JP2009235813A - 制震ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】内板の側面側での粘弾性体の破損を効果的に防止して、粘弾性体への安定した入力及び剪断変形を維持して好適な減衰性能や耐久性を得る。
【解決手段】制震ダンパー１において、内板３における厚み方向と平行な側面と外筒２の内面との間に、内板３の厚み方向で外筒２と内板３との間に介在される粘弾性体４の材料厚みＴと等しい隙間Ｓ２を設けて、当該隙間Ｓ２にも粘弾性体４を接着状態で介在させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震等による振動を減衰させるために建物に用いられる制震ダンパーに関する。

図７に従来の制震ダンパーを示す。この制震ダンパー２０は、横断面矩形の外筒２１の一端側から内板２２を遊挿し、外筒２１と内板２２との重合部分で両者の対向面間に粘弾性体２３（網掛け部分）を接着状態で介在させた構成となっている。また、図８に示す制震ダンパー２０ａのように、内板２２を厚み方向に所定間隔をおいて複数枚平行に設けると共に、長手方向へ交互にずれるように重合させて、当該重合部分で内板２２，２２間にも粘弾性体２３を介在させる場合もある。このような制震ダンパーは、特許文献１にも開示されているが、例えば同文献１の図８に示すように、柱と梁とからなる建物の軸組内で、外筒が一方の仕口部側に、内板が他方の仕口部側に夫々連結されることでブレース型ダンパーとして使用される。よって、地震等により軸組が水平方向に変形すると、制震ダンパーへ軸方向に圧縮力と引張力とが交互に作用して粘弾性体が剪断変形し、振動エネルギーを減衰させることができる。

特開平１１−１０８１１４号公報

しかし、図７，８や特許文献１に開示される制震ダンパーにおいては、内板における厚み方向と平行な側面と外筒の内面との間の隙間Ｓが０或いは僅かであって、当該隙間に粘弾性体が全く或いは殆ど介在されていない。従って、剪断変形の際に内板の側面側で粘弾性体の切断や剥離といった破損が生じ、結果粘弾性体への入力及び剪断変形が不安定となって減衰性能や耐久性を低下させてしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、内板の側面側での粘弾性体の破損を効果的に防止でき、粘弾性体への安定した入力及び剪断変形を維持して好適な減衰性能や耐久性を得ることができる制震ダンパーを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、内板における厚み方向と平行な側面と外筒の内面との間に、内板の厚み方向で外筒と内板との間に介在される粘弾性体の材料厚み以上の隙間を設けて、当該隙間にも粘弾性体を接着状態で介在させたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、内板は、その厚み方向に所定間隔をおいて複数枚平行に設けられ、各内板の間にも粘弾性体が接着状態で介在されることを特徴とするものである。

本発明によれば、内板の側面側にも粘弾性体を材料厚み以上で介在させたことで、当該側面側での粘弾性体の破損を効果的に防止でき、粘弾性体への安定した入力及び剪断変形を維持して好適な減衰性能や耐久性を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［形態１］
図１は、制震ダンパーの一例を示す説明図で、上が平面、下が側面、左が正面を夫々示す。制震ダンパー１は、横断面矩形の外筒２と、外筒２の一方の端部から部分的に遊挿される内板３と、外筒２と内板３との重合部分で両者の対向面間に熱硬化型接着材により接着されるスチレン系ゴム等の粘弾性体４（網掛け部分で示す）とからなる。５，５・・は、外筒２及び内板３の端部に穿設された取付孔である。
また、外筒２の内面と、内板３の外面との間には、粘弾性体４を介在させるための隙間が形成されているが、特にここでは、内板３の厚み方向での外筒２の内面との間の隙間Ｓ１に加えて、内板３における厚み方向と平行な側面と外筒２の内面との間でも隙間Ｓ２が形成されて、当該隙間Ｓ２にも粘弾性体４が接着状態で介在されている。ここで、隙間Ｓ２の寸法は、隙間Ｓ１と等しくなる粘弾性体４の材料厚みＴ以上となるように設定されている。

以上の如く構成された制震ダンパー１は、例えば図２に示すように、柱１１と梁１２とで形成される軽量鉄骨構造等の軸組１０においてブレース状に架設される。具体的には、上側の仕口部に接合される内筒３は、図３（Ａ）にも示すように、当該仕口部に設けたガセットプレート１３と共に一対の接合金具１４，１４で挟まれて取付孔５の位置でボルト１５及びナット１６で摩擦接合され、下側の仕口部に接合される外筒２は、同図（Ｂ）にも示すように、当該仕口部に設けたガセットプレート１７に端部を被せるようにしてそのまま取付孔５の位置でボルト１５及びナット１６で摩擦接合される。ガセットプレート１７と干渉する外筒２の側面にはスリット１８が形成されている。

よって、地震等により軸組１０が水平方向に変形すると、制震ダンパー１，１へ夫々軸方向に圧縮力と引張力とが交互に作用して粘弾性体４が剪断変形し、振動エネルギーを減衰させることになるが、このとき、粘弾性体４は内板３の側面側（隙間Ｓ２側）にも介在されているので、剪断変形の際に当該側面側での粘弾性体４の切断や剥離が抑えられ、安定した入力で粘弾性体４を剪断変形させることができる。

このように、上記形態１の制震ダンパー１によれば、内板３における厚み方向と平行な側面と外筒２の内面との間に、内板３の厚み方向で外筒２と内板３との間に介在される粘弾性体４の材料厚みＴ以上の隙間Ｓ２を設けて、当該隙間Ｓ２にも粘弾性体４を接着状態で介在させたことで、内板３の側面側での粘弾性体４の破損を効果的に防止でき、粘弾性体４への安定した入力及び剪断変形を維持して好適な減衰性能や耐久性を得ることができる。

［形態２］
上記形態では、内板が単一のタイプで説明しているが、内板を複数設けたタイプでも本発明は採用可能である。図４はその形態２の説明図で、上が平面、下が側面、左が正面を夫々示している。なお、形態１と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
この制震ダンパー１ａにおいては、三枚の内板３，３・・が厚み方向で所定間隔をおいて互いに平行となるように外筒２に遊挿されると共に、長手方向へ交互にずれるように重合されて、中央の内板３ａが、外筒２内に略収まる格好で収容され、両外の一対の内板３ｂ，３ｂが、外筒２の一方の端部から突出している。また、外筒２と両外の内板３ｂとの重合部分で両者の対向面間に加えて、内板３ａ，３ｂの重合部分で両者の対向面間にも粘弾性体４が接着状態で介在されている。

そして、ここでも、内板３ｂの厚み方向での外筒２の内面との間の隙間Ｓ１に加えて、内板３ａ，３ｂの厚み方向と平行な側面と外筒２の内面との間に、粘弾性体４が介在される隙間Ｓ２が形成されており、隙間Ｓ２の寸法は、隙間Ｓ１に介在される粘弾性体４の材料厚みＴ以上となるように設定されている。

以上の如く構成された制震ダンパー１ａは、例えば図２と同様の軸組１０において、外筒２及び内板３ａの端部に取り付けた接合金具５と、内板３ｂの端部に取り付けた接合金具５とを介してＫブレース状に取り付けられる。
よって、加振時には、各制震ダンパー１ａへ夫々軸方向に圧縮力と引張力とが交互に作用して粘弾性体４が剪断変形し、振動エネルギーを減衰させることになるが、このとき、粘弾性体４は内板３ａ，３ｂの側面側（隙間Ｓ２側）にも介在されているので、剪断変形の際に当該側面側での粘弾性体４の切断や剥離が抑えられ、安定した入力で粘弾性体４を剪断変形させることができる。従って、内板３ａ，３ｂの側面側での粘弾性体４の破損を効果的に防止でき、粘弾性体４への安定した入力及び剪断変形を維持して好適な減衰性能や耐久性を得ることができる。

［加振実験］
図４に示した制震ダンパー１において、粘弾性体一層面積を２５０ｃｍ^２、粘弾性体１層厚み（Ｔ）を３ｍｍ、粘弾性体積層数を４層（内板積層数を３枚）として、隙間Ｓ２を５ｍｍ設けたものと、隙間Ｓ２を０．５ｍｍ設けたものとを用意して、２０℃の温度下で、３Ｈｚの正弦波加振を±６ｍｍ（剪断歪み２００％）となるように軸方向に圧縮荷重と引張荷重とを交互に加える一サイクルを１００回行う加振実験を夫々実施した。表１は、各回数毎でのバネ定数（Ｋｅｑ）と減衰係数（Ｃｅｑ）との低下率を示し、表２は、１００回目でのバネ定数（Ｋｅｑ）と減衰係数（Ｃｅｑ）との低下率と改善比率とを示している。また、図５は表１における低下率の推移をグラフ化したもので、（Ａ）がＫｅｑ低下率、（Ｂ）がＣｅｑ低下率となっている。

なお、バネ定数（Ｋｅｑ、単位：ｋＮ／ｃｍ）は以下の式１によって求められ、減衰係数（Ｃｅｑ、単位：ｋＮ・Ｓ／ｃｍ）は以下の式２によって求められる。
ｋｅｑ＝（P(δmax)−P(δmin)）／（δmax−δmin）・・式１
Ｃｅｑ＝ΔＷ／π・ω・（(δmax−δmin)／２）^２ ・・式２
δmax、δminは、図６に示すヒステリシスループにおける変位量の最大値、最小値で、Ｐ(δmax)、Ｐ(δmin)は、当該最大値、最小値における荷重となる。また、ωは角速度、ΔＷは、剪断変形により吸収するエネルギー（ヒステリシス曲線で囲まれた面積）である。
上記加振実験により、隙間を設けた制震ダンパーでは、バネ定数及び減衰係数何れにおいても隙間のない制震ダンパーよりも低下率が抑えられており、減衰性能の改善が確認できた。

なお、内板は１枚又は３枚に限らず、４枚以上として長手方向へ交互にずれるように重合させることもできる。
さらに、外筒は、上記形態１，２では単一部材の筒体としているが、横断面コ字状の一対の半割金具を互いに組み付けることで形成する等の設計変更は可能である。勿論横断面矩形に限らず、横断面が正方形の外筒も採用できる。
そして、制震ダンパーの建物での架設形態も、上述したＫブレース状に限らず、制震ダンパー自体の全長を軸方向に長くしたり、延長金具を連結したりすることで、軸組内へ対角線状に架設するようにしてもよい。

形態１の制震ダンパーの説明図で、上が平面、下が側面、左が正面を夫々示す。 形態１の制震ダンパーを用いた軸組の正面図である。 接合部分の断面図で、（Ａ）が内板側、（Ｂ）が外筒側となる。 形態２の制震ダンパーの説明図で、上が平面、下が側面、左が正面を夫々示す。 バネ定数（Ｋｅｑ）と減衰係数（Ｃｅｑ）との低下率の変化を示すグラフで、（Ａ）がＫｅｑ低下率、（Ｂ）がＣｅｑ低下率である。 荷重と変位量との関係を示す説明図である。 従来の制震ダンパーの説明図で、上が平面、下が側面、左が正面を夫々示す。 従来の制震ダンパーの説明図で、上が平面、下が側面、左が正面を夫々示す。

符号の説明

１，１ａ・・制震ダンパー、２・・外筒、３・・内板、４・・粘弾性体、１０・・軸組、１１・・柱、１２・・梁、１３，１７・・ガセットプレート、１４・・接合金具、Ｓ，Ｓ１，Ｓ２・・隙間、Ｔ・・材料厚み。

Claims (2)

1. 横断面が矩形又は正方形である外筒と、その外筒の一端側から前記外筒に遊挿される内板と、前記外筒と内板との重合部分で両者の対向面間に接着状態で介在される粘弾性体とからなる制震ダンパーであって、
   前記内板における厚み方向と平行な側面と外筒の内面との間に、前記内板の厚み方向で前記外筒と内板との間に介在される前記粘弾性体の材料厚み以上の隙間を設けて、当該隙間にも前記粘弾性体を接着状態で介在させたことを特徴とする制震ダンパー。
2. 前記内板は、その厚み方向に所定間隔をおいて複数枚平行に設けられ、各内板の間にも前記粘弾性体が接着状態で介在されることを特徴とする請求項１に記載の制震ダンパー。

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