JPH0226332A - 構造物用エネルギー吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ１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（特開昭４
８−７２９４１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
軸心方向に沿つ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空所部に形成された断
面縮小部を通過することによって鉛がせん断変形され、
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一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＜
、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。

口１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、前記密封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抵抗翼が
形成されてなる抵抗翼軸とからなり、前記密封容器と抵
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。

〔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。

この相対的回転変位により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と粱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
及び粱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、これらのリプ６７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該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に準す
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１
８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を受は入れる軸孔２０
と、連結軸１８を受は入れる軸孔２１とがそれぞれ相隔
でて開設されている。該軸孔２０゜２１にはそれぞれ軸
受はブシュ２２，２３を介して抵抗翼軸１３と連結軸１
８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２ｏ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−敗
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もなだらがな曲面状とされ
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ＮＭ（融点３２７．５℃）で作動室２
６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）より注湯し、しかる後その人
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１日・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
動室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
て塑性流動化されるものである。換言すれば、抵抗翼２
８は鉛Ｐ中を泳動する。

この塑性流動化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間のア
ーム長を適宜に変えることにより偶力の大きさを調整す
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
状をなし、内周壁に隆起部２７を形成したが、作動室２
６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４
２を介して適宜の固定手段（ボルト・ナツト止め、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４３
ａに載置され、ボルト・ナツ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、核部に全
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４６．４７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５０ａ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の上部はリンク機構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ヨ
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５
０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の塑性変形によりエ
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に連動する配管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
の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、要は船中
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の容器本一体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０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。

０本装置によれば、鉛の塑性流動化は作動室内の相対的
回転変位によってなされるのでエネルギー吸収特性が一
定であり、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■線矢視図、第４図は第２図
のＴＶ−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■−■線断面図である。 １．２，４，３０．３１・・・構造物、８・・・回転体
（密閉容器）、１３．４０・・・抵抗翼軸、２６，３９
・・・作動室、２８．５０・・・抵抗翼、４１・・・密
閉容器 図 ｔＪａ 第 図 ■す 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）相対変位する構造物間に介装されるエネルギー吸収
   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、 前記密封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抵抗翼が形成されてなる抵抗
   翼軸とからなり、 前記密封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。