JPH0666044A - 制振壁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】構造物の柱２、梁３間部分において、風や地震
等による幅広い種類の揺れを常時安定的に制振する。 【構成】梁３側にフレーム１０を固着し、壁５側に補助
フレーム１１を固着する。フレーム１０と補助フレーム
１１間を接続する形で電圧に応じて粘弾性が可変なエネ
ルギ吸収体１２を装着し、通常（非地震時）は、電圧制
御装置１５を介してフレーム１０と補助フレーム１１間
に電圧印加して、粘弾性ダンパ６により壁５を剛支持さ
せておく。振動センサ９が構造物１の振動を検知したな
ら、フレーム１０と補助フレーム１１間の電圧を上下す
ることによりエネルギ吸収体１２を該振動を吸収するに
最適な粘弾性に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造物の柱梁部分に組
み込まれて制振効果を発揮することの出来る制振壁装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、地震や風等により構造物に生じる
揺れを抑えるために各種の制振装置が提案されている
が、そのいずれもが構造物の基礎の部分に組み込んだも
のが多い。しかし、こうした方法の他に、構造物の各層
において振動を吸収することの出来る制振装置があれ
ば、個々の制振性能が比較的小型のものでも有効に作用
することが出来、そうした装置の開発が望まれていた。
そこで、各階の壁と柱を間隙を介して形成し、当該壁を
梁に対して適当なるダンパを介して接続し、地震に際し
て生じる揺れを、該ダンパを構成するエネルギ吸収体の
粘弾性及び塑性歪エネルギ等により吸収せんとする制振
壁装置の提案がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでこういった制
振壁装置において、所謂パッシブ系の制振を行おうとす
ると、風や中小地震による小さな揺れから大地震時の大
きな揺れまでカバー出来るような装置を製作するのは極
めて困難である。このため、通常、小さな揺れは粘性ダ
ンパの粘性により吸収させて、他方大きな揺れは鋼材ダ
ンパ、摩擦ダンパ、鉛ダンパ等の弾塑性ダンパにより吸
収させる、といったように、複数のダンパを設定してお
かなけれなばならなくなる。こうしたパッシブ系制振に
対して最近、建物の剛性や減衰性を時々刻々と変化させ
て揺れを制御せんとする所謂セミアクティブ型の制振が
各種試案されている。しかし、こうしたセミアクティブ
型の制振において、建物の剛性や減衰性の連続的な可変
や任意の大きさへの可変を行うのは装置の製作上なかな
か難しく、建物に生じる大小の揺れに対応してこれを常
時有効に制振するのは困難を極めることであった。そこ
で本発明は、上記事情に鑑み、簡便な方法であり乍ら、
建物に発生し得る幅広い種類の大小の揺れに常時連続的
且つ有効に対応することが出来るようにした、制振壁装
置を提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、複数の
柱（２）及び梁（３）を有し、それ等柱（２）及び梁
（３）の内、互いに隣接する柱（２）及び梁（３）間に
耐震要素部材（５）を設けた構造物（１）において、前
記梁（３）に第１の電極（１０）を設け、前記耐震要素
部材（５）に第２の電極（１１）を設け、前記第１と第
２の電極（１０）、（１１）との間に、電圧に応じて粘
弾性が可変な粘弾性材料からなるエネルギ吸収体（１
２）を設け、前記第１と第２の電極（１０）、（１１）
に前記エネルギ吸収体（１２）の粘弾性調整手段（１
３）、（１５）を、前記第１と第２の電極（１０）、
（１１）間の電圧を上下させることにより前記エネルギ
吸収体（１２）の粘弾性を増減させ得るように接続し
て、構成される。なお、（ ）内の番号等は、図面にお
ける対応する要素を示す、便宜的なものであり、従っ
て、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではな
い。以下の

【作用】の欄についても同様である。

【０００５】

【作用】上記した構成により、本発明は、振動の大きさ
に応じて第１と第２の電極（１０）、（１１）間の電圧
を時々刻々と上下させて、エネルギ吸収体（１２）を、
当該振動を吸収するに最適な粘弾性に変えるように作用
する。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は本発明による制振壁装置の１実施例を示す
図、図２は粘弾性ダンパの一例を示す側面図、図３は粘
弾性ダンパの別の例を示す側面図、図４は粘弾性ダンパ
のエネルギ吸収体の一例を示す模式図である。

【０００７】構造物１は、図１に示すように、所定の間
隔で立設された柱２を有しており、各柱２間にはそれ等
柱２間を接続する形で梁３が水平に設けられている。図
中左右方向に隣接する柱２、２及び上下方向に隣接する
梁３、３間に囲まれた空間にはプレキャストコンクリー
ト製の壁５が、図中上方の梁３に接続された形で設けら
れており、壁５の図中下縁部５ｄと当該下縁部５ｄに隣
接した梁の上面３ｄの間には、制振壁装置６０を構成す
る粘弾性ダンパ６が梁３と壁５間を接続する形で設けら
れている。なお、壁５の粘弾性ダンパ６に支持された部
位以外の図中両側縁部５ｃ、５ｃ及び下縁部５ｄは、周
囲の柱２及び梁３との間に間隙９が形成されている。

【０００８】粘弾性ダンパ６は、図２に示すように、電
気絶縁材からなるベースプレート７を介して梁３側に固
着された断面コ字形の金属性のフレーム１０が、部材装
着面１０ａ、１０ａを互いに対向しかつ図中紙面と直角
方向に伸延する形で設けられており、部材装着面１０
ａ、１０ａ間には断面がＴ字形の金属性の補助フレーム
１１が部材装着面１１ａ、１１ａをフレーム１０の部材
装着面１０ａ、１０ａに対向させて且つ図中紙面と直角
方向に伸延する形で設けられている。即ちフレーム１０
と補助フレーム１１とは、部材装着面１０ａと部材装着
面１１ａとが互いに対向し合う形で梁幅方向である図２
中矢印Ｃ、Ｄ方向に一対に並んで配置し、且つ粘弾性ダ
ンパ６に設定された制振方向である図１中矢印Ａ、Ｂ方
向に共に伸延している。補助フレーム１１の図中上部は
電気絶縁材からなるベースプレート１６を介して壁５の
下縁部５ｄに固着されており、各部材装着面１０ａ、１
１ａ間には粘弾性材料からなるエネルギ吸収体１２が図
２中矢印Ｃ、Ｄ方向に両装着面１０ａ、１１ａ間を接続
する形で、即ち図２に示す実施例においては図１中紙面
と平行に積層する形で２枚設けられている。粘弾性ダン
パ６に装着されたエネルギ吸収体１２には、図４に示す
ように、ゴム等による母材１２０中に誘電体微粒子１９
が満遍なく分散する形で混入されており、即ちエネルギ
吸収体１２は、電圧を加えることにより誘電体微粒子１
９が分極して、それぞれの微粒子１９の＋−が引き付け
合い母材１２０中で固定化されてこれによりエネルギ吸
収体１２全体の剛性が増す形で粘弾性が調整され得るよ
うに構成されているものである。また、粘弾性ダンパ６
にはエネルギ吸収体１２の図２中上下部分に間隙１７、
１７が形成されている。

【０００９】また、前記梁３には、図１に示すように、
構造物１の振動を検出する振動センサ１３が設けられて
おり、振動センサ１３には、電圧制御装置１５が接続し
ている。電圧制御装置１５は各粘弾性ダンパ６のフレー
ム１０と補助フレーム１１とに接続されており、そし
て、電圧制御装置１５は、図１に示す実施例においては
フレーム１０を陰極とし且つ補助フレーム１１を陽極と
して、エネルギ吸収体１２に、任意の電圧を印加するこ
とが出来るように構成されている。

【００１０】構造物１等は以上のような構成を有するの
で、通常、構造物１に振動が生じていないときには、電
圧制御装置１５を介してフレーム１０と補助フレーム１
１を電極として、エネルギ吸収体１２に所定の電圧ＶＨ
を印加しておく。すると、該通常時にはエネルギ吸収体
１２に所定の電圧ＶＨが印加されることにより、それぞ
れの誘電体微粒子１９が分極して＋−引き付け合いこれ
により前述したように剛性が保持される形で、エネルギ
吸収体１２が剛状態を呈する。なお、該通常時には、壁
５は梁３に対して剛状態のエネルギ吸収体１２を介して
支持されることにより、構造物１内で生じる人為的振動
（機械設備、運動施設等により発生し得る振動）や構造
物１外で生じる振動（車両走行等による地盤振動）に起
因して、壁５等が不必要に揺れ動くことは防止されてい
る。

【００１１】そして次に、地震や風等で構造物１が水平
な矢印Ａ、Ｂ方向に振動したとすると、梁３と壁５との
間で矢印Ａ、Ｂ方向に相対的な振動が生じ、該振動を振
動センサ１３が検知して振動検知信号Ｓ１を電圧制御装
置１５に出力する。これを受けて電圧制御装置１５は、
エネルギ吸収体１２の電圧ＶＨを、構造物１の振動に適
合した適宜な電圧ＶＬに設定変更する。すると、エネル
ギ吸収体１２は電圧制御装置１５により設定された電圧
ＶＬに応じて粘弾性が変化する。即ち、通常は電圧ＶＬ
は電圧ＶＨに比して低く設定されて、これにより、それ
ぞれの誘電体微粒子１９のそれぞれの＋−が互いに引き
付けあう力が弱まり、エネルギ吸収体１２は弾性変形し
得る形の柔軟な部材状態を呈する。そしてエネルギ吸収
体１２は構造物１の振動を吸収するに最も適した粘弾性
を発現し、この状態で、構造物１の振動を減衰させるよ
うにエネルギ吸収体１２が変形することにより、当該構
造物１の振動エネルギは速やかに吸収される。即ち、構
造物１が振動する際には、梁３と壁５との間で矢印Ａ、
Ｂ方向に相対的な振動が生じることにより、梁３側に固
着された形のフレーム１０と壁５側に固着された形の補
助フレーム１１とが矢印Ａ、Ｂ方向に相対的に移動しよ
うとする。すると、フレーム１０と補助フレーム１１及
びエネルギ吸収体１２とは振動方向である矢印Ａ、Ｂ方
向に共に伸延する形になっていることから、当該振動に
よる梁３と壁５との相対的な移動動作はエネルギ吸収体
１２が矢印Ａ、Ｂ方向全長（即ち制振方向全面）におい
て変形することにより吸収される形で、円滑に減衰させ
られる。

【００１２】こうして、構造物１の揺れが収まり、振動
センサ１３がこれを検知したなら、電圧制御装置１５を
介してエネルギ吸収体１２に印加される電圧ＶＬが電圧
ＶＨに復元されて、再び粘弾性ダンパ６が剛部材として
壁５を支持し続ける。即ち、エネルギ吸収体１２は、電
圧制御装置１５を介して電圧上下されることにより任意
の粘弾性を自在に発現することが出来るので、粘弾性ダ
ンパ６により構造物１に生じる幅広い種類の振動を選択
的に減衰させて、効率良く制振することが出来る。

【００１３】なお、上述した実施例においては、制振壁
装置６０を構成する粘弾性ダンパ６は図２に示すよう
に、断面がコ字形のフレーム１０と断面がＴ字形の補助
フレーム１１との間に２枚のエネルギ吸収体１２、１２
が装着されて、構成されている例を述べたが、粘弾性ダ
ンパ６には、さらに多くのエネルギ吸収体１２が装着さ
れていても良い。即ち例えば、図３に示すように、フレ
ーム１０’と補助フレーム１１’とを、部材装着面１０
ａ’、１１ａ’が一対ずつ対向し合って制振方向に直交
する方向である図３中矢印Ｃ、Ｄ方向に複数（図３にお
いては５対）並ぶ形になるように、それぞれ形成してお
き、各部材装着面１０ａ’、１１ａ’間にエネルギ吸収
体１２を装着して粘弾性ダンパ６’を構成するようにし
ても良い。すると、図３に示す粘弾性ダンパ６’は、図
２に示す粘弾性ダンパ６に比して部材装着面１０’、１
１’が増えることにより、エネルギ吸収体１２の制振面
（即ち図１中紙面と平行方向に複数積層して、構造物１
の振動エネルギを吸収し得る面）の面積総和が増えて、
粘弾性ダンパ６’が一層効率良く振動エネルギを吸収す
ることが出来る。そして、各エネルギ吸収体１２を薄型
にすることが出来るので、ダンパの省スペース化を図る
ことが可能になる。また、このように薄型のエネルギ吸
収体１２をいくつも装着した粘弾性ダンパ６’は制振面
の面積総和を大きく出来ることにより、振動振幅が小さ
な振動を即時に減衰させるのにも有効であり、従って、
粘弾性ダンパ６’を地震時以外に構造物１に発生する日
常微振動等の制振に用いることも可能となる。なお、エ
ネルギ吸収体１２は、その母材１２０がゴム等の粘弾性
部材であることから、全く電圧を印加されていない状態
においても、当該エネルギ吸収体１２自体で形状を維持
することが出来、取扱いが容易であり、故に、粘弾性ダ
ンパ６（６’）を成型する際には、単にフレーム１０と
補助フレーム１１間に予め板状に形成したエネルギ吸収
体１２を挾着するだけで簡単にこれを行うことが出来
る。従ってエネルギ吸収体１２の板厚を変更することに
より、粘弾性ダンパ６（６’）の製造上並びに施工上の
工程が複雑化される懸念はない。また、図２及び図３に
示す実施例においては、粘弾性ダンパ６（６’）は梁３
の上面３ｄ側と壁５の下縁部５ｄとの間に設けられて、
制振壁装置６０（６０’）が構成される例を述べたが、
粘弾性ダンパ６（６’）は壁５の上側と梁３の下側との
間に配置されていても良い。また、実施例においては振
動センサ１３が梁３上に設けられている例を述べたが、
該振動センサ１３や電圧制御装置１５の設置位置は任意
に設定されて何等差し支えなく、さらに、振動センサ１
３と電圧制御装置１５には複数の粘弾性ダンパ６が接続
されていても良い。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の柱２及び梁３を有し、それ等柱２及び梁３の内、
互いに隣接する柱２及び梁３間に壁５等の耐震要素部材
を設けた構造物１において、前記梁３にフレーム１０等
の第１の電極を設け、前記耐震要素部材に補助フレーム
１１等の第２の電極を設け、前記第１と第２の電極との
間に、電圧に応じて粘弾性が可変な粘弾性材料からなる
エネルギ吸収体１２を設け、前記第１と第２の電極に、
振動センサ１３、電圧制御装置１５等の前記エネルギ吸
収体１２の粘弾性調整手段を、前記第１と第２の電極間
の電圧を上下させることにより前記エネルギ吸収体１２
の粘弾性を増減させ得るように接続して構成したので、
振動の大きさに応じて第１と第２の電極間の電圧を時々
刻々と上下させて、エネルギ吸収体１２を、当該振動を
吸収するに最適な粘弾性に変えることが出来る。従っ
て、エネルギ吸収体１２は柱２、梁３間のような限られ
たスペース内で高効率且つ安定的な制振性を常時発揮す
ることが出来る。そして、エネルギ吸収体１２を、構造
物１に生じる各種の振動を吸収させるに最適な粘弾性に
調整することが、粘弾性調整手段を介して単に電圧を上
下させるだけの簡便な方法により容易に出来るので、構
造物１に振動がない時にはエネルギ吸収体１２の剛な状
態を保持することにより、該剛な状態のエネルギ吸収体
１２を介して耐震要素部材を剛支持させて、そして、構
造物１に各種の振動が生じた時には、エネルギ吸収体１
２を柔軟な状態、即ち当該振動を吸収するに最も適した
任意の粘弾性に調整して、該構造物１の振動を各階の柱
２及び梁３間と耐震要素部材との間でそれぞれエネルギ
吸収体１２に吸収させることにより効率的に減衰させる
ことが出来る。従って、耐震要素部材をエネルギ吸収体
１２を用いたダンパにより梁３に接続して柱２梁３間に
組み込んでおくことにより、風や小地震による通常の揺
れから大地震時の大きな揺れまでの幅広い種類の揺れに
常時連続的に対応することが簡便に出来るので、本発明
による制振壁装置を適用した構造物１は常時安定的且つ
優れた制振性を発揮することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による制振壁装置の１実施例を示す図で
ある。

【図２】粘弾性ダンパの一例を示す側面図である。

【図３】粘弾性ダンパの別の例を示す側面図である。

【図４】粘弾性ダンパのエネルギ吸収体の一例を示す模
式図である。

【符号の説明】

１……構造物 ２……柱 ３……梁 ５……壁（耐震要素部材） ６０（６０’）……制振壁装置 １０（１０’）……フレーム（第１の電極） １１（１１’）……補助フレーム（第２の電極） １２……エネルギ吸収体 １３……振動センサ（剛性調整手段） １５……電圧制御装置（剛性調整手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の柱及び梁を有し、それ等柱及び梁の
   内、互いに隣接する柱及び梁間に耐震要素部材を設けた
   構造物において、 前記梁に第１の電極を設け、 前記耐震要素部材に第２の電極を設け、 前記第１と第２の電極との間に、電圧に応じて粘弾性が
   可変な粘弾性材料からなるエネルギ吸収体を設け、 前記第１と第２の電極に前記エネルギ吸収体の粘弾性調
   整手段を、前記第１と第２の電極間の電圧を上下させる
   ことにより前記エネルギ吸収体の粘弾性を増減させ得る
   ように接続して構成した、制振壁装置。