JPH11294532A - 減衰装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オイルダンパーと弾性ばねの両者が減衰機能
を発揮でき、これにより変位量の小さい領域から大きい
領域に亘って減衰効果を発揮して減衰効果の向上が図れ
る減衰装置を提供する。 【解決手段】 外乱を受ける構造物の応答速度に対して
抵抗する減衰力を発生させる装置と、同じく応答変形に
対して抵抗する弾塑性履歴減衰力を発生する装置の両者
を同軸に配設したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築構造物、土木
構造物の地震による振動や風による揺れを抑制する減衰
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から建築構造物、土木構造物の地震
による振動、あるいは風による揺れを抑えるために、弾
性ばねと応答速度に対して抵抗する減衰力を発生させる
装置、例えばオイルダンパーを組合せた減衰装置が使用
されている。

【０００３】この減衰装置は、例えば、オイルダンパー
の外周に同軸に弾性ばねを配設したものが使用され、減
衰装置は構造物の側面又は底面に配置し、構造物が振動
したり、揺れた時にオイルダンパーが振動や振れを吸収
し、構造物の破損等を防止するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
減衰装置では、機能上欠缺があるわけではないが、減衰
機能は大部分をオイルダンパーが受持ち、弾性ばねは復
元力を与えることがその主たる役目をなし、減衰機能は
殆ど有していないものである。この為、構造物が振動す
るとき、振動の中心付近すなわち変位量が小さい領域
（微振による速度が高い領域）では、オイルダンパーの
減衰機能で振動エネルギーを吸収する効果を発揮できる
が、振動変位の大きい付近、即ち、速度が低い領域で
は、振動エネルギーの吸収効果が低い状態であった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、オイルダンパー
と弾性ばねの両者が減衰機能を発揮でき、これにより変
位量の小さい領域から大きい領域に亘って減衰効果を発
揮して減衰効果の向上が図れる減衰装置を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の手段は、外乱を受ける構造物の応答速度に
対して抵抗する減衰力を発生させる装置と、同じく応答
変形に対して抵抗する弾塑性履歴減衰力を発生する装置
の両者を同軸に配設したしたことを特徴とするものであ
る。

【０００７】この場合、応答速度に対して抵抗する減衰
力を発生させる装置がオイルダンパーであり、応答変形
に対して抵抗する弾塑性履歴減衰力を発生する装置が弾
塑性コイルばねで構成されているのが好ましい。

【０００８】更に、オイルダンパーはシリンダとシリン
ダ内にピストンを介して移動自在に挿入したピストンロ
ッドとを有し、このシリンダの基端に水平なスプリング
シートを介してブラケットが結合され、ピストンロッド
の外端にシリンダの端部外周とピストンロッドの外周を
囲繞するカバーを取付け、上記スプリングシートとカバ
ーの端部とに金属製の弾塑性コイルばねの端部をそれぞ
れ結合しているのが好ましい。

【０００９】更に、スプリングシートに筒体を結合し、
ブラケットにロッドを結合し、このロッドを筒体内にベ
アリングを介して回転自在に結合させてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
もとづいて説明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施の形態を示す。

【００１２】この減衰装置は、外乱を受ける構造物の応
答速度に対して抵抗する減衰力を発生する装置、例え
ば、オイルダンパー１と、オイルダンパー１の外側に同
軸に配設した応答変形に対して抵抗する弾塑性履歴減衰
力を発生する装置、例えば、弾塑性ばね２とからなるも
のである。外乱としては地震あるいは風等を構造物が受
けた時に発生するものである。

【００１３】オイルダンパー１は公知のように、シリン
ダ３とシリンダ３内にピストンを介して移動自在に挿入
したピストンロッド４とを有し、ピストンはシリンダ３
内に二つの油室を区画し、二つの油室は例えば、ピスト
ンに設けた減衰力発生機構を介して連通し、ピストンロ
ッド４の伸長時，圧縮時の両作動時に減衰力が発生する
ようになっている。減衰力発生機構はピストンとシリン
ダ３内のベースバルブに設けてもよい。必要により、伸
長時等の片側のみに減衰力が発生するようにしてもよ
い。

【００１４】シリンダ３の基端には支持板からなる水平
なスプリングシート５とアイからなるブラケット６が結
合されれている。ピストンロッド４の外端にはアイから
なるブラケット７が結合されている。

【００１５】同じく、ピストンロッド４の外端たるブラ
ケット７の近傍にピストンロッド４の外周とシリンダ３
の他端部外周とを囲繞する有底筒状のカバー８が結合さ
れ、このカバー８の端部にはフランジ状のスプリングシ
ート９が一体に設けられている。

【００１６】弾塑性ばね２は上記二つのスプリングシー
ト５，９間に介装され、弾塑性ばね２の両端はそれぞれ
スプリングシート５，９に溶接等で結合され、ピストン
ロッド４の伸縮に伴なって弾塑性ばね２は連動して伸縮
する。

【００１７】弾塑性ばね２は塑性変形しやすいばね材料
で成形されたコイルばねで構成されている。即ち、弾塑
性ばね２は圧縮または引張変位に対して大きなねじり剪
断応力が発生して塑性変形がしやすいように設計されて
いる。

【００１８】例えば、この弾塑性ばね２は、ＪＩＳ，Ｓ
ＵＰ等の断面円形の金属線材からなるコイルばね本体
と、このコイルばね本体の外周全部又は一部に積層した
超塑性材料とで構成されている。超塑性材料としては例
えばＡｌ−Ｚｒ合金を使用し、コイルばね本体の直径と
超塑性材料の積層厚さとの比例を調整することにより後
述する減衰力の大きさを調整するものである。

【００１９】弾塑性ばね２の端部に圧縮方向又は伸長方
向の地震等による振動荷重が加わった場合には伸縮し、
図６に示すように変位と荷重との関係はヒステリシス曲
線Ａを描く。即ち、通常の弾塑性コイルばね変位に対す
る荷重の関係はほぼ比例特性となっているが、本発明の
弾塑性ばね２は履歴ループで描く。従って、振動荷重が
加わったとき弾塑性ばね２は伸縮するが塑性によって変
形し、振動エネルギーを変形時に熱エネルギーに変換し
て振動を吸収する減衰力が発生する。

【００２０】オイルダンパー１と弾塑性ばね２からなる
減衰装置Ｐは図２に示すように建築物たる構造物Ｂの側
面と構造物Ｂの外周に配設した枠体Ｃとの間にブラケッ
ト６，７を介して配置される。あるいは図３に示すよう
に、連棟建物たる構造物Ｂ，Ｂの間に減衰装置Ｐを介在
させてもよい。

【００２１】更に図４に示すように、地上Ｇに構造物Ｂ
の下面と地上Ｂとの間に一つ又は複数の減衰装置Ｐを斜
めにして介装することもできる。更に又、支持部材Ｄ上
にローラＩを介して構造物Ｂを載置させ、支持部材Ｄと
構造物Ｂとの間に一つ又は複数の減衰装置Ｐを介装して
もよい。

【００２２】この為、例えば地震による振動、あるいは
風による揺れが構造物Ｂに発生すると、これらの振動エ
ネルギーが減衰装置Ｐに伝達され、当該減衰装置Ｐが伸
縮するとオイルダンパー１で減衰力を発生すると共に弾
塑性ばね２もその履歴特性で振動や揺れのエネルギーを
吸収して減衰力を発生し、オイルダンパー１による減衰
力に加えて弾塑性ばね２の減衰力が得られ、減衰機能を
増加させることができる。弾塑性ばね２は圧縮，引張両
方向に用いられてオイルダンパー１の伸縮作動にマッチ
ングさせている。

【００２３】ところで、オイルダンパー１の減衰性能は
伸縮作動速度に依存し、弾塑性ばね２の減衰特性は伸縮
ストロークの変位に依存している。従って、構造物Ｂが
振動したり、揺れたとき、オイルダンパー１は振動，揺
れの中心付近、即ち変位速度が大きくて変位値が小さい
振動領域で減衰効果を発揮し、他方弾塑性ばね２は変位
速度が小さく変位の大きい大振幅領域で減衰効果を発揮
し、オイルダンパー１と弾塑性ばね２を利用することに
より小振幅領域から大振幅領域の全領域で減衰力を発生
させることができる。

【００２４】一般に多自由度系に速度に対して抵抗する
減衰力を発生させる装置、例えば、オイルダンパーを装
着すると、モード減衰は１次振動が一番小さく、高次モ
ードになるに従って、その固有モードの振動数に比例し
て大きくなる。一方、変形に対して抵抗する弾塑性履歴
減衰力を発生する装置、例えば弾塑性ばねは、その設置
法にもよるが、等価線形化法によるモード解析を行う
と、そのモード減衰は一般には振動数に依存しない。

【００２５】従って、両者を併用することによって、即
ちオイルダンパーと弾塑性ばねの組合せにより、等価線
形化系のモード減衰は適切に調整することが可能であ
る。

【００２６】具体的には、多自由度系の振動方程式を

【００２７】

【数１】 −−−−−−−−−−（１） と表し、弾塑性ばねの塑性化の大きさで規定される実数
に関わる係数Ｃ及び虚数に関るＳによる複素数を導入し
て、その復元力と応答変形との位相差を表現することに
より等価的に線形モデルとすると、その固有値問題は

【００２８】

【数２】 となり、その相隣接する固有値

【数３】 は

【００２９】

【数４】 と構成される。一方１自由度の固有値は

【００３０】

【数５】 から特性方程式は

【００３１】

【数６】 −−−−−−−−−−（５） 以上の（３）、（５）式より

【００３２】

【数７】 となる。即ち等価線形化系のモード解析から各モードに
おける粘性減衰定数ｈｏと（Ｃ−ｉＳ）によって決まる
係数から弾塑性履歴系の塑性化の大きさが抽出でき、系
全体としての粘性減衰と履歴減衰の大きさを判断するこ
とができる。

【００３３】こうした背景からオイルダンパーと弾塑性
ばねの組合せにより、適切な減衰バラメータを有する異
なるダンパーの組合せの調整が一つの装置により具現化
される。

【００３４】図７は、本発明の他の実施の形態に係り、
これはブラケット６をシリンダ３に対して回転自在に結
合したものである。即ち、スプリングシート５たる支持
板に筒体１０を結合し、この筒体１０にブラケット６を
回転自在に結合したものである。

【００３５】筒体１０は円筒部本体１１と円筒部本体１
１に設けたフランジ１２と、円筒部本体１１内に設けた
二つのベアリング１４，１５とを有し、アイ６に結合し
たロッド１６を回転自在にベアリング１４，１５で支持
し、ロッド１６の端部に設けた抜け止め用のストッパた
るフランジ１７を円筒部本体１１の端面に係合させてい
る。

【００３６】この実施の形態によれば、スプリングシー
ト５に係合した弾塑性ばね２が伸縮してスプリングシー
ト５に回転力が作用しても、この回転力はベアリング１
４，１５で逃げられてブラケット６には伝達されず、ブ
ラケット６，７の破損が防止され、併せて減衰装置Ｐ全
体の破損が防止される。その他の構造，作用，効果は図
１の実施の形態と同じである。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果がある。

【００３８】各請求項の発明によれば、減衰装置が速
度に対して抵抗する装置、例えばオイルダンパーと、変
形に対して抵抗する装置、例えば、弾塑性ばねとで構成
されているから、これを構造物に取付けたとき、構造物
からの振動揺れのエネルギーをオイルダンパーと弾塑性
ばねとの減衰力で吸収でき、減衰機能の向上が図れる。

【００３９】同じく、オイルダンパーの減衰性能は作
動速度に依存し、弾塑性ばねの減衰性能は変位に依存す
る。従って構造物が振動したり、揺れたりしたとき、オ
イルダンパーでは振動，揺れの中心付近、即ち、変位速
度が大きく変位量が小さい振動領域で減衰効果を発揮
し、弾塑性ばねは変位速度が小さくなる領域、即ち、変
位の大きい振幅領域で減衰効果を発揮し、小振幅から大
振幅の全領域に亘って減衰力を発揮できる。この為、全
領域で減衰効果を発揮させるために特別な減衰機構を設
置する必要かなく、構造が簡単となり、設置スペースの
制約を受けず、組付性，加工性，経済性にすぐれてい
る。

【００４０】請求項３の発明によれば、弾塑性ばねを
カバーとスプリングシートとの間に介装してその両端を
それぞれカバーとスプリングシートに結合しているか
ら、オイルダンパーの伸縮作動と弾塑性ばねの伸縮作動
とが連動し、それぞれの減衰力をマッチングさせること
ができる。

【００４１】請求項４の発明によれば、ブラケットが
シリンダ側スプリングシートに対して筒体とベアリング
とを介して回転自在に結合されているから、弾塑性ばね
の伸縮時に発生する回転力をベアリングで逃すことがで
き、これによりブラケット及び減衰装置全体のねじれや
破損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る減衰装置の一部切
欠き正面図である。

【図２】図１の減衰装置を建築構造物の側面に取付けた
状態の正面図である。

【図３】図１の減衰装置を連棟構造物間に取付けた状態
の正面図である。

【図４】図１の減衰装置を地上と構造物との間に取付け
た状態の正面図である。

【図５】図１の減衰装置を支持部材と構造物との間に取
付けた状態の正面図である。

【図６】弾塑性ばねの特性を示すグラフである。

【図７】本発明の他の実施の形態に係る減衰装置の一部
切欠き縦断正面図である。

【符号の説明】

１ オイルダンパー ２ 弾塑性ばね ４ ピストンロッド ５ スプリングシート ６ ブラケット ８ カバー １０ 筒体 １４，１５ ベアリング １６ ロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000200367 川田工業株式会社 東京都北区滝野川１丁目３番11号 (71)出願人 598036702 株式会社入江三宅設計事務所 東京都港区赤坂２丁目17番42号 (72)発明者 有木 茂 東京都港区浜松町二丁目４番１号 世界貿 易センタービル カヤバ工業株式会社内 (72)発明者 鎮目 武治 東京都港区浜松町二丁目４番１号 世界貿 易センタービル カヤバ工業株式会社内 (72)発明者 石丸 辰治 埼玉県草加市花栗４−11−17 (72)発明者 新谷 隆弘 埼玉県越谷市蒲生寿町18−９ (72)発明者 大塚 功一 東京都北区滝野川１丁目３番11号 川田工 業株式会社内 (72)発明者 松崎 玲子 東京都港区赤坂２丁目17番42号 株式会社 入江三宅設計事務所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外乱を受ける構造物の応答速度に対して
   抵抗する減衰力を発生させる装置と、同じく応答変形に
   対して抵抗する弾塑性履歴減衰力を発生する装置の両者
   を同軸に配設したしたことを特徴とする減衰装置。
2. 【請求項２】 外乱を受ける構造物の応答速度に対して
   抵抗する減衰力を発生させる装置がオイルダンパーであ
   り、応答変形に対して抵抗する弾塑性履歴減衰力を発生
   する装置が金属製の弾塑性コイルばねで構成されている
   請求項１の減衰装置。
3. 【請求項３】 オイルダンパーはシリンダとシリンダ内
   にピストンを介して移動自在に挿入したピストンロッド
   とを有し、このシリンダの基端に水平なスプリングシー
   トを介してブラケットが結合され、ピストンロッドの外
   端にシリンダの端部外周とピストンロッドの外周を囲繞
   するカバーを取付け、上記スプリングシートとカバーの
   端部とに金属製の弾塑性コイルバネの端部をそれぞれ結
   合していることを特徴とする請求項２の減衰装置。
4. 【請求項４】 スプリングシートに筒体を結合し、ブラ
   ケットにロッドを結合し、このロッドを筒体内にベアリ
   ングを介して回転自在に結合させたことを特徴とする請
   求項３の減衰装置。