JPH08504254A

JPH08504254A - エネルギー吸収装置および製法

Info

Publication number: JPH08504254A
Application number: JP6514026A
Authority: JP
Inventors: ヘンリーロビンソン、ウィリアム
Original assignee: Industrial Research Ltd
Current assignee: Industrial Research Ltd
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 1996-05-07
Anticipated expiration: 2018-01-07
Also published as: NZ245378A; JP3360828B2; US5655756A; AU5661094A; EP0670973A4; EP0670973B1; EP0670973A1; TW234729B; AU680854B2; WO1994013974A1

Abstract

(57)【要約】鉛など可塑的に変形しうるエネルギー吸収材料からなるコア（３）と、該コアをスティールプレート（２）とゴム（１）の層とからなるサンドイッチ状の構造で前記コアを取り囲む手段とから構成される２つの部材のあいだに誘起される運動エネルギーを吸収するための、該２つの部材のあいだに介装するエネルギー吸収装置。エンドプレート（４）には孔（５）が形成され、この孔内にコア（３）の端部が突出している。組み立て中に、支持構造（１、２）は延伸され、エンドキャップ（６）を差し込む。当該支持構造（１、２）が静止し、コア（３）に静水圧を印加する。剪断力がコア（３）を横切ると、誘起された運動が伝達される。コア（３）に印加された静水圧は、コア（３）のエネルギー吸収材料の剪断降伏応力を超えるのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】エネルギー吸収装置および製法発明の分野本発明は、種々の構造において生じた運動または変位の効果を減少するために用いられるエネルギー吸収装置に関する。本発明のエネルギー吸収装置は、地震や強風により引き起こされる運動の効果を減少するために建築物、橋梁などの大きい構造物に使用することができる。また貨物列車などの運動体を停止させるための衝撃吸収装置またはエネルギー吸収ストップとして使用することができる。また産業用機械や原動機などから発生する振動、または洗濯機などの家庭用器械から発生する振動を減衰するために用いられたり、運動、振動などからの遮断若しくは減衰することが要求されるいかなる応用分野にも用いることができる。本発明のエネルギー吸収装置には種々の適用がある。発明の背景エネルギーを吸収するために、弾性を有するか、または可塑性を有するある種の材料を採用しているエネルギー吸収装置は広く知られている。米国特許第４，１１７，６３７号明細書、４，４９９，６９４号明細書および４，５９３，５０２号明細書には、ある種の周期的な剪断エネルギー吸収装置が記載されている。当該剪断エネルギー吸収装置は、耐震（seismic isolation）に適用するばあい、普通の大きさの建築物のパイル（piles）とベースフロアとのあいだ、橋梁における土台ブロックと垂直支持部とのあいだなど、典型的には構造物の垂直方向に隣接する２つの重錘保持部のあいだに介装される。建築物を耐震化するために、建築部の土台には、かかるエネルギー吸収装置は、典型的には、支柱（be aring）の形をとって、約５０〜１００個が用いられる。このような剪断エネルギー吸収装置および関連する装置の一般的な検討は、アールアイスキナー（ R I Skinner）、ダブリュエイチロビンスン（W H Robbinson）およびジーエイチマクヴェリー（G H McVerry）による“イントロダクショントゥーサイズミックアイソレーション（An introduetion to Seismicisolation）” になされている（１９９３年ワイリー（Wiley））。耐震のために用いられる、かかる支柱は、典型的には、構造物の重錘部となる、弾力性を有する支持パッドと、構造物が大地に対して揺れるにつれて可塑変形する材料からなるエネルギー吸収コアとからなる。前記支持パッドは、ゴムなどの弾性を有する材料と、鉄鋼などの比較的こわさの高い材料（Stiff material）とを交互に配列した層からなる。前記エネルギー吸収コアは、典型的には鉛から形成される。支柱部は、ビルディングの構成要素の上下に連結された複数の連結プレートのあいだに固定することができる。あるいは、ビルディングの各構成要素上の凹所またはこれと同等のものに単に係合せしめることもできる。このようなエネルギー吸収装置は、ゴム−鉛支柱（rubber-lead bearing）として一般に知られている。鉛は、いくつかの理由で、エネルギー吸収コアを形成するためには好ましい材料である。第１に、室温で約１０．５ＭＰａの剪断応力で降伏する。これは他の金属材料と比較して低く、合成樹脂材料と同等である。第２に再結晶および比較的急激な降伏変形後のプロセスにより、その機械的特性を回復する。鉛は常温における周期的な剪断のもとでの硬化加工に対する抵抗を与える。第３に、これらの特性に対し要求される純度で容易に入手できる。発明の要旨耐震および他の適用のための改良された性能を有するエネルギー吸収装置を提供することが本発明の目的である。本発明は、２つの部材のあいだに誘起される運動のエネルギーを吸収するために該２つの部材のあいだに介装されるためのエネルギー吸収装置であって、前記２つの部材が、可塑的に変形しうるエネルギー吸収材料からなるコアと、少なくとも前記エネルギー吸収材料の剪断降伏応力に達するようにほぼ静水圧を前記コアに印加し、剪断力が該コアを横切るとき前記２つの部材のあいだに運動を伝達するように該コアを取り囲む手段とからなるエネルギー吸収装置である。前記コアに印加される静水圧（hydrostatic pressure）は、前記エネルギー吸収材料の剪断降伏応力を超えるのが好ましい。前記静水圧は、好ましくは１０ＭＰａ以上であり、もっとも好ましくは、２０〜１００ＭＰａの範囲である。前記エネルギー吸収装置のエネルギー吸収材料は、好ましくは鉛であるが、他のエネルギー吸収材料としてたとえば２００℃の高温下で用いられるものには、鉛、アルミニウムの合金、すず、亜鉛、真ちゅう、鉄、超可塑性合金（super plastic alloys）またはスチールショット（steel shot ）、ガラスビーズ、アルミナ、シリカ、シリコンカーバイドなどの稠密に充填された粒状の材料、もしくは他の硬度の高い粒状材料を含む比較的加工硬度の低い材料を含む。前記コアを取り囲む手段は、剪断力を該コアに加える運動が誘起されているあいだ、当該コアを横切ってたがいに動きうるようにコアを取り囲む複数のプレートを有するのが好ましい。前記プレートは、弾性材料の層によって分離されていてもよいし、分離されていなくてもよい。たとえば、前記プレートは、前記コアを取り囲む一体構造を形成するために、前記プレート同士のあいだのゴムの層によって分離されてもよい。あるいは前記コアを取り囲む構造は、一方のプレートが他方のプレートに対していくぶん摺動しうるように重ねられた複数のプレートであってもよい。このばあい、いくつかのプレートまたはすべてのプレートは、当該プレートの運動を助けるため、または時間の経過とともに腐食によって当該プレートがたがいに係止されないように保護するために、テフロンまたは他のコーティング材などの適切なコーティング材料によって被覆されるようにしてもよい。前記コアの直径は一定でもよいし、該コアの高さを超えるように変化してもよい。当該コアを取り囲むプレートは、さらにそのあいだの間隙が大きい第２プレート群によって取り囲まれてもよく、当該第２プレート群は、隣接するプレート同士のあいだの弾性材料の層によって分離されてもよい。そのばあい、第１プレート群によって取り囲まれたコアからなるエネルギー吸収インサートまたはユニットは、弾性材料の層によって分離された第２プレート群からなり、その内部に凹所（ cavity）を有するパッドと別体に製造することができる。当該別体に製造されたエネルギー吸収ユニットは前記凹所に後の段階で挿入される。エネルギー吸収インサートは、前記第２プレート群と弾性層とからなる、より大きいパッドの内部に完全に埋め込まれてもよい。本発明のエネルギー吸収装置は、ビルディング、橋梁などの大きい構造物を地震の運動、強風の衝撃から分離するための耐震への適用に用いることができる。また本発明のエネルギー吸収装置は、運動、振動などを分離したり減衰することが要求されるいかなる適用にも用いられる。たとえば、本発明のエネルギー吸収装置は、原動機、産業用機械のためにパッドを取り付けるように形成することもできる。家庭への適用において、本発明のエネルギ一吸収装置は、振動を分離するために、洗濯機、脱水機などに用いることができる。本発明の小型のエネルギー吸収装置は、ビデオ録画装置などのメカニズム用のセンサ（sensitive elctro nic equipment）のためのマイクロアイソレータ（microisolator）として用いることもできる。本発明のエネルギー吸収装置の多くの適用は、耐震用のエネルギー吸収装置に限定されない。本発明の他の態様は、可塑的に変形しうるエネルギー吸収材料からなるコアと、該コアを取り囲む手段とからなる２つの部材のあいだに誘起される運動のエネルギーを吸収するために該２つの部材のあいだに介装するエネルギー吸収装置の製法であって、該製法は、前記コアに少なくともエネルギー吸収装置の剪断応力に達するまで静水圧を印加する工程を有し、剪断力が前記コアを横切るとき前記２つの部材のあいだに運動を伝達することを特徴とするエネルギー吸収装置の製法。図面の簡単な説明本発明の好ましい実施例は、つぎの図面を参照しながら一例にもとづいて記載される。図１は、典型的な鉛−ゴム構造のエネルギー吸収装置の断面図であり、図２は、本発明のエネルギー吸収装置の第１の好ましい形態を示す部分分解断面図であり、図３は、図２のエネルギー吸収装置の組立てられた状態を示す断面図であり、図４は、図２〜３のエネルギー吸収装置におけるエンドギャップの位置に係合している状態を示す詳細図であり、図５は、本発明のエネルギー吸収装置の円錐状のコアを有する第２の好ましい形態を示す説明図であり、図６は、放物面のコアを有する本発明のエネルギー吸収装置の第３の好ましい形態を示す説明図であり、図７は、本発明の第４の好ましい形態を示す断面図であり、図８は、エネルギー吸収材料のセグメントを別々に挿入し、所定の位置で該セグメントを押圧して組み立てられるコアからなる本発明の第５の好ましいエネルギー吸収装置のうち、所定の位置に押圧された２つのセグメントを示す、図２および３のエネルギー吸収装置に類似したエネルギー吸収装置の説明図であり、図９は、すべてのセグメントが所定の位置に押圧され、エネルギー吸収装置の両側のエンドキャップが係合された図８のエネルギー吸収装置を示す説明図であり、図１０は２重四角錐の形状を呈した本発明の第６の好ましいエネルギー吸収装置を示す説明図であり、図１１図は有り形の形状を呈した本発明のエネルギー吸収装置の第７の好ましい形態を示す説明図であり、図１２は、その端部に近づくほどその直径が大きくなるコアを有する本発明のエネルギー吸収装置の第８の好ましい形態を示す説明図であり、図１３は、図１２のエネルギー吸収装置の水平面に沿った断面図であり、図１４は、本発明のエネルギー吸収装置の第９の好ましい形態を示す説明図であり、図１５は、本発明のエネルギー吸収装置の第１０の好ましい形態を示す説明図であり、図１６は、前記コアを含んで凹所を取り囲む、エネルギー吸収装置が拡大されてなる本発明の第１１の好ましい形態を示す説明図であり、図１７は、前記コアを取り囲む弾性材料の中に埋め込まれた第１プレート構造群と、前記第１プレート構造群を取り囲む弾性材料のなかに埋め込まれたプレート構造群とからなる本発明のエネルギー吸収装置の第１２の好ましい形態を示す説明図であり、図１８は、図１７のエネルギー吸収装置に類似したエネルギー吸収装置の第１３の好ましい形態を示す説明図であり、図１９は、第１プレート構造群と、前記コアと第２プレートとを取り囲む弾性材料層からなり、前記コアおよび第１プレートの弾性構造がインサートとして第２プレート構造内に埋め込まれてなる本発明のエネルギー吸収装置の第１４の好ましい形態を示す説明図であり、図２０は、図１９のエネルギー吸収装置に類似する本発明のエネルギー吸収装置の第１５の好ましい形態を示す説明図であり、前記コアと、弾性材料層によって分離された第１プレート群とからなるインサートが、第２プレート群と弾性材料構造の高さまで延設されてなる本発明のエネルギー吸収装置の第１６の好ましい形態を示す説明図であり、図２１は、図２０のエネルギー吸収装置に類似したエネルギー吸収装置であって、前記コアが、第１および第２プレート群と弾性材料との構造体の高さまで延設されてなる本発明のエネルギー吸収装置の第１６の好ましい形態を示す説明図であり、図２２は、前記コアと、弾性材料層によって分離された第１プレート群とからなるインサートが、該第１プレート群と隣接する第２プレート群とのあいだで、垂直プレートによって取り囲まれてなる本発の第１９の好ましい形態を示す説明図であり、図２３は、風の負荷に起因する、支柱に沿った長手方向の運動を吸収するために配列された本発明の２つのエネルギー吸収装置を示す断面図であり、図２４は、支柱に沿う長手方向の運動を吸収するために配列された、２つのエネルギー吸収装置の配列を示す説明図であり、図２５は、本発明のエネルギー吸収装置をテストするためのテストリグを示す説明図であり、図２６および２７は、本発明のエネルギー吸収装置について、明細書に言及されるモールの応力円の説明図である。好ましい実施例の記載図１は、たとえば米国特許第４，１１７，６３７号明細書に記載されているような鉛とゴムから構成される支柱（bearivg）からなる典型的な公知のエネルギー吸収装置を示している。当該支柱は、複数の鋼板の層２にサンドイッチ状に交互に差し込まれたゴムの層１からなる弾力性を有する支持パッド１０から構成される。当該支柱は鉛のエネルギー吸収コア３から構成される。また当該支柱を、連結プレート４を通して、ビルディング、橋梁などの構造物とボルト締めによって所定の位置に耐震性を考慮して固定しうるように、前記支柱は、その頂部と底部とにそれぞれ選択的に連結プレート４を配設している。連結プレート４の代わりに、支柱がそのあいだに介装される、構造物の各部材には、水平方向の運動を防止するために、その中に当該支柱が係合する凹所を設けてもよい。使用の際、地震または風の負荷のもとで、支柱が変形すると当該支柱は剪断力を含む力を受ける。剪断力はコア３に加えられる。支柱が運動を受けると、当該コアは前後に繰り返し変形する。図２および３は、本発明のエネルギー吸収装置の第１の好ましい形態を示している。このエネルギー吸収装置は、全体の構成において、図１のエネルギー吸収装置とほぼ類似しており、エネルギー吸収コア３と、隣接する各プレートのあいだに弾性材料の層１を介在させた複数のプレートの形をとって、前記コアを横切って運動を伝達するようにコアを取り囲む手段とから構成される。弾性材料は、天然もしくは合成ゴムまたは複合ゴムのほか適切な弾性を有する材料から形成される。プレートは、好ましい鉄鋼や他の炭素繊維など硬度の高い材料から形成される。エネルギー吸収装置は、連結部材（connector）またはエンドプレート４を有してもよい。ゴムシートおよび鋼板は、たがいに接着され、鋼板−ゴムの層をなした構造を形成しており、ゴムを加硫したり接着したり、ばあいによっては、ろう付けしてコア３を取り囲んでいる。鉛コアのための孔は、あらかじめ個々の層に形成するか、または組立て後に加工してもよい。コアは直接鋳造して孔を形成するか、または密栓をしてプレス加工して形成することができる。なお、これについてはのちほど説明する。この形態では、コアは円筒状であるが、望まれるどのような形状にしてもよい。一方、コアのまわりの構造を含むエネルギー吸収装置の全体の形状は、円筒、正方形、矩形のほか望まれる形状にしうる。図２および３に示された本発明の吸収装置において、コア３は取り囲んでいる支持構造よりいくぶん長く厚い。弾性材料からなる当該支持構造が静止状態にあるとき、コアはエンドプレート４の孔５の中にまで延びている。製造中に支持構造は、コア３の長さが調節されるまで矢印Ａにより示されたプレートに対してほぼ直角の方向に延ばされる。エンドキャップ６は、コア３の各端部において、孔５の所定の位置に固定されると延伸力は解放される。図２は取り除かれたエンドキャップ６を示しており、図３は所定の位置におけるエンドキャップを示している。パッドが解放されると、弾性体層１における弾性的な収縮力によってコア３に静水圧が印加される。パッドの垂直方向および水平方向の変形によるコア表面の単位面積あたりの力はほぼ等しい。コアの材料は、少なくともコアのエネルギー吸収材料の剪断降伏応力に達するまで、好ましくは、超えるまでほぼ静水圧のもとであらかじめ応力が加えられ、その結果コアの材料は常に圧縮される。鉛のばあい、周囲温度における剪断降伏応力は、約１０．５ＭＰａであり、１０ＭＰａ以上の圧力が有効であることがわかっている。静水圧の効果について、図２６および２７に示されたモールの応力円を用いて簡単に説明できる。すなわち、２つの次元によって、特性を応力のテンソルで表わすことができる。本体に印加された静水圧は、該本体に作用する３つの主応力の和の１／３として定義される。図２６において、静水圧は零であり、主引張応力はσ_xであり、主圧縮応力はσｙであり、最大剪断応力はσ′_xyであり、いずれもその値は等しい。図２７のばあい、剪断応力σ′_xyに等しい静水圧Ｐが印加される。最大引張応力は零になり、その結果本体は常に圧縮を受ける。したがって引張を受けることはない。図４は、エンドキャップ６を固定するための配列を示しているが、他の適切な配列も用いることができる。エンドプレート４における孔５（頂部側の孔が図示されており、底部側の孔は反対側にある）の周縁には、段部が形成されており、エンドキャップ６の回りに保持された止め輪７は、当該キャップ６が矢印Ｂの方向に外力を受けると、連続的に形成された複数の斜面上を摺動し（同時に、叙上のとおり図における矢印Ａの方向にエネルギー吸収装置を延伸させている）、ついには止め輪７は溝９と係合しキャップを所定の位置で保持する。それぞれ段のあいだで、キャップは停止することもできる。その結果パッドは、たとえば、全圧力がコアに印加される前に加硫プロセスの別の段で処理することができる。両方のキャップには多数の止め輪を設けてもよい。キャップが所定の位置にあるとき、装置全体をゴムなどの容器に入れてもよく、さらに加硫してもよい。図５は本発明のエネルギー吸収装置を示しており、コア３と、複数のプレート２および隣り合うリジッドなプレート間の弾性材料からなる層１とからなり、サンドイッチ構造を有し、当該コアを取り囲む手段とから構成される。この実施例において、コア３は図示されているように、ほぼ円錐状の形状を呈している。本発明のこの実施例または他の実施例のエネルギー吸収装置のばあい、好ましくは、各プレートの尖端は、コアの凹所の中まで多少（たとえば数ｍｍ）延設され、コアの材料の中まで延びる。なおコアは鋳造または高圧下で押し出し加工された鉛から形成される。コア３が鋳造されるとき、鉛がプレートの各尖端のあいだまで流動する。コアが外力を受けた状態で押し出し加工されるか、またはプレス加工されるとき、好適に加熱された鉛は、突出したプレートの尖端付近まで流動する。図５のエネルギー吸収装置は、耐震支柱として用いられるもので、静水圧をエネルギー吸収装置に印加するために当該支柱が支柱する重錘構造を用いている。鉄鋼などからなるほぼ円筒状のエンドピース１０は、コア３を収容している凹所の開口部付近で頂部エンドプレート４と一体化されることにより、支柱の頂部エンドプレートと固定される。エンドピース１０は、図示されているようにエンドプレート４の開口部の直径に対して拡大された直径をもつことが好ましいが、同一または小さい径にしてもよい。中空のエンドピース１０の内側には、コア３の上に支持されているエンドキャップ１１が取り付けられている。エンドキャップの頂部表面は、エンドピース１０の側面を超えて突出しており、支柱の上で重錘構造の少なくとも一部を支持している。当該重錘構造は、要求される静水圧を発生してコア３の端部にまで力を伝達する。エンドキャップ１１は、有歯状の下部表面１２ａを有するピストン１２によってコア上で作用し、コア３の頂部との良好な接触と力の伝達とを確実にしている。ゴム製の伝達要素１３が、エンドキャップ１１とピストン１２とのあいだに介装されてもよい。図６の本発明のエネルギー吸収装置は、エネルギー吸収コア３が放物面状の形状であることを除いて図５のエネルギー吸収装置とよく似ている。後に述べるように、エネルギー吸収コアのさらに他の形状も本発明の範囲に含まれる。図６のエネルギー吸収装置のばあい、コアは、当該コアを取り囲んでいる鉄鋼プレートと弾性層とからなる構造の底部にまでは達していない。これによりエネルギー吸収装置の初期こわさ（initial stiffness）を減少し、その結果耐震への適用において、鉛製コア（以下、鉛コアという）を変形せしめるほどの力を発生しない弱震または強風は、当該鉛コアの端部下側の部分の撓みによって調節される。ビルディング、端梁などは、このような弱震または強風に対してほどよく（reasonably）分離される。本発明のエネルギー吸収装置は、すべて同様に考えられている。図７は円筒状のコアを有する、本発明のエネルギー吸収装置の他の好ましい形態を示している。ピストン１２と、中間の弾性を有する伝達要素１３を通過し、エンドキャップ１１を経由して、力はコア３の端部に伝達される。この実施例において、剪断力がコアを横切るとき運動を伝達する、コアを取り囲む手段は、プレート群１４からなる。当該コアを取り囲む手段は、叙上の図に示されたエネルギー吸収装置についていえば、鉄鋼や他の適切な材料から形成される。前記プレート群１４のうち、たがい違いのプレートまたは、すべてのプレートは、各プレート間の摩擦を減じるためおよび（または）プレートを腐食から保護するため、テフロン（商品名）などの材料によって被覆してもよい。支柱に付与される運動は、前記プレート群の各プレートをたがいに摺動せしめて、コアを横切る剪断力を加え、エネルギーを吸収する。金属製のピン１６は図示されているようにプレート１４と、エンドプレート４に形成された孔を貫通して、鉛コアの変形を一様にしている。図５〜７において、エンドピース１０、エンドキャップ１１、ピストン１２および弾性要素１３の配列は、図において明瞭にするために拡大されているが、エネルギー吸収装置の静止状態に対する寸法については示されていない。図８および９は、鉛コア３を本発明のエネルギー吸収装置に挿入する一つの方法を示している。図２および３に示されるごとく、中実のコア１片を押圧するのに代わるものである。当該コアは図示されているように、それぞれが所定の位置に押圧される個々のセグメントから形成してもよい。図８は所定の位置に押圧された２つのセグメントを示しており、一方図９は、それぞれが、たがいに密に押圧された多数の鉛のセグメント１７からなる、欠けのない（completed）コアを示している。各セグメントを押圧している動作の一部として、当該セグメント１７の鉛を叙上のように突出しているプレートの端縁のあいだに突出せしめるために充分な力が加えられる。セグメントの押圧のあいだ、プレート２と弾性層１の構造体は、図２および３に関して述べたように延出されることができ、エンドキャップ６が差し込まれ、延伸力が解放されると、静水圧がエネルギー吸収装置に印加される。図１０および１１は、それぞれ２重角錐形状および放物面状のコア３を有する本発明のエネルギー吸収装置を示している。両者とも孔３ａが凹所とエンドプレート４の孔とを連通している。なお、当該エンドプレートは、通常エンドキャップ６によって閉塞されている。エンドキャップ６は、図２〜４に関してすでに述べた如く、止め輪の配設または他の適切な配列により所定の位置に保持することができる。エネルギー吸収装置を製造するために、取り囲む支持構造は、叙上のように弾性的に延伸され、溶融または加熱された鉛は、加圧下で孔３ａを経由して凹所に注入されエネルギー吸収装置３を形成する。つぎに、エンドキャップ６が所定の位置に差し込まれ、延伸力が解放されると静水圧が、パッドの弾性材料層の弾性的な収縮力によってコアに印加される。エンドキャップ６は、ピストンと、エンドキャップ６および該ピストンのあいだの弾性要素とを経て、図５〜７のエンドキャップ１１、弾性要素１３およびピストン１２の配列に作用するのが好ましい。図１２は、コアを有する、本発明のエネルギー吸収装置を示している。当該コアの直径は、コアの両端に近づくほど増大する。この構成は、クリープを減少させるために有利であり、および（または）コアのこわさまたは寿命に影響を及ぼす。図示されているように、コアは、取り囲んでいる構造体の全高さまで延びる必要はない。このようなコアまたは直径が一定のコアは、図１３に示されているように、たとえば平面図において楕円状の形状を呈していてもよい。図１４の本発明のエネルギー吸収装置のばあい、コアは加硫または接着などによりエンドプレート４と接合される。図１５のエネルギー吸収装置のばあい、エンドプレートはボルト１８によって所定の位置に固定される。このボルトは、締め付けると、コアに要求される静水圧を与えるか、または維持するのに役立つ。図１６のエネルギー吸収装置のばあい、コアを取り囲んでいる、プレートと弾性層からなる構成を有するプレート２は、図示されているように、種々のリムを形成しうる。図１７および１８は、叙上のエネルギー吸収装置に類似した本発明のエネルギー吸収装置を示している。このばあい、隣接するプレート間にゴムなどの弾性材料の層を有するリジッドなプレートからなるサンドイッチ状の構造体に取り囲まれている。しかしながら、図１７および１８のエネルギー吸収装置のばあい、コアは第１プレート群２および接合された弾性層に取り囲まれ、該弾性層はさらに第２プレート群１９および接合された弾性層によって取り囲まれている。第２プレート群１９は、図示されているように、第１プレート群２から離間されていてもよく、第１プレート群２の方向にまっすぐに延びていてもよく、図１８に示されるように弾性材料の領域によって、断面で見たとき、第１プレート群２から離間されていてもよい。第１プレート２および第２プレートのすべてのプレートは、図示されているように、弾性材料の中に埋め込まれている図１９、２０、２１および２２は、本発明のエネルギー吸収装置を示しており、いずれのばあいもコアは、第１プレート−弾性構造体によって取り囲まれ、該構造体は、さらに第２の類似した構造体によって取り囲まれている。このばあい、第２構造体１９の各プレートは、第１構造体２の各プレートにくらべて、より長く離間していてもよい。それぞれのプレートと接合される弾性材料の層が差し込まれた第１構造体２に取り囲まれたエネルギー吸収コアが、図１９に示された如く第２構造体の各プレート間に介装された弾性材料を有し、その高さが該第２構造体の高さの一部であってもよく、また、図２０に示される如く、その高さが第２構造体の全高と等しくてもよい。また、エネルギー吸収コア３は、図２０に示されるように、その高さが第１構造体の全高の一部でもよく、図２１に示されるように、その高さが第１構造体の全高と等しくてもよい。図２２はこの種のエネルギー吸収装置を示している。すなわち、垂直方向に延びるさらなるプレートがインサートと、第２構造体とのあいだに配設される。図１９〜２２のエネルギー吸収装置において、プレート２によって囲まれたコア３と弾性層１とからなるユニットが、エネルギー吸収インサートである。当該インサートは、プレート１９と弾性材料層からなるユニットと別に製造してもよい。図２０および２１の実施例のばあい、前記２つのユニットは別々に製造でき、小さい方のユニットはプレート１９からなる大きい方のユニットの内部に深く挿入しうる。図１９および２２の実施例のばあい、小さい方のユニットのインサートをまず形成し、つぎに全構造の残りを該インサートのまわりに形成すると、前記インサートが埋め込まれる。図２３は、その端部に近づくにつれ、その直径が増大するコア３を有する、本発明のエネルギー吸収装置を示している。このばあい支柱に沿って風の負荷を吸収するか、ビルディングなどの構造物におけるフロアー間（interfloor）の運動に抗して突張るための形状を有する２つのエネルギー吸収装置が示されている。ダンパー２１は、一方の側において、連結部材２２に固定され、他方の側において、ヨーク形状の連結部材２３に固定され、矢印Ｃの方向に加えられた力は減衰される。図２４は、支柱部材２５および２６と、部材２７とに連結された、矢印Ｃの方向の力を吸収するための本発明のエネルギー吸収装置を示している。図２５は、本発明のエネルギー吸収装置をテストするためのテストリグを示している。叙上の如くコア３からなるエネルギー吸収装置は、テストリグ上に示されている。ヨーク形部材２８は、固定されたエネルギー吸収装置の両端を保持している。図５〜７についてすでに述ベたものに類似したエンドピース３０の内部に設けられたピストン２９によって、静水圧がエネルギー吸収装置に印加される。圧力は、矢印Ｅによって示された静水圧ラム（図示されていない）エネルギー吸収装置の中央に取り付けられたアーム３１は、テスト中図示されているように、矢印Ｆの方向に往復動する。この往復動の周波数および振幅は変化させてもよい。本発明のエネルギー吸収装置は、エネルギー吸収材の質を下げても寿命を増大せしめうることを示している。つぎのテスト結果は、さらに本発明を説明するものである。テスト１寸法が９０ｍｍ×７６ｍｍで、かつ厚さが２．５ｍｍの硬化された鉄鋼製の、それぞれが等間隔で離間された１４のプレートからなり、前記各プレート間に接合された厚さ１．６ｍｍのゴムの層により分離されたエネルギー吸収装置が、図２５に示された如きテストリグに取り付けられた。凹所は、鉄鋼層に形成された直径３０ｍｍの同心状の孔と、ゴム層に形成された直径３２ｍｍの孔とから構成される。コアは、純度９９．９％の鉛からなる。テストリグは、このエネルギー吸収装置に、周波数２サイクル／分、力２２ｋＮかつ振幅＋／−５ｍｍの、水平方向の往復動を与えた。このテスト中、静水圧ラムが鉛コアの両端で作動し、当該鉛コアに約６０ＭＰａの静水圧を印加した。２０，０００サイクルのテストののち、１サイクルあたりの減衰力および吸収されたエネルギーは、ともに初期値の２０％以内であった。２０，０００サイクルのテストののち、エネルギー吸収装置はテストリグから取り除き、半分に切断した。テスト２テスト１と同一のエネルギー吸収装置が、静水圧がテストリグにより鉛コアに印加されなかったことを除いて、同様にテストされた。１００サイクル未満のテストの後、１サイクルあたりの減衰力および吸収されたエネルギーは、ともに初期値の５０％以内であった。テスト３その寸法および厚さが、それぞれ９０ｍｍ×５０ｍｍおよび２．７５ｍｍである２２のスティールプレートからなるエネルギー吸収装置が組み立てられた。各第２プレートはテフロンで被覆した。コアは直径３０ｍｍの鉛栓から構成した。各吸収装置は、前記テスト１と同様のテスト条件下で、図２５に示される如きテストリグ上でテストを行なった。５０００サイクルのテストののち、減衰力および吸収されたエネルギーは、ともに初期値の２０％以内であった。叙上の記載は、種々の好ましい形態を含む本発明の記載である。当業者にとって自明であるような置換および変更は、特許請求の範囲において定義されているように本発明の範囲に入れられると意図されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．２つの部材のあいだに誘起される運動のエネルギーを吸収するために該２つの部材のあいだに介装されるためのエネルギー吸収装置であって、前記２つの部材が、可塑的に変形しうるエネルギー吸収材料からなるコアと、少なくとも前記エネルギー吸収材料の剪断降伏応力に達するようにほぼ静水圧を前記コアに印加し、剪断力が該コアを横切るとき前記２つの部材のあいだに運動を伝達するように該コアを取り囲む手段とからなるエネルギー吸収装置。２．前記エネルギー吸収材料の降伏剪断応力を超える静水圧が前記コアに印加されてなる請求項１記載のエネルギー吸収装置。３．前記コアに１０ＭＰａ以上の静水圧が印加されてなる請求項２記載のエネルギー吸収装置。４．前記コアに２０ＭＰａを超える静水圧が印加されてなる請求項３記載のエネルギー吸収装置。５．前記コアが鉛から形成されてなる請求項１記載のエネルギー吸収装置。６．前記コアを取り囲む手段が、剪断力を前記コアに加える誘起された運動中に、該コアを超えてたがいに移動しうるように該コアを取り囲む複数のプレートを有する請求項１記載のエネルギー吸収装置。７．前記コアを取り囲む構造体が隣接するプレート同士のあいだに延出する弾性材料の層からなり、前記コアを取り囲む一体構造を形成しているプレートに固定されてなる請求項６記載のエネルギー吸収装置。８．前記コアに静水圧を印加する、該コアを取り囲む手段が、前記エネルギー吸収装置に固定され、該エネルギー吸収装置の製造中に延長される、前記コアを取り囲む一体構造の弾性収縮力によって該コアに対して支持するために引っ張られた少なくとも１つのエンドキャップを有してなる請求項７記載のエネルギー吸収装置。９．前記コアに静水圧を印加する、該コアを取り囲む手段が、該静水圧を印加して、該コアに対してエンドキャップを支持せしめる前記エネルギー吸収装置によって支持された重錘構造を支持するのに適した少なくとも１つのエンドキャップを有してなる請求項６記載のエネルギー吸収装置。１０．前記エンドキャップとコアとのあいだのピストンによって、該エンドキャップが該コア上に支持してなる請求項９記載のエネルギー吸収装置。１１．前記エンドキャップとピストンとのあいだに弾性材料の要素を有してなる請求項１０記載のエネルギー吸収装置。１２．前記コアが、該コアの高さを超えて変化する直径を有してなる請求項１記載のエネルギー吸収装置。１３．前記コアを取り囲んでいる、プレートと弾性材料の層とからなる前記一体構造が、複数のプレートと、該複数のプレートの隣接するプレート間に延出する弾性材料の層とから構成され、該プレート間が前記一体構造のプレート間よりも大きく離間して、前記一体構造のプレートに固定された第２プレート群によって取り囲まれた請求項７記載のエネルギー吸収装置。１４．２つの部材のあいだに誘起される運動のエネルギーを吸収するために該２つの部材のあいだに介装されるためのエネルギー吸収装置であって、前記２つの部材が、可塑的に変形しうるエネルギー吸収材料と、各プレートのあいだに延出している弾性材料の層をそのあいだに有して、それぞれがたがいに平行に離間して配列された一連のプレートからなり、前記エネルギー吸収装置の製造中に延長されたプレートのあいだの弾性材料の層の弾性収縮によって、少なくとも前記エネルギー吸収材料の剪断降伏応力に達するように静水圧が印加された前記コアによって各プレートに固定されたコアを取り囲む一体構造とからなるエネルギート吸収装置。１５．前記コアが鉛から形成されてなる請求項１４のエネルギー吸収装置。１６．前記コアが、前記鉛の剪断降伏応力を実質的に超える静水圧を印加されてなる請求項１５のエネルギー吸収装置。１７．２つの部材のあいだに誘起される運動のエネルギーを吸収するために該２つの部材のあいだに介装されるためのエネルギー吸収装置であって、前記２つの部材が、可塑的に変形しうるエネルギー吸収材料と、前記エネルギー吸収装置の製造中に延長される、その層を弾性収縮によって、少なくとも該エネルギー吸収材料の剪断降伏応力に達する静水圧を前記コアに印加して、各プレート間に接着された弾性材料層を有する、一連の、たがいに離間されたプレートからなる前記コアを取り囲む一体構造を、たがいに平行に離間された一連のプレートとそのあいだに延出された弾性材料とからなり、前記一体構造を取り囲んでいる各プレートのあいだを前記一体構造の各プレートあいだより大きく離間して前記プレートと接合された第２プレート群からなるエネルギー吸収装置。１８．前記コアが鉛から形成されてなる請求項１７のエネルギー吸収装置。１９．前記コアのエネルギー吸収材料の剪断降伏応力を実質的に超える静水圧を該コアに印加する請求項１８記載のエネルギー吸収装置。２０．可塑的に変形しうるエネルギー吸収材料からなるコアと、該コアを取り囲む手段とからなる２つの部材のあいだに誘起される運動のエネルギーを吸収するために該２つの部材のあいだに介装するエネルギー吸収装置の製法であって、該製法が、前記コアに少なくともエネルギー吸収装置の剪断応力に達するまで静水圧を印加する工程を有するエネルギー吸収装置の製法。２１．前記コアに、エネルギー吸収材料の剪断降伏応力を超える静水圧を印加する工程を有する請求項２０記載の製法。２２．前記コアに１０ＭＰａ以上の静水圧を印加する工程を有する請求項２１記載の製法。２３．前記コアに２０ＭＰａ以上の静水圧を印加する工程を有する請求項２１記載の製法。２４．前記コアを鉛から形成する工程を請求項２１記載の製法。２５．２つの部材のあいだに誘起される運動のエネルギーを吸収するために該２つの部材のあいだに介装するためのエネルギー吸収装置の製法であって、該製法が、隣接そのそれぞれのあいだに延びる弾性材料の層によって分離されるとともに固定された複数のプレートからなり、前記プレートと、該プレート間の弾性材料層とを貫通している中空の凹所からなる一体構造を形成する工程と、前記一体構造を延伸して、前記凹所をわずかに拡大するために延伸力を印加する工程と、前記凹所に可塑的に変形しうるエネルギー吸収材料を充填しエネルギー吸収装置のコアを形成する工程と、前記一体構造を収縮せしめ、前記コアに静水圧を印加するために前記延伸力を除去する工程からなるエネルギー吸収装置の製法。２６．前記静水圧が前記コアのエネルギー吸収材料の剪断降伏応力を超えてなる請求項２５記載の製法。２７．各セグメント内の前記凹所内にエネルギー吸収材料を押圧することによって前記中空の凹所を充填する工程と、前記コア内への挿入後各セグメントを押圧し、前記凹所を取り囲む前記プレートの周縁部を前記エネルギー吸収コア内に埋設せしめる工程を有する請求項２６記載の製法。２８．前記エネルギー吸収コア用の材料を加熱して、前記凹所内に流動せしめて、前記中空凹所を充填する工程を有する請求項２６記載の製法。２９．前記エネルギー吸収材料が鉛である請求項２７記載の製法。３０．たがいに離間された一連のプレートと、そのあいだに延出し、前記プレートに固定された弾性材料からなる第２構造内に前記一体構造を挿入して、前記一体構造が前記第２構造内に埋め込まれてなる請求項２６記載の製法。