(57)【要約】【課題】容易かつ安価にチューニングを行うことができる回転慣性質量ダンパーを提供する。【解決手段】互いに近接離反する方向に相対変位する第１部材１１と第２部材１２との間に（２部材の間）に設置され、第１部材１１と第２部材１２との間に生じる相対加速度により力を生じる回転慣性質量ダンパー１において、外周面にねじが形成されるとともに、第１部材１１に固定されたボールねじ３と、ボールねじ３のねじに同軸に螺合して回転すると共に、第２部材１２に対して回転可能に支持されたボールナット４と、ボールナット４と共にボールねじ３の軸線を回転軸として回転する回転錘５と、を有し、回転錘５は、所定の質量を有する第１錘部５２と、第１錘部５２と連結され、空洞部５３３が形成された第２錘部５３と、を有し、第２錘部５３は、空洞部５３３に質量を付加する質量調整材５３４を設置可能に構成されている。【選択図】図１
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【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２部材の間に設置され、前記２部材の間に生じる相対加速度により力を生じる回転慣性質量ダンパーにおいて、
外周面にねじが形成されるとともに、前記２部材のうちいずれか一方の部材に固定されたボールねじと、
前記ボールねじのねじに同軸に螺合して回転すると共に、前記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、
前記ボールナットと共に前記ボールねじの軸線を回転軸として回転する回転錘と、を有し、
前記回転錘は、
所定の質量を有する第１錘部と、
前記第１錘部と連結され、前記回転錘の質量を付加可能な第２錘部と、を有することを特徴とする回転慣性質量ダンパー。
【請求項２】
前記第２錘部は、空洞部が形成され、
前記空洞部には、前記回転錘の質量を付加する質量調整材を設置可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転慣性質量ダンパー。
【請求項３】
前記第１錘部は、鋼製であり、
前記質量調整材は、前記空洞部に充填可能なコンクリートであることを特徴とする請求項２に記載の回転慣性質量ダンパー。
【請求項４】
前記第１錘部は、前記ボールナットと同軸となる円筒状に形成され、
前記空洞部は、前記ボールナットと同軸となる円筒状に形成されていることを特徴とする請求項２または３に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。
【背景技術】
【０００２】
回転慣性質量ダンパーは、ねじ軸（ボールねじ）とボールナットからなるボールねじ機構、および回転錘等から構成される質量系の制振装置（制振ダンパー）である（例えば、特許文献１参照）。回転慣性質量ダンパーの特徴は、ボールねじ機構により軸方向運動が軸まわりの回転運動に変換される時の回転慣性質量により、錘実質量の４，５００〜７，０００倍の等価慣性質量が得られることである。
回転慣性質量ダンパーが大きな等価慣性質量を発揮することを利用し、回転慣性質量ダンパーに軸ばね装置を組み合わせ、シアリンクブレース等の取付け部材を介し、建物の層間に設置することで、主架構とは別の付加振動系を形成することができる。この付加振動系の固有周期を主架構の水平固有周期に同調させることで、制振効果を発揮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５５７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、主架構の水平固有周期は、竣工後建物の供用が開始され、積載荷重が作用して初めて実際の値の算出が可能となる。特に鉄筋コンクリート造では、コンクリートの経年変化に伴い供用中に水平固有周期の値は変動（主に長周期化）する。従って、設計段階で定めた回転慣性質量の値のままでは主架構の水平固有周期と必ずしも同調せず、適切にチューニングを行うことが望ましい。
長周期側にチューニングを行う場合、ばねの剛性を減少させるか慣性質量を増大させる必要があるが、一般的に軸ばね装置は皿ばね等の並列配置で構成されるため、ばねの剛性の減少は耐力の減少を伴う。よって、慣性質量を増大させることが望ましいが、従来の回転慣性質量ダンパーではその慣性質量の値を変更するためにはダンパーを取り換える必要があり、コスト・手間がかかるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、容易かつ安価にチューニングを行う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する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明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２部材の間に設置され、前記２部材の間に生じる相対加速度により力を生じる回転慣性質量ダンパーにおいて、外周面にねじが形成されるとともに、前記２部材のうちいずれか一方の部材に固定されたボールねじと、前記ボールねじのねじに同軸に螺合して回転すると共に、前記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、前記ボールナットと共に前記ボールねじの軸線を回転軸として回転する回転錘と、を有し、前記回転錘は、所定の質量を有する第１錘部と、前記第１錘部と連結され、前記回転錘の質量を付加可能な第２錘部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明では、回転錘は、回転錘の質量を付加可能な第２錘部を有していることにより、第２錘部を設置することで回転錘の質量を調整することができる。
このため、建物の水平固有周期が設計段階と建物の供用後とで異なる場合にも、回転錘の質量を調整することで回転慣性質量ダンパーの固有周期を、供用後の建物の水平固有周期に同調するようにチューニングすることができる。また、建物の経年変化に伴い、建物の水平固有周期が変動した場合（特に長周期化した場合）にも、回転錘の質量を調整することで回転慣性質量ダンパーの固有周期を建物の水平固有周期に同調するようにチューニングすることができる。
このように、回転慣性質量ダンパーを交換したり、ばねなどの部材を追加したりせずに回転慣性質量ダンパーの固有周期を建物の水平固有周期に同調させることができるため、回転慣性質量ダンパーのチューニングを容易かつ安価に行うことができる。
【０００８】
また、本発明に係る回転慣性質量ダンパーでは、前記第２錘部は、空洞部が形成され、前記空洞部には、前記回転錘の質量を付加する質量調整材を設置可能に構成されていてもよい。
このような構成とすることにより、第２錘部の空洞部に質量調整材を設置することで回転錘の質量を容易に調整することができる。
【０００９】
また、本発明に係る回転慣性質量ダンパーでは、前記第１錘部は、鋼製であり、前記質量調整材は、前記空洞部に充填可能なコンクリートであってもよい。
このような構成とすることにより、第１錘部よりも比重の軽いコンクリートの質量調整材を空洞部に充填するため、チューニングを行う際に回転錘の質量の細かい調整を行うことができる。
【００１０】
また、本発明に係る回転慣性質量ダンパーでは、前記第１錘部は、前記ボールナットと同軸となる円筒状に形成され、前記空洞部は、前記ボールナットと同軸となる円筒状に形成されていてもよい。
このような構成とすることにより、回転錘を、回転慣性質量ダンパーの回転方向（径方向）に質量の偏在が無い構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、容易かつ安価に回転慣性質量ダンパーのチューニングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による回転慣性質量ダンパーの軸線に沿った断面図である。
【図２】第２錘部を示す斜視図である。
【図３】回転慣性質量ダンパーの諸元を示す表である。
【図４】空洞率と同調可能周期倍率との関係を示すグラフである。
【図５】回転錘の他の形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態による回転慣性質量ダンパーについて、図１−図４に基づいて説明する。
図１に示す本実施形態による回転慣性質量ダンパー１は、建物の柱と梁との間など、互いに近接離反する方向に相対変位する２部材の間に設置されている。回転慣性質量ダンパー１は、２部材の間に生じる相対加速度により力を生じる装置である。２部材のうちの回転慣性質量ダンパー１の軸線方向（図の矢印Ａの方向）の一方側（図１の右側）に位置する部材を第１部材１１とし、回転慣性質量ダンパー１の軸線方向の他方側（図１の左側）に位置する部材を第２部材１２とする。回転慣性質量ダンパー１は、その軸線方向が第１部材１１と第２部材１２とが相対変位する方向となるように設置される。
【００１４】
回転慣性質量ダンパー１は、外筒２と、ボールねじ３と、ボールナット４と、回転錘５と、を有している。
外筒２は、円筒状に形成され、内部にボールねじ３、ボールナット４および回転錘５が配置される。外筒２、ボールねじ３、ボールナット４および回転錘５は、同軸に配置される。これらの軸線が延びる方向が回転慣性質量ダンパー１の軸線方向となっている。
外筒２は、軸線方向の他方側の端部が軸受け部材６を介して第２部材１２に固定されている。
【００１５】
ボールねじ３は、棒状に形成され、外周面にねじが形成されたねじ軸３１と、ねじ軸３１のねじに沿って配置された複数のボール３２と、を有している。ねじ軸３１は、軸線方向の一方側が外筒２の外部に配置され、軸線方向の他方側が外筒２の内部に配置されている。ねじ軸３１は、軸線方向の一方側の端部が第１部材１１に固定されている。
ボールナット４は、ボールねじ３が挿通され、ボールねじ３のねじ軸３１にボール３２を介して螺合している。ボールナット４は、ボールねじ３の軸線（ねじ軸３１の軸線）を回転軸として回転可能に構成されている。ボールナット４は、外筒２に対しても回転可能に構成されている。
【００１６】
回転錘５は、円筒状に形成され、ボールねじ３が挿通されている。回転錘５は、ボールねじ３の軸線を回転軸として回転可能に構成されている。回転錘５は、外筒２に対しても回転可能に構成されている。回転錘５は、ボールナット４と連結されていて、ボールナット４とともにボールねじ３の軸線を回転軸として回転する。
回転錘５は、回転錘ケージ５１、と第１錘部５２と、第２錘部５３と、を有している。
回転錘ケージ５１は、円筒状に形成されている。回転錘ケージ５１は、外筒２と同軸に配置される。回転錘ケージ５１は、外周板部５１１と、内周板部５１２と、第１端板部５１３と、第２端板部５１４と、を有している。
【００１７】
外周板部５１１は、円筒状に形成された板材で、回転錘ケージ５１の外周部となる。内周板部５１２は、外周板部５１１よりも小径の円筒状に形成された板材で、外周板部５１１の内側に間隔をあけて外周板部５１１と同軸に配置されている。内周板部５１２は、回転錘ケージ５１の内周部となる。
第１端板部５１３は、外周板部５１１および内周板部５１２の軸線方向の一方側の端部に接合され、外周板部５１１と内周板部５１２との間を塞いでいる。第２端板部５１４は、外周板部５１１および内周板部５１２の軸線方向の他方側の端部に接合され、外周板部５１１と内周板部５１２との間を塞いでいる。
回転錘ケージ５１には、外周板部５１１、内周板部５１２、第１端板部５１３および第２端板部５１４に囲まれた錘収容部５４が形成されている。
【００１８】
錘収容部５４には、第１錘部５２および第２錘部５３が収容されている。第１錘部５２は、第２錘部５３の軸線方向の他方側に配置されている。回転錘ケージ５１、第１錘部５２および第２錘部５３は、一体に回転するように構成されている。第１錘部５２と第２錘部５３とは、直接または回転錘ケージ５１を介して連結されている。
第１錘部５２は、円筒状に形成され、ボールねじ３が挿通されている。第１錘部５２は、鋼製で所定の質量を有している。
【００１９】
第２錘部５３は、錘収容部５４における第１錘部５２よりも軸線方向の一方側の領域（第２錘部設置領域５４１とする）に設けられている。
第２錘部５３は、第２錘部設置領域５４１を軸線方向に３つに仕切る第１仕切り板部５３１および第２仕切り板部５３２を有している。
第１仕切り板部５３１および第２仕切り板部５３２は、それぞれ中心に内周板部５１２と略同じ径の孔部を有し、外形が外周板部５１１と略同じ径の円形の環状の板材である。
【００２０】
第１仕切り板部５３１は、第２仕切り板部５３２よりも軸線方向の一方側に間隔をあけて配置されている。第１仕切り板部５３１は、第１端板部５１３の軸線方向の他方側に間隔をあけて設けられている。第２仕切り板部５３２は、第１錘部５２の軸線方向の一方側に間隔をあけて設けられている。第１仕切り板部５３１および第２仕切り板部５３２は、外縁部が外周板部５１１に接合され、内縁部が内周板部５１２に接合されている。
【００２１】
第２錘部設置領域５４１には、第１仕切り板部５３１と第１端板部５１３との間の第１空洞部５３３ａと、第１仕切り板部５３１と第２仕切り板部５３２との間の第２空洞部５３３ｂと、第２仕切り板部５３２と第１錘部５２との間の第３空洞部５３３ｃが形成されている。第１空洞部５３３ａ、第２空洞部５３３ｂおよび第３空洞部５３３ｃは、それぞれ回転錘５の質量を付加するための質量調整材５３４を設置可能に構成されている。以下では、第１空洞部５３３ａ、第２空洞部５３３ｂおよび第３空洞部５３３ｃを合わせて空洞部５３３と表記することがある。
質量調整材５３４は、コンクリートやモルタルなどの流動性を有する材料で構成され、回転錘５の質量を付加する場合に第１空洞部５３３ａ、第２空洞部５３３ｂおよび第３空洞部５３３ｃの何れか１つ以上に充填される。質量調整材５３４は、第１空洞部５３３ａ、第２空洞部５３３ｂおよび第３空洞部５３３ｃそれぞれに対して、全体に充填されてもよいし、各空洞部の体積よりも少ない量だけ充填されてもよい。
【００２２】
図２に第２空洞部５３３ｂを示す。第２空洞部５３３ｂを形成している部分の外周板部５１１には、第２空洞部５３３ｂに質量調整材５３４を注入するための注入口５５１と、余剰の質量調整材５３４を吐出するための吐出口５５２と、注入口５５１および吐出口５５２を閉塞するための閉塞部材５５３と、を有している。注入口５５１は、外周板部５１１の下部側に設けられ、吐出口５５２は、外周板部５１１の上部側に設けられている。第２空洞部５３３ｂ全体に質量調整材５３４を設置する際には、注入口５５１から質量調整材５３４を充填し、吐出口５５２から質量調整材５３４が吐出することを確認する。図示していないが、第１空洞部５３３ａおよび第３空洞部５３３ｃにも、第２空洞部５３３ｂの注入口５５１および吐出口５５２と同様の注入口および吐出口が設けられている。
【００２３】
図１に戻り、回転慣性質量ダンパー１を第１部材１１と第２部材１２との間に設置する初期状態では、回転錘５の錘収容部５４に第１錘部５２を設置し、第２錘部５３の空洞部５３３には質量調整材５３４を充填（設置）していない状態とする。この初期状態の回転慣性質量ダンパー１の固有周期は、建物の設計段階で定めた構造物の水平固有周期と同調するように設定される。
建物の積載荷重の変化や、建物の経年変化（例えば、コンクリートの経年変化）に伴い、建物の水平固有周期が変動した場合（特に長周期化した場合）には、第２錘部５３の第１空洞部５３３ａ、第２空洞部５３３ｂおよび第３空洞部５３３ｃの何れか１つ以上に質量調整材５３４を充填して回転錘５の質量を調整する。回転錘５の質量は、回転慣性質量ダンパー１の固有周期が、変動した後の構造物の水平固有周期と同調するように設定される。
【００２４】
上述しているように、回転錘５には、鋼製の第１錘部５２と、空洞部５３３が形成された第２錘部５３とが配置されている。そして、第２錘部５３の空洞部５３３は、初期状態では空いたままとなり、回転慣性質量ダンパー１のチューニングを行う際にコンクリートやモルタルなどの質量調整材５３４を充填している。これにより、回転錘ケージ５１には、質量（慣性力）の偏在による曲げモーメントが作用することが想定される。このため、回転錘５は、上記の曲げモーメントを考量して設計することが好ましい。また、回転慣性質量ダンパー１は、想定される最大質量に対応するように設計される必要がある。
【００２５】
回転錘５に対する空洞部５３３の体積率を空洞率とする。空洞率は、１００％以下とし、チューニングを想定する周期により適切に設定する。本実施形態では、第１錘部５２は、鋼製であり、空洞部５３３に充填される質量調整材５３４のコンクリートに比べ比重が重いため、空洞率が小さい方が効率的である。
【００２６】
ここで、空洞率と回転錘の質量調整についての検討を行う。
検討では、回転錘の質量を調整可能な本実施形態の回転慣性質量ダンパーと、回転錘の質量を調整できない従来の回転慣性質量ダンパーとを比較する。図３にそれぞれの回転慣性質量ダンパーの諸元を示す。
等価慣性質量は、回転錘が回転することにより増幅される見かけ上の質量を示している。設計では等価慣性質量が使用される。本実施形態の回転慣性質量ダンパーと、従来の回転慣性質量ダンパーとは同一の外形とする。
【００２７】
本実施形態の回転慣性質量ダンパーの第１錘部（初期錘）を回転錘の体積の７０％、第２錘部（将来錘）の空洞部を回転錘の体積の３０％とする。また、第１錘部は、鉄で、比重を７．８５ｇ／ｃｍ３とする。第２錘部、コンクリートで、比重２．３ｇ／ｃｍ３とする。なお、回転錘ケージ、第１仕切り板部および第２仕切り板部の体積は無視した。
本実施形態による回転慣性質量ダンパー（空洞率３０％）の等価慣性質量は、同型の従来の回転慣性質量ダンパーに対し７０％となるが、本実施形態による回転慣性質量ダンパーの同調可能周期は、初期の設定周期の√Ｍ倍である１．０６倍に対応可能である。
【００２８】
本実施形態による回転慣性質量ダンパーにおける空洞率と同調可能周期倍率との関係を図４に示す。
空洞率３０％の場合，調整に必要となるコンクリート量はダンパー１台当たり７７．４ｋｇ（０．０３４ｍ３）である。このように、建物供用中にも本実施形態による回転慣性質量ダンパー１のチューニングを容易にかつ安価に行うことができる。
【００２９】
建物の質量のうち積載荷重の占める割合は、一般的に１０％〜２０％程度であることが多い。ここで、積載荷重満載時から満載時の５０％までを同調可能範囲に含める場合、同調可能周期倍率は１．０５〜１．１程度とする必要があり、図４より空洞率は２０％〜４０％程度と設定すればよい。また、ＲＣ建物の経年変化による固有周期の変動は竣工時の固有周期を１とすると１０年後に１．１８〜１．２７程度に変化することが報告されている（例えば、以下の文献参照）。
中村尚弘他、「振幅依存性を考慮した中低層ＲＣ，ＳＲＣ造建物の水平１次振動特性」、２０１６年３月、日本建築学会構造系論文集第８１巻第７２１号、ｐ．４７１−４８１
【００３０】
したがって、経年変化による固有周期の変動に対し同調可能範囲を設定する場合、図４より空隙率は６０％〜７０％程度と設定することが好ましい。
【００３１】
次に、本実施形態による回転慣性質量ダンパー１の作用・効果について説明する。
本実施形態による回転慣性質量ダンパー１では、回転錘５は、質量調整材５３４を設置可能な空洞部５３３が設けられた第２錘部５３を有していることにより、第２錘部５３の空洞部５３３に質量調整材５３４を設置することで回転錘５の質量を調整することができる。
このため、建物の水平固有周期が設計段階と建物の供用後とで異なる場合にも、回転錘５の質量を調整することで回転慣性質量ダンパー１の固有周期を、供用後の建物の水平固有周期に同調するようにチューニングすることができる。また、建物の経年変化に伴い、建物の水平固有周期が変動した場合（特に長周期化した場合）にも、回転錘５の質量を調整することで回転慣性質量ダンパー１の固有周期を建物の水平固有周期に同調するようにチューニングすることができる。
このように、回転慣性質量ダンパー１を交換したり、ばねなどの部材を追加したりせずに回転慣性質量ダンパー１の固有周期を建物の水平固有周期に同調させることができるため、回転慣性質量ダンパー１のチューニングを容易かつ安価に行うことができる。
【００３２】
また、本実施形態による回転慣性質量ダンパー１では、第１錘部５２は、鋼製であり、第２錘部５３の空洞部５３３に充填される質量調整材５３４は、コンクリートやモルタルである。
このような構成とすることにより、第１錘部５２よりも比重の軽いコンクリートの質量調整材５３４を空洞部５３３に充填するため、チューニングを行う際に回転錘５の質量の細かい調整を行うことができる。
また、本実施形態による回転慣性質量ダンパー１では、第１錘部５２は、ボールナット４と同軸となる円筒状に形成され、空洞部５３３は、ボールナット４と同軸となる円筒状に形成されている。
このような構成とすることにより、回転錘５を、回転慣性質量ダンパー１の回転方向（径方向）に質量の偏在が無い構造とすることができる。
【００３３】
以上、本発明による回転慣性質量ダンパー１の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、第２錘部５３の空洞部５３３に設置される質量調整材５３４は、コンクリートやモルタルである。これに対し、質量調整材５３４は、鋼製の材料や、塊状のコンクリートであってもよい。
また、上記の実施形態では、第１錘部５２は鋼製であるが、コンクリート製など鋼製以外であってもよい。
【００３４】
また、上記の実施形態では、第２錘部５３は、空洞部５３３は、回転錘の質量を付加する質量調整材５３４を充填する構成であるが、回転錘５の質量を付加する際にブロック状の第２錘部５３を第１錘部５２に連結する構成であってもよい。
また、上記の実施形態では、第１錘部５２と第２錘部５３とは、回転慣性質量ダンパー１の軸線方向に配列されているが、軸線に交差する方向などに配列されていてもよい。
例えば、図５に示す回転錘５Ｂのように、第１錘部５２Ｂの外周に現場打ちまたはプレキャストコンクリート等で構成された第２錘部５３Ｂが第１錘部５２Ｂに接合されてもよい。
このような場合に、第１錘部５２Ｂおよび第２錘部５３Ｂがそれぞれコンクリート部材であり、第２錘部５３Ｂを第１錘部５２Ｂにあと施工アンカー７で接合するようにしてもよい。このようにあと施工アンカー７を採用する場合は、回転錘５Ｂの回転による慣性力にて第２錘部５３Ｂの脱落がないように、あと施工アンカー７の定着長を確保する必要がある。
【００３５】
また、上記の実施形態では、第２錘部５３は、付加する質量に応じて複数の錘を設置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  回転慣性質量ダンパー
３  ボールねじ
４  ボールナット
５，５Ｂ  回転錘
１１  第１部材
１２  第２部材
３１  ねじ軸
３２  ボール
５２，５２Ｂ  第１錘部
５３，５３Ｂ  第２錘部
５３３  空洞部
５３３ａ  第１空洞部
５３３ｂ  第２空洞部
５３３ｃ  第３空洞部
５３４  質量調整材
【図１】
2022003259.tif 000003
【図２】
2022003259.tif 000004
【図３】
2022003259.tif 000005
【図４】
2022003259.tif 000006
【図５】
2022003259.tif 000007