JP4074575B2 - チューンド・マス・ダンパー - Google Patents

Description

この発明は、チューンド・マス・ダンパーの技術分野に属し、具体的には構造物の居住性を改善するチューンド・マス・ダンパーに関する。

（Ａ）構造物の振動に重錘を同調させることによって、同構造物の振動エネルギを吸収する、チューンド・マス・ダンパー（動吸振器）は、強風時の居住性を改善する目的で実用化されており、通例、重錘を機械式ベアリングや積層ゴムで支持する方式が採用されている。

前記チューンド・マス・ダンパーに高い制振効果を発揮させるためには、構造物の振動に重錘を円滑に同調させることが必要である。同調時に生ずる摩擦抵抗（専ら、重錘の支持手段の摩擦抵抗）が重錘の運動エネルギに比して相対的に小さく、制振効果への影響が小さい構成とされていることが好ましい。具体的には、地震などによる比較的大きな振動のときは、重錘の運動エネルギが大きいので、それに対する摩擦抵抗は相対的に小さく、制振効果への影響は小さい。しかし、強風などによる比較的小さな振動のときは、重錘の運動エネルギが小さいので、それに対する摩擦抵抗は相対的に大きく、制振効果への影響は大きい。つまり、構造物の微小振動に重錘が同調するときの摩擦抵抗が極力小さい構成とされていないと、強風などによる微小振動時の制振効果が低く、居住性への弊害を来すことになる。

しかし、重錘を機械式ベアリングで支持する方式は、重錘の荷重を全て機械式ベアリングによって支持すると、摩擦抵抗が大きく、構造物の微小振動に重錘を円滑に同調させることができない。

一方、重錘を積層ゴムで支持する方式は、摩擦抵抗による悪影響を最小限に抑える設計が可能であるが、チューンド・マス・ダンパーで要求される周期（２秒〜５秒程度）に設計すると、支持面積に対してゴムの層厚が大きい形態（細長い形態）となり、小さな変形で座屈を生じ、長周期・大変形に対応できない。

上記の問題点を解決するべく、下記構成のチューンド・マス・ダンパー（制振装置）に係る発明が開示されている。
（ｉ）特許文献１の「制振装置」は、重錘の支持手段として積層ゴムユニットとＸ・Ｙ運動機構組体（機械式ベアリング）とを備え、積層ゴムユニットだけでなく、Ｘ・Ｙ運動機構組体にも重錘の荷重の一部が支持される構成とされている。Ｘ・Ｙ運動機構組体による重錘の荷重負担を軽減し、重錘の同調時における摩擦抵抗を小さくすることで、構造物の微小振動時の摩擦抵抗を重錘の運動エネルギに比べて相対的に小さくし、制振効果への影響を小さくしている。また、積層ゴムユニットが大きく変形しても、重錘はＸ・Ｙ運動機構組体により支持されているので、積層ゴムの座屈が防止され、本来要求される周期を実現する積層ゴムを設計することができる。

（Ｂ）ちなみに、積層ゴムの他にも構造物の支持手段が設けられ、積層ゴムが大きく変形しても好適に構造物を支持できる構成の免震装置は、以下のものが公知である。

（ｉ）特許文献２の「免震装置」は、積層ゴムタイプの免震支持機構を、常時構造物の荷重を受ける第１の免震支持機構と、所定範囲以上の水平方向変位があった時にのみ構造物の荷重を受ける第２の免震支持機構との２種類を用意し、これら２種類の免震支持機構を用いて構造物を支持させる。第２の免震支持機構は、基礎に取り付けられる免震ゴム本体と、構造物本体に取り付けられる拘束部材とからなる。積層ゴム本体の上部には凸部が、拘束部材には前記凸部の傾斜面と対応する傾斜面を有する円錐状の凹部が形成されている。第１の免震支持機構が大きく変形すると、円錐状の凹部が積層ゴム本体の凸部と当接し、第２の免震支持機構も構造物を支持するので、構造物を好適に支持できる。

（ii）特許文献３の「免震装置」は、弾性体（積層ゴム）の変形に伴い沈み込み変位した構造物を受けてこれを支持するものであって、構造物の相対面に固定したすべり板と、該構造物の沈み込み変位の際に接触させる上部支持体と、該上部支持体を弾性的に支持する下部支持体と、上記上部支持体を基礎側から取り囲んで該上部支持体と上記すべり板との接触及び加圧に伴う水平変位を阻止する保持手段とを備えている。積層ゴムの変形に伴い沈み込み変位した構造物の下端が、すべり板を介して上部支持体と当接し、下部支持体に弾性的に支持された前記上部支持体も構造物を支持するので、構造物を好適に支持できる。

（iii）特許文献４の「免震装置」は、上記特許文献３と技術的思想を共通にするもので、構造物を支持する弾性体（積層ゴム）と、該弾性体の変形に伴い沈み込み変位した構造物を受け止める支持体とを備えている。積層ゴムの変形に伴い沈み込み変位した構造物の下端が支持体と当接し、該支持体も構造物を支持するので、構造物を好適に支持できる。

特許第２９５３８０７号公報 特開平９−１９５５６９号公報 特許第２５１２８２０号公報 特許第２５２２５２７号公報

上記（Ａ−ｉ）の制振装置は、Ｘ・Ｙ運動機構組体の重錘の荷重負担を軽減し、重錘の同調時における摩擦抵抗を小さくすることで、構造物の微小振動時の摩擦抵抗を重錘の運動エネルギに比べて相対的に小さくし、制振効果への影響を小さくしたことを注目できる。しかし、重錘の同調時に、一部ではあるが同重錘の荷重を負担しているので、未だに大きな摩擦抵抗が生じ、改善の余地が残されている。

上記（Ｂ−ｉ〜iii）の免震装置は、積層ゴムの他にも構造物の支持手段が設けられ、積層ゴムが大きく変形しても構造物を好適に支持できる構成としたことを注目できるが、チューンド・マス・ダンパーの技術ではない。

本発明の目的は、構造物の微小振動に重錘を円滑に同調させることができるように、同重錘の同調時における摩擦抵抗を可及的に小さくし、微小振動時に高い制振効果を発揮させ、構造物の居住性を改善するチューンド・マス・ダンパーを提供することである。

上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るチューンド・マス・ダンパーは、
重錘２の支持手段として積層ゴム３と直動レール式ベアリング４とを備えたチューンド・マス・ダンパーであって、
構造物１の振動に同調させる重錘２が、要求周期に設計した積層ゴム３の上端と連結して支持されており、
前記機械式ベアリング４は、上端の支持プレート１０が中立位置の重錘下面との間に隙間Ｔをあけて設置され、重錘２と支持プレート１０は、重錘２の水平変位を伝達されるが、重錘２の荷重は支持しない構成で連結されており、
重錘２がチューンド・マス・ダンパーの中立位置及びその近傍の範囲を超えて水平変位し、重錘２の下面が沈み、同下面が機械式ベアリング４の上端の支持プレート１０に接した段階で同重錘２は直動レール式ベアリングで支持されることを特徴とする。

請求項２に記載した発明に係るチューンド・マス・ダンパーは、
重錘２の支持手段として積層ゴム３とローラー式ベアリング２１とを備えたチューンド・マス・ダンパーであって、
構造物１の振動に同調させる重錘２が、要求周期に設計した積層ゴム３の上端と連結して支持されており、
前記ローラー式ベアリング２１は、重錘２の下面に、構造物１７に設置されたレール部材２２上を走行するローラー２３が、重錘２がチューンド・マス・ダンパーの中立位置にあるときは同重錘２の荷重をほとんど負担しないように設置されており、
重錘２がチューンド・マス・ダンパーの中立位置及びその近傍の範囲を超えて水平変位し、重錘２の下面が沈み、同下面のローラー２３が構造物１７上のレール部材２２に接した段階で同重錘２はローラー式ベアリング２１で支持されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載したチューンド・マス・ダンパーにおいて、
重錘２と直動レール式ベアリング４の支持プレート１０とは、支持プレート１０の嵌合孔１０ａに、重錘２の下面から突き出されたピン部材１１が嵌め込まれ、同重錘２の水平変位が支持プレート１０へ伝達されるように連結されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項１又は３に記載したチューンド・マス・ダンパーにおいて、
直動レール式ベアリング４の支持プレート１０と重錘２の下端との隙間Ｔ、及び嵌合孔１０ａの内周面とピン部材１１の外周面との隙間は、緩衝ゴム等の介在部材１３で埋められていることを特徴とする。

本発明に係るチューンド・マス・ダンパーは、重錘が構造物の振動に同調するのに伴い、積層ゴムが水平変形して沈み込んだ重錘の下面が機械式ベアリングの支持プレートに支持されるまでの水平変位量の範囲内では、重錘の荷重の殆どが積層ゴムに支持される。前記範囲を超えて水平変位し、積層ゴムの支持能力が失われるにしたがい、沈み込んだ重錘の下面が、機械式ベアリングの支持プレートに支持され、重錘の荷重支持は機械式ベアリングに移行される。つまり、重錘の下面が機械式ベアリングの支持プレートに圧接し支持されるまでの構造物の微小振動時には、機械式ベアリングが重錘の荷重を支持しない構成なので、摩擦抵抗はほとんど生じず、構造物の微小振動に重錘を円滑に同調させることができる。よって、高い制振効果を発揮して、居住性の改善に寄与する。

チューンド・マス・ダンパーの略中立位置及びその近傍範囲では、重錘の荷重の殆どが積層ゴムに支持され、重錘が前記範囲を超えて水平変位し積層ゴムの支持能力が失われるにしたがい、重錘の荷重支持が機械式ベアリングに移行される構成とする。

先ず、請求項１〜４に記載した発明に係るチューンド・マス・ダンパーの第１の実施例を、図１〜図４に基づいて説明する。

図１などに示したチューンド・マス・ダンパーは、構造物１の屋上部分に設置されており、重錘２と、該重錘２の支持手段としての積層ゴム３と機械式ベアリング４とを備え、更に重錘２が許容範囲内の変位に収まるように減衰力を発揮するダンパー５を備えている。チューンド・マス・ダンパーの中立位置及びその近傍範囲では、重錘２の荷重の殆どが積層ゴム３によって支持され、重錘２が前記範囲を超えて水平変位し積層ゴム３の支持能力が失われるにしたがい、重錘２の荷重支持が機械式ベアリング４に移行される構成とされている。

その手段として具体的には、積層ゴム３は既往の積層ゴムで構成されており、チューンド・マス・ダンパーで要求される周期（２秒〜５秒程度）で重錘２を同調させることができるように、支持面積及びゴムの層厚等が設計されている。ちなみに、本実施例では、前記設計条件を実現するべく、２個の積層ゴム３、３を上下に積み重ねた構成でユニット化されている。この積層ゴム３、３は、重錘２の平面中心点に対して点対称となる配置で、構造物１の上端（屋上面）に４組設置され、下側の積層ゴム３の下フランジ３ａが前記構造物１の屋上面と連結され、上側の積層ゴム３の上フランジ３ｂは重錘２の下端（下面）と連結され、重錘２をバランス良く支持する構成とされている。

機械式ベアリング４は、既往の直動レール式ベアリングと略同様の構成であり、Ｘ方向に配置された２本のレール部材６と、該レール部材６に沿って摺動する摺動部材７と、Ｙ方向に配置された２本のレール部材８と、該レール部材８に沿って摺動する摺動部材９とを主要部材としてユニット化されている。図１に示した機械式ベアリング４は、上端に重錘２の支持プレート１０を備えている。この支持プレート１０の下面に、Ｙ方向に配置されたレール部材８が設けられている。該レール部材８に沿って摺動する摺動部材９の下部は、Ｘ方向に配置されたレール部材６に沿って摺動する摺動部材７の上部と連結されている。前記支持プレート１０には、重錘２の下面から突き出たピン部材１１を嵌め込むための嵌合孔１０ａが形成されている（図３及び図４を参照）。

この機械式ベアリング４は、支持プレート１０が、積層ゴム３に殆どの荷重を支持された重錘２の下面との間に隙間Ｔを開けて配置されている。具体的には、重錘２の四隅の直下に位置する構造物１の屋上面に４個の基台１２が配置され、その上面と重錘２の下面との間に機械式ベアリング４が配置されている。前記機械式ベアリング４の厚みは、基台１２の上面と重錘２の下面との間隔よりも薄く構成されており、配置された機械式ベアリング４の支持プレート１０と重錘２との間に隙間Ｔが形成されている。

更に、前記機械式ベアリング４は、詳細は後述するが、積層ゴム３の水平変形にしたがい沈み込んだ重錘２の下面の四隅が確実に前記支持プレート１０に支持されるように、重錘２の水平変位は伝達されるが、重錘２の荷重は支持しない構成で前記重錘２と連結されている。具体的には、支持プレート１０の嵌合孔１０ａに重錘２のピン部材１１が嵌め込まれている（請求項３記載の発明）。よって、前記嵌合効果で重錘２の水平変位は伝達されるが、重錘２の荷重は、嵌合部において重錘２のピン部材１１が支持プレート１０の嵌合孔１０ａ内を遊動するので、支持しない。

したがって、構造物１の振動に重錘２が同調するのに伴い、積層ゴム３が水平変形して沈み込んだ重錘２の下面の四隅が、機械式ベアリング４の支持プレート１０に支持されるまでの水平変位量の範囲内では、重錘２の荷重が積層ゴム３に支持される。前記範囲を超えて水平変位し、積層ゴム３の支持能力が失われるにしたがい、沈み込んだ重錘２の下面の四隅が、機械式ベアリング４の支持プレート１０に支持され、重錘２の荷重支持は機械式ベアリング４に移行される。つまり、重錘２の下面が機械式ベアリング４の支持プレート１０に圧接し支持されるまでの構造物１の微小振動時には、機械式ベアリング４が重錘２の荷重を支持しない構成なので、摩擦抵抗はほとんど生じず、構造物１の微小振動に重錘２を円滑に同調させることができる。よって、高い制振効果を発揮することができ、居住性の改善に寄与する。一方、重錘２の水平変位量が大きくなるに従って、機械式ベアリング４の荷重負担が増して、逆に積層ゴム３の荷重負担が減るので、座屈することがない。なお、前記積層ゴム３は重錘２の荷重をほとんど負担しなくなった後も、水平方向の復元力は発揮するため、重錘２の比較的大きな振動に対しても復元要素として有効に作用する。

機械式ベアリング４の支持プレート１０と重錘２の下面との隙間Ｔ、及び機械式ベアリング４の支持プレート１０の嵌合孔１０ａの内周面と重錘２のピン部材１１の外周面との隙間は、緩衝ゴム１３で埋められている（図３及び図４を参照、請求項４記載の発明）。沈み込んだ重錘２の下面が機械式ベアリング４の支持プレート１０に接するとき、或いは重錘２の水平変位が機械式ベアリング４に伝達されるときに生じる衝撃を吸収し騒音を防止することができる。なお、重錘２の下面は、緩衝ゴム１３を介して機械式ベアリング４の支持プレート１０と常時接するが、構造物１の微小振動に重錘２が同調して沈み込んでも緩衝ゴム１３が変形するので、重錘２の荷重を機械式ベアリング４にほとんど伝達しない。これは積層ゴム３がクリープ沈下して上記隙間Ｔが狭くなった場合も同様である。

ダンパー５は既往のオイルダンパー、粘性ダンパーなどで構成されており、Ｘ方向とＹ方向に配置されている。その一方の端部は、重錘２の下面の中央位置に設けた連結治具１４を共通に用いて、水平方向に回転可能に連結され、他方の端部は、前記連結治具１４からＸ、Ｙ方向に向かって構造物１の屋上面にそれぞれ設けた連結治具１５、１６と水平方向に回転可能に連結されている。

なお、本実施例では、２個の積層ゴム３、３を上下に積み重ねてユニット化された構成であるが、この限りでない。設計条件を実現することができるように、構成されていれば良く、個数は特に限定されない。

また、本実施例では、チューンド・マス・ダンパーが構造物１の屋上部分に設置されているが、この限りでない。

更に、本実施例では、機械式ベアリング４の支持プレート１０の嵌合孔１０ａに重錘２のピン部材１１が嵌め込まれた構成とされているが、この限りでない。機械式ベアリング４の支持プレート１０の上面にピン部材が設けられ、該ピン部材が重錘２の下面に形成された嵌合孔に嵌め込まれた構成とされていても良い（請求項３記載の発明）。

本発明の実施例２を図５及び図６に示す。
本実施例は、１方向の振動だけに制振効果を発揮させるもので、平面形状が偏平な構造物１７に好適に実施することができる。このような構造物１７では、構造物の長辺方向の振動は構造物の短辺方向の振動に比べて小さいため、１方向のみ制振効果が得られれば良く、構造物１７の短辺と平行に機械式ベアリング１８及びダンパー１９が設けられている。

本発明の実施例３を図７及び図８に示す。
本実施例のチューンド・マス・ダンパーは、一個の積層ゴム３で重錘２が支持された構成とされている。
具体的には、上記実施例２のチューンド・マス・ダンパーと略同様の構成とされているが、積層ゴム３が重錘２の平面中心点上に配置されるように、構造物１７の屋上面に配置され、下フランジ３ａが前記構造物１７の屋上面と連結されている。積層ゴム３の上フランジ３ｂは、重錘２の下面と介在物２０を介して連結されている。

本発明の実施例４を図９〜図１１に示す。
本実施例のチューンド・マス・ダンパーは、機械式ベアリング２１がローラー式ベアリングで構成されている。
具体的には、上記実施例２のチューンド・マス・ダンパーと略同様の構成とされているが、重錘２の下面の四隅に、構造物１７の短辺と平行に配置されたレール部材２２上を走行するローラー２３が設けられ、更にレール部材２２から前記ローラー２３が脱輪しないように、該ローラー２３の両側からレール部材２２を挟む込むローラー２４が設けられている。この場合は、積層ゴム３の直立状態において、機械式ベアリング２１が重錘２の荷重をほとんど負担しないように設計される。

本発明に係るチューンド・マス・ダンパーの実施例１を、図２のＡ−Ａ矢視図として示した概念図である。 図１のチューンド・マス・ダンパーの水平断面図である。 重錘のピン部材と機械式ベアリングの支持プレートとの嵌合部を示した断面図である。 図３の底面図である。 本発明に係るチューンド・マス・ダンパーの実施例２を、図６のＢ−Ｂ矢視図として示した概念図である。 図５のチューンド・マス・ダンパーの水平断面図である。 本発明に係るチューンド・マス・ダンパーの実施例３を、図８のＣ−Ｃ矢視図として示した概念図である。 図７のチューンド・マス・ダンパーの水平断面図である。 本発明に係るチューンド・マス・ダンパーの実施例４を、図１１のＤ−Ｄ矢視図として示した概念図である。 機械式ベアリングを図９の側面方向から示した概念図である。 図９のチューンド・マス・ダンパーの水平断面図である。

符号の説明

１、１７ 構造物
２ 重錘
３ 積層ゴム
４、１８、２１ 機械式ベアリング
１０ 支持プレート
１０ａ 嵌合孔
１１ ピン部材
１３ 緩衝ゴム
Ｔ 隙間

Claims (4)

1. 重錘の支持手段として積層ゴムと直動レール式ベアリングとを備えたチューンド・マス・ダンパーであって、
   構造物の振動に同調させる重錘が、要求周期に設計した積層ゴムの上端と連結して支持されており、
   前記直動レール式ベアリングは、上端の支持プレートが、中立位置の重錘下面との間に隙間をあけて設置され、重錘と支持プレートは、重錘の水平変位を伝達されるが、重錘の荷重は支持しない構成で連結されており、
   重錘がチューンド・マス・ダンパーの中立位置及びその近傍の範囲を超えて水平変位し、重錘の下面が沈み、同下面が直動レール式ベアリングの上端の支持プレートに接した段階で同重錘は直動レール式ベアリングで支持されることを特徴とする、チューンド・マス・ダンパー。
2. 重錘の支持手段として積層ゴムとローラー式ベアリングとを備えたチューンド・マス・ダンパーであって、
   構造物の振動に同調させる重錘が、要求周期に設計した積層ゴムの上端と連結して支持されており、
   前記ローラー式ベアリングは、重錘の下面に、構造物に設置されたレール部材上を走行するローラーが、重錘がチューンド・マス・ダンパーの中立位置にあるときは同重錘の荷重をほとんど負担しないように設置されており、
   重錘がチューンド・マス・ダンパーの中立位置及びその近傍の範囲を超えて水平変位し、重錘の下面が沈み、同下面のローラーが構造物上のレール部材に接した段階で同重錘はローラー式ベアリングで支持されることを特徴とする、チューンド・マス・ダンパー。
3. 重錘と直動レール式ベアリングの支持プレートとは、支持プレートの嵌合孔に、重錘の下面から突き出されたピン部材が嵌め込まれ、同重錘の水平変位が支持プレートへ伝達されるように連結されていることを特徴とする、請求項１に記載したチューンド・マス・ダンパー。
4. 直動レール式ベアリングの支持プレートと重錘の下端との隙間、及び嵌合孔の内周面とピン部材の外周面との隙間は、緩衝ゴム等の介在部材で埋められていることを特徴とする、請求項１又は３に記載したチューンド・マス・ダンパー。

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