JP2006226480A - 制震装置および安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストの制震装置を提供する。
【解決手段】 制震装置１において、内側鋼管３は、外側鋼管５の内部に設けられている。内側鋼管３の内部には、ゴム９が充填されており、内側鋼管３の内部には、ストッパ１１がＡ方向およびＢ方向に移動可能に設けられ、底板７とストッパ１１でゴム９を挟み込んでいる。
制震装置１は、内側鋼管３の円筒部２３と外側鋼管５の円筒部２５に生じる摩擦力によって、制震装置１にかかる荷重が、最大静止摩擦力以下であれば伝達し、最大静止摩擦力以上であれば、そのエネルギーを吸収して減衰力を発生し、建築物の振動を低減する。この摩擦力は、ストッパ１１を移動させ、ゴム９を圧縮し、拡幅することによって、円筒部２３が円筒部２５に与える圧力を変更することによって調整可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、制震装置および安全装置に関するものである。

ビルや橋梁等の構造物に使用する制震装置は、地震等の振動が構造物に入力した場合に、外力のエネルギーを吸収して構造物に減衰力を与え、構造物に発生する振動を低減することにより、建物の損傷を軽減し、居住性を向上させるものである。制震装置には、摩擦力を利用した摩擦ダンパ、油の流体抵抗を利用した油圧ダンパ、金属の塑性変形を利用した弾塑性ダンパ等を用いたものがある。

これらのダンパは、受ける荷重が一定値以内では、その荷重を伝達し、一定値以上の荷重を受けた場合は、エネルギーを吸収して減衰力を発生する作用を持っている。

中でも、摩擦ダンパを用いた制震装置は、保守が容易であることから、広く用いられており、以下のようなものが知られている。
（特許文献１）。
特開平１１-３４３６７５号公報

しかしながらこのような摩擦ダンパを用いた制震装置では、構造が複雑であるため、コストが高くなるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は低コストの制震装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、第１の発明は、第１の管状部材と、前記第１の管状部材の内部に設けられた第２の管状部材と、前記第２の管状部材の内部に充填された充填材と、前記充填材を圧縮する圧縮手段と、を具備し、前記圧縮手段により前記充填材を圧縮して、前記第２の管状部材の径を拡幅することを特徴とする制震装置である。
前記第１の管状部材と前記第２の管状部材の間に摩擦材が設けられていてもよい。
前記圧縮手段は、前記第２の管状部材に設けられ、前記充填材を挟み込むように設けられた複数の板と、前記複数の板と前記充填材を、貫通するように設けられたボルトと、前記ボルトに設けられたナットと、からなり、前記ボルトもしくは前記ナットを回転させることにより、前記複数の板が前記充填材を圧縮して、前記第２の管状部材の径を拡幅してもよく、また、前記圧縮手段は、前記第２の管状部材に設けられ、前記充填材を挟み込むように設けられた複数の板と、前記第２の管状部材の内部に設けられた第１のネジと、前記複数の板の少なくとも一方に設けられ、前記第１のネジと噛み合う第２のネジと、からなり、前記第２のネジを回転させることにより、前記複数の板が前記充填材を圧縮して、前記第２の管状部材の径を拡幅してもよい。

また、第２の発明は、管状部材と、前記管状部材の内部に設けられたピストンと、前記管状部材と前記ピストンの間に充填された充填材と、前記充填材を圧縮する圧縮手段と、を具備し、前記圧縮手段により前記充填材を圧縮して、前記充填材の径を拡幅することを特徴とする制震装置である。
前記制震装置は、前記管状部材と、前記充填材の間に摩擦材が設けられていてもよい。
前記充填材は、弾性体、もしくは非圧縮性流体であってもよい。
前記圧縮手段は、前記管状部材の内部に移動可能に設けられた板と、前記ピストンに設けられ、前記板および前記充填材を貫通するように設けられたボルトと、前記板に設けられたナットからなり、前記ボルトもしくは前記ナットを回転させることにより、前記板と、前記ピストンが前記充填材を圧縮して、前記充填材の径を拡幅してもよい。

さらに、第３の発明は、第１の管状部材と、前記第１の管状部材の内部に設けられた第２の管状部材と、前記第２の管状部材の内部に充填された充填材と、前記充填材を圧縮する圧縮手段と、を具備し、前記圧縮手段により前記充填材を圧縮して、前記第２の管状部材の径を拡幅することを特徴とする安全装置である。

また、第４の発明は、管状部材と、前記管状部材の内部に設けられたピストンと、前記管状部材と前記ピストンの間に充填された充填材と、前記充填材を圧縮する圧縮手段と、を具備し、前記圧縮手段により前記充填材を圧縮して、前記充填材の径を拡幅することを特徴とする安全装置である。

本発明では、制震装置に充填材を備えており、充填材を圧縮して、その一端を拡幅して管状部材を押圧することにより、摩擦力を調整する。

本発明によれば、制震装置に充填材を備えており、構造が簡単であるため、低コストの制震装置を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。図１は、第１の実施形態に係る制震装置１を示す断面図であり、また図２はゴム９付近の構造を示す詳細図である。

図１に示すように、内側鋼管３は、外側鋼管５の内部に設けられており、内側鋼管３はＡ方向およびＢ方向に移動可能である。
内側鋼管３、外側鋼管５は円筒形状であり、円筒部２３、２５を有している。
また、内側鋼管３の一端は、底板７で閉じられている。

内側鋼管３の、底板と反対側の端部は、建築物の支持構造部に固定される。また、外側鋼管５の端部は建築物のブレース（筋かい）等に固定される。尚、内側鋼管３を建築物のブレース（筋かい）等に固定し、外側鋼管５を建築物の支持構造部に固定してもよい。

一方、内側鋼管３の内部には、ゴム９が充填されており、また、内側鋼管３の内部には、円盤状のストッパ１１がＣ方向およびＤ方向に移動可能に設けられ、底板７とストッパ１１でゴム９を挟み込んでいる。
なお、底板７とストッパ１１は、請求項５および６記載の「複数の板」に対応している。

さらに、ボルト１３が、ストッパ１１、ゴム９、底板７を貫通して設けられている。
ボルト１３の一端にはネジ１５が設けられており、ネジ１５の端部にはナット１７が設けられている。
ストッパ１１とボルト１３の間にはワッシャ１９が設けられており、底板７とナット１７の間にはワッシャ２１が設けられている。

内側鋼管３、外側鋼管５、ストッパ１１、ボルト１３、ナット１７、ワッシャ１９、ワッシャ２１の材料としては鋼材が用いられるが、内側鋼管３、外側鋼管５は、摩擦力を調整するために、アルミニウム、鉛等を用いてもよい。
ゴム９の材質は、弾性体であれば、特に限定されるものではなく、さらには弾性体に換えて、油のような非圧縮性流体を用いてもよい。

次に、内側鋼管３と外側鋼管５の間に生じる摩擦力の調整方法について、図２を用いて説明する。
前述したように、内側鋼管３の内部には、ストッパ１１がＣ方向およびＤ方向に移動可能に設けられている。
そのため、ボルト１３もしくはナット１７を回転させてストッパ１１を締め付け、ストッパ１１にかかる荷重（締め付け力）を大きくしたり、小さくしたりすることができる。

例えば、ボルト１３もしくはナット１７を回転させて、ストッパ１１にかかる荷重を大きくすると、ストッパ１１はＣ方向に移動する。
ゴム９は底板７とストッパ１１に挟まれているため、ストッパ１１がＣ方向に移動すると、ゴム９は底板７とストッパ１１によって圧縮される。
圧縮されたゴム９は、Ｅ方向及びＦ方向（径方向）に拡幅し、内側鋼管３の円筒部２３を押圧し、押圧された円筒部２３は径方向に拡幅され、外側鋼管５の円筒部２５を押圧する。
円筒部２３が円筒部２５を押圧すると、円筒部２３と円筒部２５の間の摩擦力が大きくなる。

反対に、ボルト１３もしくはナット１７を回転させてストッパ１１にかかる荷重を小さくすると、ストッパ１１はＤ方向に移動し、ゴム９を圧縮する力が弱くなる。そのため、ゴム９が内側鋼管３の円筒部２３を押圧する力も弱くなり、それに伴い、外側鋼管５が円筒部２５を押圧する力も弱くなる。
そのため、円筒部２３と円筒部２５の間の摩擦力が小さくなる。

次に制震装置１の作用について説明する。
建築物が風や地震等で振動したとき、内側鋼管３の円筒部２３と外側鋼管５の円筒部２５の間に生じる摩擦力によって、制震装置１はエネルギーを吸収することにより、減衰力を与えて、建築構造物に発生する振動を低減する。

すなわち、制震装置１にかかる荷重が、円筒部２３と円筒部２５の間に生じる最大静止摩擦力以下であれば、内側鋼管３は外側鋼管５の内部を摺動せず、内側鋼管３と外側鋼管５は、一体となって挙動し、制震装置１にかかる荷重はそのまま伝達される。

一方、制震装置１にかかる荷重が、円筒部２３と円筒部２５の間に生じる最大静止摩擦力以上であれば、内側鋼管３は外側鋼管５の内部をＡ方向およびＢ方向に移動し、その際に円筒部２３と円筒部２５の間に生じる動摩擦力によって、エネルギーを吸収し、建築構造物に減衰力を与える。
このようにして内側鋼管３と外側鋼管５がダンパとして機能する。

このように、第１の実施の形態によれば、制震装置１において、内側鋼管３の内部にゴム９が充填されており、ゴム９を圧縮することによって、円筒部２３の径を大きくし、円筒部２３と円筒部２５の間で摩擦力が発生し、内側鋼管３と外側鋼管５がダンパとして機能する。そして、制震装置１の構造は簡単であり、コストが削減できる。

次に、第２の実施形態について説明する。図３は第２の実施形態に係る制震装置２７を示す断面図であり、図４は、ゴム９の周囲の構造を示す詳細図である。
なお、第１の実施形態に係る制震装置１と同様の機能を果たす要素には同一の番号を付し、説明を省略する。

図３および図４に示すように、制震装置２７は、第１の実施形態に係る制震装置１において、内側鋼管３と外側鋼管５の間に、摩擦材２９を設けたものであり、摩擦材２９と外側鋼管５の円筒部２５の間に生じる摩擦力によって、制震装置２７にかかる荷重が、最大静止摩擦力以下であれば伝達され、最大静止摩擦力以上であれば、そのエネルギーを吸収して減衰力を発生する。

摩擦材２９は、アルミニウム、鉛等の板が用いられるが、これらを円筒部２３に溶接してもよい。
またテフロン（登録商標）等を円筒部２３にコーティングしたものであってもよく、クロム、ニッケル等を円筒部２３にメッキしたものであってもよい。あるいは金属、セラミックス等を円筒部２３に溶射してもよい。

摩擦力を調整する際は、ボルト１３もしくはナット１７を回転させ、ストッパ１１をＣ方向およびＤ方向に移動することによって、ゴム９にかかる圧縮力を変化させ、摩擦材２９と円筒部２５の間に生じる摩擦力を調整する。
なお、詳細は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

すなわち、円筒部２３が直接押圧するのは、円筒部２５ではなく、摩擦材２９であり、円筒部２３が摩擦材２９を押圧することによって、摩擦材２９と円筒部２５の間で摩擦力を発生させる。

このように、第２の実施形態では、制震装置２７において、内側鋼管３の内部にゴム９が充填されており、ゴム９を圧縮することによって、摩擦材２９と円筒部２５の間で摩擦力を発生させ、内側鋼管３と外側鋼管５がダンパとして機能する。

また、第２の実施形態によれば、摩擦材２９を変更することによって、摩擦係数の変更が可能となる。
さらに、摩擦材２９を変更することによって、摩擦音の調整を行うことが可能で、摩擦音を低減することができる。

次に、第３の実施形態について説明する。図５は、第３の実施形態に係る制震装置３１を示す断面図であって、図６は、ストッパ１１ａ付近を示す詳細図である。
なお、第１の実施形態に係る制震装置１と同様の機能を果たす要素には同一の番号を付し、説明を省略する。

第３の実施形態に係る制震装置３１の構造は、制震装置１と同様であるが、図５に示すように、第１の実施形態に係る制震装置１のボルト１３、ナット１７、ワッシャ１９、ワッシャ２１は設けられていない。
また、図６に示すように、内側鋼管３の内部には雌ネジ３３が設けられており、円筒状のストッパ１１ａの外周には雄ネジ３５が設けられている。また、ストッパ１１ａには例えば断面が６角形のレンチ孔３７が設けられている。

即ち、ストッパ１１ａは、それ自体がある種のネジとなっており、ストッパ１１ａを回転させることによって、ストッパ１１ａがＣ方向およびＤ方向に移動可能になっている。
なお、ストッパ１１ａを回転させる際は、レンチ孔３７にレンチ等を挿入して回転させる。

摩擦力を調整する際は、ストッパ１１ａを回転させ、ストッパ１１ａをＣ方向およびＤ方向に移動することによって、ゴム９にかかる圧縮力を変化させ、円筒部２３と円筒部２５の間に摩擦力を発生させる。
なお、詳細は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

このように、第３の実施形態では制震装置３１において、内側鋼管３の内部にゴム９が充填されており、ゴム９を圧縮することによって、円筒部２３と円筒部２５の間に摩擦力を発生させる。
したがって、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

次に、第４の実施形態について説明する。図７は、第４の実施形態に係る制震装置３９を示す断面図である。
なお、第１の実施形態に係る制震装置１と同様の機能を果たす要素には同一の番号を付し、説明を省略する。

第４の実施形態に係る制震装置３９は、第１の実施形態に係る制震装置１において、内側鋼管３ではなく、ピストン４１が設けられており、また、ゴム９と外側鋼管５が直接接しており、ゴム９と外側鋼管５の円筒部２５の間で摩擦力が発生する。

図７に示すように、外側鋼管５の内部には円筒状のピストン４１がＡ方向およびＢ方向に移動可能に設けられ、ピストン４１の先端にはボルト部４３が設けられている。ボルト部４３の先端にはネジ４５が設けられている。ピストン４１は円盤状の突出部４２を有する。

突出部４２と外側鋼管５の間にはゴム９が充填されている。
外側鋼管５の内部には円盤状のストッパ１１ｂが設けられており、ストッパ１１ｂと突出部４２が、ゴム９を挟みこんでいる。
ネジ４５にはナット４７が設けられている。

すなわち、ピストン４１もしくはナット４７を回転させると、ストッパ１１ｂがＧ方向またはＨ方向に移動する。

例えば、ピストン４１もしくはナット４７を回転させ、ストッパ１１ｂをＧ方向に移動させると、ストッパ１１ｂがゴム９を圧縮し、圧縮されたゴム９が拡幅して、外側鋼管５の円筒部２５を押圧する。
ゴム９が円筒部２５を押圧すると、ゴム９と円筒部２５の間の摩擦力が大きくなる。

逆に、ピストン４１もしくはナット４７を回転させ、ストッパ１１ｂをＨ方向に移動させると、ストッパ１１ｂがゴム９を圧縮する力が弱くなり、それに伴い、ゴム９と円筒部２５の間の摩擦力が小さくなる。

このように、第４の実施形態では制震装置３９において、外側鋼管５の内部にゴム９が充填されており、ゴム９を圧縮することによって、ゴム９と円筒部２５の間で摩擦力を発生させる。
したがって、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

次に、第５の実施形態について説明する。図８は、第５の実施形態に係る制震装置４９を示す断面図である。
なお、第４の実施形態に係る制震装置３９と同様の機能を果たす要素には同一の番号を付し、説明を省略する。

図８に示すように、制震装置４９は、制震装置３９において、ゴム９と、外側鋼管５の間に、摩擦材５１を設けたものであり、摩擦材５１と外側鋼管５の円筒部２５の間に生じる摩擦力によって、制震装置４９にかかる荷重が、最大静止摩擦力以下であれば伝達され、最大静止摩擦力以上であれば、そのエネルギーを吸収して減衰力を発生する。
摩擦材５１の材質および取り付け方法は摩擦材２９と同様である。

摩擦力を調整する際は、ボルト１３もしくはピストン４１を回転させ、ストッパ１１ｂをＣ方向およびＤ方向に移動することによって、ゴム９にかかる圧縮力を変化させ、摩擦材５１と円筒部２５の間に生じる摩擦力を調整する。
なお、詳細は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

すなわち、ゴム９が直接押圧するのは、円筒部２５ではなく、摩擦材５１であり、ゴム９が摩擦材５１を押圧することによって、摩擦材５１と円筒部２５の間に摩擦力を発生させる。

このように、第５の実施形態では制震装置４９において、外側鋼管５の内部にゴム９が充填されており、また、ゴム９と、外側鋼管５の間に、摩擦材５１が設けられており、ゴム９を圧縮することによって、摩擦材５１と円筒部２５の間で摩擦力を発生させる。
さらに、第５の実施形態によれば、摩擦材５１を変更することによって、摩擦係数の変更が可能となる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、第１の実施形態では、制震装置をビルや橋梁等の構造物に使用しているが、岩石の粉砕機に設けられている安全装置のように、一定以上の荷重がかかった際に、装置全体が破損するのを防ぐため変形する装置に使用してもよい。

また、各実施形態では、内側鋼管３、外側鋼管５、およびピストン４１等は円筒状であるが、断面が矩形、多角形等であってもよい。

さらに、各実施形態では内側鋼管３、外側鋼管５、およびピストン４１等は鋼を用いているが、アルミニウム等の他の材料を用いてもよい。

制震装置１を示す断面図 ゴム９付近の構造を示す詳細図 制震装置２７を示す断面図 ゴム９付近の構造を示す詳細図 制震装置３１を示す断面図 ストッパ１１ａ付近を示す詳細図 制震装置３９を示す断面図 制震装置４９を示す断面図

符号の説明

１…………制震装置
３…………内側鋼管
５…………外側鋼管
７…………底板
９…………ゴム
１１………ストッパ
１１ａ……ストッパ
１１ｂ……ストッパ
１３………ボルト
１５………ネジ
１７………ナット
１９………ワッシャ
２１………ワッシャ
２３………円筒部
２５………円筒部
２７………制震装置
２９………摩擦材
３１………制震装置
３３………雌ネジ
３５………雄ネジ
３７………レンチ孔
３９………制震装置
４１………ピストン
４３………ボルト部
４５………ネジ
４７………ナット
４９………制震装置
５１………摩擦材

Claims (9)

1. 第１の管状部材と、
   前記第１の管状部材の内部に設けられた第２の管状部材と、
   前記第２の管状部材の内部に充填された充填材と、
   前記充填材を圧縮する圧縮手段と、
   を具備し、
   前記圧縮手段により前記充填材を圧縮して、前記第２の管状部材の径を拡幅することを特徴とする制震装置。
2. 前記第１の管状部材と前記第２の管状部材の間に摩擦材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の制震装置。
3. 前記圧縮手段は、
   前記第２の管状部材に設けられ、前記充填材を挟み込むように設けられた複数の板と、
   前記複数の板と前記充填材を、貫通するように設けられたボルトと、
   前記ボルトに設けられたナットと、
   からなり、
   前記ボルトもしくは前記ナットを回転させることにより、前記複数の板が前記充填材を圧縮して、前記第２の管状部材の径を拡幅することを特徴とする請求項１記載の制震装置。
4. 前記圧縮手段は、
   前記第２の管状部材に設けられ、前記充填材を挟み込むように設けられた複数の板と、
   前記第２の管状部材に設けられた第１のネジと、
   前記複数の板の少なくとも一方に設けられ、前記第１のネジと噛み合う第２のネジと、
   からなり、
   前記第２のネジを回転させることにより、前記複数の板が前記充填材を圧縮して、前記第２の管状部材の径を拡幅することを特徴とする請求項１記載の制震装置。
5. 管状部材と、
   前記管状部材の内部に設けられたピストンと、
   前記管状部材と前記ピストンの間に充填された充填材と、
   前記充填材を圧縮する圧縮手段と、
   を具備し、
   前記圧縮手段により前記充填材を圧縮して、前記充填材の径を拡幅することを特徴とする制震装置。
6. 前記管状部材と、前記充填材の間に摩擦材が設けられていることを特徴とする請求項５記載の制震装置。
7. 前記圧縮手段は、
   前記管状部材に移動可能に設けられた板と、
   前記ピストンに設けられ、前記板および前記充填材を貫通するように設けられたボルトと、
   前記板に設けられたナットからなり、
   前記ボルトもしくは前記ナットを回転させることにより、前記板と、前記ピストンが前記充填材を圧縮して、前記充填材の径を拡幅することを特徴とする請求項５記載の制震装置。
8. 第１の管状部材と、
   前記第１の管状部材に設けられた第２の管状部材と、
   前記第２の管状部材の内部に充填された充填材と、
   前記充填材を圧縮する圧縮手段と、
   を具備し、
   前記圧縮手段により前記充填材を圧縮して、前記第２の管状部材の径を拡幅することを特徴とする安全装置。
9. 管状部材と、
   前記管状部材の内部に設けられたピストンと、
   前記管状部材と前記ピストンの間に充填された充填材と、
   前記充填材を圧縮する圧縮手段と、
   を具備し、
   前記圧縮手段により前記充填材を圧縮して、前記充填材の径を拡幅することを特徴とする安全装置。

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