JP2006090486A - 粘弾性ダンパー - Google Patents

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

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。

従来の粘弾性ダンパーを示すものであって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 図１の粘弾性ダンパーの振動時の挙動を示す側面図 本発明の粘弾性ダンパーの一形態を示す側面図 図３の粘弾性ダンパーのIV−IV断面図を示すものであって、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ面部材の数の異る例を示すものである。 図３の粘弾性ダンパーにおける振動時の挙動を示す側面図 本発明の粘弾性ダンパーの他の形態を示すものであって、（ａ）は（ｂ）におけるａ−ａ断面図、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ断面図である。 図６の粘弾性ダンパーの変形例を示すものであって、（ａ）は（ｂ）におけるａ−ａ断面図、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ断面図である。 本発明の粘弾性ダンパーのさらに他の形態を示すものであって、（ａ）は（ｂ）におけるａ−ａ断面図、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ断面図である。 図８の粘弾性ダンパーの変形例を示す（ａ）に相当する断面図 図９の粘弾性ダンパーの振動時の挙動を示す断面図であって、（ａ）は小規模の振動時を示し、（ｂ）は大規模の振動時を示すものである。

符号の説明

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

Claims (9)

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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
6. 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
7. 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
8. 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
9. 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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