(57)【要約】【課題】例えば地震発生時に建築物や土木構造物等に伝達される振動エネルギーを減少させるためのエネルギー吸収装置に係り、エネルギー吸収性能が安定していて繰返し耐久性も高く、しかも容易・安価に製造できるようにする。【解決手段】鋼板等の硬質板１とゴム等の弾性体２とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体３に、上下方向に貫通する中空部ｈを設け、その中空部ｈ内に地震等の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収体４を収容配置したエネルギー吸収装置において、上記エネルギー吸収体４の剪断変形部を含めてエネルギー吸収体全体を、上下方向に層状に積層した降伏点の異なる複数個の略同一径の金属円柱４ａ〜４ｃで形成すると共に、上記各金属円柱４ａ〜４ｃの厚さが、直径以下で且つ上記硬質板１の厚さと弾性体２の厚さの和の２倍よりも大きくなるように構成したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板等の硬質板とゴム等の弾性体とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体に、上下方向に貫通する中空部を設け、その中空部内に地震等の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収体を収容配置したエネルギー吸収装置において、上記エネルギー吸収体の剪断変形部を含めてエネルギー吸収体全体を、上下方向に層状に積層した降伏点の異なる複数個の略同一径の金属円柱で形成すると共に、上記各金属円柱の厚さが、直径以下で且つ上記硬質板の厚さと弾性体の厚さの和の２倍よりも大きくなるように構成したことを特徴とするエネルギー吸収装置。
【請求項２】
上記金属円柱が、非鉛金属であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収装置。
【請求項３】
上記金属円柱は、金、銀、錫、銅、アルミニウム、亜鉛とからなる金属群のうちのいずれかの金属単体、または上記金属群のうちのいずれかの金属を主体とし、これに上記主体となる金属以外の上記金属群もしくは上記金属群以外の金属から選択した１種または２種以上の金属を混合した合金からなることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収装置の製造方法。
【請求項４】
上記金属円柱が、純度９９．９％以上の錫を主体とし、これにビスマス、硫黄、カドミウム、金、銀、アンチモン、亜鉛の中から選択した１種または２種以上の金属を混合した合金からなることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収装置。
【請求項５】
上記エネルギー吸収体を構成する複数個の金属円柱のうち上下方向中央部の金属円柱は、上下方向両端部の金属円柱よりも降伏点が高い金属で構成されている請求項１〜４のいずれかに記載のエネルギー吸収装置。
【請求項６】
上記エネルギー吸収体を構成する複数個の金属円柱のうち上下方向中央部および両端部の金属円柱は、それ以外の部位に配された金属円柱よりも降伏点が高い金属で構成されている請求項１〜４のいずれかに記載のエネルギー吸収装置。
【請求項７】
上記エネルギー吸収体を構成する複数個の金属円柱は、全て略同一の高さ寸法に形成されている請求項１〜６のいずれかに記載のエネルギー吸収装置。
【請求項８】
上記エネルギー吸収体を構成する複数個の金属円柱の高さ寸法は、上下方向中央部から両端部に向かって漸次連続的に且つ対称的に変化している請求項１〜６のいずれかに記載のエネルギー吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば地震発生時に建築物や土木構造物もしくは精密機器等に伝達される振動エネルギーを減少させるためのエネルギー吸収装置に関する。更に詳しくは、鋼板等の硬質板とゴム等の弾性体とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体中に、地震等の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収体を設けたエネルギー吸収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来たとえば地震発生時に建築物や土木構造物等に伝達される振動エネルギーを減少させるためのエネルギー吸収装置として下記特許文献１が提案されている。図５および図６は上記のようなエネルギー吸収装置Ａの一例を示すもので、鋼板等の硬質板１とゴム等の弾性体２とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体３を上下一対の基板５・５間に配置し、その両基板５・５および積層体３の中心部に形成した上下方向に貫通する中空部（貫通穴）ｈ内に地震等の振動エネルギーを吸収する鉛等の弾塑性体よりなるエネルギー吸収体４を収容配置した構成である。なお上記図６の縦断面図において、硬質板１と弾性体２およびエネルギー吸収体４の断面を表すハッチング（斜線）は煩雑を避けるため省略した。後述する本発明の実施形態においても同様である。
【０００３】
上記積層体３およびエネルギー吸収体４の上下両端部には、上記基板５を介して取付板６がボルト７等で一体的に取付けられ、その取付板６に形成した取付孔６ａにボルト８等を挿通して建築物や土木構造物等に取付けるもので、例えば図７に示すようなビル等の建築物にあっては、その建築物の上部構造体Ｂと、その土台等の下部構造体Ｃとの間に上記のエネルギー吸収装置Ａを１つ若しくは複数個配置して、上下の取付板６をそれぞれ上記構造体Ｂ、Ｃに取付ける。また例えば図８に示すような橋梁等の土木構造物にあっては、橋桁等の上部構造体Ｂと橋脚等の下部構造体Ｃとの間に、エネルギー吸収装置Ａを１つ若しくは複数個配置して上下の取付板６を上記と同様に各構造体Ｂ、Ｃに取付ければよい。
【０００４】
上記のようにして上下の構造体Ｂ，Ｃ間に配置したエネルギー吸収装置Ａは、建築物等を安定に支持しながら地震発生時には水平方向に変形して地震エネルギーを減少させるもので、従来のいわゆる免震アイソレータと免震ダンパとの両方の機能を併せ持った働きをする。その結果、上記アイソレータとダンパとを各々別々に配置した場合に比べて、設置スペースを削減できると共に、施工性も向上するという利点がある。
【０００５】
ところで、上記特許文献１には、上記のようなエネルギー吸収装置を製造する際に、弾塑性体よりなるエネルギー吸収体に、その剪断降伏応力と同等もしくはそれ以上の静水圧を印加することによって、エネルギー吸収体を積層体の中空部内面に密着させることが提案されている。しかし、上記の方法では密着状況を外から確認することができない上、より密着性を良くするために静水圧を高めると、前記のゴム等よりなる弾性体が過度に圧縮されて免震性能に悪影響を及ぼす等のおそれがある。
【０００６】
さらに上記のようなエネルギー吸収装置の高性能化が進められている最近の現状での問題点として、復元力特性（履歴ループの形状）が、非常に高い除荷剛性を有している点がある。最近、エネルギー吸収装置の高性能化に伴い、免震周期を伸ばすために前記の弾性体を構成するゴム材料としては剪断弾性係数を低目に、また高い減衰性能を得るためにエネルギー吸収体の直径は大きくする傾向にあり、この組み合わせが強くなるほど、除荷剛性は益々高くなる。
【０００７】
そのため、地震時の応答振動中に応答変位が逆転する部分、すなわち除荷履歴開始点にさしかかると、この履歴ループの除荷剛性が非常に高いために、この状態では免震構造としてのモードが崩れ基礎固定建物のモードに近づく結果、この部分で大きな応答加速度が発生することになる。この除荷剛性の高さのために、免震効果が大きく損なわれることは免震構造の高性能化に大きな妨げとなる。
【０００８】
そこで、下記特許文献２では、エネルギー吸収体を、その上下両端部付近では太く、中央部では細くなるように連続的に変化した断面形状となるように構成することで、滑らかな除荷剛性と、履歴ループが得られるようにすることが提案されている。しかし、上記のような構成のものは、エネルギー吸収体や積層体の成形が困難で、その積層体の中空部内へのエネルギー吸収体の設置も難しく、製造が困難でコストが嵩む等の不具合がある。またエネルギー吸収体が上記中空部内面に良好に密着しているかどうかの確認も困難である等の問題があった。
【０００９】
【特許文献１】特許第３３６０８２８号公報
【特許文献２】特開２００３−２１１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、エネルギー吸収性能が安定していて繰返し耐久性も高く、しかも容易・安価に製造することのできるエネルギー吸収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために本発明によるエネルギー吸収装置は、以下の構成にしたものである。すなわち、鋼板等の硬質板とゴム等の弾性体とを上下方向に交互に複数積層してなる積層体に、上下方向に貫通する中空部を設け、その中空部内に地震等の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収体を収容配置したエネルギー吸収装置において、上記エネルギー吸収体の剪断変形部を含めてエネルギー吸収体全体を、上下方向に層状に積層した降伏点の異なる複数個の略同一径の金属円柱で形成すると共に、上記各金属円柱の厚さが、直径以下で且つ上記硬質板の厚さと弾性体の厚さの和の２倍よりも大きくなるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記のようにエネルギー吸収体の剪断変形部を含めてエネルギー吸収体全体を、上下方向に層状に積層した降伏点の異なる複数個の略同一径の金属円柱で形成すると共に、上記各金属円柱の厚さが、直径以下で且つ上記硬質板の厚さと弾性体の厚さの和の２倍よりも大きく形成したから、例えば金属円柱の種類や厚さ、枚数を変えることで、任意の変位履歴を有するエネルギー吸収装置を容易・安価に作製することができる。また従来の単一金属よりなるエネルギー吸収体で、上記と同様の機能を有するエネルギー吸収装置を作製するには、前記特許文献２のようにコアとなるエネルギー吸収体の径を連続的に変化させる必要があり、また積層体の中空部の径を変えていく必要がある等、製作が非常に困難である等の不具合があったが、本発明では例えば降伏点の異なる略同一径の金属円柱を上記中空部内に重ねて収容配置するだけでよいので製作が極めて容易である。しかも、中空部内に収容されたエネルギー吸収体は周囲をゴム等の弾性体で囲われているため、必ずしも金属同士を接着する必要はない。そのため、エネルギー吸収体を分割してはめ込むこともできるので、一枚一枚密着具合を確認しながらはめ込むことができ、性能および耐久性のよいエネルギー吸収装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図１は本発明によるエネルギー吸収装置の一実施形態を示す縦断面図であり、前記従来例と同様の機能を有する部材には同一の符号を付して説明する。
【００１４】
本実施形態のエネルギー吸収装置Ａは、前記従来例と同様に鋼板等の硬質板１とゴム等の弾性体２とを上下方向に交互に複数積層して接着剤等で一体化してなる積層体３を上下一対の基板５・５間に配置し、その両基板５・５および積層体３の中心部に形成した上下方向に貫通する中空部（貫通穴）ｈ内にエネルギー吸収体４を収容配置したもので、そのエネルギー吸収体４は、その剪断変形部（例えば図１において上側の基板５の下面と、下側の基板５の上面との間に位置する部分であって、地震等の振動吸収時に剪断変形する部分）をも含めてエネルギー吸収体全体（エネルギー吸収体４が剪断変形部のみからなる場合も含む）が、降伏点の異なる複数個の金属円柱４ａ〜４ｃを上下方向に層状に積層して形成されている。特に本実施形態においては上下方向中央部の金属円柱４ａの降伏点が最も小さく、その両側の金属円柱４ｂ、４ｃに行くに従って降伏点が漸次大きくなるように構成したものである。他の構成は前記従来例と同様である。
【００１５】
上記エネルギー吸収体４を構成する金属円柱４ａ〜４ｃの材質は適宜であるが、好ましくは従来から多用されている鉛は有害性の問題があるので、それ以外の金属を用いるのが望ましい。具体的には、例えば、金、銀、錫、銅、アルミニウム、亜鉛とからなる金属群のうちのいずれかの金属単体、または上記金属群のうちのいずれかの金属を主体とし、これに上記主体となる金属以外の上記金属群もしくは上記金属群以外の金属から選択した１種または２種以上の金属を混合した合金等を用いることができる。特に純度９９．９％以上の錫を主体とし、これにビスマス、硫黄、カドミウム、金、銀、アンチモン、亜鉛の中から選択した１種または２種以上の金属を混合した合金が好適である。
【００１６】
上記金属円柱４ａ〜４ｃの降伏点を異ならせる手段としては、金属円柱４ａ〜４ｃを構成する金属単体または合金の主体となる金属を変更するか、或いは、その合金の主体となる金属に混合する金属の種類や混合量を調整する等その他適宜である。
【００１７】
上記のようにしての剪断変形部を含めてエネルギー吸収体全体を、降伏点の異なる複数個の金属円柱４ａ〜４ｃを上下方向に層状に積層して形成すると、前記中空部ｈ内への装着が容易となると共に、エネルギー吸収装置Ａの変位履歴曲線等の特性や振動吸収性能を適宜容易に調整することができる。特に上記実施形態のように上下方向中央部から両端部に行くに従って金属円柱４ａ〜４ｃの降伏点が漸次小さくなるようにすると、前記特許文献２のようにエネルギー吸収体４を、その上下方向中央部が両端部よりも漸次細くなるように形成した場合とほぼ同様の作用効果が得られる。
【００１８】
またエネルギー吸収体４の上下方向両端部に、より降伏点の大きい金属円柱を配置することによって、地震等の振動エネルギー吸収時に大きな応力が掛かるエネルギー吸収体両端部付近の剛性や強度を向上させることが可能となり、その付近での亀裂や破断もしくはささくれ等の発生を良好に防止することが可能となる。
【００１９】
なお上記図１の実施形態は、エネルギー吸収体４の上下方向中央部よりも両端部に行くに従って金属円柱４ａ〜４ｃの降伏点が大きくなるようにすると共に、上記金属円柱４ａ〜４ｃの厚さ（高さ寸法）が漸次小さくなるようにしたものであるが、図２のようにいずれの金属円柱４ａ〜４ｃも略同等の厚さとなるようにしてもよく、或いは図３のように上下方向中央部よりも両端部に行くに従って金属円柱４ａ〜４ｃの厚さが厚くなるようにしてもよい。また上記各金属円柱の厚さはあまり薄いと、前記中空部Ｈの周囲のゴム等よりなる弾性体２に食い込むおそれがあるので、少なくとも硬質板の厚さと弾性体の厚さの和の２倍よりも大きく形成するようにしたものである。
【００２０】
また上記各実施形態は、エネルギー吸収体４を５個の金属円柱４ａ〜４ｃで形成したが、その個数は適宜であり、例えば図４のように３個の金属円柱で形成したり、図５のように９個またはそれ以上の金属円柱で形成することも可能であり、また偶数個の金属円柱で形成することもできる。
【００２１】
さらに上記実施形態は、エネルギー吸収体４の上下方向中央部よりも両端部に行くに従って金属円柱４ａ〜４ｃの降伏点が大きくなるようにしたが、その逆に両端部よりも中央部の金属円柱の降伏点が大きくなるようにしてもよい。そのようにすると、振動エネルギー吸収時のエネルギー吸収体４の水平方向への繰り返し変位で該エネルギー吸収体４の中央部の痩せ細りを防ぐと同時に、上下両端部の柔らかい金属円柱が中央部の硬い金属円柱の変形逃げを許容することで、その中央部の硬い金属円柱に亀裂や破断もしくはささくれ等が発生するのを良好に防止することができるものである。
【００２２】
また上記のように両端部よりも中央部の金属円柱の降伏点が大きくなるようにした場合でも少なくとも両端部付近の金属円柱だけは降伏点の大きいものを用いれば、その付近の剛性や強度を向上させることができる。図６はその一例を示すもので、エネルギー吸収体４の上下方向両端部に降伏点の大きい金属円柱４ｃを用いると共に、上下方向中央部の金属円柱４ａが、その両側の金属円柱４ｂよりも降伏点が大きくなるようにしたものである。そのようにすると、両端部および中央部の両方の亀裂や破断もしくはささくれ等の発生を防止することができる。
【００２３】
さらに上記エネルギー吸収体４を形成する金属円柱の降伏点や厚さ及び個数等は上記以外にも適宜変更可能であり、例えば降伏点や厚さの異なる複数種類の金属円柱を予め複数用意しておいて適宜選択的に組み合わせて使用すれば、適用すべき建築物等に適する変位履歴曲線や振動吸収性能を有するエネルギー吸収装置を容易・安価に製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上のように本発明によるエネルギー吸収装置は、降伏点の異なる複数個の金属円柱でエネルギー吸収体４を形成するようにしたから、それら金属円柱を適宜選択的に組み合わせて積層体３の中空部ｈ内に挿入するだけでエネルギー吸収体４を装着できると共に、上記の組み合わせによって、適用すべき建築物等に適するエネルギー吸収装置を容易・安価に提供することが可能となり、この種のエネルギー吸収装置の設計および選択の自由度が増し産業上の利用可能性を大幅に増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるエネルギー吸収装置の一実施形態を示す縦断面図。
【図２】本発明によるエネルギー吸収装置の他の実施形態を示す縦断面図。
【図３】本発明によるエネルギー吸収装置の更に他の実施形態を示す縦断面図。
【図４】本発明によるエネルギー吸収装置の更に他の実施形態を示す縦断面図。
【図５】本発明によるエネルギー吸収装置の更に他の実施形態を示す縦断面図。
【図６】本発明によるエネルギー吸収装置の更に他の実施形態を示す縦断面図。
【図７】従来のエネルギー吸収装置の一例を示す斜視図。
【図８】上記従来のエネルギー吸収装置の縦断面図。
【図９】上記従来のエネルギー吸収装置を建築物に施工した例の説明図。
【図１０】上記従来のエネルギー吸収装置を土木構築物に施工した例の説明図。
【図１１】従来のエネルギー吸収装置の他の例を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１  硬質板
２  弾性体
３  積層体
４  エネルギー吸収体
５  基板
６  取付板
７、８  ボルト
Ａ  エネルギー吸収装置
Ｂ  上部構造体
Ｃ  下部構造体
ｈ  中空部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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