JP2009079718A - 制震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揺れに対して優れた反応性および減衰性を発揮することのできる制震装置を提供すること。
【解決手段】制震装置１は、鉛直方向にて互いに対向する１対の上側基台２および下側基台３と、上側基台２と下側基台３との間に位置するとともに、平面視にて四角形の各角部に対応する位置に設けられた４つの制震部４〜７とを有している。各制震部４〜７は、上側基台２の固定された上側部材と、下側基台３に固定された下側部材と、上側部材と下側部材との間に設けられた変位部材とを備え、各制震部４〜７における変位部材のうちの、四角形の一方の対角線上にある２つの制震部５、６の変位部材は、略球状をなすボール部材５１、５２で構成され、他方の対角線上にある２つの制震部４、７の変位部材は、上面と下面とがそれぞれ湾曲凸面で構成された円盤状の円盤部材４３、７３で構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、制震装置に関するものである。

従来から、地震による建築物の崩壊を防止する制震装置として、例えば特許文献１に示されているような、建築物に固定される上側ベアリングプレートと、コンクリート等の基礎に固定される下側ベアリングプレートと、これらの間の空間に受容されるように構成されたボールとを備えるアイソレーションベアリングアセンブリが知られている。

このようなアイソレーションベアリングアセンブリは、例えば地震が発生すると、上側ベアリングプレートと下側ベアリングプレートとが相対的に横移動し、それに伴ってボールが転動することで、基礎から建築物への揺れの伝達を抑制するように作動する。

しかし、このアイソレーションベアリングアセンブリは、転動性に優れるボール部材を用いているため、地震の揺れに対する応答性（反応性）には優れるが、減衰性に乏しく、いったん上側ベアリングプレートと下側ベアリングプレートとの相対的な横移動が発生してしまうと、その横移動（揺れ）が収まり難いといとう問題がある。

特開２００２−２６６９３３号公報

本発明の目的は、揺れに対して優れた反応性および減衰性を発揮することのできる制震装置を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
（１） 鉛直方向から見たときに、四角形の各角部に対応する位置に設けられた少なくとも４つの制震部を有し、
前記各制震部は、鉛直方向にて互いに対向する１対の上側部材および下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に設けられ、前記上側部材と前記下側部材との横方向への相対的な移動に伴って変位する変位部材とを備え、
前記各制震部における前記変位部材のうちの前記四角形の一方の対角線上にある２つの変位部材は、略球状をなすボール部材で構成され、他方の対角線上にある２つの変位部材は、その上面と下面とがそれぞれ湾曲凸面で構成された円盤状の円盤部材で構成されていることを特徴とする制震装置。

（２） 鉛直方向にて互いに対向する１対の上側基台および下側基台を有し、
前記各制震部は、前記上側基台と前記下側基台との間に位置し、
前記各制震部の前記上側部材は、前記上側基台に固定もしくは接触しており、
前記各制震部の前記下側部材は、前記下側基台に固定もしくは接触している上記（１）に記載の制震装置。

（３） 前記上側部材の下面と前記下側部材の上面とは、それぞれ湾曲凹面を構成し、この湾曲凹面が前記変位部材と接触している上記（１）または（２）に記載の制震装置。

（４） 前記円盤部材の前記上面の平均曲率半径は、前記上側部材の前記湾曲凹面の平均曲率半径よりも小さく、前記円盤部材の前記下面の平均曲率半径は、前記下側部材の前記湾曲凹面の平均曲率半径よりも小さい上記（３）に記載の制震装置。

（５） 前記円盤部材の前記上面と前記下面との形状は、対称性を有している上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の制震装置。

（６） 前記円盤部材の前記上面と前記下面とは、それぞれ、中央部と縁部との曲率半径が異なる非球面で構成されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の制震装置。

（７） 前記円盤部材の最大厚さをＴ_１とし、前記ボール部材の直径をＤ_１としたとき、Ｄ_１は、０．８Ｔ_１〜１．１Ｔ_１の範囲を満足する上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の制震装置。

（８） 前記各ボール部材の周囲を覆うように設けられたリング状をなす弾性部材を有している上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の制震装置。

（９） 前記弾性部材の上面の少なくとも一部が前記上側部材の前記下面に圧接しており、前記弾性部材の下面の少なくとも一部が前記下側部材の前記上面に圧接している上記（８）に記載の制震装置。

（１０） 前記弾性部材の内径をＤ_２とし、前記ボール部材の直径をＤ_１としたとき、１Ｄ_１≦Ｄ_２≦２Ｄ_１の範囲を満足する上記（８）または（９）に記載の制震装置。

（１１） 前記ボール部材の直径をＤ_１とし、前記弾性部材の最大厚さをＴ_２としたとき、Ｔ_２は、０．８Ｄ_１〜１．２Ｄ_１の範囲を満足する上記（８）ないし（１０）のいずれかに記載の制震装置。

（１２） 前記弾性部材は、発泡ゴムで形成されている上記（８）ないし（１１）のいずれかに記載の制震装置。

（１３） 前記弾性部材のゴム硬度は、３０〜９０である上記（１２）に記載の制震装置。

（１４） 前記弾性部材は、形状、寸法または材質の異なる他の弾性部材と交換可能である上記（８）ないし（１３）のいずれかに記載の制震装置。

本発明によれば、２つの制震部においてボール部材を用いることにより、小さい揺れを効率的に吸収することができるとともに、他の２つの制震部において円盤部材を用いることにより、比較的大きな揺れを効率的に吸収し、優れた減衰性を発揮することができる。

これにより、揺れの強さに影響されずに、揺れを効率的に吸収することができるとともに、揺れが収まった後は、速やかに上側部材と下側部材との相対的な移動を停止させることができる。

特に、ボール部材を用いた制震部が一方の対角線状上にあり、円盤部材を用いた制震部が他方の対角線状にあるため、３６０度いかなる方向からの横揺れが発生しても、上側基台と下側基台とを極めて円滑に相対的に移動させることができる。通常、揺れ（例えば、地震）の方向は、予測することができない。そのため、３６０度いかなる方向からの横揺れに対しても優れた制震特性を発揮することができる本発明の制震装置は、優れた利便性を発揮する。

また、ボール部材の外周を囲むようにリング状の弾性部材を設けた場合には、さらに減衰性が向上し、優れた制震特性を発揮することができる。

また、弾性部材を形状、寸法または材質の異なる他の弾性部材と交換可能とした場合には、制震装置で、特に効率的に吸収することのできる揺れの強度、周期を調整することができる。これにより、制震装置の利便性が向上する。

以下、本発明の制震装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の制震装置の第１実施形態を説明する。

図１は、本願発明の制震装置の第１実施形態を示す模式的斜視図、図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図１中Ａ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図、図３は、図１に示す制震装置の模式的平面図、図４は、図２に示す制震部の作動を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１、図２、図４の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。また、図１中に示すように、互いに直交する３軸を、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」といい、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」といい、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。

制震装置１は、例えば、工場で用いられるような大型機械、サーバなどのコンピュータ機器等（以下、単に「制震対象物」とも言う）と、建築物の床や地面との間に配置して使用し、例えば、地震、使用者や物との接触、車の通過や周辺での工事に伴う地響きなどの揺れ（以下、単に「揺れ」とも言う）を吸収する装置である。

図１に示すように、本発明の制震装置１は、全体として板状をなしている。また、制震装置１の外形は、Ｘ−Ｙ平面において、四角形状をなしている。

このような制震装置１は、鉛直方向にて互いに対向する上側基台２および下側基台３と、上側基台２と下側基台３との間に設けられた４つの制震部４〜７を備えている（図１、２参照）。

以下、上側基台２、下側基台３および制震部４〜７について、順次詳述する。
図１に示すように、上側基台２は、全体として板状をなしている。また、上側基台２の外形は、Ｘ−Ｙ平面において、四角形状をなしている。

本実施形態の上側基台２は、Ｘ方向に間隔を隔てて並設された１対の板部材２１、２２と、板部材２１と板部材２２とを連結固定する１対の棒状の連結具２３、２４とで構成されている。

連結具２３は、例えば螺合によって板部材２１と板部材２２とに固定されている。連結具２３は、１対の板部材２１、２２のＸ軸方向での離間距離（図１中Ｌ３）を調整可能に構成されていることが好ましい。これにより、制震部４と制震部６との離間距離および制震部５と制震部７との離間距離をそれぞれ調整することができる。

このような連結具２３としては、例えば、その長手方向に沿って複数の孔が形成されていて、この複数の孔のうちから前記螺合に用いるボルトを挿通する孔を適宜選択することにより、離間距離Ｌ３を調整するものであってもよい。また、前記複数の孔に代えて、長手方向に延在する長孔が形成されていてもよい。この長孔によれば、離間距離Ｌ３を無段階に調整することができる。

図２に示すように、上側基台２の下面には、４つの凹部２５〜２８が形成されている。このような凹部２５〜２８は、Ｘ−Ｙ平面にて、四角形の４つの角に対応するように位置している。

具体的には、板部材２１の下面であってＹ軸方向の両端部に凹部２５、２６が形成されていて、板部材２２の下面であってＹ軸方向の両端部に凹部２７、２８が形成されている。

このような凹部２５には、後述する上側部材４１が嵌め込まれている。これと同様に、凹部２６には、後述する上側部材５１が嵌め込まれており、凹部２７には、後述する上側部材６１が嵌め込まれており、凹部２８には、後述する上側部材７１が嵌め込まれている。

以上のような上側基台２（つまり、板部材２１、２２および連結具２３、２４）の構成材料としては、上側基台２上に配設される制震対象物を支持することができれば特に限定されず、例えば、各種鉄材、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮、チタン、ニッケル等の各種金属または合金を好適に用いることができる。

次に、下側基台３について説明するが、下側基台３は、前述した上側基台２と同様の構成を有しているため、下側基台３については、簡単に説明する。

図１に示すように、本実施形態の下側基台３は、Ｘ方向に間隔を隔てて並設された１対の板部材３１、３２と、板部材３１と板部材３２とを連結固定する１対の連結具３３、３４とで構成されている。

図２に示すように、下側基台３の上面には、４つの凹部３５〜３８が形成されている。
凹部３５、３６は、それぞれ板部材３１の上面に形成されている。また、凹部３５は、凹部２５に対向するように形成されており、凹部３６は、凹部２６に対向するように形成されている。

凹部３７、３８は、それぞれ板部材３２の上面に形成されている。また、凹部３７は、凹部２７に対向するように形成されており、凹部３８は、凹部２８に対向するように形成されている。

凹部３５には、後述する下側部材４２が嵌め込まれており、これと同様に、凹部３６には、後述する下側部材５２が嵌め込まれており、凹部３７には、後述する下側部材６２が嵌め込まれており、凹部３８には、後述する下側部材７２が嵌め込まれている。

以上のような下側基台３（つまり、板部材３１、３２および連結具３３、３４）の構成材料としては、前述した上側基台２の構成材料と同様であるため、その説明を省略する。また、連結具３３、３４についても、連結具２３と同様の構成であるため、その説明を省略する。

次に、制震部４〜７について詳細に説明する。
図２に示すように、制震部４は、凹部２５と凹部３５との間に設けられている。これと同様に、制震部５は、凹部２６と凹部３６との間に設けられており、制震部６は、凹部２７と凹部３７との間に設けられており、制震部７は、凹部２８と凹部３８との間に設けられている。

また、図３に示すように、制震部４〜７は、Ｘ−Ｙ平面において、四角形（略正方形）の４つの角部に対応するように位置している。また、前記四角形の一方の対角線上に制震部４、７が位置しており、他方の対角線状に制震部５、６が位置している。なお、図３では、説明の便宜上、上側基台２の図示を省略している。

なお、本実施形態では、前記四角形は、略正方形であるが、前記四角形としては、四角形であれば特に限定されず、例えば、長方形、ひし形、台形などであってもよい。

以下制震部４〜７の構成について詳細に説明するが、制震部４と制震部７とは同様の構成であり、制震部５と制震部６とは同様の構成で、かつ制震部４とは異なる構成であるため、制震部４と制震部５について代表して説明し、制震部６と制震部７については、その説明を省略する。

図２に示すように、制震部４は、前述した上側部材４１および下側部材４２と、上側部材４１と下側部材４２との間に設けられた円盤部材４３とで構成されている。上側部材４１と下側部材４２とは、Ｚ軸方向（鉛直方向）にて互いに対向している。

上側部材４１は、板状をなしている。また、上側部材４１は、Ｘ−Ｙ平面にて、略正方形状をなしている。このような上側部材４１は、前述したように上側基台２の凹部２５に嵌め込まれていて、例えば、嵌合、螺合、接着、溶着等により凹部２５に固定（接合）されている。

上側部材４１の下面（下側部材４２側の面）の中央部には、外形が略円状をなす皿状の湾曲凹面４１１が形成されている。このような湾曲凹面４１１は、中央部と縁部との曲率半径が異なる非球面で構成されている。具体的には、湾曲凹面４１１の曲率半径は、その中央部から縁部に向けて漸減している。

上側部材４１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種鉄材、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮、チタン、ニッケル等の各種金属または合金や、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物系セラミックスなどの各種セラミックスなどを好適に用いることができる。

下側部材４２は、前述したように下側基台３の凹部３５に嵌め込まれていて、例えば、嵌合、螺合、接着、溶着等により凹部３５に固定されている。このような下側部材４２は、上側部材４１と同様の構成をなしている。

つまり、下側部材４２の上面の中央部には、外形が略円状をなす皿状の湾曲凹面４２１が形成されている。湾曲凹面４２１は、湾曲凹面４１１の形状と対称性を有している。言い換えれば、湾曲凹面４２１は、湾曲凹面４１１と同一形状、同一寸法をなしている。

このような下側部材４２の構成材料としては、前述した上側部材４１の構成材料と同様であるため、その説明を省略する。

円盤部材４３は、例えば、地震等の揺れによる上側部材４１と下側部材４２との横方向への相対的な移動に伴って変位するように設けられている。

円盤部材４３の外形は、Ｘ−Ｙ平面において略円状をなしている。また、円盤部材４３は、その上面４３１と下面４３２とがそれぞれ湾曲凸面で構成されている。各湾曲凸面（上面４３１および下面４３２）は、中央部と縁部との曲率半径が異なる非球面で構成されている。具体的には、各湾曲凸面の曲率半径は、その中央部から縁部に向けて漸減している。また、上面４３１と下面４３２とは同一形状、同一寸法をなしている。つまり、上面４３１と下面４３２の形状は対称性を有している。これにより、円盤部材４３の転動性が向上する。なお、円盤部材４３は、略碁石状をなしているともいえる。

また、上面４３１の平均曲率半径は、上側部材４１の湾曲凹面４１１の平均曲率半径よりも小さく、下面４３２の平均曲率半径は、下側部材４２の湾曲凹面４２１の平均曲率半径よりも小さくなっている。これにより、円盤部材４３を湾曲凹面４１１、４２１に対して点接触させることができ、円盤部材４３の転動性が向上する。

このような円盤部材４３の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種鉄材、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮、チタン、ニッケル等の各種金属または合金や、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物系セラミックスなどの各種セラミックスを好適に用いることができる。

なお、円盤部材４３としては、本実施形態のものに限定されず、例えば、内部が中空であってもよいし、内部に硬質樹脂材料で構成された芯材などが埋設されていてもよい。

次に、制震部５について説明する。
図２に示すように、制震部５は、前述した上側部材５１および下側部材５２と、上側部材５１および下側部材５２との間に設けられたボール部材５３とで構成されている。

上側部材５１は、前述した上側部材４１と同様の構成である。つまり、上側部材５１に下面には、皿状の湾曲凹面５１１が形成されている。湾曲凹面５１１の形状については、湾曲凹面４１１と同様である。

下側部材５２は、前述した下側部材４２と同様の構成である。つまり、下側部材５２に下面には、皿状の湾曲凹面５２１が形成されている。湾曲凹面５２１の形状については、湾曲凹面４２１と同様である。

このような上側部材５１および下側部材５２の構成材料としては、前述した上側部材４１の構成材料と同様であるため、その説明を省略する。

ボール部材５３は、上側部材５１と下側部材５２との横方向への相対的な移動に伴って変位するように設けられている。

このようなボール部材５３の曲率半径は、湾曲凹面５１１（湾曲凹面５２１）の平均曲率半径よりも大きい。そして、ボール部材５３は、湾曲凹面５１１と湾曲凹面５２１とに、それぞれ点接触している。

また、図２に示すように、ボール部材５３の直径をＤ_１とし、円盤部材４３の最大厚さをＴ_１としたとき、Ｄ_１は、０．８Ｔ_１〜１．１Ｔ_１の範囲を満足することが好ましく、０．９Ｔ_１〜１．０Ｔ_１の範囲を満足することがより好ましい。これにより、制震装置１は、より優れた制震特性を発揮することができる。

以上のようなボール部材５３の構成材料としては、前述した円盤部材４３の構成材料と同様であるため、その説明を省略する。

以上のような構成の制震装置１は、例えば、以下の様にして作動し揺れを吸収する。
なお、以下では、説明の便宜上、Ｘ軸方向の揺れが発生した場合について説明する。また、制震部４と制震部５の作動と、制震部６と制震部７の作動は、互いに同様であるため、制震部４と制震部５の作動について代表して説明し、制震部６と制震部７の作動については、その説明を省略する。

また、制震部４は、Ｚ軸方向にて対称的に構成されているため、円盤部材４３の下面４３２と湾曲凹面４２１との接触位置などの関係について代表して説明し、上面４３１と湾曲凹面４１１との関係については、その説明を省略する。

制震装置１は、前述したように、制震対象物と建築物の床との間に配置して使用されるものである。この際、制震対象物と上側基台２とを螺合などにより固定してもよいし、固定しなくてもよい。同様に、床と下側基台３とを固定してもよいし、固定しなくてもよい。

そして、外力が付与されていない自然状態においては、図４（ａ）に示すように、円盤部材４３の下面４３２の中心Ｐ１が湾曲凹面４２１の中心と点接触している。一方、ボール部材５３は、湾曲凹面４１１、４２１の中心と点接触している。

この状態にて、比較的小さい揺れが発生すると、例えば、図４（ｂ）に示すように、下側基台３が下側部材４２、５２とともに右方向へ移動する。この移動に伴って、制震部４では、円盤部材４３が反時計まわりに転動し、下面４３２の湾曲凹面４２１に対する接触位置が、Ｐ１から左側に若干ずれたＰ１’に移動する。

一方、制震部５では、ボール部材５３が反時計回りに転動し、湾曲凹面５２１の中心から左側にずれた位置に移動する。

制震装置１は、このような円盤部材４３およびボール部材５３のそれぞれの転動により、比較的小さい揺れを吸収する。

特に、制震装置１は、転動性に優れるボール部材５３を用いた制震部５を備えているため、小さい揺れに対する反応性（応答性）に優れ、小さい揺れを効果的に吸収することができる。

図４（ｂ）に示すように、制震部５では、揺れが大きくなるにつれて、ボール部材５３の湾曲凹面５２１の左側への転動が増す。

一方、制震部４では、揺れが大きくなるにつれて、円盤部材４３の傾きθが大きくなり、これに伴って、下面４３２の湾曲凹面４２１に対する接触位置が、下面４３２の中心から縁に向けて移動する。

ここで、円盤部材４３の下面４３２は、中心から縁に向けて曲率半径が減少しているため、下面４３２の湾曲凹面４２１に対する接触位置が中心から縁に向けて移動していくにつれ、円盤部材４３の転動性が悪化していく（つまり、転動しにくくなる）。

そして、揺れの強さが所定値以上に到達し、例えば、図４（ｃ）に示すように、下面４３２の湾曲凹面４２１に対する接触位置が、下面４３２の縁部に位置するＰ１”となったときに、円盤部材４３は、それ以上転動することができなくなり、下面４３２が湾曲凹面４２１に対して摺動し始める。

制震装置１は、このようなボール部材５３の転動と、円盤部材４３の摺動により、比較的大きな揺れを吸収する。

ここで、円盤部材４３の前記摺動は、円盤部材４３と湾曲凹面４１１、４２１との間に摩擦抵抗を発生させる。そして、この摩擦抵抗が揺れに対する抵抗力となり、優れた減衰性を発揮する。

以上より、制震装置１は、ボール部材５３および円盤部材４３の相乗効果により、比較的小さい揺れから比較的大きい揺れまでを効果的に吸収することができるとともに、揺れがおさまった後に速やかに自然状態に復帰することができる。その結果、制震装置１は、優れた制震特性（揺れに対する反応性、減衰性）を発揮する。

なお、説明の便宜上、Ｘ軸方向の揺れについて代表して説明したが、３６０度いずれの向きの横揺れ（つまり、Ｙ軸方向の揺れ、Ｘ軸方向とＹ軸方向とが合成された方向の揺れ）が発生しても、制震装置１が前述したような作動をすることは言うまでもない。

具体的には、制震装置１は、Ｘ−Ｙ平面にて、ボール部材５３、６３を用いた制震部５、６が一方の対角線状上に位置し、円盤部材４３、７３を用いた制震部４、７が他方の対角線状に位置するように構成されている。言い換えれば、制震装置１は、Ｘ−Ｙ平面にて、制震装置１を図１中右側から見た場合、図１中左側から見た場合、図１中紙面手前側から見た場合および図１中紙面奥側から見た場合の、いずれの場合にも、ボール部材を用いた制震部と円盤部材を用いた制震部とが並設するように構成されている。

これにより、Ｘ−Ｙ平面にて、３６０度いずれの向きの横揺れが発生しても、制震装置１は、ほぼ同一の作動を行うことができる。その結果、制震装置１は、３６０度いずれの向きの横揺れが発生しても、優れた制震特性を発揮することができる。

ここで、地震の発生を予想することはできず、当然その揺れの方向を予測することもできない。そのため、３６０度いかなる方向からの横揺れが発生しても、当該横揺れを効果的に吸収することができる制震装置１は、優れた制震特性を発揮するとともに、極めて優れた実用性を発揮すると言える。

なお、仮に、制震部４、５についてはボール部材を用い、制震部６、７については円盤部材を用いた場合には、Ｘ軸方向への揺れに対しては、優れた制震特性を発揮するが、それ以外の方向（特に、Ｙ軸方向）の揺れに対しては、制震装置１上に配設された制震対象物の重さや揺れの周波数などによっては、上側基台２と下側基台３との相対的な横移動が不均一になってしまい、優れた制震特性を発揮することができない。そのため、このような制震装置は、実用性が極めて乏しい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の制震装置の第２実施形態を説明する。

図５は、本願発明の制震装置の第２実施形態を示す模式的平面図、図６は、図５に示す制震装置の部分拡大断面図、図７は、ボール部材と弾性部材とを示す模式的拡大図、図８は、図５に示す制震部の作動を示す図、図９は、図５に示す制震装置が設置されるビルを示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図６〜８の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。

以下、第２実施形態の制震装置１Ａについて、前述した第１実施形態の制震装置１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

本発明の第２実施形態にかかる制震装置１は、制震部５Ａ、６Ａの構成が異なる以外は、第１実施形態の制震装置１とほぼ同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図５は、制震装置１Ａの上面図であるが上側基台２および上側部材５１〜７１の図示を省略している。この図に示すように、Ｘ−Ｙ平面にて、制震部４、５Ａ、６Ａ、７は、四角形（略正方形）の４つの角部に対応する位置に設けられている。

また、前記四角形の一方の対角線上に制震部５Ａ、６Ａがあり、他方の対角線上に制震部４、７がある。

以下、制震部５Ａ、６Ａの構成について説明するが、制震部５Ａ、６Ａは互いに同様の構成であるため、制震部５Ａについて代表して説明し、制震部６Ａについては、その説明を省略する。

図６に示すように、制震部５Ａは、互いに対向する上側部材５１および下側部材５２と、上側部材５１と下側部材５２との間に設けられたボール部材５３と、ボール部材５３の周囲（外周）を囲むように設けられたリング状の弾性部材５４Ａとで構成されている。

上側部材５１、下側部材５２およびボール部材５３の具体的な構成については、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略し、以下では、弾性部材５４Ａについてのみ詳述する。

弾性部材５４Ａは、地震等の揺れにより上側部材５１と下側部材５２とが横方向へ相対的に移動した場合に、湾曲凹面５１１、５２１のそれぞれに対して摺動するように設けられている。そして、この摺動により発生した摩擦抵抗によって、揺れを吸収するとともに、揺れが収まった後に、速やかに自然状態に復帰させる。

図６に示すように、弾性部材５４Ａの上面５４１Ａは、湾曲凹面５１１に圧接している。同様に、弾性部材５４Ａの下面５４２Ａは、湾曲凹面５２１に圧接している。

弾性部材５４Ａは、弾性を有しているため、弾性部材５４Ａの上面５４１Ａは、湾曲凹面５１１に対応する形状に弾性変形しており、下面５４２Ａは、湾曲凹面５２１に対応する形状に弾性変形している。

ここで、弾性部材５４Ａの内径をＤ_２とし、ボール部材５３の直径をＤ_１としたとき、Ｄ_２は、１Ｄ_１≦Ｄ_２≦２Ｄ_１の範囲を満足することが好ましい。これにより、上側部材５１と下側部材５２とが横方向へ相対的に移動した場合に、弾性部材５４Ａが上側部材５１と下側部材５２との間から離脱したり、ボール部材５３が弾性部材５４Ａの内側から飛び出したりすることを効果的に防止することができるとともに、優れた制震特性を発揮することができる。

図７に示すように、本実施形態では、弾性部材５４Ａの内径は、ボール部材５３の直径よりも大きく、弾性部材５４Ａの内周面とボール部材５３の外周面との間には、間隙Ｇが形成されている。このような空隙Ｇを形成することで、弾性部材５４Ａの内側（つまり、内周面で形成された空間内）でのボール部材５３の転動が許容される。制震装置１は、このようなボール部材５３の転動により、小さい揺れを効率的に吸収することができる。

これに対して、弾性部材５４Ａの内径がボール部材５３の直径とほぼ等しく、弾性部材５４Ａの内周面とボール部材５３の外周面とが接触するよう設けられている場合には、弾性部材５４Ａの内側でのボール部材５３の転動を抑制することができる。このような構成によれば、例えば、前述したような間隙Ｇが形成されている場合と比較して、特に吸収することのできる揺れの強さが、大きい方向へシフトする。

つまり、間隙Ｇが形成されている場合には、比較的小さい揺れを特に効率的に吸収することができ、間隙Ｇが形成されていない場合には、比較的大きい揺れを特に効率的に吸収することができる。

また、弾性部材５４Ａの最大厚さをＴ_２としたとき、Ｔ_２は、０．８Ｄ_１〜１．２Ｄ_１の範囲を満足することが好ましく、０．９Ｄ_１〜１．１Ｄ_１の範囲を満足することがより好ましい。これにより、弾性部材５４Ａを湾曲凹面５１１、５２１に圧接させることができる。その結果、弾性部材５４Ａの摺動により発生する摩擦抵抗を比較的大きくすることができる。

このような弾性部材５４Ａは、ゴム材料で構成されている。このようなゴム材料としては、特に限定されず、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどが挙げられる。

特に、弾性部材５４Ａは、このようなゴム材料を発泡処理した発泡ゴムで構成されていることが好ましい。これにより、弾性部材５４Ａの摺動によって発生する摩擦抵抗をより大きくすることができ、制震部５Ａの制震特性が向上する。

弾性部材５４Ａのゴム硬度（ＪＩＳ、Ｋ６３０１におけるＪＩＳ−Ａ硬度）は、制震装置１Ａ上に配設される制震対象物の総重量や、特に吸収したい揺れの強度、周期によっても異なるが、３０〜９０であることが好ましく、４０〜６０であることがより好ましい。これにより、上側部材５１と下側部材５２とが横方向へ相対的に移動した際に、弾性部材５４Ａは、適度な弾力で弾性変形しながら湾曲凹面５１１、５２１に対して摺動する。その結果、弾性部材５４Ａの前記摺動により発生する摩擦抵抗を大きくすることができ、優れた制震特性を発揮することができる。

また、弾性部材５４Ａは、形状、寸法または材質の異なる他の弾性部材と交換可能となっている。このように、形状、寸法または材質の異なる弾性部材を適宜選択することにより、特に吸収したい揺れの強度や周期を容易に変更・調整することができる。その結果、制震装置１Ａの利便性が極めて向上する。

以上のような構成の制震装置１Ａは、次のようにして揺れを吸収する。
なお、以下では、説明の便宜上、Ｘ軸方向の揺れが発生した場合について説明する。また、制震部４と制震部７の作動は互いに同様であり、制震部５Ａと制震部６Ａの作動は互いに同様であるため、制震部４と制震部５Ａの作動について代表して説明し、制震部６Ａと制震部７の作動については、その説明を省略する。

制震装置１Ａは、例えば、サーバなどのコンピュータ機器が収納された収納具を螺合により上側基台２に固定するとともに、下側基台３を建築物の床に螺合により固定して使用させるものである。

外力が付与されていない自然状態においては、図８（ａ）に示すように、円盤部材４３の下面４３２の中心Ｐ１が湾曲凹面４２１の中心と点接触している。一方、ボール部材５３は、湾曲凹面４１１、４２１の中心と点接触している。また、弾性部材５４Ａは、その内周面がボール部材５３に対して非接触となるように設けられている。

この状態にて、小さい揺れが発生すると、例えば、図８（ｂ）に示すように、下側基台３が下側部材４２、４３とともに右方向へ移動する。この移動に伴って、制震部４では、円盤部材４３が反時計まわりに転動し、下面４３２の湾曲凹面４２１に対する接触位置が、Ｐ１から左側に若干ずれたＰ１’に移動する。

一方、制震部５Ａでは、ボール部材５３が反時計回りに転動し、湾曲凹面５２１の中心から左側にずれた位置に移動する。

制震装置１Ａは、このような円盤部材４３およびボール部材５３のそれぞれの転動により、比較的小さい揺れを吸収する。

図８（ｂ）に示すように、制震部４では、揺れが大きくなるにつれて、円盤部材４３の傾きθが大きくなり、これに伴って、下面４３２の湾曲凹面４２１に対する接触位置が、下面４３２の中心から縁に向けて移動する。

ここで、円盤部材４３の下面４３２は、中心から縁に向けて曲率半径が減少しているため、下面４３２の湾曲凹面４２１に対する接触位置が中心から縁に向けて移動していくとともに、円盤部材４３の転動性が悪化していく（つまり、転動しにくくなる）。

そして、揺れの強さが所定値以上に到達し、例えば、図８（ｃ）に示すように、下面４３２の湾曲凹面４２１に対する接触位置が、下面４３２の縁部に位置するＰ１”となったときに、円盤部材４３は、それ以上転動することができなくなり、下面４３２が湾曲凹面４２１に対して摺動し始める。これにより、円盤部材４３と湾曲凹面４１１、４２１との間に摩擦抵抗が発生する。

一方、図８（ｂ）に示すように、制震部５Ａでは、揺れが大きくなるにつれて、ボール部材５３の転動量が増大していく。そして、揺れの強さが所定値以上に到達すると、図８（ｃ）に示すように、ボール部材５３が弾性部材５４Ａの内周面に接触し、ボール部材５３の転動が阻止される。これと同時に、ボール部材５３と弾性部材５４Ａとがともに湾曲凹面５１１、５２１に対して摺動を開始する。これにより、弾性部材５４Ａと湾曲凹面５１１、５２１との間に摩擦抵抗が発生する。

制震装置１は、円盤部材４３と弾性部材５４Ａとの摺動によって発生した摩擦抵抗によって、比較的大きい揺れを効果的に吸収する。また、前記摩擦抵抗が揺れに対する抵抗力となり、優れた減衰性を発揮することとなる。特に弾性部材５４Ａは弾性を有していて、湾曲凹面５１１、５２１の形状に追従するように弾性変形するため、前記摩擦抵抗がより大きくなる。

以上より、制震装置１Ａは、ボール部材５３、弾性部材５４Ａおよび円盤部材４３の相乗効果により、比較的小さい揺れから比較的大きい揺れまでを効果的に吸収することができるとともに、揺れがおさまった後に極めて速やかに自然状態に復帰することができる。その結果、制震装置１は、極めて優れた制震特性（揺れに対する反応性、減衰性）を発揮する。

ここで、制震装置１Ａは弾性部材５４Ａを備えているため、例えば、第１実施形態の制震装置１に比べて、より大きい揺れに対して優れた制震特性を発揮する。

なお、説明の便宜上、Ｘ軸方向の揺れについて代表して説明したが、３６０度いずれの向きの横揺れ（つまり、Ｙ軸方向の揺れ、Ｘ軸方向とＹ軸方向とが合成された方向の揺れ）が発生しても、制震装置１Ａが前述したような作動をすることは言うまでもない。

具体的には、Ｘ−Ｙ平面にて、制震装置１Ａを図５中右側から見た場合、図５中左側から見た場合、図５中上側から見た場合および図５中下側から見た場合の、いずれの場合にも、制震装置１Ａは、ボール部材と弾性部材とを用いた制震部と、円盤部材を用いた制震部とが並設するように構成されている。

これにより、Ｘ−Ｙ平面にて、３６０度いずれの向きの横揺れが発生しても、制震装置１Ａは、ほぼ同一の作動を行うことができる。その結果、制震装置１Ａは、３６０度いずれの向きの横揺れが発生しても、優れた制震特性を発揮することができる。

以上説明した制震装置１Ａは、例えば、次のようにして使用する。
弾性部材５４Ａとしては、標準仕様の弾性部材Ａと、弾性部材Ａよりも最大厚さ（つまり、Ｔ１）が厚い弾性部材Ｂ（最大厚さ以外の形状、材質、硬度等は、すべて弾性部材Ａと同一）と、弾性部材Ｂと同一形状かつ同一寸法で、弾性部材Ｂの構成材料よりもゴム硬度の硬いゴム材料で構成された弾性部材Ｃとを選択可能とする。

弾性部材Ｂは、弾性部材Ａよりも最大厚さが厚いため、制震部５Ａに組み込まれた状態では、上側部材５１と下側部材５２とにより、弾性部材Ａよりも強く圧縮されることとなる。そのため、弾性部材Ｂの復元力（自然状態に復帰しようとする力）が、弾性部材Ｂのそれよりも強くなり、弾性部材Ｂの摺動により発生する摩擦抵抗が、弾性部材Ａのそれよりも大きくなる。

弾性部材Ｃは、弾性部材Ｂを構成するゴム材料よりもゴム硬度の高い材料で構成されているため、弾性部材Ｃの復元力が弾性部材Ｂの復元力よりも強くなり、弾性部材Ｃの摺動により発生する摩擦抵抗が弾性部材Ｂのそれよりも大きくなる。

このような条件にて、例えば、制震装置１Ａをパソコンサーバ用の制震装置として、８階建てのビルの各フロアに設置する場合には、以下に示す表１のように弾性部材を選択する。

ここで、図９に示すように、地震によるビルの揺れは高層階に向かうにつれて大きくなる。また、揺れの周期は高層階に向かうにつれて長くなる。

つまり、低層階では、小さい振動を効率的に吸収することのできる制震装置を用いるのが好ましく、高層階に向かえば向かうほど、大きい揺れを吸収することができるとともに、より大きい減衰力を発生することのできる制震装置を用いるのが好ましい。

そのため、表１に示したように、高層階に向かうにつれて、大きい揺れを吸収することができるとともに、より大きい減衰力を発生することのできる弾性部材を選択するようになっている。

また、制震装置１Ａ上に配設される制震対象物の重量が重くなるにつれて、その慣性力が増大する。つまり、制震対象物の重量が重くなるにつれて、より大きい摩擦抵抗を発生させ、より大きい減衰力を発生させることのできる制震装置を用いるのが好ましい。

そのため、表１に示したように、制震対象物の重量が重くなるにつれて、より大きい減衰力を発生することのできる弾性部材を選択するようになっている。

以上説明したように、制震装置１Ａを用いれば、低層階ほど小さい揺れに対する反応性が優れたものとし、高層階ほど大きな揺れに対する制震性および減衰性が優れたものとすることができる。つまり、制震装置１Ａによれば、種々の条件に合った制震特性を発揮することができる。

なお、説明の便宜上、８階建てのビルを挙げて説明したが、当然これに限定されるものではなく、７階以下の建物であってもよいし９階以上の建物であってもよい。

また、選択可能な弾性部材の種類についても、弾性部材Ａ〜Ｃに限定されるものではなく、さらに多数の弾性部材を選択可能となっていてもよい。例えば、弾性部材Ａの内径よりも大きい内径を有する弾性部材Ｄを追加してもよいし、弾性部材Ａの外形よりも大きい外形を有する弾性部材Ｅを追加してもよい。

また、表１では、地上からの高さ（フロアの階数）と制震対象物の重量との組み合わせによって弾性部材Ａ〜Ｃの中から最も適した弾性部材を選択しているが、これに限定されない。例えば、地上からの高さと制震対象物の重量との他に、さらに、建築物の種類（例えば、木造、鉄骨造、鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造）を組み合わせて、弾性部材を選択してもよい。また、これらのうちの１つの条件によって、弾性部材を選択してもよい。

以上、本発明の制震装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、制震装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、前述した実施形態では、上側基台の下面に凹部を形成し、この凹部に制震部の上側部材を嵌め込み固定したものについて説明したが、これに限定されず、上側基台の下面に凹部を形成しなくてもよい。下側基台についても同様である。

また、前述した実施形態では、各制震部の上側部材が上側基台に固定され、各制震部の下側部材が下側基台に固定されているものについて説明したが、これに限定されず、例えば、各制震部の上側部材が上側基台に固定されずに接触しているものであってもよい。下側部材についても同様である。

また、前述した実施形態では、上側基台の下面に凹部を形成し、この凹部に制震部の上側部材を嵌め込み固定したものについて説明したが、これに限定されず、上側基台の下面に凹部を形成しなくてもよい。

また、前述した実施形態では、上側基台と各制震部の上側部材とを別体として形成し、これらを固定したものについて説明したが、これに限定されず、上側基台と上側部材とを一体形成してもよい。下側基台と各制震部の下側部材とについても同様である。

また、制震部の上側部材に形成された湾曲凹面の形状については、前述した実施形態に限定されない。例えば、このような凹面は、湾曲凸面をなす中央部と、中央部と縁とを連結する平坦な傾斜面をなす縁部とで構成されていてもよい。また、上側部材に形成された湾曲凹面の形状は、下側部材に形成された湾曲凹面と対象性を有していなくてもよい。下側部材の湾曲凹面についても同様である。

また、前述した実施形態では、上側基台が１対の板部材と１対の連結具により構成されているものについて説明したが、上側基台の構成は、これに限定されない。例えば、上側基台を１つの板部材で構成してもよいし、４つの制震部に対応するように形成された４つの板部材と、これらを互いに連結する４つの連結具とで構成されていてもよい。下側基台についても同様である。

また、前述した実施形態では、上側基台と下側基台との間に４つの制震部を設けたものについて説明したが、これに限定されず、例えば、上側基台と下側基台とを省略してもよい。この場合には、例えば、連結具によって、各制震部の上側部材を互いに固定し、各制震部の下側部材を互いに固定してもよい。

また、前述した実施形態では、円盤部材の上面と下面の形状が対象性を有するものについて説明したが、これに限定されず、上面と下面の形状が非対象であってもよい。

また、前述した実施形態では、自然状態にて、円盤部材が上側部材と下側部材とに点接触しているものについて説明したが、これに限定されず、例えば、自然状態にて、円盤部材が上側部材と下側部材とに面接触していてもよい。

また、前述した実施形態では、自然状態にて、弾性部材の上面が上側部材の湾曲凹面に圧接し、弾性部材の下面が下側部材の湾曲凹面に圧接しているものについて説明したが、これに限定されず、例えば、自然状態にて、弾性部材の下面が下側部材の湾曲凹面に接触し、弾性部材の上面が上側部材の湾曲凹面に非接触となっていてもよい。

本願発明の制震装置の第１実施形態を示す模式的斜視図である。 図１中Ａ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示す制震装置の模式的平面図 図２に示す制震部の作動を示す図である。 本願発明の制震装置の第２実施形態を示す模式的平面図である。 図５に示す制震装置の部分拡大断面図である。 ボール部材と弾性部材とを示す模式的拡大図である。 図４に示す制震部の作動を示す図である。 図４に示す制震装置が設置されるビルを示す図である。

符号の説明

１、１Ａ 制震装置
２ 上側基台
２１、２２ 板部材
２３、２４ 連結具
２５〜２８ 凹部
３ 下側基台
３１、３２ 板部材
３３、３４ 連結具
３５〜３８ 凹部
４〜７、５Ａ、６Ａ 制震部
４１ 上側部材
４１１ 湾曲凹面
４２ 下側部材
４２１ 湾曲凹面
４３ 円盤部材
４３１ 上面
４３２ 下面
５１ 上側部材
５１１ 湾曲凹面
５２ 下側部材
５２１ 湾曲凹面
５３ ボール部材
５４Ａ 弾性部材
５４１Ａ 上面
５４２Ａ 下面
６１ 上側部材
６２ 下側部材
６３ ボール部材
７１ 上側部材
７２ 下側部材
７３ 円盤部材

Claims (14)

1. 鉛直方向から見たときに、四角形の各角部に対応する位置に設けられた少なくとも４つの制震部を有し、
   前記各制震部は、鉛直方向にて互いに対向する１対の上側部材および下側部材と、前記上側部材と前記下側部材との間に設けられ、前記上側部材と前記下側部材との横方向への相対的な移動に伴って変位する変位部材とを備え、
   前記各制震部における前記変位部材のうちの前記四角形の一方の対角線上にある２つの変位部材は、略球状をなすボール部材で構成され、他方の対角線上にある２つの変位部材は、その上面と下面とがそれぞれ湾曲凸面で構成された円盤状の円盤部材で構成されていることを特徴とする制震装置。
2. 鉛直方向にて互いに対向する１対の上側基台および下側基台を有し、
   前記各制震部は、前記上側基台と前記下側基台との間に位置し、
   前記各制震部の前記上側部材は、前記上側基台に固定もしくは接触しており、
   前記各制震部の前記下側部材は、前記下側基台に固定もしくは接触している請求項１に記載の制震装置。
3. 前記上側部材の下面と前記下側部材の上面とは、それぞれ湾曲凹面を構成し、この湾曲凹面が前記変位部材と接触している請求項１または２に記載の制震装置。
4. 前記円盤部材の前記上面の平均曲率半径は、前記上側部材の前記湾曲凹面の平均曲率半径よりも小さく、前記円盤部材の前記下面の平均曲率半径は、前記下側部材の前記湾曲凹面の平均曲率半径よりも小さい請求項３に記載の制震装置。
5. 前記円盤部材の前記上面と前記下面との形状は、対称性を有している請求項１ないし４のいずれかに記載の制震装置。
6. 前記円盤部材の前記上面と前記下面とは、それぞれ、中央部と縁部との曲率半径が異なる非球面で構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の制震装置。
7. 前記円盤部材の最大厚さをＴ_１とし、前記ボール部材の直径をＤ_１としたとき、Ｄ_１は、０．８Ｔ_１〜１．１Ｔ_１の範囲を満足する請求項１ないし６のいずれかに記載の制震装置。
8. 前記各ボール部材の周囲を覆うように設けられたリング状をなす弾性部材を有している請求項１ないし７のいずれかに記載の制震装置。
9. 前記弾性部材の上面の少なくとも一部が前記上側部材の前記下面に圧接しており、前記弾性部材の下面の少なくとも一部が前記下側部材の前記上面に圧接している請求項８に記載の制震装置。
10. 前記弾性部材の内径をＤ_２とし、前記ボール部材の直径をＤ_１としたとき、１Ｄ_１≦Ｄ_２≦２Ｄ_１の範囲を満足する請求項８または９に記載の制震装置。
11. 前記ボール部材の直径をＤ_１とし、前記弾性部材の最大厚さをＴ_２としたとき、Ｔ_２は、０．８Ｄ_１〜１．２Ｄ_１の範囲を満足する請求項８ないし１０のいずれかに記載の制震装置。
12. 前記弾性部材は、発泡ゴムで形成されている請求項８ないし１１のいずれかに記載の制震装置。
13. 前記弾性部材のゴム硬度は、３０〜９０である請求項１２に記載の制震装置。
14. 前記弾性部材は、形状、寸法または材質の異なる他の弾性部材と交換可能である請求項８ないし１３のいずれかに記載の制震装置。

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