JP5318483B2 - 制震装置 - Google Patents

Description

本発明は、制震装置に関する。

建物は、地震や風等の外力によって振動し、梁と柱とで囲まれた架構に変形が生じる。この変形を抑えるために（制震するために）、架構内にエネルギーを吸収する制震用ダンパーを設置した制震装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

更に、制震用ダンパーの効果を飛躍的に向上させるために、トグル機構を用いた制震装置が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３を参照）。

或いは、架構内に、剛体の可動壁を支持部材で面内回転可能に支持すると共に、架構と可動壁との間にゴム等の弾性部材を装着した制震装置（亀壁）が提案されている。（例えば、特許文献４を参照）。
特開平５−２５６０４５号公報 特開平１０−１６９２４４号公報 特開２００８−００２１６５号公報 特開２００３−５６２００号公報

しかし、超高層ビルやペンシルビル等の建物では、曲げ変形が主体となり、十分な制震効果を得ることが難しい。よって、建物の曲げ変形を抑え効果的に大きな制震効果を得ることが求められている。

本発明は、上記を考慮して、建物の曲げ変形を抑え効果的に大きな制震効果を得ることができる制震装置を提供することが目的である。

請求項１に記載の制震装置は、建物を構成する矩形状の架構の中に設けられ、前記架構を構成する上梁又は前記上梁と一方の柱とで構成される隅部に一端が回転可能に取り付けられた第一アームと、前記架構を構成する下梁又は前記下梁と他方の柱とで構成される隅部に一端が回転可能に取り付けられ他端と前記第一アームの他端とが所定の角度を持って回転可能に連結された第二アームと、前記第一アームと前記第二アームとの連結部分に一端が回転可能に連結されると共に前記架構の上梁又は前記上梁と前記他方の柱とで構成される隅部に他端が回転可能に連結された減衰ダンパーと、を有する前記架構の振動を減衰させる第一制震装置と、前記架構の前記他方の柱の外側に設けられ、前記架構の水平方向の変形に伴って伸縮すると共に回転機構によって軸方向の直線変位を回転慣性質量の軸回りの回転変位に変換する慣性質量ダンパーを有し、前記建物が曲げ変形する際に前記他方の柱に作用する軸力の方向と逆方向の軸力を前記他方の柱に作用させる第二制震装置と、を備える。

したがって、第二制震装置は他方の柱に作用する軸力の方向と逆方向の軸力を他方の柱に作用させるので、他方の柱の軸方向の変形が拘束され、その結果、建物全体の曲げ変形が抑制される。またこれにより、建物が制震される。

一方、第一制震装置はトグル機構によって、架構（上梁と下梁）が、水平方向に小さく相対変形しても、大きな変形に増幅され、減衰ダンパーが軸方向に大きく直線変位する（伸縮する）。

これにより小さい変形×大きな力＝大きな変形×小さな力という関係が成立し、大きな減衰効果が得られ、建物が制震される。

ここで、第一制震装置によって、他方の柱には、架構の水平方向の変形に伴って作用する軸力と同じ方向の軸力が第一制震機構によって作用する。

しかし、前述したように、第二制震装置は他方の柱に作用する軸力の方向と逆方向の軸力を他方の柱に作用させるので、他方の柱の軸方向の変形が拘束され、建物全体の曲げ変形が抑制される。よって、大きな制震効果が得られる。言い換えると、第一制震装置と第二制震装置が協働することで、単純に二つの制震装置を設ける構成よりも大きな制震効果が得られる。

なお、慣性質量ダンパーの回転慣性質量の回転方向の接線方向の変位は、慣性質量ダンパーの軸方向の直線変位（伸縮）よりも大きい。よって、回転慣性質量が回転することによって生じる回転慣性質量効果は回転慣性質量に対して大きく増幅することができる。つまり、回転慣性質量ダンパーの回転慣性質量の質量が軽くても、軸方向の変位を回転慣性質量の回転に変換することによって、大きな質量を得ることとなる。

更に、慣性質量ダンパーの直線変位の軸方向の変位量をｘとすると、質量体の接線方向の変位は、

であり、加速度は、

である。つまり、慣性質量ダンパーは軸方向の変位方向と反対方向に力が作用する。

よって、慣性質量ダンパーを用いることで、第二制震装置が他方の柱に作用する軸力の方向と逆方向の軸力を他方の柱に作用させることが（建物全体の曲げ変形を抑制させることが）、例えば、複雑な機構を用いることなく容易に可能となり、大きな制震効果が得られる。

請求項２に記載の制震装置は、前記第二制震装置は、前記慣性質量ダンパーの一端が、前記架構の前記他方の柱に回転可能に取り付けられ、前記慣性質量ダンパーの他端が、前記他方の柱よりも外側の下梁又は前記建物の外側の地盤に回転可能に取り付けられている。

したがって、第二制震機構は、このような簡単な機構で、架構の水平方向の変形に伴って他方の柱に作用する軸力と逆方向の軸力を他方の柱に作用させることができる。

請求項３に記載の制震装置は、前記第二制震装置が、前記架構の前記他方の柱に一端が回転可能に取り付けられた第三アームと、前記他方の柱よりも外側の下梁又は前記建物の外側の地盤に一端が回転可能に取り付けられ、他端と前記第三アームの他端とが所定の角度を持って回転可能に連結された第四アームと、前記第三アームと前記第四アームとの連結部分に一端が回転可能に連結されると共に、前記第三アームと前記第四アームとの連結部分に一端が回転可能に連結されると共に、前記下梁、前記地盤、前記下梁又は前記地盤と前記他方の柱とで構成される隅部のいずれかに他端が回転可能に連結された前記慣性質量ダンパーと、を備えている。

したがって、第二制震装置はトグル機構によって、水平方向に小さく相対変形しても、大きな変形に増幅され、慣性質量ダンパーが軸方向に大きく直線変位する（伸縮する）。これにより小さい変形×大きな力＝大きな変形×小さな力という関係が成立し、小さな力によって大きな減衰効果が得られる。

このように第二制震装置は、トグル機構によって大きな減衰効果を得られるので、建物全体の曲げ変形が効果的に抑制され、その結果、建物が効果的に制震される。

なお、第二震装置をこのような構成とすることで、第二制震機構は架構の水平方向の変形に伴って他方の柱に作用する軸力と逆方向の軸力を他方の柱に作用させる。

請求項４に記載の制震装置は、前記他方の柱が前記建物の最外側部分に配置された柱とされている。

したがって、建物の最外側部分に配置された他方の柱の軸力の変形が拘束されるので、建物全体の曲げ変形が効果的に抑制され、その結果、建物全体が効果的に制震される。

請求項５に記載の制震装置は、前記第一制震装置は、最下層の架構の中に設けられている。

したがって、建物の最下層の架構が制震されるので、建物全体の曲げ変形が効果的に抑制され、その結果、建物全体が効果的に制震される。

請求項６に記載の制震装置は、前記慣性質量ダンパーの前記回転機構は、軸体と、前記軸体が挿入される回転体と、前記回転体を回転可能に保持する保持体と、前記軸体の外周面と前記回転体の内周面とに設けられ、該軸体の軸方向の直線変位を前記回転体の軸周りの回転変位に変換する螺合手段と、前記回転体と一体となって、軸周りに回転する質量体と、を有する。

したがって、慣性質量ダンパーの軸体が直線変位すると、軸体が挿入される回転体が螺合手段によって回転変位する。そして、回転体と一体となって質量体が軸回り回転することで、大きな慣性質量が発生する。これにより大きな減衰効果が得られ、建物全体が効果的に制震される。

請求項７に記載の制震装置は、前記回転体の外周面と前記保持体の内周面との間にエネルギー吸収体を備えている。

したがって、回転体が回転することによりエネルギーを吸収し、応答値が小さくなる。

請求項１に記載の制震装置によれば、建物の曲げ変形を抑え、効果的に大きな制震効果を得ることができる。

請求項２に記載の制震装置によれば、第二制震装置は、簡単な機構で他方の柱の軸方向の変形を拘束させることができる。

請求項３に記載の制震装置によれば、第二制震装置は、トグル機構を有しているので、効果的に他方の柱の軸方向の変形を拘束させ、その結果、大きな制震効果を得ることができる。

請求項４に記載の制震装置よれば、建物の最外側部分に配置された他方の柱の軸方向の変形を拘束することで、建物の曲げ変形を効果的に抑え、建物全体を効果的に制震することができる。

請求項５に記載の制震装置によれば、建物の最下層の架構の制震することで、建物物全体を効果的に制震することができる。

請求項６に記載の制震装置によれば、大きな慣性質量が発生することで、建物の曲げ変形を効果的に抑え、その結果、効果的に大きな制震効果が得ることができる。

請求項７に記載の制震装置によれば、応答値を小さくすることで、効率的に制震効果を得ることができる。

図１を用いて本発明の第一実施形態の制震装置を備える建物について説明する。

図１は、第一実施形態の制震装置５５０、５５２を備える建物（超高層ビル）５００の構造の下層部を模式的に示す正面図である。図１３（Ａ）は、建物５００の全体を模式的に図示した正面図である。但し、図１３（Ａ）は、本発明の制震装置５５０、５５２が備えられていない状態である。

図１と図１３（Ａ）とに示すように、建物５００は、地盤４９０の上に建てられている。また、建物５００は、柱５１０、５１２、５１４、５１６、５１８と梁５２０、５２２、５２４、５２５、５２６、５２７、５２８、５２９と、を主要な構造部材とされている。

図１に示すように、制震装置５５０はトグル型制震装置６００と制震装置７００とで構成され、制震装置５５２はトグル型制震装置６５０と制震装置７１０とで構成されている。

建物５００の最下層における図の左端の架構５３０（柱５１０、５１２と梁５２０、５２２とで囲まれた架構５３０）にトグル型制震装置６００が設けられている。また、最下層における図の右端の架構５４０（柱５１６、５１８と梁５２０、５２２とで囲まれた架構５４０）にトグル型制震装置６５０が設けられている。

図における左端の架構５３０に設けられたトグル型制震装置６００は、上梁５２２と柱５１２とで構成される隅部に取り付けられた回転支承６０２に一端が固定された第一アーム６０４と、柱５１０と下梁５２０とで構成される隅部に取り付けられた回転支承６０６に一端が固定された第二アーム６０８とを備えている。なお、回転支承６０２は上梁５２２に取り付けられていてもよい。同様に回転支承６０６は下梁５２０に取り付けられていてもよい。

第一アーム６０４及び第二アーム６０８の他端（自由端）は回転ヒンジ６１０で回動可能に所定の角度を持って連結されている。この回転ヒンジ６１０には、弾塑性ダンパー６２０のシャフト６２２の端部が連結されている。更に、弾塑性ダンパー６２０のホルダー６２４の端部に設けられたヒンジ６２６が、上梁５２２と柱５１０とで構成される隅部に取り付けられた回転支承６２８に連結されている。

なお、本実施形態においては、第一アーム６０４は、第二アーム６０８より短く、それぞれの自由端は前述したように回動可能に所定の角度を持って連結されていると共に、第一アーム６０４と第二アーム６０８とは、図における左斜め上方に向かって凸形状となる山型（への字状）を形成している。なお、第一アーム６０４は、第二アーム６０８より長くてもよい。

一方、右端の架構５４０に設けられたトグル型制震装置６５０は、前述したトグル型制震装置６００と左右対称である以外は、同様の構成であるので、詳しい説明は省略する。

建物５００の図における左外側（建物５００の外側）には、慣性質量ダンパー１００を有する制震装置７００が設けられている。回転支承６２８に対応する位置の柱５１０に回転支承７０２が取り付けられ、地盤４９０の上には、回転支承７０４が取り付けられている。そして、回転支承７０２に慣性質量ダンパー１００のホルダー１０４の端部に設けられたヒンジ１０５が回転可能に連結され、回転支承７０４に慣性質量ダンパー１００シャフト１０２の端部に設けられたヒンジ１０１が回転可能に連結されている。

建物５００の図における右外側（建物５００の外側）には、慣性質量ダンパー１００を有する制震装置７１０が設けられている。なお、制震装置７００と左右対称である以外は、同様の構成であるので、詳しい説明は省略する。

このように、制震装置５５０（トグル型制震装置６００及び制震装置７００）と制震装置５５２（トグル型制震装置６５０及び制震装置７１０）とが建物５００の左右端部に左右対象に配置されている。

つぎに慣性質量ダンパー１００について、図３と図４を用いて説明する。

図３は、慣性質量ダンパー１００の部分断面斜視図であり、図４（Ａ）は慣性質量ダンパー１００の軸方向に沿った断面図であり、図４（Ｂ）は正面図である。なお、図４（Ｃ）は後述する質量体の変形例を示す図である。

図３、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、慣性質量ダンパー１００は、シャフト１０２の外周面に、雌ネジ溝１０２Ａが形成されている。この雌ネジ溝１０２Ａは、雌ネジ溝１０２Ａに螺合する雄ネジ１１０Ａが内周面に形成された円筒状の回転体１１０に挿入されている。

回転体１１０は、一方が開口した円筒状のホルダー１０４の内部に回転可能に保持されている。また、回転体１１０は円柱部１１１Ｄと、円柱部１１１Ｄより径が大きな第一円盤部１１１Ａ，第二円盤部１１１Ｂ，第三円盤部１１１Ｃと、から構成されている。

回転体１１０の一方の端部側はホルダー１０４の開口から突出し、回転体１１０の一方の先端部には第一円盤部１１１Ａが形成されている。また、回転体１１０の他方の先端部には第三円盤部１１１Ｃが形成されている。更に、ホルダー１０５の内に、第二円盤部１１１Ｂと第三円盤部１１１Ｃが配置されている。

また、第二円盤部１１１Ｂ，第三円盤部１１１Ｃに対応するホルダー１０４の両端部分には、第二円盤部１１１Ｂ，第三円盤部１１１Ｃが嵌る凹部１１４、１１５が形成されている。そして、凹部１１４、１１５には軸受け１１２，１１３が設けられている。このような構成により回転体１１０は、矢印Ｋで示す軸回りには回転するが、矢印Ｓで示す軸方向への移動が規制されている。

慣性質量ダンパー１００には、ホルダー１０４と内周面と回転体１１０の円柱部１１０Ｄの外周面との間にエネルギー吸収体を設けることで、慣性質量ダンパー１００は減衰手段としての機能を併せ持つことができる。本実施形態においては、ホルダー１０４と内周面と回転体１１０の円柱部１１０Ｄの外周面との間にエネルギー吸収体として粘弾性液が注入されている。なお、粘弾性液の液漏れを防止するためオイルシール（図示略）等で封止されている。また、ホルダー１０４と内周面と回転体１１０の円柱部１１０Ｄの外周面との間にエネルギー吸収体を設けていない構成であってもよい。

回転体１１０の第一円盤部１１１Ａには、円盤状の質量体１２０がボルト１２２で締結されている。質量体１２０の中央部には円形の開口部１２０Ａが形成され、この開口部１２０Ａの中をシャフト１０２が通っている。なお、開口部１２０Ａの内径はシャフト１０２の外径より十分に大きいので、開口部１２０Ａとシャフト１０２とは接していない。また、回転体１１０（第一円盤部１１１Ａ，第二円盤部１１１Ｂ，第三円盤部１１１Ｃ，円筒部１１１Ｄ）の軸心、質量体１２０の軸心、シャフト１０２の軸心、は同一軸線上にある。

なお、図４（Ｃ）に示すように、質量体１２０の変形例として、質量体１２０が半円形状の質量体１２０Ｂと質量体１２０Ｃとの二つの部材で構成されていても良い。このような構成とすれば、質量体１２０Ｂ、１２０Ｃのみを容易に着脱可能である。よって、チューニング（質量体の重さの調整作業）が容易である。

慣性質量ダンパー１００は、上述したような構成をしているので、図３と図４（Ａ）とに示すように、ホルダー１０４が固定された状態において、シャフト１０２が矢印Ｓで示すように軸方向に移動すると、シャフト１０２の外周面の雌ネジ溝１０２Ａと回転体１１０雄ネジ１１０Ａとが螺合して回転体１１０が軸周りに回転し、更に、図３と図４（Ｂ）とに示すように、回転体１１０とボルト１２２で締結された質量体１２０が矢印Ｋで示すように軸回りに回転する（回転体１１０と質量体１２０とが一体となって矢印Ｋ方向に回転する）。

つまり、慣性質量ダンパー１００は、シャフト１０２の軸方向の直線変位（矢印Ｓ）を、慣性質量である質量体１２０の回転変位（矢印Ｋ）に変換する機構を有するダンパーとなっている。

そして、前述したように、慣性質量ダンパー１００のシャフト１０２の端部に取り付けられたヒンジ１０１が前述した回転支承７０４に連結され、ホルダー１０４の端部に取り付けられたヒンジ１０５が回転支承７０２に連結されている（図１参照）。

つぎに本実施形態の作用について説明する。

図１３（Ａ）は、制震装置５５０、５５２が備えられていない状態の建物（超高層ビル）５００を示している。建物５００が地震や風等の外力によって振動すると、図１３（Ｂ）に示すように、建物５００全体が曲げ変形する。なお、矢印Ｇ方向に変形した場合、柱５１０が引張側柱であり、柱５１８が圧縮側柱であり、それぞれの柱の軸変形によって、建物全体の曲げ変形が生じる。なお、図１３（Ｂ）は曲げ変形を判りやすくするために、実際よりも誇張して図示している。

このように建物５００全体が曲げ変形すると、十分な制震効果を得ることが難しい。言い換えると、例えば、トグル型制震装置６００、６５０のみを設置しても、十分な制震効果を得ることが難しい。そこで、本実施形態では、制震装置７００、７１０によって、柱５１０及び柱５１８に作用する軸力の方向と逆方向の軸力を作用させて、柱５１０、５１８の軸方向の変形を拘束し、建物５００全体の曲げ変形を抑制し、その結果、大きな制震効果を得ている。よって、このことについて詳しく説明する。

図２に示すように、地震動等の振動により、建物５００が矢印Ｇ方向（右側）へ水平移動すると、最下層の左端の架構５３０（上梁５２２，下梁５２０、柱５１０、柱５１２で構成された矩形状の架構５３０）は、略平行四辺形状に変形する。これにより、上梁５２２が矢印Ｇ方向に水平移動する（上梁５２２と下梁５２０とが相対移動する）。なお、正確には、建物５００全体が曲げ変形するので（図１３（Ｂ）参照）、上梁５２２の左端（柱５１０との接合端部）が上がるように変形する（回転支承６０２と回転支承７０２とが上がるように変形する）。よって、柱５１０には上方に引き抜かれる方向に軸力が作用する。

このとき、制震装置７００は、回転支承７０２と回転支承７０４との間隔が離れ慣性質量ダンパー１００が伸長する。

このように慣性質量ダンパー１００のシャフト１０２が軸方向に伸縮（直線変位）すると、前述したように、回転体１１０が軸回りに回転し、更に質量体１２０が軸回りに回転する（回転体１１０と質量体１２０とが一体となって回転する）。すなわち、質量体１２０の回転慣性力により、柱５１０の軸方向の変形が拘束され、その結果、架構５３０が制震される。

なお、慣性質量ダンパー１１０の回転方向の接線方向の変位は、シャフト１０２の軸方向の変位の、数十倍まで増幅可能である（回転増幅率）。

また、慣性質量ダンパー１００の直線変位の軸方向の変位量をｘとすると、質量体の接線方向の変位は、

であり、加速度は、

である。つまり、慣性質量ダンパー１００は軸方向の変位方向と反対方向に力が作用する。よって、制震装置７００によって、柱５１０には下方に押さえつける方向に軸力が加わる。

一方、架構５３０が矢印Ｇ方向に水平方向に変位（略平行四辺形状に変形）することに伴い、回転支承６０２と回転支承６０６との間隔が離れ、第一アーム６０４及び第二アーム６０８の連結部分である回転ヒンジ６１０が右斜下方に移動する。そして、この回転ヒンジ６１０の移動に伴い弾塑性ダンパー６２０全長が伸長する。

このとき、トグル機構によって、回転支承６０２の水平変位量より、回転ヒンジ６１０の変位量、すなわち弾塑性ダンパー６２０の軸方向の変位量（伸長）が増幅されて大きくなる。つまり、トグル機構によって、回転支承６０２の小さな変位が回転ヒンジ６１０の大きな変位に増幅され、小さい変位×大きな力＝大きな変位×小さな力という関係が成立する。そして、弾塑性ダンパー６２０によって架構５３０の変形が抑制される。つまり、架構５３０が制震される（架構５３０の振動が減衰する）。

ここで、トグル型制震装置６００の弾塑性ダンパー６２０には引っ張り力が働く。このため、トグル型制震装置６００によって、柱５１０には上方に引き抜く方向に軸力が加わる。また、前述したように、建物５００の曲げ変形によって、柱５１０には上方に引き抜かれる方向に軸力が作用する。

しかし、前述したように、制震装置７００の慣性質量ダンパー１００は軸方向の変位方向と反対方向に力が作用するので、制震装置７００によって、柱５１０には下方に押さえつける方向に軸力が加わる。

このように、制震装置６００と建物５００の曲げ変形によって、柱５１０には上方に引き抜く方向に軸力が加わるが、制震装置７００によって柱５１０には下方に押さえつける方向に軸力が加わる（柱５１０に作用する軸力が低減される）。

したがって、柱５１０の柱の軸方向の変形が拘束されるので、建物５００全体の曲げ変形が抑制され、その結果、大きな制震効果が得られる。言い換えると、トグル型制震装置６００と制震装置７００が協働することで、単純に二つの制震装置を設ける構成よりも大きな制震効果が得られる。

一方、最下層の右端の架構５４０（上梁５２２，下梁５２０、柱５１６、柱５１８で構成された矩形状の架構５４０）の略平行四辺形状の変形により、上梁５２２が矢印Ｇ方向に水平移動する（上梁５２２と下梁５２０とが相対移動する）。なお、前述したように、正確には、建物５００全体が曲げ変形するので（図１３（Ｂ）参照）、上梁５１８の右端（柱５１８との接合端部）が下がるように変形する（回転支承６０２と回転支承７０２とが下がるように変形する）。よって、柱５１８には下方に押し付けられる方向に軸力が作用する。

このとき、制震装置７１０は、回転支承７０２と回転支承７０４との間隔が狭くなり慣性質量ダンパー１００が短縮する。

このように慣性質量ダンパー１００のシャフト１０２が軸方向に短縮（直線変位）すると、前述したように、回転体１１０が軸回りに回転し、更に質量体１２０が軸回りに回転する（回転体１１０と質量体１２０とが一体となって回転する）。すなわち、質量体１２０の回転慣性力により、柱５１８の軸方向の変形が拘束され、その結果、架構５４０が制震される。

なお、慣性質量ダンパー１００は軸方向の変位方向と反対方向に力が作用する。よって、制震装置７１０によって柱５１８には上方に引き抜く方向に軸力が加わる。

一方、最下層の右端の架構５４０が矢印Ｇ方向に水平方向に変位（略平行四辺形状に変形）することに伴い、トグル型制震装置６５０の回転支承６０２と回転支承６０６との間隔が狭くなり、第一アーム６０４及び第二アーム６０８の連結部分である回転ヒンジ６１０が右斜上方に向けて移動する。そして、この回転ヒンジ６１０の移動に伴い弾塑性ダンパー６２０全長が短縮する。

このとき、同様にトグル機構によって、回転支承６０２の小さな変位が回転ヒンジ６１０の大きな変位に増幅され、小さい変位×大きな力＝大きな変位×小さな力という関係が成立する。そして、弾塑性ダンパー６２０によって架構５４０の変形が抑制される。つまり、架構５４０が制震される。

ここで、トグル型制震装置６５０の弾塑性ダンパー６２０には圧縮力が働く。このため、トグル型制震装置６５０によって、柱５１８には下方に押さえつける方向に軸力が加わる。また、前述したように建物５００全体の曲げ変形によって、柱５１８には下に押さえつける方向に軸力が作用する。

一方、前述したように、制震装置７１０の慣性質量ダンパー１００は軸方向の変位方向と反対方向に力が作用するので、制震装置７１０によって柱５１８には上方に引き抜く方向に軸力が加わる（柱５１８に作用する軸力が低減される）。

したがって、柱５１８の柱の軸方向の変形が拘束されるので、建物５００全体の曲げ変形が抑制され、その結果、大きな制震効果が得られる。言い換えると、トグル型制震装置６５０とトグル型制震装置７３０とが協働することで、単純に二つの制震装置を設ける構成よりも大きな制震効果が得られる。

なお、建物５００が矢印Ｇ方向と逆方向（左側）へ水平移動した場合は、各動作は左右対称及び逆方向となり、逆方向に各力が作用するだけなでの、詳しい説明は省略する。

また、本実施形態の制震装置５５０、５５２のように、建物５００の最下層の最外側部分の架構５３０、５４０を構成する外側の柱５１０、５１８（建物５００の最も外側に配置された柱５１０、５１８）の軸方向の変形を拘束することで、建物５００全体の曲げ変形が最も効果的に制震され、この結果、最も効果的に大きな制震効果が得られる。

つぎに、図５を用いて本発明の第二実施形態の制震装置を備える建物について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図５は、第二実施形態の制震装置５６０、５６２を備える建物５００の構造を模式的に示す正面図である。図５に示すように、制震装置５６０はトグル型制震装置６００とトグル型制震装置７２０とで構成され、制震装置５６２はトグル型制震装置６５０とトグル型制震装置７３０とで構成されている。

建物５００の最下層における図の左端の架構５３０にトグル型制震装置６００が設けられている。また、最下層における図の右端の架構５４０にトグル型制震装置６５０が設けられている。

建物５００の図における左外側（建物５００の外側）には、慣性質量ダンパー１００を有するトグル型制震装置７２０が設けられている。

トグル型制震装置７２０は、回転支承６２８に対応する位置の柱５１０に取り付けられた回転支承７０２に一端が固定された第三アーム７１４と、地盤４９０に固定された回転支承７１３に一端が固定された第四アーム７１８とを備えている。

第三アーム７１４及び第四アーム７１８の他端（自由端）は回転ヒンジ７１６で回動可能に所定の角度を持って連結されている。この回転ヒンジ６１０には、慣性質量ダンパー１００シャフト１０２の端部に設けられたヒンジ１０１が連結されている。更に、慣性質量ダンパー１００のホルダー１０４の端部に設けられたヒンジ１０５が柱５１０と地盤４９０とで構成する隅部に設けられた回転支承７１２が固定されている。

なお、本実施形態においては、第三アーム７１４は、第四アーム７１８よりも長く、それぞれの自由端は前述したように回動可能に所定の角度を持って連結されていると共に、第三アーム７１４と第四アーム７１８とは、図における右斜め下方に向かって凸形状となる山型（への字状）を形成している。なお、第三アーム７１４は、第四アーム７１８よりも短くてもよい。

建物５００の図における右外側（建物５００の外側）には、慣性質量ダンパー１００を有するトグル型制震装置７３０が設けられている。

トグル型制震装置７３０は、トグル型制震装置７２０と左右対称である以外は、同様の構成であるので、詳しい説明を省略する。

このように、制震装置５６０（トグル型制震装置６００及びトグル型制震装置７２０）と制震装置５６２（トグル型制震装置６５０及びトグル型制震装置７３０）とが建物５００の左右端部に左右対象に配置されている。

つぎに本実施形態の作用について説明する。

図６に示すように、地震動等の振動により、建物５００が矢印Ｇ方向（右側）へ水平移動すると、トグル側制震装置７２０は、回転支承７０２と回転支承７１３との間隔が離れ、第三アーム７１４及び第四アーム７１８の連結部分である回転ヒンジ７１６が左斜上方に向けて移動する。そして、この回転ヒンジ７１６の移動に伴い慣性質量ダンパー１００の全長が伸長する。

このとき、トグル機構によって、回転支承７０２の水平変位量より、回転ヒンジ７１６の変位量、すなわち慣性質量ダンパー１００の軸方向の変位量（伸長）が増幅されて大きくなる。つまり、トグル機構によって、回転支承７０２の小さな変位が回転ヒンジ７１６の大きな変位に増幅され、小さい変位×大きな力＝大きな変位×小さな力という関係が成立する。そして、慣性質量ダンパー１００によって、柱５１０の軸方向の変形が拘束され、架構５３０が制震される。

ここで、前述したように、トグル型制震装置６００と建物５００の曲げ変形によって柱５１０には上方に引き抜かれる方向に軸力が作用する。

しかし、前述したように、慣性質量ダンパー１００は軸方向の変位方向と反対方向に力が作用するので、トグル型制震装置７２０の第三アーム７０４によって、柱５１０には下方に押さえつける方向に軸力が加わる（柱５１０に作用する軸力が低減される）。

したがって、柱５１０の柱の軸方向の変形が拘束されるので、建物５００全体の曲げ変形が抑制され、その結果、大きな制震効果が得られる。言い換えると、トグル型制震装置６００とトグル型制震装置７２０とが協働することで、単純に二つの制震装置を設ける構成よりも大きな制震効果が得られる。

一方、トグル側制震装置７３０は、回転支承７０２と回転支承７１３との間隔が狭くなり、第三アーム７１４及び第四アーム７１８の連結部分である回転ヒンジ７１６が左斜下方に向けて移動する。そして、この回転ヒンジ７１６の移動に伴い慣性質量ダンパー１００の全長が短くなる。これにより、柱５１０の軸方向の変形が拘束され、架構５３０が制震される。

同様に前述したように、トグル型制震装置６５０と建物５００の曲げ変形によって、柱５１８には下方に押さえつける方向に軸力が加わる。

しかし、前述したように、慣性質量ダンパー１００は軸方向の変位方向と反対方向に力が作用するので、トグル型制震装置７３０の第三アーム７０４によって、柱５１８には上方に引き抜く方向に軸力が加わる。よって、制震装置７１０によって柱５１８には上方に引き抜く方向に軸力が加わる（柱５１８に作用する軸力が低減される）。

したがって、柱５１８の柱の軸方向の変形が拘束されるので、建物５００全体の曲変形が抑制され、その結果、大きな制震効果が得られる。言い換えると、トグル型制震装置６５０とトグル型制震装置７３０が協働することで、単純に二つの制震装置を設ける構成よりも大きな制震効果が得られる。

建物５００が矢印Ｇ方向と逆方向（左側）へ水平移動した場合は、各動作は左右対称及び逆方向となり、逆方向に各力が作用するだけなでの、詳しい説明は省略する。

なお、第一実施形態と第二実施形態は、制震装置５５０、５６０と制震装置５５２、５６２が建物５００の左右端部に左右対象に配置され、柱５１０、５１８の軸方向の変形を拘束することで、建物５００全体の曲げ変形を効果的に抑制しているが、これに限定されない。

例えば、建物の外側に制震装置７００、７１０やトグル型制震装置７２０、７３０を設置するスペースがない場合などは、第一実施形態の変形例を示す図７及び第二実施形態の変形例を示す図８の制震装置のように、制震装置７００、７１０やトグル型制震装置７２０、７３０を建物の中の架構５３０、５４０に設置し、トグル型制震装置６００、６５０を架構５３２、５４２に設置して制震してもよい。この場合、柱５１２、５１６の軸方向の変形を拘束することで、建物５００全体の曲げ変形が抑制される。

なお、このような構成の場合、建物５００全体の制震効果は第一実施形態及び第二実施形態よりは低くなるが、本発明を適用しない構成と比較すると、十分に大きな制震効果を得ることができる。

或いは、図示は省略するが、最下層（一階部分）でなく二階部分や三階部分に本発明を適用してもよい。このような構成の場合も、建物５００全体の制震効果は第一実施形態及び第二実施形態よりは低くなるが、本発明を適用しない構成と比較すると、十分に大きな制震効果を得ることができる。

なお、上記第一実施形態及び第二実施形態では、制震装置６００、６５０には、減衰ダンパーとして、弾塑性ダンパー６２０を用いたがこれに限定されない。粘性ダンパー、粘弾性ダンパー、剛弾性ダンパーであってもよいし、或いはこれらが組み合わされて構成されたダンパーであってもよい。言い換えると、第一制震装置（制震装置６００、６５０）は、粘性、粘弾性、弾塑性、或いは剛塑性のうち少なくとも一つを備えた減衰ダンパーを有していればよい。

つぎに、図９を用いて第三実施形態の制震装置８００について説明する。なお、第一実施形態及び第二実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

なお、本実施形態も、建物５００の最下層における図１の左端の架構５３０と右端の架構５４０とに制震装置が設けられているが、架構５３０の制震装置を代表して図示及び説明する。

図９に示すように、制震装置８００は、建物５００における上梁５２２、下梁５２０、柱５１０，５１２で構成された矩形状の架構５３０で区画された空間に、平面視六角形の板状の可動壁５０が設けられている。可動壁５０は、対向する二つの角部５２Ｃと角部５２Ｆが水平方向外側に突起する方向、及び、対向する二つの辺５４Ａと辺５４Ｄとが略水平となるように配置されている。なお、可動壁５０は、せん断変形しない面内剛性の高い壁とされている。

矩形状の架構５３０の四隅部分には、ブラケット４２，４４，４６，４８が設けられている。そして、このブラケット４２と可動壁５０の角部５２Ａとを円柱状（棒状）の連結部材２０２が連結している。同様に、ブラケット４４と可動壁５０の角部５２Ｂとを連結部材２０４が、ブラケット４６と可動壁５０の角部５２Ｄとを連結部材２０６が、ブラケット４８と可動壁５０の角部５２Ｅとを連結部材２０８が、それぞれ連結している。

なお、連結部材２０２、２０４、２０６、２０８は、ブラケット４２，４４，４６，４８及び可動壁５０の角部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｄ，５２Ｅとの連結部２０２Ａ，２０２Ｂ，２０４Ａ，２０４Ｂ，２０６Ａ，２０６Ｂ，２０８Ａ，２０８Ｂにおいて、面内方向に回転可能に取り付けられている。

また、図１１に模式的に示すように、連結部材２０２、２０４、２０６、２０８の軸線は、可動壁５０との連結部２０２Ｂ，２０４Ｂ，２０６Ｂ，２０８Ｂを結ぶ対角線５０Ｔと角度を持っている。更に、連結部材２０２、２０４の延長線２０２Ｔ、２０４Ｔは、対角線５０Ｔの交点（可動壁５０の回転中心）よりも上方で交差し、連結部材２０６、２０８の延長線２０６Ｔ、２０８Ｔは、対角線５０Ｔの交点（可動壁５０の回転中心）よりも下方で交差する。

図９に示すように、可動壁５０の水平方向外側に突起する角部５２Ｆには、慣性質量ダンパー１００Ｌと慣性質量ダンパー１００Ｐの一端が面内回転可能に連結されると共に、慣性質量ダンパー１００Ｌの他端がブラケット４２に連結され、慣性質量ダンパー１００Ｐの他端がブラケット４８に連結されている。

同様に、可動壁５０の水平方向外側に突起する角部５２Ｃには、慣性質量ダンパー１００Ｍと慣性質量ダンパー１００Ｎの一端が面内回転可能に連結されると共に、慣性質量ダンパー１００Ｍの他端がブラケット４４に連結され、慣性質量ダンパー１００Ｎの他端がブラケット４６に連結されている。

つぎに慣性質量ダンパー１００Ｌ，１００Ｍ，１００Ｎ，１００Ｐは、第一実施形態と第二実施形態で説明した慣性質量ダンパー１００と同じであるので、説明は省略する。

つぎに、本実施形態についての作用について説明する。

図１０に示すように、地震動等の振動により、建物５００が矢印Ｇ方向（右側）へ水平移動すると、上梁５２２，下梁５２０、柱５１０、柱５１２で構成された矩形状の架構５３０が、略平行四辺形状に変形する。これにより、上梁５２２が矢印Ｇ方向に水平移動する（上梁５２２と下梁５２０とが相対移動する）。このように、架構５３０が矢印Ｇ方向に水平方向に変位（略平行四辺形状に変形）することに伴い、可動壁５０は、架構５３０の変形と同方向である矢印Ｒ方向に、面内回転する。

なお、図２では、上梁５２２は、右側に水平移動し、可動壁５０は、右回り（時計回り）に面内回転する。また、図２は、変形と回転を判り易くするため、変形と回転を実際よりも極端に大きく図示している。

さて、可動壁５０の回転に伴い、慣性質量ダンパー１００Ｌ、１００Ｎの連結部分であるヒンジ１０１Ｌ、１０１Ｎとヒンジ１０５Ｌ、１０５Ｎの間隔は狭くなる、すなわち慣性質量ダンパー１００Ｌ。１００の全長が縮む。一方、慣性質量ダンパー１００Ｍ、１００Ｐの連結部分であるヒンジ１０１Ｍ、１０１Ｐとヒンジ１０５Ｍ、１０５Ｐの間隔は狭くなる、すなわち慣性質量ダンパー１００Ｍ、１００Ｐの全長が縮む。このとき、慣性質量ダンパー１００Ｌ，１００Ｍ，１００Ｎ，１００Ｐの伸縮量は、架構５３０の変形に対して増幅される（以降、「格子倍率」と記載する）。

このように慣性質量ダンパー１００のシャフト１０２が軸方向に伸縮（直線変位）すると、前述したように、回転体１１０が軸回りに回転し、更に質量体１２０が軸回りに回転する（回転体１１０と質量体１２０とが一体となって回転する）。すなわち、質量体１２０の回転慣性力により、地震などの振動の入力を低減させることができる。これにより、建物５００の振動が抑えられる（入力低減効果）。

なお、回転体１１０の回転方向の接線方向の変位は、シャフト１０２の軸方向の変位の、数十倍まで増幅可能であり（回転増幅率）、更に、前述した格子倍利率によって、数倍程度、増幅される。

よって、例えば、

回転増幅率：βｆ＝２５

格子倍率：βｔ＝４

とすると、

（βｆ・βｔ）^２＝１０００倍

となる。

つまり、軸方向の変位を質量体１２０の回転に変換することによって生じる回転慣性質量効果は、質量体１２０の質量の１００００倍に増幅することができる。

よって、質量体の質量が５００ｋｇであれば、５、０００ｔｏｎの慣性質量が生成される。また、本実施形態においては、一つの架構５３０に対して、四基の慣性質量ダンパー１００が装着されているの、全体としては更に四倍の２０、０００ｔｏｎの慣性質量となる。

また、慣性質量ダンパー１００には、ホルダー１０４と内周面と回転体１１０の円柱部１１０Ｄの外周面との間に粘弾性液が注入されているので、粘弾性液のせん断抵抗によって抵抗を受ける。よって、回転体１１０が回転することにより粘弾性減衰力が発生する。その結果、制震効果が向上される。

さて、慣性質量ダンパー１００は、軸方向の変位量をｘとすると、質量体１２０の接線方向の変位は、

であり、加速度は、

となる。つまり、慣性質量ダンパー１００は、軸方向の変位方向と反対方向に力を発生させる。

よって、慣性質量ダンパー１００を用いる場合は、架構５３０（枠体）の変位方向と同方向に可動壁５０を面内回転させることで、架構５３０（枠体）の水平変位に対向する方向（矢印Ｑ）に抵抗力が働く。

このように、制震装置８００は、可動壁５０が入力変位によって架構５３０と同方向に回転することに伴い、慣性質量ダンパー１００が収縮して質量体１２０の回転により発生する慣性力によって地震のエネルギーを吸収するので、高い制震効果を発揮する。

また、図９に示すような構成とすることで、四つの連結部材と四つの慣性質量ダンパーとが、矩形状の架構内の空間に効率よく配置されると共に、意匠性に優れた構成となる。

また、慣連結部材２０２、２０８には、引っ張り力が働く。このため、変形に伴い柱５１０が伸びようとする力に対して、柱５１０を縮めようとする方向に力が働くことになる。したがって、柱５１０の軸力が低減する。

同様に、慣連結部材２０４、２０６には、圧縮力が働く。このため、変形に伴い柱５１２が押し付けられ力に対して、柱５１２を引き抜く方向に力が働くことになる。したがって、柱５１２の軸力が低減する。

また、建物５００の最下層の最外側部分の架構５３０、５４０を構成する外側の柱５１０、５１８（建物５００の最も外側に配置された柱５１０、５１８）の軸方向の変形を拘束することで、建物５００全体の曲げ変形が最も効果的に制震され、この結果、最も効果的に大きな制震効果が得られる。

なお、上記第三実施形態では、図９〜図１１に示すように、連結部材２０２、２０４、２０６、２０８の軸線は、可動壁５０との連結部２０２Ｂ，２０４Ｂ，２０６Ｂ，２０８Ｂを結ぶ対角線５０Ｔと角度を持つと共に、連結部材２０２、２０４の延長線２０２Ｔ、２０４Ｔが対角線５０Ｔの交点（可動壁５０の回転中心）よりも上方で交差し、連結部材２０６、２０８の延長線２０６Ｔ、２０８Ｔが対角線５０Ｔの交点（可動壁５０の回転中心）よりも下方で交差する構成であったがこれに限定されない。架構５３０（枠部）の水平方向の変位に伴い、可動壁５０が架構５３０（枠部）の変位方向と同方向に面内回転するように、架構５３０（枠部）と可動壁５０とが連結されていればよい。

例えば、図１２に示すように制震装置８０２のように、可動壁５０の角部５２Ａ，５２Ｂと上梁５２２に設けられたブラケット３１２と連結部材３０２、３０４で連結し、可動壁５０の角部５２Ｄ，５２Ｆと下梁５２０に設けられたブラケット３１４とを連結部材３０６、３０８で連結した構成であってもよい。なお、連結部材３０２と連結部材３０４はハの字状に配置され、連結部材３０６と連結部材３０８は、逆ハの字状に配置される。

また、例えば、上記実施形態では枠部は、梁と柱とで構成された矩形状の架構５３０であったがこれに限定されない。例えば、柱と床とで区画されていてもよい。また、枠部の形状は矩形状でなくてもよい。

本発明の第一実施形態の制震装置を備える建物の下層部の構造を模式的に示す正面図である。 図１の状態から建物が水平変位した状態を示す正面図である。 慣性質量ダンパーを示す部分断面斜視図である。 慣性質量ダンパーを示す、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は質量体の変形例を示す図である 本発明の第二実施形態の制震装置が備える建物の下層部の構造を模式的に示す正面図である。 図５の状態から建物が水平変位した状態を示す正面図である。 本発明の第一実施形態の変形例の制震装置を備える建物の下層部の構造を模式的に示す正面図である。 本発明の第二実施形態の変形例の制震装置を備える建物の下層部の構造を模式的に示す正面図である。 本発明の第三実施形態の制震装置を示す正面図である。 図９の状態から架構の水平変位に伴い、可動壁が同方向に回転した状態を示す正面図である。 第三実施形態の制震装置における連結部材による可動壁と架構との連結を説明する説明図である。 本発明の第三実施形態の制震装置の他の例を示す正面図である。 （Ａ）は本発明の制震装置が設置される前の状態の建物を模式的に示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の建物が曲げ変形した状態を模式的に示す図である。

符号の説明

５０ 可動壁
１００ 慣性質量ダンパー
１０２ シャフト（軸体）
１０２Ａ 雌ネジ溝（螺合手段）
１０４ ホルダー（保持体）
１０４Ａ 雄ネジ（螺合手段）
１１０ 回転体
１２０ 質量体
２０２ 連結部材
２０４ 連結部材
２０６ 連結部材
２０８ 連結部材
４９０ 地盤
５００ 建物
５３０ 架構（枠部）
５３２ 架構
５４０ 架構
５４２ 架構
５１０ 柱（他方の柱）
５１８ 柱（他方の柱）
５１２ 柱（他方の柱、一方の柱）
５１４ 柱（一方の柱）
５１６ 柱（他方の柱、一方の柱）
５２０ 下梁
５２２ 上梁
５５０ 制震装置
５５２ 制震装置
５６０ 制震装置
５６２ 制震装置
６００ トグル型制震装置（第一制震装置）
６０４ 第一アーム
６０８ 第二アーム
６２０ 弾塑性ダンパー（減衰ダンパー）
６５０ トグル型制震装置（第一制震装置）
７００ 制震装置（第二制震装置）
７１０ 制震装置（第二制震装置）
７１４ 第三アーム
７１８ 第四アーム
７２０ トグル型制震装置（第二制震装置）
７３０ トグル型制震装置（第二制震装置）
８００ 制震装置
８０２ 制震装置

Claims (7)

1. 建物を構成する矩形状の架構の中に設けられ、前記架構を構成する上梁又は前記上梁と一方の柱とで構成される隅部に一端が回転可能に取り付けられた第一アームと、前記架構を構成する下梁又は前記下梁と他方の柱とで構成される隅部に一端が回転可能に取り付けられ他端と前記第一アームの他端とが所定の角度を持って回転可能に連結された第二アームと、前記第一アームと前記第二アームとの連結部分に一端が回転可能に連結されると共に前記架構の上梁又は前記上梁と前記他方の柱とで構成される隅部に他端が回転可能に連結された減衰ダンパーと、を有する前記架構の振動を減衰させる第一制震装置と、
   前記架構の前記他方の柱の外側に設けられ、前記架構の水平方向の変形に伴って伸縮すると共に回転機構によって軸方向の直線変位を回転慣性質量の軸回りの回転変位に変換する慣性質量ダンパーを有し、前記建物が曲げ変形する際に前記他方の柱に作用する軸力の方向と逆方向の軸力を前記他方の柱に作用させる第二制震装置と、
   を備える制震装置。
2. 前記第二制震装置は、
   前記慣性質量ダンパーの一端が、前記架構の前記他方の柱に回転可能に取り付けられ、 前記慣性質量ダンパーの他端が、前記他方の柱よりも外側の下梁又は前記建物の外側の地盤に回転可能に取り付けられている請求項１に記載の制震装置。
3. 前記第二制震装置が、
   前記架構の前記他方の柱に一端が回転可能に取り付けられた第三アームと、
   前記他方の柱よりも外側の下梁又は前記建物の外側の地盤に一端が回転可能に取り付けられ、他端と前記第三アームの他端とが所定の角度を持って回転可能に連結された第四アームと、
   前記第三アームと前記第四アームとの連結部分に一端が回転可能に連結されると共に、前記下梁、前記地盤、前記下梁又は前記地盤と前記他方の柱とで構成される隅部のいずれかに他端が回転可能に連結された前記慣性質量ダンパーと、
   を備える請求項１に記載の制震装置。
4. 前記他方の柱が前記建物の最外側部分に配置された柱とされた請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の制震装置。
5. 前記第一制震装置が、前記建物の最下層の架構の中に設けられた請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の制震装置。
6. 前記慣性質量ダンパーの前記回転機構は、
   軸体と、
   前記軸体が挿入される回転体と、
   前記回転体を回転可能に保持する保持体と、
   前記軸体の外周面と前記回転体の内周面とに設けられ、該軸体の軸方向の直線変位を前記回転体の軸周りの回転変位に変換する螺合手段と、
   前記回転体と一体となって、軸周りに回転する質量体と、
   を有する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の制震装置。
7. 前記回転体の外周面と前記保持体の内周面との間にエネルギー吸収体を備える請求項６に記載の制震装置。