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技術 振動エネルギー吸収装置

出願人 住友金属鉱山株式会社
発明者 柏木栄介飯田好孝杉田俊也
出願日 2005年6月9日 (15年0ヶ月経過) 出願番号 2005-169194
公開日 2006年12月21日 (13年6ヶ月経過) 公開番号 2006-342888
状態 未査定
技術分野 防振装置 振動減衰装置
主要キーワード 荷重変位 直接摩擦 閉塞キャップ 延長ロッド 断面略方形 進退ロッド 耐震装置 履歴曲線
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年12月21日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

例えば建物免震装置などに用いる振動エネルギー吸収装置係りエネルギー吸収体充填密度充填圧力バラツキ、もしくは振動吸収時に発生する熱等で振動吸収性能が変動したり、低下することがなく、振動吸収動作を繰り返し行っても長期間安定かつ良好に振動を吸収することのできる耐久性のよい振動エネルギー吸収装置を提供する。

解決手段

筒状のシリンダ1内に進退ロッド2を同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設けると共に、上記シリンダ1内の進退ロッド2の周囲にエネルギー吸収体3を収容配置し、地震等の振動発生時に上記エネルギー吸収体3と進退ロッド2とが相対移動したとき、上記エネルギー吸収体3と進退ロッド2との摩擦力で上記エネルギー吸収体3を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するようにしたことを特徴とする。

概要

背景

従来、上記のような振動エネルギー吸収装置として下記特許文献1が提案されている。図7はその具体的な構成の一例を示すもので、筒状のシリンダ1内に進退ロッド2を同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設け、そのシリンダ1内の進退ロッド2の周囲に鉛等の金属よりなるエネルギー吸収体3を収容配置すると共に、上記進退ロッド2の外周面に拡径部などの抵抗部2cを設けた構成である。

図中、5は進退ロッド2のスラスト軸受、6,7は上記シリンダ1の両端部を閉塞するキャップで、その各キャップ6,7はシリンダ1の端部にねじ結合され、一方のキャップ6は図で左側のスラスト軸受5に直接、また他方のキャップ7は図で右側のスラスト軸受5に筒状のスペーサ8を介して圧接させることによって、上記エネルギー吸収体3に所定の圧力(内圧)を付与している。

上記の構成において、例えば建築物等の構造体に作用する地震等の振動を吸収する場合には、その際に互いに相対移動する部位に、上記進退ロッド2の一端2aと、それと反対側のシリンダ1の端部とをそれぞれ連結し、地震等の振動発生時に前記抵抗部2cとエネルギー吸収体3との相対移動により該エネルギー吸収体3が流動的に塑性変形して振動エネルギーを吸収するものである。

ところが、上記のように進退ロッド2の外周面に拡径部などの抵抗部2cを設け、その抵抗部2cとエネルギー吸収体3との相対移動によって該エネルギー吸収体3を流動的に塑性変形させて振動エネルギーを吸収するものは、エネルギー吸収体3の充填密度充填圧力バラツキによって振動吸収性能が変動したり、上記のようにエネルギー吸収体3を流動的に塑性変形させる際に発生する熱でエネルギー吸収体3が軟化して振動吸収性能が低下する。さらに上記抵抗部2cとエネルギー吸収体3との相対移動を繰り返すうちにエネルギー吸収体3の抵抗や振動吸収性能および耐久性が低下する等の問題があった。

特表平8−510539号公報

概要

例えば建物免震装置などに用いる振動エネルギー吸収装置に係り、エネルギー吸収体の充填密度や充填圧力のバラツキ、もしくは振動吸収時に発生する熱等で振動吸収性能が変動したり、低下することがなく、振動吸収動作を繰り返し行っても長期間安定かつ良好に振動を吸収することのできる耐久性のよい振動エネルギー吸収装置を提供する。筒状のシリンダ1内に進退ロッド2を同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設けると共に、上記シリンダ1内の進退ロッド2の周囲にエネルギー吸収体3を収容配置し、地震等の振動発生時に上記エネルギー吸収体3と進退ロッド2とが相対移動したとき、上記エネルギー吸収体3と進退ロッド2との摩擦力で上記エネルギー吸収体3を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するようにしたことを特徴とする。

目的

本発明は上記従来の問題点に鑑みて提案したもので、エネルギー吸収体の充填密度や充填圧力のバラツキ、もしくは振動吸収時に発生する熱等で振動吸収性能が変動したり、低下することがなく、また振動吸収動作を繰り返し行っても長期間安定かつ良好に振動を吸収することのできる耐久性のよい振動エネルギー吸収装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

筒状のシリンダ内進退ロッドを同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設けると共に、上記シリンダ内の進退ロッドの周囲にエネルギー吸収体収容配置し、地震等の振動発生時に上記エネルギー吸収体と進退ロッドとが相対移動したとき、上記エネルギー吸収体と進退ロッドとの摩擦力で上記エネルギー吸収体を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するようにしたことを特徴とする振動エネルギー吸収装置

請求項2

前記エネルギー吸収体として、金、銀、ニッケルアルミニウム亜鉛、錫、鉛のいずれか又は上記いずれかの金属を含む少なくとも2種以上の金属の合金を用いることを特徴とする請求項1に記載の振動エネルギー吸収装置。

請求項3

前記エネルギー吸収体が、純度99%以上の錫とビスマスとの合金からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の振動エネルギー吸収装置。

技術分野

0001

本発明は、例えば建築物免震装置耐震装置もしくは各種機器配管等の制振装置などに用いる振動エネルギー吸収装置に関する。更に詳しくは、地震機械振動等の振動エネルギーを金属等よりなるエネルギー吸収体塑性変形することによって吸収する振動エネルギー吸収装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、上記のような振動エネルギー吸収装置として下記特許文献1が提案されている。図7はその具体的な構成の一例を示すもので、筒状のシリンダ1内に進退ロッド2を同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設け、そのシリンダ1内の進退ロッド2の周囲に鉛等の金属よりなるエネルギー吸収体3を収容配置すると共に、上記進退ロッド2の外周面に拡径部などの抵抗部2cを設けた構成である。

0003

図中、5は進退ロッド2のスラスト軸受、6,7は上記シリンダ1の両端部を閉塞するキャップで、その各キャップ6,7はシリンダ1の端部にねじ結合され、一方のキャップ6は図で左側のスラスト軸受5に直接、また他方のキャップ7は図で右側のスラスト軸受5に筒状のスペーサ8を介して圧接させることによって、上記エネルギー吸収体3に所定の圧力(内圧)を付与している。

0004

上記の構成において、例えば建築物等の構造体に作用する地震等の振動を吸収する場合には、その際に互いに相対移動する部位に、上記進退ロッド2の一端2aと、それと反対側のシリンダ1の端部とをそれぞれ連結し、地震等の振動発生時に前記抵抗部2cとエネルギー吸収体3との相対移動により該エネルギー吸収体3が流動的に塑性変形して振動エネルギーを吸収するものである。

0005

ところが、上記のように進退ロッド2の外周面に拡径部などの抵抗部2cを設け、その抵抗部2cとエネルギー吸収体3との相対移動によって該エネルギー吸収体3を流動的に塑性変形させて振動エネルギーを吸収するものは、エネルギー吸収体3の充填密度充填圧力バラツキによって振動吸収性能が変動したり、上記のようにエネルギー吸収体3を流動的に塑性変形させる際に発生する熱でエネルギー吸収体3が軟化して振動吸収性能が低下する。さらに上記抵抗部2cとエネルギー吸収体3との相対移動を繰り返すうちにエネルギー吸収体3の抵抗や振動吸収性能および耐久性が低下する等の問題があった。

0006

特表平8−510539号公報

発明が解決しようとする課題

0007

本発明は上記従来の問題点に鑑みて提案したもので、エネルギー吸収体の充填密度や充填圧力のバラツキ、もしくは振動吸収時に発生する熱等で振動吸収性能が変動したり、低下することがなく、また振動吸収動作を繰り返し行っても長期間安定かつ良好に振動を吸収することのできる耐久性のよい振動エネルギー吸収装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記の目的を達成するために本発明による振動エネルギー吸収装置は、以下の構成としたものである。すなわち、筒状のシリンダ内に進退ロッドを同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設けると共に、上記シリンダ内の進退ロッドの周囲にエネルギー吸収体を収容配置し、地震等の振動発生時に上記エネルギー吸収体と進退ロッドとが相対移動したとき、上記エネルギー吸収体と進退ロッドとの摩擦力で上記エネルギー吸収体を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するようにしたことを特徴とする。

発明の効果

0009

上記のように地震等の振動発生時にエネルギー吸収体と進退ロッドとが相対移動したとき、上記エネルギー吸収体と進退ロッドとの摩擦力で上記エネルギー吸収体を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するようにしたから、エネルギー吸収体の充填密度や充填圧力に多少のバラツキがあっても振動吸収性能が大きく変動することがなく、また地震等の振動エネルギー吸収時にはエネルギー吸収体は僅かに変形するだけで、前記従来例のように大きく変形することはないから熱の発生が少なく、それによって振動吸収性能が低下することもない。さらにエネルギー吸収体は上記のように僅かに変形だけなので繰り返し振動吸収動作を行っても性能が低下することがなく、長期間安定した耐久性のよい振動エネルギー吸収装置を提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

0010

以下、本発明による振動エネルギー吸収装置を、図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図1は本発明による振動エネルギー吸収装置の一実施形態を示すもので、同図(a)はその縦断正面図、同図(b)は(a)におけるb−b断面図である。

0011

本実施形態の振動エネルギー吸収装置Dは、断面円形の筒状のシリンダ1内に、丸棒状の進退ロッド2を同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設け、そのシリンダ1内の進退ロッド2の周囲にエネルギー吸収体3を収容配置した構成であり、上記進退ロッド2の周面には前記従来のような抵抗部2cを設けることなく、進退ロッド2とエネルギー吸収体3とは互いに直接摩擦接触させた構成である。図中、5は進退ロッド2のスラスト軸受、6,7はシリンダ1の両端部を閉塞するキャップ、8は筒状のスペーサで、それらは前記図4の従来例とほぼ同様に構成されている。

0012

上記のシリンダ1、進退ロッド2、スラスト軸受5、閉塞キャップ6,7、スペーサ8等の材質は適宜であるが、特にシリンダ1および進退ロッド2については、例えば鋼材等の比較的硬い金属を用いるのが望ましい。また上記エネルギー吸収体3の材質は、従来から使用されている鉛やその他の各種金属合金等が使用可能であるが、好ましくは降伏点が9.0N/mm2 以上、50.0N/mm2 以下の金属を用いるとよい。具体的には例えば、金、銀、銅、ニッケルアルミニウム亜鉛、錫、鉛のいずれか又は上記いずれかの金属を含む少なくとも2種以上の金属の合金等を用いるとよく、特に純度99%以上の錫とビスマスとの合金が好適である良い。上記のような比較的降伏点の高い金属を用いた場合には、その流出を防ぐためのシール材等を省略することができる。

0013

なお、上記図1の実施形態はシリンダ1および進退ロッド2の断面形状を円形に形成したが、その断面形状は三角形方形四角形)等の多角形、その他適宜である。図2はその一例を示すもので、同図(a)は本発明による振動エネルギー吸収装置の他の実施形態を示す縦断正面図、同図(b)は(a)におけるb−b断面図である。本実施形態の振動エネルギー吸収装置Dは、断面略方形の筒状のシリンダ1内に、角棒状の進退ロッド2を同心状に且つ軸線方向に相対移動可能に設けたもので、他の構成は前記図1の場合と同様である。上記シリンダ1および進退ロッド2を、このような方形もしくは四角形等の多角形に形成すると、シリンダ1に対する進退ロッド2の周方向のよじれや回動が阻止され、より安定性のよい振動エネルギー吸収装置が得られる。

0014

上記図1および図2の様に構成された振動エネルギー吸収装置Dを用いて例えば地震等の振動発生時に建築物等に伝達される振動エネルギーを吸収する場合には、前記従来例と同様に振動発生時に互いに相対移動する部位に配置すればよい。図3はその一例を示すもので、建築物Aの隣り合う柱等の縦材と、土台や梁等の横材とで囲まれた略方形の空間内において、その対角線方向に配置される筋交いの一部として本発明による振動エネルギー吸収装置Dを設けたものである。

0015

特に、図の場合は1つの建築物Aに複数個の振動エネルギー吸収装置Dを設置したもので、その各振動エネルギー吸収装置Dは、進退ロッド2の一端2aを連結金具11および固定金具12を介して上記対角線方向の一端側の角部に取付け、シリンダ1の閉塞キャップ7側の端部を延長ロッド13および固定金具14を介して上記対角線方向の他端側の角部に取付けた構成である。

0016

上記の構成において、地震等の振動で建築物が揺れたとき上記対角線の長さが変化し、それに伴って上記各振動エネルギー吸収装置Dの進退ロッド2がシリンダ1に対して相対移動することによって進退ロッド2がエネルギー吸収体3内を相対移動し、そのときの進退ロッド2とエネルギー吸収体3との摩擦力でエネルギー吸収体3を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するものである。

0017

図4は本発明による振動エネルギー吸収装置Dの他の配置構成例を示すもので、前記のように構成されたエネルギー吸収装置Dを、ビル等の建築物Aの上部構造体Bと、その土台等の下部構造体Cとの間に配置すると共に、上記進退ロッド2の一端2aをブラケット15を介して上部構造体Bに、シリンダ1の閉塞キャップ7側の端部をブラケット16を介して下部構造体Cにそれぞれ連結した構成である。なお図の配置構成例は本発明による振動エネルギー吸収装置Dを免震アイソレータMと併用したものであるが、本発明による振動エネルギー吸収装置Dのみを単独で使用したり、制振装置等の他の振動エネルギー吸収装置と併用することもできる。

0018

上記のように上部構造体Bと下部構造体Cとの間に本発明による振動エネルギー吸収装置Dを配置したことによって地震等で上部構造体Bと下部構造体Cとが水平方向に相対移動したとき、それに対応してエネルギー吸収装置Dのシリンダ1と進退ロッド2とが相対移動し、そのときの進退ロッド2とエネルギー吸収体3との摩擦力でエネルギー吸収体3を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するものである。

0019

以上のように本発明による振動エネルギー吸収装置は、地震等の振動で進退ロッド2とエネルギー吸収体3とが相対移動したとき、進退ロッド2とエネルギー吸収体3との摩擦でエネルギー吸収体3を僅かに塑性変形させながら振動エネルギーを吸収するものであるから、エネルギー吸収体の充填密度や充填圧力に多少のバラツキがあっても振動吸収性能が大きく変動することはなく、また振動エネルギー吸収時にはエネルギー吸収体3は僅かに変形するだけなので、繰り返し振動吸収動作を行っても性能が低下することなく長期間安定した耐久性のよい振動エネルギー吸収装置が得られる。

0020

さらにエネルギー吸収体3は上記のように僅かに変形するだけで、前記従来例のように大きく変形することはないので熱の発生が少なく、それによって振動吸収性能が低下することもない。なお、上記エネルギー吸収体3や進退ロッド2およびシリンダ1の材質として、例えば、金・銀・アルミニウム等の熱伝導率の高い金属を用いれば放熱性が向上し、熱がこもって摩擦係数が低下したり、エネルギー吸収体3が軟化して荷重が低下するのを更に効果的に防止することができる。

0021

また上記エネルギー吸収体と進退ロッドとの接触面には、両者の摩擦力を増大させるための処理を適宜施すようにしてもよく、例えば進退ロッドのエネルギー吸収体との接触面に粗面加工を施す。あるいはエネルギー吸収体3に所定の圧力を付与して内圧を高めれば、進退ロッドとの接触部の摩擦力を増大させることができ、上記の内圧を適宜調整すれば、上記の摩擦力を増減することもできる。

0022

本発明の具体的な実施例として前記図1に示すような振動エネルギー吸収装置を実際に作製して種々の特性を調べた。図5は上記の振動エネルギー吸収装置を試験体として試験を行った際の荷重変位履歴曲線図(P−δ線図)である。エネルギー吸収性能は良好で、繰り返し耐久性ともよいことが容易に推察することができる。また上記の試験後その試験体を確認した結果、ひび割れ破断等は一切見られなかった。

0023

また図6は前記の振動エネルギー吸収装置を試験体としてシリンダ1を固定し、進退ロッド2をその軸線方向に約12mmの振幅で繰り返し振動させたときの繰返し数に対する荷重上昇率を示すもので、荷重は繰返し数が増えても僅かな上昇で、耐久性に優れ、安定した荷重性能である。

0024

以上説明したように本発明による振動エネルギー吸収装置は、進退ロッド2に前記従来のような抵抗部2cを設けることなく、進退ロッド2とエネルギー吸収体3との接触部の摩擦力でエネルギー吸収体3を僅かに塑性変形させながら振動を吸収するものであるから、極めて簡単な構成によって耐久性および安定性のよい振動エネルギー吸収装置を容易・安価に得ることが可能となり、この種の振動エネルギー吸収装置の小型化および軽量化、並びに設計や選択の自由度を増大させることができる。

図面の簡単な説明

0025

(a)は本発明による振動エネルギー吸収装置の一実施形態を示す縦断面図、(b)は(a)におけるb−b断面図。
(a)は本発明による振動エネルギー吸収装置の他の実施形態を示す縦断面図、(b)は(a)におけるb−b断面図。
上記の振動エネルギー吸収装置を建築物の筋交いに適用した例の説明図。
上記の振動エネルギー吸収装置を建築物の基礎部分に配置した例の説明図。
本発明による振動エネルギー吸収装置の偏倚特性を示す履歴曲線図。
本発明による振動エネルギー吸収装置の振動繰返し数に対する荷重上昇率を示すグラフ
従来の振動エネルギー吸収装置の一例を示す縦断面図。

符号の説明

0026

1シリンダ
2進退ロッド
2a 端部
2c抵抗部
3エネルギー吸収体
5スラスト軸受
6、7閉塞キャップ
8スペーサ
11連結金具
12、14固定金具
13延長ロッド
15、16 ブラケット

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