(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに近接離反する方向に相対変位する第１構造体及び第２構造体のうち前記第１構造体に、ネジナットが回転自在に支持され、
当該ネジナットに同軸にフライホイールが固定され、
前記第１構造体の前記ネジナットに対して同軸に離間した位置にスプラインナットが固定され、
前記ネジナットに、一端が前記スプラインナットに向けて延在するネジ軸が螺合し、
前記スプラインナットに、一端が前記第２構造体に固定され、他端が前記ネジ軸の前記一端に対向するスプライン軸が軸方向に摺動自在に支持されているとともに、
前記スプライン軸の前記他端側と前記ネジ軸の前記一端側との間に、前記スプライン軸及び前記ネジ軸を相対回転不能とし、前記軸方向に所定の制限値を超える外力が作用したときに前記スプライン軸及び前記ネジ軸の前記軸方向の相対移動を可能とする過負荷調整機構を装着した、ことを特徴とする回転慣性質量ダンパー。
【請求項２】
前記過負荷調整機構は、
縮径可能な筒状挟持面を有するカップリングと、
前記筒状挟持面を縮径させて前記ネジ軸の前記一端及び前記スプライン軸の前記他端を挟持する縮径手段と、
前記ネジ軸の前記一端及び前記スプライン軸の前記他端と前記筒状挟持面との間に設けた相対回転不能手段と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の回転慣性質量ダンパー。
【請求項３】
前記カップリングは、円筒部材の軸方向に沿って１本のスリットを入れることで横断面略Ｃ字形状の部材とされ、その内面を前記筒状挟持面としているとともに、
前記縮径手段として、前記カップリングの前記スリットを通過する位置に形成したボルト頭部係止穴及びネジ穴と、締付けボルトとを備え、前記締付けボルトの頭部を前記ボルト頭部係止穴に当接し、当該締付けボルトのネジ部を前記ネジ穴に螺合することで、前記筒状挟持面を縮径することを特徴とする請求項２記載の回転慣性質量ダンパー。
【請求項４】
前記相対回転不能手段は、前記ネジ軸の前記一端の外周と、前記スプライン軸の前記他端の外周に設けた軸側キー溝と、これら軸側キー溝に対向する前記筒状挟持面に形成した挟持面側キー溝と、前記軸側キー溝と前記挟持面側キー溝との間に装着したキーと、で構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の回転慣性質量ダンパー。
【請求項５】
前記所定の制限値を超える外力とは、前記ネジナットや前記フライホイールが回転したときに損傷を与える可能性がある所定震度の地震力であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の回転慣性質量ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転慣性質量ダンパーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オフィスビルや大型施設などの大スパン床では、通常の歩行時においても微小な振動が発生する。このために、居住性の向上を目的として床制振システムを導入する場合がある。
そのシステムの一つに、同調する振り子を用いて揺れを抑制する技術があるが、高い効果を得るには大型の重い錘が必要となり、コンパクトで軽量な床制振システムのニーズが高まっている。
【０００３】
コンパクトで軽量な床制振システムとして、例えば特許文献１の回転慣性質量ダンパーが知られている。
特許文献１の回転慣性質量ダンパーは、互いに近接離反する方向に相対変位する２部材のうちいずれか一方の部材に基端部が固定されたボールネジと、ボールネジのネジに螺合して回転すると共に、２部材のうち他方の部材に対して回転可能に支持されたボールナットと、ボールナットと共にボールネジの回転中心を回転軸として回転するフライホイールと、ボールナットを保持するハウジングに固定されるとともに、ボールネジに対してネジ軸方向に摺動可能に支持された摺動支持部材とを備え、ボールネジに、摺動支持部材に対してネジ軸方向に変位自在で、且つネジ中心軸を中心とするボールネジの回転を規制するボールスプラインが設けられた装置である。
【０００４】
そして、微振動の振動エネルギが、軸方向の力としてボールネジに加わると、ボールネジは、ボールスプラインを設けて回転が規制されているので直線運動し、ボールナットが回転運動をする。ボールナットの回転運動とともにフライホイールが同期して回転し、このフライホイールの回転体によって慣性力が発生し、ボールネジに伝達された軸方向の運動エネルギが、回転方向の回転エネルギに変換され、微振動の振動エネルギが吸収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４１０８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載されている回転慣性質量ダンパーは、歩行時などの微小な振動に対するものであり、地震時の巨大な振動には追従できない。
また、巨大な地震時のエネルギが床を介して回転慣性質量ダンパーに伝わるため、回転慣性質量ダンパーの一部が破損する恐れがある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、歩行時などの微小な振動を制振することができるとともに、巨大な地震時のエネルギに対する損傷を防止することができる回転慣性質量ダンパーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、一の実施形態に係る回転慣性質量ダンパーは、互いに近接離反する方向に相対変位する第１構造体及び第２構造体のうち第１構造体に、ネジナットが回転自在に支持され、ネジナットに同軸にフライホイールが固定され、第１構造体のネジナットに対して同軸に離間した位置にスプラインナットが固定され、ネジナットに、一端がスプラインナットに向けて延在するネジ軸が螺合し、スプラインナットに、一端が第２構造体に固定され、他端がネジ軸の一端に対向するスプライン軸が軸方向に摺動自在に支持されているとともに、スプライン軸の他端側とネジ軸の一端側との間に、スプライン軸及びネジ軸を相対回転不能とし、軸方向に所定の制限値を超える外力が作用したときにスプライン軸及びネジ軸の軸方向の相対移動を可能とする過負荷調整機構を装着している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る回転慣性質量ダンパーによれば、オフィスビルや大型施設に設置した場合に、施設内の通常の歩行時において微小な振動が発生すると、第１構造体及び第２構造体の間の相対変位をスプライン軸、過負荷調整機構及びネジ軸を介して伝達し、フライホイールが回転して発生する慣性質量と、ネジ軸とネジナットの相対加速度に比例した軸方向の反力が発生することで、施設内の微小な上下振動を減衰することができる。
【０００９】
また、軸方向に所定の制限値を超える外力が作用したときには、過負荷調整機構の筒状挟持面が、ネジ軸の一端及びスプライン軸の他端を軸方向に相対移動させ、スプライン軸から過負荷調整機構を介してネジ軸に軸方向変位が入力せず、ネジナット及びフライホイールが回転しないので、回転慣性質量ダンパーの損傷を防止することができる。
できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る第１実施形態の回転慣性質量ダンパーの概略を示す図である。
【図２】第１実施形態の回転慣性質量ダンパーの過負荷調整機構を構成するカップリング及び締付けボルトを示す図である。
【図３】図２のIII-III線矢視図である。
【図４】図２のIV-IV線矢視図である。
【図５】図２のV-V線矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１２】
また、以下に示す第１実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下、本発明の一態様に係る回転慣性質量ダンパーの一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
【００１３】
［回転慣性質量ダンパーの構成］
図１に示す第１実施形態の回転慣性質量ダンパー１は、例えば建物の柱梁や床或いはばねなどで互いの近接離反する方向に相対変位する第１構造体２及び第２構造体３の間に介装されている。
回転慣性質量ダンパー１は、第１構造体２側に配置したネジナット５と、ネジナット５とともに回転するフライホイール６と、ネジナット５に螺合しているネジ軸７と、第２構造体３に連結したスプライン軸１１と、第１構造体２及び第２構造体３の間に生じる変位をスプライン軸１１からネジ軸７に伝達する過負荷調整機構１５と、を備えたものである。
【００１４】
ここで、第１構造体２は、互いに所定間隔をあけて平行に配置され、同一方向に変位する第１ユニット体２ａ及び第２ユニット体２ｂで構成されている。
ネジナット５は、第１構造体２の第１ユニット体２ａに軸受４を介して回転自在に支持されている。軸受４は、ネジナット５とともに一体回転する内輪（不図示）と、第１ユニット体２ａに固定されている外輪（不図示）と、内輪及び外輪の間に介装した複数の転動体（不図示）とで構成されている。また、軸受４の内輪に、略円盤形状のフライホイール６が同軸に固定されている。
【００１５】
ネジナット５にネジ軸７が螺合している。ネジナット５のネジ溝及びネジ軸７のネジ溝の間に多数の転動部材（不図示）が介装されており、これらネジナット５及びネジ軸７は、ボールネジ機構を構成している。
ネジ軸７の一端側には、円筒形状のネジ軸側連結部８が同軸に形成されており、このネジ軸側連結部８の外周に、先端から軸方向に延在する一条のキー溝９が形成されている。
【００１６】
第１構造体２の第２ユニット体２ｂには、ネジナット５と同軸にスプラインナット１０が固定されており、このスプラインナット１０にスプライン軸１１が軸方向に摺動自在に支持されている。
スプライン軸１１の一端側には固定部１２が同軸に一体形成されており、この固定部１２は、第２構造体３に固定されている。
【００１７】
スプライン軸１１の他端（スプライン軸側連結部１１ａと称する）は、ネジ軸７のネジ軸側連結部８に対向しており、このスプライン軸側連結部１１ａの外周に、先端から軸方向に延在する一条のキー溝１３が形成されている。
過負荷調整機構１５は、図２から図５で示すように、カップリング１６、第１キー１７、第２キー１８、第１締付けボルト１９ａ及び第２締付けボルト１９ｂを備えている。
【００１８】
カップリング１６は、円筒部材の軸方向に沿って１本のスリット２０を入れることで横断面略Ｃ字形状の部材とし、カップリング１６の軸方向一端側に形成したネジ軸側連結部８の外周を挟持する第１円筒挟持面２１と、カップリング１６の軸方向他端側に形成したスプライン軸側連結部１１ａの外周を挟持する第２円筒挟持面２２とを備えている。
カップリング１６の軸方向一端側（第１円筒挟持面２１）には、スリット２０を通過する位置に、ボルト頭部係止穴２３ａ及びネジ穴２３ｂが形成されており、カップリング１６の軸方向他端側（第２円筒挟持面２２）にも、スリット２０を通過する位置に、ボルト頭部係止穴２４ａ及びネジ穴２４ｂが形成されている。
【００１９】
カップリング１６のスリット２０を入れた位置に対して周方向に１８０°（半周）離れて軸方向に沿う位置には、カップリング１６が弾性変形により第１円筒挟持面２１及び第２円筒挟持面２２の縮径動作が容易となるように、変形促進溝２５が形成されている。
図３及び図４に示すように、カップリング１６の第１円筒挟持面２１には、一端部から軸方向に沿って一条のキー溝２６が形成されている。このキー溝２６は、図１に示すように、ネジ軸側連結部８の外周に形成したキー溝９に対向する位置に形成されており、これらキー溝９，２６の内部に第１キー１７が装着されている。
【００２０】
また、図３及び図５に示すように、カップリング１６の第２円筒挟持面２２には、他端部から軸方向に沿って一条のキー溝２７が形成されている。このキー溝２７は、図１に示すように、スプライン軸側連結部１１ａの外周に形成したキー溝１３に対向する位置に形成されており、これらキー溝１３，２７の内部に第２キー１８が装着されている。
そして、カップリング１６の第１円筒挟持面２１に形成したボルト頭部係止穴２３ａ及びネジ穴２３ｂに第１締付けボルト１９ａを装着し、第１締付けボルト１９ａの頭部をボルト頭部係止穴２３ａに当接してネジ部をネジ穴２３ｂに螺合することで、第１円筒挟持面２１の縮径による所定の締付け力でネジ軸側連結部８を挟持する。
【００２１】
また、カップリング１６の第２円筒挟持面２２に形成したボルト頭部係止穴２４ａ及びネジ穴２４ｂに第２締付けボルト１９ｂを装着し、第２締付けボルト１９ｂの頭部をボルト頭部係止穴２４ａに当接してネジ部をネジ穴２４ｂに螺合することで、第２円筒挟持面２２の縮径による所定の締付け力でスプライン軸側連結部１１ａを挟持する。
上記構成の過負荷調整機構１５は、キー溝９，２６の内部に第１キー１７が装着され、キー溝１３，２７の内部に第２キー１８が装着された状態で、カップリング１６がネジ軸側連結部８及びスプライン軸側連結部１１ａを挟持しているので、ネジ軸側連結部８及びスプライン軸側連結部１１ａは相対回転不能に連結されている。
【００２２】
ここで、本発明に係る筒状挟持面が第１円筒挟持面２１及び第２円筒挟持面２２に対応し、本発明に係る締付けボルトが第１締付けボルト１９ａ，第２締付けボルト１９ｂに対応し、本発明に係る軸側キー溝がキー溝９，１３に対応し、本発明に係る挟持面側キー溝がキー溝２６，２７に対応し、本発明に係るキーが第１キー１７，第２キー１８に対応している。
【００２３】
［回転慣性質量ダンパーの動作］
次に、第１実施形態の回転慣性質量ダンパー１を、オフィスビルや大型施設などの大スパン床に設置した場合の動作について説明する。
オフィスビルや大型施設内において、通常の歩行時においても微小な振動が発生すると、回転慣性質量ダンパー１は、第１構造体２及び第２構造体３の間に生じる変位方向の相対加速度に応じた減衰力を発生することで、オフィスビルや大型施設で発生する微小な振動を減衰することができる。
【００２４】
すなわち、スプライン軸１１から過負荷調整機構１５を介してネジ軸７に入力した軸方向変位ｘによりフライホイール６がθ回転すると、軸方向の力（反力）Ｆは、以下の（１）式で表せる。
【数１】
0006520474.tif 000002
【００２５】
ここで、Ｉθは回転する部分全体の回転慣性モーメント、αはフライホイールの角加速度、Ｌｄはネジ軸７のリード（ねじ山のピッチ）、Ｄはフライホイール６の外径、ｍはフライホイール６の質量、Ψは軸方向の慣性質量、ｘ″はネジ軸７とネジナットの相対加速度である。ここで、軸方向の慣性質量Ψは、フライホイール６の質量ｍの数１００倍〜数１０００倍の値が得られる。
【００２６】
このように、オフィスビルや大型施設に設置した第１実施形態の回転慣性質量ダンパー１は、施設内の通常の歩行時において微小な振動が発生すると、スプライン軸１１から過負荷調整機構１５を介してネジ軸７に軸方向変位ｘが入力すると、フライホイール６が回転して発生する慣性質量Ψに対して、ネジ軸７とネジナット５の相対加速度ｘ″に比例した軸方向の力（反力）Ｆが発生することで、施設内の微小な上下振動が制振する。
【００２７】
次に、地震が発生したときの回転慣性質量ダンパー１の動作について説明する。
第１実施形態の過負荷調整機構１５は、カップリング１６に螺合した第１締付けボルト１９ａが第１円筒挟持面２１を縮径し、第２締付けボルト１９ｂが第２円筒挟持面２２を縮径することで、第１円筒挟持面２１がネジ軸側連結部８を所定の締付け力で挟持し、第２円筒挟持面２２がスプライン軸側連結部１１ａを所定の締付け力で挟持している。
【００２８】
前述した所定の締付け力は、回転するネジナット５やフライホイール６などに損傷を与えそうな所定震度の地震が発生したときには、ネジ軸側連結部８及びスプライン軸側連結部１１ａが軸方向に相対移動し、所定震度の地震を下回るときには、ネジ軸側連結部８及びスプライン軸側連結部１１ａの軸方向相対移動を不能とする力に設定されている。
このような過負荷調整機構１５を備えた回転慣性質量ダンパー１は、所定震度以上の地震が発生し、第１構造体２及び第２構造体３の間に相対変位が生じると、第１円筒挟持面２１に挟持されているネジ軸側連結部８と、第２円筒挟持面２２に挟持されているスプライン軸側連結部１１ａが軸方向に相対移動し、スプライン軸１１から過負荷調整機構１５を介してネジ軸７に軸方向変位が入力せず、ネジナット５及びフライホイール６は回転しない。
これにより、所定震度以上の地震が発生したときには、過負荷調整機構１５の第１円筒挟持面２１及び第２円筒挟持面２２が、ネジ軸側連結部８及びスプライン軸側連結部１１ａを軸方向に相対移動させることで、回転慣性質量ダンパー１の損傷を防止する。
【００２９】
［回転慣性質量ダンパーの効果］
次に、上述した第１実施形態の回転慣性質量ダンパー１の効果について説明する。
オフィスビルや大型施設に設置した回転慣性質量ダンパー１は、施設内の通常の歩行時において微小な振動が発生すると、第１構造体２及び第２構造体３の間の相対変位をスプライン軸１１、過負荷調整機構１５及びネジ軸７を介して伝達し、フライホイール６が回転して発生する慣性質量と、ネジ軸７とネジナット５の相対加速度ｘ″に比例した軸方向の力（反力）Ｆが発生することで、施設内の微小な上下振動を減衰することができる。
【００３０】
また、所定震度以上の地震が発生したときには、過負荷調整機構１５の第１円筒挟持面２１及び第２円筒挟持面２２が、ネジ軸側連結部８及びスプライン軸側連結部１１ａを軸方向に相対移動させ、スプライン軸１１から過負荷調整機構１５を介してネジ軸７に軸方向変位が入力せず、ネジナット５及びフライホイール６が回転しないので、回転慣性質量ダンパー１の損傷を防止することができる。
【００３１】
また、過負荷調整機構１５は、第１締付けボルト１９ａ及び第２締付けボルト１９ｂの螺合状態を調整することで、第１円筒挟持面２１のネジ軸側連結部８に対する締付け力と、第２円筒挟持面２２のスプライン軸側連結部１１ａに対する締付け力を簡単に調整することができる。
さらに、ネジ軸側連結部８及びスプライン軸側連結部１１ａの相対回転不能な構造は、カップリング１６の第１円筒挟持面２１に形成したキー溝２６とネジ軸側連結部８に形成したキー溝９との間に第１キー１７を装着し、カップリング１６の第２円筒挟持面２２に形成したキー溝２７とスプライン軸側連結部１１ａに形成したキー溝１３との間に第２キー１８を装着することで、簡単に実現することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  回転慣性質量ダンパー
２  第１構造体
２ａ  第１ユニット体
２ｂ  第２ユニット体
３  第２構造体
４  軸受
５  ネジナット
６  フライホイール
７  ネジ軸
８  ネジ軸側連結部
９  キー溝
１０  スプラインナット
１１  スプライン軸
１１ａ  スプライン軸側連結部
１２  固定部
１３  キー溝
１５  過負荷調整機構
１６  カップリング
１７  第１キー
１８  第２キー
１９ａ  第１締付けボルト
１９ｂ  第２締付けボルト
２０  スリット
２１  第１円筒挟持面
２２  第２円筒挟持面
２３ａ  ボルト頭部係止穴
２３ｂ  ネジ穴
２４ａ  ボルト頭部係止穴
２４ｂ  ネジ穴
２５  変形促進溝
２６，２７  キー溝
【図１】
0006520474.tif 000003
【図２】
0006520474.tif 000004
【図３】
0006520474.tif 000005
【図４】
0006520474.tif 000006
【図５】
0006520474.tif 000007