JP5577222B2 - 制震ダンパー - Google Patents

Description

本発明は、地震等の外力による震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。

住宅等の建物においては、柱と横架材とから形成されるフレーム内に、粘弾性体を利用した制震ダンパーを設けて、加振時の粘弾性体の剪断変形により震動エネルギーの吸収を図る制震構造がよく用いられる。この制震ダンパーは、例えば特許文献１，２に開示のように、フレーム面と平行な中板と、その中板の厚み方向の前後で所定間隔をおいて平行に配される一対の外板と、中板と外板との間にあって両板との対向面がそれぞれ接着されるエラストマー等の粘弾性体とからなり、中板を上下の横架材の一方に、外板を横架材の他方にそれぞれ連結することでフレーム内に設けられる。すなわち、フレームの変形に伴う中板と外板との相反する面方向への動作により、粘弾性体を剪断変形させて減衰作用を生じさせるものである。

特開２００６−３４９０６４号公報 特開２００２−６１７０６号公報

上記特許文献１，２のような壁型の粘弾性ダンパーは構造がシンプルであって厚みの小さいフレームへも取り付けができるメリットがある。しかし、粘弾性体は温度依存性（温度変化による特性の変移）が大きいため、必要な減衰性能や剛性を得るためにダンパーの数量を増やしたりダンパーを取り付けるボルトやネジの数や強度等を増やしたりする必要が生じ、設計的ロスが大きくなる。また、速度依存性（周波数の変化による特性の変移）も大きいため、特に周波数の小さい風対策のために制震壁を増やしたりする必要が生じる。

そこで、本発明は、壁型によるシンプルな構造を維持しつつ、温度や速度等の条件に対する各種依存性を小さくすることができ、より減衰性能に優れた制震ダンパーを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の鋼板を厚み方向に所定間隔をおいてそれぞれ平行に配置して、各鋼板の間に形成される複数の板状空間内に、塑性流動抵抗材料を、厚み方向の前後に位置する鋼板の間でそれぞれ収容する一方、各鋼板の左右方向の幅を、厚み方向の前後端に位置する鋼板が長く、当該鋼板に隣接する鋼板が短くなる順序で長鋼板と短鋼板とに交互に設定すると共に、各長鋼板の下端を短鋼板よりも下方へ長く形成して、長鋼板同士の対向面間で左右の側縁側に、間に位置する短鋼板の側縁から所定間隔をおいて対向面間を閉塞する封止材を固定し、長鋼板同士の対向面間で短鋼板よりも下側に、塑性流動抵抗材料を封止する下側封止材を固定して、封止材を、長鋼板同士の対向面間を閉塞する閉塞部と、その閉塞部から板状空間内に延設されて塑性流動抵抗材料の側縁に当接する一対の封止端部とからなる断面コ字状とし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、塑性流動抵抗材料を、前後に位置する鋼板の少なくとも一方に接着固定したことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、塑性流動抵抗材料を収容する各鋼板の表面に、滑動安定処理を施したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、塑性流動抵抗材料を、短鋼板の側縁を越えて長鋼板間で封止材に隣接するまで収容する一方、短鋼板の側縁の横断面形状を、封止材側へ近づくに連れて徐々に厚みが小さくなる低抵抗形状としたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかの構成において、塑性流動抵抗材料を、ポリオルガノシロキサンを主成分とする可塑度２００以上の未加硫ゴムとしたことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れかの構成において、封止材及び下側封止材を、幅が長い鋼板同士を互いに連結するボルトによって固定したことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、壁型によるシンプルな構造を維持しつつ、温度や速度等の条件に対する各種依存性を小さくすることができ、より減衰性能に優れたものとなる。
また、塑性流動抵抗材料を板状空間内で確実に封止することができ、剪断変形を繰り返しても塑性流動抵抗材料による自己押し出し現象が抑えられる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、鋼板間への塑性流動抵抗材料の収容が簡単に行える。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、塑性流動抵抗材料を接着等によって固定しなくても滑動抵抗が安定し、減衰特性に影響を及ぼさない。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかの効果に加えて、加振時には塑性流動抵抗材料との抵抗が少なくなってスムーズな流動状態が得られ、減衰特性に影響を与えることがない。
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れかの効果に加えて、減衰性能に優れた塑性流動抵抗材料を選択することができる。
請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５の何れかの効果に加えて、鋼板同士の連結と同時に封止材及び下側封止材も固定される合理的な構成となる。

形態１の制震ダンパーの説明図で、（Ａ）が正面、（Ｂ）が縦断面、（Ｃ）が横断面をそれぞれ示す。 形態１の制震ダンパーの説明図で、（Ａ）は中板の正面図、（Ｂ）は外板の正面図、（Ｃ）は封止材の正面図である。 図１におけるＡ部詳細図である。 形態１の制震ダンパーの取付状態を示すフレームの正面図である。 形態１の制震ダンパーの変更例を示す説明図で、（Ａ）が縦断面、（Ｂ）が端部の拡大断面をそれぞれ示す。 形態２の制震ダンパーの説明図で、（Ａ）が正面、（Ｂ）が縦断面、（Ｃ）が横断面をそれぞれ示す。 形態２の制震ダンパーの説明図で、（Ａ）は中板の正面図、（Ｂ）は外板の正面図、（Ｃ）は封止材の正面図である。 図６におけるＢ部詳細図である。 形態２の制震ダンパーの取付状態を示すフレームの正面図である。 形態２の制震ダンパーの変更例を示す一部断面図である。

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１〜３に制震ダンパーの一例を示す。この制震ダンパー１Ａは、短鋼板としての中板２と、その中板２の厚み方向の前後で所定間隔をおいて平行に配される長鋼板としての一対の外板３，３と、中板２と外板３，３との間に形成される板状空間４，４内に設けられ、中板２と外板３，３との互いの対向面間に収容される塑性流動抵抗材料としての未加硫ゴム５，５（図１〜３の斜線部分）とを備えてなる。

中板２は、図２にも示すように、上端部６の左右方向の幅が下側部７よりも大きくなる正面視Ｔ字状で、下側部７の左右の側縁には、図３に示すように、厚み方向の前後から面取り８，８がそれぞれ形成されて、側縁の横断面を、外側へ行くに従って徐々に厚みが小さくなる二等辺三角形の低抵抗形状としている。上端部６には、上縁に沿ってフレームへの取付孔９，９・・が形成されている。
外板３は、左右方向の幅が中板２の上端部６よりもやや小さくなる縦長四角形で、中板２の上端部６の下縁部分から下側部７の全体を覆うように厚み方向の前後に重合されている。フレームへの取付孔９は外板３にも下縁に沿って並設されている。

未加硫ゴム５は、上下方向では中板２の下側部７の上縁と下縁との間に設けられて板状空間４内で中板２と外板３との間に収容され、左右方向では、板状空間４から下側部７の側縁を越えて外板３，３の間にまで延設される延設部１０となっている。延設部１０は後述する封止材１６と外板３，３とにそれぞれ隣接している。
また、外板３，３同士は、左右の側縁に沿ったそれぞれ上下方向の五箇所と、未加硫ゴム５の上側で左右方向中央の一箇所と、中板２の下側で中板２の下縁に沿った三箇所とにおいて、ボルト１１，１１・・及びナット１２，１２・・によって互いに接合されている。中板２における未加硫ゴム５の上側には、ボルト１１が貫通する左右方向の長孔１３が形成されている。

未加硫ゴム５には、可塑性が高く（好ましくは可塑度が２００以上）、弾性が小さい未加硫ゴム、例えばオルガノポリシロキサンを主成分としたシリコーン系の未加硫ゴムや、ＮＲ（天然ゴム）、ＩＲ（イソプレンゴム）、ＩＩＲ（ブチルゴム）、ＢＲ（ブタジエンゴム）、ＥＰＭ，ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）をベースとする化合物から選択される未加硫ゴム等が用いられる。
なお、未加硫ゴム５は、中板２と外板３との少なくとも一方の対向面に対して接着固定してもよい。接着固定すれば板状空間４内への未加硫ゴム５の収容が簡単に行える。これに用いられる接着剤には、例えばアミノ基やビニル基により変性されたシリコーン系プライマーに過酸化物（ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジブチルパーオキサイド等）のカバー層を形成したものや、ビニルシリコーン系プライマーに過酸化物を混合したものが使用される。過酸化物は抵抗力を高めるために用いられる。
但し、未加硫ゴム５を接着しない中板２や外板３の表面には、滑動抵抗を安定させて減衰性能に影響を及ぼさないようにするために、滑動安定処理を施すのが望ましい。この滑動安定処理としては、例えばアミノ基やビニル基により変性されたシリコーン系プライマーやグリース等の滑動安定処理材を塗布する等すればよい。

一方、外板３，３の間で未加硫ゴム５，５の周囲には、封止材１４〜１６が設けられている。まず封止材１４は、未加硫ゴム５の上側で中板２の上端部６と外板３との間に設けられて、外板３の内面に接着される帯状で、板状空間４と同じ厚みで外板３の上縁全長に亘って未加硫ゴム５を封止している。また、封止材１５は、未加硫ゴム５の下側で外板３，３の間に介在される帯状で、外板３，３の間隔と同じ厚みで外板３の下縁全長に亘って未加硫ゴム５を封止している。この封止材１５は、ボルト１１によって外板３，３同士の接合と共に固定される。

そして、封止材１６は、図３に示すように、外板３，３同士の間隔と同じ厚みを有して外板３，３の側縁に沿ってボルト１１で固定される板状となっている。この封止材１６の取付状態では、未加硫ゴム５の延設部１０が封止材１６に隣接する。この中板２と封止材１６との間の距離は、中板２と外板３，３とが相対移動しても中板２が封止材１６と当接しないように設定された移動代である。

以上の如く構成された制震ダンパー１Ａは、従来のものと同様に、図４に示すように軽量鉄骨構造等の建物のフレーム３０内で使用される。すなわち、中板２の上端部６を、上側の梁等の横架材３１の下面に接合された上ブラケット３３に、接合プレート３４を介してボルト３５，３５・・で固定する一方、外板３，３の下端部を、下側の梁等の横架材３２の上面に接合された下ブラケット３６にボルト３５で固定するもので、これによってフレーム面と平行に且つフレーム厚さ内に収まった状態で組み込まれる。

こうして設置された制震ダンパー１Ａは、建物に加振されると、フレーム３０の変形に伴う上下の横架材３１，３２の相反方向への水平移動により、中板２と外板３，３とが水平方向へ相対移動し、未加硫ゴム５，５を剪断変形させて減衰力を発揮する。ここで、未加硫ゴム５は減衰特性の温度依存性が低いので、通常の温度変化の領域で安定した減衰力を発揮することができる。また、速度依存性も低いため、風による低周波数の振動も効果的に減衰可能となる。
このとき、中板２の側縁が断面四角形状であると、加振に伴う中板２と外板３，３との相対移動の開始時には、未加硫ゴム５の延設部１０との抵抗によって変形し始めの荷重が過大になり、減衰特性に影響を与えるが、ここでは中板２の側縁を低抵抗形状にしているため、相対移動の開始時には未加硫ゴム５との抵抗が少なくなってスムーズな流動状態が得られ、過大な荷重が発生しない。

このように、上記形態１の制震ダンパー１Ａによれば、中板２及び外板３，３を厚み方向に所定間隔をおいてそれぞれ平行に配置して、中板２と外板３との間に形成される板状空間４，４内に、未加硫ゴム５をそれぞれ収容する一方、中板２及び外板３，３の左右方向の幅を、厚み方向の前後端に位置する外板３，３が長く、中板２が短くなる順序で交互に設定して、外板３，３同士の対向面間で左右の側縁側に、間に位置する中板２の側縁から所定間隔をおいて対向面間を閉塞する封止材１６を固定したことで、シンプルな構造を維持しつつ、温度や速度等の条件に対する各種依存性を小さくすることができ、より減衰性能に優れたものとなる。

特にここでは、未加硫ゴム５を、中板２の側縁を越えて外板３，３間で封止材１６に隣接するまで収容する一方、中板２の下側部７の側縁の横断面形状を、封止材１６側へ近づくに連れて徐々に厚みが小さくなる低抵抗形状としているので、加振時には未加硫ゴム５との抵抗が少なくなってスムーズな流動状態が得られ、減衰特性に影響を与えることがない。
また、塑性流動抵抗材料を、ポリオルガノシロキサンを主成分とする可塑度２００以上の未加硫ゴムとしたことで、減衰性能に優れた塑性流動抵抗材料を選択することができる。
さらに、封止材１５，１６を、外板３，３同士を互いに連結するボルト１１によって固定したことで、外板３，３同士の連結と同時に封止材１５，１６が固定される合理的な構成となる。

なお、上記形態１では、一枚の中板と一対の外板とを設けているが、これに限らず、例えば図５に示すように、二枚の中板２，２と三枚の外板３，３・・とを交互に重ねて、最外の外板３から左右方向の幅が交互に長短となるように配置して、各中板２の側縁を面取り部８，８による低抵抗形状とした多層構造としてもよい。この場合も各中板２と外板３との間に接着される未加硫ゴム５等の塑性流動抵抗材料を延設して、中板２の側縁を越えた延設部１０とすると共に、各外板３，３の間に封止材１４〜１６をそれぞれ介在させることになる。勿論短鋼板及び長鋼板の数はこれより増やしてもよいが、このような多層構造の場合は外板３，３・・と封止材１６とを固定するボルトに高力ボルト１７を用いるのが望ましい。

また、短鋼板の側縁の低抵抗形状は前後から面取りを形成した二等辺三角形や正三角形に限らず、前後何れかからのみ面取りを形成した直角三角形や、角部のみを面取りした台形としてもよい。また、面取りによる形状以外にも、角にＲを形成した半長円形や半円形、流線形状等、塑性流動抵抗材料との抵抗を緩和できる低抵抗形状であれば適宜変更可能である。
さらに、短鋼板も上記形態１の中板のようなＴ字状に限定するものではなく、縦長長方形としたりしてもよい。但し、上記形態１のようなＴ字状にすれば、幅の広い上端部によって塑性流動抵抗材料の上側での封止が簡単且つ確実に行え、塑性流動抵抗材料の漏出を好適に防止できる利点がある。

［形態２］
次に、本発明の他の形態を説明する。但し、上記形態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。
図６〜８に示す制震ダンパー１Ｂにおいては、中板２が縦長長方形、外板３，３は、左右方向の幅が中板２よりも大きく形成された縦長長方形となって、中板２と外板３，３との間に形成される板状空間４，４内に未加硫ゴム５，５（図６，８の斜線部分）が収容されている。

一方、外板３，３の間で未加硫ゴム５，５の周囲には、封止材２０〜２２が設けられている。まず封止材２０は、未加硫ゴム５の上側で外板３の内面に接着される帯状で、板状空間４と同じ厚みで外板３の上縁全長に亘って未加硫ゴム５を封止している。また、封止材２１は、未加硫ゴム５の下側で外板３，３の間に介在される帯状で、外板３，３の間隔と同じ厚みで外板３の下縁全長に亘って未加硫ゴム５を封止している。この封止材２１もボルト１１によって外板３，３同士の接合と共に固定される。

そして、封止材２２は、図８に示すように、外板３，３同士の間隔と同じ厚みを有して外板３，３の側縁に沿ってボルト１１で固定される厚肉の閉塞部２３と、その閉塞部２３における中板２側の内面から中板２と外板３，３との間にそれぞれ突出して未加硫ゴム５の側縁に当接する一対の封止端部２４，２４とからなる断面コ字状となっている。この封止材２２の取付状態では、封止端部２４，２４の間に中板２の側縁が途中まで進入し、中板２と閉塞部２３との間に空間２５が形成される。この空間２５は、中板２と外板３，３とが相対移動しても中板２が閉塞部２３と当接しないように設定された移動代である。

以上の如く構成された制震ダンパー１Ｂも、例えば図９に示すフレーム３０内で使用される。すなわち、中板２の上端部を、横架材３１の下面に接合された上ブラケット３３に、接合プレート３４を介してボルト３５，３５・・で固定する一方、外板３，３の下端部を、横架材３２の上面に接合された下ブラケット３６にボルト３５で固定するもので、これによってフレーム面と平行に且つフレーム厚さ内に収まった状態で組み込まれる。

こうして設置された制震ダンパー１Ｂは、建物に加振されると、フレーム３０の変形に伴う上下の横架材３１，３２の相反方向への水平移動により、中板２と外板３，３とが水平方向へ相対移動し、未加硫ゴム５，５を剪断変形させて減衰力を発揮する。ここで、未加硫ゴム５は減衰特性の温度依存性が低いので、通常の温度変化の領域で安定した減衰力を発揮することができる。また、速度依存性も低いため、風による低周波数の振動も効果的に減衰可能となる。

このように、上記形態２の制震ダンパー１Ｂにおいても、シンプルな構造を維持しつつ、温度や速度等の条件に対する各種依存性を小さくすることができ、より減衰性能に優れたものとなる。
特にここでは、封止材２２を、外板３，３の対向面間を閉塞する閉塞部２３と、その閉塞部２３から板状空間４内に延設されて未加硫ゴム５の側縁に当接する一対の封止端部２４，２４とからなる断面コ字状としたことで、未加硫ゴム５を板状空間４内で確実に封止することができ、剪断変形を繰り返しても未加硫ゴム５による自己押し出し現象が抑えられる。

なお、上記形態２では、一枚の中板と一対の外板とが設けられる構造で説明しているが、これに限らず、図１０に示すように、例えば二枚の中板２，２と三枚の外板３，３・・とを交互に重ねて、最外の外板３から左右方向の幅が交互に長短となるように配置して、各中板２と外板３との間に未加硫ゴム５等の塑性流動抵抗材料を収容すると共に、各外板３，３の間に封止材２２をそれぞれ介在させた多層構造とすることもできる。勿論鋼板の数はこれより増やしてもよい。
また、この形態２においても、未加硫ゴム５は中板２と外板３との少なくとも一方の対向面に対して接着固定してもよいし、未加硫ゴム５を接着しない中板２や外板３の表面に滑動安定処理を施してもよい。

以下、上記形態１，２に共通した変更例を説明する。
まず、下側の封止材や側縁の封止材の固定は、ボルトに限らず、接着等の他の固定手段を採用しても差し支えない。
さらに、外板に接着される上側の封止材では、中板との対向面間にグリースを介在させてもよい。但し、この場合は、以下の表１に示すように、封止材とグリースとの親和性の低い組み合わせとするのが望ましい。左欄の封止材にそれぞれ対応する右欄のグリース（特にベース油が異なる）との組み合わせとなる。

但し、上側の封止材に自己潤滑性ゴムを用いれば、グリースは不要となる。この自己潤滑性ゴムとしては、汎用ゴム系（ＮＲ，ＩＲ，ＩＩＲ，ＢＲ，ＥＰＭ，ＥＰＤＭから選択されるベースポリマーに、不飽和脂肪酸アミドやポリエチレングリコール型界面活性剤等のブリード成分を配合した加硫ゴム）やシリコーンゴム（例えばジメチルシリコーンをベースに、相容性の悪いフェニルシリコーン類を混合しブリードさせる加硫ゴム）が考えられる。
さらに、上側を含む全ての封止材には、難燃性ゴムを使用したり硬質セラミック系材料を使用したりすることで耐火性を持たせることもできる。

その他、フレームへの取付形態も、上下を逆にして中板を下側の横架材に、外板を上側の横架材に接合する等、適宜設計変更可能である。

１Ａ，１Ｂ・・制震ダンパー、２・・中板、３・・外板、４・・板状空間、５・・未加硫ゴム、６・・上端部、７・・下側部、８・・面取り、１０・・延設部、１４〜１６，２０〜２２・・封止材、２３・・閉塞部、２４・・封止端部、２５・・空間、３０・・フレーム、３１，３２・・横架材。

Claims (6)

1. 複数の鋼板を厚み方向に所定間隔をおいてそれぞれ平行に配置して、各鋼板の間に形成される複数の板状空間内に、塑性流動抵抗材料を、厚み方向の前後に位置する前記鋼板の間でそれぞれ収容する一方、
   前記各鋼板の左右方向の幅を、厚み方向の前後端に位置する前記鋼板が長く、当該鋼板に隣接する前記鋼板が短くなる順序で長鋼板と短鋼板とに交互に設定すると共に、各前記長鋼板の下端を前記短鋼板よりも下方へ長く形成して、
   前記長鋼板同士の対向面間で左右の側縁側に、間に位置する前記短鋼板の側縁から所定間隔をおいて前記対向面間を閉塞する封止材を固定し、前記長鋼板同士の対向面間で前記短鋼板よりも下側に、前記塑性流動抵抗材料を封止する下側封止材を固定して、
   前記封止材を、前記長鋼板同士の対向面間を閉塞する閉塞部と、その閉塞部から前記板状空間内に延設されて前記塑性流動抵抗材料の側縁に当接する一対の封止端部とからなる断面コ字状としたことを特徴とする制震ダンパー。
2. 前記塑性流動抵抗材料を、前後に位置する前記鋼板の少なくとも一方に接着固定したことを特徴とする請求項１に記載の制震ダンパー。
3. 前記塑性流動抵抗材料を収容する前記各鋼板の表面に、滑動安定処理を施したことを特徴とする請求項１又は２に記載の制震ダンパー。
4. 前記塑性流動抵抗材料を、前記短鋼板の側縁を越えて前記長鋼板間で前記封止材に隣接するまで収容する一方、前記短鋼板の側縁の横断面形状を、前記封止材側へ近づくに連れて徐々に厚みが小さくなる低抵抗形状としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の制震ダンパー。
5. 前記塑性流動抵抗材料を、ポリオルガノシロキサンを主成分とする可塑度２００以上の未加硫ゴムとしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の制震ダンパー。
6. 前記封止材及び前記下側封止材を、前記長鋼板同士を互いに連結するボルトによって固定したことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の制震ダンパー。

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