JP2006342855A - 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の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２とエネルギー吸収体３との間に減摩材として、フッ素系樹脂またはモリブデン等の固体または粉体状の潤滑剤、もしくはグリースまたはオイル等の液状潤滑剤、あるいは上記の固体または粉体状の潤滑剤と液状潤滑剤の両方を併用する。
【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４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。すなわち、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、上記進退ロッドとエネルギー吸収体との間に減摩材として、フッ素系樹脂またはモリブデン等の固体または粉体状の潤滑剤、もしくはグリースまたはオイル等の液状潤滑剤、あるいは上記の固体または粉体状の潤滑剤と液状潤滑剤の両方を併用することを特徴とする。

上記のように本発明による振動エネルギー吸収装置は、エネルギー吸収体と進退ロッドとの間に減摩材を設けることによって、上記両者間の摩擦抵抗が低減され、装置の安定した履歴と荷重を維持することができる。すなわち、エネルギー吸収体と進退ロッドとの間の摩擦が大きくなると、その熱で金属等よりなるエネルギー吸収体が軟化し、荷重が低下してきたり、エネルギー吸収体が漏れたりする原因となるが、エネルギー吸収体と進退ロッドとの間に減摩材を設けると、その両者間の摩擦抵抗が軽減されて上記の不具合を解消できるものである。

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る。

本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４の従来例とほぼ同様に構成されている。また図４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においては省略されている。

そして本発明は上記進退ロッド２とエネルギー吸収体３との間に減摩材を介在させたもので、その減摩剤としてはフッ素系樹脂またはモリブデン等の固体または粉体状の潤滑剤、もしくはグリースまたはオイル等の液状潤滑剤を用いる、あるいは上記の固体または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。上記の固体または粉体潤滑剤としては四フッ化エチレンが好適である。

上記減摩材の量や厚さ等は適宜であるが、例えば上記の固体または粉体状潤滑剤を用いる場合には、その厚さを５μｍ〜５００μｍの範囲内とするのが望ましい。また液状潤滑剤を用いる場合には、その量を、前記エネルギー吸収体が進退ロッド表面と接する面での単位面積あたり０．１ｇ／ｍ^２ 〜２００．０ｇ／ｍ^２ の範囲内とするのが望ましい。なお、上記の固体または粉体状潤滑剤と液状潤滑剤とを併用する場合にも、その厚さおよび量は、それぞれ上記の範囲内とするのが望ましい。また液状潤滑剤の動粘度は４０ｃＳｔ〜２０００ｃＳｔの範囲内とするのが望ましい。

前記の固体または粉体状もしくは液状潤滑剤のうち、装置の安定化を図る上では高強度の固体潤滑剤のみを使用するのが好ましいが、荷重が特に大きくなる場合があるし、それだけ高温になるため荷重が安定しない。そこで、固体潤滑剤と液状潤滑剤との組合せとなるが、それでも初期加振時でのビビリ音や鳴きが発生する場合が多く居住性が低下したり、疲労破壊などで耐久性が低下する等の問題がある。

そこでフッ素系樹脂またはモリブデン等の低摩擦係数で耐摩耗性も高い固体潤滑剤と、粘度の低いシリコン系液状潤滑剤を組み合わせることが最も好ましい。なお、四フッ化エチレンなどは柔らかい材質であるので、ある程度の膜厚を設けておけば、磨耗により多少削れても摩擦性能には影響がなく、長期の性能安定性に寄与するものである。但し四フッ化エチレンの厚塗りは製造工程上時間も掛かり高価になるし圧縮性能が劣ってくるので、５０μｍ程度が好ましい。

また上記減摩材の下地材となる進退ロッド２の表面粗さも重要で、これが粗いと潤滑材であるフッ素樹脂等の塗布厚にむらが生じ摩擦抵抗が増大してしまう。面精度は高い方が好ましいが、高すぎると、製造が困難でコストが増大したり、付着性が悪化してくるので、やや粗い程度（１０μｍ程度）が好ましく、表面粗さでは１．６μｍ〜２５μｍの範囲内とするのが望ましい。

上記のように進退ロッド２とエネルギー吸収体３との間に減摩材を設けると、地震等の振動エネルギー吸収時に上記両者２・３間の摩擦抵抗が低減され、摩擦熱によるエネルギー吸収体の軟化や、それによる漏れ等が防止される。その結果、振動エネルギー吸収時の安定した変位履歴と荷重を維持することが可能となり、長期的に安定した性能を有する耐久性のよい振動エネルギー吸収装置を提供できるものである。

なお、上記エネルギー吸収体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が好適である。

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、進退ロッド２とエネルギー吸収体３との間に減摩材を介在させたことによって、地震等の振動エネルギー吸収時に進退ロッド２とエネルギー吸収体３との間の摩擦抵抗が低減され、摩擦熱によるエネルギー吸収体の軟化や、それによる漏れ等が防止される。その結果、振動エネルギー吸収時の安定した変位履歴と荷重が維持されて耐久性および安定性のよい振動エネルギー吸収装置が得られ、例えば建築物の免震装置や耐震装置もしくは各種機器等の制振装置などにも有効に適用できるものである。

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。 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 (7)

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、
   上記進退ロッドとエネルギー吸収体との間に減摩材として、フッ素系樹脂またはモリブデン等の固体または粉体状の潤滑剤、もしくはグリースまたはオイル等の液状潤滑剤、あるいは上記の固体または粉体状の潤滑剤と液状潤滑剤の両方を併用することを特徴とする振動エネルギー吸収装置。
2. 前記の固体または粉体もしくは液体状潤滑剤としてシリコン系潤滑剤を併用す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. 前記の固体または粉体状潤滑剤の厚さを５μｍ〜５００μｍの範囲内、前記液状潤滑剤の量を、前記エネルギー吸収体が進退ロッド表面と接する面での単位面積あたり０．１ｇ／ｍ^２ 〜２００．０ｇ／ｍ^２ の範囲内とした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. 前記液状潤滑剤の動粘度を４０ｃＳｔ〜２０００ｃＳｔの範囲内としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の振動エネルギー吸収装置。
5. 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１〜４のいずれかに記載の振動エネルギー吸収装置。
6. 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１〜４のいずれかに記載の振動エネルギー吸収装置。
7. 前記進退ロッドの表面粗さを１．６μｍ〜２５μｍの範囲内としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の振動エネルギー吸収装置

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