(57)【要約】【課題】制震材料として優れる鉛等からなるねじり部材を有するねじりダンパーにおいて、鉛等からなるねじり部材と、鋼からなる連結部材とを、簡易な手段で強固に接合して、制震性能を安定的に発揮することができる、ねじりダンパーを提供すること。【解決手段】鉛又は鉛合金からなる円柱体状のねじり部材１と、鋼からなる柱体状の連結部材２と、からなり、ねじり部材１は、その両端近傍部分が、ねじり部材１の軸部分１１よりも直径の大きい補強部分１２となるように形成されていて、連結部材２は、その一部が、補強部分１２の内部に埋設されて固定されているねじりダンパー１０とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじりによって塑性変形することによりエネルギーを吸収するねじりダンパーであって、
鉛又は鉛合金からなる円柱体状のねじり部材と、鋼からなる柱体状の連結部材と、からなり、
前記ねじり部材は、その両端近傍部分が、該ねじり部材の軸部分よりも直径の大きい補強部分となるように形成されていて、
前記連結部材は、その一部が、前記補強部分の内部に埋設されて固定されているねじりダンパー。
【請求項２】
前記ねじり部材が鉛からなり、前記補強部分の直径が、前記軸部分の直径の１．２倍以上である請求項１に記載のねじりダンパー。
【請求項３】
前記連結部材は、前記ねじり部材の軸心方向と平行な方向に向けて形成された複数の応力伝達板を有する請求項１又は２に記載のねじりダンパー。
【請求項４】
前記応力伝達板を一体的に連接する態様で前記ねじり部材の軸心方向に対して垂直に配置されたフランジ部を更に有する請求項３に記載のねじりダンパー。
【請求項５】
前記ねじり部材が鉛からなり、前記応力伝達板の前記ねじり部材の軸心方向と垂直な方向の幅が、前記軸部分の直径の０．２倍以上１．０倍以下である請求項１から４のいずれかに記載のねじりダンパー。
【請求項６】
前記連結部材は、前記補強部分に埋設されている部分に錫メッキが施されている請求項１から５のいずれかに記載のねじりダンパー。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のねじりダンパーの製造方法であって、
前記補強部分の内部に予め設けた挿入孔内に前記連結部材の先端近傍部分を配置した後に、該挿入孔内及びその近傍部分に鉛又は鉛合金を肉盛溶接して前記連結部材を前記ねじり部材に固定する工程を含んでなるねじりダンパーの製造方法。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載のねじりダンパーの製造方法であって、
ねじりダンパー形成用の金型に連結部材を配置した後に、該金型に鉛又は鉛合金を鋳込んで補強部分を有するねじり部材を形成することによって、前記連結部材と前記ねじり部材とを一体化する工程を含んでなるねじりダンパーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震時等に、ねじり部材に塑性変形を生じさせることにより振動エネルギーを吸収して、制震性能を発揮する、ねじりダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような、ねじりダンパーとして、特許文献１には、ねじり応力を集中させるための脆弱部が形成されたねじり部材を、単一の材料（アルミニウム、銅、或いは、各種の錫合金等）により形成してなる、ねじりダンパーが開示されている。又、特許文献２には、ねじり部材を形成する弾塑性素材として、特にエネルギー吸収能力の高い鉛を用いた、ねじりダンパーも開示されている。この鉛製のねじり部材を備えるねじりダンパーは優れた制震性能を発揮しうるものである。但し、ねじりダンパーは、その制震性能を十分に発揮できるようにするためには、例えば梁と柱等、建築物において相対する二つの構造体に連接する態様でそれぞれの構造体に強固に固定される必要がある。
【０００３】
ところが、上記のエネルギー吸収能力が高い鉛からなる、ねじり部材は、常温で再結晶するため、構造体にボルト等で締め付けて強固に固定することができない。ねじり部材の材料として制震性能に優れる鉛を採用する場合、ねじり部材の両端部に鋼等からなる連結部材を溶接して接合し、その連結部材を上記の構造体にボルト止め等によって固定することが考えられる。しかし、鉛と鋼は両者で合金を作らないため、溶接等で直接接合することはできない。
【０００４】
そこで、鉛と鋼とを接合するための手段として、従来は、一般にホモゲン溶着と称する方法が採用されていた（特許文献２参照）。ホモゲン溶着とは、鋼表面の酸化物の除去を行った後に、鉛からなるねじり部材と鋼との間に両者を接合する半田等の合金層を形成して一体化する接合方法である。
【０００５】
しかしながら、ホモゲン溶着による鉛と鋼との接合は、作業者の高度の熟練と多大な労力と時間を要する。又、作業に伴う異臭や有害物質の発生に起因する作業環境の劣化も問題となる場合があり、これに代わる接合手段が求められていた。
【０００６】
これらの課題を解決しうるホモゲン溶着に代わる接合手段として、特許文献３には、一般的な鉛形成体と鋼部材との接合手段として、鉛形成体の一部を高硬度の鉛合金で形成し、当該鉛合金部分に鋼部材を埋設して、それらを一体化する接合方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１４４４４７号公報
【特許文献２】特開２００６−９８７８号公報
【特許文献３】特開２００３−２１１２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載のねじりダンパーでは、ねじり部材自体のエネルギー吸収力が、必ずしも十分とはならない場合が多い。又、特許文献２に記載のねじりダンパーにおいては、制震材料として鉛を採用することにより、十分なエネルギーの吸収が望めるが、ねじりダンパーと構造体との接合強度を十分なものとすることが困難である。又、この接合をホモゲン溶着によって行った場合には製造コスト等の負担の増大が問題となった。特許文献３の方法を、ねじりダンパーに応用すれば、接合強度の向上は可能であると考えられるが、この方法は、ねじり部材を単一の鉛材料で形成することができないため、材料コストが嵩み、又、鉛と鉛合金の界面において、ねじり部材の強度が不十分となるおそれもあった。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたものである。本発明は、特に制震材料として優れる鉛又は鉛合金（以下「鉛等」とも言う）からなる、ねじり部材を有する、ねじりダンパーにおいて、鉛等からなる、ねじり部材と、鋼からなる連結部材とを、簡易な手段で強固に接合して、制震性能を安定的に発揮することができる、ねじり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】
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、ねじりダンパーにおいて、鋼からなる柱体状の連結部材を、鉛からなるねじり部材に埋設し、更に、ねじり部材における連結部材が埋設されている部分が相対的に直径の大きい補強部分となるようにねじり部材を形成することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。
【００１１】
（１）  ねじりによって塑性変形することによりエネルギーを吸収するねじりダンパーであって、鉛又は鉛合金からなる円柱体状のねじり部材と、鋼からなる柱体状の連結部材と、からなり、前記ねじり部材は、その両端近傍部分が該ねじり部材の軸部分よりも直径の大きい補強部分となるように形成されていて、前記連結部材は、その一部が、前記補強部分の内部に埋設されて固定されているねじりダンパー。
【００１２】
（１）の発明によれば、鉛等からなるねじり部材を有するねじりダンパーにおいて、ねじり部材と、鋼からなる連結部材とを、簡易な手段で強固に接合して、制震性能を安定的に発揮させることができる。鉛等からなる制震性能に優れるねじり部材を鋼からなる連結部材を介して建築物等の構造体に取付けることによって、ねじりダンパーを強固に取付け支持させることが可能となる。これにより、制震性能を安定的に発揮することができる。又、従来のように鉛と鋼とをホモゲン溶着する場合に比べ接合作業が容易であり、しかもホモゲン溶着した溶着部の接合状況を確認するための超音波探傷等を行う必要もなく、作業時間やハンドリング操作等を大幅に削減できる。
【００１３】
（２）  前記ねじり部材が鉛からなり、前記補強部分の直径が、軸部分の直径の１．２倍以上である（１）に記載のねじりダンパー。
【００１４】
（２）の発明によれば、単一の鉛材料でねじり部材を形成した場合において、ねじりダンパーと建築物の構造体との間の接合におけるねじり応力に対する強度を、より確実に十分な強度とすることができる。
【００１５】
（３）  前記連結部材は、前記ねじり部材の軸心方向と平行な方向に向けて形成された複数の応力伝達板を有する（１）又は（２）に記載のねじりダンパー。
【００１６】
（３）の発明によれば、建築物の構造体からのねじりを、連結部材を介して、より確実にねじり部材に伝達することができる。
【００１７】
（４）  前記応力伝達板を一体的に連接する態様で前記ねじり部材の軸心方向に対して垂直に配置されたフランジ部を更に有する（３）に記載のねじりダンパー。
【００１８】
（４）の発明によれば、（３）のねじりダンパーにおいて、複数の応力伝達板からなる部分の剛性を向上させることができる。これにより、建築物の構造体からのねじりを、連結部材を介して、より確実にねじり部材に伝達することができ、又、ねじりダンパーの耐久性や動作信頼性をより向上させることができる。
【００１９】
（５）  前記ねじり部材が鉛からなり、前記応力伝達板の前記ねじり部材の軸心方向と垂直な方向の幅が、前記軸部分の直径の０．２倍以上１．０倍以下である（３）又は（４）に記載のねじりダンパー。
【００２０】
（５）の発明によれば、単一の鉛材料でねじり部材を形成した場合において、（３）又は（４）の発明の効果を、より確実に発揮させることができる。
【００２１】
（６）  前記連結部材は、前記補強部分に埋設されている部分に錫メッキが施されている（１）から（５）のいずれかに記載のねじりダンパー。
【００２２】
（６）の発明によれば、（１）から（５）の発明における連結部材とねじり部材との接合強度を向上させて、上記発明の効果をより、確実に発揮させることができる。
【００２３】
（７）  （１）から（６）のいずれかに記載のねじりダンパーの製造方法であって、前記補強部分の内部に予め設けた挿入孔内に前記連結部材の先端近傍部分を配置した後に、該挿入孔内及びその近傍部分に鉛又は鉛合金を肉盛溶接して前記連結部材を前記ねじり部材に固定する工程を含んでなる、ねじりダンパーの製造方法。
【００２４】
（７）の発明によれば、（１）から（６）のいずれかに記載のねじりダンパー、即ち、制震性能を安定的に発揮することができる、ねじりダンパーを製造することができる。又、この製造方法によれば、複雑な形状を有する連結部材の周囲に十分に鉛等を充填させることにより、充填不良や引け巣等の接合不良を防いで、連結部材をねじり部材へ強固に接合することができる。
【００２５】
（８）  （１）から（６）のいずれかに記載のねじりダンパーの製造方法であって、ねじりダンパー形成用の金型に連結部材を配置した後に、該金型に鉛又は鉛合金を鋳込んで補強部分を有するねじり部材を形成することによって、前記連結部材と前記ねじり部材とを一体化する工程を含んでなる、ねじりダンパーの製造方法。
【００２６】
（８）の発明によれば、（１）から（６）のいずれかに記載のねじりダンパー、即ち、制震性能を安定的に発揮することができる、ねじりダンパーを製造することができる。又、この製造方法は、上記の金型に鉛等を鋳込むと同時に連結部材の接合も完了するので施工に手間がかからず、生産性に優れた製造方法である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、鉛又は鉛合金からなる、ねじり部材を有するねじりダンパーにおいて、鉛等からなるねじり部材と、鋼からなる連結部材とを、簡易な手段で強固に接合して、制震性能を安定的に発揮することができる、ねじりダンパーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のねじりダンパーの全体形状を示す斜視図である。
【図２】本発明のねじりダンパーにおける、ねじり部材と連結部材との接合構造を示す透視図である。
【図３】本発明のねじりダンパーの、連結部材の全体形状を示す斜視図である。
【図４】本発明のねじりダンパーの、ねじり部材の正面図である。
【図５】本発明のねじりダンパーの、連結部材の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施態様について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
＜ねじりダンパー＞
図１は、本発明のねじりダンパー１０の一実施形態を示す。ねじりダンパー１０は、建築物等に用いられる制震装置である。ねじりダンパーは、一般的に、例えば、梁と柱等、相対する二つの構造体に連結部材２を介して固定される態様で使用される。このような使用態様において、ねじりダンパー１０には、地震時に上記の建築物の構造体から、連結部材２を介して、ねじり部材１にねじりが伝えられ、軸部分１１が塑性変形を起こすことにより振動エネルギーを吸収して制震効果を発揮する。
【００３１】
図１に示す通り、ねじりダンパー１０は、円柱体状の、ねじり部材１の両端に、柱体状、好ましくは六角柱体状等の多角柱体状の連結部材２が接合されている。
【００３２】
ねじりダンパー１０において、ねじり部材１は、その円柱状の鉛形成体の両端部近傍部分が、その他の部分よりも直径が大きくなるように形成されている。尚、本明細書においては、ねじり部材における、この相対的に直径が大きくなるように形成された円柱部分のこと補強部分と言うものとする。又、ねじり部材における補強部分が形成されていない部分である相対的に直径が小さい円柱部分のことを、軸部分と言うものとする。
【００３３】
ねじりダンパー１０において、連結部材２は、補強部分１２の形成されている部分の内部にその先端の一部が埋設される態様でねじり部材１に固定されている。
【００３４】
以上の構成からなる、ねじりダンパー１０は、ねじり部材１の全長が、６０ｍｍ〜６００ｍｍ程度、軸部分１１の直径が３０ｍｍ〜３００ｍｍ程度であることが一般的であるが、要求される免震性能や構造物の設置スペースに応じて、任意の大きさとすることができる。
【００３５】
〔ねじり部材〕
ねじり部材１は、鉛又は鉛合金を、上記の通り、補強部分１２を有する円柱体となるように形成したものである。ねじり部材１を形成する弾塑性材料としては、鉛等の単一の金属材料を用いることが好ましい。金属材料として、鉛合金を用いる場合には、その合金を構成する鉛以外の金属としては、例えば亜鉛、アンチモン、インジウム、マグネシウム、銅、ビスマス、アルミニウム、銀等を用いることができ、鉛合金としては、例えば鉛錫合金（半田）、鉛アンチモン合金（硬鉛）、クロム酸鉛等を用いることができる。
【００３６】
ねじり部材１の大きさは、上記の通り、特に限定されず、ねじりダンパー１０に求められる、制震性能や想定されるねじり応力に応じて適宜調整すればよい。但し、ねじり部材１が鉛からなる場合、補強部分１２の直径は、軸部分１１の直径の１．２倍以上であることが好ましい。例えば、ねじり部材１が鉛からなる場合、軸部分１１の直径（図４のＲ１）が３０ｍｍ〜３００ｍｍであり、補強部分１２の直径（図４のＲ２）が、３６ｍｍ〜９００ｍｍであり、且つ、Ｒ２が、Ｒ１の１．２倍〜３．０倍の範囲にあるものを、ねじり部材１の直径についての好ましい具体例として挙げることができる。
【００３７】
〔連結部材〕
連結部材２は、炭素鋼等の鉄鋼やステンレス鋼等の鋼を、柱体状に形成したものである。連結部材２の主たる部分を構成する柱部２１は、角柱体であることが好ましく、六角柱体であることが、より好ましい。
【００３８】
連結部材２は、図３に示す通り、連結部材２を構成する柱部２１の一方の端部近傍の側面に、柱部２１の軸心方向と平行な方向に向けて、複数の応力伝達板２２が、柱部２１の側面に対して略垂直に立設する態様で形成されている。又、それら複数の応力伝達板２２の端辺を連接する態様で、鍔状のフランジ部２３が接合されている。連結部材２を構成する柱部２１、応力伝達板２２、及びフランジ部２３は、上記の炭素鋼等、いずれも同一の金属材料で形成されていることが好ましい。尚、応力伝達板２２の個数、形状及び配置パターン等は適宜変更可能である。
【００３９】
又、連結部材２のうち、少なくとも補強部分１２に埋設されている部分、即ち、ねじり部材１を形成する鉛又は鉛合金と接触する部分には、予めハンダや錫メッキ等を施しておくことが好ましい。これにより、ねじり部材１と連結部材２との接合強度を更に強固に向上させることができる。
【００４０】
又、連結部材２の応力伝達板２２は、矩形形状等の板体であることが好ましいが、その形状や大きさは必ずしも特定の範囲に限定されない。ねじりダンパー１０に求められる、制震性能や想定されるねじり応力に応じて適宜調整すればよい。但し、ねじり部材１が鉛からなる場合、応力伝達板２２のねじり部材１の軸心方向と垂直な方向の幅（図５のｗ）が、軸部分１１の直径（Ｒ１）の０．２倍以上１．０倍以下である６ｍｍ〜３００ｍｍであるものを、応力伝達板２２の大きさについての好ましい具体例として挙げることができる。
【００４１】
フランジ部２３は、図３に示す通り、例えば鍔状のプレートであって、全ての応力伝達板２２の端辺を連接して接合される部材である。これにより、板状の応力伝達板２２のねじり部材１の内部においての剛性が向上し、ねじりダンパー１０の耐久性や信頼性が向上する。尚、フランジ部２３の形状については、上記態様で複数の応力伝達板２２によって構成される部分の剛性を向上させうる形態である限りにおいて適宜変更することが可能である。
【００４２】
＜ねじりダンパーの製造方法＞
以下、上述した本発明のねじりダンパーを製造する方法について説明する。本発明のねじりダンパーは、以下に説明する２つの製造方法によって製造することができる。
【００４３】
〔第１実施態様〕
本発明のねじりダンパーの製造方法の第１の実施態様について説明する。この製造方法においては、先ず、溶融した鉛を成形型内に注入して補強部分１２を有する所望形状となるようにねじり部材１を成形する。そして、この成形時又は成形後に、ねじり部材１の補強部分の内部に、鋼からなる連結部材２を挿入可能な挿入孔或いは挿入溝を形成する。尚、本明細書においては、前者の挿入孔には、後者の挿入溝も含まれるものとする。連結部材２に応力伝達板２２が形成されている場合は、これらの挿入孔等は、連結部材２を応力伝達板２２等が形成されている側から挿入可能な形状に形成する。
【００４４】
次に、上記の挿入孔に、応力伝達板２２の側から連結部材２の先端側の一部を挿入して、当該連結部材２の先端部分が、補強部分１２の内部に埋設される状態となるように配置する。
【００４５】
そして、更に、その後、上記の挿入孔の内部、及び挿入孔の開口部近傍等の部分に鉛等を肉盛溶接する。以上の処理により連結部材２をねじり部材１に強固に固定する。
【００４６】
上記のようにしてねじり部材１に一体化した連結部材２を、構造体等の被固定部材に取付けることによって、ねじりダンパー１０を強固に取付けることができる。この製造方法は、手作業の部分が多くなるため、若干施工に手間はかかるが、複雑な形状を有する連結部材２の周囲に十分に鉛等を充填させることにより、充填不良や引け巣等の接合不良を防いで、連結部材２をねじり部材１へ強固に接合することができる。
【００４７】
〔第２実施態様〕
又、本発明のねじりダンパーの製造は以下の製造方法によっても得ることができる。この製造方法においては、先ず、所望の形状のねじり部材１を成形可能なダンパー形成用の金型内に溶融した鉛等を注入する。
【００４８】
次に、上記金型内に注入した溶融状態の鉛等の中に、連結部材２の少なくとも応力伝達板２２が形成されている部分を浸漬する。その際、上記連結部材２の一部が、ねじり部材１に形成される補強部分１２の内部に適切な角度で配置されることとなるような位置に配置する。その後、上記の鉛等が固化し、所望の形状のねじり部材１が形成される際に、ねじり部材１の補強部分１２内に、連結部材２が、その一部が埋設された態様で一体化される。この製造方法は、金型に鉛等を鋳込むと同時に連結部材２の接合も完了するので施工に手間がかからず、生産性に優れた製造方法となる。
【実施例】
【００４９】
本発明のねじりダンパーの性能を検証するために以下の各試験体を用意した。各試験体は、上記の製造方法（第１実施態様）によって製造した。ねじり部材の材料は鉛を用いた。各試験体の基本形状はいずれも図４に示す形状とした。ねじり部材全体の長さは、１２９ｍｍとし、両端から４９．５ｍｍの範囲に補強部分を形成した。
【００５０】
又、連結部材については、図３に示す通りの形状のものとし、柱部２１は、対辺が２４ｍｍの六角柱形状、各側面に幅（ｗ）１３ｍｍ、長さ３０ｍｍの応力伝達板を計６個接合し、フランジ部２３を更に接合したものを用いた。
【００５１】
そして、各試験体における、本願発明の効果と密接な関係のある主要部分の直径や幅については、下記表１の通りとした。
【００５２】
【表１】
2015230015.tif 000003
【００５３】
各試験体について、以下の通り、ねじり試験を実施した。ねじり試験機は、島津製作所製ねじり試験機ＴＴＭ−３ｋＮｍＡを用いた。
【００５４】
各試験体両端に埋設した六角柱状の連結部材でねじり試験機に固定した。載荷速度１２０ｄｅｇ／ｍｉｎで負荷トルクを与えた。加力は、一方向での単調載荷試験、及び繰り返し試験を実施した。繰り返し試験では、±５ｄｅｇ，±１０ｄｅｇ，±１５ｄｅｇ，±３０ｄｅｇ，±４５ｄｅｇ，±６０ｄｅｇ，±９０ｄｅｇ，±１８０ｄｅｇ，±３６０ｄｅｇで２サイクルの漸増繰返しを行った後、±３６０ｄｅｇで破断まで連続繰返しを行った。測定はねじり試験機の負荷側チャックの回転角度と、計測側チャックに取付けられたトルク検出器でのトルクである。
【００５５】
試験結果は、以下の通りである。実施例１は累積変形角２０２００ｄｅｇで軸部分がほぼ破断状態となった。実施例２は累積変形角１７７００ｄｅｇで軸部分が破断した。破断後においても実施例１、２共に補強部分には損傷が見られなかった。比較例は、ねじれ部の損傷がそれほど大きくないのにも関わらず、累積変形角６０００ｄｅｇで、連結部材の埋設部分付近で破断した。このように、実施例１、２は、破断までの累積変形角が大きく、且つ、損傷は本来の狙い通り軸部分に集中したのに対し、比較例は破断までの累積変形角が実施例に比べて小さく、損傷は連結部材の埋設部分に集中した。
【００５６】
以上より、本発明のねじりダンパーは、鉛からなるねじり部材と、鋼からなる連結部材とを、簡易な手段で強固に接合して、制震性能を安定的に発揮することができるものとなることが分る。
【符号の説明】
【００５７】
１      ねじり部材
１１    軸部分
１２    補強部分
２      連結部材
２１    柱部
２２    応力伝達板
２３    フランジ部
１０    ねじりダンパー
【図１】
2015230015.tif 000004
【図２】
2015230015.tif 000005
【図３】
2015230015.tif 000006
【図４】
2015230015.tif 000007
【図５】
2015230015.tif 000008