(57)【要約】【課題】積層ゴム体等の剛性との組み合わせにおいて免震構造物の免震効果を調整可能で、地震等の後に構造物の原点復帰が容易で、温度変化等によって日常的に生ずる間断な動きに対しても適切に対応可能な負の剛性装置及び免震構造物を提供する。【解決手段】ローラー１２ｂ又は車輪を備えた上部材１２と、上側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ状に形成され、上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲１１ｂにおいて曲率が他の範囲より小さい下部材１１とからなり、上部材１２のローラー１２ｂ又は車輪が、下部材１１の上側表面に沿って転動することにより、所定の範囲１１ｂを超える上部材１２の変形時に負剛性が変化する負の剛性装置１０。構造物３１に、負の剛性装置１０と、復元力特性を有する積層ゴム３２を設け、免震効果を調整可能で、地震等の後に原点復帰が容易な免震構造物３０を構成することができる。【選択図】図４
2007072777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラー又は車輪を備えた上部材と、
上側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ状に形成され、該上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率が他の範囲より小さい下部材とからなり、
前記上部材のローラー又は車輪が、前記下部材の上側表面に沿って転動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする負の剛性装置。
【請求項２】
ローラー又は車輪を備えた上部材と、
上側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ状に形成され、該上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において平面である下部材とからなり、
前記上部材のローラー又は車輪が、前記下部材の上側表面に沿って転動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする負の剛性装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の負の剛性装置を上下方向に２段にわたって配置し、又は請求項１及び請求項２に記載の負の剛性装置を各々上下方向に２段にわたって配置し、かつ該２段の負の剛性装置を互いに直交した状態で配置したことを特徴とする負の剛性装置。
【請求項４】
下側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ状に形成され、該下側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率が他の範囲より小さい上部材と、
ローラー又は車輪を備えた下部材とからなり、
前記上部材が前記下部材のローラー又は車輪上を、該ローラー又は車輪を回転させながら移動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする負の剛性装置。
【請求項５】
下側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ状に形成され、該下側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において平面である上部材と、
ローラー又は車輪を備えた下部材とからなり、
前記上部材が前記下部材のローラー又は車輪上を、該ローラー又は車輪を回転させながら移動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする負の剛性装置。
【請求項６】
請求項４もしくは請求項５に記載の負の剛性装置を上下方向に２段にわたって配置し、又は請求項４及び請求項５に記載の負の剛性装置を各々上下方向に２段にわたって配置し、かつ該２段の負の剛性装置を互いに直交した状態で配置したことを特徴とする負の剛性装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の負の剛性装置と、
復元力特性を有する装置とを備えることを特徴とする免震構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重力の作用する方向（鉛直方向）に転動を生じさせ、水平力と水平変位の関係において負の剛性を生じる負の剛性装置、及び該負の剛性を利用した建築又は土木の分野に用いられる免震構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
マンション等の集合住宅、事務所ビル、戸建住宅、及び橋梁等の構造物への過大な入力を防止する手段として、構造物へ付加する装置が種々提案されている。例えば、振子型のすべり摩擦装置等は、摺動曲面の円弧から求められる周期により免震させ、過大な入力が上部構造物に作用しないようにしている。しかし、各種提案されている装置のほとんどが正の剛性を有するものであり、前記振子型のすべり摩擦装置においても、その摺動メカニズムは、重力が作用する方向とは反対の方向に摺動する（水平変形に伴い上方移動する）ため、正の剛性を生じる。【０００３】
また、金属材料からなる弾塑性ダンパーは加工硬化により、また、粘性体材料からなる粘性ダンパーは高振動数領域で生じる弾性特性からの剛性（ばね）により、正の剛性を有するものが一般的である。尚、水平面上で摺動するすべり機構を利用したダンパーは、剛性がゼロと言えるが、力の変形の増分の向きを変化させることはできない。言い換えると、構造物全体の剛性に対して制御することができない。【０００４】
このような問題を解決する手段として、特許文献１には、構造部材に生ずる応力の大きさを調整したり、制震建物の減衰効果を増加させたり、免震建物における地震外力の絶縁効果を増加させることが可能な負の剛性装置と、この負の剛性装置を使用した建築構造物が開示されている。【０００５】
【特許文献１】日本特開２００３−２８７０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の負の剛性装置と、これを使用した建築構造物は、構造物への過大な入力を効果的に低減する構造に適し、免震層に使用される積層ゴムや、減衰装置と組み合わせることで、所望の剛性を構造物に付与できるという利点がある。しかし、地震等の動的入力が作用し終わった後には、所定の位置、すなわち構造物の原点復帰に対し、負の剛性装置が逆に抵抗力として作用するため、地震後の残留変形がそのままとなる虞があり、余震や、以降の地震時の作動状況が不安定になる虞がある。【０００７】
また、上記装置は、常に負の剛性を付与する方向に動く装置であるため、小さい入力でも容易に作用し、その点で応答性が良いと言えるが、反面、温度変化等によって日常的に生ずる間断な動きに対しても同様に負の剛性を生じさせることとなり、免震構造物に対して好ましくない挙動を示すという問題がある。【０００８】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、地震等の後に構造物の原点復帰が容易で、余震の際等に作動状況が不安定になることを防止するとともに、負の剛性を有する装置において、日常的に生ずる間断な動きに対しては負の剛性を発生させないか、僅かな負の剛性を発揮させるに留めるようにするなど、負の剛性の程度を調整し、合わせて複合的に使用する積層ゴム体等の剛性との組み合わせにおいて、免震構造物の免震効果を調整することのできる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、負の剛性装置であって、ローラー又は車輪を備えた上部材と、上側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ状に形成され、該上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率が他の範囲より小さい下部材とからなり、前記上部材のローラー又は車輪が、前記下部材の上側表面に沿って転動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする。【００１０】
そして、本発明によれば、地震等の際に、上部材のローラー又は車輪が、下部材の頂点を含む所定の範囲の上側表面に沿って転動し、その後、所定の範囲を外れると、この所定の範囲より曲率の大きい下部材の上側表面に沿って転動することとなるため、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化する。すなわち、下部材の頂点を含む所定の範囲では、小さい負剛性を付与し、所定の範囲を超えると大きな負剛性を与えることができ、簡単な構成によって、振動（変位）の周期を変化させ、免震構造物の免震効果を調整することができる。【００１１】
例えば、複合的に使用する積層ゴム体の歪依存を考え合わせると、該積層ゴムのせん断剛性は線形でないため、詳しくは歪が大きいとハードニング現象により剛性が高くなることから、本発明にかかる負の剛性装置と組み合わせることにより、簡単な構成によって、広い範囲で線形性を得ることが可能となる。【００１２】
さらに、本発明では、上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率を他の範囲より小さく形成しているため、温度変化等によって日常的に生ずる間断な動きに対しては、負の剛性がほとんど効かないようにしたり、負の剛性が小さくなるようにすることができる。また、上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率を他の範囲より小さく形成しているため、原点復帰力に及ぼす影響を小さくすることができる。【００１３】
また、本発明は、負の剛性装置であって、ローラー又は車輪を備えた上部材と、上側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ状に形成され、該上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において平面である下部材とからなり、前記上部材のローラー又は車輪が、前記下部材の上側表面に沿って転動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする。【００１４】
本発明によれば、地震等の際に、上部材のローラー又は車輪が、下部材の頂点を含む所定の範囲の平面状の上側表面に沿って転動し、このときには剛性がゼロであるが、その後、所定の範囲を外れると、下部材の曲面状の上側表面に沿って転動することとなるため、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化する。これにより、上述のように、簡単な構成により、上部材の変形の程度によって負の剛性の程度を調整することができるとともに、複合的に使用する積層ゴム体等の剛性との組み合わせにおいて、免震構造物の免震効果を調整することが可能となる。また、上記負の剛性装置と同様、温度変化等によって日常的に生ずる間断な動きに対しては、負の剛性を制限し、原点復帰力に及ぼす影響を小さくすることができる。【００１５】
さらに、本発明は、負の剛性装置であって、前記負の剛性装置を上下方向に２段にわたって配置し、又は前記負の剛性装置を各々上下方向に２段にわたって配置し、かつ該２段の負の剛性装置を互いに直交した状態で配置することを特徴とする。この負の剛性装置によれば、上述の特徴を有する負の剛性装置であって、前記上部材が前記下部材に対して全方向に移動可能な負の剛性装置を実現することができる。【００１６】
また、本発明は、負の剛性装置であって、下側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ状に形成され、該下側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率が他の範囲より小さい上部材と、ローラー又は車輪を備えた下部材とからなり、前記上部材が前記下部材のローラー又は車輪上を、該ローラー又は車輪を回転させながら移動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする。【００１７】
そして、本発明によれば、地震等の際に、上部材の下側凸形状部の頂点を含む所定の範囲が、下部材のローラー又は車輪から外れると、この所定の範囲より曲率の大きい上部材の下側表面がローラー又は車輪を回転させながら移動することとなるため、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化する。すなわち、上部材の頂点を含む所定の範囲では、小さい負剛性を付与し、所定の範囲を超えると大きな負剛性を与えることができ、これによって、免震構造物の免震効果を調整することなどが可能となる。【００１８】
さらに、本発明は、負の剛性装置であって、下側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ状に形成され、該下側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において平面である上部材と、ローラー又は車輪を備えた下部材とからなり、前記上部材が前記下部材のローラー又は車輪上を、該ローラー又は車輪を回転させながら移動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする。【００１９】
本発明によれば、地震等の際に、上部材の下側表面が下部材のローラー又は車輪を回転させながら移動し、上部材の頂点を含む所定の範囲の平面状の上側表面がローラー又は車輪を回転させながら移動しているときには剛性がゼロであるが、その後、所定の範囲を外れると、上部材の曲面状の下側表面がローラー又は車輪を回転させながら移動することとなるため、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化する。これにより、上述のように、上部材の変形の程度によって負の剛性の程度を調整することができるとともに、複合的に使用する積層ゴム体等の剛性との組み合わせにおいて、免震構造物の免震効果を調整することなどが可能となる。【００２０】
また、本発明は、負の剛性装置であって、前記負の剛性装置を上下方向に２段にわたって配置し、又は前記負の剛性装置を各々上下方向に２段にわたって配置し、かつ該２段の負の剛性装置を互いに直交した状態で配置することを特徴とする。この負の剛性装置によれば、上述の特徴を有する負の剛性装置であって、前記上部材が前記下部材に対して全方向に移動可能な負の剛性装置を実現することができる。【００２１】
さらに、本発明は、免震構造物であって、前記負の剛性装置と、復元力特性を有する装置とを備えることを特徴とする。これによって、前記負の剛性装置の負剛性を利用するとともに、地震等の後に構造物の原点復帰が容易となり、余震の際等に作動状況が不安定になることを防止することができる。ここで、復元力特性を有する装置には、ばね装置、積層ゴム支承装置等を用いることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、負の剛性の程度を調整し、複合的に使用する積層ゴム体等の剛性との組み合わせにおいて、免震構造物の免震効果を調整することが可能で、地震等の後に構造物の原点復帰が容易で、温度変化等によって日常的に生ずる間断な動きに対して負の剛性の影響を低下させるなど、免震構造物に適した負の剛性装置、及び該負の剛性装置を備えた免震構造物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。【００２４】
本発明にかかる負の剛性装置等の説明に先立ち、まず、負の剛性装置の原理について簡単に説明する。図１の左側のグラフは、積層ゴム等の正の剛性を有する装置（以下、「正の剛性装置」という）に地震等の外力が作用した場合の水平力と変位との関係を示し、右上がりの直線で表現される。すなわち、装置に外力が加わり、変位が増加すると、加えられた外力に対抗するため各変位位置に対し水平力（抵抗力）が増加する。【００２５】
一方、その右側のグラフは、負の剛性を有する装置（以下、「負の剛性装置」という）に地震等の外力が作用した場合の水平力と変位との関係を示し、右下がりの直線で表現される。すなわち、装置に外力が加わり、変位が増加すると、加えられた外力に対抗するのではなく、逆に加えられた外力により生じる変位位置に対し水平力（抵抗力）が減少する。【００２６】
そして、上記正の剛性装置と負の剛性装置とを組み合わせた場合の挙動は、上記両グラフを組み合わせたものとなり、右側に示したように、任意の変位において水平力が０となり、剛性がゼロの装置となる。【００２７】
前記負の剛性装置は、例えば、図２に示すように、かまぼこ状の下部材１と、この下部材１の上側表面１ａに沿って転動する上部材としてローラー２とで構成することができる。尚、上側表面１ａは曲率半径Ｒを有する。【００２８】
図２（ａ）に示すように、ローラー２に水平力Ｆが付加されると、図２（ｂ）に示すように、ローラー２は、上側表面１ａ上を左方向に転動し、徐々に落下していく。この際、ローラー２の変位が大きくなるに従って、ローラー２には負の負荷が加わることとなるため、図１の真ん中に示したグラフに示すような挙動を取ることとなる。尚、図２（ｃ）に示すように、ローラー２に右方向の水平力Ｆが加えられた場合も同様である。【００２９】
また、前記負の剛性装置は、例えば、図３に示すように、かまぼこ状の下部材４の上側表面４ａに沿って転動する上部材としての車輪５とで構成することもできる。ここで、車輪５は上方からの鉛直力Ｗを受けている。尚、上側表面１ａは曲率半径Ｒを有する。【００３０】
このような構成でも、図３（ａ）に示すように、車輪５に水平力Ｆが付加されると、車輪５は、図３（ｂ）に示すように、上側表面４ａ上を左方向に転動し、徐々に落下していく。この際、車輪５の変位が大きくなるに従って、車輪５には負の負荷が加わることとなるため、図１の真ん中に示したグラフに示すような挙動を取ることとなる。尚、図３（ｃ）に示すように、車輪５に右方向の水平力Ｆが加えられた場合も同様である。【００３１】
尚、図３に示した負の剛性装置の剛性（−Ｋ）は、曲率半径Ｒと物体の重量Ｗの関係より、（−Ｋ））＝Ｗ／Ｒとして計算され、併用される積層ゴム等の正の剛性Ｋと適宜組み合わせることで、装置全体の剛性を如何様にも調整することができる。【００３２】
次に、本発明にかかる負の剛性装置について図面を参照しながら詳細に説明する。【００３３】
図４は、本発明にかかる負の剛性装置の第１の実施の形態を示し、この負の剛性装置１０は、上側凸形状でかまぼこ状に形成された下部材１１と、ローラー１２ｂを備えた上部材１２とで構成される。【００３４】
下部材１１は、図５（ａ）に示すように、上側表面の所定の範囲Ｌの部分１１ｂ（曲率半径ＳＲ”）が、両端部１１ａ、１１ｃ（曲率半径ＳＲ’）よりも曲率が小さく（曲率半径が大きく）形成されている。【００３５】
一方、上部材１２は、ローラー１２ｂが回転可能に回転軸１２ｃに支持され、回転軸１２ｃはブラケット１２ａに固定される。【００３６】
上記構成により、上部材１２のローラー１２ｂが、下部材１１の上側表面１１ａ〜１１ｃに沿って転動すると、図５（ｂ）に示すように、所定の範囲Ｌから外れた場合に負剛性が変化する。すなわち、所定の範囲Ｌにおいては、グラフの直線の傾きが小さく、小さい負剛性を付与することができる。そして。所定の範囲Ｌを超えると、グラフの直線の傾きが大きくなり、大きな負剛性を与えることが可能となる。【００３７】
尚、上記実施の形態においては、上側凸形状でかまぼこ状に形成された下部材１１と、ローラー１２ｂを備えた上部材１２とを組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、上部材を下側凸形状でかまぼこ状に形成し、下部材にローラーを設けるようにして、上記と同様の作用効果を奏するように構成することもできる。【００３８】
図６は、本発明にかかる負の剛性装置の第２の実施の形態を示し、この負の剛性装置は、下部材１１’が図５に示した下部材１１と異なるものであって、図６（ａ）に示すように、両端部１１ａ’、１１ｃ’（曲率半径ＳＲ’）が曲面状に形成されているのに対し、所定の範囲Ｌの部分１１ｂ’が平面として形成されている。尚、下部材１１’上を転動する上部材は、図４に示した上部材１２と同様の構成を有する。【００３９】
上記構成により、上部材１２のローラー１２ｂが、下部材１１’の上側表面１１ａ’〜１１’ｃに沿って転動すると、図６（ｂ）に示すように、所定の範囲Ｌから外れた場合に負剛性が変化する。すなわち、所定の範囲Ｌにおいては、上側表面１１ｂ’が平面であることから、グラフの直線の傾きは０となり、上部材１２の変位に関わらず水平力が０の剛性ゼロの状態となる。そして、所定の範囲Ｌを超えると、グラフは右下がりの直線となり、負剛性を与えることが可能となる。【００４０】
次に、本発明にかかる負の剛性装置の第３の実施の形態について、図７を参照しながら説明する。【００４１】
この負の剛性装置２０は、上側凸形状でかまぼこ状に形成された下部材２１と、下部材２１の上側表面を転動するローラー２２ｂを備え、上側凸形状でかまぼこ状に形成された中間部材２２と、中間部材２２の上側表面２２ｄを転動するローラー２３ｂを備えた上部材２３とで構成される。尚、ローラー２２ｂの軸線と、ローラー２３ｂの軸線とは互いに直交する。【００４２】
下部材２１は、図４に示した下部材１１と同様に構成され、上側表面の所定範囲の部分２１ｂが、両端部２１ａ、２１ｃよりも曲率が小さく（曲率半径が大きく）形成されている。中間部材２２は、ローラー２２ｂが回転可能に回転軸２２ｃに支持され、回転軸２２ｃはブラケット２２ａに固定される。上部材２３は、ローラー２３ｂが回転可能に回転軸２３ｃに支持され、回転軸２３ｃはブラケット２３ａに固定される。【００４３】
上記構成により、中間部材２２のローラー２２ｂが、下部材２１の上側表面２１ａ〜２１ｃに沿って転動し、上記第１の実施の形態の場合と同様に、上側表面の所定範囲の部分２１ｂから外れた場合に負剛性が変化する。すなわち、上側表面の所定の範囲２１ｂの部分においては、小さい負剛性を付与することができ、両端部２１ａ、２１ｃにおいて大きな負剛性を与えることが可能となる。【００４４】
また、本実施の形態では、中間部材２２と上部材２３とは、ともに下部材２１に対して直交するように配置されているため、上部材２３は、中間部材２２に対して図７の紙面の表裏方向に移動可能であり、一方、中間部材２２は下部材２１に対して図７の左右方向に移動可能となる。これによって、上部材２３は、中間部材２２を介して下部材２１に対して全方向に移動することが可能となる。【００４５】
尚、上記実施の形態においては、上側凸形状でかまぼこ状に形成された下部材２１と、ローラー２２ｂを備え、上側凸形状でかまぼこ状に形成された中間部材２２と、ローラー２３ｂを備えた上部材２３とを組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、上部材及び中間部材を下側凸形状でかまぼこ状に形成し、中間部材及び下部材にローラーを設けるようにして、上記と同様の作用効果を奏するように構成することもできる。【００４６】
次に、本発明にかかる負の剛性装置を用いた免震構造物の一実施の形態について、図８を参照しながら説明する。【００４７】
この免震構造物３０は、構造物３１に、図４に示した負の剛性装置１０と、積層ゴム３２と、減衰器３３とを設置することにより構成される。【００４８】
積層ゴム３２は、そのせん断剛性が線形ではなく、歪が大きいとハードニング現象により剛性が高くなる。そのため、本発明にかかる負の剛性装置１０と組み合わせることにより、広い範囲で線形性を得ることが可能となる。【００４９】
また、地震発生後は、構造物３１を所定の位置、すなわち構造物の原点に復帰させるにあたって、負の剛性装置１０は抵抗力として作用する。そのため、復元力特性を有する積層ゴム３２によって原点復帰を行う。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】負の剛性装置の原理を説明するための図である。
【図２】負の剛性装置の一例を示す図である。
【図３】負の剛性装置の一例を示す図である。
【図４】本発明にかかる負の剛性装置の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図５】図４の負の剛性装置の下部材を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）はこの下部材の外表面上の位置における負の剛性の変化を示すグラフである。
【図６】本発明にかかる負の剛性装置の第２の実施の形態の下部材を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）はこの下部材の外表面上の位置における負の剛性の変化を示すグラフである。
【図７】本発明にかかる負の剛性装置の第３の実施の形態を示す正面図である。
【図８】本発明にかかる負の剛性装置と、復元力特性を有する装置とを組み合わせた免震構造物の一実施の形態を示す正面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  下部材
１ａ  上側表面
２  ローラー
４  下部材
４ａ  上側表面
５  車輪
１０  負の剛性装置
１１  下部材
１１ａ  端部
１１ｂ 所定の範囲にある上側表面
１１ｃ 端部
１１’  下部材
１１ａ’  端部
１１ｂ’ 所定の範囲にある上側表面
１１ｃ’ 端部
１２  上部材
１２ａ ブラケット
１２ｂ  ローラー
１２ｃ 回転軸
２０  負の剛性装置
２１  下部材
２１ａ  端部
２１ｂ 所定の範囲にある上側表面
２１ｃ 端部
２２  中間部材
２２ａ  ブラケット
２２ｂ  ローラー
２２ｃ  回転軸
２２ｄ  上側表面
２３  上部材
２３ａ  ブラケット
２３ｂ  ローラー
２３ｃ  回転軸
３０  免震構造物
３１  構造物
３２  積層ゴム
３３  減衰器
【図１】
2007072777.tif 000003
【図２】
2007072777.tif 000004
【図３】
2007072777.tif 000005
【図４】
2007072777.tif 000006
【図５】
2007072777.tif 000007
【図６】
2007072777.tif 000008
【図７】
2007072777.tif 000009
【図８】
2007072777.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月18日(2007.6.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラー又は車輪を備えた上部材と、
上側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ形に形成され、該上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率が他の範囲より小さい下部材とからなり、
前記上部材のローラー又は車輪が、前記下部材の上側表面に沿って転動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする負の剛性装置。
【請求項２】
ローラー又は車輪を備えた上部材と、
上側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ形に形成され、該上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において平面である下部材とからなり、
前記上部材のローラー又は車輪が、前記下部材の上側表面に沿って転動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする負の剛性装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の負の剛性装置を上下方向に２段にわたって配置し、又は請求項１及び請求項２に記載の負の剛性装置を各々上下方向に２段にわたって配置し、かつ該２段の負の剛性装置を互いに直交した状態で配置したことを特徴とする負の剛性装置。
【請求項４】
下側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ形に形成され、該下側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率が他の範囲より小さい上部材と、
ローラー又は車輪を備えた下部材とからなり、
前記上部材が前記下部材のローラー又は車輪上を、該ローラー又は車輪を回転させながら移動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする負の剛性装置。
【請求項５】
下側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ形に形成され、該下側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において平面である上部材と、
ローラー又は車輪を備えた下部材とからなり、
前記上部材が前記下部材のローラー又は車輪上を、該ローラー又は車輪を回転させながら移動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする負の剛性装置。
【請求項６】
請求項４もしくは請求項５に記載の負の剛性装置を上下方向に２段にわたって配置し、又は請求項４及び請求項５に記載の負の剛性装置を各々上下方向に２段にわたって配置し、かつ該２段の負の剛性装置を互いに直交した状態で配置したことを特徴とする負の剛性装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の負の剛性装置と、
復元力特性を有する装置とを備えることを特徴とする免震構造物。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
への過大な入力を効果的に低減する構造に適し、免震層に使用される積層ゴムや、減衰装置と組み合わせることで、所望の剛性を構造物に付与できるという利点がある。しかし、地震等の動的入力が作用し終わった後には、所定の位置、すなわち構造物の原点復帰に対し、負の剛性装置が逆に抵抗力として作用するため、地震後の残留変形がそのままとなる虞があり、余震や、以降の地震時の作動状況が不安定になる虞がある。
［０００７］
また、上記装置は、常に負の剛性を付与する方向に動く装置であるため、小さい入力でも容易に作用し、その点で応答性が良いと言えるが、反面、温度変化等によって日常的に生ずる間断な動きに対しても同様に負の剛性を生じさせることとなり、免震構造物に対して好ましくない挙動を示すという問題がある。
［０００８］
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、地震等の後に構造物の原点復帰が容易で、余震の際等に作動状況が不安定になることを防止するとともに、負の剛性を有する装置において、日常的に生ずる間断な動きに対しては負の剛性を発生させないか、僅かな負の剛性を発揮させるに留めるようにするなど、負の剛性の程度を調整し、合わせて複合的に使用する積層ゴム体等の剛性との組み合わせにおいて、免震構造物の免震効果を調整することのできる装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００９］
上記目的を達成するため、本発明は、負の剛性装置であって、ローラー又は車輪を備えた上部材と、上側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ形に形成され、該上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率が他の範囲より小さい下部材とからなり、前記上部材のローラー又は車輪が、前記下部材の上側表面に沿って転動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする。
［００１０］
そして、本発明によれば、地震等の際に、上部材のローラー又は車輪が、下部材の頂点を含む所定の範囲の上側表面に沿って転動し、その後、所定の範囲を外れると、この所定の範囲より曲率の大きい下部材の上側表面に沿って転動することとなるため、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化する。すなわち、
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
下部材の頂点を含む所定の範囲では、小さい負剛性を付与し、所定の範囲を超えると大きな負剛性を与えることができ、簡単な構成によって、振動（変位）の周期を変化させ、免震構造物の免震効果を調整することができる。
［００１１］
例えば、複合的に使用する積層ゴム体の歪依存を考え合わせると、該積層ゴムのせん断剛性は線形でないため、詳しくは歪が大きいとハードニング現象により剛性が高くなることから、本発明にかかる負の剛性装置と組み合わせることにより、簡単な構成によって、広い範囲で線形性を得ることが可能となる。
［００１２］
さらに、本発明では、上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率を他の範囲より小さく形成しているため、温度変化等によって日常的に生ずる間断な動きに対しては、負の剛性がほとんど効かないようにしたり、負の剛性が小さくなるようにすることができる。また、上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率を他の範囲より小さく形成しているため、原点復帰力に及ぼす影響を小さくすることができる。
［００１３］
また、本発明は、負の剛性装置であって、ローラー又は車輪を備えた上部材と、上側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ形に形成され、該上側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において平面である下部材とからなり、前記上部材のローラー又は車輪が、前記下部材の上側表面に沿って転動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする。
［００１４］
本発明によれば、地震等の際に、上部材のローラー又は車輪が、下部材の頂点を含む所定の範囲の平面状の上側表面に沿って転動し、このときには剛性がゼロであるが、その後、所定の範囲を外れると、下部材の曲面状の上側表面に沿って転動することとなるため、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化する。これにより、上述のように、簡単な構成により、上部材の変形の程度によって負の剛性の程度を調整することができるとともに、複合的に使用する積層ゴム体等の剛性との組み合わせにおいて、免震構造物の免震効果を調整することが可能となる。また、上記負の剛性装置と同様、温度変化等によって日常的に生ずる間断な動きに対しては、負の剛性を制限し、原点復帰力に及ぼす影響を小さくすることができる。
［００１５］
さらに、本発明は、負の剛性装置であって、前記負の剛性装置を上下方向に２段にわたって配置し、又は前記負の剛性装置を各々上下方向に２段にわたって配置し、
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
かつ該２段の負の剛性装置を互いに直交した状態で配置することを特徴とする。この負の剛性装置によれば、上述の特徴を有する負の剛性装置であって、前記上部材が前記下部材に対して全方向に移動可能な負の剛性装置を実現することができる。
［００１６］
また、本発明は、負の剛性装置であって、下側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ形に形成され、該下側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において曲率が他の範囲より小さい上部材と、ローラー又は車輪を備えた下部材とからなり、前記上部材が前記下部材のローラー又は車輪上を、該ローラー又は車輪を回転させながら移動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする。
［００１７］
そして、本発明によれば、地震等の際に、上部材の下側凸形状部の頂点を含む所定の範囲が、下部材のローラー又は車輪から外れると、この所定の範囲より曲率の大きい上部材の下側表面がローラー又は車輪を回転させながら移動することとなるため、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化する。すなわち、上部材の頂点を含む所定の範囲では、小さい負剛性を付与し、所定の範囲を超えると大きな負剛性を与えることができ、これによって、免震構造物の免震効果を調整することなどが可能となる。
［００１８］
さらに、本発明は、負の剛性装置であって、下側凸形状で一定曲率を有するかまぼこ形に形成され、該下側凸形状部の頂点を含む所定の範囲において平面である上部材と、ローラー又は車輪を備えた下部材とからなり、前記上部材が前記下部材のローラー又は車輪上を、該ローラー又は車輪を回転させながら移動することにより、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化することを特徴とする。
［００１９］
本発明によれば、地震等の際に、上部材の下側表面が下部材のローラー又は車輪を回転させながら移動し、上部材の頂点を含む所定の範囲の平面状の上側表面がローラー又は車輪を回転させながら移動しているときには剛性がゼロであるが、その後、所定の範囲を外れると、上部材の曲面状の下側表面がローラー又は車輪を回転させながら移動することとなるため、前記所定の範囲を超える前記上部材の変形時に負剛性が変化する。これにより、上述のように、上部材の変形の程度によって負の剛性の程度を調整することができるとともに、複合的に使用する積層ゴム体等の剛
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
表現される。すなわち、装置に外力が加わり、変位が増加すると、加えられた外力に対抗するのではなく、逆に加えられた外力により生じる変位位置に対し水平力（抵抗力）が減少する。
［００２６］
そして、上記正の剛性装置と負の剛性装置とを組み合わせた場合の挙動は、上記両グラフを組み合わせたものとなり、右側に示したように、任意の変位において水平力が０となり、剛性がゼロの装置となる。
［００２７］
前記負の剛性装置は、例えば、図２に示すように、かまぼこ形の下部材１と、この下部材１の上側表面１ａに沿って転動する上部材としてのローラー２とで構成することができる。尚、上側表面１ａは曲率半径Ｒを有する。
［００２８］
図２（ａ）に示すように、ローラー２に水平力Ｆが付加されると、図２（ｂ）に示すように、ローラー２は、上側表面１ａ上を左方向に転動し、徐々に落下していく。この際、ローラー２の変位が大きくなるに従って、ローラー２には負の負荷が加わることとなるため、図１の真ん中に示したグラフに示すような挙動を取ることとなる。尚、図２（ｃ）に示すように、ローラー２に右方向の水平力Ｆが加えられた場合も同様である。
［００２９］
また、前記負の剛性装置は、例えば、図３に示すように、かまぼこ形の下部材４の上側表面４ａに沿って転動する上部材としての車輪５とで構成することもできる。ここで、車輪５は上方からの鉛直力Ｗを受けている。尚、上側表面１ａは曲率半径Ｒを有する。
［００３０］
このような構成でも、図３（ａ）に示すように、車輪５に水平力Ｆが付加されると、車輪５は、図３（ｂ）に示すように、上側表面４ａ上を左方向に転動し、徐々に落下していく。この際、車輪５の変位が大きくなるに従って、車輪５には負の負荷が加わることとなるため、図１の真ん中に示したグラフに示すような挙動を取ることとなる。尚、図３（ｃ）に示すように、車輪５に右方向の水平力Ｆが加えられた場合も同様である。
［００３１］
尚、図３に示した負の剛性装置の剛性（−Ｋ）は、曲率半径Ｒと物体の重量Ｗの関係より、（−Ｋ）＝Ｗ／Ｒとして計算され、併用される積層ゴム等の正の剛性Ｋと適宜組み合わせることで、装置全体の剛性を如何様にも調整することができる。
［００３２］
次に、本発明にかかる負の剛性装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
［００３３］
図４は、本発明にかかる負の剛性装置の第１の実施の形態を示し、この負の剛性装置１０は、上側凸形状でかまぼこ形に形成された下部材１１と、ローラー１２ｂを備えた上部材１２とで構成される。
［００３４］
下部材１１は、図５（ａ）に示すように、上側表面の所定の範囲Ｌの部分１１ｂ（曲率半径ＳＲ”）が、両端部１１ａ、１１ｃ（曲率半径ＳＲ’）よりも曲率が小さく（曲率半径が大きく）形成されている。
［００３５］
一方、上部材１２は、ローラー１２ｂが回転可能に回転軸１２ｃに支持され、回転軸１２ｃはブラケット１２ａに固定される。
［００３６］
上記構成により、上部材１２のローラー１２ｂが、下部材１１の上側表面１１ａ〜１１ｃに沿って転動すると、図５（ｂ）に示すように、所定の範囲Ｌから外れた場合に負剛性が変化する。すなわち、所定の範囲Ｌにおいては、グラフの直線の傾きが小さく、小さい負剛性を付与することができる。そして、所定の範囲Ｌを超えると、グラフの直線の傾きが大きくなり、大きな負剛性を与えることが可能となる。
［００３７］
尚、上記実施の形態においては、上側凸形状でかまぼこ形に形成された下部材１１と、ローラー１２ｂを備えた上部材１２とを組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、上部材を下側凸形状でかまぼこ形に形成し、下部材にローラーを設けるようにして、上記と同様の作用効果を奏するように構成することもできる。
［００３８］
図６は、本発明にかかる負の剛性装置の第２の実施の形態を示し、この負の剛性装置は、下部材１１’が図５に示した下部材１１と異なるものであって、図６（ａ）に示すように、両端部１１ａ’、１１ｃ’（曲率半径ＳＲ’）が曲面状に形成されているのに対し、所定の範囲Ｌの部分１１ｂ’が平面として形成されている。尚、下部材１１’上を転動する上部材は、図４に示した上部材１２と同様の構成を有する。
［００３９］
上記構成により、上部材１２のローラー１２ｂが、下部材１１’の上側表面１１ａ’〜１１’ｃに沿って転動すると、図６（ｂ）に示すように、所定の範囲Ｌから外れた場合に負剛性が変化する。すなわち、所定の範囲Ｌにおいては、上側表面１１ｂ’が平面であることから、グラフの直線の傾きは０となり、上部材１２の変位に関わらず水平力が０の剛性ゼロの状態となる。そして、所定の範囲Ｌを超えると、グラフは右下がりの直線となり、負剛性を与えることが可能となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
［００４０］
次に、本発明にかかる負の剛性装置の第３の実施の形態について、図７を参照しながら説明する。
［００４１］
この負の剛性装置２０は、上側凸形状でかまぼこ形に形成された下部材２１と、下部材２１の上側表面を転動するローラー２２ｂを備え、上側凸形状でかまぼこ形に形成された中間部材２２と、中間部材２２の上側表面２２ｄを転動するローラー２３ｂを備えた上部材２３とで構成される。尚、ローラー２２ｂの軸線と、ローラー２３ｂの軸線とは互いに直交する。
［００４２］
下部材２１は、図４に示した下部材１１と同様に構成され、上側表面の所定範囲の部分２１ｂが、両端部２１ａ、２１ｃよりも曲率が小さく（曲率半径が大きく）形成されている。中間部材２２は、ローラー２２ｂが回転可能に回転軸２２ｃに支持され、回転軸２２ｃはブラケット２２ａに固定される。上部材２３は、ローラー２３ｂが回転可能に回転軸２３ｃに支持され、回転軸２３ｃはブラケット２３ａに固定される。
［００４３］
上記構成により、中間部材２２のローラー２２ｂが、下部材２１の上側表面２１ａ〜２１ｃに沿って転動し、上記第１の実施の形態の場合と同様に、上側表面の所定範囲の部分２１ｂから外れた場合に負剛性が変化する。すなわち、上側表面の所定の範囲２１ｂの部分においては、小さい負剛性を付与することができ、両端部２１ａ、２１ｃにおいて大きな負剛性を与えることが可能となる。
［００４４］
また、本実施の形態では、中間部材２２と上部材２３とは、ともに下部材２１に対して直交するように配置されているため、上部材２３は、中間部材２２に対して図７の紙面の表裏方向に移動可能であり、一方、中間部材２２は下部材２１に対して図７の左右方向に移動可能となる。これによって、上部材２３は、中間部材２２を介して下部材２１に対して全方向に移動することが可能となる。
［００４５］
尚、上記実施の形態においては、上側凸形状でかまぼこ形に形成された下部材２１と、ローラー２２ｂを備え、上側凸形状でかまぼこ形に形成された中間部材２２と、ローラー２３ｂを備えた上部材２３とを組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、上部材及び中間部材を下側凸形状でかまぼこ形に形成し、中間部材及び下部材にローラーを設けるようにして、上記と同様の作用効果を奏するように構成することもできる。
【国際調査報告】
2007072777.tif 000011
2007072777.tif 000012