(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部構造体と、前記下部構造体と間隔Ｌを隔てて、当該下部構造体上に水平方向に相対変位可能に支持された上部構造体と、の間に介装された第１減衰装置及び第２減衰装置を有し、
前記第１減衰装置は、前記相対変位におけるある変位量の振動に対する減衰力が前記第２減衰装置より大きく、
前記第２減衰装置は、前記ある変位量より大きな変位量の振動に対する減衰力が前記第１減衰装置より大きく、
前記第２減衰装置は、前記上部構造物と前記下部構造物とが水平方向に変位量ｘにて相対変位して、介装された状態から角度θ傾き、前記角度θ傾いた方向に外力Ｐが入力されたときに、次式を満たすような、
ｔａｎθ＝ｘ／Ｌ
Ｗ＝Ｐ・ｓｉｎθ
減衰力Ｗが作用することを特徴とする減衰装置。
【請求項２】
請求項１に記載の減衰装置であって、
前記第２減衰装置は、前記下部構造体及び前記上部構造体のいずれか一方と連結され、互いに対向する一対の第１板部材と、
前記下部構造体及び前記上部構造体のいずれか他方と連結され、前記一対の第１板部材間に配置され、当該一対の第１板部材と相対変位自在に設けられた第２板部材と、
前記一対の第１板部材と前記第２板部材との間に介在された摩擦板及び滑り板と、
前記摩擦板と前記滑り板とを圧接する圧接力を付勢する圧接力付勢部材と、
を有し、
前記外力Ｐが入力されて、前記下部構造体と前記上部構造体とが水平方向に相対変位することにより、前記一対の第１板部材と前記第２板部材とが前記角度θ傾いた方向に相対変位することを特徴とする減衰装置。
【請求項３】
請求項２に記載の減衰装置であって、
前記第１板部材は、前記下部構造体及び前記上部構造体のいずれか一方と自在継ぎ手を介して連結され、
前記第２板部材は、前記下部構造体及び前記上部構造体のいずれか他方と自在継ぎ手を介して連結されていることを特徴とする減衰装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の減衰装置であって、
前記第１減衰装置は、オイルダンパーであることを特徴とする減衰装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の減衰装置であって、
前記上部構造体は、積層ゴムを介して前記下部構造体に支持されていることを特徴とする減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下部構造体と上部構造体との間に介装される減衰装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震の振動から建物等が損傷を受けることを防止する方法として、下部構造体上部構造体との間に負の剛性装置を改装して、建物等の固有周期を延長して免震効果を向上させることが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８７０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように固有周期を延長すると建物自身の損傷は避けられるが、建物が共振して振幅が大きくなる。このため、例えば、キャスターが設けられたベッドや台車等が多く用いられている病院などでは、固有周期が延長されたことにより、ベッドや台車が勝手に走行し、ベッド上の患者や、医師・看護師などが危険にさらされる虞がある。また、台車上の医療機器を損傷したり、ベッドや台車が壁やキャビネットなどに衝突して病院施設が破壊される虞があり、地震後の医療活動に支障を来す虞があるという課題がある。  
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、下部構造体と上部構造体との相対変位が大きくなることにより減衰力が大きくなる減衰装置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】
かかる目的を達成するために本発明の減衰構造は、下部構造体と、前記下部構造体と間隔Ｌを隔てて、当該下部構造体上に水平方向に相対変位可能に支持された上部構造体と、の間に介装された第１減衰装置及び第２減衰装置を有し、前記第１減衰装置は、前記相対変位におけるある変位量の振動に対する減衰力が前記第２減衰装置より大きく、前記第２減衰装置は、前記ある変位量より大きな変位量の振動に対する減衰力が前記第１減衰装置より大きく、前記第２減衰装置は、前記上部構造物と前記下部構造物とが水平方向に変位量ｘにて相対変位して、介装された状態から角度θ傾き、前記角度θ傾いた方向に外力Ｐが入力されたときに、次式を満たすような、
ｔａｎθ＝ｘ／Ｌ
Ｗ＝Ｐ・ｓｉｎθ
減衰力Ｗが作用することを特徴とする減衰装置である。
【０００６】
このような減衰装置によれば、下部構造体と上部構造体との間隔Ｌに対して変位量ｘ水平方向に相対変位したときの第２減衰装置の傾きが、ｔａｎθ＝ｘ／Ｌで表され、この角度θにて傾いた方向に外力Ｐが入力されると、Ｗ＝Ｐ・ｓｉｎθで表される減衰力が水平方向に作用する。すなわち第２減衰装置は、変位量ｘが大きくなるにつれて減衰力Ｗが大きくなり、変位量ｘが小さな相対変位の場合には、大きな減衰力Ｗが発生しない。このため、相対変位におけるある変位量の振動に対しては第１減衰装置にて振動を減衰させ、ある変位量より大きな変位量の振動に対しては第２減衰装置にて振動を減衰させることが可能である。よって、下部構造体と上部構造体との相対変位が大きくなることにより減衰力が大きくなる減衰装置を提供することが可能である。
【０００７】
かかる減衰装置であって、前記第２減衰装置は、前記下部構造体及び前記上部構造体のいずれか一方と連結され、互いに対向する一対の第１板部材と、前記下部構造体及び前記上部構造体のいずれか他方と連結され、前記一対の第１板部材間に配置され、当該一対の第１板部材と相対変位自在に設けられた第２板部材と、前記一対の第１板部材と前記第２板部材との間に介在された摩擦板及び滑り板と、前記摩擦板と前記滑り板とを圧接する圧接力を付勢する圧接力付勢部材と、を有し、前記外力Ｐが入力されて、前記下部構造体と前記上部構造体とが水平方向に相対変位することにより、前記一対の第１板部材と前記第２板部材とが前記角度θ傾いた方向に相対変位することが望ましい。  
このような減衰装置によれば、第２減衰装置は、互いに対向する一対の第１板部材間に、摩擦板と滑り板とが介在されて第２板部材が設けられ、これらを圧接する圧接力付勢部材が設けられ、下部構造体と上部構造体とが水平方向に相対変位することにより、第１板部材と第２板部材とが角度θ傾いた方向に相対変位するので、下部構造体と上部構造体との間にて相対変位が生じると、下部構造体と上部構造体との間で生じた相対変位により摩擦力を発生させて振動のエネルギーを吸収することが可能である。このとき、第２減衰装置の減衰力はＷ＝Ｐ・ｓｉｎθで作用する。このとき傾いた角度θはｔａｎθ＝ｘ／Ｌで示されるので、変位量ｘが小さな相対変位のときには、減衰力が生じ難く、相対変位による変位量ｘが大きくなると自ずと減衰力Ｗが大きくなるので、何ら制御することなく第２減衰装置を設置するだけで大きな変位量の振動を減衰する減衰装置を安価に実現することが可能である。
【０００８】
かかる減衰装置であって、前記第１板部材は、前記下部構造体及び前記上部構造体のいずれか一方と自在継ぎ手を介して連結され、前記第２板部材は、前記下部構造体及び前記上部構造体のいずれか他方と自在継ぎ手を介して連結されていることが望ましい。  
このような減衰装置によれば、第２減衰装置の、下部構造体及び上部構造体との接合部となる第１板部材と第２板部材とがいずれも自在継ぎ手にて連結されているので、第２減衰装置を、下部構造体及び上部構造体との相対変位が、水平方向におけるいずれの方向であっても振動を減衰させることが可能である。
【０００９】
かかる減衰装置であって、前記第１減衰装置は、オイルダンパーであることが望ましい。  
相対変位による変位量が小さな振動は、下部構造体と上部構造体との相対変位の速度が速く、相対変位による変位量が大きな振動は、下部構造体と上部構造体との相対変位の速度が遅い。このため、相対変位の速度が速く変位量が小さな振動に対して、オイルダンパーを作用させることにより、より効率良く振動を減衰することが可能である。
【００１０】
かかる減衰装置であって、前記上部構造体は、積層ゴムを介して前記下部構造体に支持されていることが望ましい。  
このような減衰装置によれば、下部構造体と上部構造体との間に積層ゴムが介在されているので、上部構造体が水平方向に相対移動可能に支持されるとともに、相対変位により傾斜した第２減衰装置を元の状態に復元させることが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、下部構造体と上部構造体との相対変位が大きくなることにより減衰力が大きくなる減衰装置を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る減衰装置が組み込まれた建物を示す概略図である。
【図２】摩擦ダンパーの構成を説明するための断面図である。
【図３】第２減衰装置の一例をなす摩擦ダンパーを説明するための正面図である。
【図４】鉛直方向に沿って配置された摩擦ダンパーの作用を説明するための図である。
【図５】摩擦ダンパーの変位と減衰力との履歴を示す図である。
【図６】オイルダンパーの変位と減衰力との履歴を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施形態の減衰装置の一例について図を用いて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る減衰装置が組み込まれた建物を示す概略図である。  
本発明に係る減衰装置１０は、例えば建物の上部基礎１２と下部基礎１６との間に積層ゴム１４とともに介装される第１減衰装置としてのオイルダンパー１８と、第２減衰装置としての摩擦ダンパー２０とを備えている。ここで、本建物は、上部基礎１２と上部基礎１２より上側の部位である上部構造体は、下部構造体である下部基礎１６との間に積層ゴム１４を介して水平方向に相対変位可能に支持されている免震建物である。
【００１５】
オイルダンパー１８は、その両端部が上部基礎１２及び下部基礎１６の対向する部位に自在継ぎ手３６にて連結され、伸縮方向がほぼ水平をなすように配置され、建物に入力される水平方向の振動エネルギーなどの外力を吸収する。ここで、積層ゴム１４とオイルダンパー１８とは上部基礎１２と下部基礎１６との間に多数備えられている。また、複数のオイルダンパー１８は２本ずつ対をなし、対をなすオイルダンパー１８は、伸縮する方向が互いに直交する方向に向けられて設置されている。
【００１６】
摩擦ダンパー２０は、その両端部が上部基礎１２及び下部基礎１６の対向する部位に自在継ぎ手３６にて連結され、伸縮する方向がほぼ鉛直をなすように配置され、建物に入力される振動エネルギーなどの外力を吸収する。摩擦ダンパー２０も積層ゴム１４及びオイルダンパー１８と同様に上部基礎１２と下部基礎１６との間に多数備えられているが、上端部と下端部とは水平方向においていずれの方向にも変位可能なので、オイルダンパー１８と異なり対をなしてはいない。
【００１７】
図２は、摩擦ダンパーの構成を説明するための断面図である。  
摩擦ダンパー２０は、上部基礎１２の下面に設けられた自在継ぎ手３６と連結され、図２に示すように水平方向に間隔を隔てて対向する一対の第１板部材としての外板２２と、下部基礎１６の下面に設けられた自在継ぎ手３６と連結され、第２板部材としての中板２４と、を有している。
【００１８】
外板２２は、下方に向かって延出された長方形状をなし、中板２４は上方に向かって延出された長方形状をなし、一対の外板２２の間に対面する状態にて中板２４が挟み込まれている。外板２２に中板２４が挟み込まれた状態で、各々に形成されたボルト挿通孔２２ａ、２４ａにボルト２６が貫通されている。貫通されたボルト２６は、一対の外板２２より外側に突出され、一方の外板２２の外側に設けられ、皿ばねが積層された圧接力付勢部材としての皿ばね積層体３０も貫通し、皿ばね積層体３０を圧縮するようにボルト２６の先端がナット２８にて締付けられている。ここで、中板２４に設けられたボルト挿通孔２４ａは、中板２４と一対の外板２２との相対変位を許容するために中板２４の長手方向に沿って形成された長孔である。
【００１９】
長孔でなるボルト挿通孔２４ａを有する中板２４と外板２２との間には、ステンレス製の滑り板としての滑動板３２と、複合摩擦材料からなる摩擦板３４とが重ねられて配置されている。滑動板３２と摩擦板３４は、薄板状をなしている。
【００２０】
摩擦板３４には、外板２２と中板２４とが接合された初期状態にて中板２４に設けられたボルト挿通孔２４ａと重なるように長孔でなるボルト挿通孔３４ａが設けられている。
【００２１】
また、外板２２、及び、滑動板３２には、外板２２と中板２４とが接合された初期状態にて中板２４及び摩擦板３４のボルト挿通孔２４ａ、３４ａの中央部に対応してボルト径に相応した円形のボルト挿通孔２２ａ、３２ａが形成されている。
【００２２】
ここで、摩擦板３４には、有機系摩擦材や無機系摩擦材を使用し得る。有機系摩擦材は、熱硬化型樹脂を結合材として、アラミド繊維，ガラス繊維，ビニロン繊維，カーボンファイバー，アスベストなどの繊維材料と、カシューダスト，鉛などの摩擦調整材と、硫酸バリュームなどの充填剤とからなる複合摩擦材料で形成される。上記熱硬化型樹脂としては、フェノール樹脂，メラミン樹脂，フラン樹脂，ポリイミド樹脂，ＤＦＫ樹脂，グアナミン樹脂，エポキシ樹脂，キシレン樹脂，シリコーン樹脂，ジアリルフタレーン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂などがある。一方、滑動板３２は上述したステンレスやチタンなどの耐食性を有する材料によって形成される。
【００２３】
図３は、第２減衰装置の一例をなす摩擦ダンパーを説明するための正面図である。図４は、鉛直方向に沿って配置された摩擦ダンパーの作用を説明するための図である。
【００２４】
摩擦ダンパー２０は、外板２２と中板２４とが長手方向に相対変位すると、変位エネルギーを摩擦によって消費して振動を減衰させるように構成されている。本実施形態の摩擦ダンパー２０は、図３、図４に示すように、外板２２と中板２４との長手方向が上下方向に沿うように配置されて上部基礎１２及び下部基礎１６と自在継ぎ手３６にて連結されているので、建物の上部基礎１２と下部基礎１６とが水平方向に相対変位した際には、摩擦ダンパー２０が傾斜する。このときの傾斜角度θは、上部基礎１２と下部基礎１６との間隔Ｌと相対変位の変位量ｘとにより（式１）にて表される。  
ｔａｎθ＝ｘ／Ｌ                （式１）
【００２５】
そして、上部基礎１２と下部基礎１６とが変位量ｘで相対変位したときには、摩擦ダンパー２０の上部基礎１２との連結部と下部基礎１６との連結部との距離が、摩擦ダンパー２０が介在された状態、すなわち長手方向が上下方向に沿って配置されたときの上部基礎１２の連結部と下部基礎１６の連結部との距離より長くなる。上部基礎１２の連結部と下部基礎１６の連結部との距離が長くなるときに、外板２２と中板２４とが皿ばね積層体３０による圧接力を受けつつ長手方向に相対変位する。
【００２６】
外板２２と中板２４とが長手方向(傾斜方向)に変位量ｄで相対変位することにより滑動板３２と摩擦板３４との間にて、入力された軸力Ｐによる摩擦力が生じる。生じた摩擦力の水平方向成分が、減衰力Ｗｆとして作用し、建物に入力された振動エネルギーを消費する。このとき発生する減衰力Ｗｆは（式２）にて表される。  
Ｗｆ＝Ｐ・ｓｉｎθ                （式２）
【００２７】
図５は、水平変形に対する摩擦ダンパーの減衰力の履歴特性を示す図である。  
図５に示すように、水平方向の相対変位による変位量ｘが小さい場合には、摩擦ダンパー２０の傾斜角度θが小さいため作用する減衰力Ｗｆが小さく、水平方向の相対変位による変位量ｘが大きく摩擦ダンパー２０の傾斜角度θが大きくなると、作用する減衰力Ｗｆが大きくなるように構成されている。
【００２８】
一方、摩擦ダンパー２０と並列に配置されているオイルダンパー１８は、上部基礎１２と下部基礎１６との水平方向における相対変位による変位量ｘが、相対変位の方向と、対をなすオイルダンパー１８の各々とがなす角度に応じて分散されて各オイルダンパー１８が変位する。すなわち、上部基礎１２と下部基礎１６との相対変位による変位量ｘは、対をなすオイルダンパー１８に分散されて変位するが、合成された変位量は、上部基礎１２と下部基礎１６との相対変位による変位量ｘとほぼ等しくなるので、上部基礎１２と下部基礎１６との相対変位による変位量ｘがそのままオイルダンパー１８に減衰力を生じさせる。
【００２９】
このように、本実施形態の減衰装置１０は、上部基礎１２と下部基礎１６との相対変位による変位量ｘが小さいときには、摩擦ダンパー２０の傾斜角度θが小さく、生じる減衰力Ｗｆが小さいため主にオイルダンパー１８の減衰力Ｗｏにより振動が減衰される。そして、上部基礎１２と下部基礎１６との相対変位による変位量ｘが大きくなると、摩擦ダンパー２０の傾斜角度θが大きくなり、大きな相対変位による振動は主に摩擦ダンパー２０の減衰力Ｗｆにより減衰される。
【００３０】
本実施形態の減衰装置１０によれば、下部基礎１６と上部基礎１２との相対変位による変位量ｘが小さい場合には、オイルダンパー１８の減衰力Ｗｏにより振動を減衰させ、オイルダンパー１８にて減衰される振動より大きな変位量ｘの振動は摩擦ダンパー２０の減衰力Ｗｆにより振動が減衰される。このため、相対変位による変位量ｘが小さな振動から大きな振動まで減衰させることが可能である。このとき、下部基礎１６と上部基礎１２との間隔Ｌに対して変位量ｘ水平方向に相対変位したときの摩擦ダンパー２０の傾斜角度θが、ｔａｎθ＝ｘ／Ｌで表され、この傾斜角度θにて傾いた方向に外力Ｐが入力されると、Ｗｆ＝Ｐ・ｓｉｎθで表される減衰力Ｗｆが水平方向に作用する。すなわち摩擦ダンパー２０は、相対変位による変位量ｘが大きくなるにつれて減衰力Ｗｆが大きくなり、相対変位による変位量ｘが小さい場合には、大きな減衰力Ｗｆが発生しない。このため、小さな変位量ｘの振動に対してはオイルダンパー１８にて振動を減衰させ、大きな変位量ｘの振動に対しては摩擦ダンパー２０にて振動を減衰させることが可能である。このように下部基礎１６と上部基礎１２との相対変位による変位量ｘが大きくなることにより減衰力Ｗｆが大きくなる減衰装置１０を提供することが可能である。
【００３１】
また、摩擦ダンパー２０は、互いに対向する一対の外板２２に、摩擦板３４と滑動板３２とが介在されて中板２４が設けられ、これらを圧接する皿ばね積層体３０が設けられ、下部基礎１６と上部基礎１２とが水平方向に相対変位することにより、外板２２と中板２４とが角度θ傾いた方向に相対変位するので、下部基礎１６と上部基礎１２との間にて相対変位が生じると、下部基礎１６と上部基礎１２との間で生じた相対変位により摩擦力を発生させて振動のエネルギーを吸収することが可能である。このとき、摩擦ダンパー２０の減衰力ＷｆはＷｆ＝Ｐ・ｓｉｎθで作用する。また、このとき傾斜角度θはｔａｎθ＝ｘ／Ｌで示されるので、相対変位による変位量ｘが小さいときには、減衰力が生じ難く、相対変位による変位量ｘが大きくなると自ずと減衰力Ｗｆが大きくなるので、何ら制御することなく摩擦ダンパー２０を設置するだけで大きな変位量ｘの振動を減衰する減衰装置１０を実現することが可能である。
【００３２】
また、摩擦ダンパー２０の、下部基礎１６及び上部基礎１２との接合部となる外板２２と中板２４とがいずれも自在継ぎ手３６にて連結されているので、摩擦ダンパー２０を、下部基礎１６及び上部基礎１２との相対変位が、水平方向におけるいずれの方向であっても減衰させることが可能である。
【００３３】
図６は、水平変形に対するオイルダンパーの減衰力の履歴特性を示す図である。  
また、オイルダンパー１８の軸力Ｐｏ及び減衰力Ｗｏは、（式３）（式４）にて示される。  
Ｐｏ＝ｃ・ｖ                                            （式３）
Ｗｏ＝Ｐｏ・ｓｉｎθ                                    （式４）
ｃ：オイルダンパーの減衰定数
ｖ：オイルダンパーの伸び速度、ｖ＝｛ｄ(θ)｝’＝ｄｄ(θ)／ｄｔ
ｄ：オイルダンパーの伸び量、ｄ＝（１／ｃｏｓθ−１）・Ｌ
【００３４】
振動のエネルギーが一定ならば、相対変位による変位量ｘが小さな振動は、下部基礎１６と上部基礎１２との相対変位の速度が速く、相対変位による変位量ｘが大きな振動は、下部基礎１６と上部基礎１２との相対変位の速度が遅い。このため、相対変位による変位量ｘが小さな振動を減衰させる減衰装置として、振動による相対変位の速度が速いときにより減衰力Ｗｏが作用し、振動による相対変位の速度が遅いときに減衰力Ｗｏが作用しにくいオイルダンパー１８を用いることにより、より効率良く振動を減衰することが可能である。
【００３５】
また、下部基礎１６と上部基礎１２との間に積層ゴム１４が介在されているので、上部基礎１２が水平方向に相対移動可能に支持されるとともに、相対変位により傾斜した摩擦ダンパー２０及びオイルダンパー１８を元の状態に復元させることが可能である。
【００３６】
上記実施形態においては、相対変位による大きな変位量の振動を第２減衰装置として摩擦ダンパー２０を用いた例について説明したが、これに限るものではない。例えば、オイルダンパーを鉛直方向に沿わせて設けてもよい。オイルダンパーであっても、鉛直方向に配置することにより、下部基礎１６と上部基礎１２との相対変位に対して、水平方向に配置したオイルダンパー１８より小さい変位には小さな減衰力にて、また、大きな変位には大きな減衰力にて振動を減衰させることが可能である。
【００３７】
また、上記実施形態においては、相対変位による小さな変位量の振動を第１減衰装置としてオイルダンパー１８を用いた例について説明したが、これに限るものではない。例えば、摩擦ダンパーを水平方向に沿って設けてもよい。摩擦ダンパーであっても、圧接力付勢部材の圧接力を調整して水平方向に配置することにより、下部基礎１６と上部基礎１２との相対変位に対して、鉛直方向に配置した摩擦ダンパー２０より小さな変位には小さな減衰力にて、また、大きな変位には大きな減衰力にて振動を減衰させることが可能である。
【００３８】
また、上記実施形態においては、圧接力付勢部材として皿ばね積層体３０を用いた例について説明したが、これに限るものではなく、例えばコイルバネや板バネ等、圧縮されて圧接力を付勢可能な部材であれば構わない。
【００３９】
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１０  減衰装置、１２  上部基礎、１４  積層ゴム、１６  下部基礎、
１８オイルダンパー、２０  摩擦ダンパー、２２  外板、２２ａ  挿通孔、
２４  中板、２４ａ  挿通孔、２６  ボルト、２８  ナット、
３０  皿ばね積層体、３２  滑動板、３４  摩擦板、３６  自在継ぎ手
【図１】
0005640540.tif 000002
【図２】
0005640540.tif 000003
【図３】
0005640540.tif 000004
【図４】
0005640540.tif 000005
【図５】
0005640540.tif 000006
【図６】
0005640540.tif 000007