制振ダンパー装置
【課題】変位増幅機構で相対変位する部材間の相対変位を効率的に増幅させることができると共に、変位増幅機構から制振ダンパーに伝達される変位のロスを少なくすることができる。
【解決手段】互いに相対変位する下階梁（第１部材）３２および上階梁（第２部材）３３の間に介装され、下階梁３２と上階梁３３との相対変位を増幅させる変位増幅機構１０と、一方の端部４０ａが下階梁３２に固定され、他方の端部４０ｂが変位増幅機構１０と接続される制振ダンパー４０と、を備える。
【解決手段】互いに相対変位する下階梁（第１部材）３２および上階梁（第２部材）３３の間に介装され、下階梁３２と上階梁３３との相対変位を増幅させる変位増幅機構１０と、一方の端部４０ａが下階梁３２に固定され、他方の端部４０ｂが変位増幅機構１０と接続される制振ダンパー４０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位増幅機構を備える制振ダンパー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに相対変位する部材間に介装されたオイルダンパーは、オイルダンパー両端の相対速度に比例した負担力を備えており、温度や振動数の変化に対して変動が小さく、リリーフ弁を設けることで過負荷防止を図ることができるという優れた特性を有している。
【０００３】
しかし、オイルダンパーの負担力を大きくするには、オイルダンパーの径を大きくしたり、肉厚を厚くしたりする必要があるため、製造コストがかかってしまう。これに対し、オイルダンパーの変位（ストローク）を大きくするには、オイルダンパーのシリンダー（外筒）を長くする必要があるが、オイルダンパーの径を大きくしたり肉厚を厚くしたりする必要がないため、製造コストを抑えることができる。
このため、近年では、部材間の相対振動を変位増幅機構で増幅させてダンパーに伝達し、負担力は小さいがストロークの大きいダンパーを使用することで、安価に減衰性能を向上させた制振ダンパー装置が実用化されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、梃子を利用した変位増幅機構を備える制振ダンパー装置が開示されている。
また、梃子に代わってトグルを利用した変位増幅機構を備える制振ダンパー装置も提案されている。
【０００５】
このような制振ダンパー装置に備えられた変位増幅機構は、ダンパーに作用する変位を、部材間の相対変位のα倍（２〜５倍程度）に増幅することができると共に、構造体に作用する力をα倍に、そして、減衰係数をα２ 倍に拡大することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８２００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の制振ダンパー装置では、変位増幅機構が、梃子やトグルによって構成されていることにより、変位増幅機構にダンパーの軸方向（ストローク方向）に交差する部材があるため、このような部材の曲げ変形や軸伸縮などにより、変位が増幅される方向がダンパーの軸方向とずれてしまい、増幅された変位が効率的にダンパーに作用しないことがある。
また、部材間の変位を効率的に増幅させてダンパーに作用させるためには、ダンパーや変位増幅機構が配された構面外に、変位増幅機構が変形することを防止する必要がある。
また、梃子やトグルのピン接合部のガタや部材変形によって、増幅される変位にロスが生じ、ダンパーに作用する変位が設定値よりも小さくなることがある。
【０００８】
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたもので、変位増幅機構で部材間の相対変位を効率的に増幅させることができると共に、変位増幅機構から制振ダンパーに伝達される変位のロスを少なくすることができる制振ダンパー装置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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る制振ダンパー装置は、互いに相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、前記第１部材および前記第２部材の相対変位を増幅させる変位増幅機構と、一方の端部が前記第１部材に固定され、他方の端部が前記変位増幅機構と接続されると共に、該変位増幅機構によって増幅された前記相対変位が伝達されて前記相対変位のエネルギーを吸収する制振ダンパーと、を備える制振ダンパー装置であって、前記変位増幅機構は、前記制振ダンパーの他方の端部に回転自在継手を介して接続された第１ねじ部と、該第１ねじ部と同軸で連結された第２ねじ部と、前記第１部材に固定されると共に前記第１ねじ部が挿通された第１ナットと、前記第２部材に固定されると共に前記第２ねじ部が挿通された第２ナットと、前記第１ねじ部と前記第１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２ねじ部と前記第２ナットとの間に配された第２ボールベアリングと、を備え、前記第１ねじ部と、前記第２ねじ部と、が前記制振ダンパーが作用する方向に延在していると共に、前記第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る制振ダンパー装置では、互いに相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、前記第１部材および前記第２部材の相対変位を増幅させる変位増幅機構と、一方の端部が前記第１部材に固定され、他方の端部が前記変位増幅機構と接続されると共に、該変位増幅機構によって増幅された前記相対変位が伝達されて前記相対変位のエネルギーを吸収する制振ダンパーと、を備える制振ダンパー装置であって、前記変位増幅機構は、前記第１部材に固定された第１ねじ部と、該第１ねじ部と同軸線状に配されて前記第２部材に固定された第２ねじ部と、前記制振ダンパーの他方の端部に軸中心に回転可能に保持されると共に前記第１ねじ部が挿通された第１ナットと、該第１ナットと連結され、前記制振ダンパーの他方の端部に軸中心に回転可能に保持されると共に、前記第２ねじ部が挿通された第２ナットと、前記第１ねじ部と前記第１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２ねじ部と前記第２ナットとの間に配された第２ボールベアリングと、を備え、前記第１ねじ部と、前記第２ねじ部と、が前記制振ダンパーが作用する方向に延在していると共に、前記第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、変位増幅機構の第１ボールベアリングの第１リードと、第２ボールベアリングの第２リードとが異なることにより、第１部材および第２部材間の相対変位を増幅させることができ、制振ダンパーの減衰性能を高めることができる。
また、第１ねじ部および第２ねじ部は、制振ダンパーが作用する方向に延在していることにより、従来の梃子やトグルを用いた変位増幅機構と比べて、制振ダンパーが作用する方向と異なる方向に変位する部材がないため、設置スペースを縮小できると共に、部材の変形や軸伸縮によって制振ダンパーに作用する変位が小さくなることを防止することができる。
また、変位増幅機構による変位の増幅率は、リード幅を調整することで所望の値に容易に設定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、制振ダンパーの減衰性能を高めることができると共に、変位増幅機構が第１および第２部材間の変位をロスなく制振ダンパーに作用させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態における制振ダンパー装置の構成を説明する図である。
【図２】本発明の第１実施形態における変位増幅機構の構成を説明する図である。
【図３】本発明の第１実施形態における変位増幅機構の動きを説明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態における制振ダンパー装置の構成を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態における変位増幅機構の構成を説明する図である。
【図６】本発明の第２実施形態における変位増幅機構の動きを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による制振ダンパー装置について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態による制振ダンパー装置１Ａは、構造物３１の上下方向に隣り合う下階梁３２（第１部材）と上階梁３３（第２部材）との間に介装されている。
制振ダンパー装置１Ａは、下階梁３２と上階梁３３との相対変位を増幅させる変位増幅機構１０と、変位増幅機構１０で増幅された変位が伝達され、この増幅された変位のエネルギーを吸収するオイルダンパー４０（制振ダンパー）と、を備えている。
オイルダンパー４０は、軸方向（ストロークの方向）の一方の端部４０ａが、オイルダンパー取り付け治具４１を介して下階梁３２に固定され、他方の端部４０ｂが、回転自在継手４２を介して変位増幅機構１０と接続されている。
【００１５】
図２に示すように、変位増幅機構１０は、リードの異なる２つのねじ部１１，１２に、各々ボールナット１３，１４を噛み合わせる。図２において、左側に配された第１ねじ部１１と右側に配された第２ねじ部１２は軸中心が一致するように連結されており、同軸上で変位も回転も同じになるように一体化されている。この第１ねじ部１１と第２ねじ部１２を合わせてねじ部１５とする。ここでは、左側の第１ねじ部１１のリード（ねじ溝のピッチ）Ｌｄ１を３０ｍｍ、右側の第２ねじ部１２のリードＬｄ２を２０ｍｍとし、左側の第１ナット１３を固定端とし、右側の第２ナット１４を軸方向に変位可能に構成している。また、第２ナット１４は、その軸を中心とした回転を拘束されている。
【００１６】
また、第１ねじ部１１の外周面と第１ナット１３の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第１ねじ部１１と第１ナット１３との間には第１ボールベアリング１７が配されている。同様に、第２ねじ部１２の外周面と第２ナット１４の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第２ねじ部１２と第２ナット１４との間には第２ボールベアリング１８が配されている。つまり、第１ナット１３および第２ナット１４はともに回転拘束されており、第２ナット１４はねじ部１５の軸方向に沿って移動可能になっている。
【００１７】
ここで、第１ねじ部１１、第１ナット１３および第１ボールベアリング１７で第１ボールねじ２１を構成し、第２ねじ部１２、第２ナット１４および第２ボールベアリング１８で第２ボールねじ２２を構成している。
【００１８】
そして、図１に示すように、変位増幅機構１０は、第１ねじ部１１の第２ねじ部１２側と反対側の端部１１ａが、オイルダンパー４０の軸方向（ストロークの方向）の他方の端部４０ｂに回転自在継手４２を介して接続されている。このとき、ねじ部１５の軸方向と、オイルダンパー４０の軸方向は一致している。
また、第１ナット１３が下階梁３２に固定され、第２ナット１４が、接合治具３５を介して上階梁３３に連結されたブレース３４に固定されると共に、下階梁３２に設けられたリニアガイド３６に沿って変位可能に構成されている。
【００１９】
このように構成された変位増幅機構１０において、第２ナット１４が軸方向に変位ｘ２移動したとき、ねじ部１５の回転角をθとすると、いずれも右ねじとして、
【００２０】
【数１】
【００２１】
となる。すなわち、本実施形態では、第１ねじ部１１のリードＬｄ１が３０ｍｍ、第２ねじ部１２のリードＬｄ２が２０ｍｍであるため、第２ナット１４の変位ｘ２に対して、ねじ部１５の変位ｘは３倍に拡大されることとなる。
【００２２】
具体的に説明すると、図３に示すように、ねじ部１５が１回転すると、第１ナット１３が固定端であるため、ねじ部１５は３０ｍｍ右方向に変位する。第２ナット１４のリードＬｄ２が２０ｍｍで、右ねじであるため、ねじ部１５が１回転すると第２ナット１４はねじ部１５に対して２０ｍｍ左方向に変位する。すなわち、固定端（第１ナット１３）に対しては１０ｍｍ右方向に変位することになる。その結果、第２ナット１４の変位１０ｍｍに対してねじ部１５の変位は３０ｍｍとなり、ねじ部の変位が３倍に拡大（増幅）されることとなる。
【００２３】
この変位増幅機構１０は、ボールねじ２１，２２の組み合わせだけで変位を拡大（増幅）することができ、梃子機構やトグル機構のように軸方向以外への部材が不要であり、ボールねじ２１，２２の軸方向の部材だけで成立するため、ロスも小さく、コンパクトで合理的である。
【００２４】
そして、地震の振動などにより図１に示す下階梁３２と上階梁３３とが相対変位すると、下階梁３２に固定された第１ナット１３と、上階梁３３にブレース３４および接続治具３５を介して固定された第２ナット１４とが相対変位する。
そして、第２ナット１４が、その軸を中心とした回転を拘束された状態で下階梁３２に沿って移動することで、ねじ部１５が軸中心に回転して第１ナット１３および第２ナット１４に対して相対変位する。
そして、上述したように、本実施形態では、第１ねじ部１１のリードＬｄ１が３０ｍｍ、第２ねじ部１２のリードＬｄ２が２０ｍｍであることにより、第２ナット１４の変位ｘ２（層間変位）に対して、ねじ部１５の変位ｘは３倍に拡大されるため、オイルダンパー４０には、層間変位が３倍に拡大された変位ｘが生じることになる。
【００２５】
次に、上述した制振ダンパー装置１Ａの効果について説明する。
上述した本実施形態による制振ダンパー装置１Ａでは、リードの異なる第１ボールナット２１および第２ボールナット２２を併用することにより、下階梁３２と上階梁３３との相対変位を増幅させることができるため、オイルダンパー４０の減衰性能を高めることができる効果を奏する。
また、変位増幅機構１０による変位の増幅率は、リード幅を調整することで所望の値に容易に設定することができる。
【００２６】
また、本実施形態による変位増幅機構１０は、従来の梃子やトグルを用いた変位増幅機構と比べて、制振ダンパー４０の軸方向と異なる方向に変位する部材がないため、設置スペースを縮小できると共に、変位増幅機構１０の部材の変形や軸伸縮によって増大される変位にロスが生じることを抑制することができる。
また、変位増幅機構１０を用いることで、負担力の小さい安価なオイルダンパー４０であっても、減衰性能を高めることができるため、低コストで構造物３１の制振性能を高めることができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図４乃至６に基づいて説明する。
図４に示すように、第２実施形態による制振ダンパー装置１Ｂは、第１実施形態と同様に構造物７１の上下方向に隣り合う下階梁７２と上階梁７３との間に介装され、下階梁７２と上階梁７３との相対変位を増幅させる変位増幅機構５０と、変位増幅機構５０で増幅された変位が伝達され、この増幅された変位のエネルギーを吸収するオイルダンパー８０とを備えている。
オイルダンパー８０は、軸方向（ストロークの方向）の一方の端部８０ａが、オイルダンパー取り付け治具８１を介して下階梁７２に固定され、他方の端部８０ｂが、ハウジング８２を介して変位増幅機構５０と接続されている。
【００２８】
図５に示すように、第２実施形態では、変位増幅機構５０のリードの異なる第１ねじ部５１と第２ねじ部５２とが離間しており、軸中心が一致するように配されている。第１ねじ部５１および第２ねじ部５２は、それぞれ軸中心の回転が拘束されている。
第１ねじ部５１のリード（ねじ溝のピッチ）Ｌｄ１を３０ｍｍ、第２ねじ部５２リードＬｄ２を２０ｍｍとする。
【００２９】
第１ねじ部５１が挿通された第１ナット５３と第２ねじ部５２が挿通された第２ナット５４とは、軸中心が一致するように鋼管５５で連結されており、同軸上で変位も回転も同じになるように一体化されている。
また、第１ナット５３および第２ナット５４は、ねじ部に対し軸方向に相対変位可能で、軸中心に回転可能に保持されている。
【００３０】
そして、第１実施形態と同様に、第１ねじ部５１の外周面と第１ナット５３の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第１ねじ部５１と第１ナット５３との間には第１ボールベアリング５７が配されている。同様に、第２ねじ部５２の外周面と第２ナット５４の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第２ねじ部５２と第２ナット５４との間には第２ボールベアリング５８が配されている。
つまり、第１ナット５３および第２ナット５４はともに軸方向に移動可能であり、第１ねじ部５１および第２ねじ部５２も軸方向に沿ってそれぞれ移動可能になっている。
【００３１】
ここで、第１ねじ部５１、第１ナット５３および第１ボールベアリング５７で第１ボールねじ６１を構成し、第２ねじ部５２、第２ナット５４および第２ボールベアリング５８で第２ボールねじ６２を構成している。
【００３２】
そして、図４に示すように、上述した変位増幅機構５０は、第１ねじ部５１の第２ねじ部５２側と反対側の端部５１ａが、オイルダンパー８０の軸方向（ストロークの方向）の一方の端部８０ａにダンパー取り付け治具８１を介して接続されている。このとき、ダンパー取り付け治具８１は、下階梁７２に固定され、第１ねじ部５１の変位および回転を拘束している。また、第１ねじ部５１の軸方向と、オイルダンパー８０の軸方向は平行している。
【００３３】
また、第２ねじ部５２の第１ねじ部５１側と反対側の端部５２ａが、接合治具７５を介して上階梁７３に連結されたブレース７４に固定されている。接合治具７５は、下階梁７２に設けられたリニアガイド７６に沿って変位可能に構成されている。
また、第１ナット５３および第２ナット５４は、ハウジング８２を介してオイルダンパー８０の他方の端部８０ｂに固定されると共に、下階梁７２に設けられたリニアガイド７６に沿って変位可能に構成されている。ハウジング８２は、第１ナット５３および第２ナット５４を軸中心に回転可能に保持している。
【００３４】
このように構成された変位増幅機構５０において、連結された第１ナット５３および第２ナット５４の回転角をθとすると、いずれも右ねじとして、
【００３５】
【数２】
【００３６】
となる。すなわち、本実施形態では、第１ねじ部５１のリードＬｄ１が３０ｍｍ、第２ねじ部５２のリードＬｄ２が２０ｍｍであるため、第１ねじ部５１および第２ねじ部５２の相対変位ｘに対して、第１ねじ部５１と第１ナット５３との相対変位ｘ１ は３倍に拡大されることとなる。
【００３７】
具体的に説明すると、図６に示すように、第１ナット５３および第２ナット５４が１回転すると、第１ねじ部５１は第１ナット５３に対して３０ｍｍ右方向に変位し、第２ねじ部５２は第２ナット５４に対して２０ｍｍ右方向に変位する。これにより、第１ねじ部５１と第２ねじ部５２とは、互いに接近する方向に１０ｍｍ相対変位することになる。その結果、第１ねじ部５１と第２ねじ部５２との相対変位（ｘ）１０ｍｍに対して第１ねじ部５１と第１ナット５３との相対変位は３０ｍｍとなり、第１ねじ部５１と第２ねじ部５２との相対変位（ｘ１ ）が３倍に拡大（増幅）されることとなる。
【００３８】
そして、地震の振動などにより図４に示す下階梁７２と上階梁７３とが相対変位すると、下階梁７２に固定された第１ねじ部５１と、上階梁７３にブレース７４および接続治具７５を介して固定された第２ねじ部５２とが相対変位する。
そして、第１ねじ部５１および第２ねじ部５２は、回転を拘束されているため、第１ナット５３および第２ナット５４が回転することで、軸方向に変位する。
そして、上述したように、本実施形態では、第１ねじ部５１のリードＬｄ１が３０ｍｍ、第２ねじ部５２のリードＬｄ２が２０ｍｍであることにより、第１ねじ部５１と第２ねじ部５２との相対変位ｘ（層間変位）に対して、第１ねじ部５１の変位ｘ１は３倍に拡大されるため、オイルダンパー８０には、層間変位が３倍に拡大された変位ｘ１が生じることになる。
【００３９】
第２実施形態による制振ダンパー装置１Ｂでは、変位増幅機構８０によって、下階梁７２と上階梁７３との相対変位を増幅させていることにより、第１実施形態と同様の効果を奏する。
また、本実施形態によれば、オイルダンパー８０と第１ねじ部５１との間に第１実施形態の回転自在継手４２（図１参照）を不要とすることができ、製造コストを下げることができる。
また、第１実施形態と比べて、オイルダンパー８０と変位拡幅機構５０とを並列に設置することができるため、設置箇所のスパンが小さい場合でも制振ダンパー装置１Ｂを設置することができる。
【００４０】
以上、本発明による変位増幅機構および制震構造物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、オイルダンパー４０，８０が設けられているが、オイルダンパー４０，８０に代わって、粘性ダンパーや粘弾性ダンパーなど他の制振ダンパーを設けてもよい。
また、上述した実施の形態では、リードＬｄ１の寸法を３０ｍｍ、リードＬｄ２の寸法を２０ｍｍとしているが、これ以外の寸法としてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１Ａ，１Ｂ 制振ダンパー装置
１０，５０ 変位増幅機構
１１，５１ 第１ねじ部
１２，５２ 第２ねじ部
１３，５３ 第１ナット
１４，５４ 第２ナット
１５ ねじ部
１７，５７ 第１ボールベアリング
１８，５８ 第２ボールベアリング
３１，７１ 構造物
３２，７２ 下階梁（第１部材）
３３，７３ 上階梁（第２部材）
４０，８０ オイルダンパー（制振ダンパー）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位増幅機構を備える制振ダンパー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに相対変位する部材間に介装されたオイルダンパーは、オイルダンパー両端の相対速度に比例した負担力を備えており、温度や振動数の変化に対して変動が小さく、リリーフ弁を設けることで過負荷防止を図ることができるという優れた特性を有している。
【０００３】
しかし、オイルダンパーの負担力を大きくするには、オイルダンパーの径を大きくしたり、肉厚を厚くしたりする必要があるため、製造コストがかかってしまう。これに対し、オイルダンパーの変位（ストローク）を大きくするには、オイルダンパーのシリンダー（外筒）を長くする必要があるが、オイルダンパーの径を大きくしたり肉厚を厚くしたりする必要がないため、製造コストを抑えることができる。
このため、近年では、部材間の相対振動を変位増幅機構で増幅させてダンパーに伝達し、負担力は小さいがストロークの大きいダンパーを使用することで、安価に減衰性能を向上させた制振ダンパー装置が実用化されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、梃子を利用した変位増幅機構を備える制振ダンパー装置が開示されている。
また、梃子に代わってトグルを利用した変位増幅機構を備える制振ダンパー装置も提案されている。
【０００５】
このような制振ダンパー装置に備えられた変位増幅機構は、ダンパーに作用する変位を、部材間の相対変位のα倍（２〜５倍程度）に増幅することができると共に、構造体に作用する力をα倍に、そして、減衰係数をα２ 倍に拡大することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８２００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の制振ダンパー装置では、変位増幅機構が、梃子やトグルによって構成されていることにより、変位増幅機構にダンパーの軸方向（ストローク方向）に交差する部材があるため、このような部材の曲げ変形や軸伸縮などにより、変位が増幅される方向がダンパーの軸方向とずれてしまい、増幅された変位が効率的にダンパーに作用しないことがある。
また、部材間の変位を効率的に増幅させてダンパーに作用させるためには、ダンパーや変位増幅機構が配された構面外に、変位増幅機構が変形することを防止する必要がある。
また、梃子やトグルのピン接合部のガタや部材変形によって、増幅される変位にロスが生じ、ダンパーに作用する変位が設定値よりも小さくなることがある。
【０００８】
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたもので、変位増幅機構で部材間の相対変位を効率的に増幅させることができると共に、変位増幅機構から制振ダンパーに伝達される変位のロスを少なくすることができる制振ダンパー装置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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る制振ダンパー装置は、互いに相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、前記第１部材および前記第２部材の相対変位を増幅させる変位増幅機構と、一方の端部が前記第１部材に固定され、他方の端部が前記変位増幅機構と接続されると共に、該変位増幅機構によって増幅された前記相対変位が伝達されて前記相対変位のエネルギーを吸収する制振ダンパーと、を備える制振ダンパー装置であって、前記変位増幅機構は、前記制振ダンパーの他方の端部に回転自在継手を介して接続された第１ねじ部と、該第１ねじ部と同軸で連結された第２ねじ部と、前記第１部材に固定されると共に前記第１ねじ部が挿通された第１ナットと、前記第２部材に固定されると共に前記第２ねじ部が挿通された第２ナットと、前記第１ねじ部と前記第１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２ねじ部と前記第２ナットとの間に配された第２ボールベアリングと、を備え、前記第１ねじ部と、前記第２ねじ部と、が前記制振ダンパーが作用する方向に延在していると共に、前記第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る制振ダンパー装置では、互いに相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、前記第１部材および前記第２部材の相対変位を増幅させる変位増幅機構と、一方の端部が前記第１部材に固定され、他方の端部が前記変位増幅機構と接続されると共に、該変位増幅機構によって増幅された前記相対変位が伝達されて前記相対変位のエネルギーを吸収する制振ダンパーと、を備える制振ダンパー装置であって、前記変位増幅機構は、前記第１部材に固定された第１ねじ部と、該第１ねじ部と同軸線状に配されて前記第２部材に固定された第２ねじ部と、前記制振ダンパーの他方の端部に軸中心に回転可能に保持されると共に前記第１ねじ部が挿通された第１ナットと、該第１ナットと連結され、前記制振ダンパーの他方の端部に軸中心に回転可能に保持されると共に、前記第２ねじ部が挿通された第２ナットと、前記第１ねじ部と前記第１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２ねじ部と前記第２ナットとの間に配された第２ボールベアリングと、を備え、前記第１ねじ部と、前記第２ねじ部と、が前記制振ダンパーが作用する方向に延在していると共に、前記第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、変位増幅機構の第１ボールベアリングの第１リードと、第２ボールベアリングの第２リードとが異なることにより、第１部材および第２部材間の相対変位を増幅させることができ、制振ダンパーの減衰性能を高めることができる。
また、第１ねじ部および第２ねじ部は、制振ダンパーが作用する方向に延在していることにより、従来の梃子やトグルを用いた変位増幅機構と比べて、制振ダンパーが作用する方向と異なる方向に変位する部材がないため、設置スペースを縮小できると共に、部材の変形や軸伸縮によって制振ダンパーに作用する変位が小さくなることを防止することができる。
また、変位増幅機構による変位の増幅率は、リード幅を調整することで所望の値に容易に設定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、制振ダンパーの減衰性能を高めることができると共に、変位増幅機構が第１および第２部材間の変位をロスなく制振ダンパーに作用させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態における制振ダンパー装置の構成を説明する図である。
【図２】本発明の第１実施形態における変位増幅機構の構成を説明する図である。
【図３】本発明の第１実施形態における変位増幅機構の動きを説明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態における制振ダンパー装置の構成を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態における変位増幅機構の構成を説明する図である。
【図６】本発明の第２実施形態における変位増幅機構の動きを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による制振ダンパー装置について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態による制振ダンパー装置１Ａは、構造物３１の上下方向に隣り合う下階梁３２（第１部材）と上階梁３３（第２部材）との間に介装されている。
制振ダンパー装置１Ａは、下階梁３２と上階梁３３との相対変位を増幅させる変位増幅機構１０と、変位増幅機構１０で増幅された変位が伝達され、この増幅された変位のエネルギーを吸収するオイルダンパー４０（制振ダンパー）と、を備えている。
オイルダンパー４０は、軸方向（ストロークの方向）の一方の端部４０ａが、オイルダンパー取り付け治具４１を介して下階梁３２に固定され、他方の端部４０ｂが、回転自在継手４２を介して変位増幅機構１０と接続されている。
【００１５】
図２に示すように、変位増幅機構１０は、リードの異なる２つのねじ部１１，１２に、各々ボールナット１３，１４を噛み合わせる。図２において、左側に配された第１ねじ部１１と右側に配された第２ねじ部１２は軸中心が一致するように連結されており、同軸上で変位も回転も同じになるように一体化されている。この第１ねじ部１１と第２ねじ部１２を合わせてねじ部１５とする。ここでは、左側の第１ねじ部１１のリード（ねじ溝のピッチ）Ｌｄ１を３０ｍｍ、右側の第２ねじ部１２のリードＬｄ２を２０ｍｍとし、左側の第１ナット１３を固定端とし、右側の第２ナット１４を軸方向に変位可能に構成している。また、第２ナット１４は、その軸を中心とした回転を拘束されている。
【００１６】
また、第１ねじ部１１の外周面と第１ナット１３の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第１ねじ部１１と第１ナット１３との間には第１ボールベアリング１７が配されている。同様に、第２ねじ部１２の外周面と第２ナット１４の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第２ねじ部１２と第２ナット１４との間には第２ボールベアリング１８が配されている。つまり、第１ナット１３および第２ナット１４はともに回転拘束されており、第２ナット１４はねじ部１５の軸方向に沿って移動可能になっている。
【００１７】
ここで、第１ねじ部１１、第１ナット１３および第１ボールベアリング１７で第１ボールねじ２１を構成し、第２ねじ部１２、第２ナット１４および第２ボールベアリング１８で第２ボールねじ２２を構成している。
【００１８】
そして、図１に示すように、変位増幅機構１０は、第１ねじ部１１の第２ねじ部１２側と反対側の端部１１ａが、オイルダンパー４０の軸方向（ストロークの方向）の他方の端部４０ｂに回転自在継手４２を介して接続されている。このとき、ねじ部１５の軸方向と、オイルダンパー４０の軸方向は一致している。
また、第１ナット１３が下階梁３２に固定され、第２ナット１４が、接合治具３５を介して上階梁３３に連結されたブレース３４に固定されると共に、下階梁３２に設けられたリニアガイド３６に沿って変位可能に構成されている。
【００１９】
このように構成された変位増幅機構１０において、第２ナット１４が軸方向に変位ｘ２移動したとき、ねじ部１５の回転角をθとすると、いずれも右ねじとして、
【００２０】
【数１】
【００２１】
となる。すなわち、本実施形態では、第１ねじ部１１のリードＬｄ１が３０ｍｍ、第２ねじ部１２のリードＬｄ２が２０ｍｍであるため、第２ナット１４の変位ｘ２に対して、ねじ部１５の変位ｘは３倍に拡大されることとなる。
【００２２】
具体的に説明すると、図３に示すように、ねじ部１５が１回転すると、第１ナット１３が固定端であるため、ねじ部１５は３０ｍｍ右方向に変位する。第２ナット１４のリードＬｄ２が２０ｍｍで、右ねじであるため、ねじ部１５が１回転すると第２ナット１４はねじ部１５に対して２０ｍｍ左方向に変位する。すなわち、固定端（第１ナット１３）に対しては１０ｍｍ右方向に変位することになる。その結果、第２ナット１４の変位１０ｍｍに対してねじ部１５の変位は３０ｍｍとなり、ねじ部の変位が３倍に拡大（増幅）されることとなる。
【００２３】
この変位増幅機構１０は、ボールねじ２１，２２の組み合わせだけで変位を拡大（増幅）することができ、梃子機構やトグル機構のように軸方向以外への部材が不要であり、ボールねじ２１，２２の軸方向の部材だけで成立するため、ロスも小さく、コンパクトで合理的である。
【００２４】
そして、地震の振動などにより図１に示す下階梁３２と上階梁３３とが相対変位すると、下階梁３２に固定された第１ナット１３と、上階梁３３にブレース３４および接続治具３５を介して固定された第２ナット１４とが相対変位する。
そして、第２ナット１４が、その軸を中心とした回転を拘束された状態で下階梁３２に沿って移動することで、ねじ部１５が軸中心に回転して第１ナット１３および第２ナット１４に対して相対変位する。
そして、上述したように、本実施形態では、第１ねじ部１１のリードＬｄ１が３０ｍｍ、第２ねじ部１２のリードＬｄ２が２０ｍｍであることにより、第２ナット１４の変位ｘ２（層間変位）に対して、ねじ部１５の変位ｘは３倍に拡大されるため、オイルダンパー４０には、層間変位が３倍に拡大された変位ｘが生じることになる。
【００２５】
次に、上述した制振ダンパー装置１Ａの効果について説明する。
上述した本実施形態による制振ダンパー装置１Ａでは、リードの異なる第１ボールナット２１および第２ボールナット２２を併用することにより、下階梁３２と上階梁３３との相対変位を増幅させることができるため、オイルダンパー４０の減衰性能を高めることができる効果を奏する。
また、変位増幅機構１０による変位の増幅率は、リード幅を調整することで所望の値に容易に設定することができる。
【００２６】
また、本実施形態による変位増幅機構１０は、従来の梃子やトグルを用いた変位増幅機構と比べて、制振ダンパー４０の軸方向と異なる方向に変位する部材がないため、設置スペースを縮小できると共に、変位増幅機構１０の部材の変形や軸伸縮によって増大される変位にロスが生じることを抑制することができる。
また、変位増幅機構１０を用いることで、負担力の小さい安価なオイルダンパー４０であっても、減衰性能を高めることができるため、低コストで構造物３１の制振性能を高めることができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図４乃至６に基づいて説明する。
図４に示すように、第２実施形態による制振ダンパー装置１Ｂは、第１実施形態と同様に構造物７１の上下方向に隣り合う下階梁７２と上階梁７３との間に介装され、下階梁７２と上階梁７３との相対変位を増幅させる変位増幅機構５０と、変位増幅機構５０で増幅された変位が伝達され、この増幅された変位のエネルギーを吸収するオイルダンパー８０とを備えている。
オイルダンパー８０は、軸方向（ストロークの方向）の一方の端部８０ａが、オイルダンパー取り付け治具８１を介して下階梁７２に固定され、他方の端部８０ｂが、ハウジング８２を介して変位増幅機構５０と接続されている。
【００２８】
図５に示すように、第２実施形態では、変位増幅機構５０のリードの異なる第１ねじ部５１と第２ねじ部５２とが離間しており、軸中心が一致するように配されている。第１ねじ部５１および第２ねじ部５２は、それぞれ軸中心の回転が拘束されている。
第１ねじ部５１のリード（ねじ溝のピッチ）Ｌｄ１を３０ｍｍ、第２ねじ部５２リードＬｄ２を２０ｍｍとする。
【００２９】
第１ねじ部５１が挿通された第１ナット５３と第２ねじ部５２が挿通された第２ナット５４とは、軸中心が一致するように鋼管５５で連結されており、同軸上で変位も回転も同じになるように一体化されている。
また、第１ナット５３および第２ナット５４は、ねじ部に対し軸方向に相対変位可能で、軸中心に回転可能に保持されている。
【００３０】
そして、第１実施形態と同様に、第１ねじ部５１の外周面と第１ナット５３の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第１ねじ部５１と第１ナット５３との間には第１ボールベアリング５７が配されている。同様に、第２ねじ部５２の外周面と第２ナット５４の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第２ねじ部５２と第２ナット５４との間には第２ボールベアリング５８が配されている。
つまり、第１ナット５３および第２ナット５４はともに軸方向に移動可能であり、第１ねじ部５１および第２ねじ部５２も軸方向に沿ってそれぞれ移動可能になっている。
【００３１】
ここで、第１ねじ部５１、第１ナット５３および第１ボールベアリング５７で第１ボールねじ６１を構成し、第２ねじ部５２、第２ナット５４および第２ボールベアリング５８で第２ボールねじ６２を構成している。
【００３２】
そして、図４に示すように、上述した変位増幅機構５０は、第１ねじ部５１の第２ねじ部５２側と反対側の端部５１ａが、オイルダンパー８０の軸方向（ストロークの方向）の一方の端部８０ａにダンパー取り付け治具８１を介して接続されている。このとき、ダンパー取り付け治具８１は、下階梁７２に固定され、第１ねじ部５１の変位および回転を拘束している。また、第１ねじ部５１の軸方向と、オイルダンパー８０の軸方向は平行している。
【００３３】
また、第２ねじ部５２の第１ねじ部５１側と反対側の端部５２ａが、接合治具７５を介して上階梁７３に連結されたブレース７４に固定されている。接合治具７５は、下階梁７２に設けられたリニアガイド７６に沿って変位可能に構成されている。
また、第１ナット５３および第２ナット５４は、ハウジング８２を介してオイルダンパー８０の他方の端部８０ｂに固定されると共に、下階梁７２に設けられたリニアガイド７６に沿って変位可能に構成されている。ハウジング８２は、第１ナット５３および第２ナット５４を軸中心に回転可能に保持している。
【００３４】
このように構成された変位増幅機構５０において、連結された第１ナット５３および第２ナット５４の回転角をθとすると、いずれも右ねじとして、
【００３５】
【数２】
【００３６】
となる。すなわち、本実施形態では、第１ねじ部５１のリードＬｄ１が３０ｍｍ、第２ねじ部５２のリードＬｄ２が２０ｍｍであるため、第１ねじ部５１および第２ねじ部５２の相対変位ｘに対して、第１ねじ部５１と第１ナット５３との相対変位ｘ１ は３倍に拡大されることとなる。
【００３７】
具体的に説明すると、図６に示すように、第１ナット５３および第２ナット５４が１回転すると、第１ねじ部５１は第１ナット５３に対して３０ｍｍ右方向に変位し、第２ねじ部５２は第２ナット５４に対して２０ｍｍ右方向に変位する。これにより、第１ねじ部５１と第２ねじ部５２とは、互いに接近する方向に１０ｍｍ相対変位することになる。その結果、第１ねじ部５１と第２ねじ部５２との相対変位（ｘ）１０ｍｍに対して第１ねじ部５１と第１ナット５３との相対変位は３０ｍｍとなり、第１ねじ部５１と第２ねじ部５２との相対変位（ｘ１ ）が３倍に拡大（増幅）されることとなる。
【００３８】
そして、地震の振動などにより図４に示す下階梁７２と上階梁７３とが相対変位すると、下階梁７２に固定された第１ねじ部５１と、上階梁７３にブレース７４および接続治具７５を介して固定された第２ねじ部５２とが相対変位する。
そして、第１ねじ部５１および第２ねじ部５２は、回転を拘束されているため、第１ナット５３および第２ナット５４が回転することで、軸方向に変位する。
そして、上述したように、本実施形態では、第１ねじ部５１のリードＬｄ１が３０ｍｍ、第２ねじ部５２のリードＬｄ２が２０ｍｍであることにより、第１ねじ部５１と第２ねじ部５２との相対変位ｘ（層間変位）に対して、第１ねじ部５１の変位ｘ１は３倍に拡大されるため、オイルダンパー８０には、層間変位が３倍に拡大された変位ｘ１が生じることになる。
【００３９】
第２実施形態による制振ダンパー装置１Ｂでは、変位増幅機構８０によって、下階梁７２と上階梁７３との相対変位を増幅させていることにより、第１実施形態と同様の効果を奏する。
また、本実施形態によれば、オイルダンパー８０と第１ねじ部５１との間に第１実施形態の回転自在継手４２（図１参照）を不要とすることができ、製造コストを下げることができる。
また、第１実施形態と比べて、オイルダンパー８０と変位拡幅機構５０とを並列に設置することができるため、設置箇所のスパンが小さい場合でも制振ダンパー装置１Ｂを設置することができる。
【００４０】
以上、本発明による変位増幅機構および制震構造物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、オイルダンパー４０，８０が設けられているが、オイルダンパー４０，８０に代わって、粘性ダンパーや粘弾性ダンパーなど他の制振ダンパーを設けてもよい。
また、上述した実施の形態では、リードＬｄ１の寸法を３０ｍｍ、リードＬｄ２の寸法を２０ｍｍとしているが、これ以外の寸法としてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１Ａ，１Ｂ 制振ダンパー装置
１０，５０ 変位増幅機構
１１，５１ 第１ねじ部
１２，５２ 第２ねじ部
１３，５３ 第１ナット
１４，５４ 第２ナット
１５ ねじ部
１７，５７ 第１ボールベアリング
１８，５８ 第２ボールベアリング
３１，７１ 構造物
３２，７２ 下階梁（第１部材）
３３，７３ 上階梁（第２部材）
４０，８０ オイルダンパー（制振ダンパー）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、
前記第１部材および前記第２部材の相対変位を増幅させる変位増幅機構と、
一方の端部が前記第１部材に固定され、他方の端部が前記変位増幅機構と接続されると共に、該変位増幅機構によって増幅された前記相対変位が伝達されて前記相対変位のエネルギーを吸収する制振ダンパーと、を備える制振ダンパー装置であって、
前記変位増幅機構は、
前記制振ダンパーの他方の端部に回転自在継手を介して接続された第１ねじ部と、
該第１ねじ部と同軸で連結された第２ねじ部と、
前記第１部材に固定されると共に前記第１ねじ部が挿通された第１ナットと、
前記第２部材に固定されると共に前記第２ねじ部が挿通された第２ナットと、
前記第１ねじ部と前記第１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２ねじ部と前記第２ナットとの間に配された第２ボールベアリングと、を備え、
前記第１ねじ部と、前記第２ねじ部と、が前記制振ダンパーが作用する方向に延在していると共に、前記第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴とする制振ダンパー装置。
【請求項２】
互いに相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、
前記第１部材および前記第２部材の相対変位を増幅させる変位増幅機構と、
一方の端部が前記第１部材に固定され、他方の端部が前記変位増幅機構と接続されると共に、該変位増幅機構によって増幅された前記相対変位が伝達されて前記相対変位のエネルギーを吸収する制振ダンパーと、を備える制振ダンパー装置であって、
前記変位増幅機構は、
前記第１部材に固定された第１ねじ部と、
該第１ねじ部と同軸線状に配されて前記第２部材に固定された第２ねじ部と、
前記制振ダンパーの他方の端部に軸中心に回転可能に保持されると共に前記第１ねじ部が挿通された第１ナットと、
該第１ナットと連結され、前記制振ダンパーの他方の端部に軸中心に回転可能に保持されると共に、前記第２ねじ部が挿通された第２ナットと、
前記第１ねじ部と前記第１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２ねじ部と前記第２ナットとの間に配された第２ボールベアリングと、を備え、
前記第１ねじ部と、前記第２ねじ部と、が前記制振ダンパーが作用する方向に延在していると共に、前記第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴とする制振ダンパー装置。
【請求項１】
互いに相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、
前記第１部材および前記第２部材の相対変位を増幅させる変位増幅機構と、
一方の端部が前記第１部材に固定され、他方の端部が前記変位増幅機構と接続されると共に、該変位増幅機構によって増幅された前記相対変位が伝達されて前記相対変位のエネルギーを吸収する制振ダンパーと、を備える制振ダンパー装置であって、
前記変位増幅機構は、
前記制振ダンパーの他方の端部に回転自在継手を介して接続された第１ねじ部と、
該第１ねじ部と同軸で連結された第２ねじ部と、
前記第１部材に固定されると共に前記第１ねじ部が挿通された第１ナットと、
前記第２部材に固定されると共に前記第２ねじ部が挿通された第２ナットと、
前記第１ねじ部と前記第１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２ねじ部と前記第２ナットとの間に配された第２ボールベアリングと、を備え、
前記第１ねじ部と、前記第２ねじ部と、が前記制振ダンパーが作用する方向に延在していると共に、前記第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴とする制振ダンパー装置。
【請求項２】
互いに相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、
前記第１部材および前記第２部材の相対変位を増幅させる変位増幅機構と、
一方の端部が前記第１部材に固定され、他方の端部が前記変位増幅機構と接続されると共に、該変位増幅機構によって増幅された前記相対変位が伝達されて前記相対変位のエネルギーを吸収する制振ダンパーと、を備える制振ダンパー装置であって、
前記変位増幅機構は、
前記第１部材に固定された第１ねじ部と、
該第１ねじ部と同軸線状に配されて前記第２部材に固定された第２ねじ部と、
前記制振ダンパーの他方の端部に軸中心に回転可能に保持されると共に前記第１ねじ部が挿通された第１ナットと、
該第１ナットと連結され、前記制振ダンパーの他方の端部に軸中心に回転可能に保持されると共に、前記第２ねじ部が挿通された第２ナットと、
前記第１ねじ部と前記第１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２ねじ部と前記第２ナットとの間に配された第２ボールベアリングと、を備え、
前記第１ねじ部と、前記第２ねじ部と、が前記制振ダンパーが作用する方向に延在していると共に、前記第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴とする制振ダンパー装置。
【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２０１２−４７２２１（Ｐ２０１２−４７２２１Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８８１８７（Ｐ２０１０−１８８１８７）
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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