JP7732903B2 - 制動装置及び建物の免震構造 - Google Patents

Description

本発明は、外力により生じるエネルギーを吸収させるための制動装置、及びそれが設置された建物の免震構造に関するものである。

地震の揺れの伝達を抑えるために、建物と基礎との間に免震装置が配置された建物の免震構造が知られている。こうした免震構造では、構造設計時に想定するレベルを上回る想定外の大地震が発生した場合に、免震装置が配置された免震層に過大変形が生じ、建物が周囲の擁壁に衝突したり、免震装置が過大変形することで免震層が損傷することが懸念される。また、擁壁衝突時の衝撃力によって、上部建物が損傷する可能性もある。

そこで、特許文献１に開示されているように、緩衝材となるゴム製ブロックを、大地震時の過大変形によって衝突が起きうる箇所に予め設置しておくことで、衝撃を緩和させることが行われている。ここで、ゴム製ブロックは、大きな力が作用すると、塑性変形することでエネルギーを吸収することも知られている。

一方、特許文献２には、外力の作用方向に複数の皿バネを並べたバネ機構を備えた振動抑制装置が開示されている。この振動抑制装置では、所定値より大きい変位が生じた際に可動するバネ量を増やすことで、変位が大きいときほど剛性が低くなるようにしている。こうした振動抑制装置は、免震装置に復元力を生じさせるためのバネ材として使用したり、減衰材などを付与することでダンパー材として使用したりすることができる。

さらに、特許文献３には、建物などの構造物の制振機構として、外力の作用方向に複数の皿バネを並べたバネ部材を使用することが開示されている。この皿バネを要素としたバネ部材は、圧縮力と引張力の双方に対応し得る構成となっている。

特開２０１８－７１６５１号公報 特開２０１７－７８４３２号公報 特開２０１２－１６３１３４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたようなエネルギーを吸収するために塑性化させる装置は、塑性化によって性能が低下したときに交換する必要があるが、大地震後などでは早急な対応が難しいうえに、交換費用が必要になる。

また、特許文献２，３に開示されたような外力の作用方向に複数の皿バネを並べる構成では、皿バネの１枚当たりの変形量が少ないので、外力の作用方向に一定以上の変位をさせようとする場合は、多くの皿バネを組み込む必要があり、装置の長さが長くなって大型化することになる。免震装置が配置される免震ピットは、多数の配管などが敷設されていて、利用できる空間に制約があるため、装置はなるべく小さい方が望ましい。

そこで本発明は、エネルギー吸収性能に優れ、かつ繰り返しの使用が可能であるうえに、外力の作用方向の長さを短くすることが可能な制動装置、及びそれが設置された建物の免震構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の制動装置は、外力により生じるエネルギーを吸収させるための制動装置であって、外力の作用方向に移動する一対のスライダー部と、一対の前記スライダー部の間に介在されて、前記作用方向と略直交する方向が伸縮方向となるバネ部と、前記バネ部の中空部に挿入されるとともに、一対の前記スライダー部のそれぞれの移動を可能にする芯材部と、前記芯材部の両端を固定するとともに、前記スライダー部の移動方向を制御する本体部とを備え、前記スライダー部に外力が作用して前記作用方向に移動すると、それに伴って一対の前記スライダー部の間隔が狭くなって前記バネ部が収縮するとともに、前記本体部と前記スライダー部との間及び前記バネ部と前記スライダー部との間では、摺動によるエネルギー吸収が行われることを特徴とする。

ここで、前記スライダー部には、前記バネ部が収縮する移動の際の先端側が先細るテーパー面が形成されていて、前記本体部のテーパー面との間で摺動が生じる構成とすることができる。

また、前記バネ部は、剛性が異なる皿バネ材又はコイルバネ材を組み合わせることで形成される構成とすることができる。さらに、前記バネ部の中空部に対して、密接可能な外形の前記芯材部が挿入されているとともに、前記バネ部と前記スライダー部との間にはワッシャが介在されている構成とすることができる。

また、建物の免震構造の発明は、免震装置が配置される建物の免震構造であって、前記免震装置が配置される免震層に設置される上記いずれかに記載の制動装置と、前記免震層に所定以上の変形が生じる前に前記制動装置を作動させるための反力部とを備えていることを特徴とする。

ここで、前記免震層の上部側又は下部側に前記制動装置が設置されるとともに、前記スライダー部の外力の作用面に対向する位置に、前記反力部となる突起部が設けられる構成とすることができる。

また、前記免震装置によって支持される構造部材の側面又はその側面が対向する壁面に、前記制動装置が設けられる構成とすることもできる。

このように構成された本発明の制動装置は、外力の作用方向と略直交する方向が伸縮方向となるバネ部を備えている。そして、スライダー部に外力が作用して移動すると、バネ部が収縮するとともに、本体部とスライダー部との間及びバネ部とスライダー部との間では、摺動によるエネルギー吸収が行われる。

このため、エネルギー吸収性能に優れている。また、バネ部を伸縮させる機構のため、復元性能に優れ、繰り返しの使用が可能である。さらに、バネ部の伸縮方向が外力の作用方向と略直交する方向となっているので、制動装置の外力の作用方向の長さを短くすることができる。

さらに、一対のスライダー部は、それぞれの移動が可能となるように取り付けられる。このため、免震層のねじれ変形などによって一対のスライダー部を同じように押す力が作用しない場合でも、制動装置を効果的に機能させることができる。

また、スライダー部の摺動面が、バネ部が収縮する移動の際の先端側が先細るテーパー面に形成されていれば、スライダー部の移動がバネ部の収縮に連続的に変換されるようになるので、スムーズな制動を行うことができるようになる。

さらに、バネ部を、剛性が異なる皿バネ材又はコイルバネ材を組み合わせることで形成するのであれば、剛性増加型の復元力特性となるように設定して、緩やかな制動を行わせることができる。

また、バネ部とスライダー部との間にワッシャを介在させることで、ワッシャの材質によって摩擦係数を調整することができる。さらに、接触面を大きくすることで、スライダー部を滑らかに動かすことができるようになる。

また、建物の免震構造の発明は、免震装置が配置される免震層に制動装置が設置されるとともに、免震層に所定以上の変形が生じる前に制動装置を作動させるための反力部を備えている。このため、設計時の想定以上の大地震が発生しても、建物が周囲の擁壁に衝突したり、免震装置が過大変形することで免震層が損傷したりすることを防ぐことができる。

本実施の形態の制動装置の内部構造を説明するための破断斜視図である。 本実施の形態の建物の免震構造を説明する図であって、（ａ）は平常時の状態を示す模式図、（ｂ）は大地震時の状態を示す模式図である。 本実施の形態の制動装置の構成を説明するための斜視図である。 バネ部の構成を例示した説明図である。 バネ部の剛性増加型の復元力特性を説明するためのグラフである。 摩擦を含めた制動装置の復元力特性を説明するためのグラフである。 制動装置の初期状態を説明するための側面図である。 制動装置の作動時の状態を説明するための側面図である。 制動装置の最大変形時の状態を説明するための側面図である。 本実施の形態の建物の免震構造における制動装置の作動範囲を示した説明図である。 本実施の形態の建物の免震構造における制動装置の設置例１を示した説明図である。 本実施の形態の建物の免震構造における制動装置の設置例２を示した説明図である。 本実施の形態の建物の免震構造における制動装置の設置例３を示した説明図である。 本実施の形態の建物の免震構造における制動装置の設置例４を説明する斜視図である。 本実施の形態の建物の免震構造における制動装置の設置例４を示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１及び図３は、本実施の形態の制動装置１の構成を説明するための斜視図である。また、図２は、本実施の形態の建物の免震構造を模式的に示した説明図である。

本実施の形態の制動装置１は、外力により生じるエネルギーを吸収させるための装置である。本実施の形態の制動装置１は、免震構造の建物と組み合わせて使用することができる。また、港湾の防舷材、鉄道の緩衝式車止め、フォークリフトなどの重機のバンパ、人工知能（ＡＩ）によって制御される移動機器などにも、本実施の形態の制動装置１を取り付けることができる。

以下、本実施の形態では、図２（ａ）に示すように、免震装置Ｅが配置された建物Ｍに対して制動装置１を設置する場合について、主に説明する。地震の揺れの伝達を抑えるために、建物Ｍと基礎Ｂとの間に免震装置Ｅが配置された建物Ｍでは、地震時に、免震装置Ｅが配置された免震層において変形が生じる（図２（ｂ）参照）。

免震構造の建物Ｍでは、構造設計時に想定したレベルを上回る想定外の大地震が発生した場合に、図２（ｂ）に示すように免震層において過大な変形が生じ、建物Ｍが周囲の擁壁Ｍ４に衝突したり、免震装置Ｅが過大変形することで免震層が損傷することが懸念される。そこで、こうした免震層の過大変形を抑えるために、本実施の形態の制動装置１を設置する。

本実施の形態の制動装置１は、図１及び図３に示すように、外力の作用方向に移動する一対のスライダー部２，２と、一対のスライダー部２，２の間に介在されるバネ部３と、バネ部３の中空部３ａに挿入される芯材部４と、本体部５とを備えている。ここで、図１は、制動装置１を厚さ方向の中央で半割にして内部構造を示した破断斜視図であり、図３は、制動装置１の外観を示した斜視図である。なお、図３では、後述する締結部５２の上側を、二点鎖線で図示している。

一対のスライダー部２，２は、それぞれクサビ状の同じ形状に形成されて、線対称に配置される。スライダー部２は、外力の作用方向（図８の矢印参照）の先端側が先細る平面視略台形の四角柱状に形成される。すなわちスライダー部２の略長方形の後端面が作用面２３となり、作用面２３が押されると、スライダー部２が本体部５に向けて移動することとなる。

ここで、平面視略台形の斜辺によって形成されるスライダー部２の側面を、テーパー面２１とする。そして、線対称に配置された一対のスライダー部２，２の平面視略台形の下辺によって形成される側面間に、バネ部３が介在される。

すなわち、外力の作用方向と略直交する方向が伸縮方向となるように、円筒状のバネ部３が配置される。そして、図１に示すように、バネ部３の円柱状の中空部３ａに対して、それよりも外形の小さい角柱状の芯材部４が挿入される。詳細には、芯材部４は、ガイド機能も発揮できるように、中空部３ａよりやや小さい外形に形成される。なお、芯材部は、円柱状であってもよい。

芯材部４は、一定の長さの角柱形又は角筒形に形成されていて、両端部はスライダー部２の貫通穴２２を通って、本体部５に固定される。この貫通穴２２は、芯材部４の外周面より大きく形成される。詳細には、貫通穴２２は、スライダー部２の外力の作用方向への移動の支障とならない大きさの空間に形成されている。すなわち、スライダー部２は、設定された可動範囲内では、芯材部４によって制限を受けることなく移動（スライド）することができる。

一方、芯材部４が挿入されるバネ部３は、スライダー部２が外力の作用方向に移動する際には、芯材部４に沿って伸縮する。また、バネ部３とスライダー部２との間には、ワッシャ３４が介在されているだけで、接合はされていない。このため、スライダー部２を外力の作用方向に移動させる力が強ければ、バネ部３とスライダー部２との間にワッシャ３４を介した摩擦抵抗のある摺動が起き、エネルギーの吸収が行われる。

そして、バネ部３は、スライダー部２を外力の作用方向に移動させると、芯材部４の軸方向に沿って伸縮することになる。すなわち、一対のスライダー部２，２の少なくとも一方が、作用面２３を押されて外力の作用方向に移動すると、本体部５による制御によって、バネ部３に収縮を起こさせる移動になる。

本体部５は、芯材部４の両端を固定するとともに、スライダー部２の移動方向を制御するために設けられる。本体部５は、スライダー部２のテーパー面２１に接触させる一対のガイド部５１，５１と、ガイド部５１，５１の広がりを防ぐための締結部５２と、制動装置１を設置するための取付部５３とを備えている。

ガイド部５１は、スライダー部２と同様にクサビ状に形成される。すなわち、ガイド部５１は、外力の作用方向と反対側が先細る平面視略台形の四角柱状、又は平面視略直角三角形の三角柱状に形成される。ガイド部５１のテーパー面５１１とスライダー部２のテーパー面２１とは、対向して接触することになり、テーパー面２１，５１１間で摩擦抵抗のある摺動が発生する。

要するに、スライダー部２の作用面２３が押されると、ガイド部５１のテーパー面５１１に沿って、外力の作用方向で、かつバネ部３を収縮させる方向に、スライダー部２が移動することになる。

ここで、芯材部４の両端は、ガイド部５１に設けられた凹部５１２に収容されて固定されている。すなわち凹部５１２は、芯材部４の外形と略同じ大きさの空間に形成されていて、凹部５１２に芯材部４の端部が嵌合される。また、ガイド部５１には、凹部５１２からの芯材部４の抜け出しを防ぐために、蓋部４１が装着される。

すなわち、一対のスライダー部２，２及びバネ部３は、本体部５の一対のガイド部５１，５１間に挟まれた範囲内で可動する。そして、図３に示すように、スライダー部２の移動の際に作用する力によってガイド部５１，５１間が広がらないように、ガイド部５１，５１の先端間が、制動装置１の厚さ方向に対向して配置される一対の締結部５２，５２によって連結される。

続いて、図４及び図５を参照しながら、バネ部３の構成及び復元力特性について説明する。本実施の形態の制動装置１に配置されるバネ部３は、剛性が異なる複数の皿バネ材を組み合わせることによって形成される。

図４では、３種類の剛性が異なる皿バネ材が重ねられた構成を示している。詳細には、下から４枚の第１皿バネ材３１と、４枚の第２皿バネ材３２と、６枚の第３皿バネ材３３とが重ねられている。

第１皿バネ材３１と第２皿バネ材３２と第３皿バネ材３３は、材厚や材質を変えることによって、異なる剛性になっている。ここでは、剛性が高い順に、第１皿バネ材３１、第２皿バネ材３２、第３皿バネ材３３となる。また、バネ部３全体の剛性については、皿バネ材（３１，３２，３３）を重ねる枚数によっても、調整することができる。

図５は、バネ部３の剛性増加型の復元力特性を説明するためのグラフである。上述したように構成されたバネ部３は、変形の増大に伴って剛性を増加させることができるので、例えば免震層の変形の増加に従って、徐々にブレーキを効かせることができるようになる。

図５のバネ部３に作用する荷重が0(kN)で変形が0(mm)のＡ点は、図４に示すような初期状態を示している。そして、バネ部３を収縮（圧縮）させる荷重が作用すると、Ｂ点までは剛性が最も低い第３皿バネ材３３が主に変形する。

Ｂ点を超えて、さらにバネ部３に作用する荷重が増加すると、Ｃ点までは第２皿バネ材３２が主に変形し、Ｃ点を超えると、最も剛性が高い第１皿バネ材３１が主に変形することになる。このように、変形の増加に伴って段階的に系全体の剛性が増加するバネ部３の復元力特性を、剛性増加型という。

本実施の形態の制動装置１は、このようなバネ部３の収縮時の復元力特性を利用した制動を行う。さらに、本実施の形態の制動装置１では、本体部５とスライダー部２との間及びバネ部３とスライダー部２との間で起きる摺動によっても、エネルギーの吸収が行われる。

上述したように、スライダー部２の作用面２３が押されて外力の作用方向の移動が始まると、スライダー部２のテーパー面２１と、それに接するガイド部５１のテーパー面５１１との間で、摩擦抵抗を伴った摺動が起きる。また、ワッシャ３４を介したバネ部３とスライダー部２との間でも、摩擦抵抗を伴った摺動が起きる。

この際の摩擦抵抗（摩擦係数）の大きさは、テーパー面２１，５１１の処理やワッシャ３４を介在させることなどによって、任意に設定することができる。また、圧縮したバネ部３の復元力でスライダー部２のテーパー面２１がガイド部５１のテーパー面５１１に押し付けられることによって、摩擦力が増加することにもなる。また、圧縮したバネ部３の復元力による摩擦力の増加は、バネ部３とスライダー部２との間でも起きる。

さらに、図７に示すように、スライダー部２の先端側の角度θによっても、摩擦力の大きさを調整することができる。角度θが小さいほどバネ部３に対して変形量を増幅できるが、角度θが小さくなり過ぎると摩擦力が大きくなりバネ部３が復元できなくなるおそれがある。そこで、角度θを10°から45°程度、例えば25°に設定する。

図６は、摩擦を含めた制動装置１の復元力特性を説明するためのグラフである。グラフの破線は、図５で説明したバネ部３のみの復元力特性を示している。そこに、テーパー面２１，５１１間及びバネ部３とスライダー部２との間に生じる摩擦力を加えると、実線で示したような復元力特性に設定することができる。

摩擦を含めた制動装置１の復元力特性では、スライダー部２の作用面２３が押されて外力の作用方向の移動が始まると、テーパー面２１，５１１間及びバネ部３とスライダー部２との間の摩擦力と第３皿バネ材３３の収縮によって、バネ部３のみの場合と比べて、剛性の高い挙動を示す。

このバネ部３のみの場合よりも剛性が上回る挙動は、変形が増加している間は続く。また、変形が大きくなるほど、バネ部３の収縮量が増えて復元力も大きくなるので、テーパー面２１，５１１間及びバネ部３とスライダー部２との間の摩擦力も大きくなる。

そして、外力が減少してバネ部３が復元（伸長）し始めると、テーパー面２１，５１１間及びバネ部３とスライダー部２との間に摩擦力がある分だけ、制動装置１の復元力が小さくなり、エネルギー吸収量を増やすことができる。さらに摩擦を大きくして、建物Ｍに比べて制動装置１が遅れて復元する場合は、圧縮時の破線で囲まれた範囲のすべてがエネルギー吸収量となり、より大きなエネルギーを吸収することができる。

次に、図７－図９を参照しながら、本実施の形態の制動装置１の動作について説明する。図７は、制動装置１の初期状態を説明するための側面図である。制動装置１は、例えば図２（ａ）に示すように、基礎梁や床梁などの梁部材Ｍ１の下面から、免震装置Ｅが配置された免震層に垂下させた垂下部Ｍ２に取り付けられる。

詳細には、図７に示すように、上下に張り出された取付部５３にボルトなどをねじ込むことによって、垂下部Ｍ２の側面に制動装置１を取り付ける。要するに本体部５は、制動装置１内の相対的な位置関係では、固定部となる。また、性能を安定させるために、バネ部３には初期圧縮力が加えられて、少し圧縮された状態となっている。この初期圧縮力は、制動装置１の作動開始時に、大きな衝撃力が発生しない程度に調整される。

図８は、制動装置１の作動時の状態を説明するための側面図である。図２（ｂ）に示すように、地震が起きて基礎Ｂの揺れが大きくなると、基礎Ｂから免震層に突出するように設けられた反力部となる突起部６に、制動装置１が接触する状況が起きる。

このときに突起部６に接触するのが、スライダー部２の作用面２３である。図８に示した矢印は、突起部６から受ける外力の作用方向を示している。外力によって一対のスライダー部２，２の両方又はいずれか一方が本体部５に向けて押し込まれると、スライダー部２は外力の作用方向に移動することになる。

この際、芯材部４は移動せず、バネ部３はスライダー部２との間で摺動を伴いながら、外力の作用方向に移動することになる。すなわち、芯材部４は、それよりも大きなスライダー部２の貫通穴２２に通されているので、貫通穴２２の空間内であれば、スライダー部２は制限なく移動することができる。

また、スライダー部２，２の移動は、ガイド部５１のテーパー面５１１に沿って行われるので、上側のスライダー部２は下降することになり、下側のスライダー部２は上昇することになる。すなわち、一対のスライダー部２，２の間隔が狭くなって、バネ部３が収縮することになる。

図９は、制動装置１の最大変形時の状態を説明するための側面図である。スライダー部２の貫通穴２２の壁面に芯材部４が当たる場合、もしくは、形状により本体部５の中面５５にスライダー部２の先端２４が当たる場合、それ以上、スライダー部２を外力の作用方向（黒矢印）に押し込むことができなくなる。スライダー部２の移動が止まると、バネ部３もそれ以上に圧縮されることはないので、この状態がバネ部３の最大変形量（収縮量）となる。その他に、先にバネ部３が完全に収縮した場合、スライダー部２を外力の作用方向（黒矢印）に押し込むことができなくなり、制動装置１は最大変形状態となる。

一方、作用面２３を本体部５側に押し込む外力の作用がなくなると、バネ部３の復元力によってバネ部３が伸長し、一対のスライダー部２，２の間隔が広くなるような移動が起きて、スライダー部２，２及びバネ部３は、図７に示すような初期状態に戻ることになる。

次に、本実施の形態の制動装置１及び建物の免震構造の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の制動装置１は、外力の作用方向（図８の矢印参照）と略直交する方向が伸縮方向となるバネ部３を備えている。

そして、スライダー部２に外力が作用して移動すると、バネ部３が収縮するとともに、本体部５とスライダー部２とのテーパー面２１，５１１間及びバネ部３とスライダー部２との間では、摩擦抵抗を伴った摺動によるエネルギー吸収が行われる。この摺動は、バネ部３による復元力が作用した状態で行われるので、テーパー面２１のテーパー面５１１への押し付けや、バネ部３のスライダー部２への押し付けによって、より効率的にエネルギーを吸収させることができる。

このため、エネルギー吸収性能に優れている。また、バネ部３を伸縮させる機構のため、復元性能に優れ、繰り返しの使用が可能である。特に、皿バネ材（３１，３２，３３）は、変形後も塑性化しにくいので、大地震によって制動装置１が稼動した後も、塑性化による性能低下が生じることなく、そのまま繰り返し使用することができる。

また、一対のスライダー部２，２は、それぞれの移動が独立して可能となるように制動装置１に取り付けられる。このため、制動装置１が設置された免震層にねじれ変形などが起き、一方のスライダー部２だけが先に押されるような場合でも、制動装置１を効果的に機能させることができる。

さらに、スライダー部２の摺動面が、バネ部３が収縮する移動の際の先端側が先細るテーパー面２１に形成されていれば、スライダー部２の移動がバネ部３の収縮に連続的に変換されるようになるので、スムーズな制動を行うことができるようになる。

また、バネ部３の伸縮方向が外力の作用方向と略直交する方向となっているので、制動装置１の外力の作用方向の長さを短くすることができる。例えば、１枚当たりの変形量が少ない皿バネ材を使用する場合、一定以上の変位をさせようとすると多くの皿バネ材（３１，３２，３３）を組み込むことになるが、外力の作用方向と略直交する上下方向に積み上げるだけなので、制動装置１の外力の作用方向の長大化を抑えるができる。このため、配管などによって設置範囲の制限を受けることが多い免震層となる免震ピットにも、小型な制動装置１であれば様々な位置に設置することができる。

さらに、バネ部３を、剛性が異なる皿バネ材（３１，３２，３３）を組み合わせることで形成するのであれば、剛性増加型の復元力特性となるように設定して、緩やかな制動を行わせることができる。すなわち、変形の増加に伴って系全体の剛性が段階的に増加するバネ部３を利用するのであれば、初期の衝撃力の発生を抑えられるうえに、過大な変形に対しても制動を行うことができる。

また、バネ部３の中空部３ａに対して密接可能な外形の芯材部４が挿入される構成であれば、バネ部３と芯材部４とが一体になって外力の作用方向に移動できるようになり、移動中のバネ部３の傾きや偏心を抑えることができる。すなわち、バネ部３の中空部３ａに対してやや小さい外形の芯材部４が挿入されていれば、バネ部３が変形した際に中空部３ａが縮小しても、バネ部３の伸縮を妨げることなく、密接して一体化させることができる。

さらに、バネ部３とスライダー部２との間にワッシャ３４を介在させれば、ワッシャ３４の材質によって摩擦係数を調整することができる。さらに、ワッシャ３４により接触面を大きくすることで、スライダー部２を滑らかに動かすことができるようになる。

本実施の形態の建物Ｍの免震構造は、免震装置Ｅが配置される免震層に制動装置１が設置されるとともに、免震層や免震装置Ｅに所定以上の変形が生じる前に制動装置１を作動させるための反力部を備えている。

図１０は、本実施の形態の建物Ｍの免震構造における制動装置１の作動範囲を説明する図である。制動装置１は、基礎Ｂから上方に向けて突出させた突起部６に当接させることで作動する。

ここで、建物Ｍの梁部材Ｍ１の端面と、建物Ｍの周囲に設けられた擁壁Ｍ４との離隔をL2とすると、免震層にL2以上の変形が起きる前に制動装置１を作動させて、大地震によるエネルギーを吸収させる必要がある。そこで、制動装置１の作用面２３と突起部６の当接面６１との距離L1を、L2よりも小さくする。

詳細には、距離L1に制動装置１の最大変形量を加えた値が、L2よりも小さくなるように距離L1を設定することになる。このような設定にすることで、設計時の想定以上の大地震が発生しても、建物Ｍが周囲の擁壁Ｍ４に衝突したり、免震装置Ｅやダンパー材などが過大変形することで引張破断や座屈などが起きて損傷したりするのを防ぐことができる。

また、制動装置１が作動することで、免震層の剛性が徐々に増加していくことになり、上部に設けられる建物Ｍの応答加速度の増幅を抑えつつ、免震層の変形を抑制することができるようになる。

図１１－図１５は、本実施の形態の建物Ｍの免震構造における制動装置１の設置例１－４を説明する図である。図１１に示すように、突起部６は、基礎Ｂに下端部を埋設させたＨ型鋼などによって設けることができる。

例えば、図１１に示した設置例１のように、免震装置Ｅで支持されるフーチング部材Ｍ３，Ｍ３間に設けられた梁部材Ｍ１の長手方向の中央に、制動装置１を設置することができる。制動装置１は、梁部材Ｍ１の下面から垂下させた垂下部Ｍ２の両側面に、それぞれ設置される。

２つの制動装置１に対しては、それぞれに対向するように当接面６１が設けられた突起部６が設けられる。この制動装置１の作用面２３と突起部６の当接面６１との距離L1は、免震装置Ｅの機能を充分に発揮させるためには、設計時に想定した規模の地震による免震層の変形の範囲では、接触が起きないようにする必要がある。

図１２に示した設置例２では、フーチング部材Ｍ３の側面及び梁部材Ｍ１の下面に接合された垂下部Ｍ２の１側面に、制動装置１を設置している。そして、それぞれの制動装置１に対しては、梁部材Ｍ１の中央側に突起部６が設けられる。なお、距離L1の設定など、それ以外の構成については、設置例１と同じである。

一方、図１３に示した設置例３では、梁部材Ｍ１の中央の真下に、両側面に当接面６１，６１を備えた突起部６を設け、それぞれの当接面６１，６１に対向する位置に、それぞれ制動装置１，１を設置している。なお、距離L1の設定など、それ以外の構成については、設置例１と同じである。

こうした設置例１－３のような制動装置１の分散配置や、制動装置１のスライダー部２の先端側の角度θ、テーパー面２１，５１１間の摩擦抵抗（摩擦係数）及びバネ部３の復元力特性などは、免震層全体の復元力特性に基づいて設定することができる。

また、図１４及び図１５に示した設置例４は、擁壁Ｍ４を制動装置１の反力部として利用する場合を示している。建物Ｍの免震層の上部には、梁部材Ｍ１やフーチング部材Ｍ３などの建物Ｍの構造部材が設けられていて、外周面に現れる構造部材の側面と擁壁Ｍ４とは対向する位置関係になる。

そこで、最外周面となるフーチング部材Ｍ３の側面よりも擁壁Ｍ４側に作用面２３が突出するように、制動装置１を外周側の梁部材Ｍ１の側面に取り付ける。一方、擁壁Ｍ４の壁面には、鋼板などで当接面Ｍ４１を形成しておく。

このような構成にすることで、設計時の想定以上の大地震の際には、制動装置１の作用面２３が擁壁Ｍ４に接触することになるが、制動装置１のエネルギー吸収によって、擁壁Ｍ４やフーチング部材Ｍ３などが損傷するような衝突を防ぐことができる。すなわち、擁壁Ｍ４に接触しても、制動装置１の動作によって衝撃力の発生を抑えることができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、免震構造の建物Ｍに制動装置１を設置する場合について主に説明したが、これに限定されるものではない。上記した防舷材や緩衝式車止め以外にも、工事用タワークレーンの壁繋ぎや足場の変位対応、工事用エレベーターの最下階における制動、天井クレーンの端部の衝突干渉装置などにも、本実施の形態の制動装置１を使用することができる。また、洗濯機などの家電の防振材、ロボットなどの接触部のダンパー材、突っ張り棒などの伸縮機構にも、本実施の形態の制動装置１を使用することができる。

また、前記実施の形態では、３種類の剛性が異なる皿バネ材（３１，３２，３３）を組み合わせることによってバネ部３を構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、複数の剛性が異なるコイルバネ材、角バネ材、ゴム材又はそれらに準ずる材料などを組み合わせることによってバネ部を形成することもできる。

さらに、前記実施の形態では、免震層の上部側に制動装置１を設置して、下部側（基礎Ｂ側）に反力部を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、免震層の下部側に制動装置１を設置して、上部側に反力部を設けることもできる。

また、前記実施の形態では、バネ部３とスライダー部２との間にワッシャ３４を介在させた構成について説明したが、これに限定されるものではなく、バネ部３の端面をスライダー部２に直接、接触させることもできる。

さらに、前記実施の形態では、バネ部３の中空部３ａと芯材部４との間に隙間が空く構成について説明したが、これに限定されるものではなく、中空部３ａと芯材部４とが略同じ大きさであってもよい。このような構成でも、バネ部３が芯材部４に沿って伸縮し、バネ部３とスライダー部２との間で摺動が起きるようにすることができる。

１ ：制動装置
２ ：スライダー部
２１ ：テーパー面
２３ ：作用面
３ ：バネ部
３ａ ：中空部
３１ ：第１皿バネ材（皿バネ材）
３２ ：第２皿バネ材（皿バネ材）
３３ ：第３皿バネ材（皿バネ材）
３４ ：ワッシャ
４ ：芯材部
５ ：本体部
５１ ：ガイド部
５１１ ：テーパー面
６ ：突起部（反力部）
Ｍ ：建物
Ｅ ：免震装置
Ｍ１ ：梁部材（構造部材）
Ｍ３ ：フーチング部材（構造部材）
Ｍ４ ：擁壁（反力部）

Claims (7)

1. 外力により生じるエネルギーを吸収させるための制動装置であって、
   外力の作用方向に移動する一対のスライダー部と、
   一対の前記スライダー部の間に介在されて、前記作用方向と略直交する方向が伸縮方向となるバネ部と、
   前記バネ部の中空部に挿入されるとともに、一対の前記スライダー部のそれぞれの移動を可能にする芯材部と、
   前記芯材部の両端を固定するとともに、前記スライダー部の移動方向を制御する本体部とを備え、
   前記スライダー部に外力が作用して前記作用方向に移動すると、それに伴って一対の前記スライダー部の間隔が狭くなって前記バネ部が収縮するとともに、前記本体部と前記スライダー部との間及び前記バネ部と前記スライダー部との間では、摺動によるエネルギー吸収が行われることを特徴とする制動装置。
2. 前記スライダー部には、前記バネ部が収縮する移動の際の先端側が先細るテーパー面が形成されていて、前記本体部のテーパー面との間で摺動が生じることを特徴とする請求項１に記載の制動装置。
3. 前記バネ部は、剛性が異なる皿バネ材又はコイルバネ材を組み合わせることで形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の制動装置。
4. 前記バネ部の中空部に対して、密接可能な外形の前記芯材部が挿入されているとともに、前記バネ部と前記スライダー部との間にはワッシャが介在されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制動装置。
5. 免震装置が配置される建物の免震構造であって、
   前記免震装置が配置される免震層に設置される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制動装置と、
   前記免震層に所定以上の変形が生じる前に前記制動装置を作動させるための反力部とを備えていることを特徴とする建物の免震構造。
6. 前記免震層の上部側又は下部側に前記制動装置が設置されるとともに、
   前記スライダー部の外力の作用面に対向する位置に、前記反力部となる突起部が設けられることを特徴とする請求項５に記載の建物の免震構造。
7. 前記免震装置によって支持される構造部材の側面又はその側面が対向する壁面に、前記制動装置が設けられることを特徴とする請求項５に記載の建物の免震構造。