(57)【要約】【課題】  振動エネルギーによる補強部材の過大な変形や補強部材または構造材自体の破損を生じることのない高い耐振強度を有し、かつ、構造材間の相対距離の変動が大きくなる箇所にも適用できる制振部材を提供する。【解決手段】  相対距離が変動する構造材間に両端が固定される制振部材であって、内部に軸方向に延びる空間を有し両端に該空間を区画する固定座部をそれぞれ有する管材と、該管材の一端側の該固定座部に一端側が固定され他端側が該構造材の一方に固定される第一側端部と、該管材の他端側の該固定座部を移動可能に貫通し該空間内に一端が延び他端が該構造材の他方に固定される第二側端部と、該第二側端部の該空間内に位置する該一端に固定された可動座部と、該空間内の該可動座部と該固定座部間に配置された弾性部材と、を有することを特徴とする制振部材。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対距離が変動する構造材間に両端が固定される制振部材であって、
内部に軸方向に延びる空間を有し両端に該空間を区画する固定座部をそれぞれ有する管材と、
該管材の一端側の該固定座部に一端側が固定され他端側が該構造材の一方に固定される第一側端部と、
該管材の他端側の該固定座部を移動可能に貫通し該空間内に一端が延び他端が該構造材の他方に固定される第二側端部と、
該第二側端部の該空間内に位置する該一端に固定された可動座部と、
該空間内の該可動座部と該固定座部間に配置された弾性部材と、
を有することを特徴とする制振部材。
【請求項２】
前記弾性部材はばね部材である請求項１記載の制振部材。
【請求項３】
前記ばね部材はそれぞれ各前記固定座部と前記可動座部間に合計２個配置されている請求項２記載の制振部材。
【請求項４】
前記ばね部材は１本のコイルばねであり、前記可動座部は該コイルばねの中央部に設けられている請求項２記載の制振部材。
【請求項５】
前記弾性部材はゴム弾性部材である請求項１記載の制振部材。
【請求項６】
前記弾性部材はコイルばねと該コイルばねの内側に配設されたゴム弾性部材とで構成されている請求項１記載の制振部材。
【請求項７】
前記弾性部材はコイルばねとゴム弾性部材とが前記軸方向に配設されて構成されている請求項１記載の制振部材。
【請求項８】
前記弾性部材は板状のゴム弾性部材と板状の剛体とが前記軸方向に交互に積層されて構成されている請求項１記載の制振部材。
【請求項９】
前記第一側端部の前記一端側は前記管材の内部に位置し、該管材の内部に位置する該一端側の長さを調節可能に前記固定座部に固定される請求項１〜８のいずれかに記載の制振部材。
【請求項１０】
前記第一側端部及び第二側端部の少なくとも一方はその軸方向の長さが調節可能な伸縮手段をもつ請求項１〜９のいずれかに記載の制振部材。
【請求項１１】
前記構造材は建築物を形成する部材である請求項１〜１０のいずれかに記載の制振部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造材を補強する部材に関し、より詳細には耐振強度を高める制振部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物の耐振強度を高めるため、地震等の振動で相対距離が変動する構造材間に単一の補強部材の両端を固定して堅固な構造とする方法が従来から行われてきた。しかしながら、この方法では振動エネルギーが直接補強部材にかかり過大な変形が発生して永久歪みを残し、さらには補強部材または構造材自体の破損を招く危険性があった。最近では、補強部材に板ばねを用いる方法が特許文献１で開示されているが、振動エネルギーが大きく構造材間の相対距離の変動が大きくなる箇所では、板ばねの変形量が弾性体としての有効たわみ量を超過するため、適用が困難である。
【特許文献１】特開２００３−９６９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、振動エネルギーによる補強部材の過大な変形や補強部材または構造材自体の破損を生じることのない高い耐振強度を有し、かつ、構造材間の相対距離の変動が大きくなる箇所にも適用できる制振部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決する本発明の制振部材は、相対距離が変動する構造材間に両端が固定される制振部材であって、内部に軸方向に延びる空間を有し両端に該空間を区画する固定座部をそれぞれ有する管材と、該管材の一端側の該固定座部に一端側が固定され他端側が該構造材の一方に固定される第一側端部と、該管材の他端側の該固定座部を移動可能に貫通し該空間内に一端が延び他端が該構造材の他方に固定される第二側端部と、該第二側端部の該空間内に位置する該一端に固定された可動座部と、該空間内の該可動座部と該固定座部間に配置された弾性部材と、を有することを特徴とする。
【０００５】
本発明の制振部材は、建築物の構造材例えば柱と梁の間に取り付け、地震などによる振動のエネルギーを弾性部材で吸収して振動を抑制することを目的としている。そして、本発明の制振部材は、管材、第一側端部、第二側端部、可動座部、弾性部材で構成されている。
【０００６】
管材は、軸方向に延びる内部空間に弾性部材を保持するため、両端に固定座部が設けられている。管材は、弾性部材の変形による荷重と、第一側端部からの引張り及び圧縮の荷重を受けるため、十分な強度を有することが必要である。管材には、例えば配管用の鋼管を用いればよく、固定座部には鋼製円板を用い、管材端部に溶接して取り付ければよい。
【０００７】
第一側端部は、管材の一端側の固定座部を構造材の一方へ固定取り付けする連結のためのものである。具体的な形状の例としては、一端が雄ねじで他端が端子の形状をもつ蝶番ボルトなどが用いられる。第一側端部の固定座部への取付は、固定座部の中央に貫通口を設けて第一側端部の雄ねじを貫通させナットを両側から締め付けて固定すればよい。構造材への取付は端子をボルト締めするなどの方法でよい。固定方法はこれに限定されず、機械的強度の確保できる溶接などの他の方法でもよい。
【０００８】
第二側端部は、制振部材の全長を可変に構造材へ取り付けるためのものである。第二側端部の一端は管材の他端側の固定座部に設けられた貫通口を貫通して空間内に延び、他端は構造材の他方に固定取り付けされる。具体的な形状の例としては、一端が雄ねじで他端が端子の形状をもち、管材の長さの半分以上ある蝶番ボルトなどが用いられる。雄ねじ側は管材内部空間の中央付近に到達して後述のように可動座部が設けられる。端子側は構造材にボルト締めなどにより固定取り付けされる。
【０００９】
可動座部は、管材内部空間にある第二側端部の一端に固定され、管材内部空間を軸方向に移動可能であり、固定座部との間に弾性部材を保持するものである。具体的な形状の例としては、管材の内径よりも小さな鋼製円板などが用いられ、前述の第二側端部の一端の雄ねじにナットで固定される。可動座部の位置は限定されないが、構造材間の相対距離の増加と減少の双方に対応できるように、管材内部空間の軸方向の中央が好ましい。
【００１０】
弾性部材は、固定座部と可動座部の間に、軸方向に伸縮できるように配置される。そして、振動発生時には軸方向に伸縮して、振動エネルギーを吸収し、振動を抑制する役割を果たす。ここで、弾性部材とは圧縮変形を受けたときに応力が発生し、圧縮変形が除かれたときに元の形状に復帰するものを云う。本発明の制振部材の構成要素である弾性部材には、フック弾性をもつばね部材あるいはゴム弾性をもつゴム弾性部材のいずれを用いてもよい。ばね部材の一例であるコイルばねを用いるときは、それぞれ各固定座部と可動座部間に合計２個配置することが好ましい。あるいは、弾性部材は１本のコイルばねとし、可動座部は１本のコイルばねの中央部に設けるようにすることもできる。
【００１１】
弾性部材は、ばね部材とゴム弾性部材を組み合わせて用いてもよく、一例としてコイルばねと該コイルばねの内側に配設されたゴム弾性部材とで構成されるようにしてもよい。また、弾性部材はコイルばねとゴム弾性部材とが前記軸方向に配設されて構成されるようにしてもよい。さらに、弾性部材は板状のゴム弾性部材と板状の剛体とが前記軸方向に交互に積層されて構成されるようにしてもよい。
【００１２】
上述のように構成された本発明の制振部材は、第一側端部の他端を構造材の一方に固定し、第二側端部の他端を構造材の他方に固定して使用する。そして、地震等の振動で構造材間の相対距離が変動したときには、管材と第二側端部との相対位置関係が変動する。このとき、可動座部は軸方向に相対的に移動し固定座部との距離が変動し、両者の間に配置された弾性部材が変形し、応力が生じて振動を抑制する。結局、振動エネルギーは弾性部材に吸収され、耐振強度は向上する。また、管材や第一側端部、第二側端部の部材自体の変形は著しく低減され、制振部材自体が破損する危険性は生じない。
【００１３】
本発明の制振部材の構成要素である第一側端部はその一端側の先端部は管材の内部に位置し、この管材の内部に位置する先端部の長さを調節可能に固定座部に固定されるようにしてもよい。例えば、第一側端部の一端側を雄ねじとして固定座部を貫通させ、雄ねじの任意の位置を両側からナットで締め付けて固定できるようにしておく。これにより、制振部材の長さを調節することができる。
【００１４】
さらに、本発明の制振部材の構成要素である第一側端部及び第二側端部の少なくとも一方は、その軸方向の長さが調節可能な伸縮手段をもつものとすることができる。例えば、第二側端部の中間に、部材の回転により長さを調節できるターンバックルなどを付加しておく。これにより、制振部材の調節長さをより大きくでき、調整作業も容易となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の制振部材では、地震等の振動で構造材間の相対距離が変動すると、管材と第二側端部との相対位置関係が変動して弾性部材が伸縮変形し、応力が生じて振動を抑制し、耐振強度は向上する。また弾性部材以外の部材の変形は著しく低減され、破損する危険性は生じない。このため、従来の補強部材に板ばねを用いる方法と比較して、構造材間の相対距離の変動が大きくなる箇所へも適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を実施するための最良の形態を、図１を参考にして詳細に説明する。図１は本発明の制振部材の構成を示す説明図であり、この制振部材は、管材１、固定座部２Ａ及び２Ｂ、第一側端部４、第二側端部５、可動座部６、弾性部材であるコイルばね７Ａ及び７Ｂ、軸方向の長さを調節するためのターンバックル８からなる。
【００１７】
管材１には、内部に軸方向に延びる空間を有する金属製のパイプが用いられる。管材１の両端には、管材１の外径に等しい直径の金属製円板状の固定座部２Ａ及び２Ｂがそれぞれ溶接により固定され、管材１内部の空間は外部と区画されている。なお、固定座部２Ａ及び２Ｂの中心部には貫通口が設けられている。
【００１８】
第一側端部４は金属製で、その一端部は建築物の構造材に固定取り付けするための端子を有し、他端部は雄ねじとなり、図２（ａ）に示すように固定座部２Ａの貫通口を介してダブルナットで固定されている。この第一側端部４の雄ねじの貫通口に差し込まれる長さをダブルナットで調節することによりこの制振部材の長さを調節できるようになっている。
【００１９】
第二側端部５には両端部が雄ねじとなっている金属の棒が用いられる。第二側端部５の一端は図２（ｂ）に示すように固定座部２Ｂの貫通口から管材１の内部に貫通して軸方向へは自由に移動できるようになっており、他端はターンバックル８に螺合している。
【００２０】
可動座部６は金属製円板状で、図２（ｃ）に示すように第二側端部５の管材１内部の雄ねじにダブルナットで固定されている。ダブルナットで固定される雄ねじの位置を調節することによって制振部材の長さを調節できるようになっている。可動座部６の直径は管材１の内径よりも小さめであり、第二側端部５の軸方向への移動を妨げないようになっている。
【００２１】
弾性部材としてコイルばね７Ａ及び７Ｂが合計２個用いられている。コイルばね７Ａ及び７Ｂの長さははそれぞれ、管材１内部で対向する固定座部２Ａと可動座部６との距離、及び可動座部６と固定座部２Ｂとの距離に一致しており、それぞれの空間内に配置されている。コイルばね７Ａ及び７Ｂの外径は同一で管材１の内径よりも小さめであり、それらの長さは振動の発生していない通常状態における管材１内部の空間長に一致している。
【００２２】
コイルばね７Ａ及び７Ｂのばね定数や有効たわみ量などの諸特性は、対象となる構造材間の相対距離の変動範囲や最大振動エネルギーを考慮して決定すればよい。コイルばね７Ａ及び７Ｂは、構造材間の相対距離の増加や減少に伴い圧縮変形して復元応力が発生するので、両者の外径と長さ、諸特性は同一としてよい。構造上、構造材間の相対距離の増加あるいは減少のどちらかが著しい場合には、両者の長さや諸特性は異なるものとしてもよい。
【００２３】
軸方向の長さが調節可能な伸縮手段として、両側に雌ねじを有するターンバックル８が用いられ、雌ねじの一方には第二側端部５の雄ねじが固定され、他方には建築物の他方の構造材に固定取り付けするための端子が付属されている。
【００２４】
上述のように構成された耐振部材は、図３に示すように第一側端部４の一端とターンバックル８の他方にそれぞれ付属した２個の端子により、建築物の構造材例えば柱と梁の間や梁同士の間にボルト締めで固定取り付けされて使用される。
【００２５】
構造材側の取り付け部には応力が集中するので、応力を分散して受け止められるように、例えば図４（ａ）の取り付け金具９を図４（ｂ）に示すように２個組み合わせて使用することが好ましい。なお、ボルト締め以外にも溶接など堅固な取り付け方法であれば適用可能である。
【００２６】
図４（ａ）に示す金具９は、長方形状の金属板を折り曲げ、中央部を断面で固定される柱の太さと等しい幅と柱の半分の深さをもつ凹部とし、両端側にフランジ状の連結部分を設けたものである。凹部の底の中央にはボルトが挿通するボルト穴が形成され、連結部分にはその中央に比較的大きなボルト穴、その両側に少し小さいボルト穴が設けられている。図４（ｂ）は、この金具９を柱に固定し、固定された金具９に第一側端部４を固定した状態を示している。
【００２７】
次に、上記形態の制振部材の機能について説明する。地震等の振動が発生していない通常状態では、構造材間の相対距離は初期状態の値で一定である。この時、コイルばね７Ａ及び７Ｂの長さもそれぞれ通常状態における空間長に一致し、応力は発生しない。
【００２８】
地震や大風による振動で構造材間の相対距離がｄだけ減少した時には、当然ながら制振部材の長さもｄだけ減少する。この時、第二側端部５は図１の右の方向に押され、相対距離の減少分ｄはコイルばね７Ａの圧縮として吸収される。したがって、構造材間の相対距離を減少させる振動エネルギーの大部分はコイルばね７Ａに吸収され、第二側端部５を図１の左の方向に押し返して通常状態に戻そうとする復元応力が発生する。
【００２９】
同様に、構造材間の相対距離がｄだけ増加した時には、増加分ｄはコイルばね７Ｂの圧縮として吸収される。したがって、構造材間の相対距離を増加させる振動エネルギーの大部分はコイルばね７Ｂに吸収され、第二側端部５を図中の右の方向に押し返して通常状態に戻そうとする復元応力が発生する。
【００３０】
実際の地震等の振動では構造材間の相対距離は周期的に増減するため、２個のコイルばね７Ａ及び７Ｂの復元応力により、振動を抑制することができる。
【００３１】
なお、構造材間の相対距離の減少、増加どちらの場合も、圧縮されていない他方のコイルばねは機能的には寄与していない。そこで、図１の形態に加えて、コイルばね７Ａ及び７Ｂそれぞれの両端を固定座部２Ａ、２Ｂ、可動座部６に固定してもよい。固定することにより、振動でいずれか一方のコイルばねが圧縮されている時に他方のコイルばねは伸張し、両方のコイルばねの復元応力は協力して振動を低減させることができる。
【００３２】
上記に述べたように本発明の制振部材では、構造材間の相対距離の変動はコイルばね７Ａ及び７Ｂに吸収され、管材１や第一側端部４、第二側端部５の部材自体の圧縮および伸張は極僅かである。これに対して、図９に示す従来の単一の補強部材１１による方法では、構造材間の相対距離の変化分ｄは直接的に補強部材１１の部材自体に発生し、過大な変形となる。本発明の制振部材は、部材自体の変形を著しく低減したため、破損する危険性は生じない。さらに、コイルばね７Ａ及び７Ｂの変形を応用しており、外径と長さ、諸特性の選定には自由度が大きいため、構造材間の相対距離の変動が大きくなる箇所にも容易に適用できる。
【００３３】
また、ターンバックル８でねじの締め込み寸法を調節することにより、本耐振部材の軸方向の長さを調節できる。したがって、多くの箇所に適用する場合に、構造材間の相対距離のばらつきと耐振部材自体の製作誤差を吸収することができ、汎用性が高く使い勝手が良好である。
【００３４】
図５は本発明の別の実施例を示しており、弾性部材には１本のコイルばね７Ｃが用いられ、可動座部６はコイルばね７Ｃの中央部に固定されている。この図５の構成においても、機能および効果は図１の実施例と同等である。
【００３５】
図６〜８は本発明のまた別の実施例を示す断面図であり、弾性部材の構成を示している。図６の例では弾性部材は、コイルばね７Ｄと、コイルばね７Ｄの内側に配設された筒状のゴム弾性部材７１と、で構成されている。図７の例では弾性部材は、コイルばね７Ｅとゴム弾性部材７２とが軸方向に並設されて構成されている。図８の例では弾性部材は、中央に貫通口を有する円盤状のゴム弾性部材７３と金属製のワッシャ７４とが軸方向に交互に積層されて構成されている。図６〜８の構成おいても、機能および効果は図１の実施例と同等である。加えて、ゴム弾性部材単独の場合よりも堅牢であり、座屈などの不具合を生じ難い特長を有している。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の制振部材は、建築物の柱と梁や梁同士などの直交する構造材間の耐振補強の他、鉄塔等の転倒防止、衝撃力に弱い家具類の転倒防止等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の制振部材の１実施例の説明図であり、弾性部材として２個のコイルばねが用いられ、軸方向の長さが調節可能な伸縮手段としてターンバックルが用いられている。
【図２】図１の実施例における部分拡大図であり、（ａ）は管材の一端側の固定座部付近、（ｂ）は管材の他端側の固定座部付近、（ｃ）は可動座部付近、をそれぞれ示す。
【図３】本発明の耐振部材を構造材間に固定取り付けした状態を示す説明図である。
【図４】本発明の制振部材を固定取り付けする際に構造材側に使用する取り付け金具の例であり、（ａ）は取り付け金具の形状、（ｂ）は取り付け金具を２個組み合わせて使用した構造、をそれぞれ示す。
【図５】本発明の制振部材の別の実施例を示す説明図であり、弾性部材には１本のコイルばねが用いられている。
【図６】本発明の制振部材のまた別の実施例を示す断面図であり、弾性部材はコイルばねとコイルばねの内側に配設されたゴム弾性部材で構成されている。
【図７】本発明の制振部材のまた別の実施例を示す断面図であり、弾性部材はコイルばねとゴム弾性部材とが軸方向に配設されて構成されている。
【図８】本発明の制振部材のまた別の実施例を示す断面図であり、弾性部材は板状のゴム弾性部材とワッシャとが軸方向に交互に積層されて構成されている。
【図９】従来の単一の補強部材による方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：管材      ２Ａ、２Ｂ：固定座部
４：第一側端部      ５：第二側端部      ６：可動座部
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ：コイルばね
７１、７２、７３：ゴム弾性部材      ７４：ワッシャ
８：ターンバックル      ９：取り付け金具      １１：単一の補強部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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