JP2019052454A - 免震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】上下方向の振動を効果的に低減する。【解決手段】上部構造と下部構造との間の免震層に、上端が上部構造に接続され、且つ、下端が下部構造に接続されて上下方向の引張と圧縮の振動を減衰する上下減衰装置であって、引張領域において上端と下端が所定速度で相対変位するときに発生する減衰力が、圧縮領域において上端と下端が所定速度で相対変位するときに発生する減衰力よりも大きい上下減衰装置を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、免震構造に関する。

上部構造と下部構造との間に免震装置（例えば積層ゴムや摩擦支承）を備えた免震構造が知られている（例えば特許文献１参照）。このような免震構造では、建物周期を長周期化することで、水平方向の応答加速度を低減することが出来る。

特開平０９−２４２３８２号公報

しかしながら、上述したような免震構造は、上下方向の応力（特に引張力）に対して耐震構造よりも剛性が小さく、また、上下応答変位・速度が非常に小さいため十分な減衰性能を確保できないことが多い。このため、免震層を介して上下応答が増幅するおそれがあった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その主な目的は、上下方向の振動を効果的に低減することにある。

かかる目的を達成するために本発明の免震構造は、上部構造と下部構造との間の免震層に、上端が前記上部構造に接続され、且つ、下端が前記下部構造に接続されて上下方向の引張と圧縮の振動を減衰する上下減衰装置であって、引張領域において前記上端と前記下端が所定速度で相対変位するときに発生する減衰力が、圧縮領域において前記上端と前記下端が前記所定速度で相対変位するときに発生する減衰力よりも大きい上下減衰装置を備えることを特徴とする。
このような免震構造によれば、上下方向の振動を効果的に低減することができる。

かかる免震構造であって、前記上下減衰装置は、前記上端または前記下端に設けられ、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の外側に設けられた質量体と、前記ねじ軸の直線運動を、前記質量体の回転運動に変換する変換機構と、を備え、前記引張領域のときに前記質量体を回転させる前記ねじ溝のピッチは、前記圧縮領域のときに前記質量体を回転させる前記ねじ溝のピッチよりも細かいことが望ましい。
このような免震構造によれば、引張領域で発生する減衰力を、圧縮領域で発生する減衰力よりも大きくすることができる。

かかる免震構造であって、前記上下減衰装置は、前記上端または前記下端に設けられ、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の外側に前記上下方向に並んで設けられた第１質量体及び第２質量体と、前記圧縮領域では、前記ねじ軸の直線運動を、前記第１質量体のみが回転する回転運動に変換し、前記引張領域では、前記ねじ軸の直線運動を、前記第１質量体と前記第２質量体がともに回転する回転運動に変換する変換機構とを備えることが望ましい。
このような免震構造によれば、引張領域で発生する減衰力を、圧縮領域で発生する減衰力よりも大きくすることができる。

かかる免震構造であって、前記上下減衰装置は、前記上端または前記下端の一方に設けられたロッドと、前記上端または前記下端の他方に設けられ、前記ロッドが前記上下方向に移動可能に挿入されたシリンダーと、前記ロッドの側部に弾性体を介して設けられ、前記弾性体によって前記シリンダーの内壁に圧接される摩擦材と、を備えた摩擦ダンパーであり、前記シリンダーは、前記引張領域のとき前記摩擦材と圧接する部位の内径が、前記圧縮領域のとき前記摩擦材と圧接する部位の内径よりも小さいことが望ましい。
このような免震構造によれば、引張領域で発生する減衰力を、圧縮領域で発生する減衰力よりも大きくすることができる。

かかる免震構造であって、前記上下減衰装置は、前記上端または前記下端の一方に設けられ外周に螺旋状のねじ溝が形成されたロッドと、前記上端または前記下端の他方に設けられ、前記ロッドが前記上下方向に移動可能に挿入されたシリンダーと、前記シリンダー内において前記ロッドの外側に回転可能に設けられた回転体と、前記回転体の外側に弾性体を介して設けられ、前記弾性体によって前記シリンダーの内壁に圧接される摩擦材と、を備えた摩擦ダンパーであり、前記シリンダーは、前記引張領域のとき前記摩擦材と圧接する部位の内径が、前記圧縮領域のとき前記摩擦材と圧接する部位の内径よりも小さく、前記圧縮領域では前記回転体が直線運動し、前記引張領域では前記回転体が回転運動することが望ましい。
このような免震構造によれば、引張領域で発生する減衰力を、圧縮領域で発生する減衰力よりも大きくすることができる。

かかる免震構造であって、前記上下減衰装置は、前記上端または前記下端の一方に設けられたロッドと、前記上端または前記下端の他方に設けられ、前記ロッドが前記上下方向に移動可能に挿入される中空部を有するシリンダーと、前記ロッドに接続され、前記中空部を第１オイル収容室と第２オイル収容室に区画するピストンであって、前記圧縮領域では、前記第２収容室の容量を小さくする側に移動し、前記引張領域では、前記第１収容室の容量を小さくする側に移動するピストンと、前記第１オイル収容部及び前記第２オイル収容部に収容されるオイルと、前記圧縮領域のとき前記第２オイル収容室から前記第１オイル収容室に前記オイルを流す第１減衰弁と、前記引張領域のとき前記第１オイル収容室から前記第２オイル収容室に前記オイルを流す第２減衰弁と、を備えたオイルダンパーであり、前記第２減衰弁は前記第１減衰弁よりも前記オイルを流す際の抵抗が大きいことが望ましい。
このような免震構造によれば、引張領域で発生する減衰力を、圧縮領域で発生する減衰力よりも大きくすることができる。

かかる免震構造であって、前記上下減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記上下減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合はピン接合であってもよい。
このような免震構造によれば、上部構造と下部構造との水平方向の相対変位に対応することができる。

かかる免震構造であって、前記上下減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合と、前記上下減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合のうちの一方はピン接合であり、他方はローラー接合であってもよい。
このような免震構造によれば、上部構造と下部構造が水平方向に相対変位する際に垂直保持することが可能である。

かかる免震構造であって、前記上下減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記上下減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合はローラー接合であってもよい。
このような免震構造によれば、上部構造と下部構造が水平方向に相対変位する際に、変位の方向に関わらずに垂直保持することが可能である。

かかる免震構造であって、前記上下減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記上下減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合の少なくとも一方の接合の取付部が振動部材であることが望ましい。
このような免震構造によれば、上下減衰装置及び取付部から構成される部材の固有周期と建物の固有周期を同調させて上下減衰装置の振動を励起させることができ、上下方向の減衰をより大きくすることができる。

かかる免震構造であって、前記上下減衰装置は、前記上下方向の振動モード、及び、前記上部構造が前記下部構造に対して回動する振動モードに対して同調するように設計されていることが望ましい。
このような免震構造によれば、２つの振動モードに対して最適な設計をすることができる。

本発明によれば、上下方向の振動を効果的に低減することができる。

第１実施形態の免震構造を適用した建物のモデル（多質点系モデル）図である。 図１の免震層５に配置されている装置の構成例を示す概略断面図である。 参考例のダイナミックマスダンパー１００の構成を示す断面図である。 第１実施形態のダイナミックマスダンパー１０の構成を示す概略斜視図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、第１実施形態のダイナミックマスダンパー１０の動作の説明図である。図５Ａは圧縮領域における状態を示す図であり、図５Ｂは引張領域における状態を示す図である。 図６Ａは、上下応答時の状態を示す図であり、図６Ｂは、ロッキング応答時の状態を示す図である。 第２実施形態のダイナミックマスダンパー１０´の構成を示す断面図である。 図８Ａ〜図８Ｃは、第２実施形態のダイナミックマスダンパー１０´の動作の説明図である。 接合部の構成例の説明図である。 本実施形態の通常時と地震時の状態を示す立面図である。 第１変形例の通常時と地震時の状態を示す立面図である。 図１２Ａ〜図１２Ｄは、第２変形例の説明図である。図１２Ａは、第２変形例の構成を示す概略俯瞰図であり、図１２Ｂは、相対変位の状態を示す図である。また、図１２Ｃは、図１２Ｂのように変位するときの通常時と地震時の状態を示すＸ方向立面図であり、図１２Ｄは、図１２Ｂのように変位するときの通常時と地震時の状態を示すＹ方向立面図である。 図１３Ａ〜図１３Ｃは、摩擦ダンパーの一例を示す概略断面図である。図１３Ａは初期状態、図１３Ｂは圧縮時、図１３Ｃは引張時の状態をそれぞれ示している。 図１４Ａ及び図１４Ｂは、摩擦ダンパーの別の例を示す概略断面図である。図１４Ａは初期状態及び圧縮時の状態、図１４Ｂは引張時の状態を示している。 図１５Ａ〜図１５Ｃは、オイルダンパーの一例を示す概略断面図である。図１５Ａは初期状態、図１５Ｂは圧縮時、図１５Ｃは引張時の状態をそれぞれ示している。 図１６Ａ〜１６Ｃは、それぞれ、図１５Ａ〜図１５Ｃを模式的に示した回路図である。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜＜免震構造について＞＞
図１は、第１実施形態の免震構造を適用した建物のモデル（多質点系モデル）図であり、図２は、図１の免震層５に配置されている装置の構成例を示す概略断面図である。なお、図１では上部構造１よりも上の各層（フロア）の質量を質点で示している。

本実施形態の免震構造は、建物の上部構造１と下部構造３との間の免震層５に設けられており、ダイナミックマスダンパー１０（上下減衰装置に相当）、積層ゴム２０、摩擦皿ばね支承３０を備えている。

ダイナミックマスダンパー１０は、上端が上部構造１に接続されており、下端が下部構造３に接続されている。本実施形態ではダイナミックマスダンパー１０の上端及び下端は、それぞれ、ボールジョイント方式によって上部構造１及び下部構造３に接続されている。そして、ダイナミックマスダンパー１０は、上部構造１（ダイナミックマスダンパー１０の上端）と下部構造３（ダイナミックマスダンパー１０の下端）とが上下方向に相対変位するときの振動（上下方向の引張と圧縮の振動）を減衰する。なお、ダイナミックマスダンパー１０の詳細については後述する。

積層ゴム２０は、例えば、円形の鋼板２１ａとゴム層２１ｂとを上下に交互に積層してなる円柱状の積層体２１を、上下一対のフランジ板（上フランジ板２２、下フランジ板２３）で挟んで構成されている。また、下フランジ板２３は、不図示のボルトなどにより下部構造３に固定され、上フランジ板２２は、不図示のボルトなどにより上部構造１に固定されている。そして、積層ゴム２０は、上部構造１と下部構造３との相対変位による水平力に応じて積層体２１が水平方向に剪断変形して、上端の上フランジ板２２と下端の下フランジ板２３とが水平方向に相対変位することにより、上部構造１の水平振動を長周期化する。また、積層ゴム２０は、下部構造３に対する上部構造１の位置を初期状態に戻す復元機能を備えている。なお、積層ゴム２０は上部構造１を免震支承する機能も備えているが、本実施形態では主に摩擦皿ばね支承３０が上部構造１を支承している。

摩擦皿ばね支承３０（ディスクダンパー）は、上部構造１を支承するとともに、上部構造１と下部構造３とが水平方向に相対変位することによる振動（水平振動）を抑制（減衰）するものであり、滑り板３１と、滑り材３２と、皿ばね部３３を備えている。

滑り板３１は、下部構造３の上面に設けられた金属（例えばステンレス）製の板状部材である。本実施形態の滑り板３１の平面形状は円形であるが、これには限られず、例えば正方形や多角形であってもよい。

滑り材３２は、滑り板３１の上面（滑り面）上において水平方向へ滑動自在に配置されている。また、滑り材３２は、皿ばね部３３によって下側に付勢されて滑り板３１（滑り面）に圧接している。滑り材３２としては、滑り板３１との摩擦係数が大きい樹脂板（超高分子量ポリエチレンなど）が用いられている。この滑り材３２は、皿ばね部３３の底面に不図示のビスなどで取り付けられている。

皿ばね部３３は、滑り材３２を滑り板３１に圧接させるためのものである。皿ばね部３３は、下面に滑り材３２が取り付けられ、その反対側（上側）に筒状部を有する下部筒体３３１と、当該下部筒体３３１の筒状部と嵌合する嵌合部を有する上部筒体３３２とを備えており、上部筒体３３２の嵌合部内に下部筒体３３１の筒状部がスライド自在に挿入されている。上部筒体３３２は、上部構造１の下面に固定されている。また下部筒体３３１のフランジにはその周方向に適宜間隔を隔ててボルト穴（不図示）が設けられるとともに、上部筒体３３２のフランジにはこのボルト穴に対応させてボルト穴（不図示）が形成されている。そして、この上下のボルト穴を貫通したボルト３３３の先端にナット３３４が螺合されている。

皿ばね部３３内には、複数枚の単体の皿ばねを同じ向きに重ね合わせた皿ばね積層体３３ｓが逆向きに（上下一対に）重ね合わせて収容されている。これにより、上部構造１と下部構造３との間の上下方向の隙間が変化したときに、これに追従してその高さ方向（上下方向）に伸び縮みするようになっている。なお、本実施形態では皿ばね積層体３３ｓの重ね合わせの数（上下一対の組み合わせの数）は１つであるが、これには限られず、２つ以上であってもよい。

以上の構成により、建物周期を長周期化することができ、また、摩擦皿ばね支承３０により水平方向の振動を減衰できる。さらに、上部構造１と下部構造３との間にダイナミックマスダンパー１０を設けているので、上下方向の振動に対しても十分な減衰性能を確保することができる。特に、本実施形態のダイナミックマスダンパー１０は、免震構造において剛性が小さい引張領域で発生する減衰力を、圧縮領域で発生する減衰力よりも大きくしている（後述する）ので、上下方向の振動を効果的に低減することができる。

＜＜ダイナミックマスダンパー１０の構成について＞＞
本実施形態のダイナミックマスダンパー１０の構成について説明する前に、参考例について説明する。

＜参考例＞
図３は、参考例のダイナミックマスダンパー１００の構成を示す断面図である。

参考例のダイナミックマスダンパー１００は、ボールジョイント１１、ねじ軸１２、ボールナット１３、軸受け１４、付加錘１５、内筒１６、及び、粘性体１７を備えている。

ボールジョイント１１は、ダイナミックマスダンパー１００の上端と下端にそれぞれ（一対）設けられている。そして、上側のボールジョイント１１は上部構造１にピン接合され、下側のボールジョイント１１は下部構造３にピン接合されている。

ねじ軸１２は、外周にねじ溝１２１が螺旋状に設けられた軸部材であり、上側のボールジョイント１１の下側に連続するように設けられて、上下方向に沿って配置されている。また、ねじ溝１２１とボールナット１３との間には複数のボール（例えば金属球）が配置されている。なお、この参考例のダイナミックマスダンパー１００では、ねじ溝１２１のピッチは場所によらず一定である。

ボールナット１３は、円筒形の部材であり、内部にねじ軸１２が貫入されている。

軸受け１４は、ボールナット１３の外側に配置された所定の摩擦係数の摩擦材１４ａと、付加錘１５の内壁に皿ばねを重ねて設けられて摩擦材１４ａをボールナット１３に圧接させる皿ばね部１４ｂを備えて構成されている。

付加錘１５は、ダイナミックマスダンパー１００の外筒を構成する円筒形の部材（質量体）である。

内筒１６は、下側のボールジョイント１１と連結して設けられており、付加錘１５の内側に配置されている。内筒１６は、ボールベアリング１８ａを介してボールナット１３と接続されている。なお、ボールベアリングとは、回転軸との間に（円周上に）複数の転動体（例えば金属球）が配置されて、それぞれ間隔を保ちながら円滑な転がり運動をする軸受け（転がり軸受け）である。また、内筒１６は、ボールベアリング１８ｂを介して付加錘１５と接続されている。これにより、ボールナット１３と付加錘１５は独立して回転可能となっている。

粘性体１７は、付加錘１５と内筒１６との間に設けられている。粘性体１７としては、ポリイソブチレンその他の合成ゴム等を好適に使用することができる。また、シリコンなどの粘弾性体を用いてもよい。

以上の構成により、上部構造１と下部構造３との間の間隔が変化すると、ねじ軸１２が上下方向（ねじ軸１２の軸方向）に移動する。この軸方向の直線運動は、ボールナット１３の回転運動に変換され、その回転に応じて、軸受け１４を介して付加錘１５が回転する。つまり、ボールナット１３及び軸受け１４（摩擦材１４ａ、皿ばね部１４ｂ）は、ねじ軸１２の直線運動を付加錘１５の回転運動に変換する変換機構に相当する。また付加錘１５と内筒１６の間には粘性体１７が配置されているので粘性力により減衰力が増加する。

このように、上部構造１と下部構造３との上下方向の相対移動量は、直線運動（軸運動）として、ねじ軸１２に伝えられ、ボールナット１３によって速度が増幅された付加錘１５の回転運動に変換される。すなわち、ダイナミックマスダンパー１００は、上部構造１と下部構造３との相対移動量を増幅して付加錘１５の回転運動に換えている。

そして、この付加錘１５が回転することで、粘性体１７によって内筒１６の間に生じる粘性抵抗力が減衰性能を発揮し、振動（上下方向の振動）を減衰することができる。

この参考例のダイナミックマスダンパー１００では、上部構造１と下部構造３との相対変位の速度が同じ場合、圧縮領域で発生する減衰力と、引張領域で発生する減衰力は同じになる。

＜本実施形態＞
図４は、第１実施形態のダイナミックマスダンパー１０の構成を示す概略斜視図である。なお、参考例と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

本実施形態のダイナミックマスダンパー１０では、ねじ軸１２にピッチの異なる（螺旋の傾きの異なる）２種類のねじ溝（ねじ溝１２ａ、ねじ溝１２ｂ）が設けられている。

ねじ溝１２ａは、ピッチの粗い（水平面に対する螺旋の傾きの大きい）溝であり、ねじ軸１２のうちの上側部分に設けられている。そして、ねじ溝１２ａは、上部構造１と下部構造３との間隔が初期位置よりも小さくなる圧縮時（圧縮領域）においてボールナット１３と対向する。

ねじ溝１２ｂは、ねじ溝１２ａよりもピッチの細かい（水平面に対する螺旋の傾きの小さい）部位であり、ねじ軸１２のうちの下側部分に設けられている。そして、ねじ溝１２ｂは、上部構造１と下部構造３との間隔が初期位置よりも大きくなる引張時（引張領域）においてボールナット１３と対向する。

＜＜ダイナミックマスダンパー１０の動作について＞＞
図５Ａ及び図５Ｂは、本実施形態のダイナミックマスダンパー１０の動作の説明図である。図５Ａは圧縮領域における状態を示す図であり、図５Ｂは引張領域における状態を示す図である。

圧縮領域では、図５Ａに示すように、ボールナット１３がピッチの粗いネジ溝１２ａの部分と対向する。そして、ねじ軸１２の直進運動に応じてボールナット１３が回転する。

引張領域では、図５Ｂに示すように、ボールナット１３がピッチの細かいネジ溝１２ｂの部分と対向する。そして、ねじ軸１２の直進運動に応じてボールナット１３が回転する。このため、引張領域では圧縮領域よりも、ねじ軸１２の移動距離に対する付加錘１５の回転数が増加し、慣性質量効果、減衰効果が大きくなる。つまり、本実施形態のダイナミックマスダンパー１０では、上部構造１（ダイナミックマスダンパー１０の上端）と下部構造３（ダイナミックマスダンパー１０の下端）との相対変位の速度が同じ場合、圧縮領域で発生する減衰力よりも引張領域で発生する減衰力の方が大きくなる。換言すると、本実施形態のダイナミックマスダンパー１０は、引張領域の減衰係数が圧縮領域の減衰係数よりも大きい。

これにより、免震構造において剛性の小さい引張時に、大きい減衰力を発生することができ、上下方向の振動を効果的に低減することができる。また、圧縮時には、繰り返し応答による熱劣化を防止することができる。

＜＜ダイナミックマスダンパー１０を用いた設計について＞＞
図６Ａは、上下応答時の状態を示す図であり、図６Ｂは、ロッキング応答時の状態を示す図である。図６Ａでは、引張領域のときの上部構造１を実線で示し、圧縮領域のときの上部構造１を破線で示している。また、図６Ｂでは、上部構造１が回動していないときの状態を破線で示し、回動した状態を実線で示している。

本実施形態のダイナミックマスダンパー１０は、免震装置に圧縮力が作用する場合に小さい慣性質量と減衰力を発生し、引張力が作用する場合に大きい慣性質量と減衰力を発生する。よって、引張領域で十分な減衰性能を確保し、圧縮領域で繰り返し応答による熱劣化を防止することができる。本実施形態のダイナミックマスダンパー１０は、図６Ａの上下応答時や、図６Ｂのロッキング応答時のいずれにも対しても上下方向の振動を減衰させる効果を発揮することができる。

また、図６Ａの上下振動と図６Ｂのロッキング振動の２つの振動系（振動モード）に対してダイナミックマスダンパー１０（付加錘１５の質量など）を同調制御して最適化してもよい。すなわち、２つの振動系に最適同調するようにダイナミックマスダンパー１０を設計してもよい。これにより、２つの振動系のモード（上下応答、ロッキング応答）に対して最適な設計をすることができる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図７は、第２実施形態のダイナミックマスダンパー１０´の構成を示す断面図である。なお、参考例と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第２実施形態のダイナミックマスダンパー１０´は、第１ボールナット１３Ａ、第２ボールナット１３Ｂ、第１軸受け１４Ａ、第２軸受け１４Ｂ、第１付加錘１５Ａ、第２付加錘１５Ｂ、外筒１６´、第１粘性体１７Ａ、第２粘性体１７Ｂ、及び、ストッパー１９を備えている。

第１ボールナット１３Ａと第２ボールナット１３Ｂは、ねじ軸１２の軸方向（ここでは上下方向）に並んでおり、第１ボールナット１３Ａが上側に配置されている。第１ボールナット１３Ａは、軸方向の位置が固定（拘束）されている。一方、第２ボールナット１３Ｂは、無拘束で第１ボールナット１３Ａとストッパー１９との間に配置されている。なお、図７には、第１ボールナット１３Ａと第２ボールナット１３Ｂとの境界近傍を拡大図で示している。この拡大図に示すように、第２ボールナット１３Ｂの上端の外周部分には傾斜面１３ｓが形成されている。

第１軸受け１４Ａは、参考例の軸受け１４と同様の摩擦材１４１と皿ばね部１４２によって構成されており、第１付加錘１５Ａと第１ボールナット１３Ａとの間に設けられている。第２軸受け１４は、第２付加錘１５Ｂと、第２ボールナット１３Ｂとの間に設けられている。第２軸受け１４Ｂは、摩擦材１４３と皿ばね部１４４によって構成されている。なお、第２軸受け１４Ｂの摩擦材１４３には、図７の拡大図に示すように、第２ボールナット１３Ｂの傾斜面１３ｓに対応する傾斜面１４ｓが形成されている。

第１付加錘１５Ａと第２付加錘１５Ｂは、共に、円筒形の部材（質量体）であり、ねじ軸１２の軸方向（上下方向）に並んでおり、それぞれ、独立して回転可能に設けられている。

外筒１６´は、下端側のボールジョイント１１と接続されており、第１付加錘１５Ａ及び第２付加錘１５Ｂの外側全体を囲んでいる。なお、外筒１６´は、ボールベアリング１８１を介して、ボールナット１３Ａと接続されている。また、外筒１６´は、ボールベアリング１８２を介して、第１付加錘１５Ａと接続されており、また、ボールベアリング１８３を介して、第２付加錘１５Ｂと接続されている。また、第１付加錘１５Ａと第２付加錘１５Ｂはボールベアリング１８４を介して接続されている。これにより、ボールナット１３Ａ、第１付加錘１５Ａ、第２付加錘１５Ｂは、それぞれ、独立して回転可能となっている。

第１粘性体１７Ａと第２粘性体１７Ｂは、参考例の粘性体１７と同様の部材である。第１粘性体１７Ａは、第１付加錘１５Ａと外筒１６´との間に設けられており、第２粘性体１７Ｂは、第２付加錘１５Ｂと外筒１６´との間に設けられている。

ストッパー１９は、第２ボールナット１３Ｂの軸方向（上下方向）への移動を止めるための部材であり、第２付加錘１５Ｂの内壁から内側に突出するように設けられている。

図８Ａ〜図８Ｃは、第２実施形態のダイナミックマスダンパー１０´の動作の説明図である。ここでは、第１ボールナット１３Ａと第２ボールナット１３Ｂとの間隔を、第２ボールナット１３Ｂとストッパー１９との間隔と同程度としている。

図８Ａに示すように、第２ボールナット１３Ｂが第２軸受け１４Ｂの摩擦材１４３にも、ストッパー１９にも当接していない場合、第１ボールナット１３Ａには、ねじ軸１２の軸運動に応じた回転運動が発生し、この回転運動により第１付加錘１５Ａを回転させる。一方、第２ボールナット１３Ｂは、拘束されていないので、ねじ軸１２の軸運動に追随して軸方向に移動する。

図８Ｂに示すように、第２ボールナット１３Ｂがストッパー１９に当接すると、第２ボールナット１３Ｂに回転運動が生じる。ただし、図の拡大部分に示すように、第２ボールナット１３Ｂと第２軸受け１４Ｂの摩擦材１４３が接触していないので、第２付加錘１５Ｂは回転せず、第１付加錘１５Ａのみが回転する。よって、この場合、回転慣性及び減衰力は小さい。

図８Ｃに示すように、引張方向の力が加わることにより、第２ボールナット１３Ｂが軸方向に移動して第２軸受け１４Ｂの摩擦材１４３に当接すると（第２ボールナット１３Ｂの傾斜面１３ｓと、第２軸受け１４Ｂの摩擦材１４３の傾斜面１４ｓが当接すると）、摩擦材１４３の摩擦抵抗によって、第２ボールナット１３Ｂの回転力が第２付加錘１５Ｂに伝達される。これにより、第２付加錘１５Ｂも回転する。このように、引張領域では、第１付加錘１５Ａと第２付加錘１５Ｂの両方が回転するため、圧縮時よりも回転慣性及び減衰力が大きくなる。

なお、第１ボールナット１３Ａとストッパー１９との間の距離を狭めることで、第２ボールナット１３Ｂが瞬時にストッパー１９と第２軸受け１４Ｂの摩擦材１４３のどちらかに当接するので、加力の方向性（圧縮、引張）に応じて回転慣性及び減衰力を変えることができる。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。例えば、以下に示すような変形が可能である。

＜ダイナミックマスダンパー１０について＞
ダイナミックマスダンパー１０の構成が上下逆であってもよい。すなわち、下端側のボールジョイント１１に、ねじ軸１２が設けられていてもよい。

また、前述の実施形態では、ダイナミックマスダンパー１０の端部と、上部構造１及び下部構造３との接続はそれぞれボールジョイント方式であったがこれには限られない。

図９は接合部の構成例の説明図である。ここでは、３種類（本実施形態、第１変形例、第２変形例）の構成が記載されている。また、図１０は、本実施形態における通常時と地震時の状態を示す立面図であり、図１１は、第１変形例における通常時と地震時の状態を示す立面図である。また、図１２Ａ〜図１２Ｄは、第２変形例の説明図である。図１２Ａは、第２変形例の構成を示す概略俯瞰図であり、図１２Ｂは、相対変位の状態を示す図である。また、図１２Ｃは、図１２Ｂのように変位するときの通常時と地震時の状態を示すＸ方向立面図であり、図１２Ｄは、図１２Ｂのように変位するときの通常時と地震時の状態を示すＹ方向立面図である。

前述の実施形態の接合方式（ダイナミックマスダンパー１０の上端と下端がともにピン接合）の場合、図１０に示すように、上部構造１と下部構造３との間に水平方向の相対変位が生じると、ダイナミックマスダンパー１０はその変位に応じて傾くことになる。これにより、上部構造１と下部構造３との水平方向の相対変位に対応することができる。ただし、この構成では、ダイナミックマスダンパー１０は垂直保持されない。なお、前述の実施形態ではボールジョイント１１によるピン接合であったが、これには限らずクレビスでもよい。

第１変形例では、上端と下端のうちの一方（この例では下端）がリニアスライダー４１とリニアブロック４２によるローラー接合である。他方（この例では上端）はボールジョイントによるピン接合である。リニアスライダー４１は、下部構造３の上面に設けられており、リニアブロック４２は、ダイナミックマスダンパー１０の下端においてリニアスライダー４１上を摺動可能に設けられている。

この場合、図１１に示すように、上部構造１と下部構造３との間に水平方向の相対変位が生じると、リニアブロック４２がリニアスライダー４１上を移動（摺動）する。これにより、ダイナミックマスダンパー１０は垂直に支持される。

第２変形例では、上端と下端の両方をローラー接合としている。図１２Ａ〜図１２Ｄに示すように、下部構造３の上面にはリニアスライダー４１がＹ方向に沿って配置されており、上部構造１の下面にはリニアスライダー４３がＸ方向に沿って配置されている。なお、Ｘ方向及びＹ方向は、ともに水平方向であり互いに直交する方向である。また、ダイナミックマスダンパー１０の下端には、リニアブロック４２がリニアスライダー４１対して摺動可能に設けられている。また、ダイナミックマスダンパー１０の上端には、リニアブロック４４がリニアスライダー４３に対して摺動可能に設けられている。

以上の構成により、上部構造１と下部構造３と間の水平変位の方向が、図１２ＢのようにＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに対して傾いている場合であっても、図１２Ｃ及び図１２Ｄに示すようにダイナミックマスダンパー１０を垂直に維持したまま移動させることができる。このように、第２変形例では、上部構造１と下部構造３が水平方向に変位する場合に、変位の方向に関わらずにダイナミックマスダンパー１０を垂直保持することができる。

なお、リニアブロック４２及びリニアブロック４４としては、固定振動数を有する振動部材（例えばＨ形鋼）を用いるとよい。このように、ダイナミックマスダンパー１０の上端側と下端側の少なくとも一方の接合の取付部を振動部材とすることで、ダイナミックマスダンパー１０及び取付部から構成される部材の固有周期と建物の固有周期を同調させて、ダイナミックマスダンパー１０の振動を励起させることができる。これにより、上下方向の減衰をより大きくすることができる。また、図９及び図１０のピン接合の部位においても、ダイナミックマスダンパー１０の端（上端、下端）と構造体（上部構造１、下部構造３）間に振動部材を介入させてもよい。この場合も同様にダイナミックマスダンパー１０の振動を励起させることができ、上下方向の減衰をより大きくすることができる。なお、振動部材は、上記のＨ形鋼には限られず、例えば、鋼材や、コンクリート材を用いてもよい。

また、前述の実施形態では、上下減衰装置の一例としてダイナミックマスダンパー１０（回転マスダンパー）を用いていたが、これには限られず、他の減衰装置（例えば、摩擦ダンパー、オイルダンパーなど）を用いてもよい。

図１３Ａ〜図１３Ｃは、摩擦ダンパーの一例を示す概略断面図である。図１３Ａは初期状態、図１３Ｂは圧縮時、図１３Ｃは引張時の状態をそれぞれ示している。

図１３Ａ〜図１３Ｃの摩擦ダンパー２００は、ロッド２１０、皿ばね部２１２、摩擦材２１４、シリンダー２１６を備えている。

ロッド２１０は直線棒状の軸部材である。ロッド２１０の上端はボールジョイント１１と接続されており、ロッド２１０の下端は、シリンダー２１６内に挿入されている。またロッド２１０の下端側（シリンダー２１６内）の側部には、皿ばね部２１２（弾性体に相当）を介して所定の摩擦係数の摩擦材２１４が設けられている。摩擦材２１４は、皿ばね部２１２によってシリンダー２１６の内壁に圧接されている。

シリンダー２１６は、上端が開放された略円筒形の部材である。シリンダー２１６の下端はボールジョイント１１と接続されている。図に示すように、シリンダー２１６の外径は上下方向の位置に関わらずに一定であり、内径は下側から上側に向かうにつれて小さくなっている。つまり、シリンダー２１６は、下側から上側に向かうにつれて側部の厚さが増している。

この摩擦ダンパー２００の場合、圧縮時（圧縮領域）では、図１３Ｂに示すように、ロッド２１０とシリンダー２１６の内壁との間の距離が初期状態よりも大きくなる（換言すすると内径が大きい）。これにより、皿ばね部２１２の反力が小さくなり、摩擦材２１４とシリンダー２１６との間の圧接力（換言すると摩擦力）が小さくなる。すなわち減衰係数が小さくなる。

これに対し、引張時（引張領域）では、図１３Ｃに示すように、ロッド２１０とシリンダー２１６の内壁との間の距離が初期状態よりも小さくなる（換言すると内径が小さい）。これにより、皿ばね部２１２の反力が大きくなり、摩擦材２１４とシリンダー２１６との間の圧接力（換言すると摩擦力）が大きくなる。すなわち、減衰係数が大きくなる。

よって、摩擦ダンパー２００においても、引張領域で発生する減衰力が圧縮領域で発生する減衰力よりも大きくなる。なお、摩擦ダンパー２００の上下を逆にして配置してもよい（以下のダンパーについても同様である）。

また、図１４Ａ及び図１４Ｂは、摩擦ダンパーの別の例を示す概略断面図である。図１４Ａは初期状態及び圧縮時の状態、図１４Ｂは引張時の状態を示している。図１４Ａ及び図１４Ｂにおいて図１３Ａ〜図１３Ｃ（摩擦ダンパー２００）と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

図１４Ａ及び図１４Ｂの摩擦ダンパー２００´は、ロッド２２０と回転体２２２を備えている。ロッド２２０は、ロッド２１０と同様の軸部材であり、上端はボールジョイント１１に接続され、下端はシリンダー２１６内に挿入されている。また、ロッド２２０には、外周に螺旋状のねじ溝２２１が形成されている。

回転体２２２は、ロッド２２０においてねじ溝２２１の形成部分の外側を囲むように設けられている。また、回転体２２２は、ロッド２２０の周方向に回転可能に設けられている。回転体２２２の外側には皿ばね部２１２を介して摩擦材２１４が設けられており、摩擦材２１４は、皿ばね部２１２によってシリンダー２１６の内壁に圧接されている。なお、回転体２２２とねじ溝２２１との間には不図示の複数のボール（例えば金属球）が配置されている。

圧縮時（初期状態を含む）では、図１４Ａに示すように、シリンダー２１６の内径が大きくなるので、皿ばね部２１２の反力が小さくなる（摩擦材２１４とシリンダー２１６との間の摩擦力が小さくなる）。このため、回転体２２２は、ロッド２２０の軸方向（上下方向）に軸運動（直線運動）する。これにより、摩擦材２１４の吸収エネルギーが小さくなる。

これに対し、引張時では、図１４Ｂに示すように、シリンダー２１６の内径が小さくなるので、皿ばね部２１２の反力が大きくなる（摩擦材２１４とシリンダー２１６との間の摩擦力が大きくなる）。このため、回転体２２２の軸運動が拘束され、回転体２２２がロッド２２０の周方向に回転運動するようになる。これにより、摩擦材２１４の摺動距離が増加するため吸収エネルギーが大きくなる。

よって、摩擦ダンパー２００´においても、引張領域で発生する減衰力が圧縮領域で発生する減衰力よりも大きくなる。

また、図１５Ａ〜図１５Ｃは、オイルダンパーの一例を示す概略断面図である。図１５Ａは初期状態、図１５Ｂは圧縮時、図１５Ｃは引張時の状態をそれぞれ示している。また、図１６Ａ〜１６Ｃは、それぞれ、図１５Ａ〜図１５Ｃを模式的に示した回路図である。

図１５Ａ〜図１５Ｃに示すオイルダンパー２００″は、ロッド２３０、ピストン２３２、リザーバタンク２３４、シリンダー２３６、シール材２３８を備えている。オイルダンパー２００″内には、粘性流体であるオイルが収容されている。

ロッド２３０は、直線棒状の軸部材である。ロッド２３０の上端はボールジョイント１１と接続されており、ロッド２３０の下端（先端に相当）はピストン２３２と接続されている。なお、ロッド２３０は、シリンダー２３６の上端面を貫通しており、軸方向（ここでは上下方向）に移動可能である。

ピストン２３２は、シリンダー２３６の内側の中空部内に配置されており、当該中空部を第１オイル収容室２４１と第２オイル収容室２４２とに区画している。また、ピストン２３２には低減衰弁２３３ａ（第１減衰弁に相当）及び高減衰弁２３３ｂ（第２減衰弁に相当）が形成されている。そして、低減衰弁２３３ａ及び高減衰弁２３３ｂを介して第１オイル収容室２４１と第２オイル収容室２４２とが連通している。なお、低減衰弁２３３ａは、第２オイル収容室２４２から第１オイル収容室２４１の側のみにオイルを流す弁であり、低減衰の（抵抗が小さい）弁である。高減衰弁２３３ｂは、第１オイル収容室２４１から第２オイル収容室２４２の側のみにオイルを流す弁であり、高減衰の（抵抗が大きい）弁である。

リザーバタンク２３４は、余分なオイルを一時貯蔵するためのタンクであり、シリンダー２３６の内側（シリンダー２３６の内壁と中空部との間）に設けられている。リザーバタンク２３４と第２オイル収容室２４２との間には、吸込弁２３５ａと低減衰弁２３５ｂが設けられている。すなわち、吸込弁２３５ａ及び低減衰弁２３５ｂを介してリザーバタンク２３４と第２オイル収容室２４２とが連通している。吸込弁２３５ａは、リザーバタンク２３４から第２オイル収容室２４２の側のみにオイルを流す（第２オイル収容部２４２にオイルを吸込ませる）ための弁である。低減衰弁２３５ｂは、第２オイル収容室２４２からリザーバタンク２３４の側のみにオイルを流す弁であり、低減衰の（抵抗が小さい）弁である。

シリンダー２３６は、円筒形状の部材であり、下端はボールジョイント１１と接続されている。前述したように、シリンダー２３６内には、リザーバタンク２３４を介して中空部が設けられており、当該中空部は、ピストン２３２により第１オイル収容室２４１と第２オイル収容室２４２とに区画されている。

シール材２３８は、シリンダー２３６とロッド２３０との間の隙間を埋めて密封するための部材である。

以上の構成により、圧縮時（圧縮領域）では、図１５Ｂに示すように、ピストン２３２の移動によって、第２オイル収容室２４２の容量が小さくなり、第１オイル収容室２４１の容量が大きくなる。このため、図１５Ｂ、図１６Ｂに示すように、第２オイル収容室２４２のオイルが、低減衰弁２３３ａを通って第１オイル収容室２４１に流れる。また、第２オイル収容室２４２のオイルが、低減衰弁２３５ｂを通ってリザーバタンク２３４に流れる。よって、この場合、オイルは低減衰弁２３３ａや低減衰弁２３５ｂを通るため抵抗が小さい（減衰係数が小さい）。

これに対し、引張時（引張領域）では、図１５Ｃに示すように、ピストン２３２の移動によって、第１オイル収容室２４１の容量が小さくなり、第２オイル収容室２４２の容量が大きくなる。このため、図１５Ｃ、図１６Ｃに示すように、第１オイル収容室２４１のオイルが、低減衰弁２３３ｂを通って第２オイル収容室２４２に流れる。また、リザーバタンク２３４のオイルが吸込弁２３５ａを通って第２オイル収容室２４２に流れる。よって、この場合、オイルは高減衰弁２３３ｂを通るため抵抗が大きい（減衰係数が大きい）。

よって、オイルダンパー２００″においても、引張領域で発生する減衰力が圧縮領域で発生する減衰力よりも大きくなる。

＜積層ゴム２０について＞
前述の実施形態では復元機構として積層ゴム２０を用いていたが、これには限られない。例えば、ばね等を用いてもよい。

＜摩擦皿ばね支承３０について＞
摩擦皿ばね支承３０の構成は前述したものには限られない。また、摩擦皿ばね支承３０の構成が、前述の実施形態と上下逆であってもよい。つまり、上部構造１に滑り板３１を設け、滑り材３２を滑り板３１に向けて圧接させてもよい。また、摩擦皿ばね支承以外の支承（例えば、転がり支承）を用いてもよい。また、水平方向の振動を減衰する装置として、例えばダンパー（オイルダンパー、摩擦ダンパー等）を用いてもよい。

１ 上部構造、３ 下部構造、５ 免震層、
１０，１０´ ダイナミックマスダンパー（上下減衰装置）、
１１ ボールジョイント、１２ ねじ軸、１２ａ ねじ溝、１２ｂ ねじ溝、
１３ ボールナット、１３Ａ 第１ボールナット、１３Ｂ 第２ボールナット、
１４ 軸受け、１４ａ 摩擦材、１４ｂ 皿ばね部、
１４Ａ 第１軸受け、１４Ｂ 第２軸受け、
１５ 付加錘、１５Ａ 第１付加錘、１５Ｂ 第２付加錘、
１６ 内筒、１６´ 外筒、
１７ 粘性体、１７Ａ 第１粘性体、１７Ｂ 第２粘性体、
１８ａ ボールベアリング、１８ｂ ボールベアリング、１９ ストッパー、
２０ 積層ゴム、２１ 積層体、２１a 鋼板、２１ｂ ゴム層、
２２ 上フランジ板、２３ 下フランジ板、
３０ 摩擦皿ばね支承、３１ 滑り板、
３２ 滑り材、３３ 皿ばね部、３３ｓ 皿ばね積層体、
４１ リニアスライダー、４２ リニアブロック、
４３ リニアスライダー、４４ リニアブロック、
１００ ダイナミックマスダンパー（参考例）、１２１ ねじ溝、
１４１ 摩擦材、１４２ 皿ばね部、
１４３ 摩擦材、１４４ 皿ばね部、
１８１，１８２,１８３，１８４ ボールベアリング、
２００ 摩擦ダンパー、２００´ 摩擦ダンパー、２００″ オイルダンパー、
２１０ ロッド、２１２ 皿ばね部（弾性体）、２１４ 摩擦材、２１６ シリンダー、
２２０ ロッド、２２１ ねじ溝、２２２ 回転体、
２３０ ロッド、２３２ ピストン、
２３３ａ 低減衰弁（第１減衰弁）、２３３ｂ 高減衰弁（第２減衰弁）、
２３４ リザーバタンク、２３５ａ 吸込弁、２３５ｂ 低減衰弁、
２３６ シリンダー、２３８ シール材、
２４１ 第１オイル収容室、２４２ 第２オイル収容室、
３３１ 下部筒体、３３２ 上部筒体、
３３３ ボルト、３３４ ナット

Claims (11)

1. 上部構造と下部構造との間の免震層に、上端が前記上部構造に接続され、且つ、下端が前記下部構造に接続されて上下方向の引張と圧縮の振動を減衰する上下減衰装置であって、引張領域において前記上端と前記下端が所定速度で相対変位するときに発生する減衰力が、圧縮領域において前記上端と前記下端が前記所定速度で相対変位するときに発生する減衰力よりも大きい上下減衰装置を備える、
   ことを特徴とする免震構造。
2. 請求項１に記載の免震構造であって、
   前記上下減衰装置は、
   前記上端または前記下端に設けられ、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
   前記ねじ軸の外側に設けられた質量体と、
   前記ねじ軸の直線運動を、前記質量体の回転運動に変換する変換機構と、
   を備え、
   前記引張領域のときに前記質量体を回転させる前記ねじ溝のピッチは、前記圧縮領域のときに前記質量体を回転させる前記ねじ溝のピッチよりも細かい、
   ことを特徴とする免震構造。
3. 請求項１に記載の免震構造であって、
   前記上下減衰装置は、
   前記上端または前記下端に設けられ、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
   前記ねじ軸の外側に前記上下方向に並んで設けられた第１質量体及び第２質量体と、
   前記圧縮領域では、前記ねじ軸の直線運動を、前記第１質量体のみが回転する回転運動に変換し、前記引張領域では、前記ねじ軸の直線運動を、前記第１質量体と前記第２質量体がともに回転する回転運動に変換する変換機構と、
   を備える、ことを特徴とする免震構造。
4. 請求項１に記載の免震構造であって、
   前記上下減衰装置は、
   前記上端または前記下端の一方に設けられたロッドと、
   前記上端または前記下端の他方に設けられ、前記ロッドが前記上下方向に移動可能に挿入されたシリンダーと、
   前記ロッドの側部に弾性体を介して設けられ、前記弾性体によって前記シリンダーの内壁に圧接される摩擦材と、
   を備えた摩擦ダンパーであり、
   前記シリンダーは、前記引張領域のとき前記摩擦材と圧接する部位の内径が、前記圧縮領域のとき前記摩擦材と圧接する部位の内径よりも小さい、
   ことを特徴とする免震構造。
5. 請求項１に記載の免震構造であって、
   前記上下減衰装置は、
   前記上端または前記下端の一方に設けられ外周に螺旋状のねじ溝が形成されたロッドと、
   前記上端または前記下端の他方に設けられ、前記ロッドが前記上下方向に移動可能に挿入されたシリンダーと、
   前記シリンダー内において前記ロッドの外側に回転可能に設けられた回転体と、
   前記回転体の外側に弾性体を介して設けられ、前記弾性体によって前記シリンダーの内壁に圧接される摩擦材と、
   を備えた摩擦ダンパーであり、
   前記シリンダーは、前記引張領域のとき前記摩擦材と圧接する部位の内径が、前記圧縮領域のとき前記摩擦材と圧接する部位の内径よりも小さく、
   前記圧縮領域では前記回転体が直線運動し、前記引張領域では前記回転体が回転運動する、
   ことを特徴とする免震構造。
6. 請求項１に記載の免震構造であって、
   前記上下減衰装置は、
   前記上端または前記下端の一方に設けられたロッドと、
   前記上端または前記下端の他方に設けられ、前記ロッドが前記上下方向に移動可能に挿入される中空部を有するシリンダーと、
   前記ロッドに接続され、前記中空部を第１オイル収容室と第２オイル収容室に区画するピストンであって、前記圧縮領域では、前記第２収容室の容量を小さくする側に移動し、前記引張領域では、前記第１収容室の容量を小さくする側に移動するピストンと、
   前記第１オイル収容部及び前記第２オイル収容部に収容されるオイルと、
   前記圧縮領域のとき前記第２オイル収容室から前記第１オイル収容室に前記オイルを流す第１減衰弁と、
   前記引張領域のとき前記第１オイル収容室から前記第２オイル収容室に前記オイルを流す第２減衰弁と、
   を備えたオイルダンパーであり、
   前記第２減衰弁は前記第１減衰弁よりも前記オイルを流す際の抵抗が大きい、
   ことを特徴とする免震構造。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の免震構造であって、
   前記上下減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記上下減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合はピン接合である、
   ことを特徴とする免震構造。
8. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の免震構造であって、
   前記上下減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合と、前記上下減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合のうちの一方はピン接合であり、他方はローラー接合である、
   ことを特徴とする免震構造。
9. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の免震構造であって、
   前記上下減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記上下減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合はローラー接合である、
   ことを特徴とする免震構造。
10. 請求項７乃至請求項９の何れかに記載の免震構造であって、
    前記上下減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記上下減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合の少なくとも一方の接合の取付部が振動部材である、
    ことを特徴とする免震構造。
11. 請求項１乃至請求項１０の何れかに記載の免震構造であって、
    前記上下減衰装置は、前記上下方向の振動モード、及び、前記上部構造が前記下部構造に対して回動する振動モードに対して同調するように設計されている
    ことを特徴とする免震構造。