(57)【要約】【課題】地震等の振動エネルギーを吸収する減衰装置に関し、粘性体の減衰能力の低下を防止することが課題である。【解決手段】直線運動する直線運動手段３と、該直線運動手段の直線運動を回転運動に変換する回転運動変換手段４と、該回転運動変換手段によって回転され粘性体の粘性抵抗により運動エネルギーを減衰させる粘性減衰手段６と、前記各手段を支持する装置本体２とからなる減衰装置１において、前記回転運動変換手段４に、前記粘性減衰手段の減衰能力が低下しないように当該減衰装置全体の減衰量の一部を負担させたことである。【選択図】　　図１
2004084845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線運動する直線運動手段と、該直線運動手段の直線運動を回転運動に変換する回転運動変換手段と、該回転運動変換手段によって回転され粘性体の粘性抵抗により運動エネルギーを減衰させる粘性減衰手段と、前記各手段を支持する装置本体とからなる減衰装置において、
前記回転運動変換手段に、前記粘性減衰手段の減衰能力が低下しないように当該減衰装置全体の減衰量の一部を負担させたこと、
を特徴とする減衰装置。
【請求項２】
負担する減衰量は、減衰装置全体の減衰量の２５％〜６０％であること、
を特徴とする請求項１に記載の減衰装置。
【請求項３】
回転運動変換手段は、ねじ対偶のねじ部であり、該ねじ部の速度増幅比が、２．４〜５．１の範囲であるとともに、軸方向には適量の隙間を有すること、
を特徴とする請求項１乃至２に記載の減衰装置。
【請求項４】
ねじ部は、３条台形ねじ、または、左右等しい山の角度を持つ３条ねじに形成されていること、
を特徴とする請求項３に記載の減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震等の振動エネルギーを吸収する減衰装置に関し、詳しくは、地震、衝撃等の際に建築構造物等、二つの対象物間の相対変位に伴って発生する運動エネルギーを、熱エネルギーに変換して減衰させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地震時のエネルギー等を減衰させる装置として、粘性体の熱エネルギーに変換し、且つ、相対変位部分の増幅機能を有して減衰させる、例えば、特開平１０−１８４７５７号、特開平１０−１８４７８６号公報に開示されている減衰装置が知られている。
【０００３】
これらの装置は、運動エネルギーの殆どを粘性体の熱エネルギーに変換するため、該粘性体がエネルギーを吸収し、発熱し、且つ、膨張する。この膨張に伴い前記粘性体を密封している筒体において、その内部圧力が上昇し、密封用に用いられるシール部材を損傷させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この課題の解決手段として、特開２０００−２７４４７４号公報に開示されているものが知られている。しかし、粘性体そのものは、熱が全て外部に放熱されず、それに伴い該粘性体の粘度が低下し、その結果、減衰装置の減衰能力を低下させる。また、外気温、太陽による輻射熱などの外部環境温度によっても粘性体の温度が変化し、同様の結果となる。
【０００５】
上記減衰装置は、運動エネルギーを吸収した粘性体の膨張に対しては解決策が提案されているが、発熱等によって起こる当該粘性体の温度上昇による粘度低下と、それによる装置の減衰能力の低下による減衰能力のばらつきの課題は解決されていない。かかる粘性体の温度上昇を減少させる手段としては、粘性体の容量を多くし、単位体積当たりの負担を小さくするか、粘性体を冷却し放熱させる等の手段があるが、結果として、装置を大きく複雑にするなどの課題がある。本発明に係る減衰装置はこのような課題を解決するために提案されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明に係る減衰装置の要旨は、直線運動する直線運動手段と、該直線運動手段の直線運動を回転運動に変換する回転運動変換手段と、該回転運動変換手段によって回転され粘性体の粘性抵抗により運動エネルギーを減衰させる粘性減衰手段と、前記各手段を支持する装置本体とからなる減衰装置において、前記回転運動変換手段に、前記粘性減衰手段の減衰能力が低下しないように当該減衰装置全体の減衰力の一部を負担させたこと、である。
【０００７】
前記負担する減衰力は、減衰装置全体の減衰力の２５％〜６０％であること、；
前記回転運動変換手段は、ねじ対偶のねじ部であり、該ねじ部の速度増幅比が、２．４〜５．１の範囲であるとともに、軸方向には適量の隙間を有すること、；
前記ねじ部は、３条台形ねじ、または、左右等しい山の角度を持つ３条ねじに形成されていることを含むものである。
【０００８】
本発明に係る減衰装置によれば、粘性体が吸収する運動エネルギーの絶対量を減少させ、その減少分を他の減衰手段に代替えさせることができるものである。これにより、粘性体の温度上昇が軽減されて、該粘性体の粘度の低下が防止されるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る減衰装置１について、図面を参照して説明する。図１に示すように、減衰装置１は、外部からの外力により装置本体２に対して相対的に直線運動する直線運動手段であるねじ付き入力軸３と、該直線運動手段の直線運動をねじ対偶によって回転運動に変換する回転運動変換手段である回転変換体４と、該回転運動変換手段によって回転され粘性体５の粘性抵抗により運動エネルギーを減衰させる粘性減衰手段である内筒チューブ（回転体ともいう）６と、前記各手段を支持する、固定外筒２ａ及び支持体２ｂからなる装置本体２とで構成されている。
【００１０】
前記入力軸３の外周部に設けられているねじ部３ａは、３条の台形ねじ、または、左右等しい山の角度を持つ３条ねじに形成されている。これに螺合する回転変換体４の内壁に刻設されたねじ部４ａも同様に形成されている。
【００１１】
前記入力軸３に外部からの地震エネルギーにより、装置本体２との間に相対変位が生じると、前記ネジ部３ａ，４ａにより回転変換体４が、回転しない入力軸３に対してその軸心廻りに回転し、該回転変換体４によって連結部を介して同方向に回転される前記内筒チューブ６が、該内筒チューブ６と装置本体２の一部である固定外筒２ａとの間に注入され密封されている粘性体５による粘性抵抗を受ける。それにより、前記内筒チューブ６の回転運動を止める力が発生し、その抵抗力が回転変換体４を介して前記ねじ部３ａ，４ａの摺接面に伝達され、該摺接面に摩擦力が生じて増幅され、この装置全体の主減衰力となる。
【００１２】
次に、前記減衰装置１の減衰力について、関係式を設定して説明する。
減衰こま（減衰作用する部分の全体、入力軸３，回転変換体４、内筒チューブ６、その他のスラスト軸受部７等の減衰部分の合計）の全軸方向の減衰力　：Ｐ
粘性体５の軸方向減衰力　　　　　　　　　　　　：Ｑｎ
ねじ部の軸方向減衰力　　　　　　　　　　　　　：Ｑｓ
スラスト軸受部７の軸方向減衰力　　　　　　　　：Ｑｂ
とすると、Ｐ＝Ｑｎ＋Ｑｓ＋Ｑｂ　　　　　　　　　…　　式（１）
であらわされる。
【００１３】
前記粘性体５の軸方向減衰力Ｑｎは、
粘性体５の減衰力　　　　　　　　　　　　　　　：Ｑｄ
粘性体部速度増幅比　　　　　　　　　　　　　　：Ｓ
とすると、
Ｑｎ＝Ｑｄ×Ｓ　　　　　　　　　　　　　　　　…　式（２）
前記粘性体部速度増幅比Ｓは、
内筒チューブ６外径の直径　　　　　　　　　　　：Ｄ
ねじ部のリード　　　　　　　　　　　　　　　　：Ｌ
円周率　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　：π
とすると、Ｓ＝Ｄ・π／Ｌとなる。
【００１４】
前記ねじ部の軸方向減衰力Ｑｓは、
ねじの有効径　　：Ｄｓ　、　ねじの摩擦係数　　　：μ１　、
ねじ部速度増副比：Ｓ１（＝Ｄｓ・π／Ｌ）　、
とすると、Ｑｓ＝Ｐ・μ１・Ｓ１　　　　　　　　　式（３）
となる。
【００１５】
前記スラスト軸受部７の軸方向減衰力Ｑｂは、
スラスト軸受部７の摩擦係数　　　　　：μ２
スラスト軸受部速度増副比　　　　　　：Ｓ２（＝Ｄｂ・π／Ｌ）
とすると、Ｑｂ＝Ｐ・μ２・Ｓ２　　　　　　　　　　　式（４）
ただし、前記スラスト軸受部７の速度増副比Ｓ２は、スラスト軸受７の回転直径：Ｄｂとして、Ｓ２＝Ｄｂ・π／Ｌである。
【００１６】
ここで、前記式（１）に前記式（２），（３），（４）を代入し、Ｑｎの関数に整理すると、
Ｐ＝Ｑｎ／（１−μ１・Ｓ１−μ２・Ｓ２）　　　　　　式（５）となる。
この式（５）に示すように、減衰こまの軸方向減衰力Ｐは、粘性体５の減衰力を一定にした場合、ねじの摩擦係数と速度増幅比との積を大きくとるか、スラスト軸受部７の摩擦係数と速度増幅比との積を大きくとることにより、大きな軸方向減衰力Ｐを得ることができる。
【００１７】
また、同じねじ及びスラスト軸受を使用し、全軸方向減衰力Ｐを等しくするとすれば、粘性体５の減衰力を小さくすることができる。
【００１８】
【実施例】
本発明に係る減衰装置１と、従来の公知の減衰装置との比較例を示す。
前記公知の減衰装置は、ボールねじを使用した装置であり、
全軸方向減衰力Ｐ　　　　　　：５０，０００ｋｇ・ｆ
ボールねじの摩擦係数　　　　：０．００５
ねじ部の速度増副比　　　　　：４．０
スラスト軸受部の摩擦係数　　：０．００５
スラスト軸受部の速度増副比　：１０．１
とする。
【００１９】
前記式（５）により、軸方向減衰力Ｑｎを求めると、
Ｑｎ＝４６，４７５ｋｇ・ｆとなって、全軸方向減衰力Ｐの約９割以上を粘性体が負担している。
【００２０】
これに対して、本発明の減衰装置１では、ボールねじを使用しないで、滑りねじに置き換えているので、粘性体５の負担は、滑りねじの摩擦係数を０．１０４として、上記と同様に全軸方向減衰力Ｐ＝５０，０００ｋｇ・ｆとしてＱｎを求めると、
Ｑｎ＝２６，６５０ｋｇ・ｆとなる。これは、全軸方向減衰力Ｐのおおよそ半分程度となる。これによって、粘性体５においては、公知の減衰装置の略半分程度の減衰力で良いことになって負担が減少する。従って、熱によって粘性体５が膨張し、その膨張による圧力の上昇及び温度上昇が、本発明の減衰装置１では軽減されるものである。
【００２１】
前記減衰装置１においては、回転運動変換手段である入力軸３と回転変換体４との、ねじ部の摺接面に伝達された抵抗力が、ねじ部摩擦によってねじ部軸方向減衰力を発生させる。その大きさは、摩擦、および、ねじ部速度増幅比の大きさに比例し、ねじ部速度増幅比は、ねじリードの大きさに反比例する。従って、滑りねじが回転運動変換手段として有効に機能するためには、適切なねじ部速度増幅比が選択される必要がある。また、ねじ部にて発生させる減衰力は、摺接面で熱エネルギーに変換され、金属製の入力軸３と回転変換体４との温度を上昇させ且つ熱膨張させる。その結果、入力軸３と回転変換体４との熱膨張率の差により、ねじのバックラッシュを減少させ、極端な場合は焼き付け等の原因となるため、その点からも負担させる減衰力の大きさを制限する必要がある。そこで、実用的に減衰装置１の各諸元より、ねじ摩擦の軸方向減衰力を、全軸方向減衰力Ｐの約２５％〜６０％の範囲に設定するものである。
【００２２】
かかる減衰装置１のねじ部３ａ，４ａの要件を考慮すると、前記式（５）より、分母が０以下とはならないので、
１＞（μ１・Ｓ１＋μ２・Ｓ２）　…　式（６）　となる。
よって、ねじ部の摩擦係数　μ１：０．１０４、ねじの速度増副比Ｓ１：４．０、スラスト軸受部７の摩擦係数μ２：０．００５、スラスト軸受部速度増副比Ｓ２：１０．１とすると、１＞０．４１６＋０．０５０５＝０．４７１となり、上記式（６）を満足する。ここで、粘性体減衰力の比率を考えた場合、
０．６５〜０．４８＞（μ１・Ｓ１＋μ２・Ｓ２）　…　式（７）となり、この実施例では、０．４７１なので、式（７）も満足する。
【００２３】
よって、前記式（６），（７）でみるように、摩擦係数と速度増幅比とは任意であっても、前記条件を満足すれば良く、機器の設計において自由度を持たせることができる。本発明の減衰装置１では、回転変換体４が容易に回転し、かつ、摩擦減衰力の適正範囲から、ねじ部の速度増幅比Ｓ１は、２．１〜５．１の範囲に設定する。
【００２４】
スラスト軸受部７の摩擦係数μ２と、スラスト軸受部速度増副比Ｓ２については、ここに滑りスラスト軸受を適用した場合、一般的な材料である、鉄と銅合金との摩擦係数は、概ね、０．１５とすると、μ２・Ｓ２の積のみで１を越えてしまい、回転不能となる。よって、スラスト軸受部７は、非常に摩擦係数の小さい軸受けである必要がある。
【００２５】
また、ねじ部においては、減衰装置の設置環境により水平から垂直まで任意の角度で取り付けられ、その取付における隙間や自重や装置の微小な隙間等によって、僅かな撓み等が発生するが、その状態でも、滑らかに作動するねじ条件として、３条ねじとする。この３条ねじによって、軸直角断面でねじ面の３面同時接触支持による軸直進の安定性と、台形ねじによる求心性とを組み合わせることにより、軸減衰力による軸の曲がり防止性能を向上させている。
【００２６】
また、前記３条ねじの採用により、１条ねじに比較して、接触面積が大きくなり、ねじの有効長さを短くすることが可能で、加工容易更に、精度向上にもなる。台形ねじとして、３０度台形ねじや、２９度台形ねじの他、６０度のねじ山の角度を持つ特殊台形ねじ、メートルねじ、更に、ねじ山に等しい角度を持つねじ山形状を使用しても同様の作用・効果を得ることができる。
【００２７】
前記ねじ部３ａ，４ａの軸方向には、適量の隙間を有しなければならない。ねじ部のねじ面は、軸減衰力により摩擦を受けて、熱エネルギーに変換され発熱する。ねじ部３ａ，４ａ及び回転変換体４の材料は、合金鋼と高力黄銅を使用しており、双方の熱膨張率の差により、ねじのピッチ方向については、雄ねじと雌ねじとのピッチ隙間が狭くなるので、適切なバックラッシュを維持する必要がある。
【００２８】
かかる場合に、熱膨張を回避するには、バックラッシュの量を大きくすることで解消されるが、その場合には作動時の衝撃が大きくなってしまうので、減衰装置の損傷を防ぐため、バックラッシュは少ない方がよい。そこで、図２に示すように、有効径公差方式を採用するものである。例えば、直径６０ｍｍ、Ｐ１４のねじについては、軸方向バックラッシュが、０．１１〜０．１６ｍｍとなる公差を適用する。なお、既知のＪＩＳ規格の公差方式により、軸方向バックラッシュを計算すると、０．０４８〜０．３６２ｍｍとなり、非常に公差幅は広くなって送りねじ等の特殊用途には適用外となっている。
【００２９】
前記ねじ部３ａ，４ａには、自己潤滑機能を有する部材を採用している。減衰装置１は建物の梁の部材として、壁の中に組み込まれて使用されることがあることから、長期間、メンテナンスを必要としないことが求められる。そこで、ねじ部４ａに、固体潤滑材８を埋設した回転変換体４を採用している。前記個体潤滑材８は、図３乃至図４に示すように、ねじの滑り面の約１５％以上で約２５％未満で均一に配設する。これにより、安定した潤滑性を示すものである。
【００３０】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明に係る減衰装置は、直線運動する直線運動手段と、該直線運動手段の直線運動を回転運動に変換する回転運動変換手段と、該回転運動変換手段によって回転され粘性体の粘性抵抗により運動エネルギーを減衰させる粘性減衰手段と、前記各手段を支持する装置本体とからなる減衰装置において、前記回転運動変換手段に、前記粘性減衰手段の減衰能力が低下しないように当該減衰装置全体の減衰力の一部を負担させ、ねじ部での摩擦を減衰力に有効活用させることで、粘性体による粘性減衰手段の負担を軽減させて、当該粘性減衰手段の減衰能力の低下を防止し、減衰装置全体の減衰性能を安定させると言う優れた効果を奏するものである。
【００３１】
前記ねじ部での負担する減衰力は、減衰装置全体の減衰力の２５％〜６０％とすることで、品質的に安定する。また、前記回転運動変換手段は、ねじ対偶のねじ部であり、該ねじ部の速度増幅比が、２．４〜５．１の範囲であるとともに、軸方向には適量の隙間を有するので、減衰装置の品質向上となる。更に、前記ねじ部は、３条台形ねじ、または、左右等しい山の角度を持つ３条ねじに形成されているので、入力軸が安定動作し、台形ねじによる求心性とを組み合わせることにより、軸減衰力による軸の曲がりが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る減衰装置１の概略構成を示す断面図である。
【図２】同本発明に係る減衰装置１におけるねじ部の、バックラッシュ用の交差を比較する説明図（Ａ），（Ｂ）である。
【図３】同本発明に係る減衰装置１におけるねじ部の、固体潤滑材を配設した様子を示す断面図（Ａ）と、平面図（Ｂ）とである。
【図４】同本発明に係る減衰装置１におけるねじ部４ａに、固体潤滑材８を配設した様子を示す断面図（Ａ）と、平面図（Ｂ）とである。
【符号の説明】
１　　　　減衰装置、　　　　　２　　　　　　　装置本体、
３　　　　ねじ付き入力軸、　　３ａ　　　　　　ねじ部、
４　　　　回転変換体、　　　　４ａ　　　　　　ねじ部、
５　　　　粘性体、　　　　　　６　　　　　　　内筒チューブ（回転体）、
７　　　　スラスト軸受部、　　８　　　　　　　固体潤滑材。
【図１】
2004084845.tif 000003
【図２】
2004084845.tif 000004
【図３】
2004084845.tif 000005
【図４】
2004084845.tif 000006