(57)【要約】【課題】せん断変形を主として利用することができ、これにより構造物の間に生じた振動を繰り返し吸収することができる鉛ダンパーを提供する。【解決手段】  鉛ダンパーの鉛部１１は直方体形状を有している。鉛部１１のせん断方向に沿う長さをＬ（ｍｍ）、鉛部１１のフランジ部１２間の高さをＨ（ｍｍ）、鉛部１１の長さ方向（Ｌ）および高さ方向（Ｈ）に直交する幅をＷ（ｍｍ）とした場合、ＬおよびＷがＬ／Ｗ≦１．０を満たしている。鉛部１１がせん断を受けた場合、せん断変形が長さ方向（Ｌ）で均一となるので、鉛部１１全体が均等に変形する。これにより、せん断変形が卓越するので、鉛部１１の一部分に従来のような曲げ変形が発生することが抑制される。したがって、鉛部１１において局所的な損傷が発生することを防止することができ、接合部１３が損傷に至ることを防止することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛からなり、直方体形状を有する鉛部と、
この鉛部の上面および下面のそれぞれに設けられたフランジ部とを備え、
前記鉛部のせん断方向に沿う長さをＬ（ｍｍ）、前記鉛部の前記フランジ部間の高さをＨ（ｍｍ）、前記鉛部の長さ方向（Ｌ）および高さ方向（Ｈ）に直交する幅をＷ（ｍｍ）とした場合、ＬおよびＷが
Ｌ／Ｗ≦１．０
を満たすことを特徴とする鉛ダンパー。
【請求項２】
前記フランジ部と前記鉛部とを接合する接合部と、
前記接合部の前記長さ方向（Ｌ）の端部に接するようにして、前記フランジ部に設けられた接合補助部とを備え、
前記接合補助部の前記高さ方向（Ｈ）の高さをｈ（ｍｍ）とした場合、ｈが
ｈ≧６
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の鉛ダンパー。
【請求項３】
前記フランジ部および前記接合補助部は、鋼材からなり、一体的に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の鉛ダンパー。
【請求項４】
前記接合部は、鉛と錫との合金からなり、前記鉛部と前記フランジ部とを溶着していることを特徴とする請求項２または３に記載の鉛ダンパー。
【請求項５】
前記鉛部の前記幅方向（Ｗ）および前記高さ方向（Ｈ）に沿う側面には、Ｒ形状部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鉛ダンパー。
【請求項６】
前記Ｒ形状部の長さ方向（Ｌ）の長さをｌ（ｍｍ）とした場合、ｌおよびＨが
ｌ≦（１／４）Ｈ
を満たすことを特徴とする請求項５に記載の鉛ダンパー。
【請求項７】
前記Ｒ形状部のＲ曲線と接続するようにして、上面に直線部が形成された付加部を備え、この付加部の長さ方向（Ｌ）の長さをｋ（ｍｍ）とした場合、ｋが
ｋ≧１０
を満たすことを特徴とする請求項５または６に記載の鉛ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛ダンパーに係り、特にせん断変形を主に利用することにより、風や交通機関等による振動や地震による震動を抑制する鉛ダンパー関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛を利用した鉛ダンパーは、曲げ変形を主として利用する免震構造用のダンパーとして各種製品化・実用化されている。免震構造用の鉛ダンパーは、たとえば特許文献１に開示されているように、本体部として鉛からなるとともに、その中間部分がＳ字状に湾曲した鉛部を備え、鉛部の上面および下面には鋼材からなるフランジ部が設けられている。鉛部およびフランジ部は、鉛と錫の合金からなる接合部により接合されている。このような構成を有する鉛ダンパーは、それぞれのフランジ部が上部構造物および下部構造物に取り付けられることにより、これら構造物の間に生じた振動エネルギーを吸収する。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７３３５９号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような鉛ダンパーは、免震構造ほど大きな変形が必要とされない制振構造用として利用することが期待されているが、次のような理由から実用化には至っていない。すなわち、上記鉛ダンパーは、ダンパーに生じる曲げ変形を利用して構造物に生じた振動エネルギーを吸収しているため、曲げ変形のときに鉛部に生じる応力は、鉛部の全体に均一に生じるものではなく、局所的に生じる曲げ応力である。このため、鉛ダンパーは、その構成全体が利用されずに、使用材料体積に対する負担荷重が大幅に低下するため、大きな荷重を受けることができない。その結果、接合部等の一部の部位のみが振動エネルギーを吸収してしまい、その部位が損傷を受けることが多い。
【０００５】
そこで、たとえば特許文献２に示すように、鉛部の形状を直柱状とすることにより、せん断変形を主として利用するせん断型の鉛ダンパーを制振構造に適用することが考えられている。以下、図７および図８を参照して説明する。図７は、従来のダンパー１００の概略正面図であり、図８は、従来のダンパー１００の鉛部１０１の概略斜視図である。図７および図８において、符号１００はダンパー、１０１は鉛部、１０２はフランジ部を表している。
【０００６】
【特許文献２】特開２００３−１８４０３１号公報（要約）
【０００７】
しかしながら、このような鉛ダンパー１００においても、鉛部１０１を構成する鉛が弾性的な挙動をほとんど示さなく、かつ材料降伏後は剛性を有しないため、鉛部１０１がせん断を受けたときに生じるせん断変形角が、せん断方向（長さ方向（Ｌ））と直交する方向である高さ方向（Ｈ）で均一ではない。このため、長さＬを大きくすると、長さ方向（Ｌ）でせん断変形が一様にならず、図９に示すように曲げ変形が支配的となってしまう。曲げ変形が支配的となる形状では、上記のように局所的な曲げ応力によって鉛ダンパー１００の負担荷重が決定されるため、使用体積材料に対する負担荷重が大幅に低下する。さらに、上記のようにせん断変形角が高さ方向（Ｈ）で均一でないため、鉛部１０１の一部分に曲げ変形が繰り返し生じるたびに、局所的な破壊が進行し、保持しうる負担荷重の低下が著しく大きくなる。以上のような理由から、設計上必要とされる荷重を安定して繰り返し受けることができないため、構造物の間に生じた振動を繰り返し吸収することを主目的とするせん断変形型の鉛ダンパーは実用化には至っていなかった。
【０００８】
したがって、本発明は、設計上必要とされる荷重を安定して繰り返し受けることができ、これにより構造物の間に生じた振動を繰り返し吸収することができるせん断変形型の鉛ダンパーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本出願人は、鋭意検討してきたところ、鉛ダンパーの形状を規定することにより上記の課題を解決できることを見出し本願発明を完成するに至った。すなわち、本発明の鉛ダンパーは、鉛からなり、直方体形状を有する鉛部と、この鉛部の上面および下面のそれぞれに設けられたフランジ部とを備え、鉛部のせん断方向に沿う長さをＬ（ｍｍ）、鉛部のフランジ部間の高さをＨ（ｍｍ）、鉛部の長さ方向（Ｌ）および高さ方向（Ｈ）に直交する幅をＷ（ｍｍ）とした場合、ＬおよびＷがＬ／Ｗ≦１．０を満たすことを特徴としている。
【００１０】
本発明の鉛ダンパーでは、鉛部の長さＬ（ｍｍ）および幅Ｗ（ｍｍ）が、Ｌ／Ｗ≦１．０を満たすので、鉛部が長さ方向（Ｌ）にせん断を受けた場合、せん断変形が長さ方向（Ｌ）で均一となるので、鉛部全体が均等に変形する。これにより、せん断変形を卓越させることができるので、鉛部の一部分で曲げ変形が発生することを抑制することができる。したがって、鉛部において局所的な損傷が発生することを防止することができ、鉛部とフランジ部とを接合する接合部等を設ける場合には、その接合部が損傷に至ることを防止することができる。したがって、設計上必要とされる荷重を安定して繰り返し受けることができる。
【００１１】
その結果、大きな弾塑性履歴吸収エネルギーを有する鉛部全体を利用して、設置箇所に発生した振動エネルギーを吸収することができる。また、鉛部の鉛は常温で再結晶する性質を有するので、振動により損傷を受けても自己回復することができる。これにより、振動エネルギーの吸収後において、鉛部の力学性能が回復するので、振動エネルギーの吸収後も初期の性能を保持することができる。したがって、鉛部のサイズを小さく設定しても、充分な負担荷重と振動エネルギー吸収性能を得ることができる。さらに、目視にて確認不可能な部位である上記接合部近傍において、上記のように振動エネルギーの吸収による損傷が生じることを防止することができるので、鉛ダンパーの維持管理が容易となる。加えて、降伏荷重がほぼ一定であるので、上記接合部等を設ける場合には、その設計が容易となる。
【００１２】
フランジ部の材料としては、鉛に加えて、たとえば鋼材を用いることができる。鋼材を用いる場合、フランジ部と鉛部とを接合する接合部を備える。この場合、接合部と鉛部との接合面積を鉛部のせん断面積とほぼ等しくすると、その接合面に生じる応力（単位面積あたりの力）と鉛部に発生する応力とが等しくなるため、ダンパーに発生する荷重および接合部と鉛部との接合強度の安全率が小さくなり、その結果、接合部での破断が生じやすい。鉛部がせん断変形を受けて、高さ方向（Ｈ）に引張力が生じ、この引張力が接合部端部に作用した場合、接合部端部で破断が生じることがあるので、接合部端部に過大な引張力が作用することを防止する手段があれば好ましい。たとえば、フランジ部に、接合部の上記長さ方向（Ｌ）の端部に接するようにして接合補助部を設けるのが好ましい。これにより、高さ方向（Ｈ）に生じる引張力の作用位置を接合部端部の位置からずらすことができる。この接合補助部の上記高さ方向（Ｈ）の高さをｈ（ｍｍ）とした場合、ｈが極端に小さいと、せん断変形によって生じた引張力によって高さ方向（Ｈ）に変形し、接合面破断が生じてしまうので、ｈがｈ≧６を満たすのが好適である。
【００１３】
上記態様では、接合補助部をフランジ部に設け、接合補助部の高さｈを６（ｍｍ）以上を満たすようにしたので、高さ方向（Ｈ）に生じる引張力が接合部端部に集中することを防止することができ、予め設計上決定される最大振幅の振動が生じた場合でも安定した履歴形状を得ることができる。
【００１４】
この場合、フランジ部および接合補助部は鋼材からなり、一体的に形成してもよい。また、接合部は、たとえば鉛と錫との合金からなり、鉛部とフランジ部とを溶着している。
【００１５】
また、鉛部において局所的な損傷が生じることをより効果的に防止するには、種々の構成を用いることができる。たとえば、鉛部の幅方向（Ｗ）および高さ方向（Ｈ）に沿う側面には、Ｒ形状部が形成された構成を用いることができる。この場合、Ｒ形状部の上記長さ方向（Ｌ）長さをｌ（ｍｍ）とした場合、ｌおよびＨが、ｌ≦（１／４）Ｈを満たすのが好ましい。さらに、Ｒ形状部のＲ曲線と接続するようにして、上面に直線部が形成された付加部を備えるのが好ましい。この付加部の上記長さ方向（Ｌ）の長さをｋ（ｍｍ）とした場合、ｋが、ｋ≧１０を満たすのが好適である。
【００１６】
上記態様では、Ｒ形状を有する断面形状とするとともに、長さ方向の両端に付加部を設け、その長さをｋを１０（ｍｍ）以上を満たすようにしたので、構造物の間に振動が生じた場合、その振動の最大振幅に追従しやすくなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の鉛ダンパーによれば、鉛部の長さＬ（ｍｍ）および幅Ｗ（ｍｍ）が、Ｌ／Ｗ≦１．０を満たすので、鉛部がせん断を受けた場合、せん断変形が長さ方向（Ｌ）で均一となるので、鉛部全体が均等に変形する。これにより、せん断変形を卓越させることができるので、鉛部の一部分で曲げ変形が発生することを抑制することができる等の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る鉛ダンパー１０を示す概略正面図である。図２は、図１の鉛ダンパー１０の鉛部１１の斜視図である。図３は、鉛部１１がせん断を受けたときの状態を示す正面図である。鉛ダンパー１０は、主としてせん断変形を利用することにより、風や各種交通機関等による振動や地震による震動を抑制する制振（震）構造用のダンパーである。鉛ダンパー１０は、上部構造物および下部構造物の間、たとえば上部の梁および下部の梁の間に設置される。
【００１９】
鉛ダンパー１０は、鉛からなる鉛部１１を備えている。鉛部１１の上面および下面には、たとえば鋼材からなるフランジ部１２が設けられている。鉛部１１およびフランジ部１２は、鉛と錫の合金からなる接合部１３により接合されている。接合部１３は、たとえば、錫および鉛を溶融したホモゲン状態を経由して形成されたこれら材料の合金層（図示略）であり、鉛部１１とフランジ部１２とをホモゲン溶着している。
【００２０】
鉛部１１は直方体形状を有している。鉛部１１のせん断方向に沿う長さをＬ（ｍｍ）、幅をＷ（ｍｍ）とした場合、ＬおよびＷが、Ｌ／Ｗ≦１．０を満たしている。これは、Ｌ（ｍｍ）を大きくしてＬ／Ｗが１．０を超えた場合、長さ方向（Ｌ）でせん断変形が一定にならず、単位面積あたりの発生荷重が低下するからである。上記数式を満たす形状の場合、初期載荷に生じた場合の６５％程度の大きさの荷重で安定した挙動を示すことができる。
【００２１】
また、鉛部１１の長さ方向（Ｌ）および幅方向（Ｗ）に直交する高さをＨ（ｍｍ）とした場合、Ｈ≧２０（ｍｍ）を満たすのが好適である。これは、必要最低高さである。さらに、予め設計上決定される最大振幅をＡ（ｍｍ）とした場合、１．２５Ａ≦Ｈ≦２．０Ａを満たしているのが好適である。すなわち、せん断変形角θを８０％以下とする。これは、Ｈが１．２５Ａ未満である場合、フランジ部１２界面への応力集中が大きくなりすぎるため、振動エネルギーの吸収効率が悪くなり、一方、Ｈが２．０Ａを超える場合、曲げ応力が加わり、破断に至りやすくなるとともに、鉛の使用量が多くなるからである。なお、せん断変形角θとは、長さ方向（Ｌ）および高さ方向（Ｈ）により規定される平面内における鉛部１１の変形した角度のことをいう。
【００２２】
鉛部１１の長さをＬ（ｍｍ）および幅をＷ（ｍｍ）が上記数式を満たすので、鉛部１１がせん断を受けた場合、せん断変形が長さ方向（Ｌ）で均一となるので、鉛部１１全体が均等に変形し、せん断変形角θが均一となる。これにより、本実施形態の鉛ダンパー１０はせん断変形が卓越する。
【００２３】
図４に示すように、鉛部１１の幅方向（Ｗ）および高さ方向（Ｈ）に沿う側面には、Ｒ形状部１１ａが鉛部１１と一体的に形成されているのが好ましい。これにより、鉛部１１では損傷が一箇所に集中しにくくなる。Ｒ形状部１１ａの形状としては、たとえば円弧あるいは楕円がある。この場合、Ｒ形状部１１ａの長さをｌ（ｍｍ）とした場合、ｌおよびＨが、ｌ≦（１／４）Ｈを満たしている。これは、ｌが（１／４）Ｈを超えた場合、Ｒ形状部１１ａに亀裂が発生しやすくなるからである。
【００２４】
さらに、Ｒ形状部１１ａのＲ曲線と接続するようにして上面に直線が形成された付加部１４を備えてもよい。付加部１４は、たとえば、鉛部１１および接合部１３と一体的に形成されている。この場合、付加部１４の長さ方向（Ｌ）の長さをｋ（ｍｍ）とした場合、ｋが、ｋ≧１０を満たすのが好適である。これは、ｋが１０（ｍｍ）未満である場合、フランジ部１２界面に損傷や変形が集中するため、ダンパーの振動エネルギーの吸収効率が悪くなるからである。
【００２５】
フランジ部１２には、図５に示すように、付加部１４の長さ方向（Ｌ）における鉛部１１側ではない端部に接するようにして、鋼材からなる接合補助部１５を設けるのが好適である。接合補助部１５は、たとえば図６に示すように、フランジ部１２に一体的に設けるようにしてもよい。この場合、接合補助部１５の高さ方向（Ｈ）の高さをｈ（ｍｍ）とした場合、ｈが、ｈ≧６を満たす。これは、ｈが６（ｍｍ）未満である場合、フランジ部１２界面近傍に損傷や変形が集中するからである。
【００２６】
本実施形態の鉛ダンパー１０では、鉛部１１の長さＬ（ｍｍ）および幅Ｗ（ｍｍ）がＬ／Ｗ≦１．０を満たすので、鉛部１１がせん断を受けた場合、せん断変形が長さ方向（Ｌ）で均一となるので、鉛部１１全体が均等に変形する。これにより、せん断変形を卓越させることができるので、鉛部１１の一部分で曲げ変形が発生することを抑制することができる。したがって、鉛部１１において局所的な損傷が発生することを防止することができ、鉛部１１とフランジ部１２とを接合する接合部１３等を設ける場合には、その接合部１３が損傷に至ることを防止することができる。したがって、設計上必要とされる荷重を安定して繰り返し受けることができる。
【００２７】
その結果、大きな弾塑性履歴吸収エネルギーを有する鉛部１１全体を利用して、設置箇所に発生した振動エネルギーを吸収することができる。また、鉛部１１の鉛は常温で再結晶する性質を有するので、振動により損傷を受けても自己回復することができる。これにより、振動エネルギーの吸収後において、鉛部１１の力学性能が回復するので、振動エネルギーの吸収後も初期の性能を保持することができる。したがって、鉛部１１のサイズを小さく設定しても、充分な負担荷重と振動エネルギー吸収性能を得ることができる。さらに、目視にて確認不可能な部位である接合部１３近傍において、上記のように振動エネルギーの吸収による損傷が生じることを防止することができるので、鉛ダンパー１０の維持管理が容易となる。加えて、降伏荷重がほぼ一定であるので、接合部１３等を設ける場合には、その設計が容易となる。
【００２８】
また、鋼材からなる接合補助部１５をフランジ部１２に設け、接合補助部１５の高さｈを６（ｍｍ）以上を満たすようにしたので、高さ方向（Ｈ）に生じる引張力が接合部端部に集中することを防止することができ、予め設計上決定される最大振幅の振動が生じた場合でも安定した履歴形状を得ることができる。
【００２９】
さらに、Ｒ形状部１１ａを有する断面形状とするとともに、長さＬ方向の両端に付加部１４を設け、その長さをｋを１０（ｍｍ）以上を満たすようにしたので、構造物の間に振動が生じた場合、その振動の最大振幅Ａに追従しやすくなる。
【００３０】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、上記実施形態では、フランジ部１２を鋼材からなるようにしたが、たとえばフランジ部１２を鉛からなるようにしてもよい。この場合、接合部１３は形成せず、フランジ部１２を鉛部１１と一体的に形成する。
【実施例】
【００３１】
以下、具体的な実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００３２】
まず、長さと幅との比率を適宜変えて、鉛からなる鉛部を作製した。次に、鉛ダンパーの上面および下面に、錫と鉛からなる合金からなる接合部を間にして、鋼材からなるフランジ部をホモゲン溶着した。鉛部のサイズについては、鉛部のせん断方向に沿う長さをＬ（ｍｍ）、幅をＷ（ｍｍ）、フランジ部間の高さをＨ（ｍｍ）とした場合、高さＨ（ｍｍ）を５０（ｍｍ）で一定とし、ＬとＷの比（＝Ｌ／Ｗ）をそれぞれ０．３２、０．６６、０．７９、１．０、および１．１６とした。この場合、Ｌ／Ｗが１のときのＬ，Ｗはいずれも１９０（ｍｍ）である。
【００３３】
続いて、上記作製した５種類の鉛ダンパーについて静的載荷試験を行った。静的載荷試験では、振幅が５ｍｍである振動、振幅が１０ｍｍである振動、振幅が２０ｍｍである振動、および振幅が４０ｍｍである振動のそれぞれを１０サイクル、鉛ダンパーの長さ方向（Ｌ）に加えた。このような静的載荷試験の結果を図１０および図１１に示す。図１０は、Ｌ／Ｗの値とせん断応力度（ｔｆ／ｃｍ２）との関係を表し、図１１は、Ｌ／Ｗの値と発生荷重低減率（τ／τmax）との関係を表している。図１０に示す最大せん断応力度は、せん断試験中に発生した最大荷重τmax（ｔｆ）をせん断面積Ｓ（ｃｍ２）で除した値であり、定常時せん断応力度は、せん断試験中に定常状態となったときの荷重τ（ｔｆ）をせん断面積Ｓ（ｃｍ２）で除した値である。図１１に示す発生荷重低減率は、せん断試験中に定常状態となったときの荷重τ（ｔｆ）と、せん断試験中に発生した最大荷重τmax（ｔｆ）との比（＝τ／τmax）である。せん断面積Ｓは、鉛部の長さ方向（Ｌ）と幅方向（Ｗ）とに沿う面の面積のことである。
【００３４】
このような本実施例の結果から判るように、鉛部の長さＬ（ｍｍ）および幅Ｗ（ｍｍ）が、Ｌ／Ｗ≦１．０を満たした場合、鉛部がせん断を受けたとき、発生荷重低減率が０．６５程度で安定した挙動を示した。また、鉛部がせん断を受けた場合、せん断変形が長さ方向（Ｌ）で均一となり、鉛部全体が均等に変形することが判った。したがって、設計上必要とされる荷重を安定して繰り返し受けることができることが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る鉛ダンパーの正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る鉛ダンパーの鉛部の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る鉛ダンパーの鉛部がせん断を受けた場合の正面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る鉛ダンパーの変形例の一側部の拡大正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る鉛ダンパーの変形例の一側部の拡大正面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る鉛ダンパーの変形例の一側部の拡大正面図である。
【図７】従来の鉛ダンパーの正面図である。
【図８】従来の鉛ダンパーの鉛部の斜視図である。
【図９】従来の鉛ダンパーの問題を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例の鉛ダンパーの長さ（＝Ｌ（ｍｍ））と幅（＝Ｗ（ｍｍ））についてのＬ／Ｗの値とせん断応力度との関係を表す図である。
【図１１】本発明の実施例の鉛ダンパーの長さ（＝Ｌ（ｍｍ））と幅（＝Ｗ（ｍｍ））についてのＬ／Ｗの値と発生荷重低減率との関係を表す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…鉛ダンパー、１１…鉛部、１１ａ…Ｒ形状部、１２…フランジ部、１３…接合部、１４…付加部、１５…接合補助部
【図１】
2005195141.tif 000003
【図２】
2005195141.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005195141.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005195141.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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