JP2012163134A - バネ部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリンダー(シリンダー要素)1と、シリンダーに軸方向に相対変位可能に挿入されたロッド(ロッド要素)4と、ロッドの先端部に組み付けられバネ要素11により構成される。バネ要素は複数枚の皿バネ3を直列および/または並列に重ねてなる1組の皿バネ群3Aの両端側に押板12がそれぞれ配設され、押板の外側に設けられたストッパー13の間においてバネ要素全体をロッドの軸方向両側に弾性的に圧縮可能とされている。バネ部材全体が伸縮する際、一方の押板がシリンダーの両端部に設けられている蓋体14のいずれか一方の内面に対して押圧されるとともに他方の押板がシリンダーの内側に向かって押圧されてバネ要素を圧縮する。
【選択図】図1
Description
特に、特許文献1に示されるように複数の皿バネを直列あるいは並列に組み合わせて用いることで変形性能や耐荷重を増すことができることから、コイルバネよりコンパクトでローコストに所定の性能が得られるメリットがある。
このバネ部材では、ピストン2に連結したロッド4とシリンダー1の一端に設けたクレビス5との間に生じる圧縮力に対しては、一方(図示例ではピストン2の右側)の皿バネ群3A全体をピストン2により一方向(図示例では右方)に押圧して弾性的に圧縮することで対応し、引張力に対しては他方(同、左側)の皿バネ群3A全体をピストン2により逆方向(同、左方)に押圧して弾性的に圧縮させることで対応することができる。
勿論、皿バネ単体としてのバネ剛性やそれらの枚数を調整することで任意の変形性能や耐力に幅広く対応できるから、様々な用途のバネ部材として広く適用可能であり、特に構造物を対象とする制振機構の構成要素としてのバネ部材として用いて好適である。
本実施形態のバネ部材10は、シリンダー要素1(以下では単にシリンダー1と略す)と、シリンダー1に対して軸方向に相対変位可能に挿入されたロッド要素4(以下では単にロッド4と略す)と、ロッド4の先端部に組み付けられてシリンダー1内に収容されたバネ要素11により構成されている。
また、ロッド4は各皿バネ3の変形や変位をガイドする部材として機能するので、そのロッド4の硬度はHRC55以上とし、皿バネ3と接触する周面は平滑な円筒面とすることが好ましい。
そして、上記の二部材の間に相対変位ないし相対振動が生じた際には、上記のバネ要素11の全体が両方向に弾性的に圧縮されることにより、このバネ部材10全体が所定のバネ剛性をもって軸方向両側に弾性的に伸縮するようになっている。
逆に、二部材どうしが接近する方向に相対変位を生じて図2(b)に示すようにバネ部材10の両端に対して圧縮力が作用した際には、ロッド4がシリンダー1に対して押し込まれる方向に変位してバネ部材10全体が縮退するが、その際、手前側(図示左側)のストッパー13bによって手前側(同)の押板12bがシリンダー1内に押し込まれて皿バネ群3Aの全体がその押板12bにより逆方向(図示右方向)に変位するとともに、奥側(図示右側)の押板12aが奥側(同)の蓋体14aに対して押圧され、これによりバネ要素11全体が弾性的に圧縮される。
そのためには、皿バネ3単体の形状および寸法(図3に示す大径寸法D、小径寸法d、全高H、ライズh、板厚t)を、その素材である鋼材の弾性特性に応じて任意に設定すれば良い。
また、皿バネ3の枚数や配列パターンは、皿バネ群3A全体として所望のバネ剛性が得られるように、たとえば図4に示すような様々なパターンで任意に設計すれば良い。
その場合、皿バネ3を同じ向きに重ねる並列配列とすれば耐力(荷重)を増大させることができ、逆向きに重ねる直列配列とすれば変形性能を増大させることができるから、バネ部材10全体として所定の荷重に必要な枚数を並列とし、所定の変形に必要な枚数を直列にすれば良い。
δ≦0.75h とすると良い。
また、皿バネ単体の耐力pは変形がδのときの反力とすると良く、それにより荷重F−変形(たわみ)δの関係がほぼ線形となる。具体的には、バネ部材10全体の変形量x、負担力Fとして、直列枚数≧x/δ、並列枚数≧F/p となるようにすると良い。
そして、そのためには各構成部品の各部の寸法や厚みを予め厳密に加工しておけば良いが、必要に応じてそれらの間に適宜厚さのスペーサを介装して微調整すれば良い。
また、後述するように、押板12の蓋体14やストッパー13との接触部にゴムシート16(図7参照)をつけ、音を軽減するようにしても良い。
すなわち、バネ要素11に対して上記のような隙間δ0を確保しておけばその特性は図5(b)に示すようなスリップ型となり、また、バネ要素11に予圧縮力F0を付与しておけばその特性は図5(c)に示すような特性となるから、バネ部材10の用途や使用目的に応じて最適な特性となるような設計とすれば良い。
その場合、図6に示すようにシリンダー1の断面形状を角形に変更してその一面にフランジ部を設けることにより、これをベースプレート1aとして対象部材に対して直接的にボルト締結することが考えられる。
シリンダー要素およびロッド要素の形状を変更した場合の実施形態を図7に示す。図7に示す実施形態では図1に示した実施形態とは左右を反転させているが、両者に共通する要素には同一符号を付している。
本実施形態では、上記実施形態では単なるシリンダーとしていたシリンダー要素1を両側の蓋体14を連結材15によって連結した構成とし、単なるロッドとしていたロッド要素4をやや大径かつ段付きの形態とし、また押板12を皿バネ群3Aの両側に座金の形態で装着し、それら押板12の外表面にゴムシート16を装着して蓋体14およびストッパー13との当接時の騒音発生を防止するようにしているが、その他は上記実施形態と同様に構成されており同様に機能するものである。
これは、建物における柱20と梁21(21a、21b)により構成される架構フレーム内に設置されて層間変形を制御するためのもので、上階の梁21aに対して固定したV型ブレース22の下端部を接合治具23を介して下階の梁21bに対して面内相対変位可能に支持し、その接合治具23と下階の梁21bとの間に慣性質量ダンパー24と本発明のバネ部材10とを直列に接続し、さらに接合治具23と下階の梁21bに固定したダンパー取り付け治具25との間にオイルダンパー26を接続したもので、それら慣性質量ダンパー24と本発明のバネ部材10とオイルダンパー26とによって同調型制振機構を構成したものである。
この場合、バネ部材10として図6に示したようにシリンダー1を角形としたものを用いて、そのベースプレート1aを下階の梁21bに対して直接接続すれば、納まりおよび施工性に優れる。
1a ベースプレート
3 皿バネ
3A 皿バネ群
4 ロッド(ロッド要素)
5 クレビス
10 バネ部材
11 バネ要素
12(12a、12b) 押板
13(13a、13b) ストッパー
14(14a,14b) 蓋体
15 連結材
16 ゴムシート
20 柱
21(21a、21b) 梁
22 V型ブレース
23 接合治具
24 慣性質量ダンパー
25 ダンパー取り付け治具
26 オイルダンパー
Claims (1)
- 互いに離接する方向に相対変位可能な二部材間に介装されて、前記二部材間に生じる相対変位によって弾性的に伸縮するバネ部材であって、
シリンダー要素と、該シリンダー要素に対して軸方向に相対変位可能に挿入されたロッド要素と、該ロッド要素の先端部に組み付けられて前記シリンダー要素内に収容されたバネ要素により構成されて、前記ロッド要素の基端部および前記シリンダー要素に対して前記二部材がそれぞれ連結可能とされ、
前記バネ要素は複数枚の皿バネを直列および/または並列に重ねてなる1組の皿バネ群の両端側に押板がそれぞれ配設され、
前記ロッド要素は前記バネ要素の全体に対して軸方向に相対変位可能に挿通せしめられているとともに、該ロッド要素には前記各押板の外側の位置にそれぞれストッパーが設けられていて、該ストッパーの間において前記バネ要素の全体が前記ロッド要素の軸方向両側に弾性的に変位可能な状態で組み付けられ、
前記ロッド要素の基端部が前記シリンダー要素から外方に延出せしめられた状態で該ロッド要素の先端部が前記シリンダー要素内に挿入されて、前記各押板がそれぞれ前記シリンダー要素の両端部に設けられた蓋体の内面に対して押圧可能な状態で前記バネ要素の全体が前記シリンダー要素内に収容されてなり、
前記ロッド要素が前記シリンダー要素に対して軸方向両側に相対変位した際に、いずれか一方の押板が前記蓋体に対して押圧されるとともに他方の押板が前記ストッパーにより前記シリンダー要素の内側に向かって押圧されて前記バネ要素の全体が弾性的に圧縮可能に構成されてなることを特徴とするバネ部材。
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