JP2006329284A - Vibration-absorbing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、環境に負荷を与えずに従来と同等以上の制振特性を有する免震装置に関する。 The present invention relates to a seismic isolation device having vibration control characteristics equal to or higher than those of conventional ones without giving a load to the environment.
従来より、地震の揺れを低減する為に、建築物とこの建築物を支持する地盤との間に配置される免震装置が知られている。そして、この免震装置は、ゴム板と積層板とを積層した積層ゴムだけでなく、揺れに伴う振動を抑える為の制振合金をも構成部材としていて、これらの部材の複合的な作用で地震の揺れを低減し、建築物側に地震の揺れを伝達し難くしていた。 2. Description of the Related Art Conventionally, seismic isolation devices are known that are arranged between a building and the ground that supports the building in order to reduce earthquake shaking. This seismic isolation device is composed not only of a laminated rubber obtained by laminating a rubber plate and a laminated plate, but also a damping alloy for suppressing vibration caused by shaking, and the combined action of these members. It reduced the shaking of the earthquake and made it difficult to transmit the shaking of the earthquake to the building side.
しかし、従来の免震装置の制振合金として、制振特性の面から一般に鉛材が使用されていたが、環境面への配慮が近年重要視されるのに伴い、他の材料に置き換えることが検討されるようになった。 However, lead materials are generally used as damping alloys for conventional seismic isolation devices from the standpoint of damping characteristics. However, as environmental considerations have become increasingly important in recent years, they should be replaced with other materials. Began to be considered.
この為、鉛材による制振合金の替わりに、十分な制振効果を得られるように例えば線材の断面形状が円形とされる通常のコイルバネを積層ゴム内に入れて、減衰力を生じさせる構造とした下記の特許文献1の免震装置が考えられるようになった。
以上より、免震装置に採用される制振合金として、環境に負荷を与えずに従来の制振合金と同等以上の制振特性を有するものを開発する必要が生じていた。しかし、線材の断面形状が円形とされる通常のコイルバネを採用した特許文献1の免震装置では、必要な大きさの減衰量が十分には得られなかった。 From the above, it has become necessary to develop a damping alloy used in a seismic isolation device that has a damping characteristic equal to or higher than that of a conventional damping alloy without imposing a load on the environment. However, in the seismic isolation device of Patent Document 1 that employs a normal coil spring in which the cross-sectional shape of the wire is circular, a sufficient amount of attenuation cannot be obtained.
従って、減衰量を大きくする為にコイルバネの線材の径である線径を大きくすることが考えられるが、単純に線径を大きくした場合には剛性が高くなり過ぎて、積層ゴムの構成部品としてコイルバネの外周側に配置される積層板を破壊する虞を有していた。 Therefore, it is conceivable to increase the wire diameter, which is the diameter of the coil spring wire, in order to increase the amount of attenuation. However, if the wire diameter is simply increased, the rigidity becomes too high, and as a component of laminated rubber There was a possibility of destroying the laminated plate arranged on the outer peripheral side of the coil spring.
この一方、通常のコイルバネを採用した場合には、水平方向の変位が免震装置に加わるのに伴いコイルバネが変形するが、例えば初回の大きな変位において、積層ゴム内で回転力が発生してコイルバネが潰れてしまう虞があった。つまり、大きな変位により免震装置内でコイルバネが潰れて倒れた場合には、免震装置により生じる減衰力が低下し、この結果として、安定した制振性能を維持できず、十分な制振効果が得られない欠点を有していた。
本発明は上記事実を考慮し、環境に負荷を与えずに従来と同等以上の制振特性を有する免震装置を提供することが目的である。
On the other hand, when a normal coil spring is adopted, the coil spring is deformed as a horizontal displacement is applied to the seismic isolation device. For example, in the first large displacement, a rotational force is generated in the laminated rubber and the coil spring is deformed. There was a possibility that would collapse. In other words, if the coil spring collapses and falls within the seismic isolation device due to a large displacement, the damping force generated by the seismic isolation device decreases, and as a result, stable damping performance cannot be maintained and sufficient damping effect is achieved. Has a disadvantage that cannot be obtained.
An object of the present invention is to provide a seismic isolation device having a vibration control characteristic equal to or higher than that of the conventional one without giving a load to the environment in consideration of the above facts.
請求項1に係る免震装置は、弾性を有してリング状に形成される外側弾性板と剛性を有してリング状に形成される外側硬質板とが交互に積層された形の外側積層体と、
外側積層体内に配置され且つ、線材の断面形状をそれぞれ四角形とすると共に相互に外径が異なった複数の金属製とされるコイルバネと、
外側積層体内に注入されて各コイルバネの動きを拘束し得る注入材と、
を有したことを特徴とする。
The seismic isolation device according to claim 1 is an outer laminated body in which an outer elastic plate having elasticity and formed in a ring shape and an outer hard plate having rigidity and formed in a ring shape are alternately laminated. Body,
A coil spring that is disposed in the outer laminated body and is made of a plurality of metals each having a rectangular cross-sectional shape and different outside diameters;
An injection material that can be injected into the outer laminate to restrain the movement of each coil spring;
It is characterized by having.
請求項1に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項の免震装置によれば、弾性を有してリング状に形成される外側弾性板と剛性を有してリング状に形成される外側硬質板とが交互に積層された形に形成された外側積層体を有している。また、線材の断面形状をそれぞれ四角形とした金属製であって相互に外径が異なったコイルバネが、外側積層体内に複数配置されると共に、これら各コイルバネの動きを拘束し得る注入材が、外側積層体内に注入された構造となっている。
The operation of the seismic isolation device according to claim 1 will be described below.
According to the seismic isolation device of this claim, the outer elastic plate having elasticity and formed in a ring shape and the outer hard plate having rigidity and formed in a ring shape are alternately stacked. Having an outer laminated body. Further, a plurality of coil springs made of metal each having a rectangular cross-sectional shape and having different outer diameters are arranged in the outer laminated body, and an injection material that can restrain the movement of each coil spring is provided on the outer side. The structure is injected into the laminate.
つまり、本請求項では、免震装置に水平方向の変位が入力されるのに伴い、線材の断面形状を四角形とした金属製であって相互に外径が異なった複数のコイルバネそれぞれが変位の入力に合わせて変形するものの、この際に、断面形状を四角形とした線材の隣り合った面同士が接触するので、互いの線材が拘束仕合うようになる。さらに、外側積層体内に注入された注入材が外側積層体の内周面及び複数のコイルバネにそれぞれ接着して、この注入材が各コイルバネの動きを外側積層体の変形に沿う形に拘束するようにもなる。この為、コイルバネの互いの線材が拘束仕合うだけでなく、注入材が各コイルバネの動きを拘束することで、コイルバネの倒れを自己防止できるようになる。 In other words, in this claim, as the horizontal displacement is input to the seismic isolation device, each of the plurality of coil springs having a rectangular cross-sectional shape of the wire and having different outer diameters is displaced. Although it deforms in accordance with the input, at this time, the adjacent surfaces of the wire having a square cross-sectional shape come into contact with each other, so that the wires are restrained. Furthermore, the injection material injected into the outer laminate adheres to the inner peripheral surface of the outer laminate and the plurality of coil springs, respectively, so that the injection material restrains the movement of each coil spring along the deformation of the outer laminate. It also becomes. For this reason, not only the mutual wire rods of the coil springs are restrained, but also the injection material restrains the movement of each coil spring, so that the coil spring can be prevented from falling down.
この結果、免震装置に大きな水平方向の変位が加わっても、コイルバネが潰れることが確実になくなるので、繰り返し変位後においても安定した制振性能を発揮して、制振性を安定的に保つことができる。従って、本請求項に係る免震装置によれば、地震が生じた場合でも、相互に並列的に配置されてそれぞれ弾性変形する外側積層体と複数のコイルバネとの間の複合的な作用だけでなく、更にこれらと注入材との間の複合的な作用で確実に地震の揺れを低減し、建築物側に地震の揺れが伝達され難くなる。 As a result, even if a large horizontal displacement is applied to the seismic isolation device, the coil spring is reliably prevented from being crushed, so that stable damping performance is exhibited even after repeated displacement, and the damping performance is kept stable. be able to. Therefore, according to the seismic isolation device according to the present claim, even when an earthquake occurs, only the combined action between the outer laminated body and the plurality of coil springs arranged in parallel with each other and elastically deformed respectively. In addition, the combined action between these and the injection material reliably reduces earthquake shaking, making it difficult to transmit earthquake shaking to the building.
以上より、本請求項に係る免震装置は、線材の断面形状を四角形とした金属製であって相互に外径が異なったコイルバネを外側積層体内に複数配置すると共に、各コイルバネの動きを拘束し得る注入材を外側積層体内に注入したことで、鉛材を用いずとも上記のような制振特性を得られるようになる為、環境に負荷を与えずに従来の免震装置と同等以上の制振特性を有するようになった。 As described above, the seismic isolation device according to the present invention arranges a plurality of coil springs having different outer diameters in the outer laminated body, and restrains the movement of each coil spring. By injecting a possible injection material into the outer laminate, it becomes possible to obtain the above vibration suppression characteristics without using lead material, so it is equivalent to or better than conventional seismic isolation devices without causing environmental impact It came to have the damping characteristics.
請求項2に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項1と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、注入材として硬質ウレタンが用いられるという構成を有している。つまり、本請求項では、注入材を合成樹脂材料の中でも比較的に弾性係数が高いものの硬くて伸び量が大きい硬質ウレタンにより形成したことで、変位量が大きい場合でもコイルバネに対する拘束力が高まって、より確実にコイルバネが潰れることを防止できるようになる。
The operation of the seismic isolation device according to claim 2 will be described below.
The present invention has the same configuration as that of the first embodiment and operates in the same manner, but further has a configuration in which hard urethane is used as the injection material. That is, in this claim, since the injection material is made of hard urethane having a relatively high elastic coefficient among synthetic resin materials but being hard and having a large amount of elongation, the restraining force on the coil spring is increased even when the amount of displacement is large. Thus, the coil spring can be more reliably prevented from being crushed.
請求項3に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項1と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、外側積層体の内周面が、複数のコイルバネの外周面側形状に合わせて凹凸状に形成されるという構成を有している。つまり、本請求項では、コイルバネの外周面側形状に合わせて凹凸状に外側積層体の内周面が形成されたことで、コイルバネの外周側と外側積層体の内周面とが噛み合うのに伴って、外側積層体の内周面によっても、コイルバネの動きを拘束してコイルバネが潰れることを防止できるようになる。
The effect | action of the seismic isolation apparatus which concerns on Claim 3 is demonstrated below.
In this claim, it has the same configuration as in claim 1 and operates in the same way, but further, the inner peripheral surface of the outer laminated body is formed to be uneven according to the outer peripheral surface side shape of the plurality of coil springs. It has a configuration. That is, in this claim, the inner peripheral surface of the outer laminated body is formed in an uneven shape in conformity with the outer peripheral surface side shape of the coil spring, so that the outer peripheral side of the coil spring and the inner peripheral surface of the outer laminated body are engaged with each other. Accordingly, the coil spring can be prevented from being crushed by restraining the movement of the coil spring also by the inner peripheral surface of the outer laminated body.
請求項4に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項1と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、複数のコイルバネが同軸状に組み合わされて外側積層体内に配置されたという構成を有している。つまり、複数のコイルバネが相互に同軸状に組み合わされて外側積層体内に配置されることから、外側積層体内の小さな空間であっても、ばね定数が比較的大きなコイルバネを空間を最大限利用して複数配置できるようになり、これに伴って同一体積の空間内により多くのコイルバネを配置できるようになる。
The effect | action of the seismic isolation apparatus which concerns on
The present invention has the same configuration as that of the first embodiment and operates in the same manner, but further has a configuration in which a plurality of coil springs are coaxially combined and arranged in the outer laminated body. That is, since a plurality of coil springs are coaxially combined with each other and arranged in the outer laminated body, even in a small space in the outer laminated body, a coil spring having a relatively large spring constant is utilized to the maximum extent. A plurality of coil springs can be arranged, and as a result, more coil springs can be arranged in a space of the same volume.
そして、複数のコイルバネが同軸状に組み合わされて配置されることから、1本当たりのコイルバネの長さが短くなるのに伴って、各コイルバネのばね定数が上昇するようになる。さらに、コイルバネの重ね合わされる本数の変更により、必要な減衰力に合わせて、各コイルバネのばね定数を加え合わせた形の見かけのばね定数を容易に調節できるようにもなる。 Since a plurality of coil springs are coaxially combined and arranged, the spring constant of each coil spring increases as the length of one coil spring decreases. Furthermore, by changing the number of coil springs to be superimposed, the apparent spring constant of the form in which the spring constants of the coil springs are added can be easily adjusted according to the required damping force.
請求項5に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項1と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、コイルバネを構成する線材の断面形状が、コイルバネの径方向を長辺とする長方形とされたという構成を有している。
The operation of the seismic isolation device according to claim 5 will be described below.
The present invention has the same configuration as that of the first embodiment and operates in the same manner, but further has a configuration in which the cross-sectional shape of the wire constituting the coil spring is a rectangle having a long side in the radial direction of the coil spring. is doing.
つまり、線材の断面形状を四角形の内の特にコイルバネの径方向を長辺とする長方形としたことで、断面形状を長方形とした線材の隣り合った面同士がより確実に接触するので、複数のコイルバネの互いの線材が拘束仕合って、コイルバネの倒れを一層確実に自己防止できるようになる。 In other words, by making the cross-sectional shape of the wire rod a rectangle whose long side is the radial direction of the coil spring, in particular, the adjacent surfaces of the wire rod having a cross-sectional shape of a rectangular shape are more reliably in contact with each other. The mutual wire rods of the coil springs are restrained and can prevent the coil springs from falling down more reliably.
請求項6に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項1と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、コイルバネを構成する線材が双晶の金属材料で形成されたという構成を有している。つまり、本請求項では、弾性変形可能な螺旋状のコイルバネを構成する線材が双晶の金属材料により形成されるのに伴い、このコイルバネを構成する双晶の金属材料に予歪みが与えられることになるので、引張力や剪断力が加わった際に、単純な双晶の合金と比較してもばね定数が低くなると共に減衰係数が高くなり、従来の制振合金と同等以上の大きな制振特性を有するようになる。
The operation of the seismic isolation device according to claim 6 will be described below.
The present invention has the same configuration as that of the first embodiment and operates in the same manner, but further has a configuration in which the wire constituting the coil spring is formed of a twinned metal material. In other words, in this claim, as the wire constituting the helical coil spring that can be elastically deformed is formed of a twin metal material, pre-strain is applied to the twin metal material constituting the coil spring. Therefore, when a tensile force or shear force is applied, the spring constant becomes lower and the damping coefficient becomes higher than that of a simple twin alloy. It has characteristics.
請求項7に係る免震装置の作用を以下に説明する。
本請求項では請求項6と同様の構成を有して同様に作用するが、さらに、Cu−Al−Mn合金、Mg−Zr合金、Mn−Cu合金、Mn−Cu−Ni−Fe合金、Cu−Al−Ni合金、Ti−Ni合金、Al−Zn合金、Cu−Zn−Al合金、Mg合金、Cu−Al−Co合金、Cu−Al−Mn−Ni合金、Cu−Al−Mn−Co合金、Cu−Si合金、Fe−Mn−Si合金、Fe−Ni−Co−Ti合金、Fe−Ni−C合金、Fe−Cr−Ni−Mn−Si−Co合金、Ni−Al合金、SUS304の内の何れかを双晶の金属材料として使用するという構成を有している。
The operation of the seismic isolation device according to claim 7 will be described below.
In this claim, it has the same structure as that of claim 6 and acts in the same way, but further, Cu—Al—Mn alloy, Mg—Zr alloy, Mn—Cu alloy, Mn—Cu—Ni—Fe alloy, Cu -Al-Ni alloy, Ti-Ni alloy, Al-Zn alloy, Cu-Zn-Al alloy, Mg alloy, Cu-Al-Co alloy, Cu-Al-Mn-Ni alloy, Cu-Al-Mn-Co alloy , Cu-Si alloy, Fe-Mn-Si alloy, Fe-Ni-Co-Ti alloy, Fe-Ni-C alloy, Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Co alloy, Ni-Al alloy, SUS304 Any one of the above is used as a twinned metal material.
つまり、これらの金属の内の何れかが、コイルバネを構成する線材を形成する為の双晶の金属材料として使用されることで、環境に負荷を与えずに従来と同等以上の制振特性を有するコイルバネがより確実に得られるようになる。 In other words, any one of these metals is used as a twinned metal material for forming the wire constituting the coil spring, so that vibration suppression characteristics equal to or higher than those of conventional ones can be obtained without giving a load to the environment. The coil spring which has can be obtained more reliably.
以上説明したように本発明の上記構成によれば、環境に負荷を与えずに従来と同等以上の制振特性を有する免震装置を提供できるという優れた効果を有する。 As described above, according to the above-described configuration of the present invention, there is an excellent effect that it is possible to provide a seismic isolation device having vibration control characteristics equal to or higher than those of the conventional one without giving a load to the environment.
本発明に係る免震装置の実施の形態を図1から図5に基づき説明する。図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る免震装置10の上下部分をそれぞれ円板状に形成された連結板12、14が構成している。この内の下側の連結板12が地盤と当接し、また上側の連結板14が建築物の下部に当接するような構造になっている。
Embodiments of the seismic isolation device according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the upper and lower portions of the
また、これら一対の連結板12、14の間には、中心部分に円筒形の中空部28を有するような円筒状の内周面16Aを備えつつ円筒状に形成された外側積層体16が配置されている。この外側積層体16は、リング状に形成されて弾性変形し得る外側弾性板であるゴム製のゴムリング18と、リング状に形成されて剛性を維持する為の外側硬質板である金属製の金属リング20とが、交互に複数枚ずつ配置された形の構造になっている。
Between the pair of connecting
一方、これら一対の連結板12、14は、外側積層体16の上下端にそれぞれ加硫接着されて取り付けられており、また、これら一対の連結板12、14の中心には、それぞれ途中に段部を有した円形の貫通穴12A、14Aが形成されている。但し、これら貫通穴12A、14Aに対応した大きさであって外周側にフランジを有した蓋材32が、ボルト34によるねじ止めによって、一対の連結板12、14にそれぞれ固定されることで、貫通穴12A、14Aがそれぞれ閉鎖されている。
On the other hand, the pair of connecting
この外側積層体16の中心に存在する円筒形の中空部28内には、双晶の金属材料により断面形状を長方形とした線材22Aを弾性変形可能な螺旋状のコイルスプリングの形に形成したコイルバネ22が嵌まり込むように、配置されている。同じく外側積層体16の中空部28内には、双晶の金属材料により断面形状を長方形とした線材24Aを弾性変形可能な螺旋状のコイルスプリングの形に形成したコイルバネ24が、コイルバネ22と同軸状に組み合わされて、嵌まり込むように配置されている。但し、これらコイルバネ22とコイルバネ24とは相互に外径が異なっていて、コイルバネ22の外径が、コイルバネ24の外径より大きくされている。
In the cylindrical
つまり、本実施の形態では、これら2つのコイルバネ22、24をそれぞれ構成する線材22A、24Aの断面形状が、四角形の内のコイルバネ22、24の径方向Rを長辺とする長方形とされている。尚、この線材22A、24Aのヤング率は、例えば47GPa程度とされていて、これら2つのコイルバネ22、24のピッチは、相互にほぼ同一とすることが考えられるが、相互に異ならせても良い。
In other words, in the present embodiment, the cross-sectional shapes of the
また、この外側積層体16の中空部28内には、2つのコイルバネ22、24だけでなく、各コイルバネ22、24の動きを外側積層体16の変形に沿う形に拘束し得る硬質ウレタン製の注入材26が注入されて、配置されている。
Further, in the
以上より、本実施の形態に係る免震装置10では、弾性変形し得る外側積層体16が、双晶の金属材料により弾性変形可能となるように螺旋状に形成されたコイルバネ22、24と、並列的に配置された構造になっている。そして、コイルバネ22、24の自由な状態での高さは、外側積層体16の高さより高くされており、これに伴って、図1に示す外側積層体16内にコイルバネ22、24が組み付けられた状態では、蓋材32によりコイルバネ22、24が圧縮されて予歪みがこのコイルバネ22、24に与えられた形になる。
As described above, in the
尚、図2に示すように、免震装置10に組み込まれた状態のコイルバネ22、24の高さHは例えば65mmとされ、コイルバネ22の外径D1が例えば62mmとされ、コイルバネ24の外径D1が例えば45mmとされているが、これら二つのコイルバネ22、24の外径比は、5:4〜5:2.5程度の範囲が適当と考えられる。また、コイルバネ22、24を構成する線材22A、24AのピッチPはそれぞれ例えば12mmとされ、線材22A、24Aの板幅寸法Dもそれぞれ例えば12mmとされ、線材22A、24Aの板厚寸法Tはそれぞれ例えば4mmとされている。
As shown in FIG. 2, the height H of the coil springs 22 and 24 incorporated in the
これに伴って、コイルバネ22、24に水平方向Aの予想される最大変位量が生じた場合でも、コイルバネ22の線材22Aの面とこの線材22Aに隣り合ったコイルバネ24の線材24Aの面とが接触して、線材22A、24Aが互いに拘束仕合うようになる。
As a result, even when the maximum amount of displacement expected in the horizontal direction A occurs in the coil springs 22, 24, the surface of the
次に、本実施の形態に係る免震装置10の製造を以下に説明する。
この免震装置10を作製する際には、まず断面形状をそれぞれ長方形とした線材22A、24Aでそれぞれ螺旋状で相互に外径の異なる2つのコイルバネ22、24をそれぞれ作製し、Mn−Cu−Ni−Fe合金の場合は、850℃程度の温度で1時間程度保持した後、空冷により徐冷し、また、Cu−Al−Mn−Co合金の場合は、900℃程度の温度で5分間程度保持した後、急冷後再加熱し200℃で15分間程度保持した後、空冷することで、双晶のコイルバネ22、24とすることができる。
Next, manufacture of the
When the
これとは別に、ゴムリング18と金属リング20とが積層されて形成される外側積層体16を作製するが、この際に、外側積層体16の上下に一対の連結板12、14を加硫接着してそれぞれ取り付けておくことにする。但しこの際、外側積層体16の高さをコイルバネ22、24の高さより低くするように、この外側積層体16を作製する。
Separately, an outer
この後、これらコイルバネ22、24の線材22A、24A間に他方のコイルバネの線材を互いに入り込ませるように、コイルバネ22の線材22A間にこのコイルバネ22より外径の小さいコイルバネ24の線材24Aをねじ込むように組み合わせ、これら組み合わされた状態のコイルバネ22、24を連結板12の貫通穴12Aを通過させて、外側積層体16の中心に存在する中空部28内に挿入する。
Thereafter, the
そして、連結板12に蓋材32をねじ止めして取り付けた状態で、図4に示すように流体状の注入材26を中空部28内に注入して、コイルバネ22、24の間の隙間を埋めた状態でこの注入材26を固化させてから、連結板14に蓋材32をねじ止めして取り付けることで、免震装置10が完成される。
Then, with the
このとき、外側積層体16の高さより高く形成されているコイルバネ22、24が、蓋材32の連結板12、14へのねじ止に伴って、外側積層体16と同じ高さとなるように圧縮されることで、圧縮されて予歪みがこのコイルバネ22、24に与えられた状態となる。
At this time, the coil springs 22 and 24 formed higher than the height of the outer
次に、本実施の形態に係る免震装置10の作用を以下に説明する。
本実施の形態の免震装置10によれば、剛性を有してリング状に形成される金属リング20と弾性を有してリング状に形成されるゴムリング18とが交互に積層された形に形成された外側積層体16を有している。
Next, the effect | action of the
According to the
また、双晶の金属材料で弾性変形可能な螺旋状にそれぞれ形成されて相互に外径が異なった二つのコイルバネ22、24がこの外側積層体16の中心部分の中空部28内に相互に同軸状に配置されていると共に、これら各コイルバネ22、24の動きを拘束し得る注入材26が、外側積層体16内に注入されて隙間を埋めた状態で固化している構造となっている。そして、図1及び図2に示すように、これらコイルバネ22、24をそれぞれ構成する線材22A、24Aの断面形状は、四角形の内のコイルバネ22の径方向Rを長辺とする長方形とされている。
In addition, two
つまり、本実施の形態では、免震装置10に水平方向Aの変位が入力されるのに伴い、線材22A、24Aの断面形状を長方形とした金属製のコイルバネ22、24が変位の入力に合わせてそれぞれ変形するものの、この際に図3に示すように断面形状を長方形とした線材22Aと線材24Aの隣り合った面同士が接触するので、互いの線材22A、24Aが拘束仕合うようになる。さらに、外側積層体16内に注入された注入材26が外側積層体16の内周面16A及び二つのコイルバネ22、24にそれぞれ接着して、この注入材26が各コイルバネ22、24の動きを外側積層体16の変形に沿う形に拘束するようにもなる。
That is, in the present embodiment, as the displacement in the horizontal direction A is input to the
この為、本実施の形態によれば、コイルバネ22、24の互いの線材22A、24Aが拘束仕合うだけでなく、注入材26が各コイルバネ22、24の動きを拘束することで、コイルバネ22、24の倒れを自己防止できるようになる。
For this reason, according to the present embodiment, not only the
この結果、免震装置10に大きな水平方向Aの変位が加わってもコイルバネ22、24が潰れることがなくなるので、繰り返し変位後であっても安定した制振性能を発揮して、制振性を安定的に保つことができる。従って、本実施の形態に係る免震装置10によれば、地震が生じた場合でも、相互に並列的に配置されてそれぞれ弾性変形する外側積層体16とコイルバネ22、24との間の複合的な作用だけでなく、更にこれらと注入材26との間の複合的な作用で確実に地震の揺れを低減し、建築物側に地震の揺れが伝達され難くなる。
As a result, even if a large horizontal displacement A is applied to the
以上より、線材22A、24Aの断面形状を四角形の内でもコイルバネ22、24の径方向を長辺とする長方形とそれぞれすると共に相互に外径が異なった、金属製のコイルバネ22、24を外側積層体16内に配置するだけでなく、各コイルバネ22、24の動きを拘束し得る注入材26を外側積層体16内に注入した構造の本実施の形態に係る免震装置10は、鉛材を用いずとも上記のような制振特性を得られるようになる為、環境に負荷を与えずに従来の免震装置10と同等以上の制振特性を有するようになった。
As described above, the cross-sectional shapes of the
さらに、本実施の形態では、二つのコイルバネ22、24が相互に同軸状に組み合わされて外側積層体16内に配置されていることから、外側積層体16の中心部分の中空部28内の小さな空間であっても、ばね定数が比較的大きなコイルバネ22、24を空間を最大限利用して配置できるようになる。そして、これら二つのコイルバネ22、24が同軸状に組み合わされて配置されることから、コイルバネ22、24の螺旋状に形成されている1本当たりの線材長さが短くなるのに伴い、各コイルバネ22、24のばね定数が上昇するようにもなる。
Furthermore, in the present embodiment, since the two
一方、本実施の形態では、弾性変形可能な螺旋状のコイルバネ22、24を構成する線材22A、24Aが双晶の金属材料により形成されるのに伴い、これら線材22A、24Aを構成する双晶の金属材料に予歪みが与えられることになるので、単純な双晶の合金と比較して、引張力や剪断力が加わった際に、ばね定数が低くなると共に減衰係数が高くなり、従来の制振合金と同等以上の大きな制振特性を有するようになる。
On the other hand, in the present embodiment, as the
つまり、外部から応力がこのコイルバネ22、24に付与された場合、予歪みが与えられていて図5の応力歪み曲線中における双晶の変形が生じる領域F1内の点Pまで既に変形されているこのコイルバネ22、24が、さらに双晶の変形を大きくする形或いは、双晶の変形を小さくする形で、双晶の変形が生じる領域F1内において、矢印Eのように変形することになる。 In other words, when a stress is applied to the coil springs 22 and 24 from the outside, pre-strain is applied and deformation is already performed up to the point P in the region F1 where twin deformation occurs in the stress-strain curve of FIG. The coil springs 22 and 24 are deformed as indicated by an arrow E in a region F1 in which twin deformation occurs in a form that further increases twin deformation or decreases twin deformation.
このことから、双晶のコイルバネ22、24に予歪みを与えたことにより、ばね定数の低減が図られ、図5の応力歪み曲線中の領域F1を含んでいるヒステリシス線Fで囲まれた範囲をより大きくできるようになる。そして、これに伴う効果的で良好な制振特性が得られるようになった。 From this, by giving pre-strain to the twin coil springs 22 and 24, the spring constant is reduced, and the range surrounded by the hysteresis line F including the region F1 in the stress-strain curve of FIG. Can be made larger. As a result, effective and good vibration damping characteristics can be obtained.
他方、本実施の形態では、注入材26を合成樹脂材料の中でも比較的に弾性係数が高いものの硬くて伸び量が大きい硬質ウレタンにより形成したことで、コイルバネ22、24に対する拘束力が高まって、変位量が大きい場合でもコイルバネ22、24が潰れることをより確実に防止できるようになる。
On the other hand, in the present embodiment, the injecting
次に、本発明に係る免震装置の第2の実施の形態を図6に基づき説明する。尚、第1の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
本実施の形態の免震装置10によれば、第1の実施の形態と同様に双晶の金属材料で断面形状を長方形とした線材22A、24Aによりそれぞれ形成されて相互に外径が異なっている二つのコイルバネ22、24が、外側積層体16の中心部分の中空部28内に相互に同軸状に配置されていると共に、注入材26が外側積層体16内に注入されているだけでなく、図6に示すように、外側積層体16の内周面16Aが、これら複数である二つのコイルバネ22、24の外周面側形状に合わせて凹凸状に形成された構造ともされている。
Next, a second embodiment of the seismic isolation device according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as the member demonstrated in 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
According to the
つまり、第1の実施の形態では、二つのコイルバネ22、24や注入材26が、外側積層体16の中空部28内に配置された構造とされているが、本実施の形態では更に、コイルバネ22、24の外周面側形状に合わせるように、外径の大きなコイルバネ22に対応する内周面16Aの部分に対して、外径の小さなコイルバネ24に対応した部分が螺旋状に例えば7mmの高さで内周側に突出した形の凸部16Bとされている。
That is, in the first embodiment, the two
このように、外側積層体16の内周面16Aが凹凸状に形成されていることで、本実施の形態では、コイルバネ22の外周側寄りの部分と外側積層体16の内周面16Aから突出した凸部16Bとが噛み合うようにもなる。この結果として、外側積層体16の内周面16Aによっても、コイルバネ22、24の動きを拘束してコイルバネ22、24が潰れることを防止できるようになる。
As described above, the inner
従って、免震装置10に水平方向Aの変位が入力された際のコイルバネ22、24の変形を外側積層体16の内周面16Aの凹凸でも抑制することになるので、水平方向Aの大きな変位が加わってもコイルバネ22、24が潰れることがより確実になくなり、繰り返し変位後でも安定した制振性能を発揮して、制振性を一層安定的に保つことができる。
Therefore, since the deformation of the coil springs 22 and 24 when the displacement in the horizontal direction A is input to the
以上より、本実施の形態に係る免震装置10によれば、外側積層体16、コイルバネ22、24及び注入材26の間の複合的な作用で確実に地震の揺れを低減するだけでなく、二つのコイルバネ22、24の外周面側形状に合わせて外側積層体16の内周面16Aを凹凸状に形成したことで、コイルバネ22、24の外周面と外側積層体16の内周面16Aとが噛み合って、建築物側に地震の揺れが一層伝達され難くなる。この為、第1の実施の形態と同様に、鉛材を用いずとも上記のような制振特性を得られるようになる為、環境に負荷を与えずに従来の免震装置10と同等以上の制振特性を有するようになった。
From the above, according to the
次に、本発明に係る免震装置の第3の実施の形態を図7に基づき説明する。尚、第1の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
本実施の形態に係る免震装置10も第1の実施の形態と同様の構造となっているが、本実施の形態では、双晶の金属材料で断面形状を長方形とした線材22A、24A、30Aによりそれぞれ形成されて相互に外径が異なっているコイルバネ22、24、30が三つ同軸状に組み合わされて、外側積層体16の中央に存在する中空部28内に三重に重なった状態で配置されるようになっている。
Next, a third embodiment of the seismic isolation device according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as the member demonstrated in 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
The
つまり、内外径の大きなコイルバネ22の内周面側に、このコイルバネ22の内径より外径が小さく且つ、コイルバネ22とほぼ同一ピッチに形成されたコイルバネ30が配置されるのに伴い、三つのコイルバネ22、24、30が同軸状に組み合わされた状態で中空部28内に配置された構造とされている。そして、複数である三つのコイルバネ22、24、30が相互に同軸状に組み合わされて外側積層体16内に配置されていることから、外側積層体16内の小さな空間を最大限利用して、見かけのばね定数を上昇することができる。
That is, as the coil springs 30 having an outer diameter smaller than the inner diameter of the
一方、上記各実施の形態では、例えば、Cu−Al−Mn合金、Mg−Zr合金、Mn−Cu合金、Mn−Cu−Ni−Fe合金、Cu−Al−Ni合金、Ti−Ni合金、Al−Zn合金、Cu−Zn−Al合金、Mg合金、Cu−Al−Co合金、Cu−Al−Mn−Ni合金、Cu−Al−Mn−Co合金、Cu−Si合金、Fe−Mn−Si合金、Fe−Ni−Co−Ti合金、Fe−Ni−C合金、Fe−Cr−Ni−Mn−Si−Co合金、Ni−Al合金、SUS304の内の何れかを双晶の金属材料として使用することが考えられる。 On the other hand, in each of the above embodiments, for example, a Cu—Al—Mn alloy, a Mg—Zr alloy, a Mn—Cu alloy, a Mn—Cu—Ni—Fe alloy, a Cu—Al—Ni alloy, a Ti—Ni alloy, Al -Zn alloy, Cu-Zn-Al alloy, Mg alloy, Cu-Al-Co alloy, Cu-Al-Mn-Ni alloy, Cu-Al-Mn-Co alloy, Cu-Si alloy, Fe-Mn-Si alloy , Fe-Ni-Co-Ti alloy, Fe-Ni-C alloy, Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Co alloy, Ni-Al alloy, or SUS304 is used as a twinned metal material. It is possible.
つまり、これらの金属の内の何れかが、コイルバネ22、24、30を構成する線材22A、24A、30Aを形成する為の双晶の金属材料として使用されることで、環境に負荷を与えずに従来と同等以上の制振特性を有するコイルバネがより確実に得られるようになる。
That is, any of these metals is used as a twinned metal material for forming the
例えば、Mn−Cu合金、Mn−Cu−Ni−Fe合金等のマンガン系の合金を使用した場合、800℃〜930℃の温度で0.5時間から2時間程度の時間保持して、10時間から20時間程度の時間をかけて徐冷することで、双晶の金属材料が得られる。 For example, when a manganese-based alloy such as an Mn—Cu alloy or an Mn—Cu—Ni—Fe alloy is used, it is held at a temperature of 800 ° C. to 930 ° C. for about 0.5 to 2 hours for 10 hours. And then slowly cooling for about 20 hours to obtain a twinned metal material.
また、Cu−Al−Mn合金、Cu−Al−Ni合金、Cu−Zn−Al合金、Cu−Al−Co合金、Cu−Al−Mn−Ni合金、Cu−Al−Mn−Co合金、Cu−Si合金等の銅系の合金を使用した場合、約900℃の温度で5分から1時間程度の時間保持し、急冷した後、約200℃の温度に再加熱して15分から30分程度の時間保持することで、双晶の金属材料が得られる。 Also, Cu-Al-Mn alloy, Cu-Al-Ni alloy, Cu-Zn-Al alloy, Cu-Al-Co alloy, Cu-Al-Mn-Ni alloy, Cu-Al-Mn-Co alloy, Cu- When using a copper-based alloy such as Si alloy, hold at a temperature of about 900 ° C. for about 5 minutes to 1 hour, rapidly cool, then reheat to a temperature of about 200 ° C. for about 15 to 30 minutes By holding, a twinned metal material can be obtained.
次に、双晶とすることによるコイルバネ22、24、30を構成する線材22A、24A、30Aの変形のメカニズムを以下に説明する。
図8(A)に示す金属の原子が均一に整列したマルテンサイト相に横方向から応力を加えることで、図8(B)に示すように変形が始まる。さらに、応力が加わり続けると図8(C)に示すような形に変形する。そして、この図8(C)に示す状態では寸法Sの変形量が生じたことになる。
Next, the deformation mechanism of the
Deformation starts as shown in FIG. 8B by applying stress from the lateral direction to the martensite phase in which the metal atoms shown in FIG. Further, when the stress continues to be applied, the shape is deformed as shown in FIG. In the state shown in FIG. 8C, the deformation amount of the dimension S is generated.
これに対して、図9(A)に示す一般的な金属では原子が均一に整列しているものの、横方向から応力を加えた場合、図9(B)に示すように原子の配列にずれが生じて、欠陥が発生する。つまり、一般的な金属において原子の配列にずれが生じると、塑性変形することになるので、図9(B)に示す状態に一旦成ると、図9(A)に示す状態に戻ることはない。 On the other hand, in the general metal shown in FIG. 9A, the atoms are uniformly aligned, but when stress is applied from the lateral direction, the atoms are not aligned as shown in FIG. 9B. Occurs and a defect occurs. In other words, when a deviation occurs in the arrangement of atoms in a general metal, plastic deformation occurs. Therefore, once the state shown in FIG. 9B is reached, the state shown in FIG. 9A is not restored. .
以上より、一般的な金属と異なり、双晶の金属材料では、比較的小さな応力で変形が開始するものの、図8(C)に示す状態まで変形しても塑性変形することが無いので、応力を逆にかければ図8(A)に示す状態に戻るようになる。更に、双晶の金属材料の断面積を小さくして全体へかかる応力が低い段階から変形が発生するようにすることで、全体へかかる応力歪み曲線におけるヒステリシスのばね定数が上昇しないようになる。 As described above, unlike a general metal, a twinned metal material starts deformation with a relatively small stress, but does not plastically deform even when deformed to the state shown in FIG. If the process is reversed, the state shown in FIG. Furthermore, by reducing the cross-sectional area of the twin metal material so that the deformation is generated from the stage where the stress applied to the whole is low, the spring constant of hysteresis in the stress strain curve applied to the entire is not increased.
次に、実施例の免震装置と比較例の免震装置とをそれぞれ水平方向に変位させる試験を行った結果を、両者を比較しつつ以下に説明する。
まず実施例の免震装置としては、相互に外径が異なる二つのコイルバネ22、24及び注入材26が外側積層体16内に配置されるだけでなく、外側積層体16の内周面16Aが凹凸状に形成されている第2の実施の形態に係る免震装置10をサンプルとした。
Next, the results of tests in which the seismic isolation device of the example and the seismic isolation device of the comparative example are displaced in the horizontal direction will be described below while comparing the two.
First, as the seismic isolation device of the embodiment, not only the two
他方、比較例のサンプルとして、二つのコイルバネが外側積層体内に配置されているものの、コイルバネの外径が相互に同一とされると共に、注入材26が注入されてない免震装置を第1比較例とし、注入材26が注入されていないだけでなく、コイルバネが一つのみ外側積層体内に配置されている免震装置を第2比較例とした。
On the other hand, as a sample of the comparative example, the first comparative example is a seismic isolation device in which two coil springs are arranged in the outer laminated body but the outer diameters of the coil springs are the same as each other and the
また、これらサンプルとされる免震装置を100〜200%程度の範囲で水平変位させてtanδの変化を測定した試験結果を図10のグラフに示す。尚この際、このグラフにおいて、実施例は特性曲線Aで表し、第1比較例は特性曲線Bで表し、第2比較例は特性曲線Cで表し、更にコイルバネの高さ寸法と同一量の水平変位を100%の変位量として特性を表した。 Moreover, the test result which measured the change of tan-delta by horizontally displacing the seismic isolation apparatus made into these samples in the range of about 100 to 200% is shown in the graph of FIG. In this case, in this graph, the embodiment is represented by a characteristic curve A, the first comparative example is represented by a characteristic curve B, the second comparative example is represented by a characteristic curve C, and the horizontal amount of the same amount as the height dimension of the coil spring. The characteristics were expressed with the displacement as 100% displacement.
そして、この図10の試験結果から、第1比較例及び第2比較例と比較して、実施例ではtanδの値が高く且つtanδの値の変化が少ないことが確認できる。つまり、このようにtanδの値が高く且つ変化が少ないことから、実施例は第1比較例及び第2比較例と比較して、耐久性の高い免震装置といえることになる。 From the test results of FIG. 10, it can be confirmed that the value of tan δ is higher and the change of the value of tan δ is smaller in the example than in the first comparative example and the second comparative example. That is, since the value of tan δ is high and the change is small as described above, the example can be said to be a highly durable seismic isolation device compared to the first comparative example and the second comparative example.
尚、上記各実施の形態ではコイルバネの数を二つ或いは三つとしたが、コイルバネを四つ以上としても良い。さらに、上記実施の形態では、コイルバネを構成する線材の材質として双晶の金属材料を採用したが、バネ材として一般的な他の金属材料を採用しても良い。 In the above embodiments, the number of coil springs is two or three. However, four or more coil springs may be used. Furthermore, in the above embodiment, a twinned metal material is used as the material of the wire constituting the coil spring, but other general metal materials may be used as the spring material.
また、上記各実施の形態では、複数のコイルバネが相互に同軸状に組み合わされて外側積層体内に配置されていることから、ばね定数が比較的大きなコイルバネを空間を最大限利用して複数配置できるようになる結果、同一体積の空間内により多くのコイルバネを配置できるようになる。さらに、コイルバネの重ね合わされる本数の変更により、必要な減衰力に合わせて、各コイルバネのばね定数を加え合わせた形の見かけのばね定数を容易に調節できるようにもなる。 Further, in each of the above embodiments, a plurality of coil springs are coaxially combined with each other and arranged in the outer laminated body. Therefore, a plurality of coil springs having a relatively large spring constant can be arranged using the space to the maximum. As a result, more coil springs can be arranged in the same volume space. Furthermore, by changing the number of coil springs to be superimposed, the apparent spring constant of the form in which the spring constants of the coil springs are added can be easily adjusted according to the required damping force.
一方、上記各実施の形態では、コイルバネを構成する線材の断面形状を四角形の内のコイルバネの径方向を長辺とする長方形としたが、本発明の作用効果を満足すれば、コイルバネの径方向を短辺とする長方形としても良く、また、線材の断面形状を正方形としても良い。さらに、コイルバネを構成する線材の断面形状を四角形としたことで、コイルバネの歪み量が最も大きくなると考えられる最内径部分の断面積が、円形断面より増えてコイルバネの強度が向上することにもなる。 On the other hand, in each of the above embodiments, the cross-sectional shape of the wire constituting the coil spring is a rectangle having the long side in the radial direction of the coil spring in the quadrangular shape. However, if the effect of the present invention is satisfied, the radial direction of the coil spring May be a rectangle having a short side, and the cross-sectional shape of the wire may be a square. Furthermore, since the cross-sectional shape of the wire constituting the coil spring is a quadrangle, the cross-sectional area of the innermost diameter portion where the amount of distortion of the coil spring is considered to be the largest is increased from that of the circular cross-section, thereby improving the strength of the coil spring. .
他方、上記各実施の形態では注入材26として硬質ウレタンを用いたが、この硬質ウレタンとしては、JIS−A硬度が95程度で、伸張度が370(%)程度の特性を有していて、NCO含有率が6.0〜6.4(%)で、粘度が300〜600(mPa.sec/75℃)で、比重が1.05〜1.09(25/4℃)とされている製品名H−295(ダイアケミカル株式会社製)が考えられる。
On the other hand, although hard urethane was used as the injecting
さらに、JIS−A硬度が99程度で、伸張度が310(%)程度の特性を有していて、NCO含有率が7.4〜7.9(%)で、粘度が320〜420(mPa.sec/75℃)とされている製品名コロネート6912(日本ポリウレタン工業株式会社製)も、この硬質ウレタンの候補として考えられる。 Furthermore, the JIS-A hardness is about 99, the degree of elongation is about 310 (%), the NCO content is 7.4 to 7.9 (%), and the viscosity is 320 to 420 (mPa). The product name Coronate 6912 (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.), which is said to be .sec / 75 ° C., is also considered as a candidate for this hard urethane.
また、上記各実施の形態に係る免震装置では、コイルバネを上下から蓋材により押さえつける構造とされていたが、この替わりにネジ等の固定具を用いて蓋材にコイルバネの上下端を固定するような構造として、免震装置の変位にコイルバネをより確実に追従させるような構造を採用しても良い。 In the seismic isolation device according to each of the above embodiments, the coil spring is pressed from above and below by the lid material. Instead, the upper and lower ends of the coil spring are fixed to the lid material by using a fixing tool such as a screw. As such a structure, you may employ | adopt the structure which makes a coil spring follow the displacement of a seismic isolation apparatus more reliably.
10 免震装置
16 外側積層体
16A 内周面
16B 凸部
18 ゴムリング(外側弾性板)
20 金属リング(外側硬質板)
22 コイルバネ
22A 線材
24 コイルバネ
24A 線材
26 注入材
30 コイルバネ
30A 線材
DESCRIPTION OF
20 Metal ring (outer hard plate)
22
Claims (7)
外側積層体内に配置され且つ、線材の断面形状をそれぞれ四角形とすると共に相互に外径が異なった複数の金属製とされるコイルバネと、
外側積層体内に注入されて各コイルバネの動きを拘束し得る注入材と、
を有したことを特徴とする免震装置。 An outer laminated body having a shape in which an outer elastic plate having elasticity and formed in a ring shape and an outer hard plate having rigidity and formed in a ring shape are alternately laminated;
A coil spring that is disposed in the outer laminated body and is made of a plurality of metals each having a rectangular cross-sectional shape and different outside diameters;
An injection material that can be injected into the outer laminate to restrain the movement of each coil spring;
A seismic isolation device characterized by having
Cu-Al-Mn alloy, Mg-Zr alloy, Mn-Cu alloy, Mn-Cu-Ni-Fe alloy, Cu-Al-Ni alloy, Ti-Ni alloy, Al-Zn alloy, Cu-Zn-Al alloy, Mg alloy, Cu-Al-Co alloy, Cu-Al-Mn-Ni alloy, Cu-Al-Mn-Co alloy, Cu-Si alloy, Fe-Mn-Si alloy, Fe-Ni-Co-Ti alloy, Fe 7. An exemption according to claim 6, wherein any one of -Ni-C alloy, Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Co alloy, Ni-Al alloy and SUS304 is used as a twinned metal material. Seismic device.
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