JP5592663B2

JP5592663B2 - 粘弾性ダンパー装置

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Publication number: JP5592663B2
Application number: JP2010027598A
Authority: JP
Inventors: 健所; 潔大熊
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: JP2011163020A

Description

本発明は、住宅など設置され、地震や風などによる建物の揺れを低減する粘弾性ダンパー装置に関する。

近年、建物の揺れを低減するためのダンパー装置の普及が進んでいる。ダンパー装置を設置した建物では、地震や風などを受けた場合の振幅が小さくなり、また、早期に揺れを減衰させることができる。このようなダンパー装置の種類は様々であるが、エネルギー吸収体として粘弾性体を用いたダンパー装置（以下、「粘弾性ダンパー装置」と称す）は、形状の自由度に優れていることから、広く採用されている。

従来の粘弾性ダンパー装置として、例えば特許文献１に記載の制震ダンパーがある。この従来の制震ダンパーは、一対の内部鋼板と、内部鋼板の内側に配置された中間鋼板と、内部鋼板及び中間鋼板の間に配置された粘弾性体とを備え、内部鋼板及び中間鋼板とが摩擦材を介してボルトで固定されている。この構造では、粘弾性体から発生する力が一定以上になると、中間鋼板が内部鋼板に対して力の作用方向に滑るようになっている。

特開２００７−２４７２７８号公報

上述したような粘弾性ダンパー装置は、粘弾性体から過大な力が発生することを防止できる点で有用である。このことは、粘弾性体の破断を防止することにも貢献する。しかしながら、建物の設計の自由度を更に確保する観点及び装置のコストダウンの観点から、粘弾性体から過大な力が発生することを防止しつつ、装置の一層の小型化を実現できる技術が望まれる。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、粘弾性体から過大な力が発生することを防止しつつ、装置の一層の小型化を実現できる粘弾性ダンパー装置を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、建物を構成する部材間に設けられる粘弾性ダンパー装置であって、一方の部材側に接続される第１の接続板と、他方の部材側に接続される第２の接続板と、粘弾性体を介して第１の接続板に固定されると共に、締結部材によって第２の接続板に固定される第３の接続板と、を備え、第２の接続板と第３の接続板とには、互いに交差する向きに長孔がそれぞれ設けられ、第３の接続板は、粘弾性体から発生する力が一定値を超えたときに第２の接続板に対して摺動可能となるように、各長孔に通された締結部材によって第２の接続板に取り付けられている粘弾性ダンパー装置を提供するものである。

本発明に係る粘弾性ダンパー装置によれば、粘弾性体から過大な力が発生することを防止しつつ、装置の一層の小型化を実現できる。

本発明の一実施形態に係る粘弾性ダンパー装置の設置状態を示す図である。図１に示した粘弾性ダンパー装置の正面図である。図２の側面図である。粘弾性ダンパー装置の第１の状態を示す図である。粘弾性ダンパー装置の第２の状態を示す図である。

この粘弾性ダンパー装置では、粘弾性体から発生する力が一定値を超えたときに、第３の接続板が第２の接続板に対して摺動することによって粘弾性体の変形の一部が負担される。これにより、粘弾性体から過剰な力が発生することを防止できる。このことは、粘弾性体自体の薄型化を可能とする。また、この粘弾性ダンパー装置では、締結部材が通されている第２の接続板の長孔と第３の接続板の長孔とが互いに交差する向きに設けられている。したがって、第３の接続板は、第２の接続板に対して回転しながら摺動可能となっており、単に第２の接続板の変位に追従して直線的に摺動させる場合に比べて長孔を短くできる。これにより、装置の小型化が図られる。

また、第２の接続板の長孔は、第１の接続板に対する第２の接続板の変位方向に延在し、第３の接続板の長孔は、第２の接続板の長孔の延在方向に直交する方向に延在していることが好ましい。この場合、第３の接続板の摺動量を十分に確保できる。

また、締結部材は、所定の間隔をもって複数設けられ、第２の接続板の長孔は、各締結部材が共通して通る長さで設けられ、第３の接続板の長孔は、締結部材ごとに複数設けられていることが好ましい。このような構成においても、単に第２の接続板の変位に追従して直線的に摺動させる場合に比べて第２の接続板の長孔を短くできる。したがって、装置の小型化を担保できる。

また、少なくとも第２の接続板と第３の接続板とは、メッキ処理された鋼板によって形成されていることが好ましい。この場合、第２の接続板と第３の接続板との間の摩擦係数の経時変化を抑えることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る粘弾性ダンパー装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る粘弾性ダンパー装置の設置状態を示す図である。図１に示すように、粘弾性ダンパー装置１は、例えば地震や風などによって柱２や梁３といった部材に加わるエネルギーを吸収する装置であり、柱２，２及び梁３，３で囲まれる空間部分において、柱２と梁３との交差部分から対角線に沿って延びる４本の角材４の先端部分同士を連結するように設置されている。

粘弾性ダンパー装置１は、図２及び図３に示すように、上方から延びる２本の角材４，４に接続される第１の接続板１１と、下方から延びる２本の角材４，４に接続される第２の接続板１２と、粘弾性体１４を介して第１の接続板１１に固定されると共に、ボルト１８（図３参照）によって第２の接続板１２に固定される一対の第３の接続板１３，１３とを備えて構成されている。

第１の接続板１１は、例えばメッキ処理された鋼板によって矩形状に形成されている。第１の接続板１１の一方側は、角材４，４の先端部分に固定される第１の固定部１１ａとなっており、複数（本実施形態では５箇所）のボルト孔２１が幅方向に設けられている。また、第１の接続板１１の他方側は、粘弾性体１４が固定される第２の固定部１１ｂとなっている。

第２の接続板１２は、第１の接続板１１と同様に、例えばメッキ処理された鋼板によって矩形状に形成され、第１の接続板１１と略同一面上に所定の間隔をもって配置されている。第２の接続板１２の一方側は、角材４，４の先端部分に固定される第１の固定部１２ａとなっており、複数（本実施形態では５箇所）のボルト孔２２が幅方向に設けられている。また、第２の接続板１２の他方側は、第３の接続板１３の他方側に固定される第２の固定部１２ｂとなっており、幅方向に沿う長孔（以下、「横孔１６」と称す）が設けられている。

一対の第３の接続板１３，１３は、第１の接続板１１及び第２の接続板１２と同様に、例えばメッキ処理された鋼板によって矩形状に形成され、第１の接続板１１及び第２の接続板１２を挟むように配置されている。第３の接続板１３の一方側は、第２の接続板１２の他方側に固定される第１の固定部１３ａとなっており、第２の接続板１２の横孔１６に直交する方向に沿う長孔（以下、「縦孔１７」と称す）が設けられている。縦孔１７は、後述するボルト１８の配置数（本実施形態では２本）に応じて、所定の間隔をもって設けられている。

また、第３の接続板１３の他方側は、粘弾性体１４が固定される第２の固定部１３ｂとなっている。第１の固定部１３ａと第２の固定部１３ｂとの間には、粘弾性体１４の厚さに対応する段差部２０が形成されている。第１の固定部１３ａは、縦孔１７と横孔１６とが重なるようにして第２の接続板１２の第２の固定部１２ｂに当接し、縦孔１７及び横孔１６に通されたボルト１８及びナット１９によって第２の接続板１２の第２の固定部１２ｂに固定されている。なお、ボルト１８は、第２の接続板１２及び第３の接続板１３の法線方向に対して僅かに傾けてあってもよい。

このボルト１８の締め付け力（ボルト１８への導入軸力）は、摺動する面の摩擦係数、摺動面の数、摺動が開始される力（滑り荷重）を考慮して設定されている。一方、第２の固定部１３ｂは、第１の接続板１１の第２の固定部１１ｂと対向するように配置され、粘弾性体１４を介して当該第２の固定部１１ｂに取り付けられている。

粘弾性体１４は、例えばアクリル樹脂などの粘弾性材料によって矩形のシート状に形成されている。粘弾性体１４は、第１の接続板１１の第２の固定部１１ｂと第３の接続板１３の第２の固定部１３ｂとの間に配置され、例えば接着や粘着によって強固に固定されている。第２の固定部１１ｂ及び第２の固定部１３ｂにおいて、粘弾性体１４との接着面には、例えばショットブラスト処理、皮膜処理、または溶融亜鉛めっき処理といった接着力の強化等の所望の効果を発揮させるための表面処理を施しておくことが好ましい。

続いて、粘弾性ダンパー装置１の作用効果について説明する。

地震などによって梁３に対して柱２が傾くように変位する場合、その変位は角材４を介して粘弾性ダンパー装置１に伝達される。このとき、粘弾性ダンパー装置１では、粘弾性体１４から発生する力が一定値を超えるまでは、第２の接続板１２と第３の接続板１３との固定状態が維持される。したがって、図４に示すように、第１の接続板１１の変位量と第２の接続板１２の変位量との差に基づいて粘弾性体１４がせん断変形し、この粘弾性体１４の変形によってエネルギーの吸収がなされる（第１の状態）。

一方、粘弾性ダンパー装置１では、粘弾性体１４から発生する力が一定値を超えると、第２の接続板１２と第３の接続板１３との固定状態が解除され、第３の接続板１３が第２の接続板１２に対して摺動する（第２の状態）。このように、粘弾性ダンパー装置１では、粘弾性体１４から発生する力が一定値を超えた場合に、粘弾性体１４のみが変形する第１の状態から第３の接続板１３の摺動が生じる第２の状態に移行することにより、粘弾性体１４から過剰な力が発生することを防止できる。このことは、粘弾性体１４の薄型化を可能とする。

また、この粘弾性ダンパー装置１では、ボルト１８が通されている第２の接続板１２の横孔１６と第３の接続板１３の縦孔１７とが互いに直交する向きに設けられている。したがって、図５に示すように、第２の状態において、第３の接続板１３は、水平方向への直線的な摺動に加えて第２の接続板１２に対して回転しながら摺動可能となっている。

ここで、粘弾性体１４の中心位置からボルト１８の中心位置までの距離をＬ１（図２参照）とし、第３の接続板１３の回転角をθ（図５参照）とすると、第３の接続板１３の回転変位による吸収量Ｕ１は、Ｕ１＝Ｌ１×θで表すことができる。そして、全吸収量Ｕは、Ｕ＝Ｕ１（回転変位による吸収量）＋Ｕ２（水平変位による吸収量）で表される。仮に水平変位のみによって全吸収量Ｕを全て吸収しようとすると、横孔１６の長さをより長く形成しておく必要がある。

これに対し、粘弾性ダンパー装置１では、第３の接続板１３の回転変位を利用することで、同じ変位量に対して水平変位による吸収量は小さくて済むので、横孔１６の長さを短くすることが可能となる。したがって、粘弾性ダンパー装置１の幅を小さくでき、設置の自由度の向上や装置の低コスト化を実現できる。なお、上述した距離Ｌ１を調整することにより、同じ回転角θに対する全吸収量Ｕを自在に調整できるので、簡単な設計変更で仕様の異なる粘弾性ダンパー装置１を作製することができる。

また、粘弾性ダンパー装置１では、第２の接続板１２の横孔１６は各ボルト１８が共通して通る長さで延在しており、第３の接続板１３の縦孔１７は２本のボルト１８に対応して２箇所に設けられている。このような構成において、単に第２の接続板の変位に追従して直線的に摺動させる場合に比べて第２の接続板の長孔を短くできる。したがって、粘弾性ダンパー装置１の小型化が担保される。また、ボルト１８で固定される第２の接続板１２と第３の接続板１３とは、メッキ処理された鋼板によって形成されている。これにより、第２の接続板１２と第３の接続板１３との間の摩擦係数の経時変化が抑えられ、第１の状態から第２の状態に移行する際の滑り荷重を一定に保つことができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、第２の接続板１２と第３の接続板１３とを２本のボルト１８で固定しているが、接続板の枚数、粘弾性体１４の枚数、ボルト１８の配置数及び配置間隔などは適宜変更が可能である。また、ボルト１８の配置数を変更した場合には、ボルト１８ごとに縦孔１７を第３の接続板１３に設けることが好ましい。

粘弾性ダンパー装置１を取り付ける場所は柱２や梁３に限られず、壁などの他の建築用部材に取り付けてもよい。また、建築用部材と粘弾性ダンパー装置１を接続する部材は、角材４に限られず、例えば台形状のボードや鉄パネルなどを用いることもできる。

さらに、第２の接続板１２と第３の接続板１３との間に摩擦部材を介在させるようにしてもよい。この場合、第２の接続板１２と第３の接続板１３との摩擦係数をより安定させることができる。なお、摩擦部材の厚さを粘弾性体１４の厚さと一致させると、第３の接続板１３に段差部２０を設ける必要がなくなり、構成の簡単化が図られる。

１…粘弾性ダンパー装置、１１…第１の接続板、１２…第２の接続板、１３…第３の接続板、１４…粘弾性体、１６…横孔（長孔）、１７…縦孔（長孔）、１８…ボルト（締結部材）、１９…ナット（締結部材）。

Claims

建物を構成する部材間に設けられる粘弾性ダンパー装置であって、
一方の部材側に接続される第１の接続板と、
他方の部材側に接続される第２の接続板と、
粘弾性体を介して前記第１の接続板に固定されると共に、締結部材によって前記第２の接続板に固定される第３の接続板と、を備え、
前記第２の接続板と前記第３の接続板とには、互いに交差する向きに長孔がそれぞれ設けられ、
前記第３の接続板は、前記粘弾性体から発生する力が一定値を超えたときに前記第２の接続板に対して摺動可能となるように、前記各長孔に通された前記締結部材によって前記第２の接続板に取り付けられ、
前記締結部材は、所定の間隔をもって複数設けられ、
前記第２の接続板の長孔は、前記各締結部材が共通して通る長さで設けられ、
前記第３の接続板の長孔は、前記締結部材ごとに複数設けられている粘弾性ダンパー装置。
建物を構成する部材間に設けられる粘弾性ダンパー装置であって、
一方の部材側に接続される第１の接続板と、
他方の部材側に接続される第２の接続板と、
粘弾性体を介して前記第１の接続板に固定されると共に、締結部材によって前記第２の接続板に固定される第３の接続板と、を備え、
前記第２の接続板と前記第３の接続板とには、互いに交差する向きに長孔がそれぞれ設けられ、
前記第３の接続板は、前記粘弾性体から発生する力が一定値を超えたときに前記第２の接続板に対して摺動可能となるように、前記各長孔に通された前記締結部材によって前記第２の接続板に取り付けられ、
少なくとも前記第２の接続板と前記第３の接続板とは、メッキ処理された鋼板によって形成されている粘弾性ダンパー装置。
前記第２の接続板の長孔は、前記第１の接続板に対する前記第２の接続板の変位方向に延在し、
前記第３の接続板の長孔は、前記第２の接続板の長孔の延在方向に直交する方向に延在している請求項１又は２記載の粘弾性ダンパー装置。