JP2015183723A - チューンドマスダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】設置済みのラック式自動倉庫などの構造体に脱着可能かつ容易に取り付けることができ、簡単な機構で複数の方向の振動を吸収することが可能なチューンドマスダンパーを提供する。【解決手段】本開示の一実施形態のチューンドマスダンパーは、第１面及び第１面に対向する第２面を有する粘弾性体と、粘弾性体の第１面に取り付けられたマスと、構造体への取付けに適合しており粘弾性体の第２面に取り付けられた架台フレームとを備える。【選択図】図１Ｂ

Description

本開示はチューンドマスダンパーに関する。

建物、ラック式自動倉庫、什器などの地震による揺れを軽減し、これらの構造体の倒壊、転倒などを防止する技術として、一般に耐震、免震及び制振の３つが知られている。

「耐震」とは、地震力に耐える強度を有する構造に関し、柱、梁、壁などの構造部材を弾性的又は弾塑性的に地震力に耐えるようにする技術である。「免震」とは、地震振動が構造体に直接伝達されないように構造体を基礎等から分離又は絶縁する構造に関し、基礎と構造体の間に積層ゴム等の装置を設置して地盤と構造体を分離し、構造体の固有振動周期を長周期化することにより、地震の振動との共振を防止する技術である。「制振」とは地震エネルギーをダンパーなどに吸収させて振動を弱める構造に関し、建物、ラックなどの各階若しくは各段又は頂部にダンパーを設置し、構造体に入力された地震エネルギーをダンパーに吸収させることにより、構造体の振動及び破損を防止又は低減する技術である。

チューンドマスダンパー（ＴＭＤ）は制振装置の一つであり、構造体の頂部などに付加質量（マス）を付与し、そのマスを構造体の振動方向とは逆の方向に振動させることにより構造体の振動を抑制する。チューンドマスダンパーは、ラック式自動倉庫などにおいて、地震による荷崩れ又はパレットの落下などを防止する目的で、ラックの頂部又は各段に取り付けられて使用されている。

特許文献１（特開２０１３−１８０８６９号公報）は、「ラックに設けられる制振装置であって、水平１方向に摺動可能に支持された付加質量と、前記付加質量の摺動方向の変位を抑制するダンパーとを備えており、前記付加質量は、制振対象物の固有振動数と非同調の状態で支持されていることを特徴とするラック制振装置」を記載している。

特許文献２（特開２０１３−２３７５４２号公報）は、「構造物に脱着可能に取付けられる架台と、前記架台上に支持され、水平方向に移動可能なマスとを備え、前記架台が、前記構造物の柱間に架橋されるフレームと、前記フレーム間に設けられ、前記マスを移動可能に支持するガイドと、第１の端部において前記ガイドに、第２の端部において前記マスにそれぞれ回動可能に取付けられるダンパーと、第１の端部において前記ガイドに、第２の端部において前記マスにそれぞれ取付けられる復元部材と、前記フレームと前記ガイドの接合部近傍の外側に設けられ、前記構造物の柱を把持する展開可能な固定部材とを備えることを特徴とする制振装置」を記載している。

特開２０１３−１８０８６９号公報 特開２０１３−２３７５４２号公報

オイルダンパーを用いたチューンドマスダンパーは、吸収可能な振動の方向がダンパーの作動方向に限定される。そのため、通常は構造体が最も大きく振動する方向にダンパーの作動方向が概ね合致するようにチューンドマスダンパーが取り付けられる。複数の方向、例えば直交する２方向の振動を吸収可能な構造とする場合、オイルダンパーに加えて複雑な機構を必要とする。例えば、特許文献２では複数のオイルダンパーが回動可能に取り付けられている。このような複雑な機構を用いると、チューンドマスダンパーの製造コストを上昇させるだけではなく、振動吸収に関係しない余計な負荷を構造体に与えることになる。

本開示は、設置済みのラック式自動倉庫などの構造体に脱着可能かつ容易に取り付けることができ、簡単な機構で複数の方向の振動を吸収することが可能なチューンドマスダンパーを提供する。

本開示の一実施形態によれば、第１面及び前記第１面に対向する第２面を有する粘弾性体と、前記粘弾性体の前記第１面に取り付けられたマスと、構造体への取付けに適合しており前記粘弾性体の前記第２面に取り付けられた架台フレームとを備えるチューンドマスダンパーが提供される。

本開示のチューンドマスダンパーは、粘弾性体をマスと構造体を繋ぐ連結部材及び振動吸収部材として使用することにより、複雑な機構を要することなく、複数の方向、例えば直交する２つの方向の振動を吸収することができる。また、チューンドマスダンパーにおけるマスの質量比を高めることができるため、構造体に掛かる負荷をより低くしつつ、高い振動吸収性能を達成することができる。本開示のチューンドマスダンパーは、架台フレームを備えているため、構造体へ脱着可能かつ容易に取り付けることができる。

なお、上述の記載は、本発明の全ての実施形態及び本発明に関する全ての利点を開示したものとみなしてはならない。

本開示の第１実施形態のチューンドマスダンパーの上面図である。 本開示の第１実施形態のチューンドマスダンパーの側面図である。 本開示の第１実施形態のチューンドマスダンパーを構成する粘弾性体の拡大側面図である。 本開示の第２実施形態のチューンドマスダンパーの上面図である。 本開示の第２実施形態のチューンドマスダンパーの側面図である。 図２Ｂの面Ａに沿った本開示の第２実施形態のチューンドマスダンパーの断面図である。 例１Ａ、例１Ｂ及び比較例１のＸ方向の最大変位を示すグラフである。 例１Ａ及び例１ＢのＸ方向の変位低減率を示すグラフである。 例１Ａ、例１Ｂ及び比較例１のＸ方向の最大加速度を示すグラフである。 例１Ａ及び例１ＢのＸ方向の加速度低減率を示すグラフである。 例１Ａ、例１Ｂ及び比較例１のＹ方向の最大変位を示すグラフである。 例１Ａ及び例１ＢのＹ方向の変位低減率を示すグラフである。 例１Ａ、例１Ｂ及び比較例１のＹ方向の最大加速度を示すグラフである。 例１Ａ及び例１ＢのＹ方向の加速度低減率を示すグラフである。 例２Ｃ、例２Ｄ及び比較例２のＸ方向の最大変位を示すグラフである。 例２Ｃ及び例２ＤのＸ方向の変位低減率を示すグラフである。 例２Ｃ、例２Ｄ及び比較例２のＸ方向の最大加速度を示すグラフである。 例２Ｃ及び例２ＤのＸ方向の加速度低減率を示すグラフである。 例２Ｃ、例２Ｄ及び比較例２のＹ方向の最大変位を示すグラフである。 例２Ｃ及び例２ＤのＹ方向の変位低減率を示すグラフである。 例２Ｃ、例２Ｄ及び比較例２のＹ方向の最大加速度を示すグラフである。 例２Ｃ及び例２ＤのＹ方向の加速度低減率を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明の代表的な実施形態を例示する目的でより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。添付図面において、同一符号を付した要素は同様の構成又は機能を有することが意図される。

本開示の一実施形態のチューンドマスダンパーは、第１面及び前記第１面に対向する第２面を有する粘弾性体と、前記粘弾性体の前記第１面に取り付けられたマスと、構造体への取付けに適合しており前記粘弾性体の前記第２面に取り付けられた架台フレームとを備える。

図１Ａは、本開示の第１実施形態のチューンドマスダンパーの上面図である。チューンドマスダンパー１は、マス１０、粘弾性体２０及び架台フレーム３０を備えており、直交するＸ方向及びＹ方向の振動を吸収することができる。図１Ａには任意の構成要素であるマス支持部材４０も図示されている。ラック式自動倉庫は、支柱３に取り付けられたはね出し部４によって支持された腕木２を備えている。離間した隣り合う２つの腕木２、及びこれらの２つの腕木２がはね出し部４を介して取り付けられた４つの支柱３が荷室を画定し、腕木２はパレットの載置に利用される。チューンドマスダンパー１は、離間した隣り合う２つの腕木２を橋架けるように、架台フレーム３０を介してラック式自動倉庫に設置されており、マス１０は粘弾性体２０の変形によりＸ方向及びＹ方向に移動可能である。チューンドマスダンパー１はラック式自動倉庫の頂部に設けてもよく、任意の段（荷室）に設けてもよい。

図１Ａでは複数の粘弾性体２０が示されているが、別の実施形態では、チューンドマスダンパーに含まれる粘弾性体が１つのみであってもよい。この場合、粘弾性体の中心がマスの重心と一致するように粘弾性体がマスに取り付けられる。図１Ａに示されるように、複数の粘弾性体２０がマス１０に取り付けられる場合、これらの粘弾性体はマスの重心の周りに対称に配置されることが望ましい。図１Ａに示されるように、任意の構成要素であるマス支持部材４０は、マスの重心の周りに対称で弾性体２０と交互に配置されることが望ましい。

図１Ｂは、図１Ａに示す本開示の第１実施形態のチューンドマスダンパーをＹ方向から見た側面図である。図１Ｂに示されるように、本開示の第１実施形態のチューンドマスダンパー１ではマス１０が粘弾性体２０の上方に位置する。第１実施形態のチューンドマスダンパーは、架台フレームの構造を比較的簡単にすることができるため、低プロファイル（薄型）化又はマス以外の部材の軽量化が可能である。このような低プロファイル化又は軽量化は、設置空間、構造体の耐荷重などに制約がある場合に特に有利である。マス１０は結束ネジ１２及びナット１３で固定された複数の金属板１１を含む。金属板１１として、質量当たりの単価、強度、耐久性などを考慮して、一般に鋼板、ステンレス板などが使用される。金属板にショットブラスト処理を行ってもよい。複数の金属板をマスとして使用する実施形態では、チューンドマスダンパーの設置後に、荷室の使用状況の変化、例えば荷物の量の変化などに応じて、マスの質量を変更することができる。別の実施形態では、マスを１枚の金属板又は１つの金属ブロックで構成することができる。マスを構成する材料として、コンクリート、液体封入容器など、その他の材料又は構造物を使用することもできる。

マスの形状は様々であってよいが、マスの重心に対して、又はマスの重心の周りに、対称な形状であることが望ましい。例えばマスの厚さ及び材質が全体にわたって実質的に一定である場合、マスを鉛直方向から見た平面形状を円形、正方形、長方形、六角形、これらの多角形の角を切り落とした形状などとすることができる。マスの質量は、チューンドマスダンパーを設置する構造体の全質量（荷物なども含む）、強度及び固有振動数、粘弾性体の粘弾性特性などを考慮して決定することができる。マスの質量を、例えば構造体の全質量の約１％以上、又は約５％以上、約３０％以下、又は約２０％以下とすることができる。１つの構造体に複数のチューンドマスダンパーが設置される場合は、複数のチューンドマスダンパーに含まれるマスの質量の合計を、例えば構造体の全質量の約１％以上、又は約５％以上、約３０％以下、又は約２０％以下とすることができる。構造体が一般的なラック式自動倉庫である場合、マスの質量を、例えば約１００ｋｇ以上、又は約２００ｋｇ以上、約２０００ｋｇ以下、又は約１５００ｋｇ以下とすることができる。

架台フレーム３０は、腕木２を固定用治具３１の凹部に嵌めこむことによりラック式自動倉庫に取り付けられている。固定用治具３１は取付ネジ３２及びナット３３により架台フレーム３０の底面に固定されている。代替実施形態として、固定用治具を架台フレームと一体に形成してもよい。架台フレーム及び固定用治具は、強度、耐久性などを考慮して一般に鋼材、繊維強化プラスチックなどで形成される。

図１Ｃは、図１Ｂに示す粘弾性体２０の拡大側面図である。粘弾性体２０は複数の粘弾性材料層２１とこれらの粘弾性材料層の間に介在する中間支持板２２を含む。最上部の粘弾性材料層２１はマス取付板２３に、最下部の粘弾性材料層２１は架台フレーム取付板２４にそれぞれ接着されている。マス取付板２３は取付ネジ２５によりマス１０に固定されている。架台フレーム取付板２４は取付ネジ２６及びナット２７によって架台フレーム３０に固定されている。

中間支持板、マス取付板及び架台フレーム取付板は、強度及び剛性を有する材料であることが望ましく、鋼板、ステンレス板、アルミめっき鋼板、亜鉛めっき鋼板、エポキシ塗装鋼板などの鉄素材を含む金属板、又は亜鉛、アルミ、チタンなどの金属板であってよい。これらの金属板にショットブラストなどの機械表面処理、プライマー処理などの化学表面処理などを行ってもよい。粘弾性体を、中間支持板を用いずに１つの粘弾性材料層で構成することもできる。粘弾性材料層を構成する材料が接着性を有する場合は、マス取付板、架台フレーム取付板及び／又は中間支持板に直接接触させてこれらの板に粘弾性材料層を接着することができる。接着剤を別途用いて粘弾性材料層をマス取付板、架台フレーム取付板及び／又は中間支持板に接着してもよい。マス取付板及び／又は架台フレーム取付板を使用せずに、粘弾性材料層を粘弾性体として直接マス及び／又は架台フレームに接着することもできる。

粘弾性材料層は１つの粘弾性材料シートで構成されてもよく、複数の粘弾性材料シートの積層体であってもよい。粘弾性材料シートの積層体は、複数の粘弾性材料シートを互いに接触させて積層したものでもよく、これらの粘弾性材料シート間に両面接着フィルムが介在していてもよい。粘弾性材料層は、地震などの振動により構造体に対してマスが水平方向に変位したときにせん断変形する。粘弾性材料層がせん断変形すると、粘弾性材料の分子間で摩擦が生じ、振動エネルギーが熱に変換される。このようにして、粘弾性材料を含む粘弾性体は、粘弾性材料の分子間の摩擦によって振動エネルギーを吸収する。粘弾性材料として、上記作用を有する任意の材料を使用することができ、例えば、アクリル系ポリマー（例えばポリ（メタ）アクリレート、又は（メタ）アクリレートとアクリル酸、アクリルアミドなどとの共重合体）、ウレタン系ポリマー（例えばポリエーテルウレタン、ポリエステルウレタンなど）、オレフィン系ポリマー、シリコーン系ポリマー（例えばメチルビニルシリコーン）、塩化ビニル系ポリマー、ブタン系ゴム、ブチル系ゴムなどの高分子材料を有利に使用することができる。本明細書において、（メタ）アクリレートとはアクリレート及びメタクリレートを意味し、（メタ）アクリロイルとはアクリロイル及びメタクリロイルを意味する。

本開示の一実施形態において、粘弾性材料としてアクリル系ポリマーが有利に使用される。アクリル系ポリマーを構成するモノマーとしては、例えば、炭素数が１４〜２２の直鎖又は分岐のアルキル基を有する（メタ）アクリルモノマー（以下、Ｃ１４−２２（メタ）アクリルモノマーともいう。）、例えばイソステアリル（メタ）アクリレート、セチル（メタ）アクリレート、ｎ−ステアリル（メタ）アクリレート、ｎ−ベヘニル（メタ）アクリレート、イソミリスチル（メタ）アクリレート、イソパルミチル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。

モノマーは、不飽和モノカルボン酸（例えば、アクリル酸、メタクリル酸など）、不飽和ジカルボン酸（例えば、マレイン酸、イタコン酸など）、ω−カルボキシポリカプロラクトンモノアクリレート、フタル酸モノヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、β−カルボキシエチルアクリレート、２−（メタ）アクリロイルオキシエチルコハク酸、又は２−（メタ）アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸などのカルボキシル基含有モノマーを含んでもよい。モノマーは、二官能性又は多官能性（メタ）アクリレート（例えば、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレートなど）などの架橋性モノマーを含んでもよい。

例えば、モノマーが、Ｃ１４−２２（メタ）アクリルモノマーとカルボキシル基含有モノマーとを含む場合、Ｃ１４−２２（メタ）アクリルモノマー約１００質量部に対して、カルボキシル基含有モノマーを約１質量部以上、約１０質量部以下とすることができる。Ｃ１４−２２（メタ）アクリルモノマー約１００質量部に対して、カルボキシル基含有モノマーの量を約１質量部以上とすることにより、粘弾性材料の凝集力を高めて、粘弾性体のせん断貯蔵弾性率Ｇ’を有利に大きくすることができる。また、粘弾性体の損失係数ηを大きくすることができ、振動吸収特性に優れたチューンドマスダンパーを提供することができる。一方、Ｃ１４−２２（メタ）アクリルモノマー約１００質量部に対して、カルボキシル基含有モノマーの量を約１０質量部以下とすることにより、粘弾性材料の粘弾性特性の温度依存性を小さくして幅広い温度範囲で安定した制振性能を得ることができる。

アクリル系ポリマーの重量平均分子量は、約１万以上、約２００万以下の範囲であってよい。重量平均分子量を上記範囲とすることにより、粘弾性材料の弾性率をチューンドマスダンパーに好適なものとしつつ、粘弾性材料の耐熱性を高くすることができ、長期間にわたって高い信頼性を有するチューンドマスダンパーを提供することができる。

粘弾性材料は、上記のようなポリマーに加え、粘着付与樹脂、例えばロジン系樹脂、変性ロジン系樹脂（水素添加ロジン系樹脂、不均化ロジン樹脂、重合ロジン系樹脂など）、テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂、芳香族変性テルペン樹脂、石油樹脂、クマロン樹脂などを含んでもよい。粘弾性材料は、増粘剤、チキソトロープ剤、増量剤、充填剤などの添加剤を含んでもよい。

粘弾性体の厚さは、マスの質量（すなわち粘弾性体に掛かる荷重）及び最大変位量などに応じて、適宜決定することができる。粘弾性体において粘弾性材料層が振動吸収に実質的に寄与するため、粘弾性材料層の厚さ（複数の粘弾性材料層を用いる場合はそれらの総厚さ）は、例えば約１０ｍｍ以上、又は約２０ｍｍ以上、約５００ｍｍ以下、又は約２００ｍｍ以下とすることができる。粘弾性材料層の一層当たりの厚さは、例えば約２ｍｍ以上、又は約５ｍｍ以上、約５０ｍｍ以下、又は約２０ｍｍ以下とすることができる。

粘弾性体のせん断歪み量はマスの最大変位量に関係する。粘弾性体のせん断歪み量は、一般に粘弾性体の厚さの約１００％以上、又は約２００％以上、約２０００％以下、又は約１０００％以下とすることができる。マスの最大変位量は、例えば約１ｃｍ以上、約５ｃｍ以上、又は約１０ｃｍ以上、約５０ｃｍ以下、約３０ｃｍ以下、又は約２０ｃｍ以下とすることができる。

粘弾性体の第１面に平行な断面（すなわちマスの取付面に平行な断面）は、円形、正方形、正六角形などの回転対称形状を有することが望ましく、円形であることが特に望ましい。粘弾性体の第１面に平行な断面が回転対称形状を有することにより、上記第１面に平行な複数の方向において均一な振動吸収特性を発揮することができる。ある実施形態では、粘弾性体の第１面に平行な断面において、粘弾性材料層及び任意の中間支持板は、円形、正方形、正六角形などの回転対称形状を有し、粘弾性材料層及び任意の中間支持板の回転中心は一致している。粘弾性材料層は鉛直方向に同一の断面を有することが望ましい。

粘弾性体のせん断面積（１つのマスに対して複数の粘弾性体を用いる場合はそれらの総せん断面積）は、マスの質量（すなわち粘弾性体に掛かる荷重）及び最大変位量などに応じて、適宜決定することができる。粘弾性体の構造要素の中で粘弾性材料層が最も柔らかいため、粘弾性材料層のクリープ又は破損が生じないように、マスの質量に対して粘弾性材料層のせん断面積を決定することが望ましい。一方で、マスの移動を過度に妨げないように、粘弾性材料層のせん断面積を決定することが望ましい。ある実施形態では、粘弾性材料層のせん断面積（１つのマスに対して複数の粘弾性体を用いる場合はそれらの粘弾性材料層の総せん断面積）は、例えばマスの質量によって掛かる面圧が約１００ｋＰａ以上、又は約２００ｋＰａ以上、約３ＭＰａ以下、又は約２ＭＰａ以下であるように決定される。別の実施形態では、粘弾性材料層のせん断面積（１つのマスに対して複数の粘弾性体を用いる場合はそれらの粘弾性材料層の総せん断面積）は、例えばマスの最大変位量が約±１０ｍｍ〜約±３００ｍｍの場合、約１０ｃｍ^２以上、又は約２０ｃｍ^２以上、約５００ｃｍ^２以下、又は約２００ｃｍ^２以下である。

粘弾性体の粘弾性特性は、せん断貯蔵弾性率Ｇ’及び損失係数ηによって定義することができる。粘弾性体のせん断貯蔵弾性率Ｇ’は、例えば、２０℃、１Ｈｚにおいて、約１×１０^３Ｐａ以上、約５×１０^３Ｐａ以上、又は約１×１０^４Ｐａ以上、約２．５×１０^６Ｐａ以下、約１×１０^６Ｐａ以下、又は約２．５×１０^５以下である。粘弾性体の損失係数ηは、例えば、２０℃、１Ｈｚにおいて、約０．４以上、又は約０．５以上、約２以下、又は約１．５以下である。上記のせん断貯蔵弾性率は、免震装置に用いられる天然ゴム系などの弾性材料のせん断貯蔵弾性率（一般に約３×１０^５Ｐａ〜５×１０^７Ｐａ）と比較して小さく、一方で、上記の損失係数ηは、免震装置に用いられる高減衰ゴムなどの弾性材料の損失係数（一般に０．１５〜０．２５）と比較してかなり大きい。これらの実施形態のチューンドマスダンパーに使用される粘弾性体の粘弾性特性は、免震装置に要求される粘弾性特性とは全く異なる。

チューンドマスダンパーのダンパー剛性は、例えば、約０．０２ｋＮ／ｃｍ以上、又は約０．１ｋＮ／ｃｍ以上、約１００ｋＮ／ｃｍ以下、又は約１０ｋＮ／ｃｍ以下とすることができる。チューンドマスダンパーのダンパー粘性係数は、例えば、約０．００３ｋＮ・ｓ／ｃｍ以上、又は約０．０１ｋＮ・ｓ／ｃｍ以上、約２５ｋＮ・ｓ／ｃｍ以下、又は約２．５ｋＮ・ｓ／ｃｍ以下とすることができる。ダンパー剛性及びダンパー粘性係数は以下の式から算出される。
ダンパー剛性＝（Ｇ’×Ａｓ）／ｔ
ダンパー粘性係数＝［（０．５×Ｔ／π）×η×Ｇ’］×Ａｓ／ｔ
式中、Ｇ’は粘弾性体のせん断貯蔵弾性率（Ｐａ）、ηは粘弾性体の損失係数、Ａｓは粘弾性体の総せん断面積（ｃｍ^２）、ｔは粘弾性体の厚さ（ｃｍ）、Ｔは周期（ｓ）を示す。

チューンドマスダンパーの固有振動数（周期）は、構造体の固有振動数、例えば荷物が内部に配置されたラック式自動倉庫の少なくとも一方向の固有振動数と概ね一致することが望ましい。粘弾性特性の周波数依存性が小さい粘弾性材料を粘弾性体に用いることにより、複数の方向で異なる固有振動数を有する構造体において、それらの複数の方向のいずれにおいても優れた制振性能を発揮することができる。例えば、そのような粘弾性材料を用いた粘弾性体のせん断貯蔵弾性率Ｇ’は、例えば、２０℃、１Ｈｚ及び５Ｈｚの両方において、約１×１０^３Ｐａ以上、約５×１０^３Ｐａ以上、又は約１×１０^４Ｐａ以上、約２．５×１０^６Ｐａ以下、約１×１０^６Ｐａ以下、又は約２．５×１０^５以下であり、損失係数ηは、例えば、２０℃、１Ｈｚ及び５Ｈｚの両方において、約０．４以上、又は約０．５以上、約２以下、又は約１．５以下である。ある実施形態では、このような粘弾性特性を有するようにモノマーの種類及び配合を設計したアクリル系ポリマーを使用することができる。

図１Ｂを再度参照すると、任意の構成要素であるマス支持部材４０は、半球状の摺動部４１を備えており、取付ネジ４２で架台フレーム３０に固定されている。マス支持部材は粘弾性体に掛かる圧縮応力を軽減して、粘弾性材料層のクリープを防止することができる。半球状の摺動部はボールベアリングとすることができ、フッ素樹脂などの表面コーティングを備えていてもよい。マス支持部材をマスに取り付けて、摺動部を架台フレームと接触させてもよい。マス支持部材の摺動部とマス又は架台フレームとの接触面の摩擦係数は、約０．１以下、又は約０．０８以下であることが望ましい。

マス支持部材をマスの最大変位量を決定するリミッタとして使用することもできる。この実施形態では、ある方向に変形した粘弾性体の一部がマス支持部材と接触することにより、その方向に沿った粘弾性体のさらなる変形が抑止され、それによって移動しているマスが停止する。リミッタは粘弾性体の不可逆的な変形、破損などを防止することができる。別の実施形態では、別個のリミッタ（不図示）を架台フレーム及び／又はマスに設けることができる。例えば、リミッタとして粘弾性体を囲う中空円筒部材などを使用することができる。さらに別の実施形態では、リミッタを架台フレームに設け、リミッタと接触するように構成されたストッパをマスに設けてもよい。この実施形態では、ストッパがリミッタに接触することにより、移動しているマスを停止させることができる。

マスと粘弾性体の組み合わせを１つのダンパーユニットとして、ダンパー剛性の異なる複数のダンパーユニットを鉛直方向に積層してもよい。この実施形態では、上から下に向かってダンパー剛性が増加するように複数のダンパーユニットを積層し、振動数が増加するにつれて上から順次ダンパーユニットが作動するようにリミッタを配置することにより、様々な振動数に対して制振性能を発揮することが可能になる。

図２Ａは、本開示の第２実施形態のチューンドマスダンパーの上面図である。チューンドマスダンパー１０１は、マス１１０、粘弾性体１２０及び架台フレーム１３０を備えており、直交するＸ方向及びＹ方向の振動を吸収することができる。図１Ａと同様に、ラック式自動倉庫は、支柱１０３に取り付けられたはね出し部１０４によって支持された腕木１０２を備えており、離間した隣り合う２つの腕木１０２、及びこれらの２つの腕木１０２がはね出し部１０４を介して取り付けられた４つの支柱１０３が荷室を画定し、腕木１０２はパレットの載置に利用される。チューンドマスダンパー１０１は、離間した隣り合う２つの腕木１０２を橋架けるように、架台フレーム１３０を介してラック式自動倉庫に設置されており、マス１１０は粘弾性体１２０の変形によりＸ方向及びＹ方向に移動可能である。チューンドマスダンパー１０１はラック式自動倉庫の頂部に設けてもよく、任意の段（荷室）に設けてもよい。

図２Ａでは複数の粘弾性体１２０が示されているが、別の実施形態では、チューンドマスダンパーに含まれる粘弾性体が１つのみであってもよい。この場合、粘弾性体の中心がマスの重心と一致するように粘弾性体がマスに取り付けられる。図２Ａに示されるように、複数の粘弾性体１２０がマス１１０に取り付けられる場合、これらの粘弾性体はマスの重心の周りに対称に配置されることが望ましい。

図２Ｂは、図２Ａに示す本開示の第２実施形態のチューンドマスダンパーをＹ方向から見た側面図である。図２Ｂに示されるように、本開示の第２実施形態のチューンドマスダンパーではマス１１０が粘弾性体１２０の下方に位置する。マス１１０は溶接、接着などにより固定された複数の金属板１１１を含む。金属板１１１として、第１実施形態で説明したものを使用することができる。別の実施形態では、マスを１枚の金属板又は１つの金属ブロックで構成することができる。マスを構成する材料として、コンクリート、液体封入容器など、その他の材料又は構造物を使用することもできる。

第２実施形態のチューンドマスダンパーに使用することのできるマスの形状及び質量は第１実施形態で説明したとおりである。

図２Ａ及び図２Ｂに示す第２実施形態のチューンドマスダンパー１０１において、架台フレーム１３０は、水平方向又は鉛直方向に延在する複数のフレーム部材１３４の組み合わせから構成されたカゴ形状を有する。架台フレーム１３０を構成する複数のフレーム部材１３４間に、鋼板、プラスチック板などを用いて壁を配置してもよい。この実施形態では、マス取付板１２３を取付ネジ１２５によりマス１１０に固定し、架台フレーム取付板１２４を取付ネジ１２６により架台フレーム１３０の上部の水平方向に延在するフレーム部材１３４に固定することによって、粘弾性体１２０はマス１１０及び架台フレーム１３０に取り付けられる。

架台フレーム１３０は、腕木１０２を固定用治具１３１の凹部に嵌めこむことによりラック式自動倉庫に取り付けられている。固定用治具１３１は取付ネジ１３２及びナット１３３により架台フレーム１３０の下部の水平方向に延在するフレーム部材１３４の底面に固定されている。代替実施形態として、固定用治具を架台フレームと一体に形成してもよい。架台フレームを構成するフレーム部材及び固定用治具は、強度、耐久性などを考慮して一般に鋼材、繊維強化プラスチックなどで形成される。

第２実施形態のチューンドマスダンパーに使用することのできる粘弾性体又は粘弾性体の構成部品の、構造、材質、寸法（厚さ、せん断面積など）、形状、及び特性（せん断歪み量、せん断貯蔵弾性率Ｇ’、損失係数ηなど）は、第１実施形態で説明したとおりである。例えば、図１Ｃに示す粘弾性体２０を第２実施形態のチューンドマスダンパー１０１の粘弾性体１２０として使用することができる。

図２Ｂを再度参照すると、半球状の摺動部１４１を備えた任意の構成要素であるマス支持部材１４０が、取付ネジ１４２でマス１１０の底面に固定されている。マス支持部材は粘弾性体に掛かる引張応力を軽減して、粘弾性材料層の破断、剥離、不可逆的な変形などを防止することができる。粘弾性体がマスを懸垂保持するのに十分な強度を有する場合は、マス支持部材を使用しなくてもよい。マス支持部材は、マスの重心の周りに対称に配置されることが望ましい。半球状の摺動部はボールベアリングとすることができ、フッ素樹脂などの表面コーティングを備えていてもよい。マス支持部材を架台フレームに取り付けて、摺動部をマスと接触させてもよい。マス支持部材の摺動部と架台フレーム又はマスとの接触面の摩擦係数は、約０．１以下、又は約０．０８以下であることが望ましい。図２Ｂでは、マス支持部材１４０の摺動部１４１は、架台フレーム１３０の下部の水平方向に延在するフレーム部材１３４に取り付けられたグレーチング１３５と接触してその上を摺動する。グレーチングの代わりに鋼板などの平滑な平面を有する板状部材の上をマス支持部材の摺動部が摺動するようにしてもよい。

図２Ｂにおいて、架台フレーム１３０の下部にはリミッタ１５０が設置され、マス１１０の底面にはストッパ１５１が取り付けられている。リミッタ１５０及びストッパ１５１はマスの最大変位量を決定する。粘弾性体の変形に伴ってストッパ１５１がリミッタ１５０に向かって移動し、ストッパ１５１がリミッタ１５０と接触することにより、その方向に沿った粘弾性体のさらなる変形が抑止され、それによって移動しているマスが停止する。リミッタ及びストッパを使用することにより粘弾性体の不可逆的な変形、破損などを防止することができる。リミッタ及びストッパは、それぞれマス及び架台フレームに一体に形成されてもよい。マス支持部材をストッパとして使用することもできる。

図２Ｃに、図２Ｂの面Ａに沿ったチューンドマスダンパー１０１の断面図を示す。図２Ｃには、マス１１０の重心の周りに対称に配置された４つのマス支持部材１４０、４つのリミッタ１５０及びそれらに対応する４つのストッパ１５１、並びに点線の斜交格子で表されたグレーチング１３５が示されている。

第２実施形態のチューンドマスダンパーの特性、例えばダンパー剛性、ダンパー粘性係数、固有振動数（周期）などは、第１実施形態で説明したとおりである。この実施形態のチューンドマスダンパーは、マスの最大変位量を第１実施形態のチューンドマスダンパーと比較して容易に大きくすることができる。第２実施形態のチューンドマスダンパーのマスの最大変位量は、例えば約５ｃｍ以上、約１０ｃｍ以上、又は約２０ｃｍ以上、約１００ｃｍ以下、約５０ｃｍ以下、又は約３０ｃｍ以下とすることができる。このようにマスの最大変位量を大きくすることは、構造上頂部の振幅量が大きい構造体、例えば細長い構造体などにおける使用に有利である。

本発明のチューンドマスダンパーは、上述したラック式自動倉庫に加えて、建築物、什器など様々な構造体に使用することができる。また、地震だけではなく、台風などの風、自動車、鉄道、工場、生産機器などの環境振動に起因する各種の振動を吸収することができる。

以下の実施例及び比較例を参照することにより、本開示の実施形態をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

解析ソフトウェアとして構造システム株式会社社製ＳＮＡＰ ＬＥを使用して、本開示のチューンドマスダンパーの振動吸収特性を解析した。

解析に使用したチューンドマスダンパー（ＴＭＤ）タイプＡ〜Ｄの仕様を表１に示す。

解析に使用した構造モデル１及び２のパラメータを表２に示す。構造モデル１及び２において長辺方向をＸ方向、短辺方向をＹ方向とした。

解析に使用した振動条件を表３に示す。

構造モデル１に対してチューンドマスダンパータイプＡ及びＢを用いた解析結果を表４及び図３Ａ〜図３Ｈに示す。

構造モデル２に対してチューンドマスダンパータイプＣ及びＤを用いた解析結果を表５及び図４Ａ〜図４Ｈに示す。

表４及び表５、図３Ａ〜図３Ｈ、並びに図４Ａ〜図４Ｈから分かるように、チュードマスダンパータイプＡ〜Ｄのいずれも、固有周期の異なるＸ方向（長辺方向）及びＹ方向（短辺方向）の両方について優れた制振効果を示す。マスが粘弾性体の下方に位置するチューンドマスダンパータイプＣ及びＤは、構造モデル２のように、細長いために１又は複数の方向において頂部の振幅量が大きい構造体に対して特に有利に使用できる。

上記説明は例示的なものであり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されない。上記実施形態及び変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ、置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態もまた本発明の範囲内に含まれる。上記実施形態と変形例の１つ又は複数を任意に組み合わせることも可能である。

１、１０１ チューンドマスダンパー
２、１０２ 腕木
３、１０３ 支柱
４、１０４ はね出し部
１０、１１０ マス
１１、１１１ 金属板
１２ 結束ネジ
１３、２７、３３、１３３ ナット
２０、１２０ 粘弾性体
２１ 粘弾性材料層
２２ 中間支持板
２３、１２３ マス取付板
２４、１２４ 架台フレーム取付板
２５、２６、３２、４２、１２５、１２６、１３２、１４２ 取付ネジ
３０、１３０ 架台フレーム
３１、１３１ 固定用治具
１３４ フレーム部材
１３５ グレーチング
４０、１４０ マス支持部材
４１、１４１ 摺動部
１５０ リミッタ
１５１ ストッパ

Claims (8)

1. 第１面及び前記第１面に対向する第２面を有する粘弾性体と、前記粘弾性体の前記第１面に取り付けられたマスと、構造体への取付けに適合しており前記粘弾性体の前記第２面に取り付けられた架台フレームとを備えるチューンドマスダンパー。
2. 前記マスが前記粘弾性体の上方に位置する、請求項１に記載のチューンドマスダンパー。
3. 前記マスが前記粘弾性体の下方に位置する、請求項１に記載のチューンドマスダンパー。
4. 前記粘弾性体の前記第１面に平行な断面が回転対称形状を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のチューンドマスダンパー。
5. ２０℃、１Ｈｚにおける前記粘弾性体の貯蔵弾性率Ｇ’が１×１０^３Ｐａ〜２．５×１０^６Ｐａである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のチューンドマスダンパー。
6. 前記粘弾性体がアクリル系ポリマーを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のチューンドマスダンパー。
7. 前記マスと前記架台フレームの間に配置されたマス支持部材をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のチューンドマスダンパー。
8. 複数の粘弾性体を備え、前記複数の粘弾性体が前記マスの重心の周りに対称に配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のチューンドマスダンパー。

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