(57)【要約】【課題】水平方向のみならず、垂直方向の大きな揺れに対しても、更に効果的な衝撃吸収効果を発揮しうる衝撃吸収板を提供する。【解決手段】  ９０度の角度で交叉するようねじ曲げられた２つのツイスト面（２，３）を有し、各ツイスト面端縁（４）には支持板への固定部（５）が設けられた高弾性ツイスト板(２０）であって、前記ツイスト面（２，３）の中間部に少なくとも一つのウエーブ（７ａ又は７ｂ）を設けられてなる構成とする衝撃吸収板。【選択図】図３
2007016918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
９０度の角度で交叉するようねじ曲げられた２つのツイスト面（２，３）を有し、各ツイスト面端縁（４）に支持板への固定部（５）が設けられた高弾性ツイスト板（２０）であって、前記ツイスト面（２，３）に少なくとも一つのウエーブ（７a又は７b）が設けられてなることを特徴とする衝撃吸収板。
【請求項２】
前記高弾性ツイスト板（２０）を１枚若しくは２枚乃至４枚を１セットとして、上下２枚の支持板（６，６’）の間に挟持しつつ、このとき各ツイスト板のツイスト面同士は互いに直角になるように配置し、これらツイスト板を前記上下の支持板に固定してなる衝撃吸収板。
【請求項３】
前記衝撃吸収板は、塑性変形時に加工硬化や歪み劣化が小さい高弾性プレートよりなることを特徴とする請求項１記載の衝撃吸収板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅やビルなど建物の免震装置に好適な衝撃吸収板に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震の揺れを軽減する免震装置は建築物の土台となる部分に積層ゴムを用いたもの、バネを利用したもの、ボール状と楕円板で挟んだもの、高弾性ツイスト板を２枚もしくは４枚組み合わせてなるもの（特許文献１）など、各種の方式が提案されている。
【０００３】
ゴムと鉄（金属）の積層材料を用いた免震装置（本明細書ではこれを「積層ゴム方式」という。）は地震の揺れに対して一定程度以上の抵抗値を示しながらエネルギーを徐々に吸収し、最大移動値（例えば７０mm）の範囲で０に近づけるように設計されるため、設計値以下の横揺れ（水平方向への揺れ）に対しては比較的大きな効果を発揮するものとして、すでに実用化が進んでいる。しかし、設計された最大移動値を超える大きな横揺れに対しては、遠心力が働くために却って免震効果か得られなくなり、また、直下型地震で起こるような縦揺れ（垂直方向への揺れ）については、構造上十分な免震効果を発揮しえないという欠点がある。また、ゴムは耐久性が低いという点でも問題がある。
【０００４】
しかし、一般に、地震動の揺れのうち、垂直方向の振動は建物の全荷重がその土台（基礎）に加わるため、建築物の規模が大きくなるほど、土台が受ける垂直方向の衝撃力が大きくなる。特に、高層ビルなど重量の大きな建築物に対しては、すでに実用化されている積層ゴム方式の免震装置は殆ど免震効果を発揮しないと考えられている。
【０００５】
また、一般にゴムは金属と比べて変形率が大きいためエネルギーの吸収率が小さく、「エネルギーの滅衰」が求められる免震装置には、効果が小さいとされている。一方、鋼もバネと同じようにリバウンドの繰り返しによって、長時間をかけてエネルギーを吸収する特徴を持つため、建築物に適用されると反復する揺れによって金属疲労を招き、倒壊に至る危険性も指摘されている。
【０００６】
ところで、近年、鉄鋼材料は格段の進歩を遂げ、ナノテクノロジー（超微細技術）を応用したナノ結晶材料合金が開発されているが、中でも、亜鉛・アルミニウム合金（Ｚｎ−Ａｌ合金）は、塑性変形時に加工硬化や歪み劣化が少なく、延性が大きいこと、また、Ｐｂを含まないため環境に優しいという特徴を備えているため、木造住宅の柱や梁に取り付けて地震の揺れを抑える「制震装置」への応用が研究されている（非特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２４２９７４
【非特許文献１】R&D 神戸製鋼技報／Vo1. 51 No. 1 (Apr.2001)、「室温高速超    塑性の発現と制震デバイスへの展開」、槙井浩一他５名著  P.34-37
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のような背景の下で、本件発明者は先に、９０度の角度で交叉するようにねじ曲げられた２つのツイスト面を用いた衝撃吸収板について発明し、これについて特許出願を行っているが（上掲特許文献１）、この衝撃吸収板は水平方向（前後及び左右）、垂直方向（上下方向）への地震の揺れに対して優れた衝撃吸収効果を発揮するものであった。
【０００９】
しかし、特許文献１の衝撃吸収板は、垂直方向に伸び縮みする際に必ず支持板に対しねじれ方向の力が加わる構造となっていたため、構造上、垂直方向の揺れの吸収効率が水平方向と比べるとやや劣っている。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、水平方向のみならず、垂直方向の大きな揺れに対しても、更に効果的な衝撃吸収効果を発揮しうる衝撃吸収板を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る衝撃吸収板は、９０度の角度で交叉するようねじ曲げられた２つのツイスト面（２，３）を有し、各ツイスト面端縁（４）には支持板への固定部（５）を設けられた高弾性ツイスト板（２０）であって、前記ツイスト面（２，３）の中間部に少なくとも一つのウエーブ（７ａ又は７ｂ）が設けられてなることを特徴とする。
【００１２】
また、高弾性ツイスト板（２０）を１枚若しくは２枚乃至４枚を１セットとして、上下２枚の支持板（６，６’）の間に挟持しつつ、このとき各ツイスト板のツイスト面同士は互いに直角になるように配置し、これらツイスト板を前記上下の支持板に固定して用いることが好ましい。
【００１３】
このように、上下のツイスト面の中間部に少なくとも一つのウエーブ（７）を設ける構成により、上下動の大きな振動に対して支持板にねじり力が加えられることなく吸収できる。すなわち、従来の如くウエーブが無い場合は、上下方向の振動を吸収する際、必ず支持板にねじり力（水平方向でツイストを緩和する方向に回転する力）が働くが、本発明に係る衝撃吸収板によれば、中間部に設けたウエーブ（７）を支持板へのねじり力を作用することなく上下方向の振動を吸収することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る前記衝撃吸収板は、高弾性プレートよりなることが好ましい。高弾性プレートは塑性変形時に加工硬化や歪み劣化が小さい材料であり、例えば極軟鋼を用いてもよいが、亜鉛とアルミニウムを含む合金（Ｚｎ／Ａｌ合金、以下、「Ｚｎ−Ａｌ合金」という。）を用いることがより好ましい。ＺｎーＡｌ合金は１０〜２０％／ｓの歪み速度域で降伏強度が２００ＭＰａ、引張強度が２５０ＭＰａ、その時の伸びは６０％以上すなわち１００ＭＰａ級の極軟鋼以上の伸びを示すといった点で、極軟鋼よりも優れた特性を具備するためである。
あるいは、カーボングラファイトなど非金属の部材でもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
図１(ａ)〜（ｄ）は本発明に係る衝撃吸収板の製造工程を示す図である。図１(ａ)は、長方形の高弾性プレート１０を正面から見た図である。この高弾性プレートは、極軟鋼或いはＺｎーＡｌ合金等、塑性変形時に加工硬化や歪み劣化が少なく、延性が大きい性質を備える部材を用いることが好ましい。予め、両端部に固定部材を止めるための孔を形成しておく。
次に、図１（ｂ）に示すように、中央部で略９０度の角度で交叉するように中央部を捻ると、２つのツイスト面２，３が現れる。なお、高弾性プレートは伸び縮みしやすいため、このように折り曲げて塑性変形させても加工硬化や歪み劣化は殆ど起こらない。
次に、図１（ｃ）に示すように、一方のツイスト面３に第１のウエーブ７ａを与えるように変形加工する。
次に、図１（ｄ）に示すように、他方のツイスト面２に第２のウエーブ７ｂを与えるよう変形加工し、更に、両端のツイスト面端縁４を折り曲げ、固定部５を形成して本発明に係る衝撃吸収板２０が完成する。なお、製造工程は一例であり、始めに固定部５を形成しておくなど、順序が入れ替わっても構わない。
また、ウエーブは少なくとも一つあればよく、第１又は第２のウエーブの何れか一方を省略してもよい。なお、Ｚｎ−Ａｌ合金は溶接が困難であるため固定手段はボルトを例示したが、例えば、ツイスト面端縁４の肉厚を厚くしてネジ溝を切り、ここにボルトをねじ込んで固定部材に固定するなど、固定は他の方法でもよい。もちろん、溶接が可能であれば溶接でもよい。
【００１６】
図４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）は、図１（ｄ）に示す衝撃吸収板２０を２枚乃至４枚組み合わせて上下に共通の支持板６，６’を取り付けたユニットの全体斜視図を表わしている。本発明に係る衝撃吸収板１０は１枚単位で使用してもよいがこのように複数枚（２枚乃至４枚程度）を１セットとして１つのユニットを構成して用いることが好ましい。建物のどの位置にどのようなユニットを用いることが適切かということについては後述する。
【００１７】
図２は本発明に係る衝撃吸収板の基本原理を説明するために模式化して表した図（原理原則図）である。ｙ方向の揺れは図中に示すＡ面の「しなり」でエネルギーを吸収し、ｘ方向の揺れはＢ面の「しなり」でエネルギーを吸収し、ｚ方向の揺れはウエーブと極軟鋼或いはＺｎ−Ａｌ、カーボングラファイト等の上述した優れた物性特性で吸収する。この原理に基づいて実際に地震の揺れを吸収する様子について説明する。
【００１８】
図３はこの衝撃吸収板が地震の揺れを吸収する様子を説明するための図であり、上下の支持板６，６’に衝撃吸収板を取り付けた様子を示している。このうち図３（ａ）は静止状態を表している。図３（ｂ）は垂直方向の揺れに対して、図３（ｃ）はより実際に近い水平及び垂直方向の激しい揺れに対して衝撃を吸収する様子を、それぞれ示している。
【００１９】
図３（ｂ）に示すように、垂直方向の揺れに対しては、ウエーブ７ａ，７ｂが曲率を変えて変形することで上下の支持板６，６’に対してねじり力を殆ど伝えることなく衝撃を吸収する。また、上述の通り、この衝撃吸収板は高弾性プレートで形成されているため、材料の優れた特性とも相俟って、直下型地震のような激しい垂直方向の揺れに対しても、大きな衝撃吸収効果を発揮する。
【００２０】
地震は様々な方向に揺れるため、水平（前後左右）及び垂直（上下）に激しく揺れる場合もある。図３（ｃ）は、縦揺れと横揺れが同時に起った様子を示している。このような場合でも、ウエーブとツイスト面のねじれが水平垂直方向の複雑な振動のエネルギーを吸収する。
【００２１】
（第２の実施形態）
本発明に係る衝撃吸収板は上述したように１枚若しくは複数枚を１セットとしてユニットを構成し、これを建造物の土台部分に敷き詰めることで、免震装置として機能させることができるほか、以下に示すように、建築物の骨格をなす柱として用いることもできる。
【００２２】
木造２階建ての建造物の柱として本発明に係る衝撃吸収板を用いる場合、１階の平屋建ての部分（２階に部屋が存在しない部分）と、２階建ての部分（２階に部屋が存在する部分）とがあるため、使用する部位にかかる荷重を考慮して必要十分な耐力の衝撃吸収板（或いは複数組み合わせたユニット）を用いる必要がある。
【００２３】
衝撃吸収板の使用枚数（１乃至４枚）及び平屋建て用（Ｈ）か２階建て用（Ｎ）かにより、以下の８種類の部品で構成される。
１Ｈ・・・１枚使用、平屋建て用
２Ｈ・・・２枚使用、平屋建て用
３Ｈ・・・３枚使用、平屋建て用
４Ｈ・・・４枚使用、平屋建て用
１Ｎ・・・１枚使用、２階建て用
２Ｎ・・・２枚使用、２階建て用
３Ｎ・・・３枚使用、２階建て用
４Ｎ・・・４枚使用、２階建て用
【００２４】
図５（ｂ）は部品の適用箇所について説明するための図である。
「２Ｈ」及び「２Ｎ」は、直交する２枚の壁を支える部分に適用され、これを、『曲がり角型』と名付ける。図４（ａ）を「２Ｈ」又は「２Ｎ」の一例を表している。
「３Ｈ」及び「３Ｎ」は、３枚の壁を支える部分に適用され、これを、『三叉路型』と名付ける。図４（ｂ）は「３Ｈ」又は「３Ｎ」の一例を表している。
「４Ｈ」及び「４Ｎ」は、４枚の壁を支える部分に適用され、これを、『四つ角型』と名付ける。図５（ａ）は「４Ｈ」又は「４Ｎ」の一例を表している。
【００２５】
なお、衝撃吸収板の使用枚数が同じでも２階建て用の衝撃吸収板（Ｎ）は平屋建て用のそれ（Ｈ）よりも肉厚が大きく、耐力差が設けられている。また、更に細かく分類すれば、衝撃吸収板はひねり方向によって、「右ひねり」と「左ひねり」の２種類が可能であり、複数枚を１セットのユニットとした場合には、左右ひねりのうち何れを用いるのか、或いは両方を組み合わせるのか、などの違いによって更にバリエーションが広がることとなる。これらは設計の際に行われる荷重計算その他の要因に応じて適宜最適な部品を選択することとなる。
【００２６】
図６（ａ）及び（ｂ）は、２階建ての木造住宅のそれぞれ２階部分及び１階部分の平面図を示している。この例では、２Ｈ・３Ｈ・２Ｎ・３Ｎ・４Ｎの５種類の部品が使用されていることを示している。
【００２７】
すなわち、１階部分の北側（玄関・ホール・洗面・浴室）は、すぐ上が屋根になっており、２階に部屋がない。そこで、部品としては平屋建て用（Ｈ）を用いている。つまり、『平屋建て用の曲がり角型（２Ｈ）』と『平屋建て用の三叉路型（３Ｈ）』が用いられている。
【００２８】
１階部分の南側（和８帖、居間等）は、この２階に部屋（洋６が３部屋）ある。そこで、部品としては２階建て用（Ｎ）を用いている。つまり、『２階建て用の曲がり角型（２Ｎ）』と『２階建て用の三叉路型（３Ｎ）』と『２階建て用の四つ角型（４Ｎ）』が用いられている。
【００２９】
このように予め数種類の部品を準備しておき、必要十分な耐力を適材適所に配置していくことで、地震に対する揺れを軽減することができる。
【００３０】
なお、第２の実施形態では木造住宅に適用した場合を例示したが、本発明に係る衝撃吸収板は、平断面が十文字になっていることを利用した免震原理に基づくものであることから、コンクリート建造物に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る衝撃吸収板によると、従来のような大規模で高価な免震システムとは異なり、従来よりも簡易で安価で、しかも、飛躍的に効果の大きい免震システムを構築することが可能となる。特に、設計値以上の揺れに対しても、最大限の免震効果を発揮しうる点は、従来の積層ゴム方式のような欠点がないという点で、特筆すべきものである。
従って、本発明の産業上の利用可能性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る衝撃吸収板の製造工程を示す図である。
【図２】図２は本発明に係る衝撃吸収板の基本原理を説明するために模式化して表した図である。
【図３】図３（ａ）乃至（ｃ）はこの衝撃吸収板が地震の揺れを吸収する様子を説明するための図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、図１（ｄ）に示す衝撃吸収板２０を２枚又は３枚組み合わせて上下に共通の支持板６，６’を取り付けたユニットの全体斜視図（２Ｈ又は２Ｎ及び３Ｈ又は３Ｎ）を表している。
【図５】図５（ａ）は図１（ｄ）に示す衝撃吸収板２０を４枚組み合わせて上下に共通の支持板６，６’を取り付けたユニット（４Ｈ又は４Ｎ）の全体斜視図を表している。図５（ｂ）は部品の適用箇所について説明するための図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、２階建ての木造住宅のそれぞれ２階部分及び１階部分の平面図を示している。
【符号の説明】
【００３３】
２，３      ツイスト面
４          ツイスト面端縁
５          固定部
６（６’）  上支持板（下支持板）
７ａ，７ｂ  ウエーブ
２０        本発明に係る衝撃吸収板
３０        免震ユニット
【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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