(57)【要約】【課題】外力の入力レベルに係わらずに振動を抑制するとともに性能劣化を招きにくくすることができる減衰装置及び制振構造を提供する。【解決手段】減衰装置１は、長尺板状の弾性材料２Ａから全体環状に形成されるとともに径方向に隙間Ｓを介して複数層に重ねられた弾性部材２と、弾性部材２の隙間Ｓに介挿される粘弾性材料３Ａからなり径方向に対向する内外の弾性材料２Ａに接着される粘弾性部材３と、を備え、外部からの力によって弾性部材２の曲率が変化し、内外の弾性材料２Ａ間に生じる相対変位に伴って粘弾性部材３が変形することで、粘弾性部材３の内部粘性による減衰力を発揮する。【選択図】図１
2016121705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの力を受けて変形し、この変形に伴って復元力及び減衰力を発揮する減衰装置であって、
長尺板状の弾性材料から全体環状に形成されるとともに径方向に隙間を介して複数層に重ねられた弾性部材と、
前記弾性部材の隙間に介挿される粘弾性材料からなり径方向に対向する内外の弾性材料に接着される粘弾性部材と、を備え、
外部からの力によって前記弾性部材の曲率が変化し、前記内外の弾性材料間に生じる相対変位に伴って前記粘弾性部材が変形することで、該粘弾性部材の内部粘性による減衰力を発揮することを特徴とする減衰装置。
【請求項２】
前記弾性部材は、渦巻き状、同心円状、同心楕円状、同心長円状のいずれかの環状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の減衰装置。
【請求項３】
前記粘弾性部材は、長尺シート状に成形された粘弾性材料を前記弾性材料に接着して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の減衰装置。
【請求項４】
前記弾性部材の隙間は、周方向に沿った少なくとも一周以上の範囲に設けられ、この隙間の全長に亘って前記粘弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の減衰装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の減衰装置と、
相対移動する部位間に前記減衰装置を接続する接続部材と、を備えたことを特徴とする制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの力を受けて変形し、この変形に伴って復元力及び減衰力を発揮する減衰装置、この減衰装置を備えた制振構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械設備や輸送機器、建物等に設けられ、それらに生じる振動を吸収して減衰させるための減衰装置が利用されている。減衰装置の一例として、建物に作用する地震などの外力に対し、その入力エネルギーを吸収して建物の揺れを抑制するための制振構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された制振構造は、可塑性材の降伏耐力がブレース材の降伏耐力よりも低く設定され、架構に作用する水平力によって可塑性材を降伏させることで、その履歴エネルギーによって入力エネルギーを吸収しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３３６３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の制振構造は、可塑性材が降伏するまでの弾性状態では履歴エネルギーが見込めないことから、中小地震など入力レベルが比較的小さい外力に対しては、建物の振動を抑制することが難しいという問題がある。また、入力レベルが大きい外力によって可塑性材が降伏すると、塑性変形による残留変形が生じたり、塑性変形の程度によっては可塑性材の変形性能が低下したりなど、初期の性能が回復できなくなるという問題もある。
【０００５】
本発明は、外力の入力レベルに係わらずに振動を抑制するとともに性能劣化を招きにくくすることができる減衰装置及び制振構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の減衰装置は、外部からの力を受けて変形し、この変形に伴って復元力及び減衰力を発揮する減衰装置であって、長尺板状の弾性材料から全体環状に形成されるとともに径方向に隙間を介して複数層に重ねられた弾性部材と、前記弾性部材の隙間に介挿される粘弾性材料からなり径方向に対向する内外の弾性材料に接着される粘弾性部材と、を備え、外部からの力によって前記弾性部材の曲率が変化し、前記内外の弾性材料間に生じる相対変位に伴って前記粘弾性部材が変形することで、該粘弾性部材の内部粘性による減衰力を発揮することを特徴とする。
【０００７】
このような本発明の減衰装置によれば、弾性部材の隙間に介挿して内外の弾性材料に粘弾性部材を接着したことで、内外の弾性材料間に生じる相対変位に伴って変形する粘弾性部材の内部粘性による減衰力が発揮され、この粘弾性部材の減衰力によってエネルギー吸収が行われることとなる。このような粘弾性部材の内部粘性による減衰力は、微小変形から大変形まで発揮させることができ、即ち、小さな入力レベルの外力に対しても粘弾性部材が減衰力を発揮することができる。
【０００８】
さらに、本発明の減衰装置によれば、外部からの力によって変形した弾性部材は、自らの復元力によって初期の環状の状態に復帰することから、残留変形が生じにくく変形性能の低下も起きにくいので、性能の劣化を招きにくく、粘弾性部材のエネルギー吸収性能を良好に維持することができる。また、弾性部材の復元力によって初期の環状の状態に復帰する際においても、粘弾性部材の内部粘性による減衰力が発揮されることから、急激な復元による衝撃や加速度を抑制しつつ、初期状態まで緩やかに復帰させることができる。
【０００９】
この際、本発明の減衰装置では、前記弾性部材は、渦巻き状、同心円状、同心楕円状、同心長円状のいずれかの環状に形成されていることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、弾性部材が、渦巻き状、同心円状、同心楕円状、同心長円状のいずれかの環状に形成されているので、用途に応じて適宜な形状の減衰装置を選択することができる。また、弾性部材が渦巻き状に形成されていれば、１本の長尺板状の弾性材料を渦巻き状に巻き付けて弾性部材を成形することができ、製造にかかる手間やコストを削減することができる。一方、弾性部材が同心円状や同心楕円状、同心長円状に形成されていれば、環状にした複数の弾性材料を重ねていくことで弾性部材を成形することができる。
【００１１】
また、本発明の減衰装置では、前記粘弾性部材は、長尺シート状に成形された粘弾性材料を前記弾性材料に接着して形成されていることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、長尺シート状に成形された粘弾性材料を弾性材料に接着して粘弾性部材が形成されるので、粘弾性材料が扱いやすく接着工程を簡便化することができ、製造の手間やコストを削減することができる。なお、粘弾性材料としては、液体状やゾル状のものであって、弾性部材の隙間に充填した後に固化させることでゲル状の粘弾性部材が成形されてもよい。
【００１３】
さらに、本発明の減衰装置では、前記弾性部材の隙間は、周方向に沿った少なくとも一周以上の範囲に設けられ、この隙間の全長に亘って前記粘弾性部材が設けられていることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、少なくとも一周以上の範囲に設けられた隙間の全長に亘って粘弾性部材が設けられているので、任意の径方向の変形に対して粘弾性部材の内部粘性による減衰力を発揮させることができる。従って、外部からの力が二次元平面内で任意の方向から作用するような場合であっても、その平面内に減衰装置を設置することによってエネルギー吸収を行わせることができる。
【００１５】
一方、本発明の制振構造は、前記減衰装置と、相対移動する部位間に前記減衰装置を接続する接続部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
このような本発明の制振構造によれば、前述した減衰装置と同様に、相対移動する部位間に接続部材によって減衰装置を接続することで、部位間に生じる相対移動に伴って減衰装置に力が入力され、この力によって弾性部材が変形し、粘弾性部材による減衰力を発揮させることができる。この粘弾性部材による減衰力によって入力エネルギーを吸収することで、部位間の相対移動（振動）を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の本発明によれば、入力レベルが小さな外力に対しても粘弾性部材の減衰力を発揮させることで、振動抑制効果を期待することができるとともに、弾性部材の復元力によって初期の環状の状態に復帰することで、エネルギー吸収性能を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る減衰装置を示す正面図及び断面図である。
【図２】前記減衰装置を用いた制振構造を示す正面図である。
【図３】前記減衰装置を用いた他の制振構造を示す正面図である。
【図４】前記減衰装置の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の変形例に係る減衰装置を示す正面図である。
【図６】本発明の他の変形例に係る減衰装置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係る減衰装置を、図１〜４に基づいて説明する。本実施形態の減衰装置１は、図１に示すように、長尺板状の弾性材料２Ａから全体環状に形成されるとともに径方向に隙間Ｓを介して複数層に重ねられた弾性部材２と、弾性部材２の隙間Ｓに介挿される粘弾性材料３Ａからなり径方向に対向する内外の弾性材料２Ａに接着される粘弾性部材３と、を備えている。また、減衰装置１は、渦巻き状に成形された弾性材料２Ａの両端部（内端部２Ｂ及び外端部２Ｃ）を挟んで保持するクランプ４をさらに備えて構成されている。
【００２０】
弾性部材２は、長尺板状の弾性材料２Ａを渦巻き状に３層重ねるとともに、内端部２Ｂと外端部２Ｃとが重なる位置で弾性材料２Ａを４層重ねて形成されている。弾性材料２Ａは、ばね鋼や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などの素材が利用でき、適宜な板厚及び板幅を有した長尺板状に形成されている。さらに、弾性材料２Ａは、板厚方向に曲げられて環状の弾性部材２に成形された状態において、その内部応力が弾性範囲にあり、直線状に復元しようとする復元力を有している。従って、弾性部材２は、全体環状の初期状態から外力によって変形された場合に、環状に復帰しようとする復元力を内部に有して形成されている。
【００２１】
粘弾性部材３は、長尺シート状の粘弾性材料３Ａの両面を内外の弾性材料２Ａに接着することで、弾性部材２と一体に設けられている。粘弾性材料３Ａは、外力や振動によって変形することで内部発熱し、振動エネルギーを熱エネルギーに変換することによって、エネルギー吸収する粘弾性体（ＶＥＭ：Visco-elastic Material）で構成されている。この粘弾性材料３Ａは、後述するように、その一方面３１が径方向外側に位置する弾性材料２Ａの内面２１に接着され、その他方面３２が径方向内側に位置する弾性材料２Ａの外面２２に接着されている。すなわち、弾性部材２が渦巻き状に形成されることから、その隙間Ｓに隙間Ｓに介挿される粘弾性部材３も渦巻き状に形成されるようになっている。
【００２２】
クランプ４は、図１（Ｂ）に示すように、帯状の金属板材を曲げ加工して形成されたクランプ本体４１と、このクランプ本体４１を締結するためのボルト４２及びナット４３と、を有して構成されている。クランプ本体４１は、内端部２Ｂと外端部２Ｃとが重なる位置の弾性材料２Ａを板厚方向（径方向）及び板幅方向に挟み込む断面Ｃ字状の環状部４１１と、環状部４１１の２つの端部から径方向内方に延びる一対の固定片４１２と、を有して形成されている。クランプ本体４１は、一対の固定片４１２を貫通したボルト４２にナット４３を螺合して締め付けることで締結され、これによって、渦巻き状に巻き重ねられた弾性部材２が環状の初期状態に保持されるようになっている。
【００２３】
本実施形態の減衰装置１は、図２に示す制振構造１０の一部として利用可能である。制振構造１０は、例えば、建物における柱梁で囲まれた矩形枠状の架構内部に設けられるブレース構造によって構成されている。この制振構造１０は、減衰装置１と、この減衰装置１を架構の所定部位に接続する接続部材としての複数（本実施形態では、４本）の斜材１１と、を備えて構成されている。複数の斜材１１は、それぞれの一端部がクランプ１２を介して減衰装置１に接続され、図示しない他端部が架構四隅の柱梁接合部などに接続されている。クランプ１２は、前記クランプ４と同様に、減衰装置１の弾性部材２を板厚方向（径方向）及び板幅方向に挟み込むとともに、斜材１１の一端部にボルト等によって接続されている。
【００２４】
このような制振構造１０によれば、図２（Ｂ）に示すように、架構の変形に伴って、斜材１１を介して減衰装置１に力が伝達され、減衰装置１が楕円形になるように変形する。具体的には、外力によって架構の上階側が図中左から右に向かって変形した場合には、右上がりに設けられた一対の斜材１１には引張りの軸力が作用し、右下がりに設けられた一対の斜材１１には圧縮の軸力が作用する。その結果、減衰装置１は、右斜め上方から左斜め下方に向かって引っ張られ、左斜め上方から右斜め下方に向かって押圧され、楕円形になるような力を受ける。このように減衰装置１が楕円形に変形することで、弾性部材２における各部の曲率が変化し、内外の弾性材料２Ａ間に相対変位が生じる。そして、内外の弾性材料２Ａ間の相対変位に伴って粘弾性部材３がせん断変形し、この変形によって粘弾性材料３Ａの内部粘性による減衰力が発揮され、この粘弾性部材３の減衰力によってエネルギー吸収が行われる。
【００２５】
また、外力によって架構が逆方向に変形した場合には、各斜材１１の軸力が逆向きに作用することから、減衰装置１も左右逆向きの楕円形に変形し、それによってエネルギー吸収が行われる。すなわち、地震動のように建物に対して左右の外力が繰り返し作用する外乱に対し、減衰装置１は、左右両方向の変形を繰り返し受けることで振動エネルギーを吸収するようになっている。さらに、外力がなくなって架構が元の形状に戻った場合には、弾性部材２の復元力によって減衰装置１が初期の環状の状態に復帰する。このように減衰装置１が初期状態に復帰する際においても、粘弾性材料３Ａの内部粘性による減衰力が発揮されることから、減衰装置１は緩やかな速度で初期状態まで復帰することになる。
【００２６】
なお、本実施形態の減衰装置１は、図２の制振構造１０に限らず、図３に示す制振構造１０Ａの一部としても利用可能である。制振構造１０Ａは、互いに所定距離を介して対向した一対の構造物Ｋ１，Ｋ２間に設けられるものであって、一対の構造物Ｋ１，Ｋ２の接近、離隔する相対移動に伴って、減衰装置１が変形することで減衰力を発揮するように構成されている。この制振構造１０Ａは、減衰装置１と、減衰装置１を構造物Ｋ１，Ｋ２にそれぞれ接続する接続部材としての一対のブラケット１３と、を備えて構成されている。これらのブラケット１３は、減衰装置１の弾性部材２を板厚方向（径方向）及び板幅方向に挟み込んで保持するものであり、構造物Ｋ１，Ｋ２と減衰装置１との間で圧縮力及び引張り力ともに伝達可能なものである。
【００２７】
このような制振構造１０Ａによれば、図３（Ａ）に示すように、構造物Ｋ１，Ｋ２同士が互いに接近する方向に相対移動した場合には、減衰装置１を上下方向に圧縮する力が作用する。その結果、減衰装置１は、左右方向に伸びた楕円形に変形する。一方、図３（Ｂ）に示すように、構造物Ｋ１，Ｋ２同士が互いに離隔する方向に相対移動した場合には、減衰装置１を上下方向に引っ張る力が作用する。その結果、減衰装置１は、上下方向に伸びた楕円形に変形する。このように減衰装置１が楕円形に変形すると、弾性部材２における各部の曲率が変化し、内外の弾性材料２Ａ間に相対変位が生じる。そして、内外の弾性材料２Ａ間の相対変位に伴って粘弾性部材３がせん断変形し、この変形によって粘弾性材料３Ａの内部粘性による減衰力が発揮され、この粘弾性部材３の減衰力によってエネルギー吸収が行われる。
【００２８】
本実施形態の減衰装置１は、図４に示す製造方法によって製造される。先ず、図４（Ａ）に示すように、長尺板状の弾性材料２Ａを作業台などに載置し、その内端部２Ｂから所定距離（弾性部材２の最内周の周長に相当する距離）だけ離した位置から外端部２Ｃまでの内面２１にシート状の粘弾性材料３Ａの一方面３１を接着する。この際、粘弾性材料３Ａの他方面３２には剥離紙３３が貼付された状態としておく。次に、図４（Ｂ）に示すように、粘弾性材料３Ａの剥離紙３３を所定長さだけ剥がし、弾性材料２Ａを内端部２Ｂから内面２１に向かって曲げ、内端部２Ｂの外面２２を粘弾性材料３Ａの他方面３２に接着し、弾性部材２の最内周の円環を形成する。
【００２９】
次に、図４（Ｃ）に示すように、粘弾性材料３Ａの剥離紙３３を剥がしつつ、弾性材料２Ａを外端部２Ｃに向かって転がしていき、その外面２２を粘弾性材料３Ａの他方面３２に順次接着して、弾性部材２の内側から二層目、三層目の円環を渦巻き状に形成する。弾性材料２Ａの外端部２Ｃに接着された粘弾性材料３Ａの他方面３２と、その内側の層の弾性材料２Ａの外面２２と、を接着して接着作業が完了する。次に、図４（Ｄ）に示すように、クランプ４によって弾性材料２Ａの内端部２Ｂと外端部２Ｃとが重なる位置を挟んで保持する。以上によって弾性部材２及び粘弾性部材３が全体円環状かつ渦巻き状に形成された減衰装置１の製造が完了する。
【００３０】
以上のような本実施形態の減衰装置１及び制振構造１０，１０Ａによれば以下の効果が得られる。すなわち、全体環状の弾性部材２における内外の弾性材料２Ａに粘弾性材料３Ａを接着して粘弾性部材３が介挿されているので、内外の弾性材料２Ａ間に生じる相対変位に伴って粘弾性部材３が変形し、粘弾性材料３Ａの内部粘性による減衰力が発揮され、この粘弾性部材３の減衰力によってエネルギー吸収が行われることとなる。このような粘弾性部材３による減衰力は、微小変形から大変形まで発揮させることができ、即ち、小さな入力レベルの外力に対しても粘弾性部材３が減衰力を発揮することができるので、入力レベルに関わらず振動抑制効果を期待することができる。
【００３１】
さらに、弾性部材２の復元力によって、減衰装置１が初期の環状の状態に復帰することで、エネルギー吸収性能を良好に維持することができる。このように弾性部材２の復元力によって減衰装置１が初期の環状の状態に復帰する際においても、粘弾性材料３Ａの内部粘性による粘弾性部材３の減衰力が発揮されることから、減衰装置１は緩やかな速度で初期状態まで復帰することになり、余計な振動や衝撃を発生させずに初期状態に復帰することができる。
【００３２】
また、弾性部材２が渦巻き状の環状に形成されているので、１本の長尺板状の弾性材料２Ａを渦巻き状に巻き付けて弾性部材２を成形することができるとともに、弾性材料２Ａに長尺シート状の粘弾性材料３Ａを接着してから巻き付けていくことで、粘弾性部材３の成形工程を簡便化することができる。従って、減衰装置１の製造にかかる手間やコストを削減することができる。
【００３３】
さらに、弾性部材２Ａが三層の環状に形成され、それらの間に形成された二層の隙間の全長に亘って粘弾性部材３が設けられているので、任意の径方向の変形に対して粘弾性部材３の減衰力を発揮させることができる。従って、外部からの力が二次元平面内で任意の方向から作用するような場合であっても、その平面内に減衰装置１を設置することによってエネルギー吸収を行わせることができる。
【００３４】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３５】
例えば、前記実施形態の減衰装置１では、弾性部材２が渦巻き状の環状に形成されていたが、これに限らず、図５に示すように、弾性部材２が同心円状、同心楕円状、同心長円状のいずれかの環状に形成された減衰装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃであってもよい。このように各々環状に成形した複数の弾性材料２Ａを径方向に重ねていくことにより弾性部材２が形成されていれば、前記実施形態のクランプ４を省略することができ、減衰装置１の外観を良好にすることができる。
【００３６】
また、図５（Ａ）に示す減衰装置１Ａのように、弾性部材２が同心円状に形成されていれば、外部からの力の方向に関わらず、均等な反力及び減衰力を発生させることができる。一方、図５（Ｂ），（Ｃ）に示す減衰装置１Ｂ，１Ｃのように、弾性部材２が同心楕円状、同心長円状に形成されていれば、変形の方向に応じて反力及び減衰力を変化させることができ、減衰装置１Ｂ，１Ｃの設置条件や対象とする外力の条件等に応じた利用形態を選択することができる。
【００３７】
また、前記実施形態の減衰装置１では、弾性部材２の弾性材料２Ａが周方向に連続して形成されていたが、これに限らず、図６に示すように、弾性材料２Ａの一部が周方向に断続して設けられていてもよい。図６（Ａ）に示す減衰装置１Ｄにおいて、最内周の弾性材料２Ａは周方向に連続する円環状に形成され、その径方向外側には、周方向に４分割された弾性材料２Ａが二層重ねられ、各弾性材料２Ａの間に粘弾性部材３が介挿されている。一方、図６（Ｂ）に示す減衰装置１Ｅにおいて、最外周の弾性材料２Ａは周方向に連続する円環状に形成され、その径方向内側には、周方向に４分割された弾性材料２Ａが二層重ねられ、各弾性材料２Ａの間に粘弾性部材３が介挿されている。
【符号の説明】
【００３８】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ  減衰装置
２        弾性部材
２Ａ      弾性材料
３        粘弾性部材
３Ａ      粘弾性材料
１０，１０Ａ  制振構造
１１      斜材（接続部材）
１３      ブラケット
Ｓ        隙間
【図１】
2016121705.tif 000003
【図２】
2016121705.tif 000004
【図３】
2016121705.tif 000005
【図４】
2016121705.tif 000006
【図５】
2016121705.tif 000007
【図６】
2016121705.tif 000008