側剛性部材間の少なくとも一つの振動減衰材料層と、 (iii)外側剛性部材の内側に配置される任意に一つまたは複数の内側剛性部材 であって、減衰要素内の各剛性部材が、振動減衰材料の少なくとも一つの層によ り他の剛性部材から分離される内側剛性部材と、 (iv)剛性部材のどれかと振動減衰材料との間の任意に一つの接着層と から成る減衰部材と、 を具備するモジュラーダンパーであって、 各減衰要素スタックが、互いに取り付けられた二つ以上の減衰要素から成り、 前記の外側剛性部材、前記の構造部材、および前記の内側剛性部材がある場合 、この内側剛性部材が、振動減衰材料層より大きい剪断弾性率(shear moduli) を有し、 各構造部材が、少なくとも一つの減衰部材を介して少なくとも一つの他の構造 部材に取り付けられ、 減衰部材が、ダンパー構造部材に付与される機械的エネルギーが少なくとも一 つの減衰部材により少なくとも部分的に散逸するように配置されるモジュラーダ ンパーを提供する。 本発明の以下のモジュラーダンパーは、従来のダンパーに比べて有利ではある が、外側剛性部材を一つだけ有する減衰要素を使用するため、本発明の上記のダ ンパーに比べると比較的有利ではない。 こうした減衰要素は、外側振動減衰材料層が構造部材に接着されるため、比較 的交換しにくい。また、こうしたダンパーの個々の減衰要素を試験することは、 ダンパー／構造部材ユニットを一緒に試験することが好ましいため比較的難しい 。 本発明は、 二つの以上の構造部材と、 第一減衰要素から成るグループから選択される少なくとも一つの減衰部材であ って、各々の第一減衰要素が個々に、 (i)一つの外側剛性部材と、 (ii)外側剛性部材に取り付けられる振動減衰材料の外側層と、任意に、外側剛 性部材から最も離れた振動減衰材料層の外側層の側の接着剤層と、 (iii)外側剛性部材と振動減衰材料の外側層との間に配置される任意に一つま たは複数の内側剛性部材であって、第一減衰要素内の各剛性部材が、振動減衰材 料の少なくとも一つの層により他の剛性部材から分離される内側剛性部材と、 (iv)任意に剛性部材と振動減衰材料層間の接着剤の層と、 を具備する減衰材料と、 第二減衰要素、第二減衰要素スタックおよびこれらの組合せから成るグループ から選択される任意に一つまたは複数の減衰部材であって、 各々の第二減衰要素が個々に、 (i)二つの外側剛性部材と、 (ii)外側剛性部材間の振動減衰材料の少なくとも一つの層と、 (iii)外側剛性部材の内側に配置される任意に一つまたは複数の内側剛性部材 であって、減衰要素内の各剛性部材が、振動減衰材料の少なくとも一つの層によ り他の剛性部材から分離される内側剛性部材と、 (iv)任意にすべての剛性部材と振動減衰材料層間の接着剤の層と、 を備えた減衰部材と、 を具備する第二のモジュラーダンパーであって、 各々の減衰要素スタックが、一緒に取り付けられる二つ以上の減衰要素を具備 し、 前記の外側剛性部材、前記の構造部材、および前記の内側剛性部材が存在する 場合、この内側剛性部材が振動減衰材料層の剪断弾性率より大きい剪断弾性率を 有し、 各々の構造部材が、少なくとも一つの減衰部材を介して少なくとも一つの他の 構造部材に取り付けられ、 減衰部材が、ダンパー構造部材に付与される機械的エネルギーが少なくとも一 つの減衰部材により少なくとも部分的に散逸するように配置される第二のモジュ ラーダンパーも提供する。 図面の簡単な説明 図1は、本発明のモジュラーダンパーに有用な減衰要素の一実施例の側立面図 を示す。 図2は、本発明のモジュラーダンパーに有用な別の減衰要素の側立面図を示す 。 図3は、本発明のモジュラーダンパーに有用な減衰要素の別の実施例の側立面 図を示す。 図4は、本発明のモジュラーダンパーに有用な減衰要素の別の実施例の断面図 を示す。 図5は、本発明のモジュラーダンパーに有用な減衰要素の別の実施例の側立面 図を示す。 図6は、本発明のモジュラーダンパーに有用な減衰要素の断面図を示す。 図7は、本発明のモジュラーダンパーの実施例の断面図を示す。 図8は、本発明のモジュラーダンパーの別の実施例の断面図を示す。 図9は、本発明のモジュラーダンパーの別の実施例の断面図を示す。 図10は、本発明のモジュラーダンパーの別の実施例の断面図を示す。 図11は、本発明のモジュラーダンパーの別の実施例の断面図を示す。 図12は、本発明のモジュラーダンパーの別の実施例の断面図を示す。 図13は、本発明のモジュラーダンパーに有用な減衰要素の別の実施例の側立面 図を示す。 図14は、本発明のモジュラーダンパーに有用な減衰要素の別の実施例の断面図 を示す。 図15ａ〜ｅは、本発明のモジュラーダンパーに有用な減衰要素の様々な実施例 の平面図であり、取付孔の位置を示す。 図16ａ〜ｃは、本発明のモジュラーダンパーに有用な減衰要素の様々な実施例 の平面図であり、可能な溶接位置を示す。 図17は、本発明のモジュラーダンパーに有用な減衰要素の剛性部材の上面図を 示す。 図18は、本発明のモジュラーダンパーの別の実施例の端部断面図を示す。 図19は、本発明のモジュラーダンパーの別の実施例の端部断面図を示す。 図20は、建物のベイの側立面図であり、本発明のモジュラーダンパーを断面で 示す。 図21は、本発明のモジュラーダンパーに加わる力対減衰要素の一つの変位を示 す。 図22は、力対本発明のモジュラーダンパーの変位を示す。 図23ａは、座屈する減衰要素の部分の立面図を示す。 図23ｂは、座屈する図23ａの側面の略図（模型）を示す。 図24は、本発明のモジュラーダンパーの別の実施例の側断面図を示す。 図25は、本発明のモジュラーダンパーの別の実施例の側断面図を示す。 図26ａは、本発明のモジュラーダンパーの別の実施例の平面図を示す。 図26ｂは、図26ａのモジュラーダンパーの側断面図を示す。 図26ｃは、図26ａのモジュラーダンパーの拡大断面図を示す。 発明を実施するための最良の形態モジュラーダンパーの構造部材 本明細書に記載するモジュラーダンパーの構造部材は、様々な形状を有するこ とができ、プレート、バー、ロッド、管、Ｉ-ビーム、壁などの形状で良く、直 線状、角度付きなどにすることができる。これらの構造部材は一般に、鋼、アル ミニウムまたはこれらの合金などの金属から作成される。ダンパーの構造部材の 幅および長さは様々な値にすることができるが、幅は一般に約4インチ（102 mm ）〜約48インチ（1224 mm）、より一般的には約6インチ（153 mm）〜約24インチ （612 mm）であり、長さは一般に約6インチ（153 mm）〜約216インチ（5486 mm ）、より一般的には約12インチ（305 mm）〜約144インチ（3658 mm）である。建 築物、橋などのためのエネルギー散逸ダンパーの当業者は、特定の用途に応じて 適切な形状の構造部材を決めることができるであろう。 有用な構造部材としては、「Ｉ」ビーム、「Ｔ」ビーム、チャネルビーム、ア ングル、管、またはその他の構造ビーム形状を含む構造ビームから成るグループ から選択したものがあるが、これらだけに限らない。これらには、任意にガセッ トが付けられる。剛性部材 減衰要素を構成する剛性部材は、完成ダンパーの所望の実施例に応じて様々な 材料から成形することができる。剛性部材は、鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニ ウムなどの金属、合金、プラスチック、および木材から成るグループから選択さ れる材料から成形することができるが、材料はこれらだけに限らない。一般に、 剛性部材は、鋼またはステンレス鋼などの金属材料から成形される。 剛性部材は、プレート（湾曲プレート、平面プレートなど）、バー、ロッド、 管、Ｔビーム、チャネルビーム、アングル、およびＩビームから成るグループか ら選択される様々な形状を有することができるが、形状はこれらだけに限らない 。剛性部材は、一般にプレートの形態だが、最も一般的には方形のプレートであ る。 剛性部材（外側、および存在する場合、内側）並びにダンパー構造部材は一般 に、減衰要素も構成する振動減衰層の剪断弾性率を超える剪断弾性率を有する。 剛性部材は一般に、振動減衰材料層の剪断弾性率の少なくとも約10倍を超える剪 断弾性率を有するが、少なくとも約100倍を超えれば望ましく、少なくとも約100 0倍を超えればさらに望ましく、約10,000倍を超えれば最も望ましい。 対応する剪断歪みに対する剪断応力の比率は、材料の剪断弾性率と呼ばれ、以 下のとおりＧにより表される。 Ｇ＝剪断応力／剪断歪 (10) 殆どの材料の場合、Ｇはヤング係数より1/3から1/2大きい。剛性率の詳細は、Mo dern University Physics、Chapter 10、pp.210−219、Addison-Wesley Publish ing Company，Inc.（1960）を参照のこと。 剛性部材の厚さは、減衰要素の所望の実施例に応じて変えることができる。一 般に、各々の剛性部材の厚さは、約1/16インチ（1.5 mm）〜約2インチ（51 mm） であり、約1/4インチ（6 mm）〜約2インチ（51 mm）であれば望ましく、約1/2イ ンチ（13 mm）〜約1インチ（25 mm）であれば最も望ましい。 剛性部材が薄すぎる場合、剛性部材に大きい力が加わった時に、剛性部材が座 屈したり折れるという問題が生じる可能性がある。剛性部材が厚すぎる場合、減 衰モジュールおよびダンパーが必要以上に重くなり、ダンパーが設置される建物 またはその他の構造物内により広い空間が必要になる。 剛性部材の長さと幅は、様々な値にすることができる。剛性部材の幅は一般に 、約2インチ（51 mm）〜約48インチ（1224 mm）であるが、より一般的には約4イ ンチ（102 mm）〜約24インチ（612 mm）である。剛性部材の長さは、一般に約6 インチ（153 mm）〜約96インチ（2448 mm）だが、より一般的には約6インチ（15 3 mm）〜約48インチ（1224 mm）である。剛性部材は、その長さおよび／または 幅が構造部材より一般に小さいという点でダンパーの構造部材とは異なる。振動減衰材料層 振動減衰材料層は、連続していても不連続でも良い。連続振動減衰材料層は、 たとえば一種類の減衰材料から構成するか、または異なる振動減衰材料の隣接部 分から構成することができる。不連続層は、たとえば非減衰材料または空間によ り分離された減衰材料の部分から構成することができる。さらに、二つの減衰層 が存在する場合、各々の層は同じかまたは異なる減衰材料から構成して良い。剛 性部材は、減衰材料の連続層で実質的に覆われることが望ましいが、層は不連続 でも良い。 振動減衰材料は、粘弾性材料から成る。粘弾性材料は粘性があり、ひいてはエ ネルギーを散逸することができ、一定の弾性を示し、ひいては所望の温度および 周波数範囲においてエネルギーを貯えることができる材料である。つまり、粘弾 性材料は、長鎖分子が変形する時に機械的エネルギーを熱に変換することができ る長鎖分子を一般に含む弾性材料である。こうした材料は、負荷の付与により一 般に変形することができ、たとえば伸長し、負荷が除去されてからしばらく後に 徐々に元の形状に戻り、たとえば収縮することができる。 本発明の振動減衰材料に使用するのに適する粘弾性材料は、動作温度および周 波数（一般に約−40°C〜50°Cおよび約0.1 Hz〜15 Hz）において少なくとも約1 psi（6.9 × 10³ Pascals）の剪断貯蔵弾性率Ｇ'、つまり変形の際に貯えられ るエネルギーの測定単位を有する。有用な粘弾性材料の貯蔵弾性率は、10,000 p si（6.9 × 10⁷ Pascals）という高さで良いが、一般には約50〜5000 psi（3.5 × 10⁵〜3.5 × 10⁷ Pascals）である。特に望ましい粘弾性材料は、構造物（建 築物など）に対し少なくとも約2％の歪エネルギー比、つまり構造物内に貯えら れる全体の歪エネルギーに対する減衰材料内に貯えられる歪エネルギー部分を提 供する。 動作温度および周波数において本発明の振動減衰材料に使用するのに適する粘 弾性材料は、損失率η、つまりエネルギーの貯蔵に対するエネルギーの損失の比 率、または剪断貯蔵弾性率Ｇ'に対する剪断損失弾性率Ｇ”の比率、少なくとも 約0.1を有する。この損失率は、材料に加わる動作周波数および温度において少 なくとも約0.5であることが望ましく、約0.8を超えればさらに望ましく、1.0を 超えれば最も望ましい。この損失率は、材料のエネルギー散逸の測定単位を表し 、減衰材料に加わる周波数および温度によって決まる。たとえば、Scotchdamp^TM SJ2015X タイプ110、架橋アクリルポリマーの場合、1 Hzの周波数では、68°F （20°C）における損失率は約1.3であるが、158°F（70°C）では、損失率は約1 .0である。 剪断時の振動減衰材料の剛性は、以下のとおりに計算する： ｋ＝ｋ'＋ｊｋ” (20) ＝ G'A／h ＋ ｊ G”A／h (30) ここで、k＝減衰材料層の複合剛性 k'＝減衰材料層の貯蔵剛性 k”＝減衰材料層の損失剛性 j＝√−１ G'＝減衰材料層の貯蔵剪断弾性率 G”＝減衰材料層の損失剪断弾性率 A＝減衰材料層の剪断範囲 h＝減衰材料層の厚さ 有用な振動減衰材料は、特にその弾性に関して等方性でも異方性でも良い。本 明細書で使用する場合、「異方性材料」または「非等方性材料」は、その特性が 測定方向に左右される材料である。粘弾性を有する適切な材料としては、ウレタ ンゴム、シリコンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、 スチレンブタジエンゴムなどがある。その他の有用な減衰材料としては、ポリエ ステル、ポリウレタン、ポリアミド、エチレンビニルアセテートコポリマー、ポ リビニルブチラール、ポリビニルブチラールポリビニルアセテートコポリマー、 エポキシアクリレート相互貫入網などがある。振動減衰材料として使用するのに 適する熱可塑性および熱硬化性樹脂は、減衰要素を製造する際にも使用すること ができる。 有用な振動減衰材料は、架橋してその強度と加工性を強化することも可能であ る。こうした材料は、熱硬化性樹脂に分類される。粘弾性材料が熱硬化性樹脂で ある場合、ダンパーを製造する前、熱硬化性樹脂は一般に熱可塑性状態にある。 製造過程では、熱硬化性樹脂は、さらに硬化および／または架橋して一般に固体 状態になるが、硬化した材料が上記の粘弾性を有する限り、硬化後はゲルになる 場合がある。使用する特定の熱硬化性樹脂によっては、熱硬化性樹脂は、触媒な どの硬化剤を含むことができる。硬化剤は、熱エネルギーなどの適切なエネルギ ー源に暴露されると、熱硬化性樹脂の重合を開始する。特に望ましい振動減衰材 料は、アクリレートベースの材料である。 一般に、任意の適切な粘弾性材料を使用することができる。温度および振動周 波数など、特定の条件に応じて粘弾性材料を選択することは、振動減衰技術の当 業者にとって周知である。適切な減衰材料の選択は、減衰材料を減衰要素に加工 する際の加工性（切断その他の二次加工）、および選択した減衰材料を具備する 完成ダンパー構造の構造保全性にも基づく。前記材料の混合物を使用することも できる点を理解するべきである。 本発明の振動減衰材料は、粘弾性材料のほかに、有効量の繊維および／または 粒子材料を含むことができる。本明細書では、繊維材料および／または粒子の「 有効量」とは、粘弾性材料の望ましい特性を少なくとも改善するのに十分だが、 粘弾性材料が組み込まれるダンパーの構造保全性に著しい悪影響を生じない量で ある。一般に、繊維および／または粒子材料は、繊維または粒子材料を含まない 同量および同種の粘弾性材料を含むダンパー要素の歪エネルギー比を増大するの に効果的な量だけ使用される。一般に、粘弾性材料内の繊維材料の量は、振動減 衰材料全体の重量に基づいて約3〜60重量％である。一般に、粘弾性材料内の粒 子材料の量は、振動減衰材料全体の重量に基づいて約0.5〜70重量％である。 繊維材料は、繊維ストランドの形態か繊維マットまたはウェブの形態で良いが 、繊維ストランドが好ましい。繊維ストランドは、粘弾性材料が繊維材料の表面 を湿らせることができれば、撚り糸、紐、編み糸、ロービング、フィラメントな どの形態で良く、任意に、または指定の順序で均一に分散させることができる。 有用な繊維材料の例としては、酸化アルミニウム、マグネシウムもしくは鋼繊維 などの金属繊維材料、ガラス繊維などの非金属繊維材料、木材、絹、綿、セルロ ースなどの天然有機繊維材料、ポリビニルアルコール、ナイロン、ポリエステル 、レーヨン、ポリアミド、アクリル、ポリオレフィン、アラミド、フェノールな どの合成有機繊維材料がある。 本発明に有用な粒子材料は、粘弾性材料が粒子の表面を湿らせることができれ ば、球、泡、ビード、薄片、または粉末の形態で良い。粒子材料は様々なサイズ で良いが、一般に減衰材料層の厚さより大きくない方が良い。 有用な粒子材料の例としては、熱伝導気泡などの塗布または未塗布ガラスおよ びセラミック気泡またはビード、酸化アルミニウム粉末および窒化アルミニウム 粉末、シリカなどの粉末、銅薄片、硬化エポキシ球などの金属薄片などがある。 本発明の振動減衰材料は、繊維および粒子材料のほかに、充填剤（タルクなど ）、着色剤、強化剤、難燃剤、酸化防止剤、静電防止剤などの添加剤を含むこと が できる。これらの各材料の十分な量を使用すると、所望の結果を得ることができ る。 繊維材料と粒子材料の組合せも有用であり、振動減衰材料全体の重量に基 づいて約0.5〜約70重量％の範囲で使用すると良い。 望ましい粘弾性材料は、ミネソタ州、セントポールの3Mが市販し、Suggested Purchase Specificationに記載されているScotchdapm^TM SJ2015Xアクリル粘弾性 ポリマー、タイプ109、110、112および113、並びに3M Industrial Tape and Spe cialties Divisionが市販しているScotchdapm^TM粘弾性ポリマー、No.70-072-022 5-7(89.3)R1である。 粘弾性材料は感温性である。特に、Earthquake Spectra、Vol．9、No．3、(19 93)、pp．371-387に記載されているChang等の"Viscoelastic Dampers as Energy Devices for Seismic Applications"は、温度の上昇は粘弾性材料を軟化させ、 材料の減衰効率が低下することに注目している。Scotchdapm^TM SJ2015Xアクリル 粘弾性ポリマー、タイプ109、110、112および113に関する感温性の詳細は、上記 のSuggested Purchase Specificationに記載されている。したがって、粘弾性材 料の温度の変化は、本発明のモジュラーダンパーを作成するために振動減衰材料 を選ぶ際に考慮しなければならない。接着剤層 振動減衰材料を剛性部材に接着しやくするには、エポキシなどの接着剤層を剛 性部材と振動減衰材料層の間に配置すると良く、各々の層を互いにより効率的に 接着することができる。使用する接着剤は、剛性部材と減衰層との間に、減衰層 自体の強度よりも大きい強度を有する接着層を形成しなければならない。構造用 接着剤を使用することが好ましい。 一般に、接着剤は、その剪断強度が1000 psi（6.9 × 10⁶ pascals）を超える 場合に構造用であると考えられるが、この剪断強度は2000 psi（1.4 ×10⁷ pasc als）であれば望ましく、3000 psi（2.1 × 10⁷ pascals）であれば最も望まし い。 接着剤層は防湿性であって、動作環境において接着剤層と接触するすべての溶 剤、ガスまたは化学薬品に耐えることが望ましい。さらに、接着剤層は、減衰材 料内に含まれる場合がある可塑剤または残留溶剤に耐えることが望ましい。接着 剤層は、振動減衰層よりも、温度の上昇による剪断強度の低下に対して耐性があ ることが望ましい。一般に、減衰材料と接着剤はどちらも、これらの温度が上昇 するにつれて軟化する。望ましい接着剤は、あらゆる動作温度において減衰材料 の剪断強度を超える剪断強度を有するが、この剪断強度は、一般に約−40°C〜 約50°Cであり、より一般的には0°C〜約40°C、最も一般的には約15°C〜約35 °Cである。減衰要素の構造および製法 個々の減衰要素の構造は、様々な構造で良い。減衰要素は、二つの外側剛性部 材から成ることが望ましい：第一外側剛性部材および第二外側剛性部材並びに振 動減衰材料層である。減衰要素は、さらに一つまたは複数の内側剛性部材および 交互に配置されている振動減衰材料層を任意に具備することができる。交互に配 置されている振動減衰材料層および剛性部材の数は、減衰要素の構造保全性が維 持される限り変えることができる。一般に、減衰要素内の剛性部材（外側および 内側剛性部材を両方含む）の合計数は、約1〜約120であり、より一般的には約2 〜約24であるが、製造の容易さの点で約2〜約8であれば望ましく、約2〜約4であ れば最も望ましい。ある減衰要素に最も望ましい層の数は、動作時の要素内の減 衰層の歪および／または要素内の熱の蓄積が問題になるかどうかによっても異な る。熱伝導性が良好な剛性部材、および振動減衰材料内に特定の熱伝導性繊維ま たは粒子材料を使用すると、減衰材料内の熱の蓄積が減少する。 剛性部材の熱伝導性は、約0.2 ワット／m度Cを超えることが望ましく、約30ワ ット／m°Cを超えればさらに望ましく、約40ワット／m°Cを超えれば最も望まし い。 減衰要素内の層の数を決める際に考慮すべきもう一つの要素は、減衰材料の使 用可能な厚さである。たとえば、減衰の必要性を満たすために5/8インチ（15.9 mm）の減衰材料が必要であり、選択した減衰材料の厚さが1/8インチ（3.18 mm） 、1/4インチ（6.35 mm）、および1/2インチ（12.7 mm）のみである場合、1/8イ ン チ（3.18 mm）の材料の五つの層を減衰要素に使用することができる。 比較的好ましくない減衰要素は、一つの外側剛性部材のみ、および一つの外側 振動減衰材料層を有する要素である。上記のとおり、こうした要素は、一つの外 側振動減衰材料層が存在する限り、任意に一つまたは複数の内側剛性部材および 振動減衰材料層を有することができる。振動減衰材料の外面（構造部材と接触す る表面）には、任意に接着剤を塗布することができる。こうした要素は、ボルト 、溶接、ダウエルもしくは接着剤を使用するか、または表面の特徴を係合するこ とにより、当該要素の一つの外側剛性部材を介してダンパー構造部材に取り付け ることができる。減衰層は次に、熱または接着剤による接着のような従来の手段 により構造部材に取り付けられる。したがって、こうした要素は、二つの外側剛 性部材を有する減衰要素の長所をいくつか備えている。しかし、二つの外側剛性 部材を有する要素の方がはるかに望ましい。 減衰要素は様々な方法で作成することができるが、一般的な工程は次のとおり である：先ず、一般に約0.001インチ（0.025 mm）〜約0.025インチ（0.63 mm） の平面度に加工した剛性部材を用意するが、この平面度は、約0.001インチ（0.0 25 mm）〜約0.015インチ（0.381 mm）であれば望ましく、0.001インチ（0.025 m m）〜約0.005インチ（0.125 mm）であれば最も望ましい。剛性部材を所望の平面 度に加工しない場合、剛性部材と振動減衰層間に必要な接着強度が得られない可 能性がある。したがって、この平面度の要件は、振動減衰層に実際に接着される 剛比部材の表面に主に適用される。使用するすべての剛性部材は、金属、プラス チックなどの配合物に関係なく、約0.001インチ（0.025 mm）〜約0.005インチ（ 0.125 mm）の平面度を有することが理想的である。ボルトで固定するなどにより ダンパーの構造部材と接触する一番外側の剛性部材の外面は、必ずしもこの特定 の平面度を有する必要はない。しかし、外側剛性部材を構造部材に接着する場合 、外側剛性部材の表面と構造部材の表面は、上記の平面度要件を満たすことが望 ましい。 エポキシなどの接着剤の層は、振動減衰材料層と接触する剛性部材の一つの表 面上に一般に塗布される。接着剤層は、実施例に応じて様々な厚さで良い。この 接着剤のコーティングは、薄い連続層であることが望ましい。一般に、接着剤層 の厚さは約0.002インチ（0.051 mm）〜約0.050インチ（1.27 mm）だが、約0.002 インチ（0.051 mm）〜約0.015 インチ（0.381 mm）であれば望ましい。 接着剤層は、減衰層と剛性部材の共通の接着面を密着させるのに十分な最低の 厚さがなければならない。接着剤層に空隙があると、全体の接着強度が減少し、 モジュラーダンパー作動中に応力が集中して、接着剤層に亀裂が生じる場合があ る。 接着強度は、望ましい構造用エポキシを使用する場合、約0.002インチ（0.051 mm）〜約0.015インチ（0.381 mm）の厚さを有する接着材層を使用すると最適で ある。エポキシ接着剤は一般に、他の接着剤よりも減衰材料と剛性部材とを強力 かつ確実に接着させる。 接着剤層は、スプレー、こて、ブラシなど、様々な方法で塗布することができ る。接着剤は、接着に関連する剛性部材と振動減衰材料の両方に塗布することが 望ましい。各層を互いに接着させる場合、接着剤層に空気が入らないように注意 しなければならない。一般に、接着剤層は、接着範囲上に均一に広がる1回分の 接着剤を接着面に供給する分配ノズルにより剛性部材と減衰材料層の両方の上に 塗布される。「接着面」、「接着範囲」および「剪断範囲」という用語は、本明 細書では相互に置き換え可能に使用される。これらの用語は、接着される二つの 層間の共通の表面を意味する。 次に、接着剤を塗布された振動減衰材料層を第一剛性部材上の接着剤層の上に 配置する。減衰材料が液体である場合、減衰要素の剛性部材が適切に配置された 金型内に液体を射出するかまたは注入する。次に、液体減衰材料が凝固するよう に振動減衰材料を硬化させる。 さらに、減衰材料によっては、熱および／または圧力により減衰層と剛性部材 間に接着層を形成することが可能である。減衰材料層と、減衰材料自体の強度を 超える強度を有する剛性部材との間に接着層を形成する接着方法は、許容される 製造方法である。エポキシ接着剤の使用は、減衰要素を製造する上で望ましい。 振動減衰層の厚さは、一般に約0.06インチ（1.5 mm）〜約5インチ（127 mm） だが、約0.15インチ（3.8 mm）〜約2インチ（50.8 mm）であれば望ましい。振動 減衰材料層が薄すぎると、剪断歪を十分に低いレベルに保って減衰材料層の破損 を避けるために、非常に多くの減衰層が必要になる。製造上の見地から、減衰材 料層の必要数は最小限にすることが一般に望ましい。 次に、必要な平面度に加工した第二剛性部材の一方の側面上に接着剤の層を塗 布し、やはり接着剤層を塗布した振動減衰層の対向側に固定する。これで、次に 、必要に応じて各々の層の相対的な整合を調節する固定装置に減衰要素を配置す る。 ただし、規格品の固定具は、特定用途向けの製品には容易に利用できない。し かし、こうした固定具は注文して製造することができる。一般に、本発明の減衰 要素の製造に使用するために設計された整合固定具は、有効数の「バンパー」ま たは「パッド」を装備された伸長可能な鋼またはアルミニウム枠を具備する。こ の枠は一般に、圧迫されない減衰要素の周囲に伸長しない状態で配置されて、装 備されているバンパーが、接着される層の周囲に制約的な周囲を形成するように かみ合わせられ、接着層を破損したり、層の所望の整合を妨げたりせずに減衰要 素が移動するのに十分な程度まですべての接着層が硬化するまで、各々の層を正 確な整合で保持する。この固定具は、金型が、減衰要素を製造する際に液体減衰 材料に果すのと同じ役割を予備硬化減衰層に対して果す。つまり、この固定具は 、減衰層、剛性部材、および任意の層を単に制約して、減衰層、剛性部材および 接着層間のすべての接着層が形成されるまで、減衰要素内の各部品を正しく整合 させる。 ダンパー要素を含む固定具は次にプレスに配置され、使用する減衰材料層、剛 性部材および接着層を含む減衰要素の合計厚さを示す厚さまで圧迫される。一般 的な二液構造用接着剤を使って形成される減衰要素は、室温またはオーブンで（ 一般に約32°C〜約150°Cにて）硬化させておくと硬化を促進することができる 。上記のとおり、この方法は、減衰材料が熱接着または熱溶融過程に適する場合 、変更することができる。 接着剤を使って同時に接着できる層の数を制限するものは、耐流動性が低く保 たれている接着剤の「可使時間」とは異なり、接着剤を適切な減衰要素層に塗布 して要素を圧迫するのに要する時間だけである。接着剤の可使時間を超えると、 様々な接着層の厚さを調節しにくくなる。プレスの圧力は、要素を最終的に所望 の減衰要素厚さにならすのに適さなければならない。 上記のとおり、剛性部材および振動減衰層は様々な厚さで良い。特定の各減衰 要素内では、剛性部材の厚さは異なって良いが、製造の際に加工しなければなら ない固有部品の数を最小限にするためには、同じ厚さであることが望ましい。ま た、特定の各々の減衰要素内では、各振動減衰層の厚さは一般に同じだが、厚さ が異なる減衰層を取り付けても良い。特定の要素内の振動減衰層は、同じ厚さで あることが望ましい。なぜなら、厚さが同じであると、製造の際に加工しなけれ ばならない固有部品の数が最小限になり、その結果、部品の在庫が減少し、組立 工具の数が少なくなり、自動化が促進され、製造の容易さと便宜が高まるからで ある。 各減衰要素または減衰要素スタックの合計厚さは、二つの同じモジュラーダン パー構造部材間に配置される減衰要素で同じであることが望ましいが、それは単 に、減衰要素を取り付ける際の物流管理上の理由からである。こうして配置され る減衰要素のすべての層が同じ形状、厚さ、面積または材料構成である必要はな い。あるダンパーに組み込まれる各減衰要素は、層の数および材料が同じ構成で あることが望ましいが、これは必須ではない。個々の減衰要素の幅と長さのサイ ズは、「混合および適合」ダンパー構造を使用する目的上、ダンパー内で異なっ て良い。「混合および適合」ダンパー構造とは、異なるエネルギー散逸能力を有 する減衰要素をダンパーに使用して、所望のエネルギー散逸能力を有する完成ダ ンパーを製造することを意味する。 上記のとおり、減衰要素は、異なるエネルギー散逸能力を有するように作成す ることができる。これは、減衰層の構成および／または減衰層の剪断面積を変え ることにより達成することができる。 減衰層自体は一般に、100％以下の剪断歪で作動するように選択する。減衰材 料層と剛性部材間の接着強度は、最大ダンパー動作応力に耐えるのに十分な大き さでなければならない。したがって、減衰要素全体の剪断強度は、接着層の界面 全体が離層する前に減衰材料が凝集的に作用しなくなるか、または接着剤自体が 凝集的に作用しなくなるのに少なくとも適さなければならない。 減衰要素は、減衰材料層内に導入される歪が最小限であるように組み立てて、 ダンパーの構造部材に取り付けることが望ましい。一般的な慣習としては、ダン パーの減衰材料内のこの初期の歪は5％未満であり、2％未満であれば好ましい。 一般に、そのためには、減衰材料層の厚さの変動を10％未満にする必要がある。 減衰要素が、減衰要素内の歪を最小限にｈして作成されると仮定すると、減衰 要素は、剛性部材のすべての接着面とダンパー構造部材のすべての接着面が実質 的に平行になるように作成することが望ましく、平行であれば最も望ましい。本 明細書で使用する「接着面」という用語は、減衰材料層と直接接するか、または 接着層を介して減衰材料層と間接的に接する表面を意味する。これは、減衰材料 層と隣接剛性部材または隣接ダンパー構造部材間の接着界面が、ダンパー作動中 に主に剪断応力を受けるように行われる。これらの部材の各接着面が平行ではな くなると、ダンパー作動中に接着層に追加の応力が加わることになる。これは、 剛性部材の形状を厳密に平坦なプレートに限定するものではない。剛性部材の接 着面、およびダンパー構造材料の接着面がある場合、その接着面が平行であるか 、または実質的に平行であれば、剛性部材のいくつかまたはすべてに輪郭を付け るかまたはテーパを付けることができる。厚さが異なる剛性部材の接着面は、剛 性部材が取り付けられる構造部材が各々、適合するかまたは実質的に適合する表 面の特徴を有する場合に、互いに、またはダンパー構造部材の接着面に対して平 行であるかまたはほぼ平行な状態を保つことに注意しなければならない。 減衰要素は、その剛性部材接着面が実質的に平行であるように作成し（平行で あれば最も望ましい）、減衰要素または減衰要素スタックは、これらの接着面お よびダンパー構造部材の接着面が実質的に平行であるように（平行であれば最も 望ましい）ダンパー構造部材に取り付けることは望ましいが、モジュラーダンパ ーの作動中、これらの接着面が実質的に平行または平行に保たれるように規定す ることも望ましい。ダンパー構造部材は、これに作用する力によって離れ、減衰 要素の剛性部材またはダンパー構造部材の接着面は平行ではなくなる。ショルダ リングロッドもしくはクランプ付きスペーサ、またはダンパー構造部材の接着面 および／または剛性部材の接着面をダンパー作動中に適切に整合させておくため のその他の手段を使用することは、前記の接着面を実質的に平行かまたは平行に 保つ上で認められる方法である。 減衰部材（減衰要素および／または減衰要素スタック）は、ダンパーの構造部 材に加わる機械的エネルギーが、少なくとも一つの減衰部材（複数の減衰部材が 存在する場合、すべての減衰部材であることが好ましい）により少なくとも部分 的に散逸するようにダンパー内に配置しなければならない。この散逸は、少なく とも約10％であることが望ましく、少なくとも約25％であればさらに望ましく、 少なくとも約50％であれば最も望ましい。減衰要素およびダンパーにおけるエネルギー散逸能力の計算 減衰要素は、特定のエネルギー散逸能力を有するように設計される。直線的に 動作する、つまり一単位の入力により、加わる入力範囲全体にわたって減衰要素 内に一単位の変位が生じる減衰材料を具備する減衰要素の場合、貯蔵剛性（k'） および損失率（η）を使用して、減衰要素のエネルギー散逸能力を計算する。周 波数応答の場合、サイクルごとのエネルギー散逸（E_element）は以下のように決 定する： E_element＝πｘ2ｋ'η (40) ここで： ｘ＝散逸の振幅 ｋ'＝減衰要素の貯蔵剛性 η＝損失率 方程式40を使用すると、ｋ'とηにモジュラーダンパー全体の貯蔵剛性と損失 率を代入することにより、モジュラーダンパーのエネルギー散逸を計算すること もできる。 先ず、図1に示すように二つの外側剛性部材を具備する減衰要素の最も単純な 実施例を考える。図1は、二つの内側剛性部材2、6と一つの振動減衰材料層4を具 備し、内部の内側剛性部材層、または振動減衰材料層をこの二つの外側剛性部材 に結合する接着層がない減衰要素を示す。振動減衰層は、図示の剛性部材に熱接 着により結合されると仮定する。この要素は、以下により定義されるとおり、複 合剛性（k_element）を有すると考えられる： k_element＝k'_element＋jk''_element (50) ここで： j＝√−1 k_element＝減衰要素の複合剛性 k'_element＝減衰要素の貯蔵剛性 k''_element＝減衰要素の損失剛性 k'_elementに対するk''_elementの比率は、減衰要素の損失率と定義される。 η_element＝k''_element／k'_element (60) 図1に示す減衰要素のこの複合剛性は、連続して結合される個々の層の複合剛 性として計算することができる： 1／k_element＝1／k_R1 ＋ 1／k_R2 ＋ 1／k_D (70) ＝1／k’_R1＋jk''_R1＋ 1／k'_R2＋jk''_R2 ＋ 1／k'_D＋jk''_D (80) ここで： k_R1＝剛性部材2の複合剛性 k’_R1＝剛性部材2の貯蔵剛性 k''_R1＝剛性部材2の損失剛性 k_R2＝剛性部材6の貯蔵剛性 k'_R2＝剛性部材6の複合剛性 k''_R2＝剛性部材6の損失剛性 k_D＝振動減衰層4の複合剛性 k'_D＝振動減衰層4の貯蔵剛性 k''_D＝振動減衰層4の損失剛性 図2は、20で示されるR1と40で示されるRNの外側剛性部材、24で示されるR2、2 8で示されるR3および36で示されるRN-1の内側剛性部材を具備する減衰モジュー ルを示す。この減衰モジュールは、22で示されるD1、26で示されるD2、30で示さ れるD3、34で示されるDM-1、38で示されるDMの振動減衰材料層を具備する。 任意の数の剛性部材層（N）および振動減衰層（M）から成る図2に示すような 熱接着減衰要素の一般的な実施例の場合、個々の層の複合剛性の配列の組み合わ せは、以下により示される： ここで： N＝減衰要素（内側および外側剛性部材を含む）内の剛性部材の数 M＝減衰要素内の振動減衰層の数 k_Rn＝n番目の剛性部材の複合剛性 k_Rm＝m番目の振動減衰層の複合剛性 減衰要素の剛性部材は、nおよびmに対して｜k_Rn｜>>｜k_Dm｜であるように一般 に選択されるので、減衰要素全体の複合剛性に対する剛性部材層の影響は、振動 減衰層の影響に比べてごくわずかである。これは、方程式（90）を以下のように 変形して表すことができる： したがって： 方程式20および30で前に述べたとおり、剪断の際の個々の振動減衰層の複合剛 性は、以下により示される： k_Dm＝G'_Dm A_dm／h_Dm ＋ｊ（G''_Dm A_Dm／h_Dm） (120) ここで： k_Dm＝振動減衰材料層の複合剛性 G'_Dm＝振動減衰材料層の貯蔵剪断弾性率 G''_Dm＝振動減衰材料層の損失剪断弾性率 ｊ＝√−１ A_dm＝振動減衰材料層の剪断面積 h_Dm＝振動減衰材料層の厚さ 方程式110および120を使用すると、減衰要素の複合剛性を調節することができ る。たとえば、振動減衰層のG'_Dm、G''_Dm、A_Dmを増加すると、K_Dmとk_elementが 増加する。同様に、振動減衰層のh_Dmを増加すると、K_DmとK_elementを減少させる 効果がある。したがって、当業者は、剛性部材層と振動減衰層との間に接着層を 具備する減衰要素の複合剛性に対する接着層の影響を表すように、方程式120を 変更することができる。あるダンパーの個々の減衰要素の複合剛性が分かれば、 そのダンパー全体の合計複合剛性を決定することができる。図8、9および10は、 減衰要素を結合して一つのダンパーを形成する典型的な方法を示し、図8は並列 、図9は直列、図10は並列と直列の組み合わせで結合されている。その他の構成 も可能である。モジュラーダンパーは、減衰要素が共通の基礎位置の間に直接ま たは間接的に正確に取り付けられ、前記の並列な減衰要素がある時点で受ける変 位が、モジュラーダンパー自体の変位と同じであれば、減衰要素が並列に配置さ れていると考えられる。図12は、減衰要素（Δx）および全体のダンパー（ΔX） の絶対変位を示す。図12の要素386および388は、以下であるから並列である： Δx₃₈₆＝Δx₃₈₈＝ΔX (130) 減衰要素とダンパー構造部材との間が滑らず、ダンパーのすべての剛性部材およ びすべての構造部材が十分に剛性である場合、並列な多数の減衰要素から成るダ ンパーは、以下により計算することができる： ここで： k_damper＝モジュラーダンパーの複合剛性 Q＝並列な減衰要素の数 k_element q＝q番目の減衰要素の複合剛性 同様に、モジュラーダンパーは、減衰要素がスタック配列で取り付けられ、個 々の減衰要素各々を介して作用する力が同じである場合、直列な減衰要素から成 る。直列に接続された減衰要素は、スタックと言うこともできる。再び、減衰要 素とダンパー構造部材との間が滑らず、ダンパーのすべての剛性部材とすべての 構造部材が十分に剛性であると仮定すると、直列に配置された多数の減衰要素か ら成るダンパーの複合剛性は、以下により決定することができる： ここで： k_damper＝モジュラーダンパーの複合剛性 S＝直列に配置された減衰要素の数 k_{element s}＝s番目の減衰要素の複合剛性 減衰要素A 172、B 174、C 174およびD 176から成るモジュラーダンパーの例を 図8に示す。方程式140をこのダンパーに適用すると、以下になる： k_damper＝k_A＋k_B＋k_C＋k_D (160) ここで、k_A、k_B、k_Cおよびk_Dは各々、ダンパー要素A、B、CおよびDの複合剛性で ある。 直列に配置された減衰要素E 227およびF 237から成るモジュラーダンパーの例 を図9に示す。方程式150をこのダンパーに適用すると、以下になる： 1／k_damper＝1／k_E＋ 1／k_F (170) ここで、kE およびkFは各々、減衰要素EおよびFの複合剛性である。 図10は、減衰要素H269とI264が並列しており、上部要素J268と下部要素K268が 並列しているが、要素H269とI264の結合複合剛性が、要素J268とK268の結合複合 剛性と直列するさらに複雑なモジュラーダンパーを示す。1）ダンパーの減衰要 素と構造部材間が滑らず、2）ダンパーの構造部材と剛性部材が、十分に剛性で あるように選択されると一般的に仮定すると、図10に示すダンパーのその結果得 られる複合剛性は以下である： 1／k_damper＝1／(k_I＋k_H)＋ 1／(k_J＋k_K) (180) 当業者は、任意の数の減衰要素が直列および並列に配置されたモジュラーダンパ ーの剛性をこの結果から計算することができるであろう。モジュラーダンパーへの減衰要素の取付け 減衰要素は一般に、ボルトを接続手段として使用する場合、図1、図4、図13お よび図14のように、外側剛性部材の長さが異なるように構成される。たとえば、 内側剛性部材が存在する場合、内側剛性部材の剪断面積は、図13のように減衰層 の剪断面積と一般に同じである。あるいは、内側剛性部材が図4、図6および図14 に示すように減衰層を通り越して存在すると、作動中の減衰要素の熱の放散を促 進することができる。一般に、ボルトを使用する場合、外側剛性部材の長さが異 なると、一方の外側剛性部材のボルト孔が、他方の外側剛性部材のボルト孔より 減衰層から離れた所に位置し、その結果、要素をダンパーに取り付ける際のボル ト間の干渉を防ぐことができる。 二つの外側構造部材と一つの中心構造部材を有するダンパーの場合、一般に、 先ず減衰要素の一つを中心構造部材に取り付ける。この場合、減衰要素の二つの 外側剛性部材の長さが互い違いになっているため、外側剛性部材のボルトの位置 の一つに容易に工具が届く（ボルトを使用する場合）。次に、ダンパーの外側構 造部材を減衰要素の他の外側剛性部材に接続する。一つまたは複数の減衰要素を 中心構造部材と他の外側構造部材との間に挿入する場合、ボルトで固定する同様 の方法を使用することができる。 ナット／ボルト、ダウエル、溶接、表面の特徴の係合、接着など、別の手段で 減衰要素をダンパーの構造部材に取り付けても良い。特定の方法は各々、特有の 長所と短所を有する。たとえば、ボルトで固定する場合、減衰要素を迅速かつ容 易に取り付けることができる。さらに、ボルトで固定する場合は、熱は不要であ る。熱は、減衰材料層、および接着層が存在する場合、その接着剤層を軟化させ る可能性がある。ボルトを使用する短所は、減衰要素と構造部材の間の摩擦力が ダンパー内に生じる力より小さい場合に、ボルト孔のクリアランスによって、減 衰要素と構造部材間が滑る場合がある点である。 ダンパー内のこうした滑りは、効率、つまりダンパーとして機能するダンパー の能力を低下させる。この低下は、ボルトが孔のクリアランスの空間内で移動す る際に、剛性部材を介して減衰材料に伝達されないダンパーの変位の量に起因す る。密着して取り付けられた部品（減衰要素とダンパー構造部材など）は実質的 にすべてのエネルギー入力を減衰層に伝達するが、緩やかに取り付けられた部品 の場合、減衰材料層に伝達されるエネルギーは少ない。剛性部材と構造部材内の 座屈も、ボルトで固定する場合は問題になるが、これは、減衰要素を取り付ける すべての方法で問題になる。ボルトを使用するもう一つの短所は、ボルトで固定 するためには、外側剛性部材が減衰層を通り越して存在する必要があり、ひいて は減衰要素の長さが長くなる点である。 したがって、減衰要素は一般に、先ずダンパーの中心構造部材に取り付け（図 7、図8、図9、図11、図12、図18および図20に示すような三つの構造部材を具備 するダンパーを作成する場合）、次に外側構造部材に取り付ける。 減衰要素は、別の方法でダンパーに取り付けることができる。一つの減衰要素 を二つの構造部材の間に取り付ける場合、減衰要素は一般に、減衰要素の外側剛 性部材の各表面が別の構造部材の表面に取り付けられるように取り付ける。 三つの減衰要素をダンパーの二つの構造部材の間に直列に取り付ける場合、減 衰要素は、垂直にスタック状に積み重ね、その外側剛性部材を介して互いに固定 する。このスタックの露出した上部および下部外側剛性部材は、別の構造部材に 取り付けることができる。図11参照。 したがって、第一減衰要素の外側の第一剛性部材表面は、第一構造部材表面に 取り付け、減衰要素の第二外側剛性部材は、第二減衰要素の第一外側剛性部材の 表面に取り付ける。第二減衰要素の第二外側剛性部材の表面は、第三減衰要素の 第一剛性部材の表面に取り付ける。第三減衰要素の第二外側剛性部材の表面は、 第二構造部材の表面に取り付ける。 こうして、垂直に積み重ねて固定した二つ以上の減衰要素を、二つの構造部材 の間に取り付けることができる。 もう一つの代表的な方法は、三つの減衰要素を垂直に積み重ねるのではなく、 互いに水平に配置して、各減衰要素の第一外側剛性部材表面を第一構造部材表面 に取り付け、各減衰要素の第二外側剛性部材を第二構造部材の表面に取り付ける 方法である。したがって、これらの要素は、ダンパーの前記第一および第二構造 部材間に水平に構成される。 減衰要素のその他の構成および数も可能である。 溶接は、減衰要素を取り付ける比較的簡単な方法である。この方法では、ダン パー効率の低下はきわめて少ない。なぜなら、溶接が完全であれば、剛性部材と 構造部材間の滑りが最小限であるからである。さらに、減衰要素をダンパーに取 り付けるために外側剛性部材を長くする必要がない。溶接の短所は、この過程で 発生する熱によって減衰材料層および／または接着層の温度が上昇し、その結果 接着層または減衰材料を破損する恐れがあることである。 接着剤を使って減衰要素をダンパーに接着する方法は、減衰要素の外側剛性部 材に座屈が生じる可能性が少ないという点で有利である。また、減衰層を通り越 すように外側剛性部材を長くする必要がないという点でも有利である。接着剤に よる接着の大きい短所は、他の方法より難しくかつ時間がかかる点である。ダン パーは、接着剤が固化または硬化するまで念入りに取り扱わなければならない。 ダウエルを使って減衰要素を取り付ける方法は、ボルトで取り付ける方法に比 べて滑りの発生が少ないという点で有利である。さらに、ダウエルを使用すると 、 減衰要素をダンパー構造部材に容易に取り付けることができる。また、減衰要素 を取り付けるために剛性部材を長くする必要がない。ダウエルで取り付ける方法 の短所は、ダンパー構造部材にダウエル孔を精密に機械加工する必要がある点で ある。ダウエルとダウエル孔は、ダンパーの効率が失われないように、精密に嵌 合させる必要がある。 減衰要素の外側剛性部材に生じる可能性がある座屈は、本発明のモジュラーダ ンパーを作成する際に考慮に入れなければならない。座屈は、ダンパーの作動中 に外側剛性部材に過度の圧縮加重が加わると起こる（図23ａ参照）。たとえば、 外側剛性部材が、剛性部材の一方の端部においてのみ構造部材にしっかり取り付 けられており、図23ｂに示すように、剛性部材の他方の端部に荷重Ｐが加わると 仮定する。剛性部材が座屈する際の臨界荷重（P_cr）は、以下のように計算され る： P_cr＝π² EI／4 L² (190) ここで： Ｉ＝wh³／12 (200) w＝剛性部材の幅 h＝剛性部材の厚さ L＝剛性部材の長さ E＝剛性部材の弾性率 剛性部材に加わる実際の荷重が臨界座屈荷重に近い場合、剛性部材は厚くなる か広がるかまたは短くなり、臨界荷重が増加する。剛性部材、構造部材および固定具の強度 ある減衰要素の外側剛性部材、並びにこれらの剛性部材と別の減衰要素のダン パー構造部材および／または外側剛性部材との間に使用する機械式固定具は、前 記の部材間で力を伝達するのに十分な強度がなければならない。ボルト、ダウエ ルおよびリベットを使用する接合部の詳細は、J.E．ShigleyおよびC.R．Mischke が著作してMcGraw-Hill Inc.が1989年に発行したMechanical Engineering Desig n、第5版の第8章に記載されている。 特定の各々のボルト（またはダウエルなど）のパターンは、固有の長所と短所 があるので、使用する材料およびダンパーに予定する最終用途に基づいて選択し なければならない。考えられるボルトのパターンの典型的な例として、図15ｃに 示すように、複数のボルトが減衰要素の外側剛性部材の周囲を囲んでいるパター ンがある。考えられるボルトパターンの別の典型的な例では、図15ａに示すよう に外側剛性部材の横の縁部に一連のボルトを配置するか、または図15ｂに示すよ うに縦の縁部に一連のボルトを配置する。好ましいボルト（またはダウエルなど ）の構成は、ダンパーの空間的制約および作動中にダンパーに加わる入力荷重に よって決まる。 溶接についても、類似の例を示す。図16ａは横の縁部全体を溶接してあり、図 16ｂは縦の縁部全体を溶接してあり、図16ｃは、外側剛性部材の周囲に沿ってス ポット溶接を配置してある。図15ｄと図15ｅは、二つの代表的なダウエルピン孔 の配置を示す。 ボルトの配置を決定する際には、次の要素を考慮する：剛性部材が座屈する可 能性；ボルトで固定する部品のサイズ（たとえば、剛性部材、ダンパー構造部材 は、ボルト孔を配置するために長くするかおよび／または広げる必要がある）； 減衰要素剛性部材がダンパー構造部材に対して滑るのを防ぐのに十分な摩擦を生 じるのに適するボルトのサイズおよび個数；脱着のためにボルトに触れる必要性 ；および減衰要素の脱着のためにクリアランスを設ける必要性。 図17は、範囲564および566（縦の縁部）、568および570（横の縁部）並びに56 2（内部）に区分した一般的な外側剛性部材を示す。これらの縁部と内部間の境 界は、隣接する減衰層に接する接着面の縁部である。内部範囲はすべての減衰要 素に存在するが、縁部範囲は必ずしも存在するとは限らず、たとえば図5では、 減衰層の長さと幅は外側剛性部材と同じである点に注意を要する。しかし、一般 的な例では、取付位置は、上記のすべての要素が適切に考慮されている限り、一 つまたは複数のこれらの範囲に任意のパターンで選択することができる。さらに 、一定の減衰要素は、複数の方法の任意の組み合わせで取り付けることができ、 たとえば図4は、その外側剛性部材がボルトとダウエルピンの組合せで取り付け られる要素を示す。ボルト構成は、ダンパーのサイズに関する制約並びにボルト およびその他の部品に対する設計荷重を超えない限り、任意の構成を使用するこ とができる。その他の取付け方法にも、同じような考慮が必要である。構造物へのモジュラーダンパーの取付 本発明のモジュラーダンパーは、多くの構造物に使用することができる。こう した構造物としては、建築物、橋、塔（貯水塔、設備塔など）、煙突、機械、機 器、床、建物の正面、車輌、記念碑、彫像、彫刻、太陽電池板、望遠鏡、トラス 、ダム、屋根があるが、これらだけに限らない。 本発明のモジュラーダンパーは、所望の減衰効果に応じて様々な位置で振動を 減衰される最終的な構造物に取り付けることができる。たとえば、モジュラーダ ンパーは、そのダンパー構造部材を介して、減衰される構造物（建築物など）の 二次構造部材に接続することができる。次に、構造物のこれらの二次構造部材は 一般に、被減衰構造物の一次構造部材に直接接続される。図20では、モジュラー ダンパーは、そのダンパー構造部材806および810を介して、被減衰構造物の二次 構造部材816、820および822に接続される。 本明細書で使用する「一次構造部材」という用語は、上部構造の荷重支持柱、 桁、壁および支柱を意味する。本明細書で使用する「二次構造部材」は、一次構 造部材とダンパー構造部材間の接続部材を意味する。ダンパーがない場合、これ らの二次構造部材は、その自重から生じる荷重だけを支える。 もう一つの取付方法は、被減衰構造物の一次構造部材にダンパーの構造部材を 直接接続する方法である。この場合、ダンパーの構造部材は一般に、被減衰構造 物の一次構造部材に届くように上記の場合に比べて延長する必要がある。 当業者には、本発明のモジュラーダンパーを被減衰構造物に配置および設置す るその他の方法が分かるであろう。 本発明は、以下の図を参照するとより良く理解することができる。 図1は、外側剛性部材2、6および振動減衰材料層4から成る減衰モジュールを示 す。外側剛性部材6は外側剛性部材2を超えて延在しているため、モジュールをダ ンパーに容易に取り付けることができる。ボルト孔8は、外側剛性部材2と6にあ る。F₁およびF₂は、減衰モジュールに作用する力を表す。 図3は、外側剛性部材42、接着剤着層44および振動減衰材料層46から成る減衰 モジュールを示す。 図4は、外側剛性部材52、外側剛性部材68、延在する内側剛性部材60並びに振 動減衰材料層56および64から成る減衰モジュールを示す。接着剤層54は、剛性部 材と振動減衰材料層の界面の間に使用されている。ボルト孔70およびダウエル孔 78は、外側剛性部材52と68に存在する。 図5は、外側剛性部材86および振動減衰材料層90、94から成る振動減衰モジュ ールを示す。接着剤層88は、剛性部材と振動減衰材料層の界面の間に存在する。 図6は、外側剛性部材104および面取り縁部を有する振動減衰材料層106から成 る減衰モジュールを示す。内側剛性部材層108は、振動減衰材料層106の間に接着 されている。内側剛性部材は、減衰層106および外側剛性部材104を超えて延在す る。 図7は、本発明のモジュラーダンパーの一実施例を示す。このダンパーは、外 側構造部材114および中心構造部材116から成る。このダンパーは、ボルト150、 ナット151、ダウエル161、162を介して外側構造部材114と中心構造部材116の間 に取り付けられた個々の減衰要素117も具備する。各減衰要素117は、外側剛性部 材140、内側剛性部材142および振動減衰材料層144から成る。外側構造部材114は 、ショルダーロッド122とボルト158を介して接続されている。外側構造部材114 は、一次構造部材120にも取り付けられている。ショルダーロッド122と124は、 中心構造部材116の孔160を通る。 減衰要素117は、この図面では同じに表されているが、個々の減衰要素117は各 々異なる剛性値を有することができる。たとえば、二つの要素が各々5単位の剛 性を有し、他の二つの減衰要素が各々10単位の剛性を有し、残りの二つの減衰要 素が各々50単位の剛性を有することができるので、同じ剛性を有する減衰要素11 7を中心構造部材116の対向側に配置する場合、中心構造部材116の各側面の剛性 は65単位になる。 図8は、外側構造部材166と内側構造部材168を有するモジュラーダンパーを示 す。このダンパーはさらに、内側構造部材168と外側構造部材166との間にボルト で取り付けられた減衰要素172、176および174を具備する。減衰要素172は、外側 剛性部材180、内側剛性部材182、および剛性部材の間に接着された振動減衰材料 層184を具備する。減衰要素176は、外側剛性部材190と、この部材の間に接着さ れた振動減衰材料層192を具備する。減衰要素174は、外側剛性部材196、内側剛 性部材200および振動減衰材料層198を具備する。すべての減衰要素上の外側剛性 部材は、振動減衰材料層、および内側剛性部材が存在する場合内側剛性部材を超 えて存在するので、ボルト216を使って減衰要素を内側構造部材168と外側構造部 材166に容易に取り付けることができる。内側構造部材168の孔160を通るショル ダーロッド124は、ボルト158を介して外側構造部材166を接続する。 図9は、外側構造部材226、248、内側構造部材234、および減衰要素227、237か ら成る「直列」のダンパーモジュールを使って構成したモジュラーダンパーを示 す。減衰要素227は、外側構造部材226と内側構造部材234の間にボルト250を介し て固定されており、外側剛性部材228と、これらの部材の間に接着された振動減 衰材料層230から成る。外側剛性部材228は、振動減衰材料層230を超えて延在す る。減衰要素237は、外側剛性部材246、内側剛性部材240、および剛性部材の間 に接着された振動減衰材料層238から成る。各々の外側剛性部材246は、内側剛性 部材240と振動減衰材料層238を超えて延在する。 図10は、外側構造部材254と内側構造部材258から成るモジュラーダンパーを示 す。減衰モジュール264と268は、これらの構造部材の間にボルト255を介して固 定されている。減衰モジュール264は、外側剛性部材272と、これらの間に接着さ れた振動減衰材料層274から成る。減衰モジュール268は、外側剛性部材286、内 側剛性部材290、およびこれらの間に接着された振動減衰材料層288から成る。外 側剛性部材272、286は、内側剛性部材290が存在する場合、内側剛性部材290、お よびすべての減衰要素269、264、268のための振動減衰材料層274、288を超えて 延在する。ショルダーロッド124は、外側構造部材254を接続し、二つのショルダ ーロッドは、内側構造部材258内の孔160を通る。 図11は、外側構造部材308、中心構造部材310、およびこれらの間に溶接された 減衰要素314、316から成るモジュラーダンパーを示す。減衰要素314は、溶接部3 44を介して構造要素308と、減衰要素316にも溶接されている。減衰要素316は、 溶接部344を介して中心構造部材310にも溶接されている。減衰要素314は、外側 剛性部材334、内側剛性部材338、およびこれらの間に接着され、厚さが異なる振 動減衰材料層336、340から成る。減衰要素316は、外側剛性部材346と、これらの 間に接着された振動減衰材料層347から成る。外側剛性部材308は、ボルト326と ショルダーロッド324を介して接続されている。ショルダーロッド324は、構造部 材310の孔160を通る。ショルダーロッド324の目的は、ダンパー作動中に外側構 造部材308を平行に保つことである。 図12は、外側構造部材380、384、内側構造部材382、これらの間に溶接部408を 介して溶接された減衰要素386、388から成るモジュラーダンパーを示す。減衰要 素386は、外側剛性部材394と、これらの間に接着された振動減衰材料層390から 成る。減衰要素388は、外側剛性部材394と、これらの間に接着された振動減衰材 料層390から成る。F₁は外側構造部材380内の力、F₂は外側構造部材384内の力、F₃ は内側構造部材382内の力を示す。Δxは、各減衰モジュール386と388の二つの 外側剛性部材394間の相対変位を示す。ΔXは、モジュラーダンパーの中心構造部 材382と外側構造部材380、384間の相対変位を示す。 図13は、外側剛性部材420と、これらの部材の間に交互に接着されている振動 減衰材料層422と剛性部材428の層から成る減衰モジュールを示す。外側剛性部材 420と、外側剛性部材420を超えて延在する外側剛性部材432には、ボルト孔436が ある。 図14は、外側剛性部材450と451、振動減衰材料層452と内側剛性部材454が交互 に配置されている層から成る減衰モジュールを示す。内側剛性部材454は、振動 減衰材料層452を超えて延在する。外側剛性部材450と451には、ボルト孔472とダ ウエル孔480がある。 図15ａ〜図15ｃは、一般的な様々な減衰要素のボルト構成を示す。 図15ａは、ボルト孔492が端部に沿ってのみ配置された外側剛性部材490を具備 する減衰要素496を示す。 図15ｂは、ボルト孔500が側部に沿ってのみ配置された外側剛性部材502を具備 する減衰要素を示す。 図15ｃは、孔504が端部と側部に配置された外側剛性部材506を具備する減衰要 素を示す。 図15ｄおよび図15ｅは、減衰要素のダウエルのパターンを示す。 図15ｄは、ダウエルピン孔522が規則的な順序の列のパターンで配置された外 側剛性部材520を具備する減衰要素を示す。 図15ｅは、ダウエルピン孔530が互い違いの列のパターンで配置された外側剛 性部材532を具備する減衰要素を示す。 図16ａ〜図16ｃは、減衰要素の溶接パターンを示す。 図16ａは、連続して溶接された端部542を有する外側剛性部材540を具備する減 衰要素を示す。 図16ｂは、連続して溶接された側部548を有する外側剛性部材550を具備する減 衰要素を示す。 図16ｃは、端部と側部周囲にスポット溶接部554を有する外側剛性部材556を具 備する減衰要素を示す。 図17は、内部562と縁部564、566、568、570を具備する外側剛性部材563を示す 。 図18は、外側構造部材708と内側のＴ形構造部材702、これらの間に取り付けら れた減衰要素704から成るモジュラーダンパーを示す。各々の減衰要素704には、 剛性部材712と、これらの間に接着された振動減衰材料層714が交互に配置されて いる。このダンパーは、被減衰構造物にボルト孔710を介して接続することがで きる。 図19は、外側構造部材594、内側構造部材598、これらの間に取り付けられた減 衰要素584を具備する「管」構成のモジュラーダンパーを示す。減衰要素584は各 々、外側剛性部材602、内側剛性部材606、およびこれらの間に接着された振動減 衰材料層604から成る。 図20は、外側構造部材810、中心構造部材806、これらの間にボルトとダウエル を介して接続された減衰モジュール812を具備するモジュラーダンパーを示す。 減衰要素812は、外側剛性部材814と振動減衰材料層815から成る。支持部材820は 、外側構造部材810の間に固定される。二次構造部材822は、ビーム800に取り付 けられるガセット816に支持部材820を固定する。中心構造部材806はガセット816 に取り付けられ、ガセット816はビーム800に取り付けられる。中心構造部材806 内の孔160を通るショルダーロッド809は、ボルト811を介して外側構造部材810を 接続する。 図23ａは、剛性部材900が減衰層902に接着されている単純な座屈状態を示す。 剛性部材は、長さ910、幅914、厚さ912を有し、ボルト906を使ってボルト孔904 からダンパー構造部材（図示しない）に取り付けられる。分散荷重916は、減衰 層の剪断面積全体に加わる。 図23ｂは、図23ａに示した状態のモデルを示す。力Pは、単純に支持されて基 礎位置910に取り付けられる剛性部材908に作用する。 図24は、チャネルビームの外側構造部材980、方形管ビームの内側構造部材986 、外側剛性部材990および外側振動減衰材料層992を具備する減衰要素、並びに外 側剛性部材を方形管ビームの内側構造部材986に取り付ける固定具994から成るモ ジュラーダンパーを示す。ショルダーロッド982は、方形管ビームの内側構造部 材986内の孔160を通り、固定具988を介してチャネルビームの外側構造部材980を 接続する。 図25は、「I」ビームの外側構造部材950、内側構造部材956、並びに外側剛性 部材958、振動減衰材料層962および接着剤層964を具備する減衰要素から成るモ ジュラーダンパーを示す。溶接部960は、外側剛性部材958を介して減衰要素を外 側構造部材950に接続する。ショルダーロッド954は、内側構造部材956内の孔160 を通り、固定具952を介して外側構造部材950を接続する。試験方法 本明細書では、以下の試験方法を使用した。ダンパーの動的試験 本発明のモジュラーダンパーは、ミネソタ州、エデンプレーリーのMTS System s Corporationが市販している大型動的試験機の荷重計とアクチュエータの間に 設置し、モジュラーダンパーの中心構造部材を荷重計に接続し、ダンパーの外側 構造部材をアクチュエータに接続した。この試験機は次の構成部品を具備してい た：ミシガン州、オークパークのLebow Associates，Inc.が市販しているモデル 311.31荷重枠、モデル445制御装置、モデル204.41アクチュエータ、およびモデ ル3317荷重計。 アクチュエータを使用して、二つの外側構造部材を0.5ヘルツの正弦波形で同 時に5サイクル変位させた。減衰要素の二つの外側剛性部材間の変位および中心 構造部材と一つの外側構造部材間の変位は各々、ニュージャージー州、ペンソー クンのSchaevitz Engineeringが市販しているモデルGCD-121-1000線形可変変位 変換器（LVDT）を使って測定した。荷重計とLVDTからの出力信号は、ウィスコン シン州、マジソンのNicolet Instrument Corporationが市販しているNicoletモ デル420データ取得システムに入力し、このシステムから力変位グラフを得た。 産業上の利用可能性 以下の例は、本発明をさらに示すが、本発明を限定するものではない。この例 および本明細書の他の部分に記載するすべての部分、割合、比率などは、特記が ない限り重量により示す。例1 図26ａ、図26ｂ、図26ｃに示した本発明のモジュラーダンパーは、以下のよう に作成した。 先ず、二つの減衰要素1002を組み立てた。各々の減衰要素は、外側剛性部材10 04、1009、二つの内側剛性部材1008から成り、すべての界面の間に三つの減衰材 料層1006と接着剤層1003を配置して積み重ねた。 二つの外側剛性部材1004と1009は、American Iron and Steel Institute（AIS I）の1020熱間圧延鋼板だった。第一外側剛性部材板1009は、長さ24.00インチ（ 610 mm）×幅12.00インチ（305 mm）×厚さ0.470インチ（11.9 mm）だった。各 々の端部には、直径1 1/16インチ（27 mm）の四つのボルト孔を板の横の縁部と 平行な列に3インチ（76.2 mm）の等間隔で孔あけした。これらの最初の孔は、縦 の縁部から1.50インチ（38.1 mm）、横の縁部から1.50インチ（38.1 mm）の距離 に配置した。第二の外側剛性部材板1004は、長さ19.50インチ（495 mm）×幅12. 00インチ（305 mm）×厚さ0.970インチ（24.6 mm）だった。1004の各端部には、 直径7/8インチ（66.5 mm）のねじ込みボルト孔を板の横の縁部と平行な列に2.62 インチ（66.5 mm）の等間隔で孔あけし、1インチ当たり8個のねじ山にしてねじ を立てた。これらの最初の孔は、縦の縁部から2.07インチ（52.6 mm）、横の縁 部から1.50インチ（38.1 mm）の距離に配置した。各剛性部材の一方の側の主要 面は、0.005インチ（0.127 mm）まで平らに研削され、63μインチ（2.5×10^-3 m m）の実測粗さを有していた。異なる寸法の外側剛性部材を使用して、剛性部材1 009が他の剛性部材1004を超えて延在し、ダンパー構造部材1000、1001、1028に ボルトで固定できるようにした。外側板1004、1009の平で滑らかな表面は、市販 の脱脂溶液で洗浄し、金属面が露出して接着しやすくなるように研磨した。 二つの内側剛性部材1008は、幅12インチ（305 mm）×長さ15インチ（381 mm） ×厚さ1/8インチ（3.2 mm）のAISI 1020熱間圧延鋼板だった。各々の剛性部材の 各側面の主要面は、0.005インチ（0.127 mm）まで平らに研削され、63μインチ （2.5×10^-3 mm）の実測粗さを有していた。剛性部材の平で滑らかな表面は、市 販の脱脂溶液で洗浄し、研磨してから接着した。 振動減衰材料層1006は各々、厚さ0.53インチ（13.5 mm）×12インチ（305 mm ）×長さ15インチ（381 mm）だった。使用した減衰要素は、ミネソタ州、セント ポールのMinnesota Mining and Manufacturing Co.が市販しているScotchdamp^TM S J 2015Xタイプ109だった。粘弾性減衰材料の各主要面は、研磨パッドで表面模様 を付けてから接着した。 ミネソタ州、セントポールのMinnesota Mining and Manufacturing Co.が市販 している二液エポキシ接着剤、Scotch-WeldTM接着剤DP−460を混合し、第一金属 板1009の研磨したきれいな表面の一つ、および振動減衰材料層1006の加工面の一 つに塗布した。減衰層の接着剤を塗布した表面を金属板の接着剤塗布面に結合し て、接着剤層1003を形成した。接着剤層に空気が入らないように注意した。同様 に、その他の減衰要素層間に残りの接着層を形成し、各々の層を積層板に追加し て、第二外側剛性部材板1004を取り付けた。この過程では、エポキシの使用寿命 を超えないように注意した。図26ｃに示すような層を具備する完成積層板を固定 具に配置し、エポキシが硬化する間に各々の層が正しく整合するようにした。次 に、減衰要素を約72°F（22°C）、相対湿度40％にて2時間にわたって約5 psi（ 3.5×10⁴パスカル）まで加圧した。延長した外側剛性部材1004および1009間の各 端部にあるプレスストップは、減衰要素1002の合計厚さが3.37インチ（85.6 mm ）であるように設定した。 外側構造部材1000および1001は各々、幅12インチ（305 mm）×長さ37.62 mm） （966 mm）のAISI 1020熱間圧延鋼20.7 lbs/ft（30.9 kg/m）構造チャネルビー ムだった。図26ｂに示すように、これらの各外側構造部材1000および1001の一方 の端部には、45°の角度を付けた。構造部材1000および1001の横の縁部に平行な 列に四つの孔を孔あけし、取付ボルト1010およびショルダースクリュー1016を取 り付けた。第一列のショルダースクリュー孔は、チャネルの角度付き端部から3. 00インチ（76.2 mm）の所に配置した。直径13/16インチ（20.6 mm）のこの二つ の孔は、各々7インチ（179 mm）離し、二つの構造部材の縦の縁部から2.50 イン チ（63.5 mm）の位置に配置した。第二列のショルダースクリュー孔は、1000お よび1001の角度付き端部から32.12インチ（816 mm）の位置に配置した。二つの 孔の間隔は7インチ（179 mm）とし、縦の各縁部から2.5インチ（63.5 mm）の位 置に配置した。さらに、一列のボルト孔を1000および1001の角度付き端部から7. 06インチ（179 mm）および28.06インチ（713 mm）の位置に配置し、ボルト1010 を取り付けた。これらの各々の列には、直径1 1/26インチ（27.0 mm）の孔が2.2 6インチ（66.5 mm）の等間隔で四つあり、これらの孔は、1000および1001の縦の 縁部から2.07インチ（52.6 mm）の位置に配置した。 中心構造部材1028は、幅12インチ（305 mm）×長さ38.38インチ（975 mm）× 厚さ1インチ（25.4 mm）のAISI 1020熱間圧延板であり、上記の第一外側剛性部 材1009と同じボルト孔を設けた。さらに、1028の一方の端部には、直径1 1/16イ ンチ（27.0 mm）の試験機器荷重計取付孔1020を等間隔で一列に孔あけした。こ れらの孔は、各々3インチ（76.2 mm）離し、一方の横の縁部から1.37インチ（34 .8 mm）、縦の縁部から1.50インチ（38.1 mm）の位置に配置した。中心構造部材 1028にも、その縦の縁部と平行に四つのスロット1018を配置した。これらのスロ ットは、幅1.03インチ（25.2 mm）×長さ5.03インチ（128 mm）であり、各端部 に0.52インチ（13.2 mm）の範囲があった。これらのスロット1018により、ショ ルダースクリュー1016は、ダンパー作動時に1028に対応して移動することができ る。これらのスロット1018のうち二つは、7インチ（178 mm）離してセンタリン グし、1028の縦の縁部から2.50インチ（63.5 mm）、荷重計取付孔1020の列に対 向する横の縁部から3.5インチ（88.9 mm）の位置に配置した。他の二つのスロッ ト1018も同様に7インチ（178 mm）離し、スロット1018の第一の集合の中心から2 9.12インチ（740 mm）、構造部材1028の縦の縁部から2.50インチ（63.5 mm）の 位置にセンタリングした。 四つの1インチ（25.4 mm）径のショルダースクリュー1016は、AISI 1018冷間 圧延鋼から作成した。各スクリューの全体の長さは10.23インチ（260 mm）であ り、ショルダー表面間の距離は7.74インチ（197 mm）だった。ショルダースクリ ュー1016の両端には、スクリュー端部から1.26インチ（32.0 mm）の距離にわた って1インチ当たりねじ山10個、直径3/4インチ（19.1 mm）のねじを立てた。 ダンパーは、以下の方法で組み立てた。20.00インチ（508 mm）×15.50インチ （394 mm）×厚さ2インチ（51 mm）の鋼板1022の一方の端部は、溶接部1030を介 して外側構造部材1000の角度のない端部に取り付け、ダンパーを試験機のアクチ ュエータに取り付けるためのフランジとした。このフランジ板に四つの孔1024を 孔 あけした。各々の孔は、各縁部から2.25インチ（57.2 mm）の隅に配置した。フ ランジ1022および構造部材1000は、1000の平らな側がフランジの20.00インチ（5 08 mm）の縁部から4.00インチ（102 mm）離れ、その縁部の長さ全体に沿ってセ ンタリングされるように配置した。 第一減衰要素1002は、フランジ1022に溶接した外側構造部材の平らな側に配置 した。減衰要素の外側剛性部材1004のボルト孔は、1000のボルト孔と整列配置し た。直径1インチ（25.4 mm）、1インチ当たりのねじ山8個、長さ1.5インチ（38 mm）、グレード5のめっき炭素鋼ボルト1010は、1000の孔あけボルト孔と1004の ねじ付きボルト孔に挿入し、空気圧トルクレンチで締めた。次に、中心構造部材 1028は、ボルト孔が整合するように減衰要素1002に配置した。同様に、二次減衰 要素1002は、第二要素1002の1009を1028と接触させて1028上に整列配置した。上 記と同じだが長さ3 1/4インチ（82.6 mm）のボルト1012を使って、外側剛性部材 1009と中心構造部材1028を1インチ（25.4 mm）の六角ナット1014でゆるくかみ合 わせた。1個のショルダースクリュー1016を1028の各スロット1018から部材1000 のショルダースクリュー孔に挿入し、3/4インチ（19.1 mm）の六角ナット1026で 取り付け、空気圧トルクレンチでしっかり締めた。次に、第二外側構造部材1001 を第二減衰要素1002に配置した。その際、第二構造部材1001の平らな面を第二減 衰要素1002の1004と接触させ、すべてのボルト孔が減衰要素1002の適合する孔お よびショルダースクリューのねじ付き端部に整合するようにした。ボルト1010お よび六角ナット1026を追加し、空気圧トルクレンチで締めた。残りのすべてのナ ット1014を締めた。最後に、角度が付いていない第二外側構造部材1001の端部を 、溶接部1032を介してフランジ板1022に溶接した。 このモジュラーダンパーを試験機器に挿入し、前記のダンパー動的試験に従っ て試験した。試験は、70°F（21°C）で行った。最大変位振幅は、0.3インチ（7 .6 mm）だった。このダンパーは、各サイクルで約30,000 1b-inch（3,500 N-m） を散逸した。試験結果を図21および図22に図示する。図21は、二つの減衰要素の 一方の二つの外側剛性部材間の変位対ダンパー内の力を示す。図22は、中心構造 部材と一つの構造部材間の変位対ダンパー内の力を示す。各楕円ループの範囲は 、 変位の1サイクルで散逸したエネルギーを示す。図21および図22は、類似する力 −変位ループおよびエネルギー散逸能力を示す。これは、ダンパーの要素とダン パーの構造部材間の接続が良好であり、この試験条件で滑りが生じなかったこと を表す。 以上で本発明について特定の実施例に関連して説明してきたが、その他の変形 が可能であることを理解すべきである。本明細書の特許請求の範囲は、本明細書 に記載されたものと等しいと当業者が考えると思われる変形例を網羅することを 意図している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．各々の構造部材が、減衰要素、減衰要素スタック、およびこれらの組合せ から成るグループから選択された少なくとも一つの減衰部材に取り付けられる二 つ以上の構造部材から成るモジュラーダンパーであって、 各減衰要素が個々に、 (i)二つの外側剛性部材と、 (ii)二つの外側剛性部材間の少なくとも一つの振動減衰材料と、 (iii)外側剛性部材の内側に配置された任意に一つまたは複数の内側剛性部 材であって、該減衰要素内の各剛性部材が、振動減衰材料の少なくとも一つの層 により別の剛性部材と分離される内側剛性部材と、 (iv)該剛性部材のどれかと振動減衰材料層間の任意に一つの接着剤層と、 を具備し、 各減衰要素スタックが、互いに接着された二つ以上の減衰要素を具備し、 前記の外側剛性部材および前記の構造部材、並びに前記の内側剛性部材が存在 する場合、その内側剛性部材が、該振動減衰材料層より大きい剪断弾性率を有し 、 各構造部材が、少なくとも一つの減衰材料を介して少なくとも一つの他の構造 部材に取り付けられ、 該減衰材料が、該ダンパー構造部材に付与される機械的エネルギーが少なくと も一つの減衰材料により少なくとも部分的に散逸するように配置されているモジ ュラーダンパー。 ２．二つ以上の構造部材と、 第一減衰要素のグループから選択された少なくとも一つの減衰部材であって、 各々の第一減衰要素が個々に、 (i)一つの外側剛性部材と、 (ii)該外側剛性部材に取り付けられた一つの外側振動減衰材料層と、該外側 剛性部材から最も離れた振動減衰材料層の外側層の側の任意に一つの接着剤層と 、 (iii)該外側剛性部材と該外側振動減衰材料層間に配置された任意に一つま たは複数の内側剛性部材であって、該第一減衰要素内の各剛性部材が、少なくと も一つの振動減衰材料層により別の剛性部材から分離される内側剛性部材と、 (iv)該剛性部材のどれかと振動減衰材料層間の任意に一つの接着剤層と を具備する減衰部材と、 第二減衰要素、第二減衰要素スタック、およびこれらの組合せから成るグルー プから選択された任意に一つまたは複数の減衰材料であって、 各々の第二減衰要素が個々に、 (i)二つの外側剛性部材と、 (ii)該二つの外側剛性部材間の少なくとも一つの振動減衰材料層と、 (iii)該外側剛性部材の内側に配置された任意に一つまたは複数の内側剛性 部材であって、該減衰要素内の各剛性部材が、少なくとも一つの振動減衰材料層 により別の剛性部材から分離される内側剛性部材と、 (iv)該剛性部材のどれかと振動減衰材料層間の任意に一つの接着剤層と、 を具備する減衰材料と、 を具備するモジュラーダンパーであって、 各々の第二減衰要素スタックが、互いに接着された二つ以上の第二減衰要素を 具備し、 前記の外側剛性部材、前記の構造部材、および前記の内側剛性部材が存在する 場合、その内側剛性部材が、該振動減衰材料層より大きい剪断弾性率を有し、 各構造部材が、少なくとも一つの減衰部材を介して少なくとも一つの他の構造 部材に取り付けられ、 該減衰部材が、該ダンパー構造部材に付与される機械的エネルギーが、少なく とも一つの減衰部材により少なくとも部分的に散逸するように配置されているモ ジュラーダンパー。 ３．該減衰部材が、ボルト、ダウエル、溶接、接着剤、表面の特徴の係合およ びこれらの組合せから成るグループから選択された取付手段を介して該構造部材 に取り付けられる請求項1または2記載のモジュラーダンパー。 ４．各減衰要素が、厚さ約1.5 mm〜約127 mmの振動減衰材料層を具備する請求 項1または2記載のモジュラーダンパー。 ５．該構造部材が、Ｉビーム、Ｔビーム、チャネルビーム、アングル、平らな 金属板、および管から成るグループから選択される請求項1または2記載のモジュ ラーダンパー。 ６．該減衰要素の該剛性部材が、バー、ロッド、プレート、Ｉビーム、Ｔビー ム、チャネルビーム、アングル、および管部分から成るグループから選択される 請求項1または2記載のモジュラーダンパー。 ７．該構造部材、外側剛性部材、および内側剛性部材が存在する場合、内側剛 性部材が、該振動減衰材料層の剪断弾性率より少なくとも約10倍大きい剪断弾性 率を有する請求項1または2記載のモジュラーダンパー。 ８．請求項1または2記載の少なくとも一つのモジュラーダンパーが組み込まれ ている構造物。 ９．該モジュラーダンパーが、その構造部材を介して該構造物の二次構造部材 に取り付けられ、 該構造物の該二次構造部材が、該構造物の一次構造部材にも取り付けられる請 求項1または2記載の構造物。 10．該モジュラーダンパーが、その構造部材を介して該構造物の一次構造部材 に取り付けられる請求項1または2記載の構造物。