JP2019052674A - 減衰装置、及び、免震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】段階的なフェールセーフ機構を実現し、装置の破損を防止する。【解決手段】２つの部材の間に設けられて２つの部材の相対変位による振動を減衰する減衰装置であって、外周に螺旋状のねじ溝が形成され、相対変位に応じて軸方向に直線運動するねじ軸と、ねじ軸が貫入され、ねじ軸の直線運動に応じてねじ軸の周方向に回転する回転体と、回転体の外側に配置され、周方向に回転可能な第１質量体と、回転体の外側に第１質量体と軸方向に並んで配置され、周方向に回転可能な第２質量体と、第１質量体に設けられ、回転体に圧接される第１摩擦材と、第２質量体に設けられ、回転体に圧接される第２摩擦材と、を備え、第１摩擦材と回転体との間の摩擦力と、第２摩擦材と回転体との間の摩擦力とが異なる。【選択図】図４

Description

本発明は、減衰装置、及び、免震構造に関する。

免震構造において積層ゴムなどとともに用いられる装置として、相対変位する２つの部材の間に設けられ、相対変位による振動を減衰する減衰装置が知られている。例えば、特許文献１では、ねじ軸の直線運動を質量体の回転運動に変換する変換機構を備え、質量体の回転慣性質量効果によって振動を低減させている。

特開２０１１−７３２３号公報

しかしながら、上述したような装置では、２つの部材の相対変位によって生じる応答加速度が大きいとき（過大入力時）、装置に大きな負荷がかかり破損するおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その主な目的は、段階的なフェールセーフ機構を実現し、装置の破損を防止することにある。

かかる目的を達成するために本発明の減衰装置は、２つの部材の間に設けられて前記２つの部材の相対変位による振動を減衰する減衰装置であって、外周に螺旋状のねじ溝が形成され、前記相対変位に応じて軸方向に直線運動するねじ軸と、前記ねじ軸が貫入され、前記ねじ軸の直線運動に応じて前記ねじ軸の周方向に回転する回転体と、前記回転体の外側に配置され、前記周方向に回転可能な第１質量体と、前記回転体の外側に前記第１質量体と前記軸方向に並んで配置され、前記周方向に回転可能な第２質量体と、前記第１質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第１摩擦材と、前記第２質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第２摩擦材と、を備え、前記第１摩擦材と前記回転体との間の摩擦力と、前記第２摩擦材と前記回転体との間の摩擦力とが異なることを特徴とする。
このような減衰装置によれば、応答加速度の大きさに応じて段階的なフェールセーフ機構を実現することができ、装置の破損を防止することができる。

かかる減衰装置であって、前記第１摩擦材の摩擦係数と、前記第２摩擦材の摩擦係数が異なっていてもよい。
このような減衰装置によれば、第１摩擦材と回転体との間の摩擦力と、第２摩擦材と回転体との間の摩擦力とを異ならせることができる。

かかる減衰装置であって、前記第１摩擦材と前記回転体との間の圧接力と、前記第２摩擦材と前記回転体との間の圧接力が異なっていてもよい。
このような減衰装置によれば、第１摩擦材と回転体との間の摩擦力と、第２摩擦材と回転体との間の摩擦力とを異ならせることができる。

かかる減衰装置であって、前記第１質量体と前記第１摩擦材との間に皿ばねを重ねて配置され、前記第１摩擦材を前記回転体に圧接させる第１皿ばね部と、前記第２質量体と前記第２摩擦材との間に前記皿ばねを重ねて配置され、前記第２摩擦材を前記回転体に圧接させる第２皿ばね部と、を有し、前記第１皿ばね部の前記皿ばねの枚数と、前記第２皿ばね部の前記皿ばねの枚数とが異なることが望ましい。
このような減衰装置によれば、圧接力を簡易に調整できる。

かかる減衰装置であって、前記回転体と前記軸方向に並び、転がり軸受けを介して前記回転体と接続された筒状部材を備え、前記ねじ軸は、前記２つの部材のうちの一方の部材に接続され、前記筒状部材は、前記２つの部材のうちの他方の部材に接続されていることが望ましい。
このような減衰装置によれば、２つの部材の相対変位によって、ねじ軸を直線運動させ、且つ、回転体を回転運動させることができる。

かかる減衰装置であって、前記筒状部材は、前記第２質量体の内側に配置されており、
前記筒状部材と前記第２質量体との間には粘性体又は粘弾性体が設けられていることが望ましい。
このような減衰装置によれば、減衰力を高めることができる。

かかる減衰装置であって、前記第２摩擦材と前記回転体との間の摩擦力は、前記第１摩擦材と前記回転体との間の摩擦力よりも小さいことが望ましい。
このような減衰装置によれば、フェールセーフ機構をより効率的に発揮することができる。

また、かかる目的を達成するために本発明の免震構造は、上部構造と下部構造との間に、一端が前記上部構造に接続され、且つ、他端が前記下部構造に接続されて水平方向の振動を減衰する減衰装置を備えた免震構造であって、前記減衰装置は、外周に螺旋状のねじ溝が形成され、前記上部構造と前記下部構造と前記水平方向の相対変位に応じて軸方向に直線運動するねじ軸と、前記ねじ軸が貫入され、前記ねじ軸の直線運動に応じて前記ねじ軸の周方向に回転する回転体と、前記回転体の外側に配置され、前記周方向に回転可能な第１質量体と、前記回転体の外側に前記第１質量体と前記軸方向に並んで配置され、前記周方向に回転可能な第２質量体と、前記第１質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第１摩擦材と、前記第２質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第２摩擦材と、
を備え、前記第１摩擦材と前記回転体との間の摩擦力と、前記第２摩擦材と前記回転体との間の摩擦力とが異なることを特徴とする。
このような免震構造によれば、水平方向の応答加速度の大きさに応じて段階的なフェールセーフ機構を実現することができ、装置の破損を防止することができる。

また、かかる目的を達成するために本発明の免震構造は、上部構造と下部構造との間に、上端が前記上部構造に接続され、且つ、下端が前記下部構造に接続されて上下方向の振動を減衰する減衰装置を備えた免震構造であって、前記減衰装置は、外周に螺旋状のねじ溝が形成され、前記上部構造と前記下部構造と前記上下方向の相対変位に応じて軸方向に直線運動するねじ軸と、前記ねじ軸が貫入され、前記ねじ軸の直線運動に応じて前記ねじ軸の周方向に回転する回転体と、前記回転体の外側に配置され、前記周方向に回転可能な第１質量体と、前記回転体の外側に前記第１質量体と前記軸方向に並んで配置され、前記周方向に回転可能な第２質量体と、前記第１質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第１摩擦材と、前記第２質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第２摩擦材と、を備え、前記第１摩擦材と前記回転体との間の摩擦力と、前記第２摩擦材と前記回転体との間の摩擦力とが異なることを特徴とする。
このような免震構造によれば、上下方向の応答加速度の大きさに応じて段階的なフェールセーフ機構を実現することができ、装置の破損を防止することができる。

かかる免震構造であって、前記減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合はピン接合であってもよい。
このような免震構造によれば、上部構造と下部構造との水平方向の相対変位に対応することができる。

かかる免震構造であって、前記減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合と、前記減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合のうちの一方はピン接合であり、他方はローラー接合であってもよい。
このような免震構造によれば、上部構造と下部構造が水平方向に相対変位する際に垂直保持することが可能である。

かかる免震構造であって、前記減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合はローラー接合であってもよい。
このような免震構造によれば、上部構造と下部構造が水平方向に相対変位する際に、変位の方向に関わらずに垂直保持することが可能である。

かかる免震構造であって、前記減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合の少なくとも一方の接合の取付部が振動部材であることが望ましい。
このような免震構造によれば、建物の振動に同調させて減衰装置の振動を励起させることができ、上下方向の減衰をより大きくすることができる。

本発明によれば、段階的なフェールセーフ機構を実現でき、装置の破損を防止することができる。

本実施形態のダイナミックマスダンパー１０を適用した免震構造のモデル（多質点系モデル）図である。 図１の免震層５に配置されている装置の構成例を示す概略断面図である。 参考例のダイナミックマスダンパー１００の構成を示す断面図である。 本実施形態のダイナミックマスダンパー１０の構成を示す断面図である。 応答加速度が小さい場合の動作の説明図である。 図６Ａ及び図６Ｂは応答加速度がある程度大きい場合の動作の説明図である。図６Ａは引張時の図であり、図６Ｂは圧縮時の図である。 図７Ａ及び図７Ｂは応答加速度が大きい場合の動作の説明図である。図７Ａは引張時の図であり、図７Ｂは圧縮時の説明図である。 接合部の構成例の説明図である。 本実施形態の通常時と地震時の状態を示す立面図である。 第１変形例の通常時と地震時の状態を示す立面図である。 図１１Ａ〜図１１Ｄは、第２変形例の説明図である。図１１Ａは、第２変形例の構成を示す概略俯瞰図であり、図１１Ｂは、相対変位の状態を示す図である。また、図１１Ｃは、図１１Ｂのように変位するときの通常時と地震時の状態を示すＸ方向立面図であり、図１１Ｄは、図１１Ｂのように変位するときの通常時と地震時の状態を示すＹ方向立面図である。

＝＝＝実施形態＝＝＝
＜＜免震構造について＞＞
図１は、本実施形態のダイナミックマスダンパー１０を適用した免震構造のモデル（多質点系モデル）図であり、図２は、図１の免震層５に配置されている装置の構成例を示す概略断面図である。なお、図１では上部構造１よりも上の各層（フロア）の質量を質点で示している。

本実施形態の免震構造は、建物の上部構造１と下部構造３との間の免震層５に設けられており、ダイナミックマスダンパー１０（減衰装置に相当）、積層ゴム２０、摩擦皿ばね支承３０を備えている。

ダイナミックマスダンパー１０は、上端が上部構造１に接続されており、下端が下部構造３に接続されている。本実施形態ではダイナミックマスダンパー１０の上端及び下端は、それぞれ、ボールジョイント方式によって上部構造１及び下部構造３に接続されている。そして、ダイナミックマスダンパー１０は、上部構造１（ダイナミックマスダンパー１０の上端）と下部構造３（ダイナミックマスダンパー１０の下端）とが上下方向に相対変位するときの振動（上下方向の引張と圧縮の振動）を減衰する。なお、ダイナミックマスダンパー１０の詳細については後述する。

積層ゴム２０は、例えば、円形の鋼板２１ａとゴム層２１ｂとを上下に交互に積層してなる円柱状の積層体２１を、上下一対のフランジ板（上フランジ板２２、下フランジ板２３）で挟んで構成されている。また、下フランジ板２３は、不図示のボルトなどにより下部構造３に固定され、上フランジ板２２は、不図示のボルトなどにより上部構造１に固定されている。そして、積層ゴム２０は、上部構造１と下部構造３との相対変位による水平力に応じて積層体２１が水平方向に剪断変形して、上端の上フランジ板２２と下端の下フランジ板２３とが水平方向に相対変位することにより、上部構造１の水平振動を長周期化する。また、積層ゴム２０は、下部構造３に対する上部構造１の位置を初期状態に戻す復元機能を備えている。なお、積層ゴム２０は上部構造１を免震支承する機能も備えているが、本実施形態では主に摩擦皿ばね支承３０が上部構造１を支承している。

摩擦皿ばね支承３０（ディスクダンパー）は、上部構造１を支承するとともに、上部構造１と下部構造３とが水平方向に相対変位することによる振動（水平振動）を抑制（減衰）するものであり、滑り板３１と、滑り材３２と、皿ばね部３３を備えている。

滑り板３１は、下部構造３の上面に設けられた金属（例えばステンレス）製の板状部材である。本実施形態の滑り板３１の平面形状は円形であるが、これには限られず、例えば正方形や多角形であってもよい。

滑り材３２は、滑り板３１の上面（滑り面）上において水平方向へ滑動自在に配置されている。また、滑り材３２は、皿ばね部３３によって下側に付勢されて滑り板３１（滑り面）に圧接している。滑り材３２としては、滑り板３１との摩擦係数が大きい樹脂板（超高分子量ポリエチレンなど）が用いられている。この滑り材３２は、皿ばね部３３の底面に不図示のビスなどで取り付けられている。

皿ばね部３３は、滑り材３２を滑り板３１に圧接させるためのものである。皿ばね部３３は、下面に滑り材３２が取り付けられ、その反対側（上側）に筒状部を有する下部筒体３３１と、当該下部筒体３３１の筒状部と嵌合する嵌合部を有する上部筒体３３２とを備えており、上部筒体３３２の嵌合部内に下部筒体３３１の筒状部がスライド自在に挿入されている。上部筒体３３２は、上部構造１の下面に固定されている。また下部筒体３３１のフランジにはその周方向に適宜間隔を隔ててボルト穴（不図示）が設けられるとともに、上部筒体３３２のフランジにはこのボルト穴に対応させてボルト穴（不図示）が形成されている。そして、この上下のボルト穴を貫通したボルト３３３の先端にナット３３４が螺合されている。

皿ばね部３３内には、複数枚の単体の皿ばねを同じ向きに重ね合わせた皿ばね積層体３３ｓが逆向きに（上下一対に）重ね合わせて収容されている。これにより、上部構造１と下部構造３との間の上下方向の隙間が変化したときに、これに追従してその高さ方向（上下方向）に伸び縮みするようになっている。なお、本実施形態では皿ばね積層体３３ｓの重ね合わせの数（上下一対の組み合わせの数）は１つであるが、これには限られず、２つ以上であってもよい。

以上の構成により、建物周期を長周期化することができ、また、摩擦皿ばね支承３０により水平方向の振動を減衰できる。さらに、上部構造１と下部構造３との間にダイナミックマスダンパー１０を設けているので、上下方向の振動に対しても十分な減衰性能を確保することができる。

＜＜ダイナミックマスダンパー１０の構成について＞＞
本実施形態のダイナミックマスダンパー１０の構成について説明する前に、参考例について説明する。

＜参考例＞
図３は、参考例のダイナミックマスダンパー１００の構成を示す断面図である。

参考例のダイナミックマスダンパー１００は、ボールジョイント１１、ねじ軸１２０、ボールナット１３０、軸受け１４０、付加錘１５０、内筒１６０、及び、粘性体１７０を備えている。

ボールジョイント１１は、ダイナミックマスダンパー１００の上端と下端にそれぞれ（一対）設けられている。そして、上側のボールジョイント１１は上部構造１にピン接合され、下側のボールジョイント１１は下部構造３にピン接合されている。

ねじ軸１２０は、外周にねじ溝１２１が螺旋状に設けられた軸部材であり、上側のボールジョイント１１の下側に連続するように設けられて、上下方向に沿って配置されている。また、ねじ溝１２１とボールナット１３０との間には複数のボール（例えば金属球）が配置されている。

ボールナット１３０は、円筒形の部材であり、内部にねじ軸１２０が貫入されている。

軸受け１４０は、ボールナット１３０の外側に配置された所定の摩擦係数の摩擦材１４１と、付加錘１５０の内壁に皿ばねを重ねて設けられて摩擦材１４１をボールナット１３０に押し付ける（圧接させる）皿ばね部１４２を備えて構成されている。

付加錘１５０は、ダイナミックマスダンパー１００の外筒を構成する円筒形の部材（質量体）である。

内筒１６０は、下側のボールジョイント１１と連結して設けられており、付加錘１５０の内側に配置されている。内筒１６０は、ボールベアリング１８１を介してボールナット１３０と接続されている。なお、ボールベアリングとは、回転軸との間に（円周上に）複数の転動体（例えば金属球）が配置されて、それぞれ間隔を保ちながら円滑な転がり運動をする軸受け（転がり軸受け）である。また、内筒１６０は、ボールベアリング１８０を介して付加錘１５０と接続されている。また、内筒１６０の内部には、ねじ軸１２０の先端が挿入可能である。

粘性体１７０は、付加錘１５０と内筒１６０との間に設けられている。粘性体１７０としては、ポリイソブチレンその他の合成ゴム等を好適に使用することができる。また、シリコンなどの粘弾性体を用いてもよい。

以上の構成により、上部構造１と下部構造３との間の間隔が変化（上下方向に相対変位）すると、ねじ軸１２０が上下方向（ねじ軸１２０の軸方向）に移動する。このねじ軸１２０の軸方向の直線運動は、ボールナット１３０の回転運動に変換され、その回転に応じて、軸受け１４０を介して付加錘１５０が回転する。つまり、ボールナット１３０及び軸受け１４０（摩擦材１４１、皿ばね部１４２）は、ねじ軸１２０の直線運動を付加錘１５０の回転運動に変換する。また、付加錘１５０と内筒１６０の間には粘性体１７０が配置されているので、粘性体１７０の粘性力によってさらに減衰力が増加する。

このように、上部構造１と下部構造３との上下方向の相対移動量は、直線運動（軸運動）として、ねじ軸１２０に伝えられ、ボールナット１３０によって速度が増幅された付加錘１５０の回転運動に変換される。すなわち、ダイナミックマスダンパー１００は、上部構造１と下部構造３との相対移動量を増幅して付加錘１５０の回転運動に換えている。

そして、この付加錘１５０が回転することによる回転慣性質量効果、及び、粘性体１７０によって内筒１６０の間に生じる粘性抵抗力が減衰性能を発揮し、振動（上下方向の振動）を減衰することができる。

しかしながら、振動入力（相対変位の応答加速度）が小さい場合に減衰がよく効くようにすると、入力が大きい場合に装置が故障するおそれがあった。そこで、本実施形態では、段階的なフェールセーフ機構を実現し、装置の故障を抑制できるようにしている。

＜本実施形態＞
図４は、本実施形態のダイナミックマスダンパー１０の構成を示す断面図である。なお、参考例と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

本実施形態のダイナミックマスダンパー１０は、ボールジョイント１１、ねじ軸１２、ボールナット１３、軸受け１４Ａ〜１４Ｃ、付加錘１５Ａ〜１５Ｃ、内筒１６、及び、粘性体１７を備えている。

ねじ軸１２は、参考例のねじ軸１２０と同様の軸部材であり、外周に一定ピッチの螺旋状のねじ溝１２ａが形成されている。ただし、本実施形態のねじ軸１２は、参考例のねじ軸１２０よりも軸方向（ここでは上下方向）の長さが長い。ねじ軸１２は、上側のボールジョイント１１の下側に連続するように設けられて、上下方向に沿って配置されている。また、ねじ溝１２ａとボールナット１３との間には複数のボール（例えば金属球）が配置されている。

ボールナット１３（回転体に相当）は、参考例のボールナット１３０と同様の円筒形の部材であり、内側にねじ軸１２が貫入されている。

軸受け１４Ａは、ボールナット１３と付加錘１５Ａとの間に設けられており、摩擦係数μ１の摩擦材６１と、付加錘１５Ａの内壁に皿ばねを重ねて設けられて摩擦材６１をボールナット１３に押し付ける（圧接させる）皿ばね部６２を備えている。

軸受け１４Ｂは、ボールナット１３と付加錘１５Ｂとの間に設けられており、摩擦係数μ２の摩擦材７１と、付加錘１５Ｂの内壁に皿ばねを重ねて設けられて摩擦材７１をボールナット１３に押し付ける（圧接させる）皿ばね部７２を備えている。

軸受け１４Ｃは、ボールナット１３と付加錘１５Ｃとの間に設けられており、摩擦係数μ３の摩擦材８１と、付加錘１５Ｃの内壁に皿ばねを重ねて設けられて摩擦材８１をボールナット１３に押し付ける（圧接させる）皿ばね部８２を備えている。

なお、摩擦材６１の摩擦係数μ１と摩擦材７１の摩擦係数μ２と摩擦材８１の摩擦係数μ３には、μ１＞μ２＞μ３の関係が成り立っている。つまり、摩擦材８１の摩擦係数μ３が最も小さく、摩擦材６１の摩擦係数μ１が最も大きい。また、本実施形態では、皿ばね部６２、皿ばね部７２、皿ばね部８２の皿ばねの枚数は同じであり、ボールナット１３と各摩擦材（摩擦材６１、摩擦材７１、摩擦材８１）との間の圧接力は全て同じである。

付加錘１５Ａ〜１５Ｃは、ダイナミックマスダンパー１０の外筒を構成する円筒形の部材（質量体）であり、ボールナット１３の外側に、上下方向（ねじ軸１２の軸方向）に並んで設けられている。付加錘１５Ａは、ボールベアリング１８Ａを介して付加錘１５Ｂと接続されており、付加錘１５Ｂは、ボールベアリング１８Ｂを介して付加錘１５Ｃと接続されている。また、付加錘１５Ｃは、ボールベアリング１８Ｃを介して内筒１６と接続されている。これにより、付加錘１５Ａ〜１５Ｃは、それぞれ独立して、ボールナット１３の外側を回転可能となっている。

内筒１６（筒状部材に相当）は、下側のボールジョイント１１と連結して設けられており、付加錘１５Ｃの内側に配置されている。また、内筒１６０は、ボールベアリング１８Ｄ（転がり軸受けに相当）を介して、ボールナット１３（回転体に相当）と接続されている。また、内筒１６には、ねじ軸１２の先端が挿入可能である。

粘性体１７は、付加錘１５Ｃと内筒１６との間に設けられている。粘性体１７も参考例の粘性体１７０と同様に、ポリイソブチレンその他の合成ゴム等を好適に使用することができる。また、シリコンなどの粘弾性体を用いてもよい。

＜＜ダイナミックマスダンパー１０の動作について＞＞
図５〜図７は、本実施形態のダイナミックマスダンパー１０の動作の説明図である。

図５は、応答加速度の小さい場合の動作の説明図である。また、図６Ａ及び図６Ｂは応答加速度がある程度大きい場合の動作の説明図である。図６Ａは引張時の図であり、図６Ｂは圧縮時の図である。また、図７Ａ及び図７Ｂは応答加速度が大きい場合の動作の説明図である。図７Ａは引張時の図であり、図７Ｂは圧縮時の説明図である。

参考例で説明したように、上部構造１と下部構造３との間の間隔が変化（上下方向に相対変位）すると、ねじ軸１２が軸方向（この場合上下方向）に直線運動し、それに応じてボールナット１３が（ねじ軸１２の周方向に）回転運動する。

応答加速度が小さい場合は、図５に示すように、ボールナット１３が回転運動することにより、摩擦材６１、７１、８１により拘束された全ての付加錘（付加錘１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ）がボールナット１３と同じ方向（周方向）に回転する。

応答加速度がある程度大きい場合、ボールナット１３の回転力が大きくなり、摩擦力（ここでは摩擦係数）の小さい摩擦材から滑りが生じる。本実施形態では、摩擦材６１の摩擦係数μ１、摩擦材７１の摩擦係数μ２、摩擦材８１の摩擦係数μ３のうち、μ３が最も小さい。よって、摩擦材８１とボールナット１３との間に滑りが生じ、付加錘１５Ｃが回転しなくなる。つまり、図５の場合よりも回転質量効果が小さくなる。なお、これは引張時（図６Ａ）及び圧縮時（図６Ｂ）の各場合について同様である。

応答加速度が大きい場合、ボールナット１３の回転力がさらに大きくなり、摩擦係数の小さい方の摩擦材に滑りが生じる。本実施形態では、摩擦材６１の摩擦係数μ１、摩擦材７１の摩擦係数μ２のうちμ２の方が小さいので、摩擦材７１とボールナット１３との間に滑りが生じ、付加錘１５Ｂが回転しなくなる。これにより回転質量効果がさらに小さくなる。なお、引張時（図７Ａ）及び圧縮時（図７Ｂ）の各場合について同様である。

なお、応答加速度がさらに大きい場合には、全ての摩擦材（摩擦材６１、７１、８１）とボールナット１３との間に滑りが生じる。これにより、質量体１５Ａ〜１５Ｃが全て回転しなくなる。

このように本実施形態のダイナミックマスダンパー１０では、応答加速度に応じて段階的にフェールセーフ機構を実現することができる。これにより、応答加速度が大きい場合においても、ねじ軸１２等の装置の破損を防止することができる。

特に、本実施形態では、摩擦材８１の摩擦係数μ３が最も小さく、内筒１６との間に粘性体１７が設けられた付加錘１５Ｃが最初に回転しなくなるので、フェールセーフ機構をより効率的に発揮することができる。

＝＝＝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、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。例えば、以下に示すような変形が可能である。

＜ダイナミックマスダンパー１０について＞
ダイナミックマスダンパー１０の構成が上下逆であってもよい。すなわち、下端側のボールジョイント１１に、ねじ軸１２が設けられていてもよい。

また、前述の実施形態では、ダイナミックマスダンパー１０の端部と、上部構造１及び下部構造３との接続はそれぞれボールジョイント方式であったがこれには限られない。

図８は接合部の構成例の説明図である。ここでは、３種類（本実施形態、第１変形例、第２変形例）の構成が記載されている。また、図９は、本実施形態における通常時と地震時の状態を示す立面図であり、図１０は、第１変形例における通常時と地震時の状態を示す立面図である。また、図１１Ａ〜図１１Ｄは、第２変形例の説明図である。図１１Ａは、第２変形例の構成を示す概略俯瞰図であり、図１１Ｂは、相対変位の状態を示す図である。また、図１１Ｃは、図１１Ｂのように変位するときの通常時と地震時の状態を示すＸ方向立面図であり、図１１Ｄは、図１１Ｂのように変位するときの通常時と地震時の状態を示すＹ方向立面図である。

前述の実施形態の接合方式（ダイナミックマスダンパー１０の上端と下端がともにピン接合）の場合、図９に示すように、上部構造１と下部構造３との間に水平方向の相対変位が生じると、ダイナミックマスダンパー１０はその変位に応じて傾くことになる。これにより、上部構造１と下部構造３との水平方向の相対変位に対応することができる。ただし、この構成では、ダイナミックマスダンパー１０は垂直保持されない。なお、前述の実施形態ではボールジョイント１１によるピン接合であったが、これには限らずクレビスでもよい。

第１変形例では、上端と下端のうちの一方（この例では下端）がリニアスライダー４１とリニアブロック４２によるローラー接合である。他方（この例では上端）はボールジョイントによるピン接合である。リニアスライダー４１は、下部構造３の上面に設けられており、リニアブロック４２は、ダイナミックマスダンパー１０の下端においてリニアスライダー４１上を摺動可能に設けられている。

この場合、図１０に示すように、上部構造１と下部構造３との間に水平方向の相対変位が生じると、リニアブロック４２がリニアスライダー４１上を移動（摺動）する。これにより、ダイナミックマスダンパー１０は垂直に支持される。

第２変形例では、上端と下端の両方をローラー接合としている。図１１Ａ〜図１１Ｄに示すように、下部構造３の上面にはリニアスライダー４１がＹ方向に沿って配置されており、上部構造１の下面にはリニアスライダー４３がＸ方向に沿って配置されている。なお、Ｘ方向及びＹ方向は、ともに水平方向であり互いに直交する方向である。また、ダイナミックマスダンパー１０の下端には、リニアブロック４２がリニアスライダー４１対して摺動可能に設けられている。また、ダイナミックマスダンパー１０の上端には、リニアブロック４４がリニアスライダー４３に対して摺動可能に設けられている。

以上の構成により、上部構造１と下部構造３と間の水平変位の方向が、図１１ＢのようにＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに対して傾いている場合であっても、図１１Ｃ及び図１１Ｄに示すようにダイナミックマスダンパー１０を垂直に維持したまま移動させることができる。このように、第２変形例では、上部構造１と下部構造３が水平方向に変位する場合に、変位の方向に関わらずにダイナミックマスダンパー１０を垂直保持することができる。

なお、リニアブロック４２及びリニアブロック４４としては、固定振動数を有する振動部材（例えばＨ形鋼）を用いるとよい。このように、ダイナミックマスダンパー１０の上端側と下端側の少なくとも一方の接合の取付部を振動部材とすることで、建物の振動に同調させて、ダイナミックマスダンパー１０の振動を励起させることができる。これにより、上下方向の減衰をより大きくすることができる。また、図９及び図１０のピン接合の部位においても、ダイナミックマスダンパー１０の端（上端、下端）と構造体（上部構造１、下部構造３）間に振動部材を介入させてもよい。この場合も同様にダイナミックマスダンパー１０の振動を励起させることができ、上下方向の減衰をより大きくすることができる。なお、振動部材は、上記のＨ形鋼には限られず、例えば、鋼材や、コンクリート材を用いてもよい。

また、本実施形態のダイナミックマスダンパー１０は、上部構造１と下部構造３との上下方向の振動を減衰させていたがこれには限られず、水平方向の振動を減衰させるのに用いてもよい。すなわち、上下免震構造に限らず、水平免震構造にも適用できる。例えば、上部構造１の下面から下方に突出する突出部（不図示）と、下部構造３の上面から上方に突出する突出部（不図示）との間に、ねじ軸１２の軸方向が水平方向と平行になるようにダイナミックマスダンパー１０を配置し、一端を上部構造１の突出部に接続し、他端を下部構造３の突出部に接続してもよい。また、例えば、下部構造３に上部構造１の周りを囲む擁壁（不図示）が設けられている場合、上部構造１と下部構造３の擁壁との間に水平に配置してもよい。これにより、水平方向の振動を減衰させることができ、また、水平方向の振動に対して段階的なフェールセーフ機構を発揮することができる。

また、ダイナミックマスダンパー１０の取り付け（振動減衰の対象物）は、上部構造１と下部構造３には限られず、相対変位する２つの部材であればよい。これにより、相対変位する２つの部材間の振動を減衰させることができる。

また、前述の実施形態では、摩擦材６１の摩擦係数μ１と摩擦材７１の摩擦係数μ２と摩擦材８１の摩擦係数μ３の大きさを変えることで、ボールナット１３と各摩擦材（摩擦材６１、摩擦材７１、摩擦材８１）との間の摩擦力を異ならせていたがこれには限らない。例えば、各皿ばね部（皿ばね部６２、皿ばね部７２、皿ばね部８２）の皿ばねの枚数を異ならせることにより、ボールナット１３と各摩擦材（摩擦材６１、摩擦材７１、摩擦材８１）との間の圧接力が異なるようにしてもよい。この場合、各摩擦材（摩擦材６１、摩擦材７１、摩擦材８１）の摩擦係数が同じであっても、ボールナット１３と各摩擦材との間の摩擦力が異なることになる。

＜積層ゴム２０について＞
前述の実施形態では復元機構として積層ゴム２０を用いていたが、これには限られない。例えば、ばね等を用いてもよい。

＜摩擦皿ばね支承３０について＞
摩擦皿ばね支承３０の構成は前述したものには限られない。また、摩擦皿ばね支承３０の構成が、前述の実施形態と上下逆であってもよい。つまり、上部構造１に滑り板３１を設け、滑り材３２を滑り板３１に向けて圧接させてもよい。また、摩擦皿ばね支承以外の支承（例えば、転がり支承）を用いてもよい。また、水平方向の振動を減衰する装置として、例えばダンパー（オイルダンパー、摩擦ダンパー等）を用いてもよい。

１ 上部構造、３ 下部構造、５ 免震層、
１０ ダイナミックマスダンパー（減衰装置）、
１１ ボールジョイント、
１２ ねじ軸、１２ａ ねじ溝、
１３ ボールナット（回転体）、１４Ａ〜１４Ｃ 軸受け、
１５Ａ〜１５Ｃ 付加錘、
１６ 内筒、１７ 粘性体、
１８Ａ ボールベアリング、１８Ｂ ボールベアリング、
１８Ｃ ボールベアリング、１８Ｄ ボールベアリング（転がり軸受け）、
２０ 積層ゴム、２１ 積層体、２１a 鋼板、２１ｂ ゴム層、
２２ 上フランジ板、２３ 下フランジ板、
３０ 摩擦皿ばね支承、３１ 滑り板、
３２ 滑り材、３３ 皿ばね部、３３ｓ 皿ばね積層体、
４１ リニアスライダー、４２ リニアブロック、
４３ リニアスライダー、４２ リニアブロック、
６１ 摩擦材、６２ 皿ばね部、
７１ 摩擦材、７２ 皿ばね部、
８１ 摩擦材、８２ 皿ばね部、
１００ ダイナミックマスダンパー（参考例）、
１２０ ねじ軸、１２１ ねじ溝、
１３０ ボールナット、
１４０ 軸受け、１４１ 摩擦材、１４２ 皿ばね部、
１５０ 付加錘、１６０ 内筒、１７０ 粘性体、
１８０ ボールベアリング、１８１ ボールベアリング、
３３１ 下部筒体、３３２ 上部筒体、
３３３ ボルト、３３４ ナット

Claims (13)

1. ２つの部材の間に設けられて前記２つの部材の相対変位による振動を減衰する減衰装置であって、
   外周に螺旋状のねじ溝が形成され、前記相対変位に応じて軸方向に直線運動するねじ軸と、
   前記ねじ軸が貫入され、前記ねじ軸の直線運動に応じて前記ねじ軸の周方向に回転する回転体と、
   前記回転体の外側に配置され、前記周方向に回転可能な第１質量体と、
   前記回転体の外側に前記第１質量体と前記軸方向に並んで配置され、前記周方向に回転可能な第２質量体と、
   前記第１質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第１摩擦材と、
   前記第２質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第２摩擦材と、
   を備え、
   前記第１摩擦材と前記回転体との間の摩擦力と、前記第２摩擦材と前記回転体との間の摩擦力とが異なる
   ことを特徴とする減衰装置。
2. 請求項１に記載の減衰装置であって、
   前記第１摩擦材の摩擦係数と、前記第２摩擦材の摩擦係数が異なる、
   ことを特徴とする減衰装置。
3. 請求項１に記載の減衰装置であって、
   前記第１摩擦材と前記回転体との間の圧接力と、前記第２摩擦材と前記回転体との間の圧接力が異なる、
   ことを特徴とする減衰装置。
4. 請求項３に記載の減衰装置であって、
   前記第１質量体と前記第１摩擦材との間に皿ばねを重ねて配置され、前記第１摩擦材を前記回転体に圧接させる第１皿ばね部と、
   前記第２質量体と前記第２摩擦材との間に前記皿ばねを重ねて配置され、前記第２摩擦材を前記回転体に圧接させる第２皿ばね部と、
   を有し、
   前記第１皿ばね部の前記皿ばねの枚数と、前記第２皿ばね部の前記皿ばねの枚数とが異なる、
   ことを特徴とする減衰装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の減衰装置であって、
   前記回転体と前記軸方向に並び、転がり軸受けを介して前記回転体と接続された筒状部材を備え、
   前記ねじ軸は、前記２つの部材のうちの一方の部材に接続され、
   前記筒状部材は、前記２つの部材のうちの他方の部材に接続されている、
   ことを特徴とする減衰装置。
6. 請求項５に記載の減衰装置であって、
   前記筒状部材は、前記第２質量体の内側に配置されており、
   前記筒状部材と前記第２質量体との間には粘性体又は粘弾性体が設けられている、
   ことを特徴とする減衰装置。
7. 請求項６に記載の減衰装置であって、
   前記第２摩擦材と前記回転体との間の摩擦力は、前記第１摩擦材と前記回転体との間の摩擦力よりも小さい、
   ことを特徴とする減衰装置。
8. 上部構造と下部構造との間に、一端が前記上部構造に接続され、且つ、他端が前記下部構造に接続されて水平方向の振動を減衰する減衰装置を備えた免震構造であって、
   前記減衰装置は、
   外周に螺旋状のねじ溝が形成され、前記上部構造と前記下部構造と前記水平方向の相対変位に応じて軸方向に直線運動するねじ軸と、
   前記ねじ軸が貫入され、前記ねじ軸の直線運動に応じて前記ねじ軸の周方向に回転する回転体と、
   前記回転体の外側に配置され、前記周方向に回転可能な第１質量体と、
   前記回転体の外側に前記第１質量体と前記軸方向に並んで配置され、前記周方向に回転可能な第２質量体と、
   前記第１質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第１摩擦材と、
   前記第２質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第２摩擦材と、
   を備え、
   前記第１摩擦材と前記回転体との間の摩擦力と、前記第２摩擦材と前記回転体との間の摩擦力とが異なる、
   ことを特徴とする免震構造。
9. 上部構造と下部構造との間に、上端が前記上部構造に接続され、且つ、下端が前記下部構造に接続されて上下方向の振動を減衰する減衰装置を備えた免震構造であって、
   前記減衰装置は、
   外周に螺旋状のねじ溝が形成され、前記上部構造と前記下部構造と前記上下方向の相対変位に応じて軸方向に直線運動するねじ軸と、
   前記ねじ軸が貫入され、前記ねじ軸の直線運動に応じて前記ねじ軸の周方向に回転する回転体と、
   前記回転体の外側に配置され、前記周方向に回転可能な第１質量体と、
   前記回転体の外側に前記第１質量体と前記軸方向に並んで配置され、前記周方向に回転可能な第２質量体と、
   前記第１質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第１摩擦材と、
   前記第２質量体に設けられ、前記回転体に圧接される第２摩擦材と、
   を備え、
   前記第１摩擦材と前記回転体との間の摩擦力と、前記第２摩擦材と前記回転体との間の摩擦力とが異なる、
   ことを特徴とする免震構造。
10. 請求項９に記載の免震構造であって、
    前記減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合はピン接合である、
    ことを特徴とする免震構造。
11. 請求項９に記載の免震構造であって、
    前記減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合と、前記減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合のうちの一方はピン接合であり、他方はローラー接合である、
    ことを特徴とする免震構造。
12. 請求項９に記載の免震構造であって、
    前記減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合はローラー接合である、
    ことを特徴とする免震構造。
13. 請求項１０乃至請求項１２の何れかに記載の免震構造であって、
    前記減衰装置の前記上端と前記上部構造との接合、及び、前記減衰装置の前記下端と前記下部構造との接合の少なくとも一方の接合の取付部が振動部材である、
    ことを特徴とする免震構造。

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