JP2006275215A - 振動エネルギー吸収装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば地震発生時に建築物等に伝達される振動エネルギーを減少させる振動エネルギー吸収装置およびその製造方法に係り、振動エネルギーの吸収性能が安定していて繰返し耐久性も高く、しかも容易・安価に製造することのできるようにする。
【解決手段】鋼板等の硬質板１とゴム等の弾性体２とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体３に、上下方向に貫通する中空部ｈを設け、その中空部内に地震等の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収体４を収容配置した振動エネルギー吸収装置において、上記エネルギー吸収体４と中空部内面との間に、上記エネルギー吸収体よりも降伏点の低い金属または合成樹脂よりなる緩衝材９を介在させたことを特徴とする。また製造時は、エネルギー吸収体の外周面もしくは中空部内面に、上記緩衝材を被覆した状態で上記中空部内にエネルギー吸収体を装着する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば地震発生時に建築物や土木構造物等に伝達される振動エネルギーを減少させるための振動エネルギー吸収装置およびその製造方法に関する。更に詳しくは、鋼板等の硬質板とゴム等の弾性体とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体中に、地震等の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収体を設けた振動エネルギー吸収装置およびその製造方法に関するものである。

従来たとえば地震発生時に建築物や土木構造物等に伝達される振動エネルギーを減少させる手段として下記特許文献１，２のような振動エネルギー吸収装置が提案されている。図３および図４は上記のような振動エネルギー吸収装置Ａの一例を示すもので、鋼板等の硬質板１とゴム等の弾性体２とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体３を上下一対の基板５・５間に配置し、その両基板５・５および積層体３の中心部に形成した上下方向に貫通する中空部（貫通穴）ｈ内に地震等の振動エネルギーを吸収する鉛等の弾塑性体よりなるエネルギー吸収体４を収容配置した構成である。なお上記図４の縦断面図において、硬質板１と弾性体２およびエネルギー吸収体４の断面を表すハッチング（斜線）は煩雑を避けるため省略した。後述する本発明の実施形態においても同様である。

上記積層体３およびエネルギー吸収体４の上下両端部には、上記基板５を介して取付板６がボルト７等で一体的に取付けられ、その取付板６に形成した取付孔６ａにボルト８等を挿通して建築物や土木構造物等に取付けるもので、例えば図５に示すようなビル等の建築物にあっては、その建築物の上部構造体Ｂと、その土台等の下部構造体Ｃとの間に上記の振動エネルギー吸収装置Ａを１つ若しくは複数個配置して、上下の取付板６をそれぞれ上記構造体Ｂ、Ｃに取付ける。また例えば図６に示すような橋梁等の土木構造物にあっては、橋桁等の上部構造体Ｂと橋脚等の下部構造体Ｃとの間に、振動エネルギー吸収装置Ａを１つ若しくは複数個配置して上下の取付板６を上記と同様に各構造体Ｂ、Ｃに取付ければよい。

上記のようにして上下の構造体Ｂ，Ｃ間に配置した振動エネルギー吸収装置Ａは、建築物等を安定に支持しながら地震発生時には水平方向に変形して地震エネルギーを減少させるもので、従来のいわゆる免震アイソレータと免震ダンパとの両方の機能を併せ持った働きをする。その結果、上記アイソレータとダンパとを各々別々に配置した場合に比べて、設置スペースを削減できると共に、施工性も向上するという利点がある。

ところで、前記特許文献１においては、前述のようなエネルギー吸収装置を製造する際に、弾塑性体よりなるエネルギー吸収体に、その剪断降伏応力と同等もしくはそれ以上の静水圧を印加するが提案されている。また特許文献２においては前述のようなエネルギー吸収装置を製造する際に、弾塑性体よりなるエネルギー吸収体の体積を、中空部内の体積の１．０倍〜１．０５倍の範囲内とすることで、エネルギー吸収体と中空部との滑りを抑制することが提案されている。

これらは例えば前記の積層体３に形成した中空部ｈ内にエネルギー吸収体４を収容配置する際に、その中空部ｈの内面にエネルギー吸収体４を密着させ、それらの間に隙間ができないようにするためであり、隙間があるとエネルギー吸収体４が理想通りに塑性変形せずにエネルギー吸収能力や繰返し耐久性に悪影響を及ぼすという不具合がある。

しかしながら、積層体３に形成した中空部ｈ中で降伏点が高いエネルギー吸収体４に静水圧を印加すると、積層体３が損傷するおそれがある。また、エネルギー吸収体４の降伏点と同等以上の静水圧印加を行うことにより、エネルギー吸収体４と積層体３に生じる内部応力が高くなり、双方間の抵抗力が大きくなる。その結果、剪断変形によって積層体３が抵抗力に負けてしまい、ゴム等よりなる弾性体２が損傷してしまうおそれがある。

特許第３３６０８２８号公報 特開平１１−２９９８６号公報

本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、振動エネルギーの吸収性能が安定していて繰返し耐久性も高く、しかも容易・安価に製造することのできる振動エネルギー吸収装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明による振動エネルギー吸収装置およびその製造方法は以下の構成としたものである。すなわち、本発明による振動エネルギー吸収装置は、鋼板等の硬質板とゴム等の弾性体とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体に、上下方向に貫通する中空部を設け、その中空部内に地震等の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収体を収容配置した振動エネルギー吸収装置において、上記エネルギー吸収体と中空部内面との間に、上記エネルギー吸収体よりも降伏点の低い金属または合成樹脂よりなる緩衝材を介在させたことを特徴とする。

また本発明による振動エネルギー吸収装置の製造方法は、鋼板等の硬質板とゴム等の弾性体とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体に、上下方向に貫通する中空部を設け、その中空部内に地震等の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収体を収容配置する振動エネルギー吸収装置の製造方法において、上記中空部内にエネルギー吸収体を収容配置する際に、上記エネルギー吸収体の外周面もしくは中空部内面に、上記エネルギー吸収体よりも降伏点の低い金属または合成樹脂よりなる緩衝材を被覆した状態で上記エネルギー吸収体を上記中空部内に装着するようにしたことを特徴とする。

上記のように本発明による振動エネルギー吸収装置およびその製造方法は、上記の構成であるからエネルギー吸収体と中空部内面との間に該エネルギー吸収体よりも降伏点の低い緩衝材を介在させた状態で良好に且つ容易に密着装填することができる。特に上記緩衝材によってエネルギー吸収体を中空部内に挿入する際に該エネルギー吸収体がゴム等よりなる弾性体に食い込んだり、該弾性体を引き裂くのを防ぐことができる。また地震等の振動エネルギー吸収時には上記エネルギー吸収体は、より理想近い状態で塑性変形して良好に振動エネルギーを吸収することができる。またエネルギー吸収体は上記緩衝材を介して中空部内面に接触するので、上記エネルギー吸収体と中空部内面との接触抵抗が軽減され、エネルギー吸収体がささくれたり、ヒビ等が生じるのを良好に防止することができるものである。

以下、本発明を図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図１は本発明による振動エネルギー吸収装置の一実施形態を示す縦断面図であり、前記従来例と同様の機能を有する部材には同一の符号を付して説明する。

本実施形態のエネルギー吸収装置Ａは、前記従来例と同様に鋼板等の硬質板１とゴム等の弾性体２とを上下方向に交互に複数積層して接着剤等で一体化してなる積層体３を上下一対の基板５・５間に配置し、その両基板５・５および積層体３の中心部に形成した上下方向に貫通する中空部（貫通穴）ｈ内に地震等の振動エネルギーを吸収する弾塑性体よりなるエネルギー吸収体４を収容配置すると共に、そのエネルギー吸収体４と中空部ｈの内面との間に、上記エネルギー吸収体４よりも降伏点の低い緩衝材９を介在させたものである。他の構成は前記従来例と同様である。

上記エネルギー吸収体４の材質は適宜であるが、例えば金、銀、銅、アルミニウム、亜鉛のうちのいずれかの金属もしくは上記いずれかの金属を主体とした合金等を用いることができる。また上記緩衝材９は、エネルギー吸収体４よりも降伏点の低いものであれば、金属または合成樹脂のいずれでもよく、金属としては、例えば錫または錫合金もしくは鉛または鉛合金等が使用可能であり、合成樹脂としては、例えばポリアセタール、ＭＣナイロン、フッ素樹脂、高分子量ポリエチレン等を用いることができる。

上記のポリアセタールは機械的強度に優れ、ＭＣナイロンはポリアセタールよりも耐磨耗性に優れる。また高分子量ポリエチレンは耐摩耗性、滑り特性、低温化耐衝撃性に優れ、フッ素樹脂は他材料比で衝撃性に優れ化学的安定性に優れる。なお上記緩衝材９の厚さは薄いものでよく、上記エネルギー吸収体４の直径の０．１〜１０％程度の厚さが好適である。

上記エネルギー吸収体４を、積層体３に形成した中空部ｈ内に装着するに当たっては、例えば図２（ａ）のように予めエネルギー吸収体４の外周面に上記緩衝材９を巻付けた状態で中空部ｈ内に挿入する、或いは同図（ｂ）のように緩衝材９を予め中空部ｈの内周面に沿って収容配置した状態で、その緩衝材９の内方にエネルギー吸収体４を挿入する。なお上記中空部ｈが前記の基板５にも形成されている場合には、その基板５も上記積層体３の外側に配置した状態で、その積層体３と基板５とに形成した中空部ｈ内にエネルギー吸収体４を挿入すればよい。

上記のようにしてエネルギー吸収体４を中空部ｈ内に挿入すると、エネルギー吸収体よりも降伏点の低い緩衝材９の弾力でエネルギー吸収体４を中空部ｈ内に容易に挿入できると共に、上記エネルギー吸収体４が上記緩衝材９を介して中空部ｈの内面に密着した状態に簡単・確実に装着することができる。特にエネルギー吸収体を中空部内に挿入する際に上記緩衝材９によってエネルギー吸収体がゴム等よりなる弾性体に食い込んだり、該弾性体を引き裂くのを防ぐことができるものである。

なお、上記中空部ｈ内にエネルギー吸収体４を収容配置する際、必要に応じて上記エネルギー吸収体４と緩衝材９との嵌合面の少なくともいずれか一方、または緩衝材９と中空部内面との嵌合面の少なくともいずれか一方に潤滑材を設けると、エネルギー吸収体４を中空部ｈ内に更に容易に挿入することが可能となる。その潤滑材としては、例えばシリコーン等のフッ素系樹脂やモリブデン等の固体又は粉体状の潤滑剤、又はグリース、オイル等の液状潤滑剤、若しくは上記の固体や粉体状の潤滑剤と液状潤滑剤の両方を併用することもできる。

上記のようにして中空部ｈ内にエネルギー吸収体４を収容配置した後は、前記図１のように積層体３の上下両側に基板５を介して取付板６を不図示のボルト等で一体的に取付けて振動エネルギー吸収装置Ａを完成する。そして前記図５および図６の従来例と同様に建築物や構築物等の上部構造体Ｂと、その土台等の下部構造体Ｃとの間に、上記のエネルギー吸収装置Ａを１つ若しくは複数個配置して、その各エネルギー吸収装置Ａに設けた上記取付板６を不図示のボルト等で上記各構造体Ｂ、Ｃに取付ける。

このようにして構造体Ｂ、Ｃ間に配置した振動エネルギー吸収装置Ａのエネルギー吸収体４は、中空部ｈの内面に緩衝材９を介して接触しているので、中空部内面との接触抵抗が少なく、地震等の振動で水平方向に変位した時には、上記エネルギー吸収体４は、ほぼ理想近い状態で塑性変形して良好に振動エネルギーを吸収することができる。またエネルギー吸収体４は緩衝材９を介して中空部ｈの内面に接触するので、積層体３の損傷を良好に防止することができるものである。

以上のように本発明による振動エネルギー吸収装置およびその製造方法は、上記の構成であるから振動吸収性能および耐久性のよい振動エネルギー吸収装置を容易・安価に得ることができるもので、この種の振動エネルギー吸収装置の設計や製造工程における選択の自由度が増し産業上の利用可能性を増大させることが可能となる。

本発明による振動エネルギー吸収装置の一実施形態を示す縦断面図。 （ａ）および（ｂ）はエネルギー吸収体の中空部内への装填方法の説明図。 従来の振動エネルギー吸収装置の一例を示す斜視図。 上記従来の振動エネルギー吸収装置の縦断面図。 上記従来の振動エネルギー吸収装置を建築物に施工した例の説明図。 上記従来の振動エネルギー吸収装置を土木構築物に施工した例の説明図。

符号の説明

１ 硬質板
２ 弾性体
３ 積層体
４ エネルギー吸収体
５ 基板
６ 取付板
７、８ ボルト
９ 緩衝材
Ａ 振動エネルギー吸収装置
Ｂ 上部構造体
Ｃ 下部構造体
ｈ 中空部

Claims (6)

1. 鋼板等の硬質板とゴム等の弾性体とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体に、上下方向に貫通する中空部を設け、その中空部内に地震等の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収体を収容配置した振動エネルギー吸収装置において、上記エネルギー吸収体と中空部内面との間に、上記エネルギー吸収体よりも降伏点の低い金属または合成樹脂よりなる緩衝材を介在させたことを特徴とする振動エネルギー吸収装置。
2. 上記エネルギー吸収体が金、銀、銅、アルミニウム、亜鉛のうちのいずれかの金属もしくは上記いずれかの金属を主体とした合金からなることを特徴とする請求項１に記載の振動エネルギー吸収装置。
3. 上記緩衝材が錫または錫合金もしくは鉛または鉛合金からなることを特徴とする請求項１または２に記載の振動エネルギー吸収装置。
4. 上記緩衝材がポリアセタール、ＭＣナイロン、フッ素樹脂、高分子量ポリエチレンのいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の振動エネルギー吸収装置。
5. 鋼板等の硬質板とゴム等の弾性体とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体に、上下方向に貫通する中空部を設け、その中空部内に地震等の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収体を収容配置する振動エネルギー吸収装置の製造方法において、上記中空部内にエネルギー吸収体を収容配置する際に、上記エネルギー吸収体の外周面もしくは中空部内面に、上記エネルギー吸収体よりも降伏点の低い金属または合成樹脂よりなる緩衝材を被覆した状態で上記エネルギー吸収体を上記中空部内に装着するようにしたことを特徴とする振動エネルギー吸収装置の製造方法。
6. 上記中空部内にエネルギー吸収体を収容配置する際に、上記エネルギー吸収体と緩衝材との嵌合面の少なくともいずれか一方、または緩衝材と中空部内面との嵌合面の少なくともいずれか一方に潤滑材を設けたことを特徴とする請求項５に記載の振動エネルギー吸収装置の製造方法。
   

Images