特開 2023-110295 制震装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023110295

(43)【公開日】2023-08-09

(54)【発明の名称】制震装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/02 20060101AFI20230802BHJP

   E04H 9/02 20060101ALI20230802BHJP

   F16F 7/12 20060101ALI20230802BHJP

【ＦＩ】

F16F15/02 L

E04H9/02 351

F16F7/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022011649

(22)【出願日】2022-01-28

(71)【出願人】

【識別番号】000235543

【氏名又は名称】飛島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂本 啓太

(72)【発明者】

【氏名】阿部 隆英

(72)【発明者】

【氏名】久保田 雅春

【テーマコード（参考）】

2E139

3J048

3J066

【Ｆターム（参考）】

2E139AA01

2E139AB11

2E139AD03

2E139BA06

3J048AA01

3J048AC06

3J048BC04

3J048BC09

3J048CB21

3J048DA01

3J048EA38

3J066AA26

3J066BA04

3J066BD07

3J066BF01

3J066BG05

(57)【要約】

【課題】簡単な構造でありながら効率的に制震を行う制震装置を提供する。
【解決手段】本発明による制震装置は、互いに離隔する第１及び第２構造部を含む構造物の第１及び第２構造部の間に設置される制震装置であって、板状部材を長手方向の中間部で折り返して互いに対向する第１及び第２直線部と、両直線部の間をつなぐ湾曲部とを備えるＵ字形状のダンパー材と、第１直線部に固定され、第１直線部に沿って外側からダンパー材の地震時の変形範囲を拘束し、第１構造部に固定される第１拘束材と、第２直線部に固定され、第２直線部に沿って外側からダンパー材の地震時の変形範囲を拘束し、第２構造部に固定される第２拘束材と、を有し、ダンパー材は、長手方向と直交する方向の板状部材の幅が所定の寸法を超える場合、少なくとも第１及び第２直線部のそれぞれにダンパーの長手方向に沿う貫通または非貫通のスリットを有することを特徴とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに離隔する第１構造部と第２構造部を含む構造物の第１構造部と第２構造部の間に設置され、地震の際の第１構造部と第２構造部との間の相対振動を抑制する制震装置であって、
板状部材を長手方向の中間部で一定の曲率で折り返して互いに対向する第１及び第２直線部と、第１及び第２直線部の間を連続的につなぐ湾曲部とを備えるＵ字形状のダンパー材と、
前記第１直線部の端部近傍に固定され、前記第１直線部に沿って外側から前記ダンパー材の地震時の変形範囲を拘束し、前記第１構造部に固定される第１拘束材と、
前記第２直線部の端部近傍に固定され、前記第２直線部に沿って外側から前記ダンパー材の地震時の変形範囲を拘束し、前記第２構造部に固定される第２拘束材と、を有し、
前記ダンパー材は、前記長手方向と直交する方向の板状部材の幅が所定の寸法を超える場合、少なくとも前記第１及び第２直線部のそれぞれに前記ダンパーの長手方向に沿う貫通または非貫通のスリットを有することを特徴とする制振装置。

【請求項2】

前記第１又は第２拘束材は、前記第１直線部から前記第２直線部に向かう方向の厚さが、前記第１直線部又は前記第２直線部より厚く、前記第１又は第２直線部に沿う方向の長さが前記ダンパー材より長いことを特徴とする請求項１に記載の制震装置。

【請求項3】

前記第１又は第２拘束材は、前記第１及び第２直線部の少なくとも長手方向の稜部に対向する面に、前記第１及び第２直線部にねじれ変形が生じた際の変形部の一部を受け入れる凹部を備えることを特徴とする請求項１に記載の制震装置。

【請求項4】

前記ダンパー材の湾曲部の内側表面の曲率半径は前記板状部材の板厚の１～３倍の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の制震装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制震装置に関し、特にＵ字形状のダンパーを２枚の拘束材で挟み込み、地震の揺れ発生の際には２枚の拘束材が互いに面内ずれを生ずるようにダンパーの変形を拘束することで、簡単な構造でありながら効率的にエネルギー吸収を行う制震装置に関する。

【背景技術】

【0002】

地震が発生しやすい地域に限らず、地震が起こりうる地域において住宅やオフィスビルなどの構造物の地震による損傷や倒壊などの被害を防ぐことは重要な課題である。小規模な構造物では、構造物の耐震性を考慮した構成材料の寸法の決定や使用材料の選定等により、構造物の耐震性を高めるのが一般的であるが、大規模な構造物では構造物の強度を高めることにも限界があり、また規模に拘わらず、構造物が堅牢になったとしても地震のエネルギーが減衰することなく、そのまま揺れとして構造物内部に伝搬すると、内部の被害が甚大となるおそれがある。
そこで、地震の揺れを低減したり早く収めたりする制震の技術が開発され、実用化されている。

【0003】

特許文献１には、建物の躯体に接続された制震ダンパーと、制震ダンパーと並列に設けられたＰＣ鋼材又はタイロッドからなる引張材とを備え、引張材の定着部には、制震ダンパーの引張方向の変位を許容するギャップを有し、引張材は、引張力を作用させた状態で弾塑性ダンパーとして機能するようにして、特定層に変形を集中させずに分散、均一化することができる制震装置が開示されている。

【0004】

特許文献１に記載の発明によれば、下層の複数層に上記制震装置を配置することで地震に伴うエネルギーを下層の複数層で分散して受けるため、高層ビルにおいても高性能な制震装置を実現することができる。
しかし特許文献１に記載の制震装置は、高い制震性能が期待できる一方で、制震装置は設計、製作、施工のコストが嵩みやすく、高い制震性能が求められる大規模構造物以外の構造物には適用し辛い。

【0005】

特許文献２には、上部躯体と下部躯体のそれぞれに固定されるベースプレートと、両ベースプレート間に架設され、両端部において両ベースプレートにボルトにより接合される、弾塑性特性を有する金属材料製のＵ字形に湾曲した複数本のダンパー材から構成される免震ダンパーが開示されている。

【0006】

特許文献２に記載の免震ダンパーは、複数本のダンパー材の両端部がベースプレートに固定されるのみで、変形が拘束されるようには構成されていないので、地震の際に揺れによる外力を受けると、いずれかのベースプレートの延長面を超える曲げ変形を起こしやすい。このため曲げ変形が特定のエリアに限られ、繰り返しの揺れに対する寿命が低下することが懸念される。

【0007】

特許文献３には、階上側に剛接合されて垂れ下げられた上剛体と、下階側に剛接合され
て上方に立ち上げられた下剛体とが備えられ、上剛体の下端部に剛接合される上拘束部と、下剛体の上端部に剛接合される下拘束部との間にＵ字形弾塑性ダンパーが配設され、層間変位によって上下の剛体が左右方向に相対変位をすると、Ｕ字形弾塑性ダンパーが、上下の拘束部の両拘束面によって上下方向への変形を拘束されながら湾曲部の位置を移動させていく弾塑性変形を行い、エネルギーを吸収するようになされている建物制震構造が開示されている。

【0008】

特許文献３の制震構造によれば、Ｕ字形弾塑性ダンパーは弾塑性変形部が移動しながらエネルギーを吸収するため、変形が特定箇所に偏らず、繰り返し振動に対する寿命が低下しにくい。しかし、特許文献３の制震構造ではＵ字形弾塑性ダンパーの長手方向の振動については有効に地震エネルギーを吸収するものの、Ｕ字形弾塑性ダンパーの長手方向と直交する幅方向の揺れに関しては考慮がなされていない。特にＵ字形弾塑性ダンパーの奥行き方向の幅が広い場合、この奥行き方向の揺れに対して、Ｕ字形弾塑性ダンパーは剛体に近い特性を示すため、地震の揺れがほぼそのまま伝搬してしまう。更にこのような幅広のＵ字形弾塑性ダンパーは、板状部材をＵ字形に形成する時点で、折り曲げる方向と直交する幅方向の板状部材の変形が拘束されるため、幅方向の中心部に高い残留応力が発生しやすい。このため幅広のＵ字形弾塑性ダンパーに繰返しの変形を加えると、残留応力の高い部分から亀裂が発生しやいという課題もある。

【0009】

そこで長手方向の揺れには、上下方向への変形を拘束されながら湾曲部の位置を移動させるように変形して揺れのエネルギーを吸収し、長手方向以外の方向の揺れにも制震効果が見込め、構造が簡単なＵ字形ダンパーを備えた制震装置の提供が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開第２０２０－１８０５４７号公報

【特許文献2】特開第２００４－２７８２０５号公報

【特許文献3】特開第２００９－２７０３３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、上記従来の制震装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、Ｕ字形状のダンパーを２枚の拘束材で挟み込み、地震の揺れ発生の際には２枚の拘束材が互いに面内ずれを生ずるようにダンパーの変形を拘束することで、簡単な構造でありながら効率的にエネルギー吸収を行う制震装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するためになされた本発明による制震装置は、互いに離隔する第１構造部と第２構造部を含む構造物の第１構造部と第２構造部の間に設置され、地震の際の第１構造部と第２構造部との間の相対振動を抑制する制震装置であって、板状部材を長手方向の中間部で一定の曲率で折り返して互いに対向する第１及び第２直線部と、第１及び第２直線部の間を連続的につなぐ湾曲部とを備えるＵ字形状のダンパー材と、前記第１直線部の端部近傍に固定され、前記第１直線部に沿って外側から前記ダンパー材の地震時の変形範囲を拘束し、前記第１構造部に固定される第１拘束材と、前記第２直線部の端部近傍に固定され、前記第２直線部に沿って外側から前記ダンパー材の地震時の変形範囲を拘束し、前記第２構造部に固定される第２拘束材と、を有し、前記ダンパー材は、前記長手方向と直交する方向の板状部材の幅が所定の寸法を超える場合、少なくとも前記第１及び第２直線部のそれぞれに前記ダンパーの長手方向に沿う貫通または非貫通のスリットを有することを特徴とする。

【0013】

前記第１又は第２拘束材は、前記第１直線部から前記第２直線部に向かう方向の厚さが、前記第１直線部又は前記第２直線部より厚く、前記第１又は第２直線部に沿う方向の長さが前記ダンパー材より長いことが好ましい。

【0014】

前記第１又は第２拘束材は、前記第１及び第２直線部の少なくとも長手方向の稜部に対向する面に、前記第１及び第２直線部にねじれ変形が生じた際の変形部の一部を受け入れる凹部を備えることが好ましい。
前記ダンパー材の湾曲部の内側表面の曲率半径は前記板状部材の板厚の１～３倍の範囲であることが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る制震装置によれば、制震装置のＵ字形状のダンパーは、第１及び第２拘束材により挟み込まれることにより、変形の範囲が限定されるので、Ｕ字形状のダンパーの長手方向の揺れに対しては、第１及び第２拘束材が互いにずれるように変位するのに伴い、Ｕ字形状の両側の直線部（第１直線部、第２直線部）が互いにずれ、それにより第１直線部、第２直線部から湾曲部に応力が伝達される。湾曲部は、伝達された応力により湾曲部の位置が移動するように安定的に曲げ変形を継続し、これによって特定箇所に変形が集中することなく継続的に塑性変形を繰り返すため、安定的なエネルギー吸収を行うことができる。

【0016】

また、本発明に係る制震装置によれば、制震装置のＵ字形状のダンパーは、長手方向と直交する方向の幅が所定の幅以上の場合には、長手方向に沿うスリットが形成されるため、Ｕ字形状のダンパーの長手方向と直交する方向や、それ以外の斜めの方向の揺れに対しても、スリットにより分割された部分が面内曲げ変形及びねじれ変形を起こすことにより、揺れのエネルギーを吸収する機能を果たすため、一方の拘束材が取り付けられる構造物の揺れが、他方の拘束材が取り付けられる構造物にそのまま伝搬するのを防ぐことができる。

【0017】

更に、制震装置のＵ字形状のダンパーは、長手方向に沿うスリットが形成されるため、板状部材をＵ字形に形成する時点で、折り曲げる方向と直交する幅方向の板状部材の変形の拘束が緩和され、残留応力が低減されるため、幅の広いＵ字形状のダンパーを使用してもクラックなどのダメージが入りにくい制振装置を実現することができる。

【0018】

また、本発明に係る制震装置によれば、第１及び第２拘束材のＵ字形状のダンパーの長手方向の稜部に対向する面に凹部を備えるため、Ｕ字形状のダンパーの直線部にねじれ変形を起こすように外力が加わった場合、第１及び第２拘束材は、ねじれ変形を阻止するように拘束することがないので、Ｕ字形状のダンパーの長手方向以外の揺れに対しても揺れのエネルギーを吸収して制震を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態による制震装置の構成を概略的に示す図である。

【図2】本発明の実施形態による制震装置の長手方向の揺れに対する変形挙動を説明するための図である。

【図3】本発明の実施形態による制震装置の構成を概略的に示す斜視図である。

【図4】本発明の実施形態による制震装置の幅方向の揺れに対する変形挙動を説明するための図である。

【図5】本発明の実施形態による制震装置のスリットによる効果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

次に、本発明に係る制震装置を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態による制震装置の構成を概略的に示す図であり、図１（ａ）は制震装置の長手方向に直交する方向から見た図であり、図１（ｂ）は制震装置の長手方向から見た図である。

【0021】

図１を参照すると、本発明の実施形態による制震装置１は、離隔する第１構造部４１と第２構造部４２を含む構造物４０の第１構造部４１と第２構造部４２の間に設置され、地震の際の第１構造部４１と第２構造部４２との間の相対振動を抑制する制震装置１であり、Ｕ字形状のダンパー材１０と、ダンパー材１０を挟み込むように設けられて第１拘束材２１及び第２拘束材２２を含む拘束材２０とを備える。更に図１の実施形態ではダンパー材１０の端部近傍でダンパー材１０と拘束材２０とを接合する接合部材３０を備える。

【0022】

ダンパー材１０は、Ｕ字形状を構成する左右（図１では横向きのため上下に配置）に位置する第１直線部１１及び第２直線部１２からなる直線部と、第１及び第２直線部（１１、１２）の間に位置し、第１及び第２直線部（１１、１２）を連続的につなぐ湾曲部１３を含む。ダンパー材１０は、板状部材を長手方向の中間部で一定の曲率で折り返して、第１及び第２直線部（１１、１２）が互いに対向するように形成することでＵ字形状を有する。

【0023】

拘束材２０は、地震の際にダンパー材１０が外側に広がるように折れ曲がるのを防止するためのものである。第１拘束材２１は、ダンパー材１０の第１直線部１１の端部近傍に固定され、第１直線部１１に沿って外側からダンパー材１０の地震時の変形範囲を拘束する。第２拘束材２２は、ダンパー材１０の第２直線部１２の端部近傍に固定され、第２直線部１２に沿って外側からダンパー材１０の地震時の変形範囲を拘束する。実施形態では拘束材２０の厚さＴは、ダンパー材１０の地震時の変形範囲を拘束するようにダンパー材１０の板状部材の板厚ｔよりも厚くする。一実施形態ではダンパー材１０の板厚は６～２０ｍｍ程度である。土木構造物や大規模な建築構造物の場合、ダンパー材１０は、より大きなものが求められ、このような用途ではダンパー材１０の板厚はさらに厚い～４０ｍｍ程度のものを使用することもある。

【0024】

拘束材２０の第１直線部１１又は第２直線部１２に沿う方向の長さＬは、ダンパー材１０の全長ｌ、即ち端部から湾曲部１３の湾曲した先端部までの長さよりも長くし、地震の際ダンパー材１０が変形しても、拘束材２０を超えて拘束材２０の長さＬ方向にはみ出さないように構成する。ダンパー材１０の全長は、各直線部（１１、１２）の長さと、湾曲部１３の先端部までの長さである曲率中心から湾曲部１３の最外周部までの距離とによって決定される。この内、各直線部（１１、１２）の長さは、端部近傍の拘束材２０との接合部の長さと、接合部以外の長さとに分けられるが、接合部以外の長さがダンパー材１０の変形に寄与する長さとなる。

【0025】

ダンパー材１０の変形に寄与する長さは、拘束材２０を固定する接合部からダンパー材１０の曲げ起点、即ち各直線部（１１、１２）と湾曲部１３との境目までの長さであり、許容する制震装置１の変形量に応じて決定される。実施形態では、ダンパー材１０の変形に寄与する長さは、１０ｍｍ程度～ダンパー材１０の板状部材の板厚ｔの１０倍程度の長さに設定される。

【0026】

ダンパー材１０と拘束材２０との接合部の長さは、地震の際に拘束材２０に加わる面内の荷重を、ダンパー材１０に滑ることなく伝えるために必要な長さである。接合部材３０を図１に示すようにボルト、ナットとする場合、拘束材２０とダンパー材１０との間に加わる剪断力に応じてボルトの材質と必要本数が決定され、必要本数を設置するのに必要な長さにより接合部の長さが求められる。

【0027】

また、拘束材２０の幅方向についても、ダンパー材１０がはみ出さないように、拘束材２０の幅Ｗはダンパー材１０の板状部材の幅方向である幅ｗより広くなるように形成し、拘束材２０とダンパー材１０の接合の際も、拘束材２０からダンパー材１０がはみ出さないように位置合わせして接合する。実施形態ではダンパー材１０の幅ｗは４０～４００ｍｍ程度である。ダンパー材１０の幅ｗにつても、土木構造物や大規模な建築構造物の場合、幅ｗはより広いものが求められ、～１０００ｍｍ程度のものを使用することもある。

【0028】

２つの拘束材２０（２１、２２）は、それぞれダンパー材１０の端部近傍でダンパー材１０の第１直線部１１又は第２直線部１２に接合されるので、接合部を含む部分では地震などの外力に対し、拘束材２０は第１直線部１１又は第２直線部１２と一体の挙動を示す。一方、ダンパー材１０の湾曲部１３近傍においては拘束材２０とダンパー材１０とは接合されていないので、ダンパー材１０は拘束材２０により広がり方向（図中のｚ方向）の拘束は受けつつも独自に変形することが可能である。

【0029】

Ｕ字形状のダンパー材１０を使用した制震構造は、構造が簡単で制震装置１としての費用も抑えられるというメリットが有る。しかし、その構造上ダンパー材１０の長手方向の揺れに対しては有効であるものの、ダンパー材１０の長手方向と直交する方向の揺れに対しては幅方向に対する剛性が強く、特に大規模な構造物に使用するような幅広のダンパー材１０の場合に制震の機能を果たさないという課題があった。

【0030】

そこで、本発明の実施形態による制震装置１に使用するダンパー材１０には、図１（ｂ）に示すように、幅の広いダンパー材１０にはダンパー材１０の幅方向を分割するようにスリット１４を備える。図１（ｂ）では、スリット１４はダンパー材１０の幅方向を２分割するように１つのスリット１４を設けた実施形態を示すが、ダンパー材１０の幅ｗに応じて複数のスリット１４を備えてもよい。スリット１４を設けることにより、ダンパー材１０の長手方向と直交する方向の揺れが加わった際に、ダンパー材１０がねじれ変形を生じやすくなり、それにより揺れのエネルギーが減衰され、制震の機能が向上する。スリット１４は、ダンパー材１０の板状部材を貫通しても非貫通でもよいが、貫通したスリット１４の方がダンパー材１０のねじれ変形がより生じやすいことから、板状部材を貫通する方が望ましい。

【0031】

このように、本発明の実施形態による制震装置１が備えるダンパー材１０は、長手方向と直交する方向の板状部材の幅ｗが所定の寸法を超える場合、少なくとも第１及び第２直線部（１１、１２）のそれぞれの端部を除く部分にダンパー１０の長手方向に沿うスリット１４を有することにより、ダンパー材１０の長手方向の揺れに対する制震性はもとより、長手方向と直交する方向の揺れに対しても制震性を合わせ備える制震装置１の実現を可能とする。一実施形態では板状部材の幅ｗが８０ｍｍを超えるとスリット１４を設ける。他の実施形態では板状部材の幅ｗが６０ｍｍを超えるとスリット１４により幅方向を分割するが、分割された板状部材のそれぞれの幅が３０ｍｍを超えないようにスリット１４を設ける。これらの例示した幅は一つの実施形態であって、必ずしもこの値である必要はない。特にダンパー材１０の特性は板厚によって大きく変わってくるため、スリット１４を設ける所定の寸法は、ダンパー材１０の板厚によって変化するようにしてもよい。例えば板状部材の板厚が８ｍｍ以下では板状部材の幅ｗが８０ｍｍを超えるとスリット１４を設け、板厚が８ｍｍを超える場合は６０ｍｍを超えるとスリット１４を設けるようにする。

【0032】

ダンパー材１０は、前述のように板状部材を長手方向の中間部で一定の曲率で折り返して形成するが、板状部材の幅ｗが広くなるほど一定の曲率で折り返す際に、幅方向の変形が拘束されるため、幅方向の中央部付近に残留応力が発生しやすい。その点、本発明の実施形態によるダンパー材１０は、幅方向を分割するようにスリット１４を有するため、折り返し加工の際の残留応力を抑制することができる。その結果、繰り返しの揺れに対するダンパー材１０の寿命が向上する効果も得ることができる。残留応力の大きさは曲げ応力が最大となる板状部材の表面近傍の応力状態に影響されるので、スリット１４は非貫通でも十分に残留応力の抑制の効果が得られる。

【0033】

ダンパー材１０は、板状部材をＵ字形状に加工する際、あまり曲率が小さくなるように折り返すと加工が難しくなると共に、ダンパー材１０として使用した際に地震に対する湾曲部１３の変形が生じにくくなり、制震性が低下するおそれがある。逆に曲率を大きくしすぎるとダンパー材１０を設置するための空間が広くなり、スペース効率が低下する。そこで実施形態ではダンパー材１０の湾曲部１３の内側表面の曲率半径ｒは、板状部材の板厚ｔの１～３倍の範囲とする。

【0034】

本発明による制震装置１は、地震による繰返し揺れに有効に制震機能を果たすものであり、そのためにダンパー材１０の材質としては繰り返し性能に富んだ材料を使用することが望ましい。ダンパー材１０は通常の鋼材でもよいが、一実施形態では繰り返し性能に優れるＦＭＳ合金を使用する。

【0035】

図１では接合部材３０は複数のボルト、ナットで示したが、ボルト、ナットに限らず、キーやピンなどの他の接合方式の部材でも構わない。また、拘束材２０はダンパー材１０の端部近傍で一体の挙動を示すように接合されていればよいので、接合部材３０を使用せずにダンパー材１０と拘束材２０とを直接溶接などの接合方法で接合してもよい。

【0036】

制震装置１は、構造物４０に設置する場合、第１拘束材２１は、第１構造部４１に固定され、第２拘束材２２は、第２構造部４２に固定されるが、拘束材２０（２１、２２）のダンパー材１０との接合部側の一端の固定手段として接合部材３０を兼用する形にしてもよい。例えば接合部材３０としてボルトを使用する場合、拘束材２０（２１、２２）とダンパー材１０の第１及び第２直線部（１１、１２）にはボルト穴を設け、構造物４０（４１、４２）にねじ穴を設け、第１及び第２直線部（１１、１２）から挿通したボルトを構造物４０（４１、４２）に設けたねじ穴に締結することで、拘束材２０（２１、２２）のダンパー材１０との接合と、拘束材２０（２１、２２）の構造物４０（４１、４２）への固定を同時に行うことができる。

【0037】

図２は、本発明の実施形態による制震装置の長手方向の揺れに対する変形挙動を説明するための図である。
図２（ａ）は、本発明の実施形態による制震装置１を構造物４０（４１、４２）に設置し、地震の揺れが加わっていない状態を示し、図２（ｂ）は地震が発生し、第１構造部４１と第２構造部４２とが相対的に変位した状態を示す。

【0038】

図２（ａ）を参照すると、図面上では上方に位置する第１構造部４１に第１拘束材２１が固定され、下方に位置する第２構造部４２に第２拘束材２２が固定されている。図中では拘束材２０（２１、２２）の固定手段は省略しているが、拘束材２０（２１、２２）は構造物４０（４１、４２）に対してずれないように複数箇所にて固定する。構造物４０（４１、４２）は例えば建物の壁の一部であり、その場合、制震装置１は壁に沿って複数設けるようにする。制震装置１の設置はこれに限らず様々な場所に様々な形で設置可能である。図２（ａ）ではダンパー材１０の湾曲部１３が上部の第１構造部４１を支持するイメージで示すが、制震装置１は必ずしも垂直構造物の間に設置するとは限らず、互いに水平に離隔する第１構造部４１と第２構造部４２の間に水平に設置してもよく、互いに斜め方向に離隔する第１構造部４１と第２構造部４２の間に斜めに設置してもよい。

【0039】

図２（ｂ）を参照すると、図２（ａ）の状態から地震によるダンパー材１０の長手方向であるｘ方向の揺れが加わり、第２構造部４２が矢印Ａ方向に変位し、相対的に第１構造部４１が矢印Ｂ方向に変位し、両構造部が位置ズレした状態が示される。拘束材２０（２１、２２）は構造物４０（４１、４２）に対してずれないように固定されているので、第１拘束材２１と第２拘束材２２との間も同様にずれが生ずる。更に拘束材２０（２１、２２）に固定されている第１直線部１１と第２直線部１２との間にもズレが生ずる。

【0040】

これに伴い湾曲部１３は、上下方向には拘束材２０（２１、２２）で拘束されるものの、拘束材２０（２１、２２）に直接固定されてはいないので、矢印Ｃ方向で示すように回転するように変形する。即ち曲げ変形が場所を変えながら連続して生ずる形となり、特定箇所に変形が集中することが無いので、繰り返しの揺れに対し疲労破壊が生じにくい。逆向きの揺れに転じた場合は、矢印Ａ、Ｂ、Ｃの向きがそれぞれ逆になり、変形の向きが逆転するが曲げ変形が場所を変えながら連続して生ずることに変わりはない。このように制震装置１は、ダンパー材１０に連続して変形が生ずることで地震の揺れのエネルギーを効率的に減衰することができる。

【0041】

図３は、本発明の実施形態による制震装置の構成を概略的に示す斜視図である。
図３を参照すると、本発明の実施形態による制震装置１のダンパー材１０にはスリット１４が設けられるが、スリット１４は、湾曲部１３から第１及び第２直線部（１１、１２）に延在し、拘束材２０（２１、２２）と接合される第１及び第２直線部（１１、１２）の端部を除く部分に設けられている。尚、図３ではダンパー材１０と拘束材２０（２１、２２）とを接合する接合部材３０は省略している。このようにスリット１４を設けることにより、ダンパー材１０の長手方向ｘと直交するｙ方向に沿った地震の揺れを受けて、第１拘束材２１と第２拘束材２２とが相対的にｙ方向に沿って変形しようとする際、ダンパー材１０のスリット１４を設けた部分がねじれ変形を起こしやすくなる。

【0042】

また本発明の一実施形態では、第１拘束材２１と第２拘束材２２のダンパー材１０の第１及び第２直線部（１１、１２）の少なくとも長手方向の稜部１５に対向する面に、凹部２３が設けられる。ここで、稜部１５とはスリット１４の形成により新たに生じた稜部１５も含む。凹部２３は、ダンパー材１０の稜部１５に沿って、またスリット１４が設けられた領域において設けられる。拘束材２０（２１、２２）のダンパー材１０に向かう面が平坦な場合、上記の様にｙ方向に沿った地震の揺れを受けて、ダンパー材１０のスリット１４を設けた部分がねじれ変形をしようとした際、拘束材２０（２１、２２）によってねじれ変形が拘束され、ダンパー材１０のスリット１４により幅方向に分割された部分は、幅方向の一端が拘束材２０（２１、２２）に押し付けられ、他端が拘束材２０（２１、２２）から離れるようにねじれ変形することになる。

【0043】

一実施形態では、第１及び第２直線部（１１、１２）の少なくとも長手方向の稜部１５に対向する面に、第１及び第２直線部（１１、１２）にねじれ変形が生じた際の変形部の一部を受け入れるように凹部２３が設けられるため、ダンパー材１０のスリット１４を設けた部分のねじれ変形に拘束材２０（２１、２２）による拘束がなくなり、より効率的に揺れのエネルギーを減衰することができるようになる。

【0044】

図４は、本発明の実施形態による制震装置の幅方向の揺れに対する変形挙動を説明するための図である。
図４（ａ）は、本発明の実施形態による制震装置１を構造物４０（４１、４２）に設置し、地震の揺れが加わっていない状態を示し、図４（ｂ）は地震が発生し、第１構造部４１と第２構造部４２とが相対的に変位した状態を示し、いずれも湾曲部１３側から見た図である。

【0045】

図４（ａ）を参照すると、ダンパー材１０のスリット１４により分割されたそれぞれの部分の幅方向の中央部で、ダンパー材１０と拘束材２０（２１、２２）とが接し、ダンパー材１０のスリット１４により分割されたそれぞれの部分の稜部１５に向かうにしたがって深くなるように凹部２３が形成されている。この凹部２３の最大深さは、想定される最大の地震の揺れを受けた際に発生するダンパー材１０のねじれ変形を拘束しない深さとなるように設定するのが望ましい。

【0046】

図４（ｂ）を参照すると、図４（ａ）の状態から地震によるダンパー材１０の長手方向と直交するｙ方向の揺れが加わり、第２構造部４２が矢印Ｄ方向に変位し、相対的に第１構造部４１が矢印Ｅ方向に変位し、両構造部が位置ズレした状態が示される。この場合、第１直線部１１及び第２直線部１２を繋ぐ湾曲部１３にはねじるように力が加わる。

【0047】

もしスリット１４のない幅広のダンパー材１０の場合には、容易にねじれ変形を生ずることができないため、第２構造部４２に加わる地震による外力は減衰されることなく第１構造部４１に伝わってしまうが、本発明の実施形態では、所定の幅を超える幅広のダンパー材１０の場合にはスリット１４が設けられるため、図４（ｂ）に示すように、スリット１４により分割された部分が個別にねじれ変形を起こすことが可能となる。

【0048】

図４（ｂ）のように第２構造部４２が矢印Ｄ方向に変位し、相対的に第１構造部４１が矢印Ｅ方向に変位する場合、スリット１４により分割された部分は、矢印Ｆに示すような右回りのねじりモーメントを受けるため、右向きにねじれ変形を生ずる。このとき拘束材２０（２１、２２）に設けた凹部２３がねじれ変形により盛り上がる変形部を内部に収容してねじれ変形を拘束しないので、ねじれ変形が円滑に行われる。その結果ねじれ変形により地震のエネルギーの一部が吸収され、第２構造部４２の揺れは減衰した形で第１構造部４１に伝搬されるようになる。

【0049】

図５は、本発明の実施形態による制震装置のスリットによる効果を示す図である。
図５はモデルケースとして、ダンパー材１０の板状部材の板厚ｔが８ｍｍ、曲率半径ｒが１８ｍｍのダンパー材１０で、幅ｗが１００ｍｍのスリット１４無しのケースと幅ｗが１００ｍｍで６ｍｍ幅のスリット１４が入ったケースの２つのケースについて、ダンパー材１０の第１及び第２直線部（１１、１２）が互いにずれるようにダンパー材１０の長手方向と直交するｙ方向の荷重が加わった際の荷重（ｋＮ）と変位（ｍｍ）の関係をシミュレーションした結果を示す図である。ダンパー材１０の材質はＦＭＳ合金ではなく、建築用の構造材料であるＳＮ４００材（降伏２３５Ｎ／ｍｍ^２）とした結果である。破線で示すグラフがスリット１４無しのケースで、実線で示すグラフがスリット１４有りのケースである。

【0050】

図５を参照すると、スリット１４有りのケースは、スリット１４無しのケースに比べ荷重が低くなっており、歪の少ない弾性変形の領域で見ると、スリット１４有りのケースはスリット１４無しのケースの約０．６倍になっている。このことは構造物４０の一方の構造部である第２構造部４２に、効果を期待しない直交方向の地震の揺れが加わった際、ダンパー材１０によって他方の構造部である第１構造部４１に伝わる揺れが低減することを意味する。このように幅広のダンパー材１０にスリット１４を設けることにより、ダンパー材１０の長手方向に直交する方向の荷重が加わった際にも面内曲げ変形及びねじれ変形を生じて地震の揺れのエネルギーを吸収し、制震する効果を備える制振装置１を実現することが可能となる。図５ではダンパー材１０の長手方向に直交する方向の荷重として評価したが、この方向に限らずダンパー材１０の長手方向との間に有る斜め方向の揺れを受けた際も、ダンパー材１０の長手方向に直交する方向の揺れ成分に対し同様に制震機能を果たすため、こうした斜め方向の揺れに対しても制震の効果を果たすことに変わりはない。

【0051】

このように、本発明の実施形態による制震装置１は、小形ながら様々な揺れの方向に対して有効に制震性の機能を果たす制震装置１である。

【0052】

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更することが可能である。

【符号の説明】

【0053】

１ 制震装置
１０ ダンパー材
１１ 第１直線部
１２ 第２直線部
１３ 湾曲部
１４ スリット
１５ 稜部
２０ 拘束材
２１ 第１拘束材
２２ 第２拘束材
２３ 凹部
３０ 接合部材
４０ 構造物
４１ 第１構造部
４２ 第２構造部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】