(57)【要約】【課題】内部の発熱を抑え、滑り材が滑り始めるときのトルクを安定させることができる慣性質量ダンパを提供する。【解決手段】トルク制限機構１０の滑り材１３を付加錘６の筒状の内面６ａに接触させる。トルク制限機構１０は、第１楔形部材１１と、第２楔形部材１２と、ばね１４と、を備え、回転部２４から付加錘６にトルクを伝達できるように滑り材１３を付加錘６の内面６ａに押し付けると共に、回転部２４から付加錘６に伝達されるトルクが所定値を越えたときに滑り材１３が付加錘６の内面６ａを滑るようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物間の相対振動を回転部の回転運動に変換する運動変換機構と、
筒状の内面を有する付加錘と、
前記付加錘の前記内面に接する少なくとも一つの滑り材を有し、前記回転部から前記付加錘にトルクを伝達できるように前記滑り材を前記付加錘の前記内面に押し付けると共に、前記回転部から前記付加錘に伝達されるトルクが所定値を越えたときに前記滑り材が前記付加錘の前記内面を滑るようにするトルク制限機構と、を備える慣性質量ダンパ。
【請求項２】
前記トルク制限機構は、
第１傾斜面を有する第１楔形部材と、
前記第１傾斜面に接する第２傾斜面を有する第２楔形部材と、
前記第１楔形部材を前記回転部の軸方向に付勢するばねと、を有することを特徴とする請求項１に記載の慣性質量ダンパ。
【請求項３】
前記第１楔形部材がリング状であり、
複数の前記第２楔形部材が前記第１楔形部材の円周方向に配置されることを特徴とする請求項２に記載の慣性質量ダンパ。
【請求項４】
前記第１楔形部材が前記回転部に回り止めされ、
前記第２楔形部材が前記第１楔形部材に回り止めされることを特徴とする請求項２又は３に記載の慣性質量ダンパ。
【請求項５】
構造物間の相対振動を回転部の回転運動に変換する運動変換機構と、
付加錘と、
前記回転部及び前記付加錘のいずれか一方に接する少なくとも一つの滑り材を有し、前記回転部から前記付加錘にトルクを伝達できるように前記滑り材を前記一方に押し付けると共に、前記回転部から前記付加錘に伝達されるトルクが所定値を越えたときに前記滑り材が前記一方を滑るようにするトルク制限機構と、を備え、
前記トルク制限機構は、
第１傾斜面を有する第１楔形部材と、
前記第１傾斜面に接する第２傾斜面を有する第２楔形部材と、
前記第１楔形部材を付勢するばねと、を有する慣性質量ダンパ。
【請求項６】
前記滑り材は、前記回転部の筒状の外面及び前記付加錘の筒状の内面のいずれか一方に接し、
前記第１楔形部材及び前記第２楔形部材は、前記ばねの力の向きを前記回転部の軸方向から前記回転部の半径方向に変えることを特徴とする請求項５に記載の慣性質量ダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、錘の回転慣性を利用して構造物間の振動を低減させる慣性質量ダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
地震に対する建築構造物の安全性を確保するために、超高層建物から戸建住宅まで多くの建築構造物に免震構造又は制振構造が適用されている。近年、これらの免震構造又は制振構造に、錘の回転慣性を利用して構造物間の振動を低減させる慣性質量ダンパが組み込まれつつある（特許文献１参照）。
【０００３】
慣性質量ダンパは、構造物間の相対振動（すなわちねじ軸の直線運動）をナットの回転運動に変換するボールねじと、ナットに連結される筒状の付加錘と、を備える。ナットと付加錘の回転慣性力は、ボールねじにより増幅され、軸方向の慣性力（以下、軸力という）として構造物間に作用する。この軸力が構造物間の振動を低減させる。ボールねじのリードや付加錘の形状にもよるが、軸方向の慣性質量はナットと付加錘の質量の数百倍〜数千倍になる。このため、慣性質量ダンパには、ナットと付加錘の質量よりも桁違いに大きな質量効果を得ることができるという特徴がある。
【０００４】
しかし、その反面、慣性質量ダンパには、構造物間の相対加速度が過大になると、軸力も過大になり、構造物や慣性質量ダンパを破損するおそれがあるという課題がある。この課題を解決し、最大軸力を制限するために、ナットと付加錘との間には、トルク制限機構が設けられる。
【０００５】
トルク制限機構は、筒状の付加錘の軸方向の端面に接する滑り材を備える。そして、ナットから付加錘にトルクを伝達できるように滑り材をばねによって付加錘に押し付けると共に、ナットから付加錘に伝達されるトルクが所定値を越えたときに滑り材が付加錘を滑るようにする。これにより、最大軸力を制限する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１４４８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の慣性質量ダンパにあっては、滑り材が筒状の付加錘の端面のみに接触するので、滑り材が付加錘を滑るときに発生する熱が付加錘の内部にこもり易いという課題がある。熱が原因で慣性質量ダンパの各部の寸法が変化し、この各部の寸法の変化やそれにより発生する荷重がトルクの所定値をばらつかせるおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明の第１の課題は、慣性質量ダンパの内部の発熱を抑え、滑り材が滑り始めるときのトルクを安定させることができる慣性質量ダンパを提供することにある。
【０００９】
また、従来の慣性質量ダンパにあっては、滑り材と付加錘との面圧を確保するために、滑り材を押すばねにばね定数の大きなものを選定する必要があった。滑り材に加える大きな荷重によってトルク管理（滑り材が滑り始めるときのトルクの管理）するので、トルク管理が容易ではないという課題がある。
【００１０】
そこで、本発明の第２の課題は、トルク管理を容易にすることができる慣性質量ダンパを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記第１の課題を解決するために、本発明の第１の態様は、構造物間の相対振動を回転部の回転運動に変換する運動変換機構と、筒状の内面を有する付加錘と、前記付加錘の前記内面に接する少なくとも一つの滑り材を有し、前記回転部から前記付加錘にトルクを伝達できるように前記滑り材を前記付加錘の前記内面に押し付けると共に、前記回転部から前記付加錘に伝達されるトルクが所定値を越えたときに前記滑り材が前記付加錘の前記内面を滑るようにするトルク制限機構と、を備える慣性質量ダンパである。
【００１２】
上記第２の課題を解決するために、本発明の第２の態様は、構造物間の相対振動を回転部の回転運動に変換する運動変換機構と、付加錘と、前記回転部及び前記付加錘のいずれか一方に接する少なくとも一つの滑り材を有し、前記回転部から前記付加錘にトルクを伝達できるように前記滑り材を前記一方に押し付けると共に、前記回転部から前記付加錘に伝達されるトルクが所定値を越えたときに前記滑り材が前記一方を滑るようにするトルク制限機構と、を備え、前記トルク制限機構は、第１傾斜面を有する第１楔形部材と、前記第１傾斜面に接する第２傾斜面を有する第２楔形部材と、前記第１楔形部材を付勢するばねと、を有する慣性質量ダンパである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、滑り材と付加錘の内面との接触部で発生する熱が付加錘を伝わって外部に放熱される。このため、慣性質量ダンパの内部の発熱が抑えられ、トルクの所定値（すなわち滑り材が滑り始めるときのトルク）が安定する。また、滑り材を付加錘の内面に接触させるので、滑り材と付加錘との接触面積を大きくすることができる。このため、トルクの所定値がより安定し、滑り材の耐久性も向上する。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、第１楔形部材及び第２楔形部材が、ばねの力を増力して滑り材に伝達することができる。ばね定数の小さいばねを選定し、ばねの小さい荷重でトルク管理することができるので、トルク管理が容易になる。また、滑り材の摩耗やばね定数の小さいばねが選定でき、各部の寸法の変化により増減する荷重の割合が小さくなるので、安定した荷重を滑り材に伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態の慣性質量ダンパの斜視図（一部断面を含む）である。
【図２】本実施形態の慣性質量ダンパの慣性力発生部の軸線に沿った断面図である。
【図３】本実施形態の慣性質量ダンパの減衰力発生部の軸線に沿った断面図（一部側面図を含む）である。
【図４】本実施形態の慣性質量ダンパの第１楔形部材の斜視図である。
【図５】本実施形態の慣性質量ダンパの第２楔形部材の斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の慣性質量ダンパの慣性力発生部の軸線に沿った断面図である。
【図７】第２の実施形態の慣性質量ダンパの慣性力発生部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の慣性質量ダンパを説明する。ただし、本発明の慣性質量ダンパは種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
（第１の実施形態）
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態の慣性質量ダンパの斜視図（一部断面図を含む）である。本実施形態の慣性質量ダンパは、慣性力発生部１と、減衰力発生部２と、を備える。図２は慣性力発生部１の断面図を示し、図３は減衰力発生部２の断面図を示す。
【００１８】
図２に示すように、慣性力発生部１は、運動変換機構としてのボールねじ３を備え、ねじ軸４の直線運動をナット５の回転運動に変換する。ナット５には、トルク制限機構１０を介して付加錘である外筒６が連結される。ナット５と外筒６の回転慣性力は、ボールねじ３により軸方向の慣性力（以下、軸力という）に増幅変換され、構造物間に作用する。トルク制限機構１０は、回転慣性力と粘性減衰力の合力を頭打ちするために最大軸力を制限する。
【００１９】
図３に示すように、減衰力発生部２は、固定筒７と減衰筒８との間にシリコーンコイル等の粘性体９を充填したものである。減衰筒８は外筒６に連結される。外筒６が回転すると、減衰力発生部２が外筒６の回転に抵抗する粘性減衰力を発生させる。
【００２０】
以下に、慣性質量ダンパの各部の構成を詳細に説明する。図１の２１は第１構造物に固定される第１連結部、２２は第２構造物に固定される第２連結部である。第１連結部２１には、ボールジョイントを介してねじ軸４が回転不可能にかつ軸方向に移動不可能に連結される。第２連結部２２には、ボールジョイントを介して固定筒７が回転不可能にかつ軸方向に移動不可能に連結される。固定筒７の先端部（図１の右端部）には、ボールねじ３のナット５が回転可能に連結される。固定筒７の先端部には、筒状のハウジング２３（図２も参照）が図示しないベアリングを介して回転可能に連結される。ナット５はこのハウジング２３に固定される。
【００２１】
図２に示すように、ボールねじ３は、ねじ軸４と、ナット５と、ねじ軸４のボール転走溝とナット５のボール転走溝との間に転がり運動可能に介在する多数のボール（図示せず）と、を備える。ナット５には、ボールを循環させるリターンパイプ等の循環部品２５が設けられる。ナット５にはハウジング２３が固定されているので、ナット５とハウジング２３とが回転部２４である。第１連結部２１と第２連結部２２とが相対振動すると、ねじ軸４が軸方向に直線運動し、回転部２４が回転する。
【００２２】
図２に示すように、筒状の外筒６は回転部２４を囲む。外筒６の外側にはハウジングが設けられておらず、外筒６が大気に接する。外筒６は筒状の内面６ａを有する。外筒６とナット５との間には、トルク制限機構１０が介在する。トルク制限機構１０は、第１楔形部材１１、第２楔形部材１２、滑り材１３、ばね１４、位置調節部としてのロックナット１５を備える。
【００２３】
図４は第１楔形部材１１を示す。第１楔形部材１１はリング状である。第１楔形部材１１の外周面には、円錐状のテーパ面（第１傾斜面１１ａ）が形成される。第１楔形部材１１の内周面１１ｃは円筒状であり、この内周面１１ｃには、軸方向に延びる第１キー溝１１ｄが形成される。第１楔形部材１１の第１傾斜面１１ａには、円周方向に均等間隔を開けて第１傾斜面１１ａに沿って軸方向に延びる複数の第２キー溝１１ｂが形成される。
【００２４】
図２に示すように、ナット５には循環部品２５の押さえを兼用した第１キー２６が固定される。この第１キー２６が第１楔形部材１１の第１キー溝１１ｄに嵌る。このため、第１楔形部材１１はナット５に対して回転不可能であり（すなわち回り止めされ）、ナット５に対して軸方向に移動可能である。
【００２５】
図５は第２楔形部材１２を示す。第２楔形部材１２は円弧状である。複数の第２楔形部材１２は、円周方向に均等間隔のピッチで並べられる。複数の第２楔形部材１２は略リング状に並べられるが、隣り合う第２楔形部材１２の間には隙間ｇが開けられる。複数の第２楔形部材１２の内周面には、円錐状のテーパ面（第２傾斜面１２ａ）が形成される。各第２楔形部材１２の第２傾斜面１２ａには、凹部１２ｂが形成される。凹部１２ｂには、第２キー２７（図２参照）が嵌められる。複数の第２楔形部材１２の外面１２ｃは、円筒状に形成される。
【００２６】
図２に示すように、第２楔形部材１２の第２傾斜面１２ａと第１楔形部材１１の第１傾斜面１１ａとが接触する。第２楔形部材１２の凹部１２ｂ（図５参照）に嵌められた第２キー２７は、第１楔形部材１１の第２キー溝１１ｂ（図４参照）にも長さ方向に移動可能に嵌まる。このため、第２楔形部材１２は第１楔形部材１１に対して回転不可能であり（すなわち回り止めされる）、第１楔形部材１１に対して第１傾斜面１１ａに沿って移動可能である。
【００２７】
図５に示すように、各第２楔形部材１２の外面には、滑り材１３が取り付けられる。滑り材１３は、薄板を円弧状に曲げてなる。滑り材１３は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂製であり、外筒６の筒状の内面６ａ（図２参照）に接触する。滑り材１３は、第２楔形部材１２の外面１２ｃの凹部に移動不可能に嵌められる。滑り材１３の円周方向の両端部は、細長板状の押え板１３ａによって第２楔形部材１２に固定される。
【００２８】
図２に示すように、ばね１４は、大口径の皿ばねからなり、第１楔形部材１１を軸方向に付勢する。ばね１４の力を調整するために、位置調節部としてロックナット１５が設けられる。ロックナット１５は、ナット５に固定されたベース２８に螺合する。ロックナット１５を回転させると、ロックナット１５の軸方向の位置が調節され、ばね１４の力が調節される。
【００２９】
ハウジング２３には、第２楔形部材１２に接触する円筒状のスペーサ２９が固定される。スペーサ２９の端面は、第２楔形部材１２が軸方向に移動するのを制限する壁面として機能し、かつ第２楔形部材１２が半径方向に移動するのを案内する案内面として機能する。なお、この実施形態では、ハウジング２３とスペーサ２９が別体であるが、ハウジング２３とスペーサ２９を一体にすることもできる。
【００３０】
トルク制限機構１０の作用を説明する。ロックナット１５を締め、ばね１４を縮めると、ばね１４が第１楔形部材１１を軸方向に付勢する。ばね１４の軸方向の力Ｐ１は、楔の作用によって半径方向に向きを変え、滑り材１３が外筒６の内面６ａを半径方向に押し付ける力Ｐ２になる。また、ばね１４の力Ｐ１は、楔の作用によって増力されて滑り材１３に伝わる。このため、回転部２４のトルクが滑り材１３を介して外筒６に伝達される。
【００３１】
一方、回転部２４から外筒６に伝達されるトルクが所定値を超えたとき、滑り材１３が外筒６の内面６ａを滑り始める。このため、外筒６に所定値以上のトルクが伝達されるのが防止される。
【００３２】
ねじ軸４の中心線を含む断面において、第１及び第２傾斜面１１ａ，１２ａとねじ軸４の軸線Ｌ１とのなす角度αは、２０°以上４５°以下に設定される。摩擦係数にもよるが、角度αが２０°未満であると、第１楔形部材１１がロックし易い。第１楔形部材１１がロックすると、滑り材１３に加える荷重を調節できなくなる。角度αが４５°より大きいと、増力の効果を得にくくなる。
【００３３】
本実施形態の慣性質量ダンパによれば、以下の効果を奏する。
【００３４】
滑り材１３が外筒６の内面６ａを滑るので、滑り材１３と外筒６の内面６ａとの接触部で発生する熱が外筒６を伝わって外部に放熱される。このため、慣性質量ダンパの内部の発熱が抑えられ、トルクの所定値（滑り材が滑り始めるときのトルク）が安定する。また、滑り材１３を外筒６の内面６ａに接触させるので、滑り材１３と外筒６との接触面積を大きくすることができる。このため、トルクの所定値がより安定し、滑り材１３の耐久性も向上する。
【００３５】
トルク制限機構１０が第１楔形部材１１、第２楔形部材１２、ばね１４を備えるので、楔の作用によりばね１４の力を増力して滑り材１３に伝達することができる。したがって、ばね定数の小さいばね１４を選定し、ばね１４の小さい荷重でトルク管理することができる。また、滑り材１３が摩耗しても、第１楔形部材１１及び第２楔形部材１２が追従するので、荷重の低減は小さい。逆に発熱等の膨張で滑り材１３への負荷が増しても、第１楔形部材１１及び第２楔形部材１２が逃げるので、適正荷重を保つことができる。さらに、楔の作用によりばね１４の軸方向の力の向きを半径方向に変えられるので、回転部２４の外面と外筒６の内面６ａとの間の狭いスペースにトルク制限機構１０を配置することができる。
【００３６】
第１楔形部材１１がリング状であり、複数の第２楔形部材１２が第１楔形部材１１の円周方向に配置されるので、複数の滑り材１３が外筒６の内面６ａの全周を均等に押すことができ、トルクの所定値がより安定する。隣り合う第２楔形部材１２との間に隙間ｇを開けるので、第２楔形部材１２も放熱し易い。
【００３７】
第１楔形部材１１が回転部２４に回り止めされ、第２楔形部材１２が第１楔形部材１１に回り止めされるので、第１楔形部材１１と第２楔形部材１２が回転部２４に連れ回って回転する。
（第２の実施形態）
【００３８】
図６及び図７は、本発明の第２の実施形態の慣性質量ダンパを示す。図６に示すように、第２の実施形態では、トルク制限機構１０のばね３１、位置調節部としての止めねじ３２の構成が第１の実施形態と異なる。トルク制限機構１０の第１楔形部材１１、第２楔形部材１２、滑り材１３、外筒６、ねじ軸４、ナット５、ハウジング２３、スペーサ２９の構成は、第１の実施形態と同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。
【００３９】
第２の実施形態では、トルク制限機構１０のばね３１として、小口径の複数の積層皿ばねを使用している。ばね３１は、円周方向に均等間隔を開けて複数配置される。ナット５には、リング状のばねベース３３（図７も参照）が固定される。ばねベース３３には、円周方向に均等間隔を開けて複数のばね収容穴３３ａが開けられる。ばね収容穴３３ａにはばね３１が収容される。止めねじ３２は、ばね収容穴３３ａの雌ねじに螺合する。止めねじ３２の締め量を調整すれば、ばね３１の力を調節できる。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲でさまざまな実施形態に具現化可能である。
【００４１】
上記実施形態では、ボールねじのナットを回転させ、ナットを回転部としているが、ねじ軸を回転させ、ねじ軸を回転部とすることもできる。
【００４２】
上記実施形態では、慣性質量ダンパに慣性力発生部と減衰力発生部を設けているが、減衰力発生部を省略し、慣性力発生部のみにすることもできる。
【００４３】
上記実施形態では、付加錘が筒状であるが、付加錘を円盤状にすることもできる。
【００４４】
上記実施形態では、滑り材と第２楔形部材とを別体にし、滑り材を第２楔形部材に設けているが、滑り材と第２楔形部材とを一体にすることもできる。
【００４５】
上記実施形態では、第２楔形部材が複数に分割されているが、第２楔形部材をリング状にし、外側に広がるようにスリットを設けることもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１…慣性力発生部、２…減衰力発生部、３…ボールねじ（運動変換機構）、４…ねじ軸、５…ナット、６…外筒（付加錘）、６ａ…内面、１０…トルク制限機構、１１…第１楔形部材、１１ａ…第１傾斜面、１２…第２楔形部材、１２ａ…第２傾斜面、１３…滑り材、２４…回転部、２６…第１キー、２７…第２キー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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