JP2006342888A - 振動エネルギー吸収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば建物の免震装置などに用いる振動エネルギー吸収装置に係り、エネルギー吸収体の充填密度や充填圧力のバラツキ、もしくは振動吸収時に発生する熱等で振動吸収性能が変動したり、低下することがなく、振動吸収動作を繰り返し行っても長期間安定かつ良好に振動を吸収することのできる耐久性のよ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ると共に、上記シリンダ１内の進退ロッド２の周囲にエネルギー吸収体３を収容配置し、地震等の振動発生時に上記エネルギー吸収体３と進退ロッド２とが相対移動したとき、上記エネルギー吸収体３と進退ロッド２との摩擦力で上記エネルギー吸収体３を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するようにしたことを特徴とする。
【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等よりなるエネルギー吸収体が塑性変形することによって吸収する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特許文献１が提案されている。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、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が流動的に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、上記のように進退ロッド２の外周面に拡径部などの抵抗部２ｃを設け、その抵抗部２ｃとエネルギー吸収体３との相対移動によって該エネルギー吸収体３を流動的に塑性変形させて振動エネルギーを吸収するものは、エネルギー吸収体３の充填密度や充填圧力のバラツキによって振動吸収性能が変動したり、上記のようにエネルギー吸収体３を流動的に塑性変形させる際に発生する熱でエネルギー吸収体３が軟化して振動吸収性能が低下する。さらに上記抵抗部２ｃとエネルギー吸収体３との相対移動を繰り返すうちにエネルギー吸収体３の抵抗や振動吸収性能および耐久性が低下する等の問題があった。

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、エネルギー吸収体の充填密度や充填圧力のバラツキ、もしくは振動吸収時に発生する熱等で振動吸収性能が変動したり、低下することがなく、また振動吸収動作を繰り返し行っても長期間安定かつ良好に振動を吸収することのできる耐久性のよい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ると共に、上記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し、地震等の振動発生時に上記エネルギー吸収体と進退ロッドとが相対移動したとき、上記エネルギー吸収体と進退ロッドとの摩擦力で上記エネルギー吸収体を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するようにしたことを特徴とする。

上記のように地震等の振動発生時にエネルギー吸収体と進退ロッドとが相対移動したとき、上記エネルギー吸収体と進退ロッドとの摩擦力で上記エネルギー吸収体を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するようにしたから、エネルギー吸収体の充填密度や充填圧力に多少のバラツキがあっても振動吸収性能が大きく変動することがなく、また地震等の振動エネルギー吸収時にはエネルギー吸収体は僅かに変形するだけで、前記従来例のように大きく変形することはないから熱の発生が少なく、それによって振動吸収性能が低下することもない。さらにエネルギー吸収体は上記のように僅かに変形だけなので繰り返し振動吸収動作を行っても性能が低下することがなく、長期間安定した耐久性のよ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もので、同図（ａ）はその縦断正面図、同図（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ断面図である。

本実施形態の振動エネルギー吸収装置Ｄは、断面円形の筒状のシリンダ１内に、丸棒状の進退ロッド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を収容配置した構成であり、上記進退ロッド２の周面には前記従来のような抵抗部２ｃを設けることなく、進退ロッド２とエネルギー吸収体３とは互いに直接摩擦接触させた構成である。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。

上記のシリンダ１、進退ロッド２、スラスト軸受５、閉塞キャップ６，７、スペーサ８等の材質は適宜であるが、特にシリンダ１および進退ロッド２については、例えば鋼材等の比較的硬い金属を用いるのが望ましい。また上記エネルギー吸収体３の材質は、従来から使用されている鉛やその他の各種金属や合金等が使用可能であるが、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、鉛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良い。上記のような比較的降伏点の高い金属を用いた場合には、その流出を防ぐためのシール材等を省略することができる。

なお、上記図１の実施形態はシリンダ１および進退ロッド２の断面形状を円形に形成したが、その断面形状は三角形や方形（四角形）等の多角形、その他適宜である。図２はその一例を示すもので、同図（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正面図、同図（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ断面図である。本実施形態の振動エネルギー吸収装置Ｄは、断面略方形の筒状のシリンダ１内に、角棒状の進退ロッド２を同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設けたもので、他の構成は前記図１の場合と同様である。上記シリンダ１および進退ロッド２を、このような方形もしくは四角形等の多角形に形成すると、シリンダ１に対する進退ロッド２の周方向のよじれや回動が阻止され、より安定性のよい振動エネルギー吸収装置が得られる。

上記図１および図２の様に構成され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３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がエネルギー吸収体３内を相対移動し、そのときの進退ロッド２とエネルギー吸収体３との摩擦力でエネルギー吸収体３を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するものである。

図４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、そのときの進退ロッド２とエネルギー吸収体３との摩擦力でエネルギー吸収体３を僅かに塑性変形させ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とエネルギー吸収体３とが相対移動したとき、進退ロッド２とエネルギー吸収体３との摩擦でエネルギー吸収体３を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するものであるから、エネルギー吸収体の充填密度や充填圧力に多少のバラツキがあっても振動吸収性能が大きく変動することはなく、また振動エネルギー吸収時にはエネルギー吸収体３は僅かに変形するだけなので、繰り返し振動吸収動作を行っても性能が低下することなく長期間安定した耐久性のよい振動エネルギー吸収装置が得られる。

さらにエネルギー吸収体３は上記のように僅かに変形するだけで、前記従来例のように大きく変形することはないので熱の発生が少なく、それによって振動吸収性能が低下することもない。なお、上記エネルギー吸収体３や進退ロッド２およびシリンダ１の材質として、例えば、金・銀・アルミニウム等の熱伝導率の高い金属を用いれば放熱性が向上し、熱がこもって摩擦係数が低下したり、エネルギー吸収体３が軟化して荷重が低下するのを更に効果的に防止することができる。

また上記エネルギー吸収体と進退ロッドとの接触面には、両者の摩擦力を増大させるための処理を適宜施すようにしてもよく、例えば進退ロッドのエネルギー吸収体との接触面に粗面加工を施す。あるいはエネルギー吸収体３に所定の圧力を付与して内圧を高めれば、進退ロッドとの接触部の摩擦力を増大させることができ、上記の内圧を適宜調整すれば、上記の摩擦力を増減することもできる。

本発明の具体的な実施例として前記図１に示すような振動エネルギー吸収装置を実際に作製して種々の特性を調べた。図５は上記の振動エネルギー吸収装置を試験体として試験を行った際の荷重変位履歴曲線図（Ｐ−δ線図）である。エネルギー吸収性能は良好で、繰り返し耐久性ともよいことが容易に推察することができる。また上記の試験後その試験体を確認した結果、ひび割れ、破断等は一切見られなかった。

また図６は前記の振動エネルギー吸収装置を試験体としてシリンダ１を固定し、進退ロッド２をその軸線方向に約１２ｍｍの振幅で繰り返し振動させたときの繰返し数に対する荷重上昇率を示すもので、荷重は繰返し数が増えても僅かな上昇で、耐久性に優れ、安定した荷重性能である。

以上説明したように本発明による振動エネルギー吸収装置は、進退ロッド２に前記従来のような抵抗部２ｃを設けることなく、進退ロッド２とエネルギー吸収体３との接触部の摩擦力でエネルギー吸収体３を僅かに塑性変形させながら振動を吸収するものであるから、極めて簡単な構成によって耐久性および安定性のよい振動エネルギー吸収装置を容易・安価に得ることが可能となり、この種の振動エネルギー吸収装置の小型化および軽量化、並びに設計や選択の自由度を増大させることができる。

（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（ａ）におけるｂ−ｂ断面図。 （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（ａ）におけるｂ−ｂ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。 本発明による振動エネルギー吸収装置の偏倚特性を示す履歴曲線図。 本発明による振動エネルギー吸収装置の振動繰返し数に対する荷重上昇率を示すグラフ。 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 (3)

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ると共に、上記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し、地震等の振動発生時に上記エネルギー吸収体と進退ロッドとが相対移動したとき、上記エネルギー吸収体と進退ロッドとの摩擦力で上記エネルギー吸収体を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収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。
2. 前記エネルギー吸収体として、金、銀、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛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に記載の振動エネルギー吸収装置。
3. 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。

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