JP5053998B2 - Negative rigid device and seismic isolation structure provided with the negative rigid device - Google Patents

Negative rigid device and seismic isolation structure provided with the negative rigid device Download PDF

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Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、重力の作用する方向（鉛直方向）に転動又は摺動を生じさせ、水平力と水平変位との関係において負の剛性を生じる負の剛性装置、並びに該負の剛性及び摩擦減衰を利用した建築又は土木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、振子型の滑り摩擦装置等は、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、前記振子型の滑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速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滑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】
一方、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の耐震設計において、地震、風又は交通振動等の動的入力による構造物、及びその周辺の応答値のうちのいくつかを、振動エネルギ吸収装置により低減し、ある制限値以内に制御する方法が採られている。その中でも、振動エネルギ吸収装置を構造物内又は／及び構造物外に取り付け、該振動エネルギ吸収装置によって地震等の動的入力によって励起された構造物の振動応答を低減しようとする方法が最も有力な手段の一つである。
【０００６】
前記振動エネルギ吸収装置として用いられる従来のダンパーには、エネルギ吸収特性が優れている装置がいくつかあり、また各々特有の特徴がある。例えば、粘性系であるオイルダンパーを例に挙げると、構造物の持つ剛性にダンパーの減衰を付加した場合、このダンパーは、振動速度に比例した減衰力を概略仮定することで、減衰定数という形式で性能を設定することができる。
【０００７】
また、特許文献２には、抵抗力を受ける構造物、又は、抵抗力と復帰手段の復元力とを受ける免震構造物の部位の剛性を特に大きくしなくても良い上に、広い占有スペースを必要とせず、小型に構成することのできる振動エネルギ吸収装置等が開示されている。
【０００８】
この振動エネルギ吸収装置は、液体を収容する円筒シリンダ内を２つの室に区画する可動なピストンと、可変オリフィスを介して２室を連通させる連通手段と、ピストンの円筒シリンダに対する相対的な移動方向に基づいて可変オリフィスを選択するとともに、ピストンの円筒シリンダに対する相対的な移動位置に基づいてオリフィス径を決定する選択・決定手段とを具備している。
【０００９】
【特許文献１】
日本特開２００３−２８７０７９号公報
【特許文献２】
日本特開２００４−３０１３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、特許文献１には、負の剛性を構造物へ付与する負の剛性装置が開示されているが、免震構造物として使用する場合には、構造物の剛性を調整する機能を有し効果的であるが、少なくとも減衰機能を有した別の装置が必要である。
【００１１】
さらには、この負の剛性装置は、ローラー材の場合は転動し易く、可動部材の場合は線接触のため摺動し易いため、安定して直立位置を保持することができない虞がある。このことは、小さい入力で作動することに他ならないため、応答性の良さを保証するものではあるが、反面小さな入力で容易に装置の設置中心位置が動いてしまうことになり、施工面での工夫が必要となる。
［００１２］
すなわち、特許文献１に記載の負の剛性装置は、免震構造物として小地震時や風による比較的小さな入力の場合には、免震構造物が不要な振動を生じないように、通常与えられるトリガー機能を負担することができず、該負の剛性装置を使用した場合は、別途設ける復元力（原点復帰能力）を有する装置及び／又はエネルギ吸収装置にトリガー機能を持たせる必要があった。
［００１３］
また、特許文献１の負の剛性装置には、負の剛性を得るための手段として、可動部材が重力の作用する方向（鉛直方向）に滑らかに摺動するための方法として、下部材の表面形状を円弧状とする加工が施されているが、加工精度が必要であり、その分装置の製造コストが上昇するという問題があった。
［００１４］
一方、前記振動エネルギ吸収装置として用いられるオイルダンパーは、振動速度に比例した減衰力を概略仮定することで、減衰定数という形式で性能を設定することができるが、その際に構造物の持つ剛性と変位量から求められる水平力に対し、該オイルダンパーの持つ履歴減衰分の水平力が加算され、構造物に生じる水平力が構造物の持つ耐力以上になる可能性がある。
［００１５］
すなわち、ダンパーを付加することによって免震・制振効果を持たせているが、ダンパーを付加することで、剛性力を見かけ上増加させる結果となり、ダンパーを設置した構造物に、より大きな負荷を与える虞がある。従って、構造物の持つ剛性力以上の負荷をダンパーが構造物に与えてしまうという問題が生じている。
［００１６］
また、特許文献２に記載の負の剛性を有する振動エネルギ吸収装置は、免震構造物に使用する際、全体の剛性を特に大きくすることはないという利点があり、免震構造物の免震周期を伸ばし、免震効果を高めるという効果がある。その反面、構造そのものが複雑であり、さらには該負の剛性を有する振動エネルギ吸収装置の制御のために検出手段を別途設ける必要があった。
［００１７］
そこで、本発明は、上記従来の負の剛性装置における問題点に鑑みてなされたものであって、負の剛性により、構造物への過大な応力を防止したり、作用する応力を調整できる上に、復元力を有する装置（例えば積層ゴム体）の復元力を特に大きくする必要がないため免震構造物の免震周期を延長でき、また、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方を得ることも可能で、該摩擦減衰により免震構造物の減衰効果を増すことができ、静摩擦によるトリガー機能も付与できる装置であって、さらには加工精度を要する円弧状の部品を使用しなくとも簡単な構成で前記作用効果を具備する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を目的とする。
課題を解決するための手段
［００１８］
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、転動体又は摺動体の水平方向の転動又は摺動に伴って変形し、該転動体又は摺動体の水平変位が大きくなるほど、該転動体の転動面又は該摺動体の摺動面の下方への傾斜具合が大きくなる傾斜機構を備えることを特徴とする。
［００１９］
そして、本発明によれば、前記転動体と傾斜機構とを組み合わせることにより、簡単な構成を有し、加工も容易で、製造コストを低く抑えることが可能な負の剛性装置を提供することができ、構造物への過大な応力を防止したり、作用する応力を調整することができる。また、前記摺動体と傾斜機構とを組み合わせることにより、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方を有し、摩擦減衰により免震構造物の減衰効果を増すことができ、静摩擦によるトリガー機能も付与することが可能な負の剛性装置を提供することができる。
［００２０］
前記負の剛性装置において、前記転動体は、ローラー又は車輪であって、該ローラー又は車輪を上部材又は下部材に備えることができる。
［００２１］
本発明によれば、地震等の際に、上部材又は下部材のローラー又は車輪が水平方向に転動すると、転動面が傾斜するため、負の剛性を与えることができる。これによって、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。
［００２２］
前記負の剛性装置において、前記傾斜機構を、平面状転動板と、弾性材からなる弾性パッドとで構成することができる。傾斜機構の弾性パッドの弾性材の硬さを変更することで、弾性パッドの寸法的な変更を行わなくとも、転動体の移動時における弾性パッドの傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整することができる。
【００２３】
前記負の剛性装置において、前記弾性パッドの、前記転動体の転動方向の両端部側部分の弾性材の硬度と、中央側部分の弾性材の硬度とを異ならせることができる。これによって、平面状転動板の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できる。
【００２４】
前記負の剛性装置において、前記傾斜機構を、平面状転動板と、弾性体と薄肉鋼板とを積層した積層体とで構成することができる。積層体を構成する弾性体と薄肉鋼板の組み合わせを変更することによって、転動体の移動による積層体の傾斜具合を任意に変更することができ、これによって、負剛性の程度を調整することができる。
【００２５】
前記負の剛性装置において、前記積層体の、前記転動体の転動方向の両端部側部分の薄肉鋼板の積層数と、中央側部分の薄肉鋼板の積層数とを異ならせることができる。これによって、平面状転動板の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できる。
【００２６】
前記負の剛性装置におけるローラー又は車輪を有する上部材又は下部材と、該ローラー又は車輪との組み合わせを上下方向に２段にわたって、かつ互いに直交した状態で配置することができる。これによって、上述の特徴を有する負の剛性装置であって、上部材が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。
【００２７】
また、本発明は、転動体の水平方向の転動に伴って、該転動体の転動面の傾斜具合が変化する傾斜機構を備える剛性装置であって、前記転動体をローラー又は車輪とし、該ローラー又は車輪を上部材又は下部材に備え、前記傾斜機構を、前記転動体の転動方向の中央部分を支点とした転動板とし、前記転動体が該転動板上を転動するに従って、該転動板の前記中央部分を支点として該転動板が撓むように構成することができる。このような構成により、転動体を介して付加される鉛直方向からの荷重と、装置中心からの変位量による生じる曲げモーメントにより転動板に撓みを生じさせ、転動体が装置中心より水平移動するに従って部材の撓み量が大きくなることを利用して負の剛性を得ることができる。また、転動板の断面形状等を変更することで、転動板の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を容易に調整することができる。
【００２８】
前記負の剛性装置において、前記転動板の前記中央部分の支点を前記上部材又は下部材に固定することができる。これによって、転動体が装置中心位置より水平方向へ変位を生じると、該水平変位量に応じ、鉛直方向からの荷重とで生じる曲げモーメントの大きさが変化し、水平変形が大きくなるに従い、曲げモーメントも大きくなり、その結果固定部材から張り出された部分等の撓みが増加し、負の剛性を得ることができる。
【００２９】
前記負の剛性装置において、前記転動板の前記中央部分の支点を前記上部材又は下部材に固定せず、該転動板の端部の浮き上がりを防止する浮き上がり防止機構を備えることができる。これによって、支点部分の剛性を大きくしなくとも負の剛性を得ることができる。また、一の方向へ転動体が転動板上を転動して水平移動を生じた場合、シーソーのように他の方向の転動板の端部が浮き上がり、一定の勾配となってしまうが、浮き上がり防止機構を設けることで他の方向の浮き上がりを抑制することができるため、一の方向は一定の傾斜とはならず、転動体又は摺動体の水平方向の移動につれて、装置中央に配された支点部分の曲げモーメントが大きくなる結果、傾斜具合が変化し（具体的には、大きくなる方向に変化し）、負の剛性を得ることができる。
【００３０】
前記負の剛性装置において、前記転動板の転動方向の中央部分に配置される支点部材の平面寸法範囲では負の剛性を生じないように構成することができる。これによって、前記平面寸法範囲においては水平面を転動するため、負の剛性を生じさせないようにすることができ、構造物の水平変形が小さい範囲において負の剛性が不要である場合でも対応することができる。
【００３１】
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、減衰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、減衰特性を有する装置には金属ダンパー、オイルダンパ、粘性ダンパー、摩擦ダンパー等を用いることができる。
【００３２】
前記負の剛性装置において、摺動体を、上部材又は下部材と互いに回転可能に当接し、該上部材又は下部材とともに前記摺動面に対して移動するように構成することができる。
【００３３】
そして、本発明によれば、地震等の際に、摺動体と摺動面との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動体が上部材又は下部材との間で回転しながら摺動面の表面に沿って摺動するとともに、偏荷重が生じることで傾斜機構が傾くため徐々に下降していく。これにより、簡単な構成により、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮することができ、負の剛性により、構造物への過大な入力を防止し、構造物に作用する応力を調整し、免震構造物の免震周期を延長し、摩擦減衰作用により、免震構造物の減衰効果を増加させ、トリガー機能も付与することができる。
【００３４】
前記負の剛性装置において、前記傾斜機構を、平面状滑り板と、弾性材からなる弾性パッドとで構成することができ、傾斜機構の弾性パッドの弾性材の硬さを変更することで、弾性パッドの寸法的な変更を行わなくとも、摺動体の移動時における弾性パッドの傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整することができる。
【００３５】
前記負の剛性装置において、前記弾性パッドの、前記摺動体の摺動方向の両端部側部分の弾性材の硬度と、中央側部分の弾性材の硬度とを異ならせることができる。これによって、平面状滑り板の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できる。
【００３６】
前記負の剛性装置において、前記弾性パッドの厚さを中央部から端部に向かうにつれて漸増するように形成し、該弾性パッドを前記平面状滑り板とで挟持する支持部材を備えることができる。これによって、弾性パッドの端部の方が中央部より変形が大きくなるとともに、弾性パッドに生ずるせん断変形を抑制することができる。
【００３７】
前記負の剛性装置において、前記傾斜機構を、平面状滑り板と、弾性体と薄肉鋼板とを積層した積層体とすることができ、積層体を構成する弾性体と薄肉鋼板の組み合わせを変更することによって、転動体の移動による傾斜機構の傾斜具合を任意に変更することができ、これによって、負剛性の程度を調整することができる。
【００３８】
前記積層体の、前記摺動体の摺動方向の両端部側部分の薄肉鋼板の積層数と、中央側部分の薄肉鋼板の積層数とを異ならせることができる。これによって、平面状滑り板の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できる。
【００３９】
前記負の剛性装置において、前記傾斜機構を、上方又は下方が開口した箱状の下沓又は上沓に収納し、該傾斜機構の平面状滑り板の端部を前記下沓又は上沓の内壁に当接させることができる。これによって、箱状の下沓又は上沓の内壁近傍で弾性パッドに局所的な応力集中が発生することを防止し、平面状滑り板の滑らかな傾斜を確保することができる。
【００４０】
前記負の剛性装置における摺動体と当接する上部材又は下部材と、該摺動体との組み合わせを上下方向に２段にわたって、かつ互いに直交した状態で配置することができ、上述の特徴を有する負の剛性装置であって、上部材又は下部材が傾斜機構の平面状滑り板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。
【００４１】
また、前記負の剛性装置において、前記摺動体を、前記傾斜機構の平面状滑り板上を全水平方向に摺動可能とすることができる。これによって、該摺動体と互いに回転可能に当接する上部材又は下部材が傾斜機構の平面状滑り板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。この場合においても、傾斜機構を上方又は下方が開口した箱状の下沓又は上沓に収納し、該傾斜機構の平面状滑り板の端部を前記下沓又は上沓の内壁に当接させ、平面状滑り板の滑らかな傾斜を確保することができる。
【００４２】
前記負の剛性装置において、前記弾性パッドの、周辺部分の弾性材の硬度と、中心部分の弾性材の硬度とを異ならせることができる。これによって、平面状滑り板の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できる。
【００４３】
前記負の剛性装置において、前記弾性パッドの厚さを中心部から周辺部分に向かうにつれて漸増するように形成し、該弾性パッドを前記平面状滑り板とで挟持する支持部材を備えることができる。これによって、弾性パッドの周辺部の方が中心部より変形が大きくなるとともに、弾性パッドに生ずるせん断変形を抑制することができる。
【００４４】
前記負の剛性装置において、前記積層体の、周辺部分の薄肉鋼板の積層数と、中心部分の薄肉鋼板の積層数とを異ならせることができる。これによって、平面状滑り板の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できる。
【００４５】
また、本発明は、摺動体の水平方向の摺動に伴って、該摺動体の摺動面の傾斜具合が変化する傾斜機構を備え、前記摺動体は、上部材又は下部材と互いに回転可能に当接し、該上部材又は下部材とともに前記摺動面に対して移動する負の剛性装置であって、前記傾斜機構を、前記摺動体の摺動方向の中央部分を支点とした滑り板とし、前記摺動体が該滑り板上を摺動するに従って、該滑り板の前記中央部分を支点として該滑り板が撓むように構成することができる。このような構成により、摺動体を介して付加される鉛直方向からの荷重と、装置中心からの変位量による生じる曲げモーメントにより滑り板に撓みを生じさせ、転動体が装置中心より水平移動するに従って滑り板の撓み量が大きくなることを利用して負の剛性を得ることができる。また、滑り板の断面形状等を変更することで、滑り板の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を容易に調整することができる。
【００４６】
前記負の剛性装置において、前記滑り板の前記中央部分の支点を前記上部材又は下部材に固定することができる。これによって、摺動体が装置中心位置より水平方向へ変位を生じると、該水平変位量に応じ、鉛直方向からの荷重とで生じる曲げモーメントの大きさが変化し、水平変形が大きくなるに従い、曲げモーメントも大きくなり、その結果固定部材から張り出された滑り板部分等の撓みが増加し、負の剛性を得ることができる。
【００４７】
前記負の剛性装置において、前記滑り板の前記中央部分の支点を前記上部材又は下部材に固定せず、該滑り板の端部の浮き上がりを防止する浮き上がり防止機構を備えることができる。これによって、固定部材の剛性を大きくしなくとも負の剛性を得ることができる。また、一の方向へ摺動体が滑り板上を摺動し水平移動を生じた場合、シーソーのように他の方向の滑り板の端部が浮き上がり、一定の勾配となってしまうが、浮き上がり防止機構を設けることで他の方向の浮き上がりを抑制することができるため、一の方向は一定の傾斜とはならず、摺動体の水平方向の移動につれて、装置中央に配された支点部分の曲げモーメントが大きくなる結果、傾斜具合が変化し（具体的には、大きくなる方向に変化し）、負の剛性を得ることができる。
【００４８】
前記負の剛性装置において、前記摺動体は、前記傾斜機構の滑り板上を全水平方向に摺動可能とすることができる。これによって、該摺動体と互いに回転可能に当接する上部材又は下部材が傾斜機構の平面状滑り板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。
【００４９】
前記負の剛性装置において、前記滑り板の摺動方向の中央部分又は中心部分に配置される支点部材の平面寸法範囲では負の剛性を生じないように構成することができる。これによって、前記平面寸法範囲においては水平面を摺動するため、負の剛性を生じさせないことができ、構造物の水平変形が小さい範囲において負の剛性が不要である場合でも対応することができる。
【００５０】
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ができる。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。
【００５１】
また、前記負の剛性装置において、負剛性を得る構成を、弾性体からなる弾性パッドを使用した場合、転動板又は滑り板の曲げ変形を利用した場合のいずれの場合でも、上部構造物の水平変位が復元する場合（原点へ戻る場合）には、転動体又は摺動体を原点へ復元する方向への力が作用するため、地震動が終了した際に、過大な残留変形を防止する効果もある。
【発明の効果】
【００５２】
以上のように、本発明によれば、負の剛性により、構造物への過大な応力を防止したり、作用する応力を調整することができ、免震構造物の免震周期を延長することもでき、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方を有するように構成することも可能で、該摩擦減衰により免震構造物の減衰効果を増すことができ、静摩擦によるトリガー機能も付与できる装置であって、簡単な構成で前記作用効果を具備する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】
【００５３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００５４】
まず、本発明にかかる負の剛性装置のうち、転動体の水平方向の転動に伴って、転動体の転動面を傾斜可能とした傾斜機構を備える負の剛性装置について説明するが、この負の剛性装置等の説明に先立ち、負の剛性装置の原理について簡単に説明する。
【００５５】
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、各変位位置に対して水平力（抵抗力）が増加する。
【００５６】
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て水平力（抵抗力）が減少する。
【００５７】
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。
【００５８】
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、すなわち板付かまぼこのように中高で彎形の下部材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。
【００５９】
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。
【００６０】
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４ａは曲率半径Ｒを有する。
［００６１］
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。
［００６２］
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。
［００６３］
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、平面状転動板１２と、弾性材からなる弾性パッド１３とで構成される傾斜機構１１と、ローラー１４ｂを備えた上部材１４とで構成される。上部材１４は、ローラー１４ｂが回転可能に回転軸１４ｃに支持され、回転軸１４ｃはブラケット１４ａに固定される。
［００６４］
上記平面状転動板１２と上部材１４には、ステンレス鋼材、潤滑皮膜で被覆された鋼材、又はメッキを施した鋼材等を使用することができる。弾性パッド１３を形成する弾性材には、ゴム等を使用することができる。
［００６５］
上記構成により、図５（ａ）に示すように、上部材１４に上方から鉛直力Ｗが作用した状態で、地震等により左方向の水平力Ｆが加わると、上部材１４のローラー１４ｂが、傾斜機構１１の平面状転動板１２の表面に沿って転動し、図５（ｂ）に示すように、ローラー１４ｂが転動した位置で荷重が傾斜機構１１に加わるため、弾性パッド１３に偏荷重が作用する結果、平面状転動板１２が傾斜し、上部材１４には負の負荷が加わることとなるため、負の剛性装置として機能し、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。
［００６６］
また、本実施の形態では、傾斜機構１１の弾性パッド１３の弾性材の硬さを変更することで、弾性パッド１３の寸法的な変更を行わなくとも、上部材１４の移動時における弾性パッド１３の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できるという利点がある。また、弾性パッド１３の転動方向の両端部側部分の弾性材の硬度と、中央側部分の弾性材の硬度を変えることで傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できる。
【００６７】
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２０は、第１の実施の形態における弾性パッド１３に代えて、弾性体２３ａと薄肉鋼板２３ｂとを積層した積層体２３を備え、平面状転動板２２との組み合わせで傾斜機構２１を構成する。尚、上部材１４は、第１の実施の形態と同様の構成を有する。
【００６８】
上記構成により、上部材１４のローラー１４ｂが、傾斜機構２１の平面状転動板２２の上側表面に沿って転動すると、平面状転動板２２が傾斜し、負剛性を付与することができる。また、本実施の形態では、積層体２３を構成するゴム等の弾性体２３ａと、薄肉鋼板２３ｂとの組み合わせを変更することによって、また、積層体２３の転動方向の両端部側部分と中央側部分とで弾性体２３ａと薄肉鋼板２３ｂの組み合わせを変更することによって、上部材１４の移動による傾斜機構の傾斜具合を任意に変更することができ、これによって、負剛性の程度を調整することができる。
【００６９】
尚、上記実施の形態においては、傾斜機構１１、２１と、ローラー１４ｂを備えた上部材１４とを組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、下部材にローラーを設け、上方の傾斜構造の平面状転動板の表面に沿って転動させるようにして、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。
【００７０】
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。
【００７１】
この負の剛性装置３０は、平面状転動板３２と、弾性材からなる弾性パッド３３とで構成される傾斜機構３１と、平面状転動板３２上を転動するローラー３４ｂを備える中間部材３４と、中間部材３４の上側表面３４ｄを転動するローラー３５ｂを備えた上部材３５とで構成される。尚、ローラー３４ｂの軸線と、ローラー３５ｂの軸線とは互いに直交する。
【００７２】
中間部材３４は、ローラー３４ｂが回転可能に回転軸３４ｃに支持され、回転軸３４ｃはブラケット３４ａに固定される。上部材３５は、ローラー３５ｂが回転可能に回転軸３５ｃに支持され、回転軸３５ｃはブラケット３５ａに固定される。
【００７３】
上記構成により、中間部材３４のローラー３４ｂが、傾斜機構３１の平面状転動板３２の表面に沿って転動すると、平面状転動板３２が傾斜して、負剛性を与えることが可能となり、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。
【００７４】
また、本実施の形態では、中間部材３４と上部材３５とは、ともに平面状転動板３２に対して直交するように配置されているため、上部材３５は、中間部材３４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３４は平面状転動板３２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３５は、中間部材３４を介して平面状転動板３２に対して全方向に移動することができる。
【００７５】
尚、上記実施の形態においては、傾斜機構３１と、ローラー３４ｂを備えた中間部材３４と、ローラー３５ｂを備えた上部材３５とを組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、下部材及び中間部材にローラーを備えるようにし、上方に配置した傾斜機構と組み合わせるようにして、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。
【００７６】
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第１の実施の形態について、図８を参照しながら説明する。
【００７７】
この免震構造物４０は、構造物４１に、図４に示した負の剛性装置１０と、積層ゴム４２と、減衰器４３とを設置することにより構成される。
【００７８】
積層ゴム４２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。
【００７９】
また、地震発生後は、構造物４１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４２によって原点復帰を行う。
【００８０】
次に、本発明にかかる負の剛性装置のうち、摺動体の水平方向の摺動に伴って、摺動体が摺動する面を傾斜可能とした傾斜機構を備える負の剛性装置について説明するが、この負の剛性装置等の説明に先立ち、負の剛性を有する振動エネルギ吸収装置（ダンパー）の原理について説明する。
【００８１】
図９は、従来例を説明するためのものであって、例えば、左側のグラフに示すような正の剛性を有する積層ゴムに、真ん中の楕円形状の挙動を示す粘性ダンパーを取り付けた場合には、免震システムとして右側に示すような挙動を示すこととなる。ここで、積層ゴムの持つ剛性と変位量から求められる水平力に対し、ダンパーの持つ減衰分の水平力が加算されるのであるが、大地震等のせん断速度が大きい場合においては、粘性ダンパーに生じるばね要素がさらに加わるため、システム全体として考えた場合、構造物に生じる水平力が増加し、構造物の持つ耐力以上になる虞がある。
【００８２】
そこで、図１０に示すように、左側のグラフに示すような正の剛性を有する積層ゴムに、真ん中の右下がりの直線と縦軸に平行な直線からなる平行四辺形状の挙動を示すダンパー（滑り型の負剛性ダンパー、以下、単に「負の剛性装置」という）を取り付けると、免震システムとして右側に示すような正方形状の挙動を得ることが可能となる。すなわち、積層ゴムの持つ剛性と変位量から求められる水平力に対し、負の剛性装置の持つ履歴減衰分の水平力が加算されても、システム全体として考えた場合、構造物に生じる水平力が増加することを抑制することができ、構造物の持つ耐力以上になることを防止し得る。
【００８３】
図１１は、本発明にかかる負の剛性装置の第４の実施の形態を示し、この負の剛性装置５０は、平面状滑り板５２と、弾性材からなる弾性パッド５３とで構成される傾斜機構５１と、傾斜機構５１の平面状滑り板５２の表面に沿って摺動する摺動体５４と、上部材５５とで構成される。
【００８４】
図１２に示すように、上部材５５は、下方に開口する凹曲面状溝５５ａを有する。摺動体５４は、上部材５５の凹曲面状溝５５ａと同一曲率の凸曲面状上表面５４ａを有する。これによって、上部材５５と摺動体５４とが組み合わされた状態で、摺動体５４が上部材５５との間で回転しながら平面状滑り板５２の上表面を摺動し、これに伴い上部材５５が傾斜機構５１に対して相対移動することができる。
【００８５】
摺動体５４の摺動表面には所望の摩擦係数に応じ、フッ素樹脂等の樹脂系材料、交織布系材料、ベアリングプレート（固体潤滑剤付きを含む）等を使用することができ、上部材５５及び平面状滑り板５２には、ステンレス鋼材、潤滑皮膜で被覆された鋼材、又はメッキを施した鋼材等を使用することができる。また、上部材５５には、構造物の重量に加え、上部材５５を上方からばね等で押圧することにより負荷を加え所望の摩擦力を得ることもできる。
【００８６】
上記構成により、図１２（ａ）に示すように、上部材５５が上方からの鉛直力Ｗを受けている状態で、地震等によって摺動体５４に左方向の水平力Ｆが付加され、平面状滑り板５２と摺動体５４との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動体５４は、図１２（ｂ）に示すように、上部材５５の凹曲面状溝５５ａとの間で回転しながら上部材５５とともに平面状滑り板５２の表面に沿って左方向に摺動し、その際偏荷重が傾斜機構５１に作用するため、平面状滑り板５２が傾斜し、徐々に下降していく。この際、摺動体５４の変位が大きくなるに従って、摺動体５４には負の負荷が加わることとなるため、図１０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。
【００８７】
また、弾性パッド５３の弾性体の硬さを変更することで、傾斜機構５１の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できる。さらに、弾性パッド５３の摺動方向の両端部側部分の弾性材の硬度と、中央側部分の弾性材の硬度を変えることで、傾斜機構５１の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できる。
【００８８】
図１３は、本発明にかかる負の剛性装置の第５の実施の形態を示し、この負の剛性装置６０は、傾斜機構６１の弾性パッド６３の厚さを中央部から端部に向かうにつれて漸増するように形成し、この弾性パッド６３を平面状滑り板６２とで挟持する支持部材６４を備える。尚、摺動体５４及び上部材５５は、第４の実施の形態と同様の構成を有する。
【００８９】
上記構成により、摺動体５４が上部材５５とともに、傾斜機構６１の平面状滑り板６２の表面に沿って摺動すると、平面状滑り板６２が傾斜し、負剛性を付与することができる。ここで、弾性パッド６３の厚さを中央部から端部に向かうにつれて漸増するように形成しているため、弾性パッド６３の端部の方が中央部より変形が大きくなるとともに、摺動体５４が平面滑り板６２の表面に沿って摺動する際の摩擦力により生ずる弾性パッド６３のせん断変形を抑制することができる。
【００９０】
図１４は、本発明にかかる負の剛性装置の第６の実施の形態を示し、この負の剛性装置７０は、図１１に示した第４の実施の形態における弾性パッド５３に代えて、弾性体７３ａと薄肉鋼板７３ｂとを積層した積層体７３を備え、平面状滑り板７２との組み合わせで傾斜機構７１を構成する。尚、摺動体５４と、上部材５５とは、第４の実施の形態と同様の構成を有する。このように構成することにより、積層体７３の弾性体７３ａと薄肉鋼板７３ｂの組み合わせを変更して、摺動体５４の移動による傾斜機構の傾斜具合を任意に変更することができ、これによって、負剛性の程度を調整することができる。
【００９１】
図１５は、本発明にかかる負の剛性装置の第７の実施の形態を示し、この負の剛性装置８０は、平面状滑り板８２と、弾性材からなる弾性パッド８３とで構成される傾斜機構８１を、上方が開口した箱状の下沓８４に収納している。また、この際、平面状滑り板８２の端部を下沓８４の内壁に当接するように構成している
【００９２】
この下沓８４を設けるとともに、平面状滑り板８２との位置関係を上述のようにした理由は以下のとおりである。すなわち、図１６に示すように、下沓８４を設けただけでは、図１６（ａ）の状態で摺動体５４に鉛直力Ｗ及び左方向の水平力Ｆが加わると、図１６（ｂ）に示すように、平面状滑り板８２の左端部により、弾性パッド８３の左端部に局所的に応力が集中して弾性パッド８３の一部８３ａが盛り上がり、平面状滑り板８２の滑らかな傾斜が妨げられる。
【００９３】
そこで、図１７に示すように、平面状滑り板８２の端部を下沓８４の内壁に当接するように構成すると、図１７（ａ）の状態で摺動体５４に鉛直力Ｗ及び左方向の水平力Ｆが加わると、図１７（ｂ）に示すように、平面状滑り板８２の左端部が下沓８４の内壁に沿って下方に移動するため、弾性パッド８３に局所的な応力集中が発生することがなく、平面状滑り板８２が滑らかに傾斜することができる。
【００９４】
図１８は、本発明にかかる負の剛性装置の第８の実施の形態を示し、この負の剛性装置９０は、図１４及び図１５に示した各々の構成を組み合わせたものであり、箱状の下沓９４によって、平面状滑り板９２の滑らかな傾斜を確保するとともに、弾性体９３ａと薄肉鋼板９３ｂとを積層した積層体９３を用いて摺動体５４の移動による傾斜機構９１の傾斜を任意に変更することができる。
【００９５】
次に、本発明にかかる負の剛性装置の第９の実施の形態について、図１９を参照しながら説明する。
【００９６】
この負の剛性装置１００は、平面状滑り板１０２と、弾性材からなる弾性パッド１０３とで構成される傾斜機構１０１と、第１の摺動体１０４と、中間部材１０５と、第２の摺動体１０６と、上部材１０７とで構成される。ここで、第１の摺動体１０４は、中間部材１０５とともに平面状滑り板１０２の表面に沿って摺動し、第２の摺動体１０６は、上部材１０７とともに中間部材１０５の上表面に沿って摺動する。また、第１の摺動体１０４の軸線と、第２の摺動体１０６の軸線とは互いに直交する。
【００９７】
この負の剛性装置１００は、図１１に示した負の剛性装置５０における摺動体５４及び上部材５５を上下方向に２段にわたって、かつ互いに直交した状態で配置したものであって、負の剛性装置５０と同様の効果を奏するとともに、上部材１０７は、中間部材１０５に対して第１の摺動体１０４の軸線に対して垂直な方向に移動可能であり、一方、中間部材１０５は平面状滑り板１０２に対して第１の摺動体１０４の軸線に対して垂直な方向に移動可能となる。これによって、上部材１０７は、中間部材１０５を介して平面状滑り板１０２に対して全方向に移動することが可能となる。
【００９８】
尚、上記実施の形態においては、下方に開口する凹曲面状溝を有する上部材１０７と、下方に開口する凹曲面状溝を有する中間部材１０５と、傾斜機構１０１と、２つの摺動体１０４、１０６を組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、上方に開口する凹曲面状溝を有する下部材と、上方に開口する凹曲面状溝を有する中間部材と、傾斜機構と、２つの摺動体を組み合わせることによって、上記の負の剛性装置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。
【００９９】
次に、本発明にかかる負の剛性装置の第１０の実施の形態について、図２０を参照しながら説明する。
【０１００】
この負の剛性装置１１０は、平面状滑り板１１２と、弾性材からなる弾性パッド１１３とで構成される傾斜機構１１１と、摺動体１１４と、上部材１１５とで構成される。ここで、上部材１１５は、下方に開口する球面状凹部１１５ａを有し、摺動体１１４は、上部材１１５の球面状凹部１１５ａと同一曲率の凸球面状上表面１１４ａを有する。
【０１０１】
図２０（ｃ）に示すように、上部材１１５と、摺動体１１４と、傾斜機構１１１とを組み合わせ、上部材１１５の上方から鉛直力Ｗを付加する。そして、地震等により、摺動体１１４に右方向の水平力Ｆが付加され、摺動体１１４と傾斜機構１１１との間に静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動体１１４は、上部材１１５の球面状凹部１１５ａとの間で回転しながら上部材１１５とともに傾斜機構１１１の平面状滑り板１１２の表面に沿って摺動し、その際偏荷重が傾斜機構１１１に作用するため、平面状滑り板１１２が傾斜し、徐々に下降していく。この際、上部材１１５の変位が大きくなるに従って、上部材１１５には負の負荷が加わることとなるため、前述の図１０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。
【０１０２】
また、本実施の形態においては、摺動体１１４と上部材１１５とが互いに球面で接触しているため、上部材１１５は、傾斜機構１１１に対して全方向に移動することができる。また、弾性パッド１１３の弾性体の硬さを変更することで、傾斜機構１１１の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できる。さらに、弾性パッド１１３の周辺部分の弾性材の硬度と、中心部分の弾性材の硬度を変えることで、傾斜機構１１１の傾斜具合を任意に変更できるため、負の剛性の程度を調整できる。
【０１０３】
尚、傾斜機構１１１の弾性パッド１１３の厚さを中心部から周辺部分に向かうにつれて漸増するように形成し、この弾性パッド１１３を平面状滑り板１１２とで挟持する、例えば、ドーム状の支持部材（図示せず）を備えることで、弾性パッド１１３の周辺部の方が中央部より変形が大きくなるとともに、摺動体１１４が平面滑り板１１２の表面に沿って摺動する際の摩擦力により生ずる弾性パッド１１３のせん断変形を抑制できる。
【０１０４】
尚、上記実施の形態においては、下方に開口する球面状凹部１１５ａを有する上部材１１５と、凸球面状上表面１１４ａを有する摺動体１１４と、傾斜機構１１１とを組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、下部材に上方に開口する球面状凹部を設け、上方に傾斜機構１１１を設け、これらの間を摺動体１１４が摺動するように構成し、上記と同様の作用効果を奏することもできる。
【０１０５】
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２１を参照しながら説明する。
【０１０６】
この免震構造物１２０は、構造物１２１に、図１５の負の剛性装置８０と、積層ゴム１２２を設置することにより構成される。
【０１０７】
積層ゴム１２２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８０と組み合わせることにより、免震構造物全体の特性として広い範囲で線形性を有する剛性と、併せて減衰を得ることが可能となる。
【０１０８】
また、地震発生後は、構造物１２１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８０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１２２によって原点復帰を行う。
【０１０９】
図２２は、本発明にかかる負の剛性装置の第１１の実施の形態を示し、この負の剛性装置１３０は、図２２（ａ）及び（ｃ）に示すように、下部材１３５にボルト１３７で固定された支持部１３３及び滑り板１３２とで構成される傾斜機構１３１と、滑り板１３２の上表面を摺動する摺動体１３４と、上部材１３６とで構成される。
【０１１０】
支持部１３３は、滑り板１３２の支点として機能する。滑り板１３２は金属板等からなり、中央部において支持部１３３に固定されている。
【０１１１】
図２２（ｃ）に示すように、上部材１３６は、下方に開口する凹曲面状溝１３６ａを有する。摺動体１３４は、上部材１３６の凹曲面状溝１３６ａと同一曲率の凸曲面状上表面１３４ａを有する。これによって、上部材１３６と摺動体１３４とが組み合わされた状態で、摺動体１３４が上部材１３６との間で回転しながら滑り板１３２の上表面を摺動し、これに伴い上部材１３６が傾斜機構１３１に対して相対移動することができる。
【０１１２】
上記構成により、図２２（ａ）に示すように、上部材１３６が上方からの鉛直力Ｗを受けている状態で、地震等によって右方向の水平力Ｆが付加され、滑り板１３２と摺動体１３４との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動体１３４は、図２２（ｂ）に示すように、上部材１３６との間で回転しながら上部材１３６とともに滑り板１３２の表面に沿って右方向に摺動し、その際、偏荷重が滑り板１３２に作用するため、滑り板１３２が弾性変形して傾斜し、摺動体１３４は徐々に下降していく。この際、摺動体１３４の変位が大きくなるに従って、摺動体１３４には負の負荷が加わることとなるため、図１０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。
【０１１３】
また、負の剛性装置１３０が実際に施工された場合に、負の剛性装置１３０の負剛性の程度が使用上好ましくなかった場合でも、滑り板１３２の厚みを加工により薄くして撓み易くしたり、滑り板１３２の下面側に適宜リブを設け、滑り板１３２の断面係数を大きくすることで撓みにくくしたりすることができ、容易に最適な負剛性を提供することが可能となる。
【０１１４】
また、図２２（ｃ）に示すように、支持部１３３の平面寸法Ｌを任意に変化させることで、平面寸法Ｌの範囲においては、摺動体１３４が水平方向に摺動する結果、負の剛性を生じさせないようにすることができる。これにより、負の剛性装置１３０を設置する構造物の水平変形が小さい範囲において、負の剛性が不要である場合においても容易に対応することができる。
【０１１５】
図２３は、本発明にかかる負の剛性装置の第１２の実施の形態を示し、この負の剛性装置１４０は、図２３（ａ）及び（ｃ）に示すように、図示しない下部材に固定される浮き上がり防止部材１４４と、浮き上がり防止部材１４４の内部に配置された支持部１４３及び滑り板１４２とで構成される傾斜機構１４１と、滑り板１４２の上表面を摺動する摺動体１４５と、上部材１４６とで構成される。
【０１１６】
支持部１４３は、浮き上がり防止部材１４４の内側上面に固定され、滑り板１４２の支点として機能する。滑り板１４２は金属板等からなり、中央部において支持部１４３に支持されているが、支持部１４３に固定されていない。浮き上がり防止部材１４４は、滑り板１４２の上方に位置する曲折部１４４ａにおいて滑り板１４２の両端部を覆うように構成される。
【０１１７】
図２３（ｃ）に示すように、上部材１４６は、下方に開口する凹曲面状溝１４６ａを有する。摺動体１４５は、上部材１４６の凹曲面状溝１４６ａと同一曲率の凸曲面状上表面１４５ａを有する。これによって、上部材１４６と摺動体１４５とが組み合わされた状態で、摺動体１４５が上部材１４６との間で回転しながら滑り板１４２の上表面を摺動し、これに伴い上部材１４６が傾斜機構１４１に対して相対移動することができる。
【０１１８】
上記構成により、図２３（ａ）に示すように、上部材１４６が上方からの鉛直力Ｗを受けている状態で、地震等によって右方向の水平力Ｆが付加され、滑り板１４２と摺動体１４５との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動体１４５は、図２３（ｂ）に示すように、上部材１４６との間で回転しながら上部材１４６とともに滑り板１４２の表面に沿って右方向に摺動し、その際、偏荷重が滑り板１４２に作用するため、滑り板１４２が弾性変形して傾斜し、摺動体１４５は徐々に下降していく。この際、摺動体１４５の変位が大きくなるに従って、摺動体１４５には負の負荷が加わることとなるため、図１０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。
【０１１９】
本実施の形態では、滑り板１４２を支持部１４３に固定せずに、滑り板１４２の端部の浮き上がりを防止する浮き上がり防止部材１４４を設けているため、支持部１４３の剛性を大きくしなくとも負の剛性を得ることができる。また、摺動体１４５が滑り板１４２上を右方向に摺動し水平移動を生じた場合、滑り板１４２の左側の端部が浮き上がり、一定の勾配になろうとするが、浮き上がり防止部材１４４によって滑り板１４２の左側の端部の浮き上がりを防止することができるため、滑り板１４２は一定の傾斜とはならず、摺動体１４５の水平方向の移動につれて支持部１４３への曲げモーメントが大きくなり、滑り板１４２の傾斜具合が大きくなるような負の剛性を得ることができる。
【０１２０】
尚、この負の剛性装置１４０においても、図２２に示した負の剛性装置１３０と同様に、滑り板１４２の断面形状を変化させたり、滑り板１４２の下面側に適宜リブを設けて断面係数を大きくすることで容易に最適な負剛性を提供することが可能となる。また、支持部１４３の平面寸法を任意に変化させることで、負の剛性を生じさせない範囲を変化させ、負の剛性が不要である場合に容易に対応することもできる。
【０１２１】
図２４は、本発明にかかる負の剛性装置の第１３の実施の形態を示し、この負の剛性装置１５０は、図示しない下部材に固定される浮き上がり防止部材１５４（１５４ａ〜１５４ｃ）と、浮き上がり防止部材１５４の内部に配置された支持部１５３及び滑り板１５２とで構成される傾斜機構１５１と、滑り板１５２の上表面を摺動する摺動体１５５と、上部材１５６とで構成される。
【０１２２】
支持部１５３は、浮き上がり防止部材１５４の基部１５４ａの内側上面に固定され、滑り板１５２の支点として機能する。滑り板１５２は、円形の金属板等からなり、中心部において支持部１５３に支持されているが、支持部１５３に固定されていない。浮き上がり防止部材１５４は、滑り板１５２の上方に位置する曲折部１５４ｅにおいて滑り板１５２の周辺部を覆うように構成される。
【０１２３】
浮き上がり防止部材１５４は、中心部に支持部１５３の下部を挿入可能な穴部１５４ｆと、側面に複数の雌ねじ部１５４ｇを備えた円板状の基部１５４ａと、基部１５４ａに雄ねじ１５４ｄと雌ねじ部１５４ｇを介して固定される側壁部１５４ｂ、１５４ｃとで構成され、組み立てられた状態で、図２４（ｂ）に示すように、基部１５４ａの中心部において支持部１５３を支持するとともに、滑り板１５２の周辺部を曲折部１５４ｅによって覆うように構成される。
【０１２４】
図２４（ｂ）に示すように、上部材１５６は、下方に開口する球面状凹部１５６ａを有する。摺動体１５５は、上部材１５６の球面状凹部１５６ａと同一曲率の凸球面状上表面１５５ａを有する。これによって、上部材１５６と摺動体１５５とが組み合わされた状態で、摺動体１５５が上部材１５６との間で回転しながら滑り板１５２の上表面を摺動し、これに伴い上部材１５６が傾斜機構１５１に対して相対移動することができる。
【０１２５】
上記構成により、図２４（ｂ）に示すように、上部材１５６が上方からの鉛直力Ｗを受けている状態で、地震等によって右方向の水平力Ｆが付加され、滑り板１５２と摺動体１５５との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動体１５５は、上部材１５６との間で回転しながら上部材１５６とともに滑り板１５２の表面に沿って右方向に摺動し、その際、偏荷重が滑り板１５２に作用するため、滑り板１５２が弾性変形して傾斜し、摺動体１５５は徐々に下降していく。この際、摺動体１５５の変位が大きくなるに従って、摺動体１５５には負の負荷が加わることとなるため、図１０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。
【０１２６】
本実施の形態では、上部材１５６と摺動体１５５とを球面構造を介して回転可能に組み合わせたため、上部材１５６及び摺動体１５５が滑り板１５２上を全水平方向に移動可能となり、いずれの方向の振動に対しても対応することができる。
【０１２７】
また、滑り板１５２の端部の浮き上がりを防止する浮き上がり防止部材１５４を設けているため、支持部１５３の剛性を大きくしなくとも負の剛性を得ることができるなどの利点があることは、図２２及び図２３に示した負の剛性装置１３０、１４０と同様であり、滑り板１５２の断面形状を変化させたり、滑り板１５２の下面側に適宜リブを設けて断面係数を大きくすることで容易に最適な負剛性を提供することも可能である。また、支持部１５３の平面寸法を任意に変化させ、負の剛性が不要である場合に容易に対応することもできる。
【０１２８】
尚、図２２乃至図２４に示した実施の形態においては、摺動体を備えた負の剛性装置の場合を例にとって説明したが、図２乃至図６に示したような転動体を備えた負の剛性装置についても、同様に傾斜機構１３１、１４１、１５１と組み合わせることで負の剛性装置を構成することもできる。
【０１２９】
また、図２１において、負の剛性装置８０に代えて、図２２乃至図２４に示した負の剛性装置１３０、１４０、１５０のいずれかを設置することができ、積層ゴム１２２と組み合わせて広い範囲で線形性を有する剛性と、併せて減衰を得ることができるとともに、地震発生後は、構造物１２１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１２０等も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１２２によって原点復帰を行う。
【０１３０】
さらに、図２２乃至図２４に示した負の剛性装置１３０、１４０、１５０の摺動体１３４、１４５、１５５に代えて、転動体を備えた負の剛性装置についても、図８において、負の剛性装置１０に代えて設置することができ、積層ゴム４２と組み合わせて広い範囲で線形性を得るとともに、地震発生後は、構造物４１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、負の剛性装置は抵抗力として作用するため、復元力特性を有する積層ゴム４２によって原点復帰を行う。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【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の負の剛性装置の動作説明図である。
【図６】本発明にかかる負の剛性装置の第２の実施の形態を示す斜視図である。
【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。
【図９】従来の線形ダンパーを用いた構造物全体の水平力−変位履歴を説明するための図である。
【図１０】本発明にかかる負の剛性装置を用いた構造物全体の水平力−変位履歴を説明するための図である。
【図１１】本発明にかかる負の剛性装置の第４の実施の形態を示す斜視図である。
【図１２】図１１の負の剛性装置の動作説明図である。
【図１３】本発明にかかる負の剛性装置の第５の実施の形態を示す斜視図である。
【図１４】本発明にかかる負の剛性装置の第６の実施の形態を示す斜視図である。
【図１５】本発明にかかる負の剛性装置の第７の実施の形態を示す斜視図である。
【図１６】図１５の負の剛性装置の作用効果を説明するための断面図である。
【図１７】図１５の負の剛性装置の作用効果を説明するための断面図である。
【図１８】本発明にかかる負の剛性装置の第８の実施の形態を示す斜視図である。
【図１９】本発明にかかる負の剛性装置の第９の実施の形態を示す斜視図である。
【図２０】本発明にかかる負の剛性装置の第１０の実施の形態を示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解断面図、（ｃ）は組立断面図である。
【図２１】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一部断面図である。
【図２２】本発明にかかる負の剛性装置の第１１の実施の形態の構成及び動作を説明するための図であって、（ａ）は初期状態を示す斜視図、（ｂ）は振動が付加された場合の斜視図、（ｃ）は（ａ）の断面図である。
【図２３】本発明にかかる負の剛性装置の第１２の実施の形態の構成及び動作を説明するための図であって、（ａ）は初期状態を示す斜視図、（ｂ）は振動が付加された場合の斜視図、（ｃ）は（ａ）の正面図である。
【図２４】本発明にかかる負の剛性装置の第１３の実施の形態を示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
【０１３２】
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 傾斜機構
１２ 平面状転動板
１３ 弾性パッド
１４ 上部材
１４ａ ブラケット
１４ｂ ローラー
１４ｃ 回転軸
２０ 負の剛性装置
２１ 傾斜機構
２２ 平面状転動板
２３ 積層体
２３ａ 弾性体
２３ｂ 薄肉鋼板
３０ 負の剛性装置
３１ 傾斜機構
３２ 平面状転動板
３３ 弾性パッド
３４ 中間部材
３４ａ ブラケット
３４ｂ ローラー
３４ｃ 回転軸
３４ｄ 上側表面
３５ 上部材
３５ａ ブラケット
３５ｂ ローラー
３５ｃ 回転軸
４０ 免震構造物
４１ 構造物
４２ 積層ゴム
４３ 減衰器
５０ 負の剛性装置
５１ 傾斜機構
５２ 平面状滑り板
５３ 弾性パッド
５４ 摺動体
５４ａ 凸曲面状上表面
５５ 上部材
５５ａ 凹曲面状溝
６０ 負の剛性装置
６１ 傾斜機構
６２ 平面状滑り板
６３ 弾性パッド
６４ 支持部材
７０ 負の剛性装置
７１ 傾斜機構
７２ 平面状滑り板
７３ 積層体
７３ａ 弾性体
７３ｂ 薄肉鋼板
８０ 負の剛性装置
８１ 傾斜機構
８２ 平面状滑り板
８３ 弾性パッド
８３ａ 弾性パッドの一部（盛り上がり部）
８４ 下沓
９０ 負の剛性装置
９１ 傾斜機構
９２ 平面状滑り板
９３ 積層体
９３ａ 弾性体
９３ｂ 薄肉鋼板
９４ 下沓
１００ 負の剛性装置
１０１ 傾斜機構
１０２ 平面状滑り板
１０３ 弾性パッド
１０４ 第１の摺動体
１０５ 中間部材
１０６ 第２の摺動体
１０７ 上部材
１１０ 負の剛性装置
１１１ 傾斜機構
１１２ 平面状滑り板
１１３ 弾性パッド
１１４ 摺動体
１１４ａ 凸球面状上表面
１１５ 上部材
１１５ａ 球面状凹部
１２０ 免震構造物
１２１ 構造物
１２２ 積層ゴム
１３０ 負の剛性装置
１３１ 傾斜機構
１３２ 滑り板
１３３ 支持部
１３４ 摺動体
１３４ａ 凸曲面状上表面
１３５ 下部材
１３６ 上部材
１３６ａ 凹曲面状溝
１３７ ボルト
１４０ 負の剛性装置
１４１ 傾斜機構
１４２ 滑り板
１４３ 支持部
１４４ 浮き上がり防止部材
１４４ａ 曲折部
１４５ 摺動体
１４５ａ 凸曲面状上表面
１４６ 上部材
１４６ａ 凹曲面状溝
１５０ 負の剛性装置
１５１ 傾斜機構
１５２ 滑り板
１５３ 支持部
１５４ 浮き上がり防止部材
１５４ａ 基部
１５４ｂ 側壁部
１５４ｃ 側壁部
１５４ｄ 雄ねじ
１５４ｅ 曲折部
１５４ｆ 穴部
１５４ｇ 雌ねじ部
１５５ 摺動体
１５５ａ 凸球面状上表面
１５６ 上部材
１５６ａ 球面状凹部【Technical field】
[0001]
The present invention relates to a negative rigidity device that causes rolling or sliding in the direction in which gravity acts (vertical direction) and generates negative rigidity in the relationship between horizontal force and horizontal displacement, and the negative rigidity and friction damping. It relates to seismic isolation structures used for buildings or civil engineering.
[Background]
[0002]
Various devices for adding to structures have been proposed as means for preventing excessive input to structures such as apartment houses such as apartments, office buildings, detached houses, and bridges. For example, a pendulum-type sliding friction device or the like is isolated by a period obtained from a circular arc of a sliding curved surface so that excessive input does not act on the upper structure. However, most of the various proposed devices have positive rigidity, and the sliding mechanism of the pendulum type sliding friction device slides in a direction opposite to the direction in which gravity acts. Since it moves upward with horizontal deformation, positive rigidity is produced.
[0003]
In general, an elastic-plastic damper made of a metal material has a positive rigidity due to work hardening, and a viscous damper made of a viscous material has a positive rigidity due to rigidity (spring) from an elastic characteristic generated in a high-speed region. A damper using a sliding mechanism that slides on a horizontal plane can be said to have zero rigidity, but the direction of incremental force deformation cannot be changed. In other words, it is impossible to control the rigidity of the entire structure.
[0004]
As means for solving such a problem, Patent Document 1 discloses that the magnitude of stress generated in the structural member is adjusted, the damping effect of the seismic control building is increased, or the insulation effect of the seismic external force in the seismic isolation building is provided. A negative rigid device that can be increased and a building structure using the negative rigid device are disclosed.
[0005]
On the other hand, in seismic design of apartment buildings such as condominiums, office buildings, detached houses, and bridges, etc., the structures by dynamic inputs such as earthquakes, winds or traffic vibrations, and the surrounding response values Some of them are reduced by a vibration energy absorbing device and controlled within a certain limit value. Among them, the most promising method is to attach a vibration energy absorbing device inside or / and outside the structure and reduce the vibration response of the structure excited by a dynamic input such as an earthquake by the vibration energy absorbing device. It is one of the means.
[0006]
The conventional damper used as the vibration energy absorbing device has several devices having excellent energy absorption characteristics, and each has its own characteristics. For example, when an oil damper, which is a viscous system, is taken as an example, when damping is added to the rigidity of a structure, this damper is assumed to be a damping constant by roughly assuming a damping force proportional to the vibration speed. Can set the performance.
[0007]
Patent Document 2 discloses that the rigidity of the structure that receives the resistance force or the seismic isolation structure that receives the resistance force and the restoring force of the return means does not need to be particularly large, and has a large occupied space. There is disclosed a vibration energy absorbing device and the like that can be configured in a small size.
[0008]
This vibration energy absorbing device includes a movable piston that divides the inside of a cylindrical cylinder that contains a liquid into two chambers, communication means that communicates the two chambers via a variable orifice, and a relative movement direction of the piston with respect to the cylindrical cylinder. And a selection / determination means for determining the orifice diameter based on the relative movement position of the piston with respect to the cylindrical cylinder.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-287079
[Patent Document 2]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-301306
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0010]
As described above, Patent Document 1 discloses a negative rigidity device that imparts negative rigidity to a structure. However, when used as a seismic isolation structure, the function of adjusting the rigidity of the structure is disclosed. However, there is a need for a separate device having at least a damping function.
[0011]
Furthermore, since this negative rigid device is easy to roll in the case of a roller material and is easy to slide because of a line contact in the case of a movable member, there is a possibility that the upright position cannot be stably maintained. Since this is nothing but to operate with a small input, it guarantees good responsiveness, but on the other hand, the installation center position of the device easily moves with a small input, Ingenuity is required.
[0012]
In other words, the negative rigid device described in Patent Document 1 is normally applied so that the seismic isolation structure does not generate unnecessary vibrations when a small earthquake occurs or when the input is relatively small due to wind. When the negative rigid device is used, it is necessary to provide a trigger function to a device and / or an energy absorption device that have a separate restoring force (origin return capability). .
[0013]
Further, in the negative rigidity device of Patent Document 1, as a means for obtaining negative rigidity, the surface of the lower member is used as a method for smoothly sliding the movable member in the direction in which gravity acts (vertical direction). Although the process which makes a shape circular arc is given, there existed a problem that a manufacturing precision was required and the manufacturing cost of the apparatus raised correspondingly.
[0014]
On the other hand, the oil damper used as the vibration energy absorbing device can set performance in the form of a damping constant by roughly assuming a damping force proportional to the vibration speed. In addition, the horizontal force for the hysteresis damping of the oil damper is added to the horizontal force obtained from the displacement amount, and the horizontal force generated in the structure may exceed the proof strength of the structure.
[0015]
In other words, the addition of a damper provides seismic isolation and vibration control effects, but the addition of a damper results in an apparent increase in rigidity, resulting in a greater load on the structure where the damper is installed. There is a risk of giving. Therefore, there is a problem that the damper gives a load to the structure that exceeds the rigidity of the structure.
[0016]
Further, the vibration energy absorbing device having negative rigidity described in Patent Document 2 has an advantage that the overall rigidity is not particularly increased when used for a base isolation structure. It has the effect of extending the cycle and enhancing the seismic isolation effect. On the other hand, the structure itself is complicated, and furthermore, it is necessary to separately provide detection means for controlling the vibration energy absorbing device having the negative rigidity.
[0017]
Therefore, the present invention has been made in view of the problems in the conventional negative rigidity device described above, and it is possible to prevent excessive stress on the structure or to adjust the acting stress by the negative rigidity. In addition, since it is not necessary to increase the restoring force of a device having a restoring force (for example, a laminated rubber body), it is possible to extend the seismic isolation cycle of the base-isolated structure. It is also possible to increase the damping effect of the seismic isolation structure by the friction damping, and to provide a trigger function by static friction, and without using arc-shaped parts that require machining accuracy. It is an object of the present invention to provide a negative rigid device having the above-described effect with a simple configuration and a seismic isolation structure including the negative rigid device.
Means for solving the problem
[0018]
In order to achieve the above object, the present invention is a negative rigid device, which is deformed along with the rolling or sliding of the rolling element or sliding body in the horizontal direction, and the horizontal displacement of the rolling element or sliding body is large. It is characterized by including an inclination mechanism that increases the degree of inclination downward of the rolling surface of the rolling element or the sliding surface of the sliding body.
[0019]
And according to this invention, it has a simple structure by combining the said rolling element and the inclination mechanism, and it is easy to process and provides the negative rigid apparatus which can hold down manufacturing cost low. It is possible to prevent excessive stress on the structure and to adjust the acting stress. In addition, by combining the sliding body and the tilt mechanism, one device has both negative rigidity and friction damping, and the damping effect of the seismic isolation structure can be increased by friction damping. Can be provided.
[0020]
In the negative rigid device, the rolling element may be a roller or a wheel, and the roller or the wheel may be provided on an upper member or a lower member.
[0021]
According to the present invention, when the roller or wheel of the upper member or the lower member rolls in the horizontal direction during an earthquake or the like, the rolling contact surface is inclined, so that negative rigidity can be given. Thus, for example, when considering the strain dependence of the laminated rubber body used in combination, the shear rigidity of the laminated rubber is not linear. Specifically, if the strain is large, the rigidity increases due to the hardening phenomenon. By combining with the negative rigid device according to the invention, linearity can be obtained in a wide range with a simple configuration.
[0022]
In the negative rigidity device, the tilting mechanism can be composed of a planar rolling plate and an elastic pad made of an elastic material. By changing the hardness of the elastic material of the elastic pad of the tilting mechanism, it is possible to arbitrarily change the inclination of the elastic pad when the rolling element moves without changing the dimensions of the elastic pad. Can be adjusted.
[0023]
In the negative rigidity device, the hardness of the elastic material at both ends of the elastic pad in the rolling direction of the rolling element can be made different from the hardness of the elastic material at the central side. Thereby, since the inclination degree of a planar rolling plate can be changed arbitrarily, the degree of negative rigidity can be adjusted.
[0024]
In the negative rigidity device, the tilting mechanism can be composed of a planar rolling plate and a laminate in which an elastic body and a thin steel plate are laminated. By changing the combination of the elastic body and the thin steel plate constituting the laminated body, the inclination of the laminated body due to the movement of the rolling elements can be arbitrarily changed, and thereby the degree of negative rigidity can be adjusted. .
[0025]
In the negative rigidity device, the number of thin steel plates stacked at both end portions in the rolling direction of the rolling elements of the laminate may be different from the number of thin steel plates stacked at the center side. Thereby, since the inclination degree of a planar rolling plate can be changed arbitrarily, the degree of negative rigidity can be adjusted.
[0026]
A combination of an upper member or a lower member having a roller or a wheel in the negative rigidity device and the roller or the wheel can be arranged in two stages in the vertical direction and orthogonal to each other. Accordingly, it is possible to realize a negative rigid device having the above-described characteristics, in which the upper member can move in all directions with respect to the lower member.
[0027]
Further, the present invention is a rigid device provided with a tilting mechanism in which the tilting condition of the rolling surface of the rolling element changes as the rolling element rolls in the horizontal direction, and the rolling element is a roller or a wheel, The roller or wheel is provided in an upper member or a lower member, and the tilt mechanism is a rolling plate having a central portion in the rolling direction of the rolling element as a fulcrum, and the rolling element rolls on the rolling plate. Accordingly, the rolling plate can be configured to bend using the central portion of the rolling plate as a fulcrum. With such a configuration, the rolling plate is deflected by the load applied from the vertical direction via the rolling element and the bending moment generated by the amount of displacement from the center of the apparatus, and the rolling element moves horizontally from the center of the apparatus. Accordingly, negative rigidity can be obtained by utilizing the fact that the amount of bending of the member increases. Moreover, since the inclination degree of a rolling plate can be changed arbitrarily by changing the cross-sectional shape etc. of a rolling plate, the grade of negative rigidity can be adjusted easily.
[0028]
In the negative rigidity device, a fulcrum of the central portion of the rolling plate can be fixed to the upper member or the lower member. As a result, when the rolling element is displaced in the horizontal direction from the center position of the device, the magnitude of the bending moment caused by the load from the vertical direction changes according to the amount of horizontal displacement, and the bending increases as the horizontal deformation increases. The moment also increases, and as a result, the deflection of the portion protruding from the fixing member increases, and negative rigidity can be obtained.
[0029]
The negative rigidity device may include a lift prevention mechanism that prevents the end of the rolling plate from being lifted without fixing the fulcrum of the central portion of the rolling plate to the upper member or the lower member. As a result, negative rigidity can be obtained without increasing the rigidity of the fulcrum part. In addition, when the rolling element rolls on the rolling plate in one direction and causes horizontal movement, the end of the rolling plate in the other direction rises like a seesaw, resulting in a constant gradient. Because the lifting prevention mechanism can suppress the lifting in the other direction, one direction does not have a constant inclination and is arranged at the center of the device as the rolling element or sliding body moves in the horizontal direction. As a result of the increase in the bending moment at the fulcrum portion, the inclination changes (specifically, changes in the increasing direction), and negative rigidity can be obtained.
[0030]
The negative rigidity device may be configured such that no negative rigidity is generated in a plane dimension range of a fulcrum member arranged at a central portion in the rolling direction of the rolling plate. As a result, the horizontal plane rolls in the plane dimension range, so that negative rigidity can be prevented from occurring, and even when the structure does not require negative rigidity in a range where the horizontal deformation of the structure is small, it is possible to cope. Can do.
[0031]
Furthermore, the present invention is a seismic isolation structure comprising the negative rigid device, a device having a restoring force characteristic, and a device having a damping characteristic. This makes it possible to utilize the negative rigidity of the negative rigidity device, facilitate the return of the origin of the structure after an earthquake or the like, and prevent the operating situation from becoming unstable during an aftershock or the like. Here, a spring device, a laminated rubber bearing device, or the like can be used as the device having the restoring force characteristic, and a metal damper, an oil damper, a viscous damper, a friction damper, or the like can be used as the device having the damping characteristic. .
[0032]
In the negative rigid device, the sliding body may be configured to abut against the upper member or the lower member so as to be rotatable relative to each other and to move with respect to the sliding surface together with the upper member or the lower member.
[0033]
According to the present invention, when a horizontal force exceeding the static friction force between the sliding body and the sliding surface is applied during an earthquake or the like, the sliding body slides while rotating between the upper member and the lower member. While sliding along the surface of the moving surface, the tilting mechanism tilts due to the occurrence of an offset load, so that it gradually descends. As a result, both functions of negative stiffness and friction damping can be achieved with a single device with a simple configuration, and the negative stiffness prevents excessive input to the structure and acts on the structure. Stress can be adjusted, the seismic isolation cycle of the base isolation structure can be extended, the damping effect of the base isolation structure can be increased by the friction damping function, and the trigger function can be added.
[0034]
In the negative rigidity device, the tilting mechanism can be composed of a planar sliding plate and an elastic pad made of an elastic material, and by changing the hardness of the elastic material of the elastic pad of the tilting mechanism, Even if the dimensions of the pad are not changed, the degree of inclination of the elastic pad during the movement of the sliding body can be arbitrarily changed, so that the degree of negative rigidity can be adjusted.
[0035]
In the negative rigid device, the hardness of the elastic material of the elastic pad at both end portions in the sliding direction of the sliding body of the elastic pad and the hardness of the elastic material of the central side portion can be made different. Thereby, since the inclination of the planar sliding plate can be arbitrarily changed, the degree of negative rigidity can be adjusted.
[0036]
The negative rigid device may include a support member that is formed so that the thickness of the elastic pad gradually increases from the central portion toward the end portion, and the elastic pad is sandwiched between the flat sliding plate. Thereby, the deformation of the end portion of the elastic pad becomes larger than that of the central portion, and the shear deformation generated in the elastic pad can be suppressed.
[0037]
In the negative rigidity device, the tilting mechanism can be a laminated body in which a planar sliding plate, an elastic body and a thin steel plate are laminated, and a combination of the elastic body and the thin steel plate constituting the laminated body is changed. Thus, the inclination of the inclination mechanism due to the movement of the rolling elements can be arbitrarily changed, and thereby the degree of negative rigidity can be adjusted.
[0038]
The number of laminations of the thin steel plates at both end portions in the sliding direction of the sliding body and the number of laminations of the thin steel plates at the central portion of the laminated body can be made different. Thereby, since the inclination of the planar sliding plate can be arbitrarily changed, the degree of negative rigidity can be adjusted.
[0039]
In the negative rigid device, the tilt mechanism is housed in a box-shaped lower or upper jar that opens upward or downward, and the end of the flat sliding plate of the tilt mechanism is the inner wall of the lower or upper heel It can be made to contact. As a result, local stress concentration can be prevented from occurring in the elastic pad near the inner wall of the box-shaped lower ridge or upper ridge, and a smooth inclination of the planar sliding plate can be ensured.
[0040]
A combination of the upper member or the lower member that comes into contact with the sliding body in the negative rigid device and the sliding body can be arranged in two stages in the vertical direction and in a state of being orthogonal to each other. It is possible to realize a negative rigid device in which the upper member or the lower member can move in all directions with respect to the planar sliding plate of the tilt mechanism.
[0041]
Further, in the negative rigid device, the sliding body can be slidable on the planar sliding plate of the tilt mechanism in all horizontal directions. Accordingly, it is possible to realize a negative rigid device in which the upper member or the lower member that is in contact with the sliding body so as to be rotatable with respect to each other can move in all directions with respect to the planar sliding plate of the tilt mechanism. Even in this case, the tilting mechanism is housed in a box-shaped lower or upper jar that opens upward or downward, and the end of the flat sliding plate of the tilting mechanism is brought into contact with the inner wall of the lower or upper heel. The smooth slope of the planar sliding plate can be ensured.
[0042]
In the negative rigidity device, the hardness of the elastic material in the peripheral portion and the hardness of the elastic material in the central portion of the elastic pad can be made different. Thereby, since the inclination of the planar sliding plate can be arbitrarily changed, the degree of negative rigidity can be adjusted.
[0043]
The negative rigid device may include a support member that is formed so that the thickness of the elastic pad gradually increases from the central portion toward the peripheral portion, and the elastic pad is sandwiched between the flat sliding plate. Accordingly, the deformation of the peripheral portion of the elastic pad is larger than that of the central portion, and shear deformation generated in the elastic pad can be suppressed.
[0044]
In the negative rigidity device, the number of laminated thin steel plates in the peripheral portion and the number of laminated thin steel plates in the central portion of the laminate can be made different. Thereby, since the inclination of the planar sliding plate can be arbitrarily changed, the degree of negative rigidity can be adjusted.
[0045]
In addition, the present invention includes an inclination mechanism that changes the inclination of the sliding surface of the sliding body as the sliding body slides in the horizontal direction, and the sliding body is rotatable relative to the upper member or the lower member. Is a negative rigid device that moves with respect to the sliding surface together with the upper member or the lower member, wherein the tilt mechanism is a sliding plate with a central portion in the sliding direction of the sliding body as a fulcrum. As the sliding body slides on the sliding plate, the sliding plate can be configured to bend using the central portion of the sliding plate as a fulcrum. With such a configuration, the sliding plate is bent by the load from the vertical direction applied through the sliding body and the bending moment generated by the displacement amount from the center of the apparatus, and the rolling element moves horizontally from the center of the apparatus. Negative rigidity can be obtained by utilizing an increase in the amount of bending of the sliding plate. In addition, since the slope of the sliding plate can be arbitrarily changed by changing the cross-sectional shape or the like of the sliding plate, the degree of negative rigidity can be easily adjusted.
[0046]
In the negative rigid device, a fulcrum of the central portion of the sliding plate can be fixed to the upper member or the lower member. As a result, when the sliding body is displaced in the horizontal direction from the center position of the device, the bending moment generated by the load from the vertical direction changes according to the amount of horizontal displacement, and as the horizontal deformation increases, the bending becomes larger. As a result, the moment is increased, and as a result, the bending of the sliding plate portion or the like protruding from the fixing member increases, and negative rigidity can be obtained.
[0047]
The negative rigid device may include a lift prevention mechanism that prevents the end of the slide plate from being lifted without fixing the fulcrum of the central portion of the slide plate to the upper member or the lower member. As a result, negative rigidity can be obtained without increasing the rigidity of the fixing member. Also, when the sliding body slides on the sliding plate in one direction and causes horizontal movement, the end of the sliding plate in the other direction rises like a seesaw, resulting in a certain gradient, but it prevents lifting. By providing a mechanism, lifting in other directions can be suppressed, so that one direction does not have a constant inclination, and as the slider moves in the horizontal direction, the bending moment of the fulcrum part placed in the center of the device As a result, the inclination degree changes (specifically, changes in an increasing direction), and negative rigidity can be obtained.
[0048]
In the negative rigid device, the sliding body may be slidable on the sliding plate of the tilt mechanism in all horizontal directions. Accordingly, it is possible to realize a negative rigid device in which the upper member or the lower member that is in contact with the sliding body so as to be rotatable with respect to each other can move in all directions with respect to the planar sliding plate of the tilt mechanism.
[0049]
The negative rigidity device may be configured such that negative rigidity is not generated in a plane dimension range of a fulcrum member disposed at a central portion or a central portion in a sliding direction of the sliding plate. As a result, the horizontal dimension is slid in the plane dimension range, so that no negative rigidity can be generated, and even when the structure has a small horizontal deformation, the negative rigidity is not necessary.
[0050]
Furthermore, this invention is a seismic isolation structure, Comprising: The said negative rigid apparatus and the apparatus which has a restoring force characteristic can be provided. This makes it possible to utilize the negative rigidity of the negative rigidity device, facilitate the return of the origin of the structure after an earthquake or the like, and prevent the operating situation from becoming unstable during an aftershock or the like. Here, a spring device, a laminated rubber bearing device, or the like can be used as the device having restoring force characteristics.
[0051]
Further, in the negative rigidity device, the structure for obtaining the negative rigidity is such that when an elastic pad made of an elastic body is used, or when bending deformation of a rolling plate or a sliding plate is used, the upper structure When the horizontal displacement is restored (when returning to the origin), a force in the direction of restoring the rolling element or the sliding body to the origin acts, so that the effect of preventing excessive residual deformation at the end of the earthquake motion is also achieved. is there.
【Effect of the invention】
[0052]
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent excessive stress on the structure due to the negative rigidity, or to adjust the acting stress, and to extend the seismic isolation cycle of the base isolation structure. It can also be configured to have both negative stiffness and friction damping in one device, the damping effect of the seismic isolation structure can be increased by the friction damping, and a trigger function by static friction can be added. It is an apparatus, Comprising: The negative rigid apparatus which comprises the said effect by simple structure, and the seismic isolation structure provided with this negative rigid apparatus can be provided.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0053]
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0054]
First, among the negative rigid devices according to the present invention, a negative rigid device provided with a tilting mechanism capable of tilting the rolling surface of the rolling element along with the horizontal rolling of the rolling element will be described. Prior to the description of the negative rigid device and the like, the principle of the negative rigid device will be briefly described.
[0055]
The graph on the left side of FIG. 1 shows the relationship between horizontal force and displacement when an external force such as an earthquake acts on a device having positive rigidity such as laminated rubber (hereinafter referred to as “positive rigidity device”). Expressed as a straight line. That is, when an external force is applied to the device and the displacement increases, the horizontal force (resistance force) increases with respect to each displacement position in order to counter the applied external force.
[0056]
On the other hand, the graph on the right shows the relationship between horizontal force and displacement when an external force such as an earthquake acts on a device with negative stiffness (hereinafter referred to as “negative stiffness device”). Expressed. That is, when an external force is applied to the apparatus and the displacement is increased, the horizontal force (resistance force) is decreased with respect to the displacement position caused by the external force applied instead of opposing the applied external force.
[0057]
The behavior when the positive and negative stiffness devices are combined is a combination of the above two graphs. As shown on the right side, the horizontal force is zero at any displacement and the stiffness is zero. It becomes the device of.
[0058]
For example, as shown in FIG. 2, the negative rigid device is a kamaboko-shaped, that is, a plate-shaped kamaboko-like middle member and a bowl-shaped lower member 1, and an upper surface 1 a rolling on the lower member 1 It can comprise with the roller 2 as a member. The upper surface 1a has a radius of curvature R.
[0059]
As shown in FIG. 2 (a), when a horizontal force F is applied to the roller 2, the roller 2 rolls leftward on the upper surface 1a as shown in FIG. It will fall. At this time, a negative load is applied to the roller 2 as the displacement of the roller 2 increases, and thus the behavior shown in the graph shown in the middle of FIG. 1 is taken. The same applies to the case where a horizontal horizontal force F is applied to the roller 2 as shown in FIG.
[0060]
Moreover, the said negative rigid apparatus can also be comprised with the wheel 5 as an upper member which rolls along the upper surface 4a of the lower member 4 of the semi-cylindrical shape, for example, as shown in FIG. Here, the wheel 5 receives a vertical force W from above. The upper surface 4a has a radius of curvature R.
[0061]
Even in such a configuration, as shown in FIG. 3 (a), when a horizontal force F is applied to the wheel 5, the wheel 5 moves leftward on the upper surface 4a as shown in FIG. 3 (b). Roll and gradually fall. At this time, since a negative load is applied to the wheel 5 as the displacement of the wheel 5 increases, the behavior shown in the graph shown in the middle of FIG. 1 is taken. In addition, as shown in FIG.3 (c), when the horizontal force F of the right direction is applied to the wheel 5, it is the same.
[0062]
Note that the stiffness (−K) of the negative stiffness device shown in FIG. 3 is calculated as (−K) = W / R from the relationship between the radius of curvature R and the weight W of the object, and the combined rubber or the like used together By appropriately combining with the positive rigidity K, the rigidity of the entire apparatus can be adjusted in any way.
[0063]
FIG. 4 shows a first embodiment of a negative rigid device according to the present invention. The negative rigid device 10 is composed of a planar rolling plate 12 and an elastic pad 13 made of an elastic material. It is comprised by the inclination mechanism 11 and the upper member 14 provided with the roller 14b. The upper member 14 is supported by a rotating shaft 14c so that the roller 14b can rotate, and the rotating shaft 14c is fixed to the bracket 14a.
[0064]
For the planar rolling plate 12 and the upper member 14, a stainless steel material, a steel material coated with a lubricating film, a plated steel material, or the like can be used. For the elastic material forming the elastic pad 13, rubber or the like can be used.
[0065]
With the above configuration, as shown in FIG. 5A, when a horizontal force F in the left direction is applied due to an earthquake or the like with a vertical force W acting on the upper member 14 from above, the roller 14b of the upper member 14 is Since the roller rolls along the surface of the planar rolling plate 12 of the tilting mechanism 11 and a load is applied to the tilting mechanism 11 at the position where the roller 14b rolls as shown in FIG. As a result of the biased load acting, the planar rolling plate 12 is inclined and a negative load is applied to the upper member 14, so that it functions as a negative rigid device and is shown in the graph shown in the middle of FIG. Will behave like this.
[0066]
Further, in the present embodiment, by changing the hardness of the elastic material of the elastic pad 13 of the tilt mechanism 11, the elastic pad 13 when the upper member 14 is moved can be obtained without changing the dimensions of the elastic pad 13. Since the degree of inclination can be arbitrarily changed, there is an advantage that the degree of negative rigidity can be adjusted. Moreover, since the inclination degree can be changed arbitrarily by changing the hardness of the elastic material at both end portions in the rolling direction of the elastic pad 13 and the hardness of the elastic material at the central portion, the degree of negative rigidity can be adjusted. .
[0067]
FIG. 6 shows a second embodiment of the negative rigid device according to the present invention, and this negative rigid device 20 replaces the elastic pad 13 in the first embodiment with an elastic body 23a and a thin steel plate. The tilting mechanism 21 is configured in combination with the planar rolling plate 22 provided with a laminate 23 in which 23b is laminated. The upper member 14 has a configuration similar to that of the first embodiment.
[0068]
With the above configuration, when the roller 14b of the upper member 14 rolls along the upper surface of the planar rolling plate 22 of the tilting mechanism 21, the planar rolling plate 22 tilts and can impart negative rigidity. . Moreover, in this Embodiment, by changing the combination of elastic bodies 23a, such as rubber | gum which comprises the laminated body 23, and the thin-walled steel plate 23b, the both ends side part and center of the rolling direction of the laminated body 23 are also provided. By changing the combination of the elastic body 23a and the thin steel plate 23b at the side portion, the inclination of the inclination mechanism due to the movement of the upper member 14 can be arbitrarily changed, thereby adjusting the degree of negative rigidity. Can do.
[0069]
In the above embodiment, the tilting mechanisms 11 and 21 and the upper member 14 provided with the roller 14b are combined. However, these are reversed in the vertical direction, the lower member is provided with a roller, and the upper tilting structure By rolling along the surface of the planar rolling plate, it can also be configured to achieve the same effects as described above.
[0070]
Next, a third embodiment of the negative rigid device according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0071]
This negative rigidity device 30 is an intermediate member that includes a tilting mechanism 31 composed of a planar rolling plate 32 and an elastic pad 33 made of an elastic material, and a roller 34b that rolls on the planar rolling plate 32. 34 and an upper member 35 provided with a roller 35b that rolls on the upper surface 34d of the intermediate member 34. The axis of the roller 34b and the axis of the roller 35b are orthogonal to each other.
[0072]
The intermediate member 34 is supported by a rotating shaft 34c so that the roller 34b can rotate, and the rotating shaft 34c is fixed to the bracket 34a. The upper member 35 is supported by a rotation shaft 35c so that the roller 35b can rotate, and the rotation shaft 35c is fixed to the bracket 35a.
[0073]
With the above configuration, when the roller 34b of the intermediate member 34 rolls along the surface of the planar rolling plate 32 of the tilting mechanism 31, the planar rolling plate 32 can tilt and give negative rigidity. The behavior shown in the graph shown in the middle of FIG.
[0074]
In the present embodiment, since the intermediate member 34 and the upper member 35 are both arranged so as to be orthogonal to the planar rolling plate 32, the upper member 35 is illustrated with respect to the intermediate member 34. 7 can be moved in the front-back direction of the paper surface of FIG. 7, while the intermediate member 34 is movable in the left-right direction of FIG. As a result, the upper member 35 can move in all directions with respect to the planar rolling plate 32 via the intermediate member 34.
[0075]
In the above embodiment, the tilting mechanism 31, the intermediate member 34 provided with the roller 34b, and the upper member 35 provided with the roller 35b are combined. The member can be provided with a roller and combined with an upwardly arranged tilting mechanism so as to achieve the same effect as described above.
[0076]
Next, a first embodiment of the seismic isolation structure using the negative rigid device according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0077]
The seismic isolation structure 40 is configured by installing the negative rigidity device 10 shown in FIG. 4, a laminated rubber 42, and an attenuator 43 on the structure 41.
[0078]
The laminated rubber 42 has a shear rigidity that is not linear, and when the strain is large, the rigidity is increased by a hardening phenomenon. Therefore, linearity can be obtained in a wide range by combining with the negative rigid device 10 according to the present invention.
[0079]
Further, after the earthquake occurs, the negative rigid device 10 acts as a resistance force when the structure 41 is returned to a predetermined position, that is, the origin of the structure. For this reason, the origin return is performed by the laminated rubber 42 having restoring force characteristics.
[0080]
Next, among the negative rigid devices according to the present invention, a negative rigid device provided with a tilting mechanism capable of tilting the surface on which the sliding body slides as the sliding body slides in the horizontal direction will be described. Prior to the description of the negative rigidity device and the like, the principle of a vibration energy absorbing device (damper) having negative rigidity will be described.
[0081]
FIG. 9 is a view for explaining a conventional example. For example, when a viscous damper having a middle elliptical shape is attached to a laminated rubber having a positive rigidity as shown in the left graph, FIG. As a seismic isolation system, the behavior shown on the right side will be shown. Here, the horizontal force of the damper's damping is added to the horizontal force obtained from the rigidity and displacement of the laminated rubber, but when the shear rate is large, such as a large earthquake, the viscous damper Since the generated spring element is further added, when the entire system is considered, the horizontal force generated in the structure increases, which may exceed the proof strength of the structure.
[0082]
Therefore, as shown in FIG. 10, a damper (slipper) having a behavior of a parallelogram composed of a straight lower straight line in the middle and a straight line parallel to the vertical axis is applied to a laminated rubber having positive rigidity as shown in the left graph. When a negative rigidity damper (hereinafter simply referred to as a “negative rigidity device”) is attached, it is possible to obtain a square behavior as shown on the right side as a seismic isolation system. In other words, even if the horizontal force corresponding to the hysteresis damping of the negative rigid device is added to the horizontal force obtained from the rigidity and displacement of the laminated rubber, the horizontal force generated in the structure is not considered when the entire system is considered. The increase can be suppressed, and it can be prevented from exceeding the proof stress of the structure.
[0083]
FIG. 11 shows a fourth embodiment of the negative rigid device according to the present invention. This negative rigid device 50 is composed of a flat sliding plate 52 and an elastic pad 53 made of an elastic material. The mechanism 51 includes a sliding body 54 that slides along the surface of the planar sliding plate 52 of the tilting mechanism 51, and an upper member 55.
[0084]
As shown in FIG. 12, the upper member 55 has a concave curved groove 55a that opens downward. The sliding body 54 has a convex curved upper surface 54 a having the same curvature as the concave curved groove 55 a of the upper member 55. As a result, in a state where the upper member 55 and the sliding body 54 are combined, the sliding body 54 slides on the upper surface of the planar sliding plate 52 while rotating between the upper member 55 and, accordingly, the upper member 55 can move relative to the tilt mechanism 51.
[0085]
Resin material such as fluororesin, union cloth material, bearing plate (including solid lubricant), etc. can be used for the sliding surface of the sliding body 54 according to a desired friction coefficient, and the upper member 55 The flat sliding plate 52 can be made of stainless steel, steel coated with a lubricating film, plated steel, or the like. In addition to the weight of the structure, a load can be applied to the upper member 55 by pressing the upper member 55 with a spring or the like from above to obtain a desired frictional force.
[0086]
With the above configuration, as shown in FIG. 12A, the horizontal force F in the left direction is applied to the sliding body 54 by an earthquake or the like in a state where the upper member 55 receives the vertical force W from above, and the planar shape When a horizontal force exceeding the static friction force between the sliding plate 52 and the sliding body 54 is applied, the sliding body 54 rotates between the concave curved groove 55a of the upper member 55 as shown in FIG. While sliding with the upper member 55 to the left along the surface of the planar sliding plate 52, the uneven load acts on the tilting mechanism 51, so that the planar sliding plate 52 tilts and gradually descends. Go. At this time, as the displacement of the sliding body 54 increases, a negative load is applied to the sliding body 54, so that the behavior shown in the graph shown in the middle of FIG.
[0087]
Moreover, since the inclination degree of the inclination mechanism 51 can be changed arbitrarily by changing the hardness of the elastic body of the elastic pad 53, the degree of negative rigidity can be adjusted. Furthermore, since the degree of inclination of the inclination mechanism 51 can be changed arbitrarily by changing the hardness of the elastic material at both end portions in the sliding direction of the elastic pad 53 and the hardness of the elastic material at the central side part, negative rigidity is obtained. Can be adjusted.
[0088]
FIG. 13 shows a fifth embodiment of the negative rigid device according to the present invention. The negative rigid device 60 gradually increases the thickness of the elastic pad 63 of the tilt mechanism 61 from the central portion toward the end portion. And a support member 64 that sandwiches the elastic pad 63 with the flat sliding plate 62. The sliding body 54 and the upper member 55 have the same configuration as that of the fourth embodiment.
[0089]
With the above configuration, when the sliding body 54 slides along with the upper member 55 along the surface of the planar sliding plate 62 of the tilting mechanism 61, the planar sliding plate 62 is tilted, and negative rigidity can be imparted. Here, since the thickness of the elastic pad 63 is formed so as to gradually increase from the central portion toward the end portion, the end portion of the elastic pad 63 is more deformed than the central portion, and the sliding body 54 is The shear deformation of the elastic pad 63 caused by the frictional force when sliding along the surface of the flat sliding plate 62 can be suppressed.
[0090]
FIG. 14 shows a sixth embodiment of the negative rigid device according to the present invention. This negative rigid device 70 is an elastic instead of the elastic pad 53 in the fourth embodiment shown in FIG. A tilting mechanism 71 is configured by a combination with a planar sliding plate 72 including a laminate 73 in which a body 73 a and a thin steel plate 73 b are laminated. The sliding body 54 and the upper member 55 have the same configuration as in the fourth embodiment. By configuring in this way, the combination of the elastic body 73a and the thin steel plate 73b of the laminated body 73 can be changed, and the inclination of the inclination mechanism due to the movement of the sliding body 54 can be arbitrarily changed. The degree of rigidity can be adjusted.
[0091]
FIG. 15 shows a seventh embodiment of the negative rigid device according to the present invention, and this negative rigid device 80 is an inclined structure composed of a planar sliding plate 82 and an elastic pad 83 made of an elastic material. The mechanism 81 is housed in a box-shaped lower jar 84 that opens upward. At this time, the end of the planar sliding plate 82 is configured to come into contact with the inner wall of the lower rod 84.
[0092]
The reason why the lower collar 84 is provided and the positional relationship with the planar sliding plate 82 is as described above is as follows. That is, as shown in FIG. 16, when the lower rod 84 is provided, when the vertical force W and the leftward horizontal force F are applied to the sliding body 54 in the state of FIG. As shown in the figure, the left end portion of the planar sliding plate 82 causes stress to concentrate locally on the left end portion of the elastic pad 83 so that a portion 83a of the elastic pad 83 rises, preventing the smooth inclination of the planar sliding plate 82. It is done.
[0093]
Therefore, as shown in FIG. 17, if the end of the planar sliding plate 82 is configured to contact the inner wall of the lower rod 84, the vertical force W and the leftward direction are applied to the sliding body 54 in the state of FIG. When the horizontal force F is applied, the left end portion of the planar sliding plate 82 moves downward along the inner wall of the lower rod 84 as shown in FIG. The flat sliding plate 82 can be smoothly inclined without being generated.
[0094]
FIG. 18 shows an eighth embodiment of the negative rigid device according to the present invention, and this negative rigid device 90 is a combination of the configurations shown in FIGS. The lower eaves 94 secures a smooth inclination of the planar sliding plate 92 and allows the inclination mechanism 91 to be arbitrarily inclined by the movement of the sliding body 54 using the laminated body 93 in which the elastic body 93a and the thin steel plate 93b are laminated. Can be changed.
[0095]
Next, a ninth embodiment of the negative rigid device according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0096]
The negative rigidity device 100 includes an inclined mechanism 101 including a planar sliding plate 102 and an elastic pad 103 made of an elastic material, a first sliding body 104, an intermediate member 105, and a second sliding body. 106 and an upper member 107. Here, the first sliding body 104 slides along the surface of the planar sliding plate 102 together with the intermediate member 105, and the second sliding body 106 moves along the upper surface of the intermediate member 105 together with the upper member 107. Slide. Further, the axis of the first sliding body 104 and the axis of the second sliding body 106 are orthogonal to each other.
[0097]
This negative rigidity device 100 is configured by arranging the sliding body 54 and the upper member 55 in the negative rigidity device 50 shown in FIG. 11 in two stages in the vertical direction and orthogonal to each other. The upper member 107 can move in the direction perpendicular to the axis of the first sliding body 104 with respect to the intermediate member 105, while the intermediate member 105 has a planar sliding effect. The plate 102 can move in a direction perpendicular to the axis of the first sliding body 104. Accordingly, the upper member 107 can move in all directions with respect to the planar sliding plate 102 via the intermediate member 105.
[0098]
In the above-described embodiment, the upper member 107 having a concave curved groove opening downward, the intermediate member 105 having a concave curved groove opening downward, the tilt mechanism 101, the two sliding bodies 104, 106, but these are reversed in the vertical direction, a lower member having a concave curved groove opening upward, an intermediate member having a concave curved groove opening upward, an inclination mechanism, and two sliding bodies By combining these, it is also possible to configure so as to achieve the same operational effects as the above-described negative rigid device.
[0099]
Next, a tenth embodiment of the negative rigid device according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0100]
The negative rigid device 110 includes an inclined mechanism 111 including a planar sliding plate 112 and an elastic pad 113 made of an elastic material, a sliding body 114, and an upper member 115. Here, the upper member 115 has a spherical concave portion 115a that opens downward, and the sliding body 114 has a convex spherical upper surface 114a having the same curvature as the spherical concave portion 115a of the upper member 115.
[0101]
As shown in FIG. 20C, the upper member 115, the sliding body 114, and the tilt mechanism 111 are combined, and a vertical force W is applied from above the upper member 115. When a horizontal force F in the right direction is applied to the sliding body 114 due to an earthquake or the like and a horizontal force exceeding the static friction force acts between the sliding body 114 and the tilt mechanism 111, the sliding body 114 is While sliding with the spherical concave portion 115a, the upper member 115 slides along the surface of the planar sliding plate 112 of the tilting mechanism 111. In this case, an uneven load acts on the tilting mechanism 111. 112 inclines and gradually descends. At this time, as the displacement of the upper member 115 increases, a negative load is applied to the upper member 115, and thus the behavior shown in the graph shown in the middle of FIG.
[0102]
In the present embodiment, the sliding member 114 and the upper member 115 are in spherical contact with each other, so that the upper member 115 can move in all directions with respect to the tilt mechanism 111. Moreover, since the inclination degree of the inclination mechanism 111 can be changed arbitrarily by changing the hardness of the elastic body of the elastic pad 113, the degree of negative rigidity can be adjusted. Furthermore, the degree of negative rigidity can be adjusted because the degree of inclination of the inclination mechanism 111 can be arbitrarily changed by changing the hardness of the elastic material in the peripheral part of the elastic pad 113 and the hardness of the elastic material in the central part.
[0103]
The thickness of the elastic pad 113 of the tilting mechanism 111 is formed so as to gradually increase from the central portion toward the peripheral portion, and the elastic pad 113 is sandwiched between the flat sliding plate 112, for example, a dome-shaped support member (Not shown), the deformation of the peripheral portion of the elastic pad 113 is larger than that of the central portion, and the frictional force generated when the sliding body 114 slides along the surface of the flat sliding plate 112 is generated. Shear deformation of the elastic pad 113 can be suppressed.
[0104]
In the above embodiment, the upper member 115 having the spherical concave portion 115a that opens downward, the sliding member 114 having the convex spherical upper surface 114a, and the tilting mechanism 111 are combined. And the lower member is provided with a spherical concave portion that opens upward, the inclined mechanism 111 is provided above, and the sliding body 114 is slid between them, and the same effect as described above is achieved. You can also.
[0105]
Next, an embodiment of a seismic isolation structure using the negative rigid device according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0106]
The seismic isolation structure 120 is configured by installing the negative rigidity device 80 of FIG. 15 and the laminated rubber 122 on the structure 121.
[0107]
The laminated rubber 122 has a shear rigidity that is not linear, and when the strain is large, the rigidity is increased by a hardening phenomenon. Therefore, by combining with the negative rigidity device 80 according to the present invention, it is possible to obtain a damping having a linearity in a wide range as a characteristic of the entire seismic isolation structure and a damping.
[0108]
In addition, after the earthquake occurs, the negative rigidity device 80 acts as a resistance force when the structure 121 is returned to a predetermined position, that is, the origin of the structure. Therefore, the origin return is performed by the laminated rubber 122 having the restoring force characteristic.
[0109]
FIG. 22 shows an eleventh embodiment of the negative rigid device according to the present invention, and this negative rigid device 130 has a bolt 137 attached to the lower member 135 as shown in FIGS. 22 (a) and 22 (c). Inclination mechanism 131 composed of support portion 133 and sliding plate 132 fixed in the above, sliding body 134 that slides on the upper surface of sliding plate 132, and upper member 136.
[0110]
The support part 133 functions as a fulcrum for the sliding plate 132. The sliding plate 132 is made of a metal plate or the like, and is fixed to the support portion 133 at the center.
[0111]
As shown in FIG. 22C, the upper member 136 has a concave curved groove 136a that opens downward. The sliding body 134 has a convex curved upper surface 134 a having the same curvature as the concave curved groove 136 a of the upper member 136. As a result, in a state where the upper member 136 and the sliding body 134 are combined, the sliding body 134 slides on the upper surface of the sliding plate 132 while rotating between the upper member 136 and accordingly, the upper member 136 It can move relative to the tilt mechanism 131.
[0112]
With the above configuration, as shown in FIG. 22A, a horizontal force F in the right direction is applied by an earthquake or the like in a state where the upper member 136 receives a vertical force W from above, and the sliding plate 132 and the sliding body When a horizontal force that exceeds the static friction force between the sliding member 134 and the upper member 136 is applied to the surface of the sliding plate 132 while rotating with the upper member 136 as shown in FIG. In this case, since the unbalanced load acts on the sliding plate 132, the sliding plate 132 is elastically deformed and tilted, and the sliding body 134 gradually descends. At this time, as the displacement of the sliding body 134 increases, a negative load is applied to the sliding body 134, and thus the behavior shown in the graph shown in the middle of FIG. 10 is taken.
[0113]
Further, when the negative rigidity device 130 is actually constructed, even if the negative rigidity of the negative rigidity device 130 is not preferable in use, the sliding plate 132 is thinned by processing to be easily bent. Further, by appropriately providing ribs on the lower surface side of the sliding plate 132 and increasing the section modulus of the sliding plate 132, it is possible to make it difficult to bend, and it is possible to easily provide optimum negative rigidity.
[0114]
Further, as shown in FIG. 22 (c), by arbitrarily changing the plane dimension L of the support portion 133, the sliding body 134 slides in the horizontal direction within the range of the plane dimension L, resulting in negative rigidity. Can be prevented. Thereby, in the range where the horizontal deformation of the structure in which the negative rigidity device 130 is installed is small, it is possible to easily cope with the case where the negative rigidity is unnecessary.
[0115]
FIG. 23 shows a twelfth embodiment of the negative rigid device according to the present invention, and this negative rigid device 140 is fixed to a lower member (not shown) as shown in FIGS. 23 (a) and (c). An inclined mechanism 141 composed of a lift prevention member 144, a support portion 143 and a slide plate 142 disposed inside the lift prevention member 144, a slide body 145 sliding on the upper surface of the slide plate 142, The upper member 146 is configured.
[0116]
The support portion 143 is fixed to the inner upper surface of the lifting prevention member 144 and functions as a fulcrum for the sliding plate 142. The sliding plate 142 is made of a metal plate or the like, and is supported by the support portion 143 at the center portion, but is not fixed to the support portion 143. The floating prevention member 144 is configured to cover both end portions of the sliding plate 142 at the bent portion 144 a located above the sliding plate 142.
[0117]
As shown in FIG. 23C, the upper member 146 has a concave curved groove 146a that opens downward. The sliding body 145 has a convex curved upper surface 145 a having the same curvature as the concave curved groove 146 a of the upper member 146. As a result, in a state where the upper member 146 and the sliding body 145 are combined, the sliding body 145 slides on the upper surface of the sliding plate 142 while rotating between the upper member 146 and the upper member 146 is moved accordingly. It can move relative to the tilt mechanism 141.
[0118]
With the above configuration, as shown in FIG. 23A, a horizontal force F in the right direction is applied by an earthquake or the like with the upper member 146 receiving a vertical force W from above, and the sliding plate 142 and the sliding body When a horizontal force exceeding the static friction force between the upper member 145 and the upper member 146 is rotated, the sliding member 145 rotates on the upper member 146 on the surface of the sliding plate 142 as shown in FIG. In this case, since the unbalanced load acts on the sliding plate 142, the sliding plate 142 is elastically deformed and tilted, and the sliding body 145 gradually descends. At this time, as the displacement of the sliding body 145 increases, a negative load is applied to the sliding body 145, so that the behavior shown in the graph shown in the middle of FIG. 10 is taken.
[0119]
In the present embodiment, since the sliding plate 142 is not fixed to the support portion 143 and the lift prevention member 144 is provided to prevent the end of the slide plate 142 from lifting, the support portion 143 does not have to be increased in rigidity. Negative rigidity can be obtained. Further, when the sliding body 145 slides rightward on the sliding plate 142 and causes horizontal movement, the left end of the sliding plate 142 is lifted and tends to have a constant gradient. Since the lift of the left end of the plate 142 can be prevented, the sliding plate 142 does not have a constant inclination, and the bending moment to the support portion 143 increases as the sliding body 145 moves in the horizontal direction. Negative rigidity that increases the inclination of the plate 142 can be obtained.
[0120]
In the negative rigidity device 140, as in the case of the negative rigidity device 130 shown in FIG. 22, the sectional shape of the sliding plate 142 is changed or a rib is appropriately provided on the lower surface side of the sliding plate 142 to obtain a sectional modulus. It is possible to easily provide the optimum negative rigidity by increasing. In addition, by arbitrarily changing the planar dimension of the support portion 143, it is possible to change the range in which the negative rigidity is not generated and easily cope with the case where the negative rigidity is unnecessary.
[0121]
FIG. 24 shows a thirteenth embodiment of the negative rigid device according to the present invention. The negative rigid device 150 includes a floating prevention member 154 (154a to 154c) fixed to a lower member (not shown), The tilt mechanism 151 includes a support portion 153 and a sliding plate 152 disposed inside the prevention member 154, a sliding body 155 that slides on the upper surface of the sliding plate 152, and an upper member 156.
[0122]
The support portion 153 is fixed to the inner upper surface of the base portion 154 a of the lifting prevention member 154 and functions as a fulcrum of the sliding plate 152. The sliding plate 152 is made of a circular metal plate or the like, and is supported by the support portion 153 at the center, but is not fixed to the support portion 153. The floating prevention member 154 is configured to cover the peripheral portion of the sliding plate 152 at the bent portion 154e located above the sliding plate 152.
[0123]
The floating prevention member 154 includes a hole portion 154f into which the lower portion of the support portion 153 can be inserted at the center, a disk-shaped base portion 154a having a plurality of female screw portions 154g on the side surface, a male screw 154d and a female screw portion 154g on the base portion 154a. As shown in FIG. 24B, in the assembled state, the support portion 153 is supported at the center portion of the base portion 154a, and the sliding plate 152 is fixed. The peripheral portion is configured to be covered with the bent portion 154e.
[0124]
As shown in FIG. 24B, the upper member 156 has a spherical recess 156a that opens downward. The sliding body 155 has a convex spherical upper surface 155a having the same curvature as the spherical concave portion 156a of the upper member 156. Thereby, in a state where the upper member 156 and the sliding body 155 are combined, the sliding body 155 slides on the upper surface of the sliding plate 152 while rotating between the upper member 156, and accordingly, the upper member 156 It can move relative to the tilting mechanism 151.
[0125]
With the above configuration, as shown in FIG. 24B, a horizontal force F in the right direction is applied by an earthquake or the like with the upper member 156 receiving a vertical force W from above, and the sliding plate 152 and the sliding body When a horizontal force exceeding the static friction force between the sliding member 155 and the upper member 156 is applied, the sliding member 155 slides to the right along the surface of the sliding plate 152 together with the upper member 156. At this time, since the unbalanced load acts on the sliding plate 152, the sliding plate 152 is elastically deformed and tilted, and the sliding body 155 is gradually lowered. At this time, as the displacement of the sliding body 155 increases, a negative load is applied to the sliding body 155, so that the behavior shown in the graph shown in the middle of FIG. 10 is taken.
[0126]
In the present embodiment, since the upper member 156 and the sliding body 155 are combined so as to be rotatable via a spherical structure, the upper member 156 and the sliding body 155 can move on the sliding plate 152 in all horizontal directions. It is possible to cope with vibrations of
[0127]
In addition, since the lifting prevention member 154 that prevents the end of the sliding plate 152 from lifting is provided, there is an advantage that a negative rigidity can be obtained without increasing the rigidity of the support part 153. 22 and 23, and is easy by changing the cross-sectional shape of the sliding plate 152 or by appropriately providing a rib on the lower surface side of the sliding plate 152 to increase the section modulus. It is also possible to provide the optimum negative stiffness. In addition, it is possible to easily cope with the case where the planar dimension of the support portion 153 is arbitrarily changed and the negative rigidity is unnecessary.
[0128]
In the embodiment shown in FIGS. 22 to 24, the case of a negative rigid device having a sliding body has been described as an example. However, the negative device having a rolling element as shown in FIGS. Similarly, the negative rigid device can be configured by combining the rigid device with the tilt mechanisms 131, 141, 151.
[0129]
In FIG. 21, any of the negative stiffness devices 130, 140, and 150 shown in FIGS. 22 to 24 can be installed instead of the negative stiffness device 80, and a wide range is combined with the laminated rubber 122. In addition to the linear rigidity, the negative rigidity device 120 and the like are also resistant to returning the structure 121 to a predetermined position, that is, the origin of the structure after the occurrence of the earthquake. Acts as Therefore, the origin return is performed by the laminated rubber 122 having the restoring force characteristic.
[0130]
Furthermore, in place of the sliding bodies 134, 145, and 155 of the negative rigid devices 130, 140, and 150 shown in FIGS. 22 to 24, a negative rigid device that includes rolling elements is also shown in FIG. It can be installed in place of the apparatus 10 and obtains linearity in a wide range in combination with the laminated rubber 42. Also, after the occurrence of an earthquake, it is negative in returning the structure 41 to a predetermined position, that is, the origin of the structure. Since this rigid device acts as a resistance force, the origin is returned by the laminated rubber 42 having a restoring force characteristic.
[Brief description of the drawings]
[0131]
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of a negative rigid device.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a negative rigid device.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a negative rigid device.
FIG. 4 is a perspective view showing a first embodiment of a negative rigid device according to the present invention.
FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the negative rigid device of FIG. 4;
FIG. 6 is a perspective view showing a second embodiment of the negative rigid device according to the present invention.
FIG. 7 is a front view showing a third embodiment of the negative rigid device according to the present invention.
FIG. 8 is a front view showing an embodiment of a base-isolated structure in which a negative rigid device according to the present invention and a device having a restoring force characteristic are combined.
FIG. 9 is a diagram for explaining a horizontal force-displacement history of an entire structure using a conventional linear damper.
FIG. 10 is a diagram for explaining the horizontal force-displacement history of the entire structure using the negative rigid device according to the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing a fourth embodiment of the negative rigid device according to the present invention.
12 is an operation explanatory diagram of the negative rigid device of FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a perspective view showing a fifth embodiment of the negative rigid device according to the present invention.
FIG. 14 is a perspective view showing a sixth embodiment of the negative rigid device according to the present invention.
FIG. 15 is a perspective view showing a seventh embodiment of the negative rigid device according to the present invention.
16 is a cross-sectional view for explaining the function and effect of the negative rigid device of FIG.
17 is a cross-sectional view for explaining the function and effect of the negative rigid device of FIG. 15. FIG.
FIG. 18 is a perspective view showing an eighth embodiment of the negative rigid device according to the present invention.
FIG. 19 is a perspective view showing a ninth embodiment of the negative rigid device according to the present invention.
20A and 20B are views showing a tenth embodiment of the negative rigid device according to the present invention, wherein FIG. 20A is an exploded perspective view, FIG. 20B is an exploded sectional view, and FIG. 20C is an assembled sectional view. is there.
FIG. 21 is a partial cross-sectional view showing an embodiment of a seismic isolation structure in which a negative rigid device according to the present invention and a device having restoring force characteristics are combined.
22A and 22B are diagrams for explaining the configuration and operation of an eleventh embodiment of the negative rigid device according to the present invention, in which FIG. 22A is a perspective view showing an initial state, and FIG. A perspective view when added, (c) is a cross-sectional view of (a).
FIGS. 23A and 23B are views for explaining the configuration and operation of a twelfth embodiment of the negative rigid device according to the present invention, wherein FIG. 23A is a perspective view showing an initial state, and FIG. A perspective view when added, (c) is a front view of (a).
FIGS. 24A and 24B are views showing a thirteenth embodiment of the negative rigid device according to the present invention, wherein FIG. 24A is an exploded perspective view and FIG. 24B is a cross-sectional view.
[Explanation of symbols]
[0132]
1 Lower member
1a Upper surface
2 Roller
4 Lower member
4a Upper surface
5 wheels
10 Negative rigid device
11 Inclination mechanism
12 Planar rolling plate
13 Elastic pad
14 Upper member
14a Bracket
14b roller
14c Rotating shaft
20 Negative rigid device
21 Inclination mechanism
22 Planar rolling plate
23 Laminate
23a Elastic body
23b Thin steel plate
30 Negative rigid device
31 Inclination mechanism
32 Planar rolling plate
33 Elastic pad
34 Intermediate member
34a Bracket
34b roller
34c Rotating shaft
34d upper surface
35 Upper member
35a bracket
35b roller
35c Rotating shaft
40 Seismic isolation structure
41 Structure
42 Laminated rubber
43 Attenuator
50 Negative rigid device
51 Inclination mechanism
52 Flat sliding plate
53 Elastic Pad
54 Sliding body
54a Convex curved upper surface
55 Upper member
55a Concave curved groove
60 Negative rigid device
61 Tilting mechanism
62 Flat sliding plate
63 Elastic pad
64 Support members
70 Negative rigid device
71 Tilting mechanism
72 Flat sliding plate
73 Laminate
73a Elastic body
73b Thin steel plate
80 Negative rigid device
81 Tilting mechanism
82 Flat sliding plate
83 Elastic pad
83a Part of elastic pad (swelling part)
84 Shimojo
90 Negative rigid device
91 Tilting mechanism
92 Flat sliding plate
93 Laminate
93a Elastic body
93b Thin steel plate
94 Shimojo
100 negative rigid device
101 Tilting mechanism
102 Flat sliding plate
103 Elastic pad
104 1st sliding body
105 Intermediate member
106 Second sliding body
107 Upper member
110 Negative rigid device
111 tilting mechanism
112 Flat sliding plate
113 Elastic pad
114 Sliding body
114a Convex spherical upper surface
115 Upper member
115a Spherical concave
120 Seismic isolation structure
121 Structure
122 Laminated rubber
130 Negative rigid device
131 Tilting mechanism
132 Sliding plate
133 Support part
134 Sliding body
134a Convex curved upper surface
135 Lower member
136 Upper member
136a Concave curved groove
137 bolts
140 Negative rigid device
141 Inclination mechanism
142 sliding board
143 Support part
144 Lifting prevention member
144a Bent part
145 sliding body
145a Convex curved upper surface
146 Upper member
146a Concave curved groove
150 Negative rigid device
151 tilting mechanism
152 sliding board
153 Support part
154 Lifting prevention member
154a base
154b Side wall
154c Side wall
154d male thread
154e Bent part
154f hole
154g Female thread
155 Slider
155a Convex spherical upper surface
156 Upper member
156a Spherical recess

Claims (30)

転動体又は摺動体の水平方向の転動又は摺動に伴って変形し、該転動体又は摺動体の水平変位が大きくなるほど、該転動体の転動面又は該摺動体の摺動面の下方への傾斜具合が大きくなる傾斜機構を備えることを特徴とする負の剛性装置。  The rolling element or sliding body is deformed along with the rolling or sliding in the horizontal direction, and as the horizontal displacement of the rolling element or sliding body increases, the rolling surface of the rolling element or the sliding surface of the sliding body becomes lower. A negative rigidity device comprising a tilting mechanism that increases the tilting angle toward the head. 前記転動体は、ローラー又は車輪であって、該ローラー又は車輪を上部材又は下部材に備えることを特徴とする請求項１に記載の負の剛性装置。  The negative rolling device according to claim 1, wherein the rolling element is a roller or a wheel, and the roller or the wheel is provided in an upper member or a lower member. 前記傾斜機構は、平面状転動板と、弾性材からなる弾性パッドとで構成されることを特徴とする請求項２に記載の負の剛性装置。  The negative rigidity device according to claim 2, wherein the tilt mechanism includes a planar rolling plate and an elastic pad made of an elastic material. 前記弾性パッドの、前記転動体の転動方向の両端部側部分の弾性材の硬度と、中央側部分の弾性材の硬度とが異なることを特徴とする請求項３に記載の負の剛性装置。  The negative stiffness device according to claim 3, wherein the hardness of the elastic material at both end portions of the elastic pad in the rolling direction of the rolling element is different from the hardness of the elastic material at the central side portion. . 前記傾斜機構は、平面状転動板と、弾性体と薄肉鋼板とを積層した積層体とで構成されることを特徴とする請求項２に記載の負の剛性装置。  3. The negative rigidity device according to claim 2, wherein the tilt mechanism includes a planar rolling plate and a laminated body in which an elastic body and a thin steel plate are laminated. 前記積層体の、前記転動体の転動方向の両端部側部分の薄肉鋼板の積層数と、中央側部分の薄肉鋼板の積層数とが異なることを特徴とする請求項５に記載の負の剛性装置。  6. The negative number according to claim 5, wherein the number of laminations of the thin steel plates at both end portions in the rolling direction of the rolling elements and the number of laminations of the thin steel plates at the center portion of the laminated body are different. Rigid device. 請求項２乃至６のいずれかに記載の負の剛性装置におけるローラー又は車輪を有する上部材又は下部材と、該ローラー又は車輪との組み合わせを上下方向に２段にわたって、かつ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。  A combination of the upper member or the lower member having a roller or a wheel and the roller or the wheel in the negative rigid device according to any one of claims 2 to 6 is arranged in two stages in the vertical direction and orthogonal to each other. A negative stiffness device characterized by that. 前記傾斜機構は、前記転動体の転動方向の中央部分を支点とした転動板であって、前記転動体が該転動板上を転動するに従って、該転動板の前記中央部分を支点として該転動板が撓むことを特徴とする請求項２に記載の負の剛性装置。  The tilt mechanism is a rolling plate having a central portion in a rolling direction of the rolling element as a fulcrum, and the central portion of the rolling plate is moved as the rolling member rolls on the rolling plate. The negative rigidity device according to claim 2, wherein the rolling plate is bent as a fulcrum. 前記転動板の前記中央部分の支点を前記上部材又は下部材に固定したことを特徴とする請求項８に記載の負の剛性装置。  The negative rigid device according to claim 8, wherein a fulcrum of the central portion of the rolling plate is fixed to the upper member or the lower member. 前記転動板の前記中央部分の支点を前記上部材又は下部材に固定せず、該転動板の端部の浮き上がりを防止する浮き上がり防止機構を備えたことを特徴とする請求項８に記載の負の剛性装置。  The fulcrum prevention mechanism which prevents the lift of the edge part of the rolling plate without fixing the fulcrum of the central part of the rolling plate to the upper member or the lower member is provided. Negative stiffness device. 前記転動板の転動方向の中央部分に配置される支点部材の平面寸法範囲では負の剛性を生じないことを特徴とする請求項８、９又は１０に記載の負の剛性装置。  11. The negative rigidity device according to claim 8, wherein no negative rigidity is generated in a plane dimension range of a fulcrum member arranged at a center portion in a rolling direction of the rolling plate. 請求項２乃至１１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、減衰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。A negative rigid device according to any of claims 2 to 11, and
A base-isolated structure comprising a device having a restoring force characteristic and a device having a damping characteristic. 前記摺動体は、上部材又は下部材と互いに回転可能に当接し、該上部材又は下部材とともに前記摺動面に対して移動することを特徴とする請求項１に記載の負の剛性装置。  2. The negative rigidity device according to claim 1, wherein the sliding body is rotatably abutted with an upper member or a lower member and moves with respect to the sliding surface together with the upper member or the lower member. 前記傾斜機構は、平面状滑り板と、弾性材からなる弾性パッドとで構成されることを特徴とする請求項１３に記載の負の剛性装置。  14. The negative rigid device according to claim 13, wherein the tilt mechanism includes a planar sliding plate and an elastic pad made of an elastic material. 前記弾性パッドの、前記摺動体の摺動方向の両端部側部分の弾性材の硬度と、中央側部分の弾性材の硬度とが異なることを特徴とする請求項１４に記載の負の剛性装置。  The negative stiffness device according to claim 14, wherein the hardness of the elastic material at both end portions in the sliding direction of the sliding body of the elastic pad is different from the hardness of the elastic material at the central side portion. . 前記弾性パッドの厚さを中央部から端部に向かうにつれて漸増するように形成し、該弾性パッドを前記平面状滑り板とで挟持する支持部材を備えることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の負の剛性装置。  The thickness of the said elastic pad is formed so that it may increase gradually as it goes to an edge part from a center part, The support member which clamps this elastic pad with the said planar sliding board is provided, It is characterized by the above-mentioned. Negative rigid device as described. 前記傾斜機構は、平面状滑り板と、弾性体と薄肉鋼板とを積層した積層体とで構成されることを特徴とする請求項１３に記載の負の剛性装置。  14. The negative rigidity device according to claim 13, wherein the tilt mechanism includes a planar sliding plate and a laminated body in which an elastic body and a thin steel plate are laminated. 前記積層体の、前記摺動体の摺動方向の両端部側部分の薄肉鋼板の積層数と、中央側部分の薄肉鋼板の積層数とが異なることを特徴とする請求項１７に記載の負の剛性装置。  18. The negative number according to claim 17, wherein the number of laminations of the thin steel plates at both end portions in the sliding direction of the sliding body of the laminated body is different from the number of laminations of the thin steel plates at the central side portion. Rigid device. 前記傾斜機構を、上方又は下方が開口した箱状の下沓又は上沓に収納し、該傾斜機構の平面状滑り板の端部を前記下沓又は上沓の内壁に当接させたことを特徴とする請求項１３、１４、１５、１７又は１８に記載の負の剛性装置。  The tilting mechanism is housed in a box-shaped lower or upper jar that opens upward or downward, and the end of the planar sliding plate of the tilting mechanism is brought into contact with the inner wall of the lower or upper heel. 19. A negative rigid device according to claim 13, 14, 15, 17 or 18. 請求項１３乃至１９のいずれかに記載の負の剛性装置における摺動体と当接する上部材又は下部材と、該摺動体との組み合わせを上下方向に２段にわたって、かつ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。  A combination of the upper member or the lower member in contact with the sliding body and the sliding body in the negative rigid device according to any one of claims 13 to 19 is arranged in two stages in the vertical direction and orthogonal to each other. A negative stiffness device characterized by that. 前記摺動体は、前記傾斜機構の平面状滑り板上を全水平方向に摺動可能であることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれかに記載の負の剛性装置。  The negative rigid device according to any one of claims 13 to 19, wherein the sliding body is slidable in all horizontal directions on a planar sliding plate of the tilt mechanism. 前記弾性パッドの、周辺部分の弾性材の硬度と、中心部分の弾性材の硬度とが異なることを特徴とする請求項２１に記載の負の剛性装置。  The negative stiffness device according to claim 21, wherein the hardness of the elastic material in the peripheral portion of the elastic pad is different from the hardness of the elastic material in the central portion. 前記弾性パッドの厚さを中心部から周辺部分に向かうにつれて漸増するように形成し、該弾性パッドを前記平面状滑り板とで挟持する支持部材を備えることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の負の剛性装置。  23. The support according to claim 21, further comprising: a support member that is formed so that the thickness of the elastic pad gradually increases from a central portion toward a peripheral portion, and the elastic pad is sandwiched between the flat sliding plate. Negative rigid device as described. 前記積層体の、周辺部分の薄肉鋼板の積層数と、中心部分の薄肉鋼板の積層数とが異なることを特徴とする請求項２１に記載の負の剛性装置。  The negative rigidity device according to claim 21, wherein the number of laminated thin steel plates in a peripheral portion of the laminated body is different from the number of laminated thin steel plates in a central portion. 前記傾斜機構は、前記摺動体の摺動方向の中央部分を支点とした滑り板であって、前記摺動体が該滑り板上を摺動するに従って、該滑り板の前記中央部分を支点として該滑り板が撓むことを特徴とする請求項１３に記載の負の剛性装置。  The tilt mechanism is a sliding plate having a fulcrum at a central portion in the sliding direction of the sliding body, and as the sliding body slides on the sliding plate, the central portion of the sliding plate is used as a fulcrum. 14. The negative rigid device according to claim 13, wherein the sliding plate is bent. 前記滑り板の前記中央部分の支点を前記上部材又は下部材に固定したことを特徴とする請求項２５に記載の負の剛性装置。  26. The negative rigidity device according to claim 25, wherein a fulcrum of the central portion of the sliding plate is fixed to the upper member or the lower member. 前記滑り板の前記中央部分の支点を前記上部材又は下部材に固定せず、該滑り板の端部の浮き上がりを防止する浮き上がり防止機構を備えたことを特徴とする請求項２５に記載の負の剛性装置。  26. The negative lift mechanism according to claim 25, further comprising a lift prevention mechanism that prevents the end of the slide plate from being lifted without fixing the fulcrum of the central portion of the slide plate to the upper member or the lower member. Rigid device. 前記摺動体は、前記傾斜機構の滑り板上を全水平方向に摺動可能であることを特徴とする請求項２５、２６又は２７に記載の負の剛性装置。  28. The negative rigidity device according to claim 25, 26, or 27, wherein the sliding body is slidable in all horizontal directions on a sliding plate of the tilt mechanism. 前記滑り板の摺動方向の中央部分又は中心部分に配置される支点部材の平面寸法範囲では負の剛性を生じないことを特徴とする請求項２５乃至２８のいずれかに記載の負の剛性装置。  29. The negative rigidity device according to claim 25, wherein no negative rigidity is generated in a central dimension of the sliding plate in a sliding direction or a plane dimension range of a fulcrum member arranged in the central part. . 請求項１３乃至２９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。A negative rigid device according to any of claims 13 to 29;
A base-isolated structure comprising a device having a restoring force characteristic.
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