JP2014095422A

JP2014095422A - 構造物用制振ダンパー

Info

Publication number: JP2014095422A
Application number: JP2012247154A
Authority: JP
Inventors: Nagayoshi Yamaguchi; 修由山口; Yuichi Aida; 裕一合田; Kenji Tanaka; 健司田中; Takahiro Koizumi; 貴宏小泉
Original assignee: Building Research Institute; BBM Co Ltd
Current assignee: Building Research Institute; BBM Co Ltd
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2032-11-09
Also published as: JP6046986B2

Abstract

【課題】構造が簡単で、製造が容易で複雑な弁構造を用いること無く流体圧による地震エネルギー吸収と弾性ゴムの弾性変形による地震エネルギー吸収を可能とする構造物用制振ダンパーを提供することを目的とする。
【解決手段】地震時に相対変位する一方の構造体に固定される一端が閉じ、他端が開口したシリンダー部材２と、他方の構造体に固定され、前記シリンダー部材の開口から内部に伸び、前記シリンダー部材との間で相対変位可能に配置され、先端に前記シリンダー部材の内径とほぼ同じ外径を有し流通路８を形成した弁体６を備えたピストンロッド３と、前記弁体の後部のピストンロッドの外周面と前記シリンダー部材内壁面に固定され前記シリンダー部材と前記ピストンロッド間を密封する弾性ゴム体７と、を備え、前記シリンダー部材と前記ピストンロッドの相対変位に対して、前記シリンダー部材の密封空間内流体の前記弁体に形成された流通路を通しての流体移動抵抗及び前記弾性ゴム体の弾性変形により地震エネルギーを吸収することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物や橋梁等の構造物の地震時の振動を抑制する構造物用制振ダンパーに関し、特に地震の際の構造物の大きな変位に対して効率良く地震エネルギーを吸収することが可能な流体圧及び弾性ゴムの変形を利用した構造物用制振ダンパーに関する。

構造物用制振ダンパーとしてオイルダンパー、エアーダンパーや粘弾性ダンパー等が知られている。

特許第２５４１０７３号公報特許第２５６６８３３号公報

従来のオイルダンパーやエアーダンパーは、構造が複雑であり、コストも高く、点検、補修、部品取り換え等のメンテナンスの回数が多いという問題を有する。粘弾性ダンパー等の弾性体の変形による振動吸収機能を有する制振ダンパーは、構造が簡単でメンテナンスも容易であるという利点を有する。しかし、地震時に構造物には方向の異なる大きな変位が作用し、構造物の相対変位する２つの構造にそれぞれ一端を固定したシリンダー部材とピストン部材の軸方向の変位にぶれが生じ、その結果、装置の一部に荷重が集中して装置自体を破壊する恐れがある。また、従来のオイルダンパーやエアーダンパーは，シリンダー内部を密閉するために，シリンダー先端の蓋に設けた穴の内周部とロッド外周部の間で，シール材等を用いて密閉しまた滑動可能としている。ダンパーの外部に露出したピストンロッドの外周部には，外気によって錆びが生じやすい。ロッドの外周部表面に錆びによって凸凹が生じた場合には，密閉および滑動の役割を担うシール材が，ロッド外周部の凸凹によって容易に削られて破損する。その結果，ダンパーの密閉性が失われる。この障害を取り除くために，従来のダンパーではロッド外周部の錆を，定期的に除去するメンテナンスが必要となるという問題を有する。

本発明は、従来技術の持つ問題を解決する、構造が簡単で、製造が容易で複雑な弁構造を用いること無く、ピストンロッド外周部の錆によってシリンダーの密閉性が失われることが無く、流体圧による地震エネルギー吸収と弾性ゴムの弾性変形による地震エネルギー吸収を可能とする構造物用制振ダンパーを提供することを目的とする。

本発明の構造物用制振ダンパーは、前記課題を解決するために、地震時に相対変位する一方の構造体に固定される一端が閉じ、他端が開口したシリンダー部材と、他方の構造体に固定され、前記シリンダー部材の開口から内部に伸び、前記シリンダー部材との間で相対変位可能に配置され、先端に前記シリンダー部材の内径とほぼ同じ外径を有し、流通路を形成した弁体を備えたピストンロッドと、前記弁体の後部のピストンロッドの外周面と前記シリンダー部材内周面に固定される弾性ゴム体と、を備え、前記シリンダー部材と前記ピストンロッドの相対変位に対して、前記シリンダー部材の密封空間内流体の前記弁体に形成された流通路を通しての流体移動抵抗及び前記弾性ゴム体の弾性変形により地震エネルギーを吸収することを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記弾性ゴム体を高減衰性ゴムとすることを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記弾性ゴム体と前記弁体との間に、外周部が前記シリンダー部材内周面に固定されたリング状隔壁部材をその内周部が前記ピストンロッド外周部と摺動可能に配置し、前記リング状隔壁部材と前記シリンダー部材の閉じられた一端間を密封空間とすることを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記シリンダー部材の前記弾性ゴム体を固定する部分の内径を他の部分の内径より大きくすることを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記弾性ゴム体を固定するシリンダー部材の部分と他のシリンダー部材の部分を別体とし、必要とされるシリンダー部材のスパンに応じて長さの異なる複数のシリンダー部材の内の１つを選択して前記弾性ゴム体を固定したシリンダー部材の部分と連結することを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記シリンダー部材と前記ピストンロッド間の密封空間に封入される流体を気体とすることを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記シリンダー部材と前記ピストンロッド間の密封空間に封入される流体を液体とすることを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記流通路が前記弁体を貫通する小孔であることを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記流通路が前記弁体の外周に形成した切欠であることを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記ピストンロッドの外周面と前記シリンダー部材内壁面に弾性ゴム体を加硫一体成形により固定することを特徴とする。

地震時に相対変位する一方の構造体に固定される一端が閉じ他端が開口したシリンダー部材と、他方の構造体に固定され、前記シリンダー部材の開口から内部に伸び、前記シリンダー部材との間で相対変位可能に配置され、先端に前記シリンダー部材の内径とほぼ同じ外径を有し、流通路を形成した弁体を備えたピストンロッドと、前記弁体の後部のピストンロッドの外周面と前記シリンダー部材内周面に固定される弾性ゴム体と、を備え、前記シリンダー部材と前記ピストンロッドの相対変位に対して、前記シリンダー部材の密封空間内流体の前記弁体に形成された流通路を通しての流体移動抵抗及び前記弾性ゴム体の弾性変形により地震エネルギーを吸収することで、複雑な弁制御機構を設けること無く構造が簡単で部品点数が少なく、弾性ゴム体がシール材として機能するのでシール材を用いなくても済み、効率良く地震エネルギーを減衰することが可能な流体圧を利用したダンパー構造を提供することが可能となる。
弾性ゴム体を高減衰性ゴムとすることで、地震エネルギーの減衰性能を向上することが可能となる。
弾性ゴム体と弁体との間に、外周部がシリンダー部材内周面に固定されたリング状隔壁部材をその内周部がピストンロッド外周部と摺動可能に配置し、リング状隔壁部材と前記シリンダー部材の閉じられた一端間を密封空間とすることで、シリンダー部材内密封空間の体積を弾性ゴム体の変形に拘わらず一定とし地震エネルギーの減衰性を向上することが可能となる。
シリンダー部材の弾性ゴム体を固定する部分の内径を他の部分の内径より大きくすることで、弾性ゴム体の体積を大きくすることで弾性ゴムの変形による地震エネルギーの減衰性を向上することが可能となる。
弾性ゴム体を固定するシリンダー部材の部分と他のシリンダー部材の部分を別体とし、必要とされるシリンダー部材のスパンに応じて長さの異なる複数のシリンダー部材の内の１つを選択して弾性ゴム体を固定したシリンダー部材の部分と連結することで、設置場所に応じて長さの異なる構造物用制振ダンパーを設置することが可能となる。
シリンダー部材の密封空間に封入される流体を気体とすることで、気体は圧縮性流体であるので流通路を通しての流体移動抵抗に加え、気体の圧縮、膨張によるクッション効果により地震エネルギーの吸収に利用することが可能となる。
シリンダー部材の密封空間に封入される流体を液体とすることで、複雑な弁制御をすることなく、流通路の液体移動抵抗を考慮するだけで構造が簡単な液体ダンパーとすることが可能となる。
流通路が弁体を貫通する小孔であることで、構造が簡単な流体移動抵抗手段とすることが可能となる。
流通路が弁体の外周に形成した切欠であることで、構造が簡単な流体移動抵抗手段とすることが可能となる。
ピストンロッドの外周面とシリンダー部材内壁面に弾性ゴム体を加硫一体成形により固定することで、シール材を用いることが無く、鋼材とゴムとの接着部の劣化が防止され、密封状態を長期間維持することが可能となる。

本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。

本発明の構造物用制振ダンパーの実施の形態を図により説明する。図１、図２は、構造物用制振ダンパーの一実施形態を示す図である。

構造物用制振ダンパー１は、建築物や橋梁等の構造物の一方の構造体に連結される一端が閉じ他端が開口したシリンダー部材２と、他方の構造体に連結するピストンロッド３を備えている。ピストンロッド３は、シリンダー部材１の開口からその内部に伸び、シリンダー部材２に対して相対変位可能に配置される。

シリンダー部材２は、断面円形の部材で、閉じた側の端部には一方の構造体に連結するためのシリンダー側取付部材４が固定される。

ピストンロッド３の一端部には、他方の構造体に連結するためのピストンロッド側取付部材５が固定される。ピストンロッド３の他端部には、シリンダー部材２の内径とほぼ同じ外径の弁体６が形成される。

ピストンロッド３の弁体６の後部外周部とシリンダー部材２の内壁間に弾性ゴム体７が固定される。一端が閉じられたシリンダー部材２とピストンロッド３の弁体６の後部外周部とシリンダー部材２の内壁間に固定される弾性ゴム体７により、シリンダー部材２の閉じた側と弁体６間の空間Ａと、弁体６と弾性ゴム体７間の空間Ｂは、外部から密封状態にする。弾性ゴム体７がシール材として機能するのでシール材が必要でなくなる。

ピストンロッド３外周部とシリンダー部材２内壁部への弾性ゴム体７の固定は、加硫一体成形により実施する。加硫一体成形による固定は、鋼材とゴムとの接着部の劣化が防止され、密封状態を長期間維持することが可能となる。また，弾性ゴム体７はシリンダー部材２とピストンロッド３が相対変位した場合に弾性変形するために，従来のダンパーにおけるシール材が必要でないために，ピストンロッド３外周部の錆びによってシリンダー部材２の密閉性が失われることがない。

図３、図４に示すように、弁体６には、空間Ａ，Ｂと連通する流通路が形成される。図３に示される実施形態では、流通路は弁体６を貫通する小孔８として形成される。図４に示される実施形態では、流通路は弁体６の外周に切欠９として形成される。

シリンダー部材２内に封入される流体として空気等の気体を選択した場合の本発明の作用を説明する。地震時、構造物に作用する変位により、一方の構造部に連結されたシリンダー部材２と他方の構造部に連結されたピストンロッド３は互いに相対変位する。

シリンダー部材２とピストンロッド３が図１に示す状態から図２に示す矢印方向に相対変位した場合について説明する。ピストンロッド２の矢印方向への相対変位により弁体６も矢印方向に移動する。その結果、空間Ｂ内の気体は圧縮されその体積が減少し圧力が増加する。一方、空間Ａ内の気体は膨張しその体積が増加し圧力が減少する。その結果、圧力の高い空間Ｂ内の気体は、弁体６に形成した流通路８から圧力の低い空間Ａに流れる。流通路８の形状は、図３、図４に示す小孔８ａでも切欠き８ｂでも良いが、流通路８から気体が流れる際の流体移動抵抗による地震エネルギーの減衰性を考慮し、流通路８の口径、形状、数等を設定する。

シリンダー部材２とピストンロッド３の相対変位に伴い、弾性ゴム体７が図のように弾性変形する。このように、シリンダー部材２とピストンロッド３の相対変位に伴い空間Ａ、空間Ｂ内の気体の圧縮、膨張によるクッション効果、流通路８を通しての気体の移動の際の流体移動抵抗により地震エネルギーが減衰され、さらに、シリンダー部材２内を密封する弾性ゴム体７の弾性変形により地震エネルギーを減衰する。弾性ゴム体７を高減衰性ゴムとすることにより、地震エネルギーの減衰性能を向上することが可能となる。

シリンダー部材２内に封入される流体としてオイル等の液体を選択した場合の本発明の作用を説明する。地震時、構造物に作用する変位により、一方の構造部に連結されたシリンダー部材２と他方の構造部に連結されたピストンロッド３は互いに相対変位する。

シリンダー部材２とピストンロッド３が図１に示す状態から図２に示す矢印方向に相対変位した場合について説明する。ピストンロッド２の矢印方向への相対変位により弁体６も矢印方向に移動する。その結果、空間Ｂ内の液体は、弁体６に形成した流通路８から空間Ａに流れる。流通路８の形状は、図３、図４に示す小孔８ａでも切欠き８ｂでも良いが、流通路８から液体が流れる際の流体移動抵抗による地震エネルギーの減衰性を考慮し、流通路８の口径、形状、数等を設定する。液体は気体と相違し非圧縮性流体であるため、液体の流通路８を通しての流体移動抵抗は、気体の場合に比較し精密な設定が必要である。

シリンダー部材２とピストンロッド３の相対変位に伴い、弾性ゴム体７が図のように弾性変形する。このように、シリンダー部材２とピストンロッド３の相対変位に伴い流通路８を通しての液体の移動の際の流体移動抵抗により地震エネルギーが減衰され、さらに、シリンダー部材２内を密封する弾性ゴム体７の弾性変形により地震エネルギーを減衰する。弾性ゴム体７を高減衰性ゴムとすることにより、地震エネルギーの吸収性能を向上することが可能となる。

図５に示される構造物用制振ダンパーの実施形態では、シリンダー部材２内の弾性ゴム体７と弁体６との間に、外周部がシリンダー部材２内周面に固定されたリング状隔壁部材９をその内周部がピストンロッド３外周部に対して摺動可能に配置する。図１、図２に示される実施形態では、弾性ゴム体７の変形によりシリンダー部材内の密封空間Ａ＋Ｂの体積が若干変化する。シリンダー部材２内の密封空間の体積の変化は、流体ダンパーの地震エネルギーの減衰性に少し影響する。図５に示される実施形態では、リング状隔壁部材９を配置することで、シリンダー部材２内の密封空間の体積を一定として流体ダンパーの地震エネルギー減衰性を保持する。リング状隔壁部材９の材質としては硬質ゴム等とする。

図６（ａ）（ｂ）に示される実施形態は、シリンダー部材２の弾性ゴム体７の配置部分の内径Ｋを他のシリンダー部材２の部分の内径ｋより大きくする。図６（ａ）に示される実施形態では、弾性ゴム体７の配置するシリンダー部材２の内壁部を削り薄肉部２ａとしその内径Ｋを、シリンダー部材２の他の部分の内径ｋより大きくしている。また、図６（ｂ）に示される実施形態は、弾性ゴム体７を配置するシリンダー部材２ｂの内径Ｋとし、シリンダー部材２ｂの先端に連結されるシリンダー部材２ｃの外径をＫとし、内径ｋをシリンダー部材２ｂの内径Ｋより小さくしている。シリンダー部材２の弾性ゴム体７の配置部分の内径Ｋを他の部分の内径ｋより大きくすることにより、配置する弾性ゴム体７の体積を増加させ、弾性ゴム体７の変形による地震エネルギーの減衰性能を向上することが可能となる。

図７（ａ）（ｂ）に示される実施形態は、構造物の設置個所の相違により制振ダンパーの長さが異なるケースに対応するものである。図７（ａ）に示すように、弾性ゴム体７を配置するシリンダー部材２ｄに対して、長さの異なるシリンダー部材２ｅ，２ｆを複数用意する。構造物の設置個所の制振ダンパーの長さに応じて複数の長さの異なるシリンダー部材２ｅ，２ｆから所望の長さのシリンダー部材を選択し、弾性ゴム体７を配置したシリンダー部材２ｄと連結固定する。

以上のように本発明の構造物用制振ダンパーによれば、弾性ゴム体により密封された空間内流体の前記弁体に形成された流通路を通しての流体移動抵抗及び前記弾性ゴム体性変形により地震エネルギーを減衰することで、複雑な弁制御機構を設けること無く構造が簡単で部品点数が少なく効率良く地震エネルギーを減衰することが可能な流体圧を利用したダンパー構造を提供することが可能となる。

１：構造物用制振ダンパー、２：シリンダー部材、３：ピストンロッド、４：シリンダー側取付部材、５：ピストンロッド側取付部材、６：弁体、７：弾性ゴム体、８：流通路、８ａ：小孔、８ｂ：切欠き、９：リング状隔壁部材

Claims

地震時に相対変位する一方の構造体に固定される一端が閉じ、他端が開口したシリンダー部材と、
他方の構造体に固定され、前記シリンダー部材の開口から内部に伸び、前記シリンダー部材との間で相対変位可能に配置され、先端に前記シリンダー部材の内径とほぼ同じ外径を有し、流通路を形成した弁体を備えたピストンロッドと、
前記弁体の後部のピストンロッドの外周面と前記シリンダー部材内周面に固定される弾性ゴム体と、
を備え、
前記シリンダー部材と前記ピストンロッドの相対変位に対して、シリンダー部材の密封空間内流体の前記弁体に形成された流通路を通しての流体移動抵抗及び前記弾性ゴム体の弾性変形により地震エネルギーを吸収することを特徴とする構造物用制振ダンパー。
前記弾性ゴム体を高減衰性ゴムとすることを特徴とする請求項１に記載の構造物用制振ダンパー。
前記弾性ゴム体と前記弁体との間に、外周部が前記シリンダー部材内周面に固定されたリング状隔壁部材をその内周部が前記ピストンロッド外周部と摺動可能に配置し、前記リング状隔壁部材と前記シリンダー部材の閉じられた一端間を密封空間とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物用制振ダンパー。
前記シリンダー部材の前記弾性ゴム体を固定する部分の内径を他の部分の内径より大きくすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の構造物用制振ダンパー。
前記弾性ゴム体を固定するシリンダー部材の部分と他のシリンダー部材の部分を別体とし、必要とされるシリンダー部材のスパンに応じて長さの異なる複数のシリンダー部材の内の１つを選択して前記弾性ゴム体を固定したシリンダー部材の部分と連結固定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の構造物用制振ダンパー。
前記シリンダー部材の密封空間に封入される流体を気体とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の構造物用制振ダンパー。
前記シリンダー部材の密封空間に封入される流体を液体とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の構造物用制振ダンパー。
前記流通路が前記弁体を貫通する小孔であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の構造物用制振ダンパー。
前記流通路が前記弁体の外周に形成した切欠きであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の構造物用制振ダンパー。
前記ピストンロッドの外周面と前記シリンダー部材内周面に弾性ゴム体を加硫一体成形により固定することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の構造物用制振ダンパー。