(57)【要約】【課題】  間柱等の補強部材が不要なトグル制振装置を得る。【解決段】  上梁材１２、下梁材１４、及び柱１６によって構成されるフレーム１８の中に４組のトグル機構２０，２２，２４，２６が左右上下対称に設けられている。このため、例えば、上梁材１２の軸方向に力が左方向から作用すると、第１左アーム２８と第２左アーム３０、及び第３右アーム７２と第４右アーム７４が突っ張り、第１右アーム４４と第２右アーム４６、及び第３左アーム５８と第４左アーム５６が折曲する。これは、連結ピン３２において、第１左アーム２８と第１右アーム４４の軸力が相殺されることになる。従って、フレーム１８の構成部材に必要とする主応力以外の力が作用しないため、間柱等の補強部材が不要となる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームを構成する上材の中央部に設けられた上連結部に一端部が回転可能に連結された第１左アームと、
前記上連結部に回転可能に一端部が連結された第１右アームと、
フレームを構成する左柱の中央部に設けられた左連結部に一端部が回転可能に連結された第２左アームと、
フレームを構成する右柱の中央部に設けられた右連結部に一端部が回転可能に連結された第２右アームと、
前記第１左アームの他端部と前記第２左アームの他端部を所定の交差角度を持たせて回転可能に連結する第１連結部と、
前記第１左アームと前記第２左アームと左右対称となるように、前記第１右アームの他端部と前記第２右アームの他端部を所定の交差角度を持たせて回転可能に連結する第２連結部と、
前記フレームを構成する下材の中央部に設けられた下連結部に一端部が回転可能に連結された第３左アームと、
前記下連結部に回転可能に一端部が連結された第３右アームと、
前記左連結部に一端部が回転可能に連結された第４左アームと、
前記右連結部に一端部が回転可能に連結された第４右アームと、
前記第１左アームと前記第２左アームと上下対称となるように、前記第３左アームの他端部と前記第４左アームの他端部を所定の交差角度を持たせて回転可能に連結する第３連結部と、
前記第３左アームと前記第４左アームと左右対称、且つ前記第１右アームと前記第２右アームと上下対称となるように、前記第３右アームの他端部と前記第４右アームの他端部を所定の交差角度を持たせて回転可能に連結する第４連結部と、
一端部が前記第１連結部に回転可能に連結された第１ダンパーと、
一端部が前記第２連結部に回転可能に連結された第２ダンパーと、
一端部が前記第３連結部に回転可能に連結された第３ダンパーと、
一端部が前記第４連結部に回転可能に連結された第４ダンパーと、
前記第１ダンパーの他端部、第２ダンパーの他端部、第３ダンパーの他端部、及び第４ダンパーの他端部を回転可能に連結する中央連結部と、
前記第１連結部と前記第４連結部に連結され、初期張力を付与して第１左アームと第２左アーム及び第３右アームと第４右アームの初期形状を保つ第１ばね材と、
前記第２連結部と前記第３連結部に連結され、初期張力を付与して第１右アームと第２右アーム及び第３左アームと第４左アームの初期形状を保つ第２ばね材と、
を有することを特徴とするトグル制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物等の振動を抑えるトグル制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、簡単な機構で、構造物の大きさに左右されずに効率良く配置でき、また、取付部位に曲げ応力を発生させることなく、大地震時にも制振効果を発揮できるトグル制振装置を提案している（特許文献１参照）。
【０００３】
図１０に示すように、トグル制振装置１００は、架構１０２を構成する上梁材１０４に設けられたブラケット１０６に一端部が回転可能に連結される第１アーム１０８と、下梁材１１０に設けられたブラケット１１２に一端部が回転可能に連結される第２アーム１１４と、を備えている。
【０００４】
第１アーム１０８と第２アーム１１４の他端部は、第１アーム１０８と第２アーム１１４が所定の交差角度を持つように回転可能に連結されており、この連結部にダンパー１１６のロッド１１６Ａが回転可能に連結され、シリンダー１１６Ｂが下梁材１１０に設けられたブラケット１１８に回転可能に連結されている。
【０００５】
ところで、上記のようなトグル制振装置１００では、地震等により架構１０２が矢印Ａ方向に変位した場合、第１アーム１０８と第２アーム１１４の交差角度が広がるように第１アーム１０８と第２アーム１１４は移動する。
【０００６】
すなわち、第１アーム１０８はブラケット１０６を突っ張るように（矢印ａ方向）、また、第２アーム１１４はブラケット１１２を突っ張るように（矢印ａ方向）回動する。
【０００７】
このとき、ダンパー１１６に発生する減衰力が第１アーム１０８、第２アーム１１４の軸力となって、架構１０２に伝達された地震の振動に対する抵抗力となり、柱１２０、上梁材１０４、及び下梁材１１０の剛性を高める。
【０００８】
一方、矢印Ｂ方向へ変位した場合、第１アーム１０８と第２アーム１１４の交差角度が狭まるように第１アーム１０８と第２アーム１１４は移動する。すなわち、第１アーム１０８はブラケット１０６を引張り（矢印ｂ方向）、また、第２アーム１１４はブラケット１１２を引張るように（矢印ｂ方向）回動する。
【０００９】
しかし、トグル機構の特性上、第１アーム１０８と第２アーム１１４とは角度を持って上梁材１０４及び下梁材１１０へ取付けられているため、Ｙ軸方向の分力が上梁材１０４を下方へ引き下げ、下梁材１１０を上方へ引き上げる方向に働く。
【００１０】
このため、従来のトグル制振装置１００は、上梁材１０４と下梁材１１０との間に間柱１２２を配置して、上梁材１０４及び下梁材１１０を支える必要があった。
【特許文献１】特願２００２−２０６１２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は係る事実を考慮し、間柱等の補強部材が不要なトグル制振装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明では、上梁材、下梁材、左柱、及び右柱によって構成されるフレームの中に４組のトグル機構が設けられている。
【００１３】
１組目のトグル機構は、第１左アームと第２左アームで構成され、２組目のトグル機構は第１右アームと第２右アームで構成されており、１組目のトグル機構と２組目のトグル機構は左右対称となっている。
【００１４】
また、３組目のトグル機構は、第３左アームと第４左アームで構成され、１組目のトグル機構と上下対称となっている。４組目のトグル機構は第３右アームと第４右アームで構成されており、３組目のトグル機構と左右対称、２組目のトグル機構と上下対称となっている。
【００１５】
すなわち、同じ幾何学的特性を持ったトグル機構がフレームの中に４組設けられていることになる。
【００１６】
また、第１連結部と第４連結部は第１ばね材で連結されており、初期張力を付与して第１左アームと第２左アーム及び第３右アームと第４右アームの初期形状を保っている。
【００１７】
さらに、第２連結部と第３連結部は第２ばね材で連結されており、初期張力を付与して第１右アームと第２右アーム及び第３左アームと第４左アームの初期形状を保っている。
【００１８】
また、第１連結部には第１ダンパーの一端部が、第２連結部には第２ダンパーの一端部が、第３連結部には第３ダンパーの一端部が、そして、第４連結部には第４ダンパーの一端部が回転可能に連結されている。
【００１９】
この第１ダンパーの他端部、第２ダンパーの他端部、第３ダンパーの他端部、及び第４ダンパーの他端部は中央連結部に回転可能に連結され、トグル機構によって増幅された第１〜第４連結部の大きな変位でダンパーは大きく移動する。このため、ダンパー効果が増大する。
【００２０】
また、同じ幾何学的特性を持ったトグル機構が左右対称、上下対称に配置されているため、例えば、上材の軸方向に力が左方向から作用すると、１組目のトグル機構の第１左アームと第２左アーム、及び４組目のトグル機構の第３右アームと第４右アームが突っ張り、２組目のトグル機構の第１右アームと第２右アーム、及び３組目のトグル機構の第３左アームと第４左アームが折曲する。
【００２１】
ここで、アームの軸力によって各連結部に作用する力を考えると、上連結部では第１左アームに押され、第１右アームに引張られる。これは、上連結部において、第１左アームと第１右アームの軸力が相殺されることになる。従って、フレームの構成部材に必要とする主応力以外の力が作用しないため、間柱等の補強部材が不要となる。
【００２２】
これは、何れの連結部においても同じであり、各連結部でアームの軸力が相殺されるので、上梁材、下梁材、左柱、及び右柱に主応力以外の力が作用しない。
【００２３】
また、例えば、左連結部に水平力が右方向へ作用すると、１組目のトグル機構の第１左アームと第２左アーム、及び４組目のトグル機構の第３左アームと第４左アームが突っ張り、２組目のトグル機構の第１右アームと第２右アーム、及び３組目のトグル機構の第３右アームと第４右アームが折曲する。
【００２４】
ここで、アームの軸力によって各連結部に作用する力を考えると、左連結部は第２左アーム及び第４左アームに引張られて水平方向に移動し、また、右連結部は第２右アーム及び第４右アームに押されて水平方向に移動する。
【００２５】
さらに、上連結部では第１左アームに引張られ、第１右アームに押される。これは、上連結部において、第１左アームと第１右アームの軸力が相殺されることになる。
【００２６】
また、下連結部では第３左アームに押され、第３右アームに引張られる。これは、上連結部において、第３左アームと第３右アームの軸力が相殺されることになる。従って、フレームの構成部材に必要とする主応力以外の力が作用しないため、間柱等の補強部材が不要となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は上記構成としたので、トラスやラーメン等を構成するフレームに間柱等の補強部材が不要となり、軽量化も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１に示すように、第１実施形態に係るトグル制振装置１０は、上梁材１２、下梁材１４、柱１６によって構成されるフレーム１８の中に４組のトグル機構２０、２２、２４、２６を配置することで構成されている。このフレーム１８は、図５に示すラーメン構造９０の構成要素となっている。
【００２９】
１組目のトグル機構２０は、鋼製の第１左アーム２８と第２左アーム３０で構成され、第１左アーム２８の一端部は連結ピン３２で上梁材１２の中央部に回転可能に連結されている。また、第２左アーム３０の一端部は、連結ピン３４で左側の柱１６の中央部に回転可能に連結されている。
【００３０】
これらの第１左アーム２８と第２左アーム３０の他端部は、連結部材３６によって回転可能に連結されており、第１左アーム２８と第２左アーム３０は、連結部材３６においてフレーム１８の中央側へ折れるような交差角度が設けられている。
【００３１】
また、連結部材３６には、ダンパー３８のロッド３８Ａが連結されている。このダンパー３８のシリンダー３８Ｂから突出するブラケット４０には、後述するダンパーのブラケット５４，６６，６８と連結ピン４２で回転可能に連結されている。
【００３２】
一方、２組目のトグル機構２２は、鋼製の第１右アーム４４と第２右アーム４６で構成され、第１右アーム４４の一端部は連結ピン３２で上梁材１２の中央部に回転可能に連結されている。また、第２右アーム４６の一端部は、連結ピン４８で右側の柱１６の中央部に回転可能に連結されている。
【００３３】
これらの第１右アーム４４と第２右アーム４６の他端部は、連結部材５０によって回転可能に連結されており、第１右アーム４４と第２右アーム４６は、連結部材５０においてフレーム１８の中央側へ折れるような交差角度が設けられ、１組目のトグル機構２０と左右対称となっている。
【００３４】
また、連結部材５０には、ダンパー５２のロッド５２Ａが連結されている。このダンパー５２のシリンダー５２Ｂから突出するブラケット５４は、ブラケット４０、６６，６８と連結ピン４２で回転可能に連結されている。
【００３５】
一方、３組目のトグル機構２４は、鋼製の第３左アーム５６と第４左アーム５８で構成され、第３左アーム５６の一端部は連結ピン６０で下梁材１４の中央部に回転可能に連結されている。また、第４左アーム５８の一端部は、連結ピン３４で左側の柱１６の中央部に回転可能に連結されている。
【００３６】
これらの第３左アーム５６と第４左アーム５８の他端部は、連結部材６２によって回転可能に連結されており、第３左アーム５６と第４左アーム５８は、連結部材６２においてフレーム１８の中央側へ折れるような交差角度が設けられ、１組目のトグル機構２０と上下対称となっている。
【００３７】
また、連結部材６２には、ダンパー６４のロッド６４Ａが連結されている。このダンパー６４のシリンダー６４Ｂから突出するブラケット６６は、ブラケット４０、５４、６８と連結ピン４２で回転可能に連結されている。
【００３８】
一方、４組目のトグル機構２６は、鋼製の第３右アーム７２と第４右アーム７４で構成され、第３右アーム７２の一端部は連結ピン６０で下梁材１４の中央部に回転可能に連結されている。また、第４右アーム７４の一端部は、連結ピン４８で右側の柱１６の中央部に回転可能に連結されている。
【００３９】
これらの第３右アーム７２と第４右アーム７４の他端部は、連結部材７６によって回転可能に連結されており、第３右アーム７２と第４右アーム７４は、連結部材７６においてフレーム１８の中央側へ折れるような交差角度が設けられ、２組目のトグル機構２２と上下対称、３組目のトグル機構２４と左右対称となっている。
【００４０】
また、連結部材７６には、ダンパー７０のロッド７０Ａが連結されている。このダンパー７０のシリンダー７０Ｂから突出するブラケット６８は、ブラケット４０、５４、６６と連結ピン４２で回転可能に連結されている。
【００４１】
以上のようなアームの配置により、ダンパー３８、５２、６４、７０がクロス状に配置された略菱形のトグル制振装置１０が構成されている。また、ダンパー３８、５２、６４、７０には、引張りばね７８，８０，８２，８４が挿通されている。
【００４２】
引張りばね７８は、連結部材３６と連結ピン４２とに連結され、引張りばね８０は、連結部材５０と連結ピン４２とに連結され、引張りばね８２は、連結部材６２と連結ピン４２とに連結され、及び引張りばね８４は、連結部材７６と連結ピン４２とに連結され、連結部材３６，５０，６２，７６へフレーム１８の中心に向かう引張り力を付与することで、略菱形形状の初期形状を保持している。
【００４３】
次に、第１形態に係るトグル制振装置の作用を説明する。
【００４４】
図２に示すように、上梁材１２の軸方向に力が左方向から作用すると（右側へ変位）、１組目のトグル機構２０の第１左アーム２８と第２左アーム３０、及び４組目のトグル機構２６の第３右アーム７２と第４右アーム７４が突っ張り、２組目のトグル機構２２の第１右アーム４４と第２右アーム４６、及び３組目のトグル機構２４の第３左アーム５６と第４左アーム５８が折曲する。
【００４５】
ここで、アームの軸力によって各連結ピンに作用する力を考えると、連結ピン３２では第１左アーム２８に押され、第１右アーム４４に引張られる。これは、連結ピン３２において、第１左アーム２８と第１右アーム４４の軸力が相殺されることになる。従って、フレーム１８の構成部材に必要とする主応力以外の力が作用しないため、間柱等の補強部材が不要となる。
【００４６】
これは、図２の矢印に示すように、連結ピン３４，４８，６０においても同じであり、各連結ピンでアームの軸力が相殺されるので、上梁材１２、下梁材１４、柱１６に主応力以外の力が作用しない。
【００４７】
また、ダンパー３８のロッド３８Ａとダンパー７０のロッド７０Ａはトグル機構の幾何学的特徴によって大きく伸張し、ダンパー５２のロッド５２Ａとダンパー６４のロッド６４Ａは大きく収縮し、ダンパー効果が増大する。
【００４８】
次に、図３に示すように、上梁材１２に力が左方向へ作用すると（左側へ変位）、１組目のトグル機構２０の第１左アーム２８と第２左アーム３０、及び４組目のトグル機構２６の第３右アーム７２と第４右アーム７４が折曲し、２組目のトグル機構２２の第１右アーム４４と第２右アーム４６、及び３組目のトグル機構２４の第３左アーム５６と第４左アーム５８が突っ張る。
【００４９】
これにより、図２と同様に、連結ピン３２において、第１左アーム２８と第１右アーム４４の軸力が相殺されることになる。従って、フレーム１８の構成部材に必要とする主応力以外の力が作用しないため、間柱等の補強部材が不要となる。
【００５０】
また、図３の矢印に示すように、連結ピン３４，４８，６０においても同じであり、各連結ピンでアームの軸力が相殺されるので、上梁材１２、下梁材１４、柱１６に主応力以外の力が作用しない。
【００５１】
一方、図４に示すように、連結ピン３４に水平力が右方向へ作用すると、１組目のトグル機構２０の第１左アーム２８と第２左アーム３０、及び３組目のトグル機構２４の第３左アーム５６と第４左アーム５８が折曲し、２組目のトグル機構２２の第１右アーム４４と第２右アーム４６、及び４組目のトグル機構２６の第３右アーム７２と第４右アーム７４が突っ張る。
【００５２】
ここで、アームの軸力によって各連結ピンに作用する力を考えると、連結ピン３４は第２左アーム３０及び第４左アーム５８に引っ張られ右方向へ変位し、また、連結ピン４８は第２右アーム４６及び第４右アーム７４に押されて右方向へ変位する。
【００５３】
さらに、連結ピン３２では第１左アーム２８に押され、第１右アーム４４に引張られる。これは、連結ピン３２において、第１左アーム２８と第１右アーム４４の軸力が相殺されることになる。
【００５４】
また、連結ピン６０では第３左アーム５６に押され、第３右アーム７２に引張られる。これは、連結ピン６０において、第３左アーム５６と第３右アーム７２の軸力が相殺されることになる。従って、フレーム１８の構成部材に必要とする主応力以外の力が作用しないため、間柱等の補強部材が不要となる。
【００５５】
さらに、引張りばね７８，８０，８２、８４による初期導入張力を調整することにより、ラーメン９０（建物）に任意の剛性を付加することが可能となる。
【００５６】
また、フレーム１８の上梁材１２に掛かる水平力（水平変位）は、中央の連結ピン４２を中心に考えると、柱材１６の鉛直力（上位変位）が作用した場合、９０度回転したことと同じであり、フレーム１８内でトグル機構は水平、上下に対して同様の効果を発揮する。
【００５７】
また、図５に示すように、ラーメン構造９０の各フレーム１８が制振機能を持つので、非常に大きな構造減衰を持つ柱と梁を構築できる。また、ラーメン構造９０全体の揺れを抑える大きな制振機構を別途設ける必要がなくなり、梁の下方の利用スペースが広くなる。
【００５８】
さらに、本形態のトグル制振装置を木造建築の壁枠に取付ければ、壁率を大きくすることができる。なぜならば、通常の木造建築は、床面積当りの壁の数（壁率）が決められている。従って、壁の数によって窓や出入り口の開口面積も制限される。しかし、本形態のトグル制振装置を耐震壁枠に取付けることで、通常の耐震壁枠の２〜３倍の耐震力を発揮できる。
【００５９】
これにより、床面積当りの壁の数を減らすことができるため、開口を多く採ることができる。このため、開放的な木造建築とすることができ、耐震性能も向上させることができる。
【００６０】
また、トグル機構２０，２２，２４，２６を構成するアームは鋼製でなく、木製等でもよい。
【００６１】
なお、第１形態では、アームに鋼製のシャフトを利用した例を説明したが、図６に示す第２形態のように、連結ピン３２と連結ピン３４をケーブル９２で連結し、連結ピン３２と連結ピン４８をケーブル９４で連結し、連結ピン３４と連結ピン６０をケーブル９６で連結し、連結ピン６０と連結ピン４８をケーブル９８で連結してもよい。
【００６２】
そして、ケーブル９２，９４，９６，９８にそれぞれターンバックル１３２を取付けて張力を与え、また、引張りばね７８，８０，８２、８４によって、フレーム１８の中心に向かう引張り力を付与することで、略菱形形状の初期形状を保持することができる。
【００６３】
このため、柱１６と上梁材１２及び下梁材１４の接合部を第１形態のように剛結でなく、ピン１３４による接合が可能となり、各構造部材に曲げモーメントが作用しにくくなる。これにより、構造部材の断面形状を小さくすることができ、軽量化を図ることができる。
【００６４】
また、ケーブルに張力を導入することで、初期形状が定まり、この張力が復元力となり、振動後に初期形状に戻ることができる。
【００６５】
なお、トグル機構の組み合わせ構造は、第１形態のものに限定されるものではなく、図７に示す第３形態のトグル制振装置１４０のように、フレーム１８の中で８角形を描くようにアーム２８，３０，４４，４６，５６，５８，７２，７４を回転可能に連結して４組のトグル機構１４２，１４４，１４６，１４８を構成してもよい。そして、ダンパー３８，５２，６４，７０は、第１形態と同様にクロスするように配置され、トグル機構の中央部に配置されている。
【００６６】
さらに、図８に示す第４形態のトグル制振装置１５０は、アーム２８，３０，４４，４６，５６，５８，７２，７４の組形状は第３形態と同様だが、フレーム１８の中央部に開口部を設けるために、ダンパー１５２，１５４，１５６，１５８がフレーム１８の角部とアームの自由端側の連結部へ連結されている。
【００６７】
また、図９に示す第５形態のトグル制振装置１６０は、第１形態と第３形態を組み合わせたような構成であり、上側の２組のトグル機構は内側へ折曲し、下側のトグル機構は外側へ折曲している。そして、ダンパー３８，５２，６４，７０は、中央部にクロスするように配置され、各アーム２８，３０，４４，４６，５６，５８，７２，７４の自由端部の連結部に連結できる長さとされている。
【００６８】
以上のように、４組のトグル機構を種々の形状で組み合わせても、フレーム１８の構成部材に必要とする主応力以外の力が作用しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１実施形態に係るトグル制振装置を示す正面図である。
【図２】第１実施形態に係るトグル制振装置の動きを示す正面図である。
【図３】第１実施形態に係るトグル制振装置の動きを示す正面図である。
【図４】第１実施形態に係るトグル制振装置の動きを示す正面図である。
【図５】第１実施形態に係るトグル制振装置が取付けられたラーメン構造を示す正面図である。
【図６】第２実施形態に係るトグル制振装置を示す正面図である。
【図７】第３実施形態に係るトグル制振装置を示す正面図である。
【図８】第４実施形態に係るトグル制振装置を示す正面図である。
【図９】第５実施形態に係るトグル制振装置を示す正面図である。
【図１０】従来のトグル制振装置を示す正面図である。
【符号の説明】
【００７０】
２８    第１左アーム
３０    第２左アーム
３２    連結ピン（上連結部）
３４    連結ピン（左連結部）
３６    連結部材（第１連結部）
３８    ダンパー（第１ダンパー）
４２    連結ピン（中央連結部）
４４    第１右アーム
４６    第２右アーム
４８    連結ピン（右連結部）
５０    連結部材（第２連結部）
５２    ダンパー（第２ダンパー）
５６    第３左アーム
５８    第４左アーム
６０    連結ピン（下連結部）
６２    連結部材（第３連結部）
６４    ダンパー（第３ダンパー）
７０    ダンパー（第４ダンパー）
７２    第３右アーム
７４    第４右アーム
７６    連結部材（第４連結部）
７８    引張りばね（第１ばね材）
８０    引張りばね（第２ばね材）
８２    引張りばね（第２ばね材）
８４    引張りばね（第１ばね材）
【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】
2005076423.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005076423.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005076423.tif 000011
【図１０】
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