JP2008281125A

JP2008281125A - 制振装置

Info

Publication number: JP2008281125A
Application number: JP2007126572A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Inoue; 清孝井上; Yukio Mifune; 行生神船
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-11-20

Abstract

【課題】小型でありながらも減衰力の大きい制振装置を提供する。
【解決手段】ベースプレート２０、２１の間に、ゴム層１６と補強板１７を交互に重ね積層ゴム本体１８を形成する。積層ゴム本体１８にプラグ挿入用の孔１８ｈを設け、降伏応力が約３９．２ＭＰａの亜鉛／アルミ合金をプラグ１９を圧入する。補強板１７間の間隔をｔをプラグ１９の半径Ｄｐ／２よりも小さく設定する。補強板１７の厚さｔ_ｓをゴム層１６の厚さｔ_ｒの半分以上に設定する。補強板１７に設けられたプラグ挿入用の孔１７ｈの周縁部に面取り加工を施す。
【選択図】図４

Description

本発明は、構造物に取り付けられ、構造物の振動を制御、減衰する制振装置に関する。

高層建物の制振装置としては、粘性流体を利用する粘性減衰型の制振装置や極軟鋼のパネルやブレースを用いる履歴減衰型の制振装置が一般に用いられるが、ゴム層と鋼板（補強板）を鉛直方向に交互に積層して積層ゴム体とし、積層ゴム体に各層を貫いた孔を設け、これにダンパ用の柱状の鉛プラグを圧入した積層ゴム支承を制震装置として用いることが提案されている（特許文献１）。
特開２０００−２９１７３０号公報

しかし、流体を用いた粘性減衰型制振装置では、構造が複雑・大型になるとともにコストが増大する。履歴減衰型制振装置では、微少変形の繰り返しによる加工硬化でその性能が経時的に変化し、かつ単位面積当たりの減衰力が小さいため大きな減衰力が必要な場合には大型化してしまいデザイン上不利である。また、鉛プラグを圧入した積層ゴム体を用いた制振装置においても、単位面積当たりの減衰力が小さいため、大きな減衰力を必要とする場合には、鉛プラグの径を大きくする必要があり装置が大型化する。

本発明は、小型でありながらも減衰力の大きい制振装置を提供することを目的としている。

本発明の積層ゴム型制振装置は、ゴム層と補強板を交互に積層した積層ゴム本体と、ゴム層および補強板を垂直に貫通する積層ゴム本体に設けられた孔と、降伏応力が約１９．６１ＭＰａを越える常温超塑性材料を用い、この孔に圧入されるプラグとを備え、補強板の厚さとゴム層の厚さの比が１／２以上であることを特徴としている。

更に、補強板の厚さとゴム層の厚さの比が１〜２．５の範囲にあることがより好ましい。またプラグには、例えば降伏応力が約３９．２ＭＰａの常温超塑性材料が用いられ、常温超塑性材料は亜鉛／アルミ合金であることが好ましい。

また、補強板に設けられたプラグが挿入される孔の周縁部に面取りが施されることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、小型でありながらも減衰力の大きい制振装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、高層建造物に取り付けられた本発明の一実施形態である積層ゴム型制振装置の配置を示す模式図である。また、図２は、高層建造物に取り付けられた積層ゴム型制振装置の拡大斜視図である。

本実施形態の積層ゴム型制振装置１０は、例えば、高層建造物１１における各層の梁１２の略中央に各々取り付けられ、積層ゴム型制振装置１０には更にブレース１３が連結される。図２に示されるように、積層ゴム型制振装置１０の一方の取付面は、梁１２に固定された取付板１４にボルト（図示せず）などの取付手段を用いて固定される。一方、積層ゴム型制振装置１０の他方の取付面は、ブレース１３に固定された取付板１５にボルト（図示せず）などの取付手段を用いて固定される。

次に、図３、図４を参照して本実施形態の積層ゴム型制振装置１０の構造について説明する。なお、図３は、積層ゴム型制振装置１０の取付面の一方を上に向けて配置したときの斜視図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った積層ゴム型制振装置１０の中央断面図である。

本実施形態の積層ゴム型制振装置１０は、ゴム層１６と補強板１７とを交互に積層して加硫成形した積層ゴム本体１８に補強板１７と垂直な孔１８ｈを設け、この孔１８ｈに例えば降伏応力２００以上の常温超塑性材料からなるダンパ用のプラグ１９を圧入したものである。本実施形態において、積層ゴム型制振装置１０は、例えば略直方体形状をなし、積層ゴム本体１８内には、図４に示されるように、所定間隔（板厚中心間の距離）ｔで平行に複数の補強板１７が配置され、補強板１７の間には厚さｔ_ｒのゴム層１６が設けられる。

補強板１７には、例えば厚さｔ_ｓの薄板状の鋼板が用いられる（なおｔ＝ｔ_ｒ＋ｔ_ｓ）。積層ゴム本体１８の最上部および最下部には、例えば平面形状においては補強板１７と略同寸法であるが、相対的に厚みのあるベースプレート２０、２１（積層ゴムの変形に対して剛性を維持する板部材）が配置され、取付板１４、１５等が取り付けられる取付面を構成する。

ゴム層１６は、補強板１７よりも一回り大きく、補強板１７およびベースプレート２０、２１は、その周囲をゴム層１６を含むゴム部材によって取り囲まれる。本実施形態では円柱状の孔１８ｈが積層ゴム本体１８に例えば３つ設けられ、この孔１８ｈは上部ベースプレート２０から下部ベースプレート２１まで貫通する。また、各孔１８ｈにはそれぞれ、直径Ｄｐの円柱状の常温超塑性材料であるプラグ１９が所定の充填率で圧入される。なお、本実施形態ではプラグ１９として、例えば降伏応力が約３９．２ＭＰａ（４００ｋｇｆ／ｃｍ^２）の亜鉛／アルミ合金が用いられる。

積層ゴム型のダンパは、プラグを剪断変形させ、そのときの塑性変形に伴うエネルギーを用いて振動エネルギーを吸収している。プラグを有効に剪断変形させるには、プラグに大きな軸力を掛ける必要があるが、積層ゴム型のダンパを免震用の支承としてではなく制振装置として用いる場合には、プラグへの軸力が不足する。

このような問題に対し、鉛プラグを用いた従来の制振装置では、鉛を拘束する力を増大させる構造を装置に与えること（特開２０００−２９１７３０号公報）や、予圧することでプラグを適切に剪断変形させることができるが、これは鉛の降伏応力が約７．８６ＭＰａ（８０ｋｇｆ／ｃｍ^２）と低いことから可能である。

しかし、本実施形態では、降伏応力が１９．６１ＭＰａ（２００ｋｇｆ／ｃｍ^２）を越える常温超塑性材料、特に降伏応力が約３９．２ＭＰａ（４００ｋｇｆ／ｃｍ^２）の亜鉛／アルミ合金をプラグ１９として用いている。したがって、プラグ１９全体を適切に剪断変形させるには軸力を予め与える構成では十分ではない。すなわち従来の構成では、プラグは曲げ変形を受け、局所的に大きな応力が働くこととなる。

以上のように、本実施形態では補強板１７の厚さをｔ_ｓ／ｔ_ｒ≧１／２、すなわち補強板１７の厚さｔ_ｓをゴム層１６の厚さｔ_ｒの半分以上に設定している（より好ましくはｔ_ｓ／ｔ_ｒの値を１〜２．５の範囲に設定）。補強板１７は、プラグ１９の周囲を取り囲み、積層ゴム体１６の変形時、プラグ１９と接触して水平力を与えるが、補強板１７をこのような厚さ比に設定することで、補強板の剛性が高められ、制振装置の積層方向に高い圧縮力を与える構造を用いなくとも変形時の補強板の曲げを抑制することができる。すなわち、上下ベースプレート間の相対的な回転運動を抑制し、プラグの各層において剪断変形を支配的に生じさることができる。これにより、プラグの変形が分散され、局所的な変形の集中が緩和され、プラグの繰り返し変形に対する耐久性が向上する。

本実施形態では、更に、曲げ変形よりも剪断変形が支配的となるように、直径Ｄｐと間隔ｔの値を、Ｄｐ／ｔ＞２に設定している（より好ましくはＤｐ／ｔ：５〜１０）。すなわち、プラグ側面に補強板１７が少なくともプラグ半径（Ｄｐ／２）よりも小さい間隔ｔで当接するように補強板１７を密に配置し、ゴム層１６の一次形状係数を高くすることで変形時の補強板の回転を抑え、プラグ１９の拘束点を増やすことにより、プラグ１９を強制的に剪断変形させ、剪断変形を支配的に発生させている。これにより、積層ゴム型制振装置１０において、更に高い減衰力を発生させるとともに、耐久性を向上させることができる。

また本実施形態では、プラグ１９を圧入するために設けられた孔１８ｈを構成する補強板１７に形成された孔１７ｈの周縁部に、例えば円弧状の面取り加工が施される。亜鉛／アルミ合金など常温超塑性材料を用いたプラグでは、加工硬化を起こさないため、変形が局部に集中すると十分な減衰力を確保できない。したがって、プラグの塑性変形における変形の集中を更に抑え、繰り返し変形に対して安定した減衰力を発揮させるため本実施形態では孔１７ｈの周縁部に面取り加工を施し、プラグ１９が孔１７ｈの周縁部の角部により局所的に力を受けることを防止している。また、面取り加工はプラグ１９の切り裂きを更に抑える。

以上のように、本実施形態によれば、降伏応力が１９．６１ＭＰａ（２００ｋｇｆ／ｃｍ^２）を越える常温超塑性材料をプラグに用いることにより、小型でありながら高い減衰力を発揮する積層ゴム型の制振装置を得ることができる。

また、このような高い降伏応力を持つ常温超塑性材料を用いても、プラグ径と補強板の間隔との間の関係を本実施形態のように設定することで、変形時、プラグにおいて曲げ変形が支配的になることを抑え、剪断変形をプラグ全体に分散させることが可能となり、より安定した減衰性能を持たせることが可能となる。

また、補強板の厚さとゴム層の厚さを本実施形態のように設定することにより、更に剪断変形をプラグ全体に分散させ、プラグにおいて局所的に力が集中することを防止し、プラグ表面に切り欠きが発生することを防止でき、積層ゴム制振装置の減衰性能を更に高めるとともに、耐久性を向上することができる。また更に、本実施形態では、補強板のプラグ孔の周縁部を面取りしているため、更に変形が局部に集中することを防止できる。

なお、本実施形態では、直方体型の積層ゴム型制振装置を例に説明を行ったが、制振装置の形状は例えば円筒形など他の形状であってもよいし、プラグの数や配置も様々の形態が考えられる。本実施形態では、常温超塑性材料として亜鉛／アルミ合金を例に説明を行ったが、他の材料であっても本発明を適用することができる。また、建造物内における制振装置の配置や取付方法に関しても様々の方法が考えられる。

また、プラグの拘束力を更に高めるため、本実施形態の積層ゴム型制振装置を複数個重ねて積層ゴム部に予め圧縮力を与える構成とすることもできる。

更に、粘性体あるいは粘弾性体を用いた他の種類の制振装置を直列または／かつ並列に接続して、変形速度により変化する減衰力の要素を加えることで、更に制振設計の自由度を高めることも可能である。

高層建造物への取り付けられた本発明の一実施形態である積層ゴム型制振装置の配置を示す模式図である。積層ゴム型制振装置の梁、ブレースへの取付構造を示す斜視図である。本実施形態の積層ゴム型制振装置の外観を示す斜視図である。図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った積層ゴム型制振装置の中央断面図である。

符号の説明

１０積層ゴム型制振装置
１２梁
１３ブレース
１４、１５取付板
１６ゴム層
１７補強板
１８積層ゴム本体
１９プラグ
２０、２１ベースプレート

Claims

ゴム層と補強板を交互に積層した積層ゴム本体と、
前記ゴム層および前記補強板を垂直に貫通する前記積層ゴム本体に設けられた孔と、
降伏応力が約１９．６１ＭＰａを越える常温超塑性材料を用い、前記孔に圧入されるプラグとを備え、
前記補強板の厚さと前記ゴム層の厚さの比が１／２以上であることを特徴とする積層ゴム型制振装置。
前記補強板の厚さと前記ゴム層の厚さの比が１〜２．５の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の積層ゴム型制振装置。
前記降伏応力が約３９．２ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載の積層ゴム型制振装置。
前記常温超塑性材料が亜鉛／アルミ合金であることを特徴とする請求項３に記載の積層ゴム型制振装置。
前記補強板に設けられた前記プラグが挿入される孔の周縁部に面取りが施されたことを特徴とする請求項１に記載の積層ゴム型制振装置。