JPS5830470B2 - 周期的エネルギ−吸収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエネルギー吸収装置、特に周期的エネルギー吸
収装置に、かつ特に、鉛が孔に押通され次いで再結晶す
るようになっているエネルギー吸収装置に係る。

衝撃吸収装置昔たはダンパとしても知られているエネル
ギー吸収装置は公知である。

衝撃的か筐たは周期的かの何れのエネルギーであれ、数
十ニュートンの力によって伝達されるエネルギーを著る
しく減らすようにする多ぐの設計がある。

然し、これより数けたも大きい力がかかつて破壊の原因
になることがある。

単に一例として考えられるのは建物または橋の如き構造
体に対する大地震の影響である。

その際にもたらされる力は数百ニュートンであり、この
力が構造体に重大な損害を生せしめ得ることはよく知ら
れている。

地震（激しい風も損害を生ぜしめることができる）の如
き自然現象によって建物に伝達されるエネルギーが相当
な金額の、かつ静的状態を考えれば余計である追加の材
料によって建物に吸収されるように構造体を設計するの
が標準の方法である。

この余分の費用を減らそうとする試みでは、建物をゴム
の上に装架することによるか、またはエネルギー吸収装
置となるように設計された一般には補強コンクリートの
特殊なパネルを建物に組入れることによって、建物に対
する地震の力の伝達を防ぐことが考えられている。

ゴム製ダンパがどの程度有効であるかは知られていない
。

知られているのは、特殊なコンクリートパネルが高価な
こと、及び同パネルが１回または数回の激震で壊される
ことになりかつかなりな費用をかけて取替えられなけれ
ばならなくなることである。

従って、地震によって課せられるエネルギーを、構造物
に損害を及ぼさない方法によって吸収することによって
構造体の損害を防ぐことが専門家の注意を引いているの
は明らかである。

これは本出願人の属する国の内外において多くの研究及
び開発の主題になっているけれども、この方法には更に
満足な装置の開発される余地が残っている。

従って本発明の目的は、構造体が振動を受けた時に多量
のエネルギーを吸収することになるコンパクトな高価で
ない装置を設計することによって、地震の起り易い地帯
の建物の如き構造体の価格を下げかつ安全を高めること
にある。

本発明は新規な周期的エネルギー吸収装置、特に、吸収
要素が二つの同心要素間に収容された鉛であり、構造体
の振動の各半サイクル毎に前記鉛の押通される断面縮小
部を有している吸収装置に存する。

前記鉛は前記断面縮小部を通る際に変形させられ、エネ
ルギーを吸収する。

このエネルギーの一部は直ちに熱となり、また残余のエ
ネルギーは変形させられた結晶構造内に貯えられ、次い
で回復及び再結晶の過程中に熱に変換される。

このエネルギー吸収装置は押出し器であり、同量に於い
て押出される材料は断面縮小部を前後に通るようになっ
ている。

一般に、結晶性材料は押出されるとひどく塑性変形し、
その際に、もとの比較的完全なブレーン（即ち結晶）は
細長くなってはなはだしくゆがめられた格子構造になる
。

この過程は可逆であってもよい。

このエネルギー吸収装置の良好な結果を生む作動は三つ
の相関過程、即ち回復、再結晶及び結晶粒成長のうちの
一つ捷たは二つ以上によって得られる。

結晶性材料が塑性変形する時には変形中に消費されるエ
ネルギーの一部は直ちに熱となるけれども、一部は変形
された結晶構造内に貯えられる。

この貯えられたエネルギーは、材料が所要の反応即ち回
復、再結晶及び（筐たは）結晶粒成長が効果的な速度で
起こり得る温度となり、その熱の放出によって材料を変
形させていない状態に戻そうとする。

駆動力として作用する。周期的エネルギー吸収装置は押
出し可能材料を必要とし、同材料には、同材料の機械的
性質が各サイクルを通じて本質的に同一であるように、
前記過程の一つ以上が同装置の作動温度に於いて自発的
にかつ急速に起こる。

以下に説明される実施例では、押出し可能材料は、同材
料の最初の機械的性質の完全回復に対して、条件に応じ
て１〜１０秒の時定数を有する鉛である。

鉛の変形せしめられる率が大きければ大きいほど、鉛は
速かに再結晶することになる。

温度上昇の影響は二つある。

（ａ） 温度が上昇するに伴なって変形応力は減少し
、従って吸収されるエネルギーも減少する。

伽）温度が高ければ高いほど鉛は速かに回復しかつ再結
晶することになる。

これらの事実は押出し吸収装置が安定した装置であって
容易にはそれ自身破壊することがないことを意味してい
る。

次に説明する装置は、その装置が（数秒程度の周期を有
する）地震のエネルギーを吸収するのに使用される時に
、変形可能材料、この場合には鉛の加熱が溶融せしめる
ほどにはならないけれども変形過程が長く継続するよう
に設計されている。

鉛が多数のサイクル後に溶けることになる実施態様を作
るように設計を変えることも可能である。

次に説明する実施例は双方とも、地震の際に於ける如く
周期的に加えられる１５０キロニユートンの力からのエ
ネルギーを吸収するように設計されている。

同様な設計による更に小さい本発明による型式のものは
約２ヘルツに於いて３４００サイクルに耐える。

添付図面の第１図に於いて１は鉛製シリンダ２の中に収
容された商業的に純粋な鉛の中空円筒体である。

このシリンダの内部孔はホーニング仕上げされ、かつ同
シリンダの壁を内方にプレスすることによって縮径部、
即ち断面縮小部３が設けられている。

鉛が滑らなければならないシリンダの壁及びその他の表
面は総べて、（登録商標）キャストロル（Ｃａ５ｔｒｏ
ｌ ） ＢＮＳ の如き高圧高温用グリースを塗布され
る。

軸線方向には鉛は高張力鋼製タイロッド６によって共に
保持された二つのプランジャ４及び５によって拘束され
ている。

このロッド６は周期的な力を加えるロッド７と作動可能
に連結されて釦り、シリンダ２は静止状態に保持されて
いる。

即ち、第１図のものは、相対的にシリンダ２は静止、ロ
ッド７、プランジャ４，５、タイロッド６および鉛１が
前後に往復動し、鉛はシリンダ２の縮径部３を通る部分
が変形され通過後復元するのである。

前記プランジャを通過して鉛が漏洩しないように、英国
ウオーキン （Ｗｏｋｉｎｇ）のジェームス・ウォーカー・エンド・
カンパニイ・リミツテツド（Ｊａｍｅｓ Ｗａｌｋｅｒ
ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍ１ｔｅｄ ）によって
製造されている山形密封装置の如き液圧密封装置８及び
９によってそれぞれ密封されている。

タイロッドは高張力鋼製であるので、それよりも大きい
直径を有するロッド７は軟鋼製であることができ、両者
はプランジャ４にそれぞれねじ込筐れることによって組
立てられる。

エネルギー吸収装置は最後にプランジャ５を適所にねじ
込むことによって組立てられる。

第２及び３図は第１図の実施例を改良した実施例を示し
て於り、この実施例では断面縮小部がシリンダを内方に
プレスすることによって作られるのではなくて、タイロ
ッドに該当する内部部材の膨径部によって形成されてい
る。

その結果として、第１及び第２実施例の双方の場合にむ
いて、シリンダが静止状態に保持されかつ内部ロッドが
動かされることを想定すれば、第１実施例にむいては鉛
がシリンダを通過し′、また第２実施例に釦いてはロッ
ドの膨径部が鉛の中を通過することになる。

第２図に於いて、１１は熱間仕上継目無しの鋼製シリン
ダ１２の中に収容された商業的に純粋な鉛の円筒形プラ
グである。

シリンダの内径は均一であるから加工される必要がなく
、かつ同シリンダの最初の滑らかな表面は維持される。

鉛は軸線方向には、液圧密封装置１８及び１９をそれぞ
れ有する二つの軸受１４及び１５によって拘束されてい
る。

軟鋼ロッド１６は軸受１４及び１５の中を往復動する。

１３はロッド１６の膨径部、即ち鉛の断面縮小部である
。

即ち、第２図のものは、相対的にシリンダ１２、軸受１
４．１５ｉ−よび鉛１１は静止、ロッド１６が前後に往
復動し、鉛はロッド１６の膨径部１３が通る部分が変形
され通過後復元するのである。

ロッド１６の膨径部の形は第３図に示されている。

ここに説明される実施例にあってシリンダ１２は８８．
９ミリメートル（３’／２ インチ）の内径を有し、
膨径部の最大直径は６７３ミリメートル（２，６５イン
チ）であって、シリンダ１２の断面積を４３係に縮小し
ている。

膨径部の最大直径は２０に示される部分が約６．３５ミ
リメートル（１／４ インチ）の軸線方向長さに亘って
一定である。

断面に於いてこの円筒形部分を画成する直線は２５．４
ミＩＪメートル（１インチ）半径の曲線２１に接してト
リ、同曲線は次−て円錐形部分２２に接している。

この円錐形の半頂角は３０°を超えてはいけない。

つぎの曲線２３はロッドの４４．４５ミリメートル（１
３／４インチ）直径部分２４につながっている。

ロッド１６の壁及びその他船が滑らなければならない総
べての表面は高圧高温用グリースを塗布される。

ロッド１６の軸受１５から突出している部分は保護管１
７によってカバーされている。

これは装架部材としても役立っている。

本発明による吸収装置を設計する際には、同装置に加え
られる力に対してどの力が最大であるかを知る必要があ
る。

この力とシリンダの内腔の鉛によって占められる面積と
によって最大内圧が定寸る。

このことから、シリンダの肉厚は厚肉管理論を使用して
決定することができる。

押出しに関して文献に発表されている表は、“ラム圧力
“とじても知られている最大内圧と、シリンダの断面積
対シリンダのくびれ部分面積の比との間の関係を示して
いる。

このような表はり、Ｓ、１．Ｒ１（英国のＤｅｐａｒｔ
ｍｅｎｔ ｏｆ ５ｃｉｅｎｔ −１ｆｉｃ ａｎｄ
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ）によって１
９６１年６月に発行されたＰ、Ｅ、Ｌ。

（Ｐｈｉｓｉｃｓ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂ
ｏｒａｔｏｒｙ ）報告第２号所載のケー・アシュク
ロフト（Ｋ・Ａ ５ｈｃｒｏｆ ｔ ）及びジー・ニ
ス・ローソク（Ｇ、Ｓ。

Ｌｏｗｓｏｎ）の両氏の論文”鉛及びアルミニウムの押
出しに対するラム速度の影響“に、かつ米国ニューヨー
クのジョン・ライレイ・エンド・サンズ（Ｊｏｈｎ Ｗ
ｉｌｅｙ ａｎｄ ５ｏｎｓ ）社によって発行された
クララブ・イー・ピーアソン（Ｃ１ａｕｄｅ Ｅ。

Ｐｅａｒｓｏｎ ）氏著１金属の押出し“に掲載されて
いる。

第１図の実施例に於いて、シリンダの内径は９２．１２
５ミリメートル（３，６２５インチ）であり、かつ肉厚
は８．３８２ミリメートル（０，３３０インチ）である
。

タイロッドは直径が２８．７ミリメードル（１，１３イ
ンチ）であり、かつそれは約６２０ ＭＮ／ｍ”に降伏
点を有する鋼で作られている。

第１図の実施例に於いて、断面縮小部に於ける最小内径
は７６．９６２ミリメートル（３，０３インチ）であっ
て、シリンダの断面積の３０％を縮小している。

第２及び３図の実施例は第１図の実施例よりも作り易く
、その理由は膨径部は急激な不連続部があってはならな
いので、その膨径部が形成されるべき部材の外側にある
時には膨径部の形を容易に制御し得るからである。

内部ロッド１６は第１図のタイロッド６よりも強くは応
力を受けず、従って特殊鋼は不必要であり、かつ第１図
のタイロッド６にロッド７を取付けるための継手を慎重
に作る必要はない。

適当な押出し可能材料は各作動サイクル後にほとんど原
状に復元する材料である。

材料が異なればこの復元は異った温度に於いて起こる。

作動温度は材料の再結晶温度よりも高くかつ溶融点より
も低くなければならない。

作動温度が０℃と３００℃の範囲内にある時には鉛が特
に適当である。

それよりも高い温度では例えばアルミニウムを使用する
ことができる。

低い温度では氷を使用することもでき、２０′Ｃ以下の
温度に於てはインジウムの如き金属が適当である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図、第２図は本発明
の第２実施例の断面図、そして第３図は第２図のロッド
の膨径部の形を更に詳しく示す図である。 １．１１・・・「押出し可能材料Ｊ、２．１２・・・「
厚内シリンダ」、３・・・「縮径部Ｊ、４．５・・・「
プランジャ」、６，１６・・・「ロッド」、１３・・・
「膨径部」。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダと、このシリンダに収容され当該シリンダ
   に対し相対移動可能なロッドと、前記ロッドと前記シリ
   ンダが隣接する移動表面の間に環状に設置されそのロッ
   ドとシリンダとの間に環状の密封された空所を形成する
   少なくとも一対の互いに隔置された密封装置と、前記隔
   置された一対の密封装置間の所定個所で前記密封された
   空所内にはいるよう配置され内部に環状に画成された断
   面縮小部と、密封された前記空所内に収容された発熱す
   る押出し可能材料とを有し、前記ロッドと前記シリンダ
   との周期的な相対移動中に前記押出し可能材料かもとの
   機械的特性を失うことなしに前記断面縮小部によって周
   期的に変形され、その結果エネルギーの周期的な吸収が
   行なわれるようになっていることを特徴とする周期的エ
   ネルギー吸収装置。