JP2006090486A - 粘弾性ダンパー - Google Patents
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Abstract
【課題】 柱1と梁2などのように互いに交差する二つの部材が地震などにより振動したとき、その両部材のあらゆる方向や形態の変位に対応することができ、且つその変位の方向や形態にかかわらず常に確実に制震機能を発揮させることのできる粘弾性ダンパーを提供することを目的とする。
【解決手段】 互いに交差する二つの部材1、2にそれぞれアーム7,8を回動自在に軸支し、当該アーム7,8同士を、粘弾性体を介して回動自在に結合する。アーム7,8に面部材9,10又は円筒体15と軸体16などを固定し、それらの間に粘弾性体を介在させることができる。
【選択図】 図3
【解決手段】 互いに交差する二つの部材1、2にそれぞれアーム7,8を回動自在に軸支し、当該アーム7,8同士を、粘弾性体を介して回動自在に結合する。アーム7,8に面部材9,10又は円筒体15と軸体16などを固定し、それらの間に粘弾性体を介在させることができる。
【選択図】 図3
Description
本発明は、建築物又は構築物の制震装置としての粘弾性ダンパーに関するものであって、特に柱と梁などのように互いに交差する二つの部材の結合部に設置し、振動による両部材の相対的な変位を抑制する粘弾性ダンパーに関するものである。
従来から建築物や構築物の耐震構造として粘弾性ダンパーが多く使用されているが、特に木造家屋における柱と梁との耐震補強部材として、粘弾性を利用したものとしては、例えば特開2000−160683号公報や特開2001−295506号公報などに記載されたものが知られている。
図1は特開2000−160683号公報の例を示すものであって、柱1と梁2とにそれぞれ面部材3,4を固定し、その面部材3,4間に粘弾性体5を挟持したものである。そして地震などにより柱1と梁2とに相対的な変位が生じたときには、面部材3,4に挟持された粘弾性体5に変形が生じ、粘弾性体5の粘性により振動エネルギーを吸収すると共に、弾性により変形を回復して制震効果を生じるのである。
しかしながらこの構造では、面部材3,4は常時は図2に実線及び破線で示す位置にあり、梁2が柱1に対して水平方向に振動したときには面部材4は面部材3に対して鎖線aで示すように水平方向に変位するだけであるのに対し、梁2が柱1に対して傾動したときには、面部材4は面部材3に対して鎖線bで示されるように回動を伴う変位を生じることとなり、面部材3と面部材4との変位の形態によって粘弾性体5にかかる変形の方向や大きさが複雑に変化する。
そのため、梁2と柱1との相対的な変位の方向や形態、大きさにより、粘弾性体5に生じる変形が複雑に変化し、この粘弾性ダンパーを設計するに当たって、粘弾性体5による振動に対する抵抗の大きさや復元力を算出することが極めて困難となり、建築物の構造による最適なダンパーを設計することが困難である。
また前記特開2001−295506号公報に示されたものは、面部材3,4がボルトで締め付けられており、面部材3,4は回動運動のみが可能となっているが、各面部材3,4はそれぞれ柱1及び梁2に固定されているため、振動に際して柱1と梁2とが前記ボルトを回動中心とする回動を生じたときのみ有効であり、それ以外の平行移動などの振動を生じたときには、粘弾性ダンパーとして機能しない恐れがある。
特開2000−160683号公報
特開2001−295506号公報
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、柱1と梁2などのように互いに交差する二つの部材が地震などにより振動したとき、その両部材のあらゆる方向や形態の変位に対応することができ、且つその変位の方向や形態にかかわらず常に確実に制震機能を発揮させることのできる粘弾性ダンパーを提供することを目的とするものである。
而して本発明の粘弾性ダンパーは、互いに交差する二つの部材にそれぞれアームを回動自在に軸支し、当該アーム同士を、粘弾性体を介して回動自在に結合してなることを特徴とするものである。
本発明においては、前記二つのアームにそれぞれ互いに平行な面部材を固定し、当該面部材間に前記粘弾性体を挟持し、面部材同士を回動軸により回動自在に軸支したものとすることができる。
この構造においては、前記アームの少なくとも一方に複数の面部材を設け、他方のアームに設けられた面部材を前記複数の面部材の間に配置し、これらの面部材間に前記粘弾性体を挟持せしめたものとすることができる。
また本発明の粘弾性ダンパーの他の形態として、前記一方のアームに当該アームに直交する軸体を固定し、他方のアームに前記軸体に間隔をおいて遊嵌する円筒体を固定し、当該円筒体と前記軸体との間隔内に粘弾性体を配置したものとすることができる。
また本発明におけるさらに他の形態として、前記一方のアームに当該アームに直交する軸体を固定し、他方のアームに前記軸体に遊嵌する筒体を固定し、前記軸体の表面と前記筒体の内面にそれぞれ略半径方向に延びる圧縮壁を形成し、当該圧縮壁の間に粘弾性体を配置したものとすることもできる。この形態においては、前記粘弾性体が、比較的硬い粘弾性体と比較的柔らかい粘弾性体とを、その圧縮方向に重ね合わせたものとすることが好ましい。
本発明においては、前記粘弾性体は、未加硫ゴムを前記アーム間、面部材間又は円筒体と軸体との間に挟持し、これを加熱加圧して未加硫ゴムを加硫すると共に、前記アーム、面部材又は円筒体及び軸体に加硫接着してなるものとすることができる。
また本発明における前記粘弾性体は、粘弾性を有する素材を所定の形状に成型したものであって、前記アーム、面部材、筒体及び軸体又は圧縮壁に貼着されているものとすることができる。また前記粘弾性体として、所定の箇所に流動性を有する高分子材料を充填し、これを硬化させてなるものとすることもできる。
本発明によれば、互いに交差する二つの部材にそれぞれアームを回動自在に軸支し、さらに当該アーム同士を回動自在に結合すると共に、その両アームの結合部に粘弾性体を介在せしめているので、前記二つの部材間に相対的な変位があったときには、その変位の形態や方向、大きさにかかわらず全てアーム間の回動に集約され、当該アームの角度の変化に伴う粘弾性体の変形となって現れる。
従って二つの部材が相対的にどのように変位するにしても、当該変位に伴う両アームの部材に対する回動中心間の距離の変化が判れば、アーム同士の回動角度を算出することができ、当該回動に伴う粘弾性体による変形抵抗の大きさや復元力を容易に算出し、建築物などに最適の粘弾性ダンパーを設計することができる。
以下本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図3及び図4(a)は本発明の粘弾性ダンパー6の一形態を示すものであって、木造建築物の柱1と梁2のように互いに交差する二つの部材に、それぞれアーム7,8がピン13,14により回動自在に軸支されている。
そして当該アーム7,8の先端にはそれぞれ面部材9,10が固定されており、当該面部材9,10はその間に粘弾性体11が挟持され、且つ回動軸12により回動自在に軸支されている。
而して地震などの振動により柱1と梁2との間に相対的な変位が生じたとき、例えば図5に実線で示すように柱1が梁2に対して左に傾動した場合には、ピン13,14の間隔が図3のaから図5におけるbのように大きくなり、逆に右に傾動した場合には鎖線で示すようにピン13,14の間隔がcのように小さくなり、それらに伴ってアーム7,8間に回動軸12を中心とする相対的な回動が生じ、当該回動に対して粘弾性体11が抵抗となり、補強効果を生じるのである。
このとき柱1と梁2との相対的な変位が、図5に示すような柱1の傾動によるものであれ、柱1に対する梁2の上下動又は左右動であれ、なんらかの変位が生じればそこにピン13,14の間隔の変化が生じ、それに伴う面部材9,10間の回動軸12を中心とする回動運動に集約されることとなる。またこのとき回動軸12の位置は固定されていないので、図5に示すように自由に動くことができる。
従って柱1と梁2との変位の形態や方向にかかわらず、ピン13,14間の距離が変化すればそれに伴う面部材9,10の回動角度が判り、さらにそれに伴う粘弾性体11の変形を算出することができ、柱1と梁2との変位に対する粘弾性体11の抵抗力や補強効果の大きさを容易に算出することができるので、各建築物における個々の箇所に対して、常に最適の粘弾性ダンパー6を設計して使用することができるのである。
なお図4(a)においては、柱1及び梁2に対してそれぞれ単一の面部材9,10が設けられているが、本発明はこれに限られるものではなく、複数の面部材9,10を設けることもできる。
図4(b)は、梁2にアーム8を介して二つの面部材10が設けられており、当該二つの面部材10の間に柱1に設けられた面部材9が配置され、その面部材9とその両側の面部材10との間にそれぞれ粘弾性体11が挟持されている。
図4(c)はさらに他の例であって、柱1及び梁2にアーム7,8を介してそれぞれ二つの面部材9,10が設けられており、これらの面部材9,10が交互に重なり合うように組み合わされ、各面部材9と面部材10との間にそれぞれ粘弾性体11が挟持されたものである。
これらの例においては、面部材9,10の数が増すに従って柱1と梁2との変位に対する補強効果が大きくなり、建築物又は構築物の構造によっては、さらに面部材9,10の数を増すことも可能であることは言うまでもない。
図6は本発明の粘弾性ダンパー6の他の形態を示すものであって、柱1にピン13により軸支されたアーム7に当該アーム7に直交する軸体16が固定されており、梁2にピン14により軸支されたアーム8には当該アーム8に直交する円筒体15が固定されている。そしてその円筒体15と軸体16とは間隔をおいて遊嵌され、その間隔内に環状の粘弾性体17が配置されている。
図7は前記粘弾性ダンパー6の変形例を示すものであって、柱1に軸支されたアーム7の両側にそれぞれ軸体16,16が固定され、梁2に軸支された一対のアーム8,8にそれぞれ円筒体15,15が固定されており、当該円筒体15,15はそれぞれ前記軸体16,16に間隔をおいて遊嵌され、当該円筒体15,15と軸体16,16との間隔内に粘弾性体17,17が配置されている。
而してこれらの形態においては、地震などの振動により柱1と梁2との間に相対的な変位が生じ、ピン13,14の間隔が変化したときは、それに伴ってアーム7,8を介して円筒体15とその中の軸体16との間に相対的な回動が生じ、その円筒体15と軸体16との間に配置された粘弾性体17に剪断力が働き、それに対して粘弾性体17が抵抗となり、補強効果を生じるのである。
図8は本発明のさらに他の実施の形態を示すものであって、柱1に軸支されたアーム7に筒体20を固定し、梁2に軸支された一対のアーム8に設けられたフランジ18間に軸体21を固定している。軸体21は筒体20内に遊嵌されていると共に、筒体20の内面及び軸体21の外面にはそれぞれ筒体20及び軸体21の半径方向に延びる圧縮壁22,23が形成されている。
この例において圧縮壁22,23は、筒体20の内面に突設された板体を圧縮壁22とし、分銅形の軸体21の傾斜面を圧縮壁23としているが、この形状に限らず、筒体20と軸体21との相対的な回動により、圧縮壁22,23の間隔が大小に変化し得るように設けられていれば良い。
而して筒体20の圧縮壁22と軸体21の圧縮壁23と筒体20の内面とに囲まれた空間に、略扇形の粘弾性体24が配置されている。なおこの粘弾性体24は、圧縮壁22,23のいずれか一方にのみ固着されていることが好ましい。
而してこの例においては、筒体20と軸体21とが相対的に回動することにより、圧縮壁22,23に挟まれた粘弾性体24の一方が圧縮され、その圧縮力が前記回動に対する抵抗となり、補強効果を生じるのである。
筒体20と軸体21との回動の方向により圧縮される粘弾性体24が異り、振動により両方向に交互に回動する場合には、両粘弾性体24が交互に圧縮され、両方への振動に対して補強されるのである。圧縮されない粘弾性体24は、逆方向に回動している間に先に圧縮された変形が回復する。
図9及び図10はさらに他の形態を示すものであって、図8における粘弾性体24が、比較的硬く圧縮されにくい粘弾性体24aと、比較的柔らかく圧縮され易い粘弾性体24bとが、その圧縮方向に重ね合わされて形成されている。
而して筒体20と軸体21とが相対的な回動を生じたときには、図8におけると同様、粘弾性体24に圧縮力が作用し、それが変形に対する抵抗となる。このとき小地震や風雨、交通振動などにより比較的小規模の振動に対しては、図10(a)に示すように柔らかい粘弾性体24bが変形することにより小規模の振動を軽減する。
それに対し大規模な地震などにより、筒体20と軸体21とが粘弾性体24bが圧縮される限界を越えて回動を生じたときには、図10(b)に示すように粘弾性体24bは極限まで圧縮されると共に堅い粘弾性体24aも圧縮され、振動に対してより大きい抵抗を生じ、より大きな補強効果を生じるのである。
以上述べたように本発明によれば、振動により互いに交差する部材1,2に相対的な変位が生じたときには、その変位の形態や方向に拘らず、アーム7,8を軸支したピン13,14間の距離の変化が生じ、その変化がアーム7,8の角度の変化となり、当該アーム7,18又はそれらに固定された面部材9,10、円筒体15と軸体16、筒体20と軸体21の間の相対的な回動となって現れ、粘弾性体11,17,24がその回動に対する抵抗となる。
従ってピン13,14の距離の最大変化量が判ればそれに伴うアーム7,8の回動角度が判り、粘弾性体による回動に対する抵抗の大きさを求めることができ、設置箇所に応じた最適の粘弾性ダンパー6を容易に設計することができ、且つその設計通りの制震効果が期待できるのである。
本発明における前記粘弾性体11,17,24は、粘弾性を有する素材をその設置箇所に応じた所定の形状に成型し、それものを前記アーム7,8、面部材9,10、円筒体15及び軸体16又は圧縮壁22,23における所定の箇所に貼着することにより設置することができる。
また本発明における前記粘弾性体11,17,24を設置する他の手段として、当該粘弾性体11,17,24を設置すべき所定の箇所に、流動性を有する高分子材料を充填し、これを硬化させることにより、当該箇所に粘弾性体11,17,24を形成することもできる。
本発明の粘弾性粘弾性ダンパー6は、以上の説明のおいては主として木造建築物における柱1と梁2との間に設置される制震装置として説明したが、その用途はこれに限られるものではなく、互いに交差する梁の間に設置することもでき、また鉄筋コンクリート建築による建築物や、橋梁の落橋防止装置などの各種の構築物における制震装置として使用することも可能である。
1 部材(柱)
2 部材(梁)
6 粘弾性ダンパー
7、8 アーム
9、10 面部材
11、17、24 粘弾性体
12 回動軸
15 円筒体
16 軸体
20 筒体
21 軸体
22、23 圧縮壁
24a 堅い粘弾性体
24b 柔らかい粘弾性体
2 部材(梁)
6 粘弾性ダンパー
7、8 アーム
9、10 面部材
11、17、24 粘弾性体
12 回動軸
15 円筒体
16 軸体
20 筒体
21 軸体
22、23 圧縮壁
24a 堅い粘弾性体
24b 柔らかい粘弾性体
Claims (9)
- 互いに交差する二つの部材(1,2)にそれぞれアーム(7,8)を回動自在に軸支し、当該アーム(7,8)同士を、粘弾性体(11,17,24)を介して回動自在に結合してなることを特徴とする、粘弾性ダンパー
- 前記二つのアーム(7,8)にそれぞれ互いに平行な面部材(9,10)を固定し、当該面部材(9,10)間に前記粘弾性体(11)を挟持し、面部材(9,10)同士を回動軸(12)により回動自在に軸支したことを特徴とする、請求項1に記載の粘弾性ダンパー
- 前記アーム(7,8)の少なくとも一方に複数の面部材(9,10)を設け、他方のアーム(7,8)に設けられた面部材(9,10)を前記複数の面部材(9,10)の間に配置し、これらの面部材(9,10)間に前記粘弾性体(11)を挟持せしめたことを特徴とする、請求項2に記載の粘弾性ダンパー
- 前記一方のアーム(8)に当該アーム(8)に直交する軸体(16)を固定し、他方のアーム(7)に前記軸体(16)に間隔をおいて遊嵌する円筒体(15)を固定し、当該円筒体(15)と前記軸体(16)との間隔内に粘弾性体(17)を配置したことを特徴とする、請求項1に記載の粘弾性ダンパー
- 前記一方のアーム(8)に当該アーム(7,8)に直交する軸体(21)を固定し、他方のアーム(7)に前記軸体(21)に遊嵌する筒体(20)を固定し、前記軸体(21)の表面と前記筒体(20)の内面にそれぞれ略半径方向に延びる圧縮壁(22,23)を形成し、当該圧縮壁(22,23)の間に粘弾性体(24)を配置したことを特徴とする、請求項1に記載の粘弾性ダンパー
- 前記粘弾性体(24)が、比較的硬い粘弾性体(24a)と比較的柔らかい粘弾性体(24b)とを、その圧縮方向に重ね合わせたものであることを特徴とする、請求項5に記載の粘弾性ダンパー
- 前記粘弾性体(11,17)が、未加硫ゴムを前記アーム(7,8)間、面部材(9,10)間又は円筒体(15)と軸体(16)との間に挟持し、これを加熱加圧して未加硫ゴムを加硫すると共に、前記アーム(7,8)、面部材(9,10)又は円筒体(15)及び軸体(16)に加硫接着してなるものであることを特徴とする、請求項1、2、3又は4に記載の粘弾性ダンパー
- 前記粘弾性体(11,17,24)が、粘弾性を有する素材を所定の形状に成型したものであって、前記アーム(7,8)、面部材(9,10)、円筒体(15)及び軸体(16)又は圧縮壁(22,23)に貼着されていることを特徴とする、請求項1、2、3、4、5又は6に記載の粘弾性ダンパー
- 前記粘弾性体(11,17,24)が、所定の箇所に流動性を有する高分子材料を充填し、これを硬化させてなるものであることを特徴とする、請求項1、2、3、4、5又は6に記載の粘弾性ダンパー
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007285328A (ja) * | 2006-04-12 | 2007-11-01 | Daiwa House Ind Co Ltd | 制震機構 |
JP2011207470A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Eurocopter | ブレードダンパおよびこのダンパが取り付けられたロータ |
WO2016032317A1 (en) * | 2014-08-25 | 2016-03-03 | Universiti Malaya | Rotary rubber damper for beam-column connection |
CN106481132A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-03-08 | 西安建筑科技大学 | 一种圆盘形状记忆合金阻尼器 |
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2004
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US8636472B2 (en) | 2010-03-29 | 2014-01-28 | Eurocopter | Blade damper, and a rotor fitted with such a damper |
WO2016032317A1 (en) * | 2014-08-25 | 2016-03-03 | Universiti Malaya | Rotary rubber damper for beam-column connection |
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