JP4209814B2 - 減衰装置 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の揺れを抑える減衰装置に関する。

従来、免震装置等に用いられる回転体としての鉄球は、主として上部構造体を滑り易く支持する支承材兼ベアリング材として使用されるだけで、振動を減衰させる機構は、外部に設けられたダンパーに依存している。

このため、例えば、免震床等を構成する場合、ダンパーを配置するために、ある程度の床高が必要となり、階高が既に決まってしまっている既存の建物を免震床とするには無理があった。

一方、建物全体を免震構造とする場合、通常、基礎コンクリートの上に鉄球を敷き並べ、この鉄球の上に建物が構築される支持スラブをスライド可能に載置するようになっている。

しかし、基礎コンクリート面及び支持スラブ面に不陸があると、鉄球との間に隙間が生じ建物が安定して支持されない。また、別途ダンパーを取付ける必要があるので、装置が大掛かりになり、高さ方向に一定のスペースが必要となる。

本発明は係る事実を考慮し、別途ダンパーを設けることなく、回転体の転がりを利用して、ストロークの大きい減衰装置を構成することを課題とする。

請求項１に記載の発明では、中板の両面に減衰性能を備えた回転体が配置され、外側から一対の外板で挟持されている。この外板は拘束手段によって締め付けられ、中板との間に回転体を圧縮変形させている。また、この拘束手段は、回転体が弾性許容範囲を越えると中板が外板に対して平面２軸方向、すなわち、中板が長手方向及び幅方向に移動できるような箇所を締め付けている。

このため、一つの減衰装置で平面２軸方向の振動に対して減衰効果を発揮させることができる。

ここで、回転体（球状でも楕円状でも回転可能な形状であれば構わない）の形態を詳細に説明すると、回転体は圧縮変形させることによって、板材（中板、外板）に接触して圧縮荷重を受ける。ここで、板材が振動等によって板材同士が相対移動すると、面摩擦力によって回転体が弾性変形する。ここで、板材の相対移動量が回転体の弾性変形範囲内であれば、回転体は、一方の板材の揺れや振動が他方の板材に伝わらないように防振する。

また、板材の相対移動量が回転体の弾性変形範囲を越えると、板材の移動に伴って、回転体は板材の間を転がり始める。このとき、圧縮変形して潰れた回転体は、回転時に内部がせん断変形するので、減衰力を発揮し、さらに、回転体が転がるときの板材との摩擦抵抗も同時に減衰力として作用するので、これらの組み合わせによって高い減衰効果を発揮する。

なお、圧縮力の大きさを調整し、板材との摩擦力を大きくすることによって、回転体が転がり始めるまでの、転がり抵抗又転がるときの摩擦抵抗を調整することもできる。

上記構成としたので、別途ダンパーを設けることなく、ストロークの大きい減衰装置を得ることができる。

図１〜図４には、第１形態に係る減衰機構が用いられた免震床構造が示されている。この免震床構造では、柱１０に架設されたコンクリート製等の床スラブ１２の上に、減衰性能を有する材料（高減衰ゴム、天然ゴム、粘弾性体等）で成形された回転体としての球体１４が所定の間隔で敷き並べられている。

次に、第１形態に係る減衰装置を説明する。

図１に示す減衰装置９０では、本形態では、鉄板等で形成された中板８０の両面に減衰性能を有する材料（高減衰ゴム、天然ゴム、粘弾性体等）で成形された球体８２が配置されている。この球体８２は、鉄板等で形成された外板８４で外側から挟持されている。この外板８４は、ボルト８６とナット８８で締め付けられており、球体８２を楕円状に圧縮変形させている。

また、図２に示すように、中板８０の板幅は、外板８４より狭くされており、ボルト８６とナット８８は、中板８０の板幅方向への移動を干渉しない位置に取付けられている。なお、ある機構内で減衰装置を構成する場合、上下の板を挟み付けるような構造とすることによって、ボルト及びナットを省略することも可能である。

次に、図３に示すように、本形態に係る減衰装置９０が制振装置として用いられた例を説明する。

右側のビル９２の屋上には、減衰装置９０の外板８４が固定され、中板８０が左側のビル９４の屋上に固定されている。地震等によって、２つのビル９２、９４が相対移動すると、制振装置９０によって制振される。なお、中板８０が長手方向及び幅方向に移動できるようになっており、すなわち、水平２軸方向に制振可能となっているので、それぞれの軸方向に減衰装置を設ける必要がなくなる。
なお、図４に示すように、内板１０２、中板１００、外板９８を多段状に組み合わせて減衰装置９６を構成してもよい。このように、本発明の減衰装置では、板材及び球体を組み合わせて段数を増やしていくことによって、各々の板材間で減衰作用が発揮されるので、要求される減衰性能を容易に満足させることができる。

また、以上説明した実施の形態では、回転体として単一材料で成形された球体を使用したが、図５に示すように、鉄や硬質プラスチック等で成形した芯球１０４の外周面を高減衰ゴム等によって被覆して被覆層１０６とした、二重構造の回転体でもよい。

このような構成では、図６に示すように、圧縮力を掛けると、圧縮変形する部分は、被覆層１０６であり、芯球１０４は圧縮変形しない。つまり、床スラブ１２と二重床材１６との間の必要な隙間を確実に確保できる。また、芯球１０４と床スラブ１２及び二重床材１６とに挟まれる部分の被覆層１０６は大きく潰れるので、回転時のせん断変形が大きくなり、大きな減衰力を発揮させることができる。

さらに、図７に示すように、芯球１０８を高減衰ゴムで、被覆層１１０を天然ゴム等で形成した回転体でもよい。このとき、芯球１０８及び被覆層１１０とも圧縮力を受けて変形するが、２つの材料を組み合わせることによって、剛度の調整が容易にできる。

また、図８に示すように、回転体として、弾性特性を持ったゴム等で袋体１１２を成形し、この袋体１１２の中に、例えば、砂、鉄粉、水、粘性体等の抵抗材１１４を封入してもよい。

これによって、砂を入れたお手玉や水を入れた風船を想像すれば判るように、袋体１１２が転がるとき、抵抗材１１４が乱流を起こしてその場に留まろうとする抵抗力が発生する。この抵抗力によって、振動が減衰される。

また、図９に示す袋体１３０や図１０に示す袋体１３２のように、抵抗材１１４の量を調整することによって減衰力を調整することができる。さらに、抵抗材１１４の種類や、図１１に示すように、鉄粉２０６と小鉄球２０８の組み合わせ（粒度等を変える）や、密度を変えることによっても、減衰力を調整することができる。

また、図１２に示すように、床スラブ１２と二重床材１６との間に支承材２００を配置して、通常時には、球体１４を変形させるような荷重を掛けないようにしてもよい。この構成では、図１３に示すように、地震時には、床スラブ１２と二重床材１６が相対移動し支承材２００のヒンジ部２００Ａが屈曲して、二重床材１６の荷重で球体１４が始めて圧縮変形し床スラブ１２及び二重床材１６と面接触するようになっている。

このため、球体１４が変形した状態が長期に渡ることによって、球体１４が変形固化することがなく、いつ地震が発生しても、減衰機能を発揮することができ、メンテナンスに優れた構造となる。

なお、通常、球体１４に掛ける荷重は、球体１４が移動しない程度で十分であり、また、支承材２００が屈曲する入力荷重の設定は、ヒンジ部２００Ａの摩擦力やヒンジ面の曲率を調整することで可能である。

なお、以上説明した発明では、球体を板で挟持する構造であったが、この板の対向面にゴム板或いは減衰材を貼付けてもよい。これによって、減衰性能が相乗的に向上する。

第１形態に係る減衰装置を示す側面図である。 第１形態に係る減衰装置を示す正面図である。 第１形態に係る減衰装置が制振装置としてビルの屋上に取付けられた状態を示す立面図である。 第１形態に係る減衰装置の変形例を示す正面図である。 回転体の変形例を示す断面図である。 回転体の変形例を示す断面図である。 回転体の変形例を示す断面図である。 回転体の変形例を示す断面図である。 図８に示す回転体の変形例を示す断面図である。 図８に示す回転体の変形例を示す断面図である。 図８に示す回転体の変形例を示す断面図である。 減衰機構を備えた免震床構造の変形例を示す断面図である。 減衰機構を備えた免震床構造の変形例を示す断面図である。

符号の説明

８０ 中板
８２ 球体（回転体）
８４ 外板
８６ ボルト（拘束手段）
８８ ナット（拘束手段）

Claims (1)

1. 中板と、前記中板の両面に減衰性能を備えた回転体を介在させて挟持する一対の外板と、前記外板を締め付け前記回転体を圧縮変形させると共に、該回転体が弾性許容範囲を越えると該外板に対する前記中板の平面２軸方向への転がりを許容する拘束手段と、を有することを特徴とする減衰装置。

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