(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鋼板の間に粘弾性体を挟み込ませてなる制震ダンパーであって、
一対の第一鋼板と該第一鋼板同士の間で固定状態に設けられた第二鋼板との間に挟持されてなる第一粘弾性体を備えた第一粘弾性ダンパーと、
前記一対の第一鋼板を挟持させるように設けた一対の第三鋼板と前記第一鋼板との間に挟持されてなる第二粘弾性体を備えた第二粘弾性ダンパーと、
が設けられ、
前記第一粘弾性ダンパーには、前記一対の第一鋼板と前記第二鋼板との間に摩擦材が配され、前記第二鋼板の側面に対して前記摩擦材を介して前記第一鋼板が平行に摺動するすべり機構が設けられ、
前記第一粘弾性ダンパーは、前記第二鋼板が第一連結部材を介して上階梁に固定され、
前記第二粘弾性ダンパーは、前記第三鋼板が第二連結部材を介して下階梁に固定されていることを特徴とする制震ダンパー。
【請求項２】
前記第一粘弾性体は、前記第二粘弾性体より厚さ寸法が大きいことを特徴とする請求項１に記載の制震ダンパー。
【請求項３】
前記第一粘弾性体と前記第二粘弾性体との種類が異なるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の制震ダンパー。
【請求項４】
前記すべり機構は、前記第二粘弾性体で対応する荷重より大きな所定の荷重が与えられたときに摺動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の制震ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の鋼材の間に粘弾性体を挟み込んだ構成の制震ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築物などの躯体の適所に、地震による振動エネルギーを吸収して構造物の変形を抑制する制震ダンパーを設置することは周知のとおりである。この制震ダンパーには、外部鋼板と内部鋼板との間に粘弾性体を挟持させてなる粘弾性ダンパーがある。粘弾性ダンパーを組み込んで構成される建築骨組では、地震時に建物が変位した際に外部鋼板と内部鋼板とが面内で相対変位し、そのときに生じる粘弾性体の粘性抵抗力によって振動エネルギーを吸収して建物の振動を減衰させることができる。この粘弾性ダンパーは、小さな変形領域で減衰性を発揮させる場合や耐震効果としての設計要求が厳しい場合に、粘弾性ダンパーに大きな物性値（高剛性、高減衰係数値）を与えるようにするのが一般的である。しかし、中小規模な地震や風などの小さな変形から大きな力を負担させようとすると、大地震などの大きな変形による負担力が過大となり、制震ダンパーと建築物の躯体の接合部や、周辺フレームへの負担が大きくなっていた。
このような問題に対して、小さな変形から減衰効果を発揮できるように粘弾性体を設置し、且つ大規模な地震発生時などの大きな変形に対して、粘弾性体に過大な力を負担させることを抑制するために、粘弾性ダンパーと摩擦ダンパーなどを組み合わせた機構がある（例えば、特許文献１、２参照）。
また、上述した問題に対応するほかの制震ダンパーとして、種類の異なる粘弾性を組み合わせた構造が例えば特許文献３、４に開示されている。
特許文献３は、複数の鋼板の間に粘弾性体を挟み込んだ構造であり、低せん断弾性率の粘弾性体と高せん断弾性率の粘弾性体とが鋼板の面に対して平行となるように積層されたものである。これによると、例えば風などの揺れに対しては低せん断弾性率の粘弾性体で振動エネルギーを吸収し、大きな地震などの揺れに対しては高せん断弾性率の粘弾性体で振動エネルギーを吸収することができる。
また、特許文献４は、粘性的性質が強い粘弾性体と、弾性的性質が強い粘弾性体との物性値が異なる粘弾性体を、鋼板同士の同一の隙間に組み合わせて一つの制震ダンパーとして機能させたものである。
【特許文献１】特開平９−２６８８０２号公報
【特許文献２】特開平１０−２９９２８４号公報
【特許文献３】特開２００４−１３２４１５号公報
【特許文献４】特開２０００−２９７５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２では、粘弾性ダンパーと摩擦ダンパーなどとが別々の部材、部位から構成されていて夫々の部材同士が接続されているので、部材の組み合わせの選択や、制震ダンパーと建築物との接合部の設計に自由度がある反面、設計および施工に手間がかかる場合があった。
また、特許文献３、４では、小さな変形から大きな変形までを制震ダンパーに備えられている粘弾性体のみで減衰させる構造であり、粘弾性体の耐久性、材質、厚さ、大きさなどの異なる種類の粘弾性体を複数組み合わせることで減衰性能を十分に発揮させることが難しいといった問題があった。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、一体構造とすることで施工手間を削減でき、しかも小さい変形から大きい変形までの広い範囲にわたって減衰性能を期待でき、制震効果を向上させた制震ダンパーを提供することを目標とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る制震ダンパーは、複数の鋼板の間に粘弾性体を挟み込ませてなる制震ダンパーであって、一対の第一鋼板と第一鋼板同士の間で固定状態に設けられた第二鋼板との間に挟持されてなる第一粘弾性体を備えた第一粘弾性ダンパーと、一対の第一鋼板を挟持させるように設けた一対の第三鋼板と第一鋼板との間に挟持されてなる第二粘弾性体を備えた第二粘弾性ダンパーとが設けられ、第一粘弾性ダンパーには、一対の第一鋼板と第二鋼板との間に摩擦材が配され、第二鋼板の側面に対して摩擦材を介して第一鋼板が平行に摺動するすべり機構が設けられ、第一粘弾性ダンパーは、第二鋼板が第一連結部材を介して上階梁に固定され、第二粘弾性ダンパーは、第三鋼板が第二連結部材を介して下階梁に固定されていることを特徴としている。
本発明では、風揺れや小規模の地震等の小さな変形に対しては、第三鋼板と第一鋼板とが相対的に変形し、第二粘弾性体で振動エネルギーを吸収して制震される。比較的大規模な地震時等の大きな変形に対しては、第三鋼板と第一鋼板との相対変形に加え、第一鋼板と第二鋼板とが相対的に変形する第一粘弾性体及びすべり機構の摺動によって振動エネルギーを吸収して制震することができる。このように大きな変形における振動エネルギーを、第一粘弾性体とすべり機構との両者によって分担させることができ、大きな変形の荷重をすべり機構のみで負担することがなくすべりの摺動範囲内で振動を制御できることから、制御力の急変を抑制でき、制震効果を向上させることができる。
【０００６】
また、本発明に係る制震ダンパーでは、第一粘弾性体は、第二粘弾性体より厚さ寸法が大きいことが好ましい。
本発明では、小さな変形を厚さ寸法が小さな第二粘弾性体で負担し、大きな変形を厚さ寸法が大きな第一粘弾性体で負担することができる。
【０００７】
また、本発明に係る制震ダンパーでは、第一粘弾性体と第二粘弾性体との種類が異なるものであってもよい。
本発明では、第一粘弾性体と第二粘弾性体との種類（例えば、剛性率或いはせん断弾性率の特性）が異なるものを配置させることにより、小さな変形の場合と大きな変形の場合とに対応させて減衰できる。
【０００８】
また、本発明に係る制震ダンパーでは、すべり機構は、第二粘弾性体で対応する荷重より大きな所定の荷重が与えられたときに摺動することが好ましい。
本発明では、所定の荷重より小さな荷重を第二粘弾性体によって対応させ、それより大きな所定の荷重をすべり機構の作動により対応させることで、小さい変形から大きな変形までを各部材に分担させることができ、制震ダンパーとしての減衰性能を効果的に制御させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の制震ダンパーによれば、第一粘弾性体とすべり機構とが一体に組み合わされた構造であり、従来のように別々の部材、部位から構成されていないため、設計および施工にかかわる手間を削減することができる。
また、風揺れや小規模の地震等の小さな変形に対しては第二粘弾性体で振動エネルギーを吸収し、比較的大規模な地震時等の大きな変形に対しては第一粘弾性体及びすべり機構によって振動エネルギーを吸収することができる。そして、すべり機構と第一粘弾性体とを組み合わせたことで、小さな変形から大きな変形に移行しても第一及び第二粘弾性体への過大な荷重の発生を抑制でき、従来の粘弾性体よりも振動エネルギーの吸収量を大きくすることができる。
このように、一つの制震ダンパーによって、小さな変形から大きな変形までの広範囲にわたってその変形に対応できる最適な減衰性能が期待できることから、制震効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の制震ダンパーの第一の実施の形態について、図１乃至図７に基づいて説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態による制震ダンパーを示す側面図、図２は同じく制震ダンパーを示す正面図、図３は制震ダンパーのすべり機構を示す拡大図、図４（ａ）、（ｂ）は変位時における制震ダンパーの作動状態を示す図、図５（ａ）、（ｂ）は従来例における変位と荷重の関係を示す図、図６（ａ）、（ｂ）は実施例における変位と荷重の関係を示す図、図７は比較例における変位と荷重の関係を示す図である。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本制震ダンパー１は、柱（図示省略）と梁２（上階梁２Ａ、下階梁２Ｂ）との間に壁型として設置されるものである。この制震ダンパー１は、すべり機構２０を設けた第一粘弾性ダンパー１０と、第一粘弾性ダンパー１０をその両側面から挟持させるように設けた第二粘弾性ダンパー３０とから構成されている。
第一粘弾性ダンパー１０は、その上端１０ａで第一連結部材３、３を介してボルトなどの固定手段によって上階梁２Ａに固定されている。一方、第二粘弾性ダンパー３０は、その下端３０ａで第二連結部材４を介してボルトなどの固定手段によって下階梁２Ｂに固定されている。
【００１２】
図１に示すように、第一粘弾性ダンパー１０は、一対の内部鋼板１１Ａ、１１Ｂ（第一鋼板）と、両内部鋼板１１Ａ、１１Ｂと固定状態に設けられた中間鋼板１２（第二鋼板）との間（これを隙間Ｓとする）に挟持されてなる第一粘弾性体１３Ａ、１３Ｂとが設けられている。さらに、第一粘弾性ダンパー１０には、内部鋼板１１Ａ、１１Ｂの上端部１１ａ、１１ａと中間鋼板１２との間に、この中間鋼板１２に接触させるように摩擦材２１Ａ，２１Ｂが配置され、その中間鋼板１２の側面に対して平行に摺動するすべり機構２０が設けられている。そして、摩擦材２１Ａ，２１Ｂと第一粘弾性体１３Ａ、１３Ｂとは、夫々が同一の隙間Ｓに配置されている。
【００１３】
ここで、すべり機構２０についてさらに詳細に説明する。
図３に示すように、上述した隙間Ｓにおいて、すべり機構２０の摩擦材２１Ａ、２１Ｂは、介入部材２２、２２を介して内部鋼板１１Ａ，１１Ｂに固定されている。そして、すべり機構２０は、摩擦材２１Ａ、２１Ｂが配置されている３箇所（図２参照）で、内部鋼板１１Ａ，１１Ｂ、介入部材２２、２２、摩擦材２１Ａ、２１Ｂ及び中間鋼板１２をボルト２３で貫通させ、ナット２４を螺合させて締め付ける構成となっている。また、ボルト２３には、ボルト軸と同軸になるように複数の皿バネ２５を挿通させている。この皿ばね２５によって、摩擦材２１Ａ、２１Ｂを所定の摩擦力となるように設定することができる。なお、中間鋼板１２における各ボルト２３の貫通箇所には、長穴１２ａ（図２参照）が形成されている。このような構成により、第一粘弾性ダンパー１０は、長穴１２ａの範囲内で摺動することができる。
【００１４】
図１に示す第二粘弾性ダンパー３０は、第一粘弾性体ダンパー１０の内部鋼板１１Ａ，１１Ｂをその両側から、第二粘弾性体３２Ａ、３２Ｂを介して外部鋼板３１Ａ，３１Ｂ（第三鋼板）によって挟持するように設けられている。この第二粘弾性体３２Ａ、３２Ｂは、第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂよりも厚さ寸法が小さく、大きな面積で形成されている。
なお、第一及び第二粘弾性体１３Ａ，１３Ｂ、３２Ａ，３２Ｂは、材料として例えばゴム材料、樹脂材料などを採用することができ、同種の部材、或いは異種の部材を使用してもかまわない。
【００１５】
このような構成による制震ダンパー１は、図４（ａ）に示すように、風や小規模の地震による小さな変形が与えられたときには、厚さ寸法が小さく減衰性が大きな第二粘弾性体３２Ａ，３２Ｂ（第二粘弾性ダンパー３０）が作動し、外部鋼板３１Ａ、３１Ｂと内部鋼板１１Ａ，１１Ｂとが相対的に変形する（これを、第一相対変形とする）。つまり、小さな変形が作用したときは、その揺れを第二粘弾性ダンパー３０の第二粘弾性体３２Ａ，３２Ｂによってその振動エネルギーを吸収して制震される。
【００１６】
一方、図４（ｂ）に示すように、大規模な地震による大きな変形が与えられたときには、前述した第一相対変形に加え、適度な力（本発明の所定の荷重に相当）が与えられたときに内部鋼板１１Ａ，１１Ｂと中間鋼板１２とが相対的に変形（これを、第二相対変形とする）する第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂ及びすべり機構の作用によって振動エネルギーを吸収して制震することができる。
これにより、大きな変形に対して粘弾性体に発生する荷重が過大となって制震ダンパー１と建築物の躯体との接合部や周辺フレームへの負担が大きくなることを抑制することができ、さらに厚さ寸法を小さくしても粘弾性体の材料自体の限界せん断歪を超えることによる破断を防止することができる。
また、本制震ダンパー１では、すべり機構２０を、内部鋼板１１Ａ，１１Ｂを介して第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂと一体化させた構造としたことで、現場における施工が簡略化され、施工手間を削減させることができる。そして、これらの部材が分離されていないため、例えば制震性能の計算がし易くなって設計が容易になるという効果がある。
【００１７】
（実施例）
次に、本実施の形態による制震ダンパー１の制震性能において、変形と荷重の関係を解析した結果に基づいてさらに詳しく説明する。
表１に示すように、本解析では、本実施の形態による制震ダンパー１を用いた実施例と、従来例、比較例の３つの解析を実施した。
従来例は、面積１．３ｍ２、厚さ１．０ｃｍの粘弾性体（第二粘弾性体３２Ａ、３２Ｂに相当）を有し、第一粘弾性体１３Ａ、１３Ｂ及びすべり機構２０を設けない一般的な粘弾性体ダンパーを使用した解析である（図１参照）。
実施例は、本実施の形態による制震ダンパー１であり、第一粘弾性体１３Ａ、１３Ｂを面積１．３ｍ２、厚さ０．５ｃｍとし、第二粘弾性体３２Ａ，３２Ｂを面積０．８ｍ２、厚さ１．０ｃｍとし、すべり機構２０における摩擦力を５０ｔとした解析である。
そして、比較例は、第二粘弾性体１３Ａ，１３Ｂを面積１．３ｍ２、厚さ０．５ｃｍとし、すべり機構２０における摩擦力を１００ｔとし、実施例における第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂを設けていない構成による解析である。
【００１８】
【表１】
0004844925.tif 000002
【００１９】
図５乃至図７は各制震ダンパーに外力を与えたときの荷重と変形の関係を示した粘弾性体の履歴特性であり、この履歴特性をなす略楕円形状をなす線分の内側領域が振動エネルギーの吸収量となる。
そして、従来例、実施例、比較例による各解析では、変位４ｃｍ程度で１００ｔの制御力が作用するように設定して解析を行なった。
その解析結果について説明すると、実施例の図６（ａ）は、従来例の図５（ａ）と比べると、変位に対する荷重領域の範囲が広がっていることが確認でき、振動エネルギーの吸収量が大きくなっていることがわかる。つまり、図５（ａ）に示す従来例では、４ｃｍの変位に対応させるため厚さ１ｃｍの粘弾性体が用いられているため、実施例の第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂの厚さ０．５ｃｍのものと比べて粘弾性体自体の歪みが大きく剛性が小さくなる。
そのため、実施例では、図６（ｂ）に示すように略１ｃｍ以下の変位の小さな範囲で第二粘弾性体３２Ａ，３２Ｂの作用により５０〜７０ｔ程度の制御力となり、図５（ｂ）に示す従来例の４０〜６０ｔの制御力と比べて振動エネルギーの吸収量が大きくなることが確認できる。
【００２０】
また、図７に示すように、比較例では、第一粘弾性体１３Ａ、１３Ｂが設けられていないため、変位の大きな範囲において上述した第二相対変形（つまり内部鋼板１１Ａ，１１Ｂと中間鋼板１２との相対変形）がなく、この大きな変位のほとんどがすべり機構２０によって負担されることになる。すべり機構２０の摺動量は中間鋼板１２の長穴１２ａ（図２参照）の寸法によって規制されるため、大きな荷重、変位のピークがカットされて振動の変動が激しくなり、応答加速度の上昇や残留変形の発生が懸念されることになる。
【００２１】
これらの解析結果から、図６に示す実施例では、大きな変位における振動エネルギーを、第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂ及びすべり機構２０によって分担されることが確認できる。そして、このように大きな変形の力をすべり機構２０のみで負担することがなくなり、すべり機構２０の摺動範囲内で振動を制御できることから制御力の急変を抑制できる。また、一部を第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂが負担するため、すべり機構２０における残留変形の発生を抑制させることができる。
【００２２】
上述した本第一の実施の形態による制震ダンパー１では、第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂとすべり機構２０とが一体に組み合わされた構造であり、従来のように別々の部材、部位から構成されていていないため、設計および施工にかかわる手間を削減することができる。
また、風揺れや小規模の地震等の小さな変形に対しては第二粘弾性体３２Ａ，３２Ｂで振動エネルギーを吸収し、比較的大規模な地震時等の大きな変形に対しては第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂ及びすべり機構２０によって振動エネルギーを吸収することができる。そして、すべり機構２０と第一粘弾性体１３Ａ、１３Ｂとを組み合わせたことで、小さな変形から大きな変形に移行しても第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂ及び第二粘弾性体３２Ａ，３２Ｂへの過大な荷重の発生を抑制でき、従来の粘弾性体よりも振動エネルギーの吸収量を大きくすることができる。
このように、一つの制震ダンパーによって、小さな変形から大きな変形までの広範囲にわたってその変形に対応できる最適な減衰性能が期待できることから、制震効果を向上させることができる。
【００２３】
次に、本発明の第二の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一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、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図８は第二の実施の形態による制震ダンパーを示す図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、第二の実施の形態の制震ダンパー１は、各鋼板、すなわち内部鋼板１１Ａ、１１Ｂ、中間鋼板１２、外部鋼板３１Ａ，３１Ｂが長方形状をなすブレース材５を構成し、例えば梁と柱とに囲われる架構内で斜め方向に配置されるブレースの機能を果たすものである。そして、これら各鋼板間に挟持される第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂと、第二粘弾性体３２Ａ，３２Ｂについてもブレース材５の大きさに合わせた寸法に形成されている。
このときのすべり機構２０による摺動方向はブレース材５の軸方向となる。つまり、図８（ａ）に示す中間鋼材１２に形成される長穴１２ｂは、その長手方向がブレース材５の軸方向をなしている。したがって、第二の実施の形態による制震ダンパー１にかかる変形に対して、第一粘弾性体１３Ａ，１３Ｂ、すべり機構２０、第二粘弾性体３２Ａ，３２Ｂは、ブレース材５の軸方向に減衰することになる。
本第二の実施の形態の制震ダンパー１では、上述したようにブレース材５として機能させるための形状をなしているが、制震ダンパー１としての作用、効果については第一の実施の形態と同様である。
【００２４】
以上、本発明による制震ダンパーの第一及び第二の実施の形態について説明したが、本発明は上記の第一及び第二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、本第一及び第二の実施の形態では第一粘弾性体１３の面積を第二粘弾性体３２の面積より大きくしているが、粘弾性体の設定に関しては、材質、物性値、形状、厚さ、面積などの条件より設定することが好ましい。
また、第一粘弾性体１３と第二粘弾性体３２とは、厚さ寸法を変えることによって小さな変形の場合と大きな変形の場合とに対応させて減衰できるようにしているが、これに限定されることはない。すなわち、第一粘弾性体１３と第二粘弾性体３２との種類（例えば、剛性率或いはせん断弾性率の特性）が異なるものを配置させることで、上述した大小の変形に対応させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一の実施の形態による制震ダンパーを示す側面図である。
【図２】制震ダンパーを示す正面図である。
【図３】制震ダンパーのすべり機構を示す拡大図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、変位時における制震ダンパーの作動状態を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は従来例における変位と荷重の関係を示す図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は実施例における変位と荷重の関係を示す図である。
【図７】比較例における変位と荷重の関係を示す図である。
【図８】第二の実施の形態による制震ダンパーを示す図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  制震ダンパー
１０  第一粘弾性ダンパー
１１Ａ，１１Ｂ  内部鋼板（第一鋼板）
１２  中間鋼板（第二鋼板）
１３Ａ、１３Ｂ  第一粘弾性体
２０  すべり機構
２１Ａ，２１Ｂ  摩擦材
３０  第二粘弾性ダンパー
３１Ａ，３１Ｂ  外部鋼板（第三鋼板）
３２Ａ、３２Ｂ  第二粘弾性体
【図１】
0004844925.tif 000003
【図２】
0004844925.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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