(57)【要約】【課題】充分な減衰性能が得られるとともに、小型・軽量化を図れる鉛ダンパーを提供する。【解決手段】基礎と上部構造体間に介装され、基礎と上部構造体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り、鉛塊よりなり下端が取付プレート２により基礎に固定されるダンパー本体１と、ダンパー本体の上端に基端部３ａが相対回転不能に固定され、該基端部を中心に回動することでダンパー本体に捻りを与える第１アーム３と、第１アームの回動面と平行な面内で回動し得るように第１アームの先端部３ｂに一端部が連結された第２アーム４と、を備え、第２アームの他端部を上部構造体に回動可能に連結し、基礎と上部構造体間に生じる振動を第１、第２アームによりダンパー本体に伝達することにより、ダンパー本体を捻り方向に塑性変形させるように構成した。【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、前記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、
鉛塊よりなり、かつ一端が前記２つの部材のうちの一方の部材に固定されるダンパー本体と、該ダンパー本体の他端に基端部が相対回転不能に固定され、該基端部を中心に回動することで前記ダンパ本体に捻りを与える第１アームと、該第１アームの回動面と平行な面内で回動し得るように前記第１アームの先端部に一端部が連結された第２アームと、を備え、
前記第２アームの他端部を前記２つの部材のうちの他方の部材に回動可能に連結し、前記２つの部材間に生じる振動を前記第１、第２アームにより前記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り方向に塑性変形させるように構成し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・軽量化を図れるようにした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、前記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、鉛塊よりなり、かつ一端が前記２つの部材のうちの一方の部材に固定されるダンパー本体と、該ダンパー本体の他端に基端部が相対回転不能に固定され、該基端部を中心に回動することで前記ダンパ本体に捻りを与える第１アームと、該第１アームの回動面と平行な面内で回動し得るように前記第１アームの先端部に一端部が連結された第２アームと、を備え、前記第２アームの他端部を前記２つの部材のうちの他方の部材に回動可能に連結し、前記２つの部材間に生じる振動を前記第１、第２アームにより前記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り方向に塑性変形させるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明によれば、２つの部材間に生じる振動を、互いに回転可能に連結された第１、第２アームを介して、ダンパー本体に捻りモーメントとして伝達させることができる。即ち、２つの部材間に生じる振動を、ダンパー本体を捻る力として変換することができ、集中的にダンパー本体の全体を捻り変形させることができる。したがって、ダンパー本体の捻り方向の塑性変形によって、優れた減衰性能を発揮することができ、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の向上が図れる。また、それに伴い、所望の減衰性能を得るのに必要な鉛使用量を削減することができるので、鉛ダンパーの小型・軽量化を図ることができる。
【０００７】
特にこの場合、ダンパー本体の一端を一方の部材に直接固定しているので、ダンパー本体自体は動くことはなく、定位置で捻られることになり、安定性が向上する。また、ダンパー本体に直接接合する第１アームは、接合上の都合や回転を捻りに変換する必要上などからプレート状に形成する必要があるかもしれないが、第２アームは自由な形状、例えば曲げ剛性の高いロッド状に形成することができるので、回動面外方向への曲げ力にも強いアームとすることができる。そのため、アームに無用な捻れが発生するのを防止することができ、入力された振動を、ダンパー本体を捻る力として適正に伝達させることができて、振動減衰吸収のロスを少なくすることができる。また、ダンパー本体が復元する際の作動にも乱れが生じないようにすることができる。
【０００８】
また、ダンパー本体の両端にそれぞれアームを連結するのではなく、一端を固定したダンパー本体の他端側に２つのアームを直列に連結して設けているので、ダンパー本体からアームの先端までの実質的な長さを長くすることができ、２つの部材に対する鉛ダンパーの取付点間の距離を広い範囲で自由に設定することができる。そのため、取付点間を結ぶ直線（動作軸）と直交する方向の変位に対する特性の変動を無視できるレベルにまで低下させることができる。また、第１、第２の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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜図３は本発明の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、鉛塊より構成され、かつ一端が２つの部材のうちの一方の部材に取付プレート２を介して固定されるダンパー本体１と、ダンパー本体１の他端に接合され、建物の振動をダンパー本体１に伝達してダンパー本体１を捻るように塑性変形させる、直列に連結された第１、第２の２本のアーム３、４とからなる。
【００１０】
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周方向に環状に張り出すフランジ部１ａが一体に形成され、両フランジ部１ａ間に、フランジ部１ａよりも径小の円柱状または円筒状の部分１ｂが確保されている。
【００１１】
取付プレート２は厚肉鋼板よりなり、ダンパー本体１の下側のフランジ部１ａに相対回転不能に接合されている。取付プレート２には複数のボルト挿入孔２ａが設けられており、それらのボルト挿入孔２ａを利用して取付プレート２を基礎（一方の部材）２１にボルト１８で締結することにより、ダンパー本体１が基礎２１に固定されている。
【００１２】
２本のアーム３、４のうち、ダンパー本体１に直結される第１アーム３は、厚肉鋼板よりなるプレート状をなし、第１アーム３の先端に連結される第２アーム４は、鋼棒やパイプ等よりなるロッド状をなしている。第１アーム３の基端部３ａは、ダンパー本体１のフランジ部１ａに対応した大きさの略円形状に形成され、ダンパー本体１の上側のフランジ部１ａに相対回転不能に接合されている。これにより、第１アーム３がその基端部３ａを中心に回動することで、ダンパ本体１に捻りが加わるようになっている。ここで、取付プレート２とダンパー本体１の接合および第１アーム３とダンパー本体１の接合には、ホモゲン溶着等の冶金的接合方法、接着剤のような化学的接合方法、ボルトを使った物理的接合方法などを採用することができる。
【００１３】
また、第１アーム３の先端部３ｂには、第１アーム３の回動面と平行な面内で回動し得るように、ロッド状の第２アーム４の一端部が連結され、その第２アーム４の他端部が、２つの部材のうちの他方の部材である上部構造体２２に回動可能に連結され、この状態で両アーム３、４の配置が略Ｌ字状になっている。
【００１４】
ここで、第１アーム３と第２アーム４の回動可能の連結は、第１アーム３の先端部３ｂと第２アーム４の端部の連結孔３ｃ、４ａに座金１５を介してボルト１１を挿入し、反対側に突出したボルト１１の先端に座金１５を介してナット１２を締結することで行っている。同様に、第２アーム４と上部構造体２２の回動可能の連結は、第２アーム４の端部と上部構造体２２に固定したブラケット２３の連結孔４ａ、２３ａに座金１５を介してボルト１３を挿入し、反対側に突出したボルト１３の先端に座金１５を介してナット１４を締結することで行っている。
【００１５】
このように設置することで、図４に示すように、鉛ダンパーの基礎２１に対する取付点Ａがダンパー本体１の捻りの中心、上部構造体２２に対する第２アーム４の取付点Ｂおよび第１、第２アーム３、４の連結点Ｃがそれぞれ回動の中心となる。これにより、２つの部材（基礎２１と上部構造体２２）間に生じる振動を、第１、第２アーム３、４によりダンパー本体１に伝達して、ダンパー本体１を捻り方向に塑性変形させることができるようになる。
【００１６】
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の下端を取付プレート２を介して基礎２１に相対回転不能に固定し、ダンパー本体１の上端を、２つの回転可能に連結したアーム３、４を介して上部構造体２２に連結しているので、地震時等においてこの建物に振動が生じて基礎２１と上部構造体２２との間に水平方向の相対変位が生じた際には、図４に示すように取付点Ａ、Ｂ間の間隔ｄが変化し、それに伴いアーム３、４からダンパー本体１の上端に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。
【００１７】
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の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３、４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。
【００１８】
特にこの場合、ダンパー本体１の下端を基礎（一方の部材）２１に取付プレート２を使用して直接固定しているので、ダンパー本体１自体は動くことはなく、定位置で捻られることになり、安定性が向上する。また、ダンパー本体１の上端に直接接合している第１アーム３は、接合上の都合や回転を捻りに変換する必要上などからプレート状に形成する必要があるかもしれないが、第２アーム４は曲げ剛性の高いロッド状に形成することができるので、回動面外方向への曲げ力にも強いアームとすることができる。そのため、アーム４に無用な捻れが発生するのを極力防止することができ、入力された振動を、ダンパー本体１を捻る力として適正に伝達させることができて、振動減衰吸収のロスを少なくすることができる。また、ダンパー本体１が復元する際の作動にも乱れが生じないようにすることができる。
【００１９】
また、図５に示す比較例のように、ダンパー本体１の両端にそれぞれアーム３を連結するのではなく、図１〜図３に示すように、一端を固定したダンパー本体１の他端側に２つのアーム３、４を直列に連結して設けているので、ダンパー本体１からアーム３、４の先端までの実質的な長さを長くすることができ、２つの部材（基礎２１と上部構造体２２）に対する鉛ダンパーの取付点Ａ、Ｂ間の距離を広い範囲で自由に設定することができる。そのため、以下に述べるように、取付点Ａ、Ｂ間を結ぶ直線（動作軸）と直交する方向の変位に対する特性の変動を無視できるレベルにまで低下させることができる。
【００２０】
例えば、図５に示す比較例の鉛ダンパーの場合、初期状態では図６（ａ）に示すような角度でアーム３、３が開いているが、作動時には、（ｂ）に示すようにアーム３、３が閉じたり、（ｃ）に示すようにアーム３、３が開いたりしてダンパー本体１に捻れ変形が生じる。そして、このアーム３、３が開いた状態と閉じた状態では、動作軸と直交方向の動きに対する影響度（特性）が異なる。即ち、閉じた状態で直交方向に変位が生じた場合には、直交方向の少しの変位でアーム３、３を開かせようとする力が生じる。これに対し、開いた状態で直交方向に変位が生じた場合には、閉じた状態に比べて、アーム３、３を開かせようとする力は小さくなり、直交方向の変位の影響を受けにくくなる。したがって、アーム３、３の開き具合により、特性に違いが出るので、取付設計上の煩雑さが出てくる。
【００２１】
しかし、本実施形態の鉛ダンパーによれば、アーム３、４の長さが実質的に長くなるので、動作軸と直交する方向の変位の影響の差が出にくくなる。したがって、アーム３、４の長さを長くすることで、直交方向への影響を無視できるレベルまで低下させることができ、取付設計上の煩雑さを軽減することができる。
【００２２】
以上で本発明の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３を連結固定するためのフランジ部１ａを両端部に一体に形成でき、それらフランジ部１ａ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１ａの形状や、アーム３の基端部３ａ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１ａ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１ａのみを角形とすることが考えられ、その場合にはアーム３の基端部３ａもフランジ部１ａに対応させて角形に形成すれば良い。
【００２４】
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３、４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３、４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、第２アーム４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。
【００２５】
なお、上述した２つのアーム３、４の交差角度は、取付点Ａ、Ｂ間の距離ｄ（図４参照）が変化した場合に、両アーム３、４によって、その距離ｄの変化が有効にダンパー本体１の捻り回転に変換されるような角度に設定してあれば良く、特に限定されるものではない。また、アーム３、４の形状、厚さ、材質は、所定の剛性・耐力を確保できるものであれば、任意に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態である鉛ダンパーの組立状態を示す斜視図である。
【図２】同鉛ダンパーの構造物への設置状態を示す図である。
【図３】同鉛ダンパーの分解斜視図である。
【図４】同鉛ダンパーの設置時の平面図である。
【図５】比較例として示す鉛ダンパーの斜視図である。
【図６】同比較例の鉛ダンパーの作動説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ダンパー本体
２  取付プレート
３  第１アーム
４  第２アーム
２１  基礎（部材）
２２  上部構造体（部材）
【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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