(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより地震エネルギーを吸収させ地震応答を低減させる制震装置であって、
前記超塑性材料によって作られたほぼ矩形の薄肉平板状で四隅部分にＲ加工を施した剪断変形部の周辺部に、溶接接合に匹敵するように結合力を分散させる複数のボルト孔を設けた厚肉の取付け部がＴ形断面状に形成され、上下・左右の取付け部の四隅位置には前記剪断変形部の一様な剪断変形を容易にして応力集中を回避する略直角形状の内回り隅がＲ加工を施して形成されているエネルギー吸収パネルと、
前記超塑性材料よりも高強度の鉄鋼材料によって前記剪断変形部に匹敵する形状、大きさに作られ、前記エネルギー吸収パネルにおける前記剪断変形部の両面の凹面に沿って摺動可能に当てがわれている平板状の拘束板と、
前記超塑性材料よりも高強度の鉄鋼材料によって作られ、前記エネルギー吸収パネルの上下・左右の各取付け部の両面へ溶接接合に匹敵して結合力が分散するようにボルト接合により縫うように一体的に取り付けられ、四隅の各交点は前記エネルギー吸収パネルにおける上下・左右の取付け部の四隅位置に形成された内回り隅のＲ加工隅を通るピンボルトにより剪断変形が可能にピン連結して平行四辺形リンクを形成している複数の連結部材とから成り、
前記左右もしくは上下に対を成す連結部材のいずれか一方、又は全ての連結部材に、前記拘束板の外面を摺動可能に押さえ付けて面外方向への座屈を防止する張り出し部が、前記平行四辺形リンクの剪断変形を許容する運動隙間を確保した形状、大きさに設けられていることをそれぞれ特徴とする、超塑性材料による制震装置。
【請求項２】
上下の連結部材の外周縁部に、構造物と取り合う取付けフランジが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載した超塑性材料による制震装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を使用して地震エネルギーを吸収させ地震応答を低減させる制震装置（風荷重等による振動抑制の制振装置を含む。）の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
建築構造物の地震或いは風荷重などに対する応答（震動及び振動）を低減し或いは長周期化する制震装置に関しては、従来、各種各様のものが開発され実用に供されている。
その中で、材料固有のエネルギー吸収特性を利用するものとして、最近では極低降伏点鋼を使用した制震装置が多く開発されている。
【０００３】
また、特開平１１−２２２６４３号公報に開示された発明「制震用Ｚｎ−Ａｌ合金及びその製造方法」によれば、室温における高速超塑性特性が認められ、しかも加工硬化しないため安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮した後も塑性ひずみの履歴による材質劣化が少なく、よって地震後の交換が無用な所謂超塑性材料が提供されている。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
従来の極低降伏点鋼による制震装置は、極低降伏点鋼自体が加工硬化することから、繰り返し変形に対して、降伏荷重が変動し、制震性能が不安定になる。また、降伏荷重が変動するため、一度塑性歪み履歴を経験した後は設置時の初期性能と同一であることは望み得ず、継続使用の是非の判断が難しい。更に塑性歪みの履歴により材質が劣化するなどの理由から、地震後には往々にして制震装置を交換する必要があり、制震装置の検査、修理などのメンテナンスに手間がかかることが問題とされている。
【０００５】
その点、上記特開平１１−２２２６４３号公報に開示されたＺｎ−Ａｌ合金などの超塑性材料は、加工硬化せず、歪み劣化が少ない特性を有するので、これを利用して極低降伏点鋼の前記問題点を解決することに期待が寄せられる。しかし、剪断変形型の制震装置に適用する場合には、超塑性材料の特性の故に、所望の性能を発揮させられない懸念の点がある。以下にその懸念を説明する。
【０００６】
Ｚｎ−Ａｌ合金は、超塑性材料であり、加工硬化が少ない特性を有し、制震装置として変形時の変位−荷重ヒステリシス特性が安定なものにしようとしているが、応力集中部が発生し易いという問題がある。即ち、材料の一部に塑性変形が発生すると、加工硬化が少ないが故に、変形し始めた部分から周辺部へ応力が伝達しにくく、前記塑性変形が局部に集中してしまう。そのため極めて高い延性を有する超塑性材料といえども、材料の延びが局部において限界を超えてしまい、変形部の局部破断に至ることがある。従来の極低降伏点鋼の場合は、前述したように材料が塑性変形すると加工硬化するので、降伏荷重は上昇するが、応力は加工硬化していない周辺部へも伝達するので、変形が局部に（一箇所に）集中することは少なく、よって従来の極低降伏点鋼の補剛構造と同じ補剛構造による制震装置では、超塑性材料による所定の性能を期待できない。
【０００７】
また、従来の極低降伏点鋼の補剛構造と同じでは、超塑性材料が繰り返し変形すると、剪断変形部が面外方向に座屈変形を生ずる問題がある。極低降伏点鋼の場合は、面外方向への座屈を生じても、その面外座屈変形により塑性歪みが発生した箇所には加工硬化が進み、局部破壊は発生しにくい。また仮に局部破壊が発生しても、その周辺部へ塑性変形が伝搬してゆく。その点、超塑性材料の場合は、前記したように加工硬化が少ないため、降伏荷重の上昇は少なく、前記座屈変形により更に変形が局部に（一箇所に）集中し、局部破断を生じてしまう。また、局部破断が生じた場合、破断箇所から亀裂が伝搬し、超塑性材料の完全な破壊に至る問題がある。
【０００８】
その他、Ｚｎ−Ａｌ合金は、溶接が困難であるため、Ｚｎ−Ａｌ合金と補剛部材との接合手段に関して、溶接接合に匹敵するように結合力が分散する接合構造の採用が必要である。
【０００９】
本発明の目的は、上述の各問題点を解決して、超塑性材料による制震装置を開発し実用化することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る超塑性材料による制震装置は、
安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより地震エネルギーを吸収させ地震応答を低減させる制震装置であって、
前記超塑性材料によって作られたほぼ矩形の薄肉平板状で四隅部分にＲ加工を施した剪断変形部１０の周辺部に、溶接接合に匹敵するように結合力を分散させる複数のボルト孔１１を設けた厚肉の取付け部１２〜１５がＴ形断面状に形成され、上下・左右の取付け部１２〜１５の四隅位置には前記剪断変形部１０の一様な剪断変形を容易にして応力集中を回避する略直角形状の内回り隅１７がＲ加工を施して形成されているエネルギー吸収パネル１と、
前記超塑性材料よりも高強度の鉄鋼材料によって前記剪断変形部１０に匹敵する形状、大きさに作られ、前記エネルギー吸収パネル１における前記剪断変形部１０の両面の凹面１６に沿って摺動可能に当てがわれている平板状の拘束板２と、
前記超塑性材料よりも高強度の鉄鋼材料によって作られ、前記エネルギー吸収パネル１の上下・左右の各取付け部１２〜１５の両面へ、溶接接合に匹敵して結合力が分散するようにボルト接合により縫うように一体的に取り付けられ、四隅の各交点は前記エネルギー吸収パネル１における上下・左右の取付け部１２〜１５の四隅位置に形成された内回り隅１７のＲ加工隅を通るピンボルト５により剪断変形が可能にピン連結して平行四辺形リンクを形成している複数の連結部材３，４とから成り、
前記左右もしくは上下に対を成す連結部材３，４のいずれか一方、又は全ての連結部材に、前記拘束板２の外面を摺動可能に押さえ付けて面外方向への座屈を防止する張り出し部３１が、前記平行四辺形リンクの剪断変形を許容する運動隙間を確保した形状、大きさに設けられていることをそれぞれ特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した超塑性材料による制震装置において、上下の連結部材３，３の外縁部に、構造物と取り合う取付けフランジ３２が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図６に、請求項１、２記載の発明に係る超塑性材料による制震装置の実施形態を示している。
これは既に述べてきたように、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより地震エネルギーを吸収させ地震応答を低減させる制震装置である。
【００１５】
先ず図１Ａ、Ｂは、前記超塑性材料によって作られたエネルギー吸収パネル１の実施形態を示している。これは四隅にＲ加工を施してほぼ正方形（但し、形状は正方形の限りではない。）の平板状をなす剪断変形部１０の周辺部（四辺）にそれぞれ、必要数のボルト孔１１を所要のピッチと配置で設けた取付け部１２〜１５を形成した構成である。
【００１６】
本発明において云う超塑性材料は、既に特開平１１−２２２６４３号公報記載の発明を挙げて例示したように、常温における高速超塑性の特性が認められ、しかも加工硬化せず、したがって安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮した後にも塑性ひずみの履歴による材質劣化を来さず、よって地震後の交換が無用な、Ｚｎ−Ａｌ合金で代表されるような超塑性材料を指している。
【００１７】
このエネルギー吸収パネル１の周辺部の各取付け部１２〜１５はそれぞれ、剪断変形部１０の板厚（一例として２０mm位）に比して約２〜３倍程度に大きい厚肉部として形成されている（図１Ｂ）。しかも剪断変形部１０の両面へほぼ等しい高さ突き出るＴ形断面状に形成され、もって剪断変形部１０の両面には盆状に浅い凹面１６が形成されている。
【００１８】
前記のように厚肉状に形成された上下左右の取付け部１２〜１５の四隅位置には、剪断変形部１０の一様な剪断変形を容易にし、且つ応力集中を回避する手段として、それぞれ略直角形状の内回り隅１７が形成され、更にその隅部は応力集中を防ぐ曲率半径のＲ加工を施されている。したがって、水平力による剪断変形時に、前記内回り隅１７への応力集中は比較的に小さく、少なくとも破断を生ずる懸念はない。
【００１９】
次に、図２は、前記超塑性材料よりも高強度の材料、一例として鉄鋼材料で作られた拘束板２の実施形態を示している。この拘束板２は、前記エネルギー吸収パネル１における前記剪断変形部１０の両面に沿って、図４〜図６のように凹面１６を利用して摺動可能に当てがわれ、制震装置の剪断変形に追従して自由に摺動し、剪断変形時に超塑性材料に発生しやすい面外方向の座屈現象、例えば面外方向への反り或いはしわ寄せ等の変形（歪み）を両面から等しく押圧することにより強制的に座屈を抑制するための添圧材である。そのため拘束板２の両面には摺動性能を確保するグリース等の潤滑材が塗布されている。
【００２０】
拘束板２は、前記エネルギー吸収パネル１の凹面１６の深さにほぼ等しい板厚で剛に形成されている。また、拘束板２の大きさ、形状は、図４の使用状態で明かなように、前記エネルギー吸収パネル１における前記剪断変形部１０（の凹面１６）に匹敵する大きさ、形状とされている。
【００２１】
図２の実施形態は、図１Ａの剪断変形部１０が正方形であるのに対して、剪断変形時の運動隙間をあけた余裕の隙間を確保して内接するおよそ八角形に形成されているが、この形状には限らない。
【００２２】
次に、図３は、前記超塑性材料よりも高強度の材料によって作られた上下左右合計４個の連結部材３、３及び４、４を、各々の各交点を剪断変形が可能となるようにピンボルト５にてピン連結し平行四辺形リンク（機構）に組み立てた実施形態を示している。
【００２３】
前記の連結部材３及び４には、前記エネルギー吸収パネル１の該当する取付け部１２〜１５のボルト孔１１…と一致する配列で同数のボルト孔３０と４０がそれぞれ設けられている。そして、上下の連結部材３、３は、図５に示したように前記エネルギー吸収パネル１の上辺及び下辺の取付け部１２、１３の両面へ複数のボルト６及びナット６’で縫うが如くに接合して溶接接合に匹敵して結合力が分散する構造で一体的に取り付けられる。図示例の場合は、上下の連結部材３、３にのみ、前記拘束板２の外面の大部分を拘束する略矩形状の張り出し部３１を設けているが、この限りではない。左右の連結部材４、４にのみ張り出し部を設けても良い。或いは上下、左右の連結部材３、４の全てに等しく張り出し部を設けても良い。何れの場合にも、張り出し部は、前記平行四辺形リンクの剪断変形を許容する運動隙間８を確保した形状、大きさで設けられる。上下の連結部材３、３の外縁部には、図５で明らかなように構造物と取り合う手段として取付けフランジ３２が断面Ｌ形状に設けられ、各々にはボルト孔３３が設けられている（請求項２記載の発明）。
【００２４】
前記左右の連結部材４、４も、エネルギー吸収パネル１の左辺及び右辺の取付け部１４、１５の両面へ複数のボルト７及びナット７’で縫うが如くに接合して結合力が分散する構造で一体的に取り付けられる。したがって、エネルギー吸収パネル１は、水平力を受けた場合、前記連結部材３、４による平行四辺形リンクの剪断変形に強制される形で機械的に一定の（又は安定した）剪断変形を繰り返すことになる。
【００２５】
なお、図４の実施例では、左右の連結部材４、４は、前記上下の連結部材３の張り出し部３１、３１だけではカバーしきれていない拘束板２の左右両側の一部分を、張り出し部３１に代わって拘束することが可能な幅寸で形成されている。
【００２６】
以上に説明した各要素を組み合わせて完成した制震装置の完成状態を、図４に示している。即ち、超塑性材料で作られたエネルギー吸収パネル１の四辺の各取付け部１２〜１５に、上下左右の連結部材３及び４がそれぞれボルト６及び７により縫うが如くに接合して一体化されていると共に、各連結部材３と４は上述したように各交点をピン連結して平行四辺形リンクを構成しているから、水平力を受けて剪断変形するときには、四辺形リンク機構運動に強制された一定の剪断変形を繰り返す。そのとき、剪断変形部１０は、その両面を剛な拘束板２、２で等しく拘束され、更に上下の連結部材３、３の張り出し部３１、或いは左右の連結部材４、４によって適度に押さえ付けられているので、面外方向への座屈を防止され略平面状態のまま剪断変形をする。即ち、面外方向へ反ったりしわ寄せする変形（歪み）の心配がない。しかも、エネルギー吸収パネル１の四隅にはほぼ直角な形状の内回り隅１７により応力集中を回避していて破断の心配がないから、リンク機構の動作を長期にわたり円滑に実現する。
【００２７】
したがって、超塑性材料によるエネルギー吸収パネル１（の剪断変形部１０）は安定な剪断変形を繰り返し、剪断変形することによって地震エネルギーを効率的に吸収して所定の制震効果を安定的に発揮するのである。
【００２８】
【本発明が奏する効果】
請求項１、２に記載した発明によれば、室温における超塑性が認められ、しかも加工硬化しないため安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮して塑性ひずみの履歴による材質劣化が少なく、地震後の交換が無用という超塑性材料の特性を十分に機能する制震装置を提供できる。ひいてはこの制震装置を適用して制震効果を十分に享受する制震構造物を提供できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ、Ｂはエネルギー吸収パネルの実施形態を示した正面図とその縦断側面図である。
【図２】拘束板の実施形態を示した正面図である。
【図３】連結部材を四辺形リンク機構に組んだ状態の正面図である。
【図４】本発明に係る免震装置の実施形態を一部破断して示した正面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線矢視の拡大断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【符号の説明】
１０        剪断変形部
１１        ボルト孔
１２〜１５  取付け部
１          エネルギー吸収パネル
２          拘束板
６          ボルト
３１        張り出し部
３          連結部材
７          ボルト
５          ピンボルト
４          連結部材
１７        内回り隅
３２        フランジ部
【図１】
0003884209.tif 000002
【図２】
0003884209.tif 000003
【図３】
0003884209.tif 000004
【図４】
0003884209.tif 000005
【図５】
0003884209.tif 000006
【図６】
0003884209.tif 000007