JP2020020466A - 制振ダンパー及び制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ギア部の外径寸法に応じて減衰特性を任意に設定できて建造物の特性に応じた最適設計が可能になる上に、一層コンパクトにする。【解決手段】制振装置１は建造物の架構の空間に設けた。制振装置１は、下層のＹ型ブレース６Ｂで支持され、上層のＹ型ブレース６Ａのブレース部材でラック部材１０を支持する。制振装置１の制振ダンパー１２は、建造物の振動を伝達するラック部材１０の直線運動を回転運動に変換するピニオンギア１６と、内部に収納した粘性体によって振動を減衰させるロータリーダンパー１７と、重りを有する回転体１８とを積層し、軸部材１４で同軸に一体に固定した。回転体１８は任意の質量のものに交換可能である。ピニオンギア１６と回転体１８の組み合わせによって減衰特性を任意に設定できる。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば建造物の制振ダンパーとして用いることができて、減衰特性を任意に設定可能な制振ダンパー及び制振装置に関する。

一般的な制振ダンパーは、装置の内部に封入されたオイルや粘性体等の抵抗力を利用して減衰力を得る構造になっており、減衰特性の異なる複数種類の制振ダンパーから好適なものを選択して用いる。このような制振ダンパーとして、例えば特許文献１に記載されたものが提案されている。
図１５（ａ）に示す制振装置１００では、建造物ＢＬの架構に柱Ｐ１、Ｐ２と梁Ｑ１、Ｑ２で形成された空間１０３内の対角線方向に片ブレース１０１が設置され、この片ブレース１０１に制振ダンパー１０２が配設されている。図１５（ｂ）に示す制振装置１０４では、建造物の架構に形成される空間１０３にＹ型ブレース１０５が設置され、その頂部と柱Ｐ１を連結する制振ダンパー１０６が設置されている。
これらの制振装置１００，１０４は、地震等の発生時に制振ダンパー１０２，１０６によって減衰力を付与することができる。

また、特許文献２に記載の免震装置では、地盤等の支持構造物と建造物等の免震対象物との間に回転慣性免震装置が設置されている。免震対象物の下部には水平面内で往復移動可能なリニアスライダが設置され、支持構造物にはリニアスライダの直線運動を回転運動に変換する回転装置が設置されている。回転装置はリニアスライダの直線運動を回転運動に変換する入力回転体と、その回転を増速させる歯車列からなる歯車装置と、歯車列の回転伝達を受けて回転運動して減衰力を増幅させる回転質量体と、を備えている。これにより、免震対象物と支持構造物との相対変位を抑制している。
この免震装置では、歯車装置における歯車列の数を適宜に設定でき、歯車列を介して回転質量体を増速させて回転することで回転慣性が効果的に増加して振動の減衰を発揮できる。しかも、免震装置を小型化できるとしている。

特開２０１７−２１４７２１号公報 特開２００７−１０１１０号公報

しかしながら、上述した制振装置や免震装置では、建設予定の建造物に対して予め設計または製造された製品ラインアップから選択することが前提になり、最適な制振装置の選択には限界があった。また、層間速度が小さい場合には振動の減衰効果が得られにくいという問題があった。さらに、減衰性能の向上に伴って制振装置の外形寸法が大きくなり、制振装置の設置スペースを確保するのが困難になるという問題もあった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ギア部の外径寸法に応じて減衰特性を任意に設定できて建物特性に応じた最適設計が可能になる上に、一層コンパクトな制振ダンパー及び制振装置を提供することを目的とする。

本発明による制振ダンパーは、制振対象物の振動を伝達する伝達部材の直線運動を回転運動に変換するギア部と、ギア部と同軸に設けられていて振動を減衰させるロータリーダンパーと、ギア部及びロータリーダンパーを同軸に支持して一体回転させる軸部材と、を備えたことを特徴とする。
本発明に係る制振ダンパーによれば、ギア部とロータリーダンパーを同軸で一体回転させると共に、ギア部の外径に応じてロータリーダンパーの回転数を変化させて減衰特性を任意に設定できるため、大きな制振効果を発揮できる。しかも、ギア部とロータリーダンパーが同軸であるため、制振ダンパーの外形をよりコンパクトにすることができる。

本発明による制振ダンパーは、制振対象物の振動を伝達する伝達部材の直線運動を回転運動に変換する仲介ギア部と、仲介ギア部に噛合するギア部と、ギア部と同軸に設けられていて振動を減衰させるロータリーダンパーと、ギア部及びロータリーダンパーを同軸に支持して一体回転させる軸部材と、を備え、仲介ギア部は、伝達部材に設けた歯部に噛合する小径の歯部とギア部に噛合する大径の歯部とが同軸に一体回転可能に設けられていることを特徴とする。
本発明による制振ダンパーにおいて、伝達部材とギア部の間に仲介ギア部を噛合させることで、小径の歯部及び大径の歯部を介してギア部をより高速回転させることができるため、減衰特性の一層大きな増幅効果を得られる。

また、軸部材には、ギア部とロータリーダンパーの間、またはロータリーダンパーに対してギア部と反対側に第一回転体が取り付けられ、第一回転体は軸部材によってギア部と同軸に支持されて一体回転することが好ましい。
本発明によれば、重りとなる第一回転体を取り付けることで回転慣性モーメントを付与できるため、第一回転体との組み合わせを選択できて、制振ダンパーの減衰特性を一層、任意に設定することができる。

また、軸部材には、該軸部材と同軸に設けられた軸固定部と、軸固定部から径方向外側に延びる支持部と、支持部に設けられた重り部と、を有する振り子状の第二回転体が設けられていることが好ましい。
本発明によれば、回転慣性モーメント(等価質量)は質量に比例し、回転半径の２乗に比例することから、第二回転体において軸固定部から支持部を介して重りまでの回転半径を大きくすることで小さな重り(質量)で大きな抵抗力を得ることができる。

また、第二回転体は、ギア部とロータリーダンパーの間、またはロータリーダンパーに対してギア部と反対側に設けられていてもよい。
第二回転体は、ロータリーダンパーのギア部側とギア部の反対側とのいずれかの位置を選択して取り付けできる。

また、第二回転体は、軸固定部の対向する位置に支持部と重り部がそれぞれ径方向外側に設けられていてもよい。
この場合、位置が下がる方向に旋回する重り部は重力によって回転慣性モーメントを増幅する方向に働く。これに対向して設けられた重り部は位置が上がる方向に旋回し回転慣性モーメントを減縮させる方向に働くため、重力の影響を相殺させることができる。

また、軸部材が水平方向に配設され、少なくともギア部及びロータリーダンパーが縦置きされていることが好ましい。
制振ダンパーを縦置きすることによって平面的な設置スペースが小さくて済むため、建造物等の制振対象物において設置位置の制約が小さい。

また、第一回転体はロータリーダンパーの外側に設置されていて、取り外し可能、追加可能または交換可能としてもよい。
制振ダンパーの第一回転体をロータリーダンパーの外側に設置したことにより、第一回転体を取り外し、追加、または質量の異なるものに交換することができ、用途変更等に伴い制振対象物の振動性状が変化した場合においても、最適な減衰特性に調整して対応可能である。

また、第二回転体は取り外し可能、追加可能または交換可能としてもよい。
制振ダンパーの第二回転体は軸部材に固定した軸固定部の径方向外側に支持部を介して重りを設けたため、重りを質量の異なるものに交換することで、用途変更等に伴い制振対象物の振動性状が変化した場合においても、最適な減衰特性に調整して対応可能である。

本発明による制振装置は、上述したいずれかの制振ダンパーが、それぞれ伝達部材の直線運動を回転運動に変換するように複数設けられていることを特徴とする。
複数の制振ダンパーを配設することで、ロータリーダンパーは１種類のみで広範囲かつ連続的に減衰特性を設定できる。

また、複数の制振ダンパーの少なくとも一部は、ギア部及びロータリーダンパーで構成されていてもよい。
一部の制振ダンパーをギア部及びロータリーダンパーで構成することで、要求される減衰特性に対応するように制振装置の減衰特性を調整できる。

また、複数の制振ダンパーの少なくとも一部は、ギア部及び第一回転体または第二回転体で構成されていてもよい。
この場合も、要求される減衰特性に対応するように制振装置の減衰特性を調整できる。

本発明による制振ダンパー及び制振装置によれば、ギア部とロータリーダンパーを同軸で一体回転させると共に、ギア部の外径に応じてロータリーダンパーによって任意の減衰特性を設定できる。しかも、ギア部とロータリーダンパーが同軸で一体であるため、制振ダンパー及び制振装置の外形をよりコンパクトにすることができる。

本発明の第一実施形態による制振装置を建造物の架構に取り付けた状態の要部説明図である。 図１に示す制振装置の要部構成を示す正面図である。 図２に示す制振装置のＡ−Ａ線断面図である。 第二実施形態による制振装置の要部構成を示す正面図である。 図４に示す制振装置のＢ−Ｂ線断面図である。 第二実施形態の変形例による制振装置の要部構成を示す正面図である。 実施例１による制振ダンパーの抵抗力を示すグラフであり、（ａ）はロータリーダンパーの層間速度と抵抗力の関係を示す図、（ｂ）は層間変位と抵抗力の関係を示す図、（ｃ）は経時的な抵抗力の変化を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例２による制振装置の制振ダンパーの抵抗力を示す図７と同様な図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例３による制振装置の制振ダンパーの抵抗力を示す図７と同様な図である。 第三実施形態による制振装置の要部構成を示す正面図である。 図１０に示す制振装置のＣ−Ｃ線断面図である。 第三実施形態の変形例による制振装置の断面図である。 第四実施形態による制振装置の断面図である。 図１３に示す制振装置における回転体のＤ−Ｄ線断面図である。 （ａ）、（ｂ）は従来の制振装置を示す図である。

以下、本発明の各実施形態による制振ダンパー及び制振装置について添付図面により説明する。
図１から図３は第一実施形態による制振装置１を示すものである。図１に示す制振装置１は、例えば鉄筋コンクリート造の建造物ＢＬの例えば下層部の架構に取り付けられている。なお、制振装置１の設置箇所は低層部に限らず高層部等、任意の層に設置してもよい。制振装置１は、建造物ＢＬの架構の相対変位可能な二層間に配設されている。この建造物ＢＬは、例えば１フロアの左右の柱Ｐ１及び柱Ｐ２と上下の梁Ｑ１及び梁Ｑ２とで仕切られた空間４を上下左右に多数有している。空間４において、柱Ｐ１及び柱Ｐ２の中間には中間柱Ｐ３が設置され、空間４が２つの空間４Ａ、４Ｂに仕切られている。

例えば空間４Ａにおける対向する柱Ｐ１、中間柱Ｐ３の各上端部(上端角部)からＹ型ブレース６Ａが垂下され、その下側頂部に建造物ＢＬの振動を伝達する伝達部材としてラック部材１０が設置されている。また、空間４Ａには、対向する柱Ｐ１、中柱Ｐ３の各下端部(下端角部)から上方に延びるＹ型ブレース６Ｂが設けられ、このＹ型ブレース６Ｂの頂部に制振装置１が支持されている。
制振装置１は、空間４Ａ内で上下に設置されたＹ型ブレース６Ａ、６Ｂによって揺動可能に支持されている。そのため、空間４における他方の空間４Ｂの領域の自由度が大きく、任意の用途に利用可能である。

次に、図２及び図３によって、制振装置１について説明する。
例えば空間４Ａにおいて、Ｙ型ブレース６Ａの２本のブレース部材６ａの先端部にラック部材１０が連結されている。建造物ＢＬが地震等で振動した場合、その横揺れに応じてＹ型ブレース６Ａの２本のブレース部材６ａが揺動し、ラック部材１０がその長手方向に沿って水平方向に往復運動する。ラック部材１０にはその長手方向に沿って歯部が配列形成されている。

ラック部材１０の上下位置には、それぞれ２個の制振ダンパー１２が対向して設置されている。制振ダンパー１２はラック部材１０に直交する方向に対向して２個配設され、この２個の制振ダンパー１２が同軸で固定されて、減衰部１３を構成している。図２では、減衰部１３はラック部材１０を挟んで２基ずつ２組設置されている。後述する他の実施形態や変形例等でも同様とする。

減衰部１３は、図３に示すように、ラック部材１０に直交する方向に軸部材１４が配設され、軸部材１４の長手方向中央部にラック部材１０の歯部に噛合するギア部としてピニオンギア１６が固定されている。ピニオンギア１６の両側には円盤形状のロータリーダンパー１７が設置され、更にその両側の外側には重りとして円盤形状の回転体１８がそれぞれ設置されている。なお、回転体１８はピニオンギア１６とロータリーダンパー１７の間に設置してもよい。
ピニオンギア１６は略円盤状であり、その外周に形成した歯部はラック部材１０の歯部に噛合している。

なお、軸部材１４の両端部には積層されたピニオンギア１６、ロータリーダンパー１７、回転体１８を固定して一体回転させるための固定具１９が装着されている。固定具１９として、例えばナットを用い、軸部材１４の両端部にはナットを噛合させる雄ねじ部を設けるとよい。
また、減衰部１３において、固定具１９を軸部材１４から取り外すことで、回転体１８を取り外して異なる質量のものに交換したり、複数個に追加したり、取り外したりすることができる。

各制振ダンパー１２の減衰力は、各制振ダンパー１２のピニオンギア１６の外径（及び歯数)、そして回転体１８の重量の変化によって増減させることができる。例えば、ピニオンギア１６の外径の変化によってロータリーダンパー１７の回転数を変化させることができる。また、回転体１８の重りの質量によって回転慣性モーメントを変化させることができる。そのため、制振ダンパー１２の減衰特性は、ピニオンギア１６の外径と回転体１８の重りの組み合わせによって任意に設定できる。

ピニオンギア１６とロータリーダンパー１７と回転体１８はその中心を軸部材１４が貫通して固定されており、一体回転する。ロータリーダンパー１７はその内部空間にオイルや粘性体が封入されており、例えば軸部材１４に連結されていて回転運動する不図示のワークにオイルや粘性体の抵抗によって制動をかけることにより、オイルや粘性体の粘性抵抗で回転運動に制動を作用させる。
ロータリーダンパー１７は外径が一定の円盤状に形成されていて交換可能ではない。ロータリーダンパー１７は回転によって所定の減衰特性を発揮でき、減衰力はその回転速度に依存する。図３では、ロータリーダンパー１７はピニオンギア１６よりも大径に形成されている。

回転体１８はスチール等の金属からなる重りであり、図３では、ロータリーダンパー１７より大径に形成されている。回転体１８は、ピニオンギア１６やロータリーダンパー１７より回転慣性が大きく設定されている。
各制振ダンパー１２において、振動に対する減衰力(抵抗力)を大きくするには、ピニオンギア１６の外径（歯数)を小さくすることと、回転体１８の質量を大きくすることの一方または両方を行う。また、振動に対する減衰力を小さくするには、ピニオンギア１６の外径を大きくすることと、回転体１８の質量を小さくすることの一方または両方を行う。

本実施形態における減衰部１３において、１本の軸部材１４で連結される２個の制振ダンパー１２はピニオンギア１６を共用しており、その両側にロータリーダンパー１７と回転体１８がそれぞれ固定されている。また、図３において、ラック部材１０の上下に設置された２組の減衰部１３は、各ピニオンギア１６がラック部材１０の歯部とそれぞれ上下位置で噛合している。
また、図２及び図３において、以下の説明では、４組の減衰部１３は、便宜上、減衰部１３Ａ、１３Ｂ，１３Ｃ、１３Ｄということがある。また、各減衰部１３Ａ、１３Ｂ，１３Ｃ、１３Ｄの各制振ダンパー１２におけるピニオンギア１６、ロータリーダンパー１７、回転体１８も、便宜上、符号１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄとすることがある。本実施形態では、ラック部材１０を挟んで複数、例えば４組の減衰部１３が上下に配列されている。

図２及び図３において、ラック部材１０を挟んで対向配置された減衰部１３Ａ、１３Ｂのピニオンギア１６ａ、１６ｂは比較的大径に設定され、減衰部１３Ｃ、１３Ｄのピニオンギア１６ｃ、１６ｄは比較的小径に設定されている。そのため、ラック部材１０は、ピニオンギア１６ａ、１６ｂに噛合する領域では比較的小径の第一ラック部１０ａを有し、ピニオンギア１６ｃ、１６ｄに噛合する領域では比較的大径の第二ラック部１０ｂを有するように同軸に形成されている。ラック部材１０は例えば断面矩形に形成され、その側面に歯部が形成されている。

また、各減衰部１３のロータリーダンパー１７はその外側に例えば略四角形状の支持枠部２３が設置されている。この支持枠部２３内に各ロータリーダンパー１７が保持され、回転体１８は外側に保持されている。また、空間４Ａの下部に設けたＹ型ブレース６Ｂの各ブレース部材６ｂは支持枠部２３に連結することで、制振装置１を支持している。上部のＹ型ブレース６Ａの各ブレース部材６ａにはラック部材１０が連結され、建造物ＢＬの振動に応じて直線的に往復運動させている。
しかし、本発明では、上述した構成に代えて、上部のＹ型ブレース６Ａの各ブレース部材６ａで支持枠部２３を吊り下げ支持し、下部のＹ型ブレース６Ｂの各ブレース部材６ｂにラック部材１０を連結して往復運動させてもよい。制振装置１の位置を階高の中央付近とすることで、これより高い位置や低い位置にする場合よりも、ブレース部材６ａ、６ｂの応力を小さくできるが、制振装置１の位置や支持方法は上述のものによらなくてもよい。

なお、制振装置１の各減衰部１３において、図２及び図３では、ピニオンギア１６を挟んで軸部材１４の両側にロータリーダンパー１７及び回転体１８が対向して配設されている。各減衰部１３におけるピニオンギア１６の外径の大きさや回転体１８の質量等はそれぞれ相違していてもよい。ピニオンギア１６は制振ダンパー１２毎に適宜の外径のものを設置することもできる。
本実施形態による制振ダンパー１２において、ロータリーダンパー１７は交換可能ではないが、回転体１８は質量の異なるものに交換可能である。また、各減衰部１３において、回転体１８の一方または両方を異なるものに交換することによって、制振装置１の減衰特性を増減調整することができる。しかも、制振装置１は外形寸法を従来よりもコンパクトにすることができる。

次に地震や強風等で生じる振動に対して、制振対象物である建造物ＢＬの振動減衰方法について説明する。
地震発生時に地盤等の支持構造物が水平方向に振動すると、支持構造物に支持された建造物ＢＬが応答して水平方向に振動する。建造物ＢＬが地震等で振動して変形すると、架構の各空間４の上層と下層とに水平方向の層間変位が生じる。即ち、建造物ＢＬの振動により、空間４Ａ内の上層と下層に設置されたＹ型ブレース６Ａ、６Ｂがそれぞれ往復運動する。空間４Ａの下層に支持されたＹ型ブレース６Ｂが往復運動することでブレース部材６ｂを介して、縦置きされた制振装置１が水平方向に振動する。また、空間４Ａの上層に支持されたＹ型ブレース６Ａが往復運動することで一対のブレース部材６ａで支持されたラック部材１０が制振装置１と異なる位相で水平方向に往復運動する。

ラック部材１０が直線方向に往復運動すると、ラック部材１０の歯部に噛合する各減衰部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄの制振ダンパー１２のピニオンギア１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄに伝達されてそれぞれ回転運動に変換される。この場合、減衰部１３Ａ、１３Ｂでは、ピニオンギア１６ａ、１６ｂが比較的大径であるため回転速度が小さく、ロータリーダンパー１７ａ、１７ｂの内部に収納されたオイルや粘性体によって受ける抵抗は小さい。また、重りである回転体１８ａ、１８ｂもその回転速度が小さいため、その反力は小さい。

一方、減衰部１３Ｃ、１３Ｄでは、ピニオンギア１６ｃ、１６ｄが比較的小径であるため回転速度が大きく、ロータリーダンパー１７ｃ、１７ｄの内部に収納されたオイルや粘性体によって受ける抵抗が大きい。また、重りである回転体１８ｃ、１８ｄもその回転速度が大きいため、その反力は大きい。

このように、ラック部材１０の歯部に噛合する各減衰部１３Ａ〜１３Ｄの各ピニオンギア１６ａ〜１６ｄを外径の異なるものに設定することによって直線運動から変換された回転運動の回転速度を増減調整することができる。この場合、ロータリーダンパー１７ａ〜１７ｄの回転によるオイルや粘性体の抵抗の大きさは回転速度で制御される。
回転体１８の質量の調整に際し、回転体１８は縦置きされた制振装置１の支持枠部２３の外側に設置されているため、軸部材１４の固定具１９を外して回転体１８を取り外し、異なる質量の回転体１８を装着することができる。また、回転体１８の追加や撤去も行える。

建造物ＢＬの用途変更等で振動性状が変化し、必要な減衰力が増大した場合には、回転体１８の等価質量または慣性モーメントを大きくする。そのためには、例えば回転体１８の質量や密度、形状や質量バランスを調整する。

上述したように、本実施形態による制振装置１は、建造物ＢＬの振動性状と必要な減衰力の大きさに応じて、制振ダンパー１２の数、ピニオンギア１６の外径寸法、回転体１８を適宜調整し、減衰特性を任意に設定することができる。
また、回転体１８を質量の異なるものに交換して装着することで、回転体１８の反力を任意に増減調整することができる。したがって、建造物ＢＬの用途変更や経年劣化等により振動性状が変化した場合でも、回転体１８を追加したり交換したりすることで最適な減衰特性を得られる。そのため、制振装置１は建造物ＢＬの特性に応じて最適な設計が可能になる。

また、制振装置１はその構成が従来のものと比較してコンパクトであるため専有スペースが小さくて済み、建造物ＢＬの有効面積や開口部への影響が小さく、制振装置１の設置位置の制約が小さい。そのため、建造物ＢＬの全体計画との整合を図りつつ効率的に耐震性能を確保できる。
また、制振装置１は建造物ＢＬにおける空間４Ａ内に縦置きで取り付けるため、横置きと比較して一層専有スペースが小さくて済む。しかも、制振ダンパー１２の回転体１８を軸部材１４の外側に設置するため、異なる質量のものへの交換、追加や撤去が容易である。
また、制振装置１は、建造物ＢＬの柱Ｐ１，Ｐ２と梁Ｑ１，Ｑ２で仕切られた空間４よりも狭い柱Ｐ１と中間柱Ｐ３で仕切られた小さな空間４Ａに設置できるため、図１５（ａ）、（ｂ）に示す従来技術と比較して、残りの空間４Ｂを有効に利用できる。

なお、本発明は上述した第一実施形態による制振装置１及び制振ダンパー１２に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態や変形例等について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部分や部材には同一の符号を用いて説明を省略する。

次に、本発明の第二実施形態による制振装置２０について、図４及び図５により説明する。
本実施形態による制振装置２０では、２個の制振ダンパー２１を対向させて軸部材１４に固定した減衰部２２が、Ｙ型ブレース６Ａの２本のブレース部材６ａの間に連結されたラック部材１０を挟んでその上下に４組設置されている。４組の減衰部２２は、図４及び図５において、便宜上、減衰部２２Ａ、２２Ｂ，２２Ｃ、２２Ｄとする。また各減衰部２２の制振ダンパー２１におけるピニオンギア１６、ロータリーダンパー１７、回転体１８は、便宜上、符号１６ａ〜１６ｄ、１７ａ〜１７ｄ、１８ａ〜１８ｄで示す。

制振装置２０において、上下に配設された減衰部２２Ａと減衰部２２Ｂの間、減衰部２２Ｃと減衰部２２Ｄの間にはそれぞれ仲介ギア部２４（２４Ａ、２４Ｂ）が設置されている。仲介ギア部２４は制振ダンパー２１に含まれている。ラック部材１０と各ピニオンギア１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは仲介ギア部２４Ａ、２４Ｂを介して噛合しており、ラック部材１０の直線運動を回転運動に切り換えている。なお、本実施形態では、ラック部材１０は長手方向に同一外径で例えば断面矩形に形成されている。

仲介ギア部２４Ａ、２４Ｂは、それぞれラック部材１０の歯部に噛合する小径のピニオン部２５(小径の歯部)とピニオンギア１６ａ、１６ｂに噛合する大径のギア部２６(大径の歯部)とが同軸で一体に形成されている。これにより、仲介ギア部２４Ａ，２４Ｂはピニオンギアとしての機能を有している。仲介ギア部２４Ａ、２４Ｂを介在させることで、ピニオンギア１６をラック部材１０に直接噛合させるよりも高速で回転させることができる。そのため、見かけ上、ピニオンギア１６が小さくなったような効果を有する。

本第二実施形態による制振装置２０によれば、上述した作用効果に加えて、第一実施形態の制振装置１より小振幅で大きな減衰力を得ることができ、比較的剛性が高い建造物においても制振効果を発揮することができる。

なお、上述した第二実施形態による制振装置２０では、上下方向に対向する減衰部２２Ａ、２２Ｂの間、減衰部２２Ｃ，２２Ｄの間にそれぞれ仲介ギア部２４Ａ、２４Ｂを配設したが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、図６に示す変形例による制振装置２０では、１枚の仲介ギア部２４の大径のギア部２６によって、４組の減衰部２２Ａ、２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄの各ピニオンギア１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄに噛合するように構成している。この場合、ラック部材１０に噛合する小径のピニオン部２５は高負荷がかかるため高強度にする必要があるが、仲介ギア部２４の数を削減できるのでコストを低減できる上によりコンパクト化できる。

また、上述した各実施形態や変形例において、各減衰部１３、２２ではピニオンギア１６を共用してその両側にロータリーダンパー１７と回転体１８を対向させて配列した制振ダンパー１２、２１を設け、軸部材１４で同軸に一体回転可能に固定した。しかしながら、各制振ダンパー１２、２１に用いるピニオンギア１６は共用ではなく、個別に設けてそれぞれをラック部材１０に噛合させてもよい。

また、ロータリーダンパー１７は回転速度に限界があり、限界速度の範囲内で回転させる必要がある。これに対し、回転体１８は高速回転することが可能であり、ピニオンギア１６の外径寸法を可能な限り小径にして高速回転させることで大きな反力を得ることができる。制振ダンパー１２、２１は軸部材１４を中心に一体回転するため、ロータリーダンパー１７と回転体１８の特性を生かして回転速度を制御し、建造物ＢＬに最適な減衰特性を設定する必要がある。

次に、各実施形態による制振装置１、２０の減衰特性の設定例について説明する。
建造物ＢＬの空間４Ａにおける層間応答として、振幅±Ａ(ｍｍ)、周期Ｔ=０．５（ｓｅｃ）の正弦波を想定すると、次の式が成り立つ。
角速度ω ＝ ２π／Ｔ
層間変位Ｄｉｓ＝Ａ・ｓｉｎ(ωｔ) (ｍｍ)
層間速度Ｖｅｌ = Ａω・ｃｏｓ(ωｔ) (ｍｍ／ｓｅｃ)
層間加速度Ａｃｃ＝Ａω^２・ｓｉｎ(ωｔ) (ｍｍ／ｓｅｃ^２)
各制振ダンパー１２、２１の回転速度Ｖ＝６０Ｖｅｌ／２πｐ (回転／ｍｉｎ)
但し、層間速度の単位換算：６０Ｖｅｌ (ｍｍ／ｍｉｎ)
ピニオンギア１６の周長：２πp (ｍｍ)
ｐはピニオンギア１６の半径。

各制振ダンパー１２、２１のロータリーダンパー１７の減衰力
Ｆ_ｖ＝Ｔ／(ｐ／１０００) (Ｎ)
但し、ロータリーダンパー１７のトルク値Ｔ＝ＣＶ^α (Ｎ・ｍ)
Ｃは減衰係数、αは定数。
各制振ダンパー１２、２１の回転体１８の反力
Ｆ_ｍ＝ｍ_ｄ・(Ａｃｃ／１０００) (Ｎ)
但し、回転体１８の質量：ｍ (ｋｇ)
回転体１８の半径：ｒ (ｍｍ)
慣性モーメントＩ＝ｍｒ^２／２ (ｋｇ・ｍｍ^２) 但し、円柱体の場合
等価質量ｍ_ｄ＝Ｉ／ｐ^２ = ｍ・(ｒ／ｐ)^２／２ (ｋｇ)

従って、次の計算結果が得られる。
各制振ダンパー１２、２１の抵抗力Ｆ_ｎ＝Ｆ_ｖ＋Ｆ_ｍ (Ｎ)
制振装置１の抵抗力Ｆ_all = ΣＦ_ｎ
但し、ｎ＝１，２，３，４・・・ であり、制振ダンパー１２、２１の数量を示す。

次に、上述した各実施形態による制振装置１，２０の実施例について減衰特性の試算を行った。これについて図７〜図９及び表１〜３に基づいて説明する。但し、各制振ダンパー１２について、各減衰部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄに対応させて１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２、１２Ｃ１、１２Ｃ２、１２Ｄ１、１２Ｄ２とした。

(実施例１)
先ず、表１は第一実施形態による制振装置１を示すものであり、減衰部１３Ａ、減衰部１３Ｂ、減衰部１３Ｃ、減衰部１３Ｄにおいて抵抗力を最大限高めた事例である。
４基の減衰部１３を各減衰部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄとして、それぞれにピニオンギア１６とロータリーダンパー１７と回転体１８を設置した。この場合の各回転体１８の等価質量はいずれも３２５ｋｇであり、制振装置１の抵抗力Ｆ_ａｌｌは上記の式により求められる。

正弦波加振時における実施例１のロータリーダンパー１７の減衰力Ｆ_ｖ、回転体１８の反力Ｆ_ｍ、制振装置１の抵抗力Ｆ_ａｌｌは、図７（ａ）、（ｂ）に示される。更にロータリーダンパー１７の減衰力Ｆ_ｖ、回転体１８の反力Ｆ_ｍ、制振装置１の抵抗力Ｆ_ａｌｌの経時変化が図７（ｃ）に示される。同図に示すように、ロータリーダンパー１７の減衰力Ｆ_ｖに回転体１８の反力Ｆ_ｍを付加した制振装置１の抵抗力Ｆ_ａｌｌが得られる。

(実施例２)
表２は第一実施形態による制振装置１を示すものであり、ピニオンギア１６の外径(歯数数)の調整により最適な減衰特性に調整した事例である。
４個の制振ダンパー１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂ１、１２Ｂ２はそれぞれにピニオンギア１６とロータリーダンパー１７と回転体１８を設置した。これらの各回転体１８の等価質量はいずれも３２５ｋｇである。これに対し、他の４個の制振ダンパー１２Ｃ１、１２Ｃ２、１２Ｄ１、１２Ｄ２ではロータリーダンパー１７は設置しないで、ピニオンギア１６と回転体１８のみを設置した。さらに、ピニオンギア１６の半径を６０ｍｍと８０ｍｍに拡径させることで、等価質量は５５ｋｇと１５ｋｇとした。

正弦波加振時における実施例２のロータリーダンパー１７の減衰力Ｆ_ｖ、回転体１８の反力Ｆ_ｍ、制振装置１の抵抗力Ｆ_ａｌｌは、図８（ａ）、（ｂ）に示される。更にロータリーダンパー１７の減衰力Ｆ_ｖ、回転体１８の反力Ｆ_ｍ、制振装置１の抵抗力Ｆ_ａｌｌの経時変化が図８（ｃ）に示される。同図に示すように、ロータリーダンパー１７の数、各ピニオンギア１６の外径寸法、回転体１８の等価質量を調整することで、最適な減衰特性が得られる。

(実施例３)
表３は第二実施形態による制振装置２０を示すものである。ラック部材１０とピニオンギア１６との間に、ラック部材１０の直線運動を回転運動に変換する仲介ギア部２４（２４Ａ，２４Ｂ）を備えている。なお、表３において、ピニオン半径欄のかっこ内の数値は仲介ギア部２４を設置した効果を考慮した見かけのギア外径である。ここでは、仲介ギア部２４のギア部２６（大径の歯部）とピニオン部２５（小径の歯部）の外径比を３としており、各減衰部２２Ａ〜２２Ｄにおける見かけのギア外径は１／３になっている。
４基の減衰部２２Ａ〜２２Ｄはそれぞれにピニオンギア１６とロータリーダンパー１７と回転体１８を設置した。４個の制振ダンパー１２Ａ１〜１２Ｂ２は各回転体１８の等価質量がいずれも１２００ｋｇである。これに対し、制振ダンパー１２Ｃ１〜１２Ｄ２ではピニオンギア１６ｃ、１６ｄの外径を段階的に拡径させることで、等価質量は３００ｋｇと１３０ｋｇとした。

正弦波加振時における実施例３のロータリーダンパー１７の減衰力Ｆ_ｖ、回転体１８の反力Ｆ_ｍ、制振装置１の抵抗力Ｆ_ａｌｌは、図９（ａ）、（ｂ）に示される。更にロータリーダンパー１７の減衰力Ｆ_ｖ、回転体１８の反力Ｆ_ｍ、そして、制振装置１の抵抗力Ｆ_ａｌｌの経時変化が図９（ｃ）に示される。同図に示すように、仲介ギア部２４を用いることで制振装置２０の抵抗力を大幅に増幅できる。

上述した各実施例１、２、３に示すように、各制振装置１、２０において、ロータリーダンパー１７の数、ピニオンギア１６や仲介ギア部２４の外径寸法、回転体１８の等価質量を調整することで、減衰特性を任意に設定できる（図７、図８、図９の各（ａ）、（ｂ）参照）。

次に本発明の第三実施形態による制振装置３０及び制振ダンパー３１について、図１０及び図１１により説明する。
本第三実施形態による制振装置３０では、各制振ダンパー３１において円板状の回転体１８に代えて振り子状の回転体３２を設置した。この回転体３２は、ロータリーダンパー１７の外側で軸部材１４と同軸に固定された例えば略円板状の軸固定部３３と、軸固定部３３の外周面に連結されていて径方向外側に延びる例えば棒状の支持部３４と、支持部３４の先端に取り付けられた重り部３５とで構成されている。制振ダンパー３１が軸部材１４を中心に回転する際に、回転体３２は軸部材１４を中心に振り子状に揺動して往復運動可能となる。
重り部３５は例えば円板状に形成されていて、支持部３４に対して異なる質量のものに交換可能とされている。また、回転体３２がロータリーダンパー１７の外側に設置された場合には、回転体３２全体を支持部３４の長さの異なるものや異なる質量の重り部３５に交換可能としてもよい。

図１０及び図１１に示すように、制振装置３０の上部の各減衰部１３Ａ、１３Ｃの各制振ダンパー３１には上方に延びる回転体３２が設置され、下部の各減衰部１３Ｂ、１３Ｄの各制振ダンパー３１には下方に延びる回転体３２が設置されている。上下の各回転体３２は例えば１８０度対向する位置に設置されている。これによって、上下の各減衰部１３Ａ，１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄにおいて重り部３５同士が互いに干渉することを回避している。

本実施形態による制振装置３０では、例えば地震発生時に建造物ＢＬが振動するとＹ型ブレース６Ａ，６Ｂが水平方向に往復運動する。これによってラック部材１０が水平方向に往復運動すると、各減衰部１３の制振ダンパー３１のピニオンギア１６に伝達されてそれぞれ回転運動に変換される。すると、ピニオンギア１６と一体に軸部材１４を介してロータリーダンパー１７、回転体３２の軸固定部３３が一体回転する。軸固定部３３の回転によって支持部３４を介して重り部３５が軸部材１４を中心に振り子状に往復運動する。
回転体３２の回転慣性モーメント(等価質量)は質量に比例し、回転半径の２乗に比例することから、軸固定部３３から重り部３５までの回転半径を大きくすることで、小さな質量の重り部３５によって大きな抵抗力を得ることができる。

一方、地震時における建造物ＢＬの層間変形角は１/１００程度以下になるように設計されている場合が多く、例えば階高が３０００ｍｍで最大層間変形角が１/１００の場合の最大層間変位は±３０ｍｍとなる。ピニオンギア１６が半径６０ｍｍの場合、回転体３２の回転角は、３６０°×（±３０ｍｍ）／（１２０×π）＝±２８．７°になり、この角度範囲において、回転体３２は各減衰部１３の上方または下方または横方向に配設されて揺動し、往復運動する。

また、図１０において、水平方向に隣り合う減衰部１３のピニオンギア１６の半径が等しい場合には、各制振ダンパー３１の回転体３２は同一の角度範囲に亘って往復運動するため互いに干渉することはない。一方、隣り合う減衰部１３のピニオンギア１６の半径が異なる場合、隣り合う減衰部１３の回転体３２の重り部３５または支持部３４が揺動時に干渉するおそれがある。この場合には、水平方向に隣り合う減衰部１３の回転体３２同士を軸部材１４の長手方向にずらすことで、各回転体３２の重り部３５同士等が干渉することを回避できる。
なお、回転体３２の重り部３５を質量の異なるものに交換したり、支持部３４を長さの異なるものに交換したり、回転体３２の追加や撤去等も容易に行うことができる。また、ピニオンギア１６の半径長さによって回転体３２の揺動による往復運動の範囲をコントロールできるため、第一実施形態と同様に空間４Ａ内に複数の回転体３２を設置可能である。

次に、図１２は第三実施形態による制振装置３０の変形例を示す図である。
本変形例では、減衰部１３におけるピニオンギア１６とロータリーダンパー１７の間に回転体３２の軸固定部３３を設置した。ピニオンギア１６と軸固定部３３とロータリーダンパー１７は軸部材１４によって同軸に固定されている。しかも、軸固定部３３の外周面に設けた支持部３４の先端部には重り部３５が交換可能に固定されている。
本変形例の場合も、上側の減衰部１３Ａに設けた回転体３２の支持部３４及び重り部３５は上方に設置され、下側の減衰部１３Ｂに設けた回転体３２の支持部３４及び重り部３５は下方に設置されている。

次に本発明の第四実施形態による制振装置４０と制振ダンパー４１について図１３及び図１４により説明する。
本第四実施形態による制振装置４０では、例えば横方向(ラック部材１０に沿う方向)に２組の減衰部１３Ａ、１３Ｃ設置した。本第四実施形態では、制振装置４０の制振ダンパー４１において、回転体４２は軸固定部３３と支持部３４と重り部３５からなり、しかも、軸固定部３３はピニオンギア１６とロータリーダンパー１７との間に設置され、軸部材１４によって同軸に固定されている。回転体４２は軸固定部３３を中心に１８０°対向する位置に支持部３４と重り部３５がそれぞれ径方向外側に突出して、対称に２組配設されている。本実施形態に示す例では、軸固定部３３に対して一方の支持部３４と重り部３５は上方に設置され、他方の支持部３４及び重り部３５は下方に設置されている。制振ダンパー４１に設けられた２組の回転体４２は軸固定部３３を共用しているが、軸固定部３３を軸部材１４に別個に設置してもよい。

そのため、地震発生時等に、ラック部材１０の水平方向の往復運動によってピニオンギア１６が回転運動すると軸固定部３３とロータリーダンパー１７が軸部材１４を中心に揺動して一体に回転運動する。その際、回転体４２では、径方向に対向する位置、例えば上下位置において、重り部３５が往復回転運動し、上下の重り部３５の質量と回転半径に応じた大きな抵抗力を得ることができる。しかも、位置が下がる方向に旋回する重り部３５は重力によって回転慣性モーメントを増幅する方向に働く。これに対向して設けられた重り部３５は位置が上がる方向に旋回し回転慣性モーメントを減縮させる方向に働くため、重力の影響を相殺させることができる。
しかも、本実施形態による制振装置４０では、２組の減衰部１３をラック部材１０に沿って並列に配列させたため、各２組の回転体４２が往復回転運動する際に互いに干渉することを回避できる。なお、回転体４２を設けた減衰部１３は２組に限定されることなく、互いに干渉しない範囲で適宜の数を配設できる。

なお、上述した各実施形態や変形例において、軸部材１４は直線状の棒状部材としたが、これに限定されることはなく、任意形状で構成できる。例えば、軸部材１４として各制振ダンパー１２、２１、３１、４１の各軸部、またはピニオンギア１６、ロータリーダンパー１７、回転体１８、３２、４２毎の各軸部を互いに連結することで一体回転可能に形成してもよい。
また、支持枠部２３は四角形状に形成したが、支持枠部２３の形状は任意であり、ピニオンギア１６、ロータリーダンパー１７、回転体１８、３２、４２を支持できれば良い。また、重りとなる回転体１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは第一回転体に含まれ、回転体３２、４２は第二回転体に含まれる。

また、制振装置１、２０、３０、４０の各減衰部１３、２２において、両側の制振ダンパー１２、２１、３１、４１は対向配置する必要はない。例えば片側または両側の制振ダンパー１２、２１、３１、４１をピニオンギア１６とロータリーダンパー１７だけで構成してもよいし、ピニオンギア１６と回転体１８、３２、４２だけで構成してもよい。また、減衰部１３，２２の片側にのみ制振ダンパー１２、２１、３１、４１を設けてもよい。また、各制振ダンパー１２、２１、３１、４１に用いるピニオンギア１６は共用ではなく、個別に設けてそれぞれをラック部材１０に噛合させてもよい。

また、制振装置１、２０、３０、４０は建造物ＢＬの任意の場所に設置することができ、かつ設置数も適宜選択できる。また、上述の各実施形態や変形例では、制振装置１，２０、３０、４０を縦置きに設置したが、これに代えて横置きに設置してもよく、設置の姿勢は任意に選択できる。

１、２０、３０、４０ 制振装置
６Ａ、６Ｂ Ｙ型ブレース
６ａ、６ｂ ブレース部材
１０ ラック部材
１２、２１、３１、４１ 制振ダンパー
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ 減衰部
１４ 軸部材
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ ピニオンギア
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ ロータリーダンパー
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、３２、４２ 回転体
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 減衰部
２４、２４Ａ、２４Ｂ 仲介ギア部
２５ ピニオン部（小径の歯部）
２６ ギア部（大径の歯部）
３３ 軸固定部
３４ 支持部
３５ 重り部

Claims (12)

1. 制振対象物の振動を伝達する伝達部材の直線運動を回転運動に変換するギア部と、
   前記ギア部と同軸に設けられていて振動を減衰させるロータリーダンパーと、
   前記ギア部及びロータリーダンパーを同軸に支持して一体回転させる軸部材と、
   を備えたことを特徴とする制振ダンパー。
2. 制振対象物の振動を伝達する伝達部材の直線運動を回転運動に変換する仲介ギア部と、
   前記仲介ギア部に噛合するギア部と、
   前記ギア部と同軸に設けられていて振動を減衰させるロータリーダンパーと、
   前記ギア部及びロータリーダンパーを同軸に支持して一体回転させる軸部材と、
   を備え、前記仲介ギア部は、前記伝達部材に設けた歯部に噛合する小径の歯部と前記ギア部に噛合する大径の歯部とが同軸に一体回転可能に設けられていることを特徴とする制振ダンパー。
3. 前記軸部材には、前記ギア部とロータリーダンパーの間、または前記ロータリーダンパーに対して前記ギア部と反対側に第一回転体が取り付けられ、前記第一回転体は前記軸部材によって前記ギア部と同軸に支持されて一体回転する請求項１または２に記載された制振ダンパー。
4. 前記軸部材には、前記軸部材と同軸に設けられた軸固定部と、前記軸固定部に設けられていて前記軸部材から径方向外側に延びる支持部と、前記支持部に設けられた重り部と、を有する振り子状の第二回転体が設けられた請求項１または２に記載された制振ダンパー。
5. 前記第二回転体は、前記ギア部と前記ロータリーダンパーの間、または前記ロータリーダンパーに対して前記ギア部と反対側に設けられた請求項４に記載された制振ダンパー。
6. 前記第二回転体は、前記軸固定部の対向する位置に前記支持部及び前記重り部がそれぞれ径方向外側に設けられている請求項４または５に記載された制振ダンパー。
7. 前記軸部材が水平方向に配設され、少なくとも前記ギア部及びロータリーダンパーが縦置きされている請求項１から６のいずれか１項に記載された制振ダンパー。
8. 前記第一回転体は前記ロータリーダンパーの外側に設置されていて、取り外し可能、追加可能または交換可能とした請求項３に記載された制振ダンパー。
9. 前記第二回転体は少なくとも重り部が取り外し可能、追加可能または交換可能とした請求項４，５，６のいずれか１項に記載された制振ダンパー。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載された制振ダンパーが、それぞれ前記伝達部材の直線運動を回転運動に変換するように複数設けられていることを特徴とする制振装置。
11. 複数の前記制振ダンパーの少なくとも一部は、前記ギア部及びロータリーダンパーで構成されている請求項１０に記載された制振装置。
12. 複数の前記制振ダンパーの少なくとも一部は、前記ギア部及び前記第一回転体または第二回転体で構成されている請求項１０または１１に記載された制振装置。

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