特開 2024-155085 風騒音低減装置、手摺子及び格子状構造物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024155085

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】風騒音低減装置、手摺子及び格子状構造物

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/84 20060101AFI20241024BHJP

   E04F 11/18 20060101ALI20241024BHJP

   E04B 1/00 20060101ALI20241024BHJP

   G10K 11/16 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

E04B1/84 B

E04F11/18

E04B1/00 501J

G10K11/16 100

G10K11/16 160

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023069499

(22)【出願日】2023-04-20

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ２０２２年７月２０日、一般社団法人日本建築学会が発行した２０２２年度大会（北海道） 学術講演梗概集 建築デザイン発表梗概集 第３９５～３９６頁に発表 ２０２３年３月１５日、一般社団法人日本音響材料協会が発行した音響技術、Ｎｏ．２０１（ｖｏｌ．５２ ｎｏ．１）、第５０～５３頁に発表 ２０２３年３月２７日、一般社団法人日本音響学会 騒音・振動研究委員会が発行した騒音・振動研究会資料、資料番号Ｎ－２０２３－１２に発表

(71)【出願人】

【識別番号】000001317

【氏名又は名称】株式会社熊谷組

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100070024

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 宣行

(72)【発明者】

【氏名】加藤 優輝

(72)【発明者】

【氏名】黒木 拓

【テーマコード（参考）】

2E001

2E301

5D061

【Ｆターム（参考）】

2E001DF07

2E001GA18

2E301GG00

2E301HH15

2E301HH18

2E301HH21

2E301NN06

5D061EE40

5D061GG06

5D061GG07

(57)【要約】

【課題】格子状構造物の手摺子への設置が容易で風騒音を低減できる風騒音低減装置、風騒音低減装置が取り付けられた手摺子、及び手摺子を備える格子状構造物を提供する。
【解決手段】風騒音低減装置１４は、一対の板部材２２と、両板部材２２に固定された複数のばね部材２４とを備える。両板部材２２は、それぞれ、重ね合わされた複数の板材２６からなる。複数のばね部材２４は、両板部材２２に対して、両板部材２２のそれぞれの最も外側の板材２６の外側面２６ａの全面を内壁面１２ｅに常に接触させ、かつ、手摺子１２が変形したときには板部材２２と内壁面１２ｅとが相対的に移動可能であるとともに、互いに隣接する２枚の板材２６における互いに接触する面どうしを互いに対向する領域全体において常に接触させ、かつ、手摺子１２が変形したときには互いに隣接する２枚の板材２６が相対的に移動可能な押圧力を及ぼす。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

矩形の断面形状を有する複数の中空の手摺子を備える手摺又は柵からなる格子状構造物に適用される風騒音低減装置であって、
各手摺子の内部に配置される互いに相対する一対の板部材であって前記手摺子の内部において前記手摺子の伸長方向へ伸びる一対の板部材と、
両板部材間に両板部材の長さ方向へ互いに間隔をおいて配置されまた両板部材に固定された複数の弾性体とを備え、
両板部材の少なくともいずれかは、重ね合わされた複数の板材からなり、
前記複数の弾性体は、両板部材に対して、
両板部材のそれぞれの前記手摺子の内壁面に接触する面の全面を前記内壁面に常に接触させ、かつ、前記手摺子が変形したときには前記板部材と前記内壁面とが相対的に移動可能であるとともに、
重ね合わされた前記複数の板材における互いに隣接する２枚の前記板材の互いに接触する面どうしを互いに対向する領域全体において常に接触させ、かつ、前記手摺子が変形したときには互いに隣接する２枚の前記板材どうしが相対的に移動可能な押圧力を及ぼす、風騒音低減装置。

【請求項2】

両板部材は、互いに異なる枚数の前記板材からなる、請求項１に記載の風騒音低減装置。

【請求項3】

両板部材は、前記格子状構造物が風を受けて各手摺子に１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動のうちの１以上の振動モードの振動が生じたとき、生じた振動における振幅のピークの箇所において各手摺子の内壁面に当接可能である長さ寸法を有する、請求項１に記載の風騒音低減装置。

【請求項4】

両板部材はそれぞれ各手摺子の長さ寸法の１０／１２に相当する長さ寸法を有する、請求項３に記載の風騒音低減装置。

【請求項5】

両板部材は、その両端の一方及び他方が、それぞれ、前記手摺子の両端の一方及び他方から前記手摺子の長さ寸法の１／１２に相当する間隔をおいて配置されている、請求項４に記載の風騒音低減装置。

【請求項6】

前記複数の弾性体は、両板部材の両端の近傍にそれぞれ位置する２つの弾性体と、前記２つの弾性体の位置の中間に位置する１つの弾性体とからなる、請求項１～５のいずれか１項に記載の風騒音低減装置。

【請求項7】

前記弾性体は、圧縮コイルばねからなる、請求項１～５のいずれか１項に記載の風騒音低減装置。

【請求項8】

手摺又は柵からなる格子状構造物の製造に供される手摺子であって、
矩形の断面形状を有する管部材と、
前記管部材の内部に配置された、請求項１～５のいずれか１項に記載の風騒音低減装置を備える、手摺子。

【請求項9】

複数の手摺子を有する手摺又は柵からなる格子状構造物であって、
各手摺子が請求項８に記載の手摺子からなる、格子状構造物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建物の窓、ベランダ、バルコニー、屋上、非常階段等に設置される手摺又は土地、家屋等の境界に設置される柵からなる格子状構造物が風を受けて発する固体音（以下、風騒音という。）の大きさの低減に向けられている。

【背景技術】

【0002】

上述のような格子状構造物は互いに間隔をおいて配置され縦、横又は斜めに直線的に伸びる複数の手摺子を備える。風騒音は、格子状構造物の手摺子相互間を風が吹き抜けるときに発生するカルマン渦の卓越振動数と手摺子の固有振動数とが一致するとき、又は、カルマン渦の卓越振動数が手摺子の固有振動数に近いときに生じる共振現象（渦励振）により発生する。

【0003】

格子状構造物の１つである縦格子手摺における風騒音の大きさを低減する技術として、特許文献１には、手摺子の表面または内部に固定した板部材を備える風騒音低減構造が開示されている。この風騒音低減構造では、板部材を設置しない場合に比べ、風圧力による手摺子を振動させるエネルギーが低減するため、振動を抑えることができる。これにより、手摺子の振動による風騒音の大きさが低減される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１５４３９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した特許文献１の技術では、タッピングビス、リベット等の締結具や、接着剤、溶接等により、板部材を手摺子に固定している。このため、特に手摺子の内部に板部材を固定する場合には、狭い空間での作業を要するため、手摺子への板部材の設置が困難であった。

【0006】

本発明は上記に鑑みてなされたもので、格子状構造物の手摺子への設置が容易で風騒音を低減できる風騒音低減装置、風騒音低減装置が取り付けられた手摺子、及び手摺子を備える格子状構造物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】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の風騒音低減装置は、矩形の断面形状を有する複数の中空の手摺子を備える手摺又は柵からなる格子状構造物に適用される風騒音低減装置であって、各手摺子の内部に配置される互いに相対する一対の板部材であって前記手摺子の内部において前記手摺子の伸長方向へ伸びる一対の板部材と、両板部材間に両板部材の長さ方向へ互いに間隔をおいて配置されまた両板部材に固定された複数の弾性体とを備え、両板部材の少なくともいずれかは、重ね合わされた複数の板材からなり、前記複数の弾性体は、両板部材に対して、両板部材のそれぞれの前記手摺子の内壁面に接触する面の全面を前記内壁面に常に接触させ、かつ、前記手摺子が変形したときには前記板部材と前記内壁面とが相対的に移動可能であるとともに、重ね合わされた前記複数の板材における互いに隣接する２枚の前記板材の互いに接触する面どうしを互いに対向する領域全体において常に接触させ、かつ、前記手摺子が変形したときには互いに隣接する２枚の前記板材どうしが相対的に移動可能な押圧力を及ぼす。

【0008】

本発明の手摺子は、手摺又は柵からなる格子状構造物の製造に供される手摺子であって、矩形の断面形状を有する管部材と、前記管部材の内部に配置された、上記した本発明の風騒音低減装置を備える。

【0009】

本発明の格子状構造物は、複数の手摺子を有する手摺又は柵からなる格子状構造物であって、各手摺子が上記した本発明の手摺子からなる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、格子状構造物の手摺子への設置が容易で風騒音を低減できる風騒音低減装置、風騒音低減装置が取り付けられた手摺子、及び手摺子を備える格子状構造物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る格子状構造物の１つである縦格子手摺の斜視図である。

【図2】風騒音低減装置と、該風騒音低減装置が取り付けられた手摺子とを示す概略的な縦断面図である。

【図3】図２に示す風騒音低減装置及び手摺子の平面図である。

【図4】（ａ）は非振動時における手摺子及びその内部の風騒音低減装置の概略的な縦断面図である。（ｂ）は１次振動モードの振動時における手摺子及びその内部の風騒音低減装置の概略的な縦断面図である。（ｃ）は２次振動モードの振動時における手摺子及びその内部の風騒音低減装置の概略的な縦断面図である。（ｄ）は３次振動モードの振動時における手摺子及びその内部の風騒音低減装置の概略的な縦断面図である。

【図5】手摺子の内壁面と板部材の接触面との間の接触面圧の説明図である。

【図6】風騒音低減装置が手摺子の振動を低減する原理の説明のために行ったハンマリング試験の結果を示す図である。

【図7】風騒音低減装置が手摺子の振動を低減する原理の説明のために行ったハンマリング試験の結果を示す図である。

【図8】１次振動モードの振動におけるすべり比を示す図である。

【図9】２次振動モードの振動におけるすべり比を示す図である。

【図10】３次振動モードの振動におけるすべり比を示す図である。

【図11】手摺子の内壁面と板部材の接触面との間の接触面圧とすべり比との関係を模式的に示す図である。

【図12】図２に示す風騒音低減装置による手摺子の振動を低減する効果を確認するために行ったハンマリング試験の結果を示す図である。

【図13】比較例のハンマリング試験の結果を示す図である。

【図14】風洞実験の結果を示す図である。

【図15】風洞実験の結果を示す図である。

【図16】風洞実験の結果を示す図である。

【図17】風洞実験の結果を示す図である。

【図18】風洞実験の結果を示す図である。

【図19】風洞実験の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明は、建物の窓、ベランダ、バルコニー、屋上、非常階段等に設置される手摺（縦格子手摺、横格子手摺、斜め格子手摺等）、又は土地、家屋等の境界に設置される柵からなる格子状構造物の風騒音の低減に向けられている。

【0013】

図１に示すように、本発明が適用された格子状構造物の一例である縦格子手摺１０は、複数の手摺子１２と、各手摺子１２に取り付けられた風騒音低減装置１４（図２及び図３）とを備える。

【0014】

図示の縦格子手摺１０は、縦方向（上下方向）へ伸びる一対の支柱１６と、両支柱１６に固定され横方向へ伸びる上下２つの弦部材１８とを備える。複数の手摺子１２は両弦部材１８間に互いに間隔をおいて配置され縦方向へ伸びている。各手摺子１２、各支柱１６、各弦部材１８は、例えばアルミニウムの押出型材からなる。

【0015】

図２及び図３に示すように、手摺子１２は矩形の断面形状を有する中空のすなわち管状の部材からなる。手摺子１２は互いに相対する上端１２ａ及び下端１２ｂを有し、上下両端１２ａ，１２ｂにおいて上下の両弦部材１８に固定されている。また、手摺子１２は、互いに相対する二対の外壁面（外側面）１２ｃ，１２ｄと、互いに相対する二対の内壁面（内側面）１２ｅ，１２ｆとを有する（図２及び図３参照）。手摺子１２の一対の外壁面１２ｃは、隣接する手摺子１２又は支柱１６に面している。また、他の一対の外壁面１２ｄはそれぞれ縦格子手摺１０の正面の側及び背面の側にそれぞれ面している。

【0016】

風騒音低減装置１４は、手摺子１２の内部に配置される互いに相対する一対の板部材２２と、複数（図示の例において３つ）のばね部材（弾性体に相当）２４とを備える。両板部材２２は手摺子１２の内部において、手摺子１２の伸長方向へ伸びまたばね部材２４のばね力を受けて手摺子１２の両内壁面１２ｅに当接する。また、複数のばね部材２４は、両板部材２２間にこれらの長さ方向へ互いに間隔をおいて配置されている。

【0017】

風騒音低減装置１４の一対の板部材２２は、それぞれ、重ね合わされた複数（図示の例において２枚）の板材２６からなる。板部材２２を構成する複数の板材２６は、接着剤等による一体化はされていない。板材２６は、例えばアルミニウム製や鋼製のような金属製の平板、木製、合成樹脂製又はゴム製の平板からなる。

【0018】

板部材２２は、手摺子１２の長さ寸法Ｌ１より短い長さ寸法Ｌ２（Ｌ２＜Ｌ１）を有する（図３参照）。また、板部材２２は、手摺子１２の内壁面１２ｅの幅寸法より小さい幅寸法を有する（図３参照）。板部材２２を構成する複数の板材２６は、いずれも板部材２２と同じ長さ寸法Ｌ２及び幅寸法を有し、長さ方向及び幅方向において位置を揃えて重ね合わされている。また、複数の板材２６は、それぞれ、その弾性変形性（湾曲性）を考慮して、好ましくは０．５～３．０ｍｍの範囲の厚さ寸法を有する。図示の例では、板部材２２を構成する複数の板材２６は、すべて同じ厚さ寸法を有する。なお、両板部材２２の当接対象を一対の内壁面１２ｅとする図示の例に代えて、他の一対の内壁面１２ｄとすることができる。

【0019】

板部材２２の長さ寸法Ｌ２は、縦格子手摺１０が風を受けて、縦格子手摺１０の手摺子１２相互間を風が吹き抜け、これにより手摺子１２に１次振動モード（図４（ｂ））、２次振動モード（図４（ｃ））及び３次振動モード（図４（ｄ））のうちの１以上の振動モードの振動が生じたとき、生じた振動における山の頂又は谷の底である振幅のピークの箇所（１次振動モードにおける１つのピークＰ１の箇所、２次振動モードにおける２つのピークＰ２及びＰ３の箇所、３次振動モードにおける３つのピークＰ４～Ｐ６の箇所）において手摺子１２の内壁面１２ｅに当接可能である長さ寸法を有する。ここに、縦格子手摺１０が風を受けて各手摺子１２に１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動のうちの１以上の振動モードの振動が生じたときとするのは、縦格子手摺１０に日常的に作用する風の速度（風速）は５～１５ｍ／ｓの範囲内にあり、この風速の範囲内おける各手摺子１２の振動は１～３次振動モードのうちの１以上の振動モードの振動であるとの知見に基づく。

【0020】

図示の例において、１次振動モードの振動における振幅の１つのピークの箇所Ｐ１は、手摺子１２の上端１２ａ及び下端１２ｂから、手摺子１２の長さ寸法Ｌ２の６／１２＝１／２（図４（ｂ）参照）に相当する距離を隔てた位置、すなわち手摺子１２の長さ方向における中央位置にある。また、２次振動モードの振動における振幅の２つのピークの箇所Ｐ２及びＰ３は、それぞれ、手摺子１２の上端１２ａ及び下端１２ｂから、手摺子１２の長さ寸法Ｌ２の３／１２＝１／４（図４（ｃ）参照）に相当する距離を隔てた位置にある。さらに、３次振動モードの振動における振幅の３つのピークの箇所のうちの２つのピークの箇所Ｐ４及びＰ６は、それぞれ、手摺子１２の上端１２ａ及び下端１２ｂから、手摺子１２の長さ寸法Ｌ２の２／１２＝１／６（図４（ｄ）参照）に相当する距離を隔てた位置にあり、また、残りのピークの箇所Ｐ５は、手摺子１２の長さ寸法Ｌ２の６／１２＝１／２に相当する距離を隔てた位置すなわち手摺子１２の長さ方向における中央位置にある。

【0021】

風騒音低減装置１４の３つのばね部材２４は、図示の例においては、両板部材２２の両端の近傍にそれぞれ位置する２つのばね部材２４と、１つのばね部材２４とからなる。この１つのばね部材２４は、両板部材２２の両端の近傍にそれぞれ位置する２つのばね部材２４の位置の中間、すなわち手摺子１２の長さ方向における中央（図４（ｂ）参照）に位置する。図示のばね部材２４は圧縮コイルばねからなり、その両端部２４ａにおいて両板部材２２の最も内側の板材２６に固定されている。両板部材２２は、これにより、３つのばね部材２４を介して互いに連結されている。ここで、手摺子１２内に配置された風騒音低減装置１４の板部材２２において、ばね部材２４側を内側、内壁面１２ｅ側を外側とする。

【0022】

風騒音低減装置１４は、その一対の板部材２２を互いに他の一方に向けて圧迫し、両板部材２２間の複数のばね部材２４を圧縮した状態にして、縦格子手摺１０の製造に供される手摺子１２の上下両端１２ａ，１２ｂの一方から他方に向けて手摺子１２の内部に差し込むことができる。これにより、風騒音低減装置１４は、手摺り子１２の内部に容易に配置することができる。

【0023】

両板部材２２は、手摺子１２の内部において、圧縮された複数のばね部材２４の弾性復帰力である押圧力を受けて、手摺子１２の両内壁面１２ｅにそれぞれ当接し、手摺子１２の両内壁面１２ｅに対してそれぞれ最も外側の板材２６の外側面２６ａが密着するとともに、重ね合わされた複数の板材２６における互いに隣接する２枚の板材２６の互いに接触する面どうしが密着した状態におかれる。

【0024】

例えば、両板部材２２がそれぞれ２枚の板材２６からなる図２～図４の例では、両板部材２２は、手摺子１２の両内壁面１２ｅに対してそれぞれ外側の板材２６の外側面２６ａが密着するとともに、重ね合わされた２枚の板材２６の互いに接触する面どうしが密着した状態におかれる。

【0025】

また、例えば、両板部材２２がそれぞれ３枚の板材２６からなる構成（図示せず）では、両板部材２２は、手摺子１２の両内壁面１２ｅに対してそれぞれ最も外側の板材２６の外側面２６ａが密着するとともに、重ね合わされた３枚の板材２６における最も外側の板材２６と中央の板材２６との互いに接触する面どうし、および中央の板材２６と最も内側の板材２６との互いに接触する面どうしが密着した状態におかれる。

【0026】

ここで、板部材２２の最も外側の板材２６の外側面２６ａは、当該板材２６における手摺子１２の内壁面１２ｅに接触する面である。また、風騒音低減装置１４において、板部材２２の最も外側の板材２６の外側面２６ａが手摺子１２の内壁面１２ｅに密着した状態とは、当該板材２６の外側面２６ａの全面が内壁面１２ｅに接触している状態である。

【0027】

また、互いに隣接する２枚の板材２６の互いに接触する面どうしが密着した状態とは、互いに隣接する２枚の板材２６における外側の板材２６の内側面２６ｂと内側の板材２６の外側面２６ａとが、互いに全面（互いに対向する領域全体）で接触している状態である。

【0028】

風騒音低減装置１４では、複数のばね部材２４が、両板部材２２に対して、両板部材２２のそれぞれの最も外側の板材２６の外側面２６ａを内壁面１２ｅに常に密着させ、かつ、手摺子１２が変形したときには板部材２２（最も外側の板材２６）と内壁面１２ｅとが相対的に移動可能であるとともに、板部材２２の複数の板材２６における互いに隣接する２枚の板材２６の互いに接触する面どうしを常に密着させ、かつ、手摺子１２が変形したときには互いに隣接する２枚の板材２６どうしが相対的に移動可能な押圧力を及ぼすように、ばね部材２４のばね定数、ばね部材２４の長さ、及びばね部材２４の個数が設定されている。

【0029】

これにより、風騒音低減装置１４では、後述するように縦格子手摺１０が風を受けることで手摺子１２が弾性変形した場合でも、板部材２２の最も外側の板材２６の外側面２６ａが内壁面１２ｅに密着するとともに、板部材２２の複数の板材２６における互いに隣接する２枚の板材２６の互いに接触する面どうしが密着した状態が維持される。また、手摺子１２が弾性変形したときには、板部材２２の最も外側の板材２６の外側面２６ａと内壁面１２ｅとの間、及び互いに隣接する２枚の板材２６の互いに接触する面の間に微小なすべりが生じ、摩擦が発生する。

【0030】

なお、手摺子１２が弾性変形したときに互いに隣接する２枚の板材２６の互いに接触する面の間に微小なすべりが生じることで当該２枚の板材２６間にずれが生じても、ずれ量は微小であり、当該２枚の板材２６の互いに接触する面どうしが全面で接触している（密着している）とみなすことができる。

【0031】

次に、風騒音低減装置１４の作用について説明する。

【0032】

風騒音低減装置１４が取り付けられた複数の手摺子１２を備える縦格子手摺１０が風を受けて手摺子１２に１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動のうちの１以上の振動モードの振動が生じ、手摺子１２がこれに生じた振動に対応する弾性変形（湾曲状の変形）をすると、手摺子１２の両内壁面１２ｅに最も外側の板材２６の外側面２６ａが密着した状態にある両板部材２２が、手摺子１２からその弾性変形による外力を受けて湾曲した手摺子１２の内壁面１２ｅに沿った弾性変形をする。

【0033】

このとき、両板部材２２は各ばね部材２４を支点とする振動をし、また、手摺子１２の両内壁面１２ｅに最も外側の板材２６の外側面２６ａが密着した状態を維持しつつ、手摺子１２の両内壁面１２ｅ上を僅かにすべる。それとともに、両板部材２２における互いに隣接する２枚の板材２６の互いに接触する面どうしが密着した状態を維持しつつ、互いに隣接する２枚の板材２６の間で僅かなすべりが生じる。その結果、手摺子１２の内壁面１２ｅと両板部材２２の最も外側の板材２６の外側面２６ａとの間、及び両板部材２２の互いに隣接する２枚の板材２６の間に摩擦が生じる。

【0034】

この摩擦は、摩擦減衰として振動を止めようとする力（エネルギーの釣り合いで考えると摩擦によるエネルギー損失）として働き、手摺子１２の減衰能を高める。したがって、手摺子１２の内壁面１２ｅと両板部材２２の最も外側の板材２６の外側面２６ａとの間、及び両板部材２２の複数の板材２６における互いに隣接する２枚の板材２６の間に摩擦が生じることで、手摺子１２の振動とこれに伴う風騒音とが低減される。

【0035】

図示の例において、板部材２２の長さ寸法Ｌ２が各手摺子の長さ寸法Ｌ１の１０／１２に設定され（図４（ａ））、また、板部材２２の上下両端１２ａ，１２ｂがそれぞれ手摺子１２の上下両端１２ａ，１２ｂから手摺子１２の長さ寸法Ｌ１の１／１２の間隔をおいて配置されている。図示の例によれば、手摺子１２の振動時に風騒音低減装置１４がその自重により手摺子１２の内部を該手摺子の下端１２ｂまで滑り落ちることがあっても、両板部材２２は、１次振動モードの１つのピークの箇所Ｐ１において、２次振動モードの２つのピークの箇所Ｐ２，Ｐ３において、また、３次振動モードの３つのピークの箇所Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６において、手摺子１２の内壁面１２ｅに当接可能の状態に維持される。

【0036】

次に、風騒音低減装置１４が手摺子１２の振動を低減する原理について説明する。ここでは、説明の簡略化のため、図５に示すような、本実施形態とは異なり両板部材２２がいずれも単一の板材からなる風騒音低減装置１４Ａを用いる。

【0037】

手摺子１２の減衰定数ｈを、手摺子１２そのものが持つ減衰定数ｈ１と、手摺子１２の内壁面１２ｅと板部材２２の内壁面１２ｅに接触する面である接触面２２ａとのすべりによる摩擦減衰の減衰定数ｈ２との和であると考えると、下記の式（１）が成り立つ。

【0038】

ｈ＝ｈ１＋ｈ２ …（１）
ここで、「２枚合せ板構造の減衰能発生機構」（益子正巳、外２名、日本機械学会論文集（第３部）、昭和４８年、３９巻、３１７号、ｐｐ．３８２－３９２）における摩擦による減衰能の式を変形することで、減衰定数ｈ２は、下記の式（２）で表すことができる。

【0039】

ｈ２＝４μｙｐα／ｋ …（２）
ここで、μは動摩擦係数、ｙは２枚の合せ板（手摺子１２と板部材２２）の板厚の半分／初期変位、ｐは２枚の板材間（手摺子１２の内壁面１２ｅと板部材２２の接触面２２ａと間）の接触面圧、αは２枚の板材間のすべり特性を示すすべり比、ｋは２枚の合せ板の曲げ剛性である。

【0040】

また、上記論文によれば、すべり比αは、下記の式（３）で表すことができる。

【0041】

【数1】

【0042】

ここで、Ａ，ａ，εは２枚の板材間の接合面の表面状態により定まる定数である。

【0043】

上記式（３）は、すべり比αが大きいほど、摩擦による振動の減衰能が高いことを意味している。

【0044】

すなわち、風騒音低減装置１４Ａが取り付けられた手摺子１２が式（３）と同様の傾向を示すものであれば、手摺子１２の振動の低減が、摩擦減衰によるものと判断できる。

【0045】

このことを検証するため、ハンマリング試験から風騒音低減装置１４Ａが取り付けられた手摺子１２における減衰定数ｈを求め、すべり比αを算出した。

【0046】

このハンマリング試験では、横２０ｍｍ×縦３０ｍｍの矩形の断面形状を有するものと、横２０ｍｍ×縦４０ｍｍの矩形の断面形状を有するものとの２種類の、いずれも長さが１０００ｍｍのアルミニウム製の管部材からなる手摺子１２を用いた。

【0047】

また、風騒音低減装置１４Ａの板部材２２としては、厚さ寸法が０．５ｍｍ、長さ寸法が９５０ｍｍ、幅寸法が１５ｍｍの鋼製の平板を用いた。また、ばね部材２４としては、ばね定数が０．５Ｎ／ｍｍの圧縮コイルばねを用いた。

【0048】

上述した断面形状が異なる２種類の手摺子１２のそれぞれに対し、ばね部材２４の個数が異なる複数通りの風騒音低減装置１４Ａのそれぞれを取り付けた場合についてハンマリング試験を行った。

【0049】

このハンマリング試験では、図５に示すように、手摺子１２の内壁面１２ｅと板部材２２の接触面２２ａとの間の接触面圧ｐは、各ばね部材２４が板部材２２に及ぼす押圧力ｆの合計を板部材２２の接触面２２ａの面積で平均化することで等分布荷重として扱うものとした。ここで、ばね部材２４による押圧力ｆは、ばね剛性とばねの変形量とから求められるものである。ハンマリング試験を行った手摺子１２において、取り付けられた風騒音低減装置１４Ａのばね部材２４の個数が多いほど接触面圧ｐは大きくなり、接触面圧ｐの範囲は約０．０００３Ｎ／ｍｍ^２～０．００２６Ｎ／ｍｍ^２であった。

【0050】

このハンマリング試験では、縦格子手摺１０に日常的に作用する風速５～１５ｍ／ｓの範囲内において手摺子１２の振動は１～３次振動モードのうちの１以上の振動モードの振動であるとの知見に基づき、１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動を評価の対象とした。

【0051】

ハンマリング試験の結果を図６、図７に示す。図６は、横２０ｍｍ×縦３０ｍｍの手摺子１２における接触面圧ｐと減衰定数ｈとの関係を示すグラフである。図７は、横２０ｍｍ×縦４０ｍｍの手摺子１２における接触面圧ｐと減衰定数ｈとの関係を示すグラフである。ここで、減衰定数ｈは、ハンマリング試験において手摺子１２に加えた加振力及び加速度から推定することができる。

【0052】

図６、図７は、接触面圧ｐが大きいほど減衰定数ｈが小さい傾向を示している。

【0053】

図６、図７に示した結果に基づき、前述の式（１）、式（２）の関係を用いて求めたすべり比αを図８～図１０に示す。図８は、横２０ｍｍ×縦３０ｍｍの手摺子１２及び横２０ｍｍ×縦４０ｍｍの手摺子１２における１次振動モードの振動の接触面圧ｐとすべり比αとの関係を示すグラフである。図９は、横２０ｍｍ×縦３０ｍｍの手摺子１２及び横２０ｍｍ×縦４０ｍｍの手摺子１２における２次振動モードの振動の接触面圧ｐとすべり比αとの関係を示すグラフである。図１０は、横２０ｍｍ×縦３０ｍｍの手摺子１２及び横２０ｍｍ×縦４０ｍｍの手摺子１２における３次振動モードの振動の接触面圧ｐとすべり比αとの関係を示すグラフである。

【0054】

図８～図１０に示すように、手摺子１２の断面形状によらず式（３）と同様の傾向を示した。すなわち、接触面圧ｐとすべり比αとは、図１１に模式的に示すような関係を有する。このことから、手摺子１２の振動の低減が、手摺子１２の内壁面１２ｅと板部材２２の接触面２２ａとの間の摩擦減衰によるものと判断できる。

【0055】

図２～図４に示した、板部材２２が複数の板材２６からなる本実施形態の風騒音低減装置１４でも、手摺子１２の内壁面１２ｅと最も外側の板材２６の外側面２６ａ（図５の接触面２２ａに相当）との間の摩擦減衰により、手摺子１２の振動が低減する。また、風騒音低減装置１４では、互いに隣接する２枚の板材２６の間の摩擦減衰によっても、手摺子１２の振動が低減する。

【0056】

ここで、図１１のような接触面圧ｐとすべり比αとの関係を示す曲線は、手摺子１２及び板部材２２の材質、接触面積、振動モード等の条件により異なる。また、すべり比αは、接触面圧ｐが大きくなると、最終的には０になる。すなわち、接触面圧ｐが大きすぎると、手摺子１２の内壁面１２ｅと板部材２２の接触面２２ａとの間ですべりが生じなくなる。

【0057】

また、図１１に示すように、接触面圧ｐが小さすぎる領域では、理論上、すべり比αの値が存在はするが、手摺子１２の内壁面１２ｅと板部材２２の接触面２２ａとの密着を維持できない。内壁面１２ｅと接触面２２ａとが密着した状態を維持できない場合、内壁面１２ｅと接触面２２ａとの間の摩擦減衰により手摺子１２の振動を低減する効果が十分には得られない。

【0058】

図２～図４に示した風騒音低減装置１４では、内壁面１２ｅと最も外側の板材２６の外側面２６ａとが密着するとともに、互いに隣接する２枚の板材２６の互いに接触する面どうしが密着した状態を維持できない場合、内壁面１２ｅと最も外側の板材２６の外側面２６ａとの間の摩擦減衰、及び互いに隣接する２枚の板材２６の間の摩擦減衰により手摺子１２の振動を低減する効果が十分には得られない。

【0059】

これに対し、風騒音低減装置１４では、前述のように、複数のばね部材２４が、両板部材２２に対して、両板部材２２のそれぞれの最も外側の板材２６の外側面２６ａを内壁面１２ｅに常に密着させ、かつ、手摺子１２が変形したときには板部材２２（最も外側の板材２６）と内壁面１２ｅとが相対的に移動可能である（内壁面１２ｅと最も外側の板材２６の外側面２６ａとの間ですべりが生じる）とともに、板部材２２の複数の板材２６における互いに隣接する２枚の板材２６の互いに接触する面どうしを常に密着させ、かつ、手摺子１２が変形したときには互いに隣接する２枚の板材２６どうしが相対的に移動可能な（互いに隣接する２枚の板材２６における外側の板材２６の内側面２６ｂと内側の板材２６の外側面２６ａとの間ですべりが生じる）押圧力を及ぼしている。

【0060】

次に、風騒音低減装置１４による手摺子１２の振動を低減する効果を検証するために行ったハンマリング試験について説明する。

【0061】

このハンマリング試験では、横２０ｍｍ×縦３０ｍｍの矩形の断面形状を有し、長さが１０００ｍｍのアルミニウム製の管部材からなる手摺子１２を用いた。

【0062】

また、風騒音低減装置１４の板部材２２は２枚の板材２６からなるものとした。２枚の板材２６としては、いずれも厚さ寸法が０．５ｍｍ、長さ寸法が９５０ｍｍ、幅寸法が１５ｍｍの鋼製の平板を用いた。また、ばね部材２４としては、ばね定数が０．５Ｎ／ｍｍの圧縮コイルばねを用いた。

【0063】

このハンマリング試験でも、上述の図６、図７に結果を示したハンマリング試験と同様に、ばね部材２４の個数が異なる複数通りの風騒音低減装置１４のそれぞれを取り付けた場合について試験を行った。このハンマリング試験では、風騒音低減装置１４のばね部材２４の個数に応じた接触面圧ｐの範囲は、約０．０００３Ｎ／ｍｍ^２～０．０００９５Ｎ／ｍｍ^２であった。

【0064】

また、このハンマリング試験でも、上述の図６、図７に結果を示したハンマリング試験と同様に、１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動を評価の対象とした。

【0065】

また、比較例として、板部材２２が、厚さ寸法が１．０ｍｍ、長さ寸法が９５０ｍｍ、幅寸法が１５ｍｍの鋼製の１枚の平板からなる、図５に示した風騒音低減装置１４Ａが取り付けられた手摺子１２に対するハンマリング試験を行った。

【0066】

風騒音低減装置１４が取り付けられた手摺子１２に対するハンマリング試験の結果を図１２に示す。また、比較例の風騒音低減装置１４Ａが取り付けられた手摺子１２に対するハンマリング試験の結果を図１３に示す。

【0067】

図１２、図１３に示すように、風騒音低減装置１４が取り付けられた手摺子１２では、比較例より減衰定数ｈが大きい傾向を示している。

【0068】

すなわち、風騒音低減装置１４は、比較例よりも、手摺子１２の振動を低減させる効果が大きい。これは、風騒音低減装置１４では、手摺子１２の内壁面１２ｅと外側の板材２６の外側面２６ａとの間の摩擦減衰に加えて、２枚の板材２６の間の摩擦減衰によっても、手摺子１２の振動を低減させるからである。

【0069】

次に、風騒音低減装置１４による風騒音を低減する効果を検証するために行った風洞実験について説明する。

【0070】

この風洞実験では、風騒音低減装置１４の両板部材２２がそれぞれ２枚の板材２６からなる場合と、両板部材２２がそれぞれ３枚の板材２６からなる場合とを対象とした。また、比較例として、両板部材２２がいずれも単一の板材からなる、図５に示した風騒音低減装置１４Ａも対象とした。さらに、風騒音低減装置１４が取り付けられていない手摺子１２（対策なしの手摺子１２）も対象とした。

【0071】

この風洞実験では、横２０ｍｍ×縦３０ｍｍの矩形の断面形状を有し、長さが１０００ｍｍのアルミニウム製の管部材からなる手摺子１２を用いた。

【0072】

風騒音低減装置１４の２枚または３枚を重ね合わせる板材２６としては、いずれも厚さ寸法が０．５ｍｍ、長さ寸法が９５０ｍｍ、幅寸法が１５ｍｍの鋼製の平板を用いた。したがって、２枚の板材２６を重ね合わせた板部材２２の厚さ寸法は１．０ｍｍであり、３枚の板材２６を重ね合わせた板部材２２の厚さ寸法は１．５ｍｍである。

【0073】

比較例の風騒音低減装置１４Ａとしては、板部材２２が、厚さ寸法が１．０ｍｍの鋼製の１枚の平板からなるものと、厚さ寸法が１．５ｍｍ鋼製の１枚の平板からなるものとを用いた。これらの平板の長さ寸法は９５０ｍｍ、幅寸法は１５ｍｍである。

【0074】

風騒音低減装置１４，１４Ａのばね部材２４の数は４個とした。ばね部材２４としては、ばね定数が０．５Ｎ／ｍｍの圧縮コイルばねを用いた。板部材２２が上記の２枚の板材２６からなる風騒音低減装置１４、および板部材２２の厚さ寸法が１．０ｍｍである比較例の風騒音低減装置１４Ａでは、接触面圧ｐは０．０００５６１Ｎ／ｍｍ^２であった。また、板部材２２が上記の３枚の板材２６からなる風騒音低減装置１４、および板部材２２の厚さ寸法が１．５ｍｍである比較例の風騒音低減装置１４Ａでは、接触面圧ｐは０．０００７０２Ｎ／ｍｍ^２であった。

【0075】

この風洞実験では、上述のような風騒音低減装置１４を取り付けた手摺子１２、風騒音低減装置１４Ａを取り付けた手摺子１２、および対策なしの手摺子１２のそれぞれに対して、風速３～２０ｍ／ｓの風を吹き当てた。そして、Ａ特性音圧レベルと、振動加速度レベルとを測定した。

【0076】

風洞実験の結果を図１４～図１９に示す。図１４は、板部材２２が２枚の板材２６からなる風騒音低減装置１４を取り付けた手摺子１２、板部材２２が３枚の板材２６からなる風騒音低減装置１４を取り付けた手摺子１２、板部材２２が厚さ１．０ｍｍの１枚の平板である風騒音低減装置１４Ａを取り付けた手摺子１２、板部材２２が厚さ１．５ｍｍの１枚の平板である風騒音低減装置１４Ａを取り付けた手摺子１２、及び対策なしの手摺子１２における風速とＡ特性音圧レベルとの関係を示すグラフである。図１５は、図１４に風速とＡ特性音圧レベルとの関係を示した各手摺子１２における風速と振動加速度レベルとの関係を示すグラフである。

【0077】

図１６は、板部材２２が２枚の板材２６からなる風騒音低減装置１４を取り付けた手摺子１２、板部材２２が厚さ１．０ｍｍの１枚の平板である風騒音低減装置１４Ａを取り付けた手摺子１２、及び対策なしの手摺子１２における風速とＡ特性音圧レベルとの関係を示すグラフである。すなわち、図１６は、図１４から、板部材２２が３枚の板材２６からなる風騒音低減装置１４を取り付けた手摺子１２、及び板部材２２が厚さ１．５ｍｍの１枚の平板である風騒音低減装置１４Ａを取り付けた手摺子１２における風速とＡ特性音圧レベルとの関係を除いたものである。図１７は、図１６に風速とＡ特性音圧レベルとの関係を示した各手摺子１２における風速と振動加速度レベルとの関係を示すグラフである。

【0078】

図１８は、板部材２２が３枚の板材２６からなる風騒音低減装置１４を取り付けた手摺子１２、板部材２２が厚さ１．５ｍｍの１枚の平板である風騒音低減装置１４Ａを取り付けた手摺子１２、及び対策なしの手摺子１２における風速とＡ特性音圧レベルとの関係を示すグラフである。すなわち、図１６は、図１４から、板部材２２が２枚の板材２６からなる風騒音低減装置１４を取り付けた手摺子１２、及び板部材２２が厚さ１．０ｍｍの１枚の平板である風騒音低減装置１４Ａを取り付けた手摺子１２における風速とＡ特性音圧レベルとの関係を除いたものである。図１９は、図１８に風速とＡ特性音圧レベルとの関係を示した各手摺子１２における風速と振動加速度レベルとの関係を示すグラフである。

【0079】

図１４～図１９に示すように、風騒音低減装置１４，１４Ａを取り付けた手摺子１２では、対策なしの手摺子１２と比べて、Ａ特性音圧レベル及び振動加速度レベルが顕著に低く、風騒音が低減する効果が確認された。

【0080】

振動加速度レベルについては、図１５、図１７、図１９に示すように、板部材２２の厚さが同じであれば、板部材２２が単一の板材からなる場合よりも、板部材２２が複数の板材２６からなる場合の方が、特に高風速域（１５～２０ｍ／ｓ）において、振動加速度レベルが低い傾向が示された。

【0081】

また、板部材２２が複数の板材２６からなる場合では、板材２６が３枚である場合の方が、板材２６が２枚である場合よりも、高風速域において、振動加速度レベルが低く抑えられた。

【0082】

したがって、板部材２２を単一の板材で構成するよりも、複数の板材２６を重ね合わせて構成する方が、手摺子１２の振動による風騒音を抑えるために好ましく、枚数が多いほど好ましい。これは、重ね合わされた板材２６の枚数が多いほど、摩擦減衰を生じさせる摩擦面が多くなるからである。

【0083】

Ａ特性音圧レベルについては、板部材２２が単一の板材からなる場合と板部材２２が複数の板材２６からなる場合とで、ほとんど差がなかった。しかし、騒音は周囲の状況の影響を受けること、また、騒音の発生原因となる手摺子１２の振動は、板部材２２が複数の板材２６からなることで板部材２２が単一の板材からなる場合よりも低減されることから、この風洞実験とは異なる環境下においては、板部材２２が単一の板材からなる場合と板部材２２が複数の板材２６からなる場合とで、Ａ特性音圧レベルにも差が生じる可能性があると考えられる。

【0084】

以上説明したように、風騒音低減装置１４は、それぞれ重ね合わされた複数の板材２６からなる一対の板部材２２と、両板部材２２に固定された複数のばね部材２４とを備える。複数のばね部材２４は、両板部材２２に対して、両板部材２２のそれぞれの最も外側の板材２６の外側面２６ａを内壁面１２ｅに常に密着（最も外側の板材２６の外側面２６ａの全面が内壁面１２ｅに常に接触）させ、かつ、手摺子１２が変形したときには板部材２２と内壁面１２ｅとが相対的に移動可能であるとともに、板部材２２の複数の板材２６における互いに隣接する２枚の板材２６の互いに接触する面どうしを常に密着（互いに隣接する２枚の板材２６における外側の板材２６の内側面２６ｂと内側の板材２６の外側面２６ａとが互いに全面（互いに対向する領域全体）で常に接触）させ、かつ、手摺子１２が変形したときには互いに隣接する２枚の板材２６が相対的に移動可能な押圧力を及ぼす。

【0085】

これにより、手摺子１２に振動が生じ、手摺子１２がこれに生じた振動に対応する弾性変形をすると、両板部材２２が手摺子１２の内壁面１２ｅに沿った弾性変形をする。このとき、両板部材２２は、手摺子１２の両内壁面１２ｅに最も外側の板材２６の外側面２６ａが密着した状態を維持しつつ、手摺子１２の両内壁面１２ｅ上を僅かにすべる。それとともに、両板部材２２における互いに隣接する２枚の板材２６の互いに接触する面どうしが密着した状態を維持しつつ、互いに隣接する２枚の板材２６の間で僅かなすべりが生じる。その結果、手摺子１２の内壁面１２ｅと両板部材２２の最も外側の板材２６の外側面２６ａとの間、及び両板部材２２における互いに隣接する２枚の板材２６の間に摩擦が生じ、摩擦減衰により手摺子１２の振動とこれに伴う風騒音とが低減される。

【0086】

ここで、風騒音低減装置１４は、締結具や溶接等により手摺子１２に固定されてはいないため、上述のように板部材２２が手摺子１２の内壁面１２ｅ上をすべることができる。また、上述のように互いに隣接する２枚の板材２６の間ですべりが生じる。

【0087】

このため、上述のように、手摺子１２の内壁面１２ｅと板部材２２の最も外側の板材２６の外側面２６ａとの間、及び互いに隣接する２枚の板材２６における外側の板材２６の内側面２６ｂと内側の板材２６の外側面２６ａとの間の摩擦減衰により手摺子１２の振動とこれに伴う風騒音とを低減できる。

【0088】

また、風騒音低減装置１４は、両板部材２２間の複数のばね部材２４を圧縮した状態にして手摺子１２の内部に差し込むことができ、締結具や溶接等により手摺子１２に固定する必要がないので、手摺り子１２に容易に設置することができる。

【0089】

したがって、風騒音低減装置１４は、手摺子１２への設置が容易で縦格子手摺１０の風騒音を低減できるものである。

【0090】

また、板部材２２を複数の板材２６で構成することで、板部材２２が単一の板材からなる場合より、厚さ及び質量が同じでありながら柔らかい板部材２２とすることができ、手摺子１２に内壁面１２ｅに密着しやすくすることができる。

【0091】

なお、上述した実施形態では、一対の板部材２２は、互いに同じ枚数の複数の板材２６からなるものとしたが、一方の板部材２２と他方の板部材２２とが、互いに異なる枚数の板材からなるものであってもよい。この場合において、一対の板部材２２の一方が、１枚の板材からなるものであってもよい。一対の板部材２２の少なくともいずれかが、重ね合わされた複数の板材からなるものであればよい。

【0092】

また、上述した実施形態では、板部材２２を構成する複数の板材２６は、いずれも同じ長さ寸法、幅寸法、及び厚さ寸法を有し、長さ方向及び幅方向において位置を揃えて重ね合わされているものとした。

【0093】

しかし、板部材２２を構成する複数の板材２６の一部が、他の板材に対して、長さ寸法、幅寸法、及び厚さ寸法の少なくともいずれかが異なるものであってもよい。また、板部材２２を構成する複数の板材２６のそれぞれが、長さ寸法、幅寸法、及び厚さ寸法の少なくともいずれかが他のすべての板材とは異なるものであってもよい。また、板部材２２を構成する複数の板材２６が、長さ方向及び幅方向の少なくともいずれかにおいて位置が揃っていなくてもよい。このような場合でも、複数のばね部材２４により、重ね合わされた複数の板材２６における互いに隣接する２枚の板材の互いに接触する面どうしが互いに対向する領域全体において常に接触し、かつ、手摺子１２が変形したときには互いに隣接する２枚の板材２６どうしが相対的に移動可能な押圧力が及ぼされるものであればよい。

【0094】

また、上述した実施形態では、風騒音低減装置１４が複数のばね部材２４を備えるものとしたが、ばね部材２４に限らず、スポンジ等の他の弾性体を用いてもよい。

【0095】

また、上述した実施形態では、板部材２２は、手摺子１２に１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動のうちの１以上の振動モードの振動が生じたとき、生じた振動における振幅のピークの箇所において手摺子１２の内壁面１２ｅに当接可能である長さ寸法を有するものとしたが、これ以外の長さ寸法を有するものでもよい。

【0096】

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

【符号の説明】

【0097】

１０ 縦格子手摺
１２ 手摺子
１２ｅ，１２ｆ 内壁面
１４，１４Ａ 風騒音低減装置
２２ 板部材
２２ａ 接触面
２４ ばね部材
２６ 板材
２６ａ 外側面
２６ｂ 内側面
Ｐ１～Ｐ６ 振動のピークの箇所

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】