JPH077637Y2 - 構造物用エネルギー吸収装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 イ．考案の目的 〔産業上の利用分野〕 この考案は、建築物・配管等の構造物に作用する地震等
の周期的エネルギーを吸収するいわゆる構造物用エネル
ギー吸収装置に関し、更に詳しくは、ゴム弾性体と金属
塑性物質特には鉛体との協働作用を利用したエネルギー
吸収装置に関する。

〔従来の技術〕

引張りと圧縮とが交番して発生する構造的に介装される
エネルギー吸収装置として、本出願人は先に、特公昭62
−31145号公報（以下先行技術という）を提案した。

該先行技術によれば、回転板と各端部においてピンによ
って該ピン軸まわりに回動可能に枢着されて四節連鎖を
構成する４本のリンクバーと抵抗体とから構成され、抵
抗体は高粘性物質と弾性体との組合わせからなり、該高
粘性物質は上記回転板間の微少隙間に充填配置され、弾
性体は上記回転板の周縁部においてその間に配置されて
なるものである。

しかして、構造物間に相対的移動が生じるとリンクバー
を介して回転板相互を逆回転させ、回転板相互に介在す
る高粘性物質のせん断抵抗により周期的エネルギーを吸
収して構造物の振動を減衰しようとするものである。

しかしながら、上記先行技術においては、粘性せん断抵
抗力は単位面積当たりの大きさが比較的小さく、大きな
抵抗力を得ようとする場合には装置が大型化するもので
ある。また、微少間隙を保持するため加工精度を要す
る。

〔考案が解決しようとする問題点〕

本考案は上記実情に鑑み、この種のエネルギー吸収装置
において、簡単な構造にして、更に大きな抵抗力を得る
ことができ、長期間安定した性能を維持できる機構のも
のを提供することを目的とする。

ロ．考案の構成 〔問題点を解決するための手段〕 本考案の構造物用エネルギー吸収装置は上述した目的を
達成するため、以下の構成を採る。

すなわち、引張りと圧縮とが交番して発生する構造物間
に介装されるエネルギー吸収装置であって、相対向して
配され、中心軸回りに回転する２つの円板状の回転体１
と；実質的に等厚の円板状をなし、回転体１と中心軸を
一致させて回転体１相互間に一体的に挟着固定されるゴ
ム弾性体３と；ゴム弾性体３内において、少なくともそ
の周縁に沿って等間隔に穿設された円筒孔をなす収容孔
18内のそれぞれに密着状に封入された円柱状の鉛体４
と；構造物に連動し、回転体１を互いに逆方向に回転駆
動するリンク機構５と；からなることを特徴とする。

〔作用〕

構造物間に地震動などの巨大な周期エネルギーが作用す
ると、構造物には引張り変位と圧縮変位とが交番して発
生し、この変位はリンク機構５を介して回転体１相互の
逆回転変位に変換される。

この回転体１相互の逆回転変位によりゴム弾性体３に保
持された鉛体４がせん断変形され、このときの変形に伴
うエネルギー消費によって周期エネルギーを吸収する。

しかして、この周期エネルギーの吸収作用により本装置
に連動する構造物間の相対変位、換言すれば地震動を吸
収する。

〔実施例〕

本考案の構造物用エネルギー吸収装置の実施例を図面に
基づいて説明する。

（第１実施例） 第１図〜第３図はその一実施例（第１実施例）を示す。

このエネルギー吸収装置Ｓは、２つの相対向する回転体
１と、回転体１の回転中心を保持する回転中心ピン２
と、該回転体１相互間に挟着保持されるゴム弾性体３
と、該ゴム弾性体３内に封入されるエネルギー吸収体と
しての鉛体４と、回転体１相互を互いに逆回転駆動する
リンク機構５と、を含む。

以下、各部の細部構造について説明する。

回転体１は円板状をなし、中心部に中心孔10が開設さ
れ、２つの回転体１相互はこの中心孔10の中心軸を一致
させて相対向して配される。

ゴム弾性体３は所定の厚さを保持し、回転体１と同じく
円板状をなし、中心に貫通孔11が穿設され、該貫通孔11
は円板体１の中心孔10と合致する。

回転体１及びゴム弾性体３の中心の中心孔10及び貫通孔
11にブシュ13を介して回転中心ピン２が挿通される。該
回転中心ピン２はボルト15・ナット16よりなり、ボルト
15の杆部をブシュ13に挿通し、ナット16により固定保持
している。該回転中心ピン２はボルト・ナット以外の態
様を採ることができる。

回転体１とゴム弾性体３とは接着剤を介して、更には加
硫接着により一体的に固定される。

円板状をなすゴム弾性体３の周縁部近傍において、円周
方向に等間隔に円筒状の収容孔18が穿設され、該収容孔
18に円柱状の鉛体４が封入されている。

鉛体４の封入は、機械加工された鉛プラグを挿入し、圧
力を加えて、ゴム弾性体２に密着させる。使用される鉛
体４としては純粋鉛のほかに鉛合金、あるいは鉛その他
の物質との混合物を含む。

リンク機構５については、回転体１の一方の面に、２つ
のリンクバー20,21が、回転中心ピン２を挟んで径方向
の対称位置に、かつ両端近傍部に回転ピン22,23を介し
て回転可能に枢着される。また、回転体１の他方の面に
は、同じく２つのリンクバー25,26が、回転中心ピン２
を挟んで、前記リンク20,21と直交するように径方向の
両端近傍部に回転ピン27,28を介して回転可能に枢着さ
れる。これらの回転ピン22,23,27,28は回転体１に埋込
み固着される。

そして、これらのリンクバー20,21,25,26の相互は枢着
ピン30,31,32,33によって互いに枢着される。すなわ
ち、リンクバーの20と25とは枢着ピン30で、リンクバー
の20と26とは枢着ピン31で、リンクバーの21と25とは枢
着ピン32で、そして、リンクバーの21と26とは枢着ピン
33で、それぞれ枢着されている。

以上によって４本のリンクバー20,21,25,26は四節連鎖
を構成する。

また、枢着ピン30〜33はそれぞれボルト・ナットよりな
り、ナットは２重に締め付けられる。

また、それぞれの枢着ピン30〜33の回りにはスリーブ35
が回転自在に外嵌され、該スリーブ35に後記する構造物
の斜材との結合を図る添設部材37が固設される。

第４図はこのエネルギー吸収装置Ｓの構造物系への組込
みを示す。

図において、構造物Ｋは柱部材40と梁部材41とからな
り、各階層においてこれらの接合点相互を斜材43,44,4
5,46で結合される。そして、これらの斜材43〜46間に本
装置Ｓが介装される。すなわち、斜材43〜46はそれぞれ
枢着部30〜33に介装部材37を介して取り付けられる。

このように構成された本実施例のエネルギー吸収装置Ｓ
は、地震動に対し、次のように作動する。

すなわち、地震動による周期的な強制振動が構造物Ｋに
作用すると、該振動は柱40及び梁41を介して、斜材43,4
4,45,46を含む骨組平面に変形を生じ、この結果、斜材4
3,44には引張が働き、斜材45,46には圧縮力が働く。次
には、斜材43,44に圧縮力が、また斜材45,46には引張り
力が働き、これを繰り返す。

このような斜材の受ける応力は本エネルギー吸収装置の
四節連鎖を変形させ、該連鎖に接合せしめられた回転板
１に逆方向の回転変位を与える。

回転板１相互の逆回転により、ゴム弾性体３に封入され
た鉛体４はせん断変形を受ける。このせん断変形に伴う
エネルギー消費により、回転体１の回転動は減衰され、
ひいては構造物間の運動は減衰される。

上述の変移は周期的なものであり、従って、回転板１は
周期的回転運動となるが、上述の鉛体４のせん断変形に
伴うエネルギー消費により、この周期的運動は速やかに
減衰される。

なお、ゴム弾性体３は地震動が終ったあと、その弾性に
より初期位置に復帰させる作用をなす。

本装置Ｓの叙上の作動において、ゴム弾性体３内に封入
された各円柱状の鉛体すなわち鉛柱４は、四周がゴム弾
性体３に拘束状に封入され、かつ、その変形を強制する
荷重は各鉛柱４に対して接線方向に作用することにな
る。

この結果、ゴム弾性体３と鉛柱４とは一体となって挙動
し鉛柱４は純せん断変形を受けるとともに、変形一荷重
特性が明確化され、合理的な設計が可能となる。

第５図に本装置Ｓの履歴特性を示す。図において、実線
はこの装置Ｓにおけるゴム弾性体と鉛体との混合体の変
位−せん断力曲線（履歴曲線）を示し、破線で示すゴム
弾性体のみの履歴曲線に比べ、大きなエネルギー吸収特
性を示すことがわかる。

本装置Ｓによれば、風や微弱地震などの常時の構造物Ｋ
に変位を惹起しようとする荷重に対し、鉛体のもつ初期
弾性でその変位を抑えることができる。

（変形例） 第６図及び第７図は本考案の他の実施例（第２実施例）
を示す。図において、先の第１実施例と同等の部材につ
いては同一の符号が付されている。また、本実施例では
リンク機構５が省略されているが先の実施例に準じる。

この第２実施例においては、ゴム弾性体３と回転体１と
をボルトによって一体化された点を特徴とする。すなわ
ち、円板状のゴム弾性体の周縁部においてフランジ部50
が張設され、このフランジ部50と回転体１とをフランジ
部50に沿って円周方向に等間隔に配された固定ボルト52
をもって一体的に固定したものである。

この態様によれば、回転体１とゴム弾性体３との接合が
簡単に行え、かつ取外しも可能となり、鉛体４の取替え
を行うことができる。

第８図は本考案の更に他の実施例（第３実施例）を示
す。

この実施例においては、ゴム弾性体３を予め鋼板54に接
着したものを、ボルト56を介して回転体１に固着したも
のである。

この態様によれば、第２実施例よりもゴム弾性体３の固
着が確実となり、かつ組立加工が簡単となる。

本考案は上記実施例に限定されるものではなく、本考案
の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能であ
る。すなわち、以下の態様は本考案の技術的範囲内に包
含されるものである。

エネルギー吸収体として、鉛のほか、錫、亜鉛、アル
ミニウム、ナトリウム、銅などの金属、鉛−錫合金、
亜鉛−アルミニウム−銅などの超塑性合金、あるいは、
ガラスビーズ、金属粉（鋼球を含む）、セラミック粒
などの粒状物質、が使用される。更に、鉛、あるいは上
記及びの物質が選ばれる場合は、これらの物質の２
以上の組合わせも可能である。においても、２以上の
組合わせも適宜採用される。

上記及びの物質をエネルギー吸収体として使用する
場合においては、これらの物質は鉛体と同じくその塑性
流動化に伴うエネルギー吸収により減衰がなされる。

上記の粒状物質を使用する場合においては、密に詰め
られた粒状物質相互間の摩擦による減衰機能を利用する
ものである。

ハ．考案の効果 本考案の構造物用エネルギー吸収装置は上記構成よりな
り作用を奏するものであるので、以下の特有の効果を有
する。

比較的小型の装置で、大きなエネルギー吸収特性を得
ることができ、建築物の壁構造への組込みが容易とな
る。

構造が簡単であるので、加工手間が要せず、このため
製作費用の低減を図ることができる。

鉛体の数及び配置を適宜に変えることにより、本装置
のエネルギー吸収特性を自由に選択することができ、設
計上の自由度が増大する。

鉛体はゴム弾性体内に四周を拘束されて封入されてい
るので、純せん断変形を受けるとともに、確実にエネル
ギー吸収作用を発揮し、かつ、その変形−荷重特性が明
確であることから合理的な設計が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の構造物エネルギー吸収装置の実施例を示
し、第１図はその一実施例（第１実施例）の側面図、第
２図は第１図のＸ−Ｘ線断面図、第３図は第２図のＹ−
Ｙ断面図、第４図は本装置の構造物への適用を示す模式
図、第５図は本装置の履歴特性を示す図、第６図は他の
実施例（第２実施例）の断面図、第７図は第６図のＺ−
Ｚ線断面図、第８図は更に他の実施例（第３実施例）の
断面図である。 １……回転体、３……ゴム弾性体、４……金属塑性物
質、５……リンク機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｆ 15/124

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】引張りと圧縮とが交番して発生する構造物
   間に介装されるエネルギー吸収装置であって、 相対向して配され、中心軸回りに回転する２つの円板状
   の回転体（１）と、 実質的に等厚の円板状をなし、前記回転体（１）と中心
   軸を一致させて、前記回転体（１）相互間に一体的に挟
   着固定されるゴム弾性体（３）と、 前記ゴム弾性体（３）内において、少なくともその周縁
   に沿って等間隔に穿設された円筒孔をなす収容孔（18）
   内のそれぞれに密着状に封入された円柱状の鉛体（４）
   と、 前記構造物に連動し、回転体（１）を互いに逆方向に回
   転駆動するリンク機構（５）と、 からなることを特徴とする構造物用エネルギー吸収装
   置。
2. 【請求項２】鉛体に代えて鉛合金である請求項１に記載
   の構造物用エネルギー吸収装置。
3. 【請求項３】引張りと圧縮とが交番して発生する構造物
   間に介装されるエネルギー吸収装置であって、 相対向して配され、中心軸回りに回転する２つの円板状
   の回転体（１）と、 実質的に等厚の円板状をなし、前記回転体（１）と中心
   軸を一致させて、前記回転体（１）相互間に一体的に挟
   着固定されるゴム弾性体（３）と、 前記ゴム弾性体（３）内において、少なくともその周縁
   に沿って等間隔に穿設された円筒孔をなす収容孔（18）
   内のそれぞれに封入された粒状物質と、 前記構造物に連動し、回転体（１）を互いに逆方向に回
   転駆動するリンク機構（５）と、 からなることを特徴とする構造物用エネルギー吸収装
   置。
4. 【請求項４】粒状物質はガラスビーズ、金属粉、セラミ
   ック粒のいずれか、又はこれらのうちの２以上の組合わ
   せである請求項３に記載の構造物用エネルギー吸収装
   置。