(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に変動する２つの架構体のうちの一方の架構体に回動自在に支持された複数のディスクと；
基端がこれらディスクに連設されるとともに先端が他方の架構体に回動自在に支持されたアームと；
前記一方の架構体に支持され、通電されることで駆動手段により互いに接近する方向へ作動される一対の制動パッドを有し、これら制動パッドで上記ディスクを挾持することにより摩擦抵抗力を発生させる複数台の挾持摩擦発生装置と；
複数の前記ディスクとこれらのディスクに対応する複数の前記挾持摩擦発生装置の制動パッドとの間に発生する摩擦抵抗力の合計値を検出する検出手段と；
前記検出手段によって検出される合計摩擦抵抗力の検出値を設定値と比較し、前記検出値が前記設定値よりも小さい場合、前記挟持摩擦発生装置の運転台数を増加させて全体の摩擦抵抗力を増加させ、前記検出値が前記設定値よりも大きい場合、前記挟持摩擦発生装置の運転台数を減少させて全体の摩擦抵抗力を減少させる制御をする制御手段と；
を具備したことを特徴とする摩擦抵抗型制動装置。
【請求項２】
相対的に変動する２つの架構体のうちの他方の架構体に支持されたプレートと；
一方の架構体に支持され、通電されることで駆動手段により互いに接近する方向へ作動される一対の制動パッドを有し、これら制動パッドで前記プレートを挾持することにより摩擦抵抗力を発生させる複数台の挾持摩擦発生装置と；
前記プレートとこのプレートに対応する複数の前記挾持摩擦発生装置の制動パッドとの間に発生する摩擦抵抗力の合計値を検出する検出手段と；
前記検出手段によって検出される合計摩擦抵抗力の検出値を設定値と比較し、前記検出値が前記設定値よりも小さい場合、前記挟持摩擦発生装置の運転台数を増加させて全体の摩擦抵抗力を増加させ、前記検出値が前記設定値よりも大きい場合、前記挟持摩擦発生装置の運転台数を減少させて全体の摩擦抵抗力を減少させる制御をする制御手段と；
を具備したことを特徴とする摩擦抵抗型制動装置。
【請求項３】
前記ディスクと前記挾持摩擦発生装置側の部材との間に発生する相対的な変動に対し、反対方向の荷重を与える荷重発生手段を具備したことを特徴とする請求項１に記載の摩擦抵抗型制動装置。
【請求項４】
前記プレートと前記挾持摩擦発生装置側の部材との間に発生する相対的な変動に対し、反対方向の荷重を与える荷重発生手段を具備したことを特徴とする請求項２に記載の摩擦抵抗型制動装置。
【請求項５】
前記一方の架構体を下層梁とし、前記他方の架構体を上層梁とし、間隔を空けて配置される複数の柱によって前記上層梁を前記下層梁に対して連結支持し、前記挟持摩擦発生装置は、前記柱と柱の間に設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の摩擦抵抗型制動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の振動を低減させる制振装置などの用いて好適する摩擦抵抗力可変型の制動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物、特にビルや高層煙突などのような高層構造物は、例えば図７に示すように地面Ｂから構造物Ａに地震力Ｇが作用すると構造物Ａが振動し、この振動変位ｘは高層になるほど増幅されて大きくなり、この変位ｘが所定値以上になると構造物に損害を与えることになる。
このような構造物の損壊を防止するため最近の高層構造物には各種の制振装置を設置する傾向にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の制振装置と、その問題点について以下に示す。
（１）受動的制振装置
構造物の適所に摩擦ダンパーや塑性化によりエネルギーを吸収する抵抗体を組込み、振動が発生したときこれら摩擦ダンパーや抵抗体により振動エネルギーを吸収して減衰する装置である。
【０００４】
この装置は大地震に対して比較的有効であるが、制振装置のストロークが制限される。また、中小地震に対しては作動しない場合がある。
（２）能動的制振装置の１
構造物の適所にアクチュエータを組込み、地震が発生した場合に地震エネルギーと同等の反対方向の力を発動して振動を低減する装置である。
【０００５】
この装置は制振効果が大きいが、アクチュエータが大型化するとともに、停電時において動力の確保が難しい。
（３）能動的制振装置の２
構造物の適所にブレース等の構造材を着脱自在に取付け、地震発生時の振動波に応じてブレースを繋ぎまたは外して構造物の剛性を変え、固有振動数を変更することにより共振を避ける手段である。
【０００６】
この手段は、特定の振動波が卓越する場合に効果があるが、種々の振動波が混在して作用する場合には効果が低い。
したがって、本発明は、制振装置として用いた場合は種々の振動波の混在に拘りなく小地震から大地震に亘り瞬時に的確な制振作用が行える摩擦抵抗型制動装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の摩擦抵抗型制動装置は、
相対的に変動する２つの架構体のうちの一方の架構体に回動自在に支持された複数のディスクと；基端がこれらディスクに連設されるとともに先端が他方の架構体に回動自在に支持されたアームと；一方の架構体に支持され、通電されることで駆動手段により互いに接近する方向へ作動される一対の制動パッドを有し、これら制動パッドでディスクを挾持することにより摩擦抵抗力を発生させる複数台の挾持摩擦発生装置と；複数のディスクとこれらのディスクに対応する挾持摩擦発生装置の制動パッドとの間に発生する摩擦抵抗力の合計値を検出する検出手段と；検出手段によって検出される合計摩擦抵抗力の検出値を設定値と比較し、検出値が設定値よりも小さい場合、挟持摩擦発生装置の運転台数を増加させて全体の摩擦抵抗力を増加させ、検出値が設定値よりも大きい場合、挟持摩擦発生装置の運転台数を減少させて全体の摩擦抵抗力を減少させる制御をする制御手段と；を具備する。
【０００８】
この発明によれば、２つの架構体の間に相対的な変動が発生するとディスクが回転しようとし、これを挾持摩擦発生装置の制動パッドが挾持することにより摩擦抵抗力を発生させて制動しようとする。この時の摩擦抵抗力の大きさの合計値を検出手段で検出し、この検出値が所定値より低い場合は制御手段がこれを判断して挾持摩擦発生装置の運転台数を増加するように指令し、全体の摩擦抵抗力を増加させる。また、検出値が所定値より高い場合は制御手段がこれを判断して挾持摩擦発生装置の運転台数を減台するように指令し、全体の摩擦抵抗力を減少させる。
【０００９】
これにより、ディスクと挾持摩擦発生装置との間に最適な摩擦抵抗力を発生させ、よって２つの架構体間の相対的な変動を抑止する。
または、本発明の他の摩擦抵抗型制動装置は、
相対的に変動する２つの架構体のうちの他方の架構体に支持されたプレートと；一方の架構体に支持され、通電されることで駆動手段により互いに接近する方向へ作動される一対の制動パッドを有し、これら制動パッドでプレートを挾持することにより摩擦抵抗力を発生させる複数台の挾持摩擦発生装置と；プレートとこのプレートに対応する複数の挾持摩擦発生装置の制動パッドとの間に発生する摩擦抵抗力の合計値を検出する検出手段と；検出手段によって検出される合計摩擦抵抗力の検出値を設定値と比較し、検出値が設定値よりも小さい場合、挟持摩擦発生装置の運転台数を増加させて全体の摩擦抵抗力を増加させ、検出値が設定値よりも大きい場合、挟持摩擦発生装置の運転台数を減少させて全体の摩擦抵抗力を減少させる制御をする制御手段と；を具備する。
【００１０】
この発明によれば、２つの架構体の間に相対的な変動が発生するとプレートと挾持摩擦発生装置が相対的に変動しようとし、これを挾持摩擦発生装置の制動パッドが挾持することにより摩擦抵抗力を発生させて制動しようとする。この時の摩擦抵抗力の大きさの合計値を検出手段で検出し、この検出値が所定値より低い場合は制御手段がこれを判断して挾持摩擦発生装置の運転台数を増加するように指令し、全体の摩擦抵抗力を増加させる。また、検出値が所定値より高い場合は制御手段がこれを判断して挾持摩擦発生装置の運転台数を減台するように指令し、全体の摩擦抵抗力を減少させる。
【００１１】
これにより、プレートと挾持摩擦発生装置との間に最適な摩擦抵抗力を発生させ、よって２つの架構体間の相対的な変動を抑止する。
また、上述の摩擦抵抗型制動装置において、
ディスクまたはプレートと挾持摩擦発生装置側の部材との間に、変動方向と反対方向の荷重を与える荷重発生手段を設ける。
さらに、一方の架構体を下層梁とし、他方の架構体を上層梁とし、間隔を空けて配置される複数の柱によって上層梁を下層梁に対して連結支持し、挟持摩擦発生装置は、柱と柱の間に設ける。
【００１２】
これによれば、２つの架構体間に発生する相対的な変動に対し、荷重発生手段が反対方向の荷重を与えるから、相対的変動をより一層効果的に減少させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明について、図１ないし図３に示す第１の実施例にもとづき説明する。
本実施例は、本発明の摩擦抵抗型制動装置をビル等の構造物の制振装置として用いた例を示すものであり、１および２は構造物の柱、３は上側の架構体となる上層梁、４は下側の架構体となる下層梁である。下層梁４には支持台５が取付けられており、この支持台５と上層梁３との間には本発明の摩擦抵抗型制動装置１０が設置されている。
【００１４】
この摩擦抵抗型制動装置１０について説明すると、１１…はそれぞれディスクであり、これらディスク１１は円板からなり、中心部に軸１２を有しており、この中心軸１２は上記支持台５に取付けられた軸受け台１３に回転自在に支持されている。よってこれら複数のディスク１１…は支持台５に対しそれぞれ回動自在に取付けられている。各ディスク１１には径方向に伸びるアーム１４が設けられている。アーム１４はディスク１１と一体に形成されるか、または基端がディスク１１に一体的に固定されており、径方向に伸びた先端部にピン１５が取付けられている。
【００１５】
このような複数のディスク１１は支持台５の上に一列に並べて設置されており、各アーム１４のピン１５は、摩擦制動力の合計値を検出する手段としてのロードセル１６の下端に連結されている。すなわち、ロードセル１６の下面には複数のピン受け部１７…が形成されており、これらピン受け部１７には上記アーム１４…の先端に設けた各ピン１５がそれぞれ回動自在に係止されている。上記ロードセル１６の上端は上層梁３に固定されている。
【００１６】
上記支持台５には、上記ディスク１１…に近接してそれぞれ挾持摩擦発生装置２０…が設けられている。これら挾持摩擦発生装置２０は、一対の挾持アーム２１，２１を有し、これら挾持アーム２１，２１の先端に上記ディスク１１の両面を挾持する制動パッド２２，２２を備えている。上記挾持アーム２１，２１は電磁駆動部２３に連結されており、この電磁駆動部２３の作用で相互に接離されるようになっている。これら挾持アーム２１，２１が相互に接近された場合に上記制動パッド２２，２２がディスク１１の両面を挾持する。よって、これら制動パッド２２，２２とディスク１１との間で摩擦抵抗力が生じ、ディスク１１の回動を規制する。
本実施例の場合、各ディスク１１に対して２台づつの挾持摩擦発生装置２０…が設置されている。
【００１７】
上記ロードセル１６は、公知の通り、荷重に応じて歪みを発生し、この歪みに応じた電気的信号を発するものであり、このロードセル１６は上記複数のディスク１１の合計摩擦抵抗力を検出するようになっている。すなわち、上層梁３と下層梁４との間で相対的な変位が生じると、アーム１４…の先端に設けた各ピン１５がピン受け部１７にそれぞれ回動自在に係止されていることからディスク１１…に回動力が与えられる。この場合、全部のディスク１１…が各挾持摩擦発生装置２０…の挾持から解放されているときには、つまり摩擦抵抗力が零の場合はディスク１１…が自在に回動し、この場合ロードセル１６には荷重が作用しないから合計摩擦抵抗力を零として検出する。
【００１８】
逆に、全部のディスク１１…が各挾持摩擦発生装置２０…によって強固に挾持されているときはディスク１１…の回動が阻止されるから、上層梁３と下層梁４との間に生じる荷重の全部がロードセル１６に加わる。よって、この場合、ロードセル１６は最大の歪みが発生し、最大の合計摩擦抵抗力として検出する。
【００１９】
このようなロードセル１６は制御装置としてのマイクロコンピュータ２５に接続されており、ロードセル１６で検出した荷重、すなわち合計摩擦抵抗力の信号をマイクロコンピュータ２５に送るようになっている。マイクロコンピュータ２５は、上記ロードセル１６に加わる荷重に応じた検出信号を受けると、この検出値と所定の設定値を比較し、この比較値に応じて上記挾持摩擦発生装置２０…の台数制御を行うようになっている。すなわち、ロードセル１６で検出した検出信号が設定値より小さい場合、つまり合計摩擦抵抗力が所定の値より小さい場合は、マイクロコンピュータ２５が挾持摩擦発生装置２０…を増台するように運転指令を発し、運転すべき挾持摩擦発生装置２０…の台数を増加させるように制御する。逆にロードセル１６で検出した検出信号が設定値より大きい場合、つまり合計摩擦抵抗力が大きすぎる場合は、マイクロコンピュータ２５が挾持摩擦発生装置２０…に減台の運転指令を発し、運転すべき挾持摩擦発生装置２０…の台数を減少させるように制御するようになっている。
【００２０】
このような構成の第１の実施例について、作用を説明する。
各挾持摩擦発生装置２０…に通電すると、それぞれの電磁駆動部２３が作動して挾持アーム２１，２１が相互に接近し、よって制動パッド２２，２２がディスク１１の両面を挾持し、摩擦抵抗力を与る。通常は少なくとも１つの挾持摩擦発生装置２０に通電しておき、この挾持摩擦発生装置２０でディスク１１を挾持しておく。
【００２１】
この状態で、地震などの原因により上層梁３と下層梁４との間で相対的な変動や振動が生じると、アーム１４…の先端に設けた各ピン１５がピン受け部１７にそれぞれ回動自在に係止されていることからディスク１１…に回動力が与えられる。しかし、少なくとも１つのディスク１１は挾持摩擦発生装置２０の制動パッド２２，２２で挾持されているから、このディスク１１に摩擦抵抗力が発生し、回動を阻止しようとする。
【００２２】
この回動を阻止しようとする力によりアーム１４の先端とロードセル１６との間に変動が生じ、ロードセル１６に荷重が加わる。この荷重は前記した通り、合計の摩擦抵抗力に相当し、ロードセル１６はこの荷重を検出してこの検出信号をマイクロコンピュータ２５に送る。マイクロコンピュータ２５では検出した合計の摩擦抵抗力と設定値とを比較し、合計の摩擦抵抗力の大小を判断する。
【００２３】
合計の摩擦抵抗力が設定値より過小であるということは、挾持摩擦発生装置２０の制動パッド２２，２２とディスク１１との間で滑りが生じており、よって制動が利いていないということであり、この場合はマイクロコンピュータ２５から挾持摩擦発生装置２０…に増台指令を発し、運転すべき挾持摩擦発生装置２０…の台数を増加させる。これにより、他の挾持摩擦発生装置２０に通電され、電磁駆動部２３が作動して挾持アーム２１，２１が相互に接近し、よってこれら制動パッド２２，２２が対向するディスク１１の両面を挾持し、摩擦抵抗力を与る。このため全体の摩擦抵抗力が増加する。
【００２４】
このことから、ディスク１１…に制動力を与えるようになり、上層梁３と下層梁４との間の相対的な変動や振動を減衰させるようになる。
また、合計の摩擦抵抗力が過大である場合は、挾持摩擦発生装置２０の制動パッド２２，２２とディスク１１との間で適度な滑りが生じていないということであるから上層梁３と下層梁４が一体的に結合された剛体と同様になり、共振を起こすという不具合があり、この場合は、マイクロコンピュータ２５から挾持摩擦発生装置２０…に減台指令を発し、運転すべき挾持摩擦発生装置２０…の台数を減少させる。これにより、全体の摩擦抵抗力が低減され、よって、ディスク１１…と挾持摩擦発生装置２０…との間に適度な滑りを与えつつ適度な制動力を利かせ、上層梁３と下層梁４との間の相対的な変動や振動を減衰する。
【００２５】
なお、制動パッド２２，２２とディスク１１との間で適度な滑りが生じることにより摩擦熱が発生し、この摩擦熱は変動や振動エネルギーを消費させるようになり、よって変動や振動エネルギーを減少させる。
【００２６】
このような作用により、上層梁３と下層梁４との間に相対的な変動や振動が加えられると、これら上層梁３と下層梁４との間に適度な相対的変位を与えつつ、しかしながら制動パッド２２，２２とディスク１１との間で制動を利かせ、これにより変動や振動エネルギーを減衰させることから、上層梁３と下層梁４との間に生じようとする損傷を防止することができる。
【００２７】
なお、上記実施例においては、支持台５に複数のディスク１１…を回動自在に取付け、これらディスク１１…に設けたアーム１４…の先端をロードセル１６に回動可能に連結したが、本発明は図４ないし図６に示す第２の実施例のように構成してもよい。すなわち、第２の実施例は、ディスク１１およびアーム１４に代わって一枚のプレート３０を用いたものである。
【００２８】
プレート３０はロードセル１６の下面に固定されており、このプレート３０に対して支持台（または支持壁）５には、上記第１の実施例と同様な挾持摩擦発生装置２０…が複数台設置されている。これら挾持摩擦発生装置２０…の制動パッド２２，２２はプレート３０の両面を挾持するようになっている。
そして、ロードセル１６はマイクロコンピュータ２５に接続されており、このマイクロコンピュータ２５は挾持摩擦発生装置２０…の運転台数を制御する。
【００２９】
そして、この第２の実施例では、図５および図６に示す荷重発生手段５０が取付けられている。荷重発生手段５０は、プレート３０の側面に取着したラック５１と、これに噛合うピニオン５２と、挾持摩擦発生装置２０側の部材としての支持台５に取付けられて上記ピニオン５２を回転駆動するモータ５３とで構成されている。
【００３０】
このような構成の第２の実施例について、作用を説明する。
上層梁３と下層梁４との間に、地震などが原因して相対的な変動や振動が生じると、プレート３０と、挾持摩擦発生装置２０の制動パッド２２，２２との間に摩擦抵抗力が発生し、この摩擦抵抗力の合計はロードセル１６の歪みとなる。このロードセル１６は上記合計摩擦抵抗力を逐一検出し、この検出信号をマイクロコンピュータ２５に送る。マイクロコンピュータ２５では検出した合計の摩擦抵抗力と設定値とを比較し、合計の摩擦抵抗力の大小を判断し、この合計の摩擦抵抗力が適性値となるように挾持摩擦発生装置２０の台数制御を行う。つまり、合計の摩擦抵抗力が設定値より小である場合は、マイクロコンピュータ２５からの指令により運転すべき挾持摩擦発生装置２０…の台数を増加させ、また、合計の摩擦抵抗力が大である場合は、運転すべき挾持摩擦発生装置２０…の台数を減少させる。
【００３１】
これにより、全体の摩擦抵抗力を最適な値に維持し、上層梁３と下層梁４との間の相対的な変動や振動を減衰し、上層梁３と下層梁４との間に生じる損傷を防止することができる。
【００３２】
また、この第２の実施例には荷重発生手段５０が取付けられているので、上層梁３と下層梁４との間に相対的な変動や振動が起ると、マイクロコンピュータ２５からの指令によりモータ５３が起動してピニオン５２を往復回動させ、これによりラック５１を介してプレート３０に図示左右方向の力が付与される。プレート３０に加わる力は、上記上層梁３と下層梁４との間に発生した変動や振動と反対向きの力となるように上記マイクロコンピュータ２５によって制御される。この結果、上層梁３と下層梁４との間に上記変動や振動と反対向きの力が能動的に加えられることになり、これら上層梁３と下層梁４との間の変動や振動を効果的に、かつ精度よく減衰することができる。
【００３３】
なお、この荷重発生手段５０におけるピニオン５２やラック５１およびモータ５３は、格別大容量、大出力である必要はなく、小容量、小出力のものであってもその効果が期待できる。
また、ピニオン・ラック機構に代わり、油圧シリンダなどのような他のアクチュエータを用いても同様に作用効果を奏するものである。
そして、上記の荷重発生手段５０は第１の実施例にも設置することができる。
さらに、本発明は、地震に対する制振装置に用いることに限らず、要するに相対的に変動する部材間の制動装置として使用可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、合計摩擦抵抗力を検出する手段および制御手段により挾持摩擦発生装置の運転台数を制御するから、挾持摩擦発生装置とディスクとの間に最適な摩擦抵抗力を発生させるようになり、よって２つの架構体間の相対的な変動を抑止する。このため、制振装置に適用した場合は、種々の振動波の混在に拘らず小地震から大地震に亘り瞬時に的確な制振作用が行えるなど、優れた作用を奏する。
【００３５】
請求項２の発明によれば、上記請求項１の発明の場合と同様に、プレートと挾持摩擦発生装置との間に最適な摩擦抵抗力を発生させ、よって２つの架構体間の相対的な変動を抑止する。
【００３６】
請求項３の発明によれば、荷重発生手段が２つの架構体間に発生する相対的な変動に対し反対方向の荷重を与えるから、２つの架構体間の相対的変動をより一層効果的に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示し、構造物の制振装置に適用した場合の正面図。
【図２】同実施例の主要部を示す平面図。
【図３】同実施例の主要部を示す正面図。
【図４】本発明の第２の実施例を示し、構造物の制振装置に適用した場合の正面図。
【図５】同実施例の主要部を示す平面図。
【図６】同実施例の主要部を示す正面図。
【図７】地震が発生したときのビルの震動を説明する図。
【符号の説明】
１、２…構造物の柱
３…上層梁
４…下層梁
５…支持台
１０…摩擦抵抗型制動装置
１１…ディスク
１２…中心軸
１４…アーム
１５…ピン
１６…ロードセル
２０…挾持摩擦発生装置
２１…挾持アーム
２２…制動パッド
２３…電磁駆動部
２５…マイクロコンピュータ
３０…プレート
５０…荷重発生手段
５１…ラック
５２…ピニオン
５３…モータ
【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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