免震用回転慣性質量ダンパー
【課題】ボールねじ部が曲がることを防ぐことができる免震用回転慣性質量ダンパーを提供する。
【解決手段】上部構造体２と下部構造体３との間に生じるＸ方向（一の方向）の相対振動を低減するためのＸ方向回転慣性質量ダンパー（第１回転慣性質量ダンパー）１０と、上部構造体２と下部構造体３との間に生じるＹ方向（他の方向）の相対振動を低減するためのＹ方向回転慣性質量ダンパー（第２回転慣性質量ダンパー）２０と、を有する。Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０のＸ方向スライダ（第１スライダ）１２とＹ方向回転慣性質量ダンパー２０のＹ方向スライダ（第２スライダ）２２とは鉛直方向に対向し、水平面内において互いに回転可能にピン接合されているとともに、上下方向に相対変位可能に構成されている。
【解決手段】上部構造体２と下部構造体３との間に生じるＸ方向（一の方向）の相対振動を低減するためのＸ方向回転慣性質量ダンパー（第１回転慣性質量ダンパー）１０と、上部構造体２と下部構造体３との間に生じるＹ方向（他の方向）の相対振動を低減するためのＹ方向回転慣性質量ダンパー（第２回転慣性質量ダンパー）２０と、を有する。Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０のＸ方向スライダ（第１スライダ）１２とＹ方向回転慣性質量ダンパー２０のＹ方向スライダ（第２スライダ）２２とは鉛直方向に対向し、水平面内において互いに回転可能にピン接合されているとともに、上下方向に相対変位可能に構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震構造物に取り付けられる免震用回転慣性質量ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転慣性質量ダンパーとは、ダンパー両端の相対変位に比例して錘部材の回転量を生じる装置であり、錘部材の回転慣性モーメントと制動力の関係から「両端の相対加速度に比例した負担力」をもつ装置である。
この種の回転慣性質量ダンパーは、ボールねじ（ボールねじ部およびボールナットで構成）と回転錘（フライホイール）とを組み合わせることで、実際の錘質量と比較して数百倍以上もの質量効果を得ることができる。
【０００３】
ボールねじと回転錘とからなる回転慣性質量ダンパーでは、回転錘の回転慣性モーメントおよび回転角加速度によって回転錘に生じる角運動量の変化から軸方向の慣性抵抗力（負担力）Ｐが得られる。
ここで、ボールねじのボールねじ部のリード（ねじ山ピッチ）Ｌｄ、ダンパーの軸方向変位をＸ、回転錘の回転角をθとした場合、Ｘ＝Ｌｄθ／（２π）の関係となり、ダンパーの負担力（制御力）Ｐは次式で表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
ここで、回転錘を直径Ｄ、厚さｔの円筒（円盤）状とし、その密度をρとすると、
【０００６】
【数２】
【０００７】
となる。地震用回転慣性質量ダンパーは、Ｄ／Ｌｄ＞１０としているため、
【数３】
【０００８】
となる。これは、実際の回転錘の質量の４９０倍以上の慣性質量効果（相対加速度に対する負担力の比）が得られることを表す。
【０００９】
回転慣性質量ダンパーでは、ボールねじ部とボールナットとの噛み合わせ部にボールベアリングを使用しており、ボールねじ部が挿入されたボールナットは、ボールねじ部の周囲をほとんど抵抗なく回転することができる。
そして、ボールナットを固定し、ボールねじ部をその軸方向へ変位させると、ボールねじ部は周方向へ回転しながら軸方向へ変位するため、ボールねじ部と一体化した回転錘もボールねじ部とともに回転する。このとき、回転錘の回転慣性モーメントとボールねじ部の変位量から軸方向の慣性質量効果が生じる。
特許文献１には、この原理を利用した回転慣性質量ダンパーが開示されている。
【００１０】
ここで、特許文献１に開示された回転慣性質量ダンパーは、ボールねじ部の軸方向の１方向のみに慣性質量効果が生じるものであるが、免震構造物において上部構造体と下部構造体との間に設置する場合には、水平面内において交差する２方向（たとえばＸ方向とＹ方向）に慣性質量効果が生じるダンパーが必要とされる。
また、特許文献２には、上部構造体に振動が生じたときに、この振動がＸ方向の振動と、Ｙ方向の振動とに分解され、Ｘ方向の振動に対して慣性質量効果が生じるＸ方向回転慣性質量ダンパーと、Ｙ方向の振動に対して慣性質量効果が生じるＹ方向回転慣性質量ダンパーとを備える水平免震装置が開示されている。
【００１１】
Ｘ方向回転慣性質量ダンパーは、Ｘ方向に延在し軸受を介して下部構造体に支持されたボールねじ部と、上部構造体のＸ方向の振動が伝達されるボールナットとを備えている。
また、Ｙ方向回転慣性質量ダンパーは、Ｙ方向に延在し軸受を介して下部構造体に支持されたボールねじ部と、上部構造体のＹ方向の振動が伝達されるボールナットとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１９６６０６号公報
【特許文献２】特開２００６−１６９７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記の構成のダンパーには、一対のＸ方向回転慣性質量ダンパーと一対のＹ方向回転慣性質量ダンパーとを備え、同じ方向のボールナット同士を接続部材で接続したものや、Ｘ方向回転慣性質量ダンパーとＹ方向回転慣性質量ダンパーとを上下に重ねて配設し、Ｘ方向回転慣性質量ダンパーのボールナットとＹ方向回転慣性質量ダンパーのボールナットを連結したものがある。
【００１４】
ここで、前者のダンパーにおいて、水平せん断力により接続部材に水平面内での曲げ変形が生じると、ボールナットがボールねじ部の軸方向以外に変位して、ボールねじ部に水平面内の（Ｚ軸まわり）曲げモーメントが作用し、ボールねじ部が曲がり、円滑な直動運動が妨げられてしまう問題がある。
また、後者のダンパーにおいて、上部構造体から連結された２つのボールナットに水平せん断力が作用すると、ボールねじ部の軸心と水平せん断力の作用位置との鉛直方向の偏心距離によって、ボールねじ部に曲げモーメントが作用して、ボールねじ部が曲がり円滑な直動運動が妨げられてしまう問題がある。また、免震層での鉛直方向相対変位や水平面内ねじれに対応できない問題もある。
【００１５】
このように、ボールねじ部が曲がって直線性が低下すると、ボールねじが効率よく機能しないという問題がある。
また、これらのダンパーは、設置に広い設置スペースが必要であるとともに、構成部材が多く設置にコストや労力がかかるという問題がある。
【００１６】
本発明が解決しようとする課題は、ボールねじ部が曲がることを防ぐことができる免震用回転慣性質量ダンパーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明に係る免震用回転慣性質量ダンパーは、免震装置を介して上下に配された上部構造体と下部構造体との間に介装されて、前記上部構造体と前記下部構造体との間に生じる水平面内における一の方向の相対振動を低減するための第１回転慣性質量ダンパーと、前記上部構造体と前記下部構造体との間に生じる水平面内において前記一の方向と交差する他の方向の相対振動を低減するための第２回転慣性質量ダンパーと、を有する免震用回転慣性質量ダンパーであって、前記第１回転慣性質量ダンパーは、前記上部構造体の下部に固定されて前記一の方向へ延在する第１ガイドレールと、該第１ガイドレールに沿って移動可能な第１スライダと、前記第１ガイドレールの延在方向へ延びる第１ボールねじ部と、該第１ボールねじ部が挿通可能な貫通孔が形成されるとともに前記第１スライダと一体化された第１ボールナットと、前記第１ボールねじ部と前記第１ボールナットとの間に配された第１ボールベアリングと、前記第１ガイドレールに固定され前記第１ボールねじ部を支持する第１軸受と、前記第１ボールねじ部の少なくとも一方の先端部に固定された回転錘と、を備え、前記第２回転慣性質量ダンパーは、前記下部構造体の上部に固定されて前記他の方向へ延在する第２ガイドレールと、該第２ガイドレールに沿って移動可能な第２スライダと、前記第２ガイドレールの延在方向へ延びる第２ボールねじ部と、該第２ボールねじ部が挿通可能な貫通孔が形成されるとともに前記第２スライダと一体化された第２ボールナットと、前記第２ボールねじ部と前記第２ボールナットとの間に配された第２ボールベアリングと、前記第２ガイドレールに固定され前記第２ボールねじ部を支持する第２軸受と、前記第２ボールねじ部の少なくとも一方の先端部に固定された回転錘と、を備え、前記第１スライダと前記第２スライダとは鉛直方向に対向し、水平面内において互いに回転可能にピン接合されているとともに、上下方向に相対変位可能であることを特徴とする。
【００１８】
本発明では、第１ボールねじ部は、第１ガイドレールの延在方向へ延びるとともに、第１ガイドレールに固定された第１軸受に支持されている。また、第１ボールナットは、第１スライダと一体化しているため、第１ガイドレールに沿って変位するように構成されている。これらの構成により、第１ボールナットと第１ボールねじ部とは、第１ボールねじ部の延在方向（第１ガイドレールの延在方向）のみに相対変位するように支持されているため、これ以外の方向へ相対変位して第１ボールねじ部が曲げ変形することを防止することができる。
なお、第２ボールねじ部および第２ボールナットについても、第１ボールねじ部および第１ボールナットと同様に構成されているため、第２ボールねじ部が曲げ変形することを防止することができる。
【００１９】
また、第１スライダと第２スライダとは、水平面内において互いに回転可能にピン接合されていることにより、上部構造体と下部構造体とが水平面内で相対ねじれを生じた場合に、このねじれによって第１ボールねじ部や第２ボールねじ部が曲げ変形することを防止することができる。
更に、第１スライダと第２スライダとは、上下方向に相対変位可能であることにより、上下動が作用して上部構造体と下部構造体とが上下方向に相対変位した場合等に、この相対変位によって第１ボールナットや第２ボールナットが上下方向に移動して第１ボールねじ部や第２ボールねじ部が曲げ変形することを防止することができる。
【００２０】
また、本発明に係る免震用回転慣性質量ダンパーでは、前記第１回転慣性質量ダンパーおよび第２回転慣性質量ダンパーをそれぞれ複数有し、前記複数の第１回転慣性質量ダンパーは、それぞれ前記第１スライダを複数備えるとともに、前記複数の第２回転慣性質量ダンパーは、それぞれ前記第２スライダを複数備え、前記複数の第１スライダと前記複数の第２スライダとは鉛直方向にそれぞれ対向し、水平面内において互いに回転可能にピン接合されているとともに、上下方向に相対変位可能としてもよい。
このように、第１回転慣性質量ダンパーおよび第２回転慣性質量ダンパーをそれぞれ複数有することにより、第１回転慣性質量ダンパーおよび第２回転慣性質量ダンパーをそれぞれ１つずつ有する免震用回転慣性質量ダンパーと比べて、慣性質量効果を向上させることができるとともに、接合された第１スライダおよび第２スライダに作用する力（ピンに生じるせん断力）を分散させることができる。
【００２１】
また、本発明に係る免震用回転慣性質量ダンパーでは、前記第１ガイドレールおよび前記第１スライダには、互いに対向し前記第１ガイドレールの延在方向へ延びる溝部がそれぞれ形成されるとともに、前記第２ガイドレールおよび前記第２スライダには、互いに対向し前記第２ガイドレールの延在方向へ延びる溝部がそれぞれ形成され、前記対向する溝部の間には、ボールベアリングが配されていることが好ましい。
このように構成することにより、第１スライダと第１ガイドレールとをスムーズに相対変位させることができるとともに、第２スライダと第２ガイドレールとをスムーズに相対変位させることができる。
また、各スライダにガイドレール延在方向以外の力や曲げモーメントが作用した場合の十分な抵抗力を付与することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１ボールねじ部や第２ボールねじ部が曲げ変形することを防止することができるため、ボールねじが効率よく機能し、慣性質量効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態による免震用回転慣性質量ダンパーの正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は上面図である。
【図２】Ｘ方向回転慣性質量ダンパーを下方から見た斜視図である。
【図３】ガイドレール、スライダ、ボールねじを説明する図である。
【図４】Ｙ方向回転慣性質量ダンパーを上方からみた斜視図である。
【図５】接合部を示す図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第２実施形態による免震用回転慣性質量ダンパーの正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ａについて、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ａは、積層ゴムなどの免震装置（不図示）を介して上下に配された上部構造体２と下部構造体３とを備える免震構造物４に取り付けられており、上部構造体２と下部構造体３との間に生じる水平方向の相対振動を低減させている。
免震用回転慣性質量ダンパー１Ａは、上部構造体２と下部構造体３との間に介装されていて、上部構造体２と下部構造体３との間に生じるＸ方向（一の方向）の相対振動を低減するためのＸ方向回転慣性質量ダンパー（第１回転慣性質量ダンパー）１０と、上部構造体２と下部構造体３との間に生じるＹ方向（他の方向）の相対振動を低減するためのＹ方向回転慣性質量ダンパー（第２回転慣性質量ダンパー）２０と、を備えている。
【００２５】
Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０は、上部構造体２の下端部２ａに取り付け架台５を介して固定されている。
ここで、Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０について、下側を上部構造体２側とし、上側を下部構造体３側として下方からＸ方向回転慣性質量ダンパー１０を見た様子を示す図２に基づいて説明する。
Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０は、取り付け架台５に固定されＸ方向へ延在するＸ方向ガイドレール１１と、該Ｘ方向ガイドレール１１に沿ってＸ方向へ移動可能なＸ方向スライダ１２と、Ｘ方向に延在するＸ方向ボールねじ部１３と、該Ｘ方向ボールねじ部１３が挿通可能な貫通孔１４ａが形成されるとともにＸ方向スライダ１２と一体化されたＸ方向ボールナット１４と、Ｘ方向ボールねじ部とＸ方向ボールナットとの間に配されたＸ方向ボールベアリング１５（図３参照）と、Ｘ方向ガイドレール１１に固定されＸ方向ボールねじ部１３を支持するＸ方向軸受１６と、Ｘ方向ボールねじ部１３の一方の端部１３ａに固定されて該Ｘ方向ボールねじ部１３とともに回転可能なＸ方向回転錘１７と、を備えている。
【００２６】
Ｘ方向ガイドレール１１は、延在方向に直交する断面形状が略Ｕ字状に形成され、略Ｕ字状の底部１１ａが取り付け架台５に固定されて、対向する一対の側部１１ｂ，１１ｂが上部構造体２の下端部２ａから下方へ突出している。Ｘ方向ガイドレール１１は、一対の側部１１ｂ，１１ｂ間をスライダ１２が移動するように構成されている。
一対の側部１１ｂ，１１ｂには、互いに対向する面にＸ方向へ延びるＸ方向ガイドレール溝部（溝部）１１ｃがそれぞれ形成されている。このＸ方向ガイドレール溝部１１ｃには、後述するガイド用ボールベアリング１８（図３参照）が転動するように構成されている。
【００２７】
図３に示すように、Ｘ方向スライダ１２は、Ｘ方向ガイドレール１１の一対の側部１１ｂ，１１ｂとそれぞれ対向する側面１２ａ，１２ａに、移動方向へ延びるＸ方向スライダ溝部（溝部）１２ｂが形成されている。一対のＸ方向スライダ溝部１２ｂ，１２ｂは、それぞれＸ方向ガイドレール溝部１１ｃと対向しており、Ｘ方向スライダ溝部１２ｂとＸ方向ガイドレール溝部１１ｃとの間には、多数のガイド用ボールベアリング１８が配されている。
【００２８】
これらのＸ方向ガイド用ボールベアリング１８は、Ｘ方向スライダ１２がＸ方向ガイドレール１１に沿って移動すると、Ｘ方向スライダ溝部１２ｂとＸ方向ガイドレール溝部１１ｃとの間を転動するように構成されている。
なお、Ｘ方向スライダ１２には、Ｘ方向ガイド用ボールベアリング１８を方向転換させるための方向転換路１２ｃと、Ｘ方向ガイド用ボールベアリング１８を循環させる転動体循環路１２ｄとが形成されていて、Ｘ方向ガイド用ボールベアリング１８はこれらを転動して循環するように構成されている。
【００２９】
図２に戻り、Ｘ方向ボールねじ部１３は、Ｘ方向ガイドレール１１よりもやや長く形成され、Ｘ方向回転錘１７が取り付けられた一方の端部１３ａ近傍と、他方の端部１３ｂとが、Ｘ方向ガイドレール１１の両端部に設けられた一対のＸ方向軸受１６，１６に周方向へ回転可能に支持されている。
図３に示すように、Ｘ方向ボールねじ部１３の外周面には、螺旋溝１３ａが形成されていて、Ｘ方向ボールナット１４の貫通孔１４ａの内周面には、螺旋溝１４ｂが形成されている。Ｘ方向ボールねじ部１３の螺旋溝１３ａとＸ方向ボールナット１４の螺旋溝１４ｂとの間に多数のボールベアリング１５が配されている。
【００３０】
これらのＸ方向ボールベアリング１５は、Ｘ方向ボールねじ部１３とＸ方向ボールナット１４とが相対変位すると、Ｘ方向ボールベアリング１５がＸ方向ボールねじ部１３の螺旋溝１３ａとＸ方向ボールナット１４の螺旋溝１４ｂとの間を転動するように構成されている。
なお、Ｘ方向ボールナット１４には、Ｘ方向ボールベアリング１５を循環させる転動体循環路１４ｃが形成されていて、Ｘ方向ボールベアリング１５は、転動体循環路１４ｃを転動して循環するように構成されている。
【００３１】
また、図２に示すように、Ｘ方向ボールナット１４は、Ｘ方向スライダ１２と一体化されていて、Ｘ方向スライダ１２とともにＸ方向ガイドレール１１に沿って移動可能に構成されている。
このため、Ｘ方向スライダ１２がＸ方向ガイドレール１１に沿って移動すると、Ｘ方向ボールねじ部１３とＸ方向ボールナット１４とは、Ｘ方向ガイドレールの延在方向、即ちＸ方向ボールねじ部１３の軸方向へ相対変位する。このとき、Ｘ方向ボールナット１４は、Ｘ方向スライダ１２によってＸ方向ボールねじ部１３の軸方向以外の変位が拘束されているため、Ｘ方向ボールねじ部１３は周方向へ回転する。
これらのＸ方向ボールねじ部１３、Ｘ方向ボールナット１４およびＸ方向ボールベアリング１５は、Ｘ方向ボールねじ１９を構成している。
【００３２】
次に、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０は、下部構造体３の上端部３ａに取り付け架台６を介して固定されている。
そして、図４に示すように、Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０は、取り付け架台６に固定されてＹ方向へ延在するＹ方向ガイドレール２１と、該Ｙ方向ガイドレール２１に沿ってＹ方向へ移動可能なＹ方向スライダ２２と、Ｙ方向に延在するＹ方向ボールねじ部２３と、該Ｙ方向ボールねじ部２３が挿通可能な貫通孔２４ａが形成されるとともにＹ方向スライダ２２と一体化されたＹ方向ボールナット２４と、Ｙ方向ボールねじ部２２とＹ方向ボールナット２３との間に配されたＹ方向ボールベアリング（不図示）と、Ｙ方向ガイドレール２１に固定されＹ方向ボールねじ部２３を支持するＹ方向軸受２６と、Ｙ方向ボールねじ部２３の一方の端部２３ａに固定されて該Ｙ方向ボールねじ部２３とともに回転可能なＹ方向回転錘２７と、を備えている。
【００３３】
Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０は、下部構造体３の上端部３ａに取り付け架台６を介してＹ方向ガイドレール２１が下側となるように固定されて、Ｙ方向ガイドレール２１およびＹ方向ボールねじ部２３がＹ方向へ延在している点以外は、Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０と同様に構成されている。
よって、Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０に備えられた各部材については、設置されている向き以外はＸ方向回転慣性質量ダンパー１０と同様に構成されている。つまり、Ｙ方向ガイドレール２１はＸ方向ガイドレール１１と同様に構成され、Ｙ方向スライダ２２はＸ方向スライダ１２と同様に構成され、Ｙ方向ボールねじ部２３はＸ方向ボールねじ部１３と同様に構成され、Ｙ方向ボールナット２４はＸ方向ボールナット１４と同様に構成され、Ｙ方向ボールベアリングはＸ方向ボールベアリング１５と同様に構成され、Ｙ方向回転錘２７はＸ方向回転錘１７と同様に構成されている。
そして、Ｙ方向ボールねじ部２３、Ｙ方向ボールナット２４およびＹ方向ボールベアリング（不図示）は、Ｙ方向ボールねじ２９を構成している。
また、Ｙ方向ガイドレール２１には、Ｙ方向ガイドレール溝部２１ｃが形成され、このＹ方向ガイドレール溝部２１ｃには、Ｙ方向ガイド用ボールベアリング２８が転動するように構成されている。
【００３４】
また、Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０およびＹ方向回転慣性質量ダンパー２０は、同等の慣性質量効果を備えており、本実施形態では、一般的な慣性質量のボールねじを使用した慣性質量ダンパーと同様に下記の諸元を設定した。
【００３５】
【数４】
【００３６】
ここで、図１に示すように、Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０のＸ方向スライダ１２と、Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０のＹ方向スライダ２２とは、互いに上下方向に相対変位可能に保持するとともに、水平面内には相対回転可能にピン接合する接合部材３０を介して、互いに水平２方向の相対変位を拘束するように接合されている。
図１および図５に示すように、接合部材３０は、上端面３１ａがＸ方向スライダ１２の下面１２ａ（図１参照）に取り付けられて厚さ方向へ延び下方へ開口するダボ穴３１ｂが形成された第１板材３１と、下端面３２ａがＹ方向スライダ２２の上端面２２ａ（図１参照）に取り付けられて厚さ方向へ延び上方へ開口するダボ穴３２ｂが形成された第２板材３２と、上端部３３ａ（図５参照）が第１板材３１のダボ穴３１ｂに挿入されて下端部３３ｂ（図５参照）が第２板材３２のダボ穴３２ｂに挿入されるダボピン３３と、を備えている。
【００３７】
ダボ穴３１ｂ，３２ｂは、断面形状が円形状となるように形成され、ダボピン３３は、円柱状に形成されている。ダボピン３３は、断面形状がダボ穴３１ｂ，３２ｂの断面形状よりもわずかに小径となるように形成されている。
これにより、第１板材３１と第２板材３２とは、ダボピン３３の軸（Ｚ軸）を中心にそれぞれ回転可能であるとともに、上下方向（Ｚ軸）に相対変位可能に構成されている。なお、ダボピン３３を第１板材３１または第２板材３２と一体化させる等、接合部材３０は上記以外の構成としてもよい。
ここで、接合部材３０によって接合されたＸ方向スライダ１２およびＹ方向スライダ２２をスライダ部３５（図１参照）として以下説明する。
【００３８】
まず、上部構造体２に地震などにより振動が生じた場合の免震用回転慣性質量ダンパー１Ａの動作について説明する。
上部構造体２に生じた振動をＸ方向の振動とＹ方向の振動に分解すると、Ｘ方向の振動をＸ方向回転慣性質量ダンパー１０が低減させ、Ｙ方向の振動をＹ方向回転慣性質量ダンパー２０が低減させている。
そして、上部構造体２が変位することによって、スライダ部３５は、Ｘ方向ガイドレール１１とＸ方向へ相対変位するとともに、Ｙ方向ガイドレール２１とＹ方向へ相対変位する。
【００３９】
このとき、スライダ部３５とＸ方向ガイドレール１１とがＸ方向へ相対変位することにより、Ｘ方向ボールねじ部１３とＸ方向ボールナット１４とがＸ方向（Ｘ方向ボールねじ部１３の軸方向）へ相対変位するため、Ｘ方向ボールねじ１９が作用する。
そして、Ｘ方向ボールねじ部１３が周方向に回転して、Ｘ方向回転錘１７がＸ方向ボールねじ部１３とともに回転し、Ｘ方向回転錘１７の回転慣性モーメントが生じるため、免震構造物４へ慣性質量効果が生じ、上部構造体２の振動が低減する。
【００４０】
また、スライダ部３５とＹ方向ガイドレール２１とがＹ方向へ相対変位することにより、Ｙ方向ボールねじ部２３とＹ方向ボールナット２４とＹ方向（Ｙ方向ボールねじ部２３の軸方向）へ相対変位するため、Ｙ方向ボールねじ２９が作用する。
そして、Ｙ方向ボールねじ部２３が周方向に回転して、Ｙ方向回転錘２７がＹ方向ボールねじ部２３とともに回転し、Ｙ方向回転錘２７の回転慣性モーメントが生じるため、免震構造物４へ慣性質量効果が生じ、上部構造体２の振動が低減する。
【００４１】
次に、上述した免震用回転慣性質量ダンパー１Ａの効果について説明する。
本実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ａによれば、Ｘ方向ボールねじ部１３およびＹ方向ボールねじ部２３は、それぞれガイドレール部１１，２１の両端部に設けられた軸受１６，２６に保持されているとともに、スライダ部３５は、各ガイドレール溝部１１ｃ，２１ｃおよび各ガイドレールベアリング１８，２８により各ガイドレール１１，２１に沿って移動するように構成されている。これにより、各ガイドレール１１，２１の延在方向以外の力やモーメントが作用した場合にも十分な抵抗力が確保され、各ボールねじ部１３，２３の軸方向（ガイドレール１１，２１の延在方向）と、各ボールナット１４，２４の変位方向（スライダ１２，２２の変位方向）とのずれが防止されるため、各ボールねじ１９，２９が効率よく機能するとともに、各ボールねじ部１３，２３や各ボールナット１４，２４に変形が生じることを防ぐことができる。
【００４２】
また、Ｘ方向スライダ１２とＹ方向スライダ２２とが上下方向へ相対変位可能であることにより、上部構造体２と下部構造体３とが上下方向に相対変位した場合にも、この相対変位に追従して、Ｘ方向スライダ１２とＹ方向スライダ２２とが上下方向へ相対変位するだけで、各ボールねじ部１３，２３と各ボールナット１４，２４とが上下方向に相対変位することがないため、各ボールねじ部１３，２３や各ボールナット１４，２４に変形が生じることを防ぐことができる。
また、このとき、各ガイドレール１１，２１と各スライダ１２，２２とが上下方向へ相対変位することがないため、各スライダ１２，２２が各ガイドレール１１，２１から外れることを防ぐことができる。
【００４３】
また、Ｘ方向スライダ１２とＹ方向スライダ２２とが接合部材３０を用いて水平面内において互いに回転可能にピン接合されていることにより、上部構造体２と下部構造体３との間にＺ軸（鉛直方向）周りのねじれが生じた場合に、このねじれによってスライダ部３５に力が作用することを防ぐことができる。このため、各ボールねじ部１３，２３と各ボールナット１４，２４との間にＺ軸周りのねじれが生じることがなく、各ボールねじ部１３，２３や各ボールナット１４，２４に変形が生じることを防ぐことができる。
また、上部構造体２にはＸ方向回転慣性質量ダンパー１０を設置し、下部構造体３にはＹ方向回転慣性質量ダンパー２０を設置すればよいため、従来の制振ダンパーと比べて平面的設置スペースを少なくすることができる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１実施形態と異なる構成について説明する。
図６に示すように、第２実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ｂは、Ｙ方向へ所定の間隔をあけて上部構造体２に取り付けられた２つのＸ方向回転慣性質量ダンパー１０，１０と、Ｘ方向へ所定の間隔をあけて下部構造体３に取り付けられた２つのＹ方向回転慣性質量ダンパー２０，２０と、を備えている。
【００４５】
Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０は、それぞれ２つのＸ方向スライダ１２，１２を備えている。また、Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０は、それぞれ２つのＹ方向スライダ２２，２２を備えている。
そして、Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０のＸ方向スライダ１２，１２は、２つのＹ方向回転慣性質量ダンパー２０のＹ方向スライダ２２，２２とそれぞれ接合部材３０を介して接合されている。
これにより、第２実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ｂは、４つのスライダ部３５を備えている。
【００４６】
第２実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ｂによれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第１実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ａと比べて、回転錘１７，２７を多く設けることができるため慣性質量効果を向上させることができるとともに、免震層でのＺ軸まわりのねじれを少なくすることができる。また、複数のスライダ部３５を備えていることにより、各スライダ部３５に作用する力を低減させることができる。
【００４７】
以上、本発明による免震用回転慣性質量ダンパーの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、免震用回転慣性質量ダンパー１Ａ，１Ｂは、Ｘ方向の振動を低減させるＸ方向回転慣性質量ダンパー１０と、Ｙ方向の振動を低減させるＹ方向回転慣性質量ダンパー２０と、を備え、Ｘ方向ガイドレール１１とＹ方向ガイドレール２１とが直交する方向に延在しているが、Ｘ方向ガイドレール１１とＹ方向ガイドレール２１とは交差していればよく、必ずしも直交していなくてもよい。
また、上述した実施形態では、各ボールねじ部１３，２３の一方の端部１３ａ，２３ａに回転錘１７，２７が取り付けられているが、両方の端部に回転錘１７，２７を取り付けてもよい。
また、上述した第２実施形態では、２つのＸ方向回転慣性質量ダンパー１０と、２つのＹ方向回転慣性質量ダンパー２０とを備えているが、３つ以上のＸ方向回転慣性質量ダンパー１０と、３つ以上のＹ方向回転慣性質量ダンパー２０とを備えていてもよい。またＸ方向回転慣性質量ダンパー１０とＹ方向回転慣性質量ダンパー２０の台数は、異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１Ａ，１Ｂ 免震用回転慣性質量ダンパー
２ 上部構造体
３ 下部構造体
４ 免震構造物
１０ Ｘ方向回転慣性質量ダンパー（第１回転慣性質量ダンパー）
１１ Ｘ方向ガイドレール（第１ガイドレール）
１１ｃ Ｘ方向ガイドレール溝部（溝部）
１２ Ｘ方向スライダ（第１スライダ）
１２ｂ Ｘ方向スライダ溝部（溝部）
１３ Ｘ方向ボールねじ部（第１ボールねじ部）
１４ Ｘ方向ボールナット（第１ボールナット）
１５ Ｘ方向ボールベアリング（第１ボールベアリング）
１６ Ｘ方向軸受（第１軸受）
１７ Ｘ方向回転錘（第１回転錘）
１９ Ｘ方向ボールねじ（第１ボールねじ）
２０ Ｙ方向回転慣性質量ダンパー（第２回転慣性質量ダンパー）
２１ Ｙ方向ガイドレール（第２ガイドレール）
２２ Ｙ方向スライダ（第２スライダ）
２３ Ｙ方向ボールねじ部（第２ボールねじ部）
２４ Ｙ方向ボールナット（第２ボールナット）
２６ Ｙ方向軸受（第２軸受）
２７ Ｙ方向回転錘（第２回転錘）
２９ Ｙ方向ボールねじ（第２ボールねじ）
３０ 接合部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震構造物に取り付けられる免震用回転慣性質量ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転慣性質量ダンパーとは、ダンパー両端の相対変位に比例して錘部材の回転量を生じる装置であり、錘部材の回転慣性モーメントと制動力の関係から「両端の相対加速度に比例した負担力」をもつ装置である。
この種の回転慣性質量ダンパーは、ボールねじ（ボールねじ部およびボールナットで構成）と回転錘（フライホイール）とを組み合わせることで、実際の錘質量と比較して数百倍以上もの質量効果を得ることができる。
【０００３】
ボールねじと回転錘とからなる回転慣性質量ダンパーでは、回転錘の回転慣性モーメントおよび回転角加速度によって回転錘に生じる角運動量の変化から軸方向の慣性抵抗力（負担力）Ｐが得られる。
ここで、ボールねじのボールねじ部のリード（ねじ山ピッチ）Ｌｄ、ダンパーの軸方向変位をＸ、回転錘の回転角をθとした場合、Ｘ＝Ｌｄθ／（２π）の関係となり、ダンパーの負担力（制御力）Ｐは次式で表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
ここで、回転錘を直径Ｄ、厚さｔの円筒（円盤）状とし、その密度をρとすると、
【０００６】
【数２】
【０００７】
となる。地震用回転慣性質量ダンパーは、Ｄ／Ｌｄ＞１０としているため、
【数３】
【０００８】
となる。これは、実際の回転錘の質量の４９０倍以上の慣性質量効果（相対加速度に対する負担力の比）が得られることを表す。
【０００９】
回転慣性質量ダンパーでは、ボールねじ部とボールナットとの噛み合わせ部にボールベアリングを使用しており、ボールねじ部が挿入されたボールナットは、ボールねじ部の周囲をほとんど抵抗なく回転することができる。
そして、ボールナットを固定し、ボールねじ部をその軸方向へ変位させると、ボールねじ部は周方向へ回転しながら軸方向へ変位するため、ボールねじ部と一体化した回転錘もボールねじ部とともに回転する。このとき、回転錘の回転慣性モーメントとボールねじ部の変位量から軸方向の慣性質量効果が生じる。
特許文献１には、この原理を利用した回転慣性質量ダンパーが開示されている。
【００１０】
ここで、特許文献１に開示された回転慣性質量ダンパーは、ボールねじ部の軸方向の１方向のみに慣性質量効果が生じるものであるが、免震構造物において上部構造体と下部構造体との間に設置する場合には、水平面内において交差する２方向（たとえばＸ方向とＹ方向）に慣性質量効果が生じるダンパーが必要とされる。
また、特許文献２には、上部構造体に振動が生じたときに、この振動がＸ方向の振動と、Ｙ方向の振動とに分解され、Ｘ方向の振動に対して慣性質量効果が生じるＸ方向回転慣性質量ダンパーと、Ｙ方向の振動に対して慣性質量効果が生じるＹ方向回転慣性質量ダンパーとを備える水平免震装置が開示されている。
【００１１】
Ｘ方向回転慣性質量ダンパーは、Ｘ方向に延在し軸受を介して下部構造体に支持されたボールねじ部と、上部構造体のＸ方向の振動が伝達されるボールナットとを備えている。
また、Ｙ方向回転慣性質量ダンパーは、Ｙ方向に延在し軸受を介して下部構造体に支持されたボールねじ部と、上部構造体のＹ方向の振動が伝達されるボールナットとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１９６６０６号公報
【特許文献２】特開２００６−１６９７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記の構成のダンパーには、一対のＸ方向回転慣性質量ダンパーと一対のＹ方向回転慣性質量ダンパーとを備え、同じ方向のボールナット同士を接続部材で接続したものや、Ｘ方向回転慣性質量ダンパーとＹ方向回転慣性質量ダンパーとを上下に重ねて配設し、Ｘ方向回転慣性質量ダンパーのボールナットとＹ方向回転慣性質量ダンパーのボールナットを連結したものがある。
【００１４】
ここで、前者のダンパーにおいて、水平せん断力により接続部材に水平面内での曲げ変形が生じると、ボールナットがボールねじ部の軸方向以外に変位して、ボールねじ部に水平面内の（Ｚ軸まわり）曲げモーメントが作用し、ボールねじ部が曲がり、円滑な直動運動が妨げられてしまう問題がある。
また、後者のダンパーにおいて、上部構造体から連結された２つのボールナットに水平せん断力が作用すると、ボールねじ部の軸心と水平せん断力の作用位置との鉛直方向の偏心距離によって、ボールねじ部に曲げモーメントが作用して、ボールねじ部が曲がり円滑な直動運動が妨げられてしまう問題がある。また、免震層での鉛直方向相対変位や水平面内ねじれに対応できない問題もある。
【００１５】
このように、ボールねじ部が曲がって直線性が低下すると、ボールねじが効率よく機能しないという問題がある。
また、これらのダンパーは、設置に広い設置スペースが必要であるとともに、構成部材が多く設置にコストや労力がかかるという問題がある。
【００１６】
本発明が解決しようとする課題は、ボールねじ部が曲がることを防ぐことができる免震用回転慣性質量ダンパーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明に係る免震用回転慣性質量ダンパーは、免震装置を介して上下に配された上部構造体と下部構造体との間に介装されて、前記上部構造体と前記下部構造体との間に生じる水平面内における一の方向の相対振動を低減するための第１回転慣性質量ダンパーと、前記上部構造体と前記下部構造体との間に生じる水平面内において前記一の方向と交差する他の方向の相対振動を低減するための第２回転慣性質量ダンパーと、を有する免震用回転慣性質量ダンパーであって、前記第１回転慣性質量ダンパーは、前記上部構造体の下部に固定されて前記一の方向へ延在する第１ガイドレールと、該第１ガイドレールに沿って移動可能な第１スライダと、前記第１ガイドレールの延在方向へ延びる第１ボールねじ部と、該第１ボールねじ部が挿通可能な貫通孔が形成されるとともに前記第１スライダと一体化された第１ボールナットと、前記第１ボールねじ部と前記第１ボールナットとの間に配された第１ボールベアリングと、前記第１ガイドレールに固定され前記第１ボールねじ部を支持する第１軸受と、前記第１ボールねじ部の少なくとも一方の先端部に固定された回転錘と、を備え、前記第２回転慣性質量ダンパーは、前記下部構造体の上部に固定されて前記他の方向へ延在する第２ガイドレールと、該第２ガイドレールに沿って移動可能な第２スライダと、前記第２ガイドレールの延在方向へ延びる第２ボールねじ部と、該第２ボールねじ部が挿通可能な貫通孔が形成されるとともに前記第２スライダと一体化された第２ボールナットと、前記第２ボールねじ部と前記第２ボールナットとの間に配された第２ボールベアリングと、前記第２ガイドレールに固定され前記第２ボールねじ部を支持する第２軸受と、前記第２ボールねじ部の少なくとも一方の先端部に固定された回転錘と、を備え、前記第１スライダと前記第２スライダとは鉛直方向に対向し、水平面内において互いに回転可能にピン接合されているとともに、上下方向に相対変位可能であることを特徴とする。
【００１８】
本発明では、第１ボールねじ部は、第１ガイドレールの延在方向へ延びるとともに、第１ガイドレールに固定された第１軸受に支持されている。また、第１ボールナットは、第１スライダと一体化しているため、第１ガイドレールに沿って変位するように構成されている。これらの構成により、第１ボールナットと第１ボールねじ部とは、第１ボールねじ部の延在方向（第１ガイドレールの延在方向）のみに相対変位するように支持されているため、これ以外の方向へ相対変位して第１ボールねじ部が曲げ変形することを防止することができる。
なお、第２ボールねじ部および第２ボールナットについても、第１ボールねじ部および第１ボールナットと同様に構成されているため、第２ボールねじ部が曲げ変形することを防止することができる。
【００１９】
また、第１スライダと第２スライダとは、水平面内において互いに回転可能にピン接合されていることにより、上部構造体と下部構造体とが水平面内で相対ねじれを生じた場合に、このねじれによって第１ボールねじ部や第２ボールねじ部が曲げ変形することを防止することができる。
更に、第１スライダと第２スライダとは、上下方向に相対変位可能であることにより、上下動が作用して上部構造体と下部構造体とが上下方向に相対変位した場合等に、この相対変位によって第１ボールナットや第２ボールナットが上下方向に移動して第１ボールねじ部や第２ボールねじ部が曲げ変形することを防止することができる。
【００２０】
また、本発明に係る免震用回転慣性質量ダンパーでは、前記第１回転慣性質量ダンパーおよび第２回転慣性質量ダンパーをそれぞれ複数有し、前記複数の第１回転慣性質量ダンパーは、それぞれ前記第１スライダを複数備えるとともに、前記複数の第２回転慣性質量ダンパーは、それぞれ前記第２スライダを複数備え、前記複数の第１スライダと前記複数の第２スライダとは鉛直方向にそれぞれ対向し、水平面内において互いに回転可能にピン接合されているとともに、上下方向に相対変位可能としてもよい。
このように、第１回転慣性質量ダンパーおよび第２回転慣性質量ダンパーをそれぞれ複数有することにより、第１回転慣性質量ダンパーおよび第２回転慣性質量ダンパーをそれぞれ１つずつ有する免震用回転慣性質量ダンパーと比べて、慣性質量効果を向上させることができるとともに、接合された第１スライダおよび第２スライダに作用する力（ピンに生じるせん断力）を分散させることができる。
【００２１】
また、本発明に係る免震用回転慣性質量ダンパーでは、前記第１ガイドレールおよび前記第１スライダには、互いに対向し前記第１ガイドレールの延在方向へ延びる溝部がそれぞれ形成されるとともに、前記第２ガイドレールおよび前記第２スライダには、互いに対向し前記第２ガイドレールの延在方向へ延びる溝部がそれぞれ形成され、前記対向する溝部の間には、ボールベアリングが配されていることが好ましい。
このように構成することにより、第１スライダと第１ガイドレールとをスムーズに相対変位させることができるとともに、第２スライダと第２ガイドレールとをスムーズに相対変位させることができる。
また、各スライダにガイドレール延在方向以外の力や曲げモーメントが作用した場合の十分な抵抗力を付与することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１ボールねじ部や第２ボールねじ部が曲げ変形することを防止することができるため、ボールねじが効率よく機能し、慣性質量効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態による免震用回転慣性質量ダンパーの正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は上面図である。
【図２】Ｘ方向回転慣性質量ダンパーを下方から見た斜視図である。
【図３】ガイドレール、スライダ、ボールねじを説明する図である。
【図４】Ｙ方向回転慣性質量ダンパーを上方からみた斜視図である。
【図５】接合部を示す図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第２実施形態による免震用回転慣性質量ダンパーの正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ａについて、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ａは、積層ゴムなどの免震装置（不図示）を介して上下に配された上部構造体２と下部構造体３とを備える免震構造物４に取り付けられており、上部構造体２と下部構造体３との間に生じる水平方向の相対振動を低減させている。
免震用回転慣性質量ダンパー１Ａは、上部構造体２と下部構造体３との間に介装されていて、上部構造体２と下部構造体３との間に生じるＸ方向（一の方向）の相対振動を低減するためのＸ方向回転慣性質量ダンパー（第１回転慣性質量ダンパー）１０と、上部構造体２と下部構造体３との間に生じるＹ方向（他の方向）の相対振動を低減するためのＹ方向回転慣性質量ダンパー（第２回転慣性質量ダンパー）２０と、を備えている。
【００２５】
Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０は、上部構造体２の下端部２ａに取り付け架台５を介して固定されている。
ここで、Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０について、下側を上部構造体２側とし、上側を下部構造体３側として下方からＸ方向回転慣性質量ダンパー１０を見た様子を示す図２に基づいて説明する。
Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０は、取り付け架台５に固定されＸ方向へ延在するＸ方向ガイドレール１１と、該Ｘ方向ガイドレール１１に沿ってＸ方向へ移動可能なＸ方向スライダ１２と、Ｘ方向に延在するＸ方向ボールねじ部１３と、該Ｘ方向ボールねじ部１３が挿通可能な貫通孔１４ａが形成されるとともにＸ方向スライダ１２と一体化されたＸ方向ボールナット１４と、Ｘ方向ボールねじ部とＸ方向ボールナットとの間に配されたＸ方向ボールベアリング１５（図３参照）と、Ｘ方向ガイドレール１１に固定されＸ方向ボールねじ部１３を支持するＸ方向軸受１６と、Ｘ方向ボールねじ部１３の一方の端部１３ａに固定されて該Ｘ方向ボールねじ部１３とともに回転可能なＸ方向回転錘１７と、を備えている。
【００２６】
Ｘ方向ガイドレール１１は、延在方向に直交する断面形状が略Ｕ字状に形成され、略Ｕ字状の底部１１ａが取り付け架台５に固定されて、対向する一対の側部１１ｂ，１１ｂが上部構造体２の下端部２ａから下方へ突出している。Ｘ方向ガイドレール１１は、一対の側部１１ｂ，１１ｂ間をスライダ１２が移動するように構成されている。
一対の側部１１ｂ，１１ｂには、互いに対向する面にＸ方向へ延びるＸ方向ガイドレール溝部（溝部）１１ｃがそれぞれ形成されている。このＸ方向ガイドレール溝部１１ｃには、後述するガイド用ボールベアリング１８（図３参照）が転動するように構成されている。
【００２７】
図３に示すように、Ｘ方向スライダ１２は、Ｘ方向ガイドレール１１の一対の側部１１ｂ，１１ｂとそれぞれ対向する側面１２ａ，１２ａに、移動方向へ延びるＸ方向スライダ溝部（溝部）１２ｂが形成されている。一対のＸ方向スライダ溝部１２ｂ，１２ｂは、それぞれＸ方向ガイドレール溝部１１ｃと対向しており、Ｘ方向スライダ溝部１２ｂとＸ方向ガイドレール溝部１１ｃとの間には、多数のガイド用ボールベアリング１８が配されている。
【００２８】
これらのＸ方向ガイド用ボールベアリング１８は、Ｘ方向スライダ１２がＸ方向ガイドレール１１に沿って移動すると、Ｘ方向スライダ溝部１２ｂとＸ方向ガイドレール溝部１１ｃとの間を転動するように構成されている。
なお、Ｘ方向スライダ１２には、Ｘ方向ガイド用ボールベアリング１８を方向転換させるための方向転換路１２ｃと、Ｘ方向ガイド用ボールベアリング１８を循環させる転動体循環路１２ｄとが形成されていて、Ｘ方向ガイド用ボールベアリング１８はこれらを転動して循環するように構成されている。
【００２９】
図２に戻り、Ｘ方向ボールねじ部１３は、Ｘ方向ガイドレール１１よりもやや長く形成され、Ｘ方向回転錘１７が取り付けられた一方の端部１３ａ近傍と、他方の端部１３ｂとが、Ｘ方向ガイドレール１１の両端部に設けられた一対のＸ方向軸受１６，１６に周方向へ回転可能に支持されている。
図３に示すように、Ｘ方向ボールねじ部１３の外周面には、螺旋溝１３ａが形成されていて、Ｘ方向ボールナット１４の貫通孔１４ａの内周面には、螺旋溝１４ｂが形成されている。Ｘ方向ボールねじ部１３の螺旋溝１３ａとＸ方向ボールナット１４の螺旋溝１４ｂとの間に多数のボールベアリング１５が配されている。
【００３０】
これらのＸ方向ボールベアリング１５は、Ｘ方向ボールねじ部１３とＸ方向ボールナット１４とが相対変位すると、Ｘ方向ボールベアリング１５がＸ方向ボールねじ部１３の螺旋溝１３ａとＸ方向ボールナット１４の螺旋溝１４ｂとの間を転動するように構成されている。
なお、Ｘ方向ボールナット１４には、Ｘ方向ボールベアリング１５を循環させる転動体循環路１４ｃが形成されていて、Ｘ方向ボールベアリング１５は、転動体循環路１４ｃを転動して循環するように構成されている。
【００３１】
また、図２に示すように、Ｘ方向ボールナット１４は、Ｘ方向スライダ１２と一体化されていて、Ｘ方向スライダ１２とともにＸ方向ガイドレール１１に沿って移動可能に構成されている。
このため、Ｘ方向スライダ１２がＸ方向ガイドレール１１に沿って移動すると、Ｘ方向ボールねじ部１３とＸ方向ボールナット１４とは、Ｘ方向ガイドレールの延在方向、即ちＸ方向ボールねじ部１３の軸方向へ相対変位する。このとき、Ｘ方向ボールナット１４は、Ｘ方向スライダ１２によってＸ方向ボールねじ部１３の軸方向以外の変位が拘束されているため、Ｘ方向ボールねじ部１３は周方向へ回転する。
これらのＸ方向ボールねじ部１３、Ｘ方向ボールナット１４およびＸ方向ボールベアリング１５は、Ｘ方向ボールねじ１９を構成している。
【００３２】
次に、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０は、下部構造体３の上端部３ａに取り付け架台６を介して固定されている。
そして、図４に示すように、Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０は、取り付け架台６に固定されてＹ方向へ延在するＹ方向ガイドレール２１と、該Ｙ方向ガイドレール２１に沿ってＹ方向へ移動可能なＹ方向スライダ２２と、Ｙ方向に延在するＹ方向ボールねじ部２３と、該Ｙ方向ボールねじ部２３が挿通可能な貫通孔２４ａが形成されるとともにＹ方向スライダ２２と一体化されたＹ方向ボールナット２４と、Ｙ方向ボールねじ部２２とＹ方向ボールナット２３との間に配されたＹ方向ボールベアリング（不図示）と、Ｙ方向ガイドレール２１に固定されＹ方向ボールねじ部２３を支持するＹ方向軸受２６と、Ｙ方向ボールねじ部２３の一方の端部２３ａに固定されて該Ｙ方向ボールねじ部２３とともに回転可能なＹ方向回転錘２７と、を備えている。
【００３３】
Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０は、下部構造体３の上端部３ａに取り付け架台６を介してＹ方向ガイドレール２１が下側となるように固定されて、Ｙ方向ガイドレール２１およびＹ方向ボールねじ部２３がＹ方向へ延在している点以外は、Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０と同様に構成されている。
よって、Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０に備えられた各部材については、設置されている向き以外はＸ方向回転慣性質量ダンパー１０と同様に構成されている。つまり、Ｙ方向ガイドレール２１はＸ方向ガイドレール１１と同様に構成され、Ｙ方向スライダ２２はＸ方向スライダ１２と同様に構成され、Ｙ方向ボールねじ部２３はＸ方向ボールねじ部１３と同様に構成され、Ｙ方向ボールナット２４はＸ方向ボールナット１４と同様に構成され、Ｙ方向ボールベアリングはＸ方向ボールベアリング１５と同様に構成され、Ｙ方向回転錘２７はＸ方向回転錘１７と同様に構成されている。
そして、Ｙ方向ボールねじ部２３、Ｙ方向ボールナット２４およびＹ方向ボールベアリング（不図示）は、Ｙ方向ボールねじ２９を構成している。
また、Ｙ方向ガイドレール２１には、Ｙ方向ガイドレール溝部２１ｃが形成され、このＹ方向ガイドレール溝部２１ｃには、Ｙ方向ガイド用ボールベアリング２８が転動するように構成されている。
【００３４】
また、Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０およびＹ方向回転慣性質量ダンパー２０は、同等の慣性質量効果を備えており、本実施形態では、一般的な慣性質量のボールねじを使用した慣性質量ダンパーと同様に下記の諸元を設定した。
【００３５】
【数４】
【００３６】
ここで、図１に示すように、Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０のＸ方向スライダ１２と、Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０のＹ方向スライダ２２とは、互いに上下方向に相対変位可能に保持するとともに、水平面内には相対回転可能にピン接合する接合部材３０を介して、互いに水平２方向の相対変位を拘束するように接合されている。
図１および図５に示すように、接合部材３０は、上端面３１ａがＸ方向スライダ１２の下面１２ａ（図１参照）に取り付けられて厚さ方向へ延び下方へ開口するダボ穴３１ｂが形成された第１板材３１と、下端面３２ａがＹ方向スライダ２２の上端面２２ａ（図１参照）に取り付けられて厚さ方向へ延び上方へ開口するダボ穴３２ｂが形成された第２板材３２と、上端部３３ａ（図５参照）が第１板材３１のダボ穴３１ｂに挿入されて下端部３３ｂ（図５参照）が第２板材３２のダボ穴３２ｂに挿入されるダボピン３３と、を備えている。
【００３７】
ダボ穴３１ｂ，３２ｂは、断面形状が円形状となるように形成され、ダボピン３３は、円柱状に形成されている。ダボピン３３は、断面形状がダボ穴３１ｂ，３２ｂの断面形状よりもわずかに小径となるように形成されている。
これにより、第１板材３１と第２板材３２とは、ダボピン３３の軸（Ｚ軸）を中心にそれぞれ回転可能であるとともに、上下方向（Ｚ軸）に相対変位可能に構成されている。なお、ダボピン３３を第１板材３１または第２板材３２と一体化させる等、接合部材３０は上記以外の構成としてもよい。
ここで、接合部材３０によって接合されたＸ方向スライダ１２およびＹ方向スライダ２２をスライダ部３５（図１参照）として以下説明する。
【００３８】
まず、上部構造体２に地震などにより振動が生じた場合の免震用回転慣性質量ダンパー１Ａの動作について説明する。
上部構造体２に生じた振動をＸ方向の振動とＹ方向の振動に分解すると、Ｘ方向の振動をＸ方向回転慣性質量ダンパー１０が低減させ、Ｙ方向の振動をＹ方向回転慣性質量ダンパー２０が低減させている。
そして、上部構造体２が変位することによって、スライダ部３５は、Ｘ方向ガイドレール１１とＸ方向へ相対変位するとともに、Ｙ方向ガイドレール２１とＹ方向へ相対変位する。
【００３９】
このとき、スライダ部３５とＸ方向ガイドレール１１とがＸ方向へ相対変位することにより、Ｘ方向ボールねじ部１３とＸ方向ボールナット１４とがＸ方向（Ｘ方向ボールねじ部１３の軸方向）へ相対変位するため、Ｘ方向ボールねじ１９が作用する。
そして、Ｘ方向ボールねじ部１３が周方向に回転して、Ｘ方向回転錘１７がＸ方向ボールねじ部１３とともに回転し、Ｘ方向回転錘１７の回転慣性モーメントが生じるため、免震構造物４へ慣性質量効果が生じ、上部構造体２の振動が低減する。
【００４０】
また、スライダ部３５とＹ方向ガイドレール２１とがＹ方向へ相対変位することにより、Ｙ方向ボールねじ部２３とＹ方向ボールナット２４とＹ方向（Ｙ方向ボールねじ部２３の軸方向）へ相対変位するため、Ｙ方向ボールねじ２９が作用する。
そして、Ｙ方向ボールねじ部２３が周方向に回転して、Ｙ方向回転錘２７がＹ方向ボールねじ部２３とともに回転し、Ｙ方向回転錘２７の回転慣性モーメントが生じるため、免震構造物４へ慣性質量効果が生じ、上部構造体２の振動が低減する。
【００４１】
次に、上述した免震用回転慣性質量ダンパー１Ａの効果について説明する。
本実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ａによれば、Ｘ方向ボールねじ部１３およびＹ方向ボールねじ部２３は、それぞれガイドレール部１１，２１の両端部に設けられた軸受１６，２６に保持されているとともに、スライダ部３５は、各ガイドレール溝部１１ｃ，２１ｃおよび各ガイドレールベアリング１８，２８により各ガイドレール１１，２１に沿って移動するように構成されている。これにより、各ガイドレール１１，２１の延在方向以外の力やモーメントが作用した場合にも十分な抵抗力が確保され、各ボールねじ部１３，２３の軸方向（ガイドレール１１，２１の延在方向）と、各ボールナット１４，２４の変位方向（スライダ１２，２２の変位方向）とのずれが防止されるため、各ボールねじ１９，２９が効率よく機能するとともに、各ボールねじ部１３，２３や各ボールナット１４，２４に変形が生じることを防ぐことができる。
【００４２】
また、Ｘ方向スライダ１２とＹ方向スライダ２２とが上下方向へ相対変位可能であることにより、上部構造体２と下部構造体３とが上下方向に相対変位した場合にも、この相対変位に追従して、Ｘ方向スライダ１２とＹ方向スライダ２２とが上下方向へ相対変位するだけで、各ボールねじ部１３，２３と各ボールナット１４，２４とが上下方向に相対変位することがないため、各ボールねじ部１３，２３や各ボールナット１４，２４に変形が生じることを防ぐことができる。
また、このとき、各ガイドレール１１，２１と各スライダ１２，２２とが上下方向へ相対変位することがないため、各スライダ１２，２２が各ガイドレール１１，２１から外れることを防ぐことができる。
【００４３】
また、Ｘ方向スライダ１２とＹ方向スライダ２２とが接合部材３０を用いて水平面内において互いに回転可能にピン接合されていることにより、上部構造体２と下部構造体３との間にＺ軸（鉛直方向）周りのねじれが生じた場合に、このねじれによってスライダ部３５に力が作用することを防ぐことができる。このため、各ボールねじ部１３，２３と各ボールナット１４，２４との間にＺ軸周りのねじれが生じることがなく、各ボールねじ部１３，２３や各ボールナット１４，２４に変形が生じることを防ぐことができる。
また、上部構造体２にはＸ方向回転慣性質量ダンパー１０を設置し、下部構造体３にはＹ方向回転慣性質量ダンパー２０を設置すればよいため、従来の制振ダンパーと比べて平面的設置スペースを少なくすることができる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１実施形態と異なる構成について説明する。
図６に示すように、第２実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ｂは、Ｙ方向へ所定の間隔をあけて上部構造体２に取り付けられた２つのＸ方向回転慣性質量ダンパー１０，１０と、Ｘ方向へ所定の間隔をあけて下部構造体３に取り付けられた２つのＹ方向回転慣性質量ダンパー２０，２０と、を備えている。
【００４５】
Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０は、それぞれ２つのＸ方向スライダ１２，１２を備えている。また、Ｙ方向回転慣性質量ダンパー２０は、それぞれ２つのＹ方向スライダ２２，２２を備えている。
そして、Ｘ方向回転慣性質量ダンパー１０のＸ方向スライダ１２，１２は、２つのＹ方向回転慣性質量ダンパー２０のＹ方向スライダ２２，２２とそれぞれ接合部材３０を介して接合されている。
これにより、第２実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ｂは、４つのスライダ部３５を備えている。
【００４６】
第２実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ｂによれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第１実施形態による免震用回転慣性質量ダンパー１Ａと比べて、回転錘１７，２７を多く設けることができるため慣性質量効果を向上させることができるとともに、免震層でのＺ軸まわりのねじれを少なくすることができる。また、複数のスライダ部３５を備えていることにより、各スライダ部３５に作用する力を低減させることができる。
【００４７】
以上、本発明による免震用回転慣性質量ダンパーの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、免震用回転慣性質量ダンパー１Ａ，１Ｂは、Ｘ方向の振動を低減させるＸ方向回転慣性質量ダンパー１０と、Ｙ方向の振動を低減させるＹ方向回転慣性質量ダンパー２０と、を備え、Ｘ方向ガイドレール１１とＹ方向ガイドレール２１とが直交する方向に延在しているが、Ｘ方向ガイドレール１１とＹ方向ガイドレール２１とは交差していればよく、必ずしも直交していなくてもよい。
また、上述した実施形態では、各ボールねじ部１３，２３の一方の端部１３ａ，２３ａに回転錘１７，２７が取り付けられているが、両方の端部に回転錘１７，２７を取り付けてもよい。
また、上述した第２実施形態では、２つのＸ方向回転慣性質量ダンパー１０と、２つのＹ方向回転慣性質量ダンパー２０とを備えているが、３つ以上のＸ方向回転慣性質量ダンパー１０と、３つ以上のＹ方向回転慣性質量ダンパー２０とを備えていてもよい。またＸ方向回転慣性質量ダンパー１０とＹ方向回転慣性質量ダンパー２０の台数は、異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１Ａ，１Ｂ 免震用回転慣性質量ダンパー
２ 上部構造体
３ 下部構造体
４ 免震構造物
１０ Ｘ方向回転慣性質量ダンパー（第１回転慣性質量ダンパー）
１１ Ｘ方向ガイドレール（第１ガイドレール）
１１ｃ Ｘ方向ガイドレール溝部（溝部）
１２ Ｘ方向スライダ（第１スライダ）
１２ｂ Ｘ方向スライダ溝部（溝部）
１３ Ｘ方向ボールねじ部（第１ボールねじ部）
１４ Ｘ方向ボールナット（第１ボールナット）
１５ Ｘ方向ボールベアリング（第１ボールベアリング）
１６ Ｘ方向軸受（第１軸受）
１７ Ｘ方向回転錘（第１回転錘）
１９ Ｘ方向ボールねじ（第１ボールねじ）
２０ Ｙ方向回転慣性質量ダンパー（第２回転慣性質量ダンパー）
２１ Ｙ方向ガイドレール（第２ガイドレール）
２２ Ｙ方向スライダ（第２スライダ）
２３ Ｙ方向ボールねじ部（第２ボールねじ部）
２４ Ｙ方向ボールナット（第２ボールナット）
２６ Ｙ方向軸受（第２軸受）
２７ Ｙ方向回転錘（第２回転錘）
２９ Ｙ方向ボールねじ（第２ボールねじ）
３０ 接合部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
免震装置を介して上下に配された上部構造体と下部構造体との間に介装されて、
前記上部構造体と前記下部構造体との間に生じる水平面内における一の方向の相対振動を低減するための第１回転慣性質量ダンパーと、
前記上部構造体と前記下部構造体との間に生じる水平面内において前記一の方向と交差する他の方向の相対振動を低減するための第２回転慣性質量ダンパーと、を有する免震用回転慣性質量ダンパーであって、
前記第１回転慣性質量ダンパーは、
前記上部構造体の下部に固定されて前記一の方向へ延在する第１ガイドレールと、
該第１ガイドレールに沿って移動可能な第１スライダと、
前記第１ガイドレールの延在方向へ延びる第１ボールねじ部と、
該第１ボールねじ部が挿通可能な貫通孔が形成されるとともに前記第１スライダと一体化された第１ボールナットと、
前記第１ボールねじ部と前記第１ボールナットとの間に配された第１ボールベアリングと、
前記第１ガイドレールに固定され前記第１ボールねじ部を支持する第１軸受と、
前記第１ボールねじ部の少なくとも一方の先端部に固定された回転錘と、を備え、
前記第２回転慣性質量ダンパーは、
前記下部構造体の上部に固定されて前記他の方向へ延在する第２ガイドレールと、
該第２ガイドレールに沿って移動可能な第２スライダと、
前記第２ガイドレールの延在方向へ延びる第２ボールねじ部と、
該第２ボールねじ部が挿通可能な貫通孔が形成されるとともに前記第２スライダと一体化された第２ボールナットと、
前記第２ボールねじ部と前記第２ボールナットとの間に配された第２ボールベアリングと、
前記第２ガイドレールに固定され前記第２ボールねじ部を支持する第２軸受と
前記第２ボールねじ部の少なくとも一方の先端部に固定された回転錘と、を備え、
前記第１スライダと前記第２スライダとは鉛直方向に対向し、水平面内において互いに回転可能にピン接合されているとともに、上下方向に相対変位可能であることを特徴とする免震用回転慣性質量ダンパー。
【請求項２】
前記第１回転慣性質量ダンパーおよび第２回転慣性質量ダンパーをそれぞれ複数有し、
前記複数の第１回転慣性質量ダンパーは、それぞれ前記第１スライダを複数備えるとともに、前記複数の第２回転慣性質量ダンパーは、それぞれ前記第２スライダを複数備え、
前記複数の第１スライダと前記複数の第２スライダとは鉛直方向にそれぞれ対向し、水平面内において互いに回転可能にピン接合されているとともに、上下方向に相対変位可能であることを特徴とする請求項１に記載の免震用回転慣性質量ダンパー。
【請求項３】
前記第１ガイドレールおよび前記第１スライダには、互いに対向し前記第１ガイドレールの延在方向へ延びる溝部がそれぞれ形成されるとともに、前記第２ガイドレールおよび前記第２スライダには、互いに対向し前記第２ガイドレールの延在方向へ延びる溝部がそれぞれ形成され、
前記対向する溝部の間には、ボールベアリングが配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の免震用回転慣性質量ダンパー。
【請求項１】
免震装置を介して上下に配された上部構造体と下部構造体との間に介装されて、
前記上部構造体と前記下部構造体との間に生じる水平面内における一の方向の相対振動を低減するための第１回転慣性質量ダンパーと、
前記上部構造体と前記下部構造体との間に生じる水平面内において前記一の方向と交差する他の方向の相対振動を低減するための第２回転慣性質量ダンパーと、を有する免震用回転慣性質量ダンパーであって、
前記第１回転慣性質量ダンパーは、
前記上部構造体の下部に固定されて前記一の方向へ延在する第１ガイドレールと、
該第１ガイドレールに沿って移動可能な第１スライダと、
前記第１ガイドレールの延在方向へ延びる第１ボールねじ部と、
該第１ボールねじ部が挿通可能な貫通孔が形成されるとともに前記第１スライダと一体化された第１ボールナットと、
前記第１ボールねじ部と前記第１ボールナットとの間に配された第１ボールベアリングと、
前記第１ガイドレールに固定され前記第１ボールねじ部を支持する第１軸受と、
前記第１ボールねじ部の少なくとも一方の先端部に固定された回転錘と、を備え、
前記第２回転慣性質量ダンパーは、
前記下部構造体の上部に固定されて前記他の方向へ延在する第２ガイドレールと、
該第２ガイドレールに沿って移動可能な第２スライダと、
前記第２ガイドレールの延在方向へ延びる第２ボールねじ部と、
該第２ボールねじ部が挿通可能な貫通孔が形成されるとともに前記第２スライダと一体化された第２ボールナットと、
前記第２ボールねじ部と前記第２ボールナットとの間に配された第２ボールベアリングと、
前記第２ガイドレールに固定され前記第２ボールねじ部を支持する第２軸受と
前記第２ボールねじ部の少なくとも一方の先端部に固定された回転錘と、を備え、
前記第１スライダと前記第２スライダとは鉛直方向に対向し、水平面内において互いに回転可能にピン接合されているとともに、上下方向に相対変位可能であることを特徴とする免震用回転慣性質量ダンパー。
【請求項２】
前記第１回転慣性質量ダンパーおよび第２回転慣性質量ダンパーをそれぞれ複数有し、
前記複数の第１回転慣性質量ダンパーは、それぞれ前記第１スライダを複数備えるとともに、前記複数の第２回転慣性質量ダンパーは、それぞれ前記第２スライダを複数備え、
前記複数の第１スライダと前記複数の第２スライダとは鉛直方向にそれぞれ対向し、水平面内において互いに回転可能にピン接合されているとともに、上下方向に相対変位可能であることを特徴とする請求項１に記載の免震用回転慣性質量ダンパー。
【請求項３】
前記第１ガイドレールおよび前記第１スライダには、互いに対向し前記第１ガイドレールの延在方向へ延びる溝部がそれぞれ形成されるとともに、前記第２ガイドレールおよび前記第２スライダには、互いに対向し前記第２ガイドレールの延在方向へ延びる溝部がそれぞれ形成され、
前記対向する溝部の間には、ボールベアリングが配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の免震用回転慣性質量ダンパー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２７３７４（Ｐ２０１２−１２７３７４Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７７２３７（Ｐ２０１０−２７７２３７）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（３０２０６６６１８）ＮＳＫプレシジョン株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（３０２０６６６１８）ＮＳＫプレシジョン株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
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