JP2008542642A - Energy absorption / force limited friction coupling - Google Patents

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Abstract

機械的エネルギ吸収特性を有する装置は、例えば、地震領域内の建物などの構造体内の選択された点の間で接続することができる。地震中に一方の接続可能部品が他方の接続可能部品に対して移動すると、装置の一方の部品が他方の部品に対して所定位置に柔軟に押し付けられたときに製造時に内的に入れられた張力によって摩擦が確保される。使用時に装置が減衰力を与えると、その部品間に加えられる力は、摺動摩擦が始まる所定の力より以上、または同等となる。  A device having mechanical energy absorption characteristics can be connected between selected points in a structure such as a building in an earthquake region, for example. When one connectable part moves relative to the other connectable part during an earthquake, one part of the device was inserted internally during manufacturing when it was flexibly pressed into place against the other part Friction is ensured by tension. When the device provides a damping force in use, the force applied between the parts is greater than or equal to a predetermined force at which sliding friction begins.

Description

本発明は、機械的エネルギを熱へ受動的に変換することにより望ましくない機械的エネルギを吸収し且つ所定の負荷で滑ることにより力を制限するためのカップリング装置に関する。特に、本発明は、建物などの構造体を保護して地震中のダメージを減少させるのに用いる受動エネルギ散逸装置に関する。   The present invention relates to a coupling device for absorbing undesired mechanical energy by passively converting mechanical energy into heat and limiting force by sliding at a predetermined load. In particular, the present invention relates to a passive energy dissipation device used to protect structures such as buildings and reduce damage during earthquakes.

定義
「残留張力」この発明において、残留張力は、製造時に装置内に入れられて主に弾性によっていつまでも維持される伸張型の歪みの結果として生み出される力であり、当該力は含まれる材料の関連される特性である。 Definitions "Residual tension" In this invention, residual tension is the force created as a result of an extensional strain that is placed in the device during manufacture and is maintained indefinitely primarily by elasticity, which is related to the materials involved Is a characteristic.

「残留圧縮」この発明において、残留圧縮は、製造時に装置内に入れられて主に弾性によっていつまでも維持される圧縮型の歪みの結果として生み出される力であり、当該力は含まれる材料の関連される特性である。   “Residual compression” In this invention, residual compression is a force created as a result of a compression-type strain that is placed in the device at the time of manufacture and maintained primarily by elasticity, which is related to the materials involved. It is a characteristic.

「フック材料」この本文では、スチールが弾塑性材料として記載されている。フックの法則は、材料体が変形（歪み）される量が変形を引き起こす力（応力）に直線的に関連付けられること、すなわち、ｆ＝−ｋｘであることを述べる近似である。スチールは、上限まで線形フック領域（変位および力が直線的に且つ可逆的に関連付けられる）を示し、上限を超えると、スチールは、この発明で使用される延性（塑性）領域に入り、一方、更に大きく変形すると破断する。図３を参照されたい。   “Hook Material” In this text, steel is described as an elastoplastic material. Hook's law is an approximation that states that the amount by which a material body is deformed (strained) is linearly related to the force (stress) that causes the deformation, ie, f = −kx. Steel exhibits a linear hook region (displacement and force are associated linearly and reversibly) up to the upper limit, above which the steel enters the ductile (plastic) region used in this invention, while If it deforms further, it breaks. Please refer to FIG.

地震が起こる危険がある場所に建築される建物などの人工構造体または他の構造体は、建物に対して構造的なダメージを引き起こす可能性がある「大きな」地震の際に地面の動きの結果であるダメージを防止する手段を含んでいる場合がある。予測できない持続時間および振幅が、リリースされるのに比較的に予測できない量の閉じ込められたエネルギに関連付けられたとしても、全ての地震は限界がある。その予測不可能性を考えると、過度の動き（ほぼ弾性タイプ）を防止するための手段を含ませることではダメージを防止するのに時として不十分ではあるが、少なくとも危険が減少される。エネルギを散逸するようになっている専用の装置がない場合、構造体の一部分は、非弾性的な挙動を示し、動きをある程度まで弱める場合があるが、通常、これは、構造体のその部分に対する永久的なダメージまたは破損という犠牲を伴う。   Artificial structures such as buildings or other structures that are built where earthquakes are at risk may cause structural damage to the building, resulting in movement of the ground during “large” earthquakes. It may include means for preventing damage. Even if unpredictable duration and amplitude are associated with a relatively unpredictable amount of trapped energy to be released, all earthquakes are limited. Given its unpredictability, including means to prevent excessive movement (substantially elastic type) is sometimes insufficient to prevent damage, but at least the risk is reduced. In the absence of a dedicated device that is designed to dissipate energy, a portion of the structure may exhibit inelastic behavior and may weaken movement to some extent, but this is usually the same as that portion of the structure At the expense of permanent damage or breakage.

他の手法は、専用の装置を使用して構造体中に延性を導入することである。内部負荷、設計風荷重、熱膨張または収縮によって引き起こされる力などの一般的な力は、動きに抵抗するが許容するための手段を作動させるのに十分ではない。そのような手段は、通常、非弾性変形を伴うことなく所定の閾値よりも小さい力に抵抗し、また、その閾値を超えると、変形することにより、エネルギを吸収して、その力によって引き起こされる動きを弱めるとともに、構造体の他の部品に伝えられる力を制限する。   Another approach is to introduce ductility into the structure using a dedicated device. General forces, such as those caused by internal loads, design wind loads, thermal expansion or contraction, are not sufficient to actuate the means to resist but allow motion. Such means usually resist forces below a predetermined threshold without inelastic deformation, and when that threshold is exceeded, by deforming, it absorbs energy and is caused by that force Reduces movement and limits the force transmitted to other parts of the structure.

地震で誘発された揺れにさらされる構造体の限られた動きに抵抗すると共にこれを許容する手段は、構造体中の想定し得る共振を弱めなければならない（任意の態様で）。共振動作が振動の初期の大きさを誇張する場合があり、かつ構造体の崩壊をもたらす可能性があるので、これは望ましい。   Means that resist and allow limited movement of the structure subject to earthquake-induced shaking must attenuate possible resonances in the structure (in any manner). This is desirable because the resonant action may exaggerate the initial magnitude of vibration and can result in collapse of the structure.

制御された動きに抵抗すると共にこれを許容する手段は、望ましくは、任意の個々の要素に伝えられる力がその要素の破損を引き起こす力未満に制限されるように構成されなければならない。また、当該手段は、任意の個々の要素に伝えられる力が制限され、そのため、構造体中の加速度の制限されるように構成されなければならない。   The means that resists and allows for controlled movement should desirably be configured so that the force transmitted to any individual element is limited to less than the force that causes the element to break. Also, the means must be configured so that the force transmitted to any individual element is limited and therefore the acceleration in the structure is limited.

建物における基板に対する動きを弱めるための受動的エネルギ吸収システムについては既に説明されている。アイケン・アイ・ディ（Ａｉｋｅｎ Ｉ Ｄ)外共著、「地震スペックトラ（Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｓｐｅｃｔｒａ）」、（カリフォルニア州）、第９巻、第３号、３６頁（１９９３年８月、 Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、 Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）（非特許文献１）には、７つの異なる受動的エネルギ散逸システム、すなわち、クーロン摩擦システムである３つのシステム、ダニエル（Ｉｎｃ）エネルギ散逸抑制がストッパを伴う摺動摩擦抑制の形態である１つのシステム、ＡＤＡＳ（ａｄｄｅｄ ｄａｍｐｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）スチール要素を使用するシステム、粘弾性剪断ダンパを使用するシステム、ニッケル−チタン合金形状記憶装置を使用するシステムについて記載されている。   A passive energy absorption system for reducing movement relative to the substrate in a building has already been described. Aiken ID, “Earthquake spectra”, (California), Vol. 9, No. 3, p. 36 (August 1993, Earthquake Engineering Research Institute, Calif.) (Non-Patent Document 1) includes seven different passive energy dissipation systems, namely three systems that are Coulomb friction systems, one that is a form of sliding friction suppression with a stopper (Inc) energy dissipation. Systems, systems using ADAS (added damping and stiffness) steel elements, systems using viscoelastic shear dampers, systems using nickel-titanium alloy shape memory It has been mounting.

摺動摩擦ダンパ、例えばｋｅｍｅｎｙに対して付与された米国特許５５６０１６２（特許文献１）に記載されるダンパは、シャフトと摩擦係合するスプリットグリッピングブロックを介して軸支された地震ブレーキを使用する。グリッピングブロックにはライナが設けられており、グリッピングブロックによって形成されるクランプ力を調整することにより、ライナとシャフトとの間の摩擦を調整することができる。クランプ力は、グリッピングブロックの２つの半体を互いに引き寄せることによりシャフトに対して主に単軸のクランプ作用を生み出すボルトによって形成される。この解決策は、うまく機能し得るが、不必要に複雑で及び／又は高価であり、また、装置の較正が難しく信頼できない場合がある。更に、特定の摩擦が設計技師によって指定される場合、この装置の現場調整可能性により、ダンパの特性が仕様外となるように、装置が使用時に変更され得る場合がある。   A sliding friction damper, such as the damper described in US Pat. No. 5,560,162 issued to kemeny, uses a seismic brake pivoted through a split gripping block that frictionally engages the shaft. The gripping block is provided with a liner, and the friction between the liner and the shaft can be adjusted by adjusting the clamping force formed by the gripping block. The clamping force is formed by a bolt that creates a primarily uniaxial clamping action on the shaft by pulling the two halves of the gripping block together. This solution may work well, but is unnecessarily complicated and / or expensive, and the device may be difficult and unreliable. In addition, if a specific friction is specified by the design engineer, the field adjustability of the device may allow the device to be changed in use such that the damper characteristics are out of specification.

明細書中の任意の従来技術に対する参照は、従来技術が任意の権限における共通の一般知識の一部を形成するという確認または任意の形態の示唆ではなく、また、そのように解釈されるべきではない。
米国特許第５５６０１６２号 アイケン・アイ・ディ（Aiken I D)外共著、「地震スペックトラ（Earthquake spectra）」、（カリフォルニア州）、第９巻、第３号、地震工学研究所（Earthquake Engineer Research Institute）、１９９３年８月、３６頁 Reference to any prior art in the specification is not a confirmation or any form of suggestion that the prior art forms part of common general knowledge in any authority and should not be construed as such Absent.
US Pat. No. 5,560,162 Aiken ID, “Earthquake spectra”, (California), Vol. 9, No. 3, Earthquake Engineering Research Institute, August 1993 , P. 36

本発明の目的は、機械的エネルギを熱へと受動的に変換することにより構造体中の２点で望ましくない機械的エネルギを吸収する、或いは少なくとも有用な選択を与えるカップリング装置を提供することである。本発明の他の目的は、単なる一例として与えられる以下の説明から明らかとなる。   It is an object of the present invention to provide a coupling device that absorbs unwanted mechanical energy at two points in a structure by passively converting mechanical energy into heat, or at least provides a useful choice. It is. Other objects of the present invention will become apparent from the following description given by way of example only.

第１の広い態様において、本発明は、地震等の事象により建物を含む人工構造体内に引き起こされる動きに起因する破損を減少させるためのエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置であって、前記装置は、当該装置から延び且つ第１の構造要素を固定するために端部にある第１の取付手段をもって終端する第１の部材と、前記装置から延び且つ第２の構造要素を固定するために端部にある第１の取付手段をもって終端する第２の部材とを有し、前記装置内には摩擦領域が設けられ、前記摩擦領域は、第１の部材の摩擦可能部分と第２の部材の摩擦可能部分とによって占められ、前記第２の部材は、前記摩擦領域において所定の距離にわたって前記第１の部材に対して摩擦摺動動作を受けることができ、前記摩擦領域での摩擦は、少なくとも一部が弾塑性特性を有する材料から成るクランプ手段を含めることが確保され、前記クランプ手段は前記摩擦領域付近で前記部材同士を摩擦接触でクランブするエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置を提供する。   In a first broad aspect, the present invention is an energy absorption and force limiting friction coupling device for reducing damage caused by movement caused in an artificial structure including a building by an event such as an earthquake, A first member extending from the device and terminating with a first attachment means at an end for securing the first structural element, and for extending the device and securing the second structural element A second member that terminates with a first attachment means at the end, wherein a friction region is provided in the device, the friction region comprising a frictionable portion of the first member and a second member The second member can be subjected to a frictional sliding motion with respect to the first member over a predetermined distance in the friction region, and the friction in the friction region is At least It is ensured to include a clamping means partly made of a material having elasto-plastic properties, the clamping means providing an energy absorbing and force limiting friction coupling device that clamps the members in frictional contact near the friction region. .

好ましくは、前記クランプ手段には、当該クランプ手段の延性範囲に入り且つ前記クランプ手段内で降伏を生じさせる十分な力を課すことによって残留張力を予め荷重させることができ、それにより、使用時、前記第１および第２の取付手段同士の間に加えられる少なくとも予測できる大きさの力が、所定の距離にわたって摩擦摺動動作を引き起こすとともに、前記装置内の前記摩擦領域で機械的エネルギを熱へ変換する。   Preferably, the clamping means can be pre-loaded with residual tension by imposing a sufficient force to enter the ductility range of the clamping means and cause yielding in the clamping means, so that in use, A force of at least a predictable magnitude applied between the first and second attachment means causes a frictional sliding motion over a predetermined distance, and mechanical energy is transferred to heat in the friction region within the device. Convert.

第１の関連する態様において、本発明は、エネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置であって、前記クランプ手段が、第１および第２の部材を摩擦接触状態に維持できる最大の入れられた張力を含み、前記張力は、前記装置の製造時にクランプ手段内に入れられるとともに、弾塑性特性を有する材料を少なくとも降伏点まで変形させることによって製造時に最大にされる、エネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置を提供する。   In a first related aspect, the present invention is an energy absorbing and force limiting friction coupling device, wherein the clamping means is a maximum applied tension capable of maintaining the first and second members in frictional contact. Energy absorbing and force limiting friction coupling, wherein the tension is placed in clamping means during manufacture of the device and maximized during manufacture by deforming a material having elastoplastic properties to at least the yield point Providing equipment.

関連する態様において、本発明は、前記摩擦領域が、一方の部材に対して取り付けられ、他方の部材の一部に沿って摺動できる摩擦促進材料を含んでいる、エネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置を提供する。   In a related aspect, the present invention provides an energy absorbing and force limiting friction cup wherein the friction region includes a friction promoting material attached to one member and slidable along a portion of the other member. A ring device is provided.

１つのオプションにおいて、一方の部材に対して取り付けられる前記摩擦促進材料は、中空シリンダの形態を成すとともに、前記摩擦促進部材は、周りで強制的に伸張された際に径方向に引張られた状態で、且つ他方の部材の摩擦可能部分を形成する平坦面シャフトと摩擦接触した状態で存在する。   In one option, the friction facilitating material attached to one member is in the form of a hollow cylinder, and the friction facilitating member is radially stretched when forced around And in a state of frictional contact with the flat shaft that forms the rubbable portion of the other member.

他のオプションにおいて、一方の部材に対して取り付けられる前記摩擦促進材料は、強制的に内部に封入されるとともに、径方向に圧縮された状態で且つ他方の部材と摩擦接触して存在し、他方の部材の摩擦可能部分は、前記摩擦促進材料を取り囲む長尺な平行面キャビティを備えている。   In another option, the friction promoting material attached to one member is forcibly enclosed inside and present in a radially compressed state and in frictional contact with the other member, The frictional portion of the member includes an elongated parallel surface cavity surrounding the friction promoting material.

更なるオプションでは、前記摩擦促進材料が前記クランプ手段と同一である（例えば、強力な銅合金であるリン青銅(ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｂｒｏｎｚｅ)）。   In a further option, the friction promoting material is the same as the clamping means (e.g. phosphor bronze, a strong copper alloy).

他の関連する態様において、本発明は、前記摩擦領域がそれぞれが金属から成る並置された摩擦面を含むエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置を提供する。   In another related aspect, the present invention provides an energy absorbing and force limiting friction coupling device wherein the friction regions include juxtaposed friction surfaces each made of metal.

第１の摩擦面は、銅および銅合金を含む範囲から選択される金属から成ることが好ましい。   The first friction surface is preferably made of a metal selected from a range including copper and a copper alloy.

また、第２の摩擦面がスチールから成ることも好ましい。   It is also preferable that the second friction surface is made of steel.

随意的に、グラファイトおよびメッキ鉛を含む範囲から選択される潤滑剤が製造時に含められる。   Optionally, a lubricant selected from a range comprising graphite and plated lead is included during manufacture.

第２の広い態様において、本発明は、この部分で前述したエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置を製造する方法であって、組み付けプロセス中に前記装置の前記クランプ手段の少なくとも弾性部分内に残留張力が入れられ、そのプロセス中に、前記第１の部材の摩擦可能部分を備える選択されたシャフトを、小型の空間または開口を通じて前記第２の部材の摩擦可能部分に挿通させ、シャフト寸法は、前記組み付けプロセス中に前記クランプ手段に対して加えられる力が前記クランプ手段の降伏応力を超えるのに十分となるように選択され、それにより、前記装置の前記クランプ手段の少なくとも一部が延性範囲に入るようにされ、その結果、クランプ手段内に存在する最大張力が一貫して経時的に摩擦領域に加えられる方法を提供する。   In a second broad aspect, the present invention is a method of manufacturing the energy absorbing and force limiting friction coupling device described hereinabove in this portion, which remains in at least the elastic portion of the clamping means of the device during the assembly process. Tension is applied and during the process a selected shaft comprising the frictional part of the first member is inserted through a small space or opening into the frictional part of the second member, the shaft dimension being The force applied to the clamping means during the assembly process is selected to be sufficient to exceed the yield stress of the clamping means, so that at least a portion of the clamping means of the device is in the ductile range. Providing a method in which the maximum tension present in the clamping means is consistently applied to the friction area over time .

製造中に前記クランプ手段に対して加えられる力の大きさは、使用中に当該装置に適用できる記述的特性として記録されることが好ましい。   The magnitude of the force applied to the clamping means during manufacture is preferably recorded as a descriptive characteristic that can be applied to the device during use.

さらに、特に、前記方法は、特定の力特性を有する部品を予め選択する少なくとも１つのステップを含み、前記方法は、
（ａ）組み付けられるべき部品を選択する際に以下の式を適用するステップと、
摺動力＝２μＬπｔＦy、
ここで、Ｌ＝摩擦促進材料の長さ（環体の形状であるとする）
μ＝他方の部材の摩擦可能部分に対する摩擦促進材料の摩擦係数
ｔ＝環体の厚さ
Ｆy＝環体の降伏応力
ｒf＝環体の摩擦面の半径
（ｂ）そのようにして選択された前記部品をプレス内に配置するステップと、
（ｃ）前記部品同士を互いに押し付けるステップと、
を備えている。 More particularly, the method includes at least one step of preselecting a part having a specific force characteristic, the method comprising:
(A) applying the following formula in selecting a part to be assembled;
Sliding force = 2 μLπtF y ,
Here, L = length of the friction promoting material (assuming the shape of the ring)
μ = coefficient of friction of the friction promoting material with respect to the frictional part of the other member t = the thickness of the ring F y = the yield stress of the ring r f = the radius of the friction surface of the ring (b) Placing the parts in a press;
(C) pressing the parts together;
It has.

関連する態様において、前記方法は、回転相対動作で用いる等価な式も提供する。   In a related aspect, the method also provides an equivalent equation for use in rotational relative motion.

回転トルク＝２πｒfμＬｔＦy
ここでは、同じ変数を用いる。 Rotational torque = 2πr f μLtF y
Here, the same variable is used.

第３の広い態様において、本発明は、過負荷解放カップリングを提供する。当該カップリングは、トルクが摺動摩擦の開始に対応するレベルを下回っているままである限り、損失を伴うことなくトルクを伝えることができ、また、過負荷解放カップリングは、トルクの少なくとも一部を熱の形態で分散し始める。   In a third broad aspect, the present invention provides an overload release coupling. The coupling can transmit torque without loss as long as the torque remains below the level corresponding to the onset of sliding friction, and the overload release coupling can be at least part of the torque. Begins to disperse in the form of heat.

好ましい実施形態
その全ての新規な態様において考慮されるべき本発明の更なる態様は、本発明の可能な実施形態の一例として与えられる以下の説明から明らかとなる。ここで成される本発明の説明は、単なる一例として与えられており、決して本発明の範囲または程度を制限するように解釈されるべきではない。 Preferred Embodiments Further aspects of the invention to be considered in all its novel aspects will become apparent from the following description given as an example of possible embodiments of the invention. The description of the invention made herein is provided by way of example only and should not be construed to limit the scope or extent of the invention in any way.

この明細書の全体にわたって、本文がその他の点を要求していなければ、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」の使用および「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」等の変形の使用は、記載されている完全体（integer）またはステップ或いは完全体またはステップのグループを含むが、記載されている完全体またはステップ或いは完全体またはステップのグループを排除しないことを示唆するものである。   Throughout this specification, the use of the terms “comprise” and variations such as “comprising”, “comprises”, etc., unless the text requires otherwise. It includes the stated integers or steps or completes or groups of steps, but suggests not to exclude the described completes or steps or completes or groups of steps.

本発明の完成した形態は、時として、「ＫＥＡ」装置と称される。   The completed form of the invention is sometimes referred to as a “KEA” device.

主な摺動動作
図１、２、４は、２つの部品を含むこの装置の概念的なバージョンを示している。すなわち、チューブ３００の内側でスライドできるロッド１００であり、このチューブ３００は、一例として、ロッドと摩擦接触するようになっている部分２００、すなわち「摩擦塊」を含んでいる。装置は、かなりの内部摩擦を使用して、ロッドの軸に沿う或いはロッドの軸を中心とする２つの部品の相対的な移動を妨げる。静止摩擦および滑り摩擦の両方を適用できる。なお、ロッドの寸法がその長さに沿って変わる場合、得られる滑り摩擦量は一定ではない。約１／５００の直径許容範囲が非常に適している。本発明は、１つの構造体の１つの要素を各端部から突出する従来の接続手段を使用して他の要素に対して接続するように設置されるものであり、装置に対して加えられる力が十分に大きい場合には、装置内で相対的な移動が生じ、内部生成摩擦の結果として熱が生み出される。 Main sliding operation FIGS. 1, 2 and 4 show a conceptual version of this device comprising two parts. That is, the rod 100 is slidable inside the tube 300, and the tube 300 includes, as an example, a portion 200 that is in frictional contact with the rod, that is, a “frictional mass”. The device uses significant internal friction to prevent relative movement of the two parts along or about the rod axis. Both static and sliding friction can be applied. It should be noted that the amount of sliding friction obtained is not constant when the dimensions of the rod vary along its length. A diameter tolerance of about 1/500 is very suitable. The present invention is installed to connect one element of one structure to other elements using conventional connecting means projecting from each end and is added to the device If the force is large enough, relative movement occurs within the device and heat is generated as a result of internally generated friction.

要素間の摩擦量が望ましい態様で１つの要素が他の要素に対してスライドするようになっている場合には、意図的に加えられて制御される力を使用して２つの物体を互いに対して押し付けるための要件が存在しても良い。この押し付け力は、重力などの既存の力から生じても良く、あるいは、既存の力を増幅させるネジ、レバーまたは他の機構の使用に起因しても良く、または、ある場合には、当該力は、（例えば）磁気吸引力またはスプリングによって加えられる引張り或いは圧縮から生じる。   If the amount of friction between the elements is such that one element slides relative to the other element, a force that is intentionally applied and controlled is used to move the two objects against each other. There may be a requirement for pressing. This pushing force may result from an existing force, such as gravity, or may be due to the use of a screw, lever, or other mechanism that amplifies the existing force, or in some cases, the force Arise from (for example) magnetic attraction or tension or compression applied by a spring.

この発明において、頼りとなる摩擦界面または摩擦面上の力は、製造時にここでは「クランプ手段」と一般に称される装置の１つ以上の部品に対して加えられた降伏点を越える力の望ましい結果である「残留張力」（または、残留圧縮）によって引き起こされる。前記力は、（特に）引張或いは圧縮時に関与する部品の弾塑性特性によっていつまでも維持される。スチールは、関与する部品にとって好ましい材料である。   In this invention, the force on the friction interface or surface that is relied upon is preferably a force that exceeds the yield point applied to one or more parts of the device, commonly referred to herein as "clamping means" during manufacture. It is caused by the resulting “residual tension” (or residual compression). Said force is maintained indefinitely by (particularly) the elastoplastic properties of the parts involved during tension or compression. Steel is a preferred material for the parts involved.

建設中、非常にきつい不嵌合状態（ｍｉｓ−ｆｉｔｓ）となるように形成される２つの部品は、好ましくは、フックの法則の弾性領域を超えて曲がることができる十分な力であって、部品の強度が例えば破断による任意の方法で損なわれるような度合いにまで好ましくは至らないが１つ以上の部品の最終的な降伏（多くの場合、目に見える永久歪を伴う）を引き起こすことができる十分な力をもって、互いに（押圧して）組み付けられる。図１は、組み付け前におけるシャフト１００および摩擦発生リング２００を示している。穴の直径は、シャフトの直径よりも意図的に小さく形成されている。組み付けは、矢印２０１で示されるように、意図的に非常に小さいリング２００をシャフトのテーパ部１０１上にわたってシャフトの本体上へ向けて押し進める（あるいは、無論、逆に、テーパシャフトをリング内へ押し込む）ことを含んでいる。押し進めていく最中に、そのような大きな軸方向力が使用されることにより、摩擦部材２００が全体として拡張される。摩擦部材自体、あるいは、摩擦部材を取り囲むクランプ手段（スリーブまたはシリンダ３００）は、大き過ぎるシャフトの通過のために必要な力によって塑性変形される。残留張力によって有効に高められるリング２００とシャフト１００との間の接触圧領域は、静止摩擦および滑り摩擦が存在する部位である。図２において、シャフト上に嵌合するために伸張されなければならないリングは、このとき、リングの直径をその当初のサイズへと戻そうとする張力（矢印２０２、残留張力）を含んでいる。製造中、シャフトのテーパ端部１０１は、開口３０２内へ押し込まれて摩擦部材２００の穴２０３に挿通された後、所定の位置に残される。   During construction, the two parts formed to be very tight mis-fits are preferably of sufficient force to bend beyond the elastic region of Hook's Law, May cause the final yield (often with visible permanent strain) of one or more parts, although not preferably to the extent that the strength of the part is compromised in any way, for example by breakage They are assembled together (pressed) with sufficient force. FIG. 1 shows the shaft 100 and the friction generating ring 200 before assembly. The diameter of the hole is intentionally smaller than the diameter of the shaft. Assembly is intentionally pushed as shown by arrow 201 with a very small ring 200 over the shaft taper 101 onto the body of the shaft (or of course, conversely, the tapered shaft is pushed into the ring. ). The friction member 200 is expanded as a whole by using such a large axial force during pushing. The friction member itself or the clamping means (sleeve or cylinder 300) surrounding the friction member are plastically deformed by the force required for the passage of the shaft which is too large. The contact pressure region between the ring 200 and the shaft 100 that is effectively increased by the residual tension is a portion where static friction and sliding friction exist. In FIG. 2, the ring that must be stretched to fit on the shaft now contains tension (arrow 202, residual tension) that attempts to return the ring diameter to its original size. During manufacture, the taper end 101 of the shaft is left in place after being pushed into the opening 302 and inserted through the hole 203 of the friction member 200.

図１、２、４の実施例は、本発明を成すための唯一の可能な方法ではない。例えば、図５は、入口にテーパ３０１Ａが設けられた比較的小型の囲繞チューブ１００内へ挿入することにより変形されたリング２００Ａを示しており、これにより、リング内の残留圧縮は、リングを拡張させてチューブ１００の内面に接触させようとし、その結果、接触領域で摩擦が促進される。リングは、周方向切り欠き(ｎｏｔｃｈ)３０１Ａ内に保持される。本発明の実用的形態（図４〜９）は、残留張力が摩擦塊２００の表面での摩擦効果を高める作用を成すように構成されている。リング（または、中空管状部３００の伸張された部分３０１などの外側支持体−図４）をその弾性限度を越えて伸張させる結果として、摩擦を生み出す表面に及ぼされる張力２０２は、何らかの形態の機械的な力増幅を伴うことなく受動的装置で都合良く加えられ得る力と同じ程度の大きさになる。   The embodiment of FIGS. 1, 2 and 4 is not the only possible way to make the present invention. For example, FIG. 5 shows a ring 200A that has been deformed by insertion into a relatively small enclosure tube 100 with a taper 301A at the inlet so that residual compression in the ring expands the ring. To try to contact the inner surface of the tube 100, and as a result, friction is promoted in the contact area. The ring is retained in a circumferential notch 301A. The practical form of the present invention (FIGS. 4 to 9) is configured such that the residual tension acts to enhance the friction effect on the surface of the friction mass 200. As a result of stretching the ring (or outer support, such as the stretched portion 301 of the hollow tubular section 300-FIG. 4) beyond its elastic limit, the tension 202 exerted on the surface that creates the friction is some form of machine. As large as the force that can be conveniently applied in a passive device without the associated force amplification.

図３は、スチール等の弾塑性材料における従来の応力（Ｙ）／歪み（Ｘ）または力（Ｙ）／変位（Ｘ）グラフ３１０を示している。応力または力（垂直軸）は、図２のリング状部品２００における張力２０２を表わしており、一方、歪みまたは変位は、組み付け中に引き起こされる変形量に関連し得る。グラフの原点３１１から３１２へ向かう曲線の急勾配の立ち上がり部分は弾性範囲であり、３１２から３１３までの部分は、弾性のない降伏変形が生じる延性範囲であり、また、３１３を越えると、材料の破断が予想し得る。なお、既に降伏点に達した物質のその後の応力緩和は、もう一つの直線を辿って、ここでは線３１５〜３１６として示されるように右の方へオフセットし、既存の幾何学的構成下で得られる残留力が比較的制限される。そのため、腐食または不当な再使用などの影響を監視して制御しなければならない。本発明に係る装置に組み込まれた不嵌合の程度（図４の態様の場合のように）は、結果としてグラフ上の帯域３１４付近で例えば４％の伸びの変形を引き起こすようになっている。降伏領域（３１２〜３１３）における曲線のほぼ水平な勾配は、不嵌合の実際の度合いに対して有用な許容範囲を与える。組み付けの関連するステップが降伏強さを越えなかった場合（すなわち、点３１２を通過しなかった場合）、摩擦面にわたって加えられる力は、（ａ）小さく、また、（ｂ）あまり予測できない或いは不変であるが、結果として得られる装置は何らかの有用性を保つ。その場合、曲線の適用できる部分は比較的垂直である。その場合の残留張力は、組み付け中に使用される実際の力に大きく依存している。この発明は、確かな大きさの残留張力を生み出すために使用される弾塑性材料の延性範囲に入ることが好ましい。装置の少なくとも１つの部品の変形の弾性限度を製造中に超えなかった本発明のバージョンがなされる場合、そのような装置は有用性が低下する。これは、クランプ手段内の残留張力または残留圧縮力の最大量が得られないからであり、また、実際に組み込まれる力の大きさを決定することが更に難しくなるからである。   FIG. 3 shows a conventional stress (Y) / strain (X) or force (Y) / displacement (X) graph 310 in an elastoplastic material such as steel. Stress or force (vertical axis) represents the tension 202 in the ring-shaped part 200 of FIG. 2, while strain or displacement can be related to the amount of deformation caused during assembly. The steep rising portion of the curve from the origin 311 to 312 of the graph is the elastic range, the portion from 312 to 313 is the ductility range in which yielding deformation occurs without elasticity, and if it exceeds 313, the material Breakage can be expected. Note that the subsequent stress relaxation of the material that has already reached the yield point follows another straight line, here offset to the right as shown by lines 315-316, under the existing geometric configuration. The resulting residual force is relatively limited. Therefore, the effects of corrosion or unauthorized reuse must be monitored and controlled. The degree of disengagement incorporated into the device according to the present invention (as in the case of the embodiment of FIG. 4) results in a deformation of, for example, 4% elongation near the band 314 on the graph. . The nearly horizontal slope of the curve in the yield region (312 to 313) provides a useful tolerance for the actual degree of mating. If the relevant steps of assembly do not exceed the yield strength (ie, do not pass point 312), the force applied across the friction surface is (a) small and (b) less predictable or invariant. However, the resulting device retains some usefulness. In that case, the applicable part of the curve is relatively vertical. The residual tension in that case is highly dependent on the actual force used during assembly. The invention preferably falls within the ductility range of elastoplastic materials used to produce a certain amount of residual tension. If a version of the invention is made that does not exceed the elastic limit of deformation of at least one part of the device during manufacture, such a device is less useful. This is because the maximum amount of residual tension or residual compressive force in the clamping means cannot be obtained, and it is more difficult to determine the amount of force that is actually incorporated.

前記概念は、以下のように図４において実現される。部材１００（随意的には、一端にテーパ端部１０１を有し且つ他端に適切な接続手段(図示せず）を有する中空シャフトまたは中実ロッド）は装置の一方の摺動部品を備える。一方、動きをもたらすために十分な力が加えられる場合に第１の部品に対して摩擦を生み出す他方の摺動部品は、開口３０２および拡張領域３０１を有する管状（中空）部材３００によって形成されており、拡張領域３０１内には、摩擦部材２００が部材２００、１００間の摩擦発生領域でシャフト１００に対して密接保持されている。摩擦部材２００は、（ａ）変形された領域３０１の寸法制限、または、（図５の場合のような）保持切り欠き３０１Ａの使用、または、（図６の場合のような）摩擦部材２００−ここでは、カラー（ｃｏｌｌａｒ）またはスリーブ３０１の内側の摩擦層２０２から形成される複合体−の封入後にシャフト／チューブ３００に対して溶着される狭い開口３０２を有する成形シリンダ３０３の使用などの従来の手段によって上下移動が抑制される（同様に、第２の部品のための接続手段はここには示されていない）。   The concept is implemented in FIG. 4 as follows. The member 100 (optionally a hollow shaft or solid rod having a tapered end 101 at one end and suitable connecting means (not shown) at the other end) comprises one sliding part of the device. On the other hand, the other sliding component that produces friction against the first component when sufficient force is applied to effect movement is formed by a tubular (hollow) member 300 having an opening 302 and an expansion region 301. In the extended region 301, the friction member 200 is held in close contact with the shaft 100 in the friction generation region between the members 200 and 100. Friction member 200 may be: (a) dimensional limitation of deformed region 301, use of retaining notch 301A (as in FIG. 5), or friction member 200- (as in FIG. 6). Here, conventional use such as the use of a molding cylinder 303 having a narrow opening 302 welded to the shaft / tube 300 after encapsulation of the collar or composite formed from the friction layer 202 inside the sleeve 301. Means suppress vertical movement (similarly, connection means for the second part are not shown here).

通常は、組み付けプロセスの後に、歪みに一貫性があったこと、したがって、破断が生じていなかったことを検証する。なぜなら、それは、径方向の力の最終的な大きさを弱めるからである。非弾性変形を受ける部品は、摩擦材料であるとともに、スチールであることが好ましい外側のバンドまたはスリーブである。なぜなら、そのような材料は、良好な特性を有しており、一部の摩擦材料の特性よりも良好であるからである。摩擦材料自体が適切な特性を有していれば、第２のバンドまたはスリーブを伴うことなく当該摩擦材料を使用することができる。例えば、幾つかのタイプのリン青銅は適切な特性を有している。実際には、製造プロセスの完了後、複数の部品が張力を受けるが、１つの部品だけが変形を呈する可能性が高い。これらの部品は、（ａ）摩擦部材２００、及び／又は、（ｂ）拡張された収容外側壁３０１、及び／又は、（ｃ）摩擦部材の内側のシャフト１００を含んでいる。摩擦部材２００は、締め付け力（クランプ力）に著しく寄与しないように意図的に弱くすることができる。その場合、外側スリーブ３０１が全ての歪み力を受け、その後、その内側の残留張力が摩擦部材をシャフト１００の周囲で締め付けて閉じ、それにより、受動的エネルギが熱へ変換される間に克服されなければならない全ての力が摩擦面に加えられる。   Usually, after the assembly process, it is verified that the strain was consistent and therefore no breakage occurred. Because it weakens the final magnitude of the radial force. The part that undergoes inelastic deformation is an outer band or sleeve that is a friction material and is preferably steel. This is because such materials have good properties and are better than those of some friction materials. If the friction material itself has suitable properties, it can be used without a second band or sleeve. For example, some types of phosphor bronze have suitable properties. In practice, after completion of the manufacturing process, multiple parts are under tension, but only one part is likely to exhibit deformation. These parts include (a) the friction member 200 and / or (b) the expanded outer housing wall 301 and / or (c) the shaft 100 inside the friction member. The friction member 200 can be intentionally weakened so as not to contribute significantly to the clamping force (clamping force). In that case, the outer sleeve 301 is subjected to all the strain forces, after which the residual tension inside it is overcome by clamping the friction member around the shaft 100 and thereby converting the passive energy into heat. All the forces that must be applied are applied to the friction surface.

したがって、「クーロンのような摩擦」によって機械的エネルギを熱へと受動的に変換する装置としての本発明の結果的な特性は、少なくとも降伏強さを超え且つ何らかの目に見える歪みが存在し、それにより、組み付け後に固有の張力が残存する限り、（ａ）寸法、および、（ｂ）材料によって少なくともおおよそ決定される。加えられる力の大きさが小さい場合、本発明は、一方の部品の他方の部品に対する動きをそれ自体受けることなく力を伝達する。力が静止摩擦に打ち勝つように十分に大きい或いは大きくなる場合には、相対的な動きが生じ、その間に、多くのエネルギが熱に変換される。力が方向を変え始めると、おそらく地震波の場合のように、力が方向を変えて再び静止摩擦限度を越えるまで、静止摩擦が再び支配的となる。変位に対する力のプロットは、閉ループの形態で矩形のヒステリシス曲線（図１１参照）を与える。そのようなダンパーの望ましい特徴は、部分的には材料の選択によって、また、部分的には物理的構造によって、プロットにより取り囲まれる大きな領域を有していることである。図１１において、本発明の図４のバージョンに類似し且つスチールに対する黄銅カートリッジの摩擦の組み合わせを使用する装置の試行は、右上角に加えられたマイナスの（ベクトル）力を増大させることから始まった。マイナスの力が加えられる間、トレースが左へ向かって移動するその横軸の位相に入るまで、僅かな量の変位のみが見られたが、力の振幅の実際の変化は伴わなかった。その期間中、摺動摩擦が存在し、力は、トレースによって取り囲まれる面積に比例する熱へと変換された（クーロンのような摩擦）。左下側で力の方向が逆転されると、加えられる力が再び静止摩擦を超えるまで、静止摩擦が再び支配的となり、また、トレースが右へ向かって略水平に移動した。トレースは１つのループを形成した。これは、加えられる力がマイナス方向とプラス方向との間で周期的に変化すると、静止摩擦とその後の滑り摩擦とが順に存在するからである。過度の地震エネルギによる過熱の場合、装置は、融点に近づいて、及んでいる摩擦作用を停止し、保護下にある構造体が更に自由に移動できるようにする。したがって、稼動中の構造により、過熱を防止するのに十分な熱塊が装置内に存在するようになる。リン青銅摩擦装置を有する同様の装置の試行は、縮小ループ効果の大きな減少を示した。   Thus, the resulting property of the present invention as a device that passively converts mechanical energy into heat by “coulomb-like friction” is at least beyond the yield strength and some visible strain exists, Thereby, as long as inherent tension remains after assembly, it is at least approximately determined by (a) dimensions and (b) material. If the magnitude of the applied force is small, the present invention transmits the force without itself undergoing movement of one part relative to the other part. If the force is large or large enough to overcome stiction, relative movement occurs, during which a lot of energy is converted to heat. When the force begins to change direction, static friction becomes dominant again, until the force changes direction and again exceeds the static friction limit, perhaps as in the case of seismic waves. The plot of force against displacement gives a rectangular hysteresis curve (see FIG. 11) in the form of a closed loop. A desirable feature of such a damper is that it has a large area surrounded by the plot, partly by the choice of material and partly by the physical structure. In FIG. 11, a trial of a device similar to the version of FIG. 4 of the present invention and using a combination of friction of a brass cartridge against steel began with increasing the negative (vector) force applied to the upper right corner. . While a negative force was applied, only a small amount of displacement was seen until the trace entered its abscissa phase moving towards the left, but without an actual change in force amplitude. During that period, there was sliding friction and the force was converted into heat proportional to the area surrounded by the trace (coulomb-like friction). When the direction of the force was reversed on the lower left side, the static friction again became dominant until the applied force again exceeded the static friction, and the trace moved almost horizontally towards the right. The trace formed one loop. This is because when the applied force periodically changes between the minus direction and the plus direction, static friction and subsequent sliding friction sequentially exist. In the event of overheating due to excessive seismic energy, the device approaches the melting point and stops the frictional action that is exerted, allowing the protected structure to move more freely. Thus, due to the operating structure, there will be sufficient hot mass in the device to prevent overheating. A similar device trial with a phosphor bronze friction device showed a significant reduction in the reduced loop effect.

主に回転動作
ここで、我々は、回転シャフトに沿って加えられても良いトルクの大きさを制限するのに用いる本発明のバージョンについて考える。この用途において、本発明は、過負荷解放カップリングとしての機能を果たす。この実施例は、本発明内で結果として歪みをもたらす不嵌合部品を意図的に用いて組み付け手続きで１つの部品を他方部品に通過させるという原理を再び使用して、先の実施例における場合と同じ一般的な態様で製造される。結果として、クランプ手段が装置内に構成され、また、クランプ手段は、２つの部材を互いにきつくクランプする作用を成す張力（または、幾つかのバージョンでは、圧縮）が予め荷重されるが、それにもかかわらず、他方の部材に対して一方の部材に加えられるトルクが所定の限界を超える場合に摺動摩擦を起こすことができる。確かに、同じ装置（例えば、図４または図５に示される装置）が使用され、形成されても良く、また、当該同じ装置には、選択された回転適合カップリングのみを使用して変更される同じ方法で残留張力または残留圧縮が予め荷重されても良い。図７は簡略化された形態の断面図であり、実際の装置は例えばこれよりもかなり短くても良い。回転軸は一点鎖線７０１である。スプラインカップリングが各端部（７０２および７０３）に設けられる。他の部品は他の場所と呼ばれる。キー溝、または、ギア、または、シャフト上の平面に対して作用するネジによって保持されるプーリなどの他の適したカップリングが技術的に良く知られている。製造プロセスは、少なくとも何らかの変形（しかし、降伏領域内に入らない）を伴わなければならない強制的な組み付けステップ後にトルク制限装置が第１の部材（１００）および第２の部材（３００、装置が正確に作動するように）のための略同軸な回転軸７０１を保持していることを検証することが好ましい。このタイプの装置は、回転方向および並進方向の予期しない動を吸収するのに役立っても良い。伝達機能は以下の通りである。すなわち、最大伝達トルクを超えなければ両方向で、出力が入力回転に追従して回転する。その場合、出力が滑り且つ入力と出力との間の差が熱へ変換される。この発明は、少なくとも１つの形態においてそれがコンパクトであり且つ所定の略一定の特性を有しているという利点を有している。一般に、比較的小さい熱容量を有するコンパクトな形態は、多大な出力が熱へ変換される可能性が高い用途では使用されるべきではなく、緊急使用のために確保しておくべきである。 Mainly Rotational Action Here we consider a version of the invention used to limit the amount of torque that may be applied along the rotating shaft. In this application, the present invention serves as an overload release coupling. This embodiment is the case in the previous embodiment, again using the principle of intentionally using a non-fitting part that results in distortion within the present invention and passing one part through the other part in the assembly procedure. In the same general manner. As a result, the clamping means are configured in the device, and the clamping means are preloaded with tension (or compression in some versions) that acts to tightly clamp the two members together. Regardless, sliding friction can occur when the torque applied to one member exceeds the predetermined limit relative to the other member. Indeed, the same device (eg, the device shown in FIG. 4 or FIG. 5) may be used and formed, and the same device is modified using only selected rotationally compatible couplings. Residual tension or residual compression may be preloaded in the same way. FIG. 7 is a simplified cross-sectional view, and the actual device may be considerably shorter, for example. The rotation axis is a one-dot chain line 701. A spline coupling is provided at each end (702 and 703). Other parts are called other places. Other suitable couplings are well known in the art, such as a keyway or a gear or a pulley held by a screw acting against a plane on the shaft. The manufacturing process must be accompanied by at least some deformation (but not within the yield region) after the compulsory assembly step, the torque limiting device is the first member (100) and the second member (300, the device is accurate It is preferable to verify that it holds a generally coaxial axis of rotation 701 for This type of device may help to absorb unexpected movement in the rotational and translational directions. The transmission function is as follows. That is, if the maximum transmission torque is not exceeded, the output rotates in both directions following the input rotation. In that case, the output slips and the difference between input and output is converted to heat. The present invention has the advantage that in at least one form it is compact and has certain substantially constant characteristics. In general, a compact form with a relatively small heat capacity should not be used in applications where a large amount of power is likely to be converted to heat, but should be reserved for emergency use.

用途は、全てのタイプの車両、芝刈り機、農業および土木機械、コンベア、粉砕機、シュレッダー、ボート用プロペラドライブ、フードミキサー、印刷機械および他の機械、ドア・ゲート開放装置を含んでおり、また、多数の他の関連用途も利用できる。   Applications include all types of vehicles, lawn mowers, agricultural and civil engineering machinery, conveyors, crushers, shredders, boat propeller drives, food mixers, printing machinery and other machinery, door and gate opening devices, A number of other related uses are also available.

このタイプの回転可能カップリングを形成するための方法は、特定のトルク特性を有する部品の事前選択において以下の簡略化された式を使用しても良い。   A method for forming this type of rotatable coupling may use the following simplified formula in preselecting parts with specific torque characteristics.

回転トルク＝２πｒfμＬｔＦy
ここで、Ｌ＝摩擦促進材料（環体の形状を成しているものとする）の長さ、
μ＝他方の部材の摩擦能力がある部分（摩擦可能部分）に対する摩擦促進材料の摩擦係数、
ｔ＝環体の厚さ、
Ｆy＝環体の降伏応力、
ｒf＝環体の摩擦面の半径。 Rotational torque = 2πr f μLtF y
Where L = the length of the friction promoting material (assuming that it is in the shape of an annulus),
μ = coefficient of friction of the friction-promoting material with respect to the frictional part of the other member (frictionable part),
t = ring thickness,
F y = yield stress of the ring,
r f = radius of the friction surface of the ring.

選択後、好ましくは使用される力を監視しつつ、部品同士が押し付けられ（他のところで説明する）、それにより、個々の装置が事前較正された態様で供給されても良い。   After selection, the parts may be pressed together (discussed elsewhere), preferably monitoring the forces used, so that individual devices may be supplied in a pre-calibrated manner.

幾つかの用途
図８は、（ワッシャ８０２、８０２Ａにより取り囲まれる）垂直ビームに挿通されても良い「Ｋｅａ」装置の双方向バージョンを示しており、その中心シャフト１００Ａ〜１００の両端は、ナット８０１、８０１Ａを有するネジ山により例えば水平ビームに対して取り付けられても良い。ナット８０１、８０１Ａ、ストッパとしての機能も果たす。 Some Applications FIG. 8 shows a bi-directional version of the “Kea” device that may be threaded through a vertical beam (enclosed by washers 802, 802A), the ends of its central shafts 100A-100 being nuts 801. , 801A may be attached to, for example, a horizontal beam. Also functions as nuts 801, 801A and stoppers.

図９および図１０は、鉄筋コンクリートと共に使用するのに適する「Ｋｅａ」装置の２つのバージョンを示している。この場合、例えば、これらの装置は、最上部に建てられた構造体の揺れを減らすのに役立つ。図９のバージョンは、特に、表面と平行であるが表面の下側にある補強バーが開口９０１に挿通される場合に、硬化コンクリートから引張られるのに抵抗する傾向がある鐘型ベース９００を用いて形成されている。図１０のバージョンは、頑丈なバー１００１上にその管状端部１０００が溶接される（１００２）のにより適しており、また、このバージョンは、コンクリート塊内にある必要はない。   FIGS. 9 and 10 show two versions of the “Kea” device suitable for use with reinforced concrete. In this case, for example, these devices help to reduce the shaking of the structure built on top. The version of FIG. 9 uses a bell-shaped base 900 that tends to resist pulling from hardened concrete, particularly when a reinforcing bar that is parallel to the surface but below the surface is inserted through the opening 901. Is formed. The version of FIG. 10 is more suitable for its tubular end 1000 to be welded (1002) onto a sturdy bar 1001, and this version need not be in a concrete mass.

図１２（１２ａとして）は、フレーム構造体１２００および地震において見られる動き（破線）のタイプを示しており、一方、図１２ｂは、「Ｋｅａ」装置（１２０１）が堅い垂直ビーム１２０２と堅い水平ビーム１２０３との間に配置されても良い設備の一例を正面図で詳細に示している。図１３は、設置された図１２ｂに係る「Ｋｅａ」装置の実用的な正面図である。図１４は、地震の間に硬質ベース１４０２上で硬質ブロック構造体１４０１がどのように揺れ動き得るのかを示しているが、そのような動きは「Ｋｅａ」装置９００（例えば、図９の装置）の使用によって妨げられる。図１５ａは、各階で水平ビーム１２０３を支持するスライドベアリング１５０２および摺動ブレース(ｂｒａｃｅｓ)と組み合わせて硬質三角ブレース１５０１を使用する構造体１５００を示しており、また、図１５ｂは、地震の際に横方向の動きを弱めるために「Ｋｅａ」装置１２０１がどのように使用され得るのかを示している。   FIG. 12 (as 12a) shows the frame structure 1200 and the type of motion (dashed lines) seen in an earthquake, while FIG. 12b shows that the “Kea” device (1201) is a rigid vertical beam 1202 and a rigid horizontal beam. An example of the equipment which may be arrange | positioned between 1203 is shown in detail with the front view. FIG. 13 is a practical front view of the “Kea” device according to FIG. 12b installed. FIG. 14 shows how the hard block structure 1401 can swing on the hard base 1402 during an earthquake, but such movement is similar to that of the “Kea” device 900 (eg, the device of FIG. 9). Disturbed by use. FIG. 15a shows a structure 1500 that uses a rigid triangular brace 1501 in combination with a sliding bearing 1502 and sliding braces supporting a horizontal beam 1203 on each floor, and FIG. It shows how a “Kea” device 1201 can be used to reduce lateral movement.

摩擦発生材料
摩擦が生み出される塊または表面は、装置がその当初の較正された特性を保つように、地震性事象の前および動きが始まるまで常に寸法的に安定でなければならない。おそらく長年にわたるクリープまたはフローの可能性は、プラスチックまたは複合材料基盤または鉛を有する流動性の摩擦材料を排除する確率が高い。銅および銅を含む様々な合金、例えば、黄銅、カートリッジ黄銅、青銅、シリコン青銅、リン青銅、ガンメタルは、現在のところ、組み合わせて検査され、一般的に、スチール表面に不利に作用する。摩擦手段は、製造中の強度を向上させ且つ長期にわたる使用中に特性の不変性を高めるために比較的厚くても良く、あるいは、比較的薄くても良い（おそらくコストを下げるために１つの地震性事象時にのみ使用するのに十分な数ｍｍ以下に至るまで）。１部品だけ、および、場合により図６に図示されたように摩擦部材２００の１つの薄層２０１だけが、主に摩擦特性を有する材料によって形成されても良く、また、残りの部分が例えばスチールであっても良い。潤滑手段を選択的に設けることが考えられる。潤滑は、グラファイト系潤滑剤、黄銅状の摩擦装置の使用、あるいは、電気メッキ鉛から成る層でロッドを覆うことを含んでいても良く、また、利点は、摩擦的挙動の程度がかなり大きいという点であり、あるいは、動作中のノイズが少ないという点である。腐食防止が更なる利点である。接触部に異なる金属を含む装置が高い腐食率を示すという可能性がある。一方の部材を構成するスチールシャフトまたはチューブを腐食が攻撃する場合には、装置の動作中に腐食した材料がこすり落とされ、その結果、シャフトまたはチューブの有効直径が小さくなるといったことが起こり得る。既に降伏点に達した物質のその後の応力緩和は（図３参照）、ここでは線３１５〜３１６に示されるように右へオフセットされた他の直線を辿るため、先の幾何学的構成下で設定された残留力は回復されず、そのため、本発明に係る装置の腐食が防止されることが望ましい。本発明者等は、製造時に（例えば）２ポットエポキシ樹脂混合物と共に酸素を排除するために開口３０２（図４を参照）をシールすることを提案するとともに、地震が各開口を破壊した後にユニットを再シールする（これにより、証拠としての機能を果たす）ことを勧める。あるいは、注意を伴わずに繰り返し使用するためにＯリングシール（例えば、図６において６０１の領域に示されるもの）が各ユニットに組み込まれても良く、または、ほぼ乾燥した雰囲気中にユニットが維持されるだけでも良い。 Friction generating material The mass or surface on which the friction is created must always be dimensionally stable before the seismic event and until movement begins so that the device retains its original calibrated properties. Probably the long-term creep or flow potential is likely to eliminate plastic or composite substrates or fluid friction materials with lead. Various alloys including copper and copper, such as brass, cartridge brass, bronze, silicon bronze, phosphor bronze, gunmetal, are currently tested in combination and generally adversely affect the steel surface. The friction means may be relatively thick to increase strength during manufacture and increase property constancy during long-term use, or may be relatively thin (possibly one earthquake to reduce cost) Up to a few millimeters enough to be used only during sexual events). Only one part, and possibly only one thin layer 201 of the friction member 200 as illustrated in FIG. 6, may be formed mainly by a material having friction properties, and the remaining part may be, for example, steel. It may be. It is conceivable to provide lubricating means selectively. Lubrication may include the use of a graphite-based lubricant, a brass-like friction device, or covering the rod with a layer of electroplated lead, and the advantage is that the degree of frictional behavior is quite large It is a point, or there is little noise during operation. Corrosion prevention is a further advantage. There is a possibility that a device containing a different metal in the contact portion exhibits a high corrosion rate. If corrosion attacks the steel shaft or tube that constitutes one member, the corroded material may be scraped off during operation of the device, resulting in a reduced effective diameter of the shaft or tube. Subsequent stress relaxation of the material that has already reached the yield point (see FIG. 3) now follows another straight line offset to the right as shown by lines 315-316, so that under the previous geometric configuration, The set residual force is not recovered, so it is desirable to prevent corrosion of the device according to the invention. We propose to seal openings 302 (see FIG. 4) to exclude oxygen during production (for example) with a two-pot epoxy resin mixture at the time of manufacture, and the unit after an earthquake destroys each opening. It is recommended to reseal (this serves as evidence). Alternatively, an O-ring seal (eg, shown in the area 601 in FIG. 6) may be incorporated into each unit for repeated use without caution, or the unit remains in a nearly dry atmosphere. Just be done.

選択および製造のためのプロセス
我々は、建築された建物の設計がある程度解決され、本発明に係る装置が特定の位置間で使用されるとともに、当該各装置が理想的には等しい静止摩擦に打ち勝つための特定の第１の力要件とその後の動摩擦中の特定の力とを有しているものと仮定しなければならない。設計技師は、本発明に係る装置のための仕様を出すことができる。 Process for selection and production We have solved the design of the built buildings to some extent, the devices according to the invention are used between specific locations, and each device ideally overcomes equal static friction It must be assumed that it has a specific first force requirement for and a specific force during subsequent dynamic friction. The design engineer can issue specifications for the device according to the invention.

一般に、製造メーカは、以下の近似式を最初に使用して、機械的エネルギ吸収・力制限接続手段が滑り始める閾値力（またはトルク）に関して適した特性を有する部品を選択することにより、注文を満たす方向へ進む。   In general, the manufacturer uses the following approximate expression first to place an order by selecting a part with suitable characteristics with respect to the threshold force (or torque) at which the mechanical energy absorption and force limiting connection means begins to slide: Proceed to fill.

摺動力＝２μＬπｔＦy
あるいは（回転相対動作の場合）、
回転トルク＝２πｒfＬμｔＦy
ここで、Ｌ＝摩擦促進材料（環体であるとする）の長さ、
μ＝他方の部材の摩擦能力がある部分（摩擦可能部分）に対する摩擦促進材料の摩擦係数、
ｔ＝環体の厚さ、
Ｆy＝環体の降伏応力、
ｒf＝環体の摩擦面の半径。 Sliding force = 2μLπtF y
Or (in the case of rotational relative motion),
Rotational torque = 2πr f LμtF y
Where L = the length of the friction promoting material (assuming it is a ring),
μ = coefficient of friction of the friction-promoting material with respect to the frictional part of the other member (frictionable part),
t = ring thickness,
F y = yield stress of the ring,
r f = radius of the friction surface of the ring.

幾つかの実施形態では、環体とシャフトとの間に潤滑剤、好ましくはグラファイト潤滑剤が供給されても良い。そのような実施形態において、前記方程式中の変数μは、潤滑剤が存在する長尺部材に対する摩擦手段材料の摩擦係数を表わしている。式は、必要に応じて実行できる寸法を有する成分を定めている。ここに示される式は近似式である。例えば、式は、平均残留張力の半径を特定しようとしていないが、そのような拡張は文献で利用できる。   In some embodiments, a lubricant, preferably a graphite lubricant, may be provided between the annulus and the shaft. In such an embodiment, the variable μ in the equation represents the friction coefficient of the friction means material for the elongated member in which the lubricant is present. The formula defines components with dimensions that can be implemented as needed. The formula shown here is an approximate formula. For example, the formula does not attempt to determine the radius of average residual tension, but such extensions are available in the literature.

製造
本発明者等が実験で使用した基本的な部品（シャフトおよびチューブ）は、良く知られたＩＳＯ規格「Ｈ９公差」に準拠しており或いは５０ｍｍにおいて０．６４ｍｍの偏差があり、在庫として保管され或いは必要に応じて取得されても良い。そのような公差形態は重大ではないが、無論、より一貫して形成される品物は、力と熱との間に更に一定の関係与える。おそらく、これらの装置の採用における最初のステップは、例えば地震中など、力が加えられている最中における構造体の挙動についてのそのエンジニアの理解に基づく、摺動摩擦を起こすために必要な力および幾何学的形状にしたがったエンジニアによるＫＥＡ装置の特注セットの仕様であると考えられる。次に、既知の材料特性が与えられると、部品の特定の寸法を計算するために、先に与えられた近似式が引き合いに出され、また、選択され或いは寸法付けられた部品が組み付け領域へ持ち込まれる。最後に、このセクションで前述したように部品から装置が組み付けられ（押圧され）、また、好ましくは、各装置は、（ａ）固有の識別表示、（ｂ）組み付け中の特性の測定、（ｃ）これらの特性（必要な組み付け力）を各装置に記録する或いは各装置と共に記録すること、を含む品質制御に晒される。無論、予期しない破断の場合には、外観検査が使用される。前述したようにシールなどの防食処理が適用されても良い。仕上がった特徴付けられた装置は、その後、建設領域へ引き渡される。なお、本発明は、現場調整、分解不足、サイズ変更、および、再組み付けをもたらさない。これは利点を構成する可能性が高い。なぜなら、設計技師の制御を超えて装置を変更できないからである。 Manufacture The basic parts (shafts and tubes) used by the inventors in the experiment comply with the well-known ISO standard “H9 tolerance” or have a deviation of 0.64 mm at 50 mm and are kept in stock. Or may be obtained as required. Such tolerance forms are not critical, but of course, more consistently formed items provide a more constant relationship between force and heat. Perhaps the first step in the adoption of these devices is the force required to cause sliding friction based on the engineer's understanding of the behavior of the structure during the application of force, such as during an earthquake. It is thought to be the specification of a custom set of KEA equipment by engineers according to the geometric shape. Next, given the known material properties, the approximate expression given above is quoted to calculate the specific dimensions of the part, and the selected or dimensioned part is entered into the assembly area. Brought in. Finally, the device is assembled (pressed) from the parts as described earlier in this section, and preferably each device has (a) a unique identification, (b) a measurement of properties during assembly, (c ) Subjected to quality control including recording these properties (required assembly force) on each device or with each device. Of course, in case of unexpected breaks, visual inspection is used. As described above, an anticorrosion treatment such as a seal may be applied. The finished characterized device is then handed over to the construction area. It should be noted that the present invention does not result in on-site adjustment, under-disassembly, resizing, and reassembly. This is likely to constitute an advantage. This is because the device cannot be changed beyond the control of the design engineer.

各個々の装置毎に必要とされる組み付け力を表わすデータは、押圧動作を行なう液圧ピストンを供給する液圧ラインから比例形態で得られても良く、あるいは、プレスに組み込まれる力変換器から絶対項で直接に得られても良い。そのようなデータは、高度な品質制御およびトレーサビリティを行なうために、日付、変形番号、バッチ番号および製造番号と共に耐久ラベルに印刷されても良い。   Data representing the assembly force required for each individual device may be obtained in proportional form from a hydraulic line supplying a hydraulic piston that performs the pressing operation, or from a force transducer incorporated in the press. It may be obtained directly in absolute terms. Such data may be printed on a durable label along with the date, deformation number, batch number and manufacturing number for advanced quality control and traceability.

変形
シャフト１００および装置の他の部品をシャフトまたはチューブ形態のような円形断面形態で設けることが都合良く、また、これらは旋盤での機械加工が特に容易であるが、無論、正方形断面等の他の形態を使用することも可能であり、これは、ある場合には、使用中の部品の相互回転を防止するという利点を与える。 It is convenient to provide the shaft 100 and other parts of the device in a circular cross-sectional form such as a shaft or tube form, and these are particularly easy to machine on a lathe, but of course other parts such as a square cross-section It is also possible to use this form, which in some cases provides the advantage of preventing mutual rotation of the parts in use.

長い耐用年数が望ましいため、一部の環境では、腐食を最小限に抑えるために、更なるステップがとられても良い。経時的な腐食によってシャフト１００の直径が効果的に減少されるため、元の弾性変形領域への装置の応力緩和が他の経路に沿って起こる（図３参照）ことが予期され、それにより、力依存特性が減少される。適切な材料の選択は１つのステップにすぎない。図４の実施形態の開口３０２上にわたる壊れ易いシールは、内部から酸素を排除するのに役立つ場合がある。   Because a long service life is desirable, in some environments additional steps may be taken to minimize corrosion. As the diameter of the shaft 100 is effectively reduced due to corrosion over time, it is expected that stress relaxation of the device to the original elastic deformation region will occur along other paths (see FIG. 3), thereby Force dependent properties are reduced. The selection of the appropriate material is only one step. The fragile seal over the opening 302 in the embodiment of FIG. 4 may help to exclude oxygen from the interior.

ロッド１のテーパ端部１０１は機械ステップを要する。テーパは、拡張される非常に小さな開口へと押し込むことができ且つその後において再使用のためにプレス後に回復される耐久性のある穴拡張シャフト終端のタイプとして、製造時にのみ設けられても良い。その目的のため、テーパは、最適化された硬質ではあるが脆くない材料から形成されても良い。   The tapered end 101 of the rod 1 requires a mechanical step. The taper may be provided only during manufacture as a durable hole expansion shaft termination type that can be pushed into a very small opening to be expanded and subsequently recovered after pressing for reuse. To that end, the taper may be formed from an optimized hard but not brittle material.

本発明は、一端の取り付けネジが他端の取り付けネジに比べて逆ネジを有している「ターンバックル（ｔｕｒｎｂｕｃｋｌｅ）」の形態で供給することができる。１つの事象後、本発明の「ＫＥＡ」は、設置に存在する伸長量とは異なる伸長量で固定されるようになり、また、これにより、調整されなければ、非構造的要素のかなりの歪みが引き起こされる場合がある。   The present invention can be supplied in the form of a “turnbuckle” in which the mounting screw at one end has a reverse thread compared to the mounting screw at the other end. After one event, the “KEA” of the present invention becomes fixed with an extension amount different from the extension amount present in the installation, and this causes significant distortion of the non-structural elements if not adjusted. May be caused.

例えば埠頭の防舷材、車両の衝撃バリアなど、機械的エネルギ・力制限接続手段の他の用途も考えられる。   Other uses of the mechanical energy / force limiting connection means are also conceivable, such as, for example, fenders for piers, impact barriers for vehicles.

産業上の利用性および利点
「ＫＥＡ」装置は、部分的には、簡単な構造、製造の容易さ、非鉄材料または高価な材料の消費の減少に起因して、既存の等価物よりも安価である。 Industrial Applicability and Benefits “KEA” equipment is less expensive than existing equivalents, in part due to simple construction, ease of manufacture, and reduced consumption of non-ferrous or expensive materials. is there.

装置は、建設で使用されるボルト系リンケージの製造で使用される技術よりも複雑ではない技術を用いて形成することができる。製造中に幅広部分を装置へ導入するために使用されるシャフトのテーパ始めは、耐摩耗性材料から形成される再利用可能な部品であっても良い。   The device can be formed using techniques that are less complex than those used in the manufacture of bolted linkages used in construction. The taper beginning of the shaft used to introduce the wide section into the device during manufacture may be a reusable part formed from a wear resistant material.

安価であるため、更に多くの「ＫＥＡ」を使用することができ、あるいは、主要な事象後に「ＫＡＥ」の一部または全てを交換することができる（アクセス可能な場合）。   Because it is cheaper, more “KEA” can be used, or some or all of “KAE” can be exchanged after a major event (if accessible).

残留張力または圧縮を含ませることは、取扱適性などの事柄に影響を与えない。   Inclusion of residual tension or compression does not affect matters such as handleability.

本発明の「ＫＥＡ」は、個別に供給されて、予め較正され、検査されるとともに、製造後に調整することができず、それにより、設計技師は、本発明の「ＫＥＡ」を含む構造体の動的挙動が仕様内で予測でき或いは今後も依然として予測できるという自信を持つことができる。   The “KEA” of the present invention is supplied separately, pre-calibrated, inspected, and cannot be adjusted after manufacture, so that the design engineer can use the structure of the “KEA” of the present invention. You can be confident that dynamic behavior can be predicted within specifications, or can still be predicted in the future.

本発明の「ＫＥＡ」は、地震抵抗が加えられるときに構造における大きな設計変更を必要としない。既存の部品内で装置を含めることができる。   The “KEA” of the present invention does not require major design changes in the structure when seismic resistance is applied. Devices can be included within existing parts.

前述の説明において、既知の等価物を有する本発明の特定の成分または完全体を参照する場合、そのような等価物は、ここでは、あたかも個別に説明されているかのように組み入れられる。この発明を単なる一例として且つ本発明の可能な実施形態を参照して説明してきたが、添付の請求項中で与えられている本発明の思想または範囲から逸脱することなく本発明に対して変更または改良が成されても良いことは言うまでもない。   In the foregoing description, when referring to particular components or completeness of the invention having known equivalents, such equivalents are hereby incorporated as if individually described. While this invention has been described by way of example only and with reference to possible embodiments of the invention, modifications to the present invention may be made without departing from the spirit or scope of the invention as set forth in the appended claims. Needless to say, improvements may be made.

組み立て時、本発明に係る機械的エネルギ吸収・力制限カップリング内にどのようにして残留張力が入れられるのかを示す図である。It is a figure which shows how a residual tension | tensile_strength is put in the mechanical energy absorption and force limitation coupling which concerns on this invention at the time of an assembly. 組み立て時、本発明に係る機械的エネルギ吸収・力制限カップリング内にどのようにして残留張力が入れられるのかを示す図である。It is a figure which shows how a residual tension | tensile_strength is put in the mechanical energy absorption and force limitation coupling which concerns on this invention at the time of an assembly. 本発明に関連して添付の明細書に記載される特性を特定するための一般的な弾塑性材料における応力−歪みのグラフである。2 is a graph of stress-strain in a typical elastoplastic material to identify the properties described in the accompanying specification in connection with the present invention. 図１および図２に基づく機械的エネルギ吸収・力制限接続装置の断面斜視図である。FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of the mechanical energy absorption / force limiting connection device based on FIGS. 1 and 2. 図４の「内外を逆にした」バージョンの斜視断面図である。FIG. 5 is a perspective cross-sectional view of the “inside-outside reversed” version of FIG. 4. ２層構造の摩擦部材およびシールを有する更なる機械的エネルギ吸収・力制限接続装置の断面斜視図である。FIG. 6 is a cross-sectional perspective view of a further mechanical energy absorbing and force limiting connection device having a two-layer friction member and a seal. 回転シャフトのための緊急解放カップリングの一種としての機能を果たすようになっている機械的エネルギ吸収・力制限接続装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a mechanical energy absorption and force limiting connection device adapted to serve as a kind of emergency release coupling for a rotating shaft. 更なる機械的エネルギ吸収・力制限接続装置の断面斜視図である。摩擦部は、ボルト上のカラーと見なすことができる。両方向の過度の動きを防止するストッパが存在する。FIG. 6 is a cross-sectional perspective view of a further mechanical energy absorption and force limiting connection device. The friction part can be regarded as a collar on the bolt. There are stoppers that prevent excessive movement in both directions. 更なる機械的エネルギ吸収・力制限接続装置の断面斜視図であり、適切に補強されたコンクリートにはめ込めに適した挿入体を示している。FIG. 6 is a cross-sectional perspective view of a further mechanical energy absorption and force limiting connection device, showing an insert suitable for insertion into appropriately reinforced concrete. 更なる機械的エネルギ吸収・力制限接続装置の断面斜視図であり、補強バーに対する取り付けに適した挿入体を示している。FIG. 6 is a cross-sectional perspective view of a further mechanical energy absorption and force limiting connection device, showing an insert suitable for attachment to a reinforcing bar. 本発明に係る装置（図４）による機械的エネルギの熱への変換を示す力（Ｘ軸）−変位（Ｙ軸）グラフである。6 is a force (X-axis) -displacement (Y-axis) graph showing the conversion of mechanical energy into heat by the apparatus according to the present invention (FIG. 4). 地震が行なった場合に、ビームと支柱との間に配置された本発明によって、揺れて曲げられる垂直構造体の傾向がどのように弱められるかを示す図である。FIG. 7 shows how the tendency of a vertical structure that is swayed and bent is weakened by the present invention located between a beam and a column when an earthquake occurs. 地震が行なった場合に、ビームと支柱との間に配置された本発明によって、揺れて曲げられる垂直構造体の傾向がどのように弱められるかを示す図である。FIG. 7 shows how the tendency of a vertical structure that is swayed and bent is weakened by the present invention located between a beam and a column when an earthquake occurs. 図１２ｂの概念のスチールビームが具体化された図である。FIG. 12 b is an embodiment of the steel beam of the concept of FIG. 地震が行なった場合に、本発明（例えば、図９の実施例）によって、基礎の上で揺れ動く垂直構造体の傾向がどのように弱められるかを示す図である。FIG. 10 illustrates how the tendency of a vertical structure that swings on a foundation is weakened by the present invention (eg, the embodiment of FIG. 9) when an earthquake occurs. 本発明によって、硬質ブレース上に意図的に設けられた摺動トラックを有する垂直構造体の揺れ動作をどのようにして弱めることができるのかを示す図である。It is a figure which shows how the rocking | fluctuation operation | movement of the vertical structure which has the sliding track | truck intentionally provided on the hard brace can be weakened by this invention. 本発明によって、硬質ブレース上に意図的に設けられた摺動トラックを有する垂直構造体の揺れ動作をどのようにして弱めることができるのかを示す図である。It is a figure which shows how the rocking | fluctuation operation | movement of the vertical structure which has the sliding track | truck intentionally provided on the hard brace can be weakened by this invention.

Claims (15)

地震等の事象により建物を含む人工構造体内に引き起こされる動きに起因する破損を減少させるためのエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置であって、
前記装置は、当該装置から外側へ延び且つ第１の構造要素を固定するために第１の端部にある第１の取付手段をもって終端する第１の部材と、前記装置から外側へ延び且つ第２の構造要素を固定するために第２の端部にある第２の取付手段をもって終端する第２の部材とを有し、
前記第１および第２の部材は、前記第１および第２の部材を摩擦接触させる力により、前記第１の部材の摺動可能部分と前記第２の部材の摺動可能部分とによって占められる中間摩擦領域で接触状態に保持され、
前記力は、前記第１の部材の摺動可能部分と前記第２の部材の摺動可能部分とを互いに押し付けるプロセスによる製造中に前記摺動可能部分が塑性変形された後に不嵌合寸法にもかかわらず、前記摺動可能部分が密に接触した状態で保持できる弾性（フック）特性および延性（塑性）特性を示すクランプ部材内で生じ、
前記クランプ部材は、前記第１の部材の摩擦可能部分と前記第２の部材の摩擦可能部分との間の前記摩擦領域にわたって前記力の実質的な部分を長期間加え続けることができ、
それにより、使用時、前記第１および第２の取付手段同士の間に加えられる予測できる大きさを超える力が、所定の距離にわたって摩擦摺動動作を引き起こすとともに、前記装置内の摩擦領域で機械的エネルギを熱へ変換する、
ことを特徴とするエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置。 An energy absorption and force limited friction coupling device for reducing damage caused by movement caused in an artificial structure including a building by an event such as an earthquake,
The apparatus includes a first member extending outwardly from the apparatus and terminating with first attachment means at a first end for securing the first structural element; A second member terminating with a second attachment means at the second end for securing the two structural elements,
The first and second members are occupied by the slidable portion of the first member and the slidable portion of the second member by a force that frictionally contacts the first and second members. Held in contact in the intermediate friction region,
The force is reduced to a non-fitting dimension after the slidable portion is plastically deformed during manufacture by a process of pressing the slidable portion of the first member and the slidable portion of the second member together. Nonetheless, the slidable portion occurs in a clamp member that exhibits elastic (hook) and ductility (plastic) properties that can be held in intimate contact,
The clamping member may continue to apply a substantial portion of the force over a period of time across the friction region between the frictional portion of the first member and the frictional portion of the second member;
Thereby, in use, a force exceeding a predictable magnitude applied between the first and second mounting means causes a frictional sliding operation over a predetermined distance, and in the friction region in the device. Energy to heat,
An energy absorbing / force limiting friction coupling device characterized by that. 前記第１の部材の摩擦可能部分および前記第２の部材の摩擦可能部分は、一方の部材の弾性変形を引き起こした後に塑性変形を引き起こす製造プロセスによって互いに接触される状態で押し付けられ、
前記製造プロセスの力が止められた後、各部材は、弾性変形を引き起こすために必要とされた実質的な全ての力によって、互いに強く押し付けられたまま保たれ、
これにより、使用時、前記第１および第２の取付手段同士の間に加えられる予測できる最低の大きさの力が、所定の距離にわたって摩擦摺動動作を引き起こすとともに、前記装置内の摩擦領域で機械的エネルギを熱へ変換する、
ことを特徴とする請求項１に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置。 The frictional portion of the first member and the frictional portion of the second member are pressed against each other by a manufacturing process that causes plastic deformation after causing elastic deformation of one member;
After the force of the manufacturing process is stopped, the members are kept pressed strongly against each other by substantially all the force required to cause elastic deformation,
Thereby, during use, the lowest predictable force applied between the first and second mounting means causes a frictional sliding action over a predetermined distance and in the friction region within the device. Convert mechanical energy into heat,
The energy absorbing / force limiting friction coupling device according to claim 1. 前記摩擦領域は、一方の部材に対して取り付けられ、他方の部材の一部に沿って摺動できる摩擦促進材料を含んでいることを特徴とする請求項２に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置。   3. The energy absorbing / force limiting friction according to claim 2, wherein the friction region includes a friction promoting material attached to one member and capable of sliding along a part of the other member. Coupling device. 一方の部材に対して取り付けられる前記摩擦促進材料は、中空シリンダの形態を成すとともに、
前記摩擦可能部分は、周りで強制的に伸張された際に径方向に引張られた状態で、且つ他方の部材の摩擦可能部分を形成する平行面シャフトと摩擦接触した状態で存在することを特徴とする請求項３に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置。 The friction promoting material attached to one member forms a hollow cylinder,
The frictional portion is present in a state of being pulled in a radial direction when forced to be stretched around and in frictional contact with a parallel surface shaft that forms the frictional portion of the other member. The energy absorption / force-limited friction coupling device according to claim 3. 一方の部材に対して取り付けられる前記摩擦促進材料は、強制的に内部に封入されるとともに、径方向に圧縮された状態で且つ他方の部材と摩擦接触して存在し、
他方の部材の摩擦可能部分は、前記摩擦促進材料を取り囲む長尺な平行面キャビティを備えていることを特徴とする請求項３に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置。 The friction facilitating material attached to one member is forcibly enclosed inside and present in a radially compressed state and in frictional contact with the other member,
4. The energy absorbing / force limiting friction coupling device according to claim 3, wherein the frictional portion of the other member includes an elongated parallel surface cavity surrounding the friction promoting material. 前記摩擦促進材料が前記クランプ手段と同じ構成要素であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置。   6. The energy absorbing / force limiting friction coupling device according to claim 4, wherein the friction promoting material is the same component as the clamping means. 前記摩擦領域は、それぞれが金属から成る並置された摩擦面を含むことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置。   6. The energy absorbing / force limiting friction coupling device according to claim 4, wherein the friction region includes juxtaposed friction surfaces each made of metal. 第１の摩擦面は、銅および銅合金を含む範囲から選択される金属から成ることを特徴とする請求項７に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置。   The energy absorbing / force limiting friction coupling device according to claim 7, wherein the first friction surface is made of a metal selected from a range including copper and a copper alloy. 第２の摩擦面がスチールから成ることを特徴とする請求項７に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置。   The energy absorbing / force limiting friction coupling device according to claim 7, wherein the second friction surface is made of steel. グラファイトおよびメッキ鉛を含む範囲から選択される潤滑剤が製造時に含められることを特徴とする請求項７に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置。   8. The energy absorbing / force limiting friction coupling device according to claim 7, wherein a lubricant selected from a range including graphite and plated lead is included during manufacture. 請求項１に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置を製造する方法であって、組み付けプロセス中に前記装置の前記クランプ手段の少なくとも弾性部分内に残留張力が入れられ、
そのプロセス中に、前記第１の部材の摩擦可能部分を備える選択されたシャフトを、小型の空間または開口を通じて前記第２の部材の摩擦可能部分に挿通させ、
シャフト寸法は、前記組み付けプロセス中に前記クランプ手段に対して加えられる力が前記クランプ手段の降伏応力を超えるのに十分となるように選択され、それにより、前記装置の前記クランプ手段の少なくとも一部が延性範囲に入るようにされ、その結果、クランプ手段内に存在する最大張力が一貫して経時的に摩擦領域に加えられることを特徴とする方法。 A method of manufacturing an energy absorbing and force limiting friction coupling device according to claim 1, wherein residual tension is placed in at least the elastic part of the clamping means of the device during the assembly process,
During the process, a selected shaft comprising the frictional part of the first member is inserted through the small space or opening into the frictional part of the second member;
The shaft dimensions are selected such that the force applied to the clamping means during the assembly process is sufficient to exceed the yield stress of the clamping means, so that at least a portion of the clamping means of the device Wherein the maximum tension existing in the clamping means is consistently applied to the friction region over time. 請求項１０に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置を製造する方法であって、製造中に前記クランプ手段に対して加えられる力の大きさが、使用中に当該装置に適用できる記述的特性として記録されることを特徴とする方法。   11. A method of manufacturing an energy absorbing and force limiting friction coupling device according to claim 10, wherein the magnitude of the force applied to the clamping means during manufacture is descriptive applicable to the device during use. A method characterized in that it is recorded as a characteristic. 直線的な動きに主に適用される請求項１１または請求項１２に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置を製造する方法であって、
前記方法は特定の力特性を有する部品を予め選択する少なくとも１つのステップを含み、前記方法は、
（ａ）組み付けられる部品を選択する際に以下の式を適用するステップと、
摺動力（Ｎ）＝２μＬπｔＦy、
ここで、Ｌ＝摩擦促進材料（環体であるとする）の長さ（ｍｍ）、
μ＝他方の部材の摩擦可能部分に対する摩擦促進材料の摩擦係数、
ｔ＝環体の厚さ（ｍｍ）、
Ｆy＝環体の降伏応力（ＭＰａ）、
ｒf＝環体の摩擦面の半径（ｍｍ）、
（ｂ）そのようにして選択された前記部品をプレス内に配置するステップと、
（ｃ）前記部品同士を互いに押し付けるステップと、
を備えることを特徴とする方法。 13. A method of manufacturing an energy absorbing and force limiting friction coupling device according to claim 11 or 12, wherein the method is mainly applied to linear motion,
The method includes at least one step of preselecting a part having specific force characteristics, the method comprising:
(A) applying the following equation when selecting a part to be assembled;
Sliding force (N) = 2 μLπtF y ,
Where L = length (mm) of the friction promoting material (assuming it is a ring),
μ = coefficient of friction of the friction promoting material with respect to the frictional part of the other member,
t = ring thickness (mm),
F y = yield stress of the ring (MPa),
r f = radius of the friction surface of the ring (mm),
(B) placing the part so selected in a press;
(C) pressing the parts together;
A method comprising the steps of: 主に回転動作を通じて適用される請求項１３に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置を製造する方法であって、
前記方法は特定の力特性を有する部品を予め選択することを含み、前記方法は、
（ａ）特定のトルク特性を有する組み付けられる部品を選択する際に以下の式を適用するステップと、
回転トルク＝２πｒfμＬｔＦy、
ここで、Ｌ＝摩擦促進材料（環体の形状を成しているとする）の長さ、
μ＝他方の部材の摩擦可能部分に対する摩擦促進材料の摩擦係数、
ｔ＝環体の厚さ、
Ｆy＝環体の降伏応力、
ｒf＝環体の摩擦面の半径、
（ｂ）そのようにして選択された前記部品をプレス内に配置するステップと、
（ｃ）前記部品同士を互いに押し付けるステップと、
を備えることを特徴とする方法。 14. The method of manufacturing an energy absorption / force limiting friction coupling device according to claim 13, which is mainly applied through a rotational operation,
The method includes pre-selecting a part having specific force characteristics, the method comprising:
(A) applying the following formula in selecting a part to be assembled having specific torque characteristics;
Rotational torque = 2πr f μLtF y ,
Where L = the length of the friction promoting material (assuming it is in the shape of an annulus),
μ = coefficient of friction of the friction promoting material with respect to the frictional part of the other member,
t = ring thickness,
F y = yield stress of the ring,
r f = radius of the friction surface of the ring,
(B) placing the part so selected in a press;
(C) pressing the parts together;
A method comprising the steps of: 主に回転動作に適用される請求項１４に記載のエネルギ吸収・力制限摩擦カップリング装置を製造する方法であって、
前記カップリング装置には当該装置の各端部に１つの同軸カップリング手段が設けられ、前記カップリング装置は、
一方の同軸カップリング手段と他方の同軸カップリング手段との間に加えられる相対的なトルクが所定の限界を超えなければ、軸方向回転を一端から他端へと確実に結合することを特徴とする方法。 15. A method of manufacturing an energy absorbing / force limiting friction coupling device according to claim 14, which is mainly applied to rotational motion,
The coupling device is provided with one coaxial coupling means at each end of the device, and the coupling device includes:
If the relative torque applied between one coaxial coupling means and the other coaxial coupling means does not exceed a predetermined limit, the axial rotation is reliably coupled from one end to the other. how to.
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