制振装置
【課題】二部材同士の間に介装されて二部材の相対変位の抑制効果を高めることができ、特定の方向の寸法を小さくすることができ、しかも安価な制振装置を提供する。
【解決手段】隣り合って配された二部材同士の間に介装されて、前記二部材同士の前記相対変位を抑制する制振装置１０であって、前記二部材のうちの一方の部材５ａに設定された支点周りに揺動可能に支持された揺動部材２１と、前記揺動部材２１を前記二部材のうちの他方の部材５ｂに連結する連結部材３１と、前記揺動部材２１において前記相対変位よりも大きく移動する位置に一体に設けられた質量体２７と、を有する。前記揺動部材２１の揺動動作に応じて、前記連結位置Ｐｊが前記揺動部材２１の揺動回転に係る回転半径方向に移動可能で、前記相対変位が前記支点Ｐｓ及び前記連結部材３１を介して前記揺動部材２１に入力されて前記揺動部材２１が揺動することにより、前記相対変位を抑制する。
【解決手段】隣り合って配された二部材同士の間に介装されて、前記二部材同士の前記相対変位を抑制する制振装置１０であって、前記二部材のうちの一方の部材５ａに設定された支点周りに揺動可能に支持された揺動部材２１と、前記揺動部材２１を前記二部材のうちの他方の部材５ｂに連結する連結部材３１と、前記揺動部材２１において前記相対変位よりも大きく移動する位置に一体に設けられた質量体２７と、を有する。前記揺動部材２１の揺動動作に応じて、前記連結位置Ｐｊが前記揺動部材２１の揺動回転に係る回転半径方向に移動可能で、前記相対変位が前記支点Ｐｓ及び前記連結部材３１を介して前記揺動部材２１に入力されて前記揺動部材２１が揺動することにより、前記相対変位を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣り合って配置された二部材の相対変位を抑制すべく前記二部材同士の間に介装される制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物の層間等に設けられ、建物の揺れを抑制する装置として制振装置が使用されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３８７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
その一例として、図１の縦断面図に示すように、ボールねじ１２０を用いた制振装置１１０がある。ボールねじ１２０は、軸部１２１と、この軸部１２１に複数のボール（不図示）を介して螺合するナット部１２３と、を有し、ナット部１２３には質量体１２５が一体に設けられている。そして、軸部１２１を介してボールねじ１２０に層間変位が入力されると、入力された層間変位がナット部１２３の回転運動に変換されて、ナット部１２３と一体となって質量体１２５が回転し、質量体１２５の回転慣性により層間変位が抑制される。
しかしながら、一般にボールねじ１２０は複雑構造であり高価である。
また、上述の層間変位の抑制効果を大きくするには、質量体１２５の質量を大きくするか、質量体の回転半径を大きくすることが考えられるが、質量体１２５の質量を大きくすると、堅牢な構造のボールねじ１２０を使用しなければならずコストアップを招き、他方、回転半径を大きくすると、質量体１２５の回転軌道が層間変位の方向と直交する平面内に形成されることから、当該制振装置１２０を、建物の壁内等に収め難くなる。
【０００５】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、二部材同士の間に介装されて二部材の相対変位の抑制効果を高めることができるとともに、相対変位の方向と直交する方向の寸法を小さくすることができ、しかも安価な制振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】
【０００６】
かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、
隣り合って配された二部材同士の間に介装されて、前記二部材同士が隣り合う方向と交差する所定方向に相対変位する際に前記二部材同士の前記相対変位を抑制する制振装置であって、
前記二部材のうちの一方の部材に設定された支点周りに揺動可能に支持された揺動部材と、
前記揺動部材における所定位置を連結位置として、前記揺動部材を前記二部材のうちの他方の部材に連結する連結部材と、
前記揺動部材において前記相対変位よりも大きく移動する位置に一体に設けられた質量体と、を有し、
前記揺動部材の揺動動作に応じて、前記連結位置が前記揺動部材の揺動回転に係る回転半径方向に移動可能なように、前記連結部材と前記揺動部材とは連結されており、
前記相対変位が前記支点及び前記連結部材を介して前記揺動部材に入力されて前記揺動部材が揺動することにより、前記相対変位を抑制することを特徴とする。
【０００７】
上記請求項１に示す発明によれば、前記質量体は、前記相対変位よりも大きく移動する位置に設けられている。よって、相対変位を抑制するための抑制力の大きさは、相対変位の加速度と質量体の質量との単なる乗算で求まる力の値を、更に相対変位の増幅倍率を表す比率Ｒ（これについては後述する）の二乗に基づいて拡大した大きさとなり（以下、慣性増幅効果とも言い、これについては後述する）、当該拡大された抑制力に基づいて、前記相対変位は有効に抑制される。
【０００８】
また、制振装置の本体は、質量体を有した揺動部材という簡単な構成であり、ボールねじ等の複雑な装置を用いずに済むので、制振装置の製造コストを低減できる。
更には、慣性増幅効果に係る上記比率Ｒを大きくするには、揺動部材を長くすることになるが、揺動部材の揺動方向は、相対変位の方向と略平行である。つまり、揺動部材の揺動回転の軌道面内に前記相対変位の方向が含まれている。よって、この揺動回転の軌道面と直交する方向については制振装置の寸法を小さく収めることができて、もって当該制振装置を建物の壁内等に収容し易くなる。
【０００９】
また、連結位置は、揺動部材の回転半径方向に移動可能であるので、揺動部材は、二部材の相対変位に基づいて速やかに揺動することができる。
更に、連結位置は、揺動部材の回転半径方向に移動可能であるので、前記二部材の相対変位が大きくなるにつれて上記比率Ｒが小さくなる。よって、相対変位が過大になる時において、揺動部材から二部材へ付与される前記抑制力の拡大を抑えることができて、その結果、二部材の破損を有効に防止することができる。
【００１０】
請求項２に示す発明は、請求項１に記載の制振装置であって、
前記隣り合う方向は鉛直方向であり、
前記相対変位に係る前記所定方向は水平方向であり、
前記一方の部材は、前記他方の部材の上方に載置されており、
前記揺動部材における前記支点と前記質量体との間の位置に前記連結位置が設定されており、
前記質量体は、前記揺動部材の二つの揺動端部のうちで前記支点から遠い方の揺動端部の質量を前記支点に近い方の揺動端部よりも大きくすべく、前記遠い方の揺動端部に一体に設けられていることを特徴とする。
上記請求項２に示す発明によれば、前記他方の部材に対して地震動等の水平方向の外力が入力された際に、一方の部材と他方の部材との間の水平方向の相対変位が大きくなる虞があるが、これを有効に防止可能となる。詳細については図４を参照しつつ後述する。
【００１１】
また、連結位置は、前記支点と前記質量体との間に設定されているので、揺動部材の長大化を防ぐことができる。
【００１２】
請求項３に示す発明は、請求項１に記載の制振装置であって、
前記隣り合う方向は鉛直方向であり、
前記相対変位に係る記所定方向は水平方向であり、
前記他方の部材は、前記一方の部材の上方に載置されており、
前記揺動部材における前記支点と前記質量体との間の位置に前記連結位置が設定されており、
前記質量体は、前記揺動部材の二つの揺動端部のうちで前記支点から遠い方の揺動端部の質量を前記支点に近い方の揺動端部よりも大きくすべく、前記遠い方の揺動端部に一体に設けられていることを特徴とする。
上記請求項３に示す発明によれば、前記一方の部材よりも下方に位置する部材に対して地震動等の水平方向の外力が入力された際に、前記一方の部材と、前記下方に位置する部材との間の水平方向の相対変位が大きくなる虞があるが、これを有効に防止可能となる。詳細については図７を参照しつつ後述する。
また、連結位置は、前記支点と前記質量体との間に設定されているので、揺動部材の長大化を防ぐことができる。
【００１３】
請求項４に示す発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の制振装置であって、
前記揺動部材の揺動動作が入力されるダンパー部材を有し、
前記ダンパー部材は、前記揺動動作の運動エネルギーを熱エネルギーに変換して吸収することを特徴とする。
上記請求項４に示す発明によれば、ダンパー部材によって、前記二部材同士の相対変位に係る振動を減衰することができる。
【００１４】
請求項５に示す発明は、請求項４に記載の制振装置であって、
前記ダンパー部材として、互いに当接する摩擦材と滑り板とを有し、
前記摩擦材及び前記滑り板のうちの一方の部材が前記揺動部材に固定されるとともに、前記一方の部材に対向してもう一方の部材が設けられ、
前記揺動部材の揺動によって、前記一方の部材が前記もう一方の部材に対して摺動することを特徴とする。
上記請求項５に示す発明によれば、揺動部材の揺動動作の運動エネルギーは、ダンパー部材によって摩擦熱等に変換されて消費され、これにより、前記二部材同士の相対変位に係る振動は有効に減衰される。
また、摩擦材が質量体の位置に固定され、かつ、この質量体の位置が、前記相対変位よりも大きく移動する位置にある場合には、摩擦材と滑り板との間に生じる摩擦力の大きさを、相対変位の増幅倍率を表す比率Ｒに基づいて拡大して、相対変位に沿う方向の減衰力として付与することができて、大きな減衰力を出力可能となる。
【００１５】
請求項６に示す発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の制振装置であって、
前記制振装置は、所定の大きさの摩擦力により接合された一対の摩擦面を有し、
前記一対の摩擦面に入力される力の大きさが前記摩擦力以下の場合には、前記一対の摩擦面同士は相対移動不能に当接する一方、前記一対の摩擦面に入力される力の大きさが前記摩擦力を超える場合には、前記一対の摩擦面同士が相対移動して、前記質量体への前記力の伝達を抑制することを特徴とする。
上記請求項６に示す発明によれば、過大な加速度を伴った相対変位の質量体への入力は、前記一対の摩擦面同士の相対移動により有効に抑制される。従って、質量体が過度に激しく揺動されて揺動部材や前記二部材が破損することは有効に回避される。
【００１６】
請求項７に示す発明は、請求項６に記載の制振装置であって、
前記揺動部材は、前記質量体の位置と前記連結位置との間で分割された一対の分割体を本体とし、
一方の分割体及び他方の分割体は、それぞれ、前記一対の摩擦面うちの一方の摩擦面及び他方の摩擦面を有し、
前記一対の摩擦面同士は、互いに前記揺動部材の揺動回転方向に相対移動可能に案内されていることを特徴とする。
上記請求項７に示す発明によれば、過大な加速度を伴った相対変位の質量体への入力は、前記一対の摩擦面同士の相対移動によって確実に抑制される。
【００１７】
請求項８に示す発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の制振装置であって、
前記制振装置は、互いに対向しつつ相対移動可能に案内された一対の面と、前記一対の面の間に介装固定された弾性体と、を有し、
前記一対の面に高次振動が入力された際に、該高次振動を前記弾性体が吸収して、前記質量体への伝達を軽減することを特徴とする。
上記請求項８に示す発明によれば、相対変位が高次振動を伴っている場合であっても、当該高次振動は、弾性体に吸収されて質量体への伝達は軽減される。よって、質量体が高次振動により過度に振動されて揺動部材や前記二部材が破損することは有効に回避される。
【００１８】
請求項９に示す発明は、請求項１乃至８の何れかに記載の制振装置であって、
前記一方の部材に対する前記他方の部材の前記相対変位を拡大して前記連結位置に入力するための梃子部材を有していることを特徴とする。
上記請求項９に示す発明によれば、梃子部材によって揺動部材の揺動動作が更に拡大される。よって、制振装置用のスペースを大きく確保せずとも、慣性増幅効果の拡大を図れる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、二部材同士の間に介装されて二部材の相対変位の抑制効果を高めることができるとともに、特定の方向の寸法を小さくすることができ、しかも安価な制振装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ボールねじ１２０を利用した参考例の制振装置１１０の縦断面図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、第１実施形態の制振装置１０の側面図である。
【図３】相対変位δと抑制力Ｆとの関係のグラフである。
【図４】相対変位δが零の状態において左方向の地震動が建物に入力された瞬間の制振装置１０の状態の説明図である。
【図５】第１実施形態の制振装置１０の望ましい設置高さの説明図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、第１実施形態の制振装置の変形例１０ａの側面図である。
【図７】相対変位δが零の状態において左方向の地震動が建物に入力された瞬間の制振装置１０ａの状態の説明図である。
【図８】第１実施形態の制振装置の変形例１０ａの望ましい設置高さの説明図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、第２実施形態の制振装置１０ｂの側面図である。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、粘性ダンパーの一般的構成の説明図である。
【図１１】第３実施形態の制振装置１０ｃに係るフェールセーフ機構５１の説明図であり、揺動部材２１を図２中のXI-XI断面視で示している。
【図１２】フェールセーフ機構の変形例５１ａの説明図である。
【図１３】図１３Ａ及び図１３Ｂは、第４実施形態の制振装置１０ｄの側面図である。
【図１４】図１４Ａ及び図１４Ｂは、第４実施形態の制振装置の変形例１０ｅの側面図である。
【図１５】図１５Ａは、比較例として示す、慣性増幅機構を有しない従来の一自由度系モデルの説明図であり、図１５Ｂは、ボールねじ１２０を用いた参考例の制振装置１１０に係る一自由度系モデルの説明図であり、図１５Ｃは、第１実施形態及びその変形例の制振装置１０，１０ａに係る一自由度系モデルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図２Ａ及び図２Ｂは、第１実施形態の制振装置１０の側面図である。なお、図２Ａには、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位δが無い状態を示し、図２Ｂには同相対変位δが生じた状態を示している。
【００２２】
制振装置１０は、例えば複数階からなる多層建物の柱梁架構３において、鉛直方向の上下に隣り合う一対の梁５ａ，５ｂ同士の間に介装される。そして、図２Ｂに示すように、これら上梁５ａと下梁５ｂとの間の水平方向の相対変位δを抑制する。つまり、この例では、上梁５ａが、請求項における「一方の部材」に相当し、下梁５ｂが「他方の部材」に相当し、鉛直方向が「隣り合う方向」に相当し、水平方向が「所定方向」に相当する。
【００２３】
制振装置１０は、（１）柱梁架構３の上梁５ａに固定された取り付け部材１３と、（２）取り付け部材１３に設定された支点Ｐｓ周りに揺動可能に支持された揺動部材２１と、（３）揺動部材２１における所定位置を連結位置Ｐｊとして、揺動部材２１を柱梁架構３の下梁５ｂに連結する連結部材３１と、（４）揺動部材２１に一体に設けられた質量体２７と、を有している。
【００２４】
そして、図２Ｂに示すように地震時等において上梁５ａと下梁５ｂとが相対変位すると、当該相対変位δが、支点Ｐｓ及び連結位置Ｐｊを介して揺動部材２１に入力されて当該揺動部材２１が揺動するが、その揺動に伴って生じる揺動部材２１の質量体２７の慣性力が、相対変位δの抑制力として作用して当該相対変位δが抑制されるようになっている。
【００２５】
以下、各構成要素１３，２１，３１，２７について説明する。
取り付け部材１３は、上梁５ａに揺動部材２１を揺動可能に支持させるための部材である。すなわち、取り付け部材１３は、ボルト止め等により上梁５ａに移動不能に固定され、また、同取り付け部材１３には水平ピン１３ａが設けられており、そして、この水平ピン１３ａに揺動部材２１がピン接合されている。よって、当該水平ピン１３ａを前記支点Ｐｓとして揺動部材２１は、前記相対変位δの方向を含む鉛直面内を揺動回転可能に支持されている。
【００２６】
揺動部材２１は、例えば長手方向を有した部材であり、長手方向の一端部たる上端部には、上述の支点Ｐｓが設定されており、つまり上記水平ピン１３ａを挿通するピン孔が形成されている。また、揺動部材２１の他端部たる下端部には、質量体２７が一体に固定されている。よって、この例では、上端部が、請求項における「支点Ｐｓから近い方の揺動端部」に相当し、下端部が、「支点Ｐｓから遠い方の揺動端部」に相当する。なお、質量体２７については後述する。
【００２７】
連結部材３１は、前記支点Ｐｓと協同して揺動部材２１に前記相対変位δを入力する部材であり、この入力に基づいて揺動部材２１は揺動する。連結部材３１は、例えば下梁５ｂに移動不能に固定された一対の脚材３１ａ，３１ａと、一対の脚材３１ａ，３１ａに架け渡された水平材３１ｂと、を有し、水平材３１ｂには水平ピン３３が設けられている。また、揺動部材２１には、水平ピン３３を挿通する連結孔２１ｈが形成されている。よって、水平ピン３３を連結孔２１ｈに挿通することにより、揺動部材２１は連結部材３１を介して下梁５ｂに連結される。
【００２８】
ここで、連結孔２１ｈは、長孔形状に形成されており、この長孔２１ｈの長手方向は、揺動部材２１の揺動回転に係る回転半径方向を向いている。よって、揺動部材２１における連結位置Ｐｊたる前記水平ピン３３の位置は、適宜連結孔２１ｈ内を前記回転半径方向にスライド移動可能であり、これにより、揺動部材２１は、前記相対変位δに応じて大きな抵抗無く速やかに揺動することができる。
【００２９】
質量体２７は、錘として機能し得るような高密度の部材であり、例えば鋼製のブロック部材である。そして、当該質量体２７は、前述したように揺動部材２１の下端部に一体に固定されている。ここで、この質量体２７が設けられる前記下端部は、支点Ｐｓを基準として連結位置Ｐｊよりも遠方に位置している。また、同下端部は、連結位置Ｐｊを基準として支点Ｐｓよりも離れた位置に位置しているが、これは、相対変位δよりも質量体２７を大きく移動させることで慣性増幅効果を生じさせて、相対変位δを抑制するための抑制力を大きくするためである。詳しく説明する。先ず、支点Ｐｓから連結位置Ｐｊまでの距離をＤ１、支点Ｐｓから質量体２７の重心までの距離をＤ２とする。すると、連結位置Ｐｊから質量体２７の重心までの距離は（Ｄ２−Ｄ１）となるが、ここで、相対変位δの増幅倍率を表す比率Ｒ（＝（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１）は、Ｒ＞１となる。よって、前記相対変位δは、前記比率Ｒに基づき拡大されて質量体２７へ入力される。これにより、質量体２７の加速度は、相対変位δに係る加速度をＲ倍に拡大した値となり、この拡大された加速度に基づき質量体２７の慣性力が生じる。また、この慣性力は、梃子の原理に基づいて更に前記比率Ｒで拡大されて前記連結位置Ｐｊに作用する。よって、以上をまとめると、質量体２７の質量ｍに相対変位δの加速度を乗算してなる大きさの力を、前記比率Ｒの二乗で拡大した力が連結位置Ｐｊに作用することとなり、つまり、この拡大された力が相対変位δの抑制力として作用し、その結果、前記相対変位δの抑制性は格段に高められる。これが、慣性増幅効果である。
【００３０】
なお、この慣性増幅効果を高めるには、連結位置Ｐｊから質量体２７までの距離（Ｄ２−Ｄ１）を長くする必要があるが、その場合にあっても、上述の構成によれば、概ね揺動部材２１の揺動回転の回転半径が長くなるのみであり、揺動回転の軌道面と直交する方向（図２Ｂの紙面を貫く方向）の寸法については何等変化ない。つまり、当該方向については制振装置１０の寸法を大きくせずに済み、その結果、当該制振装置１０を建物の壁内等に収容し易くなる。
【００３１】
また、上述したように連結位置Ｐｊたる水平ピン３３の位置は、連結孔２１ｈの長孔形状に基づき、揺動部材２１の揺動回転に係る回転半径方向に移動可能になっているので、図２Ａと図２Ｂの対比から明らかなように、前記相対変位δが大きくなるにつれて連結位置Ｐｊが質量体２７の方へと移動し、つまり上記比率Ｒは小さくなる。よって、相対変位δが大きい時に、揺動部材２１から上下梁５ａ，５ｂ及びその近傍部分へ付与される抑制力Ｆの拡大を抑えることができる（図３を参照）。
【００３２】
ところで、図２Ａに示すような相対変位δが零の場合には、図１の参考例の制振装置１１０は全く機能しない。例えば、地震動等により上梁５ａと下梁５ｂとが同じ絶対加速度αで移動している場合であっても（図４を参照）、相対変位δが生じなければ参考例の制振装置１１０は作動しない。これは、当該参考例の制振装置１１０にあっては、発生した相対変位δに基づきナット部１２３が質量体１２５を回転することにより、相対変位δを抑制するための抑制力を得るからである。
【００３３】
但し、相対変位δが零であっても、上梁５ａ及び下梁５ｂが絶対加速度αで移動する際に、その後の相対変位δの発生を抑制する方向に制振装置が作動するのであれば、その方がより効果的に相対変位δを抑制できて好ましいものと考えられる。この点につき、上述の第１実施形態の制振装置１０は、そのように作動する。以下、説明する。
【００３４】
図４は、相対変位δが零の状態において左方向の地震動が建物に入力された瞬間の状態を示している。この地震動の入力により、下梁５ｂには左向きの絶対加速度αが生じ、上梁５ａにも同方向で同じ大きさの絶対加速度αが生じるとする。そして、次の瞬間、上梁５ａには、上梁５ａ及びその上層階の質量に基づく慣性力が右方向に作用し、これにより、専ら下梁５ｂが上梁５ａに対して左方向へ相対移動して、その結果、梁５ａ，５ｂ同士の間に相対変位δが生じてしまうことになる。
【００３５】
この点につき、この第１実施形態の制振装置１０によれば、図４の瞬間においては、揺動部材２１には質量体２７の慣性力ｍα（ｍは質量体２７の質量であり、ここでは、質量体２７の絶対加速度の大きさをαと仮定する）が右方向に作用し、これにより、支点Ｐｓを介して揺動部材２１から取り付け部材１３へと左向きの力Ｆ１（＝ｍα×[（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１]）が作用し、この力Ｆ１によって上梁５ａは左向きに移動するように付勢される。その結果、下梁５ｂに対する上梁５ａの相対変位δの発生は有効に抑制される。
【００３６】
このように、当該制振装置１０は、これを設置した上梁５ａ及びその上層階の質量に起因した慣性力を軽減して相対変位δの発生を抑制する効果がある。このため、当該制振装置１０を建物の中間高さよりも上側の部分に設けるよりは、図５に示すように、中間高さよりも下側の部分に設ける方が望ましい。
【００３７】
図６Ａ及び図６Ｂは、第１実施形態の制振装置の変形例１０ａの側面図である。なお、図６Ａには、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位δが無い状態を示し、図６Ｂには同相対変位δが生じた状態を示している。
【００３８】
この変形例１０ａは、上述の第１実施形態との対比において、上梁５ａ及び下梁５ｂに対する揺動部材２１の接続関係が逆になっている点で相違する。すなわち、第１実施形態では、図２Ａに示すように揺動部材２１の上端部の支点Ｐｓが上梁５ａ側の部材１３に設定されているとともに、支点Ｐｓよりも下端部寄りの連結位置Ｐｊにおいて下梁５ｂ側の部材３１に連結されていたが、この変形例１０ａでは、図６Ａに示すように揺動部材２１の上端部の支点Ｐｓが下梁５ｂ側の部材３１に設定されているとともに、支点Ｐｓよりも下端部寄りの連結位置Ｐｊにおいて上梁側の部材１３に連結されている。
【００３９】
そして、これにより、揺動部材２１の揺動動作が、第１実施形態とは逆になっている。すなわち、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位時において、図２Ｂの第１実施形態では上梁５ａの移動方向とは逆方向に揺動部材２１の下端部たる揺動端部は移動していたが、この変形例では、図６Ｂに示すように上梁５ａの移動方向と同方向に揺動部材２１の下端部は移動するようになっている。なお、この場合には、相対変位の増幅倍率を表す比率Ｒは、Ｒ＝（Ｄ２／Ｄ１）となる。
【００４０】
また、図６Ａに示すように相対変位δが零の状態において、地震動等により建物に水平方向の外力が入力された際の相対変位δの発生の抑制対象の点でも、第１実施形態とは異なっている。つまり、第１実施形態では、上梁５ａと下梁５ｂとの間の相対変位δの発生を抑制していたが、この変形例では、下梁５ｂとその更に下方の梁５ｃとの間の相対変位δの発生を抑制する。図７は、その説明図であり、相対変位δが零の状態において左方向の地震動が建物に入力された瞬間の状態を示している。この地震動の入力により、下梁５ｂの下方の梁５ｃには左向きの絶対加速度αが生じるが、ここでは下梁５ｂにも同方向で同じ大きさの絶対加速度αが生じると仮定する。そして、次の瞬間、下梁５ｂには、下梁５ｂ及びその上層階の質量に基づく慣性力が右方向に作用し、これにより、専ら下梁５ｂの下方の梁５ｃが、下梁５ｂに対して左方向へ相対移動して、その結果、梁５ｂ，５ｃ同士の間に相対変位δが生じてしまうことになる。
【００４１】
この点につき、この変形例の制振装置１０ａを設けておけば、図７の瞬間においては、揺動部材２１には質量体２７の慣性力ｍα（αは質量体２７の絶対加速度である）が右方向に作用し、これにより、支点Ｐｓ及び部材３１を介して揺動部材２１から下梁５ｂへと左向きの力Ｆ２（＝ｍα×[（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１]）が作用し、この力Ｆ２によって下梁５ｂは左向きに移動するように付勢される。その結果、下方の梁５ｃに対する下梁５ｂの相対変位δの発生は有効に抑制される。
【００４２】
このような制振装置１０ａは、上述のように、制振装置１０ａを設置した下梁５ｂ及びその上層階の質量に起因した慣性力を軽減して相対変位δの発生を抑制する効果があるため、図８に示すように建物の中間高さよりも上側の部分に設けるのが望ましい。
【００４３】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図９Ａ及び図９Ｂは、第２実施形態の制振装置１０ｂの側面図である。なお、図９Ａには、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位δが無い状態を示し、図９Ｂには同相対変位δが生じた状態を示している。
第１実施形態では、相対変位δに係る振動を減衰するダンパー部材が設けられていなかったが、この第２実施形態ではダンパー部材が設けられている点で相違する。これ以外の内容は概ね第１実施形態と同様のため、同一の構成については同一の符号を付して示し、その説明は省略する。
【００４４】
このダンパー部材は、摩擦ダンパー４１であり、揺動部材２１における質量体２７の位置に一体に固定された摩擦材４３と、摩擦材４３に対向配置されて当接する滑り板４５と、を有する。そして、揺動部材２１の揺動動作によって摩擦材４３が滑り板４５に対して摺動することにより摩擦熱を発し、これにより、上梁５ａと下梁５ｂとの間の相対変位δに係る振動エネルギーを熱エネルギーに変換して消費し、その結果、相対変位δに係る振動を減衰する。なお、摺動時の摩擦力の大きさの安定化を図るべく、適宜なばね部材（不図示）を揺動部材２１に設け、このばね部材の弾発力により摩擦材４３を滑り板４５に押し付けても良い。
また、図９Ａの例では、摩擦材４３は質量体２７に固定されている。そして、この質量体２７の位置は、連結位置Ｐｊを基準として支点Ｐｓよりも離れた位置にある。よって、摩擦材４３と滑り板４５との間に生じる摩擦力の大きさを、前記比率Ｒ（＝（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１）に基づいて拡大して、相対変位δに沿う方向の減衰力として連結位置Ｐｊに付与することができて、すなわち、大きな減衰力を相対変位方向に出力可能となる。
【００４５】
摩擦材４３の具体例としては、例えば四フッ化エチレンや超高分子量ポリエチレン等を例示でき、滑り板４５としてはステンレス鋼板等を例示できるが、摺動時に両者４３，４５同士の間に適度な大きさの摩擦力が生じるものであれば、何等これらに限らない。
更に言えば、ダンパー部材は、何等上述の摩擦ダンパー４１に限るものではない。例えば、オイルダンパー等の粘性ダンパーや、粘弾性ダンパー、又は鋼材ダンパーを用いても良く、つまり、これらのダンパーの何れかを、揺動部材２１と上梁５ａ（取り付け部材１３を含む）又は下梁５ｂ（連結部材３１を含む）との間に介装しても良い。
【００４６】
ちなみに、一般的な粘性ダンパーの構成は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、シリンダ４７と、シリンダ４７内を往復移動可能なピストン４８と、シリンダ４７内におけるピストン４８以外の空間に充填された粘性流体と、を有した構成であるが、当該構成の場合、望ましくは、揺動部材２１における粘性ダンパーの取り付け位置Ｐｄを、揺動部材２１における質量体２７よりも支点Ｐｓ側の部位にすると良く、これは、ピストン４８の移動ストロークが長い粘性ダンパーほど高価になるからである。
また、第１実施形態の変形例１０ａに対して上述のダンパー部材を適用可能なのは言うまでもない。
【００４７】
＝＝＝第３実施形態＝＝＝
図１１は、第３実施形態の制振装置１０ｃの説明図であり、揺動部材２１を図２中のXI-XI断面視で示している。
この第３実施形態の制振装置１０ｃは、第１実施形態の制振装置１０に対してフェールセーフ機構５１を追設したものである。すなわち、相対変位δが過大な加速度を伴っている場合には、この相対変位δの質量体２７への伝達をフェールセーフ機構５１によって抑制し、これにより、質量体２７が過度に激しく揺動されて揺動部材２１や上下梁５ａ，５ｂ等が破損してしまうことを未然に防ぐようにしている。
【００４８】
このフェールセーフ機構５１を設けるべく、この第３実施形態に係る揺動部材２１は、質量体２７の位置と連結位置Ｐｊとの間で２分割されてなる一対の分割体２２，２３を本体とし、また、一方の分割体２２及び他方の分割体２３は互いに摩擦接合されている。すなわち、各分割体２２，２３は、それぞれ、互いに対向して当接する摩擦面２２ａ，２３ａを有するとともに、これら摩擦面２２ａ，２３ａ同士は、締結ボルトやナット等の適宜な締結部材５３によって圧接されており、摩擦面２２ａ，２３ａ同士の間の摩擦力で接合されている。更に、これら摩擦面２２ａ，２３ａ同士は、レール等の適宜なガイド部材５４によって互いに揺動部材２１の揺動回転方向に相対移動可能に案内されている。
【００４９】
よって、一対の摩擦面２２ａ，２３ａに入力される力の大きさが前記摩擦力以下の場合には、前記一対の摩擦面２２ａ，２３ａ同士は摺動不能状態を維持する一方、前記入力される力の大きさが前記摩擦力を超える場合には、前記一対の摩擦面２２ａ，２３ａ同士が前記揺動回転方向に摺動して、質量体２７への前記力の伝達を抑制する。そして、これにより、過大な加速度を伴った相対変位δの質量体２７への入力は有効に回避される。
なお、一対の摩擦面２２ａ，２３ａは、それぞれ、図１１の例のように一方の分割体２２に滑り板５５ａを固定し、他方の分割体２３に摩擦板５５ｂを固定して形成しても良いし、あるいは、各分割体２２，２３の摩擦面２２ａ，２３ａとなり得る部分に対してショットブラスト等の粗面加工を施して形成しても良い。
【００５０】
図１２は、フェールセーフ機構の変形例５１ａの説明図である。上述の図１１と同様、揺動部材２１を図２中のXI-XI断面視で示している。
この変形例５１ａでは、第３実施形態の滑り板５５ａ及び摩擦板５５ｂに代えて弾性体としての板ゴム５７が介装されている。すなわち、一方の分割体２２及び他方の分割体２３は互いに対向する面２２ｃ，２３ｃを有し、これら面２２ｃ，２３ｃ同士の間には板ゴム５７が介装されて各面２２ｃ，２３ｃに移動不能に固定されている。また、前記面２２ｃ，２３ｃ同士は、第３実施形態の場合と同様に、レール等の適宜なガイド部材５４ａによって互いに揺動部材２１の揺動回転方向に相対移動可能に案内されている。
【００５１】
よって、この構成によれば、相対変位δが高次振動を伴っている場合であっても、当該高次振動が、連結位置Ｐｊから質量体２７へ向かう過程で、その途中の弾性体５７にて吸収されて質量体２７への伝達は軽減される。よって、質量体２７が高次振動により過度に振動されて揺動部材２１や上下梁５ａ，５ｂ等が破損することは有効に回避される。
なお、これらフェールセーフ機構５１，５１ａの設置位置は、何等揺動部材２１に限るものではなく、前記部材１３や前記部材３１に対して設置しても良い。すなわち、これら部材１３，３１の一方に対して、前記摩擦面２２ａ，２３ａや前記面２２ｃ，２３ｃ等を形成しても良い。
また、第１実施形態の変形例１０ａに対して上述のフェールセーフ機構５１，５１ａを適用可能なのは言うまでもない。
【００５２】
＝＝＝第４実施形態＝＝＝
図１３Ａ及び図１３Ｂは、第４実施形態の制振装置１０ｄの側面図である。なお、図１３Ａには、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位δが無い状態を示し、図１３Ｂには同相対変位δが生じた状態を示している。
【００５３】
第１実施形態との対比において、この第４実施形態では、図１３Ｂに示すように下梁５ｂを揺動部材２１の連結位置Ｐｊに連結するための連結部材６１が、梃子部材６３を有しており、この梃子部材６３によって、上梁５ａに対する下梁５ｂの相対変位δを拡大して前記連結位置Ｐｊに入力するように構成されている。これ以外の構成は、ほぼ第１実施形態と同様であり、同じ構成には同じ符号を付して示し、その説明は省略する。
【００５４】
第４実施形態に係る連結部材６１は、下梁５ｂに移動不能に固定された第１部材６２と、上梁５ａに移動不能に固定された第２部材６４と、梃子部材６３とを有する。そして、梃子部材６３の一端部たる下端部が、梃子の支点Ｐｍとして第２部材６４にピン接合され、他端部たる上端部が、梃子の力点Ｐｆとして揺動部材２１の連結位置Ｐｊに接続され、これら下端部と上端部との間の部位が、梃子の作用点Ｐｎとして第１部材６２に接続されている。これにより、梃子部材６３の支点Ｐｍ及び作用点Ｐｎから入力された前記相対変位δは、支点Ｐｍから作用点Ｐｎまでの距離Ｄ３と作用点Ｐｎから力点Ｐｆまでの距離（Ｄ４−Ｄ３）との比率Ｒｓ（＝（Ｄ４−Ｄ３）／Ｄ３）で拡大されて揺動部材２１の連結位置Ｐｊに入力される。その結果、揺動部材２１の質量体２７の揺動変位は、第１実施形態の場合よりも更にＲｓ倍だけ拡大されることとなる。つまり、相対変位δに対する質量体２７の揺動変位の拡大率は、前記比率Ｒ（＝（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１）の更にＲｓ倍となり、これにより、慣性増幅効果を更に高めることができる。
【００５５】
なお、梃子部材６３を前記支点Ｐｍ周りに円滑に揺動回転させて梃子として確実に機能させるべく、第１部材６２と梃子部材６３との前記作用点Ｐｎでの接続は、当該作用点Ｐｎの位置が梃子部材６３の揺動回転の回転半径方向には移動可能にしつつ揺動回転方向には移動不能となるようになされている。すなわち、図１３Ｂの例では、梃子部材６３に長孔６３ｈが形成され、この長孔６３ｈの長手方向は前記回転半径方向を向いているとともに、この長孔６３ｈに、第１部材６２の水平ピン６２ａが挿通されることで上記の接続を達成している。
【００５６】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、第４実施形態の制振装置の変形例１０ｅの側面図である。なお、図１４Ａには、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位δが無い状態を示し、図１４Ｂには同相対変位δが生じた状態を示している。
この変形例１０ｅは、上述の第４実施形態との対比において、上梁５ａ及び下梁５ｂに対する梃子部材６３の接続関係が逆になっている点で相違する。すなわち、第４実施形態では、梃子部材６３の下端部の支点Ｐｍが上梁５ａ側の第２部材６４に設定されているとともに、支点Ｐｍよりも上端部寄りの作用点Ｐｎにおいて下梁５ｂ側の第１部材６２に連結されていたが、この変形例では、梃子部材６３の下端部の支点Ｐｍが下梁５ｂ側の第１部材６２に設定されているとともに、支点Ｐｍよりも上端部寄りの作用点Ｐｎにおいて上梁５ａ側の第２部材６４に連結されている。
【００５７】
そして、これにより、揺動部材２１の揺動動作が、第４実施形態とは逆になっている。すなわち、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位時において、図１３Ｂの第４実施形態では上梁５ａの移動方向とは逆方向に揺動部材２１の下端部たる揺動端部は移動していたが、この変形例では、図１４Ｂに示すように上梁５ａの移動方向と同方向に揺動部材２１の下端部は移動するようになっている。
【００５８】
なお、この第４実施形態の変形例１０ｅは、第１実施形態の変形例１０ａに対応する構成であり、慣性増幅効果が拡大することを除けば、この第４実施形態の変形例１０ｅの作用効果は、第１実施形態の変形例１０ａと同じなので、その説明は省略する。
【００５９】
＝＝＝本発明に係る作用効果の補足＝＝＝
ここで、第１実施形態及び第１実施形態の変形例の作用効果を、一自由度系モデルに基づいて説明する。
【００６０】
図１５Ａは、比較例として示す、慣性増幅機構を有しない従来の一自由度系モデルである。この一自由度系モデルが地動ｙを受ける場合の振動方程式は、式(1)で表すことができる。
また、式(1)の両辺をＭで除すことで式(2)が得られる。
【００６１】
次に、慣性増幅機構として図１のボールねじ１２０を用いた参考例の制振装置１１０の場合について説明する。図１５Ｂは、その一自由度系モデルの説明図である。この場合、ボールねじ１２０のナット部１２３に固定された質量体１２５に基づいて慣性増幅効果を奏し、この質量体１２５の質量をｍとすると、当該制振装置１１０を適用した一自由度系モデルが地動ｙを受ける場合の振動方程式は、式(3)で表すことができる。
【００６２】
ここで、左辺のＬは、ボールねじ１２０のリード長当たりに質量体１２５が回転移動する周長を前記リード長で除した値であり、いわば慣性増幅効果に係る前記比率Ｒに対応するパラメータである。よって、以下では、比較を簡単にするために、ＲとＬとは互いに等しいものとして扱う。つまり、式(3)を、下式(3a)のように書き換えて説明する。ここでＲ＞１とする。
そして、式(3a)の両辺を（Ｍ＋ｍＲ２）で除すことで式(4)が得られる。
式(4)は、式(5)〜(8)の形式で表すことができる。
式(6)〜(8)より、参考例たるボールねじ式慣性増幅機構を有した一自由度系モデルでは、式(2)の慣性増幅機構を有しない従来の一自由度系モデルと比べて、減衰係数およびバネ剛性をＭ／（Ｍ＋ｍＲ２）倍に低減し、地動加速度についても（Ｍ＋ｍ）／（Ｍ＋ｍＲ２）倍に低減する形として捉えることが出来る。
【００６３】
次に、第１実施形態の制振装置１０の場合について説明する。図１５Ｃは、この制振装置１０を有した一自由度系モデルの説明図である。なお、簡略のため、建物の柱梁架構３が１層の場合のモデルを用い、且つ前記比率Ｒが変動しないものとして扱う。この場合の振動方程式は式(9)のように表すことができる。
ここで、右辺の−ｍＲの項は、図４を参照して前述したように、地動ｙによって、揺動部材２１の質量体２７から取り付け部材１３を介して建物たる質点に力Ｆ１（＝ｍα×[（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１]）が作用するからである。
【００６４】
また、式(9)の両辺を（Ｍ＋ｍＲ２）で除すことで式(10)が得られる。
そして、式(10)は、式(11)〜(12)の形式で表すことができる。
式(11)〜(12)より、第１実施形態に係るモデルの場合には、式(2)の慣性増幅機構を有しない従来の一自由度系モデルの場合と比べて、減衰係数およびバネ剛性をＭ／（Ｍ＋ｍＲ２）倍に低減する形として捉えることができる。さらに、地動加速度については（Ｍ−ｍＲ）／（Ｍ＋ｍＲ２）倍に低減する形であり、これは、これは式(8)の参考例たるボールねじ式慣性増幅機構を有した一自由度系モデルの場合よりも更に地動加速度を低減する形として捉えることが出来る。
【００６５】
最後に、第１実施形態の変形例１０ａの場合について説明する。なお、この場合も簡略のため、建物の柱梁架構３が１層の場合のモデルを用い、且つ前記比率Ｒが変動しないものとして扱う。この場合の振動方程式は式(13)のように表すことができる。
また、式(13)の両辺を（Ｍ＋ｍＲ２）で除すことで式(14)が得られる。
式(14)は、式(15)〜(16)の形式で表すことができる。
式(15)〜(16)より、第１実施形態の変形例１０ａに係るモデルの場合には、式(2)の慣性増幅機構を有しない従来の一自由度系モデルの場合と比べて、減衰係数およびバネ剛性をＭ／（Ｍ＋ｍＲ２）倍にし、地動加速度については（Ｍ＋ｍ（Ｒ−１））／（Ｍ＋ｍＲ２）倍にする形として捉えることが出来る。
【００６６】
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。
【００６７】
上述の実施形態では、揺動部材２１における連結位置Ｐｊを、支点Ｐｓと質量体２７との間に位置させていたが、何等これに限るものではない。すなわち、揺動部材２１において相対変位δよりも大きく移動する位置に質量体２７が位置していれば、慣性増幅効果を奏することができるので、当該位置関係を満足していれば良く、例えば、質量体２７と連結位置Ｐｊとの間に支点Ｐｓが位置していても良い。
【符号の説明】
【００６８】
３ 柱梁架構、５ａ 上梁（一方の部材）、５ｂ 下梁（他方の部材）、
１０ 制振装置、１０ａ 制振装置、１０ｂ 制振装置、１０ｃ 制振装置、
１０ｄ 制振装置、１０ｅ 制振装置、
１３ 取り付け部材、１３ａ 水平ピン、
２１ 揺動部材、２１ｈ 連結孔、
２２ 分割体、２２ａ 摩擦面、２２ｃ 面、
２３ 分割体、２３ａ 摩擦面、２３ｃ 面、
２７ 質量体、
３１ 連結部材、３１ａ 脚材、３１ｂ 水平材、
３３ 水平ピン、４１ 摩擦ダンパー（ダンパー部材）、
４３ 摩擦材、４５ 滑り板、
４７ シリンダ、４８ ピストン、
５１ フェールセーフ機構、５１ａ フェールセーフ機構、
５３ 締結部材、５４ ガイド部材、５４ａ ガイド部材、
５５ａ 滑り板、５５ｂ 摩擦板、５７ 板ゴム（弾性体）、
６１ 連結部材、６２ 第１部材、６２ａ 水平ピン、
６３ 梃子部材、６３ｈ 長孔、６４ 第２部材、
Ｐｓ 支点、Ｐｊ 連結位置、
Ｐｆ 力点、Ｐｍ 支点、Ｐｎ 作用点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣り合って配置された二部材の相対変位を抑制すべく前記二部材同士の間に介装される制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物の層間等に設けられ、建物の揺れを抑制する装置として制振装置が使用されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３８７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
その一例として、図１の縦断面図に示すように、ボールねじ１２０を用いた制振装置１１０がある。ボールねじ１２０は、軸部１２１と、この軸部１２１に複数のボール（不図示）を介して螺合するナット部１２３と、を有し、ナット部１２３には質量体１２５が一体に設けられている。そして、軸部１２１を介してボールねじ１２０に層間変位が入力されると、入力された層間変位がナット部１２３の回転運動に変換されて、ナット部１２３と一体となって質量体１２５が回転し、質量体１２５の回転慣性により層間変位が抑制される。
しかしながら、一般にボールねじ１２０は複雑構造であり高価である。
また、上述の層間変位の抑制効果を大きくするには、質量体１２５の質量を大きくするか、質量体の回転半径を大きくすることが考えられるが、質量体１２５の質量を大きくすると、堅牢な構造のボールねじ１２０を使用しなければならずコストアップを招き、他方、回転半径を大きくすると、質量体１２５の回転軌道が層間変位の方向と直交する平面内に形成されることから、当該制振装置１２０を、建物の壁内等に収め難くなる。
【０００５】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、二部材同士の間に介装されて二部材の相対変位の抑制効果を高めることができるとともに、相対変位の方向と直交する方向の寸法を小さくすることができ、しかも安価な制振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】
【０００６】
かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、
隣り合って配された二部材同士の間に介装されて、前記二部材同士が隣り合う方向と交差する所定方向に相対変位する際に前記二部材同士の前記相対変位を抑制する制振装置であって、
前記二部材のうちの一方の部材に設定された支点周りに揺動可能に支持された揺動部材と、
前記揺動部材における所定位置を連結位置として、前記揺動部材を前記二部材のうちの他方の部材に連結する連結部材と、
前記揺動部材において前記相対変位よりも大きく移動する位置に一体に設けられた質量体と、を有し、
前記揺動部材の揺動動作に応じて、前記連結位置が前記揺動部材の揺動回転に係る回転半径方向に移動可能なように、前記連結部材と前記揺動部材とは連結されており、
前記相対変位が前記支点及び前記連結部材を介して前記揺動部材に入力されて前記揺動部材が揺動することにより、前記相対変位を抑制することを特徴とする。
【０００７】
上記請求項１に示す発明によれば、前記質量体は、前記相対変位よりも大きく移動する位置に設けられている。よって、相対変位を抑制するための抑制力の大きさは、相対変位の加速度と質量体の質量との単なる乗算で求まる力の値を、更に相対変位の増幅倍率を表す比率Ｒ（これについては後述する）の二乗に基づいて拡大した大きさとなり（以下、慣性増幅効果とも言い、これについては後述する）、当該拡大された抑制力に基づいて、前記相対変位は有効に抑制される。
【０００８】
また、制振装置の本体は、質量体を有した揺動部材という簡単な構成であり、ボールねじ等の複雑な装置を用いずに済むので、制振装置の製造コストを低減できる。
更には、慣性増幅効果に係る上記比率Ｒを大きくするには、揺動部材を長くすることになるが、揺動部材の揺動方向は、相対変位の方向と略平行である。つまり、揺動部材の揺動回転の軌道面内に前記相対変位の方向が含まれている。よって、この揺動回転の軌道面と直交する方向については制振装置の寸法を小さく収めることができて、もって当該制振装置を建物の壁内等に収容し易くなる。
【０００９】
また、連結位置は、揺動部材の回転半径方向に移動可能であるので、揺動部材は、二部材の相対変位に基づいて速やかに揺動することができる。
更に、連結位置は、揺動部材の回転半径方向に移動可能であるので、前記二部材の相対変位が大きくなるにつれて上記比率Ｒが小さくなる。よって、相対変位が過大になる時において、揺動部材から二部材へ付与される前記抑制力の拡大を抑えることができて、その結果、二部材の破損を有効に防止することができる。
【００１０】
請求項２に示す発明は、請求項１に記載の制振装置であって、
前記隣り合う方向は鉛直方向であり、
前記相対変位に係る前記所定方向は水平方向であり、
前記一方の部材は、前記他方の部材の上方に載置されており、
前記揺動部材における前記支点と前記質量体との間の位置に前記連結位置が設定されており、
前記質量体は、前記揺動部材の二つの揺動端部のうちで前記支点から遠い方の揺動端部の質量を前記支点に近い方の揺動端部よりも大きくすべく、前記遠い方の揺動端部に一体に設けられていることを特徴とする。
上記請求項２に示す発明によれば、前記他方の部材に対して地震動等の水平方向の外力が入力された際に、一方の部材と他方の部材との間の水平方向の相対変位が大きくなる虞があるが、これを有効に防止可能となる。詳細については図４を参照しつつ後述する。
【００１１】
また、連結位置は、前記支点と前記質量体との間に設定されているので、揺動部材の長大化を防ぐことができる。
【００１２】
請求項３に示す発明は、請求項１に記載の制振装置であって、
前記隣り合う方向は鉛直方向であり、
前記相対変位に係る記所定方向は水平方向であり、
前記他方の部材は、前記一方の部材の上方に載置されており、
前記揺動部材における前記支点と前記質量体との間の位置に前記連結位置が設定されており、
前記質量体は、前記揺動部材の二つの揺動端部のうちで前記支点から遠い方の揺動端部の質量を前記支点に近い方の揺動端部よりも大きくすべく、前記遠い方の揺動端部に一体に設けられていることを特徴とする。
上記請求項３に示す発明によれば、前記一方の部材よりも下方に位置する部材に対して地震動等の水平方向の外力が入力された際に、前記一方の部材と、前記下方に位置する部材との間の水平方向の相対変位が大きくなる虞があるが、これを有効に防止可能となる。詳細については図７を参照しつつ後述する。
また、連結位置は、前記支点と前記質量体との間に設定されているので、揺動部材の長大化を防ぐことができる。
【００１３】
請求項４に示す発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の制振装置であって、
前記揺動部材の揺動動作が入力されるダンパー部材を有し、
前記ダンパー部材は、前記揺動動作の運動エネルギーを熱エネルギーに変換して吸収することを特徴とする。
上記請求項４に示す発明によれば、ダンパー部材によって、前記二部材同士の相対変位に係る振動を減衰することができる。
【００１４】
請求項５に示す発明は、請求項４に記載の制振装置であって、
前記ダンパー部材として、互いに当接する摩擦材と滑り板とを有し、
前記摩擦材及び前記滑り板のうちの一方の部材が前記揺動部材に固定されるとともに、前記一方の部材に対向してもう一方の部材が設けられ、
前記揺動部材の揺動によって、前記一方の部材が前記もう一方の部材に対して摺動することを特徴とする。
上記請求項５に示す発明によれば、揺動部材の揺動動作の運動エネルギーは、ダンパー部材によって摩擦熱等に変換されて消費され、これにより、前記二部材同士の相対変位に係る振動は有効に減衰される。
また、摩擦材が質量体の位置に固定され、かつ、この質量体の位置が、前記相対変位よりも大きく移動する位置にある場合には、摩擦材と滑り板との間に生じる摩擦力の大きさを、相対変位の増幅倍率を表す比率Ｒに基づいて拡大して、相対変位に沿う方向の減衰力として付与することができて、大きな減衰力を出力可能となる。
【００１５】
請求項６に示す発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の制振装置であって、
前記制振装置は、所定の大きさの摩擦力により接合された一対の摩擦面を有し、
前記一対の摩擦面に入力される力の大きさが前記摩擦力以下の場合には、前記一対の摩擦面同士は相対移動不能に当接する一方、前記一対の摩擦面に入力される力の大きさが前記摩擦力を超える場合には、前記一対の摩擦面同士が相対移動して、前記質量体への前記力の伝達を抑制することを特徴とする。
上記請求項６に示す発明によれば、過大な加速度を伴った相対変位の質量体への入力は、前記一対の摩擦面同士の相対移動により有効に抑制される。従って、質量体が過度に激しく揺動されて揺動部材や前記二部材が破損することは有効に回避される。
【００１６】
請求項７に示す発明は、請求項６に記載の制振装置であって、
前記揺動部材は、前記質量体の位置と前記連結位置との間で分割された一対の分割体を本体とし、
一方の分割体及び他方の分割体は、それぞれ、前記一対の摩擦面うちの一方の摩擦面及び他方の摩擦面を有し、
前記一対の摩擦面同士は、互いに前記揺動部材の揺動回転方向に相対移動可能に案内されていることを特徴とする。
上記請求項７に示す発明によれば、過大な加速度を伴った相対変位の質量体への入力は、前記一対の摩擦面同士の相対移動によって確実に抑制される。
【００１７】
請求項８に示す発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の制振装置であって、
前記制振装置は、互いに対向しつつ相対移動可能に案内された一対の面と、前記一対の面の間に介装固定された弾性体と、を有し、
前記一対の面に高次振動が入力された際に、該高次振動を前記弾性体が吸収して、前記質量体への伝達を軽減することを特徴とする。
上記請求項８に示す発明によれば、相対変位が高次振動を伴っている場合であっても、当該高次振動は、弾性体に吸収されて質量体への伝達は軽減される。よって、質量体が高次振動により過度に振動されて揺動部材や前記二部材が破損することは有効に回避される。
【００１８】
請求項９に示す発明は、請求項１乃至８の何れかに記載の制振装置であって、
前記一方の部材に対する前記他方の部材の前記相対変位を拡大して前記連結位置に入力するための梃子部材を有していることを特徴とする。
上記請求項９に示す発明によれば、梃子部材によって揺動部材の揺動動作が更に拡大される。よって、制振装置用のスペースを大きく確保せずとも、慣性増幅効果の拡大を図れる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、二部材同士の間に介装されて二部材の相対変位の抑制効果を高めることができるとともに、特定の方向の寸法を小さくすることができ、しかも安価な制振装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ボールねじ１２０を利用した参考例の制振装置１１０の縦断面図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、第１実施形態の制振装置１０の側面図である。
【図３】相対変位δと抑制力Ｆとの関係のグラフである。
【図４】相対変位δが零の状態において左方向の地震動が建物に入力された瞬間の制振装置１０の状態の説明図である。
【図５】第１実施形態の制振装置１０の望ましい設置高さの説明図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、第１実施形態の制振装置の変形例１０ａの側面図である。
【図７】相対変位δが零の状態において左方向の地震動が建物に入力された瞬間の制振装置１０ａの状態の説明図である。
【図８】第１実施形態の制振装置の変形例１０ａの望ましい設置高さの説明図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、第２実施形態の制振装置１０ｂの側面図である。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、粘性ダンパーの一般的構成の説明図である。
【図１１】第３実施形態の制振装置１０ｃに係るフェールセーフ機構５１の説明図であり、揺動部材２１を図２中のXI-XI断面視で示している。
【図１２】フェールセーフ機構の変形例５１ａの説明図である。
【図１３】図１３Ａ及び図１３Ｂは、第４実施形態の制振装置１０ｄの側面図である。
【図１４】図１４Ａ及び図１４Ｂは、第４実施形態の制振装置の変形例１０ｅの側面図である。
【図１５】図１５Ａは、比較例として示す、慣性増幅機構を有しない従来の一自由度系モデルの説明図であり、図１５Ｂは、ボールねじ１２０を用いた参考例の制振装置１１０に係る一自由度系モデルの説明図であり、図１５Ｃは、第１実施形態及びその変形例の制振装置１０，１０ａに係る一自由度系モデルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図２Ａ及び図２Ｂは、第１実施形態の制振装置１０の側面図である。なお、図２Ａには、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位δが無い状態を示し、図２Ｂには同相対変位δが生じた状態を示している。
【００２２】
制振装置１０は、例えば複数階からなる多層建物の柱梁架構３において、鉛直方向の上下に隣り合う一対の梁５ａ，５ｂ同士の間に介装される。そして、図２Ｂに示すように、これら上梁５ａと下梁５ｂとの間の水平方向の相対変位δを抑制する。つまり、この例では、上梁５ａが、請求項における「一方の部材」に相当し、下梁５ｂが「他方の部材」に相当し、鉛直方向が「隣り合う方向」に相当し、水平方向が「所定方向」に相当する。
【００２３】
制振装置１０は、（１）柱梁架構３の上梁５ａに固定された取り付け部材１３と、（２）取り付け部材１３に設定された支点Ｐｓ周りに揺動可能に支持された揺動部材２１と、（３）揺動部材２１における所定位置を連結位置Ｐｊとして、揺動部材２１を柱梁架構３の下梁５ｂに連結する連結部材３１と、（４）揺動部材２１に一体に設けられた質量体２７と、を有している。
【００２４】
そして、図２Ｂに示すように地震時等において上梁５ａと下梁５ｂとが相対変位すると、当該相対変位δが、支点Ｐｓ及び連結位置Ｐｊを介して揺動部材２１に入力されて当該揺動部材２１が揺動するが、その揺動に伴って生じる揺動部材２１の質量体２７の慣性力が、相対変位δの抑制力として作用して当該相対変位δが抑制されるようになっている。
【００２５】
以下、各構成要素１３，２１，３１，２７について説明する。
取り付け部材１３は、上梁５ａに揺動部材２１を揺動可能に支持させるための部材である。すなわち、取り付け部材１３は、ボルト止め等により上梁５ａに移動不能に固定され、また、同取り付け部材１３には水平ピン１３ａが設けられており、そして、この水平ピン１３ａに揺動部材２１がピン接合されている。よって、当該水平ピン１３ａを前記支点Ｐｓとして揺動部材２１は、前記相対変位δの方向を含む鉛直面内を揺動回転可能に支持されている。
【００２６】
揺動部材２１は、例えば長手方向を有した部材であり、長手方向の一端部たる上端部には、上述の支点Ｐｓが設定されており、つまり上記水平ピン１３ａを挿通するピン孔が形成されている。また、揺動部材２１の他端部たる下端部には、質量体２７が一体に固定されている。よって、この例では、上端部が、請求項における「支点Ｐｓから近い方の揺動端部」に相当し、下端部が、「支点Ｐｓから遠い方の揺動端部」に相当する。なお、質量体２７については後述する。
【００２７】
連結部材３１は、前記支点Ｐｓと協同して揺動部材２１に前記相対変位δを入力する部材であり、この入力に基づいて揺動部材２１は揺動する。連結部材３１は、例えば下梁５ｂに移動不能に固定された一対の脚材３１ａ，３１ａと、一対の脚材３１ａ，３１ａに架け渡された水平材３１ｂと、を有し、水平材３１ｂには水平ピン３３が設けられている。また、揺動部材２１には、水平ピン３３を挿通する連結孔２１ｈが形成されている。よって、水平ピン３３を連結孔２１ｈに挿通することにより、揺動部材２１は連結部材３１を介して下梁５ｂに連結される。
【００２８】
ここで、連結孔２１ｈは、長孔形状に形成されており、この長孔２１ｈの長手方向は、揺動部材２１の揺動回転に係る回転半径方向を向いている。よって、揺動部材２１における連結位置Ｐｊたる前記水平ピン３３の位置は、適宜連結孔２１ｈ内を前記回転半径方向にスライド移動可能であり、これにより、揺動部材２１は、前記相対変位δに応じて大きな抵抗無く速やかに揺動することができる。
【００２９】
質量体２７は、錘として機能し得るような高密度の部材であり、例えば鋼製のブロック部材である。そして、当該質量体２７は、前述したように揺動部材２１の下端部に一体に固定されている。ここで、この質量体２７が設けられる前記下端部は、支点Ｐｓを基準として連結位置Ｐｊよりも遠方に位置している。また、同下端部は、連結位置Ｐｊを基準として支点Ｐｓよりも離れた位置に位置しているが、これは、相対変位δよりも質量体２７を大きく移動させることで慣性増幅効果を生じさせて、相対変位δを抑制するための抑制力を大きくするためである。詳しく説明する。先ず、支点Ｐｓから連結位置Ｐｊまでの距離をＤ１、支点Ｐｓから質量体２７の重心までの距離をＤ２とする。すると、連結位置Ｐｊから質量体２７の重心までの距離は（Ｄ２−Ｄ１）となるが、ここで、相対変位δの増幅倍率を表す比率Ｒ（＝（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１）は、Ｒ＞１となる。よって、前記相対変位δは、前記比率Ｒに基づき拡大されて質量体２７へ入力される。これにより、質量体２７の加速度は、相対変位δに係る加速度をＲ倍に拡大した値となり、この拡大された加速度に基づき質量体２７の慣性力が生じる。また、この慣性力は、梃子の原理に基づいて更に前記比率Ｒで拡大されて前記連結位置Ｐｊに作用する。よって、以上をまとめると、質量体２７の質量ｍに相対変位δの加速度を乗算してなる大きさの力を、前記比率Ｒの二乗で拡大した力が連結位置Ｐｊに作用することとなり、つまり、この拡大された力が相対変位δの抑制力として作用し、その結果、前記相対変位δの抑制性は格段に高められる。これが、慣性増幅効果である。
【００３０】
なお、この慣性増幅効果を高めるには、連結位置Ｐｊから質量体２７までの距離（Ｄ２−Ｄ１）を長くする必要があるが、その場合にあっても、上述の構成によれば、概ね揺動部材２１の揺動回転の回転半径が長くなるのみであり、揺動回転の軌道面と直交する方向（図２Ｂの紙面を貫く方向）の寸法については何等変化ない。つまり、当該方向については制振装置１０の寸法を大きくせずに済み、その結果、当該制振装置１０を建物の壁内等に収容し易くなる。
【００３１】
また、上述したように連結位置Ｐｊたる水平ピン３３の位置は、連結孔２１ｈの長孔形状に基づき、揺動部材２１の揺動回転に係る回転半径方向に移動可能になっているので、図２Ａと図２Ｂの対比から明らかなように、前記相対変位δが大きくなるにつれて連結位置Ｐｊが質量体２７の方へと移動し、つまり上記比率Ｒは小さくなる。よって、相対変位δが大きい時に、揺動部材２１から上下梁５ａ，５ｂ及びその近傍部分へ付与される抑制力Ｆの拡大を抑えることができる（図３を参照）。
【００３２】
ところで、図２Ａに示すような相対変位δが零の場合には、図１の参考例の制振装置１１０は全く機能しない。例えば、地震動等により上梁５ａと下梁５ｂとが同じ絶対加速度αで移動している場合であっても（図４を参照）、相対変位δが生じなければ参考例の制振装置１１０は作動しない。これは、当該参考例の制振装置１１０にあっては、発生した相対変位δに基づきナット部１２３が質量体１２５を回転することにより、相対変位δを抑制するための抑制力を得るからである。
【００３３】
但し、相対変位δが零であっても、上梁５ａ及び下梁５ｂが絶対加速度αで移動する際に、その後の相対変位δの発生を抑制する方向に制振装置が作動するのであれば、その方がより効果的に相対変位δを抑制できて好ましいものと考えられる。この点につき、上述の第１実施形態の制振装置１０は、そのように作動する。以下、説明する。
【００３４】
図４は、相対変位δが零の状態において左方向の地震動が建物に入力された瞬間の状態を示している。この地震動の入力により、下梁５ｂには左向きの絶対加速度αが生じ、上梁５ａにも同方向で同じ大きさの絶対加速度αが生じるとする。そして、次の瞬間、上梁５ａには、上梁５ａ及びその上層階の質量に基づく慣性力が右方向に作用し、これにより、専ら下梁５ｂが上梁５ａに対して左方向へ相対移動して、その結果、梁５ａ，５ｂ同士の間に相対変位δが生じてしまうことになる。
【００３５】
この点につき、この第１実施形態の制振装置１０によれば、図４の瞬間においては、揺動部材２１には質量体２７の慣性力ｍα（ｍは質量体２７の質量であり、ここでは、質量体２７の絶対加速度の大きさをαと仮定する）が右方向に作用し、これにより、支点Ｐｓを介して揺動部材２１から取り付け部材１３へと左向きの力Ｆ１（＝ｍα×[（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１]）が作用し、この力Ｆ１によって上梁５ａは左向きに移動するように付勢される。その結果、下梁５ｂに対する上梁５ａの相対変位δの発生は有効に抑制される。
【００３６】
このように、当該制振装置１０は、これを設置した上梁５ａ及びその上層階の質量に起因した慣性力を軽減して相対変位δの発生を抑制する効果がある。このため、当該制振装置１０を建物の中間高さよりも上側の部分に設けるよりは、図５に示すように、中間高さよりも下側の部分に設ける方が望ましい。
【００３７】
図６Ａ及び図６Ｂは、第１実施形態の制振装置の変形例１０ａの側面図である。なお、図６Ａには、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位δが無い状態を示し、図６Ｂには同相対変位δが生じた状態を示している。
【００３８】
この変形例１０ａは、上述の第１実施形態との対比において、上梁５ａ及び下梁５ｂに対する揺動部材２１の接続関係が逆になっている点で相違する。すなわち、第１実施形態では、図２Ａに示すように揺動部材２１の上端部の支点Ｐｓが上梁５ａ側の部材１３に設定されているとともに、支点Ｐｓよりも下端部寄りの連結位置Ｐｊにおいて下梁５ｂ側の部材３１に連結されていたが、この変形例１０ａでは、図６Ａに示すように揺動部材２１の上端部の支点Ｐｓが下梁５ｂ側の部材３１に設定されているとともに、支点Ｐｓよりも下端部寄りの連結位置Ｐｊにおいて上梁側の部材１３に連結されている。
【００３９】
そして、これにより、揺動部材２１の揺動動作が、第１実施形態とは逆になっている。すなわち、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位時において、図２Ｂの第１実施形態では上梁５ａの移動方向とは逆方向に揺動部材２１の下端部たる揺動端部は移動していたが、この変形例では、図６Ｂに示すように上梁５ａの移動方向と同方向に揺動部材２１の下端部は移動するようになっている。なお、この場合には、相対変位の増幅倍率を表す比率Ｒは、Ｒ＝（Ｄ２／Ｄ１）となる。
【００４０】
また、図６Ａに示すように相対変位δが零の状態において、地震動等により建物に水平方向の外力が入力された際の相対変位δの発生の抑制対象の点でも、第１実施形態とは異なっている。つまり、第１実施形態では、上梁５ａと下梁５ｂとの間の相対変位δの発生を抑制していたが、この変形例では、下梁５ｂとその更に下方の梁５ｃとの間の相対変位δの発生を抑制する。図７は、その説明図であり、相対変位δが零の状態において左方向の地震動が建物に入力された瞬間の状態を示している。この地震動の入力により、下梁５ｂの下方の梁５ｃには左向きの絶対加速度αが生じるが、ここでは下梁５ｂにも同方向で同じ大きさの絶対加速度αが生じると仮定する。そして、次の瞬間、下梁５ｂには、下梁５ｂ及びその上層階の質量に基づく慣性力が右方向に作用し、これにより、専ら下梁５ｂの下方の梁５ｃが、下梁５ｂに対して左方向へ相対移動して、その結果、梁５ｂ，５ｃ同士の間に相対変位δが生じてしまうことになる。
【００４１】
この点につき、この変形例の制振装置１０ａを設けておけば、図７の瞬間においては、揺動部材２１には質量体２７の慣性力ｍα（αは質量体２７の絶対加速度である）が右方向に作用し、これにより、支点Ｐｓ及び部材３１を介して揺動部材２１から下梁５ｂへと左向きの力Ｆ２（＝ｍα×[（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１]）が作用し、この力Ｆ２によって下梁５ｂは左向きに移動するように付勢される。その結果、下方の梁５ｃに対する下梁５ｂの相対変位δの発生は有効に抑制される。
【００４２】
このような制振装置１０ａは、上述のように、制振装置１０ａを設置した下梁５ｂ及びその上層階の質量に起因した慣性力を軽減して相対変位δの発生を抑制する効果があるため、図８に示すように建物の中間高さよりも上側の部分に設けるのが望ましい。
【００４３】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図９Ａ及び図９Ｂは、第２実施形態の制振装置１０ｂの側面図である。なお、図９Ａには、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位δが無い状態を示し、図９Ｂには同相対変位δが生じた状態を示している。
第１実施形態では、相対変位δに係る振動を減衰するダンパー部材が設けられていなかったが、この第２実施形態ではダンパー部材が設けられている点で相違する。これ以外の内容は概ね第１実施形態と同様のため、同一の構成については同一の符号を付して示し、その説明は省略する。
【００４４】
このダンパー部材は、摩擦ダンパー４１であり、揺動部材２１における質量体２７の位置に一体に固定された摩擦材４３と、摩擦材４３に対向配置されて当接する滑り板４５と、を有する。そして、揺動部材２１の揺動動作によって摩擦材４３が滑り板４５に対して摺動することにより摩擦熱を発し、これにより、上梁５ａと下梁５ｂとの間の相対変位δに係る振動エネルギーを熱エネルギーに変換して消費し、その結果、相対変位δに係る振動を減衰する。なお、摺動時の摩擦力の大きさの安定化を図るべく、適宜なばね部材（不図示）を揺動部材２１に設け、このばね部材の弾発力により摩擦材４３を滑り板４５に押し付けても良い。
また、図９Ａの例では、摩擦材４３は質量体２７に固定されている。そして、この質量体２７の位置は、連結位置Ｐｊを基準として支点Ｐｓよりも離れた位置にある。よって、摩擦材４３と滑り板４５との間に生じる摩擦力の大きさを、前記比率Ｒ（＝（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１）に基づいて拡大して、相対変位δに沿う方向の減衰力として連結位置Ｐｊに付与することができて、すなわち、大きな減衰力を相対変位方向に出力可能となる。
【００４５】
摩擦材４３の具体例としては、例えば四フッ化エチレンや超高分子量ポリエチレン等を例示でき、滑り板４５としてはステンレス鋼板等を例示できるが、摺動時に両者４３，４５同士の間に適度な大きさの摩擦力が生じるものであれば、何等これらに限らない。
更に言えば、ダンパー部材は、何等上述の摩擦ダンパー４１に限るものではない。例えば、オイルダンパー等の粘性ダンパーや、粘弾性ダンパー、又は鋼材ダンパーを用いても良く、つまり、これらのダンパーの何れかを、揺動部材２１と上梁５ａ（取り付け部材１３を含む）又は下梁５ｂ（連結部材３１を含む）との間に介装しても良い。
【００４６】
ちなみに、一般的な粘性ダンパーの構成は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、シリンダ４７と、シリンダ４７内を往復移動可能なピストン４８と、シリンダ４７内におけるピストン４８以外の空間に充填された粘性流体と、を有した構成であるが、当該構成の場合、望ましくは、揺動部材２１における粘性ダンパーの取り付け位置Ｐｄを、揺動部材２１における質量体２７よりも支点Ｐｓ側の部位にすると良く、これは、ピストン４８の移動ストロークが長い粘性ダンパーほど高価になるからである。
また、第１実施形態の変形例１０ａに対して上述のダンパー部材を適用可能なのは言うまでもない。
【００４７】
＝＝＝第３実施形態＝＝＝
図１１は、第３実施形態の制振装置１０ｃの説明図であり、揺動部材２１を図２中のXI-XI断面視で示している。
この第３実施形態の制振装置１０ｃは、第１実施形態の制振装置１０に対してフェールセーフ機構５１を追設したものである。すなわち、相対変位δが過大な加速度を伴っている場合には、この相対変位δの質量体２７への伝達をフェールセーフ機構５１によって抑制し、これにより、質量体２７が過度に激しく揺動されて揺動部材２１や上下梁５ａ，５ｂ等が破損してしまうことを未然に防ぐようにしている。
【００４８】
このフェールセーフ機構５１を設けるべく、この第３実施形態に係る揺動部材２１は、質量体２７の位置と連結位置Ｐｊとの間で２分割されてなる一対の分割体２２，２３を本体とし、また、一方の分割体２２及び他方の分割体２３は互いに摩擦接合されている。すなわち、各分割体２２，２３は、それぞれ、互いに対向して当接する摩擦面２２ａ，２３ａを有するとともに、これら摩擦面２２ａ，２３ａ同士は、締結ボルトやナット等の適宜な締結部材５３によって圧接されており、摩擦面２２ａ，２３ａ同士の間の摩擦力で接合されている。更に、これら摩擦面２２ａ，２３ａ同士は、レール等の適宜なガイド部材５４によって互いに揺動部材２１の揺動回転方向に相対移動可能に案内されている。
【００４９】
よって、一対の摩擦面２２ａ，２３ａに入力される力の大きさが前記摩擦力以下の場合には、前記一対の摩擦面２２ａ，２３ａ同士は摺動不能状態を維持する一方、前記入力される力の大きさが前記摩擦力を超える場合には、前記一対の摩擦面２２ａ，２３ａ同士が前記揺動回転方向に摺動して、質量体２７への前記力の伝達を抑制する。そして、これにより、過大な加速度を伴った相対変位δの質量体２７への入力は有効に回避される。
なお、一対の摩擦面２２ａ，２３ａは、それぞれ、図１１の例のように一方の分割体２２に滑り板５５ａを固定し、他方の分割体２３に摩擦板５５ｂを固定して形成しても良いし、あるいは、各分割体２２，２３の摩擦面２２ａ，２３ａとなり得る部分に対してショットブラスト等の粗面加工を施して形成しても良い。
【００５０】
図１２は、フェールセーフ機構の変形例５１ａの説明図である。上述の図１１と同様、揺動部材２１を図２中のXI-XI断面視で示している。
この変形例５１ａでは、第３実施形態の滑り板５５ａ及び摩擦板５５ｂに代えて弾性体としての板ゴム５７が介装されている。すなわち、一方の分割体２２及び他方の分割体２３は互いに対向する面２２ｃ，２３ｃを有し、これら面２２ｃ，２３ｃ同士の間には板ゴム５７が介装されて各面２２ｃ，２３ｃに移動不能に固定されている。また、前記面２２ｃ，２３ｃ同士は、第３実施形態の場合と同様に、レール等の適宜なガイド部材５４ａによって互いに揺動部材２１の揺動回転方向に相対移動可能に案内されている。
【００５１】
よって、この構成によれば、相対変位δが高次振動を伴っている場合であっても、当該高次振動が、連結位置Ｐｊから質量体２７へ向かう過程で、その途中の弾性体５７にて吸収されて質量体２７への伝達は軽減される。よって、質量体２７が高次振動により過度に振動されて揺動部材２１や上下梁５ａ，５ｂ等が破損することは有効に回避される。
なお、これらフェールセーフ機構５１，５１ａの設置位置は、何等揺動部材２１に限るものではなく、前記部材１３や前記部材３１に対して設置しても良い。すなわち、これら部材１３，３１の一方に対して、前記摩擦面２２ａ，２３ａや前記面２２ｃ，２３ｃ等を形成しても良い。
また、第１実施形態の変形例１０ａに対して上述のフェールセーフ機構５１，５１ａを適用可能なのは言うまでもない。
【００５２】
＝＝＝第４実施形態＝＝＝
図１３Ａ及び図１３Ｂは、第４実施形態の制振装置１０ｄの側面図である。なお、図１３Ａには、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位δが無い状態を示し、図１３Ｂには同相対変位δが生じた状態を示している。
【００５３】
第１実施形態との対比において、この第４実施形態では、図１３Ｂに示すように下梁５ｂを揺動部材２１の連結位置Ｐｊに連結するための連結部材６１が、梃子部材６３を有しており、この梃子部材６３によって、上梁５ａに対する下梁５ｂの相対変位δを拡大して前記連結位置Ｐｊに入力するように構成されている。これ以外の構成は、ほぼ第１実施形態と同様であり、同じ構成には同じ符号を付して示し、その説明は省略する。
【００５４】
第４実施形態に係る連結部材６１は、下梁５ｂに移動不能に固定された第１部材６２と、上梁５ａに移動不能に固定された第２部材６４と、梃子部材６３とを有する。そして、梃子部材６３の一端部たる下端部が、梃子の支点Ｐｍとして第２部材６４にピン接合され、他端部たる上端部が、梃子の力点Ｐｆとして揺動部材２１の連結位置Ｐｊに接続され、これら下端部と上端部との間の部位が、梃子の作用点Ｐｎとして第１部材６２に接続されている。これにより、梃子部材６３の支点Ｐｍ及び作用点Ｐｎから入力された前記相対変位δは、支点Ｐｍから作用点Ｐｎまでの距離Ｄ３と作用点Ｐｎから力点Ｐｆまでの距離（Ｄ４−Ｄ３）との比率Ｒｓ（＝（Ｄ４−Ｄ３）／Ｄ３）で拡大されて揺動部材２１の連結位置Ｐｊに入力される。その結果、揺動部材２１の質量体２７の揺動変位は、第１実施形態の場合よりも更にＲｓ倍だけ拡大されることとなる。つまり、相対変位δに対する質量体２７の揺動変位の拡大率は、前記比率Ｒ（＝（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１）の更にＲｓ倍となり、これにより、慣性増幅効果を更に高めることができる。
【００５５】
なお、梃子部材６３を前記支点Ｐｍ周りに円滑に揺動回転させて梃子として確実に機能させるべく、第１部材６２と梃子部材６３との前記作用点Ｐｎでの接続は、当該作用点Ｐｎの位置が梃子部材６３の揺動回転の回転半径方向には移動可能にしつつ揺動回転方向には移動不能となるようになされている。すなわち、図１３Ｂの例では、梃子部材６３に長孔６３ｈが形成され、この長孔６３ｈの長手方向は前記回転半径方向を向いているとともに、この長孔６３ｈに、第１部材６２の水平ピン６２ａが挿通されることで上記の接続を達成している。
【００５６】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、第４実施形態の制振装置の変形例１０ｅの側面図である。なお、図１４Ａには、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位δが無い状態を示し、図１４Ｂには同相対変位δが生じた状態を示している。
この変形例１０ｅは、上述の第４実施形態との対比において、上梁５ａ及び下梁５ｂに対する梃子部材６３の接続関係が逆になっている点で相違する。すなわち、第４実施形態では、梃子部材６３の下端部の支点Ｐｍが上梁５ａ側の第２部材６４に設定されているとともに、支点Ｐｍよりも上端部寄りの作用点Ｐｎにおいて下梁５ｂ側の第１部材６２に連結されていたが、この変形例では、梃子部材６３の下端部の支点Ｐｍが下梁５ｂ側の第１部材６２に設定されているとともに、支点Ｐｍよりも上端部寄りの作用点Ｐｎにおいて上梁５ａ側の第２部材６４に連結されている。
【００５７】
そして、これにより、揺動部材２１の揺動動作が、第４実施形態とは逆になっている。すなわち、上梁５ａと下梁５ｂとの相対変位時において、図１３Ｂの第４実施形態では上梁５ａの移動方向とは逆方向に揺動部材２１の下端部たる揺動端部は移動していたが、この変形例では、図１４Ｂに示すように上梁５ａの移動方向と同方向に揺動部材２１の下端部は移動するようになっている。
【００５８】
なお、この第４実施形態の変形例１０ｅは、第１実施形態の変形例１０ａに対応する構成であり、慣性増幅効果が拡大することを除けば、この第４実施形態の変形例１０ｅの作用効果は、第１実施形態の変形例１０ａと同じなので、その説明は省略する。
【００５９】
＝＝＝本発明に係る作用効果の補足＝＝＝
ここで、第１実施形態及び第１実施形態の変形例の作用効果を、一自由度系モデルに基づいて説明する。
【００６０】
図１５Ａは、比較例として示す、慣性増幅機構を有しない従来の一自由度系モデルである。この一自由度系モデルが地動ｙを受ける場合の振動方程式は、式(1)で表すことができる。
また、式(1)の両辺をＭで除すことで式(2)が得られる。
【００６１】
次に、慣性増幅機構として図１のボールねじ１２０を用いた参考例の制振装置１１０の場合について説明する。図１５Ｂは、その一自由度系モデルの説明図である。この場合、ボールねじ１２０のナット部１２３に固定された質量体１２５に基づいて慣性増幅効果を奏し、この質量体１２５の質量をｍとすると、当該制振装置１１０を適用した一自由度系モデルが地動ｙを受ける場合の振動方程式は、式(3)で表すことができる。
【００６２】
ここで、左辺のＬは、ボールねじ１２０のリード長当たりに質量体１２５が回転移動する周長を前記リード長で除した値であり、いわば慣性増幅効果に係る前記比率Ｒに対応するパラメータである。よって、以下では、比較を簡単にするために、ＲとＬとは互いに等しいものとして扱う。つまり、式(3)を、下式(3a)のように書き換えて説明する。ここでＲ＞１とする。
そして、式(3a)の両辺を（Ｍ＋ｍＲ２）で除すことで式(4)が得られる。
式(4)は、式(5)〜(8)の形式で表すことができる。
式(6)〜(8)より、参考例たるボールねじ式慣性増幅機構を有した一自由度系モデルでは、式(2)の慣性増幅機構を有しない従来の一自由度系モデルと比べて、減衰係数およびバネ剛性をＭ／（Ｍ＋ｍＲ２）倍に低減し、地動加速度についても（Ｍ＋ｍ）／（Ｍ＋ｍＲ２）倍に低減する形として捉えることが出来る。
【００６３】
次に、第１実施形態の制振装置１０の場合について説明する。図１５Ｃは、この制振装置１０を有した一自由度系モデルの説明図である。なお、簡略のため、建物の柱梁架構３が１層の場合のモデルを用い、且つ前記比率Ｒが変動しないものとして扱う。この場合の振動方程式は式(9)のように表すことができる。
ここで、右辺の−ｍＲの項は、図４を参照して前述したように、地動ｙによって、揺動部材２１の質量体２７から取り付け部材１３を介して建物たる質点に力Ｆ１（＝ｍα×[（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１]）が作用するからである。
【００６４】
また、式(9)の両辺を（Ｍ＋ｍＲ２）で除すことで式(10)が得られる。
そして、式(10)は、式(11)〜(12)の形式で表すことができる。
式(11)〜(12)より、第１実施形態に係るモデルの場合には、式(2)の慣性増幅機構を有しない従来の一自由度系モデルの場合と比べて、減衰係数およびバネ剛性をＭ／（Ｍ＋ｍＲ２）倍に低減する形として捉えることができる。さらに、地動加速度については（Ｍ−ｍＲ）／（Ｍ＋ｍＲ２）倍に低減する形であり、これは、これは式(8)の参考例たるボールねじ式慣性増幅機構を有した一自由度系モデルの場合よりも更に地動加速度を低減する形として捉えることが出来る。
【００６５】
最後に、第１実施形態の変形例１０ａの場合について説明する。なお、この場合も簡略のため、建物の柱梁架構３が１層の場合のモデルを用い、且つ前記比率Ｒが変動しないものとして扱う。この場合の振動方程式は式(13)のように表すことができる。
また、式(13)の両辺を（Ｍ＋ｍＲ２）で除すことで式(14)が得られる。
式(14)は、式(15)〜(16)の形式で表すことができる。
式(15)〜(16)より、第１実施形態の変形例１０ａに係るモデルの場合には、式(2)の慣性増幅機構を有しない従来の一自由度系モデルの場合と比べて、減衰係数およびバネ剛性をＭ／（Ｍ＋ｍＲ２）倍にし、地動加速度については（Ｍ＋ｍ（Ｒ−１））／（Ｍ＋ｍＲ２）倍にする形として捉えることが出来る。
【００６６】
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。
【００６７】
上述の実施形態では、揺動部材２１における連結位置Ｐｊを、支点Ｐｓと質量体２７との間に位置させていたが、何等これに限るものではない。すなわち、揺動部材２１において相対変位δよりも大きく移動する位置に質量体２７が位置していれば、慣性増幅効果を奏することができるので、当該位置関係を満足していれば良く、例えば、質量体２７と連結位置Ｐｊとの間に支点Ｐｓが位置していても良い。
【符号の説明】
【００６８】
３ 柱梁架構、５ａ 上梁（一方の部材）、５ｂ 下梁（他方の部材）、
１０ 制振装置、１０ａ 制振装置、１０ｂ 制振装置、１０ｃ 制振装置、
１０ｄ 制振装置、１０ｅ 制振装置、
１３ 取り付け部材、１３ａ 水平ピン、
２１ 揺動部材、２１ｈ 連結孔、
２２ 分割体、２２ａ 摩擦面、２２ｃ 面、
２３ 分割体、２３ａ 摩擦面、２３ｃ 面、
２７ 質量体、
３１ 連結部材、３１ａ 脚材、３１ｂ 水平材、
３３ 水平ピン、４１ 摩擦ダンパー（ダンパー部材）、
４３ 摩擦材、４５ 滑り板、
４７ シリンダ、４８ ピストン、
５１ フェールセーフ機構、５１ａ フェールセーフ機構、
５３ 締結部材、５４ ガイド部材、５４ａ ガイド部材、
５５ａ 滑り板、５５ｂ 摩擦板、５７ 板ゴム（弾性体）、
６１ 連結部材、６２ 第１部材、６２ａ 水平ピン、
６３ 梃子部材、６３ｈ 長孔、６４ 第２部材、
Ｐｓ 支点、Ｐｊ 連結位置、
Ｐｆ 力点、Ｐｍ 支点、Ｐｎ 作用点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣り合って配された二部材同士の間に介装されて、前記二部材同士が隣り合う方向と交差する所定方向に相対変位する際に前記二部材同士の前記相対変位を抑制する制振装置であって、
前記二部材のうちの一方の部材に設定された支点周りに揺動可能に支持された揺動部材と、
前記揺動部材における所定位置を連結位置として、前記揺動部材を前記二部材のうちの他方の部材に連結する連結部材と、
前記揺動部材において前記相対変位よりも大きく移動する位置に一体に設けられた質量体と、を有し、
前記揺動部材の揺動動作に応じて、前記連結位置が前記揺動部材の揺動回転に係る回転半径方向に移動可能なように、前記連結部材と前記揺動部材とは連結されており、
前記相対変位が前記支点及び前記連結部材を介して前記揺動部材に入力されて前記揺動部材が揺動することにより、前記相対変位を抑制することを特徴とする制振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制振装置であって、
前記隣り合う方向は鉛直方向であり、
前記相対変位に係る前記所定方向は水平方向であり、
前記一方の部材は、前記他方の部材の上方に載置されており、
前記揺動部材における前記支点と前記質量体との間の位置に前記連結位置が設定されており、
前記質量体は、前記揺動部材の二つの揺動端部のうちで前記支点から遠い方の揺動端部の質量を前記支点に近い方の揺動端部よりも大きくすべく、前記遠い方の揺動端部に一体に設けられていることを特徴とする制振装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制振装置であって、
前記隣り合う方向は鉛直方向であり、
前記相対変位に係る記所定方向は水平方向であり、
前記他方の部材は、前記一方の部材の上方に載置されており、
前記揺動部材における前記支点と前記質量体との間の位置に前記連結位置が設定されており、
前記質量体は、前記揺動部材の二つの揺動端部のうちで前記支点から遠い方の揺動端部の質量を前記支点に近い方の揺動端部よりも大きくすべく、前記遠い方の揺動端部に一体に設けられていることを特徴とする制振装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の制振装置であって、
前記揺動部材の揺動動作が入力されるダンパー部材を有し、
前記ダンパー部材は、前記揺動動作の運動エネルギーを熱エネルギーに変換して吸収することを特徴とする制振装置。
【請求項５】
請求項４に記載の制振装置であって、
前記ダンパー部材として、互いに当接する摩擦材と滑り板とを有し、
前記摩擦材及び前記滑り板のうちの一方の部材が前記揺動部材に固定されるとともに、前記一方の部材に対向してもう一方の部材が設けられ、
前記揺動部材の揺動によって、前記一方の部材が前記もう一方の部材に対して摺動することを特徴とする制振装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の制振装置であって、
前記制振装置は、所定の大きさの摩擦力により接合された一対の摩擦面を有し、
前記一対の摩擦面に入力される力の大きさが前記摩擦力以下の場合には、前記一対の摩擦面同士は相対移動不能に当接する一方、前記一対の摩擦面に入力される力の大きさが前記摩擦力を超える場合には、前記一対の摩擦面同士が相対移動して、前記質量体への前記力の伝達を抑制することを特徴とする制振装置。
【請求項７】
請求項６に記載の制振装置であって、
前記揺動部材は、前記質量体の位置と前記連結位置との間で分割された一対の分割体を本体とし、
一方の分割体及び他方の分割体は、それぞれ、前記一対の摩擦面うちの一方の摩擦面及び他方の摩擦面を有し、
前記一対の摩擦面同士は、互いに前記揺動部材の揺動回転方向に相対移動可能に案内されていることを特徴とする制振装置。
【請求項８】
請求項１乃至５の何れかに記載の制振装置であって、
前記制振装置は、互いに対向しつつ相対移動可能に案内された一対の面と、前記一対の面の間に介装固定された弾性体と、を有し、
前記一対の面に高次振動が入力された際に、該高次振動を前記弾性体が吸収して、前記質量体への伝達を軽減することを特徴とする制振装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の制振装置であって、
前記一方の部材に対する前記他方の部材の前記相対変位を拡大して前記連結位置に入力するための梃子部材を有していることを特徴とする制振装置。
【請求項１】
隣り合って配された二部材同士の間に介装されて、前記二部材同士が隣り合う方向と交差する所定方向に相対変位する際に前記二部材同士の前記相対変位を抑制する制振装置であって、
前記二部材のうちの一方の部材に設定された支点周りに揺動可能に支持された揺動部材と、
前記揺動部材における所定位置を連結位置として、前記揺動部材を前記二部材のうちの他方の部材に連結する連結部材と、
前記揺動部材において前記相対変位よりも大きく移動する位置に一体に設けられた質量体と、を有し、
前記揺動部材の揺動動作に応じて、前記連結位置が前記揺動部材の揺動回転に係る回転半径方向に移動可能なように、前記連結部材と前記揺動部材とは連結されており、
前記相対変位が前記支点及び前記連結部材を介して前記揺動部材に入力されて前記揺動部材が揺動することにより、前記相対変位を抑制することを特徴とする制振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制振装置であって、
前記隣り合う方向は鉛直方向であり、
前記相対変位に係る前記所定方向は水平方向であり、
前記一方の部材は、前記他方の部材の上方に載置されており、
前記揺動部材における前記支点と前記質量体との間の位置に前記連結位置が設定されており、
前記質量体は、前記揺動部材の二つの揺動端部のうちで前記支点から遠い方の揺動端部の質量を前記支点に近い方の揺動端部よりも大きくすべく、前記遠い方の揺動端部に一体に設けられていることを特徴とする制振装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制振装置であって、
前記隣り合う方向は鉛直方向であり、
前記相対変位に係る記所定方向は水平方向であり、
前記他方の部材は、前記一方の部材の上方に載置されており、
前記揺動部材における前記支点と前記質量体との間の位置に前記連結位置が設定されており、
前記質量体は、前記揺動部材の二つの揺動端部のうちで前記支点から遠い方の揺動端部の質量を前記支点に近い方の揺動端部よりも大きくすべく、前記遠い方の揺動端部に一体に設けられていることを特徴とする制振装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の制振装置であって、
前記揺動部材の揺動動作が入力されるダンパー部材を有し、
前記ダンパー部材は、前記揺動動作の運動エネルギーを熱エネルギーに変換して吸収することを特徴とする制振装置。
【請求項５】
請求項４に記載の制振装置であって、
前記ダンパー部材として、互いに当接する摩擦材と滑り板とを有し、
前記摩擦材及び前記滑り板のうちの一方の部材が前記揺動部材に固定されるとともに、前記一方の部材に対向してもう一方の部材が設けられ、
前記揺動部材の揺動によって、前記一方の部材が前記もう一方の部材に対して摺動することを特徴とする制振装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の制振装置であって、
前記制振装置は、所定の大きさの摩擦力により接合された一対の摩擦面を有し、
前記一対の摩擦面に入力される力の大きさが前記摩擦力以下の場合には、前記一対の摩擦面同士は相対移動不能に当接する一方、前記一対の摩擦面に入力される力の大きさが前記摩擦力を超える場合には、前記一対の摩擦面同士が相対移動して、前記質量体への前記力の伝達を抑制することを特徴とする制振装置。
【請求項７】
請求項６に記載の制振装置であって、
前記揺動部材は、前記質量体の位置と前記連結位置との間で分割された一対の分割体を本体とし、
一方の分割体及び他方の分割体は、それぞれ、前記一対の摩擦面うちの一方の摩擦面及び他方の摩擦面を有し、
前記一対の摩擦面同士は、互いに前記揺動部材の揺動回転方向に相対移動可能に案内されていることを特徴とする制振装置。
【請求項８】
請求項１乃至５の何れかに記載の制振装置であって、
前記制振装置は、互いに対向しつつ相対移動可能に案内された一対の面と、前記一対の面の間に介装固定された弾性体と、を有し、
前記一対の面に高次振動が入力された際に、該高次振動を前記弾性体が吸収して、前記質量体への伝達を軽減することを特徴とする制振装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の制振装置であって、
前記一方の部材に対する前記他方の部材の前記相対変位を拡大して前記連結位置に入力するための梃子部材を有していることを特徴とする制振装置。
【図１】
【図３】
【図１１】
【図１５】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図３】
【図１１】
【図１５】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２１６８９（Ｐ２０１１−２１６８９Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６７１６０（Ｐ２００９−１６７１６０）
【出願日】平成２１年７月１５日（２００９．７．１５）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１５日（２００９．７．１５）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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