(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物を含む系内の別々の部位に固定される第一連結部及び第二連結部と、
前記第一連結部に結合されたねじ軸と、
前記ねじ軸に螺合すると共に第二連結部に対して回転自在に支承されたナット部材と、
前記ナット部材から回転トルクが伝達される慣性質量要素としての筒体と、
粘性流体が充填されたシリンダと、
前記ねじ軸の先端に設けられると共に前記シリンダ内を一対の圧力室に区画し、前記ねじ軸の進退に伴って当該シリンダ内を移動するピストンと、
前記一対の圧力室の間で粘性流体を流動させるバイパス通路と、
前記バイパス通路内の粘性流体の流動に応じて前記筒体を前記ナット部材に対して回転させる流体圧モータと、
から構成されることを特徴とする回転慣性質量ダンパ。
【請求項２】
前記ピストンには、いずれか一方の圧力室内における粘性流体の圧力が制限値を超えた場合に開放されて前記バイパス通路内における粘性流体の流動を制限するリリーフ弁が設けられ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。
【請求項３】
構造物を含む系内の別々の部位に固定される第一連結部及び第二連結部と、
前記第一連結部に結合されたねじ軸と、前記第二連結部に結合された並進軸と、
前記ねじ軸に螺合すると共に前記第二連結部に対して回転自在に支承されたナット部材と、
前記ナット部材から回転トルクが伝達される慣性質量要素としての筒体と、
粘性流体が充填された第一シリンダと、前記ねじ軸の先端に設けられると共に前記第一シリンダ内を一対の圧力室に区画し、前記ねじ軸の進退に伴って当該第一シリンダ内を移動する第一ピストンと、
粘性流体が充填されると共に前記第一シリンダよりも大きな内径を有する第二シリンダと、
前記第一ピストンの移動に伴って前記第一シリンダ内の粘性流体を前記第二シリンダとの間で流動させるバイパス通路と、
前記並進軸の一端に設けられると共に前記第二シリンダ内を一対の圧力室に区画し、前記第一シリンダ内における前記第一ピストンの移動に伴って当該第一ピストンと同方向に前記第二シリンダ内を移動する第二ピストンと、
から構成されることを特徴とする回転慣性質量ダンパ。
【請求項４】
前記第二ピストンには、前記第二シリンダ内のいずれか一方の圧力室内における粘性流体の圧力が制限値を超えた場合に開放されて当該第二シリンダ内における第二ピストンの移動を制限するリリーフ弁が設けられていることを特徴とする請求項３記載の回転慣性質量
ダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物に作用する振動に伴って生じる二つの部位間の相対変位を回転運動に変換し、かかる回転運動を錘である質量体に伝達して、当該質量体に生じる回転慣性質量効果を利用して前記構造物の振動を抑制する回転慣性質量ダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
地震動による構造物の損傷を防止する制振構造として、かかる地震動に伴う構造物への入力エネルギを当該構造物内に配置したダンパによって吸収させるものがあり、この用途で使用されるダンパとしては特許文献１に開示される回転慣性質量ダンパが知られている。
【０００３】
この回転慣性質量ダンパは、構造物の別々の部位に生じる相対振動を質量要素としての筒体の回転運動に変換し、かかる筒体の回転運動によって生じた慣性質量効果を前記構造物に反力として作用させることによって、前記構造物に対する地震動の入力エネルギの消費を図るものである。前記構造物の相対振動を回転運動に変換する機構としては、ねじ軸及びこれに螺合するナット部材からなるねじ変換機構が用いられている。構造物の相対振動を前記ねじ軸の軸方向振動としてダンパに入力すると、ねじ変換機構が相対振動を回転運動に変換する際の増幅効果で、前記筒体の実際の質量の１０００倍程度の慣性質量効果を得ることができる。
【０００４】
また、この回転慣性質量ダンパでは、ねじ軸のリード長を任意に設定することによって、ねじ変換機構における増幅比を自由に設定することができ、前記リード長を短く設定するほど相対振動の振幅に対する筒体の回転量が増加し、大きな回転慣性質量効果を得ることができる。例えば、建物の制振用に回転慣性質量ダンパを用いる場合、十分な制振効果を得るためには、建物重量と同程度の慣性質量が必要となり、筒体の実際の質量を減じつつも大きな回転慣性質量を得ようとすると、前記ねじ軸のリード長はできる限り短く設定することが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかし、前記ねじ変換機構では相対振動を回転運動に変換する際に、前記ねじ軸のリード長が短いほど、ねじ軸とナット部材との間に大きな摩擦力が作用し、前記ナット部材を回転させるために大きな推力をねじ軸に与える必要が生じる。従って、構造物の相対振動を効率よく筒体の回転運動に変換するためには前記ねじ軸のリード長を極端には短く設定することはできず、当該リード長の設定に起因するねじ変換機構の増幅効果にも限界がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、ねじ変換機構におけるねじ軸のリード長をある程度の長さ以上に保ちつつも、相対振動の振幅に対して筒体の回転量を増加させることができ、大きな回転慣性質量効果を得ることが可能な回転慣性質量ダンパを提供することにある。
【０００８】
前記目的達成のため、本発明は従来の回転慣性質量ダンパと同様に構造物の相対振動をねじ変換機構のねじ軸に対して入力し、当該ねじ軸に入力された軸方向への運動をナット部材の回転運動に変換して筒体に伝達することを前提とし、更に、当該ねじ軸の先端にピストンを設けて、当該ピストンによって粘性流体を加圧し、それによって得られた高圧の粘性流体を利用して、前記ねじ変換機構に入力された構造物の相対振動の振幅に対する前記筒体の回転量の更なる増加を図るものである。高圧の粘性流体を利用して筒体の回転量を増加させる具体的な手段としては以下の二つがある。
【０００９】
第一の手段としては、前記ねじ変換機構のねじ軸の軸方向への運動によって得られた高圧の粘性流体を利用して圧力モータを回転させ、この圧力モータによって前記筒体を回転するナット部材に対して更に回転させることが考えられる。
【００１０】
この第一の回転慣性質量ダンパは、構造物を含む系内の別々の部位に固定される第一連結部及び第二連結部と、前記第一連結部に結合されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合すると共に第二連結部に対して回転自在に支承されたナット部材と、前記ナット部材から回転トルクが伝達される慣性質量要素としての筒体と、粘性流体が充填されたシリンダと、前記ねじ軸の先端に設けられると共に前記シリンダ内を一対の圧力室に区画し、前記ねじ軸の進退に伴って当該シリンダ内を移動するピストンと、前記一対の圧力室の間で粘性流体を流動させるバイパス通路と、前記バイパス通路内の粘性流体の流動に応じて前記筒体を前記ナット部材に対して回転させる流体圧モータと、から構成されている。
【００１１】
この第一の回転慣性質量ダンパによれば、構造物に発生した相対振動が前記ねじ変換機構のナット部材の回転運動に変換され、かかる回転運動が筒体に伝達される他、前記圧力モータの発生する回転トルクによって筒体の回転を更に加速することができる。従って、ねじ変換機構のナット部材の回転運動に対して筒体の回転を増速することができ、ねじ軸のリード長をある程度の長さ以上に保ちつつも、大きな回転慣性質量効果を得ることが可能となる。
【００１２】
また第二の手段としては、前記ねじ変換機構のねじ軸の軸方向への運動によって得られた高圧の粘性流体を利用してアクチュエータを動作させ、回転慣性質量ダンパの見かけ上の長さを変化させることで、構造物の相対振動の振幅に対して前記ねじ軸に入力される軸方向への移動量を増加させることが考えられる。
【００１３】
この第二の回転慣性質量ダンパは、構造物を含む系内の別々の部位に固定される第一連結部及び第二連結部と、前記第一連結部に結合されたねじ軸と、前記第二連結部に結合された並進軸と、前記ねじ軸に螺合すると共に前記第二連結部に対して回転自在に支承されたナット部材と、前記ナット部材から回転トルクが伝達される慣性質量要素としての筒体と、粘性流体が充填された第一シリンダと、前記ねじ軸の先端に設けられると共に前記第一シリンダ内を一対の圧力室に区画し、前記ねじ軸の進退に伴って当該第一シリンダ内を移動する第一ピストンと、粘性流体が充填されると共に前記第一シリンダよりも大きな内径を有する第二シリンダと、前記第一ピストンの移動に伴って前記第一シリンダ内の粘性流体を前記第二シリンダとの間で流動させるバイパス通路と、前記並進軸の一端に設けられると共に前記第二シリンダ内を一対の圧力室に区画し、前記第一シリンダ内における前記第一ピストンの移動に伴って当該第一ピストンと同方向に前記第二シリンダ内を移動する第二ピストンと、から構成されている。
【００１４】
この第二の回転慣性質量ダンパによれば、構造物に発生した相対振動によってねじ軸が軸方向へ移動すると、当該ねじ軸の先端に設けられた第一ピストンの第一シリンダ内における移動が粘性流体を介して第二シリンダ内の第二ピストンに伝達され、当該第二ピストンが第一ピストンと同方向へ移動することになる。前記第一ピストンは前記ねじ軸によって第一連結部に結合される一方、前記第二ピストンは並進軸によって第二連結部に結合されているので、前記ねじ軸が軸方向へ移動して第一ピストンを押圧すると、前記並進軸も前記ねじ軸と同方向へ移動する。このとき、第二シリンダの内径は第一シリンダのそれよりも大きく設定されているため、前記並進軸の移動量は前記ねじ軸の移動量よりも小さくなる。すなわち、構造物に作用する相対振動をこの第二の回転慣性質量ダンパに入力した場合、ねじ軸の軸方向の移動量は入力される振動の振幅よりも大きくなり、その分だけ前記振幅に対応したナット部材の回転量が増加することになる。従って、ナット部材に装着された筒体の回転を増速することができ、ねじ軸のリード長をある程度の長さ以上に保ちつつも、大きな回転慣性質量効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した回転慣性質量ダンパの第一実施形態を示す断面図である。
【図２】第二ピストンに設けられたリリーフ弁の概略を示す断面図である。
【図３】第一実施形態の流体圧モータの構成の概略を示す断面図である。
【図４】本発明を適用した回転慣性質量ダンパの第二実施形態を示す断面図である。
【図５】第二実施形態の回転慣性質量ダンパの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の回転慣性質量ダンパについて具体的に説明する。
【００１７】
本発明の回転慣性質量ダンパは、ビルディング、塔、橋梁等の構造物を含む系内の別々の部位に固定される第一連結部と第二連結部とを備えている。構造物を含む系とは、当該構造物が固定された基礎地盤を含む意であり、例えば構造物の内部に回転慣性質量ダンパが配置されている場合の外、前記第一連結部は構造物に、第二連結部は基礎地盤に固定される場合を含む。
【００１８】
前記構造物が振動すると、当該構造物を含む系の別々の部位に固定された前記第一連結部と第二連結部との間には一軸方向の相対変位が生じることになり、本発明の回転慣性質量ダンパはこの相対変位をねじ変換機構によって回転運動に変換し、回転トルクを筒体に伝達する。
【００１９】
前記ねじ変換機構は、螺旋状の雄ねじが形成されたねじ軸と、このねじ軸に螺合するナット部材とから構成され、前記ねじ軸はその一端が前記第一連結部に固定されている。例えば、ナット部材に対してねじ軸を軸方向へ進退させると、かかる軸方向運動がナット部材の回転運動に変換され、又はねじ軸に対してナット部材を軸方向へ進退させると、かかる軸方向運動がねじ軸の回転運動に変換される。このとき、ねじ軸のリード長を適切に設定することにより、第一連結部と第二連結部との間の軸方向変位を増幅して回転運動に変換することができ、筒体の質量が小さい場合でも大きな慣性質量を得ることができる。前記ねじ変換機構は、前記ねじ軸とナット部材が直接摺接した滑りねじであっても良いが、回転運動への変換効率を高めるため、両者の間にボールが介在するボールねじを使用するのが好ましい。
【００２０】
前記筒体は前記ねじ変換機構のねじ軸に対して回転自在であり、前記ナット部材によって回転が与えられる。前記筒体は質量を有していることから、前記ナット部材から回転トルクを与えられると、回転運動を生じて慣性質量効果を発揮する。当該慣性質量効果は前記第一連結部と第二連結部との間に生じる相対振動に対して反力として作用し、前記構造物に入力された振動を減少させることができる。前記筒体がより大きな慣性質量効果を発揮するためには、かかる筒体の外径は可及的に大きい方が好適である。
【００２１】
本発明の回転慣性質量ダンパは粘性流体が充填されたシリンダを有している。このシリンダにはピストンが嵌合しており、かかるピストンによってシリンダ内は一対の圧力室に区画されている。前記ピストンは前記ねじ軸の先端に設けられており、前記第一連結部と第二連結部との間に相対振動が作用すると、前記ねじ軸が軸方向へ進退すると共に、前記ピストンがシリンダ内を移動することになる。
【００２２】
これによって高圧の粘性流体が発生し、本発明ではそれを利用することで前記筒体の回転量の更なる増加を図っている。
【００２３】
図１は本発明の回転慣性質量ダンパの第一実施形態を示すものであり、前記ピストンで発生した高圧の粘性流体を利用して流体圧モータを回転させ、かかる流体圧モータで発生した回転トルクで前記ナット部材に対して前記筒体を更に回転駆動する例を示すものである。
【００２４】
この第一実施形態の回転慣性質量ダンパは、長手方向の両端に位置する第一連結部１及び第二連結部２と、前記第一連結部１に結合されたねじ軸３と、前記第二連結部２に結合されたダンパ本体４と、前記ねじ軸３に螺合して当該ねじ軸３と相まってねじ変換機構を構成するナット部材５と、前記ダンパ本体４に対して回転自在に設けられると共に前記ナット部材５によって回転駆動される筒体６と、前記ナット部材５と前記筒体６との間に設けられた流体圧モータ７と、を備えている。
【００２５】
前記第一連結部１は円盤状に形成されており、図示外の複数本のボルトを用いて構造物や基礎地盤に固定される。円盤状に形成された第一連結部１の中心には球面軸受１０を介して前記ねじ軸３の一端が接続されている。また、前記第二連結部２も第一連結部１と同様に形成されており、かかる第二連結部２の中心には球面軸受１０を介して前記ダンパ本体４の一端が接続されている。従って、前記ねじ軸３は前記球面軸受１０の揺動範囲で第一連結部１に対して自在に傾斜することができ、加えて前記ダンパ本体４も前記球面軸受１０の揺動範囲で第二連結部２に対して自在に傾斜することができ、この回転慣性質量ダンパの構造物に対する取付けが容易になっている。なお、前記球面軸受１０は、回転慣性質量ダンパのトルクでは回転しない程度の摩擦を有している
【００２６】
また、前記ねじ軸３の外周面には所定のリード長でボールの転動溝が形成されており、当該ねじ軸３には前記転動溝を転がる多数のボールを介して前記ナット部材５が螺合している。前記ナット部材５は軸受５０を介して前記ダンパ本体４と連結されており、当該ダンパ本体４に対して回転自在に保持されている。これらねじ軸３とナット部材５はねじ変換機構としてのボールねじ装置を構成しており、前記ナット部材５に対してねじ軸３をその軸方向へ進退させると、前記ナット部材５が当該ねじ軸３の移動距離に応じた回転を生じる。
【００２７】
一方、前記筒体６は所謂フライホイールであり、回転軸受６０によって前記ダンパ本体４の周囲で回転自在に保持されている。この筒体６は前記流体圧モータ７を介して前記ナット部材５と接続されており、前記流体圧モータ７が動作していない状態では、前記ナット部材５の回転がそのまま前記筒体６に伝達され、前記筒体６が前記ナット部材５と一緒に回転するようになっている。
【００２８】
前記ダンパ本体４は前記ねじ軸３に向けて開口した中空部４０を有している。この中空部４０には前記ねじ軸３の先端が収容されており、当該ねじ軸３が軸方向へ移動すると、その先端が中空部４０内を進退する。また。前記中空部４０の一部には作動油等の粘性流体が充填されたシリンダ４１が設けられている。前記ねじ軸３の先端には前記シリンダ４１内を移動するピストン３０が設けられており、かかるピストン３０によって前記シリンダ４１は一対の圧力室４１ａ，４１ｂに区分されている。
【００２９】
各圧力室４１ａ，４１ｂには粘性流体が出入りするポートが一カ所ずつ設けられており、これらポートはバイパス通路４２を介して接続されると共に、かかるバイパス通路４２の途中には前記流体圧モータ７が設けられている。このため、前記ねじ軸３がナット部材５に対して軸方向へ進退し、前記シリンダ４１内で前記ピストン３０が移動すると、一方の圧力室４１ａで加圧された粘性流体が前記バイパス通路４２を介して他方の圧力室４１ｂへ流動し、前記ピストン３０の移動方向に応じて前記バイパス通路４２内における高圧の粘性流体の流動方向が変化するようになっている。
【００３０】
また、前記シリンダ４１内を移動するピストン３０には、図２に示すように、一対の圧力室４１ａ，４１ｂを連通する一対の移送路４３が設けられている。各移送路４３には当該移送路４３の開閉を行うリリーフ弁４４が互いに逆向きに設けられている。各リリーフ弁４４は一方の圧力室４１ａ（又は４１ｂ）内における粘性流体の圧力が所定値を上回った場合に開放され、前記移送路４３を通じて粘性流体を他方の圧力室４１ｂ（又は４１ａ）に流動させる。尚、前記リリーフ弁４４に設定される開放圧力は、前記流体圧モータ７を動作させるために必要な粘性流体の圧力よりも高めに設定されている。
【００３１】
図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、前記流体圧モータ７の概略構成を示している。この流体圧モータは所謂歯車モータである。前記ナット部材５の周囲には流体圧モータ７のハウジング７０が設けられており、このハウジング７０はスポーク７１によって前記筒体６と連結されている。前記ハウジング７０には遊星ギヤ７２が回転自在に保持されており、かかる遊星ギヤ７２は前記ナット部材５の周囲に設けられた固定ギヤ７３と噛み合っている。また、前記ハウジング７０には前記遊星ギヤ７２の左右両側で前記バイパス通路４２が接続されており、前記シリンダ４１の圧力室４１ａと圧力室４１ｂとの間で流動する高圧の粘性流体が前記固定ギヤ７３とハウジング７０との間、前記遊星ギヤ７２とハウジング７０との間を通過するようになっている。
【００３２】
図３中に矢線で示すように、高圧の粘性流体が前記バイパス通路４２を経て前記流体圧モータ７のハウジング７０に流れ込むと、前記ハウジンング７０に対して固定ギヤ７３は反時計回りに、前記遊星ギヤ７２は時計回りに回転を生じ、結果として前記流体圧モータ７は前記ハウジング７０と連結された前記筒体６に対して時計回りの回転トルクを与え、前記ナット部材に対して筒体が回転を生じる。また、前記バイパス通路４２における粘性流体の流動方向が逆転すると、前記流体圧モータ７が前記筒体６に与える回転トルクの方向も逆転し、前記ナット部材５に対する筒体６の回転方向も逆転する。
【００３３】
このように、前記ナット部材５に対する筒体６の回転方向は前記バイパス通路４２における粘性流体の流動方向によって変化するが、かかる粘性流体の流動方向の変化は前記シリンダ４１内におけるピストン３０の移動方向の変化、すなわち前記ダンパ本体４に対する前記ねじ軸３の進出又は後退の変化によって生じる。前記ナット部材５はねじ軸３に螺合しており、ねじ軸３の移動方向が変化するとナット部材５の回転方向も変化することから、前記粘性流体の流動方向の変化はナット部材５の回転方向の変化と連動している。本実施形態の場合、前記ナット部材５に対する筒体６の回転方向を当該ナット部材５の回転方向と合致させるよう、各圧力室４１ａ，４１ｂと流体圧モータ７との間におけるバイパス通路４２の接続を決定している。尚、前記ダンパ本体４に対する前記ナット部材５の回転が停止しているのであれば、前記ねじ軸３はダンパ本体４に対して進退することなく停止していることになるので、バイパス通路４２における粘性流体の流動はなく、前記筒体６は前記ナット部材５に対して停止した状態となる。
【００３４】
次に、この第一実施形態の回転慣性質量ダンパの動作について説明する。
【００３５】
例えば地震によって構造物が変形し、かかる構造物の別々の部位に固定されていた前記第一連結部１と第二連結部２との間に相対振動が生じると、この相対振動によって第一連結部１に接続されているねじ軸３が軸方向へ押し引きされることになる。前記ねじ軸３が軸方向へ押し引きされると、当該ねじ軸３に螺合するナット部材５が回転を生じ、その回転は前記流体圧モータ７のハウジングを介して前記ナット部材５に連結された筒体６に伝達される。このときの前記ナット部材５の回転数はねじ軸３に形成された螺旋状の転動溝のリード長に対応したものとなる。
【００３６】
一方、前記第一連結部１と第二連結部２との間に相対振動が生じると、前記ねじ軸３の先端に設けられていたピストン３０が前記ダンパ本体４のシリンダ４１内を移動することになり、一方の圧力室４１ａ（又は４１ｂ）において高圧となった粘性流体が前記バイパス通路４２を介して他方の圧力室４１ｂ（又は４１ａ）へ流動する。これに伴って前記流体圧モータ７が作動し、前記筒体６が前記ナット部材５に対して回転を生じる。このときの前記筒体６の前記ナット部材５に対する回転方向は前述の如く当該ナット部材５の回転方向と合致している。
【００３７】
従って、前記ナット部材５に回転が生じると、前記筒体６は当該ナット部材５と同じ回転方向へそれ以上の角加速度で回転を生じることになり、ナット部材５の回転運動に対して筒体６の回転を増速することができる。これにより、前記第一連結部１と第二連結部２との間に相対振動が作用した場合に、かかる相対振動の振幅に対する前記ナット部材５の回転量を抑えつつも、大きな回転慣性質量効果を得ることが可能となる。
【００３８】
また、このことは前記ねじ軸３の転動溝のリード長をある程度以上の長さに設定できることを意味し、当該ねじ軸に作用する軸方向荷重が小さい場合でも前記ナット部材５を回転させて回転慣性質量効果を得ることができ、構造物の変形に対する反応の良好な回転慣性質量ダンパを提供することが可能となる。
【００３９】
一方、想定外の巨大地震等により、前記第一連結部１と第二連結部２との間に作用する相対振動の加速度が過大となった場合、ねじ軸３からピストン３０に作用する軸方向荷重も過大なものとなる。この際、ピストン３０がいずれか一方の圧力室４１ａ（又は４１ｂ）内の粘性流体を押圧し、粘性流体の圧力がリリーフ弁４４に設定された開放圧力を上回ると、当該リリーフ弁４４が開放されてピストン３０の両側に位置する一対の圧力室４１ａ，４１ｂが前記移送路４３によって接続される。前記バイパス通路４２内における粘性流体の流動には前記流体圧モータ７を動作させるための負荷が作用しているので、前記リリーフ弁４４が開放された場合には、粘性流体はバイパス通路４２を流動することなく低圧側の圧力室４１ｂ（又は４１ａ）に流動することになる。すなわち、前記圧力室４１ａ，４１ｂのいずれか一方の内圧がリリーフ弁４４に設定された開放圧力を上回っている状態では前記流体圧モータ７が動作せず、前記筒体は前記ナット部材と一体となって回転する。
【００４０】
このため、前記ねじ軸における転動溝のリード長をある程度以上の長さに設定しておけば、リリーフ弁の開放圧力の範囲内における地震に対しては、前記筒体をナット部材の角加速度以上の角加速度で回転させて大きな慣性質量効果を得ることができる一方、リリーフ弁の開放圧力を超える巨大地震に対しては、前記筒体がナット部材と一緒に低い角加速度で回転して、慣性質量効果を抑えることができる。従って、巨大地震時にはこの回転慣性質量ダンパが構造物に対して及ぼす反力に上限を設けることができ、当該反力によって構造物が損壊する危険性を回避することが可能となる。
【００４１】
尚、以上説明してきた第一実施形態の回転慣性質量ダンパでは前記流体圧モータとして歯車モータを利用したが、高圧の粘性流体を利用して回転トルクを取り出すことができれば、例えばピストンモータやベーンモータ等の他の流体圧モータを利用しても良い。
【００４２】
また、この第一実施形態の回転慣性質量ダンパでは前記ダンパ本体４と前記筒体６との間に粘性流体が密封された減衰機構設け、前記筒体の回転に対して粘性減衰力が作用するように抗しても良い。
【００４３】
図４は本発明の回転慣性質量ダンパの第二実施形態を示すものであり、ねじ変換機構のねじ軸の移動に伴って発生した高圧の粘性流体を利用してアクチュエータを動作させ、当該回転慣性質量ダンパの見かけ上の長さを変化させることにより、前記ねじ変換機構におけるナット部材の角加速度を増加させる例を示すものである。
【００４４】
この第二実施形態の回転慣性質量ダンパは、長手方向の両端に位置する第一連結部１００及び第二連結部２００と、前記第一連結部１００に結合されたねじ軸３００と、前記ねじ軸３００に螺合して当該ねじ軸３００と相まってねじ変換機構を構成するナット部材５００と、このナット部材５００に固定された慣性質量要素としての筒体６００と、前記第二連結部２００に結合されると共に前記筒体６００からの突出長さが変化する並進軸４００と、を備えている。
【００４５】
前記第一連結部１００は円盤状に形成されており、図示外の複数本のボルトを用いて構造物や基礎地盤に固定される。円盤状に形成された第一連結部１００の中心には球面軸受１０１を介して前記ねじ軸３００の一端が接続されている。また、前記第二連結部２００も第一連結部１００と同様に形成されており、かかる第二連結部２００の中心には球面軸受２０１を介して前記並進軸４００の一端が接続されている。なお、前記球面軸受１０１、２０１は、回転慣性質量ダンパのトルクでは回転しない程度の摩擦を有している
【００４６】
前記ねじ軸３００の外周面には所定のリード長でボールの転動溝が形成されており、当該ねじ軸３００には前記転動溝を転がる多数のボールを介して前記ナット部材５００が螺合している。これらねじ軸３００とナット部材５００はねじ変換機構としてのボールねじ装置を構成しており、前記ナット部材５００に対してねじ軸３００をその軸方向へ進退させると、前記ナット部材５００が当該ねじ軸３００の移動距離に応じた回転を生じる。
【００４７】
前記ナット部材５００には前記筒体６００が固定されている。前記筒体６００は軸方向に貫通する中空部を有しており、かかる中空部は互いに連通すると共に内径の異なる小径部６０１及び大径部６０２から構成されている。前記ナット部材５００は前記小径部６０１を閉塞するように前記筒体６００の軸方向の一端に固定されており、当該ナット部材５００を貫通するねじ軸３００の先端が前記小径部６０１に挿入されている。一方、前記筒体６００の軸方向の他端には円板状のエンドプレート６０３が固定されており、前記大径部６０２はこのエンドプレート６０３によって閉塞されている。
【００４８】
また、前記小径部６０１と大径部６０２の境界位置には隔壁６０４が設けられており、この隔壁６０４と前記ナット部材５００とによって両端を塞がれた小径部６０１は第一シリンダ６０５を構成している。前記ねじ軸３００の先端には第一ピストン３０１が設けられており、かかる第一ピストン３０１によって前記第一シリンダ６０５は一対の圧力室６０５ａ，６０５ｂに区分されている。前記第一ピストン３０１は前記ねじ軸３００の軸方向の移動に応じて前記第一シリンダ６０５内を移動する。
【００４９】
一方、前記大径部６０２には支持壁６０６が設けられており、この支持壁６０６は前記エンドプレート６０３と対向することによって前記大径部内に第二シリンダ６０７を構成している。この第二シリンダ６０７内には第二ピストン６０８が設けられており、かかる第二ピストン６０８によって前記第二シリンダ６０７は一対の圧力室６０７ａ，６０７ｂに区分されている。前記第二ピストン６０８は前記エンドプレート６０３を貫通した前記並進軸４００に固定されており、前記第二ピストン６０８が第二シリンダ６０７内を移動すると、前記並進軸４００が軸方向へ移動し、前記エンドプレート６０３に対する前記並進軸４００の突出量が変化する。また、前記並進軸４００は前記支持壁６０６を貫通すると共に、前記エンドプレート６０３及び前記支持壁６０６に対して回転自在に設けられている。従って、前記筒体６００は前記並進軸４００に対して回転自在である。
【００５０】
前記第一シリンダの各圧力室６０５ａ，６０５ｂ、前記第二シリンダ６０７の各圧力室６０７ａ，６０７ｂには粘性流体が出入りするポートが一カ所ずつ設けられている。前記第一シリンダの圧力室６０５ａのポートはバイパス通路６０９を介して前記第二シリンダの圧力室６０７ｂのポートと接続される一方、前記第一シリンダの圧力室６０５ｂのポートはバイパス通路６１０を介して前記第二シリンダの圧力室６０７ａのポートと接続されている。
【００５１】
このため、前記ねじ軸３００がナット部材５００に対して軸方向へ進退し、前記第一シリンダ６０５内で前記第一ピストン３０１が移動すると、その移動方向に応じて第一シリンダ６０５のいずれか一方の圧力室６０５ａ，６０５ｂ内の粘性流体が前記バイパス通路６０９又はバイパス通路６１０を介して前記第二シリンダの圧力室６０７ａ，６０７ｂへと流動する。また、前記第二シリンダ６０７のいずれか一方の圧力室６０７ａ，６０７ｂ内の粘性流体が前記バイパス通路６０９又はバイパス通路６１０を介して前記第一シリンダの圧力室６０５ａ，６０５ｂへと流動する。
【００５２】
また、前記第二シリンダ６０７内を移動する第二ピストン６０８には、前述の第一実施形態のピストン３０と同様に、一対の圧力室６０７ａ，６０７ｂを連通する一対の移送路（図示せず）が設けられると共に、各移送路には当該移送路の開閉を行うリリーフ弁（図示せず）が互いに逆向きに設けられている。各リリーフ弁は一方の圧力室６０７ａ（又は６０７ｂ）内における粘性流体の圧力が所定値を上回った場合に開放され、前記移送路を通じて粘性流体を他方の圧力室６０７ｂ（又は６０７ａ）に流動させる。
【００５３】
次に、この第二実施形態の回転慣性質量ダンパの動作について説明する。
【００５４】
例えば地震によって構造物が変形し、かかる構造物の別々の部位に固定されていた前記第一連結部１００と第二連結部２００との間に相対振動が生じると、この相対振動によって第一連結部１００に接続されているねじ軸３００が軸方向へ押し引きされることになる。前記ねじ軸３００が軸方向へ押し引きされると、当該ねじ軸３００に螺合するナット部材５００が回転を生じ、その回転は前記当該ナット部材５００に固定された筒体６００に伝達される。
【００５５】
前記第一連結部１００と第二連結部２００との間に相対振動が生じると、前記ねじ軸３００は前記筒体６００に対して押し込まれ、あるいは前記筒体６００から引き出されることになる。このうち、前者の押し込まれた場合では、前記ねじ軸３００の先端に設けられていた第一ピストン３０１が前記筒体６００の第一シリンダ６０５内を前記大径部に向けて移動することになり、前記第一ピストン３０１によって押圧されて高圧となった圧力室６０５ｂ内の粘性流体が前記バイパス通路６１０を介して前記第二シリンダ６０７の圧力室６０７ａへ流動する。また、前記第一シリンダ６０５の圧力室６０５ａは前記第一ピストン３０１の移動に伴って負圧になることから、前記第二シリンダ６０７の圧力室６０７ｂ内の粘性流体が前記バイパス通路６０９を介して前記第一シリンダ６０５の圧力室６０５ａに流動する。このような第一シリンダ６０５と第二シリンダ６０７との間における粘性流体の流動により、第二シリンダ６０７内の第二ピストン６０８は圧力室６０７ｂを狭める方向へ移動し、かかる第二ピストン６０８に固定された並進軸４００は前記筒体６００から押し出される方向へ移動する。
【００５６】
一方、前述の相対振動によって前記ねじ軸３００が前記筒体６００から引き出された場合は、押し込まれた場合とは逆に、バイパス通路６０９を介して第一シリンダ６０５の圧力室６０５ａ内の粘性流体が第二シリンダ６０７の圧力室６０７ｂへ流動すると共に、バイパス通路６１０を介して第二シリンダ６０７の圧力室６０７ａ内の粘性流体が第一シリンダ６０５の圧力室６０５ｂへ流動する。これにより、第二シリンダ６０７内の第二ピストン６０８は圧力室６０７ａを狭める方向へ移動し、かかる第二ピストン６０８に固定された並進軸４００は前記筒体６００に引き込まれる方向へ移動する。
【００５７】
すなわち、この第二実施形態の回転慣性質量ダンパでは、前記第二シリンダ６０７及び第二ピストン６０８が流体圧で動作するアクチュエータとして機能し、かかるアクチュエータの出力軸としての前記並進軸４００が前記ねじ軸３００の移動方向と同方向へ移動することになる。但し、前記第二シリンダ６０７の内径は前記第一シリンダ６０５の内径よりも大きいことから、前記並進軸４００の移動距離は前記ねじ軸３００の移動距離よりも短いものとなる。
【００５８】
前記第二シリンダ６０７の内径が前記第一シリンダ６０５の内径よりも十分に大きければ、前記ねじ軸３００を移動させるために必要な軸力よりも、前記第二ピストン６０８によって前記並進軸４００に与えられる軸力の方が大きくなり、前記並進軸４００の移動を押し止めるのに必要な力よりも前記ねじ軸３００を移動させるのに必要な力の方が小さくなる。このため、前記第一連結部１００と第二連結部２００との間に相対振動が与えた場合、前記ねじ軸３００と前記並進軸４００の移動は同方向に向けて同時に生じることになり、当該ねじ軸３００は前記相対振動の振幅に前記並進軸４００の移動距離を加えた分だけ前記筒体６００に対して軸方向へ移動する。
【００５９】
従って、相対振動の振幅に対する前記ねじ軸３００の移動距離が増加する分だけ、当該ねじ軸３００の移動に伴って回転する前記ナット部材５００の角加速度も増加し、前記ナット部材５００に固定された前記筒体６００の回転を増速することができる。これにより、前記第一連結部１００と第二連結部２００との間に相対振動が作用した場合に、大きな回転慣性質量効果を得ることが可能となる。
【００６０】
そして、このことは前述の第一実施形態と同様に、前記ねじ軸３００の転動溝のリード長をある程度以上の長さに設定できることを意味し、当該ねじ軸３００に作用する軸方向荷重が小さい場合でも前記ナット部材５００を回転させて回転慣性質量効果を得ることができ、構造物の変形に対する反応の良好な回転慣性質量ダンパを提供することが可能となる。
【００６１】
一方、想定外の巨大地震等により、前記第一連結部１００と第二連結部２００との間に作用する相対振動の加速度が過大となった場合、ねじ軸３００や並進軸４００に対して作用する軸方向荷重は過大なものとなる。この際、前記ねじ軸３００に固定された第一ピストン３０１及び前記並進軸４００に固定された第二ピストン６０８が粘性流体を押圧すると、前記バイパス通路６０９，６１０によって連結された前記第一シリンダ６０５の圧力室６０５ａ（又は６０５ｂ）と前記第二シリンダ６０７の圧力室６０７ｂ（又は６０７ａ）の内圧が高まり、かかる内圧が当該第二ピストン６０８に設けられたリリーフ弁の開放圧力を上回ると、当該リリーフ弁が開放されて第二ピストン６０８の両側に位置する一対の圧力室６０７ａ，６０７ｂが接続される。これにより、前記筒対６００に対する前記並進軸４００の軸方向への移動は前記バイパス通路６０９，６１０における粘性流体の流動とは無関係に生じることになる。すなわち、前記ねじ軸３００の軸方向への移動量は、前記リリーフ弁が開放されているときの状態の方が、当該リリーフ弁が閉じている状態よりも大きくなり、相対振動の入力に対するナット部材５００の回転が抑えられたものとなる。
【００６２】
従って、リリーフ弁の開放圧力を超える巨大地震に対しては、前記ねじ軸３００に螺合する前記ナット部材５００が低い角加速度で回転して、前記筒体６００の回転によって生じる慣性質量効果を抑えることができ、巨大地震時にはこの回転慣性質量ダンパが構造物に対して及ぼす反力に上限を設けて、当該反力によって構造物が損壊する危険性を回避することが可能となる。
【００６３】
また、この第二実施形態の回転慣性質量ダンパでは、図５に示すように、前記第一シリンダ６０５の各圧力室６０５ａ，６０５ｂのそれぞれに対して迂回通路６１１を設けても良い。これら迂回通路６１１は前記第一シリンダ６０５内における第一ピストン３０１の移動範囲の中央を挟んで、且つ、当該中央を跨ぐことなく設けられており、第一ピストン３０１が当該移動範囲の中央に位置している状態では、前記第一ピストン３０１によって区画されたいずれか一方の圧力室６０５ａ又は６０５ｂにのみ通じている。すなわち、第一ピストン３０１の移動範囲の中央付近には前記迂回通路６１１が存在しない領域が設けられている。また、各迂回通路６１１の内部には逆止弁（図示せず）が設けられており、粘性流体はこの迂回通路６１１内を一方向へのみ流動する。よって、この迂回通路６１１では粘性流体の入口と出口が定まっており、かかる入口は前記第一ピストン３０１の移動範囲の端部において当該第一シリンダ６０５と接続されている。
【００６４】
前記第一ピストン３０１が前記第一シリンダ６０５の中央付近で移動するときは、前記迂回通路６１１は一対の圧力室６０５ａ，６０５ｂの双方には連通しておらず、前記第一ピストンが第一シリンダ内を移動敷しても粘性流体が前記迂回通路内を流動することはない。すなわち、迂回通路６１１は機能せず、図５に示す回転慣性質量ダンパは図４に示す回転慣性質量ダンパと同じ動きをする。
【００６５】
一方、前記第一ピストン３０１が迂回通路６１１の形成部位に差しかかり、当該迂回通路６１１が前記第一ピストン３０１を跨ぐと、圧力室６０５ａ，６０５ｂが迂回通路によってを互いに接続されることになる。このため、前記第一ピストン３０１が第一シリンダ６０５内を当該シリンダの端部に向けて移動すると、粘性流体は前記バイパス通路６０９，６１０の他に前記迂回通路６１１にも流入して、圧力室６０５ａから圧力室６０５ｂへ流動することになる。また、前記第一ピストン３０１が第一シリンダ６０５の中央に向けて戻る際には、前記迂回通路６１１に設けられた逆止弁の作用によって、粘性流体は迂回通路６１１を流動することはできず、前記バイパス通路６０９，６１０のみを流動することになる。
【００６６】
すなわち、この図５に示す回転慣性質量ダンパでは、前記第一シリンダ６０５内における前記第一ピストン３０１の移動位置、移動方向に応じて、前記バイパス通路６０９，６１０を流動する粘性流体の流量が変化し、それに伴って前記筒体６００に対する前記並進軸４００の移動量も変化する。従って、第一連結部と第二連結部との間に作用する相対振動の振幅の大きさに応じ、前記ねじ軸３００の軸方向への移動の加速度が変化すると共に、前記ナット部材５００の角加速度が変化し、前記筒体６００で発生する回転慣性質量効果を相対振動の振幅の大きさに応じて異ならせることが可能となっている。
【符号の説明】
【００６７】
１…第一連結部、２…第二連結部、３…ねじ軸、４…ダンパ本体、５…ナット部材、６…筒体、７…流体圧モータ、４２…バイパス通路
【図１】
0006392096.tif 000002
【図２】
0006392096.tif 000003
【図３】
0006392096.tif 000004
【図４】
0006392096.tif 000005
【図５】
0006392096.tif 000006