(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性体を収容する粘性体容器と、
該粘性体容器を挟んで該粘性体容器の外側に配置され、前記粘性体容器と相対移動可能な一対の粘性せん断力伝達板と、
該粘性せん断力伝達板の各々に固定されるとともに、前記粘性体容器の内部に収容され、相対向する互いに平行な一対の対向面を有する固定側抵抗板と、
前記粘性体容器の内壁に固定されたガイドと、
該ガイドによって摺動案内され、前記固定側抵抗板の一対の対向面の間を、所定の隙間を介して該対向面に平行な方向に直線的に移動する可動側抵抗板と、
前記粘性体容器と前記粘性せん断力伝達板との間に介装され、前記固定側抵抗板の対向面に平行な方向の荷重を測定する荷重測定手段とを備え、
該荷重測定手段は、一端部で前記粘性体容器と前記粘性せん断力伝達板とに連結され、前記固定側抵抗板の対向面に平行な方向の他端部で前記粘性体容器に連結されることを特徴とする粘性せん断力計測用試験装置。
【請求項２】
前記粘性体容器は、鉛直方向に長手方向を有する箱状に形成され、
前記粘性せん断力伝達板は、上端部に前記固定側抵抗板を備え、
前記固定側抵抗板の一対の対向面は、鉛直線に平行に延設され、
前記可動側抵抗板は、鉛直方向に移動し、
前記荷重測定手段の上端部が前記粘性体容器及び前記粘性せん断力伝達板に、前記荷重測定手段の下端部が前記粘性体容器に連結されることを特徴とする請求項１に記載の粘性せん断力計測用試験装置。
【請求項３】
前記粘性体容器の下部は、上部の横断面積より大きな断面積を有する箱状の拡大部を備え、前記可動側抵抗板の下端部が該拡大部の内部を移動することを特徴とする請求項２に記載の粘性せん断力計測用試験装置。
【請求項４】
前記拡大部の底面に弾性体が装着されることを特徴とする請求項３に記載の粘性せん断力計測用試験装置。
【請求項５】
前記粘性せん断力伝達板は、前記固定側抵抗板の一対の対向面の各々と、前記可動側抵抗板との間の隙間を調整するための隙間調整部材を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の粘性せん断力計測用試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘性ダンパーを設置した構造物の解析を行う際のダンパー特性のモデル化等を行う際に、粘性せん断力を計測するために用いられる試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粘性ダンパーは、粘性流体が移動すると分子間運動を摩擦熱に変換してエネルギーを吸収する装置であって、負荷された外力を除いても反発力が小さく粘性体の変形が戻りにくいため、効果的にエネルギーを吸収することができる。そのため、建築用の振動エネルギー吸収装置として広く使用されている。
【０００３】
上記粘性ダンパーを設置した構造物の解析を行う際等にダンパー特性モデルを用いるが、より精度よくその特性をモデル化するには、粘性流体と鋼材の特性を各々明確に把握する必要がある。
【０００４】
粘性体は液体であり、形状を保持することができないため、せん断隙間を確保するためにガイドが必要となる。しかし、粘性体とガイドとの間には摩擦力が生ずるため、摩擦力が粘性せん断力とともに計測され、正確に粘性せん断力を計測することが困難である。そのため、従来、以下の方法で試験が行われている。
【０００５】
コーンプレート法は、図３に示すように、コーン（円錐）３１とプレート（円盤）３２の間に粘性体Ｖを設け、せん断隙間Ｄが中心Ｏからの距離により異なる状態でコーン３１又はプレート３２の一方を固定し、他方を鉛直線回りに矢印で示すように回転させ、その際に生じたトルクを計測器３３で計測して、粘性体粘度を算定する。
【０００６】
この方法では、せん断面のみに粘性体Ｖが存在するため、掻き分けや摩擦力が小さい状態で粘性抵抗力のみを計測することができ、精度よく粘性体特性を把握することができる。但し、設置した粘性流体の形状を表面張力により保持しているが、せん断隙間Ｄが大きい場合や、粘性流体の変形が大きい場合には、粘性体Ｖが適正な形状を維持することができず、試験加振条件が回転角度とせん断隙間Ｄによって制限されるなどの問題がある。
【０００７】
一方、桶型水平方向平板せん断試験法は、図４に示すように、桶型の粘性体容器４１と円盤状の抵抗板４２の間に粘性体Ｖを設け、せん断隙間Ｄが一定である試験装置で水平方向に加振して粘性せん断力により生じる水平荷重を計測する。この方法では、荷重伝達部材の面積を小さくし、抵抗板４２の形状を円盤として粘性体Ｖの流動性をよくし、粘性体Ｖが生じる掻き分け力、撹拌力を低減している。さらに、せん断隙間Ｄを保持するために部材４３、及びロードセル４４をリニアガイドで固定し、摩擦力を低減している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
しかし、上記方法においても、剛性伝達部材の断面積を小さくすることによる剛性の低下や、除去できない摩擦力や掻き分け力の影響について不明確であるなどの問題があった。
【０００９】
また、筒型軸方向円柱せん断試験法は、図５に示すように、筒型の粘性体容器５１と円柱部材５２との間に粘性体Ｖを設け、せん断隙間Ｄが一定である試験装置で軸方向（矢印方向）に加振する試験法であり、せん断隙間Ｄを保持するために、円柱部材５２のガイド５３、５４を粘性体容器５１に設置し、そのガイド５３、５４に負荷する曲げによる摩擦力を低減するために軸方向に加振する。さらに、粘性体Ｖが掻き分け、撹拌する力を小さくするため、粘性体容器５１の両端に粘性体の流動性を良好にするためのスペース５５、５６を設けるなどの措置を施すことで、粘性せん断力が大きい加振条件では比較的良好に計測することができ、粘性流体特性を適正に把握できた（例えば、非特許文献２参照）。
【００１０】
しかし、この方法では、粘性せん断力が小さいと、計測値に対してガイド５３、５４によって生じる摩擦力が相対的に大きくなるため、適正な粘性流体特性を把握するのが困難であるとともに、粘性体容器５１の内面と円柱部材５２の外面がせん断面となるが、各々のせん断面積が異なるため、正確な有効面積が不明確であるという問題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】下田郁夫、「高粘性ダンパに関する研究（粘弾性モデル化と設計手法の提案）」、日本機械学会論文集（Ｃ編）６０巻５７０号（１９９４−２）、ｐ１１２−１１７
【非特許文献２】和氣知貴、他２名、「せん断型粘性体ダンパーの振動数・振幅・温度依存性を考慮したモデル化に関する研究、その１：材料試験」、日本建築学会大会学術講演梗概集（北海道）、２００４年８月、ｐ７５−７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、粘性体せん断試験装置において、せん断隙間を確保するために設置されるガイドによる摩擦力が大きくてもその影響を受けることがなく、正確に粘性せん断力を計測することのできる試験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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は、粘性せん断力計測用試験装置であって、粘性体を収容する粘性体容器と、該粘性体容器を挟んで該粘性体容器の外側に配置され、前記粘性体容器と相対移動可能な一対の粘性せん断力伝達板と、該粘性せん断力伝達板の各々に固定されるとともに、前記粘性体容器の内部に収容され、相対向する互いに平行な一対の対向面を有する固定側抵抗板と、前記粘性体容器の内壁に固定されたガイドと、該ガイドによって摺動案内され、前記固定側抵抗板の一対の対向面の間を、所定の隙間を介して該対向面に平行な方向に直線的に移動する可動側抵抗板と、前記粘性体容器と前記粘性せん断力伝達板との間に介装され、前記固定側抵抗板の対向面に平行な方向の荷重を測定する荷重測定手段とを備え、該荷重測定手段は、一端部で前記粘性体容器と前記粘性せん断力伝達板とに連結され、前記固定側抵抗板の対向面に平行な方向の他端部で前記粘性体容器に連結されることを特徴とする。
【００１４】
そして、本発明によれば、可動側抵抗板を摺動案内するガイドを粘性体容器に設置するとともに、ガイドに加わる摩擦力を粘性体容器を介して荷重測定手段の一端部、及び前記固定側抵抗板の対向面に平行な方向の他端部に伝達させるため、荷重測定手段に摩擦力を計測させることなく、粘性せん断力のみを計測することができる。
【００１５】
上記粘性せん断力計測用試験装置において、前記粘性体容器は、鉛直方向に長手方向を有する箱状に形成され、前記粘性せん断力伝達板は、上端部に前記固定側抵抗板を備え、前記固定側抵抗板の一対の対向面は、鉛直線に平行に延設され、前記可動側抵抗板は、鉛直方向に移動し、前記荷重測定手段の上端部が前記粘性体容器及び前記粘性せん断力伝達板に、前記荷重測定手段の下端部が前記粘性体容器に連結されるように構成することができる。
【００１６】
また、前記粘性体容器の下部は、上部の横断面積より大きな断面積を有する箱状の拡大部を備え、前記可動側抵抗板の下端部が該拡大部の内部を移動するように構成することができる。これによって、粘性体容器の内部の粘性体の体積変化が容易に行われることとなり、粘性体容器の内圧が荷重測定手段による粘性せん断力の計測値に与える影響を小さくすることができる。
【００１７】
さらに、上記粘性せん断力計測用試験装置において、前記拡大部の底面に弾性体を装着することができ、これによって、粘性体容器の内部の粘性体の体積変化がより容易に行われ、粘性体容器の内圧が荷重測定手段による粘性せん断力の計測値に与える影響をさらに小さく抑えることができる。
【００１８】
また、前記粘性せん断力伝達板を、前記固定側抵抗板の一対の対向面の各々と、前記可動側抵抗板との間の隙間を調整するための隙間調整部材を備えるように構成することで、容易にせん断隙間を調整することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明にかかる試験装置によれば、粘性体せん断試験装置において、せん断隙間を確保するために設置されるガイドによる摩擦力が大きくてもその影響を受けることがなく、正確に粘性せん断力を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかる粘性せん断力計測用試験装置の一実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の粘性せん断力計測用試験装置のＡ−Ａ線断面図である（但し、図１において粘性せん断力計測用試験装置全体が描かれているものとして図２を描いている）。
【図３】コーンプレート法で用いられる粘性せん断力計測用試験装置の概略図である。
【図４】桶型水平方向平板せん断試験法で用いられる粘性せん断力計測用試験装置の概略図である。
【図５】筒型軸方向円柱せん断試験法で用いられる粘性せん断力計測用試験装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１及び図２は、本発明にかかる粘性せん断力計測用試験装置（以下「試験装置」と略称する）の一実施の形態を示し、この試験装置１は、粘性体Ｖを収容する粘性体容器２と、粘性体容器２を挟んでその外側に配置された一対の粘性せん断力伝達板３（３Ａ、３Ｂ）と、粘性せん断力伝達板３の上部にシムプレート５を介して固定され、一対の対向面４ａ、４ｂを有する固定側抵抗板４（４Ａ、４Ｂ）と、粘性体容器２の内壁に固定された抵抗板用ガイド７、８と、両ガイド７、８によって摺動案内されて固定側抵抗板４の対向面４ａ、４ｂの間を上下方向に移動する可動側抵抗板９と、粘性体容器２と粘性せん断力伝達板３との間に介装されたロードセル１１等で構成される。
【００２３】
粘性体容器２は、横断面矩形状で鉛直方向に軸線を有する箱状に形成され、内部に粘性体Ｖが収容される。粘性体容器２の内壁２ａには、可動側抵抗板９を案内するための抵抗板用ガイド７（７Ａ、７Ｂ）、８が２段にわたって固定される。
【００２４】
粘性体容器２の下部は、上部２ｃの横断面積より大きな横断面積を有する箱状の拡大部２ｂとして形成され、可動側抵抗板９の下端部が拡大部２ｂの内部を移動する。拡大部２ｂの底面２ｄには、弾性体としてのスポンジゴム１５が装着され、粘性体容器２の下端部２ｅは、ロードセル（荷重測定手段）１１の上部１１ａと下部１１ｂとに各々曲部２ｆ及び先端部２ｇを介して連結される。
【００２５】
一対の粘性せん断力伝達板３（３Ａ、３Ｂ）は、連結板１２、１３で互いに連結され、連結板１２、１３を含めて全体的に角筒状に形成され、粘性せん断力伝達板３の上端部３ａにシムプレート（隙間調整部材）５を介して固定側抵抗板４が装着される。また、粘性せん断力伝達板３の下端部３ｂは、ロードセル１１の上部１１ａに連結される。
【００２６】
固定側抵抗板４は、可動側抵抗板９を挟んで相対向する一対の互いに平行な対向面４ａ、４ｂを備え、棒状の基部４ｅ、４ｆと粘性せん断力伝達板３の上端部３ａの内面３ｃ、３ｄとの間にシムプレート５が介在し、シムプレート５の枚数を増減することで、対向面４ａ、４ｂと可動側抵抗板９の表面との間のせん断隙間Ｄを調整可能に構成される。固定側抵抗板４の連結部４ｃ、４ｄは、粘性体容器２に設けられたコーキング材１６を貫通するように設けられ、これによって、粘性体容器２の内部の粘性体Ｖが外部に漏れることなく、粘性せん断力伝達板３が粘性体容器２と相対移動可能となる。
【００２７】
抵抗板用ガイド７（７Ａ、７Ｂ）、８は、固定側抵抗板４の対向面４ａ、４ｂと可動側抵抗板９の表面との間のせん断隙間Ｄを一定にした状態で可動側抵抗板９を加振するために備えられる。この抵抗板用ガイド７は、粘性体容器２の内壁に固定され、両ガイド７Ａ、７Ｂは、各々可動側抵抗板９の両端部９ａ、９ｂを鉛直方向に直線的に摺動案内する。下段側の抵抗板用ガイド８も、図示を省略するが、抵抗板用ガイド７（７Ａ、７Ｂ）と同様に構成される。
【００２８】
ロードセル１１は、上部１１ａが粘性体容器２の下端部２ｅ（曲部２ｆ）及び粘性せん断力伝達板３の下端部３ｂに連結され、下部１１ｂが粘性体容器２の下端部２ｅ（先端部２ｇ）のみに連結される。
【００２９】
次に、上記構成を有する試験装置１の動作について説明する。
【００３０】
粘性せん断力伝達板３の上端部３ａに配置されたシムプレート５の枚数を調整し、固定側抵抗板４（４Ａ、４Ｂ）の対向面４ａ、４ｂと可動側抵抗板９の表面との間のせん断隙間Ｄを調整する。これにより、一定のせん断隙間Ｄで、固定側抵抗板４のせん断面幅Ｗ×高さＨをせん断面として粘性せん断力を計測することができる。
【００３１】
可動側抵抗板９の上端部に、加振力Ｌを加えると、対向面４ａ、４ｂと可動側抵抗板９の表面との間に粘性せん断力Ｓが生じ、固定側抵抗板４の対向面４ａ及び対向面４ｂに実線の矢印で示される粘性せん断力Ｓが加わり、この粘性せん断力Ｓは、図示のような流れで下方に伝達され、最終的にロードセル１１の上部１１ａに伝わる。
【００３２】
一方、可動側抵抗板９の上端部に、加振力Ｌを加えると、可動側抵抗板９と抵抗板用ガイド７及び抵抗板用ガイド８との間で、破線の矢印で示される摩擦力Ｆが発生し、この摩擦力Ｆは、図示のような流れで下方に伝達され、最終的にロードセル１１の上部１１ａ及び下部１１ｂに伝わる。
【００３３】
上述のように、ロードセル１１へは、上部１１ａ及び下部１１ｂの各々に摩擦力Ｆが負荷され、その一方、粘性せん断力Ｓは上部１１ａにのみ負荷されるため、ロードセル１１は摩擦力Ｆを計測せず、粘性せん断力Ｓのみを測定することができる。
【００３４】
尚、可動側抵抗板９への加振に伴い、粘性体容器２と粘性せん断力伝達板３との間に相対変位が生じ、コーキング材１６が変形するが、コーキング材１６は、鋼材からなる粘性体容器２と粘性せん断力伝達板３より剛性が小さいため、粘性せん断力Ｓの計測値に影響を及ぼすことがない。
【００３５】
また、可動側抵抗板９が移動すると、粘性体容器２内の粘性体Ｖに体積変化が生じ、粘性体容器２の内部に内圧が生じるため、上記ロードセル１１での計測値に粘性せん断力Ｓ以外の荷重が計測されうる。しかし、試験装置１では、拡大部２ｂを設けるとともに、拡大部２ｂの底面２ｄにスポンジゴム１５を装着しているため、粘性体容器２内の粘性体Ｖの体積変化がより容易に行われ、内圧がロードセル１１の計測値に与える影響を小さくすることができる。
【００３６】
さらに、粘性体容器２内の粘性体Ｖをより流動し易くするため、固定側抵抗板４及び可動側抵抗板９の断面積をより小さく設定し、粘性体容器２の容積をより大きくすることが好ましい。
【符号の説明】
【００３７】
１  試験装置
２  粘性体容器
２ａ  内壁
２ｂ  拡大部
２ｃ  上部
２ｄ  底面
２ｅ  下端部
２ｆ  曲部
２ｇ  先端部
３（３Ａ、３Ｂ）  粘性せん断力伝達板
３ａ  上端部
３ｂ  下端部
３ｃ、３ｄ  内面
４（４Ａ、４Ｂ）  固定側抵抗板
４ａ、４ｂ  対向面
４ｃ、４ｄ  連結部
４ｅ、４ｆ  基部
５  シムプレート
７（７Ａ、７Ｂ）  抵抗板用ガイド
８  抵抗板用ガイド
９  可動側抵抗板
９ａ、９ｂ  両端部
１１  ロードセル
１１ａ  上部
１１ｂ  下部
１２、１３  連結板
１５  スポンジゴム
１６  コーキング材
【図１】
0005710910.tif 000002
【図２】
0005710910.tif 000003
【図３】
0005710910.tif 000004
【図４】
0005710910.tif 000005
【図５】
0005710910.tif 000006