JP2006342854A - 振動エネルギー吸収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】建物の免震・耐震装置や各種機器制振装置などに用いる振動エネルギー吸収装置に係り、長期的に安定した性能を有し耐久性の高い振動エネルギー吸収装置を提供する。
【解決手段】筒状のシリンダ１内に進退ロッド２を同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設け、そのシリンダ１内の進退ロッド２の周囲に塑性変形可能な金属よりなるエネルギー吸収体３を収容配置すると共に、上記進退ロッド２の外周面に抵抗部２ｃを設け、振動エネルギー吸収時に上記エネルギー吸収体３と抵抗部２ｃとの相対移動により上記エネルギー吸収体が塑性変形して振動エネルギーを吸収する振動エネルギー吸収装置において、上記進退ロッド２の外周面に設けた抵抗部２ｃの進退ロッド軸線方向の断面形状を略三角形状または略台形状に形成し、その略三角形状または略台形状の傾斜辺の進退ロッド周面に対する傾斜角度を１５°以下にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば建築物の免震装置や耐震装置もしくは各種機器や配管等の制振装置などに用いる振動エネルギー吸収装置に関する。更に詳しくは、地震や機械振動等の振動エネルギーを金属が塑性変形することによって吸収する、いわゆる押し出しダンパ等の振動エネルギー吸収装置に関するものである。

従来、上記のような振動エネルギー吸収装置として下記の特許文献１が知られている。図７はその具体的な構成の一例を示すもので、筒状のシリンダ１内に進退ロッド２を同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設け、そのシリンダ１内の進退ロッド２の周囲に鉛等の金属よりなるエネルギー吸収体３を収容配置すると共に、上記進退ロッド２の外周面に拡径部などの抵抗部２ｃを設けた構成である。

図中、４は上記エネルギー吸収体３の流出を防ぐシール材、５は進退ロッド２のスラスト軸受、６，７は上記シリンダ１の両端部を閉塞するキャップで、その各キャップ６，７はシリンダ１の端部にねじ結合され、一方のキャップ６は図で左側のスラスト軸受５に直接、また他方のキャップ７は図で右側のスラスト軸受５に筒状のスペーサ８を介して圧接させることによって、上記エネルギー吸収体３に所定の圧力（内圧）を付与している。

上記の構成において、例えば建築物等の構造体に作用する地震等の振動を吸収する場合には、その際に互いに相対移動する部位に、上記進退ロッド２の一端２ａと、それと反対側のシリンダ１の端部とをそれぞれ連結し、地震等の振動発生時に前記抵抗部２ｃとエネルギー吸収体３との相対移動により該エネルギー吸収体３が塑性変形して振動エネルギーを吸収するものである。

ところが、上記のような振動エネルギー吸収装置は、耐久試験等により繰返し加振すると、履歴形状が乱れたり、荷重が上がってくるという問題がある。その理由として、（１）エネルギー吸収体の安定した流動を維持できない、（２）ロッドとエネルギー吸収体との摩擦抵抗が上昇、（３）温度上昇によるエネルギー吸収体の漏れ等の理由が考えられる。

特表平８−５１０５３９号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて提案したもので、耐久性の高い振動エネルギー吸収装置を得るには、上記（１）〜（３）の問題点を解決する必要があり、上記（１）〜（３）はそれぞれ関連を持っていて、本発明はそれらの問題点を一括して解消することのできる振動エネルギー吸収装置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は、以下の構成としたものである。即ち、筒状のシリンダ内に進退ロッドを同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設け、そのシリンダ内の進退ロッドの周囲にエネルギー吸収体を収容配置すると共に、上記進退ロッドの外周面に抵抗部を設け、振動エネルギー吸収時に上記エネルギー吸収体と抵抗部との相対移動により上記エネルギー吸収体が塑性変形して振動エネルギーを吸収する振動エネルギー吸収装置において、上記進退ロッドの外周面に設けた抵抗部の進退ロッド軸線方向の断面形状を略三角形状または略台形状に形成し、その略三角形状または略台形状の傾斜辺の進退ロッド周面に対する傾斜角度を１５°以下にしたことを特徴とする。また上記抵抗部の進退ロッド軸線方向の断面形状を略半円形状または略半楕円形状に形成し、その略半円形状または略半楕円形状の頂点と端部とを結ぶ線の進退ロッド周面に対する傾斜角度を２０°以下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は、抵抗部の傾斜角度を比較的小さくすることによって前記の問題点を解決するものである。すなわち、例えば抵抗体の傾斜角度が大きいと、エネルギー吸収体のより大きい流動を促すことができる（つまり荷重を上げてやることが可能となる）が、その分履歴が乱れたり、大荷重が出ることによる熱の発生でエネルギー吸収体が軟化し荷重が低下したり、エネルギー吸収体の漏れの原因となるおそれがある。また、傾斜角度が大きいことにより局所的に面圧が高い部分が生じて、この部分の摩擦抵抗が上昇し、荷重が上昇する等のおそれがある。本発明は、それらを防ぐために抵抗部の傾斜を緩めてやることにより、（荷重は多少小さくなるが）エネルギー吸収体の安定した流動を継続的に促すことが可能となり、それによって、長期的に安定した性能を有し耐久性の高い振動エネルギー吸収装置を提供することができる。

以下、本発明による振動エネルギー吸収装置を、図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図１〜図４はそれぞれ本発明による振動エネルギー吸収装置の実施形態を示すもので、上記各図の（ａ）は振動エネルギー吸収装置の縦断面図、（ｂ）は各振動エネルギー吸収装置に用いた進退ロッドの抵抗部の拡大図である。

上記図１〜図４の各実施形態のエネルギー吸収装置Ｄは、前記従来例と同様に筒状のシリンダ１内に進退ロッド２を同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設け、そのシリンダ１内の進退ロッド２の周囲にエネルギー吸収体３を収容配置すると共に、上記進退ロッド２の外周面に拡径部等の抵抗部２ｃを設けた構成である。各図中、５は進退ロッド２のスラスト軸受、６，７はシリンダ１の両端部を閉塞するキャップ、８は筒状のスペーサで、それらは前記図７の従来例とほぼ同様に構成されている。また図７においてエネルギー吸収体３とその両側のスラスト軸受５との間に介在させたシール材４は上記図１〜図４においては省略されている。

上記各実施形態は進退ロッド２の外周面に設けた抵抗部２ｃの進退ロッド軸線方向の断面形状を異ならせたもので、図１は上記の断面形状を略三角形状に、図２は略台形状にそれぞれ形成し、その略三角形状または略台形状の傾斜辺ｂの進退ロッド周面に対する傾斜角度θ１を１５°以下にしたものである。また図３は上記の断面形状を略半円形状に、図４は略半楕円形状にそれぞれ形成し、その略半円形状または略半楕円形状の頂点ａと端部ｃとを結ぶ線の進退ロッド周面に対する傾斜角度θ２を２０°以下にしたものである。

上記のように構成すると、地震等の振動エネルギー吸収時に上記抵抗部２ｃとエネルギー吸収体３とがシリンダ１の軸線方向に相対移動したとき、上記エネルギー吸収体３の安定した流動を継続的に促すことが可能となり、それによって、長期的に安定した性能を持つ耐久性の高い振動エネルギー吸収装置を提供することができるものである。

なお、上記各実施形態におけるエネルギー吸収体３の材質は適宜であるが、好ましくは降伏点が９．０Ｎ／ｍｍ^２ 以上、５０．０Ｎ／ｍｍ^２ 以下の金属を用いるとよい。具体的には例えば、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、錫のいずれか又は上記いずれかの金属を含む少なくとも２種以上の金属の合金等を用いるとよく、特に純度９９％以上の錫とビスマスとの合金は好適である。

また上記各実施形態におけるエネルギー吸収体３と進退ロッド２との間には必要に応じて減摩材を介在させるようにしてもよく、その減摩材としては、例えばフッ素系樹脂、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。

上記のように構成した振動エネルギー吸収装置Ｄを用いて例えば地震等の振動発生時に建築物等に伝達される振動エネルギーを吸収する場合には、前記従来例と同様に振動発生時に互いに相対移動する部位に配置すればよい。図５はその一例を示すもので、建築物Ａの隣り合う柱等の縦材と、土台や梁等の横材とで囲まれた略方形の空間内において、その対角線方向に配置される筋交いの一部として本発明による振動エネルギー吸収装置Ｄを設けたものである。

特に図の場合は１つの建築物Ａに複数個の振動エネルギー吸収装置Ｄを設置したもので、その各振動エネルギー吸収装置Ｄは、進退ロッド２の一端２ａを連結金具１１および固定金具１２を介して上記対角線方向の一端側の角部に取付け、シリンダ１の閉塞キャップ７側の端部を延長ロッド１３および固定金具１４を介して上記対角線方向の他端側の角部に取付けた構成である。

上記の構成において、地震等の振動で建築物が揺れたとき上記対角線の長さが変化し、それに伴って上記各振動エネルギー吸収装置Ｄの進退ロッド２がシリンダ１に対して相対移動することによって進退ロッド２の抵抗部２ｃがエネルギー吸収体３内を相対移動し、そのときの抵抗でエネルギー吸収体３が流動的に変形しながら振動エネルギーを吸収するものである。

図６は本発明による振動エネルギー吸収装置Ｄの他の配置構成例を示すもので、前記のように構成されたエネルギー吸収装置Ｄを、ビル等の建築物Ａの上部構造体Ｂと、その土台等の下部構造体Ｃとの間に配置すると共に、上記進退ロッド２の一端２ａをブラケット１５を介して上部構造体Ｂに、シリンダ１の閉塞キャップ７側の端部をブラケット１６を介して下部構造体Ｃにそれぞれ連結した構成である。なお図の配置構成例は本発明による振動エネルギー吸収装置Ｄを免震アイソレータＭと併用したものであるが、本発明による振動エネルギー吸収装置Ｄのみを単独で使用したり、制振装置等の他の振動エネルギー吸収装置と併用することもできる。

上記のように上部構造体Ｂと下部構造体Ｃとの間に本発明による振動エネルギー吸収装置Ｄを配置したことによって地震等で上部構造体Ｂと下部構造体Ｃとが水平方向に相対移動したとき、それに対応してエネルギー吸収装置Ｄのシリンダ１と進退ロッド２とが相対移動し、進退ロッド２に設けた抵抗部２ｃがエネルギー吸収体３内を移動する際の抵抗でエネルギー吸収体３が流動的に変形しながら振動エネルギーを吸収するものである。

以上のように本発明による振動エネルギー吸収装置は、地震等の振動で進退ロッド２の抵抗部２ｃがエネルギー吸収体３内を相対移動し、そのときの抵抗でエネルギー吸収体３が流動的に変形しながら振動エネルギーを吸収するもので、特に本発明においては、抵抗部２ｃの傾斜角度を比較的小さく形成したことによって、上記エネルギー吸収体３の安定した流動を継続的に促すことが可能となり、それによって、長期的に安定した性能を有する耐久性の高い振動エネルギー吸収装置を提供することができる。また上記のように抵抗部２ｃの傾斜角度を比較的小さく形成したことによって、抵抗部付近に局所的に過大な荷重が掛かるおそれが無くなるため、その部分のシリンダの補強や増強等が不要となり、装置の小型化および軽量化を図ることが可能となる。さらに、局所的に掛かる応力による抵抗部２ｃ付近の表面性状に悪影響を与えることも少ないため耐久的であり、また抵抗部の断面形状等の設計の自由度を大幅に増大できる等の利点がある。

（ａ）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、（ｂ）はその振動エネルギー吸収装置に用いた進退ロッドの抵抗部の拡大図。 （ａ）は本発明による振動エネルギー吸収装置の他の実施形態を示す縦断面図、（ｂ）はその振動エネルギー吸収装置に用いた進退ロッドの抵抗部の拡大図。 （ａ）は本発明による振動エネルギー吸収装置の他の実施形態を示す縦断面図、（ｂ）はその振動エネルギー吸収装置に用いた進退ロッドの抵抗部の拡大図。 （ａ）は本発明による振動エネルギー吸収装置の他の実施形態を示す縦断面図、（ｂ）はその振動エネルギー吸収装置に用いた進退ロッドの抵抗部の拡大図。 上記の振動エネルギー吸収装置を建築物の筋交いに適用した例の説明図。 上記の振動エネルギー吸収装置を建築物の基礎部分に配置した例の説明図。 従来の振動エネルギー吸収装置の一例を示す縦断面図。

符号の説明

１ シリンダ
２ 進退ロッド
２ａ 端部
２ｃ 抵抗部
３ エネルギー吸収体
５ スラスト軸受
６、７ 閉塞キャップ
８ スペーサ
１１ 連結金具
１２、１４ 固定金具
１３ 延長ロッド
１５、１６ ブラケット

Claims (4)

1. 筒状のシリンダ内に進退ロッドを同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設け、そのシリンダ内の進退ロッドの周囲にエネルギー吸収体を収容配置すると共に、上記進退ロッドの外周面に抵抗部を設け、振動エネルギー吸収時に上記エネルギー吸収体と抵抗部との相対移動により上記エネルギー吸収体が塑性変形して振動エネルギーを吸収する振動エネルギー吸収装置において、
   上記進退ロッドの外周面に設けた抵抗部の進退ロッド軸線方向の断面形状を略三角形状または略台形状に形成し、その略三角形状または略台形状の傾斜辺の進退ロッド周面に対する傾斜角度を１５°以下にしたことを特徴とする振動エネルギー吸収装置。
2. 筒状のシリンダ内に進退ロッドを同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設け、そのシリンダ内の進退ロッドの周囲にエネルギー吸収体を収容配置すると共に、上記進退ロッドの外周面に抵抗部を設け、振動エネルギー吸収時に上記エネルギー吸収体と抵抗部との相対移動により上記エネルギー吸収体が塑性変形して振動エネルギーを吸収する振動エネルギー吸収装置において、
   上記進退ロッドの外周面に設けた抵抗部の進退ロッド軸線方向の断面形状を略半円形状または略半楕円形状に形成し、その略半円形状または略半楕円形状の頂点と端部とを結ぶ線の進退ロッド周面に対する傾斜角度を２０°以下にしたことを特徴とする振動エネルギー吸収装置
3. 前記エネルギー吸収体として、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、錫のいずれか又は上記いずれかの金属を含む少なくとも２種以上の金属の合金を用い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. 前記エネルギー吸収体が、純度９９％以上の錫とビスマスとの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。

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