JP4317766B2 - クレビス並びにクレビスに接続される減衰装置 - Google Patents

Description

本発明は、建築構造物と減衰装置を接続するクレビス並びにクレビスに接続される減衰装置及び減衰装置を備える建築構造物であって、トルク方向は減衰装置を拘束するとともに減衰効果が達成される建築構造物に関する。

一般に、減衰機構は相対変位する２点（物体）間に装着され、一方の振動源側から他方の制振物体側へ伝達される振動エネルギを熱エネルギに変換消失することにより減衰効果を達成するよう構成されている。

しかるに、一般通常の減衰機構は、装置内に形成される粘性体チャンバ内に、振動に伴って発生される相対変位部分を収容することにより、その粘性摩擦抵抗を介して減衰効果を達成するように構成されている。しかもこの場合、前記相対変移部分の変位量は実際の変位量（相対変位する２点間の変位量）より増幅手段を介して増幅されるよう構成されている。従って、減衰効果も増大されることができる。因みに、減衰効果は、相対変位（動作）する２部分の間の対向面積の１乗及び相対速度のα乗に比例する。

従来の減衰機構は、一般に、相対変位部分を増幅する手段を有するが、しかるにこの変位増幅手段は、通常は、ヒンジ・ジョイントで連結されるテコ手段から構成されていた。

しかしながら、このようなヒンジ・テコ手段はその像倍率が十分でなく、しかも構成が複雑で構造を大型化すると同時に作動精度が低下する難点を有していた。

そこで、出願人らは、増幅倍率、すなわち、相対変位間の対向面積及び相対速度の増大比率大きくし、簡単小型な構成にするため、円筒形状の回転体と円筒形状のケーシングと粘性体からなる減衰機構を有する減衰装置として減衰こまを提案している（特許文献１）。この減衰装置は、建築構造物との接続は１軸クレビスや３軸ユニバーサルジョイント等が使用されていた。

図６にクレビスで接続される減衰装置である従来の減衰こまの一例を示す。

減衰こまは、相対変位する２点（物体）Ａ，Ｂ間を連結するよう互いに接続される第１及び第２のクレビス９４、１０４からなり、これらの両クレビス９４、１０４は、それぞれの一端部を２点９０、９２の中の１つにそれぞれ固定するとともに、その第１のクレビス９４は、その接続側を案内ねじ部９６に形成し、そしてこのねじ部９６上には、ボールベアリング９８を介して螺合される案内ナット１００で駆動する回転内筒１６を回転摺動可能に挿着し、また第２のクレビス１０４は、その固定外筒１０８に形成し、そしてこのチャンバ１０６内には減衰用の粘性体および／または粘弾性体１１０を充填するよう構成されている。ここで、回転内筒は、一端部を案内ナット１００に外挿される他端部閉塞筒体からなり、案内ナット１００の一側部および回転内筒１０２の前記閉塞端部の固定外筒１０８に対する上下両対接面にそれぞれボールベアリング１１２、１１４を配設することにより、２点９０、９２間の相対変位から発生される圧縮及び引っ張りの両荷重に対応して、案内ねじ部９６上を回転し、かつ図示上下方向へ摺動するよう軸支されている。
特開平１０−１８４７５７号

しかしながら、前記減衰こまには、次に述べるような課題が生じていた。

すなわち、従来の減衰こまは１軸クレビスを使用しているため、面外方向の変形に追随できない。このため、減衰こま本体にモーメントが発生し、クレビスと本体接合部や案内ねじれ部にモーメントが加わり破断するため、減衰こま本体の寿命を縮めるおそれがあった。

この課題を解消するため、１軸クレビスに代えて、３軸ユニバーサルジョイントを介して減衰こまと構造建築物を接続することで減衰こま本体に発生するモーメントを回避することができる。しかしながら、この場合、３軸ユニバーサルジョイントでは、減衰こまの軸方向にトルクが発生するとトルク方向に回転が生じて減衰性能が得られなくなる。

一方、独立したピンを２方向に設ける２軸クレビスを使用することでトルク方向を拘束することができる。しかしながら、減衰こまの本体が大きくなるという課題を有している。

そこで、本発明の目的は、減衰こまと接続されて構造物より伝達される減衰こまの中心軸方向の振動の伝達および面外方向の変形に追随するという課題を解決するとともに、減衰こまの軸方向にトルクが発生しても中心軸周りの回転を伝達させないクレビス及びそのクレビスと一体化される減衰こまとこの減衰こまを使用した建築構造物の提供にある。

少なくとも一つの回転体を有し、この回転体と粘性体または粘弾性体との摩擦により減衰効果を発揮する減衰装置に接続されるクレビスであって、
減衰装置と接続される第１フランジと、前記第１フランジの接続面と反対面に垂直に所定の間隔をおいて平行に立設される２枚のクレビスアイと、構造物に接続するための第２フランジと、前記第２フランジの接続面と反対面に垂直に立設されるガゼットプレートと、前記ガゼットプレートの中心に球面となるように形成された球面凹部と、前記球面凹部に嵌合背反する平行で円形の２面を有し、両円形平面はその周囲を互いに球面の一部で接続される球座と、前記平面中心を貫通する円形穴部と、前記球座の円形穴部を貫通し両端が前記両クレビスアイの軸孔に挿入される軸部とからなるクレビスを提供する。

ガゼットプレートの厚みは両クレビスアイの間隔よりも薄く形成されて球座の両端面間の厚みは両クレビスアイの間隔とほぼ等しいことを特徴とするクレビスを提供する。

減衰装置は、相対変位可能に互いに接続される第１および第２の連結部材からなり、この第１の連結部材は、少なくともその接続側に案内ねじ部が形成された第１のロッドと、この案内ねじ部に係合すると共に案内ねじ部との相対変位に基づき案内ねじ部上を回転摺動するよう軸支される案内ナットと、前記第１のロッドより大きな径を有すると共にこの径より充分大きな軸方向長さとを有し前記案内ナットを介して回転摺動可能に挿着される円筒形状回転体とからなり、前記第２の連結部材は、前記円筒形状回転体及び案内ナットを収容する円筒形状ケーシングからなる減衰装置において、少なくとも前記円筒形状ケーシングの内壁と前記円筒形状回転体との間隙に減衰用の粘性体または粘弾性体を充填することを特徴とするクレビスを提供する。

前記円筒形状回転体は、一端部が案内ナットに外挿され他端部が閉塞された円筒体からなり、案内ナットの一側部とこれに対向する回転内筒の閉塞端部が回転可能に軸支されるクレビスを提供する。

前記円筒形状回転体は、一端部が案内ナットに外挿され他端部が開放端である管状回転体からなり、案内ナットの両側部が回転可能に軸支されると共に、粘性体または粘弾性体が管状回転体の中空部にも充填されるクレビスを提供する。

少なくとも一つの回転体を有し、この回転体と粘性体または粘弾性体との摩擦により減衰効果を発揮する減衰装置であって、前記減衰装置と接続される第１フランジと、前記第１フランジの接続面と反対面に垂直に所定の間隔をおいて平行に立設される２枚のクレビスアイと、構造物に接続するための第２フランジと、前記第２フランジの接続面と反対面に垂直に立設されるガゼットプレートと、前記ガゼットプレートの中心に球面となるように形成された球面凹部と、前記球面凹部に嵌合するよう側面に球面が形成されて側面に垂直となる端面が平坦であって内面に円形穴部が形成される球座と、前記球座の円形穴部を貫通し両端が前記両クレビスアイの軸孔に挿入される軸部とからなるクレビスと一端部または両端部で接続されることを特徴とする減衰装置を提供する。

減衰装置は、相対変位可能に互いに接続される第１および第２の連結部材からなり、この第１の連結部材は、少なくともその接続側に案内ねじ部が形成された第１のロッドと、この案内ねじ部に係合すると共に案内ねじ部との相対変位に基づき案内ねじ部上を回転摺動するよう軸支される案内ナットと、前記第１のロッドより大きな径を有すると共にこの径より充分大きな軸方向長さとを有し前記案内ナットを介して回転摺動可能に挿着される円筒形状回転体とからなり、前記第２の連結部材は、前記円筒形状回転体及び案内ナットを収容する円筒形状ケーシングからなる減衰装置において、少なくとも前記円筒形状ケーシングの内壁と前記円筒形状回転体との間隙に減衰用の粘性体または粘弾性体を充填することを特徴とする減衰装置を提供する。

円筒形状ケーシングの外周にさらにケースを備える減衰装置を提供する。

ガゼットプレートの中心部に、クレビスアイの軸部を取り囲むように形成された円盤部の周囲をガゼットプレートが摺動することによって、シリンダ型減衰こまの軸方向に垂直な方向の振動を吸収することができ、減衰こま本体やクレビスの破断を防止することができる。

ガゼットプレートの厚みを両クレビスの間隔より薄く形成し、球座の両端面間の厚みを両クレビスの間隔とほぼ等しくすることによって、地震等の発生時、ガゼットプレートが両クレビス間で相対変位することによって、ガゼットプレートに垂直な方向の変位を吸収することができる。

ガゼットプレートと円盤部をピンで固定することによって、減衰装置の軸周りの回転運動を構造物に伝達させることができる。

これによって、シリンダ型減衰こまの軸方向に垂直な２方向の振動とトルク方向の回転を、円盤部の周りでガゼットプレートが摺動することによって吸収することができる。

また、円盤部部分にトルク方向変形拘束のピンを設けることで、２軸クレビス本体をコンパクトにすることができる。

本発明に係る減衰装置の第１の実施例について添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１の本発明に係る減衰装置であるシリンダ型減衰こまの両端に形成されるクレビスの正面図を図２に示し、断面図を図３に示す。

図１に示すように、構造物１の異なる２点間Ａ，Ｂにシリンダ型減衰こま２の長軸方向の両端に２軸クレビス４ａ、４ｂが設けられそれぞれＡ，Ｂに固定されている。

シリンダ型減衰こま２は速度増幅部６と伝達部８と減衰部１０とから構成される。速度増幅部６の中心に対して水平方向にその端部からねじ溝の刻設された案内ねじ部１２が挿入される。速度増幅部６の最外郭部である外筒１４に軸受を介して案内ナット１６が回動自在に内接し、案内ナット１６内部の穴部に案内ねじ部１２が挿入される。案内ナット１６内にリニア軸受けが設けられ、案内ねじ部１２にネジ溝が刻設されてボールベアリング１８を介して案内ナット１６と螺合される。この案内ナット１６は伝達部８内で回転内筒２２と接合されて、減衰部１０内を回動する。減衰部１０の外筒２４と回転内筒２２の間には粘性体２６が封入され外筒２４端部のシールで封止され、粘性体２６が漏れない構造となっている。

このシリンダ型減衰こま２の両端である外筒２４にフランジ３０が設けられ、案内ねじ部１２の先にフランジ３２が設けられ、第１フランジ３４ａ，３４ｂがそれぞれフランジ３０、３２に接続され、ボルト等でネジ止め固定される。以下、いずれのクレビスも同一構造であるため一方のクレビスについて説明する。第１フランジ３４ａのシリンダ型減衰こま２と反対側となる面すなわち構造物側の面に対して垂直に２枚のクレビスアイ３６ａ，３６ｂが所定の間隔をおいて平行に立設される。一方構造物Ａに固定される第２フランジ３８ａが接続され、第２フランジ３８ａと構造物の接続面Ａと反対面に垂直にガゼットプレート４０が立設される。ガゼットプレート４０は２枚のクレビスアイ３６ａ、３６ｂの間にある程度の隙間を空けて挿入される。ガゼットプレート４０の中心に内壁が凹球面状に形成される貫通孔４２が開口される。その貫通孔４２に嵌合するように側面が凸球面状に形成される円盤部４４が設けられ、この円盤部４４の中心には円形穴部４６が形成される。クレビスアイ３６ａの軸孔５０ａに挿入される軸部４８は、この円形穴部４６を貫通してクレビスアイ３６ｂの軸孔５０ｂに挿入される。

ガゼットプレート４０の厚みは、両クレビスアイ３６ａ、３６ｂの間隔よりも薄く形成され、円盤部４４の厚みは両クレビスアイ３６ａ、３６ｂの間隔とほぼ等しくなるよう形成される。このように構成されることで、ガゼットプレート４０が円盤部４４を中心に両クレビスアイ３６ａ、３６ｂに規制される範囲内で軸部４８を中心とした回動と、面外方向の変形に追随する摺動が可能となる。

ガゼットプレート４０にその貫通孔４２の内側面に開口してフランジ３８ｂと平行となり所定の深さの第１ピン孔５０ａ，５０ｂが内側面で開口部同士が対向するように設けられる。

円盤部４４にも第１ピン孔５０ａ，５０ｂに対応して相対する位置に第２ピン孔５２ａ、５２ｂとが設けられる。第１ピン孔５０ａ，５０ｂと第２ピン孔５２ａ、５２ｂにそれぞれピン５４ａ，５４ｂが挿入され、ガゼットプレート４０と円盤部４４がシリンダ型減衰こま２の中心軸に対する回転を規制するように固定される。このため、このピン５４によりシリンダ型減衰こま２の動作により中心軸に対して回転方向にトルクが発生しても、ガゼットプレート４０と円盤部４４と軸部４８と両クレビスアイ３６ａ、３６ｂとが一体化されて、中心軸周りの回転を伝達させない。

以下、本発明の減衰装置の作用について説明する。

第一にシリンダ型減衰こま２の軸方向の振動が発生する場合について検討する。すなわち、構造体に対する水平方向の振動であって、振動方向とシリンダ型減衰こま２の軸方向に平行な方向に揺れが生じた場合である。

この場合、案内ねじ部１２の軸方向の直線変位が回転内筒２２の回転運動に変換される。回転運動は、回転内筒２２と粘性体及び／又は粘弾性体２６と案内ねじ部１２の摩擦により熱エネルギに変換されて減衰する。

第二にシリンダ型減衰こま２の軸方向に垂直かつガゼットプレート４０の中心軸に平行な方向の振動が発生する場合について検討する。すなわち、構造体に対する水平方向の振動であって、振動方向とシリンダ型減衰こま２の軸方向が垂直な方向に揺れが生じた場合である。

この場合、ガゼットプレート４０が円盤部４４の周りを摺動して両クレビスアイ３６ａ、３６ｂ間の隙間を相対変位することによる変形に追従が可能となり接続部の破断を防ぐことができる。

第三にシリンダ型減衰こま２の軸方向に垂直でガゼットプレート４０の中心軸のいずれにも平行な方向の振動が発生する場合について検討する。すなわち、構造体に対する鉛直方向の振動であって、振動方向とシリンダ型減衰こま２の軸方向にも垂直な方向に揺れが生じた場合である。

この場合、クレビスアイ３６ａ、３６ｂとガゼットプレート４０が軸部を中心として回動することによる変形に追従が可能となり接続部の破断を防ぐことができる。

図４においては、本発明に係るシリンダ型減衰こま２を建築構造物に実際に適用した場合の構成図を示す。構造物の基礎７６とこの基礎７６上に免震パッド７８を介して支持されている防震構造物８０との間に、それぞれの支持支柱７６ａ、８０ａを介して圧縮及び引張り可能に配設されている。従って、これによれば、地震等で発生される基礎７６及び防震構造物８０間の水平方向の相対変位によって伸縮される減衰装置７５の減衰効果により基礎７６及び防震構造物８０間の水平方向の相対変位エネルギが吸収されて、防震構造物８０の振動が有効に制振され得る。

支持支柱７６ａ、８０ａが水平方向にシリンダ型減衰こま２の軸方向に振動するとき、減衰装置７５には引張り及び圧縮の力が加わる。この場合減衰装置７５の中央部分のシリンダ型減衰こま２の案内ねじ部１２の軸方向の直線変位が回転運動に変換され、その回転運動が回転内筒２２と粘性体及び／又は粘弾性体２６と案内ねじ部１２の摩擦により熱エネルギに変換されて振動が減衰する。

支持支柱７６ａ、８０ａが構造物が鉛直方向に振動するとき、減衰装置７５にはクレビスアイ３６ａ、３６ｂとガゼットプレート４０が軸部４８を中心として回動し、振動による変形に追従が可能となり接続部の破断を防ぐことができる。

支持支柱７６ａ、８０ａが水平方向であってシリンダ型減衰こま２の軸と垂直方向に振動するとき、減衰装置７５は、ガゼットプレート４０が両クレビスアイ３６ａ、３６ｂ間の隙間を互いに接触する程度に相対変位することで振動による変形に追従が可能となり接続部の破断を防ぐことができる。

図５において、本発明に係る減衰装置７５は、建築構造物９２の構造枠体における対向角部の取付プレートの間にそれぞれ連結部材を介して圧縮および引張り可能に配設されている。従って、地震等で発生する構造枠体の歪み変位によって伸縮される減衰装置７５の減衰効果により構造枠体内の歪みエネルギが吸収されて、建築構造物８２の振動が有効に制振され得る。

鉛直方向の振動の場合、減衰装置７５には引張り及び圧縮の力、または、シリンダ型減衰こま２の軸に垂直でクレビス６４の面に平行な方向の力が加わることが考えられる。減衰装置７５の引張り及び圧縮の力に対しては、シリンダ型減衰こま２の案内ねじ部１２の軸方向の直線変位が回転運動に変換される。その回転運動が回転内筒２２と粘性体及び／又は粘弾性体２６と案内ねじ部１２の摩擦により熱エネルギに変換されて振動が減衰する。シリンダ型減衰こま２の軸に垂直でクレビス６４の面に平行な方向の力に対しては、両クレビスアイ３６ａ、３６ｂとガゼットプレート４０が軸部４８を中心にして回動することで振動による変形に追従が可能となり接続部の破断を防ぐことができる。

水平方向のさらにシリンダ型減衰こま２の軸に垂直方向に力が加わる場合は、減衰装置７５は、ガゼットプレート４０が両クレビスアイ３６ａ、３６ｂ間の隙間を相対変位することで振動による変形に追従が可能となり接続部の破断を防ぐことができる。

従来の減衰こまのクレビスは１軸クレビスを使用していたが、１軸クレビスでは面外方向の変形に追随できなく、シリンダ型減衰こま本体にモーメントが発生し、減衰こま本体の寿命を縮めるおそれがあった。これを改良して２軸クレビスとすることで、面外方向の変形に対しても追随できるようになる。本発明はこれを実現する上で一つの有効な手法であると考えられる。通常の家屋やビルディングの他に橋梁等にシリンダ型減衰こまを適用する場合に活用が可能である。

本発明に係る制震装置を側面図及び内装図である。 本発明に係る制震装置のクレビス部分の正面図である。 本発明に係る制震装置のクレビス部分の側面図である。 本発明に係る防震構造物の構成図である。 本発明に係る防震構造物の構成図である。 本発明に係る減衰１軸クレビスを用いた減衰こまの断面図である。

符号の説明

２ シリンダ型減衰こま
４ａ，４ｂ ２軸クレビス
６ 速度増幅部
８ 伝達部
１０ 減衰部
１２ 案内ねじ部
１４ 外筒
１６ 案内ナット
１８ ボールベアリング
２２ 回転内筒
２４ 外筒
２６ 粘性体
３０ フランジ
３２ フランジ
３４ａ，３４ｂ 第１フランジ
３６ａ，３６ｂ クレビスアイ
３８ａ 第２フランジ
３８ｂ フランジ
４０ ガゼットプレート
４２ 貫通孔
４４ 円盤部
４６ 円形穴部
４８ 軸部
５０ａ，５０ｂ 第１ピン孔
５２ａ，５２ｂ 第２ピン孔
５４ａ，５４ｂ ピン
６４ クレビス
７５ 減衰装置
７６ 基礎
７６ａ 支持支柱
７８ 免震パッド
８０ 防震構造物
８０ａ 支持支柱
８２ 建築構造物
９２ 建築構造物

Claims (8)

1. 少なくとも一つの回転体を有し、この回転体と粘性体または粘弾性体との摩擦により減衰効果を発揮する減衰装置に接続されるクレビスであって、
   減衰装置と接続される第１フランジと、前記第１フランジの接続面と反対面に垂直に所定の間隔をおいて平行に立設される２枚のクレビスアイと、構造物に接続するための第２フランジと、前記第２フランジの接続面と反対面に垂直に立設されるガゼットプレートと、前記ガゼットプレートの中心に開口されてその内壁が凹球面状に形成される貫通孔と、前記貫通孔に嵌合するように側面が凸球面状に形成される円盤部と、前記円盤部の中心に開口される円形穴部と、前記円形穴部を貫通し両端が前記両クレビスアイの軸孔に挿入される軸部とからなるクレビスにおいて、
   前記ガゼットプレートに前記第２フランジと平行に貫通孔に通じるように第１ピン孔を設けて前記円盤部にも円盤平面と平行に第２ピン孔を設けて前記第１ピン孔と前記第２ピン孔にピンが挿入されて前記ガゼットプレートと前記円盤部とが固定されるクレビス。
2. ガゼットプレートの厚みは両クレビスアイの間隔よりも薄く形成されて円盤部の厚みは両クレビスアイの間隔とほぼ等しいことを特徴とする請求項１記載のクレビス。
3. 減衰装置は、相対変位可能に互いに接続される第１および第２の連結部材からなり、この第１の連結部材は、少なくともその接続側に案内ねじ部が形成された第１のロッドと、この案内ねじ部に係合すると共に案内ねじ部との相対変位に基づき案内ねじ部上を回転摺動するよう軸支される案内ナットと、前記第１のロッドより大きな径を有すると共にこの径より充分大きな軸方向長さとを有し前記案内ナットを介して回転摺動可能に挿着される円筒形状回転体とからなり、前記第２の連結部材は、前記円筒形状回転体及び案内ナットを収容する円筒形状ケーシングからなる減衰装置において、少なくとも前記円筒形状ケーシングの内壁と前記円筒形状回転体との間隙に減衰用の粘性体または粘弾性体を充填することを特徴とする請求項１記載のクレビス。
4. 前記円筒形状回転体は、一端部が案内ナットに外挿され他端部が閉塞された円筒体からなり、案内ナットの一側部とこれに対向する回転内筒の閉塞端部が回転可能に軸支される請求項３記載のクレビス。
5. 前記円筒形状回転体は、一端部が案内ナットに外挿され他端部が開放端である管状回転体からなり、案内ナットの両側部が回転可能に軸支されると共に、粘性体または粘弾性体が管状回転体の中空部にも充填される請求項３記載のクレビス。
6. 少なくとも一つの回転体を有し、この回転体と粘性体または粘弾性体との摩擦により減衰効果を発揮する減衰装置であって、
   前記減衰装置と接続される第１フランジと、前記第１フランジの接続面と反対面に垂直に所定の間隔をおいて平行に立設される２枚のクレビスアイと、構造物に接続するための第２フランジと、前記第２フランジの接続面と反対面に垂直に立設されるガゼットプレートと、前記ガゼットプレートの中心に開口されてその内壁が凹球面状に形成される貫通孔と、前記貫通孔に嵌合するように側面が凸球面状に形成される円盤部と、前記円盤部の中心に開口される円形穴部と、前記球座の円形穴部を貫通し両端が前記両クレビスアイの軸孔に挿入される軸部とからなるクレビスと一端部または両端部で接続され、
   前記ガゼットプレートに前記第２フランジと平行に貫通孔に通じるように第１ピン孔を設けて前記円盤部にも円盤平面と平行に第２ピン孔を設けて前記第１ピン孔と前記第２ピン孔にピンが挿入されて前記ガゼットプレートと前記円盤部とが固定される減衰装置。
7. 減衰装置は、相対変位可能に互いに接続される第１および第２の連結部材からなり、この第１の連結部材は、少なくともその接続側に案内ねじ部が形成された第１のロッドと、この案内ねじ部に係合すると共に案内ねじ部との相対変位に基づき案内ねじ部上を回転摺動するよう軸支される案内ナットと、前記第１のロッドより大きな径を有すると共にこの径より充分大きな軸方向長さとを有し前記案内ナットを介して回転摺動可能に挿着される円筒形状回転体とからなり、前記第２の連結部材は、前記円筒形状回転体及び案内ナットを収容する円筒形状ケーシングからなる減衰装置において、少なくとも前記円筒形状ケーシングの内壁と前記円筒形状回転体との間隙に減衰用の粘性体または粘弾性体を充填することを特徴とする請求項６記載の減衰装置。
8. 円筒形状ケーシングの外周にさらにケースを備える請求項６又は７記載の減衰装置。

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