(57)【要約】      （修正有）【課題】トグル機構の構成部材に弾性部を導入して、常時構成部材を引張状態として圧縮力の発生を防ぎ、部材断面を縮小化する。【解決手段】構造物の相対変位可能な任意の３点に設けられた第１の支承部１０に連結された第１筋交い部と、残る２点の一方に設けた第２の支承部２８に連結された第２筋交い部と、前記第１筋交い部と第２筋交い部とが回動可能に連結された第１ピン部２２と、第３の点に設けた第３の支承部３８に連結されかつ他端側は第１ピン部２２と連結される該第２連結部の揺動を減衰するエネルギ吸収手段３４とを有し、少なくとも前記各支承部、回動部及び連結部は鍛造品で形成したハーフテンショントグル機構であって、エネルギ吸収手段３４は、収縮時にのみ作用する片効きダンパ４６と中立状態で自由長となる第一の弾性部５２と張力を発生させる第２の弾性部４８とからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の相対変位可能な任意の３点に設けられた第１の支承部に回動可能に連結された第１筋交い部と、
残る２点の一方に設けた第２の支承部に回動可能に連結された第２筋交い部と、
前記第１筋交い部他端側に設けた第１筋交い部他端側回動部と、第２筋交い部の他端側に設けた第２筋交い部他端側回動部とが回動可能に連結された第１ピン部と、
第３の点に設けた第３の支承部に回動可能に連結され、かつ他端側は第１ピン部と連結される該第２連結部の揺動を減衰するエネルギ吸収手段とを有し、少なくとも前記各支承部、回動部及び連結部は鍛造品で形成したハーフテンショントグル機構であって、
エネルギ吸収手段は、収縮時にのみ作用する片効きダンパと、中立状態で自由長となる第一の弾性部と、張力を発生させる第２の弾性部とからなるハーフテンショントグル機構。
【請求項２】
エネルギ吸収手段は、中央に第一弾性部を配置して第１弾性部を挿んで対設される片効きダンパと、同じく第１弾性部を挿んで対設される第２弾性部から構成される請求項１記載のハーフテンショントグル機構。
【請求項３】
エネルギ吸収手段は、片効きダンパの外周に第２弾性部が装着されることを特徴とした請求項１記載のハーフテンショントグル機構。
【請求項４】
相対変位可能な任意の３点は、その一点が塔型構造物の一部であり、他の二点は塔型構造物が立設される地上面であることを特徴とする請求項１記載のハーフテンショントグル機構。
【請求項５】
相対変位可能な任意の３点は、その一点が対となる縦フレームと横フレームとから構成される枠体に配置され、一点が上方の前記横フレームと縦フレームとの一方側突き合わせ部に設けられ、二点が前記上方の前記横フレームと縦フレームとの一方側突き合わせ部に対向する下方の横フレームと縦フレームとの突き合わせ部であり、三点が下方の前記横フレームと縦フレームとの一方側の突き合わせ部に設けられたことを特徴とする請求項１記載のハーフテンショントグル機構。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載のハーフテンショントグル機構を適用した建築構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成部材に張力を導入して、常時構成部材を引張状態として圧縮力を発生させないハーフテンショントグル機構並びに建築構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のトグル機構の作動原理について図６（ａ）に示す。図６に示すように、実線で示される４点ＯＡＤＣを結ぶフレームは、それぞれ縦方向に配置されるフレームＯＡと、横方向に配置されるフレームＡＤと、縦方向に配置されるフレームＤＣと、横方向に配置されるフレームＣＯから構成され、このフレーム内にＡ点とＢ点を結ぶ鋼棒ＡＢと、Ｂ点で回動自在にピン結合する鋼棒ＢＣと、同じくＢ点で回動自在にピン結合する鋼棒ＢＯとからなるトグル機構を有するフレームＯＡＤＣから構成される。
【０００３】
このトグル機構に対して移動距離ＡＡ’＝ＤＤ’＝ｘとなるようにフレームＡＤを移動させる層間変形が、地震又は風を原因として生じ、フレームＯＡＤＣがフレームＯＡ’Ｄ’Ｃに変形したものとする。Ａ点がＡ’点に移動する層間変形が生じることによりＢ点はＢ’点に移動するため、ＡＡ’とＢＢ’との比からβ倍の増幅率が存在することとなる。このＡＡ’に生じる速度をｖ（≒ωｘ）と表現すると、ＢＢ’の速度はβｖである。ＯＢ間に単位速度に対する抵抗係数ｃの粘性ダンパが挿入されると、ＢＢ’の速度による抵抗力はｃβｖである。
【０００４】
従って、梃子の原理よりＡＡ’に作用する抵抗力はそのβ倍のｃｖβ２と算出される。ここで、ダンパを装着する際に、ＯＢ間よりもＢＤ間にダンパを設けると、ダンパ装置のストロークを大きくすることとなり、必要なストローク長が長い場合は、ＢＤ間にダンパを挿入する場合がある。
【０００５】
以上のように、トグル機構は、梃子の原理を応用し、風などによる建物の小さな揺れを増幅して、ダンパで制御可能とし、大地震に対しても必要なダンパ容量を小さくするものである。
【０００６】
ところが、図６に示されるトグル機構には、フレームＯＡＤＣに対してその法線方向圧縮力を受けるなど面外変形を考慮すると、大きな圧縮力に耐性を有するためには、鋼棒ＡＢ等の断面積を大きくする必要があった。
【０００７】
そこで、この部材断面の縮小化を実現する機構がテンショントグル機構である。テンショントグル機構は、トグル機構の構成部材に張力を有する部材を導入し、常時構成部材を引張状態として圧縮力を発生させぬことによって部材面の縮小化を行なうものである。図２に示すように、構成部材ＯＢ間にバネを設置し、張力を導入することで、トグル構成部材に張力が発生し、フレームの変形時における圧縮力を抑制でき、構成部材全体の断面を小さくすることができる（例えば特許文献１並びに特許文献２）。
【特許文献１】特開平１０−１６９２４４号公報
【特許文献２】特開平１１−８１７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の様にテンショントルク機構が張力を導入することにより構成部材の断面を小さくすることができるが。しかし、一方で、ＯＢ間のバネの張力により、支持されるフレームに導入される長期軸力が大きくなるという課題を有している。この長期軸力により、フレームに対して特定の強度を必要とする。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、トグル機構の構成部材に弾性部を導入して、常時構成部材を引張状態として圧縮力の発生を防ぎ、部材断面を縮小化することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るハーフテンショントグル機構は、前記の目的を達成するために構造物の相対変位可能な任意の３点に設けられた第１の支承部に回動可能に連結された第１筋交い部と、
残る２点の一方に設けた第２の支承部に回動可能に連結された第２筋交い部と、
前記第１筋交い部他端側に設けた第１筋交い部他端側回動部と、第２筋交い部の他端側に設けた第２筋交い部他端側回動部とが回動可能に連結された第１ピン部と、
第３の点に設けた第３の支承部に回動可能に連結され、かつ他端側は第１ピン部と連結される該第２連結部の揺動を減衰するエネルギ吸収手段とを有し、少なくとも前記各支承部、回動部及び連結部は鍛造品で形成したハーフテンショントグル機構であって、
エネルギ吸収手段は、収縮時にのみ作用する片効きダンパと、中立状態で自由長となる第一の弾性部と、張力を発生させる第２の弾性部とからなることを最も主要な特徴とする。
【００１１】
また、エネルギ吸収手段は、中央に第一弾性部を配置して第１弾性部を挿んで対設される片効きダンパと、同じく第１弾性部を挿んで対設される第２弾性部から構成されてもよい。圧縮力の発生を削減することができる。
【００１２】
さらに、エネルギ吸収手段は、片効きダンパの外周に第２弾性部が装着されることを特徴としてもよい。必要な張力を自由に変更することができる。
【００１３】
その上、相対変位可能な任意の３点は、その一点が塔型構造物の一部であり、他の二点は塔型構造物が立設される地上面であることを特徴とすることができる。塔型構造物の制震装置とすることが可能となる。
【００１４】
そして、相対変位可能な任意の３点は、その一点が対となる縦フレームと横フレームとから構成される枠体に配置され、一点が上方の前記横フレームと縦フレームとの一方側突き合わせ部に設けられ、二点が前記上方の前記横フレームと縦フレームとの一方側突き合わせ部に対向する下方の横フレームと縦フレームとの突き合わせ部であり、三点が下方の前記横フレームと縦フレームとの一方側の突き合わせ部に設けられたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る建築構造物は、前記ハーフテンショントグル機構を適用する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る構造物の相対変位可能な任意の３点に設けられた第１の支承部に回動可能に連結された第１筋交い部と、残る２点の一方に設けた第２の支承部に回動可能に連結された第２筋交い部と、前記第１筋交い部他端側に設けた第１筋交い部他端側回動部と、第２筋交い部の他端側に設けた第２筋交い部他端側回動部とが回動可能に連結された第１ピン部と、第３の点に設けた第３の支承部に回動可能に連結され、かつ他端側は第１ピン部と連結される該第２連結部の揺動を減衰するエネルギ吸収手段とを有し、少なくとも前記各支承部、回動部及び連結部は鍛造品で形成したハーフテンショントグル機構において、エネルギ吸収手段は、収縮時にのみ作用する片効きダンパと、中立状態で自由長となる第一の弾性部と、張力を発生させる第２の弾性部とすることで支持フレームに導入される長期軸力を低減することができるという利点がある。
【００１７】
また、中立状態で自由長となる第一の弾性部と、張力を発生させる第２の弾性部を設けることで、第一の弾性部を中立状態から圧縮方向へ向かう場合にのみ、張力（復元力）を有することで、長軸力は、第２の弾性部の張力のみであって非常に小さく、短期軸力は殆ど増加することがない。このため、トグル機構の構成部材に張力を導入し、常時構成部材を引張状態として圧縮力を発生させないことで、部材断面の縮小化を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に、本発明に係るハーフテンショントグル機構２について詳細に説明する。まず、示すのはフレーム構造にハーフテンショントグル機構２を適用した例である。
【００１９】
フレーム構造は、下部フレーム４と、下部フレーム４上に立設される垂直フレーム６と、垂直フレーム６上に上部フレーム８が配置され、この下部フレーム４と、上部フレーム８とは、建築物の鉄骨に相当し、垂直フレーム６は鉄骨に相当する。
【００２０】
この上部フレーム８にハーフテンショントグル機構２の第１支承部１０が配設されている。この第１支承部１０には、上部第１クレビス１２がピン結合される。上部第１クレビス１２は、鋼管１４を介して上部第２クレビス１６と接合される。上部第１クレビス１２と鋼管１４及び、上部第２クレビス１６と鋼管１４はいずれもフレア溶接される。上部第２クレビス１６は、下部第１クレビス１８と弾性部側クレビス２０それぞれと一点２２でピン結合される。
【００２１】
一方の下部第１クレビス１８は、鋼管２４を介して下部第２クレビス２６と接続され、下部第２クレビス２６が下部フレーム４に設けられる第２支承部２８とピン結合する。この第２支承部２８は、下部フレーム４に配設される。
【００２２】
他方の、弾性部側クレビス２０は、フレア溶接された鋼管３０がターンバックル３２を介して弾性部３４と結合される。弾性部３４は、支軸３６と接合され、支軸３６が第３支承部３８とピン結合し、第３支承部３８が下部フレーム４に配設される。
【００２３】
以上のトグル機構の構成に対して、ハーフテンショントグル機構２を示す詳細である弾性部３４について、更に詳細に示す。
【００２４】
弾性部３４は、上部プレート４０が上部ロッド４２を介してターンバックル３２と結合し、下部プレート４４が支軸３６と結合される。上部プレート４０と下部プレート４４の間には、ダンパ４６を内蔵した張力を発生させる第２の弾性部である小バネ４８と、空隙部５０を有して中立状態で自由長となる第一の弾性部である大バネ５２とが設けられる。
【００２５】
ダンパ４６は、小バネ４８に内蔵され、引張方向にのみ減衰力を発揮するよう片効き型とされる。具体的にはオイルダンパ等から構成される。上部プレート４０と下部プレート４４にそれぞれロッド５４がナットによってネジ止め固定される。ダンパ４６は大バネ５２の周囲に４本配置される。
【００２６】
小バネ４８は、ダンパ４６の外周に炭素鋼、ステンレス鋼等の降伏点の低い金属材料で製作した巻きばねから構成され、その長さは通常時にダンパ４６の接続点間の長さと略同じ長さとする。小バネ４８の端部は、それぞれロッド５４に溶接固定もしくはボルト固定される。
【００２７】
小バネ４８が引張方向へ伸張される場合にのみ張力（復元力）を有するようにしている。従って長期軸力は、小バネ４８の張力の増加のみで非常に小さく、短期軸力はハーフテンショントグル機構から殆ど増加しない。
【００２８】
空隙部５０は、外枠は鋼材からなる直方体から構成され、内部は空洞となるようよう構成される。ここで、内部の長手側の長さは所定の値に設定される。空隙部５０の長手方向の一方には上部ロッド４２を貫通させるロッド孔５６が設けられ、他方の端部には大バネ５２が溶接される。上部ロッド４２の端部は、ねじ切りされており、ロッド孔５６より直径の大きなナット５８が固定されて上部ロッド４２が空隙部５０から外れないように係止される。空隙部５０内部の大バネ５２側の端面が６０である。
【００２９】
大バネ５２の反対側端部は下部プレート４４に接合される。大バネ５２は、ターンバックル３２と空隙部５０によって中立状態となるように調節される。このため、大バネ５２が中立状態から圧縮方向へ収縮する場合には長期軸力が発生しない。
【００３０】
以上、本発明をフレームを有する構造に適用した実施例を示したが、弾性部３４は図１の構成に限定されるものではなく、図２の（ａ），（ｂ）に実施例を示す。
【００３１】
図２（ａ）に示される弾性部３４は、図１の例において小バネ４８とダンパ４６を別の軸に分けた状態で配置した場合を示し、図２（ｃ）にその上部プレート４０方向からの断面図を示す。すなわち、特定の対角にダンパ４６のみを配置し、一方の対角に小バネ４８を配置したものである。この場合、小バネ４８並びにダンパ４６による長期軸力は、図１の同軸型と比較して半分の大きさとなる。
【００３２】
上部プレート４０から見た像は、（ｃ）に示されるように図１から小バネ４８並びにダンパ４６が、上部プレート４０の角部に位置する。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示される弾性部３４は、空隙部５０を大バネ５２と上部プレート４０との間に挿入せず、直接に大バネ６２を上部プレート４０と下部プレート４４に接合するものである。このように構成することで、空隙部５０のような特殊な部品を利用することなく中立状態で自由長を保持することが可能となる。図２（ｄ）にその上部プレート４０方向からの断面図を示す。
【００３４】
なお、弾性部３４の例として３つの例を示したが、これらに限定されるものではなく、張力を発生させる弾性部と、通常時に自由長となる弾性部と、片効きダンパを有するものであれば何れの組合せも可能である。
【００３５】
続いて、本発明に係る弾性部３４の動作について図３を用いて説明する。
【００３６】
図３（ａ）は、ターンバックル３２と接続される上部ロッド４２の端部に挿嵌されるナット５８が空隙部５０の大バネ５２側の内壁５０に接触する位置まで、上部ロッド４２が配置された状態であり、ダンパ４６と、小バネ４８と、大バネ５２は全て収縮した位置に留まる。
【００３７】
次に、本弾性部３４を構造物等に装着する際の構成を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）では、ターンバックル３２の調整並びにハーフテンショントグル機構２への接続方法によって、空隙部５０内のロッド４２が、挿嵌されるナット５６がターンバックル３２側の内壁に係止するように調整される。ここで、ダンパ４６は調整位置に応じて配置され、そのダンパロッド５１が伸張される。小バネ４８は、自由長よりはその長さが延長され、復元力が発生する。
【００３８】
以上の状態において、第１支承部１０と第３支承部３８との間の変位及び、第２支承部２８と第３支承部３８との間の変位が生じ、上部プレート４０と下部プレート４４の間が延びる方向に作用した場合について図３（ｃ）に示す。
【００３９】
この場合、小バネ４８とダンパ４６が伸張する上にさらに大バネ５２が伸張する。このため、小バネ４８と大バネ５２はいずれも復元力が発生する。一方、ダンパ４６はこれらの伸張速度あるいは圧縮速度の応答速度に応じて減衰力が発生する。
【００４０】
一方、図３（ｂ）において、上部プレート４０と下部プレート４４の間が収縮する方向に作用した場合は、小バネ４８が収縮し、上部ロッド４２が空隙部５０へ移動し、ダンパ４６はこれらの圧縮速度の応答速度に応じて減衰力が発生する。
【００４１】
続いて、フレーム構造に適用した例を実施例１に、電波塔に本発明を実施した例を実施例２に示す。
【実施例１】
【００４２】
図４は、本発明に係るハーフテンショントグル機構２を二組、一組のフレーム構造内に制震装置として配置した例である。図４（ａ）は、下部フレーム４と、下部フレーム４上に立設される垂直フレーム６と、垂直フレーム６上に上部フレーム８が配置されるフレーム構造において、垂直フレーム６と下部フレーム４との両突合せ部にそれぞれ第２支承部２８が配設され、一方、上部フレーム８にそれぞれ、第１支承部１０が配設される。さらに、下部フレーム４の中央に２組の第３支承部８が配設される。これら各支承部から鋼管１４と鋼管２４と弾性部３４が１点２９でピン結合するハーフテンショントグル機構２をフレーム内に対称的に配置することができる。対称的に配置することで長期軸力ならびに張力がフレームに非対称に加重されることを防止することができる。
【００４３】
次に、図４（ｂ）に示されるように、１本の垂直フレーム６の両脇にハーフテンショントグル機構２を配置した例を示す。第１支承部１０と、第２支承部２８と、第３支承部８の配設位置は同一として、垂直フレーム６を軸として対称に一組のハーフテンショントグル機構２を対称性を有しながら配設される。
【実施例２】
【００４４】
さらに、本発明に係るハーフテンショントグル機構２を、携帯電話用基地局等の電波塔や送電用鉄塔の制震装置として適用する例を図５に示す。
【００４５】
電波塔７２は、図５（ａ）に示すように基礎７１上に立設され頂部にアンテナ装置を搭載し、中央にワイヤ固定リング７０が挿嵌される。ワイヤ固定リング７０は、ワイヤ７４と連結され、このワイヤ７４は大地に固定されるワイヤ７６と連結部材７８で連結される。この連結部材７８は、ワイヤ８１を介して弾性部８０と連結される。この弾性部８０は、ワイヤ８２を介して大地に固定される。この弾性部８０は、図２で示した、小バネ４８、ダンパ４６、大バネ５２から構成される。
【００４６】
これらのハーフテンショントグル機構２は、電波塔７２に対して３本以上のワイヤによって電波塔７２に対して線対称となる位置に張設され、３本張設した例を図５（ｂ）に示し、４本張設した例を図５（ｃ）に示す。これらの機構は既存の電波塔７２等の構造を大きく変更することなく制震機能を付加することができ、さらに設置用のスペースも必要としないため、コスト並びにスペース効率の高い制震装置である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係るハーフテンショントグル機構によって、長期軸力を小さくし、短期軸力が増加しないことにより、従来より構成部材の断面積を小さくすることができ、通常のフレームを有する建築物や、鉄塔、アンテナ等の制震装置として活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るハーフテンショントグル機構の構成図である。
【図２】本発明に係るハーフテンショントグル機構の弾性部の構成図であり、（ａ）はダンパと小バネを別軸とした構成図であり、（ｂ）は大バネの空隙部を活用しない構成図である。
【図３】本発明に係るハーフテンショントグル機構の弾性部の動作図であり、（ａ）自由長であり、（ｂ）はダンパが作用した場合であり、（ｃ）大バネを含めて伸張した。
【図４】本発明に係るハーフテンショントグル機構の別のフレーム構造の構成図であり、フレーム構成型と、垂直軸中心型である。
【図５】本発明に係るハーフテンショントグル機構の別の電波塔構造の構成図であり、フレーム構成型である。
【図６】本発明に係るハーフテンショントグル機構の別の電波塔構造の構成図であり、フレーム構成型である。
【符号の説明】
【００４９】
２  ハーフテンショントグル機構
４  下部フレーム
６  垂直フレーム
８  上部フレーム
１０  第１支承部
１２  上部第１クレビス
１４  鋼管
１６  上部第２クレビス
１８  下部第１クレビス
２０  弾性部側クレビス
２２  一点
２４  鋼管
２６  下部第２クレビス
２８  第２支承部
３２  ターンバックル
３４  弾性部
３６  支軸
３８  第３支承部
４０  上部プレート
４２  上部ロッド
４４  下部プレート
４６  ダンパ
４８  小バネ
５０  空隙部
５２  大バネ
５６  ロッド孔
７０  ワイヤ固定リング
７１  基礎
７２  電波塔
７４  ワイヤ
７６  ワイヤ
７８  連結部材
８０  弾性部
８２  ワイヤ
【図１】
2005207179.tif 000003
【図２】
2005207179.tif 000004
【図３】
2005207179.tif 000005
【図４】
2005207179.tif 000006
【図５】
2005207179.tif 000007
【図６】
2005207179.tif 000008