JP2010107017A - Vibration control device and assembling structure thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動を抑制するための制振装置、およびこの制振装置の組み込み構造に関する。 The present invention relates to a vibration damping device for suppressing vibrations and a structure for incorporating the vibration damping device.
制振装置としては、回転慣性質量ダンパを例示できる。回転慣性質量ダンパは、ダンパ両端の相対変位に比例した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との関係から「両端の相対加速度に比例した負担力」をもつ装置である。回転慣性質量ダンパによれば、てこの原理を利用することによって、実際の錘質量と比較して、100〜1000倍以上もの質量効果をもつという特徴がある。 An example of the vibration damping device is a rotary inertia mass damper. The rotary inertia mass damper is a device that generates the amount of rotation of the weight member proportional to the relative displacement at both ends of the damper. From the relationship between the rotational inertia moment of the weight member and the braking force, the `` load force proportional to the relative acceleration at both ends '' is obtained. It is a device with. According to the rotary inertia mass damper, by utilizing the lever principle, there is a feature that the mass effect is 100 to 1000 times or more as compared with the actual mass of the weight.
その具体的な例としては、ボールねじとフライホイール(回転錘)とを組み合わせた制振装置をあげることができ、この種の制振装置としては、例えば特許文献1ないし3に記載の技術が知られている。
特許文献1ないし3に記載の技術では、一のナットを有するボールねじ機構を用いてフライホイールを回転させ、これにより、入力される振動の相対加速度に比例した反力を得ることによって振動を抑制するようになっている。この種のボールねじとフライホイール(回転錘)とを組み合わせた制振装置は、コンパクトで大容量(大きな制御力)を有するという特徴をもち、工業製品として安定した性能を発揮できるため効果的である。
In the techniques described in
しかしながら、特許文献1ないし3に記載の技術では、ボールねじ機構のねじ軸に作用する軸方向の力を、一つのナットによって回転に変換してフライホイールを回転させているので、制振装置に作用する全負担力がボールねじ機構の一つのナットに集中する。そのため、大きな外径のねじ軸を必要とすることになり、更なるコンパクト化を推進する上で未だ解決すべき課題が残されている。
However, in the techniques described in
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、制振装置に作用する負担力を分散し得て、ねじ軸の外径を小さくして一層コンパクト化し得る制振装置、およびこの制振装置の組み込み構造を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made paying attention to such a problem, and it is possible to disperse the burden force acting on the vibration damping device, and to reduce the outer diameter of the screw shaft to further reduce the size. An object is to provide a vibration device and a built-in structure of the vibration control device.
上記課題を解決するために、本発明のうち第一の発明は、振動が入力される入力部と、該入力部に入力される振動の相対加速度に応じた反力を発生する反力発生部と、該反力発生部を支持する支持部とを備える制振装置であって、前記反力発生部は、外周面に螺旋状のねじ溝が設けられたねじ軸、および前記ねじ軸にそのねじ溝とは複数のボールを介して外嵌するとともに軸方向に相対向して設けられる二つのナットを有するボールねじ部と、前記二つのナット同士の間に設けられるフライホイールとを有し、前記入力部から入力された振動を、前記二つのナットを有するボールねじ部によって回転運動に変換し、その回転運動によって前記フライホイールを回すことにより、入力される振動の相対加速度に応じた反力を発生することを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a first invention of the present invention is an input unit that receives vibration and a reaction force generation unit that generates a reaction force according to the relative acceleration of the vibration input to the input unit. And a support unit for supporting the reaction force generation unit, wherein the reaction force generation unit includes a screw shaft provided with a helical thread groove on an outer peripheral surface, and a screw shaft having the screw shaft. The screw groove has a ball screw portion having two nuts that are externally fitted through a plurality of balls and provided opposite to each other in the axial direction, and a flywheel provided between the two nuts, The vibration input from the input unit is converted into a rotational motion by the ball screw portion having the two nuts, and the flywheel is rotated by the rotational motion, whereby a reaction force according to the relative acceleration of the input vibration. Characterized by generating It is.
第一の発明に係る制振装置によれば、ボールねじ部には二つのナットが相対向して設けられ、この二つのナットを有するボールねじ部によって入力された振動が回転運動に変換されるようになっており、その回転運動によってフライホイールが回ることにより、入力される振動の相対加速度に応じた反力を発生するので、制振装置に作用する全負担力を二つのナットに分散することができる。そのため、ねじ軸の外径を小さくして一層のコンパクト化が可能である。 According to the vibration damping device of the first invention, the ball screw portion is provided with two nuts facing each other, and the vibration input by the ball screw portion having the two nuts is converted into a rotational motion. Since the flywheel rotates by the rotational motion, a reaction force corresponding to the relative acceleration of the input vibration is generated, so the total burden force acting on the vibration damping device is distributed to the two nuts. be able to. For this reason, the outer diameter of the screw shaft can be reduced to further reduce the size.
ここで、制振装置に想定外の過大な加速度が作用すると、過大なダンパ負担力となってしまい、仮に許容値を上回る軸力が制振装置を固定するねじ部に生じれば、制振装置本体だけでなく、制振装置が取り付けられる構造体や接合部に損傷を与えるおそれがある。
そこで、第一の発明に係る制振装置において、前記フライホイールにはトルク制限機構が付設されており、当該トルク制限機構は、前記ボールねじ部を介して作用するトルクが所定トルクを超えたときに、フライホイールに伝えるトルクを頭打ちになるように制限することは好ましい。ここで、「頭打ち」とは、「一定の力に保持する」こと、および「一定の力に達すると増分を極めて小さくする」ことを含む意味で用いる。
Here, if an unexpected excessive acceleration acts on the vibration damping device, an excessive damper load force is generated. If an axial force exceeding the allowable value is generated in the screw portion that fixes the vibration damping device, the vibration damping device There is a risk of damaging not only the main body of the apparatus but also the structure or joint to which the vibration damping device is attached.
Therefore, in the vibration damping device according to the first aspect of the present invention, the flywheel is provided with a torque limiting mechanism, and the torque limiting mechanism is configured such that when the torque acting via the ball screw part exceeds a predetermined torque. In addition, it is preferable to limit the torque transmitted to the flywheel to a peak. Here, “heading” is used to mean “holding at a constant force” and “making the increment extremely small when a certain force is reached”.
このような構成であれば、制振装置に想定外の過大な加速度が作用した場合であっても、フライホイールが所定トルクを保持したまま、あるいは増分を極めて小さくして相対回転するので、例えば許容値を上回る軸力が制振装置を固定するねじ部に生じることを防止または抑制することができる。したがって、制振装置および制振装置が取り付けられる構造体や接合部への損傷を防止または抑制することができる。 With such a configuration, even if an unexpected excessive acceleration is applied to the vibration damping device, the flywheel rotates relative to the flywheel while maintaining a predetermined torque or with an extremely small increment. It is possible to prevent or suppress the axial force exceeding the allowable value from being generated in the screw portion that fixes the vibration damping device. Therefore, damage to the vibration damping device and the structure to which the vibration damping device is attached or the joint can be prevented or suppressed.
なお、第一の発明に係る制振装置において、例えば、前記支持部は、前記ねじ軸の回転移動および軸方向移動を共に拘束支持し、前記入力部は、前記二つのナットをねじ軸の軸方向には相対移動可能に且つねじ軸まわりに回転移動可能に連結し、前記フライホイールは、前記二つのナットと共に回転するようになっていれば、第一の発明に係る制振装置の反力発生部をナット回転型として構成する場合に好適である。 In the vibration damping device according to the first invention, for example, the support portion restrains and supports both rotational movement and axial movement of the screw shaft, and the input portion attaches the two nuts to the shaft of the screw shaft. If the flywheel is configured to be relatively movable in the direction and rotationally movable around the screw shaft, and the flywheel rotates with the two nuts, the reaction force of the vibration damping device according to the first invention This is suitable when the generating portion is configured as a nut rotation type.
また、例えば、前記支持部は、前記ねじ軸の回転移動を許容するとともに軸方向移動を拘束支持し、前記入力部は、前記二つのナットをねじ軸の軸方向には相対移動可能に且つねじ軸まわりに回転移動を拘束して連結し、前記フライホイールは、前記ねじ軸と共に回転するようになっていれば、第一の発明に係る制振装置の反力発生部をねじ軸回転型として構成する場合に好適である。 Further, for example, the support portion allows rotational movement of the screw shaft and restrains and supports axial movement, and the input portion allows the two nuts to move relative to each other in the axial direction of the screw shaft. If the rotational movement is constrained and connected around the shaft, and the flywheel rotates with the screw shaft, the reaction force generating portion of the vibration damping device according to the first invention is a screw shaft rotating type. It is suitable for the configuration.
さらに、第一の発明に係る制振装置において、例えば、前記入力部は、これに振動が入力される位置が、前記ねじ軸とは並行に設けられていれば、本発明に係る制振装置を、せん断抵抗型として構成する場合に好適である。
また、例えば、前記入力部は、これに振動が入力される位置が、前記ねじ軸の延長線上に設けられていれば、第一の発明に係る制振装置を、軸方向組み込み型として構成する場合に好適である。
Furthermore, in the vibration damping device according to the first aspect of the present invention, for example, if the position where the vibration is input to the input unit is provided in parallel with the screw shaft, the vibration damping device according to the present invention. Is suitable as a shear resistance type.
Further, for example, if the position where the vibration is input to the input unit is provided on the extension line of the screw shaft, the vibration damping device according to the first invention is configured as an axially built-in type. It is suitable for the case.
さらに、本発明のうち第二の発明は、構造体への制振装置の組み込み構造であって、前記制振装置として、第一の発明に係る制振装置のうち、前記入力部は、これに振動が入力される位置が、前記ねじ軸とは並行に設けられているものを用いており、前記支持部が、下方の構造体に固定されており、前記入力部が、上方の構造体と一体化された接合治具の下部に装着されて前記支持部に対して相対的な振動が入力されるように組み込まれていることを特徴としている。なお、上方の構造体と一体化された接合治具とは、ブレースや壁を介して制振装置と接合する治具であり、制振装置の入力部が上方の構造体と同じ水平変位となるようにしたものである。 Furthermore, the second invention of the present invention is a structure for incorporating a vibration damping device into a structure, and the input unit of the vibration damping device according to the first invention is the vibration damping device. The position where the vibration is input is used in parallel with the screw shaft, the support portion is fixed to the lower structure, and the input portion is the upper structure. And is mounted so that relative vibration is input to the support portion. The joining jig integrated with the upper structure is a jig that joins the vibration control device via a brace or a wall, and the input portion of the vibration control device has the same horizontal displacement as the upper structure. It was made to become.
第二の発明に係る制振装置の組み込み構造によれば、例えば鋼材系のせん断パネルダンパと同様に、せん断変位に対応したダンパとして機能し、制振装置両端にクレビスやボールジョイント等がないため、制振装置の軸方向でのダンパ全長をコンパクトに構成することができる。また、第一の発明に係る制振装置の全長をコンパクトに構成することができることによって、当該制振装置の両脇にスペースを確保することが容易になり、これにより、そのスペース部分に例えばドア開口を設けたり、オイルダンパを配設したりすることが可能となる。 According to the built-in structure of the vibration damping device according to the second invention, for example, like a steel-based shear panel damper, it functions as a damper corresponding to shear displacement, and there is no clevis or ball joint at both ends of the vibration damping device. In addition, the overall length of the damper in the axial direction of the vibration damping device can be made compact. In addition, since the overall length of the vibration damping device according to the first invention can be configured compactly, it becomes easy to secure a space on both sides of the vibration damping device, and thus, for example, a door is provided in the space portion. An opening or an oil damper can be provided.
また、本発明のうち第二の発明のうち他の態様は、構造体への制振装置の組み込み構造であって、前記制振装置として、第一の発明に係る制振装置のうち、前記入力部は、これに振動が入力される位置が、前記ねじ軸の延長線上に設けられているものを用いており、前記支持部が、下方の構造体に取付け治具を介して連結されており、前記入力部が、上方の構造体と一体化された接合治具の端部に装着されることで、当該制振装置が下方の構造体の上方に離間して且つその中央よりも一方の側に位置して水平に配置され、前記入力部から前記支持部に対して相対的な振動が入力されるように組み込まれていることを特徴としている。 In addition, another aspect of the second invention of the present invention is a structure for incorporating a vibration damping device into a structure, and as the vibration damping device, among the vibration damping devices according to the first invention, The input part uses a position where vibration is input to the input part provided on the extension line of the screw shaft, and the support part is connected to a lower structure through a mounting jig. And the input unit is attached to the end of the joining jig integrated with the upper structure, so that the vibration control device is separated above the lower structure and is one side from the center. It is located horizontally and is arranged horizontally, and is incorporated so that relative vibration is inputted from the input part to the support part.
第二の発明に係る制振装置の他の態様の組み込み構造によれば、通常のオイルダンパや鋼材ブレースダンパのように、軸方向変位に対応したダンパとして機能し、当該制振装置の両端に、クレビスやボールジョイントを用いれば、軸直方向の変形についても容易に追従することができる。また、上述したせん断抵抗型の例と比較して、設置したときの高さを低く抑えることができるため、オイルダンパを併設する場合であっても、オイルダンパの設置高さを低くすることができる。その結果、取付け治具の高さも低くすることができるため、治具の下端に作用する曲げモーメントが低減し、治具を軽微な構成とすることができる。 According to the built-in structure of another aspect of the vibration damping device according to the second invention, it functions as a damper corresponding to axial displacement, like a normal oil damper or a steel brace damper, and at both ends of the vibration damping device. If a clevis or a ball joint is used, it is possible to easily follow the deformation in the axial direction. Moreover, since the height when installed can be kept low compared to the above-described shear resistance type example, the installation height of the oil damper can be lowered even when an oil damper is additionally provided. it can. As a result, the height of the mounting jig can also be lowered, so that the bending moment acting on the lower end of the jig is reduced, and the jig can be made to have a slight configuration.
上述のように、本発明に係る制振装置によれば、制振装置に作用する負担力を分散してねじ軸の外径を小さくして一層コンパクト化することができる。また、本発明に係る制振装置の装着構造によれば、制振装置の両脇にスペースを確保することが容易になる。 As described above, according to the vibration damping device of the present invention, it is possible to further reduce the size of the screw shaft by reducing the outer diameter of the screw shaft by distributing the burden force acting on the vibration damping device. Moreover, according to the mounting structure of the vibration damping device according to the present invention, it becomes easy to secure a space on both sides of the vibration damping device.
以下、本発明の第一実施形態について図1および図2を適宜参照しつつ説明する。なお、本実施形態の制振装置は、例えば建物の下梁と上梁間(あるいは床と壁間)等の構造体同士の間に介装されるせん断抵抗型の例であり、図1はその制振装置の一実施形態の概要を示す正面図であり、同図では一部を断面で図示している。また、図2は図1でのZ−Z断面図である。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 as appropriate. The vibration damping device of this embodiment is an example of a shear resistance type interposed between structures such as a lower beam and an upper beam (or between a floor and a wall) of a building. FIG. It is a front view which shows the outline | summary of one Embodiment of a damping device, In the same figure, one part is shown by the cross section. FIG. 2 is a ZZ cross-sectional view in FIG.
図1に示すように、この制振装置1は、同図下方に示す固定ベース24を有し、この固定ベース24は、反力発生部23を支持している。反力発生部23は、フライホイール(回転慣性体)6およびボールねじ部20を有して構成され、ボールねじ部20の二つのナット5が、同図上方に示す可動ベース22に連結されている。
詳しくは、固定ベース24は、ベース板24bと、そのベース板24bの両端に立設される支持板24a,24cとを有することで正面視が略コ字状をなしている。ベース板24bは、その下面が、例えば下梁や床面等の構造体Saの上部に装着される。そして、両端の支持板24a,24cは、上記反力発生部23のねじ軸2を、構造体Saと略平行になるように両持ち状態で支持している。なお、これらの支持板24a,24cは、上記可動ベース22から振動が入力されたときにねじ軸2を移動させないように、ねじ軸2の回転移動および軸方向移動を共に拘束した状態で支持している。
As shown in FIG. 1, the
Specifically, the fixed
一方、可動ベース22は、上部に設けられた略平板状の入力部22bと、この入力部22bの両端に下方に向けて付設された支持板22a,22cとを有する。そして、入力部22bは、その上面が上梁や天井面等の構造体Sbの下部に、ねじ軸2とは並行に装着され、固定ベース24に対して相対的な振動が入力されるようになっている。
また、支持板22a,22cは、その下面22fそれぞれが、直動案内装置4のスライダ4bに連結されている。そして、直動案内装置4の案内レール4aは、上記固定ベース24側にねじ軸2とは並行に固定され、これにより、可動ベース22は、固定ベース24に対して直動案内装置4を介してねじ軸2の軸方向に円滑なスライド移動が可能になっている。
On the other hand, the
Further, the
さらに、各支持板22a,22cは、ねじ軸2の軸方向に貫通する貫通穴を有し、この貫通穴に、反力発生部23の有するボールねじ部20の二つのナット5が所定の連結構造により装着され、ナット間隔が一定に保持されている。以下、この反力発生部23についてより詳しく説明する。
単一の軸体からなるねじ軸2には、その外周面に螺旋状のねじ溝3が形成されている。そして、各ナット5は、ねじ溝3に対応する不図示のねじ溝を内周面に有し、ねじ溝3に対して不図示の複数のボール(鋼球)を介してねじ軸2とは相対回転自在に外嵌している。
Furthermore, each
The
相対向する二つのナット5は、本体部5Aと、短円筒状のハウジング部5Bとを有して構成されている。本体部5Aには、その円筒状の外周面に軸方向に間隔を隔てて平行に形成された、2条のベアリング内輪溝10が形成されている。一方、ハウジング部5Bの内周面には、ナット5の本体部5Aのベアリング内輪溝10に対応するベアリング外輪溝12が形成されており、各本体部5Aの外周にハウジング部5Bが被せてある。また、ハウジング部5Bは、円環状のフランジ5fを有し、このフランジ5fが、可動ベース22の支持板22a、22c内端面にそれぞれ固定されている。
The two
そして、ベアリング内輪溝10とベアリング外輪溝12とでなる溝空間に、それぞれ複数のベアリングボール14が介装されている。このようにして、ハウジング部5Bは、ころがり軸受Bの外輪になっており、また、各ナット5の本体部5A外周面がころがり軸受Bの内輪を兼ねている。これにより、ベアリング内輪溝10,ベアリング外輪溝12およびベアリングボール14によって、ころがり軸受Bがそれぞれ構成され、各ナット5は、ころがり軸受部Bを介して上記可動ベース22の支持板22a、22cに連結されることで、各ナット間隔は一定に保持され、ねじ軸2の軸方向にはねじ軸2と相対移動可能に且つねじ軸2まわりに回転移動可能になっている。
A plurality of bearing balls 14 are interposed in groove spaces formed by the bearing
さらに、二つのナット5同士の間には、適当な回転質量を有する円筒状のフライホイール6がねじ軸2回りに回転自在に外嵌されている。そして、このフライホイール6の両端は、フライホイール6の両端部に当接する一対の軸受9を含むトルク安全装置8によって挟持されるように支持され、フライホイール6はナット5とともにねじ軸2回りに回転運動が可能になっており、このフライホイール6の回転慣性モーメントとねじによる移動量から慣性質量効果が生じる。
Further, a cylindrical flywheel 6 having an appropriate rotational mass is fitted between the two
ここで、この制振装置1のような、ボールねじを用いた回転慣性質量ダンパについて簡単に説明すると、回転慣性質量ダンパは、ダンパ(制振装置)に作用する変位によってフライホイール(錘)が回転し、そのときの慣性抵抗力を応答低減に利用したものであり、錘の回転慣性モーメントIθと回転角加速度θ“とによって錘に生じる角運動量の変化から慣性抵抗力(反力)Pを得る。いま、ダンパの軸方向変位をx、錘の回転角をθとしたとき、x=αθの関係とする。αはボールねじの単位回転角に対するダンパ軸方向の変位量(cm/rad)であり、ダンパの負担力(制御力)Pは、以下の(式1)であらわされる。但し、(式1)において、Ldは、ボールねじのリード(ねじ山ピッチ)であり、α=Ld/2πである(一回転(2π)でLdだけ変位する)。
Here, a rotary inertia mass damper using a ball screw such as the
ここで、上記トルク安全装置8は、フライホイール6に対して、ナット5とフライホイール6との間の位置に、トルク制限機構として付設され、ボールねじ部を介してフライホイール6に作用するトルクが所定トルクを超えたときに、フライホイールに伝えるトルクを頭打ちになるように制限する。つまり、入力部である可動ベース22から想定外の過大な加速度が作用すると、フライホイール6に対して所定トルクでスリップ(トルクを保持したまま相対回転)を生じるようになっている。これにより、各ナット5部分での過大なダンパ負担を頭打ちにして反力発生部23等の損傷を防止している。なお、上記トルク安全装置8としては、例えば、いわゆるトルクキーパ(株式会社ツバキエマソン:TFKシリーズ等)を用いることができる。
Here, the
詳しくは、この制振装置1のような回転慣性質量ダンパは、ダンパ両端の相対加速度に比例した反力を生じる。そのため、地震時の相対加速が想定外に大きくなった場合、過大な反力によってダンパ内部またはこれの取付く構造体に損傷をあたえるおそれがある。そこで、この制振装置1においては、トルク安全装置8の内蔵するトルク制限機構(スリップ機構)によって、ダンパ反力をある一定で頭打ちする機能を設けている。
Specifically, a rotary inertia mass damper such as the
すなわち、ボールねじに作用する力P(ダンパの反力)は、上記(式1)にて示される。ここで、Iθθ“は、ナットに作用するトルクであり、これを軸方向力に変換して反力Pを生み出している。このトルクTは、回転慣性モーメントに比例することから、次の(式2)が得られる。但し、(式2)において、Iθ0は、ナットおよびこれに固定された部分の回転慣性モーメントであり、また、Iθ1は、ナットに接合される錘部分の回転慣性モーメントである。 That is, the force P (reaction force of the damper) acting on the ball screw is expressed by the above (Formula 1). Here, Iθθ ″ is a torque acting on the nut, which is converted into an axial force to generate a reaction force P. Since this torque T is proportional to the rotational moment of inertia, the following (formula 2), where Iθ 0 is the rotational inertia moment of the nut and the portion fixed to the nut, and Iθ 1 is the rotational inertia moment of the weight portion joined to the nut. It is.
ナットと錘の接合を「トルクをT0以下に保持する接合」とすれば、上記(式2)のTは、次の(式3)となる。 If the joint between the nut and the weight is “joint that keeps the torque below T 0 ”, T in (Expression 2) becomes (Expression 3) below.
これにより、回転慣性モーメントの大部分を占める「錘部分から伝達されるトルク」が頭打ちされることで、ダンパの反力Pは以下の(式4)となる。但し、T0は、錘からナットに伝達される最大トルクである。 As a result, the “torque transmitted from the weight portion” that occupies most of the rotational moment of inertia is peaked, and the reaction force P of the damper is given by (Equation 4) below. Here, T 0 is the maximum torque transmitted from the weight to the nut.
したがって、このトルク制限機構を設けることによって、ダンパ両端の相対加速度と反力との関係は、図3に示すようになり、反力が頭打ちされる。これは、オイルダンパのリリーフ機構と同じようなものといえる。なお、オイルダンパは、相対速度が一定値を超えると、逃がし弁(リリーフ弁)が開き、シリンダの内圧が過大にならないようにすることで、ダンパの反力を頭打ちにするものである。 Therefore, by providing this torque limiting mechanism, the relationship between the relative acceleration at both ends of the damper and the reaction force becomes as shown in FIG. 3, and the reaction force reaches its peak. This can be said to be the same as the relief mechanism of the oil damper. In the oil damper, when the relative speed exceeds a certain value, the relief valve (relief valve) opens and the internal pressure of the cylinder does not become excessive, so that the reaction force of the damper reaches a peak.
次に、このせん断抵抗型の制振装置1の、建物の下梁と上梁間(あるいは床と壁間)等の構造体Sa,Sb同士の間への組み込み構造の例について説明する。
図4に示すように、制振装置1は、そのベース板24bの下面が、下方の構造体Sa(この例では下梁)の上面中央に固定される。また、制振装置1の上部の可動ベース22は、上方の構造体として、左右の柱と上階床梁に対して対角線状に設けたブレースScの下端と一体化された接合治具Sbの下部に、ねじ軸2とは並行に装着され、固定ベース24に対して相対的な振動が入力されるように組み込まれている。
Next, an example of a built-in structure of the shear resistance type
As shown in FIG. 4, in the
ここで、制振装置1の中央位置(フライホイール6の中央であって且つねじ軸2の軸芯の位置)は、当該中央位置と柱梁接合部内端とを結ぶ軸線上に配置される。さらに、構造体Saの上部の一端側には、オイルダンパ取付け治具Dzが固定されており、このオイルダンパ取付け治具Dzと接合治具Sbとの間に、相互を繋ぐようにオイルダンパDが水平に配設されている。 Here, the center position of the vibration damping device 1 (the center of the flywheel 6 and the position of the axis of the screw shaft 2) is arranged on the axis line connecting the center position and the inner end of the column beam joint. In addition, an oil damper mounting jig Dz is fixed to one end of the upper portion of the structure Sa, and the oil damper D is connected between the oil damper mounting jig Dz and the joining jig Sb. Are arranged horizontally.
なお、この制振装置1の上部には、横断面がコ字状のカバーKが制振装置1の全長に亘って被せられている。そして、上記二つのナット5の外ケースになっている可動ベース22の支持板22a,22cの外側面は、このコ字状のカバーK内面側に一体に結合されている。なおまた、このカバーKの下端部分はシールされている。
Note that a cover K having a U-shaped cross section is placed over the entire length of the
次に、この制振装置1およびその組み込み構造の動作、並びに作用・効果について説明する。
今、例えば地震等により層間変位が生じると、上記ブレースScと一体化された接合治具Sb(構造体Sb)が水平変位し、接合治具Sbに固定された可動ベース22は、構造体Saと一体化された固定ベース24に対して水平変位する。このとき、制振装置1には、構造体Sa,Sb相互の相対変位に対するせん断抵抗力が生じる。
Next, the operation | movement of this damping
Now, when an interlayer displacement occurs due to, for example, an earthquake or the like, the joining jig Sb (structure Sb) integrated with the brace Sc is horizontally displaced, and the
つまり、この制振装置1によれば、入力部である可動ベース22が固定ベース24に対して相対的に振動(図1で左右に振動)すると、可動ベース22がねじ軸2に沿ってスライド移動し、これにより、二つのナット5の本体部5Aが回転する。そして、二つのナット5間には、ナット5とともにねじ軸2回りに回転運動可能にフライホイール6が取り付けられているため、二つのナット5とともにフライホイール6が軸回りに回転する。したがって、入力される振動の直線運動がボールねじ部20により回転運動に変換され、その回転運動によってフライホイール6を回すことにより、振動の相対加速度に比例した反力を得て、振動を抑制する制振ダンパとして機能する。なお、制振装置1の上下端の相対変位xと抵抗力(反力)Pとの関係は前述した通りである。
That is, according to the
そして、この制振装置1およびその組み込み構造によれば、例えば鋼材系のせん断パネルダンパと同様に、せん断変位に対応したダンパであり、両端にクレビスやボールジョイントがないため、軸方向でのダンパ全長をコンパクトに構成することができる。
また、この制振装置1、およびその組み込み構造によれば、ダンパ全長をコンパクトに構成することができることによって、制振装置1の両脇にスペースを確保することが容易に可能となり、これにより、そのスペース部分にドア開口を設けたり、オイルダンパDを配設したりすることが可能となる。
And according to this damping
Further, according to the
具体的には、本実施形態の組み込み構造のように、構造体Saの上部の一端側に、オイルダンパ取付け治具Dzを固定し、このオイルダンパ取付け治具Dzと接合治具Sbとの間に、相互を繋ぐようにオイルダンパDを配設すれば、粘性減衰を付加することができる。特に、仮にダンパ(制振装置)を軸方向組み込み型とした場合には、オイルダンパを一台しか配設できないが、本実施形態のようなせん断抵抗型であれば、両側にそれぞれ計2台を配設することが可能となるため、粘性減衰を稼ぎたい場合には極めて有効である。 Specifically, as in the built-in structure of the present embodiment, an oil damper mounting jig Dz is fixed to one end of the upper portion of the structure Sa, and between the oil damper mounting jig Dz and the joining jig Sb. In addition, if the oil damper D is disposed so as to connect each other, viscous damping can be added. In particular, if the damper (vibration control device) is a built-in type in the axial direction, only one oil damper can be provided. However, in the case of the shear resistance type as in this embodiment, a total of two on each side. This is extremely effective when it is desired to obtain viscous damping.
さらに、この制振装置1によれば、入力される振動がボールねじ部20により回転運動に円滑に変換されるので、良好な作動が保証される。また、ボールねじ部のリードを適宜選定することにより、見かけ上の質量増大効果を高くすることができる。また、この制振装置1によれば、固定ベース24に対して可動ベース22をねじ軸2の軸方向にスライド移動可能に連結する直動案内装置4を有するので、ねじ軸直交方向の変形を防止し、二つのナット5に入力される軸方向の振動をねじ軸2との相対回転運動に円滑に変換させることができる。
Furthermore, according to this
また、この制振装置1によれば、ねじ軸2には二つのナット5が相対向して設けられ、入力された振動が二つのナット5を有するボールねじ部によって回転運動に変換されるようになっており、フライホイール6が、その回転運動によって回ることにより、入力される振動の相対加速度に応じた反力を得るので、制振装置1に作用する全負担力を二つのナット5に分散(各ナットに作用する荷重が1/2)することができる。そのため、例えば上記例示した特許文献1ないし3に記載の技術に比べて、ねじ軸2の外径を小さくして装置の一層のコンパクト化が可能であり、これにより、更なる低コスト化がはかれる。また、二つのナット5の間にフライホイール6を配設しているので、フライホイール6が両端で支持される構造となり、フライホイール6の支持状態を安定させることができる。
Further, according to the
また、この制振装置1によれば、フライホイール6にはトルク安全装置8が付設されているので、制振装置1に想定外の過大な加速度が作用した場合であっても、フライホイール6が所定トルクを保持したままで相対回転することができる。そのため、許容値を上回る軸力が制振装置1を固定するねじ部に生じることを防止または抑制することができる。したがって、制振装置1および制振装置1が取り付けられる構造体Sa,Sbや接合部への損傷を防止または抑制することができる。
Further, according to the
なお、本発明に係る制振装置およびその組み込み構造は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記第一実施形態では、ハウジング部5Bは、ころがり軸受Bの外輪になっており、また、各ナット5の本体部5A外周面がころがり軸受Bの内輪を兼ねている例で説明したが、これに限定されず、ころがり軸受Bの構成を、例えば市販の軸受を使用してナットと分離した構造としてもよい。しかし、装置をよりコンパクトに構成する上では、本実施形態のように、ハウジング部5Bが、ころがり軸受Bの外輪になっており、各ナット5の本体部5A外周面がころがり軸受Bの内輪を兼ねた構成とすることは好ましい。
The vibration damping device and its built-in structure according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the first embodiment described above, the
また、例えば上記第一実施形態では、振動が入力される可動ベース22の入力部22bが、ねじ軸2とは並行に設けられたせん断抵抗型の例で説明したが、設置姿勢(組み込み構造)は、これに限定されない。さらに、上記実施形態では、反力発生部23の支持部である固定ベース24が、ねじ軸2の回転移動および軸方向移動を共に拘束支持し、また、入力部である可動ベース22が、二つのナット5をねじ軸2の軸方向には相対移動可能に且つねじ軸2まわりに回転移動可能に連結し、さらに、フライホイール6は、二つのナット5と共に回転するようになっているナット回転型を例に説明したが、これに限定されるものでもない。
In the first embodiment, for example, the
例えば、図5に示す第二実施形態のように、本発明に係る制振装置を、ねじ軸回転型として構成してもよい。つまり、同図に示すように、この第二実施形態の例では、固定ベース24の支持板24a,24cは、ころがり軸受24dを介してねじ軸2を支持しており、これにより、ねじ軸2の回転移動を許容するとともに軸方向移動を拘束している。また、二つのナット5は、ハウジング部5Bおよびころがり軸受部Bを有しておらず、本体部5Aが円環状のフランジ5fを有している。そして、本体部5Aに形成されたフランジ5fが、可動ベース22の支持板22a、22cに直接連結されることで、二つのナット5をねじ軸2の軸方向には相対移動可能に且つねじ軸2まわりに回転移動を拘束して連結している。
For example, you may comprise the damping device which concerns on this invention as a screw shaft rotation type like 2nd embodiment shown in FIG. That is, as shown in the figure, in the example of the second embodiment, the
さらに、トルク安全装置8は、キー構造8kを介してねじ軸2と一体に回転するように装着されつつフライホイール6を挟持しており、フライホイール6が、ねじ軸2と共に回転するように構成されている点が上記第一実施形態と異なっている。これにより、この第二実施形態の例では、ねじ軸回転型となっている。このような構成であっても、二つのナット5が軸方向に変位すると、ねじ軸2が逆作動によって回転し、ねじ軸2と共に回転するように構成されたフライホイール6が回転するため、上記第一実施同様の作用・効果を奏する。
Further, the
また、例えば図6に示す第三実施形態のように、反力発生部23は、上記第一実施形態同様のナット回転型を採用し、入力部22bおよび固定部24bについては、同図に示すように、その振動が入力される位置のみを上記第一実施形態と異ならせて、ねじ軸2の延長線上に設けた軸方向組み込み型とすることもできる。このような構成であっても、上記第一実施同様の作用・効果を奏する。
Further, for example, as in the third embodiment shown in FIG. 6, the reaction
ここで、この軸方向組み込み型の制振装置1の、建物の下梁と上梁間(あるいは床と天井間)等の構造体Sa,Sb同士の間への組み込み構造の例について説明する。
図7に示すように、この軸方向組み込み型の制振装置1は、その固定部24bが、取付け治具Jを介して下方の構造体Saの端部に連結され、また、制振装置1の入力部22bは、対角線状に設けたブレースScの下端と一体化された接合治具Sbの端部に装着される。これにより、制振装置1は、下方の構造体Saの上方に離間して且つその構造体Saの中央よりも一方の側に位置して水平に配置され、入力部22bから上記固定部24bに対して相対的な振動が入力されるように組み込まれる。
Here, an example of a built-in structure between the structural bodies Sa and Sb such as a space between the lower beam and the upper beam (or between the floor and the ceiling) of the axially built-in type
As shown in FIG. 7, the axially built-in type
ここで、この制振装置1の軸線(ねじ軸2の軸芯の位置)CLの高さは、接合治具Sbの軸芯と柱梁接合部内端とを結ぶ軸線の交点上に配置される。さらに、構造体Saの上部の中央よりも他方の側には、オイルダンパ取付け治具Dzが固定されており、このオイルダンパ取付け治具Dzと接合治具Sbとの間に、相互を繋ぐようにオイルダンパDが制振装置1の軸線上に水平に配設されている。
Here, the height of the axis line (position of the axial center of the screw shaft 2) CL of the
なお、上記せん断抵抗型の例同様に、この制振装置1の上部にも、横断面がコ字状のカバーKが制振装置1の全長に亘って被せられている。そして、上記二つのナット5の外ケースになっている可動ベース22の支持板22a,22cの外側面は、このコ字状のカバーK内面側に一体に結合されている。なおまた、このカバーKの下端部分はシールされている。
As in the case of the shear resistance type, the upper part of the
この軸方向組み込み型の制振装置1を用いた上記組み込み構造によれば、例えば地震等により層間変位が生じると、上記ブレースScと一体化された接合治具Sb(構造体Sb)が水平変位し、この接合治具Sbに固定された入力部22bは、入力部22b側が、取付け治具Jを介して下方の構造体Sa一体化された固定部24b側に対して軸方向(水平方向)に変位する。このとき、制振装置1には、構造体Sa,Sb相互の相対変位に対するせん断抵抗力が生じる。これにより、上記せん断抵抗型の例同様に、振動の相対加速度に比例した反力を得て、振動を抑制する制振ダンパとして機能する。
According to the built-in structure using this axially built-in type
特に、この軸方向組み込み型の制振装置1は、通常のオイルダンパや鋼材ブレースダンパのように、軸方向変位に対応したダンパであり、両端(入力部22bおよび固定部24b)に、クレビスやボールジョイントを用いることによって、軸直方向の変形についても容易に追従することができる。また、上述したせん断抵抗型と比較して、設置したときの高さを低く抑えることができるため、オイルダンパを併設する場合であっても、オイルダンパの設置高さを低くすることができる。その結果、取付け治具の高さも低くすることができるため、治具の下端に作用する曲げモーメントが低減し、治具を軽微な構成とすることができる。
In particular, the axially built-in type
また、例えば図8に示す第四実施形態のように、入力部22bおよび固定部24bの位置を、上記第三実施形態のようにねじ軸2の延長線上に設けた軸方向組み込み型にするとともに、反力発生部23は、第二実施形態のようにねじ軸回転型で構成してもよい。このような構成であっても、上記第一実施同様の作用・効果を奏する。
さらに、例えば図9に示す第五実施形態のように、梁等からの入力(変位)が、軸方向およびその軸方向に直角な方向から作用する場合を考慮して、直角方向の変位をキャンセルするトラニオン構造を採用することができる。
Further, for example, as in the fourth embodiment shown in FIG. 8, the positions of the
Further, for example, as in the fifth embodiment shown in FIG. 9, in consideration of the case where an input (displacement) from a beam or the like acts from the axial direction and a direction perpendicular to the axial direction, the displacement in the perpendicular direction is canceled. A trunnion structure can be adopted.
つまり、同図に示すように、この第五実施形態の制振装置は、上記第一実施形態に対し、可動ベース22の入力部22bが、上下に摺動自在な摺動部22sを有する点が異なっている。これにより、例えば地震等により、建物の下梁と上梁間(あるいは床と天井間)等の構造体Sa,Sb相互が相対移動すると、固定ベース24が下梁等の構造体Saと一体に移動するのに対し、可動ベース22の入力部22bは、上下に摺動自在な摺動部22sによって直角方向の変位をキャンセルしつつ上梁等の構造体Sbと一体に移動することができる。なお、その他の構成および作用・効果については上記第一実施形態と同様である。
That is, as shown in the figure, the vibration damping device of the fifth embodiment is different from the first embodiment in that the
なおまた、上記各実施形態では、フライホイール6にはトルク制限機構としてトルク安全装置8が付設されている例で説明したが、これに限らず、トルク制限機構を有しない構成としてもよい。しかし、制振装置に想定外の過大な加速度が作用した場合であっても、フライホイールを、所定トルクを保持したままで相対回転させることにより、許容値を上回る軸力が制振装置を固定するねじ部に生じることを防止または抑制する上では、上記実施形態のように、フライホイールにトルク制限機構を付設することが好ましい。
In each of the above embodiments, the flywheel 6 is described with the example in which the
また、上記の説明では制振装置の支持部を下方の構造体に、入力部を上方の構造体に接合するとしたが、上下逆としてもよい。また、上記ではボールねじ部が水平の場合について説明したが、水平方向以外の相対変位を対象とする場合は、制振装置を垂直あるいは傾斜させて取り付けても良い。 In the above description, the support portion of the vibration damping device is joined to the lower structure, and the input portion is joined to the upper structure. In the above description, the case where the ball screw portion is horizontal has been described. However, when the relative displacement other than the horizontal direction is targeted, the vibration damping device may be attached vertically or inclined.
1 制振装置
2 ねじ軸
3 ねじ溝
4 直動案内装置
5 ナット
6 フライホイール
8 トルク安全装置(トルク制限機構)
9 ころがり軸受
10 ベアリング内輪溝
12 ベアリング外輪溝
14 ベアリングボール
20 ボールねじ部
22 可動ベース(入力部)
23 反力発生部
24 固定ベース(支持部)
Sa,Sb 構造体
Dz オイルダンパ取付け治具
D オイルダンパ
K カバー
J 取付け治具
DESCRIPTION OF
9 Rolling bearing 10 Bearing
23
Sa, Sb structure Dz Oil damper mounting jig D Oil damper K Cover J Mounting jig
Claims (8)
前記反力発生部は、外周面に螺旋状のねじ溝が設けられたねじ軸、および前記ねじ軸にそのねじ溝とは複数のボールを介して外嵌するとともに軸方向に相対向して設けられる二つのナットを有するボールねじ部と、前記二つのナット同士の間に設けられるフライホイールとを有し、前記入力部から入力された振動を、前記二つのナットを有するボールねじ部によって回転運動に変換し、その回転運動によって前記フライホイールを回すことにより、入力される振動の相対加速度に応じた反力を発生することを特徴とする制振装置。 A vibration damping device comprising: an input unit to which vibration is input; a reaction force generation unit that generates a reaction force according to the relative acceleration of vibration input to the input unit; and a support unit that supports the reaction force generation unit Because
The reaction force generating portion is provided with a screw shaft having a spiral thread groove formed on an outer peripheral surface thereof, and is externally fitted to the screw shaft through a plurality of balls and opposed to the screw shaft in the axial direction. A ball screw part having two nuts and a flywheel provided between the two nuts, and the vibration input from the input part is rotated by the ball screw part having the two nuts. The vibration damping device is characterized in that a reaction force corresponding to the relative acceleration of the input vibration is generated by turning the flywheel by the rotational motion.
前記制振装置として請求項5に記載の制振装置を用いており、
前記支持部が、下方の構造体に固定されており、前記入力部が、上方の構造体と一体化された接合治具の下部に装着されて前記支持部に対して相対的な振動が入力されるように組み込まれていることを特徴とする制振装置の組み込み構造。 A structure for incorporating a vibration damping device into a structure,
The vibration damping device according to claim 5 is used as the vibration damping device,
The support part is fixed to a lower structure, and the input part is mounted on a lower part of a joining jig integrated with the upper structure so that relative vibration is input to the support part. The built-in structure of the vibration damping device is characterized by being incorporated as described above.
前記制振装置として請求項6に記載の制振装置を用いており、
前記支持部が、下方の構造体に取付け治具を介して連結されており、前記入力部が、上方の構造体と一体化された接合治具の端部に装着されることで、当該制振装置が下方の構造体の上方に離間して且つその中央よりも一方の側に位置して水平に配置され、前記入力部から前記支持部に対して相対的な振動が入力されるように組み込まれていることを特徴とする制振装置の組み込み構造。 A structure for incorporating a vibration damping device into a structure,
The vibration damping device according to claim 6 is used as the vibration damping device,
The support portion is connected to a lower structure via a mounting jig, and the input portion is attached to an end of a joining jig integrated with the upper structure, thereby controlling the control. The vibration device is spaced horizontally above the lower structure and positioned horizontally on one side of the center so that relative vibration is input from the input unit to the support unit. Built-in structure of the vibration damping device characterized by being incorporated.
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