(57)【要約】本発明は、第１の接続部材、ピストンロッド、左端蓋、第１のダンパーキヤビティ、ダンパーシリンダ、ピストン、第２のダンパーキヤビティ、第１のＳＭＡばね、第２のＳＭＡばね、右端蓋及び第２の接続部材を備え、左端蓋がダンパーシリンダの一端に設けられ、右端蓋がダンパーシリンダの他端に設けられ、ダンパーシリンダの内部がピストンによって第１のダンパーキヤビティ及び第２のダンパーキヤビティに仕切られ、第１のＳＭＡばね及び第２のＳＭＡばねがそれぞれピストンロッドに嵌設され、且つ第１のＳＭＡばねが第１のダンパーキヤビティ内に弾性的に当接し、第２のＳＭＡばねが第２のダンパーキヤビティ内に弾性的に当接し、第１のダンパーキヤビティ及び第２のダンパーキヤビティの何れにもＳＴＦせん断粘稠化流体が充填されるＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーである。本発明は、低周波荷重でのエネルギー消費を改善し、及び構造の超量変位に対して位置制限や抵抗力を発生する作用を有し、且つ除荷された後で自復帰を達成させることができ、構造の簡素化及び省スペース化等のメリットを有する。【選択図】図１
2021508806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接続部材、ピストンロッド、左端蓋、第１のダンパーキヤビティ、ダンパーシリンダ、ピストン、第２のダンパーキヤビティ、第１のＳＭＡばね、第２のＳＭＡばね、右端蓋及び第２の接続部材を備え、
左端蓋がダンパーシリンダの一端に設けられ、右端蓋がダンパーシリンダの他端に設けられ、ダンパーシリンダの内部がピストンによって第１のダンパーキヤビティ及び第２のダンパーキヤビティに仕切られ、
ピストンがピストンロッドに嵌設され、
ピストンロッドは、一端が左端蓋を貫通して第１の接続部材に接続され、他端が右端蓋を貫通し、
右端蓋に第２の接続部材が固着され、
第１のＳＭＡばね及び第２のＳＭＡばねがそれぞれピストンロッドに嵌設され、且つ第１のＳＭＡばねが第１のダンパーキヤビティ内に弾性的に当接し、第２のＳＭＡばねが第２のダンパーキヤビティ内に弾性的に当接し、
第１のダンパーキヤビティ及び第２のダンパーキヤビティの何れにもＳＴＦせん断粘稠化流体が充填されることを特徴とするＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパー。
【請求項２】
第１のＳＭＡばね及び第２のＳＭＡばねは、ピストンロッドに沿って変形することができ、その一方が伸長すると、その他方が短縮するように協働することを特徴とする請求項１に記載の粘性ダンパー。
【請求項３】
ピストンが第１のダンパーキヤビティに沿って第２のダンパーキヤビティ方向へ移動する場合、ピストンロッドにおける第２のＳＭＡばねは圧縮され、第１のＳＭＡばねはもとの長さへ復帰することを特徴とする請求項２に記載の粘性ダンパー。
【請求項４】
ストローク範囲において、第１のＳＭＡばねと第２のＳＭＡばねとの伸縮量の合計は、０であることを特徴とする請求項２に記載の粘性ダンパー。
【請求項５】
粘性ダンパーが加圧されて且つ設計ストロークを超えるような静的変形になると、第２のＳＭＡばねは圧縮され、第１のＳＭＡばねは動作を停止するまで、もとの長さへ復帰することを特徴とする請求項２に記載の粘性ダンパー。
【請求項６】
外部負荷から解除された後で、圧縮された第２のＳＭＡばねは、伸長してピストンを反対方向へ運動するように押し、第１のＳＭＡばねは圧縮され且つ動作を再開することを特徴とする請求項５に記載の粘性ダンパー。
【請求項７】
ピストンロッドと左端蓋及び右端蓋の何れとの間にもシールリングが設けられることを特徴とする請求項１に記載の粘性ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制震・耐震の分野に関し、特に、ＳＭＡ（形状記憶合金、Shape  Memory  Alloy）ばね−ＳＴＦ（Shear Thickening Fluid）粘性ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
地震は、極めて破壊的な自然災害であり、短時間で果てしない損失を与え、人類の生存や発展に大きな脅威を与えるものである。地震は、中国でよく見られる自然災害であり、ひとたび起こると、大量の人命被害、及び家屋やインフラ等の構造の崩壊又は破壊を引き起す。近年、中国の数回の地震災害により人類が深刻な犠牲を払ったが、建築構造の地震による破壊は、人命被害及び経済的損失を引き起こす最も直接的な原因である。従って、建築構造の耐震防災性能の向上は、地震災害による損失を小さくするための最も基本的な対策である。しかしながら、従来の耐震工法によれば、構造に対する優れた制震効果を奏することができないため、耐震分野において、新しい設計概念及び方法を見出すことは特に重要である。
【０００３】
１９７２年に、アメリカのＰｕｒｄｕｅ大学の姚志平教授によって、構造制御の理論は、土木工学の分野に導入され、従来の耐震設計の方法に比べると、構造に自己調整及び自己制御の性能を持たせ、異なる地震荷重に対応する場合、地震の強度、スペクトル、持続時間に応じて一定範囲で自体の鋼性、ダンパーひいては品質等の特性を調整することができ、これは構造の動的応答の低減、及び構造安全や快適な基本的要件の満足にとって有利である。構造制御は、アクティブ制御、セミアクティブ制御、構造免震、エネルギーの消散や制震及びスマート制御等の幾つかの方面からなる。ただし、エネルギーの消散や制震についての研究及び適用は、比較的成熟している。
【０００４】
エネルギーの消散や制震系は、構造のある非耐力部材をエネルギー消費部材として設計し、又は構造物のある部位にエネルギー消費装置を装着するものであり、これらのエネルギー消費部材及び装置が大きく揺れる場合にまず塑性状態になり、構造のエネルギーの散逸を促進する。エネルギーの消散や制震機構のエネルギー消費のメカニズムの異なりによって、１）粘性ダンパー、２）金属ダンパー、３）摩擦ダンパー、４）粘弾性ダンパー、５）電（磁）誘導ダンパーの幾つかの類別に分けられる。
【０００５】
粘性ダンパーは、鋼性の無い、速度依存型のダンパーであり、主に家屋、工業用建物、橋梁等の大型高層建物の構造に用いられ、地震等による破壊的エネルギーを散逸させるためのものである。普通の粘性ダンパーは、その減衰力が速度によって決定されるため、低速な静的荷重による構造変形がダンパー作用をしなく又はほとんど作用しなく、構造変形が設計変位を超えると、構造は破壊される可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術における欠点を克服し、低周波で減衰力を提供でき且つ自己復帰機能を持つＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーを提出することにある。前記ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーは、良好なエネルギー消費制震及び復帰機能を両立させ、且つ静荷重変形が設計ストロークを超えると、位置制限機能を提供することができ、その構造が簡単で、取り付けやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、下記の技術案を採用する。
【０００８】
第１の接続部材、ピストンロッド、左端蓋、第１のダンパーキヤビティ、ダンパーシリンダ、ピストン、第２のダンパーキヤビティ、第１のＳＭＡばね、第２のＳＭＡばね、右端蓋及び第２の接続部材を備え、左端蓋がダンパーシリンダの一端に設けられ、右端蓋がダンパーシリンダの他端に設けられ、ダンパーシリンダの内部がピストンによって第１のダンパーキヤビティ及び第２のダンパーキヤビティに仕切られ、ピストンがピストンロッドに設けられ、ピストンロッドは、一端が左端蓋を貫通して第１の接続部材に接続され、他端が右端蓋を貫通し、右端蓋に第２の接続部材が固着され、第１のＳＭＡばね及び第２のＳＭＡばねがそれぞれピストンロッドに嵌設され、且つ第１のＳＭＡばねが第１のダンパーキヤビティ内に弾性的に当接し、第２のＳＭＡばねが第２のダンパーキヤビティ内に弾性的に当接し、第１のダンパーキヤビティ及び第２のダンパーキヤビティの何れにもＳＴＦせん断粘稠化流体が充填されるＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーは、低周波荷重の作用下で、主に第１のＳＭＡばね及び第２のＳＭＡばねによって減衰力を提供し、中高周波荷重の作用下で、同時に第１のＳＭＡばね、第２のＳＭＡばね及び剪断減衰液によって減衰力を提供し、普通の使用条件の要求を満足することもできるし、低周波荷重の作用下で、普通の粘性ダンパーの減衰力の不足の欠点を補い、建築物のより多くのエネルギー消費を促進することもできる。且つＳＭＡばねが位置制限機能を有し、ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーに対する静荷重変形が設計ストロークを超えると、ＳＭＡばねの圧縮によって位置制限の作用が果たされる。且つ、本発明のＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーは、自己復帰機能を有し、除荷後で初始状態に復帰することができる。ピストンの両端のピストンロッドのそれぞれに第１のＳＭＡばね及び第２のＳＭＡばねが実装され、ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーピストンロッドが押されたり引かれたりする場合に第１のＳＭＡばね及び第２のＳＭＡばねの減衰力が参与することが保証される。その同時に、減衰液及び第１のＳＭＡばね、第２のＳＭＡばねは各々機能して、ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーの良好なエネルギー消費制震及び復帰機能を両立させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーの構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面及び具体的な実施方法に合わせて、本発明を詳しく説明する。
【００１２】
図１に示すように、ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーは、第１の接続部材１、ピストンロッド２、左端蓋３、第１のダンパーキヤビティ４、ダンパーシリンダ５、ピストン６、第２のダンパーキヤビティ７、第１のＳＭＡばね８１、第２のＳＭＡばね８２、右端蓋９及び第２の接続部材１０を備える。ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーは、両方向へ押し出すようにしている。左端蓋３はダンパーシリンダ５の一端に設けられるが、右端蓋９はダンパーシリンダ５の他端に設けられる。ダンパーシリンダ５の内部は、ピストン６によって第１のダンパーキヤビティ４及び第２のダンパーキヤビティ７に仕切られる。ピストン６がピストンロッド２に嵌設される。ピストンロッド２は、一端が左端蓋３に貫通して第１の接続部材１に接続され、他端が右端蓋９を貫通する。右端蓋９に第２の接続部材１０が固着される。第１のＳＭＡばね８１及び第２のＳＭＡばね８２がそれぞれピストンロッド２に嵌設され、且つ第１のＳＭＡばね８１が第１のダンパーキヤビティ４内に弾性的に当接し、第２のＳＭＡばね８２が第２のダンパーキヤビティ７内に弾性的に当接しる。第１のダンパーキヤビティ４及び第２のダンパーキヤビティ７の何れにもＳＴＦせん断粘稠化流体１１が充填される。
【００１３】
第１のＳＭＡばね８１及び第２のＳＭＡばね８２はピストンロッド２に沿って変形することができ、第１のＳＭＡばね８１及び第２のＳＭＡばね８２の一方が伸長すると、第１のＳＭＡばね８１及び第２のＳＭＡばね８２の他方は短縮し、第１のＳＭＡばね８１及び第２のＳＭＡばね８２は協働する。
【００１４】
ピストン６が第１のダンパーキヤビティ４に沿って第２のダンパーキヤビティ７の方向へ移動する場合、ピストンロッド２における第２のＳＭＡばね８２は圧縮され、第１のＳＭＡばね８１はもとの長さへ復帰する。
【００１５】
ストローク範囲において、第１のＳＭＡばね８１と第２のＳＭＡばね８２との伸縮量の合計は、０である。
【００１６】
ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーが加圧され且つ設計ストロークを超えるような静的変形になると、第２のＳＭＡばね８２は圧縮され、第１のＳＭＡばね８１は動作を停止するまで、もとの長さへ復帰する。
【００１７】
外部負荷から解除された後で、圧縮された第２のＳＭＡばね８２は伸長してピストン６を反対方向へ運動するように押し、第１のＳＭＡばね８１は圧縮され且つ動作を再開する。
【００１８】
ピストンロッド２と左端蓋３及び右端蓋９の何れとの間にもシールリングが設けられる。
【００１９】
ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーに張力がかけられると、第１の接続部材１はピストンロッド２及びピストン６を左へ運動するように連動させ、第１のダンパーキヤビティ４内の第１のＳＭＡばね８１が加圧されて短くなり、第２のダンパーキヤビティ７内の第２のＳＭＡばね８２がもとの長さへ伸長する。引張力が緩やかである場合、ピストン６のオリフィスの減衰液に対する剪断による減衰力が小さく、ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーによる減衰力は主に第１のＳＭＡばね８１及び第２のＳＭＡばね８２により提供される。引張力が一定速度以上に達すると、ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーによる減衰力は、同時に第１のＳＭＡばね８１、第２のＳＭＡばね８２及び減衰液の剪断による減衰力により提供される。ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーが圧力を受けると、第２のダンパーキヤビティ７内の第２のＳＭＡばね８２が加圧されて短くなり、第１のダンパーキヤビティ４内の第１のＳＭＡばね８１がもとの長さへ伸長する。同様に、圧縮力が緩やかである場合、ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーによる減衰力は、主に、第１のＳＭＡばね８１及び第２のＳＭＡばね８２により提供される。圧縮力が一定速度に達すると、ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーによる減衰力は、同時に第１のＳＭＡばね８１、第２のＳＭＡばね８２及び減衰液の剪断による減衰力により提供される。
【００２０】
外力がなくなった後で、第１のＳＭＡばね８１及び第２のＳＭＡばね８２の超弾性回復力によりピストン６が押されることで、ＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーが復帰し、且つ復帰の間に、ピストン６が減衰媒体をオリフィスから通過するように押す。従って、本発明に係るＳＭＡばね−ＳＴＦ粘性ダンパーは、ＳＴＦせん断粘稠化流体１１がオリフィスを流れる内部摩擦や第１のＳＭＡばね８１の圧縮、第２のＳＭＡばね８２の復帰によって共にエネルギーを消費し、構造に対するエネルギーの消散や制震を達成させる。
【００２１】
前記第１のＳＭＡばね８１及び第２のＳＭＡばね８２の抵抗力は、負荷速度に依存せず、構造の変形位置にのみ依存する。変形制御が設計範囲内にあることを保証するために、第１のＳＭＡばね８１及び第２のＳＭＡばね８２のパラメータについては、荷重と変形との関係によって選用することができる。
【００２２】
本発明は、構造の動的応答や自復帰を改善する作用を有すると共に、構造の超量変位に対して一定の位置制限や抵抗作用を果たし、且つ取り付けが簡単で、操作が便利であること等の特点を有する。
【符号の説明】
【００２３】
１  第１の接続部材
２  ピストンロッド
３  左端蓋
４  第１のダンパーキヤビティ
５  ダンパーシリンダ
６  ピストン
７  第２のダンパーキヤビティ
９  右端蓋
１０  第２の接続部材
１１  ＳＴＦせん断粘稠化流体
８１  第１のＳＭＡばね
８２  第２のＳＭＡばね
【図１】
2021508806.tif 000003
【国際調査報告】
2021508806.tif 000004
2021508806.tif 000005
2021508806.tif 000006
2021508806.tif 000007