(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に延びる一対の柱材と、水平方向に延びる一対の構造材と、当該柱材と当該構造材との一の接合部と他の接合部を結ぶ対角線方向に延びる筋交い材とを備える木造建物に用いられ、前記接合部において、前記柱材及び／又は前記構造材と、前記筋交い材と、に固定されるエネルギー吸収機構であって、
第１のバネ部材と、
第２のバネ部材と、を備え、
前記１のバネ部材と前記第２のバネ部材とが組み合わされてなり、
前記第１のバネ部材は、第１バネ定数Ｋ１が１．５〜７．５ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、
前記第２のバネ部材は、第２バネ定数Ｋ２が５．０〜７５．０ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、
下記数式１を満たし、かつ、下記数式２により導き出されるＫの数値が、１．４〜４．９の範囲内であることを特徴とする、エネルギー吸収機構。
Ｋ１＜Ｋ２    ・・・（数式１）
Ｋ＝（Ｋ１×Ｋ２）／（Ｋ１＋Ｋ２）    ・・・（数式２）
【請求項２】
前記バネ定数Ｋ２が５．０〜３０．０である、
請求項１に記載のエネルギー吸収機構。
【請求項３】
前記筋交いの断面が、３０ｍｍ×９０ｍｍの矩形断面又はこれと同等の断面であり、
前記第１バネ定数Ｋ１が、１．５〜５．５ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、
前記Ｋの数値が、１．４〜３．９の範囲内である、
請求項１又は請求項２に記載のエネルギー吸収機構。
【請求項４】
前記筋交いの断面が、４５ｍｍ×９０ｍｍの矩形断面又はこれと同等の断面であり、
前記第１バネ定数Ｋ１が、２．５〜７．５ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、
前記Ｋの数値が、２．１〜４．９の範囲内である、
請求項１又は請求項２に記載のエネルギー吸収機構。
【請求項５】
前記筋交いの断面が、９０ｍｍ×９０ｍｍの矩形断面又はこれと同等の断面であり、
前記第１バネ定数Ｋ１が、１．５〜５．５ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、
前記Ｋの数値が、１．４〜３．９の範囲内である、
請求項１又は請求項２に記載のエネルギー吸収機構。
【請求項６】
前記第１のバネ部材は、弾性材からなる第１板状部を備え、
前記第２のバネ部材は、金属又は樹脂からなり、前記第１のバネ部材より剛性が高い第２板状部を備え、
前記第１板状部と、前記第２板状部とが接合されてなる、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のエネルギー吸収機構。
【請求項７】
前記第２のバネ部材は、一対の第２板状部を備え、
前記第１板状部が、一対の前記第２板状部により挟持されてなる、
請求項６に記載のエネルギー吸収機構。
【請求項８】
前記第２のバネ部材は、一対の前記第２板状部を接続する接続部を備える、
請求項７に記載のエネルギー吸収機構。
【請求項９】
前記接続部は、一対の前記第２板状部を結合する複数のブリッジである、
請求項８に記載のエネルギー吸収機構。
【請求項１０】
前記第２のバネ部材は、前記柱材及び／又は前記構造材と固定する取付部を備える、
請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載のエネルギー吸収機構。
【請求項１１】
前記第１板状部及び前記第２板状部及び前記取付部は、貫通孔を備える、
請求項１０に記載のエネルギー吸収機構。
【請求項１２】
前記第２板状部の表面を被覆する、弾性材からなる被覆部をさらに備え、
前記被覆部は、前記第１のバネ部材と一体に形成されてなる、
請求項６乃至請求項１１のいずれか１項に記載のエネルギー吸収機構。
【請求項１３】
前記被覆部は、板状であり、貫通孔を備える、
請求項１２に記載のエネルギー吸収機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木造建物に用いるエネルギー吸収機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な木造建物は、柱及び横架材（梁及び土台）の軸組で構成されている。しかし、このような軸組のみでは地震や台風などに十分に抵抗できないことから、軸組に筋交いや面材を追加するなどして、木造建物の剛性および耐力を高めるようにしている。
【０００３】
また、上記の構造において、柱又は横架材と筋交いとの間に取り付けることにより、エネルギーを吸収するダンパが提案されている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７４３６４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５７７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、特許文献２に記載の発明は、減衰材と高剛性部材を備えるダンパにより、地震等の振動によるエネルギーを吸収しようとするものである。なお、これら特許文献は、本願の発明者が発明したものであり、発明者は従来よりも効果的にエネルギーを吸収すべく鋭意研究を重ね、本願の発明をなした。
【０００６】
本願の発明者は、ダンパ等のエネルギー吸収機構を構成する部材のバネ定数が極めて重要なファクターであることを見いだした。特許文献１及び２の記載によれば、減衰材等の特性としてせん断弾性率、等価粘性減衰定数を規定して、効果的なエネルギー吸収を得ようとするものである。
【０００７】
しかし、これらは減衰材等の形状、例えば高減衰ゴムの形状（接着面の表面積×厚さ）によって、バネ定数は大きく変化する。すなわち、せん断弾性率が同一のゴムであっても、筋交いに生じる引張・圧縮によるせん断力が作用する接着面の表面積が同一である場合、厚さが小さくなるとバネ定数は大きくなり、厚さが大きくなるとバネ定数は小さくなる。
【０００８】
このバネ定数が大き過ぎると、減衰材が変形することなく、振動によるエネルギーを吸収できず、ネジやボルトなどの締結部分に応力がかかり、変形が生じて破壊される。一方、バネ定数が小さ過ぎると、十分な剛性が確保できない。このように、バネ定数は制振において極めて大きなファクターである。
【０００９】
そして、本願の発明者は、さらに研究を重ねることによって、エネルギー吸収機構を構成する２つのバネ部材の相関を見いだし、より効果的な制振効果を奏するエネルギー吸収機構を発明した。
【００１０】
以上のように、本発明の目的は、エネルギー吸収機構を構成する２つの部材を規定することにより、振動によるエネルギーに対する減衰能力及び靭性能力の向上を図り、従来よりも制振効果の高いエネルギー吸収機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る一の態様のエネルギー吸収機構は、鉛直方向に延びる一対の柱材と、水平方向に延びる一対の構造材と、当該柱材と当該構造材との一の接合部と他の接合部を結ぶ対角線方向に延びる筋交い材とを備える木造建物に用いられ、前記接合部において、前記柱材及び／又は前記構造材と、前記筋交い材と、に固定されるエネルギー吸収機構であって、第１のバネ部材と、第２のバネ部材と、を備え、前記第１のバネ部材と前記第２のバネ部材とが組み合わされてなり、前記第１のバネ部材は、第１バネ定数Ｋ１が１．５〜７．５ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、前記第２のバネ部材は、第２バネ定数Ｋ２が５．０〜７５．０ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、下記数式１を満たし、かつ、下記数式２により導き出されるＫの数値が、１．４〜４．９の範囲内であることを特徴とする。
Ｋ１＜Ｋ２    ・・・（数式１）
Ｋ＝（Ｋ１×Ｋ２）／（Ｋ１＋Ｋ２）    ・・・（数式２）
【００１２】
この構成によれば、第１のバネ部材及び第２のバネ部材を具備するエネルギー吸収機構により、振動エネルギーに対する減衰能力及び靭性能力を向上し、効果的な制振効果を得ることができる。
【００１３】
また、このエネルギー吸収機構は、前記第２バネ定数Ｋ２が１０．０〜３０．０の範囲内である。この構成によれば、このエネルギー吸収機構を用いて壁の強さが大きくなる。
【００１４】
また、このエネルギー吸収機構は、前記筋交いの断面が、３０ｍｍ×９０ｍｍの矩形断面又はこれと同等の断面であり、前記第１バネ定数Ｋ１が、１．５〜５．５ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、前記第２バネ定数Ｋ２が、５．０〜３０．０ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、前記Ｋの数値が、１．４〜３．９の範囲内であってもよい。
【００１５】
また、このエネルギー吸収機構は、前記筋交いの断面が、４５ｍｍ×９０ｍｍの矩形断面又はこれと同等の断面であり、前記第１バネ定数Ｋ１が、２．５〜７．５ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、前記第２バネ定数Ｋ２が、５．０〜３０．０ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、前記Ｋの数値が、２．１〜４．９の範囲内であってもよい。
【００１６】
また、このエネルギー吸収機構は、前記筋交いの断面が、９０ｍｍ×９０ｍｍの矩形断面又はこれと同等の断面であり、前記第１バネ定数Ｋ１が、１．５〜５．５ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、前記第２バネ定数Ｋ２が、５．０〜３０．０ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、前記Ｋの数値が、１．４〜３．９の範囲内であってもよい。
【００１７】
また、このエネルギー吸収機構は、前記第１のバネ部材が、弾性材からなる第１板状部を備え、前記第２のバネ部材は、金属又は樹脂からなり、前記第１のバネ部材より剛性が高い第２板状部を備え、前記第１板状部と、前記第２板状部とが接合されてなる。ここで、弾性体には、例えば天然ゴムなどのほか、高減衰ゴムなどの粘弾性体が含まれる。また、第１板状部と第２板状部との接合は、例えば接着による。
【００１８】
また、このエネルギー吸収機構は、前記第２のバネ部材が、一対の第２板状部を備え、前記第１板状部が、一対の前記第２板状部により挟持されてなる。これにより、第１板状部が一対の第２板状部に挟まれた構成となる。
【００１９】
また、このエネルギー吸収機構は、前記第２のバネ部材が、一対の前記第２板状部を接続する接続部を備える。ここで、接続部は、例えばブリッジ状に形成され、当該接続部も１つのバネとして機能する。
【００２０】
また、このエネルギー吸収機構は、前記接続部が、一対の前記第２板状部を結合する複数のブリッジである。この構成によれば、複数のブリッジがバネとして機能する。
【００２１】
また、このエネルギー吸収機構は、前記第２のバネ部材が、前記柱材及び／又は前記構造材と固定する取付部を備える。これにより、エネルギー吸収機構の柱材や構造材への取付が容易となる。
【００２２】
また、このエネルギー吸収機構は、前記第１板状部及び前記第２板状部及び前記取付部が、貫通孔を備える。ここで、貫通孔は、エネルギー吸収機構を筋交いに固定する際に、ネジやボルトが通る孔となる。
【００２３】
また、このエネルギー吸収機構は、前記第２板状部の表面を被覆する、弾性材からなる被覆部をさらに備え、前記被覆部は、前記第１のバネ部材と一体に形成されてなる。この被覆部は、第１のバネ部材と一体となり、第１のバネ部材として機能する。
【００２４】
また、このエネルギー吸収機構は、前記被覆部が、板状であり、貫通孔を備える。ここで、貫通孔は、エネルギー吸収機構を筋交いに固定する際に、ネジやボルトが通る孔となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来よりも制振効果の高いエネルギー吸収機構となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るエネルギー吸収機構を適用した耐力壁の模式図である。
【図２】試験による引張り時の筋交いの軸力−エネルギー吸収機構の各変位の関係を示すグラフである。
【図３】試験と解析による水平荷重−層間変位の比較を示すグラフである。
【図４】解析により得られる筋交い引張り時の水平荷重−層間変位の関係を示すグラフである。
【図５】第１バネ部材のバネ定数から壁倍率を算出するための表である。
【図６】壁倍率とバネ定数Ｋ１の関係を示すグラフである。
【図７】壁倍率とバネ定数Ｋ２の関係を示すグラフである。
【図８】等価粘性減衰定数とバネ定数Ｋ１の関係を示すグラフである。
【図９】壁倍率１．０の時のバネ定数Ｋ１とバネ定数Ｋ２の関係を示すグラフである。
【図１０】壁倍率１．０〜２．５の時のバネ定数Ｋ１とバネ定数Ｋ２の関係を示すグラフである。
【図１１】壁倍率に対するバネ定数Ｋ１の下限・上限を示す表である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るエネルギー吸収機構を柱および構造材に取り付けた状態を示す図である。
【図１３】（ａ）は図１２における正面図、（ｂ）は同側面図である。
【図１４】（ａ）はエネルギー吸収機構の斜視図、（ｂ）は第１バネ部材を省略した斜視図である。
【図１５】（ａ）はエネルギー吸収機構の裏側からの斜視図、（ｂ）は第１バネ部材を省略した斜視図である。
【図１６】図１２のＡ−Ａ線断面図である。
【図１７】（ａ）はエネルギー吸収機構の変形例１の斜視図、（ｂ）は第１バネ部材を省略した斜視図である。
【図１８】エネルギー吸収機構の変形例２を柱及び構造材に取り付けた図である。
【図１９】エネルギー吸収機構の変形例３の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づき説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。まず、本実施形態について模式図を用いて説明し、続き具体的な実施形態を説明する。
【００２８】
＜耐力壁の構造＞
図１は、本発明の一実施形態に係るエネルギー吸収機構を適用した耐力壁の模式図である。耐力壁とは、木造建物の軸組において、地震や台風により木造建物に生じる力を主として負担する壁のことである。本発明の一実施形態に係るエネルギー吸収機構は、この耐力壁に取り付けられている。
【００２９】
図１に示すように、耐力壁Ｗは、鉛直方向に延びる一対の柱材１００と、水平方向に延びる一対の構造材１０１とがそれぞれ接合され、一の接合部と他の接合部を結ぶ対角線方向に延びる筋交い材１０２が配されている。そして、各接合部と筋交い１０２の各端部との間に、エネルギー吸収機構Ｓが介在している。
【００３０】
エネルギー吸収機構Ｓは、バネ特性をもつ材料・機構・構造から構成されるもので、図１に示すように、所定のバネ定数（Ｋ１）の第１バネ部材Ｓ１と、所定のバネ定数（Ｋ２）の第２バネ部材Ｓ２を備える。本実施形態のエネルギー吸収機構Ｓは、一例として柱材１００および筋交い１０２の端部に取り付けられるダンパであり、このダンパの詳細については後述する。なお、エネルギー吸収機構Ｓはダンパに限られない。
【００３１】
エネルギー吸収機構Ｓは、柱材１００及び筋交い１０２の端部にそれぞれ固定されている。固定の方法としては、例えばネジやボルトを用いる。また、第１バネ部材Ｓ１は、例えば高減衰ゴム、ポリウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴムなどの弾性体（粘弾性体を含む）である。また、第２バネ部材Ｓ２は、第１バネ部材Ｓ１よりも剛性が高いもので、例えば鋼板などの金属板、ＦＲＰなどの合成樹脂板等、比較的高い剛性をもつ部材である。
【００３２】
そして、エネルギー吸収機構Ｓは、地震等により木造建物にエネルギーが入力された時、このエネルギーを吸収するデバイスとして機能する。すなわち、第１バネ部材Ｓ１が、主としてエネルギー吸収バネとして機能し、第２バネ部材Ｓ２が剛性を確保するとともに高剛性のバネとして機能する。なお、ネジやボルトなどの固定部材も第２バネ部材を補強する。これにより、エネルギー吸収機構Ｓ全体がバネ機構として機能し、木造建物に対するエネルギーを吸収する。
【００３３】
このように、第１バネ部材Ｓ１は、主としてエネルギーを吸収するバネ特性を備える材料・機構・構造からなり、第２バネ部材Ｓ２は、主として剛性を確保し、高剛性のバネとしても機能するバネ特性を備える材料・機構・構造からなる。
【００３４】
また、第１バネ部材Ｓ１は、バネ定数Ｋ１が１．５〜７．５ｋＮ／ｍｍであり、第２バネ部材Ｓ２は、バネ定数Ｋ２が５．０〜３０．０ｋＮ／ｍｍであり、下記の数式１を満たし、かつ、下記の数式２より算出されるＫの数値が１．４〜４．９の範囲内である。
Ｋ１＜Ｋ２    ・・・（数式１）
Ｋ＝（Ｋ１×Ｋ２）／（Ｋ１＋Ｋ２）    ・・・（数式２）
【００３５】
この条件を満たす、第１バネ部材Ｓ１及び第２バネ部材Ｓ２を備えるエネルギー吸収機構Ｓを耐力壁に用いることで、十分な強さを確保しつつ、効果的に木造建物にかかるエネルギーを吸収して地震等による被害を最大限に抑制することができる。
【００３６】
また、次の場合には、以下の条件を満たす第１バネ部材Ｓ１と第２バネ部材Ｓ２を備えるエネルギー吸収機構Ｓがより好ましい。筋交い１０２が３０ｍｍ×９０ｍｍの矩形断面又はこれと同等の断面の場合は、第１バネ定数Ｋ１が１．５〜５．５ｋＮ／ｍｍであり、Ｋの数値が１．４〜３．９であることが望ましい。
【００３７】
また、筋交い１０２が４５ｍｍ×９０ｍｍの矩形断面又はこれと同等の断面の場合は、第１バネ定数Ｋ１が２．５〜７．５ｋＮ／ｍｍであり、Ｋの数値が２．１〜４．９であることが望ましい。また、筋交い１０２が９０ｍｍ×９０ｍｍの矩形断面又はこれと同等の断面の場合は、第１バネ定数Ｋ１が１．５〜５．５ｋＮ／ｍｍであり、Ｋの数値が１．４〜３．９であることが望ましい。
【００３８】
＜検証＞
また、発明者は、上記のエネルギー吸収機構が十分な効果を得られるかについて試験を行った。以下、当該試験の詳細を説明する。この試験は、図１に示す耐力壁のモデルに対する増分解析法に基づく解析と荷重試験により行った。なお、エネルギー吸収機構Ｓとして、板状の一対の第２バネ部材Ｓ２と、板状の第１バネ部材Ｓ１とで構成され、第１バネ部材Ｓ１が一対の第２バネ部材Ｓ２に挟まれる形で介在し、これらが接着された構造を用いた。
【００３９】
解析においては、第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１を２〜２０ｋＮ／ｍｍと変化させ、所定の水平荷重Ｐを掛け、エネルギー吸収機構Ｓに引張り応力を生じさせた時に得られる耐力壁の強さ（壁倍率）を算出した。
【００４０】
このときの筋交いに用いる材料のヤング係数Ｅは１２ｋＮ／ｍｍ２である。また、エネルギー吸収機構Ｓにおける第２バネ部材Ｓ２のバネ定数Ｋ２は１４ｋＮ／ｍｍとした。
【００４１】
まず、上記壁倍率の算出に必要な特性値を算定するため、上記のエネルギー吸収機構Ｓを適用して静的せん断加力試験を行った。図２にその結果を示す。
【００４２】
次に、解析の信頼性を確認するため、実際の実験結果と本解析の水平荷重−変位関係を比較したところ、両データが精度良く一致していることが分かった。図３にその比較図を示す。
【００４３】
次に、実験結果を基にした解析によって、バネ機構Ｓの引張り応力時における第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１と壁倍率の関係、第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１と第２バネ部材Ｓ２のバネ定数Ｋ２の関係を求めた。図４ないし図６にＫ１−壁倍率の関係、図７にＫ１−Ｋ２の関係を示す。
【００４４】
なお、図５の表において、壁倍率は、以下の数式３により求めた。
壁倍率＝Ｐ０×（１／１．９６）×（１／Ｌ）    ・・・（数式３）
ただし、１．９６：壁倍率＝１を算定する数値（ｋＮ／ｍ）
Ｌ：試験体の壁の長さ（ｍ）
【００４５】
図６のグラフから、壁倍率１．０の時の第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１は２．０３ｋＮ／ｍｍとなり、Ｋ１＜Ｋ２を満たし、数式２より算出されるＫの数値は２．０３×１４／（２．０３＋１４）＝１．７８であった。以上より、第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１、第２バネ部材Ｓ２の第２バネ定数Ｋ２、数値Ｋが本発明の規定の範囲内にある時、必要な耐力壁の強さを得られることが確認された。
【００４６】
また、壁倍率１．５の時の第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１は３．３４ｋＮ／ｍｍとなり、Ｋ１＜Ｋ２を満たし、数式２より算出されるＫの数値は２．６９であった。これにより、必要な耐力壁の強さを得られることが確認された。
【００４７】
さらに、第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１を５．５ｋＮ／ｍｍを超えて大きくしても、剛性から求まる壁倍率は高くなるが、ほぼ一定値である降伏耐力から求まる壁倍率のほうが相対的に小さく支配的になるため、壁倍率は２．０近傍以上には大きくならないことが確認された。
【００４８】
また、発明者は、第２バネ部材のバネ定数Ｋ２について、第１バネ部材のバネ定数Ｋ１が所定数値の場合の、壁倍率とバネ定数Ｋ２との関係を算出した。その結果を図７に示す。図７は、上記００３７と同様の増分解析において、バネ定数Ｋ１を一定とし、バネ定数Ｋ２を増加させたときの壁倍率との関係を示す図である。これにより、バネ定数Ｋ２は５．０以上が好ましく、５．０から３０．０がより好ましいことがわかる。Ｋ２が３０．０を超えると、壁倍率が減少し、すなわち、壁の強さが弱まる傾向にあるためである。なお、バネ定数Ｋ２の上限を７５．０としているのは、７５．０を超えると、第２バネ部材Ｓ２が変形せず、固定部材であるネジのみが変形するためである。
【００４９】
さらに、発明者は、第１バネ部材のバネ定数Ｋ１についても検証した。図８は、等価粘性減衰定数（ｈｅｑ）と第１バネ部材のバネ定数Ｋ１との関係を示すグラフである。図８は、バネ定数Ｋ１の所定値に対して適用されるバネ部材の形状と材質（剛性率（せん断弾性率））の関係から算出したものである。なお、等価粘性減衰定数とは、建物のエネルギー吸収能力を示す数値である。図８によれば、１．５ｋＮ／ｍｍ―７．５ｋＮ／ｍｍにおいて、等価粘性減衰定数が略１５％を超え、エネルギー吸収能力が高くなることがわかる。バネ定数Ｋ１の等価粘性減衰定数が１５％を超えるあたりから制振の効果が発揮されるためである。
【００５０】
これらより、本実施形態におけるバネ定数Ｋ１とＫ２の特定が、剛性の確保及びエネルギー吸収において、非常に効果的であることがわかる。
【００５１】
次に発明者は、壁倍率１．０の第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１と第２バネ部材Ｓ２のバネ定数Ｋ２の関係を確認した。図９にその関係を示す。同様に、壁倍率１．０〜２．５の時のバネ定数（Ｋ１、Ｋ２）の関係も求めた。図１０にその関係を示す。
【００５２】
また、バネ定数（Ｋ１、Ｋ２）の関係において、第１バネ部材Ｓ１が主としてエネルギーを吸収し、第２バネ部材Ｓ２が主として剛性の確保と、強いエネルギーが入力された場合にエネルギーの吸収を行う機能を発揮することから、このエネルギー吸収機構Ｓにおいては、Ｋ１＜Ｋ２であることが必要となる。
【００５３】
このことから、図９のグラフにより、壁倍率１．０の場合、第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１は１．７８ｋＮ／ｍｍ以上、３．５６ｋＮ／ｍｍ以下であり、第２バネ部材Ｓ２のバネ定数Ｋ２は３．５６ｋＮ／ｍｍ以上であることが確認できた。
【００５４】
同様に、図１０のグラフにより、壁倍率１．０〜２．５の場合、第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１の下限値、上限値を確認した。図１１の表に壁倍率１．０〜２．５の場合の第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１の下限値、上限値を示す。
【００５５】
壁倍率１．０と認定する範囲を１．０以上、１．５未満とし、壁倍率１．５と認定する範囲を１．５以上、２．０未満とし、図１１の表をもとにして、第１バネ部材Ｓ１のバネ定数Ｋ１の範囲を表１にまとめた。
【００５６】
【表１】
0006037298.tif 000002
【００５７】
以上より、本実施形態のエネルギー吸収機構Ｓにおける第１バネ部材Ｓ１と第２バネ部材Ｓ２のバネ定数の条件を規定することにより、必要な壁倍率を確保しつつ、木造建物に入力されるエネルギーに対する減衰能力及び靭性能力の向上を図れることが確認された。
【００５８】
＜エネルギー吸収機構の構造＞
続き、本実施形態に用いたエネルギー吸収機構Ｓの構造について説明する。以下の説明において、本実施形態のエネルギー吸収機構Ｓをダンパ１とし、第２バネ部材Ｓ２を剛性部材２とし、第１バネ部材Ｓ１を弾性部材３として説明する。なお、この構造は一例であり、他の形状を用いてもよく、本発明はこの構造に限定されない。
【００５９】
図１２は、図１の模式図における接合部の拡大図であり、本実施形態に係るエネルギー吸収機構Ｓの一例としてダンパ１を用い、ダンパ１を木造建物の柱及び筋交いに取り付けた状態を示す斜視図である。図１３（ａ）（ｂ）は、同正面図、同側面図である。
【００６０】
図１２、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、ダンパ１は、柱材１００と、これに対し傾斜する方向に延びる筋交い１０２との間に取り付けられる。具体的には、柱材１００は、水平方向に延びる下側の構造材１０１（土台１０１）に突き合わせて接合され、この接合部分において柱材１００および土台１０１に対し筋交い１０２の端部が当接するように配置され、柱材１００と筋交い１０２との間にダンパ１が取り付けられている。
【００６１】
図１４（ａ）及び図１５（ａ）に示すように、ダンパ１は、剛性部材２と、弾性部材３とを備える。図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）に示すように、剛性部材２は、柱材１００に固定される板状固定部４と、この板状固定部４に結合部６を介して略９０度をなすように連設され筋交い１０２に固定される筒状固定部５とを有する。なお、結合部６には、ダンパ１の断面二次モーメントを上げるために、リブ加工により凸部９が設けられている。
【００６２】
筒状固定部５は、板状固定部４が連設される略矩形状の第１の板部分５ａと、第１の板部分５ａに対応する大きさを有し第１の板部分５ａと平行に延びる第２の板部分５ｂと、並んで配置され第１及び第２の板部分５ａ，５ｂを接続する複数のブリッジ部５ｃとを有する。これにより、第１及び第２の板部分５ａ，５ｂ並びにブリッジ５ｃによって囲まれる、狭い幅Ｗを有する内部空間Ｃが形成される。なお、第２の板部分５ｂは、板状固定部４の屈曲方向とは反対側に配置されている。
【００６３】
ブリッジ部５ｃは、略断面逆Ｕ字形をして、建物に入力されるエネルギーをその変形により弾性部材３と共に吸収するもので、かかるブリッジ部５ｃは、図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）に示すように、第１の板部分５ａの上下部の幅方向中央および幅方向両端に設けられている。各ブリッジ部５ｃの幅は、例えばそれぞれ０．５ｍｍ以上の幅で、第１の板部分５ａの上部あるいは下部の全幅に対し、全体で２〜６０％、好ましくは３〜５０％、より好ましくは５〜３０％の幅に設定されている。このように全体で少なくとも２％〜６０％とすることで、建物に入力されるエネルギーをブリッジ部５ｃによっても吸収することができる。なお、この実施の形態では同じ幅のブリッジ部５ｃを３つ設けているが、ブリッジ部５ｃの幅や数は異なっていてもよい。
【００６４】
また、例えば巨大地震など大きなエネルギーの入力等何らかの原因によって減衰材部分３との接着が剥がれたとき若しくはゴムが破断したときでもブリッジ部５ｃが塑性変形して残エネルギーを吸収する。つまり、大エネルギーの入力によって弾性部材３の接着が剥がれたとき若しくはゴムが破断したときに、各ブリッジ部５ｃはフォールトトレランス機構として作用し、塑性変形してエネルギーを吸収し、耐震性能・制振性能の信頼性を高める機能を発揮する。
【００６５】
弾性部材３は、筒状固定部５の内部空間内に内在されるだけでなく、筒状固定部５の外表面に表面層を形成している。そして、隣り合うブリッジ部５ｃの間には、ブリッジ部５ｃの表面層の表面と面一になるように弾性部材３が設けられ、その部分で前記内部空間内の弾性部材３と、表面層となる弾性部材３とが一体的に結合されている。
【００６６】
また、板状固定部４が連設される側とは反対側の、筒状固定部５の端部には、その端面の表面層の表面と面一になるように弾性部材３が設けられ、同様に、その部分で前記内部空間内の弾性部材３と、表面層となる弾性部材３とが一体的に結合されている。つまり、弾性部材３は、筒状固定部５の内部空間内に内在する部分３ａ（図１６参照）と、外表面に表面層として設けられる部分３ｂとが、筒状固定部５の端部に設けられる部分３ｃと、ブリッジ部５ｃの間に設けられる部分３ｄとによって一体的に結合されている。
【００６７】
その結果、弾性部材３は、筒状固定部５の周囲を取り囲み、筒状固定部５が外部から見えないように筒状固定部５全体を被覆していることになる。なお、筒状固定部５の外表面及び内表面を含めて、弾性部材３の筒状固定部５への接触部分は、筒状固定部５に接着され、筒状固定部５と弾性部材３とは一体化されることとなる。
【００６８】
このように、筒状固定部５の内部空間内に内在する部分３ａと、外表面に表面層として設けられる部分３ｂとが、ブリッジ部５ｃの間に設けられる部分３ｄによって結合され一体となっているので、弾性部材３と筒状固定部５との結合力が強固になっている。さらに、筒状固定部５の端部に設けられる部分３ｃによっても結合されるようにしているので、弾性部材３と筒状固定部５との結合力がより強固になっている。
【００６９】
剛性部材２の板状固定部４には、その板状固定部４を複数の第１の固定具７（例えば木ねじ）により柱材１００に固定するための複数の取付孔４ａが開設されている。
【００７０】
また、このダンパ１の弾性部材３は一例として加硫成形により成型されており、筒状固定部５の第１の板部分５ａには、筋交い１０２に固定するために用いる第１の貫通孔５ｄに加えて、加硫成形時に、前記内部空間内に弾性部材３を流入するための第２の貫通孔５ｅが形成されている。第２の板部分５ｂにも、第１の板部分５ａの外側から複数の第２の固定具８（例えば木ねじ）により筋交い１０２に固定するために用いる第３の貫通孔５ｆに加えて、加硫成形時に、前記内部空間内に弾性部材３が流入するための第４の貫通孔５ｇが形成されている。
【００７１】
そして、図１６に示すように、第１の板部分５ａの外側から、複数の第２の固定具８により第２の板部分５ｂを筋交い１０２に固定する。なお、第１及び第２の固定具７，８としては、それぞれ木ねじの代わりに釘などを用いてよい。
【００７２】
また、第２の貫通孔５ｅ及び第４の貫通孔５ｇに充填される減衰材部分によっても、筒状固定部５の内部空間内に内在する部分３ａと、外表面に表面層として設けられる部分３ｂとが結合されているので、この部分によっても弾性部材３と筒状固定部５との結合力が高められている。
【００７３】
＜変形例＞
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、前述したダンパ１のほか、本実施形態のエネルギー吸収機構Ｓは、次のようにして実施することができる。
【００７４】
また、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、第２の板部分５ｂ’を、第１の板部分５ａ’の、板状固定部４が設けられている側とは反対側から板状固定部４の屈曲方向と同じ側あるいは反対側にブリッジ部５ｃ’を介して屈曲させる構造にしてもよい。この場合、第２の板部分のブリッジ部５ｃ’が設けられている部分と反対側は板状固定部４に接触するようにしているが、一部を差し込む結合構造にしてもよい。
【００７５】
また、図１８に示すように、板状固定部４は、柱材１００だけに固定されるようにしているが、柱材１００に加えて、土台１０１にも固定される板状固定部４Ａをさらに設けることもできる。この場合、板状固定部４と板状固定部４Ａとは，９０°の角度をなしている。
【００７６】
また、図１９に示すように、筒状固定部５の内部空間は、ブリッジ部５ｃに対応する部分について、隣り合うブリッジ部５ｃの間も含め、弾性部材３が設けられず、空隙Ｃとする構成としてもよい。
【００７７】
また、図示しないが、弾性部材３の表面層を備えず、かつ、剛性部材２のブリッジ部を備えない構成としてもよい。すなわち、別体で構成された一対の板状の剛性部材と、これらに挟持される板状の弾性部材よりなるエネルギー吸収機構である。
【００７８】
また、剛性部材２には金属板を用いているが、ＦＲＰなどの合成樹脂板などを用いることも可能である。弾性部材３には、高減衰のゴムを用いているが、ポリウレタンゴム、ブチルゴムなどの他の粘弾性体、天然ゴムなどの弾性体を用いてよい。したがって、このようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１  ダンパ
２  剛性部材
３  弾性部材
４  板状固定部
４ａ  取付孔
５  筒状固定部
５ａ  第１の板部分
５ｂ  第２の板部分
５ｃ  ブリッジ部
５ｄ  第１の貫通孔
５ｅ  第２の貫通孔
５ｆ  第３の貫通孔
５ｇ  第４の貫通孔
６  結合部
７  第１の固定具
８  第２の固定具
９  凸部
１００  柱材
１０１  構造材（土台）
１０２  筋交い
Ｃ  空隙
Ｓ  エネルギー吸収機構
Ｓ１  第１バネ部材
Ｓ２  第２バネ部材
【要約】
【課題】  従来よりも効果の高いエネルギー吸収機構を提供する。
【解決手段】  鉛直方向に延びる柱材及び／又は水平方向に延びる構造材と、傾斜方向に延びる筋交い材とに固定されるエネルギー吸収機構であって、第１のバネ部材と、第２のバネ部材とを備え、前記１のバネ部材と前記第２のバネ部材とが組み合わされてなり、前記第１のバネ部材は、第１バネ定数Ｋ１が１．５〜７．５ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、前記第２のバネ部材は、第２バネ定数Ｋ２が５．０〜７５．０ｋＮ／ｍｍの範囲内であり、下記数式１を満たし、かつ、下記数式２により導き出されるＫの数値が、１．４〜４．９の範囲内であることを特徴とする、エネルギー吸収機構。
Ｋ１＜Ｋ２    ・・・（数式１）
Ｋ＝（Ｋ１×Ｋ２）／（Ｋ１＋Ｋ２）    ・・・（数式２）
【選択図】図１【図１２】
0006037298.tif 000003
【図１３】
0006037298.tif 000004
【図１４】
0006037298.tif 000005
【図１５】
0006037298.tif 000006
【図１６】
0006037298.tif 000007
【図１７】
0006037298.tif 000008
【図１８】
0006037298.tif 000009
【図１９】
0006037298.tif 000010
【図１】
0006037298.tif 000011
【図２】
0006037298.tif 000012
【図３】
0006037298.tif 000013
【図４】
0006037298.tif 000014
【図５】
0006037298.tif 000015
【図６】
0006037298.tif 000016
【図７】
0006037298.tif 000017
【図８】
0006037298.tif 000018
【図９】
0006037298.tif 000019
【図１０】
0006037298.tif 000020
【図１１】
0006037298.tif 000021