(57)【要約】【課題】構造の簡素化を図ることができ、広範囲の周波数の振動を低減し得るようにしたマルチモードダンパを提供する。【解決手段】パネル６（振動部材）に、ゴム板１（板状部材）の中央部をパネル６の振動方向に対して傾斜した状態に取付ける。パネル６が振動した時に、ゴム板１の中央部がパネル６の振動と同期して自由振動する。このとき、ゴム板１は、中央部がパネル６の振動方向に対して傾斜した状態に取付けられていることから、中央部から両端部に向かって波打つように弾性変形し、ゴム板１には、様々な周波数で多数の曲げモードが発生する。これにより、パネル６の振動がゴム板１の多数の曲げモードの固有振動数にて共振することにより低減され、良好な制振効果が発揮される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
住宅等の建築構造物において振動が発生する振動部材に設置されるマルチモードダンパであって、
弾性変形可能な板状部材を備え、前記振動部材に、前記板状部材の一端部又は中央部が前記振動部材の振動方向に対して傾斜した状態に取付けられ、前記振動部材が振動した時に、前記板状部材が自由振動することにより多数の曲げモードを生じるように構成されていることを特徴とするマルチモードダンパ。
【請求項２】
前記板状部材は、ゴム板、樹脂板又は金属板により構成されている請求項１に記載のマルチモードダンパ。
【請求項３】
前記板状部材は、ゴム板、樹脂板及び金属板の何れか２種以上が組み合わされて構成されている請求項２に記載のマルチモードダンパ。
【請求項４】
前記板状部材は、長手方向の一端部又は中央部が前記振動部材に支持され、長手方向の他端部又は両端部が自由に揺動するように取付けられる請求項１〜３の何れか１項に記載のマルチモードダンパ。
【請求項５】
前記振動部材の振動方向に対する前記板状部材の前記一端部又は前記中央部の取付傾斜角度が２０°〜１５０°の範囲とされている請求項１〜４の何れか１項に記載のマルチモードダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅等の建築構造物における、例えば床や梁、根太、階段、天井、内壁、外壁、ドアー、サッシ、窓等の振動が発生する振動部材に設置されて、それらの振動部材に発生した振動を抑制するマルチモードダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般住宅等においては、床に飛び跳ねや踏み台からの降下等による衝撃が加わると振動が発生し、その振動が不快音や不快震動等の原因となることから問題となる。特に、複数階建ての戸建住宅や集合住宅等においては、居室や廊下の床に発生する振動や衝撃音が階下に直接的に伝搬されるため、階下の住人にとっては甚だしい騒音となる場合がある。
【０００３】
そこで、従来より、一般住宅等の床に発生する振動や衝撃音を抑制するために用いられる各種ダンパや制振装置が提案されている。例えば、特許文献１には、振動減衰性能の高い粘弾性体層を２枚の鋼板で上下から挟持してなる制振ユニットを建物の床の梁材に取り付けて、振動入力時に、制振ユニットの２枚の鋼板が互い違いの方向へ相対移動するのに伴って変形を繰り返す粘弾性体層の変形抵抗を利用し、梁材の振動を減衰させるようにすることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、筒内に同芯状に配置された芯棒の外周部と筒の内周部とに弾接するように複数のゴムリングを設けて、振動入力時に、芯棒と筒とが軸線方向に相対移動するのに伴って転動変形するゴムリングの変形抵抗を利用し、振動を減衰させるようにしたダンパが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、床を支持する床根太に対して、マス部材（質量体）とそのマス部材を弾性支持するばね部材（ゴム弾性体）とからなるダイナミックダンパを設置して、振動体（床）に対するマス部材−ばね部材の共振を利用し、床の振動を減衰させるようにした床構造が開示されている。なお、このダイナミックダンパは、マス部材の質量とばね部材のばね定数とによって共振周波数が基本的に定まる。
【０００６】
ところで、上記特許文献１及び２に開示された制振ユニットやダンパは、何れも構造が複雑であったり、構造上の理由から重量が嵩み、取り扱いが厄介になったりするという欠点がある。また、特許文献３に開示されたダイナミックダンパは、チューニングされた特定範囲の周波数の振動に対してのみ効果を発揮するものであるため、低減すべき振動の周波数ピークが複数ある場合には、それぞれの周波数ピークにチューニングした複数のダイナミックダンパが必要となる。
【特許文献１】実公平６−３３０５３号公報
【特許文献２】特開平１１−２９４５３６号公報
【特許文献３】特開２００６−２８８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、構造の簡素化を図ることができ、広範囲の周波数の振動を低減し得るようにしたマルチモードダンパを提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明は、住宅等の建築構造物において振動が発生する振動部材に設置されるマルチモードダンパであって、弾性変形可能な板状部材を備え、前記振動部材に、前記板状部材の一端部又は中央部が前記振動部材の振動方向に対して傾斜した状態に取付けられ、前記振動部材が振動した時に、前記板状部材が自由振動することにより多数の曲げモードを生じるように構成されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明のマルチモードダンパでは、振動部材に、弾性変形可能な板状部材の一端部又は中央部が、振動部材の振動方向に対して傾斜した状態に取付けられることから、振動の入力により振動部材が振動すると、振動部材への取付支持部となる板状部材の一端部又は中央部が振動部材の振動と同期して自由振動する。このとき、板状部材は、一端部又は中央部が振動部材の振動方向に対して傾斜した状態に取付けられていることから、一端部から他端部に向かって又は中央部から両端部に向かって波打つように弾性変形し、板状部材には、様々な周波数で多数の曲げモードが発生する。これにより、振動部材の振動が板状部材の多数の曲げモードの固有振動数にて共振することによって低減され、制振効果が発揮される。即ち、板状部材は、振動部材の多様な振動周波数に対し、同一又は非常に近い固有周波数を有するため、広い周波数帯域で共振し易い多質点或いは多関節のデバイスとして働いていると考えられる。また、減衰が付加されることにより、振動を早期に収束させることができる。このようにして振動部材の振動を良好に低減する本発明のマルチモードダンパは、弾性変形可能な板状部材のみで構成されているため、構造が極めて簡素なものになる。
【００１０】
本発明において、板状部材は、ゴム板や樹脂板、金属板（金属泊を含む）、或いはそれらの１種以上の複数のものを重ね合わせた合板等により構成することができる。ゴム板の形成材料としては、例えば、天然ゴムや合成ゴム、或いはそれらをブレンドしたブレンドゴム等から適宜選択して採用することができる。天然ゴムは、合成ゴムに比べて経年劣化が少ないので好適に採用することができる。ゴム板のゴム硬度は、Ｈｓ４０〜Ｈｓ７５の範囲にするのが好ましい。
【００１１】
また、樹脂板の形成材料としては、例えば、熱可塑性エラストマやポリエチレン、ポリウレタン、シリコーン等の樹脂から適宜選択して採用することができる。また、金属板の形成材料としては、例えば、鉄、アルミ、銅、或いはそれらの合金等の金属から適宜選択して採用することができる。なお、金属泊は、１枚のものであっても、複数枚が積層された積層構造のものであってもよい。
【００１２】
板状部材は、ゴム板、樹脂板及び金属板の何れか２種以上が組み合わされて構成されているものを採用することができる。但し、この場合には、剛性が高いものを振動部材に近い側に配置する必要がある。このようにすれば、板状部材が固有の振動周波数を持たないようにすることができる。
【００１３】
板状部材の厚さや幅、長さ形状等は、板状部材の形成材料、マルチモードダンパが設置される振動部材の大きさ、或いはマルチモードダンパの設置スペース等を考慮して、適宜設定することができる。この場合、板状部材を自由振動させるようにするためには、板状部材の厚さをある程度薄肉にする必要があり、０．０１〜２０ｍｍの範囲に設定すると、小さな振動入力に対しても板状部材が振動し、効果が発揮される。なお、板状部材は、厚さをより薄くし、幅をより狭くし、長さをより長くする程、曲げモードがより多く発生する傾向にある。
【００１４】
なお、本願発明者等は、ゴム板（厚さ：５ｍｍ、幅：６０ｍｍ、長さ：６００ｍｍ）及び金属板（厚さ：１ｍｍ、幅：６０ｍｍ、長さ：３００ｍｍ）について、ＦＥＭ解析（有限要素解析）でシュミレーションを行ない、曲げモードの発生状況を調べたところ、図７及び図８に示す結果が得られた。ここでのパラメータは、厚さ、幅、長さ、材料特性（ヤング率、ポアソン比、比重）が採用されている。ゴム板の曲げモードは、図７（ａ）〜（ｆ）に示すように、約２〜２０Ｈｚの間に２次〜７次の曲げモードが発生しており、それぞれの曲げモードが振動低減に寄与することで広範囲の周波数に対して効果が発揮されると推定される。一方、金属板の曲げモードは、図８（ａ）〜（ｆ）に示すように、ゴム板の場合よりも大きい、５９〜１１３０Ｈｚの間に１次〜６次の曲げモードが発生している。これにより、金属板よりもゴム板の方が、曲げモードの発生するピッチが小さいため、より多様な周波数の振動を低減するためには有利となることが分かる。
【００１５】
本発明の好ましい態様として、板状部材は、長手方向の一端部又は中央部が振動部材に支持され、長手方向の他端部又は両端部が自由に揺動するように取付けられる。この場合、振動部材に支持される板状部材の長手方向の一端部又は中央部は、接着剤や簡易な取付具等を用いることにより、振動部材に固定された状態に容易に取り付けることが可能である。また、振動部材への確実な固定状態を必要としない場合には、接着剤や取付具等を用いることなく、板状部材の自重や形状を利用して、引っ掛けたり或いは吊した状態に載置するようにしてもよい。
【００１６】
本発明の他の好ましい態様として、振動部材の振動方向に対する板状部材の一端部又は中央部の取付傾斜角度が２０°〜１５０°の範囲とされている。取付傾斜角度をこの範囲に設定すれば、板状部材が自由振動する際に、曲げモードを良好に発生させることが可能となる。ここでの取付傾斜角度とは、振動部材への支持部となる板状部材の一端部又は中央部が長手方向に延びる方向と、振動部材の振動方向とがなす角度のことをいう。なお、取付傾斜角度のより好ましい範囲は、４５°〜１３５°である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のマルチモードダンパによれば、振動部材に、板状部材の一端部又は中央部が振動部材の振動方向に対して傾斜した状態に取付けられ、振動部材が振動した時に、板状部材が自由振動することにより多数の曲げモードを生じるように構成されていることから、周波数を選ばず広範囲の周波数の振動を良好に低減することができる。また、弾性変形可能な板状部材のみで構成されているため、構造を極めて簡素にすることができ、安価に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態に係るマルチモードダンパが設置された建築物のパネルを下から見た状態を示す模式図であり、図２はそのパネルを図１のII−II線矢視方向から見た状態を示す模式図であり、図３はそのマルチモードダンパの取付状態を図２の要部を拡大して示す拡大断面図である。
【００１９】
本実施形態のマルチモードダンパは、建築物のパネルに設置されるものであって、天然ゴムで長尺状の矩形に形成された板状部材としてのゴム板１により構成されている。このゴム板１は、厚さ：５ｍｍ、幅：６０ｍｍ、長さ：６００ｍｍの大きさに形成されており、ゴム硬度がＨｓ６５のものである。本パネルは、図１及び図２に示すように、矩形に組まれた構造部材５の上に載置されて敷設された、複数枚（本実施形態では５枚）の軽量コンクリート製のパネル６により構成されている。
【００２０】
本実施形態においては、板状部材としてのゴム板１が、各パネル６の下面に適宜距離を隔てて１０個ずつ設置されている。各ゴム板１は、図２及び図３に示すように、長手方向の中央部がパネル６と座金２に挟持された状態で、座金２及びゴム板１を貫通してパネル６にねじ込まれたビス３により取付けられている。これにより、各パネル６の下面に固定支持された各ゴム板１の中央部は、各パネル６の振動方向（各パネル６の厚さ方向）に対して９０°傾斜した状態に取付けられている。即ち、各ゴム板１の中央部の取付傾斜角度は９０°となっている。一方、各ゴム板１の長手方向の両端部は、下方に湾曲して垂れ下がり、自由に揺動可能な状態になっている。なお、本実施形態においては、ゴム板１の総重量は、パネル６の総重量の２％となるようにされている。
【００２１】
以上のようにマルチモードダンパが設置されたパネルに対して、衝撃が加わることによってパネル６に上下方向（厚さ方向）の振動が発生すると、パネル６への取付支持部となるゴム板１の中央部がパネル６の振動と同期して自由振動する。このとき、ゴム板１は、中央部がパネル６の振動方向に対して９０°傾斜した状態に取付けられていることから、中央部から両端部に向かって波打つように弾性変形し、ゴム板１には、様々な周波数で多数の曲げモードが発生する。これにより、パネル６の振動がゴム板１の多数の曲げモードの固有振動数にて共振することによって低減され、良好な制振効果が発揮される。
【００２２】
以上のように、本実施形態のマルチモードダンパは、パネル６に、ゴム板１の中央部がパネル６の振動方向に対して傾斜した状態に取付けられ、パネル６が振動した時に、ゴム板１が自由振動することにより多数の曲げモードを生じるように構成されているため、周波数を選ばず広範囲の周波数の振動を良好に低減することができる。また、本実施形態のマルチモードダンパは、弾性変形可能なゴム板１のみで構成されているため、構造を極めて簡素にすることができ、安価に作製することができる。
【００２３】
〔試験１〕
上記実施形態のマルチモードダンパが設置されたパネルを実施例とし、マルチモードダンパが設置されていない点でのみ異なるパネルを比較例として、振動低減効果を確認するため、加速度スペクトルを比較する試験を行った。この試験は、図４に示すように、パネルの上面の５箇所の加振点をバングマシンで加振し、パネルの９箇所の加速度測定点において測定された床加速度スペクトルの平均値で比較するものであり、図５に示すように、２ｋＨｚまでの周波数帯域における測定結果が得られた。
【００２４】
図５から明らかなように、実施例のようにマルチモードダンパが設置されている場合には、マルチモードダンパが設置されていない比較例に比べて、２ｋＨｚまでの周波数帯域における略全域で加速度レベルが低減されていることが分かる。特に、１３００Ｈｚまでの周波数帯域においては、上記実施例の場合には、比較例に比べて加速度レベルが大幅に低減されており、マルチモードダンパを設置したことにより良好な振動低減効果が得られていることが分かる。
【００２５】
〔試験２〕
上記実施形態のマルチモードダンパに採用されたゴム板１について、振動部材の振動方向に対する取付傾斜角度を種々変更して、ゴム板１の取付傾斜角度と、振動部材の変位量及び減衰特性との関係を調べる試験を行った。この試験は、図６に示すように、上下方向に振動する振動部材Ａに対して、ゴム板１の一端部を所定の傾斜角度となるようにブラケット（図示せず）で固定した状態で、振動部材Ａをバングマシンで加振したときの、振動部材Ａの最大変位と対数減衰率を測定するものである。ゴム板１の取付傾斜角度は、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°とし、ゴム板１のそれぞれの取付傾斜角度における最大変位と対数減衰率の測定結果は表１に示した。
【００２６】
なお、対数減衰率とは、減衰振動の減衰特性を表すパラメータであって、減衰自由振動波形の隣り合う振幅の比の自然対数をとったもののことをいう。対数減衰率δは、時刻ｔｎにおけるｎ番目の振幅ａn 、同様にｎ＋１、…、ｎ＋ｍ番目の振幅をａn+1 、…、ａn+m とすると、（式１）によって求められる。この対数減衰率δは、数値が大きくなる程、振動の減衰が早くなることを意味する。
δ＝１／ｍ・ｌｎ（ａn ／ａn+m ）      ………（式１）
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１から明らかなように、振動部材Ａの最大変位量は、ゴム板１の取付傾斜角度が異なることによって殆ど変化しないことが分かる。一方、対数減衰率は、取付傾斜角度が０°及び１８０°の場合には０．１より小さいため、減衰特性が悪いことが分かる。これに対して、取付傾斜角度が４５°、９０°及び１３５°の場合には何れも０．１以上であり、減衰特性が良好であることが分かる。特に、取付傾斜角度が９０°の場合には、対数減衰率が最も大きくなっていることから、ゴム板１の取付傾斜角度は、振動部材Ａの振動方向に対して垂直となる方向に近づける程、ゴム板１による良好な振動減衰効果が得られることが分かる。また、取付傾斜角度が１８０°の場合よりも０°の方が対数減衰率は大きく、取付傾斜角度が１３５°の場合よりも４５°の方が対数減衰率は大きいことから、振動部材Ａの上方側にゴム板１を取付けた方が、良好な振動減衰効果が得られる傾向にあることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係るマルチモードダンパが設置された建築物のパネルを下から見た状態を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るマルチモードダンパが設置された建築物のパネルを図１のII−II線矢視方向から見た状態を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係るマルチモードダンパの取付状態を図２の要部を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】試験１におけるパネルへの加振点と加速度測定点を示す説明図である。
【図５】試験１におけるパネルの加速度スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図６】試験２における板状部材の取付傾斜角度を示す説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｆ）ＦＥＭ解析によるゴム板の曲げモード発生状況を示す説明図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）ＦＥＭ解析による金属板の曲げモード発生状況を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…ゴム板（板状部材）    ２…座金    ３…ビス    ５…構造部材
６…パネル（振動部材）    Ａ…振動部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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