JP2003004079A - 塑性流動抵抗型ダンパ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制振動作時における塑性流動体の温度上昇が
抑制された塑性流動抵抗型ダンパ装置を提供する。 【解決手段】 この塑性流動抵抗型ダンパ装置は、シリ
ンダ１と、該シリンダ１を軸心線方向に貫通するピスト
ンロッド２と、該ピストンロッド２に固着された複数個
のピストン４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、該シリンダ１内に充填
された塑性流動体６と、該ピストン４の一側の室５Ａと
他側の室５Ｂとを連通しており、該塑性流動体６が連通
可能なチョーク部３とを有する。チョーク部３の大きさ
（間隔）は、ピストンを１個だけ設ける場合よりも大き
くしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築、土木あるい
は機器などの各種の構造物における振動を減衰するため
のダンパ装置に係り、特に塑性流動抵抗型ダンパ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】建築、土木あるいは機器などの各種の構
造物においては、地震や風による振動を低減する目的で
ダンパ装置を設けることが行なわれている。このダンパ
装置は、構造物の変位が集中するところ（各方向に大き
な振幅が生じるところ）に装着される。この種のダンパ
装置は、減衰の対象となる変位の形態により、層間ダン
パシステム、ジョイントダンパシステム、部材内ダンパ
システムの３つに分類することができる。また、前記ダ
ンパ装置は、使用する減衰材料により、履歴型ダンパ装
置、粘性抵抗型ダンパ装置、電磁力型ダンパ装置の３つ
に分類することができる。前記履歴型ダンパ装置として
は、鋼製弾塑性ダンパ、鉛押出し型ダンパ、摩擦ダンパ
などが使用されている。また、前記粘性抵抗型ダンパ装
置としては、オイルダンパ、粘性ダンパ、粘弾性ダンパ
なとが使用されている。さらに、前記電磁力型ダンパ装
置としては、磁気ダンパ、ＥＲダンパなどが使用されて
いる。

【０００３】本発明は、特に、上記粘性抵抗型ダンパ装
置の一種である塑性流動抵抗型のダンパ装置に係わるも
のである。

【０００４】この塑性流動抵抗型ダンパ装置は、シリン
ダと、該シリンダを貫通するピストンロッドと、該ピス
トンロッドに固着されたピストンと、該シリンダ内に充
填された塑性流動体とを備えている。通常の塑性流動抵
抗型ダンパ装置にあっては、ピストンの外周面とシリン
ダの内周面との間にチョーク部と称される小間隙があい
ており、ピストンの一側と他側とが該チョーク部を介し
て連通している。ピストンロッドに対しその軸心線方向
に振動が加えられると、シリンダ内の一方の室（ピスト
ンの一側の室）内の塑性流動体が該チョーク部を介して
他方の室に移動し、この移動に際しての塑性流動体の塑
性変形（流動抵抗）により振動が減衰される。

【０００５】図２（ａ）は、かかる塑性流動抵抗型ダン
パ装置の従来例を示す長手方向の断面図、図２（ｂ）は
図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【０００６】中空円筒形のシリンダ１の内部を通してピ
ストンロッド２が挿通され、該ピストンロッド２にはシ
リンダ１の内径との間にチョーク部（狭隘な連通部）３
を形成するピストン４が固着されている。シリンダ１と
ピストンロッド２との間に形成されるシリンダ室５内に
は塑性流動体６が収容（充填）されている。この塑性流
動体６としては、例えば未加硫ゴムやシリコンゴムなど
が使用される。前記シリンダ室５は前記ピストン４によ
り両側のシリンダ室５Ａ、５Ｂに区分されており、これ
らのシリンダ室５Ａ、５Ｂは前記チョーク部３を通して
連通している。前記塑性流動体６は、これらのシリンダ
室５Ａ、５Ｂ及び前記チョーク部３内の空間に収容され
ている。

【０００７】前記ピストンロッド２の先端部（図１中の
左端部）には、該ピストンロッドを一方の構造物（不図
示）に連結するためのピストンロッド取付部材７が設け
られている。このピストンロッド取付部材７は、該部材
７に形成された雌ねじにピストンロッド２の先端部に形
成された雄ねじをねじ込むとともにロックナット８を締
結することにより、該ピストンロッド２に対して軸方向
位置調節可能に固定されている。

【０００８】このピストンロッド取付部材７には、ダン
パ装置を一方の構造物に取付けるための取付け孔１７が
形成されている。前記シリンダ１の反対側端部（図２中
の右側端部）には、該シリンダ１を他方の構造物（不図
示）に連結するためのシリンダ取付部材９が固定されて
いる。このシリンダ取付部材９には、ダンパ装置を他方
の構造物に取付けるための取付け孔１８が形成されてい
る。

【０００９】前記シリンダ１の図２中の左側端部には、
前記塑性流動体６を前記シリンダ室５内に収容保持する
ための第１のシリンダ室端面部材１０が位置決め固定さ
れている。この第１のシリンダ室端面部材１０はシリン
ダ１の内径部に嵌合された後溶接又は蝋付けで位置決め
固定されている。また、前記シリンダ１の図２中の右側
端部には、前記塑性流動体６を前記シリンダ室５内に収
容保持するための第２のシリンダ室端面部材１１が位置
決め固定されている。この第２のシリンダ室端面部材１
１は前記シリンダ取付部材９と一体の部材、つまり該シ
リンダ取付部材９の一部で形成されている。該第２のシ
リンダ室端面部材１１（すなわちシリンダ取付部材９）
は、シリンダ１の内径部に嵌合された後溶接又は蝋付け
で該シリンダ１に対して位置決め固定されている。この
場合、前記第１及び第２のシリンダ室端面部材１０及び
１１の外径部に形成した雄ねじ部を前記シリンダ１の両
端部に形成した雌ねじ部にねじ込んで嵌合してもよい。

【００１０】前記ピストンロッド２の図１中の右側部分
（前記ピストンロッド取付部材７の反対側部分）は、シ
リンダ１の外方に延び出しており、その延び出し部分は
前記シリンダ取付部材９に形成された中心孔１２により
摺動自在に嵌合支持されている。前記第１のシリンダ室
端面部材１０の内径部には、ピストンロッド２の摺動面
を封止するためのシール材１３と該シール材１３を位置
決め保持するための保持部材（リテーナ）１４が装着さ
れている。同様に、前記第２のシリンダ室端面部材１１
（本実施例ではシリンダ取付部材９の左端部分に形成さ
れている）の内径部にも、ピストンロッド４の摺動面を
封止するためのシール材１５と該シール材１５を位置決
め保持するための保持部材（リテーナ）１６が装着され
ている。

【００１１】前記ピストンロッド２とピストン４は別体
の部品として加工（製造）され、該ピストン４を該ピス
トンロッド２の所定位置に嵌合した後、該ピストン２は
溶接又は蝋付けにより該ピストンロッド２に位置決め固
定されている。なお、前記ピストン４に形成した雌ねじ
部を前記ピストンロッド２に形成した雄ねじ部にねじ込
んで嵌合されることもある。

【００１２】このように構成された塑性流動抵抗型ダン
パ装置に対し振動が加えられ、ピストン４がシリンダ１
に対して移動すると、シリンダ１とピストンロッド２と
の間に形成されるシリンダ室５内に収容された塑性流動
体６が前記チョーク部３を通して前記ピストン４で区分
されたシリンダ室５Ａ、５Ｂ間を移動し、この際の塑性
流動体６の塑性流動抵抗（内部損失）により振動を吸収
し、それによって振動を減衰する。

【００１３】すなわち、シリンダ１内の塑性流動体６の
容積は一定であるので、ピストン４とシリンダ１が相対
的に移動すると、塑性流動体６はピストン４の外径面と
シリンダ１の内径面との間のチョーク部（狭隘部）３を
通過して移動する。このとき、ピストン４の外径面に作
用する剪断応力（塑性流動抵抗）が減衰力として作用す
る。

【００１４】塑性流動体６を減衰材として用いたこの種
の塑性流動抵抗型ダンパ装置は、鉛押し出し型ダンパ装
置と比較して、緩速変形時の抵抗が小さい。また、減衰
力の発現は塑性流動体６が前記チョーク部（狭隘部）３
を通過するときの抵抗によるので、減衰力の温度依存性
が小さい。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】この塑性流動抵抗型ダ
ンパ装置にあっては、上記の通り、ピストンとシリンダ
との間のチョーク部を塑性流動体が通過するときの流動
抵抗により振動が減衰されるのであるが、塑性流動体が
狭いチョーク部を通過するときに流動抵抗により発熱
し、塑性流動体の温度が上昇することがある。

【００１６】本発明は、塑性流動体に局部的に大きな発
熱が生じることが防止される塑性流動抵抗型ダンパ装置
を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の塑性流動抵抗型
ダンパ装置は、シリンダと、該シリンダを軸心線方向に
貫通するピストンロッドと、該ピストンロッドに固着さ
れたピストンと、該シリンダ内に充填された塑性流動体
と、該ピストンの一側と他側とを連通しており、該塑性
流動体が連通可能な連通部と、を有する塑性流動抵抗型
ダンパ装置において、複数個のピストンがピストンロッ
ドに設けられていることを特徴とするものである。

【００１８】かかる塑性流動抵抗型ダンパ装置は、ピス
トンを複数個設けているので、ピストン１個当りの連通
部（チョーク部）の大きさを大きくとっても、従来の塑
性流動抵抗型ダンパ装置と同様の制振特性を得ることが
できる。そして、このようにピストン１個当りの連通部
（チョーク部）を大きくすることにより、１個の連通部
における塑性流動体の制振時に発生する流動抵抗熱が小
さい。従って、塑性流動体の局部的な温度上昇が抑制さ
れる。また、ピストンを多く設けているので、塑性流動
体とピストンとの接触面積が大きい。このため、チョー
ク部を通過する塑性流動体の流動抵抗によって生じた熱
が速やかに塑性流動体からピストンに伝播し、塑性流動
体の温度上昇が抑制される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態に
係る塑性流動抵抗型のダンパ装置の長手方向の縦断面図
である。

【００２０】この実施の形態においても、中空円筒形の
シリンダ１の内部を通してピストンロッド２が挿通され
ている。この実施の形態では、該ピストンロッド２には
シリンダ１の内径との間に複数のチョーク部（狭隘部）
３を形成するように複数個のピストン４Ａ，４Ｂ，４Ｃ
が固着されている。シリンダ１とピストンロッド２との
間に形成されるシリンダ室５内には塑性流動体６が収容
（充填）されている。この塑性流動体６としては、この
実施の形態では、高熱伝導材料を含有した未加硫ゴムや
シリコンゴムなどが使用されている。前記シリンダ室５
は前記ピストン４Ａ，４Ｂ，４Ｃによりシリンダ室５
Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄに区分されており、これらのシリ
ンダ室５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは前記チョーク部３を介
して連通している。前記塑性流動体６は、これらのシリ
ンダ室５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ及び前記チョーク部３内
の空間に収容されている。

【００２１】ピストン４Ａ，４Ｂ，４Ｃの外周面とシリ
ンダ１の内周面との間隔は、前記図２の従来例のピスト
ン４とシリンダ１との間隔よりも大きく設定されてい
る。

【００２２】この実施の形態に係る塑性流動抵抗型ダン
パ装置のその他の構成は前記図２の塑性流動抵抗型ダン
パ装置と同一であり、同一符号は同一部分を示してい
る。

【００２３】このダンパ装置は、例えば地震や風などの
加振力により相対変位（振動）する２つの構造物のそれ
ぞれに前記ピストンロッド取付部材７と前記シリンダ取
付部材９を連結して使用される。具体的には、例えば、
２つの建物（構造物）の間に取付けて使用するジョイン
トダンパシステムに用いることができる。また、このダ
ンパ装置は、例えば建物の層間にブレース状に斜めに配
設され、層間変位振動を吸収させることができる。

【００２４】このように構成された塑性流動抵抗型ダン
パ装置に対し振動が加えられ、ピストン４Ａ，４Ｂ，４
Ｃがシリンダ１に対して移動すると、シリンダ１とピス
トンロッド２との間に形成されるシリンダ室５Ａ，５
Ｂ，５Ｃ，５Ｄ内に収容された塑性流動体６が前記チョ
ーク部３を通して前記ピストン４Ａ，４Ｂ，４Ｃで区分
されたシリンダ室５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ間を移動し、
この際の塑性流動体６の塑性流動抵抗（内部損失）によ
り振動を吸収し、それによって振動を減衰する。

【００２５】この実施の形態では、３個のピストン４
Ａ，４Ｂ，４Ｃを設けており、各ピストン４Ａ，４Ｂ，
４Ｃの外周面とシリンダ１の内周面との間隔（即ち、チ
ョーク部３の間隔）は図２の従来例に比べて大きくなっ
ている。なお、ピストン４Ａ，４Ｂ，４Ｃの厚さ（ピス
トンロッド２の軸心線方向の寸法）は従来のピストン４
と略同一となっている。このようにチョーク部３を大き
くしているが、ピストンを３個設けることにより、塑性
流動抵抗型ダンパ装置の制振特性は図２の塑性流動抵抗
型ダンパ装置と同等のものとなっている。

【００２６】この塑性流動抵抗型ダンパ装置にあって
は、各チョーク部３の間隔が大きいので、チョーク部１
個当りの塑性流動体の制振時に発生する流動抵抗熱が小
さい。従って、塑性流動体の局所的な温度上昇が抑制さ
れる。また、ピストンを多く設けているので、塑性流動
体とピストンとの接触面積が大きい。従って、チョーク
部３を通過する塑性流動体の流動抵抗によって生じた熱
が速やかに塑性流動体からピストン３に伝播し、塑性流
動体の温度上昇が抑制される。

【００２７】図１（ａ）では３個のピストン４Ａ，４
Ｂ，４Ｃを設けているが、ピストンの数は２又は４以上
であってもよい。また、各ピストンの厚さ（ピストンロ
ッドの軸心線方向の寸法）が異なってもよい。図１
（ｂ）はその一例を示すピストン及びピストンロッドの
側面図であり、ピストンロッド２に４個のピストン４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが間隔をあけて設けられている。
ピストン４ａ，４ｄはピストン４ｂ，４ｃよりも厚さが
大きい。このようにピストンの数を多くすると、ピスト
ンと塑性流動体との接触面積が大きくなり、塑性流動体
に発生した流動抵抗熱が速やかにピストン及びピストン
ロッドを介して外部に放熱されるようになる。

【００２８】本発明では、シリンダ１内に充填された塑
性流動体６に高熱伝導材料を含有させてもよい。このよ
うにすれば、塑性流動体６がチョーク部３を通過する際
に生じる流動抵抗熱が塑性流動体６からシリンダ１やピ
ストン及びピストンロッド２を介して速やかに放散され
るようになり、塑性流動体６の温度上昇が抑制される。

【００２９】この高熱伝導材料としては金属、セラミッ
ク、カーボンの１種又は２種以上が好適である。この金
属としては、熱伝導率が高く、耐食性が高く、また未加
硫ゴム等との反応性、架橋触媒活性を有しないステンレ
ス、アルミニウム、黄銅の１種又は２種以上が好まし
い。セラミックとしては、熱伝導率の高い立方晶窒化ホ
ウ素、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３などが例示される。
ただし、これらの高熱伝導材料の中では、ステンレス、
アルミニウム、黄銅等が好適である。

【００３０】この高熱伝導材料は平均粒径が１０〜５０
０μｍ程度の微粒子であることが好ましい。この高熱伝
導材料は、未加硫ゴム又はシリコンゴム等との合計体積
に対して１〜５０体積％程度含有されることが好まし
い。

【００３１】

【発明の効果】以上の通り、本発明によると、制振動作
時における塑性流動体の温度上昇が抑制された塑性流動
抵抗型ダンパ装置が提供される。この塑性流動抵抗型ダ
ンパ装置は、塑性流動体の温度上昇が小さいので、塑性
流動体の特性変動が小さく、常に優れた制振効果を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は実施の形態に係る塑性流動抵抗型
ダンパ装置の長手方向の縦断面図、図１（ｂ）は別の実
施の形態に用いられるピストン及びピストンロッドの側
面図である。

【図２】図２（ａ）は従来例に係る塑性流動抵抗型のダ
ンパ装置の長手方向の縦断面図であり、図２（ｂ）は図
２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダ ２ ピストンロッド ３ チョーク部 ４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ ピス
トン ５（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ） シリンダ室 ６ 塑性流動体 ７ ピストンロッド取付部材 ８ ロックナット ９ シリンダ取付部材 １０，１１ シリンダ室端面部材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダと、 該シリンダを軸心線方向に貫通するピストンロッドと、 該ピストンロッドに固着されたピストンと、 該シリンダ内に充填された塑性流動体と、 該ピストンの一側と他側とを連通しており、該塑性流動
   体が連通可能な連通部と、 を有する塑性流動抵抗型ダンパ装置において、 複数個のピストンが該ピストンロッドに設けられている
   ことを特徴とする塑性流動抵抗型ダンパ装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記連通部は、前記
   ピストンの外周面とシリンダの内周面との間の間隙部よ
   りなることを特徴とする塑性流動抵抗型ダンパ装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記塑性流動
   体は未加硫ゴム又はシリコンゴムであることを特徴とす
   る塑性流動抵抗型ダンパ装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項におい
   て、前記塑性流動体が高熱伝導材料を含有することを特
   徴とする塑性流動抵抗型ダンパ装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記高熱伝導材料は
   微粒子であることを特徴とする塑性流動抵抗型ダンパ装
   置。
6. 【請求項６】 請求項４又は５において、前記高熱伝導
   材料は金属、セラミック及びカーボンの少なくとも１種
   であることを特徴とする塑性流動抵抗型ダンパ装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、前記金属はステンレ
   ス、アルミニウム及び黄銅の少なくとも１種であること
   を特徴とする塑性流動抵抗型ダンパ装置。