JST新技術説明会
2021年11月2日（オンライン）

制振性能・生産性を同時に高めた
戸建住宅用ダンパーの開発と商品化
東京工業大学 未来産業技術研究所・特任教授

笠井 和彦
名城大学 理工学部建築学科・准教授

松田 和浩

Tokyo Institute of Technology

耐震、制振、免震について
耐震構造

免震構造

制振構造

免震構造 地振動が建物に伝達されないよう基礎から分離、絶縁する。
制振構造 建物に注入される地震エネルギーが建物の運動エネルギーとなることを防ぐ。つまり、建物の階または頂部にダンパーを設置し、地震エネルギーを消散させ、建物の振動と被害を消去低減させる。

耐震構造 柱、梁、壁などの構造部材が損傷しながら地震エネルギーを消散する。
Tokyo Institute of Technology

住宅制振構造の研究と開発

住宅オーナーの希望価格（免震に対して）国民の大半が住む2,500万戸の2,450
建築研究所による調査，平成８年
戸建住宅の財産保持性の向上

地震50万円以下

50～100万円

兵庫県南部地震
・高層建築で培った100～200万円
制振技術
・神戸市灘区全壊率 31%木造住宅耐震改修制度（横浜市）
200～300万円
・住宅への新しい・耐震診断士の派遣（無料）
応用技術
横浜市内の木造住宅
直接接合型

・補助 ≦ 540万円、工事費の90%（所得別） 300～500万円

44万戸 500万円以上
S56以前 24万戸現状価格 0
低い改修率
・融資 ≦ 400万円（無利子）・総数・「大地震の際に危険あり」と診断 36%

・1,900万戸が既存
1,000
不適格
制振架構の分類
・自治体の耐震改修
壁型 助成の未活用
筋違型
0

シアリンク型
2000万円の住宅に対して170万円程度

102030

間接接合型

間柱型
方杖型
小型・安価・高性能ダンパーを用いた戸建制振住宅の開発
・不適格15万戸のうち137件

ダンパー装置
架構
設計法
安全性への意識の低さ
粘弾性
木質住宅
性能評価法
耐震補強メニューの少なさ
粘性
軽量鉄骨住宅

(%)
50

接合部型

中型振動台

設計法の妥当性
損傷制御設計
応答低減効果柱型
曲げ変形型
各種構造の特異性 外装材の影響
短周期領域
その他

オイル
新築と既存摩擦接合部
施工性がよく、安価で、鋼材40

高性能な補強工法の提案
Tokyo Institute of Technology

従来技術の問題点

新築・既築の戸建住宅を地震から守るため、制振技術が最近盛んに導入されている。ただし、制振部材（ダンパー）に不備があったり、ダンパー・取付部材・接合部・柱・梁のバランスが悪いことによる「効かない制振」も存在する。
標準的な試験方法が未だ無いため制振技術の評価法が極めて曖昧な状況であること、制振という学問自体がまだ発展途上にあるため一般技術者に適切な知識が備わっていないことなどが原因である。

これまでの実績

方杖型：特許4139900

K-ﾌﾞﾚｰｽ型：特許4139901
内使いL型（2個）

内使いL型（2個）

内使いL型（1個）

鋼板 6mm
190×90
ブラケット
補強柱105 mm角柱 2本
表裏とも
鋼板 2.3 mm
2500×210
ビス 42本 6-75 @ 250 mm

鋼管
 42.7×3.5mm
鋼板 6mm
1585×75

鋼板 6mm
365×90

アンカーボルト

内使いL型（2個）

内使いL型（2個）

・木造建物・軽量鉄骨建物の新設及び既存に適用できる。
・簡便で比較的安価な金具で大きな制振効果が得られる。
・２種の壁構造からの選択で開口部にも使用できる。

K-ﾌﾞﾚｰｽ型を２社が商品化

ライセンス条件
形態： 非独占的通常実施権許諾
実施料： 契約時一時金およびランニング ローヤリティ（要相談）
契約期間：契約日から５年間（延長協議）
テリトリー：日本国
サンプル提供：無技術指導・ノウハウ提供：可模型による制振効果の理解

実験の蓄積（過去７年）
木構造（１）接合部実験
１６８体（２）ダンパー実験
３３体（３）強制加振実験（平面架構1Pと3P）
３２体（４）振動台実験（1層、重さ2層分、並進や捩れ） １９体（５）振動台実験（2層、並進、内外装材有り・無し） １３体

軽量鉄骨構造（２）ダンパー実験（３）強制加振実験（平面架構1P）（４）振動台実験（1層のみ、重さ2層分、並進）

５体
７体
５体

住宅制振構造の研究と開発（１）接合部実験ー１６８体
PP（引張）VM （せん断）<

図４ 接合部実験３種

VVPM
M（曲げ<<せん断）

図４ 接合部実験３種
図４ 接合部実験３種

試験機荷重
試験機荷重
試験機荷重

引張実験

せん断実験

曲げせん断実験住宅制振構造の研究と開発（２） ダンパー実験ー３８体

試験機
荷重

粘弾性ダンパー実験

試験機
荷重

鋼材
ダンパー実験

鋼材ダンパー(H形鋼から製作）

住宅制振構造の研究と開発（３）強制加振実験ー３９体

K-ﾌﾞﾚｰｽ型（±1/120～±1/30 rad.）ダンパー部

住宅制振構造の研究と開発

K-ブレース型： H形鋼要素の繰返し変形寿命

層間変形角 ±1/30 rad. の繰返し載荷
Tokyoof Technology
Tokyo Institute of Technology KasaiandInstitute
SakataLab.

住宅制振構造の研究と開発

H形要素破断までのH形要素 K-ブレース架構とダンパーの挙動①②③④15F-100

q=±1/30 rad. を28サイクル行って40破断(要素②)100u-15架構

F̂d-2525û d-40

ダンパー
Tokyo Institute of Technology

住宅制振構造の研究と開発（４） 振動台実験：1層、重さ２層分 －２４体

木質架構
（既存）

木質架構
（制振）

軽量
鉄骨架構
（既存）

軽量鉄骨架構（制振）

住宅制振構造の研究と開発

木質試験体の一部 ～制振+制振～No.

56試験体

Name

その他
既存＋既存や既存＋制振も比較実験した。

周期
壁量

VP-VP
粘弾性ダンパー合板型
粘弾性ダンパー合板型
0.32
5.0×1P+5.0×1P

VK-VK
粘弾性ダンパーK型
粘弾性ダンパーK型
0.32
5.0×1P+5.0×1P

No.

789SP-SP
鋼材ダンパー合板型
鋼材ダンパー合板型
0.30
5.0×1P+5.0×1P

SK-SK
鋼材ダンパーK型
鋼材ダンパーK型
0.32
5.0×1P+5.0×1P

FK-FK
摩擦ダンパーK型
摩擦ダンパーK型
0.22
4.0×1P+4.0×1P

架構

試験体

Name
架構
周期
壁量

住宅制振構造の研究と開発

非制振と制振の比較 （0.6g 神戸波）

従来の筋違い架構

粘弾性ダンパー制振架構

住宅制振構造の研究と開発

層せん断力ー層間変形関係 ～既存+既存～
神戸0.2g(1回目)

WB-WB

F(kN) 40

-1/120rad.

1/120rad.

-1212 -12u(cm)神戸0.6g神戸0.2g(2回目)

F(kN) 40

F(kN) 40

Max:1/13rad.

12 -12u(cm)

-40

-40

12u(cm)-4020 u(cm)100-1048121620time(sec)住宅制振構造の研究と開発

層せん断力ー層間変形関係 ～既存+既存～
神戸0.2g(1回目)

神戸0.6g

F(kN) 40F(kN) 40

WP-WP-1/120rad.

1/120rad.

-12

12 -12u(cm)神戸0.2g(2回目)
F(kN) 40

12 -12u(cm)
-40

-40

12u(cm)-40

10 u(cm)
0-10

48121620time(sec)住宅制振構造の研究と開発

層せん断力ー層間変形関係 ～制振+制振～神戸0.2g(1回目)
神戸0.2g(1回目)
神戸0.2g(1回目)

神戸0.6g神戸0.6g神戸0.6g神戸0.2g(2回目)
神戸0.2g(2回目)

F(kN) 40

F(kN) 40

F(kN) 40

FK-FK-1212 -12u(cm)12 -12u(cm)-40-4012u(cm)-4010 u(cm)0-1048121620time(sec)住宅制振構造の研究と開発

開口部を強くする方杖型ダンパー

鋼管（φ42.7×2.3 mm ）内使いL型（2個）

粘弾性ダンパー（スチレン系）

粘弾性体

鋼管（厚さ 2 mm - 380 ） （φ34×2.3 mm ）

ブラケット
補強柱
105 mm角柱 2本
表裏とも
鋼板 2.3 mm
2500×210
ビス 42本 6-75 @ 250 mm

２Ｐの場合

ダンパー断面

ビス止め

ピン

粘弾性体

内使いL型（2個）

１Ｐ＋既存壁１Ｐの場合（VB 試験体）

ピン

ビス止め

ダンパー部立面Tokyo Institute of Technology

住宅制振構造の研究と開発

制振化

方杖型
粘弾性ダンパー

神戸地震で多発した木質住宅の捩れ崩壊を防止する制振技術：
ガレージなど開口部をもつ住宅・実大部分架構への制振ダンパー装着による捩れ防止の実験捩れ振動比較
非制振垂れ壁方杖ダンパー有り

方杖ダンパー

補強柱住宅制振構造の研究と開発（５） 振動台実験：２層 ー１３体・３構面のうち中央構面に耐震壁または制振壁・内外装材を追加（外側構面）

住宅制振構造の研究と開発

試験体一覧（７体、内外装材有り）
架構番号
試験体名
中央構面

2層
1層

外側 内側
構面 外側

2層ホールダウン反力

接合部
左上
1-FW-/FW-FW(摩擦+合板)×1(壁倍率6+3.6)×1(摩擦+合板)×2(壁倍率6+3)×2-

接合部 右上423
5-F-/F-F(S+G)-1.2W-/W-W(S+G)-V-/V-V(S)-V-/V-V(G)-V-/V-V(S+G)-V-/V-V(M)
摩擦ダンパー×1
合板×1
粘弾性ダンパー×1 粘弾性ダンパー×1 粘弾性ダンパー×1 粘弾性ダンパー×1
壁倍率6×1
壁倍率3.6×1 制振壁一枚
壁倍率5×1
壁倍率5×1
壁倍率5×1
壁倍率5×1
摩擦ダンパー×2
合板×2
粘弾性ダンパー×2 粘弾性ダンパー×2 粘弾性ダンパー×2 粘弾性ダンパー×2
壁倍率6×2
壁倍率3×2
壁倍率5×2
壁倍率5×2
壁倍率5×2
壁倍率5×2
石膏ボード
石膏ボード
石膏ボード
石膏ボード
窯業系サイディング 窯業系サイディング 窯業系サイディング
窯業系サイディング
モルタル外壁

中央構面

粘弾性ダンパー
接合部 左下外側構面

摩擦ダンパー
接合部 右下

住宅制振構造の研究と開発

試験体一覧
石膏ボード＋窯業系サイディング

石膏ボード
架構番号
1
窯業系サイディング
試験体名-FW-/FW-FW(摩擦+合板)×12層中央(壁倍率6+3.6)×1
構面(摩擦+合板)×2
1層(壁倍率6+3)×2
外側 内側
構面 外側-

4235-F-/F-F(S+G)-1.2W-/W-W(S+G)-V-/V-V(S)-V-/V-V(G)-V-/V-V(S+G)-V-/V-V(M)
摩擦ダンパー×1
合板×1
粘弾性ダンパー×1 粘弾性ダンパー×1 粘弾性ダンパー×1 粘弾性ダンパー×1
壁倍率6×1
壁倍率3.6×1
壁倍率5×1
壁倍率5×1
壁倍率5×1
壁倍率5×1
摩擦ダンパー×2
合板×2
粘弾性ダンパー×2 粘弾性ダンパー×2 粘弾性ダンパー×2 粘弾性ダンパー×2
壁倍率6×2
壁倍率3×2
壁倍率5×2
壁倍率5×2
壁倍率5×2
壁倍率5×2
石膏ボード
石膏ボード
石膏ボード
石膏ボード
窯業系サイディング 窯業系サイディング 窯業系サイディング窯業系サイディング
モルタル外壁

外側構面なし中央構面

石膏ボード＋
窯業系サイディング

外側構面

モルタル

非制振と制振の比較 （0.83g 神戸波）
非制振制振

住宅制振構造の研究と開発

実験結果（層せん断力－層間変形）
Kobe0.2g
2
層合板

1.2
1

12WP - 1.2WP

1
層合板

Kobe0.6g

30 F2[kN]

30 F2[kN]

30-60-3030 F1[kN]603030-3030 F1[kN]

u1[mm]-6060

u1[mm]-3030-30-3030 F2[kN]

30 F2[kN]

30 F2[kN]
u2[mm]

u2[mm]
30-60-3030 F1[kN]

6030-30u2[mm]-30-3030 F1[kN]

30-3030 F1[kN]

u1[mm]

u1[mm]+1
層合 粘 -30
2VW - VW 板 弾性-30-30+2
層合 粘 -30板 弾性u2[mm]-30
30 F1[kN]

u1[mm]-30

30 F2[kN]
u2[mm]

u2[mm]-30

Kobe0.2g 2回目-6060-30

1/120

u1[mm]-30

30-30

住宅制振構造の研究と開発

実験結果（層せん断力－層間変形）
Kobe0.83g

内外装無-V-/V-V

内外装有-V-/V-V
(S+G)

２
層粘弾性
１
層粘弾性
２
層粘弾性
１
層粘弾性

Kobe1.08g

30 F2[kN]
u2[mm]
60-60-30
50 F1[kN]

u1[mm]
60-60-50
30 F2[kN]

30 F2[kN]
u2[mm]
60-60-60-30
50 F1[kN]-30
50 F1[kN]
u1[mm]
60-60-501/120

u2[mm]
60

u1[mm]
60-60-501/120

住宅制振構造の研究と開発

ダンパー部の更なる改良
・市販の短い鋼管（3個程度）にドリル等で円孔をあけて並べる
・中小地震では弾性で硬く抵抗する。
大地震では塑性変形し、地震エネルギーを吸収する。
柱取付部
ﾌﾞﾚｰｽ
取付部
ダン
パー
取付部

力[kN]

403020100-30-20-10-10-20-300102030

変形[mm]-40

輪切りした鋼管

ダンパーの荷重変形履歴

住宅制振構造の研究と開発

エネルギー吸収性能を高める理論・理論的に全断面を同時に降伏させ、損傷集中を避ける
・加工無しに対し、エネルギー吸収量は約20倍、剛性・降伏力の低下は約10%・従来品は理想形状再現の加工費大で製造コストが高い従来品理論に基く加工加工無し
平面

立面

平面

変形後(塑性化)

端部のみ変形大⇒ 早期に破断

全体が均一に変形⇒ ｴﾈﾙｷﾞｰ吸収大

H形要素(ダンパー)

柱立面

ビス

住宅制振構造の研究と開発

新しいダンパー部の開発
・H形要素から角形鋼管に変更することで塑性断面を倍増させる

強制変形・ドリル等による簡易加工が可能な形状に変更することで製造コストを下げる

ダンパー部を半分にカットして実験！

カット

平行移動装置（ﾊﾟﾝﾀｸﾞﾗﾌ）

試験体

住宅制振構造の研究と開発

実験結果

孔が小さいと治具との接合部分で破断NG孔が大きいと塑性断面がエネルギーOK！
を吸収後に破断する。
ただし孔が大きすぎると剛性・耐力も低下する
最適な孔のサイズを提案

住宅制振構造の研究と開発

要求寸法を決定B
0.06L以上
L

φ

φ≧L

2L
1+B - 3t

0.05B+1.35t以上

要求寸法をまとめて特許化に成功！

上面の孔下面の孔t今後の展望と企業への期待
更なる実用化への展開！
・すでに本特許技術を用いた制振壁を開発し、１０社程度が販売を進めている。
ただし、非独占的通常実施権許諾の形態であり、高性能なダンパーをもっと市場に広めたい。
・提案したダンパーを使用する制振壁の開発に期待する。開発に際しては、これまでの研究実績に基づき、かつ、今後の規準整備や市場の展望を見据えたアドバイスが可能。
・安価で高性能なダンパーを世の中に広め、世の中の住宅の耐震性向上に役立てる！

産学連携・開発の経歴• 2000年頃からの大学における基礎研究• 2003年 国交省プロジェクト採択（事後評価：オールA）
民間企業３社＋建築研究所との制振壁共同開発• 2005年 J社の制振壁開発に協力• 2008年 T社との東工大特許技術を用いた制振壁開発• 2015年 F社との東工大特許技術を用いた制振壁開発• 2016年 S社との制振壁開発（特許取得）• 2016年 C社への制振壁開発アドバイス

本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：ダンパー体およびダンパー体の製造方法• 出願番号 ：特願2016-161350• 出願人：東京工業大学
• 発明者：笠井和彦、松田和浩

お問い合わせ先
東京工業大学
研究・産学連携本部
ＴＥＬ ： 03-5734-2445
ＦＡＸ ： 03-5743-2482
e-mail : sangaku@sangaku.titech.ac.jp