ボールねじを用いた減衰装置
【課題】
スクリューロッドに対してナット部材を含むロータを適宜回転させることで、かかるロッドの軸方向における固定外筒の位置を任意に調整し、振動をいち早く減衰させ、免震装置本来の効果を十分に発揮させることが可能な減衰装置を提供する。
【解決手段】
第１の構造体に結合されるハウジングと、一端が前記第２の構造体に結合されて軸方向に進退すると共に外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたスクリューロッドと、前記ハウジングに対して回転自在に支承され、かかるハウジングと所定の隙間を介して対向して減衰力の作用室を形成する一方、前記スクリューロッドに螺合するロータと、前記作用室に封入された粘性流体と、前記ロータに連結されて当該ロータを回転させる電動モータと、前記振動の発生を検出するセンサの検出結果に応じて前記電動モータを制御するモータ制御部とから構成されている。
スクリューロッドに対してナット部材を含むロータを適宜回転させることで、かかるロッドの軸方向における固定外筒の位置を任意に調整し、振動をいち早く減衰させ、免震装置本来の効果を十分に発揮させることが可能な減衰装置を提供する。
【解決手段】
第１の構造体に結合されるハウジングと、一端が前記第２の構造体に結合されて軸方向に進退すると共に外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたスクリューロッドと、前記ハウジングに対して回転自在に支承され、かかるハウジングと所定の隙間を介して対向して減衰力の作用室を形成する一方、前記スクリューロッドに螺合するロータと、前記作用室に封入された粘性流体と、前記ロータに連結されて当該ロータを回転させる電動モータと、前記振動の発生を検出するセンサの検出結果に応じて前記電動モータを制御するモータ制御部とから構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動が伝達される２つの構造体の間に配設されて、振動源たる一方の構造体から他方の構造体へ伝達される振動エネルギを減衰させるための減衰装置に係り、特に、一方の構造体から伝達された振動を回転運動のエネルギに変換し、この回転運動のエネルギを熱エネルギに変換して消費させるように構成した減衰装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ビルや住宅といった不動産の地震対策として、あるいは精密機器や美術品のショーケース等の運搬時における振動対策として、地面あるいは床面の振動を吸収して揺れを軽減する免震装置が用いられている。この免震装置としては、特開平８−２４００３３号公報に開示されるように、工作機械のワークテーブル等に用いられる直線案内装置を利用したものが知られている（特開平８−２４００３３号公報）。この免震装置は、図７に示すように、長手方向に沿ってボール等の転動体の転走面が形成されると共に、基盤１００及び構造体１０１の夫々に対して互いに直交するように固定された第１及び第２軌道レール１０２，１０３と、多数の転動体を介して第１軌道レール１０２に組み付けられると共に該第１軌道レール１０２に沿って自在に直線往復運動可能な第１スライド部材１０４と、この第１スライド部材１０４に対して固定されると共に多数の転動体を介して第２軌道レール１０３に組み付けられ、該第２軌道レール１０３に沿って自在に直線往復運動可能な第２スライド部材１０５とから構成されており、地震等によって基盤１００が震動すると各軌道レール１０２，１０３とこれらに組み付けられたスライド部材１０４，１０５とが相対的な直線往復運動を行うようになっている。
【０００３】
図８は基盤１００上に前述の免震装置Ｇを介して建物を構築した例を示すものであり、建物１０１と基盤１００との間の４カ所に免震装置Ｇが配置されている。各免震装置Ｇの第１軌道レール１０２がＸ方向に沿って前記基盤１００に固定される一方、第２軌道レール１０３は第１軌道レール１０２と直交するＹ方向に沿って建物に固定されている。前記軌道レール１０２，１０３とスライド部材１０４，１０５との間の動摩擦係数は極めて小さいため、基盤１００が地震等によって水平方向へ揺れ動くと、かかる揺れを吸収するようにして各免震装置のスライド部材１０４，１０５が軌道レール１０２，１０３上をＸ方向又はＹ方向に沿って移動する。すなわち、免震装置Ｇ上に設けられた建物１０１は基盤１００の揺れから絶縁されており、恰も空気中に浮遊したような状態となっている。これにより、地震等による振動エネルギが建物１０１に伝播したとしても、建物１０１は基盤１００の振動周期とは無関係にそれ独自の振動周期で揺れることができるので、建物１０１の固有振動周期を十分に長く設定することで、建物１０１と基盤１００との共振を避け、かかる建物１０１の振動を軽減することが可能となる。
【０００４】
一方、この免震装置は基盤１００と建物１０１との共振を防止はするものの、建物１０１の揺れを完全に防止し得るものではなく、しかも前述の如く基盤１００の揺れと建物１０１の揺れとを絶縁するものであるから、例えば地震が収まった後にも建物１０１の揺れは残ることになる。このため、かかる免震装置Ｇを用いて建物を支持する際には、基盤１００と建物１０１との間に免震装置Ｇとは別個に減衰装置を設け、建物の揺れが早く収まるようにその振動エネルギを吸収する必要がある。
【０００５】
従来、このような減衰装置としては、特開平１０−１８４７５７号公報や特開２００２−５２２９号公報に開示されるものが知られている。図９に示すように、この減衰装置は建物１０１と基盤１０１との間に設けられ、両者間に伝達される振動の減衰を行うものであり、前記基盤１００に結合されるスクリューロッド１０６と、このスクリューロッド１０６を覆うようにして設けられると共に前記建物１０１に結合されたハウジング１０７とを具備している。前記スクリューロッド１０６には螺旋状のねじ溝が形成されており、このねじ溝にはハウジング１０７に対して回転自在に支承されたナット部材１０８が螺合している。すなわち、これらスクリューロッド１０６とナット部材１０８はボールねじを構成している。また、このナット部材１０８の外周面には円筒状の回転体１０９が直接固定されており、この回転体１０９の外周面はハウジング１０７の内周面と対向して粘性流体の作用室１１０を形成している。
【０００６】
従って、このような構造の減衰装置１では、前記建物１０１が基盤１００に対して振動すると、スクリューロッド１０６がナット部材１０８に対して進退すると共に、かかるナット部材１０８がハウジング１０７に対して回転を生じ、ナット部材１０８に固定された回転体１０９もハウジング１０７に対して回転を生じる。回転体１０９とハウジング１０７との隙間は粘性流体の作用室１１０となっていることから、回転体１０９が回転を生じると、作用室１１０内の粘性流体に対して回転体１０９の回転角速度に応じた剪断摩擦力が作用し、かかる粘性流体が発熱する。つまり、この減衰装置１では建物１０１と基盤１００との間の振動エネルギが回転エネルギに変換され、更にその回転エネルギが熱エネルギに変換され、その結果として建物１０１の保有する振動エネルギの減衰が効果的に行われるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２４００３３号公報
【特許文献２】特開平１０−１８４７５７号公報
【特許文献３】特開２００２−５２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように構成された従来の減衰装置は工場で組み立てられた後に出荷され、建築物等の施行現場において、前記スクリューロッドの一端を基盤に、ハウジングを建物に固定する作業が行われる。しかし、かかる施行現場において、前記スクリューロッドの軸方向におけるハウジングの位置を調整しようとしても、ナット部材が固定された回転体とハウジングとの間に粘性流体が封入されていることから、スクリューロッドに対してナット部材を容易には回転させることができず、また、ナット部材それ自体もハウジングの内部に収容されていることから、ナット部材をスクリューロッドに対して強制的に回転させることが難しく、実際の施行現場における構造物への取り付け作業に手間がかかるといった問題点があった。
【０００９】
また、前記免震装置は建物を基盤の揺れから絶縁するものの、建物それ自体が基盤上で自由に移動できることから、建物を基盤上の特定の位置に保持することはできず、例えば地震前後で基盤上における建物の位置が変位してしまう恐れもある。更に、強風によって建物が基盤上で変位してしまう恐れもある。このため、免震装置を使用する場合には、前述の如く基盤と建物との間に減衰装置を取り付ける他に、例えば、ゴム板と鋼板を交互に積層したゴム円柱体で基盤と建物とを連結する等し、地震の終息後に建物を基盤上の特定の位置に復帰させることが必要とされていた。その反面、このようにして建物と基盤を直接結合してしまうと、前記免震装置による建物と基盤の絶縁効果が半減してしまうといった問題点もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、スクリューロッドに対してナット部材を含む回転体を適宜回転させることで、かかるロッドの軸方向におけるハウジングの位置を任意に調整することが可能な振動減衰装置を提供することにある。更には、基盤に対して建物を特定の位置に保持し、あるいは建物を基盤上の特定の位置に復帰させることが可能であり、免震装置本来の効果を十分に発揮させることが可能な減衰装置を提供することにある。
【００１１】
すなわち、本発明の減衰装置は、第１の構造体と第２の構造体との間に配置され、これら構造体の間における相対運動を減衰させるための減衰装置であって、前記第１の構造体に結合される固定外筒と、一端が第２の構造体に結合されて軸方向に進退すると共に外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたスクリューロッドと、前記固定外筒の中空部内に収容されると共に該固定外筒に対して回転自在に支承される一方、前記スクリューロッドに螺合したロータを備えている。第１の構造体と第２の構造体との間に相対的な振動が作用すると、スクリューロッドが軸方向に進退し、これに応じて前記ロータが固定外筒の中空部内で正逆方向へ交互に回転することになる。
【００１２】
前記固定外筒の内周面とロータの外周面は所定の隙間を介して対向しており、粘性流体が封入される作用室を形成している。このため、第１の構造体と第２の構造体との間に相対的な振動が作用し、前記ロータが固定外筒の中空部内で回転すると、作用室内の粘性流体に対して剪断摩擦力が作用し、かかる粘性流体が発熱することになる。これにより、第１の構造体と第２の構造体との間に作用した振動エネルギは熱エネルギに変換され、かかる振動のエネルギは減衰されることになる。
【００１３】
前記ロータの軸方向の一端は固定外筒の中空部からその軸方向へ突出しており、この突出端には工具を係合させるための工具作用部が形成されている。この工具作用部に工具を係合させ、かかる工具を操作してロータを任意に回転させることにより、前記スクリューロッド上における固定外筒の位置を任意に変更することができるものである。
【００１４】
また、前記ロータの軸方向の一端を固定外筒の中空部からその軸方向へ突出させ、かかる突出端にモータを連結することにより、前記ロータを固定外筒に対して任意の量だけ回転させることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
このように、固定外筒の中空部から突出したロータの一端に対し、工具あるいはモータを使用して回転トルクを与え、固定外筒に対してロータを回転させることにより、スクリューロッド上における固定外筒の位置を任意に変更することができ、固定外筒及びスクリューロッドを構造体に固定する際の施行を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用した減衰装置の実施例を示す正面断面図である。
【図２】図１に示す減衰装置に使用されるスクリューロッド及びナット部材の組み合わせを示す斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】減衰装置のナット部材を電動モータで駆動する例を示す構成図である。
【図５】地震の揺れを利用して電動モータからバッテリに蓄電する構成を示す概略図である。
【図６】バッテリによって電動モータを駆動して建物の変位を修正する構成を示す概略図である。
【図７】直線案内装置を用いた免震装置の例を示す斜視図である。
【図８】図７に示す免震装置を用いて基盤上に建物を支持した様子を示す斜視図である。
【図９】従来の減衰装置の一例を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面に沿って本発明の減衰装置を詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明を適用した減衰装置の一実施例を示すものである。この減衰装置１は第１の構造体と第２の構造体との間に存在する相対的な振動を減衰させ、かかる振動を早期に収束させるものであって、例えば、建物とこれを支える基盤との間に配置されて使用される。
【００１９】
この減衰装置１は、中空部を有して筒状に形成された固定外筒１０と、この固定外筒１０の中空部内に収容されると共に該固定外筒１０に対して回転自在に支承されたロータ２０と、これら固定外筒１０及びロータ２０を貫通すると共に該ロータ２０が螺合したスクリューロッド３０とを備えており、例えば、前記固定外筒１０は第１の構造体としての建物１０１にボルトなどを用いて固定される一方、前記スクリューロッド３０はその一端が第２の構造体としての基盤１００に固定される。
【００２０】
前記固定外筒１０は、筒状に形成された外筒本体１１と、この外筒本体１１の軸方向の両端面に固定される一対のエンドプレート１２，１３とから構成されている。外筒本体１１の内周面は、前記ロータ２０の外周面と所定の隙間を介して対向するスリーブ部１４と、このスリーブ部１４に対して軸方向へ隣接して設けられた一対のロータ支持部１５，１６とから構成されており、一対のロータ支持部１５，１６には前記ロータ２０の回転を支承するための一対の回転ベアリング１７，１８が嵌合している。これらの回転ベアリング１７，１８は前記エンドプレート１２，１３を外筒本体１１に対してボルトを用いて固定することで、前記外筒本体１１のロータ支持部１５，１６に固定されるようになっている。尚、図中の符号１９は回転ベアリング１７，１８の外輪に接して該回転ベアリング１７，１８の軸方向の位置決めを行うスペーサリングである。
【００２１】
一方、前記ロータ２０は、前記固定外筒１０の中空部内に収容されると共に、前述の回転ベアリング１７，１８によってその回転を支承された回転内筒２１と、この回転内筒２１の軸方向の一端にブラケット２２を介して固定されたナット部材４０とから構成されており、前記回転内筒２１の内周面とスクリューロッド３０の外周面との間には隙間が形成される一方、前記ナット部材４０が前記スクリューロッド３０の外周面に螺合している。前記回転内筒２１は外筒本体１１のスリーブ部１４と対向するジャーナル部２４を有しており、外筒本体１１のスリーブ部１４と回転内筒２１のジャーナル部２４とが対向することにより、これらの間に粘性流体の作用室２が形成されるようになっている。この作用室２には粘性流体が充填されている。前記外筒本体１１のスリーブ部１４にはプラグ２３が取り付けられており、かかるプラグ２３を介して前記作用室２へ任意の粘度の粘性流体を充填することができる。また、前記ジャーナル部２４の軸方向の両端にはリング状のシール部材２５，２５が嵌められており、作用室２内に封入された粘性流体が漏れだすのを防止している。
【００２２】
図２は前記スクリューロッド３０とナット部材４０との組み合わせを示す斜視図である。スクリューロッド３０の外周面には螺旋状のボール転動溝３１が形成されており、ナット部材４０は前記ボール転動溝３１を転動する多数のボール３を介してスクリューロッド３０に螺合している。また、ナット部材４０は前記スクリューロッド３０が挿通される貫通孔を有して円筒状に形成されると共に、前記スクリューロッド３０のボール転動溝３１を転動したボール３を循環させるための無限循環路が設けられている。すなわち、これらナット部材４０とスクリューロッド３０はボールスクリューを構成している。
【００２３】
そして、このナット部材４０の外周面にはフランジ部４１が設けられており、かかるフランジ部４１に挿通された固定ボルト４２を前記ブラケット２２に締結することで、ナット部材４０の回転がブラケット２２を介して前記回転内筒２１に伝達されるようになっている。前記ブラケット２２は回転円筒２１の軸方向の端面にボルトで締結されており、固定外筒１０を構成するエンドプレート１３から軸方向へ突出している。また、ナット部材４０のフランジ部４１は固定外筒１０から突出したブラケット２２の端部に対して固定されている。従って、ナット部材４０は前記固定外筒１０の内部には収容されておらず、固定ボルト４２の締結を解除することで、容易に固定外筒１０及び回転内筒２１の組立体をスクリューロッド３０から抜き取ることができるようになっている。
【００２４】
一方、図１に示すように、スクリューロッド３０の一端は円盤状の取付板４３に螺合しており、かかる取付板４３は図示外のボルトで基盤１００に対して固定されている。取付板４３とスクリューロッド３０の間には平行キー４４が挿入されており、取付板４３に対するスクリューロッド３０の回転止めがなされている。
【００２５】
従って、基盤１００に対して建物１０１が図１中の矢線Ｘ方向に沿って振動すると、前記固定外筒１０は第１の構造体たる建物１０１に固定されていることから、かかる振動は固定外筒１０に対するスクリューロッド３０の軸方向への進退運動となり、この進退運動に伴ってナット部材４０を含むロータ２０が固定外筒の中空部内でスクリューロッドの周囲を回転することになる。ロータ２０が固定外筒１０に対して回転を生じると、前記作用室２に存在する粘性流体に対して剪断摩擦力が作用し、回転円筒２１の運動エネルギが粘性流体の熱エネルギに変換されて消費され、回転円筒２１の運動エネルギが減衰される。これにより、基盤１００に対する建物１０１のＸ方向の振動を強制的に減衰させることができるようになっている。
【００２６】
スクリューロッド３０のＸ方向に沿った進退運動をナット部材４０の回転運動に変換しているので、かかるナット部材４０にはスクリューロッド３０の軸方向に沿った外力が作用している。このため、ロータ２０の回転を支承する一対の回転ベアリング１７，１８のうち、ナット部材４０に近接した側の回転ベアリング１８にはラジアル荷重とスラスト荷重を等分に負荷することが可能なクロスローラ軸受が採用され、ナット部材４０から回転内筒に対して作用するスラスト荷重、すなわちスクリューロッド３０の軸方向に作用する外力を十分に負荷し得るように構成されている。
【００２７】
また、前記クロスローラ軸受１８はブラケット２２を回転内筒２１に対して固定することで、その内輪が該回転内筒２１に固定されており、前記ブラケット２２はクロスローラ軸受１８の押え板としても機能している。
【００２８】
以上のように構成された減衰装置１を基盤１００と建物１０１との間に取り付けるに当たっては、スクリューロッド３０の軸方向における固定外筒１０の位置を微妙に調整しなければならない場合がある。スクリューロッド３０上における固定外筒１０の位置を調整するにはロータ２０をスクリューロッド３０に対して回転させれば良いのだが、前述の如く外筒本体１１と回転内筒２１との間の作用室２には粘性流体が封入されていることから、ロータ２０を容易には回転させることができない。
【００２９】
このため、この減衰装置１では、固定外筒１０の外部に突出した前記ロータ２０の一部、すなわち前記ナット部材４０に対して工具を係合させるための工具作用部を設け、かかる工具を使用することで、ロータ２０をスクリューロッド３０に対して手動で回転させることができるようになっている。具体的には、図３に示すように、ナット部材４０に突設されたフランジ部４１には１８０°相反する位置に一対の工具作用面４５，４５が形成されており、これら工具作用面４５はフランジ部４１の外周面を弦のように切り欠いた平坦面として形成されている。従って、これらの工具作用面４５，４５を工具によって挟み込んで把持することにより、かかる工具を用いてナット部材４０に回転トルクを与えることができ、ロータ２０をスクリューロッド３０に対して手動で回転させることができるものである。
【００３０】
これにより、減衰装置１を基盤１００と建物との間に取り付けるに当たり、スクリューロッド３０の軸方向における固定外筒１０の位置を微妙に調整することが可能となり、かかる取付作業を円滑に行うことが可能となる。
【００３１】
尚、前記工具作用部は必ずしもナット部材４０に設ける必要はなく、工具を係合させて前記ロータ２０を回転させることができるものであれば、かかるロータ２０の何処かに設けてあればよい。
【００３２】
一方、図７に示すような免震装置Ｇを用いて建物１０１を基盤１００上で支持した場合、かかる建物１０１は基盤１００の揺れから絶縁されており、基盤１００の振動と関係なく揺れることになる。この揺れのエネルギを前述の減衰装置で減衰させ、建物１０１の揺れを早期に収束させる訳ではあるが、建物１０１が基盤１００から絶縁されているので、揺れが収まった際に建物１０１が基盤１００に対して変位してしまっている場合もある。
【００３３】
しかし、前述の如く固定外筒１０の外部にナット部材４０を設け、このナット部材４０を工具を用いて強制的に回転させることができれば、仮に建物１０１が基盤１００に対して変位を生じても、ロータ２０を回転させることでスクリューロッド３０上における固定外筒１０の位置を調整することができ、基盤１００に対する建物１０１の変位を事後的に解消することが可能となる。すなわち、地震の発生によって建物１０１が基盤１００上の定位置からずれてしまったような場合には、ナット部材４０を手動で強制的に回転させることで、建物１０１を基盤１００上の定位置に復帰させることができるのである。
【００３４】
図４は、前記ナット部材４０の強制回転を工具による手動ではなく、電動モータ５を用いて行う例を示すものである。すなわち、ナット部材４０の外周面に入力ギヤ５０を設けると共に、電動モータ５の出力軸に設けられた減速ギヤ５１を前記入力ギヤ５０にかみ合わせ、これによってナット部材４０を電動モータ５の回転量に応じて回転させることが可能となる。モータ５の駆動信号はモータ制御部５２によって生成されるが、かかるモータ制御部５２は操作スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦに従って駆動信号を生成すればよく、この場合はユーザによる操作スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦに応じて電動モータ５が回転し、固定外筒１０がスクリューロッド３０上を移動することになる。
【００３５】
もっとも、操作スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦによらずに、基盤１００に対する建物１０１の変位を修正するという観点からすれば、前記固定外筒１０あるいは建物１０１の位置を検出する位置センサ５４を設け、この位置センサ５４の出力信号に基づいて電動モータ５の駆動信号を生成することも可能である。すなわち、位置センサ５４の出力信号を定期的にチェックすることにより、建物１０１が基盤１００上の所定の位置に静止しているか否かを判断することができ、所定の位置にいないと判断される場合には、建物１０１が所定位置で検出されるまでモータ５をいずれかの方向へ回転させることになる。これにより、ユーザの操作によらず、建物１０１を基盤１００上の所定の位置に自動的に復帰させることが可能となる。
【００３６】
また、前記免震装置Ｇは基盤１００の揺れから建物１０１を絶縁する程度にまで軽く動作することから、台風等の如く強風が建物１０１の外壁に対して作用すると、これによっても建物１０１が基盤１００上の定位置からずれてしまう可能性がある。このことからすれば、前記電動モータ５に保持力を発揮させ、かかる保持力によって減衰装置１のロータ２０の回転を禁止し、建物１０１が基盤１００に対して移動してしまうのを防止するのが好ましい。もっとも、地震の発生時には建物１０１が基盤１００に対して自由に移動することが必要であるから、前記電動モータ５が常に保持力を発揮していたのでは、建物１０１と基盤１００とを絶縁するという免震装置Ｇの効果を極端に低下させることになってしまう。
【００３７】
従って、地震の未発生時には前記電動モータ５に保持力を発揮させ、強風などに抗して建物１０１を基盤１０１上の定位置に保持する一方、地震の発生時には電動モータ５に対する電圧の印加を解除し、地震時の揺れによってナット部材４０が電動モータ５を自由に回転させるように構成するのが良い。そして、地震の揺れが収束した後は、ユーザによる操作スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦ、あるいは位置センサ５４の出力信号に応じて電動モータ５を回転させ、前記地震によって生じた基盤１００に対する建物１０１の変位を解消させるのが好ましい。
【００３８】
ここで、電動モータ５に対する電圧印加を解除するタイミング、すなわちモータ５の保持力を取り除いてナット部材４０の自由回転を可能にするタイミングとしては、地震計５５による検出結果から該タイミングを決定することができる。すなわち、地震が発生すると、先ずは速度の速い細かな揺れの初期微動（Ｐ波）が到来し、その後に大きな揺れを引き起こす破壊力のある主要動（Ｓ波）が到来することから、別個に設けた地震計５５でＰ波を検出したならば、Ｓ波が到達する前に電動モータ５の保持力を取り除くように構成する。地震計５５は独自に設けることもできるが、近年では地方自治体などによる地震観測網が整備されており、これら観測網の地震計のデータの提供を受け、それを利用するようにしても良い。これにより、地震の非発生時には基盤１００に対する建物１０１の変位を積極的に防止する一方、地震の発生時には免震装置Ｇの機能を最大限に発揮させ、基盤１００の揺れから建物１０１を絶縁することが可能となる。
【００３９】
このように電動モータ５によってロータ２０を回転させ、地震後に残留した基盤１００に対する建物１０１の変位を解消するように構成しても、地震によって停電が発生してしまうと、電動モータ５を使用することができないといった事態も想定される。このため、電動モータ５を駆動するためのバッテリを設け、停電が発生した場合であっても、かかる電動モータ５の駆動を行えるように構成するのが好ましい。
【００４０】
また、前述の如く、地震の発生時には建物１０１が基盤１００に対して揺れ動くことで、かかる揺動に合わせて減衰装置１のロータ２０が正逆方向へ繰り返し反転し、電動モータ５が減衰装置１によって回転させられるので、この電動モータ５を発電機として利用し、バッテリ５６に蓄電することが可能である（図５参照）。電動モータ５をバッテリ５６に蓄電するための発電機として利用するためには、整流器等が必要となり、電動モータ５に接続する電気回路を切り換えることが必要となるが、かかる切り換えに関しては、前述の如く地震計５５の検出結果を利用することができる。すなわち、地震計５５がＰ波を検出したならば、直ちに電気回路を発電用に切り換え、電動モータ５からバッテリ５６へ蓄電が行われるようにする。このように地震による振動のエネルギを利用して電動モータ５で発電を行い、それをバッテリ５６に蓄電するように構成すれば、地震後の停電によって電力供給が絶たれてしまうような場合であっても、前記電動モータ５を駆動することができ、基盤１００に対する建物１０１の変位を解消することができるものである（図６参照）。
【００４１】
一方、地震による建物の揺れを素早く解消させるといった観点からすれば、前記減衰装置は大きな減衰力を発揮するのが好ましいといえる。そのためには、例えば作用室内に封入される粘性流体の粘度を高め、あるいは作用室を狭くする等の対処が効果的である。しかし、これに伴って固定外筒に対するロータの回転抵抗も増加することから、減衰力の設定をあまりに大きくすると、減衰装置が前記免震装置による基盤と建物の絶縁を阻害することになり、基盤の振動が建物にそのまま伝達されてしまう。その反面、減衰装置の減衰力をあまりに小さく設定すると、地震が収まっているにもかかわらず、建物の揺れがなかなか収まらない結果となる。このため、減衰装置の発揮する減衰力は免震装置が支える建物の重量などに応じて最適な大きさが与えられている。
【００４２】
しかし、想定を上回る強い振動が建物に作用した場合は、減衰装置に設定されていた減衰力は不足気味となり、建物の振動はなかなか収束しないことになる。このため、地震による建物１０１の揺れを素早く減衰させるといった観点からすれば、建物１０１の揺れに起因してロータ２０に与えられる回転トルクを前記電動モータ５で減殺するのか好ましい。すなわち、前記電動モータ５によりロータ２０の回転方向と逆方向の回転トルクを発生させ、これを電動モータ５からロータ２０に伝達することで、地震によってロータ２０に与えられる回転トルクを減じるのである。このとき、ロータ２０は地震の揺れに伴って回転方向を繰り返し逆転させながら振動するので、電動モータ５が発生する回転トルクの方向もロータ２０の回転方向と常に逆向きとなるように振動させる必要がある。このような電動モータ５の回転方向の切り換えは、前述した地震計５５の波形データを利用して行うことができる。
【００４３】
このように電動モータ５を用いて地震によるロータ２０の回転方向と逆方向の回転トルクを該ロータ２０に対して与えてやれば、そもそもロータ２０に作用する回転トルクを減殺することができ、地震によってロータ２０に与えられた回転運動のエネルギが小さくなるので、建物の振動をいち早く減衰させることができるものである。
【００４４】
反面、減衰装置に対してはある大きさの減衰力が設定されており、基盤から建物に伝播する振動のエネルギが小さいと、ロータが回転することができず、免震装置の存在にもかかわらず、建物は基盤に拘束された状態となり、免震装置が満足に作用しない場合も生じる。このため、免震装置の機能を発揮させて基盤と建物を絶縁するという観点からすれば、地震の揺れに合わせて電動モータを回転させ、ロータの回転抵抗に打ち勝って建物が基盤に対して移動を生じるように補助するのが好ましい。すなわち、地震の揺れによるロータ２０の回転方向と順方向に電動モータの回転トルクを発生させ、これをロータ２０に伝達することで、ロータの回転始動を介助するのである。
【００４５】
このように電動モータ５を用いて減衰装置におけるロータの回転始動を介助すれば、基盤から建物に伝達される振動エネルギが小さい場合であっても、免震装置を確実に機能させることができ、地震による建物の被害を軽減することができるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１…減衰装置、５…電動モータ、１０…固定外筒、２０…ロータ、３０…スクリューロッド、４０…ナット部材、１００…基盤（構造体）、１０１…建物（構造体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動が伝達される２つの構造体の間に配設されて、振動源たる一方の構造体から他方の構造体へ伝達される振動エネルギを減衰させるための減衰装置に係り、特に、一方の構造体から伝達された振動を回転運動のエネルギに変換し、この回転運動のエネルギを熱エネルギに変換して消費させるように構成した減衰装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ビルや住宅といった不動産の地震対策として、あるいは精密機器や美術品のショーケース等の運搬時における振動対策として、地面あるいは床面の振動を吸収して揺れを軽減する免震装置が用いられている。この免震装置としては、特開平８−２４００３３号公報に開示されるように、工作機械のワークテーブル等に用いられる直線案内装置を利用したものが知られている（特開平８−２４００３３号公報）。この免震装置は、図７に示すように、長手方向に沿ってボール等の転動体の転走面が形成されると共に、基盤１００及び構造体１０１の夫々に対して互いに直交するように固定された第１及び第２軌道レール１０２，１０３と、多数の転動体を介して第１軌道レール１０２に組み付けられると共に該第１軌道レール１０２に沿って自在に直線往復運動可能な第１スライド部材１０４と、この第１スライド部材１０４に対して固定されると共に多数の転動体を介して第２軌道レール１０３に組み付けられ、該第２軌道レール１０３に沿って自在に直線往復運動可能な第２スライド部材１０５とから構成されており、地震等によって基盤１００が震動すると各軌道レール１０２，１０３とこれらに組み付けられたスライド部材１０４，１０５とが相対的な直線往復運動を行うようになっている。
【０００３】
図８は基盤１００上に前述の免震装置Ｇを介して建物を構築した例を示すものであり、建物１０１と基盤１００との間の４カ所に免震装置Ｇが配置されている。各免震装置Ｇの第１軌道レール１０２がＸ方向に沿って前記基盤１００に固定される一方、第２軌道レール１０３は第１軌道レール１０２と直交するＹ方向に沿って建物に固定されている。前記軌道レール１０２，１０３とスライド部材１０４，１０５との間の動摩擦係数は極めて小さいため、基盤１００が地震等によって水平方向へ揺れ動くと、かかる揺れを吸収するようにして各免震装置のスライド部材１０４，１０５が軌道レール１０２，１０３上をＸ方向又はＹ方向に沿って移動する。すなわち、免震装置Ｇ上に設けられた建物１０１は基盤１００の揺れから絶縁されており、恰も空気中に浮遊したような状態となっている。これにより、地震等による振動エネルギが建物１０１に伝播したとしても、建物１０１は基盤１００の振動周期とは無関係にそれ独自の振動周期で揺れることができるので、建物１０１の固有振動周期を十分に長く設定することで、建物１０１と基盤１００との共振を避け、かかる建物１０１の振動を軽減することが可能となる。
【０００４】
一方、この免震装置は基盤１００と建物１０１との共振を防止はするものの、建物１０１の揺れを完全に防止し得るものではなく、しかも前述の如く基盤１００の揺れと建物１０１の揺れとを絶縁するものであるから、例えば地震が収まった後にも建物１０１の揺れは残ることになる。このため、かかる免震装置Ｇを用いて建物を支持する際には、基盤１００と建物１０１との間に免震装置Ｇとは別個に減衰装置を設け、建物の揺れが早く収まるようにその振動エネルギを吸収する必要がある。
【０００５】
従来、このような減衰装置としては、特開平１０−１８４７５７号公報や特開２００２−５２２９号公報に開示されるものが知られている。図９に示すように、この減衰装置は建物１０１と基盤１０１との間に設けられ、両者間に伝達される振動の減衰を行うものであり、前記基盤１００に結合されるスクリューロッド１０６と、このスクリューロッド１０６を覆うようにして設けられると共に前記建物１０１に結合されたハウジング１０７とを具備している。前記スクリューロッド１０６には螺旋状のねじ溝が形成されており、このねじ溝にはハウジング１０７に対して回転自在に支承されたナット部材１０８が螺合している。すなわち、これらスクリューロッド１０６とナット部材１０８はボールねじを構成している。また、このナット部材１０８の外周面には円筒状の回転体１０９が直接固定されており、この回転体１０９の外周面はハウジング１０７の内周面と対向して粘性流体の作用室１１０を形成している。
【０００６】
従って、このような構造の減衰装置１では、前記建物１０１が基盤１００に対して振動すると、スクリューロッド１０６がナット部材１０８に対して進退すると共に、かかるナット部材１０８がハウジング１０７に対して回転を生じ、ナット部材１０８に固定された回転体１０９もハウジング１０７に対して回転を生じる。回転体１０９とハウジング１０７との隙間は粘性流体の作用室１１０となっていることから、回転体１０９が回転を生じると、作用室１１０内の粘性流体に対して回転体１０９の回転角速度に応じた剪断摩擦力が作用し、かかる粘性流体が発熱する。つまり、この減衰装置１では建物１０１と基盤１００との間の振動エネルギが回転エネルギに変換され、更にその回転エネルギが熱エネルギに変換され、その結果として建物１０１の保有する振動エネルギの減衰が効果的に行われるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２４００３３号公報
【特許文献２】特開平１０−１８４７５７号公報
【特許文献３】特開２００２−５２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように構成された従来の減衰装置は工場で組み立てられた後に出荷され、建築物等の施行現場において、前記スクリューロッドの一端を基盤に、ハウジングを建物に固定する作業が行われる。しかし、かかる施行現場において、前記スクリューロッドの軸方向におけるハウジングの位置を調整しようとしても、ナット部材が固定された回転体とハウジングとの間に粘性流体が封入されていることから、スクリューロッドに対してナット部材を容易には回転させることができず、また、ナット部材それ自体もハウジングの内部に収容されていることから、ナット部材をスクリューロッドに対して強制的に回転させることが難しく、実際の施行現場における構造物への取り付け作業に手間がかかるといった問題点があった。
【０００９】
また、前記免震装置は建物を基盤の揺れから絶縁するものの、建物それ自体が基盤上で自由に移動できることから、建物を基盤上の特定の位置に保持することはできず、例えば地震前後で基盤上における建物の位置が変位してしまう恐れもある。更に、強風によって建物が基盤上で変位してしまう恐れもある。このため、免震装置を使用する場合には、前述の如く基盤と建物との間に減衰装置を取り付ける他に、例えば、ゴム板と鋼板を交互に積層したゴム円柱体で基盤と建物とを連結する等し、地震の終息後に建物を基盤上の特定の位置に復帰させることが必要とされていた。その反面、このようにして建物と基盤を直接結合してしまうと、前記免震装置による建物と基盤の絶縁効果が半減してしまうといった問題点もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、スクリューロッドに対してナット部材を含む回転体を適宜回転させることで、かかるロッドの軸方向におけるハウジングの位置を任意に調整することが可能な振動減衰装置を提供することにある。更には、基盤に対して建物を特定の位置に保持し、あるいは建物を基盤上の特定の位置に復帰させることが可能であり、免震装置本来の効果を十分に発揮させることが可能な減衰装置を提供することにある。
【００１１】
すなわち、本発明の減衰装置は、第１の構造体と第２の構造体との間に配置され、これら構造体の間における相対運動を減衰させるための減衰装置であって、前記第１の構造体に結合される固定外筒と、一端が第２の構造体に結合されて軸方向に進退すると共に外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたスクリューロッドと、前記固定外筒の中空部内に収容されると共に該固定外筒に対して回転自在に支承される一方、前記スクリューロッドに螺合したロータを備えている。第１の構造体と第２の構造体との間に相対的な振動が作用すると、スクリューロッドが軸方向に進退し、これに応じて前記ロータが固定外筒の中空部内で正逆方向へ交互に回転することになる。
【００１２】
前記固定外筒の内周面とロータの外周面は所定の隙間を介して対向しており、粘性流体が封入される作用室を形成している。このため、第１の構造体と第２の構造体との間に相対的な振動が作用し、前記ロータが固定外筒の中空部内で回転すると、作用室内の粘性流体に対して剪断摩擦力が作用し、かかる粘性流体が発熱することになる。これにより、第１の構造体と第２の構造体との間に作用した振動エネルギは熱エネルギに変換され、かかる振動のエネルギは減衰されることになる。
【００１３】
前記ロータの軸方向の一端は固定外筒の中空部からその軸方向へ突出しており、この突出端には工具を係合させるための工具作用部が形成されている。この工具作用部に工具を係合させ、かかる工具を操作してロータを任意に回転させることにより、前記スクリューロッド上における固定外筒の位置を任意に変更することができるものである。
【００１４】
また、前記ロータの軸方向の一端を固定外筒の中空部からその軸方向へ突出させ、かかる突出端にモータを連結することにより、前記ロータを固定外筒に対して任意の量だけ回転させることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
このように、固定外筒の中空部から突出したロータの一端に対し、工具あるいはモータを使用して回転トルクを与え、固定外筒に対してロータを回転させることにより、スクリューロッド上における固定外筒の位置を任意に変更することができ、固定外筒及びスクリューロッドを構造体に固定する際の施行を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用した減衰装置の実施例を示す正面断面図である。
【図２】図１に示す減衰装置に使用されるスクリューロッド及びナット部材の組み合わせを示す斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】減衰装置のナット部材を電動モータで駆動する例を示す構成図である。
【図５】地震の揺れを利用して電動モータからバッテリに蓄電する構成を示す概略図である。
【図６】バッテリによって電動モータを駆動して建物の変位を修正する構成を示す概略図である。
【図７】直線案内装置を用いた免震装置の例を示す斜視図である。
【図８】図７に示す免震装置を用いて基盤上に建物を支持した様子を示す斜視図である。
【図９】従来の減衰装置の一例を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面に沿って本発明の減衰装置を詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明を適用した減衰装置の一実施例を示すものである。この減衰装置１は第１の構造体と第２の構造体との間に存在する相対的な振動を減衰させ、かかる振動を早期に収束させるものであって、例えば、建物とこれを支える基盤との間に配置されて使用される。
【００１９】
この減衰装置１は、中空部を有して筒状に形成された固定外筒１０と、この固定外筒１０の中空部内に収容されると共に該固定外筒１０に対して回転自在に支承されたロータ２０と、これら固定外筒１０及びロータ２０を貫通すると共に該ロータ２０が螺合したスクリューロッド３０とを備えており、例えば、前記固定外筒１０は第１の構造体としての建物１０１にボルトなどを用いて固定される一方、前記スクリューロッド３０はその一端が第２の構造体としての基盤１００に固定される。
【００２０】
前記固定外筒１０は、筒状に形成された外筒本体１１と、この外筒本体１１の軸方向の両端面に固定される一対のエンドプレート１２，１３とから構成されている。外筒本体１１の内周面は、前記ロータ２０の外周面と所定の隙間を介して対向するスリーブ部１４と、このスリーブ部１４に対して軸方向へ隣接して設けられた一対のロータ支持部１５，１６とから構成されており、一対のロータ支持部１５，１６には前記ロータ２０の回転を支承するための一対の回転ベアリング１７，１８が嵌合している。これらの回転ベアリング１７，１８は前記エンドプレート１２，１３を外筒本体１１に対してボルトを用いて固定することで、前記外筒本体１１のロータ支持部１５，１６に固定されるようになっている。尚、図中の符号１９は回転ベアリング１７，１８の外輪に接して該回転ベアリング１７，１８の軸方向の位置決めを行うスペーサリングである。
【００２１】
一方、前記ロータ２０は、前記固定外筒１０の中空部内に収容されると共に、前述の回転ベアリング１７，１８によってその回転を支承された回転内筒２１と、この回転内筒２１の軸方向の一端にブラケット２２を介して固定されたナット部材４０とから構成されており、前記回転内筒２１の内周面とスクリューロッド３０の外周面との間には隙間が形成される一方、前記ナット部材４０が前記スクリューロッド３０の外周面に螺合している。前記回転内筒２１は外筒本体１１のスリーブ部１４と対向するジャーナル部２４を有しており、外筒本体１１のスリーブ部１４と回転内筒２１のジャーナル部２４とが対向することにより、これらの間に粘性流体の作用室２が形成されるようになっている。この作用室２には粘性流体が充填されている。前記外筒本体１１のスリーブ部１４にはプラグ２３が取り付けられており、かかるプラグ２３を介して前記作用室２へ任意の粘度の粘性流体を充填することができる。また、前記ジャーナル部２４の軸方向の両端にはリング状のシール部材２５，２５が嵌められており、作用室２内に封入された粘性流体が漏れだすのを防止している。
【００２２】
図２は前記スクリューロッド３０とナット部材４０との組み合わせを示す斜視図である。スクリューロッド３０の外周面には螺旋状のボール転動溝３１が形成されており、ナット部材４０は前記ボール転動溝３１を転動する多数のボール３を介してスクリューロッド３０に螺合している。また、ナット部材４０は前記スクリューロッド３０が挿通される貫通孔を有して円筒状に形成されると共に、前記スクリューロッド３０のボール転動溝３１を転動したボール３を循環させるための無限循環路が設けられている。すなわち、これらナット部材４０とスクリューロッド３０はボールスクリューを構成している。
【００２３】
そして、このナット部材４０の外周面にはフランジ部４１が設けられており、かかるフランジ部４１に挿通された固定ボルト４２を前記ブラケット２２に締結することで、ナット部材４０の回転がブラケット２２を介して前記回転内筒２１に伝達されるようになっている。前記ブラケット２２は回転円筒２１の軸方向の端面にボルトで締結されており、固定外筒１０を構成するエンドプレート１３から軸方向へ突出している。また、ナット部材４０のフランジ部４１は固定外筒１０から突出したブラケット２２の端部に対して固定されている。従って、ナット部材４０は前記固定外筒１０の内部には収容されておらず、固定ボルト４２の締結を解除することで、容易に固定外筒１０及び回転内筒２１の組立体をスクリューロッド３０から抜き取ることができるようになっている。
【００２４】
一方、図１に示すように、スクリューロッド３０の一端は円盤状の取付板４３に螺合しており、かかる取付板４３は図示外のボルトで基盤１００に対して固定されている。取付板４３とスクリューロッド３０の間には平行キー４４が挿入されており、取付板４３に対するスクリューロッド３０の回転止めがなされている。
【００２５】
従って、基盤１００に対して建物１０１が図１中の矢線Ｘ方向に沿って振動すると、前記固定外筒１０は第１の構造体たる建物１０１に固定されていることから、かかる振動は固定外筒１０に対するスクリューロッド３０の軸方向への進退運動となり、この進退運動に伴ってナット部材４０を含むロータ２０が固定外筒の中空部内でスクリューロッドの周囲を回転することになる。ロータ２０が固定外筒１０に対して回転を生じると、前記作用室２に存在する粘性流体に対して剪断摩擦力が作用し、回転円筒２１の運動エネルギが粘性流体の熱エネルギに変換されて消費され、回転円筒２１の運動エネルギが減衰される。これにより、基盤１００に対する建物１０１のＸ方向の振動を強制的に減衰させることができるようになっている。
【００２６】
スクリューロッド３０のＸ方向に沿った進退運動をナット部材４０の回転運動に変換しているので、かかるナット部材４０にはスクリューロッド３０の軸方向に沿った外力が作用している。このため、ロータ２０の回転を支承する一対の回転ベアリング１７，１８のうち、ナット部材４０に近接した側の回転ベアリング１８にはラジアル荷重とスラスト荷重を等分に負荷することが可能なクロスローラ軸受が採用され、ナット部材４０から回転内筒に対して作用するスラスト荷重、すなわちスクリューロッド３０の軸方向に作用する外力を十分に負荷し得るように構成されている。
【００２７】
また、前記クロスローラ軸受１８はブラケット２２を回転内筒２１に対して固定することで、その内輪が該回転内筒２１に固定されており、前記ブラケット２２はクロスローラ軸受１８の押え板としても機能している。
【００２８】
以上のように構成された減衰装置１を基盤１００と建物１０１との間に取り付けるに当たっては、スクリューロッド３０の軸方向における固定外筒１０の位置を微妙に調整しなければならない場合がある。スクリューロッド３０上における固定外筒１０の位置を調整するにはロータ２０をスクリューロッド３０に対して回転させれば良いのだが、前述の如く外筒本体１１と回転内筒２１との間の作用室２には粘性流体が封入されていることから、ロータ２０を容易には回転させることができない。
【００２９】
このため、この減衰装置１では、固定外筒１０の外部に突出した前記ロータ２０の一部、すなわち前記ナット部材４０に対して工具を係合させるための工具作用部を設け、かかる工具を使用することで、ロータ２０をスクリューロッド３０に対して手動で回転させることができるようになっている。具体的には、図３に示すように、ナット部材４０に突設されたフランジ部４１には１８０°相反する位置に一対の工具作用面４５，４５が形成されており、これら工具作用面４５はフランジ部４１の外周面を弦のように切り欠いた平坦面として形成されている。従って、これらの工具作用面４５，４５を工具によって挟み込んで把持することにより、かかる工具を用いてナット部材４０に回転トルクを与えることができ、ロータ２０をスクリューロッド３０に対して手動で回転させることができるものである。
【００３０】
これにより、減衰装置１を基盤１００と建物との間に取り付けるに当たり、スクリューロッド３０の軸方向における固定外筒１０の位置を微妙に調整することが可能となり、かかる取付作業を円滑に行うことが可能となる。
【００３１】
尚、前記工具作用部は必ずしもナット部材４０に設ける必要はなく、工具を係合させて前記ロータ２０を回転させることができるものであれば、かかるロータ２０の何処かに設けてあればよい。
【００３２】
一方、図７に示すような免震装置Ｇを用いて建物１０１を基盤１００上で支持した場合、かかる建物１０１は基盤１００の揺れから絶縁されており、基盤１００の振動と関係なく揺れることになる。この揺れのエネルギを前述の減衰装置で減衰させ、建物１０１の揺れを早期に収束させる訳ではあるが、建物１０１が基盤１００から絶縁されているので、揺れが収まった際に建物１０１が基盤１００に対して変位してしまっている場合もある。
【００３３】
しかし、前述の如く固定外筒１０の外部にナット部材４０を設け、このナット部材４０を工具を用いて強制的に回転させることができれば、仮に建物１０１が基盤１００に対して変位を生じても、ロータ２０を回転させることでスクリューロッド３０上における固定外筒１０の位置を調整することができ、基盤１００に対する建物１０１の変位を事後的に解消することが可能となる。すなわち、地震の発生によって建物１０１が基盤１００上の定位置からずれてしまったような場合には、ナット部材４０を手動で強制的に回転させることで、建物１０１を基盤１００上の定位置に復帰させることができるのである。
【００３４】
図４は、前記ナット部材４０の強制回転を工具による手動ではなく、電動モータ５を用いて行う例を示すものである。すなわち、ナット部材４０の外周面に入力ギヤ５０を設けると共に、電動モータ５の出力軸に設けられた減速ギヤ５１を前記入力ギヤ５０にかみ合わせ、これによってナット部材４０を電動モータ５の回転量に応じて回転させることが可能となる。モータ５の駆動信号はモータ制御部５２によって生成されるが、かかるモータ制御部５２は操作スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦに従って駆動信号を生成すればよく、この場合はユーザによる操作スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦに応じて電動モータ５が回転し、固定外筒１０がスクリューロッド３０上を移動することになる。
【００３５】
もっとも、操作スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦによらずに、基盤１００に対する建物１０１の変位を修正するという観点からすれば、前記固定外筒１０あるいは建物１０１の位置を検出する位置センサ５４を設け、この位置センサ５４の出力信号に基づいて電動モータ５の駆動信号を生成することも可能である。すなわち、位置センサ５４の出力信号を定期的にチェックすることにより、建物１０１が基盤１００上の所定の位置に静止しているか否かを判断することができ、所定の位置にいないと判断される場合には、建物１０１が所定位置で検出されるまでモータ５をいずれかの方向へ回転させることになる。これにより、ユーザの操作によらず、建物１０１を基盤１００上の所定の位置に自動的に復帰させることが可能となる。
【００３６】
また、前記免震装置Ｇは基盤１００の揺れから建物１０１を絶縁する程度にまで軽く動作することから、台風等の如く強風が建物１０１の外壁に対して作用すると、これによっても建物１０１が基盤１００上の定位置からずれてしまう可能性がある。このことからすれば、前記電動モータ５に保持力を発揮させ、かかる保持力によって減衰装置１のロータ２０の回転を禁止し、建物１０１が基盤１００に対して移動してしまうのを防止するのが好ましい。もっとも、地震の発生時には建物１０１が基盤１００に対して自由に移動することが必要であるから、前記電動モータ５が常に保持力を発揮していたのでは、建物１０１と基盤１００とを絶縁するという免震装置Ｇの効果を極端に低下させることになってしまう。
【００３７】
従って、地震の未発生時には前記電動モータ５に保持力を発揮させ、強風などに抗して建物１０１を基盤１０１上の定位置に保持する一方、地震の発生時には電動モータ５に対する電圧の印加を解除し、地震時の揺れによってナット部材４０が電動モータ５を自由に回転させるように構成するのが良い。そして、地震の揺れが収束した後は、ユーザによる操作スイッチ５３のＯＮ／ＯＦＦ、あるいは位置センサ５４の出力信号に応じて電動モータ５を回転させ、前記地震によって生じた基盤１００に対する建物１０１の変位を解消させるのが好ましい。
【００３８】
ここで、電動モータ５に対する電圧印加を解除するタイミング、すなわちモータ５の保持力を取り除いてナット部材４０の自由回転を可能にするタイミングとしては、地震計５５による検出結果から該タイミングを決定することができる。すなわち、地震が発生すると、先ずは速度の速い細かな揺れの初期微動（Ｐ波）が到来し、その後に大きな揺れを引き起こす破壊力のある主要動（Ｓ波）が到来することから、別個に設けた地震計５５でＰ波を検出したならば、Ｓ波が到達する前に電動モータ５の保持力を取り除くように構成する。地震計５５は独自に設けることもできるが、近年では地方自治体などによる地震観測網が整備されており、これら観測網の地震計のデータの提供を受け、それを利用するようにしても良い。これにより、地震の非発生時には基盤１００に対する建物１０１の変位を積極的に防止する一方、地震の発生時には免震装置Ｇの機能を最大限に発揮させ、基盤１００の揺れから建物１０１を絶縁することが可能となる。
【００３９】
このように電動モータ５によってロータ２０を回転させ、地震後に残留した基盤１００に対する建物１０１の変位を解消するように構成しても、地震によって停電が発生してしまうと、電動モータ５を使用することができないといった事態も想定される。このため、電動モータ５を駆動するためのバッテリを設け、停電が発生した場合であっても、かかる電動モータ５の駆動を行えるように構成するのが好ましい。
【００４０】
また、前述の如く、地震の発生時には建物１０１が基盤１００に対して揺れ動くことで、かかる揺動に合わせて減衰装置１のロータ２０が正逆方向へ繰り返し反転し、電動モータ５が減衰装置１によって回転させられるので、この電動モータ５を発電機として利用し、バッテリ５６に蓄電することが可能である（図５参照）。電動モータ５をバッテリ５６に蓄電するための発電機として利用するためには、整流器等が必要となり、電動モータ５に接続する電気回路を切り換えることが必要となるが、かかる切り換えに関しては、前述の如く地震計５５の検出結果を利用することができる。すなわち、地震計５５がＰ波を検出したならば、直ちに電気回路を発電用に切り換え、電動モータ５からバッテリ５６へ蓄電が行われるようにする。このように地震による振動のエネルギを利用して電動モータ５で発電を行い、それをバッテリ５６に蓄電するように構成すれば、地震後の停電によって電力供給が絶たれてしまうような場合であっても、前記電動モータ５を駆動することができ、基盤１００に対する建物１０１の変位を解消することができるものである（図６参照）。
【００４１】
一方、地震による建物の揺れを素早く解消させるといった観点からすれば、前記減衰装置は大きな減衰力を発揮するのが好ましいといえる。そのためには、例えば作用室内に封入される粘性流体の粘度を高め、あるいは作用室を狭くする等の対処が効果的である。しかし、これに伴って固定外筒に対するロータの回転抵抗も増加することから、減衰力の設定をあまりに大きくすると、減衰装置が前記免震装置による基盤と建物の絶縁を阻害することになり、基盤の振動が建物にそのまま伝達されてしまう。その反面、減衰装置の減衰力をあまりに小さく設定すると、地震が収まっているにもかかわらず、建物の揺れがなかなか収まらない結果となる。このため、減衰装置の発揮する減衰力は免震装置が支える建物の重量などに応じて最適な大きさが与えられている。
【００４２】
しかし、想定を上回る強い振動が建物に作用した場合は、減衰装置に設定されていた減衰力は不足気味となり、建物の振動はなかなか収束しないことになる。このため、地震による建物１０１の揺れを素早く減衰させるといった観点からすれば、建物１０１の揺れに起因してロータ２０に与えられる回転トルクを前記電動モータ５で減殺するのか好ましい。すなわち、前記電動モータ５によりロータ２０の回転方向と逆方向の回転トルクを発生させ、これを電動モータ５からロータ２０に伝達することで、地震によってロータ２０に与えられる回転トルクを減じるのである。このとき、ロータ２０は地震の揺れに伴って回転方向を繰り返し逆転させながら振動するので、電動モータ５が発生する回転トルクの方向もロータ２０の回転方向と常に逆向きとなるように振動させる必要がある。このような電動モータ５の回転方向の切り換えは、前述した地震計５５の波形データを利用して行うことができる。
【００４３】
このように電動モータ５を用いて地震によるロータ２０の回転方向と逆方向の回転トルクを該ロータ２０に対して与えてやれば、そもそもロータ２０に作用する回転トルクを減殺することができ、地震によってロータ２０に与えられた回転運動のエネルギが小さくなるので、建物の振動をいち早く減衰させることができるものである。
【００４４】
反面、減衰装置に対してはある大きさの減衰力が設定されており、基盤から建物に伝播する振動のエネルギが小さいと、ロータが回転することができず、免震装置の存在にもかかわらず、建物は基盤に拘束された状態となり、免震装置が満足に作用しない場合も生じる。このため、免震装置の機能を発揮させて基盤と建物を絶縁するという観点からすれば、地震の揺れに合わせて電動モータを回転させ、ロータの回転抵抗に打ち勝って建物が基盤に対して移動を生じるように補助するのが好ましい。すなわち、地震の揺れによるロータ２０の回転方向と順方向に電動モータの回転トルクを発生させ、これをロータ２０に伝達することで、ロータの回転始動を介助するのである。
【００４５】
このように電動モータ５を用いて減衰装置におけるロータの回転始動を介助すれば、基盤から建物に伝達される振動エネルギが小さい場合であっても、免震装置を確実に機能させることができ、地震による建物の被害を軽減することができるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１…減衰装置、５…電動モータ、１０…固定外筒、２０…ロータ、３０…スクリューロッド、４０…ナット部材、１００…基盤（構造体）、１０１…建物（構造体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の構造体と第２の構造体との間に配置され、これら構造体の間に作用する相対的な振動を減衰させるための減衰装置であって、
前記第１の構造体に結合されるハウジングと、一端が前記第２の構造体に結合されて軸方向に進退すると共に外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたスクリューロッドと、前記ハウジングに対して回転自在に支承され、かかるハウジングと所定の隙間を介して対向して減衰力の作用室を形成する一方、前記スクリューロッドに螺合するロータと、前記作用室に封入された粘性流体と、前記ロータに連結されて当該ロータを回転させる電動モータと、前記振動の発生を検出するセンサの検出結果に応じて前記電動モータを制御するモータ制御部とから構成されることを特徴とする減衰装置。
【請求項２】
前記モータ制御部は、前記振動によって生じる前記ロータの回転方向と順方向の回転トルクを当該ロータに対して与えるように前記電動モータの駆動信号を生成することを特徴とする請求項１記載の減衰装置。
【請求項３】
前記モータ制御部は、前記振動によって生じる前記ロータの回転方向と逆方向の回転トルクを当該ロータに対して与えるように前記電動モータの駆動信号を生成することを特徴とする請求項１記載の減衰装置。
【請求項１】
第１の構造体と第２の構造体との間に配置され、これら構造体の間に作用する相対的な振動を減衰させるための減衰装置であって、
前記第１の構造体に結合されるハウジングと、一端が前記第２の構造体に結合されて軸方向に進退すると共に外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたスクリューロッドと、前記ハウジングに対して回転自在に支承され、かかるハウジングと所定の隙間を介して対向して減衰力の作用室を形成する一方、前記スクリューロッドに螺合するロータと、前記作用室に封入された粘性流体と、前記ロータに連結されて当該ロータを回転させる電動モータと、前記振動の発生を検出するセンサの検出結果に応じて前記電動モータを制御するモータ制御部とから構成されることを特徴とする減衰装置。
【請求項２】
前記モータ制御部は、前記振動によって生じる前記ロータの回転方向と順方向の回転トルクを当該ロータに対して与えるように前記電動モータの駆動信号を生成することを特徴とする請求項１記載の減衰装置。
【請求項３】
前記モータ制御部は、前記振動によって生じる前記ロータの回転方向と逆方向の回転トルクを当該ロータに対して与えるように前記電動モータの駆動信号を生成することを特徴とする請求項１記載の減衰装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２４２９７１（Ｐ２０１０−２４２９７１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９９３７（Ｐ２０１０−１２９９３７）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【分割の表示】特願２００４−１６０８６４（Ｐ２００４−１６０８６４）の分割
【原出願日】平成１６年５月３１日（２００４．５．３１）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【分割の表示】特願２００４−１６０８６４（Ｐ２００４−１６０８６４）の分割
【原出願日】平成１６年５月３１日（２００４．５．３１）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
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