JP2002122171A - ダンパー、ブレースおよび柱 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価でかつ高出力であり、しかも柱の軸伸縮
などにも対応可能なダンパーと、これを用いたブレース
および柱の提供が望まれている。 【解決手段】 外挿体３とこれに摺動可能に内挿される
内挿体４とが備えられたダンパー（ダンパー部）１であ
る。外挿体（外挿ブレース材）３の内側あるいは内挿体
（内挿ブレース材）４の外側に、油収容部６を有し、そ
の油圧力によって油収容部６の壁体１０が外挿体３ある
いは内挿体４の壁面を押圧することによりこれら外挿体
３と内挿体４との間の摩擦力を高める摩擦発生手段５が
設けられている。外挿体３あるいは内挿体４と油収容部
６の壁体１０との間の摺動面に、潤滑材１４が塗布され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧を用いてなる
高性能のダンパー、およびこのダンパーを用いたブレー
スと柱に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダンパーは、過度振動、自由振動の減
衰、共振振幅の減少、自励振動の抑制のために用いられ
ており、その減衰力発生のためには、内部粘性、固体摩
擦、流体の粘性抵抗、流体の乱流抵抗などが利用されて
いる。このようなダンパーとしては、例えば安価なもの
として粘性または粘弾性ダンパーがあり、また高出力の
ものとしてオリフィスによる調整が可能なオイルダンパ
ーがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ダンパーにあっては、粘性または粘弾性ダンパーとして
実用化されているものでは素材自体の粘性があまり高く
ないことから高出力が得られず、また、オイルダンパー
では高出力は得られるものの高価であるといった不満が
あった。

【０００４】ところで、阪神大震災では、高層ビルの鉄
骨柱に引張り破断が生じた例が見られた。これは、地震
時における建物の転倒モーメントにより柱に過大な軸力
が生じたことで起きたと考えられており、特に、建物の
柱の軸方向についての減衰性能が少ないことに起因した
と考えられている。

【０００５】しかして、このように鉄骨柱に引張り破断
が生じたことの原因はわかっているものの、それを解消
するような手段、すなわち柱の軸方向についての減衰性
能（高出力）を向上させる手段は未だ提供されていな
い。柱は、常時には軸力を負担する部材として挙動し、
地震等の異常時には減衰性能を発揮することが要求され
るが、このような減衰性能を有する柱は現状では存在し
ていないのである。

【０００６】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、安価でかつ高出力であ
り、しかも柱の軸伸縮などにも対応可能なダンパーとこ
れを用いたブレースおよび柱を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のダンパーでは、
外挿体とこれに摺動可能に内挿される内挿体とが備えら
れ、前記外挿体の内側あるいは前記内挿体の外側に、油
収容部を有し、該油収容部の油圧力によって該油収容部
の壁体が外挿体あるいは内挿体の壁面を押圧することに
よりこれら外挿体と内挿体との間の摩擦力を高める摩擦
発生手段が設けられ、前記外挿体あるいは内挿体と前記
油収容部の壁体との間の摺動面に、潤滑材が塗布されて
なることを前記課題の解決手段とした。

【０００８】このダンパーによれば、外挿体あるいは内
挿体に油収容部を有した摩擦発生手段が設けられている
ので、この摩擦発生手段の油収容部の壁体により外挿体
あるいは内挿体の壁面が押圧されてこれらの間の摺動面
の摩擦力が高められ、これにより外挿体と内挿体との間
の挿通が起こりにくくなる。したがって、平常時には外
挿体と内挿体との間で挿通が起こらないように摩擦発生
手段の油圧力を調整するとともに、外挿体と内挿体との
間にこれらが互いに挿通する方向に一定以上の力が加わ
ったとき、これらが相対的に挿通するように調整してお
けば、異常発生により一定以上の力が加わったとき挿通
が起こることにより、この加わった力が減衰するように
なる。

【０００９】また、本発明のブレース、および柱では、
いずれも前記ダンパーを用いた構成としていることを前
記課題の解決手段とした。これらブレース、および柱で
は、その長さ方向に伸縮させる力が加わったとき、前記
ダンパーの機構によってこれを減衰させることが可能に
なる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１(ａ）〜（ｄ）は本発明のダンパーをブレースに適
用した場合の一例を示す図であり、図１(ａ）〜（ｄ）
中符号１は本発明のダンパーとなるダンパー部、２はブ
レースである。ブレース２は、図１（ａ）に示すように
鋼管製の外挿ブレース材３と同じく鋼管製の内挿ブレー
ス材４とを備えてなるもので、内挿ブレース材４の一端
側（先端側）が外挿ブレース材３の一端側に摺動可能に
挿通せしめられてなるものである。

【００１１】内挿ブレース材４の外部には、図１
（ｂ）、（ｄ）に示すように摩擦発生部（摩擦発生手
段）５が設けられている。この摩擦発生部５は、油収容
部６と、これに充填された油７と、油収容部６内の油圧
を調整する油圧調整バルブ８とを有してなるものであ
る。油収容部６は、内挿ブレース材４の先端部（一端
側）に配設されたもので、内挿ブレース材４の外周面に
その周方向に沿って設けられたものである。すなわち、
この油収容部６は、内挿ブレース材４の外周面に設けら
れた円筒状の側管６ａ、６ａと、この側管６ａ、６ａの
外面、およびこれら側管６ａ、６ａ間を覆った状態に貼
接された膜９と、この膜９を覆った状態に形成されスリ
ット鋼管１０とからなるものである。

【００１２】側管６ａは、幅の狭い鋼管等からなるもの
で、内挿ブレース材４の外周面に溶接等によって液密に
固定されたものである。膜９は、合成ゴム等の伸縮性の
ある材質からなるものである。このような構成により、
内挿ブレース材４の外周面と側管６ａ、６ａと膜９とに
よって囲まれた空間は、後述するように油を液密に収容
する空間となっている。また、膜９が伸縮性を有してい
ることから、後述するように油圧によって容易に膨出
し、油収容部６の壁体を押圧するようになっている。

【００１３】また、スリット鋼管１０は、油収容部６の
壁体を構成するもので、図１（ｃ）に示すようにその長
さ方向に沿って多数のスリット１１…を所定間隔ごとに
並列した状態で形成したものである。このような構成の
もとにスリット鋼管１０は、スリット１１…が形成され
たことにより各スリット１１、１１間に形成された細板
部１２…が、それぞれ内挿ブレース材４内の摩擦発生部
５によって加圧されることにより、図１（ｄ）に示した
平らな状態から図１（ｂ）に示したように外側、すなわ
ち外挿ブレース材３の内面側に向けて変形し易くなって
いる。なお、油収容部６においてスリット１１…が形成
された箇所は、後述するように外挿ブレース材３との摺
動部となっている。

【００１４】このような油収容部６に収容され封入され
る油７としては、シリコンオイルなど従来の油圧ダンパ
ー等に用いられる粘性体（油）がそのまま用いられる。
油圧調整バルブ８は、油収容部６内から内挿ブレース材
４の内側に引き出され、さらにこの内挿ブレース材４を
通った後、再度内挿ブレース材４を貫通してその外に引
き出されたパイプ１３に取り付けられたもので、油収容
部６内に充填された油による圧（油圧）を所定圧に設定
しさらにこれを保持するよう制御するためのものであ
る。この油圧調整バルブ８としては、従来公知の種々の
もの、例えばオリフィスタイプや比例弁タイプ、組合わ
せタイプなどが使用可能である。

【００１５】なお、この油圧調整バルブ８が取り付けら
れた位置は、内挿ブレース材４の先端より十分遠い位置
（内側に入った位置）となっており、これにより内挿ブ
レース材４と外挿ブレース材３との間の挿通に干渉しな
いようになっている。また、油圧調整バルブ８は内挿ブ
レース材４の外側に設けられていることから、この油圧
調整バルブ８により油収容部６内の油圧を容易に調整す
ることができるようになっている。

【００１６】摩擦発生部５の油収容部６のスリット鋼管
１０上には、スリット１１…が形成された箇所、すなわ
ち外挿ブレース材３との間の摺動部では、摺動面となる
細板部１２…上に潤滑材１４が塗布されている。この潤
滑材１４は、外挿ブレース材３と内挿ブレース材４とが
挿通して外挿ブレース材３の内面と油収容部６の壁体、
すなわちスリット鋼管１０とが摺動する際の、静止摩擦
力を小さくするために設けられたもので、従来公知の潤
滑材が使用可能であるが、本例ではモリブデンの粉末を
可塑材中に分散させたモリブデンペーストが用いられて
いる。

【００１７】なお、内挿ブレース材４の先端には、その
開口を塞ぐ蓋板４ａが設けられており、これによって内
挿ブレース材４は、その先端部に力が加わった際、これ
が内側に屈曲するのが抑えられるようになっている。こ
のような構成のブレース２において、外挿ブレース材３
の先端部（内挿ブレース材４側の端部）と内挿ブレース
材４の先端部、さらに摩擦発生部５と内挿ブレース材４
に塗布された潤滑材１３とから、本発明のダンパーの一
例となるダンパー部１が構成されている。

【００１８】なお、本発明のダンパーは、図１に示した
ように内挿ブレース材４の外部に摩擦発生部５を設けた
構造に限定されることなく、図２に示すように外挿ブレ
ース材３の内部に摩擦発生部５を設けてもよい。このよ
うに摩擦発生部５を設けても、図１に示したダンパー構
造と同様に、その油収容部６の油圧力によって該油収容
部６の壁体、すなわちスリット鋼管１０が内挿ブレース
材４の壁面を押圧することにより、これらスリット鋼管
１０と内挿ブレース材４の内面との間の摩擦力を高める
ことができる。この例においては、油収容部６から外挿
ブレース材３の外側に直接引き出された状態で油圧調整
バルブ８が設けられており、したがって加工上有利にな
っている。

【００１９】このようなブレース２は、例えば図３
（ａ）に示すように杭１５と梁１６とからなる構造体に
斜めに取り付けられて用いられるが、これに先立ち、あ
るいは取り付け後、油圧調整バルブ８を調整することに
よって摩擦発生部５による摩擦力が調整される。摩擦力
の調整は、油圧調整バルブ８を調整することによって油
収容部６内の油圧を十分に高め、図１（ｂ）に示したよ
うに膜９を内挿ブレース材４内面側に膨出させ、これに
より内挿ブレース材４の細板部１２…を押圧してこれも
外側に膨出させることで行う。このようにして摩擦力が
調整されて配設されたブレース２は、平常時、杭１５と
梁１６とからなる構造体において特に斜めにかかる荷重
（力）が所定値以下の場合に、これに対して従来の一本
の鋼管からなるブレースと同様に抗力を発揮する。

【００２０】また、図３（ｂ）に示すように、地震等に
よって斜めに働く力が所定値を越えてかかった場合に
は、この力を受けることにより外挿ブレース材３内を摩
擦発生部５のスリット鋼管１０の細板部１２…が摺動
し、これによりブレース２は伸縮して受けた力を減衰す
る。このとき、細板部１２…上には潤滑材１４が塗布さ
れているので、摺動面における静止摩擦力が小さくなっ
ており、したがって油圧調整バルブ８で調整され設定さ
れた所定値を越えて力が加わった際には、ただちに摺動
が起きて加えられた力が減衰するようになっている。ま
た、地震中にダンパーが作動し、地震終了後にダンパー
が初期の位置に戻らず、建物に残留変形を生じさせる可
能性もある。この場合には、油圧調整バルブ８を介して
油圧を低下させることにより、摩擦力が低下して自動的
に初期の位置に戻った後、再度油圧調整バルブ８を介し
て所定の油圧に戻せばよい。

【００２１】ここで、摩擦による減衰機構を説明する
と、摩擦力には、図４に示すように滑り出す寸前に生じ
る静止摩擦力Ａと、滑っているときに生じる動摩擦力Ｂ
とがあるが、動摩擦力Ｂは静止摩擦力Ａに比べ小さい。
そのため、本例においては、摩擦面となる摺動面に潤滑
材１３を塗布しておくことにより、動摩擦力Ｂと静止摩
擦力Ａとの差を小さくし、所定値を超えて力がかかった
際には速やかに摺動を起こさせ、静止摩擦力Ａ、さらに
は動摩擦力Ｂによってこれを減衰させるようにしてい
る。

【００２２】このようなブレース２にあっては、ダンパ
ー部１を備えたことにより、油圧調整バルブ８によって
設定した所定値を超えて力がかかると、外挿ブレース材
３内を内挿ブレース材４が挿通し、そのときに生じる摩
擦力によってかかった力を減衰することができる。一
方、平常時においてはスリット鋼管１０上の摺動面に生
じている摩擦力によって摺動が起こらず、従来のブレー
スと同様に構造体にかかる所定値以下の力に対し、効力
を発揮するようになる。

【００２３】また、このようなブレース２に用いられる
ダンパー部１は、例えば内挿ブレース材４を形成する鋼
管の直径を３００ｍｍとし、油圧を５０ｋｇ／ｃｍ² 程
度、スリット１１の長さを１ｍ程度、スリット鋼管１０
上の摺動面における摩擦係数を０．２５程度とすれば、
摩擦力が約１２０ｔｏｎの高出力のダンパーとなる。し
たがって、本例のダンパー部１は、油圧調整バルブ８に
よって油圧を変更することにより摺動面の摩擦力を容易
に設定・調整することができるので、用途に応じてその
減衰性能を容易に変更することができ、これにより各種
の用途に適用可能な汎用性の高いダンパーとなる。

【００２４】なお、前記例のダンパー部１では、一旦油
圧調整バルブ８で油圧（すなわちこの油圧による摩擦
力）を調整した後は、そのままの状態で使うようにして
いるが、例えばこれのメンテナンスを行う必要がある場
合には、油収容部６内の油圧を示す油圧ゲージを摺動に
干渉しない位置に設けておき、この油圧ゲージにて油圧
を管理するようにしてもよい。

【００２５】また、前記例では、膜９を貼着することに
より油収容部６内を液密にするとともにこの膜９を油圧
力で膨出させてスリット鋼管１０をも膨出させ、摺動面
での摩擦力を高めるようにしたが、本発明はこれに限定
されることなく、例えば膜９を用いずに油収容部６内に
合成ゴム等の伸縮性のある材質からなる袋状の内容器を
収納し、この内容器内に油７を充填するようにしてもよ
い。このように袋状の内容器を用いれば、油漏れによる
油圧低下のおそれが軽減され、ダンパー機能の長期信頼
性がより高くなる。

【００２６】図５は、本発明の柱の一例を示す図であ
り、図５中符号２０は柱、２１はダンパー部である。こ
の柱２０も図１に示したブレース２と同様の構成からな
るもので、鋼管製の外挿柱材２２と同じく鋼管製の内挿
柱材２３とを備え、これら外挿柱材２２と内挿柱材２３
との挿通部分を、図１に示したダンパー部１と同様の構
成からなるダンパー部２１としている。

【００２７】このような柱２０は、例えば図６(ａ）に
示すように高層ビル２４の柱の一部を構成する部材とし
て用いられ、平常時においては先の例と同様に、摩擦発
生部５の摺動面に生じている摩擦力によって摺動が起こ
らず、したがって通常の柱と同様に軸力を負担するもの
となる。一方、図６（ｂ）に示したように地震等により
柱に過大な軸力が生じた場合には、この力を受けること
により外挿柱材２２内を内挿柱材２３が挿通し、これに
より柱２０は伸縮して受けた力を減衰するようになる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明のダンパー
は、外挿体あるいは内挿体に油収容部を有した摩擦発生
手段が設け、この摩擦発生手段の油収容部の壁体により
外挿体あるいは内挿体の壁面を押圧してこれらの間の摺
動面の摩擦力を高めることができるようにしたものであ
るから、外挿体と内挿体との間の挿通を起こりにくくす
ることができる。したがって、平常時には外挿体と内挿
体との間で挿通が起こらないように摩擦発生手段の油圧
力を調整するとともに、外挿体と内挿体との間にこれら
が互いに挿通する方向に一定以上の力が加わったとき、
これらが相対的に挿通するように調整しておけば、異常
発生により一定以上の力が加わったとき挿通が起こるこ
とにより、この加わった力を減衰することができる。

【００２９】また、このダンパーにあっては、比較的簡
略な構成であることから安価なものとなり、しかも油圧
を用いることにより簡単に大きな摩擦力を発生させるこ
とができることから、高出力のものとなる。さらに、油
圧調整バルブを設け、これで油圧を調整できるようにす
れば、用途に応じて出力、すなわちその減衰性能を容易
に変更することができ、これにより各種の用途に適用可
能な汎用性の高いダンパーとなる。

【００３０】また、本発明のブレース、および柱は、い
ずれも前記ダンパーを用いた構成としていることから、
その長さ方向に伸縮させる力が加わったとき、前記ダン
パーの機構によってこれを容易に減衰させることがで
き、これにより地震等の対策に極めて有用なものとな
る。したがって、特に重要度の高い建築物や構造物の構
造部材として有効なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のブレースの一例の概略構成を説明す
るための図であり、(ａ）は要部外観図、（ｂ）は油収
容部に油圧力が導入されてスリット鋼管が膨出した状態
にあるときの（ａ）の要部断面図、（ｃ）はスリット鋼
管の外観図、（ｄ）は油収容部に油圧力が導入されず、
スリット鋼管が膨出していない状態にあるときの（ａ）
の要部断面図である。

【図２】 本発明のブレースの他の例の概略構成を説明
するための図であり、油収容部に油圧力が導入されてス
リット鋼管が膨出した状態にあるときの要部断面図であ
る。

【図３】 （ａ）、（ｂ）は図１に示したブレースの使
用例を説明するための図である。

【図４】 摩擦による減衰機構を説明するためのグラフ
である。

【図５】 本発明の柱の一例の概略構成を示す要部正面
図である。

【図６】 （ａ）、（ｂ）は図５に示した柱の使用例を
説明するための図である。

【符号の説明】

１、２１…ダンパー部、２…ブレース、３…外挿ブレー
ス材、４…内挿ブレース材、５…摩擦発生部（摩擦発生
手段）、６…油収容部、７…油、８…油圧調整バルブ、
１１…スリット、１４…潤滑材、２０…柱、２２…外挿
柱材、２３…内挿柱材

フロントページの続き (72)発明者 山崎 和彦 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 石井 清 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 荻迫 栄治 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 櫻井 隆喜 東京都中央区銀座六丁目15番１号 電源開 発株式会社内 (72)発明者 中山 一孝 東京都中央区銀座六丁目15番１号 電源開 発株式会社内 Ｆターム(参考） 2E125 AA33 AB17 AC16 AG03 AG12 BB08 BB19 BB22 BB25 BB36 BB37 BD01 BE02 BE03 BE07 BE08 BF06 CA54 EA25 2E163 FA02 FB06 FB09 FB46 FF01 3J066 AA01 AA26 BD05 CA06 CB06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外挿体とこれに摺動可能に内挿される内
   挿体とが備えられ、前記外挿体の内側あるいは前記内挿
   体の外側に、油収容部を有し、該油収容部の油圧力によ
   って該油収容部の壁体が外挿体あるいは内挿体の壁面を
   押圧することによりこれら外挿体と内挿体との間の摩擦
   力を高める摩擦発生手段が設けられ、前記外挿体あるい
   は内挿体と前記油収容部の壁体との間の摺動面に、潤滑
   材が塗布されてなることを特徴とするダンパー。
2. 【請求項２】 前記摩擦発生手段は、油収容部とこれに
   充填された油と油収容部内の油圧を調整する油圧調整バ
   ルブとを有してなり、外挿体あるいは内挿体の壁面に接
   する油収容部の壁体が、油圧力により膨出可能に形成さ
   れてなることを特徴とする請求項１記載のダンパー。
3. 【請求項３】 前記外挿体あるいは内挿体の壁面に接す
   る摩擦発生手段の油収容部の壁体には、該壁体が変形し
   易いようスリットが形成されており、該壁体の内側に
   は、油収容部内の液密性を保持するための伸縮性を有す
   る膜が設けられていることを特徴とする請求項１又は２
   記載のダンパー。
4. 【請求項４】 前記潤滑材がモリブデンの粉末からなる
   ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のダンパー。
5. 【請求項５】 外挿体を有したブレース材と内挿体を有
   したブレース材とからなるブレースであって、 前記外挿体の内側あるいは前記内挿体の外側に、油収容
   部を有し、該油収容部の油圧力によって該油収容部の壁
   体が外挿体あるいは内挿体の壁面を押圧することにより
   これら外挿体と内挿体との間の摩擦力を高める摩擦発生
   手段が設けられ、前記外挿体あるいは内挿体と前記油収
   容部の壁体との間の摺動面に、潤滑材が塗布されてなる
   ことを特徴とするブレース。
6. 【請求項６】 外挿体を有した柱材と内挿体を有した柱
   材とからなる柱であって、 前記外挿体の内側あるいは前記内挿体の外側に、油収容
   部を有し、該油収容部の油圧力によって該油収容部の壁
   体が外挿体あるいは内挿体の壁面を押圧することにより
   これら外挿体と内挿体との間の摩擦力を高める摩擦発生
   手段が設けられ、前記外挿体あるいは内挿体と前記油収
   容部の壁体との間の摺動面に、潤滑材が塗布されてなる
   ことを特徴とする柱。