JP3669937B2

JP3669937B2 - 粘弾性ダンパー

Info

Publication number: JP3669937B2
Application number: JP2001104262A
Authority: JP
Inventors: 五月也曽田; 伸彦萩原; 健樋渡
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2021-04-03
Also published as: JP2002295579A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震や強風等の外乱によって生じる建築構造物の応答変形を低減する制振構造の減衰装置として用いられる粘弾性ダンパーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
粘弾性ダンパーは、エネルギー吸収機構を有する減衰装置の一つであり、これを建築構造物の層間に組み込み、建築構造物を高減衰化することにより、地震や強風等の外乱によって生じる応答変形を低減するものである。粘弾性ダンパーによるこのような制振または制震構造は、主架構の塑性化によるエネルギー吸収に頼らない構造方法としてその普及が期待されている。また、応答変形の低減により、柱・梁など主架構の損傷を防止することに加えて、２次壁など主架構以外の部位の破壊も防止することになり、被災後の建物の再使用を図る上でも効果的である。
【０００３】
粘弾性ダンパーの基本機構は、ダンパーの軸方向もしくはせん断方向に作用する引張と圧縮に対する応力を、ダンパーの内部鋼板の間に充填されたゴム状の高分子系粘弾性体のせん断変形によって、これを減衰させるものである。このように、粘弾性ダンパーは、減衰装置の中でもその機構・構造が簡単でかつ比較的廉価である利点を有し、また、小振幅時からエネルギー吸収性能を発揮するため、耐震性能の向上と共に、交通・機械振動などの微小振動の対策にも適用され始めている。
【０００４】
しかしながら、粘弾性ダンパーは、上記の利点があるものの、高分子系粘弾性体のせん断変形を利用しているため、多くの高分子系材料で示されるように力学的特性の温度依存性が大きいという性質を有する。これは、粘弾性ダンパーが設置される環境温度の変化によって、温度が低下するほど粘弾性ダンパーの等価剛性が増大し、また、温度が上昇するほど粘弾性ダンパーの等価剛性が減少するというものである。特に低温下では、粘弾性ダンパーの等価剛性の増大による影響が大きくなる。
【０００５】
すなわち、低温になるに従って、粘弾性ダンパー及びその周囲の構造物への応力が増大し、それらの部位に応力が集中する可能性が生じたり、また、粘弾性ダンパーを組み込んだ構造物の振動周期が、粘弾性ダンパーの剛性変化により変動し、構造物の応力分布も変動することになり、これらのことは、構造物の設計を複雑にする問題となっていた。
【０００６】
これに対し、粘弾性ダンパーの力学的特性の温度依存性を改善する方策の一つとして、予め設定した温度以下に環境温度が下がった場合、ダンパーを加熱・保温する方法が考えられているが、粘弾性ダンパーを加熱することによって、充填された粘弾性体は、８０℃以上の温度で長時間加熱されると熱老化が促進される可能性があり、粘弾性体の熱老化が促進された場合、粘弾性ダンパーの力学的特性の径年変化を大きくさせる。
【０００７】
また、加熱の均等性が得られない場合、ダンパーに充填された粘弾性体の温度は、各部で大きな温度差を生じると共に、ダンパーへ均等に加熱を行った場合でも、粘弾性体に応力を伝達する鋼板は熱良導性であるため、ダンパー端部から周囲の構造物へ熱の消散が生じて、ダンパーに充填された粘弾性の温度は、発熱体に近い側と端部側とで大きな温度差を生じ、これらにより粘弾性体の温度差が大きくなるほど、その温度依存性によりダンパーの力学特性に与える影響も大きくなる。
【０００８】
さらに、温度制御器の故障等により、過度に加熱される可能性があるので、ダンパーの損傷あるいは火災の危険性が生じるため、これを防止する必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、力学的特性に温度依存性を有する粘弾性ダンパーにおいて、特に低温下における上記の問題点を解決するため、ダンパーの力学特性に影響を与えることがなく、かつ、ダンパーの損傷や火災のおそれがない安全性の高い粘弾性ダンパーを低コストで提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粘弾性体の熱老化を促進させない発熱温度に設定した自己温度制御性を有する発熱体を、粘弾性ダンパー端部の継手部の平板状の鋼板表面に密着させて固定し、その発熱体とダンパー周囲を断熱材で覆い、自己温度制御性を有する発熱体への電気回路の開閉を行う温度センサをその発熱体の直接輻射の影響を受けない位置にまたはその発熱体の直接輻射の影響を受けないように養生を施して設置した粘弾性ダンパーからなる。
【００１１】
そして、かゝる粘弾性ダンパーは、粘弾性ダンパー端部の取付部に断熱材を配置したり、また断熱材の表面に熱反射膜を配置したりすることをも特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の粘弾性ダンパーの実施の形態につき説明するが、図１はその一実施形態における平板型の粘弾性ダンパーの組付け前の基本構成を示す斜視図で、図２はその適用ダンパー形状を示す斜視図であり、また、図３はそのダンパーの保温システムの要部を破断で示す斜視図、そして図４は上記平板型の粘弾性ダンパーの側断面図である。
【００１３】
また、図５は他の実施形態における円筒状鋼管１０を用いた円筒状の粘弾性ダンパーの適用ダンパー形状を示す斜視図であり、図６はそのダンパーの保温システムの要部を破断で示す斜視図で、また図７は上記円筒状の粘弾性ダンパーの側断面図で、さらに図８は図７の正断面図である。
【００１４】
さらに、図９は上記と異なる他の実施形態におけるパネル型の粘弾性ダンパーの適用ダンパー形状を示す斜視図であり、また図１０はそのダンパーの保温システムの要部を破断で示す斜視図である。
【００１５】
上記の図１から図１０までにおける本発明の各粘弾性ダンパーにおいては、自己温度制御性により発熱体の温度が６０℃を超えることがなく低い温度で均一な発熱性能を有する発熱体として面状発熱体２を用いて、粘弾性ダンパー６の保温システムを形成していることを特徴としている。ここで、面状発熱体２の自己温度制御性とは、所定の電圧を与えることにより発熱する面状発熱体２において、予め設定された固有の発熱温度が、例えば６０℃に達すると、面状発熱体２内部の電気抵抗が急激に増加し、それ以上に温度上昇せずに固有の発熱温度を維持する性質であり、具体的には、粘弾性体１の熱老化を促進させるおそれが少ない６０℃程度の低い発熱温度に予め設定した面状発熱体２を、ダンパー端部の継手部９の鋼板３表面、並びにダンパー周囲の鋼板３表面にそれぞれ密着させて固定しており、これにより、粘弾性ダンパー６の周囲から均等に加熱しながら、継手部９の鋼板３を加熱することによりダンパー端部からの熱の消散を防止する。
【００１６】
なお、本実施形態では、自己温度制御性を有する発熱体として、面状のものを用いているが、自己温度制御性を有するものとしては、面状のものとして商品名「グラフトカーボン」、「ダイヤクロンＨＴ」（日本パイオニクス株式会社製）、網目状のものとして商品名「ダイヤクロンＭＣ」（日本パイオニクス株式会社製）、パイプ状または割パイプ状のものとして商品名「ダイヤクロンＰＣ」（日本パイオニクス株式会社製）等があり、用途に応じた形状のものを使用することができる。
【００１７】
なお、本実施形態では、ダンパー端部の継手部９の鋼板３表面、並びにダンパー周囲の鋼板３表面にそれぞれ面状発熱体を密着させて固定しているが、環境温度の変動が少ない場合は、ダンパー端部の継手部９の鋼板３表面だけに面状発熱体を密着させて固定してもよい。
【００１８】
また、自己温度制御性により面状発熱体２から発せられる熱は、直接輻射ではなく、熱良導体である鋼板３を通じて粘弾性体１に均等に伝達され、これにより、粘弾性ダンパー６への局部的な加熱や過度な加熱を防止する。
【００１９】
さらに、面状発熱体２の周囲に発泡樹脂の断熱材４を密着させてダンパー全体を覆い、外部空気とダンパーの熱伝導を遮断し、これにより、均等な加熱性を高めて保温効果を持続する。
【００２０】
さらに、図１１及び図１２は本発明のそれぞれ異なる他の実施形態における粘弾性ダンパー６を示しており、図１１は潜熱蓄熱材７の挿入タイプを、そして図１２は粘弾性体１と面状発熱体２の積層一体化タイプを示しており、これら粘弾性ダンパー６においては、温度センサ５を面状発熱体２の直接輻射を受けない位置の内部鋼板表面に設置し、測定された温度を基に電気回路の開閉を温度制御により行い、面状発熱体２の発熱量を制御することにより、ダンパーに充填された粘弾性体１を所定の温度、例えば２０℃に保持する。
【００２１】
また、温度センサ５を面状発熱体２の直接輻射を受けないように養生を施して設置することも可能である。
【００２２】
上記により低温下にあっても、粘弾性ダンパー６の力学特性に影響を与える粘弾性体１の温度差を抑制しながら、粘弾性ダンパー６を所定の温度に保持することができ、また過度の加熱に起因するダンパーの損傷や火災などの危険が根本的になく、粘弾性ダンパー６の保温を安全に低コストに行うことができ、さらに、上記の保温システムは、粘弾性ダンパー６の周囲に設けるだけで良く、面状発熱体２そのものも薄型かつ軽量で、断線などのおそれがないため、簡単に施工することができる。
【００２３】
この場合において、粘弾性ダンパー６の温度を検知する温度センサ５として、例えばバイメタルや感温フェライトなど機械的接点を有するサーモスタットを用いることができ、これにより面状発熱体２の発熱量の制御をコンピュータなどの電子機器によることなく、維持管理の容易な低コストの保温システムを構成することができる。
【００２４】
また、温度センサ５について、ダンパーの動作によって変形を受けない粘弾性体１を、変形する粘弾性体１と別途に内部鋼板に密着して設置し、この粘弾性体１の内部に温度センサ５を取り付けることができる。これにより、粘弾性体１の温度を内部鋼板を通じて間接的に検知するのではなく、粘弾性体１の内部に設置された温度センサ５によって直接的に粘弾性体１の温度を検知できるため、的確に面状発熱体２の発熱量の制御を行うことができる。また、ダンパーの動作によって温度センサ５の周囲の粘弾性体１が変形することがないため、温度センサ５の損傷を防止することができる。
【００２５】
また、図１１に示すごとく、面状発熱体２とそれに密着させた断熱材４との間に潜熱蓄熱材７を挿入することができ、これにより面状発熱体２が通電制御により発熱していない時間も非発熱体の潜熱蓄熱材７から熱供給することにより保温効果を高めることができ、面状発熱体２の省電力化をはかることができる。
【００２６】
また、粘弾性ダンパー６が直射日光を受けることが予想される場合、図３、図６、図８および図１０に示すごとく、アルミニウム蒸着ポリエステルなどの熱反射膜８を発泡樹脂の断熱材４の表面に貼付けることができ、これにより、直射する日光を熱反射し、粘弾性ダンパー６が受ける温度変化を緩和することができる。
【００２７】
さらに、粘弾性ダンパー６や周囲の構造物が直射日光を受けるなど環境温度が高温になることが予想される場合、もしくは、厳寒地であるなど環境温度が極めて低温になることが予想される場合、熱伝導率が金属より十分低い材料の断熱材４をダンパーの継手部９に介在させることができ、これにより、ダンパー端部を通じた周囲の構造物との熱伝導を抑制し、保温効果を高めることができる。
【００２８】
また、図１２に示すごとく、ダンパー周囲の鋼板表面に面状発熱体２を設置せずに、粘弾性ダンパー６の製造過程において、直接に面状発熱体２と粘弾性体１を積層し一体化して、発熱機能を有する粘弾性ダンパー６を形成することができる。またこの際、粘弾性体１の熱老化を促進させるおそれが少ない４０℃程度の低い発熱温度に予め設定した面状発熱体２を用いることにより、粘弾性ダンパー６の力学特性に影響を与えることなく、ダンパーに充填された粘弾性体１を直接的に所定の温度、例えば２０℃に保持することができる。また、粘弾性ダンパー６と面状発熱体２の一体化により、簡単に施工することができる。
【００２９】
なお、図４、図７、図１１及び図１２において、断熱材４の端部の面状発熱体２または潜熱蓄熱材７に対向する内周面には、これら対向する部材との滑りを良くするためにテフロンシート１１が設けられている。なお、上記の図３及び図１０の矢印Ａで示すのは動作方向である。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の粘弾性ダンパーによれば特に低温下において粘弾性ダンパーの等価剛性の増大による影響が少なくなり、かつダンパーの損傷や火災のおそれがなく、安全性を保ちながらそのダンパーの保温を低コストに行うことができる。
【００３１】
また、本発明のダンパーでは、面状発熱体とそれに密着させた発泡樹脂の断熱材との間に潜熱蓄熱材を挿入することにより、面状発熱体の省電力化がはかれると共に、発泡樹脂の断熱材の表面に熱反射膜を貼付けることにより、直射日光を反射し、粘弾性ダンパーが受ける温度変化を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粘弾性ダンパーの一実施形態における平板型のダンパーの基本構成を示す斜視図である。
【図２】図１の適用ダンパーの形状を示す斜視図である。
【図３】図１のダンパーの保温システムの要部を破断で示す斜視図である。
【図４】図１のダンパーの側断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態における円筒状の粘弾性ダンパーの適用ダンパー形状を示す斜視図である。
【図６】図５のダンパーの保温システムの要部を破断で示す斜視図である。
【図７】図５のダンパーの側断面図である。
【図８】図７のダンパーの正断面図である。
【図９】本発明の他の異なる実施形態におけるパネル型の粘弾性ダンパーの適用ダンパー形状を示す斜視図である。
【図１０】図９のダンパーの保温システムの要部を破断で示す斜視図である。
【図１１】本発明の粘弾性ダンパーにおいて潜熱蓄熱材を挿入した例の側断面図である。
【図１２】本発明の粘弾性ダンパーにおいて粘弾性体と面状発熱体とを積層一体化した例の側断面図である。
【符号の説明】
１粘弾性体
２面状発熱体
３鋼板
４断熱材
５温度センサ
６粘弾性ダンパー
７潜熱蓄熱材
８熱反射膜
９継手部

Claims

粘弾性体の熱老化を促進させない発熱温度に設定した自己温度制御性を有する発熱体を、粘弾性ダンパー端部の継手部の平板状の鋼板表面に密着させて固定し、その発熱体とダンパー周囲を断熱材で覆い、自己温度制御性を有する発熱体への電気回路の開閉を行う温度センサをその発熱体の直接輻射の影響を受けない位置にまたはその発熱体の直接輻射の影響を受けないように養生を施して設置した粘弾性ダンパー。
粘弾性ダンパー端部の取付部に断熱材を配置した請求項１記載の粘弾性ダンパー。
自己温度制御性を有する発熱体と断熱材との間に潜熱蓄熱材を配置した請求項１または２記載の粘弾性ダンパー。
断熱材の表面に熱反射膜を配置した請求項１、２または３記載の粘弾性ダンパー。