JP6440976B2 - 構造用部材 - Google Patents

Description

本発明は、耐座屈機能を有する構造用部材に関する。

従来より、建築物や橋梁等の構造物では、圧縮方向の力が作用する部材に、座屈拘束材が用いられている。座屈拘束材としては、従来、帯板状の芯材の両側面を、溝形鋼で形成した拘束材で挟んで構成し、芯材で荷重を支持する一方、拘束材で芯材の座屈を拘束するように形成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。上記芯材は、長手方向の中央部に、他の部分よりも幅の狭い絞り部が形成されると共に、この絞り部に、長手方向に延在するスリットが形成されている。この芯材の絞り部とスリットにより、芯材の座屈時の座屈モードを分散させ、拘束材が備えるべき補剛力を低減するようにしている。

また、従来の座屈拘束材として、鋼管で形成されたブレースの一部に孔を設け、この孔からセメント系材料を注入して鋼管の内部に充填し、このセメント系材料が固化してなるセメント系固化物により鋼管の局部座屈の補剛を行うように形成された鋼管ブレースがある（例えば、特許文献２）。

特開２０１２−２２９５７２号公報 特開２００９−１７４１７３号公報

構造物の所定の対象を吊り下げる用途や、所定の対象に張力を導入する用途等に用いられる引張材は、通常は引張力のみを受けるので、圧縮方向の耐力を実質的に有しない部材を使用するのが一般的である。したがって、引張材は、地震や風等により対象が振動する場合、圧縮力を受けて容易に座屈や撓みが生じることがある。そこで、引張材の座屈を防止するために、従来の座屈拘束材を適用することが考えられる。

しかしながら、特許文献１に記載の座屈拘束材は、絞り部とスリットとを有する帯状の芯材と、この芯材を挟持する拘束材とで形成されるので、部品の形状が複雑であり、かつ、部品点数が比較的多いので、寸法と質量が大きくなりやすく、また、製造に手間がかかる問題がある。また、特許文献２に記載の座屈拘束材は、セメント系固化物を用いるので、質量が過大となり、引張材には適用が困難であるという問題がある。

そこで、本発明の課題は、寸法と質量が比較的小さく、また、簡易な構造で座屈防止機能を実現できて、静止時に引張力を支持する用途に好適な構造用部材を提案することにある。

上記課題を解決するため、本発明の構造用部材は、
線状の芯材と、
上記芯材の外側を取り囲む中空の三角形断面を有する耐座屈材と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、線状の芯材により引張力が支持される一方、上記芯材の外側を取り囲む中空の三角形断面を有する耐座屈材により圧縮力が支持される。また、上記芯材の外側を取り囲む耐座屈材により、上記芯材の座屈が拘束される。したがって、芯材と耐座屈材とを用いた比較的簡易な構成により、静止時には引張力を支持する一方、地震や風や活荷重等が作用した時には圧縮力を支持できる構造用部材を、比較的小さい寸法と質量で構成することができる。その結果、引張力のみを支持する構造用部材のように、圧縮力が作用したときに、構造用部材で支持する対象に過大な変位が生じる不都合を防止できる。また、中空の三角形断面を有する耐座屈材を用いるので、質量と寸法を抑えながら圧縮力を支持でき、座屈に対する耐久性を高めることができる。また、この構造用部材は、芯材の外側を耐座屈材で取り囲んで形成されるので、主に静止時に引張材として機能する芯材を耐座屈材で保護して耐久性を高めることができる。ここで、上記芯材は、鋼等の引張強度が比較的高い金属で形成するのが好ましい。また、上記耐座屈材としては、軽量化のため、アルミニウムやチタンやジュラルミン等のような比重が５以下の軽金属や、樹脂等で形成するのが好ましい。

一実施形態の構造用部材は、複数の上記耐座屈材と、
上記複数の耐座屈材の外周を取り囲んで一体化する外装材と
を備える。

上記実施形態によれば、芯材を取り囲む複数の耐座屈材が、最外周面が外装材で取り囲まれて一体化するので、耐座屈材の耐座屈性能が効果的に向上する。また、外装材により、構造用部材の美観を向上することができる。また、外装材により、芯材や耐座屈材の防錆を行うことができる。ここで、外装材としては、金属、樹脂、炭素繊維又はこれらの複合材で形成されたシートや型材を用いることができる。

一実施形態の構造用部材は、上記複数の耐座屈材は、隣り合う耐座屈材の側面が互いに接すると共に、これらの接する側面が、軸直角断面において上記芯材を中心とする放射状をなすように配置されている。

上記実施形態によれば、複数の耐座屈材は、隣り合う耐座屈材の互いに接する側面が芯材を中心として放射状に配列されるので、高い耐座屈性能を発揮できる。なお、軸直角断面とは、対象を、中心軸に対して直角方向に延びる平面で切断したときに表れる断面である。

一実施形態の構造用部材は、上記複数の耐座屈材は、軸直角断面において外周側に位置する角が同一円周上に位置している。

上記実施形態によれば、複数の耐座屈材は、軸直角断面において外周側の角が同一円周上に位置するように配列されるので、芯材回りのいずれの位置においても、略均一の耐座屈性能を発揮できる。また、上記複数の耐座屈材を取り囲む外装材として、円形断面を有する既製の型材を用いることができるので、構造用部材の製造コストを効果的に削減できる。また、上記複数の耐座屈材を、互いに同じ断面形状のものを用いることができるので、構造用部材を安価に製造できる。

一実施形態の構造用部材は、上記複数の耐座屈材は、軸直角断面において直角二等辺三角形状を有し、
隣り合う上記耐座屈材が、軸直角断面において互いに同じ長さの辺を接するように配置されて、上記複数の耐座屈材の軸直角断面が正方形の輪郭を成すように形成されている。

上記実施形態によれば、直角二等辺三角形状断面を有する複数の耐座屈材を、全体として正方形の輪郭の断面を成すように芯材の回りに配列することにより、汎用性の高い正方形断面の構造用部材が得られる。また、上記複数の耐座屈材を取り囲む外装材として、正方形断面を有する既製の型材を用いることができるので、構造用部材の製造コストを効果的に削減できる。

一実施形態の構造用部材は、上記耐座屈材の内側に、充填材が充填されている。

上記実施形態によれば、耐座屈材の内側に充填材が充填されることにより、耐座屈材の耐座屈性能を向上できる。ここで、充填材としては、液体又は固体のいずれでもよい。液体の充填材としては、水、油又は流動性樹脂等を採用できる。また、固体の充填材としては、金属又は樹脂等で形成されたものを採用できる。特に、固体の充填材としては、例えば固形化樹脂及び発泡性樹脂等のように、充填材の設置時に流動性を有し、設置後に固形化するものを用いることにより、充填作業を容易に行うことができる。また、固体の充填材として、金属又は樹脂等で形成されたハニカム等の中空立体構造体を用いてもよい。

一実施形態の構造用部材は、上記耐座屈材の内側に形成され、上記芯材が軸方向に駆動可能に貫通したシリンダと、
上記芯材に固定され、上記シリンダ内を作動流体としての上記充填材で満たされた２つの室に区画するピストンとを備え、
上記芯材の一端と上記シリンダの他端とが、引張力又は圧縮力を受けて軸方向に相対変位可能に形成されており、上記芯材の他端側が、最大変位を成したときに上記シリンダの他端側に係合する一方、上記シリンダの一端側が、最小変位を成したときに上記芯材の一端側に係止するように形成されていることを特徴とする構造用部材。

上記実施形態によれば、芯材の一端と上記シリンダの他端の間に引張力又は圧縮力を作用すると、芯材に固定されたピストンが、シリンダ内の作動流体から抵抗力を受けながらシリンダ内を移動する。芯材の一端と上記シリンダの他端の間が最大相対変位を成すと、芯材の他端側がシリンダの他端側に係合して、芯材とシリンダを通して引張力が伝達される。一方、芯材の一端と上記シリンダの他端の間が最小相対変位を成すと、シリンダの一端側が芯材の一端側に係止して、芯材とシリンダを通して圧縮力が伝達される。このように、芯材の一端と上記シリンダの他端との間で引張力と圧縮力を伝達すると共に、芯材の一端と上記シリンダの他端との間が相対変位をするときに、作動流体から受ける抵抗力により緩衝作用を奏することができる。したがって、この構造用部材が適用された対象を、例えば地震や風や活荷重等に起因する衝撃や振動を抑制しながら支持することができる。なお、上記シリンダは、上記耐座屈材の中空部分に形成されてもよく、或いは、上記耐座屈材の中空部分に配置された例えば円筒形部材等の他の部材で形成されてもよい。

一実施形態の構造用部材は、上記ピストンに、上記作動流体を上記２つの室の間で流通させる流体通路が設けられている。

上記実施形態によれば、ピストンが駆動される際に流体通路に作動流体が流通することにより、この流体通路の寸法や形状等に応じた抵抗力をピストンに与えて所定の緩衝作用を奏することができる。

一実施形態の構造用部材は、上記ピストンの流体通路は、上記作動流体の流れる方向に応じて異なる抵抗力が生じるように形成されている。

上記実施形態によれば、ピストンの駆動方向に応じて、作動流体が流体通路を流れる方向が異なることにより、異なる抵抗力が生じる。これにより、芯材の一端と上記シリンダの他端とが接近方向の相対変位をするときと、離間方向の相対変位をするときとで、ピストンに作用する抵抗力を異ならせて、緩衝作用を異ならせることができる。したがって、対象に作用する荷重状態や対象の形状等に応じて、適切な緩衝作用を対象に与えることができる。

本発明の第１実施形態の構造用部材を示す斜視図である。 第１実施形態の構造用部材を用いたタイロッドを示す縦断面図である。 構造物にタイロッドを使用した様子を示す図である。 第２実施形態の構造用部材を示す斜視図である。 第２実施形態の構造用部材を用いたタイロッドを示す縦断面図である。 第３実施形態の構造用部材を示す斜視図である。 第３実施形態の構造用部材を用いたタイロッドを示す縦断面図である。 第４実施形態の構造用部材及びこれを用いたタイロッドを示す縦断面図である。 第４実施形態のタイロッドの作動状態を示す縦断面図である。 第４実施形態のタイロッドのピストンを示す縦断面図である。 図１０のピストンの作動状況を示す縦断面図である。 図１０のピストンの作動状況を示す縦断面図である。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の構造用部材を示す斜視図である。この構造用部材１は、主に引張力を支持する一方、圧縮力に対しても一定の耐力が必要な箇所に使用するのが好適であり、例えば構造物の所定の対象を吊り下げる用途や、所定の対象に張力を導入する用途等に用いることができる。この構造用部材１は、線状の芯材２と、この芯材２を取り囲む耐座屈材としての三角管３で形成されている。

芯材２は、普通鋼で作製された鋼線であり、支持する引張力の大きさに応じた太さ及び材質のもので作製される。なお、普通鋼以外の高張力鋼等で作製した鋼線でもよく、また、ピアノ線や撚線で芯材２を形成してもよい。撚線は、鋼等の金属繊維や、アラミド等の樹脂繊維や、炭素繊維等で作製されたものを用いることができる。

三角管３は、正三角形断面を有する中空の鋼管であり、圧縮力の大きさに応じた寸法及び材質のもので作製される。三角管３の材質には、鋼のほか、アルミニウム、チタン及びジュラルミン等の金属や、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の樹脂を採用することができる。鋼としては、合金鋼、ステンレス鋼及び炭素鋼等の種々の材質を採用できる。ここで、三角管３は、軽量化のため、樹脂や、アルミニウムやチタンやジュラルミン等のような比重が５以下の軽金属で形成するのが好ましい。

上記三角管３の内側は、中空のままでもよく、上記芯材２と三角管３との間に充填材を充填してもよい。三角管３の内側に充填材を充填することにより、三角管３の耐座屈性能を向上できる。充填材としては、液体又は固体のいずれを採用してもよい。液体の充填材としては、水、油又は流動性樹脂を採用できる。固体の充填材としては、金属又は樹脂等で形成されたものを採用できる。また、例えば固形化樹脂及び発泡性樹脂等のように、充填材の設置時に流動性を有し、設置後に固形化するものを用いることにより、充填作業を容易に行うことができる。また、固体の充填材として、金属又は樹脂等で形成されたハニカム等の中空立体構造体を用いてもよい。

図２は、第１実施形態の構造用部材１を用いたタイロッド１０を示す縦断面図である。このタイロッド１０は、主に引張力を支持する一方、圧縮力に対しても一定の耐力を有する。すなわち、このタイロッド１０は、静止時には張力のみを支持する一方、地震や風や活荷重等に起因して振動や衝撃を受けたときに、一定の圧縮力に耐えるように形成されている。

このタイロッド１０は、第１実施形態の構造用部材１と、この構造用部材１の両端に固定されたクレビス４とで構成されている。

クレビス４は、構造用部材１の芯材２に引張力を伝達する一方、三角管３に圧縮力を伝達するように形成されている。このクレビス４は、耐座屈材としての三角管３の端部に嵌合すると共に芯材２が中央に固定される口金部５と、この口金部５の芯材２及び三角管３が固定される側と反対側に設けられたプレート部６とを備える。

クレビス４の口金部５は、三角管３の先端が当接する端面５ａに、この端面５ａの中央に形成されて芯材２の端部２ａが螺合する螺旋孔５ｂと、端面５ａの縁から軸方向に延出する壁部５ｃを有する。口金部５の螺旋孔５ａに螺合する芯材２の両方の端部２ａには、互いに反対巻きの雄螺子が設けられている。口金部５の螺旋孔５ｂには、芯材２の雄螺子に対応して、２つのクレビス４の間で互いに反対巻の雌螺子が設けられている。芯材２を取り囲むように三角管３を配置し、この芯材２の両方の端部２ａの雄螺子に、２つの口金部５の螺旋孔５ａを夫々螺合させて芯材２を回転することにより、これらの口金部５，５に互いに近接する方向の押圧力を印加している。この押圧力により、クレビス４の口金部５を三角管３の両端に押圧して、クレビス４を構造用部材１に固定している。クレビス４が構造用部材１に固定されると、クレビス４の口金部５の壁部５ｃが、三角管３の端部を取り囲むように嵌合する。

なお、クレビス４の口金部５と芯材２との固定は、口金部５に芯材２の貫通孔を形成し、この貫通孔に挿通した芯材２の先端部に螺合したナットで行ってもよい。すなわち、クレビス４の口金部５の中央に貫通孔を設け、この貫通孔に芯材２の先端部を挿通させて、口金部５のプレート部６側に突出させる。この芯材２の先端部の雄螺子にナットを螺合させ、このナットで口金部５のプレート部６側の端面を押圧することにより、芯材２にクレビス４を固定してもよい。また、芯材２の両方の端部２ａの雄螺子と、２つのクレビス４の口金部５の螺旋孔５ｂの雌螺子とを、いずれも順方向巻きに形成し、芯材２に対してクレビス４の口金部５を夫々同一方向に回転させて、芯材２の雄螺子と口金部５の雌螺子とを螺合してもよい。

クレビス４のプレート部６は、口金部５の端面の中央に、芯材２の延長性上に延在する板状体で形成されている。プレート部６の先端側には、タイロッド１０を対象にピン接続するためのピンが挿通される挿通孔６ａが設けられている。なお、プレート部は、口金部５の端面に径方向に間隔をおいて形成され、ガセットプレート等を挟む２枚の板状体で形成されてもよい。

第１実施形態の構造用部材１を用いたタイロッド１０は、図３に示すように、構造物の対象としての庇１１を吊り下げるために用いることができる。庇１１は、構造物の壁体１２に、この壁体１２の表面と直角を成して水平方向に張り出すように設置されている。壁体１２の表面に設けられた吊プレート１４と、庇１１の先端部分に設けられた支持プレート１３との間に、タイロッド１０が架け渡されている。上記壁体１２の壁面と、庇１１と、タイロッド１０とで略直角三角形を成している。タイロッド１０の両端のクレビス４は、吊プレート１４と支持プレート１３とに各々ピン接続されている。

第１実施形態の構造用部材１を用いたタイロッド１０は、庇１１が静止しているとき、庇１１に作用する重力に抗するための引張力を、芯材２によって支持する。一方、地震や風により庇１１に上向きの力が作用すると、タイロッド１０に圧縮力が作用する。ここで、タイロッド１０の芯材２は殆ど圧縮力を支持しないが、三角管３により圧縮力を支持することができる。したがって、庇１１が上向きの力によって過大に変位する不都合や、振動が発生する不都合を、効果的に防止することができる。また、本実施形態によれば、芯材２と三角管３とを用いた比較的簡易な構成により、静止時には引張力を支持する一方、地震や風や活荷重等が作用した時には圧縮力を支持できる構造用部材１を、比較的小さい寸法と質量で構成することができる。

図４は、第２実施形態の構造用部材を示す斜視図である。この構造用部材２１は、耐座屈材の数及び配置形態と、外装材を備える点が、第１実施形態と異なる。第２実施形態において、第１実施形態と同一の部分には同一の参照番号を引用して詳細な説明を省略する。

第２実施形態の構造用部材２１は、芯材２の周りに、複数の耐座屈材としての６個の三角管３を配置し、これらの６個の三角管３を外装材７で取り囲んで一体化している。６個の三角管３は、互いに同じ寸法と形状を有する。６個の三角管３は、軸直角断面において、芯材２に頂点を接すると共に、この芯材２回りの回転対称位置に配置されている。複数の三角管３の互いに接する側面は、軸直角断面において芯材２を中心とする放射状をなしている。これにより、６個の三角管３の外周側に位置する側面が、軸直角断面において正六角形の輪郭を成している。

外装材７は、円形断面を有する鋼管で形成され、内側面が６個の三角管３の外周側の縁に接するように、これらの６個の三角管３に外嵌している。なお、外装材７の材質は、鋼のほか、アルミニウム、チタン及びジュラルミン等の金属や、ＰＰＳやＰＥＥＫ等の樹脂を採用することができる。鋼としては、合金鋼、ステンレス鋼及び炭素鋼等の種々の材質を採用できる。ここで、外装材７は、軽量化のため、樹脂や、アルミニウムやチタンやジュラルミン等のような比重が５以下の軽金属で形成するのが好ましい。また、外装材７の形状は、６個の三角管３に実質的に密着する正六角形でもよい。また、外装材７は、金属、樹脂又は炭素繊維のシートを、６個の三角管３の外周面に巻回して形成してもよい。

図５は、第２実施形態の構造用部材２１を用いて形成したタイロッド２１０の縦断面である。このタイロッド２１０は、構造用部材２１の両端に固定されたクレビス２４，２４が、芯材２に引張力を伝達し、三角管３に圧縮力を伝達する一方、外装材７には実質的に引張力及び圧縮力を伝達しないように形成されている。

クレビス２４の口金部２５は、６個の三角管３の先端が当接する端面２５ａに、この端面２５ａの中央に形成された螺旋孔２５ｂと、端面２５ａの縁から軸方向に延出する壁部２５ｃを有する。口金部２５には、中央の螺旋孔２５ｂに芯材２の端部２ａが螺合すると共に、端面２５ａの螺旋孔２５ｂを取り囲む部分に、６個の三角管３，３，・・・の端面が当接している。これらの６個の三角管３，３，・・・の端部を、壁部２５ｃが取り囲んで嵌合している。口金部２５の螺旋孔２５ｂに螺合する芯材２の両方の端部２ａには、いずれも順方向巻きの雄螺子が設けられている。６個の三角管３，３，・・・を配置した状態で、芯材２の両方の端部２ａに口金部２５の螺旋孔２５ｂを螺合させ、クレビス２４を回転させて芯材２に螺着することにより、この芯材２と三角管３，３，・・・の両端に、クレビス２４を固定することができる。この場合、口金部２５の端面２５ａが三角管３の端面に接するまでクレビス２４を回動可能とするため、口金部２５の壁部２５ｃは、軸直角断面において６個の三角管３，３，・・・の外周側の角に内接する円形を成すように形成する。

なお、クレビス２４の口金部２５と芯材２の固定は、口金部２５に貫通孔を形成し、この貫通孔に挿通した芯材２の先端部に螺合したナットで行ってもよい。すなわち、クレビス２４の口金部２５の中央に貫通孔を設け、この貫通孔に芯材２の先端部を挿通させて、口金部２５のプレート部６側に突出させる。この芯材２の先端部の雄螺子にナットを螺合させ、このナットで口金部２５のプレート部６側の端面を押圧することにより、芯材２にクレビス２４を固定してもよい。この場合、クレビス２４を回動する必要が無いため、口金部２５の壁部２５ｃは、軸直角断面において６個の三角管３，３，・・・の外周縁に内接する六角形に形成することができる。

クレビス２４の壁部２５ｃは、壁部２５ｃの端面が外装材７の端面に対して隙間を置く軸方向長さを有するように設定され、これにより、外装材７が引張力及び圧縮力を受けないように形成されている。外装材７は、６個の三角管３，３，・・・に圧縮力が作用したとき、引張力及び圧縮力を受けないで周方向の耐力を確保することにより、三角管３，３，・・・の軸直角方向の移動を拘束して座屈耐性能力を発揮するようになっている。

第２実施形態の構造用部材２１を用いて形成したタイロッド２１０によれば、複数の耐座屈材としての三角管３と、これらの三角管３を取り囲む外装材７を備えるので、高い圧縮強度と座屈耐性能力を有する。したがって、このタイロッド２１０は、引張力が主に作用すると共に、圧縮力が作用する機会も多い箇所に使用することができる。また、このタイロッド２１０は、６つの三角管３が、軸直角断面において外周側の角が同一円周上に位置するように配列されるので、芯材２回りのいずれの位置においても、略均一の耐座屈性能を発揮できる。また、外装材７として、円形断面を有する既製の型材を用いることができるので、構造用部材２１やタイロッド２１０の製造コストを効果的に削減できる。また、外装材７により、構造用部材２１の美観を向上することができる。また、外装材７により、芯材２や三角管３の防錆を行うことができる。

図６は、第３実施形態の構造用部材を示す斜視図である。この構造用部材３１は、耐座屈材の形状と数と配置形態と、外装材の形状が、第２実施形態と異なる。第３実施形態において、第２実施形態と同一の部分には同一の参照番号を引用して詳細な説明を省略する。

第３実施形態の構造用部材３１は、芯材２の周りに、複数の耐座屈材としての８個の直角三角形断面を有する三角管３３を配置し、これらの三角管３３を、正方形断面の外装材３７で取り囲んで一体化している。８個の三角管３３は、互いに同じ寸法と形状を有する。８個の三角管３３は、軸直角断面において、芯材２に頂点を接すると共に、隣接する三角管３３が互いに同じ長さの辺を接するように、芯材２の回りに配列されている。これにより、８個の三角管３３の外周側に位置する側面が、軸直角断面において正方形の輪郭を成している。

外装材７は、正方形断面を有する鋼管で形成され、内側面が８個の三角管３３の外周側の側面に接するように、これらの８個の三角管３３に外嵌している。なお、外装材７の材質は、鋼のほか、アルミニウム、チタン及びジュラルミン等の金属や、ＰＰＳやＰＥＥＫ等の樹脂を採用してもよく、鋼としては、合金鋼、ステンレス鋼及び炭素鋼等の種々の材質を採用できる。ここで、外装材７は、軽量化のため、樹脂や、アルミニウムやチタンやジュラルミン等のような比重が５以下の軽金属で形成するのが好ましい。また、外装材７は、金属、樹脂又は炭素繊維のシートを、８個の三角管３３の外周面に巻回して形成してもよい。

上記三角管３３の内側は、中空のままでもよく、或いは、充填材を充填してもよい。三角管３３の内側に配置した充填材により、三角管３３の耐座屈性能を向上することがきる。充填材は、例えば水、油又は流動性樹脂等で形成された液体のものや、金属又は樹脂等で形成された固体のものを採用できる。特に、固形化樹脂及び発泡性樹脂等のように、充填材の設置時に流動性を有し、設置後に固形化するものが、充填作業の容易化の点で好ましい。また、固体の充填材として、金属又は樹脂等で形成されたハニカム等の中空立体構造体を用いてもよい。

図７は、第３実施形態の構造用部材３１を用いて形成したタイロッド３１０の縦断面である。このタイロッド３１０は、構造用部材３１の両端に固定されたクレビス３４，３４が、芯材２に引張力を伝達し、三角管３３に圧縮力を伝達する一方、外装材３７には実質的に引張力及び圧縮力を伝達しないように形成されている。

クレビス３４の口金部３５は、８個の三角管３３の先端が当接する端面３５ａに、この端面３５ａの中央に形成された螺旋孔３５ｂと、端面３５ａの縁から軸方向に延出する壁部３５ｃを有する。口金部３５には、中央の螺旋孔３５ｂに芯材２の端部２ａが螺合すると共に、端面３５ａの螺旋孔３５ｂを取り囲む部分に、８個の三角管３３，３３，・・・の端面が当接している。これらの８個の三角管３３，３３，・・・の端部を、壁部３５ｃが取り囲んで嵌合している。口金部３５の螺旋孔３５ｂに螺合する芯材２の両方の端部２ａには、いずれも順方向巻きの雄螺子が設けられている。８個の三角管３３，３３，・・・を配置した状態で、芯材２の両方の端部２ａに口金部３５の螺旋孔３５ｂを螺合させ、クレビス３４を回転させて芯材２に螺着することにより、この芯材２と三角管３３，３３，・・・の両端に、クレビス３４を固定することができる。この場合、口金部３５の端面３５ａが三角管３３の端面に接するまでクレビス３４を回動可能とするため、口金部３５の壁部３５ｃは、軸直角断面において８個の三角管３３，３３，・・・の外周側の角に内接する円形を成すように形成する。

なお、クレビス３４の口金部３５と芯材２の固定は、口金部３５に貫通孔を形成し、この貫通孔に挿通した芯材２の先端部に螺合したナットで行ってもよい。すなわち、クレビス３４の口金部３５の中央に貫通孔を設け、この貫通孔に芯材２の先端部を挿通させて、口金部３５のプレート部６側に突出させる。この芯材２の先端部の雄螺子にナットを螺合させ、このナットで口金部３５のプレート部６側の端面を押圧することにより、芯材２にクレビス３４を固定してもよい。この場合、クレビス３４を回動する必要が無いため、口金部３５の壁部３５ｃは、軸直角断面において８個の三角管３３，３３，・・・の外周縁に内接する八角形に形成することができる。

クレビス３４の壁部３５ｃは、壁部３５ｃの端面が外装材３７の端面に対して隙間を置く軸方向長さを有するように設定され、これにより、外装材３７が引張力及び圧縮力を受けないように形成されている。外装材３７は、８個の三角管３３，３３，・・・に圧縮力が作用したとき、引張力及び圧縮力を受けないで周方向の耐力を確保することにより、三角管３３，３３，・・・の軸直角方向の移動を拘束して座屈耐性能力を発揮するようになっている。

第３実施形態の構造用部材３１を用いて形成したタイロッド３１０によれば、複数の耐座屈材としての三角管３３と、これらの三角管３３を取り囲む外装材３７を備えるので、高い圧縮強度と座屈耐性能力を有する。したがって、このタイロッド３１０は、引張力が主に作用すると共に、圧縮力が作用する機会も多い箇所に使用することができる。また、このタイロッド３１０は、正方形断面を有するので、構造物に対する適用が容易であり、高い汎用性を有する。また、外装材３７として、正方形断面を有する既製の型材を用いることができるので、構造用部材３１やタイロッド３１０の製造コストを効果的に削減できる。

図８は、第４実施形態の構造用部材と、この構造部材を用いたタイロッドを示す縦断面図である。第４実施形態の構造用部材４１は、主に引張力を支持する一方、圧縮力に対しても一定の耐力を有すると共に、引張力及び圧縮力のいずれが作用したときにも緩衝機能を奏するものである。第４実施形態において、第１実施形態と同一の部分には同一の参照番号を引用して詳細な説明を省略する。

第４実施形態の構造用部材４１は、正三角形断面を有する耐座屈材としての三角管４３と、この三角管４３の中心に配置された芯材４２と、芯材４２の途中に固定されたピストン４５を備える。構造用部材４１の一端に第１クレビス５１を連結し、構造用部材４１の他端に第２クレビス５２を連結して、図８に示すような緩衝機能付きタイロッド４１０を構成している。なお、図８は、タイロッド４１０が第１クレビス５１と第２クレビス５２の間で引張力を伝達する際の様子を示しており、図９は、タイロッド４１０が第１クレビス５１と第２クレビス５２の間で圧縮力を伝達する際の様子を示している。

耐座屈材としての三角管４３は、軸方向の両端が閉鎖されてシリンダを形成しており、このシリンダ内に、充填材であって作動流体としてのダンパー油を密封すると共に、芯材４２に固定されたピストン４５を軸方向に駆動可能に収容している。三角管４３の一端は閉鎖壁４４で閉鎖され、第１クレビス５１の内側に、軸方向に移動可能に収容されている。閉鎖壁４４の中央には、芯材４２が軸方向に移動可能に挿通される挿通孔４４ａが形成されている。挿通孔４４ａには、芯材４２との隙間をシールするため、図示しないＯリング等のシール部材が設けられている。三角管４３の他端は、第２クレビス５２に移動不可に固定されて閉鎖されている。三角管４３の他端の閉鎖面であって、第２クレビス５２の端面５４ａには、芯材４２の先端部が移動可能に挿通される挿通孔５４ｂが形成されている。挿通孔５４ａには、芯材４２との隙間をシールするため、図示しないＯリング等のシール部材が設けられている。なお、三角管４３の他端を閉鎖壁で閉鎖したうえ、第２クレビス５２に移動不可に固定してもよい。この場合、閉鎖壁に挿通孔を形成し、芯材４２を移動可能に挿通する。本実施形態の三角管４３は、第１実施形態と同様に、金属や樹脂等の種々の材質のもので作製することができる。

芯材４２は、三角管４３で形成されたシリンダを貫通し、この三角管４３に対して軸方向に相対変位可能に形成されている。芯材４２の一端側は、三角管４３の一端を閉鎖する閉鎖壁４４の挿通孔４４ａから突出し、先端が第１クレビス５１に固定されている。詳しくは、芯材４２の一端部４２ａに形成された雄螺旋が、第１クレビス５１の口金部５３の螺旋孔５３ｂに螺合することにより、芯材４２の一端が第１クレビス５１に固定されている。一方、芯材４２の他端側は、三角管４３の他端を閉鎖する第２クレビス５２の端面の挿通孔５４ｂに挿入されている。この第２クレビス５２の挿通孔５４ｂは、第２クレビス５２内に形成されて挿通孔５４ｂよりも径の大きい中空の係合室５４ｃに連なっており、この係合室５４ｃ内を移動する係合具４２ｂに、上記芯材４２の他端が連結されている。芯材４２に連結された係合具４２ｂは、第１クレビス５１に固定された芯材４２と、第２クレビス５２に固定された三角管４３とが相対移動するに伴い、係合室５４ｃ内を軸方向に移動する。芯材４２の軸方向の所定位置には、三角管４３内のシリンダ内に配置されたピストン４５が固定されている。本実施形態の芯材４２は、金属や樹脂等の種々の材質のもので作製できるが、ピストン４５を往復駆動可能なように、一定の剛性を奏する材質や寸法により作製するのが好ましい。

ピストン４５は、三角柱形状を有し、芯材４２に固定されると共に三角管４３の内側に嵌合して、芯材４２と共に軸方向に駆動可能に形成されている。ピストン４５により、三角管４３の内側が、ダンパー油で満たされる一端側の第１室４６ａと、ダンパー油で満たされる他端側の第２室４６ｂとに区画されている。ピストン４５には、図１０に示すように、第１室４６ａと第２室４６ｂとの間でダンパー油を流通させる大径の第１オリフィス４５１と、小径の第２オリフィス４５２とが形成されている。ピストン４５の第１室４６ａ側の端面には、第１オリフィス４５１の出口を開閉する第１弁体４５３が設けられている。この第１弁体４５３は、板バネで形成され、第１オリフィス４５１を流れるダンパー油の流速に応じて開度が変化するように形成されている。ピストン４５の第２室４６ｂ側の端面には、第２オリフィス４５２の出口を開閉する第２弁体４５４が設けられている。この第２弁体４５４は、板バネで形成され、第２オリフィス４５２を流れるダンパー油の流速に応じて開度が変化するように形成されている。

上記構成の構造用部材４１の一端は、第１クレビス５１に対して、芯材４２の一端が固定される一方、三角管４３の一端部が軸方向に移動可能に収容されている。第１クレビス５１は、芯材４２が中央に固定されると共に三角管４３の一端部を軸方向に移動可能に嵌合する口金部５３と、この口金部５３の芯材４２が固定される側と反対側に設けられたプレート部６とを備える。

第１クレビス５１の口金部５３は、三角管４３の一端面が接離する端面５３ａと、この端面５３ａの中央に設けられて芯材４２の一端部４２ａの雄螺子が螺合する雌螺旋が形成された螺旋孔５３ｂと、端面５３ａの縁から軸方向に延出する壁部５３ｃを有する。口金部５３の壁部５３ｃは、この第１クレビス５１に対して軸方向に移動する三角管４３の一端部を、三角管４３の移動過程において常に内側に収容するように形成されている。すなわち、壁部５３ｃの軸方向の長さが、第１クレビス５１と三角管４３とが成す最大相対変位よりも大きい長さに形成されている。

上記構成の構造用部材４１の他端は、第２クレビス５２に対して、三角管４３の他端が固定される一方、芯材４２の他端が軸方向に移動かつ係合可能に収容されている。第２クレビス５２は、芯材４２を挿通する挿通孔５４ｂが中央に形成されていると共に三角管４３の他端を固定する口金部５４と、この口金部５４の三角管４３が固定される側と反対側に設けられたプレート部６とを備える。

第２クレビス５２の口金部５４は、三角管４３の他端の壁面を形成すると共に芯材４２の他端が挿通される挿通孔５４ｂが中央に設けられた端面５４ａと、上記挿通孔５４ｂに連通して挿通孔５４ｂよりも径の大きい係合室５４ｃと、端面５４ａの縁から軸方向に延出する壁部５４ｄを有する。口金部５４の壁部５４ｄは、三角管４３の他端部を取り囲んで液密に固定している。係合室５４ｃは、第１クレビス５１に固定された芯材４２と、第２クレビス５２に固定された三角管４３とが相対移動をする過程において、芯材４２の他端に連結された係合具４２ｂを軸方向に移動可能に収容している。

上記構成のタイロッド４１０は、第１クレビス５１と第２クレビス５２の間に引張力が作用すると、芯材４２の一端と三角管４３の他端とが互いに離隔して最大相対変位を成して、図８に示すように、芯材４２の他端の係合具４２ｂが、第２クレビス５２の係合室５４ｃの一端側の壁面に係合する。すなわち、芯材４２の他端が、シリンダの他端側に係合する。これにより、第１クレビス５１と第２クレビス５２の間に、芯材４２と係合具４２ｂと係合室５４とを介して引張力が伝達される。

一方、第１クレビス５１と第２クレビス５２の間に圧縮力が作用すると、芯材４２の一端と三角管４３の他端とが互いに近接して最小相対変位を成して、図９に示すように、三角管４３の一端面が第１クレビス５１の口金部５３の端面５３ａに当接する。すなわち、シリンダの一端側が、芯材４２の一端側に係止する。これにより、第１クレビス５１と第２クレビス５２の間に、三角管４３と端面５３ａとを介して圧縮力が伝達される。

上記第１クレビス５１と第２クレビス５２の間に引張力を伝達する過程において、芯材４２の一端と三角管４３の他端とが互いに離隔するに伴い、芯材４２に固定されたピストン４５が、図１１の矢印Ａで示すように、三角管４３の一端に近づく方向に相対移動する。これにより、ピストン４５で区画される第１室４６ａが縮小すると共に第２室４６ｂが拡大し、第１室４６ａのダンパー油が第２オリフィス４５２を通って第２室４６ｂに流入する。この第２オリフィス４５２を流れるダンパー油の流体力により、ピストン４５に移動方向と反対向きの抵抗力が作用し、ピストン４５及び芯材４２と三角管４３との間の動きが緩衝される。その結果、第１クレビス５１と第２クレビス５２とが離隔する動作が緩衝される。このとき、第２オリフィス４５２の第２弁体４５４の開度が、流速に応じた開度となり、第１クレビス５１と第２クレビス５２に作用する引張力の衝撃の程度に応じて、ピストン４５に作用する抵抗力が調整される。

一方、上記第１クレビス５１と第２クレビス５２の間に圧縮力を伝達する過程において、芯材４２の一端と三角管４３の他端とが互いに接近するに伴い、芯材４２に固定されたピストン４５が、図１２の矢印Ｂで示すように、三角管４３の他端に近づく方向に相対移動する。これにより、ピストン４５で区画される第１室４６ａが拡大すると共に第２室４６ｂが縮小し、第２室４６ｂのダンパー油が第１オリフィス４５１を通って第１室４６ａに流入する。この第１オリフィス４５１を流れるダンパー油の流体力により、ピストン４５に移動方向と反対向きの抵抗力が作用し、ピストン４５及び芯材４２と三角管４３との間の動きが緩衝される。その結果、第１クレビス５１と第２クレビス５２とが接近する動作が緩衝される。このとき、第１オリフィス４５１の第１弁体４５３の開度が、流速に応じた開度となり、第１クレビス５１と第２クレビス５２に作用する圧縮力の衝撃の程度に応じて、ピストン４５に作用する抵抗力が調整される。

上記第２オリフィス４５２の径が、上記第１オリフィス４５１の径よりも小さく形成されているので、ピストン４５の抵抗力は、第１クレビス５１と第２クレビス５２に引張力を作用するときのほうが、圧縮力を作用するときよりも大きい。こうして、引張力に対する緩衝作用を、圧縮力に対する緩衝作用よりも大きく設定している。このようにして、対象に作用する荷重状態や、対象の設置状況等に対応した緩衝機能を得ることができる。なお、第１オリフィス４５１の径を第２オリフィス４５２の径よりも小さく形成し、第１クレビス５１と第２クレビス５２に圧縮力を作用するときの緩衝作用を、引張力を作用するときの緩衝作用よりも大きく設定してもよい。また、第１オリフィス４５１の径を第２オリフィス４５２の径と同じに形成して、圧縮力に対する緩衝作用と引張力に対する緩衝作用とを同じに設定してもよい。

本実施形態の緩衝機能付きタイロッド４１０によれば、このタイロッド４１０で支持する対象が、地震や風や活荷重を受けたときに、対象に加わる衝撃や振動を効果的に抑制することができる。また、第１クレビス５１と第２クレビス５２の間に圧縮力が作用するとき、耐座屈材である三角管４３に作用する圧縮力を効果的に緩衝し、座屈防止を行うことができる。

上記実施形態において、耐座屈材としての三角管４３の両端を閉鎖してシリンダを形成し、このシリンダ内に三角柱形状のピストン４５を収容して緩衝機能付きタイロッド４１０を構成したが、耐座屈材の内側に円筒形状のシリンダを設け、このシリンダ内に円筒形状のピストンを収容して緩衝機能付きタイロッドを構成してもよい。円筒形状のシリンダは、耐座屈材の内側面を円筒形状に成形して設けてもよく、あるいは、耐座屈材の内側に円筒形部材を収容して設けてもよい。

上記各実施形態において、構造用部材１，２１，３１，４１の両端にクレビス４，２４，３４，５１，５２を固定してタイロッド１０，２１０，３１０，４１０を構成したが、構造用部材１，２１，３１，４１の両端に、口金とリベットの挿通孔を有するフランジとを有する接続具を固定して、リベットで対象に固定されるタイロッドを構成してもよい。

１，２１，３１，４１ 構造用部材
２，４２ 芯材
３，３３，４３ 三角管
４，２４，３４，５１，５２ クレビス
５，２５，３５，５３，５４ クレビスの口金部
６ クレビスのプレート部
７，３７ 外装材
１０，２１０，３１０，４１０ タイロッド
４５ ピストン
４５１ ピストンの第１オリフィス
４５２ ピストンの第２オリフィス
４５３ ピストンの第１弁体
４５４ ピストンの第２弁体

Claims (6)

1. 線状の芯材と、
   上記芯材を取り囲む中空の三角形断面を有する複数の耐座屈材と、
   上記複数の耐座屈材の外周を取り囲んで一体化する外装材とを備え、
   上記複数の耐座屈材は、隣り合う耐座屈材の側面が互いに接すると共に、これらの接する側面が、軸直角断面において上記芯材を中心とする放射状をなすように配置されており、
   上記複数の耐座屈材は、軸直角断面において直角二等辺三角形状を有し、
   隣り合う上記耐座屈材が、軸直角断面において互いに同じ長さの辺を接するように配置されて、上記複数の耐座屈材の軸直角断面が正方形の輪郭を成すように形成されていることを特徴とする構造用部材。
2. 請求項１に記載の構造用部材において、
   上記耐座屈材の内側に、充填材が充填されていることを特徴とする構造用部材。
3. 請求項２に記載の構造用部材において、
   上記耐座屈材の内側に形成され、上記芯材が軸方向に駆動可能に貫通したシリンダと、
   上記芯材に固定され、上記シリンダ内を作動流体としての上記充填材で満たされた２つの室に区画するピストンとを備え、
   上記芯材の一端と上記シリンダの他端とが、引張力又は圧縮力を受けて軸方向に相対変位可能に形成されており、上記芯材の他端側が、最大変位を成したときに上記シリンダの他端側に係合する一方、上記シリンダの一端側が、最小変位を成したときに上記芯材の一端側に係止するように形成されていることを特徴とする構造用部材。
4. 線状の芯材と、
   上記芯材を取り囲む中空の三角形断面を有する耐座屈材と
   を備え、
   上記耐座屈材の内側に、充填材が充填されており、
   上記耐座屈材の内側に形成され、上記芯材が軸方向に駆動可能に貫通したシリンダと、
   上記芯材に固定され、上記シリンダ内を作動流体としての上記充填材で満たされた２つの室に区画するピストンとを備え、
   上記芯材の一端と上記シリンダの他端とが、引張力又は圧縮力を受けて軸方向に相対変位可能に形成されており、上記芯材の他端側が、最大変位を成したときに上記シリンダの他端側に係合する一方、上記シリンダの一端側が、最小変位を成したときに上記芯材の一端側に係止するように形成されていることを特徴とする構造用部材。
5. 請求項３又は４に記載の構造用部材において、
   上記ピストンに、上記作動流体を上記２つの室の間で流通させる流体通路が設けられていることを特徴とする構造用部材。
6. 請求項３又は４に記載の構造用部材において、
   上記ピストンの流体通路は、上記作動流体の流れる方向に応じて異なる抵抗力が生じるように形成されていることを特徴とする構造用部材。

Images