JP2920175B2 - 構造物用エネルギー吸収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．発明の目的 〔産業上の利用分野〕 この発明は、建築物・配管等の構造物に作用する地震
等の周期的エネルギーを吸収するいわゆる構造物用エネ
ルギー吸収装置に関し、更に詳しくは、鉛の塑性変形を
利用したエネルギー吸収装置に関する。

〔従来の技術〕

鉛の塑性変形を利用したエネルギー吸収装置いわゆる
鉛ダンパは、例えば特公昭58−30470号（特介昭48−729
41号）公報により公知である。

この公知技術によれば、シリンダと、このシリンダ内
の軸心方向に沿って貫通状に挿通されたロッドと、該シ
リンダとロッドとの空所に封入された鉛とからなり、シ
リンダとロッドとの相対移動により鉛を空所部に形成さ
れた断面縮小部を通過させ、その絞り作用を生じさせる
ことによって鉛が塑性流動化され、この塑性流動化に伴
うエネルギー消費によって周期エネルギーを吸収するも
のである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記公知技術においては、相対変位
する対象物の変位がそのまゝロッドに伝わる構成になっ
ているので、ロッド表面と鉛との摩擦力が支配的となっ
て鉛を塑性流動化するための所定の力を得ることができ
ない場合がありこのため有効な減衰能を発揮できないで
いる。変位量に合わせたロッドの移動量（ストロー
ク）を確保する必要があり、大変位になるとその変位量
に見合うロッド長さが必要となり、また座屈強度の観点
よりロッド径が大きくなり、その結果摩擦力が増大す
る。シリンダー構造であるので、その有効横断面積
（シリンダー内面積からロッドの面積を差し引いたも
の）によってエネルギー吸収能を得ているので、大きな
エネルギー吸収能を得ようとすればシリンダの径を大径
にする必要があり、装置が徒らに大型化する。ロッド
の突起物の位置がシリンダの中心にある場合と、シリン
ダの両端部の近くにある場合によってエネルギー吸収特
性（荷重−変位曲線）が変わる。以上の〜に関連
して、シリンダ・ロッド・断面縮小部等の諸元を一義的
に決め難く、減衰特性が安定しない、等の問題点があ
る。

一方、容器内に封入された鉛を回転体によって押し出
して流動化させ、この流動化した鉛を断面縮小部いわゆ
るオリフィス部を通過させて絞り作用を生じしめ、その
際のエネルギー吸収により周期エネルギーを吸収する提
案もなされているが、該技術においては鉛の流動化に伴
う内圧の増大に対抗する容器の密封化・耐圧化に問題が
ある。

本発明は上述した点に鑑み、この種鉛ダンパにおい
て、作動が確実で、かつストロークの大小に係わらず小
型化が達成でき、所定の減衰能を得ることのできるエネ
ルギー吸収装置を得ることを目的とするものである。

ロ．発明の構成 〔問題点を解決するための手段〕 上述した目的を達成するべく本発明は次の技術手段
（構成）を採る。すなわち、相対変位する構造物間に介
装され、鉛のせん断変形により構造物間の相対変位に伴
うエネルギーを吸収するエネルギー吸収装置であって、
鉛が封入されるとともにその内周壁面に該封入された鉛
の回り止め手段を具備する作動室を有する密閉容器と；
前記密閉容器を貫通して前記作動室に延設されていると
ともに、該作動室内においてその回転方向に向けて頂部
及び側面部が連続する曲面状に形成され、該頂部の回転
軌跡と該作動室の内壁面との最小距離が前記作動室内に
封入された鉛に対して絞り作用を生ぜしめない間隔に保
持されて該作動室の内壁面に向けて突設されてなる抵抗
翼を備える抵抗翼軸と；からなり、前記密閉容器と抵抗
翼軸とは、前記構造物の一方又は両方に連動し、これら
の構造物間の相対変位を回転変位に変換するリンク機構
を介して該抵抗翼軸回りに相対的に回転可能とされてな
ることを特徴とする。

上記において、「該頂部の回転軌跡と該作動室の内壁
面との最小距離が前記作動室内に封入された鉛に対して
絞り作用を生ぜしめない間隔に保持されて」とは、少な
くとも抵抗翼の頂部が鉛に対してせん断変形を有効かつ
効果的に生じさせるに足ることを意味する。

〔作用〕

構造物間に地震動などの強大な周期エネルギーが作用
すると、この変位はリンク機構を介して回転変位に変換
され、密閉容器と抵抗翼軸とは抵抗翼軸を中心として相
対的回転変位となる。

密閉容器内の鉛は回り止め手段により静止状態を維持
する。

この相対的回転変位により、抵抗翼は静止状態を保つ
鉛内を流動するように移動し、その頂部及び側面部の曲
面に沿って鉛が流れる。その結果、抵抗翼は作動室内に
封入された鉛をせん断変形し、このときのエネルギー消
費によって周期エネルギーを吸収する。

しかして、この周期エネルギーの吸収作用により本装
置に連動する構造物間の相対変位、換言すれば地震動を
吸収する。

〔実施例〕

本発明の構造物用エネルギー吸収装置の実施例を図面
に基づいて説明する。

以下の実施例において、鉛を封入した密閉容器が回転
するもの（第１実施例）、抵抗翼軸が回転するもの（第
２実施例）の２例を示したが、これらは密封容器と抵抗
翼軸とが相対的回転運動をすることにおいて本質的差異
がない。

（第１実施例） 第１図〜第５図はその一実施例を示し、本例ではビル
建築構造物の制振壁構造への適用を示す。すなわち、第
１図はその全体構造を示し、第２図〜第５図は本装置の
細部構造を示す。

第１図において、1,2は建築構造物の骨組をなす柱及
び梁であり、該柱１と梁２とによって区画形成された空
間部３に壁体４が閉塞して設置される。該壁体４は柱１
及び梁２に対して相対的変位が許容されるように、例え
ば溝嵌合手段等により固定設置されている。

本実施例のエネルギー吸収装置Ｓは、壁体４の角部の
切欠き部4aにおいて、柱１と壁体４とに介装して設置さ
れ、柱１に固定されるリブ６と、壁体４に固定されるリ
ブ７と、これらのリブ6,7間に介装された回転体８とを
含む。以下、リブ6,7を区別する場合には、リブ６を柱
付きリブ、リブ７を壁付きリブという。

第２図〜第５図を参照して、このエネルギー吸収装置
Ｓの細部構造を説明する。

柱付きリブ６は柱１に直接的に固定される基部10と該
基部10に一体的に穿設され所定間隔を存して相対する一
対の支持部11とからなり、該支持部11の前端には軸孔12
が穿設され、該軸孔12に抵抗翼軸13が固定把持される。
軸孔12と抵抗翼軸13との固定は強固であり、抵抗翼軸13
の回転阻止を補償するための適宜キー止め等の回り止め
手段を施すことは自由である。なお、基部10は装置Ｓの
組立ての関係上10aにおいて分割されているが、所定の
組立てがなされれば当該部10aは溶着される。

壁付きリブ７は壁体４に直接的に固定される基部14と
該基部14に一体的に穿設され所定間隔を存して相対する
一対の支持部15とからなり、該支持部11の前端には軸孔
16が穿設され、該軸孔16に軸受ブシュ17を介して連結軸
18が回転自在に嵌挿される。連結軸18の軸方向移動を阻
止するいわゆる抜止め手段は図示しないが、適宜実施さ
れる。該リブ７の構造はリブ６に準ずるが、壁体４への
取付けの関係上、幾分幅狭になっている。

密封容器としての回転体８はリブ６とリブ７との間に
これらのリブ6,7に把持された抵抗翼軸13、連結軸18を
介して装着される。

もっと詳しくは、該回転体８は抵抗翼軸13の軸心に垂
直な面（回転面）に沿って２分割（8A,8B）されてな
り、抵抗翼軸13を受け入れる軸孔20と、連結軸18を受け
入れる軸孔21とがそれぞれ相隔てて開設されている。該
軸孔20,21にはそれぞれ軸受けブシュ22,23を介して抵抗
翼軸13と連結軸18とが回転自在に嵌挿される。これによ
り、回転体８は抵抗翼軸13に対して、また、回転体８と
壁付きリブ７とは連結軸18に対して回転自在となる。

回転体８の分割体8A,8Bは軸孔20の中心と一致して、
相対接する面に側壁面を凹凸形状に形成され実質的に円
をなす凹部25が凹設され、相対面する該円筒状凹部25に
より作動室26が形成される。該作動室26は密閉された空
間であり、その円周側壁面には回止め手段としての隆起
部27が波状に内方に向けて穿設される。

抵抗翼軸13の外周面には、この作動室26内において、
互いに相反する側に向けて抵抗翼28が穿設されている。
該抵抗翼28の幅は作動室26の幅と実質的に一致し、すき
間を形成しない。

また、該抵抗翼28の頂部28aは丸みをもった形状とさ
れ、かつその側面部28bもなだらかな曲面状とされる。
なお、該頂部28aと作動室26の内壁との間は後記する鉛
の塑性変形の特性に変化を与えない距離に確保される。

抵抗翼軸13を組み込んだ作動室26内には鉛Ｐが充填さ
れる。

鉛Ｐは溶融した状態（融点327.5℃）で作動室26内に
鋳込まれる。この鋳込みは本装置Ｓの組立て過程におい
て、回転体８が組立てられた状態で回転体８に穿設され
た湯口（図示せず）により注湯し、しかる後その入口部
に盲蓋（図示せず）を被嵌する。この使用される鉛Ｐと
しては純粋鉛のほかに鉛合金、あるいは鉛その他の物質
との混合物を含むものである。

このように構成された本実施例のエネルギー吸収装置
Ｓは、地震動に対し次のように作動する。

構造物に地震動による周期的強制振動が作用すると、
該振動は柱１及び梁２に伝わるが、壁体４はこれらとは
変位的に絶縁されたものとなっているので、柱１と壁体
４との間に相対的変位が生じる。

この相対的変位はリブ６、７間の相対的変位となり、
リブ７・連結軸18・回転体８のリンク作用により回転体
８は抵抗翼軸13回りに回転することになる。

この回転により、回転体８の作動室26内の鉛Ｐも該作
動質26内周面に形成された隆起部27によって滑りが阻止
され、一体となって共に回転する。

一方、抵抗翼軸13は静止されたものであるので、作動
室26において鉛Ｐと抵抗翼軸13の抵抗翼28との間に相対
的移動が起こり、抵抗翼28はその形状により鉛Ｐの移動
を過度に阻止するものでなく、その曲面に沿ってせん断
変形されるものである。換言すれば、抵抗翼28は鉛Ｐ中
を泳動する。

この鉛のせん断変形に伴うエネルギー消費により回転
体８の回転動は減衰され、ひいては構造物間の運動は減
衰される。

上記の変位は周期的なものであり、従って、回転体８
は周期的回転運動となるが、上述の鉛の塑性流動化に伴
うエネルギー消費により、この周期的回転運動は速やか
に減衰される。

本実施例装置Ｓにおいては、回転体８も小型であり装
置全体が小型化し、柱１と壁体４とのわずかな空間部に
設置するに好適である。抵抗翼軸13・連結軸18の間のア
ーム長を適宜に変えることにより偶力大きさを調整する
ことができ、鉛をせん断変形させるに足る所要の回転モ
ーメントを得ることができる。

本実施例装置Ｓにおいて、抵抗翼28は軸13の両側に配
したが片側に配してもよい。また、作動室26は円筒状な
し、内周壁に隆起部27を形成したが、作動室26が角筒状
であれば格別設ける必要はない。

（第２実施例） 第６図〜第８図は他の実施例を示し、本例では配管の
防震装置への適用を示す。すなわち、第６図はその全体
構造を示し、第７図及び第８図はその要部の構造を示
す。

図において、30は配管であり、31は架台等の静止構造
物であって、このエネルギー吸収装置Ｔは該配管30にク
ランプ32を介して、また静止構造物31には直接固定され
て、両構造物30,31間に介装設置される。

このエネルギー吸収装置Ｔは、静止構造物31上に固定
設置される減衰器34と、一端を前記クランプ32に固定さ
れ、他端を減衰器34に連結されたリンク機構35とを含
む。

第７図及び第８図を参照して減衰器34の細部構造を説
明する。

この減衰器34は容器本体37と、該容器本体37の上部開
口を塞ぐ蓋体38と、該容器本体37と蓋体38とから区画形
成される作動室39内に封入された鉛Ｐと、該蓋体38を回
転自在に貫通する抵抗翼軸40とを含む。なお、容器本体
37と蓋体38とで密閉容器41を構成する。

もっと詳しくは、容器本体37は円板状の底板42と該底
板42上に作動室39を存して立設される角筒部43とからな
り、角筒部43の上端にはフランジ部43aが外方に張設さ
れている。そして、容器本体37は底板42を介して適宜の
固定手段（ボルト・ナット止め、溶着等）により静止構
造物31に固定設置される。42aは底板42の上面中央に凹
設された円形の凹部である。

蓋体38は容器本体37の角筒部43のフランジ部43aに載
置され、ボルト・ナットを介して強固に固定される。蓋
体38の中央には軸孔38aが貫通状に開設されるととも
に、該軸孔38aに続いて軸受収容凹部38bが上面に凹設さ
れる。

抵抗翼軸40はこの蓋体38の軸孔38aを貫通して設置さ
れ、その下端40aは容器本体37の底板42に設けた凹部42a
内に軸心を合わせて回転自在に嵌合設置される。抵抗翼
軸40の蓋体38の軸受収容凹部38bとの対応部40bは肩部を
存して細径とされ、該部に全閉型のころがり軸受45が強
嵌合され、このころがりり軸受45の抜止めの手段として
抵抗翼軸40側及び蓋体38側にそれぞれ抜止めの部材46,4
7が固定設置されている。

作動室39内に配された抵抗翼軸40は所定長さにわたっ
て中心軸を含む一平面方向に膨出する抵抗翼50が形成さ
れている。すなわち、該抵抗翼50は底板42及び蓋体38ま
で所定の距離を存して形成される。該抵抗翼50は頂部50
aの中心軸からの距離も変化し、かつその側面部50bも頂
部50aに連なるなだらかな曲面とされる。

抵抗翼軸40上部はリンク機構35を構成する一方の連結
棒52に固定把持される。この態様は回転を確実に伝達し
得れば足り、上下動等の変位を逃す構造を採ることがで
きる。また、わずかな回転変位を逃す構成を採ることは
設計的事項に属する。

リンク機構35は連結棒52にピン53を介して他の連結棒
54が連結されてなり、連結棒54の端部はクランプ32を介
して配管30に固定把持されている。

この実施例装置Ｔの作動について説明する。

地震動により配管30と静止構造物31との間に相対的移
動が生じるが、配管30は比較的軽量であって大きく振れ
ようとする傾向にある。

配管30の振動はリンク機構35を介して本エネルギー吸
収装置Ｔの抵抗翼軸40に回転運動として伝えられる。な
お、リンク機構35は連結棒52,54相互及び連結棒54とク
ランプ32とがそれぞれユニバーサルジョイントにより結
合されていることにより、配管30の３次元的な振動を有
効に抵抗翼軸40へと伝える。

抵抗翼軸40の回転により作動室39において抵抗翼50は
その緩やかな側曲面により封入鉛Ｐ中を押し分けるよう
にして回転変位する。この鉛Ｐのせん断変形によりエネ
ルギー消費がなされ抵抗翼軸40の運動を減衰させる。

この運動において、鉛Ｐは角筒部43内に充填されてい
るので共回りが防止される。すなわち、角筒部43はそれ
自体で回り止めの手段となっている。

このようにして、抵抗翼軸40の周期回転運動は急速に
減衰され、従って、該軸40に運動する配管30の振動は速
やかに制振される。

なお、配管30の熱変位等の緩慢な変位に対しては、こ
の変位も抵抗翼軸40の回転変位となるが、鉛Ｐは格別は
抵抗力を表わすことなくこの変位も許容する。

本実施例装置Ｔにおいては、抵抗翼50の作動室39内に
占める位置は回転するだけで変わらないので安定した状
態が得られる利点がある。

本実施例装置Ｔにおいて、抵抗翼50は作動室39の全高
さにわたって形成してもよく、また該抵抗翼50の断面を
第１実施例と同様に軸方向にわたって同一断面としても
よく、かつ、一方向にのみ設けてもよい。あるいは、作
動室39の高さを縮小すれば更に小型の減衰器34を得るこ
とができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発
明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能であ
る。すなわち、以下の態様は本発明の技術的範囲内に包
含されるものである。

抵抗翼の形状は叙上の実施例に限定されず、要は鉛中
を移動して鉛をせん断変形させるに適した形状であれば
よい。また、その配置は軸に沿って２以上設けてもよ
い。

第１実施例において、回転体８の作動室26を四角形及
びその他の多角形の角形の室に形成する態様を採ること
ができる。この態様においては角形の室自体が回止め手
段となり、従って隆起部27は省略できる。

第２実施例において、減衰器34の容器本体37を角筒に
限らず他の多角形状であってもよい。また、円筒を使用
した場合でも内壁に適宜の回止め手段を施すならば、所
期の作用を達成することができる。

ハ．発明の効果 本発明の構造物用エネルギー吸収装置は上記構成より
なり、作用を奏するものであるので、以下の特有の効果
を有する。

本装置によれば、鉛のせん断による塑性変形化は作動
室内の相対的回転変位によってなされるので抵抗翼の形
状等の諸元に対応してエネルギー吸収特性が一義的に定
まり、所要のエネルギー吸収能を発揮させることが容易
である。

本装置によれば、リンク機構を介して構造物間の相対
変位が回転運動に変換されるものであるので、リンク部
の調整によりストローク及び回転能の調整を行うことが
でき、これによって装置の小型化を達成することができ
る。

鉛は作動室内に封入されたものであり、かつ抵抗翼は
この作動室内において移動するものであるので、鉛の漏
れはない。

抵抗翼はその数及び大きさを適宜変更することによっ
て必要とする抵抗力を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の構造物エネルギー吸収装置の実施例を示
し、第１図はその一実施例（第１実施例）の全体を示す
正面図、第２図はその要部のエネルギー吸収装置を示す
正面図、第３図は第２図のIII線矢視図、第４図は第２
図のIV−IV線断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線断面
図、第６図は他の実施例（第２実施例）の全体を示す立
体図、第７図はその要部の構成を示す縦断面図、第８図
は第７図のVIII−VIII線断面図である。 1,2,4,30,31……構造物、８……回転体（密閉容器）、1
3,40……抵抗翼軸、26,39……作動室、28,50……抵抗
翼、41……密閉容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 信之 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 １号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 野村 剛 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 １号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 速水 浩 神奈川県横浜市保土ケ谷区瀬戸ケ谷町 243―80―２―304 (72)発明者 相沢 覚 東京都大田区千鳥１―１―18 (72)発明者 下田 郁夫 神奈川県藤沢市円行1449―４ (72)発明者 鶴谷 千明 東京都秋川市雨間413―４ (56)参考文献 特開 昭62−197574（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−148776（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対変位する構造物間に介装され、鉛のせ
   ん断変形により構造物間の相対変位に伴うエネルギーを
   吸収するエネルギー吸収装置であって、 鉛が封入されるとともにその内周壁面に該封入された鉛
   の回り止め手段を具備する作動室を有する密閉容器と； 前記密閉容器を貫通して前記作動室に延設されていると
   ともに、該作動室内においてその回転方向に向けて頂部
   及び側面部が連続する曲面状に形成され、該頂部の回転
   軌跡と該作動室の内壁面との最小距離が前記作動室内に
   封入された鉛に対して絞り作用を生ぜしめない間隔に保
   持されて該作動室の内壁面に向けて突設されてなる抵抗
   翼を備える抵抗翼軸と；からなり、 前記密閉容器と抵抗翼軸とは、前記構造物の一方又は両
   方に連動し、これらの構造物間の相対変位を回転変位に
   変換するリンク機構を介して該抵抗翼軸回りに相対的に
   回転可能とされてなる、 ことを特徴とする構造物用エネルギー吸収装置。