(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の隣り合う柱と上下方向に隣り合う梁とによって囲まれる架構内に介装される慣性質量ダンパーを用いた制振装置であって、
固定端が上階梁及び下階梁のいずれか一方の第１梁に固定されるとともに、摺動端が他方の第２梁に摺動可能に設けられた制振ダンパーの機能を有するブレースと、
一端が前記第２梁に固定され、他端が前記ブレースの摺動端に固定された慣性質量ダンパーと、
を備え、
前記ブレースと前記慣性質量ダンパーとが直列に接合され、
前記ブレースは、軸降伏型ブレースダンパー、または摩擦ダンパーにより構成されていることを特徴とする慣性質量ダンパーを用いた制振装置。
【請求項２】
前記慣性質量ダンパーには、前記第２梁に対して支持される付加減衰機構が並列に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の慣性質量ダンパーを用いた制振装置。
【請求項３】
前記慣性質量ダンパーには、前記第２梁に対して弾性支持される付加ばねが並列に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の慣性質量ダンパーを用いた制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性質量ダンパーを用いた制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、錘の慣性モーメントを利用して、錘を回転させることで実際の質量より桁違いに大きな慣性質量効果を発揮する機構（以下、慣性質量ダンパーという）が知られている。このような慣性質量ダンパーでは、ダンパー両端の相対加速度に比例した反力が生じるため、想定外の入力時には過大な反力が作用してダンパー本体やこれに取り付けられる本体構造物が破損するおそれがあった。そこで、回転錘とボールねじ機構との間に摩擦材を介して接合することにより過負荷防止機能を設ける方法が、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、相対振動を回転運動に変換して回転錘に伝達する振動伝達機構としてのボールねじ機構と回転錘との間に、回転錘を振動伝達機構に対してトルク伝達可能に連結するとともに、それらの間で伝達されるトルクが所定の制限値を超えた時点で回転錘を振動伝達機構に対して相対回転させてトルク伝達を制限するトルク制限機構を介装し、トルク制限機構を滑り材の摩擦力を利用したり、あるいは汎用のトルク保持装置を利用する慣性質量ダンパーについて記載されている。
【０００４】
ところで、振動低減機構として、構造体を支持体に対して弾性支持する付加バネと、回転体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーと、を構造体とそれを支持する支持体との間に直列に介装した付加制振機構を設けたものが広く知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９３４７号公報
【特許文献２】特開２００８−１０１７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の制震装置では、以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１の慣性質量ダンパーでは、既往技術の摩擦材を用いた過負荷防止機構によれば残留変形を生じずに反力を頭打ちにできるという高性能な特性が得られるが、特殊な回転摩擦機構を組み込んでいることから、このような過負荷防止機能が高価となる問題があり、安価な慣性質量ダンパーを使用しつつ同等の効果を発揮するものが求められており、その点で改良の余地があった。
また、特許文献２に示す振動低減機構にあっては、構造物の固有振動数と同調させることで大きな応答低減効果が得られる。そのため、さらに付加ばねに非線形性を考慮することで、構造物の最大応答値をあまり変化させずにダンパー負担力を大幅に低下できることから、これを実現する具体的な構造架構形態が必要とされていた。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、安価な構造により慣性質量ダンパーの負担力を低減することができる慣性質量ダンパーを用いた制振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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る慣性質量ダンパーを用いた制振装置は、建物の隣り合う柱と上下方向に隣り合う梁とによって囲まれる架構内に介装される慣性質量ダンパーを用いた制振装置であって、一端が上階梁及び下階梁のいずれか一方の第１梁に固定され、他端が他方の第２梁に摺動可能に設けられ、制振ダンパーの機能を有するブレースと、一端が第２梁に固定され、他端がブレースの他端に固定された慣性質量ダンパーとを備え、ブレースと慣性質量ダンパーとが直列に接合され、ブレースは、軸降伏型ブレースダンパー、または摩擦ダンパーにより構成されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明では、地震の振動などにより第１梁と第２梁とが相対変位すると、ブレースと第２梁とが慣性質量ダンパーを介して相対変位することになる。そして、例えば軸降伏形ブレースダンパーや摩擦ダンパー等の制振ダンパーの機能を有するブレースが用いられることで、慣性質量ダンパーの負担力が大きくなっても直列に配置したブレースにより荷重が頭打ちされて過大な反力が生じるのが防止される。そのため、慣性質量ダンパーの負担力頭打ちさせることができ、過負荷防止機構と同様のフェールセーフ機構を実現することができる。
【００１０】
また、本発明に係る慣性質量ダンパーを用いた制振装置では、慣性質量ダンパーには、第２梁に対して支持される付加減衰機構が並列に接合されていることが好ましい。
この場合、静的剛性をもたない慣性質量ダンパーに対して、オイルダンパー等の付加減衰機構によって振動を減衰させることができるので、残留変形も抑制することができる。
【００１１】
また、本発明に係る慣性質量ダンパーを用いた制振装置では、慣性質量ダンパーには、第２梁に対して弾性支持される付加ばねが並列に接合されていることが好ましい。
この場合、静的剛性をもたない慣性質量ダンパーに対して、付加ばねの弾性によって復元性が付与されるので、残留変形を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の慣性質量ダンパーを用いた制振装置によれば、直列に配置したブレースにより慣性質量ダンパーの荷重が頭打ちされて過大な反力が生じるのを抑制するとともに、慣性質量ダンパーの負担力を低下させることができるため、慣性質量ダンパーに過負荷防止機構を設ける必要がなくなる。したがって、一般的に用いられる部材による単純な機構により建物に制振装置を組み込むことが可能となるので、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による制振装置の構成を示す立断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による制振装置の構成を示す立断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態による制振装置の構成を示す立断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態による制振装置の構成を示す立断面図である。
【図５】図４に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図６】第１の実施の形態の変形例による制振装置の構成を示す立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態による慣性質量ダンパーを用いた制振装置について、図面に基づいて説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、第１の実施の形態による制振装置１Ａは、建物の隣り合う柱２（２Ａ、２Ｂ）と上下方向に隣り合う梁３（上部梁３Ａ、下部梁３Ｂ）とによって囲まれる架構Ｒ内に介装されている。すなわち、制震ダンパー装置１Ａは、架構Ｒの面内において、上部梁３Ａ（第１梁）に固定されるとともに下部梁３Ｂ（第２梁）に対して水平方向に摺動可能に設けられたＶ字型のブレース４が設けられ、このブレース４のＶ字頂点部４ａと下部梁３Ｂとが慣性質量ダンパー５を介して接続され、さらにＶ字頂点部４ａと他方の柱２（第２柱２Ｂ）とがオイルダンパー６（付加減衰機構）を介して接続されている。
【００１６】
ブレース４は、Ｖ字状の一対の上端部４ｂ、４ｂ（固定端）がそれぞれ架構Ｒの角部（柱２と上部梁３Ａとの接合部）に一体的に固定され、Ｖ字頂点部４ａ（摺動端）が下部梁３Ｂの上面３ａに設けられているリニアガイド７によって摺動可能な接合治具１０に接続されている。また、ブレース４として、軸降伏型ブレースダンパー（例えば清水建設株式会社の「ＣＳダンパー」等）や摩擦ダンパーが採用されている。
【００１７】
接合治具１０には、ブレース４のＶ字頂点部４ａが固定されるとともに、摺動方向Ｘの一端１０ａに慣性質量ダンパー５の軸方向（ストローク方向）の一端５ａが接続され、さらに摺動方向Ｘの他端１０ｂにオイルダンパー６の軸方向の一端６ａが接続されている。接合治具１０は、下部梁３Ｂに設けられたリニアガイド７に沿って変位する構成となっている。
【００１８】
リニアガイド７は、長手方向が下部梁３Ｂの材軸方向に平行となるようにして下部梁３Ｂの上面３ａに固定される案内レールであって、このレールに沿って接合治具１０が摺動可能に支持されている。
【００１９】
慣性質量ダンパー５は、軸方向の一方（図１で右側）の一端５ａが接合治具１０を介してブレース４に固定され、他方（図１で左側）の他端５ｂが第１ダンパー取付治具８を介して下部梁３Ｂと接続されている。このとき、第１ダンパー取付治具８は、下部梁３Ｂの上面３ａに固定され、慣性質量ダンパー５の軸方向への変位を拘束している。
【００２０】
オイルダンパー６は、互いに相対変位する部材間（上部梁３Ａと下部梁３Ｂとの間）に介装され、両端の相対速度に比例した負担力を備え、慣性質量ダンパー５に対して軸方向が同軸線上となっている。つまり、オイルダンパー６は、同調時に慣性質量ダンパー５に生じる増幅された変位が伝達され、この増幅された変位のエネルギーを吸収する機能を有し、軸方向の一方（図１で左側）の一端６ａが接合治具１０を介してブレース４に固定され、他方（図１で右側）の他端６ｂが第２ダンパー取付治具９を介して下部梁３Ｂと接続されている。このとき、第２ダンパー取付治具９は、下部梁３Ｂの上面３ａに固定され、オイルダンパー６の軸方向への変位を拘束している。
【００２１】
次に、上述した制振装置１Ａの作用について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本制振装置１Ａでは、地震の振動などにより上部梁３Ａと下部梁３Ｂとが相対変位すると、ブレース４と下部梁３Ｂとが慣性質量ダンパー５を介して相対変位することになる。そして、制振ダンパーの機能を有するブレース４が用いられることで、慣性質量ダンパー５の負担力が大きくなっても直列に配置したブレース４により荷重が頭打ちされて過大な反力が生じるのが防止される。そのため、慣性質量ダンパー５の負担力を頭打ちさせることができ、過負荷防止機構と同様のフェールセーフ機構を実現することができる。
【００２２】
また、本制振装置１Ａでは、慣性質量ダンパー５には、下部梁３Ｂに対して支持されるオイルダンパー６が並列に接合されているので、静的剛性をもたない慣性質量ダンパー５に対して、付加減衰機構をなすオイルダンパー６によって振動を減衰させることができ、残留変形も抑制することができる。
【００２３】
上述のように本第１の実施の形態による慣性質量ダンパーを用いた制振装置では、直列に配置したブレース４により慣性質量ダンパー５の荷重が頭打ちされて過大な反力が生じるのを抑制することができるため、慣性質量ダンパー５に過負荷防止機構を設ける必要がなくなる。したがって、一般的に用いられる部材による単純な機構により建物に制振装置１を組み込むことが可能となるので、コストの低減を図ることができる。
【００２４】
次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。
【００２５】
（第２の実施の形態）
図２に示すように、第２の実施の形態の制振装置１Ｂは、ブレース４が上下方向に反転した逆Ｖ型のブレース４を架構Ｒの面内に配置したものである。
つまり、ブレース４は、一対の下端部４ｃ、４ｃ（固定端）がそれぞれ架構Ｒの角部（柱２と下部梁３Ｂとの接合部）に一体的に固定され、Ｖ字頂点部４ｄ（摺動端）が接合治具１０に接続している。ここで、接合治具１０は、上部梁３Ａの下面３ｂに対して接合していない状態であり、ブレース４のＶ字頂点部４ｄが固定されるとともに、摺動方向Ｘの一端１０ａに慣性質量ダンパー５の軸方向（ストローク方向）の一端５ａが接続され、さらに摺動方向Ｘの他端１０ｂにオイルダンパー６の軸方向の一端６ａが接続されている。
【００２６】
そして、慣性質量ダンパー５は、軸方向の一方（図１で右側）の一端５ａが接合治具１０を介してブレース４に固定され、他方（図１で左側）の他端５ｂが第１ダンパー取付治具８を介して上部梁３Ａと接続されている。
一方、オイルダンパー６は、軸方向の一方（図１で左側）の一端６ａが接合治具１０を介してブレース４に固定され、他方（図１で右側）の他端６ｂが第２ダンパー取付治具９を介して上部梁３Ａと接続されている。
【００２７】
本第２の実施の形態による制振装置１Ｂでは、上述した第１の実施の形態と同様に、地震の振動などにより上部梁３Ａと下部梁３Ｂとが相対変位すると、ブレース４と上部梁３Ａとが慣性質量ダンパー５を介して相対変位することになる。そして、制振ダンパーの機能を有するブレース４が用いられるので、慣性質量ダンパー５の負担力が大きくなっても直列に配置したブレース４により荷重が頭打ちされて過大な反力が生じるのが防止されるという作用、効果を奏する。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図３に示すように、第３の実施の形態による制震装置１Ｃは、上述した第１の実施の形態の制震装置１Ａ（図１）の構成を一部変更した構成であって、ブレース４にリリーフ機構付きオイルダンパー（以下、ブレース用オイルダンパー１１という）を介装し、さらに上述した第１の実施の形態で接合治具１０と下部梁３Ｂとの間に設けられるオイルダンパー６に代えて復元ばね１２（付加ばね）を設けた構成となっている。なお、慣性質量ダンパー５は、第１の実施の形態と同様の構成であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００２９】
ブレース用オイルダンパー１１は、その軸方向を、ブレース４を構成する一対の直線部４１、４２のそれぞれの材軸方向Ｊに向けた状態で、各直線部４１、４２に組み込まれており、リリーフ弁等のリリーフ機構を設けることで過負荷が防止される特性を有している。
ここで、ブレース４の長さ寸法が大きい場合には、ブレース用オイルダンパー１１に鋼材（鋼管等）を材軸方向に一体化して延長し、その両端にクレビスやボールジョイントを設けた構成としても良い。
【００３０】
復元ばね１２は、ばねの伸縮方向（付勢方向）の一方（図１で左側）の端部１２ａが接合治具１０を介してブレース４に固定され、他方（図１で右側）の端部１２ｂが第２ダンパー取付治具９を介して下部梁３Ｂと接続されている。
【００３１】
第３の実施の形態による制振装置１Ｃでは、相対変位が生じて慣性質量ダンパー５の負担力が大きくなっても、慣性質量ダンパー５に対して接合治具１０を介して直列に配置されるブレース４のリリーフ荷重によって頭打ちとなるため、反力を抑制することができ、過大な反力が生じることがなくなる効果を奏する。
さらに、慣性質量ダンパー５には上部梁３Ａに対して弾性支持される復元ばね１２が並列に接合されているため、静的剛性をもたない慣性質量ダンパー５やブレース用オイルダンパー１１に対して、復元ばね１２の弾性によって復元性を付与させることができるので、残留変形を抑制することができる。
【００３２】
（第４の実施の形態）
次に、図４および図５に示すように、第４の実施の形態による制振装置１Ｄは、上述した第１〜第３の実施の形態では層間（上部梁３Ａと下部梁３Ｂとの間の架構Ｒ）に設置する構成としたが、これに代えて建物の２層、あるいは３層など複数層（本第４の実施の形態では２層）にわたって配置された構成となっている。
この場合、上部梁３Ａと下部梁３Ｂとの間に中間階の中間梁３Ｃが設けられており、その中間梁３Ｃの位置は制振装置１Ｄと干渉しないように架構面に対して直交する方向にずれた位置に配置されている。
【００３３】
ブレース４は、上部梁３Ａと中間梁３Ｃとの間の上部架構Ｒａに設けられる上部ブレース４Ａと、中間梁３Ｃと下部梁３Ｂとの間の下部架構Ｒｂに設けられる下部ブレース４Ｂとからなる。
上部ブレース４Ａは、Ｖ型をなし、その一対の上端部４ｂ、４ｂが上部梁３Ａに固定されるとともに、Ｖ字頂点部４ａが中間梁３Ｃに対して第１接合治具１０Ａを介して摺動可能に支持されている。この上部ブレース４Ａは、鋼材ダンパーまたは摩擦ダンパー等のブレースダンパーが採用されている。
下部ブレース４Ｂは、略逆Ｖ型をなし、その一対の下端部４ｃ、４ｃが下部梁３Ｂに固定されるとともに、Ｖ字頂点部４ｄが中間梁３Ｃに対して第２接合治具１０Ｂを介して摺動可能に支持されている。この下部ブレース４Ｂは、降伏しない部材からなる耐震ブレースが採用されている。
【００３４】
上部ブレース４Ａに接続される第１接合治具１０Ａは、中間梁３Ｃの材軸方向中央部に配置され、摺動可能に支持するリニアガイド７が中間梁３Ｃの側方に設けられている。
下部ブレース４Ｂに接続される第２接合治具１０Ｂは、中間梁３Ｃの材軸方向で第１接合治具１０Ａよりも柱２Ａ寄りの位置、すなわち第１接合治具１０Ａに対して慣性質量ダンパー５を介して設けられ、そのリニアガイド７が中間梁３Ｃの側方に設けられている。
そのため、第１接合治具１０Ａおよび第２接合治具１０Ｂは、それぞれのリニアガイド７に対して横向きの状態で摺動可能に係合した構成となっている。
【００３５】
慣性質量ダンパー５は、下部梁３Ｂと上部梁３Ａとの相対変位を同調時に増幅させる機能を有するとともに減衰機構を備えており、軸方向の一方（図４で右側）の一端５ａが第１接合治具１０Ａを介して上部ブレース４Ａに固定され、他方（図４で左側）の他端５ｂが第２接合治具１０Ｂを介して下部ブレース４Ｂに固定されている。
【００３６】
また、第１接合治具１０Ａにおける摺動方向Ｘで慣性質量ダンパー５と反対側の端部（他端１０ｂ）は、復元ばね１２を介して柱２（第２柱２Ｂ）に接続されている。
復元ばね１２は、ばねの伸縮方向Ｐ（付勢方向）の一方（図１で左側）の端部１２ａが第１接合治具１０Ａを介して上部ブレース４に固定され、他方（図１で右側）の端部１２ｂが連結部材１３を介して第２柱２Ｂに接続されている。
【００３７】
このように構成される第４の実施の形態による制振装置１Ｄでは、２層をまたいで設置することで、慣性質量ダンパー５に作用する変位を稼ぐことができ、つまりブレース４と慣性質量ダンパー５とを直列に配置した本制振装置に生じる相対変位が大きくなるので、制震効果を増大することができる。これは、制振装置に変位拡大機構を設けた場合において、その等価な減衰係数や慣性質量が増大するのと同様の効果である。
【００３８】
以上、本発明による慣性質量ダンパーを用いた制振装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第１の実施の形態および第２の実施の形態では慣性質量ダンパー５と並列にオイルダンパー６を設けているが、これに限らず、例えば慣性質量ダンパーに減衰機能をもたせたものを採用することも可能であり、その場合にはオイルダンパーは不要となる。また、接合治具１０の両側に慣性質量ダンパー５を配置するようにしても良い。
【００３９】
また、複数層（２層）をまたいで制振装置を設置する場合において、第４の実施の形態では鋼材ダンパーまたはオイルダンパーよりなるブレース４を上層側の上部架構Ｒａに配置しているが、上部架構Ｒａと下部架構Ｒｂとのいずれか一方に配置されれば良い。
【００４０】
さらに、本実施の形態による制振装置は、新設構造物が適用対象であることに限定されることはなく、既存構造物の柱梁２、３に上記のブレース４等を接合してもよい。
また、図６のように既存柱梁の架構Ｒの面内に鉄骨枠１４を設け、この枠中に上述した実施の形態による制振装置（図６では第１の実施の形態による制振装置１Ａ）を配置することで、ＲＣ構造物でも鉄骨構造物でも同様の効果が得られる。なお、この鉄骨枠１４と躯体（柱梁）との間の隙間には、モルタル等が充填された構造となっている。
【００４１】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１Ａ〜１Ｄ  制振装置
２、２Ａ、２Ｂ  柱
３Ａ  上部梁（第１梁）
３Ｂ  下部梁（第２梁）
３Ｃ  中間梁
４  ブレース
５  慣性質量ダンパー
６  オイルダンパー（付加減衰機構）
７  リニアガイド
８  第１ダンパー取付治具
９  第２ダンパー取付治具
１０、１０Ａ、１０Ｂ  接合治具
１１  ブレース用オイルダンパー
１２  復元ばね（付加ばね）
Ｒ  架構
【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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