JPH10184783A - 自己同調型制振装置 - Google Patents
自己同調型制振装置Info
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- JPH10184783A JPH10184783A JP9242931A JP24293197A JPH10184783A JP H10184783 A JPH10184783 A JP H10184783A JP 9242931 A JP9242931 A JP 9242931A JP 24293197 A JP24293197 A JP 24293197A JP H10184783 A JPH10184783 A JP H10184783A
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- E04H9/0215—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings involving active or passive dynamic mass damping systems
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- F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
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Abstract
に制振対象物(既設のビル、塔、配管、機器など)の振
動や、ポンプあるいは脈動などによる配管や機器の振動
を低減させることができる装置を提供することを目的と
する。 【解決手段】本発明に係る自己同調型制振装置は、
(A)球5と、球を挿入する球ケース3とからなり、
(B)制振対象物に取り付けることにより、制振対象物
の振動に同調した球5の円運動で、制振対象物の振動を
抑制することを特徴とする。
Description
ル、塔などの構造物の振動、ポンプや脈動などによる配
管の振動、あるいはモータなどによる機器の振動を抑制
させる装置に関する。
の動きにより対象物の振動が抑制されるものであり、風
などの定常的な外力に対しては球の円運動により対象構
造物の振動が抑制され、地震などの入力の大きい過渡的
な外力に対しては球と球ケースの衝突的な運動により対
象構造物の振動が抑制されるものであり、橋梁、煙突、
タワー、クレーンや配管などの一般の構造物に対しても
利用することが出来る。
は、従来のビル用制振装置(対策1)を示す図。図10
は、従来のビル用制振装置(対策2)を示す図。
3)を示す図。図12は、従来の配管用制振装置(対策
4)を示す図。図13は、従来の配管用制振装置(対策
5)を示す図。
(対策6)を示す図である。ビル、橋梁、塔など長大な
構造物は、柔軟で振動し易い構造となっており、風外力
を受けて振動が励起される。
り、大きな問題となることがある。その振動対策として
は、次のようなものがある。 (対策1)ビルを例にとると、図9に示すように、ビル
1の頂部あるいは頂部近くのビル内部に、マス10、ば
ね13、オイルダンパ−12から構成され、振動数をビ
ル1の振動数に同調させた制振装置(動吸振器と呼ばれ
る)を取り付け、振動を低減させる対策が挙げられる。 (対策2)また、図10に示すように、マス10をアク
チュエータ14により、振動を低減させるように作動さ
せる能動対策方式が採用されている。 (対策3)また、ポンプの運転や脈動などにより振動す
る配管などでは、従来、振動が大きい揚合には、配管8
の制振対策として図11に示すように母管6からサポー
ト15を設置したり、 (対策4)図12に示すように、固定台17を設けてオ
イルダンパ−12を設置するなどの対策を行っている。 (対策5)また、配管についてもビルと同様、図13に
示すように、対象配管の振動数に等しい振動数を持つ1
自由度系の振動体を取り付け、共振させて配管振動を低
減させる動吸振器として、マス10と平板ばね18から
構成される装置も適用されている。 (対策6)さらに、柱状構造物用制振装置として、図1
4に示すように、コイルばね13に吊り下げられたマス
10、およびマス10に設けられた溝20に挿入された
球5からなる制振装置も開発されている。
19と衝突し、大入力時にはマス10と柱状構造物19
と衝突して、振動エネルギーが衝突エネルギーに変換さ
れることにより、振動が低減されるものである。
は、次のような問題がある。 (1)ビル用対策(対策1) 所定の振動抑制効果を得るためには、振動数が調整され
た巨大なマス、ばね、オイルダンパーから構成される制
振装置が必要となり、最適に振動数を調整する手間、コ
ストなどの問題が多い。
である。 (2)ビル用対策(対策2) 大きなマスをアクチュエータで作動させる必要が有り、
多大なエネルギーが必要となり、コスト面からも問題で
ある。 (3)配管用対策(対策3) サポート15を設置するためには、サポート15を支持
するサポート取り付けバンド16が必要であり、複数の
配管が入り組んでいるような場所では、設置自体が困難
である。 (4)配管用対策(対策4) 制振用のオイルダンパ−12はコストが高く、また設置
するためには固定台17が必要となるなど、現場では容
易に設置することは難しい。
ンパー特性が変化するため、設置が困難である。 (5)配管用対策(対策5) ビル用の制振対策(対策1)同様、振動数を対象配管8
の振動数に同調させる必要があり、予め配管8の振動数
を測定し、動吸振器を設計、製作、調整する必要があ
る。 (6)柱状構造物用対策(対策6) 衝撃型の制振装置であるため、同じ質量比(制振装置マ
ス/対象構造物重量)では、動吸振器タイプ(対策1、
5)に比較し、制振効果が劣る。
衝撃音の発生が問題となる。本発明は、これらの問題を
解決することができる装置を提供することを目的とす
る。
(A)球と、球を挿入する球ケースとからなり、(B)
制振対象物に取り付けることにより、制振対象物の振動
に同調した球の円運動で、制振対象物の振動を抑制する
ことを特徴とする。 (第2の手段)本発明に係る自己同調型制振装置は、第
1の手段において、球を挿入する球ケースは、楕円型あ
るいは球型の殻を有することを特徴とする。
題点を解決するため、 (1)球と、球を挿入する楕円型あるいは球型の殻を有
するケースとで構成され、(2)ビル、塔などの構造
物、配管や機器に取り付け、 (3)制振対象物(ビル、塔、配管、機器など)の振動
に同調し、球の円運動により制振対象物の振動を抑制す
る装置である。 (4)制振対象物に設置するだけで固定板等の治具は必
要とせず、既設のビルや配管、機器などに対しても容易
に適用できる装置である。 (5)また、球が制振対象物の振動に同調して動く円運
動を利用した制振機構であるため、動吸振器のように振
動数を調整する必要は無く、 (6)さらに構成要素が球とケースであり、配管、機器
などで生じる高温の温度条件下においても使用可能な装
置である。 (第3の手段)本発明に係る自己同調型制振装置は、
(A)球35と、球ケース36と、装置ケース33とか
らなり、(B)前記球ケース36の内部には、球35が
運動自在に内在され、(C)前記装置ケース33の内部
には、球ケース36が運動自在に内在されるとともに、
該装置ケース33の内部床面には球ケース36が嵌まる
凹部が形成されたことを特徴とする。
の問題点を解決するため、球35と、球を挿入する球ケ
ース36と、内側で球ケースを転がすことのできる装置
ケース33とで構成され、ビル、塔などの構造物、配
管、機器に取り付ける。
ル、塔、配管、機器など)の振動に同調して、球の円運
動により対象構造物の振動を抑制し、地震などの入力の
大きな過渡的な外力に対しては、球と球ケースの衝突的
な振動により対象構造物の振動を抑制する装置である。
は、球が対象物の振動に同調して動く円運動を利用した
制振であり、動吸振器のように振動数を調整する必要が
無く、微少振動レベルからスムーズな制振効果が得られ
る。
振動に対しては、球35は球ケース36とともに装置ケ
ース33の中で衝突的に振動し、対象構造物の振動を低
減する機構となっており、微少レベルの振動から地震の
ような大レベルの振動まで制振することが可能である。
〜図8(制振対象を配管とした揚合)に示すように、球
5は楕円型の挿入殻を有する球ケース3に挿入され、球
ケース3は制振対象となるビル1や配管8に設置され
る。
楕円型挿入殻や球型挿入殻の中で円運動を起こす。 (2)入力が大きい揚合(対象構造物の振動レベルが大
きい場合)には、図4に示すように、球5は球ケース3
の側面で円運動を起こす。
運動を示し、図4(B)は制振対象物(ビル)の応答を
示す。図4(B)において、(1)は本発明装置を取付
けない場合の制振対象物(ビル)の応答であり、(2)
は本発明装置を取付けた場合の制振対象物(ビル)の応
答である。
幅を示す。 (3)入力が小さい揚合(対象構造物の振動レベルが小
さい揚合)には、図5に示すように、球5は球ケース3
の底面で円運動を起こす。
運動を示し、図5(B)は制振対象物(ビル)の応答を
示す。図5(B)において、(1)は本発明装置を取付
けない場合の制振対象物(ビル)の応答であり、(2)
は本発明装置を取付けた場合の制振対象物(ビル)の応
答である。
幅を示す。 (4)図中rは、円運動の半径であり、rが大きい程、
球5による制振効果は大きい。 (5)図6に入力と半径rの関係を示す。球5の回転に
より発生する遠心力FRと自重FG は次式で釣り合う。
力FR が大きくなり、自重FG に釣り合う力が大きくな
り、球5は球ケース3の側面で回転することができる。
合には、遠心力FR が小さくなり、自重FG に釣り合う
力が小さくなり、球5は球ケース3の底面で回転するこ
ととなるが、底面を楕円形になだらかなにすることによ
り、回転半径rを大きくすることができ、rに比例する
制振力を大きくすることができる。
象物(ビルなど)に対して、位相が約90度で回転し、
対象物に対して減衰力として作用し、対象物の振動は低
減される。 (6)本発明装置は、球5の挿入された球ケース3を対
象物(ビル、配管機器など)に取り付けるだけであり、
振動数の調整は必要無く、振動数の変化する対象物(架
設中の塔など)に対しても振動数の調整不要で用いるこ
とができる。 (7)また、球ケース3と球5は鉄などの金属で製作し
た場合には、高温に対しても問題は無く、配管や機器な
どの高温条件下においても本制振装置の適用が可能であ
る。 (請求項3の発明の作用)図15〜図19に示すよう
に、球35は球ケース36に挿入され、球ケース36は
球ケース受37上の、装置ケース33内に設置される。
と、球ケース36が球ケース受37から転がり出るかど
うかの転がり条件の関係を示す。 (A)風など比較的入力レベルが小さく、定常的な外力
の場合には、作用する加速度をα1 とすると、支点38
まわりのモーメントは式(1)のように表され、球35
と球ケースー36は球ケース受37から転がり出ない。
が作用した場合には、作用する加速度をα2 とすると、
支点38まわりのモーメントは式(2)のように表さ
れ、球35と球ケース36は球ケース受37から転がり
出て、球35は球ケース36とともに装置ケース33の
中で振動を始める。
的な外力に対する装置の制振効果を図17に示す。
5の円運動を示し、図17(B)は制振対象物(ビル)
の応答を示す。図17(B)において、(1)は本発明
装置を取付けない場合の制振対象物(ビル)の応答であ
り、(2)は本発明装置を取付けた場合の制振対象物
(ビル)の応答である。
合の球ケース33の中での球35の振幅を示す。球35
は球ケース36内で回転運動を起こし、対象構造物に対
して位相90度で回転し、球の遠心力が対象構造物に減
衰力として作用し、振動が抑制される。 (D)また、入力が大きく、過渡的な地震荷重に対する
装置の制振効果を図18および図19に示す。
ともに転がる場合であり、図18(B)は制振対象物
(ビル)の応答を示す。図18(B)において、(1)
は本発明装置を取付けない場合の制振対象物(ビル)の
応答であり、(2)は本発明装置を取付けた場合の制振
対象物(ビル)の応答である。
の球ケース33および球35の振幅を示す。図18に示
すように、大きな地震荷重が作用した場合には、球35
は球ケース36とともに、球ケース37から転がり出
て、装置ケース33内で衝突的な振動を起こし、対象構
造物の振動が低減される。
し、球35が球ケース36の中でのみ回転する場合の制
振効果である。図19(B)は制振対象物(ビル)の応
答を示す。
置を取付けない場合の制振対象物(ビル)の応答であ
り、(2)は本発明装置を取付けた場合の制振対象物
(ビル)の応答である。
の球35の振幅を示す。図19に示すように、球ケース
36が固定された場合には、球35の運動範囲は球ケー
ス36内に制約され、低減効果が減少する。本発明装置
は、振動数調整を必要とせず、架設中の主塔など振動数
の変化する構造物に対しても適用することが出来る。
8および図15〜図20に示す。 (第1の実施の形態)第1の実施の形態(制振対象をビ
ルとした場合)を図1〜図6に示す。
の設置図。図2は、第1の実施の形態の係る制振装置の
概要図。図3は、図2のA−A断面図。
振効果説明図(入力が大きい場合)。図5は、本発明の
制振装置の球の動きと制振効果説明図(入力が小さい場
合)。
す図である。本発明に係る制振装置の球5は、楕円型の
挿入殻を有する球ケース3に挿入され、球ケース3は、
制振対象となるビル1の頂部あるいは頂部付近の内部に
設置される。
すいように分割されており、分割された球ケース3は、
ボルト4で接合されている。ビル1が振動すると、球5
は球ケース3の楕円型挿入殻の中で滑らかに円運動を起
こす。
っており、小さい入力(対象構造物の振動レベルが小さ
い揚合)でも回転半径rを大きくとることができ、大き
な制振力を得ることができる。 (第2の実施の形態)第2の実施の形態(制振対象を配
管とした場合)を図7〜図8に示す。
の設置図(本発明による自己同調型制振装置の配管への
適用例を示す図)。図8は、図7のB−B断面図であ
る。
殻を有する同じく1個あるいは複数個の球ケース3に挿
入され、球ケース3は制振対象となる配管8に取り付け
られる。
入と取付とを考慮して分割されており、分割された球ケ
ース3は、ボルト4で接合される。配管8が振動する
と、球5は球ケース3の球型挿入殻の中で円運動を起こ
す。
大きな加速度が得られるため(問題となる場合は配管8
の振動レベルが大きい揚合が多い)、球ケース3の球5
の挿入殻は底面も球形の球型を用いている。
ン、ゴム、プラスチック、金属などの材料を選定して貼
り付けることにより、対象構造物と球5との振動位相を
調整することができる。 (第3の実施の形態)本発明の第3の実施の形態(制振
対象をビルとした場合)を図1、および、図15〜図2
0に示す。
の設置図。図15は、第3の実施の形態にに係る自己同
調型制振装置の概略図。図16は、図15のA−A断面
図。
荷重の揚合)。図18は、球の動きと制振効果説明図
(地震荷重の場合、球ケース可動)。図19は、球の動
きと制振効果説明図(地震荷重の場合、球ケース固
定)。
条件の関係を示す図である。図16〜図20に示すよう
に、球35は球ケース36に挿入され、球ケース36は
球ケース受37上の装置ケース33内に設置される。
用の衝突緩衝材としてクッション34が設置されてい
る。風などの比較的入力レベルの小さい外力に対して
は、球35は球ケース36内で回転運動し、対象構造物
の振動を抑制する。
ては、球35は球ケース36とともに球ケース受37か
ら転がり出て、装置ケース33内で衝突振動を起こして
対象構造物の振動を抑制する。
で、以下に記載するような効果を奏する。 (請求項1および請求項2の発明の効果) (1)図4、図5に示すように、本発明装置により、風
外乱によるビル、塔などの構造物の振動や、ポンプある
いは脈動などによる配管や機器の振動を低減させること
ができる。 (2)制振装置は対象構造物に設置するだけであり、容
易に既設のビル、塔、配管、機器などに対しても適用可
能である。 (3)球と球ケースで構成されるコンパクトで小規模で
あるため、ばねやダンパーなど不要であり、低コストで
ある。 (4)アクチュエータなどの電源を必要とするものを構
成部品に含まないため、供給エネルギーを必要としな
い。 (5)本発明装置では、球が球ケース内を回転するだけ
であり、メンテナンス・フリーである。 (6)本発明装置はコンパクトで小規模であるため、低
コストである。 (7)サポートやバンド等が不要であり、設置スペース
の少ない場所に対しても容易に設置可能である。 (8)金属からなる球と球ケースで構成した場合には、
高温条件下においても使用可能であり、高温条件下で用
いられる配管や機器にも適用できる。 (9)制振装置の振動数調整が不必要であり、振動数が
変化する架設中の塔などの構造物に対しても適用可能で
ある。 (10)球ケースの形状に楕円形状を用いることによ
り、振動レベルの小さい微少振動レベルでも大きな制振
効果を得ることができる。 (11)衝撃面が無いため磨耗の問題が発生しない。 (請求項3の発明の効果) (1)図17に示すように、本発明の制振装置は、風外
力によるビル、塔の振動、ボンプ振動による配管振動な
ど、定常的な構造物の振動を、球の円運動で低減させる
ことができる。 (2)図18に示すように、本発明の制振装置は、地震
外力のような比較的入力レベルが大きく、過渡的な外力
による振動を、球と球ケースの衝突振動により低減させ
ることができる。 (3)本発明の制振装置は、対象構造物に設置するだけ
であり、容易に既設のビル、塔、機器、配管などに設置
可能である。 (4)本発明の制振装置は、球、球ケース、装置外ケー
スで構成され、コンパクトで小規模であるため、ばねや
ダンパーなどが不要であり、低コストである。 (5)アクチュエータなどの電源を必要とするものを構
成部品に含まないため、供給エネルギーを必要としな
い。 (6)本発明の制振装置は、球が球ケース内を転がるだ
けであり、メンテナンス・フリーである。 (7)本発明の制振装置は、振動数調整が不要であり、
振動数の変化する架設中の塔などの構造物に対しても容
易に適用可能である。 (8)本発明の制振装置は、微少レベルの振動に対して
は球の円運動で制振を行い、大レベルの振動に対しては
球と球ケースの衝突振動で制振を行うため、入力レベル
の大小に関係なく振動を低減することができる。
置図(ビルへの適用例)。
明図(入力が大きい場合)。
明図(入力が小さい場合)。
置図(配管への適用例)。
す図。
設置図(ビルへの適用例)。
合)。
合、球ケース可動)。
合、球ケース固定)。
示す図。
Claims (3)
- 【請求項1】(A)球(5)と、球を挿入する球ケース
(3)とからなり、(B)制振対象物に取り付けること
により、制振対象物の振動に同調した球(5)の円運動
で、制振対象物の振動を抑制することを特徴とする自己
同調型制振装置。 - 【請求項2】球(5)を挿入する球ケース(3)は、楕
円型あるいは球型の殻を有することを特徴とする請求項
1記載の自己同調型制振装置。 - 【請求項3】(A)球(35)と、球ケース(36)
と、装置ケース(33)とからなり、(B)前記球ケー
ス(36)の内部には、球(35)が運動自在に内在さ
れ、(C)前記装置ケース(33)の内部には、球ケー
ス(36)が運動自在に内在されるとともに、該装置ケ
ース(33)の内部床面には球ケース(36)が嵌まる
凹部が形成されたことを特徴とする自己同調型制振装
置。
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