JPH0960688A - 構造物用振動減衰ダンパー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動減衰機能のみならず、振動による変位の
規制機能および復元機能を兼ね備えたダンパーを提供す
る。 【解決手段】 基礎３の上に少なくとも水平方向に移動
自在に設置された構造物１の振動を減衰させるための構
造物用振動減衰ダンパーであって、前記基礎３に、前記
構造物１の振動方向に磁極を向けて固定永久磁石９が配
置されるとともに、その固定永久磁石９の磁極に同極の
磁極を対向させた可動永久磁石８が、前記構造物１に取
り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建造物や機械設
備類など構造物の地震に起因する振動を減衰させるため
のダンパーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建物や機械類などに対する地震の振動の
伝播を防止する免震支持体として、ゴムなどからなる弾
性層と鋼板などからなる剛性板層とを交互に多数層に積
層した支持体が知られている。この種の免震支持体は、
弾性層の水平方向への弾性変形によって支持構造物の固
有周期を長周期とすることにより、地震による構造物の
振動を抑制するものである。

【０００３】上記の免震支持体が水平方向に弾性変形し
た場合、弾性層の内部摩擦などによって振動エネルギが
吸収されるが、その量は僅かであるから、振動を積極的
に減衰させる機能は、実用上必ずしも充分ではなく、特
に軽量構造物を対象とする免震支持体にあっては、水平
剛性を低く設定するから、支持構造物の水平方向の変位
が大きくなることが考えられる。そこで従来一般には、
振動エネルギを吸収して加速度および変位を軽減するた
めに、ダンパーを併用することが行われている。そのダ
ンパーとしては、弾塑性ダンパーや粘性ダンパーが一般
的であり、その他に摩擦ダンパーなども使用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した弾性層と剛性
板層とを積層した免震支持体は、水平剛性が垂直剛性に
対して小さいので、大きな剪断変形に対しては、弾性層
の破断を防止するために、最大変形量を規定し、また剪
断変形した場合の座屈を防止する必要がある。ダンパー
を併用したシステムでは、ダンパーによる振動減衰作用
によって、最大変形量の抑制や座屈を間接的に防止する
ようにしている。

【０００５】しかしながら木造建築物のような軽量構造
物を対象とする場合、振動固有周期を長くするために免
震支持体の水平剛性を特に小さくするので、ダンパーに
よる最大変形量の抑制作用が重要になるが、従来のダン
パーは、剪断加速度や速度に応じた抵抗力を生じるもの
であって、剪断変形を積極的に阻止し、あるいは復元さ
せる作用はない。そのために従来のダンパーを用いたの
では、免震支持体に最大変形量の抑制機能を付与した
り、座屈防止のための機能を付与せざるを得ず、振動固
有周期を長くするための水平剛性の低下との両立が困難
であった。

【０００６】この発明は上記の事情を背景としてなされ
たものであって、振動減衰機能のみならず、振動による
変位の規制機能および復元機能を兼ね備えたダンパーを
提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用】この発明
は、上記の目的を達成するために、基礎の上に少なくと
も水平方向に移動自在に設置された構造物の振動を減衰
させるための構造物用振動減衰ダンパーにおいて、前記
基礎に、前記構造物の振動方向に磁極を向けて固定永久
磁石が配置されるとともに、その固定永久磁石の磁極に
同極の磁極を対向させた可動永久磁石が、前記構造物に
取り付けられていることを特徴とするものである。

【０００８】したがって請求項１に記載した発明では、
構造物の基礎に対する相対変位によって各永久磁石が接
近すると、これらの永久磁石が同極を対向させているこ
とにより、両者の間の反発力が増大し、その結果、振動
が減衰させられる。また各永久磁石が接近するほど両者
の間の反発力が増大するので、最大変位量が制限され、
また変位を復元するように永久磁石間の反発力が作用す
る。

【０００９】また請求項２に記載した発明は、基礎の上
に少なくとも水平方向に移動自在に設置された構造物の
振動を減衰させるための構造物用振動減衰ダンパーにお
いて、前記基礎と構造物とのいずれか一方に永久磁石が
取り付けられるとともに、他方に、その永久磁石の近傍
に位置しかつ該永久磁石と相対移動可能に電磁誘導コイ
ルが取り付けられていることを特徴とするものである。

【００１０】したがって請求項２の発明では、構造物と
基礎との相対変位の際に電磁誘導コイルに誘導電流が発
生し、電磁誘導コイルと永久磁石との間に相対変位を制
限する方向に力が生じる。そしてその誘導電流および変
位を抑制する作用は、電磁誘導コイルと永久磁石との間
の相対速度に応じて大きくなる。その結果、振動エネル
ギが電気エネルギとして消費されて振動が減衰させられ
る。

【００１１】さらに請求項３の発明は、上記の請求項１
もしくは２の発明において、弾性層と剛性板層とを交互
にかつ複数層に積層した免震支持体によって前記構造体
が前記基礎上に支持されていることを特徴とするもので
ある。

【００１２】したがってこの請求項３の発明では、永久
磁石および／または電磁誘導コイルの作用により振動に
よる変位が制限されるととも変位を復元する作用が生
じ、さらには振動が減衰させられるから、免震支持体の
水平剛性を小さくでき、その結果、軽量構造物の免震特
性が向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明を図面を参照して
具体的に説明する。図１および図２はこの発明を具体化
した一例を模式的に示しており、木造建築物や機械類な
どの構造物１が、積層ゴム支持体２によって基礎３の上
に支持されている。この積層ゴム支持体２は従来知られ
ているものであって、上下のフランジ４，５の間に、円
形のゴム板６と金属板（鋼板）７とを交互に積層し、か
つこれらを加硫接着したものである。この積層ゴム支持
体２は、下側のフランジ４を基礎３に固定し、上側のフ
ランジ５を構造物１の下面に固定した状態で構造物１と
基礎３との間に介在させられ、構造物１を支持してい
る。

【００１４】また構造物１の下面には、棒状をなす永久
磁石（以下、仮に中心磁石と記す）８が、その磁極をほ
ぼ水平な方向に向けて取り付けられている。この中心磁
石８をその磁極方向で挟んだ両側には、一対の永久磁石
（以下、仮に対面磁石と記す）９が配置されている。こ
れらの対面磁石９は、中心磁石８に対向する磁極が中心
磁石８の磁極と同極となる向きにして基礎３に固定され
ている。すなわちこれら中心磁石８と対面磁石９とは、
互い反発力が生じるように設置されており、その反発力
が水平面上でのいずれの方向にも作用するように、他の
中心磁石８と対面磁石９とのセットが、図２の平面図上
において直角方向においても配置されている。

【００１５】ここで中心磁石８と対面磁石９との間隔
は、これらの磁石８，９によって得られる磁気力や想定
される起振力あるいは構造物１に許容される最大変位量
などによって決めればよく、一例として２０cmとすれば
よい。また各磁石８，９には、ネオジウム・鉄・ホウ素
系あるいはサマリウム・コバルト系の希土類磁石や、ア
ルニコあるいはフェライト磁石などを使用することがで
き、それらのうち例えば１リットル体積の希土類磁石を
使用すれば、最大約４トンの反発力を得ることができ
る。

【００１６】なお、上記の中心磁石８は、図３に示すよ
うに構造物１に替えて基礎３に取り付けてもよく、その
場合、対面磁石９は構造物１に取り付ければよい。

【００１７】したがって図１ないし図３に示す構造にお
いて、通常時は中心磁石８が対面磁石９の中間部に位置
していて中心磁石８を中心にした左右の反発力がバラン
スしている。この状態で地震により基礎３が水平方向に
変位すると、構造物１を支持している積層ゴム支持体２
が水平方向に剪断変形する。また上下方向に力によって
積層ゴム支持体２が圧縮変形する。したがって地震によ
る起振力は、積層ゴム支持体２によって１次遅れで構造
物１に伝わる。

【００１８】また基礎３と構造物１との間に水平方向で
の相対変位が生じると、中心磁石８が左右いずれか一方
の対面磁石９に接近する。これら中心磁石８と対面磁石
９との間の反発力は、両者の間の距離に反比例して増大
するから、接近した対面磁石９との間に生じる反発力に
よって構造物１の基礎３に対する水平方向での相対変位
が抑制される。

【００１９】そして磁力が充分強い磁石８，９を用いて
いれば、水平方向での変位を抑制する力が急激に増大
し、構造物１の基礎３に対する最大変位量の範囲内で構
造物１の水平変位を規制することができる。その場合、
剛体の衝突による変位の規制ではないので、衝撃力が生
じることはない。また中心磁石８と対面磁石９との間の
反発力は、中心磁石８が左右の対面磁石９の中心位置に
戻ることによってバランスするので、積層ゴム支持体２
の弾性力のみならず、構造物１の基礎３に対する水平方
向での相対変位を元に戻す力を得ることができる。

【００２０】したがって上述した構造によれば、構造物
１の水平方向での変位を磁石８，９によって規制でき、
また変位を復元する力を磁石８，９によって発生させる
ことができるので、積層ゴム支持体２の水平剛性を低く
して振動固有周期を長くでき、軽量構造物に対する免震
特性を向上させることができる。またその積層ゴム支持
体２の水平最大変位量を抑制してその座屈を防止するこ
とができる。

【００２１】つぎにこの発明の他の例を説明する。図４
は、図１に示す構造のうち対面磁石９に、上下方向で中
心磁石８に対向する部分９ａを形成し、この部分９ａで
の極性を中心磁石８と一致させたものである。このよう
な構造であれば、積層ゴム支持体２の水平変位に伴って
積層ゴム支持体２のいわゆる沈み込み生じる場合には、
これを抑制する方向の磁気力（浮揚力）が中心磁石８と
対面磁石９（特に前記部分９ａ）との間に発生するの
で、積層ゴム支持体２の座屈を防止する効果が優れる。

【００２２】また図５に示す例は、中心磁石８を円形も
しくは環状と、これに合わせてと対面磁石９を環状と
し、それらの磁石８，９の半径方向で対向する部分を同
極としたものである。このような構成であれば、一対の
中心磁石８と対面磁石９とで水平面内でのあらゆる方向
に反発力を生じさせることができ、したがって磁石８，
９の設置個数が少なくてよい。

【００２３】図６は、永久磁石を使用した電磁誘導ダン
パーの例を示している。すなわち基礎３には、棒状の中
心磁石８が固定されており、この外周側に所定の隙間を
あけて嵌合させた電磁誘導コイル１０が、構造物１に固
定されている。そしてこの電磁誘導コイル１０には、抵
抗器（図示せず）などが直列に接続されている。なお、
これら中心磁石８と電子誘導コイル１０との取り付け位
置は、互いに反対であってもよい。

【００２４】したがってこの図６に示す構造では、地震
によって構造物１と基礎３とが相対的に変位した場合、
それに合わせて中心磁石８と電磁誘導コイル１０との相
対変位が生じ、その際の相対速度に応じた誘導電流が電
磁誘導コイル１０に流れる。その結果、中心磁石８の磁
束と電流とが鎖交して両者の相対変位を抑制する方向に
力が働き、その力と変位量（距離）との積に応じたエネ
ルギが消費される。すなわち振動エネルギが電気エネル
ギとして消費されるので、振動の減衰作用が生じる。な
お、上述のように図６の構造では、相対変位の速度に応
じて振動の減衰作用が増大するから、積層ゴム支持体２
による復元作用に対しては特に支障を生じることはな
い。

【００２５】図７に示す構造は、前記の図１の構造と図
６に示す構造とを組み合わせたものである。すなわち電
磁誘導コイル１０が遊嵌されている中心磁石８の磁極に
対向して対面磁石９が配置され、これらの対面磁石９が
構造物１に固定されている。したがってこの図７に示す
構造によれば、各磁石８，９による振動の抑制作用と、
電磁誘導に伴う振動エネルギの減衰作用とを共に得るこ
とができ、積層ゴム支持体２の過変形を防止することが
できる。換言すれば、積層ゴム支持体２の水平剛性を軽
量構造物に適するように低くすることができる。また各
磁石８，９によって変形を戻す復元力を得ることができ
るので、地震の後の復元も容易になる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１あるいは３
に記載した発明によれば、構造物と基礎との変位量に応
じた反力を生じさせることができるから、地震に起因す
る構造物の振動を抑制でき、また最大変位量を規定の範
囲内に抑えることができ、したがって免震支持体で構造
物を支持する場合には、その水平剛性を低くして軽量構
造物に適するものとすることが容易である。しかも変位
の増大に応じて反力が増大するから、構造物を最大変位
量に抑える際に衝撃的な荷重が作用することを防止で
き、また前記反力は充分大きい復元力して作用するの
で、地震の後の復元が容易になる。

【００２７】また請求項２あるいは３に記載した発明
は、振動エネルギを電気エネルギに変換して振動を減衰
させることができ、したがって免震支持体と併用するこ
とにより、免震支持体の変形量を抑制し、その座屈を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具体化した一例を示す模式図であ
る。

【図２】その模式的な平面配置図である。

【図３】図１に示す例における中心磁石と対面磁石との
取り付け位置を反転させた例を示す模式図である。

【図４】浮揚力を生じさせるよう構成した例を示す模式
図である。

【図５】中心磁石および対面磁石の他の例を示す模式的
な平面配置図である。

【図６】この発明による電磁誘導ダンパーを示す模式図
である。

【図７】図１に示す構成と図６に示す構成とを組み合わ
せた例を示す模式図である。

【符号の説明】

１…構造物、 ２…積層ゴム支持体、 ３…基礎、 ８
…中心磁石、 ９…対面磁石、 １０…電磁誘導コイ
ル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 隆之 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 渡辺 知久 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 増井 暁 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基礎の上に少なくとも水平方向に移動自
   在に設置された構造物の振動を減衰させるための構造物
   用振動減衰ダンパーにおいて、 前記基礎に、前記構造物の振動方向に磁極を向けて固定
   永久磁石が配置されるとともに、その固定永久磁石の磁
   極に同極の磁極を対向させた可動永久磁石が、前記構造
   物に取り付けられていることを特徴とする構造物用振動
   減衰ダンパー。
2. 【請求項２】 基礎の上に少なくとも水平方向に移動自
   在に設置された構造物の振動を減衰させるための構造物
   用振動減衰ダンパーにおいて、 前記基礎と構造物とのいずれか一方に永久磁石が取り付
   けられるとともに、他方に、その永久磁石の近傍に位置
   しかつ該永久磁石と相対移動可能に電磁誘導コイルが取
   り付けられていることを特徴とする構造物用振動減衰ダ
   ンパー。
3. 【請求項３】 弾性層と剛性板層とを交互にかつ複数層
   に積層した免震支持体によって前記構造体が前記基礎上
   に支持されていることを特徴とする請求項１または２に
   記載の構造物用振動減衰ダンパー。