(57)【要約】【課題】  塑性金属体を使用した金属ダンパとしての履歴特性を任意に形成することができ、それによって、広範囲に適用することが可能な金属ダンパ装置を提供すること。【解決手段】  異なる履歴特性を備えた複数種類の金属要素を組み合わせることにより複数個の降伏点を備えた任意の新たな履歴特性を備えるものとして構成し、それによって、全体としての剛性のコントロール、降伏点のコントロール、固有周期のコントロールが可能になり、それによって、地震発生時の振動エネルギを効果的に吸収して、構造物が受ける地震エネルギを最小限に抑制してその健全性を維持することを可能にするもの。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる履歴特性を備えた複数種類の金属要素を組み合わせることにより任意の新たな履歴特性を備えるものとして構成されたことを特徴とする金属ダンパ装置。
【請求項２】
請求項１記載の金属ダンパ装置において、
降伏点が異なる複数種類の金属要素を組み合わせることにより複数個の降伏点を有する任意の新たな履歴特性を備えるものとして構成されたことを特徴とする金属ダンパ装置。
【請求項３】
請求項２記載の金属ダンパ装置において、
降伏点が小さな金属要素から降伏点が大きな金属要素を順次組み合わせることにより複数個の降伏点を有する任意の新たな履歴特性を備えるものとして構成されたことを特徴とする金属ダンパ装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の金属ダンパ装置において、
第１構造物と第２構造物に夫々剛体を取り付け、上記一対の剛体の間に履歴特性が異なる複数種類の金属要素を配置したことを特徴とする金属ダンパ装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の金属ダンパ装置において、
第１構造物と第２構造物に夫々複数組の剛体を取り付け、上記各組の一対の剛体の間に任意の履歴特性を備えた金属要素を配置したことを特徴とする金属ダンパ装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５記載の金属ダンパにおいて、
上記金属要素はダンパバネであることを特徴とする金属ダンパ。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れかに記載の金属ダンパ装置において、
上記金属要素はアルミ合金製であることを特徴とする金属ダンパ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）等の金属の塑性特性を利用した金属ダンパ装置に係り、特に、履歴特性が異なる複数種類の金属要素を組み合わせて構成することにより、優れたダンパ効果を発揮することができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の塑性特性を利用した金属ダンパを開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２等がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４０９６５号公報
【特許文献２】特開２００３−２７７６６号公報
【０００４】
上記特許文献１、特許文献２に開示されている金属ダンパは、例えば、上側構造体と下側構造体の間に、支持体を介して塑性を有する金属体を配置したものである。そして、上記塑性を有する金属体の塑性変形を利用して振動エネルギを吸収しようとするものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、従来の金属ダンパは、ある種の塑性を有する金属体を使用しただけの構成であり、その場合、その塑性を有する金属体からなる金属ダンパの剛性、降伏点等については、その塑性を有する金属体が有する履歴特性によって一義的に決定されてしまい、そのため、金属ダンパとしての効果には限界があると共に適用範囲が限定されてしまうという問題があった。
より具体的に説明すると、例えば、大きな降伏点を備えた単一の材料から金属ダンパを構成した場合には、地震により発生した振動エネルギによる荷重がその降伏点を越えない限りは金属ダンパが塑性変形することはない。したがって、それまでは地震によって発生した振動エネルギは吸収されることはなく建築物に作用してしまうことになる。
逆に、例えば、小さな降伏点を備えた単一の材料から金属ダンパを構成した場合には、地震により発生した振動エネルギによる荷重がその降伏点を越えることにより金属ダンパが早々に塑性変形する。それによって、地震によって発生した振動エネルギは吸収されることになる。しかしながら、それ以上の振動エネルギが作用することに対しては最早何等ダンパ機能を発揮することができなくなってしまうものである。
【０００６】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、塑性を有する金属体を利用した金属ダンパとしての任意の履歴特性を新たに構成することができ、それによって、ダンパ効果を高めると共に広範囲に適用することが可能な金属ダンパ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による金属ダンパ装置は、異なる履歴特性を備えた複数種類の金属要素を組み合わせることにより任意の新たな履歴特性を備えるものとして構成されたことを特徴とするものである。
又、請求項２による金属ダンパ装置は、請求項１記載の金属ダンパ装置において、降伏点が異なる複数種類の金属要素を組み合わせることにより複数個の降伏点を有する任意の新たな履歴特性を備えるものとして構成されたことを特徴とするものである。
又、請求項３による金属ダンパ装置は、請求項２記載の金属ダンパ装置において、降伏点が小さな金属要素から降伏点が大きな金属要素を順次組み合わせることにより複数個の降伏点を有する任意の新たな履歴特性を備えるものとして構成されたことを特徴とするものである。
又、請求項４による金属ダンパ装置は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の金属ダンパ装置において、第１構造物と第２構造物に夫々剛体を取り付け、上記一対の剛体の間に履歴特性が異なる複数種類の金属要素を配置したことを特徴とするものである。
又、請求項５による金属ダンパ装置は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の金属ダンパ装置において、第１構造物と第２構造物に夫々複数組の剛体を取り付け、上記各組の一対の剛体の間に任意の履歴特性を備えた金属要素を配置したことを特徴とするものである。
又、請求項６による金属ダンパ装置は、請求項４又は請求項５記載の金属ダンパにおいて、上記金属要素はダンパバネであることを特徴とするものである。
又、請求項７による金属ダンパ装置は、請求項１〜請求項６の何れかに記載の金属ダンパ装置において、上記金属要素はアルミ合金製であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べたように本願発明による金属ダンパ装置によると、異なる履歴特性を備えた複数種類の金属要素を組み合わせることにより任意の新たな履歴特性を備えるものとして構成されているので、優れたダンパ効果を発揮する金属ダンパ装置を得ることができる。すなわち、異なる履歴特性を備えた複数種類の金属要素を組み合わせることにより、全体としての剛性のコントロール、降伏点のコントロール、固有周期のコントロールが可能になり、それによって、地震発生時の振動エネルギを効果的に吸収して、構造物が受ける地震エネルギを最少限に抑制してその健全性を維持することを可能にするものである。
又、地震発生時の振動エネルギによって変型した後においては、降伏前の金属ダンパ装置の剛性によって原点近傍に復帰することができ、それによって、繰り返しの使用が可能になる。
又、組合せの例としては、例えば、降伏点が異なる複数種類の金属要素を組み合わせることにより複数個の降伏点を有する任意の新たな履歴特性を備えるものとして構成することが考えられ、それによって、上記した作用・効果を確実に得ることができる。
又、その際典型的な例としては、例えば、降伏点が小さな金属要素から降伏点が大きな金属要素を順次組み合わせることにより複数個の降伏点を有する任意の新たな履歴特性を備えるものとして構成することが考えられ、それによって、既に説明したような作用・効果を効果的に得ることができる。
又、より具体的な構成としては、例えば、第１構造物と第２構造物に夫々剛体を取り付け、上記一対の剛体の間に履歴特性が異なる複数種類の金属要素を配置した構成や、第１構造物と第２構造物に夫々複数組の剛体を取り付け、上記各組の一対の剛体の間に任意の履歴特性を備えた金属要素を配置した構成が考えられ、何れの場合においても、既に説明したような作用・効果を奏する優れた金属ダンパ装置を得ることができる。
又、上記金属要素としては、例えば、ダンパバネが想定される。
又、上記金属要素の材質としては、これを特に限定するものではないが、例えば、アルミ合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）が考えられる。アルミ合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）の場合には、必要な塑性を備えていることはもとより、加工が容易であるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態による金属ダンパ装置を組み込んだ建築物の一部の構成を模式的に示す一部正面図である。
尚、建築物としては、アルミニウム製の建築物、鉄骨構造の建築物、鉄筋コンクリート製の建築物、鉄骨・鉄筋コンクリート製の建築物、木造の建築物等、様々なものが想定される。
まず、梁部材１と梁若しくは床部材３があり、これら梁部材１と梁若しくは床部材３との間には複数本（図1では２本のみ示す）の柱部材５が設置されている。又、梁部材１と床部材３と柱部材５とによって囲まれた部分が壁構造物７となっている。
【００１０】
上記壁構造物７の内部には、金属ダンパ装置１１が設置されている。上記金属ダンパ装置１１は、上記梁部材１側に取り付けられた剛体１３と、上記床部材３側に取り付けられた剛体１５と、これら剛体１３と剛体１５との間に設置されたｎ個（ｎは２以上の整数）の金属要素としてのダンパスプリング１７−１〜１７−ｎとから構成されている。上記ダンパスプリング１７−１〜１７−ｎはアルミ合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）製である。
尚、図示するダンパスプリング１７−１〜１７−ｎはあくまで金属要素としてのモデルを示すものであり、実際の構成については様々なものが想定され、それを特に限定するものではない。
【００１１】
上記構成をなす金属ダンパ装置１１が建築物の任意箇所の壁構造物７内に埋設されていて、地震発生時における振動エネルギを効果的に吸収するように構成されている。
【００１２】
上記ｎ個のダンパスプリング１７−１〜１７−ｎであるが、個々の履歴特性は異なっており、本実施の形態では、履歴特性が異なるｎ個のダンパスプリング１７−１〜１７−ｎを組み合わせて新たな所望の履歴特性を備えた金属ダンパ装置１１を構成しているものである。
【００１３】
以下、上記履歴特性に関して詳細に説明する。図２は任意のダンパスプリング１７−１〜１７−ｎの履歴特性を示す特性図であり、横軸に変形量（δ）をとり、縦軸に荷重（Ｐ）をとり、上記任意のダンパスプリング１７−１〜１７−ｎの降伏点荷重（ｉＰｙ）とその時の変形量（ｉδｙ）を示す図である。このようにダンパスプリング１７−１〜１７−ｎは夫々固有の履歴特性を備えている。本実施の形態ではそれら履歴特性が異なるｎ個のダンパスプリング１７−１〜１７−ｎを組み合わせることにより、新たな所望の履歴特性を備えた金属ダンパ装置１１を構成しているものである。
因みに、一例として、ｎを「３」として、３種類のダンパスプリング１７−１、１７−２、１７−３を使用することが想定される。
【００１４】
その様子を図３に示す。図３（ａ）に示すｎ個の特性図は、ｎ個のダンパスプリング１７−１〜１７−ｎの夫々の履歴特性を示すものである。ダンパスプリング１７−１から始まってダンパスプリング１７−ｎに至るまで降伏点荷重（ｉＰｙ）とその時の変形量（ｉδｙ）が徐々に大きくなっている。そして、それらｎ個のダンパスプリング１７−１〜１７−ｎを組み合わせることにより図３（ｂ）に示すような新たな履歴特性を得ることができるものである。
【００１５】
図３（ｂ）において、Ｋ１は初期剛性、Ｋ２は第２剛性、Ｋｎは第ｎ剛性である。又、第１折れ点における降伏点荷重Ｐ１、第２折れ点における降伏点荷重Ｐ２、第ｉ折れ点における降伏点荷重Ｐｉ、第ｎ折れ点における降伏点荷重Ｐｎは、次に示す式（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）、（ＩＶ）によって表されるものである。
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【００１６】
そして、そのように構成することにより、全体としての剛性のコントロール、降伏点のコントロール、固有周期のコントロールが可能になり、それによって、地震発生時の振動エネルギを効果的に吸収して、構造物が受ける地震エネルギを最小限に抑制してその健全性を維持することを可能にするものである。又、地震発生時の振動エネルギによって変型した後においては、降伏前の金属ダンパ装置の剛性によって原点近傍に復帰することができ、それによって、繰り返しの使用が可能になるものである。
【００１７】
上記固有周期のコントロールであるが、まず、変位に応じて任意の等価剛性（ｉＫｅｑ）を
設定することができる。これは、次の式（Ｖ）に示すように、変位に応じて任意の等価周期（ｉＴｅｑ）を 設定できることを意味するものである。
ｉＴｅｑ＝２π√（Ｍ／ｉＫｅｑ）―――（Ｖ）
但し、
Ｍ：:建築物の質量
【００１８】
以上の構成を基にその作用を説明する。
例えば、地震が発生して建築物に振動エネルギにより荷重が作用したとする。その荷重が第１折れ点の降伏点荷重（Ｐ1）を越えた場合には、まず、変形量（ｉδｙ）の分だけ金属ダンパ装置１１が塑性変型する。それによって、振動エネルギを吸収して建築物への影響を軽減させる。そして、例えば、荷重が第２折れ点の降伏点荷重（Ｐ2）を越えることなく振動が終了した場合には、図３（ｂ）中復帰線ａで示すような経路で復帰する。これに対して、荷重が第２折れ点の降伏点荷重（Ｐ2）を越えるような場合には、金属ダンパ装置１１がさらに塑性変型する。それによって、振動エネルギを吸収して建築物への影響を軽減させる。そして、例えば、荷重が上記第２折れ点の降伏点荷重（Ｐ2）を越えるがさらにその次の第３折れ点の降伏点荷重（Ｐ3）を越えることなく振動が終了した場合には、図３（ｂ）中復帰線ｂで示すような経路で復帰する。
以下、地震によって発生した荷重の大小によって復帰する原点位置は異なるが上記と同様の作用がなされることになり、それによって、地震により発生した振動エネルギを効果的に吸収することができると共に、建築物が受ける振動エネルギの影響を大幅に軽減させることができる。
又、振動エネルギが収束した後には再度次の事態に備えることができる。
【００１９】
以上、本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、任意の履歴特性を備えた金属ダンパ装置１１を得ることができる。そして、剛性のコントロール、降伏点のコントロール、固有周期のコントロールが可能になる。すなわち、組み合わせるダンパスプリング１７−１〜１７−ｎの個数、各ダンパスプリング１７−１〜１７−ｎの履歴特性によって、任意の新たな履歴特性を備えた金属ダンパ装置１１を得ることができるからである。
そして、このような金属ダンパ装置１１によれば、地震により発生した振動エネルギを効果的に吸収することができ、建築物が受ける影響を最小限に止めることが可能になる。
因みに、組み合わせるダンパスプリング１７−１〜１７−ｎの個数が多ければ多い程図３（ｂ）に示す特性は細かな折れ線状のものとなり、より効果的な振動エネルギの吸収が可能になる。
又、地震が発生して建築物に振動エネルギにより荷重が作用して変形しても、降伏前の金属ダンパ装置１１の剛性によって原点近傍に復帰することが可能になり、それによって、繰り返しの使用が可能になる。
又、本実施の形態によるダンパスプリング１７−１〜１７−ｎはアルミ合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）製であり、加工が容易であるという利点がある。
【００２０】
次に、図４を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。前記第１の実施の形態の場合には、一対の剛体１３、１５の間にｎ個のダンパスプリング１７−１〜１７−ｎを設置した。これに対して、この第２の実施の形態の場合には、ｎ個のダンパスプリング１７−１〜１７−ｎを夫々別個の一対の剛体１３−１〜１３−ｎ、剛体１５−１〜１５−ｎの間に設置したものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
このような構成であっても前記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができるものである。
【００２１】
尚、本発明は前記第１、第２の実施の形態に限定されるものではない。
まず、ダンパスプリングは金属要素の一例として示したモデルであり、実際の構造としては様々な形態が考えられる。
又、使用する金属要素の個数、各金属要素の履歴特性の内容、等についてはこれを特に限定するものではない。
又、図１、図４に示す金属ダンパ装置の形態はあくまで一例であり、様々な形態が考えられる。
又、前記第１、第２の実施の形態の場合には、金属要素をアルミ合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）製としたが、それに限定されるものではなく、様々な材質の金属が想定される。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）等の塑性を有した金属を利用した金属ダンパ装置に係り、特に、履歴特性が異なる金属要素を組み合わせて構成することにより、優れたダンパ効果を発揮することができるように工夫したものに関し、例えば、各種建築物に組み込まれる金属ダンパ装置として好適である。    
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、金属ダンパ装置を建築物の壁に組み込んだ状態を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、金属ダンパに組み込まれている金属要素の履歴特性を示す特性図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図３（ａ）は複数個の金属要素の履歴特性を示す特性図、図３（ｂ）は複数個の金属要素を組み合わせて構成された金属ダンパ装置の履歴特性を示す特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図で、金属ダンパ装置を建築物の壁に組み込んだ状態を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  梁部材
３  床部材
５  柱部材
７  壁構造物
１１  金属ダンパ装置
１３  剛体
１５  剛体
１７−１〜１７−ｎ  ダンパスプリング（金属要素） 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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