メカニカルスナッバ
【課題】緩やかな運動は拘束せず、速い運動には拘束力を生じさせ、大きな減衰力を得るメカニカルスナッバを提供する。
【解決手段】被支持対象である構造物を支持するメカニカルスナッバであって、構造物から軸方向の力を受けて直線運動をする直線運動部１，２と、直線運動部１，２に接続され、直線運動を回転運動に変換する回転運動部３，４と、直線運動部１，２の直線運動が所定速度に達すると、回転力伝達手段１２により回転運動部３，４と接続される弾塑性ダンパ５を備え、回転運動部３，４と弾塑性ダンパ５が接続されると、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９が回転運動部３，４の回転運動によって変形して回転運動部３，４の回転力を減衰するように構成されている。
【解決手段】被支持対象である構造物を支持するメカニカルスナッバであって、構造物から軸方向の力を受けて直線運動をする直線運動部１，２と、直線運動部１，２に接続され、直線運動を回転運動に変換する回転運動部３，４と、直線運動部１，２の直線運動が所定速度に達すると、回転力伝達手段１２により回転運動部３，４と接続される弾塑性ダンパ５を備え、回転運動部３，４と弾塑性ダンパ５が接続されると、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９が回転運動部３，４の回転運動によって変形して回転運動部３，４の回転力を減衰するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば配管、ポンプなどの機器構造物を支持するためのメカニカルスナッバに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にメカニカルスナッバは、ボールねじ、ボールナット、フライホイール、およびディスクブレーキなどの機械部品で構成されており、熱膨張などの緩やかな運動に対しては追従する一方、地震などの速い運動に対しては拘束力を生じさせる特性を兼ね備えている。これは、緩やかな運動に対しては、メカニカルスナッバの軸方向に働く力が、ボールナットを介してボールねじの回転運動に変換されて緩やかに追従する一方、速い運動に対しては、ボールねじの端部に設置されたフライホイールの回転慣性力によって、機器構造物の運動に対して拘束力を発揮するためである。
【０００３】
また、メカニカルスナッバは、金属部品のみで構成され、作動油を必要としないことから、油圧制振器を使用することが困難な高温雰囲気下や放射線影響下で、配管をはじめとする機器構造物の耐震支持装置として従来から使用されている。
【０００４】
さらに、このメカニカルスナッバの拡張技術としては、運動に対する拘束力に加え、減衰力を与える方法が提案されている。例えば、特許文献１に記載された技術では、メカニカルスナッバのフライホイール部分に導電性材料を用いた複数枚の円盤を配置している。一方、フライホイールを収納するケース側には、相異なる磁極同士の磁石が上記導電体材料の円盤を挟んで対向するように配置された構造である。したがって、上記特許文献１に記載された技術では、誘導電流を利用することにより、直線運動の速度に比例する制動力を得る減衰装置が提案されている。この技術によれば、磁石の配置などを変化させることにより、得られる制動力を調整することができる。
【０００５】
また、非特許文献１に記載された技術では、フライホイールと直流（ＤＣ）モータとを組み合せ、上記フライホイールによって慣性力を発生させ、発電機によって減衰力を制御する装置が提案されている。この技術によれば、発電機端子間の負荷抵抗の値を任意に変化させるための可変負荷抵抗装置を介することで、減衰力を制御することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２９８６４１４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“受動・準能動の双方に適応可能な電磁抵抗型制振装置”，砂子田勝昭ら，日本機械学会論文集（Ｃ編）７５巻７５８号（２００９年１０月発行），ｐｐ．２６５９−２６６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、配管系などの機器構造物に対してより制振性能の高い耐震支持構造物が求められている。比較的容量の大きい制振装置としては、鋼材の弾塑性履歴による減衰を利用した弾塑性ダンパがあり、この弾塑性ダンパは、建築構造物の耐震対策に広く適用されている。
【０００９】
しかしながら、一般の弾塑性ダンパは、熱変形などの緩やかな運動に対して拘束力が生じるため、熱変形を有する配管系などの機器構造物にそのまま適用することはできない。
【００１０】
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、緩やかな運動は拘束せず、速い運動には拘束力を生じさせ、大きな減衰力を得るメカニカルスナッバ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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係るメカニカルスナッバは、被支持対象である構造物を支持するメカニカルスナッバであって、前記構造物から軸方向の力を受けて直線運動をする直線運動部と、前記直線運動部に接続され、前記直線運動を回転運動に変換する回転運動部と、前記直線運動部の直線運動が所定速度に達すると、回転力伝達手段により前記回転運動部と接続される弾塑性ダンパを備え、前記回転運動部と前記弾塑性ダンパが接続されると、前記弾塑性ダンパの弾塑性部材が前記回転運動部の回転運動によって変形して前記回転運動部の回転力を減衰するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、機器構造物の熱変形のような緩やかな運動に対しては拘束力を発揮せず、比較的大きな地震動に対しては大きな制振力を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るメカニカルスナッバの第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の弾塑性ダンパを示す拡大正面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線において動力遮断時の状態を示す断面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線において動力伝達時の状態を示す断面図である。
【図６】本発明に係るメカニカルスナッバの第１実施形態の変形例を示す縦断面図である。
【図７】第１実施形態における弾塑性ダンパの変形例を示す正面図である。
【図８】図７の平面図である。
【図９】本発明に係るメカニカルスナッバの第２実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明に係るメカニカルスナッバの第３実施形態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係るメカニカルスナッバの各実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
（構 成）
図１は本発明に係るメカニカルスナッバの第１実施形態を示す縦断面図である。図２は図１の弾塑性ダンパを示す拡大正面図である。図３は図２の平面図である。図４は図１のＡ−Ａ線において動力遮断時の状態を示す断面図である。図５は図１のＡ−Ａ線において動力伝達時の状態を示す断面図である。なお、以下の説明では、各実施形態のメカニカルスナッバを横方向に設置し、ロードコラム１側を先端（右）側とし、弾塑性ダンパ５側を後端（左）側として説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態のメカニカルスナッバは、配管、ポンプなどの制振被支持対象である機器構造物（図示せず）と、サポートをとる固定壁などの支持構造物（図示せず）との間に配置される。すなわち、本実施形態のメカニカルスナッバは、一端が上記機器構造物に接続され、他端が上記支持構造物に接続される。
【００１７】
上記機器構造物側には、本実施形態のメカニカルスナッバの稼動部が配置される。この稼動部は、上記機器構造物の振動を伝達するロードコラム１と、このロードコラム１の端部に配置されたボールナット２とを備えている。これらロードコラム１およびボールナット２は、直線運動部を構成する。このボールナット２は、図示しないボールベアリングを介して回転自在にボールねじ３に螺合しており、ロードコラム１の直線運動は、ボールナット２を介してボールねじ３の回転運動に変換される。このボールねじ３から同軸状に延びる軸３ａは、ハウジング８内において左右２箇所に固定されたボールベアリング７，７に支持されており、その軸３ａの右側にフライホイール４が配置されている。これらボールねじ３およびフライホイール４は、回転運動部を構成する。
【００１８】
ハウジング８内には、ボールベアリング７，７間において、右側から順にフライホイール４、回転力伝達手段としての遠心クラッチ１２、回転側の円盤１０、弾塑性ダンパ５および固定側の円盤１１が直列に接続されている。この弾塑性ダンパ５は、固定側の円盤１１を介してハウジング８に固定されている。
【００１９】
弾塑性ダンパ５は、図２および図３に示すように回転側の円盤１０および固定側の円盤１１の中央にそれぞれボールねじ３の軸３ａが挿通する孔１０ａ，１１ａが形成され、その周囲に複数本（本実施形態では８本）の円柱棒状の弾塑性部材９が周方向に一定間隔をおいて円形に配置されている。なお、図２では、判り易くするため弾塑性部材９に砂目模様を施している。
【００２０】
これらの弾塑性部材９は、その両端をそれぞれ金属板からなる回転側の円盤１０および固定側の円盤１１で挟んで固定されている。各弾塑性部材９は、一本ずつ交換可能な構造であり、図示しないが弾塑性部材９の本数の増減が可能となるように、弾塑性部材９を結合する回転側の円盤１０および固定側の円盤１１に十分な本数の取付部分（図示せず）が予め作製されている。
【００２１】
ここで、弾塑性部材９の材料としては、例えば極軟鋼、鉛および亜鉛アルミニウム合金などのように延性の良好な材料が望ましく、鋼材や鉛材は、添加物が少ないものが用いられる。上記亜鉛アルミニウム合金は、結晶粒を調整して延性を良好にしているものが用いられる。
【００２２】
また、上記のようにフライホイール４と弾塑性ダンパ５との間には、回転力伝達手段としての遠心クラッチ１２が配置されている。この遠心クラッチ１２は、フライホイール４と弾塑性ダンパ５との間で回転力の伝達をコントロールし、フライホイール４から弾塑性ダンパ５への回転力の伝達および遮断を可能にしている。すなわち、遠心クラッチ１２は、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達すると、フライホイール４から弾塑性ダンパ５へ回転力が伝達される一方、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達しない場合は、フライホイール４から弾塑性ダンパ５へ回転力が伝達されないこととなる。
【００２３】
遠心クラッチ１２は、図４および図５に示すようにフライホイール４の後端（左）側に設置された動力伝達側のクラッチ板１３を備えている。このクラッチ板１３には、摩擦抵抗の大きい材料で作製されるクラッチシュー１４が周方向に複数個（本実施形態では４個）配置されるとともに、半径方向に開閉可能に固定されている。
【００２４】
クラッチシュー１４とクラッチ板１３とは、ばね１６で接続されており、クラッチシュー１４は、フライホイール４が回転していない場合、図４に示すようにばね１６によりボールねじ３の軸心方向に引き寄せられている。クラッチシュー１４の外周部には、動力を受ける側のクラッチアウター１５が配置され、このクラッチアウター１５は、弾塑性ダンパ５の回転側の円盤１０と一体となるように固定されている。
【００２５】
また、クラッチシュー１４は、フライホイール４が回転している場合、図５に示すように遠心力が作用し、徐々に半径方向に開いて、クラッチアウター１５に接触することとなる。
【００２６】
（作 用）
このように構成された本実施形態では、通常運転時、機器構造物の熱変形の緩やかな運動に対し、あるいはフライホイール４の回転慣性で吸収可能な比較的小さな地震動に対して、つまりロードコラム１の直線運動が所定速度に達しない場合は、遠心クラッチ１２が回転力を伝達しない状態を維持する。一方、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達した場合は、遠心クラッチ１２が弾塑性ダンパ５に回転力を伝達する状態となり、その弾塑性ダンパ５による弾塑性変形の減衰が働く。
【００２７】
ここで、遠心クラッチ１２は、フライホイール４が回転することにより、その回転速度に応じてクラッチシュー１４に遠心力が作用し、このクラッチシュー１４が徐々に半径方向に開いて、図５に示すようにクラッチアウター１５に接触する。この状態でクラッチシュー１４からの摩擦を介してクラッチアウター１５に動力が伝達され、このクラッチアウター１５と一体構造である弾塑性ダンパ５の回転側の円盤１０が回転し始める。すると、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９が、回転側の円盤１０と固定側の円盤１１の間でねじれるように変形し、減衰効果を得ることとなる。
【００２８】
また、フライホイール４の回転速度が遅くなれば、クラッチシュー１４に働く遠心力が小さくなり、ばね１６の復元力によってクラッチシュー１４が閉じて、図４に示すようにボールねじ３の軸心方向に引き寄せられてクラッチアウター１５との接触状態が解除され、弾塑性ダンパ５への回転力の伝達が停止する。
【００２９】
また、本実施形態は、弾塑性部材９を個別に交換可能な構造であり、その本数を任意に増減することが可能であり、弾塑性ダンパ５を分解し、弾塑性部材９を任意の本数だけ交換することも可能である。
【００３０】
（効 果）
このように本実施形態によれば、機器構造物の熱変形のような緩やかな運動に対しては拘束力を発揮せず、地震動などの速い運動に対してはフライホイール４の回転慣性により制振力を発揮するメカニカルスナッバの特性を備え、比較的大きな地震動に対しては弾塑性ダンパ５の回転方向の弾塑性変形を利用して一段と大きな制振力を付与することができる。
【００３１】
すなわち、本実施形態によれば、制振対象物である機器構造物が地震動を受け、ロードコラム１の軸方向へ所定速度より速い運動が生じた場合には、フライホイール４の回転速度が速くなるとともに、クラッチシュー１４に働く遠心力が大きくなり、クラッチシュー１４がクラッチアウター１５と接触して回転力が弾塑性ダンパ５に伝達され、弾塑性部材９の大きな減衰効果を得ることができる。
【００３２】
また、地震動が終了した時点で、ロードコラム１の軸方向への直線運動が停止し、フライホイール４の回転速度が遅くなるとともに、クラッチシュー１４に働く遠心力が小さくなり、弾塑性ダンパ５への回転力の伝達は自動的に遮断され、元来の熱変形の緩やかな運動を拘束しないメカニカルスナッバの特性へ戻る。したがって、本実施形態によれば、受動的に、慣性質量による拘束力と弾塑性材料の減衰力との切り替えを行うことができる。
【００３３】
さらに、本実施形態によれば、作動油を使用しないので、シールの問題がなく、放射線影響下における作動油の劣化の問題も回避することができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、電力などを用いたアクティブな制御が不要であるため、構造を簡素化するとともに、信頼性の高い作動が可能となる。
【００３５】
そして、本実施形態によれば、弾塑性部材９は、一本ずつ交換可能な構造を有し、その本数の増減が可能としたことから、１回または複数回の地震動を受けた後に、弾塑性部材９を交換することができる。また、弾塑性部材９の本数の増減、あるいは材質の変更により減衰力を調整することが可能となる。
【００３６】
（第１実施形態の変形例）
図６は本発明に係るメカニカルスナッバの第１実施形態の変形例を示す縦断面図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。その他の実施形態および変形例も同様とする。
【００３７】
前記第１実施形態の弾塑性ダンパ５は、フライホイール４および遠心クラッチ１２と直列に配置するようにしたが、本変形例の弾塑性ダンパ５は、図６に示すようにクラッチアウター１５の外周に弾塑性部材９が周方向に一定間隔をおいて放射状に複数配置されている。
【００３８】
具体的には、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９は、その両端をそれぞれ小径および大径の金属環からなる回転側の円環１０Ａおよび固定側の円環１１Ａで挟んで放射状に固定されている。すなわち、固定側の円環１１Ａは、回転側の円環１０Ａより大径に形成され、同心状に配置されている。各弾塑性部材９の一端は、回転側の円環１０Ａを介して遠心クラッチ１２のクラッチアウター１５の外周に固定されている。また、各弾塑性部材９の他端は、固定側の円環１１Ａを介してハウジング８に固定されている。
【００３９】
このように構成された本変形例では、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達した場合は、遠心クラッチ１２を結合状態として弾塑性ダンパ５に回転力を伝達し、その弾塑性部材９の弾塑性変形の減衰を利用する。すなわち、遠心クラッチ１２のクラッチシュー１４が徐々に半径方向に開いて、クラッチアウター１５に接触すると、このクラッチアウター１５に動力が伝達され、クラッチアウター１５と一体構造である回転側の円環１０Ａが回転し始める。すると、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９は、回転側の円環１０Ａと固定側の円環１１Ａとの間でずれの弾塑性変形が起こり、履歴型弾塑性変形の減衰効果を得ることとなる。
【００４０】
このように本変形例によれば、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９は、クラッチアウター１５の外周に周方向に一定間隔をおいて配置したことにより、前記第１実施形態と同様に比較的大きな地震動に対しては弾塑性ダンパ５の弾塑性変形を利用して一段と大きな制振力を付与することができる。
【００４１】
（弾塑性ダンパの変形例）
図７は第１実施形態における弾塑性ダンパの変形例を示す正面図である。図８は図７の平面図である。
【００４２】
前記第１実施形態の弾塑性ダンパ５は、８本の棒状の弾塑性部材９を一定間隔をおいて円形に配置したが、本変形例は、図７および図８に示すように弾塑性部材９ａが円筒状に形成されている。
【００４３】
弾塑性部材９ａの径は、前記第１実施形態で円形に配置した弾塑性部材９とほぼ同じ径である。また、弾塑性部材９ａは、その両端をそれぞれ金属板からなる回転側の円盤１０および固定側の円盤１１で挟んで固定されている。
【００４４】
したがって、弾塑性部材９ａは、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達した場合は、遠心クラッチ１２を結合状態として弾塑性ダンパ５に回転力を伝達し、その弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９ａでは、回転側の円盤１０と固定側の円盤１１との間でねじれの弾塑性変形が起こり、履歴型弾塑性変形の減衰効果を得ることとなる。
【００４５】
このように弾塑性部材９ａによれば、円筒状に形成されていることから、前記第１実施形態のように複数の棒状の弾塑性部材９を円形に配置することがなくなるため、弾塑性ダンパ５の組立工数を削減することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
（構 成）
図９は本発明に係るメカニカルスナッバの第２実施形態を示す縦断面図である。
【００４７】
前記第１実施形態は、回転力伝達手段として遠心クラッチ１２を用いたが、本実施形態は、回転力伝達手段としてブレーキドラム、リターンスプリング、回転伝達球などを用いている。
【００４８】
図９に示すように、ボールねじ３から同軸状に延びる軸３ａは、その右側にフライホイール４が配置されている。このフライホイール４の左側面には、円錐状の穴４ａが複数形成され、これらの円錐状の穴４ａに回転伝達球２０の右半球分が収容されている。さらに、フライホイール４の左側面にはブレーキドラム２１が、フライホイール４の右側面に配置されたリターンスプリング２２を介して固定されている。
【００４９】
このブレーキドラム２１の右側面にも、フライホイール４の円錐状の穴４ａと対向するように回転伝達球２０を収容するための円錐状の穴２１ａが複数形成されており、これらの穴２１ａは、フライホイール４に形成された穴４ａで右半球分が収納された回転伝達球２０の左半球分を収納する。ブレーキドラム２１は、リターンスプリング２２によってフライホイール４に押し付けられながら、回転伝達球２０を介してフライホイール４と連動する。
【００５０】
さらに、ブレーキドラム２１の左側面には、弾塑性ダンパ５の回転側の円盤１０が対向するように設置されている。この弾塑性ダンパ５は、固定側の円盤１１を介してハウジング８に固定されている。なお、ブレーキドラム２１の左側面と回転側の円盤１０とは、ブレーキドラム２１が左方向に移動することにより、互いに噛み合うようにして連結可能に構成されている。
【００５１】
（作 用）
このように構成された本実施形態のメカニカルスナッバにおいては、通常運転時、機器構造物の熱変形の緩やかな運動に対し、あるいはフライホイール４の回転慣性で吸収可能な比較的小さな地震動に対して、つまりロードコラム１の直線運動が所定速度に達しない場合は、ロードコラム１を介してボールナット２の直線運動の変位となる。この直線運動の変位は、ボールねじ３によって回転運動の変位に変換される。この回転運動による変位は、ボールねじ３の端部に接続されたフライホイール４およびフライホイール４に連動してブレーキドラム２１にも伝達される。
【００５２】
一方、地震などによる急激で大きな振動でロードコラム１の直線運動が所定速度に達し、より大きな振動に対して制振力を高める必要がある場合は、瞬間的に大きな変位が生じ、この急激な変位はボールナット２を介してボールねじ３にも伝達される。したがって、ボールねじ３に接続されるフライホイール４も急激に回転しようとする。
【００５３】
しかしながら、ブレーキドラム２１は、リターンスプリング２２による押し付け力と回転伝達球２０の摩擦力によってフライホイール４に連結されているので、それを越える急激な回転力がフライホイール４に加わると、フライホイール４の穴４ａとブレーキドラム２１の穴２１ａとの位置がずれるため、回転伝達球２０が円錐状の穴４ａ，２１ａから乗り上げようとして、フライホイール４の左側面とブレーキドラム２１の右側面との間を広げる。
【００５４】
その結果、ブレーキドラム２１は、図９において左方向に移動し、回転側の円盤１０に連結される。すると、回転側の円盤１０が回転し始め、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９では、回転側の円盤１０と固定側の円盤１１の間でねじれの弾塑性変形が起こり、履歴型弾塑性変形の減衰効果を得ることとなる。
【００５５】
また、振動が停止し、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達しなくなった場合は、リターンスプリング２２の復元力により、ブレーキドラム２１の回転側の円盤１０への連結が解除される。
【００５６】
（効 果）
このように本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に、機器構造物の熱変形のような緩やかな運動に対しては拘束力を発揮せず、比較的大きな地震動に対しては弾塑性ダンパ５の回転方向の弾塑性変形を利用して一段と大きな制振力を付与することができる。
【００５７】
（第３実施形態）
（構 成）
図１０は本発明に係るメカニカルスナッバの第３実施形態を示す縦断面図である。
【００５８】
前記第１実施形態では遠心クラッチ１２を使用したが、本実施形態では、遠心クラッチ１２に代えて、回転力伝達手段として作動油を必要としない乾式摩擦クラッチや電磁クラッチなどのクラッチ２５を使用し、このクラッチ２５に外部から操作命令信号を発信し、何らかの外力を加えることにより、クラッチ２５の回転力の伝達および回転力の伝達の解除を行う構造としている。
【００５９】
図１０に示すように、本実施形態のクラッチ２５の操作命令信号は、例えば次に挙げる計測データに基づいて発信する。すなわち、クラッチ２５の操作命令信号は、制振対象物が設置されている建屋あるいはその周囲に地震計２６を設置し、この地震計２６の計測データである。
【００６０】
なお、上記計測データは、地震計２６の計測値そのものであるところの、建屋基礎部の応答加速度や応答速度であってもよいし、あるいは地震計２６の値に基づいて計算機によりリアルタイムで処理された機器構造物の応答加速度や機器構造物と建屋との相対変位であってもよい。
【００６１】
また、地震計２６により計測された計測データは、制御部２７に発信される。この制御部２７では、地震発生時に地震計２６により計測された地震動の波形を分析し、ある閾値以上に達したならば、クラッチ２５の結合の命令信号を発信し、地震動が収束したならば、クラッチ２５の回転力の伝達を解除する命令信号を発信する。
【００６２】
（作 用）
このように構成された本実施形態において、制御部２７は、地震発生時に地震計２６により観測された地震動の波形を分析し、ある閾値以上に達したならば、クラッチ２５の結合の命令信号を発信し、地震動が収束したならば、クラッチ２５の回転力の伝達を解除する命令信号を発信する。
【００６３】
（効 果）
このように本実施形態によれば、制振対象物である各々の機器構造物に適合した閾値を決定することにより、能動的に慣性質量による拘束力と弾塑性材料の減衰力との切り替えを行うことができる。
【００６４】
（第３実施形態の変形例）
次に、本発明に係るメカニカルスナッバの第３実施形態の変形例について説明する。なお、本変形例は、図示を省略している。
【００６５】
前記第３実施形態では、地震計２６の計測データを用いるようにしたが、本変形例では、例えばフライホイール４の回転運動の回転速度を回転速度計測装置により計測した計測データや、ロードコラム１あるいはボールナット２の直線運動の移動速度を移動速度計測装置により計測した計測データを用いるようにしている。
【００６６】
したがって、本変形例では、フライホイール４の回転運動の回転速度や、ロードコラム１あるいはボールナット２の移動速度がある閾値以上に達したならば、制御部２７は、クラッチ２５の回転力を伝達する命令信号を発信し、また上記速度がある閾値未満に戻ったならば、クラッチ２５の回転力の伝達を解除する命令信号を発信するようにしている。
【００６７】
このように本変形例によれば、メカニカルスナッバに作用する軸方向の力を、フライホイール４の回転運動や、ロードコラム１あるいはボールナット２の直線運動によって間接的に検知し、能動的に慣性質量による拘束力と弾塑性材料の減衰力との切り替えを行うことができる。
【００６８】
（第４実施形態）
（構 成）
次に、本発明に係るメカニカルスナッバの第４実施形態を説明する。なお、本実施形態も図示を省略している。
【００６９】
本実施形態は、前記第１実施形態のメカニカルスナッバにおいて、クラッチ１２と、弾塑性ダンパ５の回転側の円盤１０との間に減速機および増速機の双方の機能を有する調整機を設けている。
【００７０】
（作 用）
このように構成された本実施形態において、フライホイール４の回転速度が速すぎれば、減速機としての機能を有する上記調整機により減速され、遅すぎれば増速機としての機能を有する上記調整機により増速されることにより、回転速度をある一定値に維持して弾塑性ダンパ５に回転力が伝達されるようにしている。
【００７１】
（効 果）
このように本実施形態によれば、機器構造物の地震応答で様々に変化するフライホイール４の回転速度に依存することなく、弾塑性ダンパ５が最も減衰力を発揮できる速度で回転力を伝達することができる。
【００７２】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、各実施形態を組み合せ、また種々の変更が可能である。上記各実施形態では、メカニカルスナッバを横方向に設置した場合について説明したが、勿論あらゆる方向に設置することができる。
【００７３】
また、図７および図８に示す弾塑性ダンパの変形例では、円筒状に形成された弾塑性部材９ａを一つ設けた例について説明したが、これに限らず、例えば円弧状の弾塑性部材９ａを複数用いて一定間隔をおいて円形に配置してもよく、また弾塑性部材９ａを同心円状に複数配置し、その数を増減して減衰力を調整することも可能となる。
【符号の説明】
【００７４】
１…ロードコラム（直線運動部）
２…ボールナット（直線運動部）
３…ボールねじ（回転運動部）
４…フライホイール（回転運動部）
５…弾塑性ダンパ
７…ボールベアリング
８…ハウジング
９…弾塑性部材
９a…弾塑性部材
１０…回転側の円盤
１１…固定側の円盤
１２…遠心クラッチ（回転力伝達手段）
１３…クラッチ板
１４…クラッチシュー
１５…クラッチアウター
１６…ばね
２０…回転伝達球
２１…ブレーキドラム
２２…リターンスプリング
２５…クラッチ（回転力伝達手段）
２６…地震計
２７…制御部（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば配管、ポンプなどの機器構造物を支持するためのメカニカルスナッバに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にメカニカルスナッバは、ボールねじ、ボールナット、フライホイール、およびディスクブレーキなどの機械部品で構成されており、熱膨張などの緩やかな運動に対しては追従する一方、地震などの速い運動に対しては拘束力を生じさせる特性を兼ね備えている。これは、緩やかな運動に対しては、メカニカルスナッバの軸方向に働く力が、ボールナットを介してボールねじの回転運動に変換されて緩やかに追従する一方、速い運動に対しては、ボールねじの端部に設置されたフライホイールの回転慣性力によって、機器構造物の運動に対して拘束力を発揮するためである。
【０００３】
また、メカニカルスナッバは、金属部品のみで構成され、作動油を必要としないことから、油圧制振器を使用することが困難な高温雰囲気下や放射線影響下で、配管をはじめとする機器構造物の耐震支持装置として従来から使用されている。
【０００４】
さらに、このメカニカルスナッバの拡張技術としては、運動に対する拘束力に加え、減衰力を与える方法が提案されている。例えば、特許文献１に記載された技術では、メカニカルスナッバのフライホイール部分に導電性材料を用いた複数枚の円盤を配置している。一方、フライホイールを収納するケース側には、相異なる磁極同士の磁石が上記導電体材料の円盤を挟んで対向するように配置された構造である。したがって、上記特許文献１に記載された技術では、誘導電流を利用することにより、直線運動の速度に比例する制動力を得る減衰装置が提案されている。この技術によれば、磁石の配置などを変化させることにより、得られる制動力を調整することができる。
【０００５】
また、非特許文献１に記載された技術では、フライホイールと直流（ＤＣ）モータとを組み合せ、上記フライホイールによって慣性力を発生させ、発電機によって減衰力を制御する装置が提案されている。この技術によれば、発電機端子間の負荷抵抗の値を任意に変化させるための可変負荷抵抗装置を介することで、減衰力を制御することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２９８６４１４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“受動・準能動の双方に適応可能な電磁抵抗型制振装置”，砂子田勝昭ら，日本機械学会論文集（Ｃ編）７５巻７５８号（２００９年１０月発行），ｐｐ．２６５９−２６６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、配管系などの機器構造物に対してより制振性能の高い耐震支持構造物が求められている。比較的容量の大きい制振装置としては、鋼材の弾塑性履歴による減衰を利用した弾塑性ダンパがあり、この弾塑性ダンパは、建築構造物の耐震対策に広く適用されている。
【０００９】
しかしながら、一般の弾塑性ダンパは、熱変形などの緩やかな運動に対して拘束力が生じるため、熱変形を有する配管系などの機器構造物にそのまま適用することはできない。
【００１０】
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、緩やかな運動は拘束せず、速い運動には拘束力を生じさせ、大きな減衰力を得るメカニカルスナッバ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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係るメカニカルスナッバは、被支持対象である構造物を支持するメカニカルスナッバであって、前記構造物から軸方向の力を受けて直線運動をする直線運動部と、前記直線運動部に接続され、前記直線運動を回転運動に変換する回転運動部と、前記直線運動部の直線運動が所定速度に達すると、回転力伝達手段により前記回転運動部と接続される弾塑性ダンパを備え、前記回転運動部と前記弾塑性ダンパが接続されると、前記弾塑性ダンパの弾塑性部材が前記回転運動部の回転運動によって変形して前記回転運動部の回転力を減衰するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、機器構造物の熱変形のような緩やかな運動に対しては拘束力を発揮せず、比較的大きな地震動に対しては大きな制振力を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るメカニカルスナッバの第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の弾塑性ダンパを示す拡大正面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線において動力遮断時の状態を示す断面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線において動力伝達時の状態を示す断面図である。
【図６】本発明に係るメカニカルスナッバの第１実施形態の変形例を示す縦断面図である。
【図７】第１実施形態における弾塑性ダンパの変形例を示す正面図である。
【図８】図７の平面図である。
【図９】本発明に係るメカニカルスナッバの第２実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明に係るメカニカルスナッバの第３実施形態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係るメカニカルスナッバの各実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
（構 成）
図１は本発明に係るメカニカルスナッバの第１実施形態を示す縦断面図である。図２は図１の弾塑性ダンパを示す拡大正面図である。図３は図２の平面図である。図４は図１のＡ−Ａ線において動力遮断時の状態を示す断面図である。図５は図１のＡ−Ａ線において動力伝達時の状態を示す断面図である。なお、以下の説明では、各実施形態のメカニカルスナッバを横方向に設置し、ロードコラム１側を先端（右）側とし、弾塑性ダンパ５側を後端（左）側として説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態のメカニカルスナッバは、配管、ポンプなどの制振被支持対象である機器構造物（図示せず）と、サポートをとる固定壁などの支持構造物（図示せず）との間に配置される。すなわち、本実施形態のメカニカルスナッバは、一端が上記機器構造物に接続され、他端が上記支持構造物に接続される。
【００１７】
上記機器構造物側には、本実施形態のメカニカルスナッバの稼動部が配置される。この稼動部は、上記機器構造物の振動を伝達するロードコラム１と、このロードコラム１の端部に配置されたボールナット２とを備えている。これらロードコラム１およびボールナット２は、直線運動部を構成する。このボールナット２は、図示しないボールベアリングを介して回転自在にボールねじ３に螺合しており、ロードコラム１の直線運動は、ボールナット２を介してボールねじ３の回転運動に変換される。このボールねじ３から同軸状に延びる軸３ａは、ハウジング８内において左右２箇所に固定されたボールベアリング７，７に支持されており、その軸３ａの右側にフライホイール４が配置されている。これらボールねじ３およびフライホイール４は、回転運動部を構成する。
【００１８】
ハウジング８内には、ボールベアリング７，７間において、右側から順にフライホイール４、回転力伝達手段としての遠心クラッチ１２、回転側の円盤１０、弾塑性ダンパ５および固定側の円盤１１が直列に接続されている。この弾塑性ダンパ５は、固定側の円盤１１を介してハウジング８に固定されている。
【００１９】
弾塑性ダンパ５は、図２および図３に示すように回転側の円盤１０および固定側の円盤１１の中央にそれぞれボールねじ３の軸３ａが挿通する孔１０ａ，１１ａが形成され、その周囲に複数本（本実施形態では８本）の円柱棒状の弾塑性部材９が周方向に一定間隔をおいて円形に配置されている。なお、図２では、判り易くするため弾塑性部材９に砂目模様を施している。
【００２０】
これらの弾塑性部材９は、その両端をそれぞれ金属板からなる回転側の円盤１０および固定側の円盤１１で挟んで固定されている。各弾塑性部材９は、一本ずつ交換可能な構造であり、図示しないが弾塑性部材９の本数の増減が可能となるように、弾塑性部材９を結合する回転側の円盤１０および固定側の円盤１１に十分な本数の取付部分（図示せず）が予め作製されている。
【００２１】
ここで、弾塑性部材９の材料としては、例えば極軟鋼、鉛および亜鉛アルミニウム合金などのように延性の良好な材料が望ましく、鋼材や鉛材は、添加物が少ないものが用いられる。上記亜鉛アルミニウム合金は、結晶粒を調整して延性を良好にしているものが用いられる。
【００２２】
また、上記のようにフライホイール４と弾塑性ダンパ５との間には、回転力伝達手段としての遠心クラッチ１２が配置されている。この遠心クラッチ１２は、フライホイール４と弾塑性ダンパ５との間で回転力の伝達をコントロールし、フライホイール４から弾塑性ダンパ５への回転力の伝達および遮断を可能にしている。すなわち、遠心クラッチ１２は、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達すると、フライホイール４から弾塑性ダンパ５へ回転力が伝達される一方、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達しない場合は、フライホイール４から弾塑性ダンパ５へ回転力が伝達されないこととなる。
【００２３】
遠心クラッチ１２は、図４および図５に示すようにフライホイール４の後端（左）側に設置された動力伝達側のクラッチ板１３を備えている。このクラッチ板１３には、摩擦抵抗の大きい材料で作製されるクラッチシュー１４が周方向に複数個（本実施形態では４個）配置されるとともに、半径方向に開閉可能に固定されている。
【００２４】
クラッチシュー１４とクラッチ板１３とは、ばね１６で接続されており、クラッチシュー１４は、フライホイール４が回転していない場合、図４に示すようにばね１６によりボールねじ３の軸心方向に引き寄せられている。クラッチシュー１４の外周部には、動力を受ける側のクラッチアウター１５が配置され、このクラッチアウター１５は、弾塑性ダンパ５の回転側の円盤１０と一体となるように固定されている。
【００２５】
また、クラッチシュー１４は、フライホイール４が回転している場合、図５に示すように遠心力が作用し、徐々に半径方向に開いて、クラッチアウター１５に接触することとなる。
【００２６】
（作 用）
このように構成された本実施形態では、通常運転時、機器構造物の熱変形の緩やかな運動に対し、あるいはフライホイール４の回転慣性で吸収可能な比較的小さな地震動に対して、つまりロードコラム１の直線運動が所定速度に達しない場合は、遠心クラッチ１２が回転力を伝達しない状態を維持する。一方、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達した場合は、遠心クラッチ１２が弾塑性ダンパ５に回転力を伝達する状態となり、その弾塑性ダンパ５による弾塑性変形の減衰が働く。
【００２７】
ここで、遠心クラッチ１２は、フライホイール４が回転することにより、その回転速度に応じてクラッチシュー１４に遠心力が作用し、このクラッチシュー１４が徐々に半径方向に開いて、図５に示すようにクラッチアウター１５に接触する。この状態でクラッチシュー１４からの摩擦を介してクラッチアウター１５に動力が伝達され、このクラッチアウター１５と一体構造である弾塑性ダンパ５の回転側の円盤１０が回転し始める。すると、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９が、回転側の円盤１０と固定側の円盤１１の間でねじれるように変形し、減衰効果を得ることとなる。
【００２８】
また、フライホイール４の回転速度が遅くなれば、クラッチシュー１４に働く遠心力が小さくなり、ばね１６の復元力によってクラッチシュー１４が閉じて、図４に示すようにボールねじ３の軸心方向に引き寄せられてクラッチアウター１５との接触状態が解除され、弾塑性ダンパ５への回転力の伝達が停止する。
【００２９】
また、本実施形態は、弾塑性部材９を個別に交換可能な構造であり、その本数を任意に増減することが可能であり、弾塑性ダンパ５を分解し、弾塑性部材９を任意の本数だけ交換することも可能である。
【００３０】
（効 果）
このように本実施形態によれば、機器構造物の熱変形のような緩やかな運動に対しては拘束力を発揮せず、地震動などの速い運動に対してはフライホイール４の回転慣性により制振力を発揮するメカニカルスナッバの特性を備え、比較的大きな地震動に対しては弾塑性ダンパ５の回転方向の弾塑性変形を利用して一段と大きな制振力を付与することができる。
【００３１】
すなわち、本実施形態によれば、制振対象物である機器構造物が地震動を受け、ロードコラム１の軸方向へ所定速度より速い運動が生じた場合には、フライホイール４の回転速度が速くなるとともに、クラッチシュー１４に働く遠心力が大きくなり、クラッチシュー１４がクラッチアウター１５と接触して回転力が弾塑性ダンパ５に伝達され、弾塑性部材９の大きな減衰効果を得ることができる。
【００３２】
また、地震動が終了した時点で、ロードコラム１の軸方向への直線運動が停止し、フライホイール４の回転速度が遅くなるとともに、クラッチシュー１４に働く遠心力が小さくなり、弾塑性ダンパ５への回転力の伝達は自動的に遮断され、元来の熱変形の緩やかな運動を拘束しないメカニカルスナッバの特性へ戻る。したがって、本実施形態によれば、受動的に、慣性質量による拘束力と弾塑性材料の減衰力との切り替えを行うことができる。
【００３３】
さらに、本実施形態によれば、作動油を使用しないので、シールの問題がなく、放射線影響下における作動油の劣化の問題も回避することができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、電力などを用いたアクティブな制御が不要であるため、構造を簡素化するとともに、信頼性の高い作動が可能となる。
【００３５】
そして、本実施形態によれば、弾塑性部材９は、一本ずつ交換可能な構造を有し、その本数の増減が可能としたことから、１回または複数回の地震動を受けた後に、弾塑性部材９を交換することができる。また、弾塑性部材９の本数の増減、あるいは材質の変更により減衰力を調整することが可能となる。
【００３６】
（第１実施形態の変形例）
図６は本発明に係るメカニカルスナッバの第１実施形態の変形例を示す縦断面図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。その他の実施形態および変形例も同様とする。
【００３７】
前記第１実施形態の弾塑性ダンパ５は、フライホイール４および遠心クラッチ１２と直列に配置するようにしたが、本変形例の弾塑性ダンパ５は、図６に示すようにクラッチアウター１５の外周に弾塑性部材９が周方向に一定間隔をおいて放射状に複数配置されている。
【００３８】
具体的には、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９は、その両端をそれぞれ小径および大径の金属環からなる回転側の円環１０Ａおよび固定側の円環１１Ａで挟んで放射状に固定されている。すなわち、固定側の円環１１Ａは、回転側の円環１０Ａより大径に形成され、同心状に配置されている。各弾塑性部材９の一端は、回転側の円環１０Ａを介して遠心クラッチ１２のクラッチアウター１５の外周に固定されている。また、各弾塑性部材９の他端は、固定側の円環１１Ａを介してハウジング８に固定されている。
【００３９】
このように構成された本変形例では、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達した場合は、遠心クラッチ１２を結合状態として弾塑性ダンパ５に回転力を伝達し、その弾塑性部材９の弾塑性変形の減衰を利用する。すなわち、遠心クラッチ１２のクラッチシュー１４が徐々に半径方向に開いて、クラッチアウター１５に接触すると、このクラッチアウター１５に動力が伝達され、クラッチアウター１５と一体構造である回転側の円環１０Ａが回転し始める。すると、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９は、回転側の円環１０Ａと固定側の円環１１Ａとの間でずれの弾塑性変形が起こり、履歴型弾塑性変形の減衰効果を得ることとなる。
【００４０】
このように本変形例によれば、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９は、クラッチアウター１５の外周に周方向に一定間隔をおいて配置したことにより、前記第１実施形態と同様に比較的大きな地震動に対しては弾塑性ダンパ５の弾塑性変形を利用して一段と大きな制振力を付与することができる。
【００４１】
（弾塑性ダンパの変形例）
図７は第１実施形態における弾塑性ダンパの変形例を示す正面図である。図８は図７の平面図である。
【００４２】
前記第１実施形態の弾塑性ダンパ５は、８本の棒状の弾塑性部材９を一定間隔をおいて円形に配置したが、本変形例は、図７および図８に示すように弾塑性部材９ａが円筒状に形成されている。
【００４３】
弾塑性部材９ａの径は、前記第１実施形態で円形に配置した弾塑性部材９とほぼ同じ径である。また、弾塑性部材９ａは、その両端をそれぞれ金属板からなる回転側の円盤１０および固定側の円盤１１で挟んで固定されている。
【００４４】
したがって、弾塑性部材９ａは、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達した場合は、遠心クラッチ１２を結合状態として弾塑性ダンパ５に回転力を伝達し、その弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９ａでは、回転側の円盤１０と固定側の円盤１１との間でねじれの弾塑性変形が起こり、履歴型弾塑性変形の減衰効果を得ることとなる。
【００４５】
このように弾塑性部材９ａによれば、円筒状に形成されていることから、前記第１実施形態のように複数の棒状の弾塑性部材９を円形に配置することがなくなるため、弾塑性ダンパ５の組立工数を削減することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
（構 成）
図９は本発明に係るメカニカルスナッバの第２実施形態を示す縦断面図である。
【００４７】
前記第１実施形態は、回転力伝達手段として遠心クラッチ１２を用いたが、本実施形態は、回転力伝達手段としてブレーキドラム、リターンスプリング、回転伝達球などを用いている。
【００４８】
図９に示すように、ボールねじ３から同軸状に延びる軸３ａは、その右側にフライホイール４が配置されている。このフライホイール４の左側面には、円錐状の穴４ａが複数形成され、これらの円錐状の穴４ａに回転伝達球２０の右半球分が収容されている。さらに、フライホイール４の左側面にはブレーキドラム２１が、フライホイール４の右側面に配置されたリターンスプリング２２を介して固定されている。
【００４９】
このブレーキドラム２１の右側面にも、フライホイール４の円錐状の穴４ａと対向するように回転伝達球２０を収容するための円錐状の穴２１ａが複数形成されており、これらの穴２１ａは、フライホイール４に形成された穴４ａで右半球分が収納された回転伝達球２０の左半球分を収納する。ブレーキドラム２１は、リターンスプリング２２によってフライホイール４に押し付けられながら、回転伝達球２０を介してフライホイール４と連動する。
【００５０】
さらに、ブレーキドラム２１の左側面には、弾塑性ダンパ５の回転側の円盤１０が対向するように設置されている。この弾塑性ダンパ５は、固定側の円盤１１を介してハウジング８に固定されている。なお、ブレーキドラム２１の左側面と回転側の円盤１０とは、ブレーキドラム２１が左方向に移動することにより、互いに噛み合うようにして連結可能に構成されている。
【００５１】
（作 用）
このように構成された本実施形態のメカニカルスナッバにおいては、通常運転時、機器構造物の熱変形の緩やかな運動に対し、あるいはフライホイール４の回転慣性で吸収可能な比較的小さな地震動に対して、つまりロードコラム１の直線運動が所定速度に達しない場合は、ロードコラム１を介してボールナット２の直線運動の変位となる。この直線運動の変位は、ボールねじ３によって回転運動の変位に変換される。この回転運動による変位は、ボールねじ３の端部に接続されたフライホイール４およびフライホイール４に連動してブレーキドラム２１にも伝達される。
【００５２】
一方、地震などによる急激で大きな振動でロードコラム１の直線運動が所定速度に達し、より大きな振動に対して制振力を高める必要がある場合は、瞬間的に大きな変位が生じ、この急激な変位はボールナット２を介してボールねじ３にも伝達される。したがって、ボールねじ３に接続されるフライホイール４も急激に回転しようとする。
【００５３】
しかしながら、ブレーキドラム２１は、リターンスプリング２２による押し付け力と回転伝達球２０の摩擦力によってフライホイール４に連結されているので、それを越える急激な回転力がフライホイール４に加わると、フライホイール４の穴４ａとブレーキドラム２１の穴２１ａとの位置がずれるため、回転伝達球２０が円錐状の穴４ａ，２１ａから乗り上げようとして、フライホイール４の左側面とブレーキドラム２１の右側面との間を広げる。
【００５４】
その結果、ブレーキドラム２１は、図９において左方向に移動し、回転側の円盤１０に連結される。すると、回転側の円盤１０が回転し始め、弾塑性ダンパ５の弾塑性部材９では、回転側の円盤１０と固定側の円盤１１の間でねじれの弾塑性変形が起こり、履歴型弾塑性変形の減衰効果を得ることとなる。
【００５５】
また、振動が停止し、ロードコラム１の直線運動が所定速度に達しなくなった場合は、リターンスプリング２２の復元力により、ブレーキドラム２１の回転側の円盤１０への連結が解除される。
【００５６】
（効 果）
このように本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に、機器構造物の熱変形のような緩やかな運動に対しては拘束力を発揮せず、比較的大きな地震動に対しては弾塑性ダンパ５の回転方向の弾塑性変形を利用して一段と大きな制振力を付与することができる。
【００５７】
（第３実施形態）
（構 成）
図１０は本発明に係るメカニカルスナッバの第３実施形態を示す縦断面図である。
【００５８】
前記第１実施形態では遠心クラッチ１２を使用したが、本実施形態では、遠心クラッチ１２に代えて、回転力伝達手段として作動油を必要としない乾式摩擦クラッチや電磁クラッチなどのクラッチ２５を使用し、このクラッチ２５に外部から操作命令信号を発信し、何らかの外力を加えることにより、クラッチ２５の回転力の伝達および回転力の伝達の解除を行う構造としている。
【００５９】
図１０に示すように、本実施形態のクラッチ２５の操作命令信号は、例えば次に挙げる計測データに基づいて発信する。すなわち、クラッチ２５の操作命令信号は、制振対象物が設置されている建屋あるいはその周囲に地震計２６を設置し、この地震計２６の計測データである。
【００６０】
なお、上記計測データは、地震計２６の計測値そのものであるところの、建屋基礎部の応答加速度や応答速度であってもよいし、あるいは地震計２６の値に基づいて計算機によりリアルタイムで処理された機器構造物の応答加速度や機器構造物と建屋との相対変位であってもよい。
【００６１】
また、地震計２６により計測された計測データは、制御部２７に発信される。この制御部２７では、地震発生時に地震計２６により計測された地震動の波形を分析し、ある閾値以上に達したならば、クラッチ２５の結合の命令信号を発信し、地震動が収束したならば、クラッチ２５の回転力の伝達を解除する命令信号を発信する。
【００６２】
（作 用）
このように構成された本実施形態において、制御部２７は、地震発生時に地震計２６により観測された地震動の波形を分析し、ある閾値以上に達したならば、クラッチ２５の結合の命令信号を発信し、地震動が収束したならば、クラッチ２５の回転力の伝達を解除する命令信号を発信する。
【００６３】
（効 果）
このように本実施形態によれば、制振対象物である各々の機器構造物に適合した閾値を決定することにより、能動的に慣性質量による拘束力と弾塑性材料の減衰力との切り替えを行うことができる。
【００６４】
（第３実施形態の変形例）
次に、本発明に係るメカニカルスナッバの第３実施形態の変形例について説明する。なお、本変形例は、図示を省略している。
【００６５】
前記第３実施形態では、地震計２６の計測データを用いるようにしたが、本変形例では、例えばフライホイール４の回転運動の回転速度を回転速度計測装置により計測した計測データや、ロードコラム１あるいはボールナット２の直線運動の移動速度を移動速度計測装置により計測した計測データを用いるようにしている。
【００６６】
したがって、本変形例では、フライホイール４の回転運動の回転速度や、ロードコラム１あるいはボールナット２の移動速度がある閾値以上に達したならば、制御部２７は、クラッチ２５の回転力を伝達する命令信号を発信し、また上記速度がある閾値未満に戻ったならば、クラッチ２５の回転力の伝達を解除する命令信号を発信するようにしている。
【００６７】
このように本変形例によれば、メカニカルスナッバに作用する軸方向の力を、フライホイール４の回転運動や、ロードコラム１あるいはボールナット２の直線運動によって間接的に検知し、能動的に慣性質量による拘束力と弾塑性材料の減衰力との切り替えを行うことができる。
【００６８】
（第４実施形態）
（構 成）
次に、本発明に係るメカニカルスナッバの第４実施形態を説明する。なお、本実施形態も図示を省略している。
【００６９】
本実施形態は、前記第１実施形態のメカニカルスナッバにおいて、クラッチ１２と、弾塑性ダンパ５の回転側の円盤１０との間に減速機および増速機の双方の機能を有する調整機を設けている。
【００７０】
（作 用）
このように構成された本実施形態において、フライホイール４の回転速度が速すぎれば、減速機としての機能を有する上記調整機により減速され、遅すぎれば増速機としての機能を有する上記調整機により増速されることにより、回転速度をある一定値に維持して弾塑性ダンパ５に回転力が伝達されるようにしている。
【００７１】
（効 果）
このように本実施形態によれば、機器構造物の地震応答で様々に変化するフライホイール４の回転速度に依存することなく、弾塑性ダンパ５が最も減衰力を発揮できる速度で回転力を伝達することができる。
【００７２】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、各実施形態を組み合せ、また種々の変更が可能である。上記各実施形態では、メカニカルスナッバを横方向に設置した場合について説明したが、勿論あらゆる方向に設置することができる。
【００７３】
また、図７および図８に示す弾塑性ダンパの変形例では、円筒状に形成された弾塑性部材９ａを一つ設けた例について説明したが、これに限らず、例えば円弧状の弾塑性部材９ａを複数用いて一定間隔をおいて円形に配置してもよく、また弾塑性部材９ａを同心円状に複数配置し、その数を増減して減衰力を調整することも可能となる。
【符号の説明】
【００７４】
１…ロードコラム（直線運動部）
２…ボールナット（直線運動部）
３…ボールねじ（回転運動部）
４…フライホイール（回転運動部）
５…弾塑性ダンパ
７…ボールベアリング
８…ハウジング
９…弾塑性部材
９a…弾塑性部材
１０…回転側の円盤
１１…固定側の円盤
１２…遠心クラッチ（回転力伝達手段）
１３…クラッチ板
１４…クラッチシュー
１５…クラッチアウター
１６…ばね
２０…回転伝達球
２１…ブレーキドラム
２２…リターンスプリング
２５…クラッチ（回転力伝達手段）
２６…地震計
２７…制御部（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被支持対象である構造物を支持するメカニカルスナッバであって、
前記構造物から軸方向の力を受けて直線運動をする直線運動部と、
前記直線運動部に接続され、前記直線運動を回転運動に変換する回転運動部と、
前記直線運動部の直線運動が所定速度に達すると、回転力伝達手段により前記回転運動部と接続される弾塑性ダンパを備え、
前記回転運動部と前記弾塑性ダンパが接続されると、前記弾塑性ダンパの弾塑性部材が前記回転運動部の回転運動によって変形して前記回転運動部の回転力を減衰するように構成されたことを特徴とするメカニカルスナッバ。
【請求項２】
前記直線運動部および前記回転運動部は、前記構造物から軸方向の力を受けて直線運動をするロードコラムと、前記ロードコラムに設置されたボールナットと、前記ボールナットに螺合して前記直線運動を回転運動に変換するボールねじと、前記ボールねじに同軸に接続されて回転するフライホイールと、を有し、
前記弾塑性ダンパは、前記フライホイールの回転運動を弾塑性変形によって減衰させることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項３】
前記フライホイールと前記弾塑性ダンパとの間に回転力伝達手段が設けられ、この回転力伝達手段は、前記ロードコラムの直線運動が所定速度に達すると、前記フライホイールから前記弾塑性ダンパへ回転力を伝達することを特徴とする請求項２に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項４】
前記弾塑性ダンパは、複数本の弾塑性部材の両端を金属板で挟んで固定し、前記弾塑性部材を任意の本数だけ交換可能としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項５】
前記弾塑性ダンパは、小径の金属環と大径の金属環との間に複数本の弾塑性部材が放射状に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項６】
前記弾塑性ダンパは、円筒状に形成された弾塑性部材の両端を金属板で挟んで固定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項７】
前記回転力伝達手段と前記弾塑性ダンパとの間に調速機を設け、この調速機は、前記フライホイールから伝達される回転運動の速度を、前記弾塑性ダンパの弾塑性変形による減衰効果の高い速度に調整することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項８】
前記回転力伝達手段は、前記フライホイールの回転運動による遠心力を用いて回転力の伝達を行う遠心クラッチであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項９】
前記回転力伝達手段は、前記フライホイールに回転伝達球を介して設置されるブレーキドラムを備え、
前記ブレーキドラムは、前記回転伝達球の摩擦力によって前記フライホイールに連結され、
前記ロードコラムの直線運動が所定速度に達すると、前記回転伝達球が前記フライホイールと前記ブレーキドラムとの間隔を広げて前記ブレーキドラムが前記弾塑性ダンパと接続されることを特徴とする請求項２に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項１０】
前記構造物が設置された建屋に備えられた地震計と、
前記地震計の出力信号がある閾値を超えた場合に前記回転力伝達手段が回転力を伝達するように制御するとともに、前記出力信号に基づいて地震動の終了を識別して前記回転力伝達手段による回転力の伝達を解除するように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項１１】
前記フライホイールの回転速度、前記ロードコラムおよび前記ボールナットの移動速度のいずれかを検出する計測装置を備え、前記回転速度、前記移動速度のいずれかが所定の閾値を超えた場合に前記回転力伝達手段が回転力を伝達する一方、前記回転速度、前記移動速度のいずれかが所定の閾値以下に収束した場合に前記回転力伝達手段が回転力の伝達を解除するように制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項１】
被支持対象である構造物を支持するメカニカルスナッバであって、
前記構造物から軸方向の力を受けて直線運動をする直線運動部と、
前記直線運動部に接続され、前記直線運動を回転運動に変換する回転運動部と、
前記直線運動部の直線運動が所定速度に達すると、回転力伝達手段により前記回転運動部と接続される弾塑性ダンパを備え、
前記回転運動部と前記弾塑性ダンパが接続されると、前記弾塑性ダンパの弾塑性部材が前記回転運動部の回転運動によって変形して前記回転運動部の回転力を減衰するように構成されたことを特徴とするメカニカルスナッバ。
【請求項２】
前記直線運動部および前記回転運動部は、前記構造物から軸方向の力を受けて直線運動をするロードコラムと、前記ロードコラムに設置されたボールナットと、前記ボールナットに螺合して前記直線運動を回転運動に変換するボールねじと、前記ボールねじに同軸に接続されて回転するフライホイールと、を有し、
前記弾塑性ダンパは、前記フライホイールの回転運動を弾塑性変形によって減衰させることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項３】
前記フライホイールと前記弾塑性ダンパとの間に回転力伝達手段が設けられ、この回転力伝達手段は、前記ロードコラムの直線運動が所定速度に達すると、前記フライホイールから前記弾塑性ダンパへ回転力を伝達することを特徴とする請求項２に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項４】
前記弾塑性ダンパは、複数本の弾塑性部材の両端を金属板で挟んで固定し、前記弾塑性部材を任意の本数だけ交換可能としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項５】
前記弾塑性ダンパは、小径の金属環と大径の金属環との間に複数本の弾塑性部材が放射状に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項６】
前記弾塑性ダンパは、円筒状に形成された弾塑性部材の両端を金属板で挟んで固定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項７】
前記回転力伝達手段と前記弾塑性ダンパとの間に調速機を設け、この調速機は、前記フライホイールから伝達される回転運動の速度を、前記弾塑性ダンパの弾塑性変形による減衰効果の高い速度に調整することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項８】
前記回転力伝達手段は、前記フライホイールの回転運動による遠心力を用いて回転力の伝達を行う遠心クラッチであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項９】
前記回転力伝達手段は、前記フライホイールに回転伝達球を介して設置されるブレーキドラムを備え、
前記ブレーキドラムは、前記回転伝達球の摩擦力によって前記フライホイールに連結され、
前記ロードコラムの直線運動が所定速度に達すると、前記回転伝達球が前記フライホイールと前記ブレーキドラムとの間隔を広げて前記ブレーキドラムが前記弾塑性ダンパと接続されることを特徴とする請求項２に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項１０】
前記構造物が設置された建屋に備えられた地震計と、
前記地震計の出力信号がある閾値を超えた場合に前記回転力伝達手段が回転力を伝達するように制御するとともに、前記出力信号に基づいて地震動の終了を識別して前記回転力伝達手段による回転力の伝達を解除するように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【請求項１１】
前記フライホイールの回転速度、前記ロードコラムおよび前記ボールナットの移動速度のいずれかを検出する計測装置を備え、前記回転速度、前記移動速度のいずれかが所定の閾値を超えた場合に前記回転力伝達手段が回転力を伝達する一方、前記回転速度、前記移動速度のいずれかが所定の閾値以下に収束した場合に前記回転力伝達手段が回転力の伝達を解除するように制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のメカニカルスナッバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−３６９８８（Ｐ２０１２−３６９８８Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７８５８５（Ｐ２０１０−１７８５８５）
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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