JP3551442B2 - エネルギ吸収装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は地震、風等の自然現象又は人工的な地殻変動によって建物に伝達される振動エネルギを吸収するエネルギ吸収装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のエネルギ吸収装置としては、特公昭58−30470号公報に記載されているようなものが知られており、ここに記載のエネルギ吸収装置は、鉛を収容したシリンダと、このシリンダ内に配される膨大部を有したロッドとを具備し、ロッドのシリンダに対する相対的な移動の際、ロッドの膨大部とシリンダの内周面とで規定される環状通路を通って鉛が塑性流動し、このとき環状通路の大きさにより決定されるシリンダ内圧がシリンダの一端閉塞面に作用してロッドのシリンダに対する相対的な移動の抵抗力として現れるようになっており、塑性流動における鉛の変形によりエネルギを吸収するようになっている。
そしてこの種のエネルギ吸収装置には、シリンダ内圧の上昇にともなってシリンダとロッドとの間の隙間から鉛が漏出しないように、最近では、5乃至6回程度巻かれたスパイラル状の銅合金製のリングからなる密封装置が用いられており、このリングは、そのスプリング力によって隙間に押し出されようとする鉛を受け止めてそれを阻止し、これにより鉛の漏出を防止するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記のようなスパイラル状のリングからなる密封装置は、そのスプリング力によって隙間に押し出されようとする鉛を受け止めるだけのものであり、ロッドの外周面への押圧力は極めて小さく、ロッドの移動と共にロッドの外周面に引き摺られて展延する鉛の隙間からの漏出を防止し難く、したがって鉛がシリンダ内から徐々に漏出する虞があり、長期の使用でエネルギ吸収特性が劣化してしまうことがある。
【0004】
本発明は前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロッドの外周面又はシリンダの内周面に展延する鉛がシリンダ外へ漏出するのを効果的に阻止し得て、而して長期の使用でのエネルギ吸収特性の劣化をなくし得るエネルギ吸収装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば前記目的は、両端部が閉塞された円筒部を有するシリンダと、このシリンダの円筒部内にシリンダの軸方向に移動自在に配されたロッドと、シリンダ内に収容された鉛と、シリンダ内に設けられており、シリンダの円筒部に対するロッドの軸方向相対移動に抗する抵抗力を鉛との関係でロッドに発生させる抵抗力発生部と、シリンダの隙間に配されたシール手段とを具備しており、ここで、シール手段は、鉛からの圧力を直接受けるプレッシャーリングと、プレッシャーリングからの圧力を受けるシールリングとを具備しており、シールリングは、軸方向と平行になるように形成された環状の外周面及び内周面を有しており、プレッシャーリングからの圧力を受ける側の側面に対向する他方の側面において、その内周側に軸方向に対して傾斜している傾斜側面部を有していると共にその外周側に軸方向に対して直交する外周側の直交側面部を有しており、プレッシャーリングからの圧力を受ける側の側面において、その外周側に他方の側面の傾斜側面部の傾斜方向と同方向に傾斜している傾斜側面部を有していると共にその内周側に軸方向に対して直交すると共にプレッシャーリングからの圧力を受ける内周側の直交側面部を有しており、環状の内周面は、シールリングがその全体の軸方向高さが低くなるように内周側の直交側面部を介してプレッシャーリングに押し付けられて変形されて当該内周面の径が縮径されるとロッドの外周面を締め付けるようになっているエネルギ吸収装置によって達成される。
【0006】
本発明によれば前記目的はまた、両端部が閉塞された円筒部を有するシリンダと、このシリンダの円筒部内にシリンダの軸方向に移動自在に配されたロッドと、シリンダ内に収容された鉛と、シリンダ内に設けられており、シリンダの円筒部に対するロッドの軸方向相対移動に抗する抵抗力を鉛との関係でロッドに発生させる抵抗力発生部と、シリンダの隙間に配されたシール手段とを具備しており、ここで、シール手段は、鉛からの圧力を直接受けるプレッシャーリングと、プレッシャーリングからの圧力を受けるシールリングとを具備しており、シールリングは、軸方向と平行になるように形成された環状の外周面及び内周面を有しており、プレッシャーリングからの圧力を受ける側の側面に対向する他方の側面において、その外周側に軸方向に対して傾斜している傾斜側面部を有していると共にその内周側に軸方向に対して直交する内周側の直交側面部を有しており、プレッシャーリングからの圧力を受ける側の側面において、その内周側に他方の側面の傾斜側面部の傾斜方向と同方向に傾斜している傾斜側面部を有していると共にその外周側に軸方向に対して直交すると共にプレッシャーリングからの圧力を受ける外周側の直交側面部を有しており、環状の外周面は、シールリングがその全体の軸方向高さが低くなるように外周側の直交側面部を介してプレッシャーリングに押し付けられて変形されて当該外周面の径が拡径されるとシリンダの円筒部の内周面を押し付けるようになっているエネルギ吸収装置によっても達成される。
上記のいずれの発明においても、抵抗力発生部は膨出部であってもよく、またはそれが凹所であってもよい。
【0007】
本発明によれば前記目的は更にまた、両端部が閉塞された円筒部を有するシリンダと、このシリンダの円筒部内にシリンダの軸方向に移動自在に配されたロッドと、シリンダ内に収容された鉛と、シリンダ内に設けられており、シリンダの円筒部に対するロッドの軸方向相対移動に抗する抵抗力を鉛との関係でロッドに発生させる抵抗力発生部と、シリンダの隙間に配されたシール手段とを具備しており、シール手段は、鉛からの圧力を直接受けるプレッシャーリングと、プレッシャーリングからの圧力を受けるシールリングとを具備しており、シールリングは、プレッシャーリングからの圧力を受ける側の側面に対向する他方の側面に、軸方向に対して傾斜している傾斜側面部を有しており、抵抗力発生部は凹所であるエネルギ吸収装置によっても達成される。
斯かる発明において、シールリングの一つの好ましい例は、内圧を受ける側の側面にも、他方の側面の傾斜側面部の傾斜方向と同方向に傾斜している傾斜側面部を有している。
【0008】
シールリングの形成材料としては、潤滑性とスプリング性とを有しているものが好ましく、その例として、一般の板ばね材又は高張力黄銅若しくはりん青銅等、更には芳香族ポリアミド樹脂を提示することができる。プレッシャーリングは、シールリングの形成材料と同一のもので形成してもよいが、鉄系の材料でもって形成してもよい。
【0009】
【作用】
本発明のエネルギ吸収装置用のシールリングでは、他方の側面が軸方向に対して傾斜している傾斜側面部を有している結果、一方の側面に内圧を受けると、その全体の軸方向高さが低くなるように変形される。この変形において内周側又は外周側が縮径又は拡径されるためシールリングはその内周側でロッドをしっかりと締めつけるようになり、又はその外周側でシリンダの内周面を押し付けるようになり、この締め付け又は押し付けによりロッドの外周面又はシリンダの内周面に展延する鉛のそれ以上の移動を阻止する。
【0010】
次に本発明を、図に示す好ましい具体例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら具体例に何等限定されないのである。
【0011】
【具体例】
図1から図4において、本例のエネルギ吸収装置1は、両端部2及び3が閉塞された円筒部25を有するシリンダ4と、シリンダ4の円筒部25内にシリンダ4の軸方向Aに移動自在に配されたロッド5と、シリンダ4内に収容された鉛6と、シリンダ4内に設けられており、シリンダ4の円筒部25に対するロッド5の軸方向相対移動に抗する抵抗力を鉛6との関係でロッド5に発生させる抵抗力発生部7と、シリンダ4の環状の隙間8に配されたシール手段9とを具備しており、本例のシール手段9は、鉛6からの圧力を直接受けるプレッシャーリング15と、プレッシャーリング15からの圧力を受けるシールリング16とを具備しており、シールリング16は、プレッシャーリング15からの圧力を受ける側の環状側面17に対向する他方の環状側面18に、軸方向Aに対して傾斜している環状の傾斜側面部19を有している。
【0012】
鉄系の材料で形成されたシリンダ4は、円筒部25と円筒部25にボルト等により固着された蓋部26及び27とからなり、ロッド5は蓋部26及び27の孔28(蓋部27側は図示せず)を貫通して配されている。孔28において蓋部26に円筒状のベアリング29が固着されており、ベアリング29によりロッド5はシリンダ4に軸方向Aに移動自在に支持されている。
【0013】
ロッド5は例えば高張力鋼から形成されており、抵抗力発生部7は、本例ではシリンダ4内のロッド5に形成された膨出部35からなる。
【0014】
シールリング16は、プレッシャーリング15からの圧力を受ける側の環状側面17において、その外周側には、他方の環状側面18の傾斜側面部19の傾斜方向と同方向に傾斜している傾斜側面部41を、その内周側には、軸方向Aに対して直交すると共にプレッシャーリング15からの圧力を受ける直交側面部42をそれぞれ有しており、内周側に傾斜側面部19を有している他方の環状側面18において、その外周側には、軸方向Aに対して直交する直交側面部43を有して、皿ばね状に形成されている。シールリング16の環状の外周面44及び内周面45はそれぞれ軸方向Aと平行になるように形成されている。傾斜側面部19及び41の軸方向Aに対する傾斜角は45度程度が好ましい。
【0015】
プレッシャーリング15は、本例では、軸方向Aと平行になるように形成された環状の外周面51及び内周面52と、軸方向Aに対して直交する直交側面53及び54とを有して鉄系の材料から形成されている。
【0016】
以上のようなベアリング29及びシール手段9は、図示しないが蓋部27側にも設けられており、また本例ではプレッシャーリング15及びシールリング16と同等のプレッシャーリング61及びシールリング62からなるシール手段63が円筒部25と蓋部26及び27との間の隙間64(蓋部27側は図示せず)にも装着されている。なお、シール手段63においてはシールリング62はシール手段9のシールリング16と比較して逆に向きに装着されている。
【0017】
このように形成されたエネルギ吸収装置1は、例えばシリンダ4の円筒部25が地殻に固定され、ロッド5が建物に連結されて用いられる。そして地震などで建物が振動すると、ロッド5は円筒部25に対してA方向に移動する。このロッド5の円筒部25に対する相対的なA方向の移動の際、ロッド5の膨出部35とシリンダ4の内周面71とで規定される環状通路72を通って鉛6が塑性流動し、このとき環状通路72の大きさにより決定されるシリンダ4内圧がシリンダ4の両端閉塞部、すなわち蓋部26及び27に交互に作用してロッド5の円筒部25に対する相対的なA方向の移動の抵抗力として現れるようになり、塑性流動における鉛6の変形により振動エネルギが吸収される。
【0018】
ところでエネルギ吸収装置1では、シリンダ4内圧が上昇して、鉛6によりプレッシャーリング15がB方向に押し付けられると、プレッシャーリング15に隣接したシールリング16はその全体の軸方向高さが低くなるようにプレッシャーリング15に押し付けられて変形される。この変形において環状内周面45の径が縮径されるためシールリング16はその環状内周面45でロッド5をしっかりと締めつけるようになり、この締め付けによりロッド5の外周面75に引き摺られて展延する鉛6のロッド5との隙間への侵入を阻止し、而して鉛6の漏出を防止する。すなわち本例のシール手段9のシールリング16はセルフシール機能を有しているといえる。
【0019】
シール手段62もまた同様に動作し、シリンダ4内圧の上昇でプレッシャーリング61に隣接したシールリング62はその全体の軸方向高さが低くなるようにプレッシャーリング61に押し付けられて変形され、この変形において環状外周面の径が拡径されるためシールリング61の環状外周面はしっかりと円筒部25の内周面71に押し付けられ、この押し付けにより鉛6の隙間64からの漏出を防止する。
【0020】
ところで前記例では、抵抗力発生部7を膨出部35で具体化したが、これに代えて図5に示すように抵抗力発生部7をロッド5に形成された環状の凹所81で具体化してもよい。抵抗力発生部7が凹所81で具体化された図5に示すエネルギ吸収装置100は、地震等により構造物が振動されるに伴い、円筒部25に対してロッド5はその軸方向Aに移動され、こうしてロッド5が移動されると、シリンダ4内に配された鉛6が凹所81にも延在されているため、凹所81の環状開口面82において鉛6に対する仮想剪断面が形成され、この仮想剪断面において鉛6に剪断変形が生じ、鉛6の剪断変形でロッド5の軸方向Aの移動のエネルギは吸収され、吸収されたエネルギの一部は直ちに熱として放出され、残りは剪断変形された鉛6に蓄えられてそれの回復、再結晶に寄与し、また仮想剪断面における鉛6からの剪断抵抗力が、ロッド5の軸方向Aの移動に抗する抵抗力として主として現れることとなる。そしてエネルギ吸収装置100では、鉛6によりプレッシャーリング15がB方向に押し付けられると、プレッシャーリング15に隣接したシールリング16はその全体の軸方向高さが低くなるようにプレッシャーリング15に押し付けられて変形される。この変形において環状内周面45の径が縮径されるためシールリング16はその環状内周面45でロッド5をしっかりと締めつけるようになり、この締め付けによりロッド5の外周面75に引き摺られて展延する鉛6のそれ以上の移動を阻止し、而して鉛6の漏出を防止する。
【0021】
また図1の例ではシリンダ4を、円筒部25と円筒部25に固着された蓋部26及び27とから構成し、ロッド5に膨出部35からなる抵抗力発生部7を設けてエネルギ吸収装置1を形成したが、これに代えて図6に示すように、シリンダ4の蓋部26及び27をねじ部85及び86によりロッド5に連結し、蓋部26及び27をシリンダ4の円筒部25の内周面71に軸方向Aに摺動自在に嵌装し、円筒部25の内周面71に絞り加工により抵抗力発生部としての環状の膨出部87を設けてエネルギ吸収装置110を形成し、このエネルギ吸収装置110において、プレッシャーリング61及びシールリング62からなるシール手段63を円筒部25と蓋部26及び27との間の隙間88及び89に装着してもよい。エネルギ吸収装置110では、ロッド5の円筒部25に対する相対的なA方向の移動の際、蓋部26及び27も同様にA方向に移動される結果、鉛6もまたA方向に移動され、而してロッド5の外周面75と円筒部25の膨出部87とで規定される環状通路91を通って鉛6が円筒部25に対して相対的に塑性流動されることとなり、このとき環状通路91の大きさにより決定されるシリンダ4内圧がシリンダ4の両端閉塞部、すなわち蓋部26及び27に交互に作用してロッド5の円筒部25に対する相対的なA方向の移動の抵抗力として現れるようになり、塑性流動における鉛6の変形によりエネルギが吸収され、そしてシリンダ4内圧の上昇で、シールリング62はその全体の軸方向高さが低くなるように直交側面部43を介してプレッシャーリング61に押し付けられて変形され、この変形において環状外周面44の径が拡径されるためシールリング62はその環状外周面44で円筒部25の内周面71をしっかりと押し付けるようになり、この押し付けにより円筒部25の内周面71に引き摺られて展延する鉛6をここで阻止し、鉛6の漏出を防止する。
【0022】
また図5の例では蓋部26及び27を円筒部25に固着し、抵抗力発生部としての凹所81をロッド5に設けたが、これに代えて図7に示すように、シリンダ4の蓋部26及び27をねじ部95及び96によりロッド5に連結し、蓋部26及び27を円筒部25の内周面71に軸方向Aに摺動自在に嵌装し、円筒部25の内周面71に抵抗力発生部としての環状の凹所97を設けてエネルギ吸収装置120を形成し、このエネルギ吸収装置120において、プレッシャーリング61及びシールリング62からなるシール手段63を円筒部25と蓋部26及び27との間の隙間88及び89に装着してもよい。エネルギ吸収装置120では、ロッド5が移動されると蓋部26及び27に加えて鉛6もまた軸方向Aに移動され、この鉛6の円筒部25に対する相対的な軸方向Aの移動で、凹所97の環状開口面98において鉛6に対する仮想剪断面が形成され、この仮想剪断面において鉛6に剪断変形が生じ、鉛6の剪断変形でロッド5の軸方向Aの移動のエネルギは吸収される。そして仮想剪断面における鉛6からの剪断抵抗力が、ロッド5の軸方向Aの移動に抗する抵抗力として主として現れ、また鉛6によりプレッシャーリング61がB方向に押し付けられると、シールリング62はその全体の軸方向高さが低くなるようにプレッシャーリング61に押し付けられて変形され、この変形において環状外周面44の径が拡径されるためシールリング62はその環状外周面44で円筒部25の内周面71をしっかりと押し付けるようになり、この押し付けにより円筒部25の内周面71に展延する鉛6をここで阻止し、鉛6の漏出を防止する。なお、エネルギ吸収装置120では、円筒部25は、鍔部131及び132付きの一対の円筒体133及び134がその鍔部131及び132で突き合わされてボルト135及びナット136により互いに連結されて一体化されて形成されている。
【0023】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ロッドの外周面又はシリンダの内周面に展延する鉛のシリンダ外への漏出を効果的に阻止し得て、而して長期の使用でのエネルギ吸収特性の劣化をなくし得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい一具体例の断面図である。
【図2】図1に示す具体例の一部詳細断面図である。
【図3】図1に示す具体例に用いられたプレッシャーリングの詳細図である。
【図4】図1に示す具体例に用いられたシールリングの詳細図である。
【図5】本発明の好ましい他の具体例の断面図である。
【図6】本発明の好ましい更に他の具体例の断面図である。
【図7】本発明の好ましい第4の具体例の断面図である。
【符号の説明】
1 エネルギ吸収装置
4 シリンダ
5 ロッド
6 鉛
7 抵抗力発生部
9 シール手段
15 プレッシャーリング
16 シールリング
17 環状側面
19 傾斜側面部
Claims (5)
- 両端部が閉塞された円筒部を有するシリンダと、このシリンダの円筒部内にシリンダの軸方向に移動自在に配されたロッドと、シリンダ内に収容された鉛と、シリンダ内に設けられており、シリンダの円筒部に対するロッドの軸方向相対移動に抗する抵抗力を鉛との関係でロッドに発生させる抵抗力発生部と、シリンダの隙間に配されたシール手段とを具備しており、シール手段は、鉛からの圧力を直接受けるプレッシャーリングと、プレッシャーリングからの圧力を受けるシールリングとを具備しており、シールリングは、軸方向と平行になるように形成された環状の外周面及び内周面を有しており、プレッシャーリングからの圧力を受ける側の側面に対向する他方の側面において、その内周側に軸方向に対して傾斜している傾斜側面部を有していると共にその外周側に軸方向に対して直交する外周側の直交側面部を有しており、プレッシャーリングからの圧力を受ける側の側面において、その外周側に他方の側面の傾斜側面部の傾斜方向と同方向に傾斜している傾斜側面部を有していると共にその内周側に軸方向に対して直交すると共にプレッシャーリングからの圧力を受ける内周側の直交側面部を有しており、環状の内周面は、シールリングがその全体の軸方向高さが低くなるように内周側の直交側面部を介してプレッシャーリングに押し付けられて変形されて当該内周面の径が縮径されるとロッドの外周面を締め付けるようになっているエネルギ吸収装置。
- 両端部が閉塞された円筒部を有するシリンダと、このシリンダの円筒部内にシリンダの軸方向に移動自在に配されたロッドと、シリンダ内に収容された鉛と、シリンダ内に設けられており、シリンダの円筒部に対するロッドの軸方向相対移動に抗する抵抗力を鉛との関係でロッドに発生させる抵抗力発生部と、シリンダの隙間に配されたシール手段とを具備しており、シール手段は、鉛からの圧力を直接受けるプレッシャーリングと、プレッシャーリングからの圧力を受けるシールリングとを具備しており、シールリングは、軸方向と平行になるように形成された環状の外周面及び内周面を有しており、プレッシャーリングからの圧力を受ける側の側面に対向する他方の側面において、その外周側に軸方向に対して傾斜している傾斜側面部を有していると共にその内周側に軸方向に対して直交する内周側の直交側面部を有しており、プレッシャーリングからの圧力を受ける側の側面において、その内周側に他方の側面の傾斜側面部の傾斜方向と同方向に傾斜している傾斜側面部を有していると共にその外周側に軸方向に対して直交すると共にプレッシャーリングからの圧力を受ける外周側の直交側面部を有しており、環状の外周面は、シールリングがその全体の軸方向高さが低くなるように外周側の直交側面部を介してプレッシャーリングに押し付けられて変形されて当該外周面の径が拡径されるとシリンダの円筒部の内周面を押し付けるようになっているエネルギ吸収装置。
- 抵抗力発生部が膨出部又は凹所である請求項1又は2に記載のエネルギ吸収装置。
- 両端部が閉塞された円筒部を有するシリンダと、このシリンダの円筒部内にシリンダの軸方向に移動自在に配されたロッドと、シリンダ内に収容された鉛と、シリンダ内に設けられており、シリンダの円筒部に対するロッドの軸方向相対移動に抗する抵抗力を鉛との関係でロッドに発生させる抵抗力発生部と、シリンダの隙間に配されたシール手段とを具備しており、シール手段は、鉛からの圧力を直接受けるプレッシャーリングと、プレッシャーリングからの圧力を受けるシールリングとを具備しており、シールリングは、プレッシャーリングからの圧力を受ける側の側面に対向する他方の側面に、軸方向に対して傾斜している傾斜側面部を有しており、抵抗力発生部は凹所であるエネルギ吸収装置。
- シールリングは、プレッシャーリングからの圧力を受ける側の側面にも、他方の側面の傾斜側面部の傾斜方向と同方向に傾斜している傾斜側面部を有している請求項4に記載のエネルギ吸収装置。
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