(57)【要約】【課題】充分な減衰性能が得られると共に、小型・軽量化が図れる鉛ダンパーを提供する。【解決手段】鉛塊からなるダンパー本体１と、ダンパー本体の両端部と構造物との間に介装されて構造物の振動をダンパー本体に伝達してダンパー本体を捻るように塑性変形させるアーム２とからなる。ダンパー本体の両端部には外側に張り出す環状のフランジ部３を一体に形成し、アームの基端外周部にはそれに対応するフランジ部７を形成し、それらフランジ部どうしをボルト締結することによってアームの基端部をダンパー本体に対して相対回転不能に連結し、アームの先端部は構造物に対して相対回転可能に連結する。座金を兼ねる補強板１１とアームのフランジ部とによってダンパー本体のフランジ部をその両面側から全周にわたって挟持した状態でそれらの全体をボルト締結する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの部材間に介装され、２つの部材間に生じる振動を鉛塊の塑性変形によって吸収し減衰させる構成の鉛ダンパーであって、
鉛塊からなるダンパー本体と、該ダンパー本体の両端部と前記２つの各部材との間にそれぞれ介装されて前記２つの部材間に生じる振動をダンパー本体に伝達することにより該ダンパー本体を捻るように塑性変形させるアームとからなり、
前記各アームの基端部をダンパー本体の両端部に対してそれぞれ相対回転不能に連結し、かつ各アームの先端部を前記２つの各部材に対してそれぞれ相対回転可能に連結してなることを特徴とする鉛ダンパー。
【請求項２】
請求項１記載の鉛ダンパーであって、
前記ダンパー本体の両端部に外側に張り出す環状のフランジ部を一体に形成するとともに、前記アームの基端外周部に前記ダンパー本体のフランジ部に対応してそれに密着可能なフランジ部を形成し、
前記ダンパー本体の両端部のフランジ部に各アームの基端外周部のフランジ部をそれぞれボルト締結することによって各アームの基端部をダンパー本体に対して相対回転不能に連結し、かつ各アームの先端部を前記２つの各部材に対してそれぞれ相対回転可能に連結してなることを特徴とする鉛ダンパー。
【請求項３】
請求項２記載の鉛ダンパーであって、
前記ダンパー本体のフランジ部の裏面側に、座金を兼ねる補強板を該フランジ部の全周にわたって装着し、該補強板とアームの基端外周部のフランジ部とによってダンパー本体のフランジ部をその両面側から全周にわたって挟持した状態でそれらの全体をボルト締結してなることを特徴とする鉛ダンパー。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の鉛ダンパーであって、
前記ダンパー本体が捻れる際の中心位置に、補剛材で支持した剛性軸を設けると共に、その剛性軸に対して、垂直な面内で回転可能に少なくとも一方の前記アームの基端部を係合させたことを特徴とする鉛ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震構造物や制震構造物に減衰装置として設置されるダンパーに係わり、特に鉛塊の塑性変形により振動を吸収し減衰させる構成の鉛ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の鉛ダンパーとしては、たとえば特許文献１に示されるものが一般的である。これは、鉛塊を特殊な形状に屈曲形成した鉛柱体を主体とするもので、そのような鉛柱体をたとえば免震建物の基礎とそれに支持される上部構造体との間に介装することにより、地震時に基礎と上部構造体との間で生じる相対変位により鉛柱体を屈曲させるように塑性変形させ、それにより振動エネルギーを吸収して減衰効果を得るものである。
【特許文献１】特開２００３−２７７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に示されているような、鉛柱体の曲げ変形によって振動を吸収する構成の従来の鉛ダンパーにあっては、鉛柱体が塑性変形する際における各部の応力状態が一様ではなく、したがって鉛柱体の一部が局部的に塑性変形するに留まって、必ずしも充分な減衰性能が得られるものではなく、そのため減衰性能を高めるためには鉛使用量を多くする必要があり、必然的に大型化、大重量化せざるを得ないものであった。
【０００４】
上記事情に鑑み、本発明は充分な減衰性能が得られ、しかも小型・軽量化が図れる鉛ダンパー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】
【０００５】
請求項１の発明は、２つの部材間に介装され、２つの部材間に生じる振動を鉛塊の塑性変形によって吸収し減衰させる構成の鉛ダンパーであって、鉛塊からなるダンパー本体と、該ダンパー本体の両端部と前記２つの各部材との間にそれぞれ介装されて前記２つの部材間に生じる振動をダンパー本体に伝達することにより該ダンパー本体を捻るように塑性変形させるアームとからなり、前記各アームの基端部をダンパー本体の両端部に対してそれぞれ相対回転不能に連結し、かつ各アームの先端部を前記２つの各部材に対してそれぞれ相対回転可能に連結してなることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１記載の鉛ダンパーであって、前記ダンパー本体の両端部に外側に張り出す環状のフランジ部を一体に形成するとともに、前記アームの基端外周部に前記ダンパー本体のフランジ部に対応してそれに密着可能なフランジ部を形成し、前記ダンパー本体の両端部のフランジ部に各アームの基端外周部のフランジ部をそれぞれボルト締結することによって各アームの基端部をダンパー本体に対して相対回転不能に連結し、かつ各アームの先端部を前記２つの各部材に対してそれぞれ相対回転可能に連結してなることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２記載の鉛ダンパーであって、前記ダンパー本体のフランジ部の裏面側に、座金を兼ねる補強板を該フランジ部の全周にわたって装着し、該補強板とアームの基端外周部のフランジ部とによってダンパー本体のフランジ部をその両面側から全周にわたって挟持した状態でそれらの全体をボルト締結してなることを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか記載の鉛ダンパーであって、前記ダンパー本体が捻れる際の中心位置に、補剛材で支持した剛性軸を設けると共に、その剛性軸に対して、垂直な面内で回転可能に少なくｔも一方の前記アームの基端部を係合させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明の鉛ダンパーは、これを設置した部材間の振動がアームを介してダンパー本体の両端部に逆方向の回転力として伝達され、それによりダンパー本体に捻れ変形力が集中してダンパー本体の全体が捻られるように塑性変形し、優れた減衰性能を発揮するものである。したがって本発明の鉛ダンパーによれば、従来の鉛柱体の曲げ変形により減衰性能を得る形式の鉛ダンパーに比較してエネルギー吸収効率が向上し、所望の減衰性能を得るのに必要な鉛使用量を削減でき、鉛ダンパーの小型・軽量化を図ることができる。また、アームの長さとダンパー本体の形状の設定により、ダンパー本体の変形能力および降伏荷重を幅広く調整することが可能である。
【００１０】
請求項２の発明の鉛ダンパーによれば、ダンパー本体に対するアームの連結固定をボルト締結により行うので、ホモゲン溶着等の特殊な結合手法による作業が不要であり、簡単かつ安価に製作することができる。また、その設置場所において解体や再組立が可能であるので、必要に応じてダンパー本体やアームの交換も現場にて容易に行うことができる。
【００１１】
請求項３の発明の鉛ダンパーによれば、ダンパー本体とアームの双方に形成したフランジ部どうしをボルト締結することで、それらを連結固定するとともに、座金を兼ねる補強板を用いて、その補強板とアームのフランジ部とによってダンパー本体のフランジ部を全周にわたって表裏から挟持する状態でボルト締結する構成により、ボルト締結と同時にダンパー本体のフランジ部に対する充分な補強効果が得られ、したがって充分な締結強度が得られてダンパー本体全体を確実に塑性変形させることができるし、フランジ部が損壊するようなことを確実に防止することができる。
【００１２】
請求項４の発明の鉛ダンパーによれば、ダンパー本体が捻れる際の中心位置に、補剛材で支持した剛性軸を設けると共に、その剛性軸に対して、垂直な面内で回転可能に少なくとも一方のアームの基端部を係合させているので、補剛材で確実に支持した剛性軸を中心にしながら、両アームが逆方向に相対回転してダンパー本体が捻れ変形することになり、ダンパー本体に無用な剪断変形が発生するのを防止することができる。したがって、理想的な捻れ変形を生じさせることができ、想定通りのダンパー効果を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１〜図３は本発明の第１実施形態である鉛ダンパーを示すものである。本実施形態の鉛ダンパーは免震建物の基礎部の２部材（基礎と上部構造体）間に減衰装置として設置されて、その建物の振動を鉛塊の塑性変形によって吸収し減衰させることを基本とするものであって、鉛塊からなるダンパー本体１と、建物の振動をダンパー本体１に伝達して、そのダンパー本体１を上下で逆方向に捻るように塑性変形させる一対２本のアーム２とからなる。
【００１４】
図１、図２に示すように、ダンパー本体１は、実質的に中実の円柱状ないし円盤状の形態をなす鉛成形体であって、その上下両端部にはそれぞれ外側に環状に張り出すフランジ部３が一体に形成され、各フランジ部３には多数（図示例では１２個）のボルト孔４が形成されている。
【００１５】
各アーム２は厚肉帯板状の鋼材を加工してなるもので、それらアーム２は図３（ａ）に示すように、所定角度α（α＝０〜１８０度）をなして交差する状態でそれらの基端部がそれぞれダンパー本体１の上下に連結され、それらアーム２の先端部は図３（ｂ）に示すようにそれぞれ、建物における基礎（部材）５および上部構造体６としての梁（部材）に対して連結されるものである。
【００１６】
各アーム２の基端部はダンパー本体１のフランジ部３に合致する円形状に形成され、その外周部はフランジ部３に対応してボルト孔８を有するフランジ部７とされ、それらフランジ部３，７どうしを直接的に密着させてボルト９を挿通しナット１０を螺着してボルト締結することにより、アーム２の基端部をダンパー本体１に対して相対回転不能な状態で強固に連結するようになっている。そのボルト締結に際しては、ダンパー本体１のフランジ部３の裏面側に鋼材からなる半割環状の補強板１１を座金を兼ねて装着することにより、それら補強板１１とアーム２のフランジ部７とによってダンパー本体１のフランジ部３をその表裏両面から全周にわたって挟持した状態でそれらの全体をボルト締結するようにしている。
【００１７】
一方、各アーム２の先端部は円形状に形成されてそこには中心孔１２が形成されており、各アーム２の先端部は建物に対して相対回転可能に連結されるようになっている。すなわち、図１および図３（ｂ）に示すように、基礎５の上面側には軸体１３がアンカーボルト１４によって上向きに固定され、その軸体１３が下側のアーム２の先端部に形成されている中心孔１２に通されてその上下にナット１５が螺着されることにより、下側のアーム２は軸体１３に対して水平面内において回転可能に軸支されている。同様に、上部構造体６の下面側には同様の軸体１３がアンカーボルト１４により下向きに固定され、その軸体１３が上側のアーム２の先端部の中心孔１２に通されてその上下にナット１５が螺着されることにより、上側のアーム２も軸体１３に対して水平面内において相対回転可能に軸支されている。
【００１８】
以上のように、本実施形態の鉛ダンパーは、ダンパー本体１の上下にアーム２の基端部がそれぞれ相対回転不能にボルト締結され、それらアーム２の先端部がそれぞれ基礎５と上部構造体６に対して相対回転可能に連結されていることから、地震時等においてこの建物に振動が生じて基礎５と上部構造体６との間に水平方向の相対変位が生じた際には、図３（ａ）に示すように双方のアーム２の先端部間の間隔ｄが変化し、それに伴い双方のアーム２が互いに逆方向に相対回転する。その結果、双方のアーム２からダンパー本体１の上下端にアーム２の長さに応じた捻りモーメントが加えられ、それによってダンパー本体１が捻られて塑性変形し、その塑性変形による振動エネルギー吸収効果によって優れた減衰性能を発揮する。
【００１９】
このように、本実施形態の鉛ダンパーは、円柱状のダンパー本体１の全体が捻れ変形を受けることで優れた減衰性能が得られるものであることから、特許文献１に示されるような特殊形状の鉛柱体の曲げ変形により減衰性能を得る場合に較べてエネルギー吸収効率が向上し、したがって所望の減衰性能を得るに必要な鉛使用量を削減し得て、充分な小型・軽量化を図ることが可能である。勿論、アーム２の長さとダンパー本体１の形状の設定により、ダンパー本体１の変形能力および降伏荷重を幅広く調整することが可能である。
【００２０】
また、ダンパー本体１に対するアーム２の連結固定をボルト締結により行うので、ホモゲン溶着や特殊な結合手法による作業が一切不要であり、したがってこの鉛ダンパーは単なるボルト締結作業のみで簡単に組み立てることができ、作業者の熟練や特殊技量を必要としないから製作時に不良品が発生することもなく、充分にコスト削減を図ることができる。また、建物に対する設置もアーム２の先端部を軸体１３に対して相対回転可能に軸支するだけで良いから簡単であるし、必要に応じて現場での解体や再組立も可能であるからダンパー本体１やアーム２の交換も容易に可能となる。
【００２１】
勿論、アーム２とダンパー本体１とを締結するためのボルト９の径やその本数、ダンパー本体１に形成するフランジ部３の厚さ等を適切に設定することで、ダンパー本体１全体を塑性変形させるに充分な連結固定強度を支障なく確保できることはいうまでもないし、特に上記実施形態のように半割環状の補強板１１を用いてその補強板１１とアーム２のフランジ部７とによってダンパー本体１のフランジ部３を全周にわたって表裏から挟持する状態でボルト締結することにより、ボルト締結と同時にフランジ部３全体に対する充分な補強効果が得られ、仮に過大な地震力を受けても締結部が損傷を受けるようなことを確実に防止することができる。
【００２２】
以上で本発明の第１実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、たとえば以下に列挙するような様々な変形や応用が可能である。
【００２３】
上記実施形態では、ダンパー本体１を円柱状の形態としたが、ダンパー本体１としての鉛塊の形態は特に限定されるものではなく、アーム２を連結固定するためのフランジ部３を両端部に一体に形成でき、それらフランジ部３を介して全体が捻れるような塑性変形を生じて所望の減衰性能を得ることができるものである限りにおいて、ダンパー本体１は、たとえば角柱状や適宜のブロック状等の様々な形態とすることができるし、寸法も任意である。そして、ダンパー本体１の形状や寸法に対応させて、ダンパー本体１におけるフランジ部３の形状や、アーム２の基端外周部に形成するフランジ部７の形状、フランジ部３の裏面側に装着する補強板１１の形状等を設定すれば良い。一例を挙げれば、たとえばダンパー本体１を角柱状としてフランジ部３を角形としたり、ダンパー本体１は円柱状のままでフランジ部３のみを角形とすることが考えられ、その場合にはアーム２の基端部もフランジ部３に対応させて角形としてその外周部に角形のフランジ部７を形成し、それに対応して補強板１１もたとえばコ字状のような角形分割環状のものや単なる帯状鋼板の如きものを採用すれば良い。
【００２４】
上記実施形態では、座金を兼ねる補強板１１を用いてフランジ部３を挟持することにより、ボルト締結と同時にフランジ部３に対する補強効果も同時に得られる利点があるが、そのような補強板１１は必ずしも設ける必要はなく、充分な連結固定強度が確保できる場合には、補強板１１を省略して通常の座金（ワッシャ）を用いることでも充分である。また、上記実施形態における補強板１１は、円環を２分割した形態の半割環状のものであるが、上述したように補強板１１の形状を角形の分割環状としたり、補強板１１に形成するボルト孔の数を適宜増減することの他、たとえば円環（あるいは角環）を３分割や４分割、あるいは図１に破線で示すように６分割したような補強板１１も採用可能である。勿論、補強板１１の素材や板厚、形状はフランジ部３に対する補強効果を考慮して設定すれば良いし、必要であれば複数枚の補強板１１を重ねて使用しても良い。また、補強板１１は必ずしも座金を兼用するものでなくても良く、補強板１１と通常の座金とを併用することでも勿論良い。
【００２５】
また、上記実施形態は免震建物の基礎部への設置例であるが、本発明の鉛ダンパーは様々な規模、用途の構造物や建築物に対して広く適用できるものであるし、その設置位置や設置形態も任意である。たとえば、上記実施形態は免震建物の基礎部への適用例であることから、ダンパー本体１の軸線を鉛直とし、アーム２を水平面内において回転させるような姿勢で設置したのであるが、上記実施形態の鉛ダンパーをそのまま制震建物の梁と柱との接合部に設置して層間変形により作動させることも可能であり、その場合にはダンパー本体１の軸線を水平とし、アーム２を垂直面内において回転させるような姿勢で設置すれば良い。勿論、アーム２の先端部を構造物（部材）に対して連結するための構造も、相対回転可能な状態で連結する限りにおいて任意である。
【００２６】
なお、上述したようにアーム２どうしの交差角度αは０〜１８０度（α＝０度つまり双方のアーム２が完全に重なる状態、およびα＝１８０度つまり双方のアーム２が一直線上に並ぶ状態を含む）の範囲で任意であり、想定される振動による相対変位量や方向性等を考慮して適宜設定すれば良い。勿論、アーム２の素材や形状、寸法も任意であり、必要であれば所望の剛性を確保するためにたとえばリブ等の補剛部材を設ければ良い。
【００２７】
さらに、たとえば図４に示す第２実施形態のように、ダンパー本体１を２段以上に積み重ねて、それらの間に両者に共通のアーム２をボルト９により一体に締結することにより、多段形の鉛ダンパーとすることも可能である。図４に示す例ではアーム２を略長円形状としているが、本例においてもアーム２の形状は任意であることは言うまでもない。
【００２８】
また、上記実施形態の変形例として、図１に示しているようにダンパー本体１の中心部にガイド軸１６を相対回転可能に挿通し、そのガイド軸１６の一端部もしくは両端部をアーム２の基端部に対して連結することが考えられる。そのようなガイド軸１６を設けることにより、ダンパー本体１が捻られる際の変形中心がガイド軸１６によって明確に規定されるから、ダンパー本体１全体の塑性変形がより確実かつ効率的に生じることが期待できる。
【００２９】
図５はそれを発展させた本発明の第３実施形態の鉛ダンパーの構成を示す斜視図であり、図６はその側面図、図７は本実施形態の鉛ダンパーにおいて改善しようとする問題点の説明図である。
上記第１実施形態の鉛ダンパーでは、ダンパー本体１が変形する際の方向を規制する手段を特に設けていないため、図７に示すように、２本のアーム２が開閉する際に、アーム２の面内に力Ｐが作用する場合、ダンパー本体１に捻り変形だけでなく、図示のような剪断変形も同時に発生してしまうおそれがある。そうなると、想定される以外の減衰力が発生してしまい、設計条件と合わない場合が出てくる。
【００３０】
この点、前述したように、ダンパー本体１の中心部にガイド軸１６を挿通した場合、ダンパー本体１が捻られる際の変形中心をガイド軸１６によって明確に規定することができるようになる。そのため、前述の剪断変形をある程度は抑制する効果が期待できる。しかしながら、ガイド軸１６を設けただけでは、ガイド軸１６自体がアーム２に引っ張られて倒れた場合、ダンパー本体１に同様の剪断変形が生じてしまう可能性がある。
【００３１】
そこで、この第３実施形態の鉛ダンパーでは、図５、図６に示すように、ダンパー本体１が捻れる際の中心位置に、コ字状断面の補剛材３０で支持したボルト（剛性軸）４０を設けると共に、そのボルト４０に対して、垂直な面内で回転可能に各アーム２の基端部をそれぞれ係合させている。
【００３２】
即ち、補剛材３０は、両端にアーム２の基端部を接合したダンパー本体１を外側から覆う一対の平板状の対向壁３１と、一対の対向壁３１を連結する側壁３２とを有したコ字状のものであり、一対の対向壁３１にボルト４０の両端を確実に保持し、一対の対向壁３１間に挿入したダンパー本体１及び両端のアーム２の基端部にボルト４０の中間部を貫通させている。
【００３３】
具体的には、ダンパー本体１の中心部、両アーム２の基端部のフランジ部７の中心部、補剛材３０の一対の対向壁３１の中心部に、それぞれ全部を直線的に貫通する貫通孔３４、７ａ、３３を設けてあり、それらの貫通孔３４、７ａ、３３に、一方の対向壁３１の外側からボルト４０を座金４１を介して挿通し、他方の対向壁３１から突出したボルト４０の先端部に、座金４１を介してナット４２を螺合締結し、それによりダンパー本体１およびアーム２をボルト４０に対して回転可能に係合させている。
【００３４】
このように、ボルト（剛性軸）４０の両端を補剛材３０で確実に保持し、そのボルト４０に対してアーム２を回動可能に係合させることにより、アーム２に面内方向の力（図７の）がかかっても、その力をボルト４０で受け止めることができ、ダンパー本体１にその力の影響が及ばないようにすることができる。その結果、ダンパー本体１に捻れ以外の無用な剪断変形が発生しないように抑制することができ、理想的な捻れ変形を生じさせることができて、想定通りのダンパー効果を発揮させることができる。
【００３５】
この場合のダンパー本体１とアーム２の接合は、ボルトで行うと対向壁３１と干渉するおそれがあるので、敢えて接着や溶着により行っている。
【００３６】
また、補剛材３０の剛性アップのために、部材の厚みや幅を増したり、図８に示すように、補剛材３０の側壁３２の外面にチャンネル材３５等のリブを設けたりしてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、双方のアーム２をボルト４０に対して回転可能に係合させた場合を示したが、片方のアーム２をボルト４０や補剛材３０に対して相対回転不能に係合させてもよい。また、その相対回転不能に係合させるアーム２と補剛材３０とを一体化して構成することも可能である。つまり、少なくとも一方のアーム２が、補剛材３０によって保持されるボルト４０に対して回転自由であれば、両アーム２の開閉を妨げるものではなく、適正に作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態である鉛ダンパーの組立状態を示す図である。
【図２】同鉛ダンパーの要部断面図である。
【図３】同鉛ダンパーの構造物への設置状態を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態である鉛ダンパーを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の鉛ダンパーの構成を示す斜視図である。
【図６】同鉛ダンパーの側面図である。
【図７】同実施形態において改善しようとする問題点の説明図である。
【図８】同鉛ダンパーの補剛材の補強例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ダンパー本体
２  アーム
３  フランジ部
４  ボルト孔
５  基礎（部材）
６  上部構造体（部材）
７  フランジ部
８  ボルト孔
９  ボルト
１０  ナット
１１  補強板
１２  中心孔
１３  軸体
１４  アンカーボルト
１５  ナット
１６  ガイド軸
３０  補剛材
４０  ボルト（剛性軸）
【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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