JP4633229B2 - 減衰装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震の際に基礎から建築物に振動が伝わらないようにした免震装置、地震の際に高層の建築物自体が揺れるのを抑える制振装置等に用いられる減衰装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、免振装置用あるいは制振装置用の減衰装置として、図６に示すような減衰装置１（特開平１０−１８４７５７号公報）が知られている。この減衰装置１は、建築物等の対象部２ａ，２ｂ間に配置され、対象部２ａ，２ｂの振動を減衰する。図６に示す減衰装置１は、ケーシング３と、対象部２ａ，２ｂ間の相対的な直線運動を回転体４の回転運動に変換するボールねじ機構５と、回転体４の回転運動に抵抗する減衰部６とを備える。ボールねじ機構５のナット７は、ケーシング３に回転自在に支持され、回転体４に連結されている。ケーシング３の基端３ｂは、対象部の一方２ｂに固定されている。ボールねじ機構５のねじ軸８は、ケーシング３の先端３ａから突出し、対象部の他方２ａに固定されている。減衰部６は、ケーシング３の内周と回転体４の外周との間に封入される粘性流体９を有する。ボールねじ機構５が対象部２ａ，２ｂ間の相対的な直線運動を回転体４の回転運動に変換し、減衰部６が回転体４の回転運動に抵抗する。
【０００３】
また、同公報には、図７に示す減衰装置１の変形例１１が記載されている。この変形例１１は、上記減衰装置１と同様に、ケーシング１３と、対象部２ａ，２ｂ間の相対的な直線運動を回転体１４の回転運動に変換するボールねじ機構１５と、回転体１４の回転運動に抵抗する減衰部１６とを備える。この変形例１１において、上記減衰装置１と異なり、筒状の回転体１４の先端とケーシング１３の底面との間には隙間Ｗが開けられ、回転体１４の外側のみならず内側にも粘性流体１９が充填されている。そして、回転体１４の内側の粘性流体１９と外側の粘性流体１９とが回転体１４の下方で連通している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
回転体４，１４に大きな減衰力を与えるためには、回転体４，１４と粘性流体９，１９との接触面積を大きくする必要がある。しかしながら、従来の図６に示す減衰装置にあっては、回転体４の外周面のみが粘性流体９に接触するので、回転体４の軸線方向の単位長さあたりの減衰力を大きくすることができないという問題が生じる。減衰力を大きくするために、回転体４を軸線方向に長くすると、回転体４ひいては減衰装置１が大型し、その製造が困難になる。
【０００５】
また、図７に示す減衰装置１１にあっては、回転体１４の内周面および外周面が粘性流体１９に接触しているので、接触面積を大きくとることができるが、回転体１４の内側の粘性流体１９が回転体１４と一緒に回転してしまい、回転体１４の内側の粘性流体を充分にせん断させることができない。すなわち、回転体１４の内側の粘性流体１９が回転体の回転運動に抵抗することができず、この結果、回転体１４の軸線方向の単位長さあたりの減衰力を大きくすることができないという問題を生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、軸線方向の単位長さ当たりの減衰力を大きくすることができる減衰装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明者は、粘性流体が封入される封入層を回転体の内側および外側に設け、それぞれの封入層が回転体の回転運動に抵抗するようにした。具体的には、本発明は、対象部間の相対的な直線運動を回転体（３０）の回転運動に変換する運動変換手段（２１）と、前記回転体（３０）の回転運動に抵抗する減衰手段（２２）とを備える減衰装置（２０，５０）であって、前記減衰手段（２２）は、前記回転体（３０）と、前記回転体（３０）の外側に設けられる外筒（３１）と、前記回転体（３０）の内側に設けられ、前記外筒（３１）に固定される内筒（３２）と、前記内筒（３２）と前記回転体（３０）との間に設けられ、粘性流体が封入される内周側の封入層（３４）と、前記外筒（３１）と前記回転体（３０）との間に設けられ、粘性流体が封入される外周側の封入層（３３）と、を備え、前記回転体（３０）は、その両端部が前記外筒（３１）および前記内筒（３２）それぞれに一対の支持手段（３７，４２）を介して回転自在に支持され、前記一対の支持手段（３７，４２）のそれぞれの内側には一対のシール手段（３８，３９）が設けられることで前記内周側の封入層（３４）と前記外周側の封入層（３３）とが区分けされ、前記内周側の封入層（３４）および前記外周側の封入層（３３）それぞれが、前記回転体（３０）の回転運動に抵抗することを特徴とする減衰装置により、上述した課題を解決した。ここで、運動変換手段には、直線運動を回転運動に変換するものであれば、種々の機構を用いることができ、例えばボールねじ機構、リードを有するねじ機構、ラックとピニオン等を用いることができる。
また、この発明によれば、内周側の前記封入層および外周側の前記封入層は、回転体によってせん断されるので、確実に回転体の回転運動に抵抗する。このため、回転体の軸線方向の単位長さあたりの減衰力を大きくすることができる。仮に、内周側の封入層と外周側の封入層とを連通させると、内周側の封入層と外周側の封入層とが互いに、回転体に与える減衰力を弱めるように悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００９】
この発明によれば、内周側の封入層および前記外周側の封入層それぞれが回転体と接触し、しかもそれぞれの封入層が回転体の回転運動に抵抗するので、回転体の軸線方向の単位長さあたりの減衰力を大きくすることができる。従来の減衰装置と同程度の減衰力を得たい場合には、回転体の軸線方向の長さを略半分にすることができるので、回転体ひいては減衰装置を小型にでき、しかもその製造が容易になる。
【００１０】
また、本発明は、前記シール手段の一方（３９）は前記回転体（３０）と前記外筒（３１）に固定されたシール受け部材（４０）との間に配置され、前記シール手段の他方（３８）は前記内筒（３２）と前記回転体（３０）に固定されたシール受け部材（４３）との間に配置され、前記外筒（３１）と前記外筒（３１）に固定されたシール受け部材（４０）の間及び前記回転体（３０）に固定されたシール受け部材（４３）と前記回転体（３０）の間にはＯリング（４１，４４）が夫々設けられることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明は、前記運動変換手段（２１）が、前記外筒（３１）に連結されるケーシング（２４）と、ケーシング（２４）に回転自在に支持されるナット（２５）と、このナット（２５）に螺合するねじ軸（２６）とを備え、前記回転体（３０）が、前記ナット（２５）に連結されることを特徴とする。
【００１５】
運動変換手段にねじ機構を用いた場合、ねじ軸に起因して減衰装置が軸線方向長くなる傾向がある。この発明によれば、回転体の軸線方向の長さを短くできるので、ねじ機構を用いた減衰装置であっても減衰装置が軸線方向に長くなるのを防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第1の実施形態における減衰装置２０を示す。この減衰装置２０は、地震の際に基礎から建築物に振動が伝わらないようにした免震装置、地震の際に高層の建築物自体が揺れるのを抑える制振装置等に用いられる。免震装置に用いられる場合、減衰装置２０は、対象部としての基礎および対象部としての建築物の間に配置され、基礎の振動が建築物に伝達しないようにする。制振装置に用いられる場合、減衰装置２０は、対象部としての建築物の、例えば枠状構造体の対角位置に配置され、建築物自体の揺れ、すなわち曲げ振動を減衰する。
【００１７】
減衰装置２０は、対象部間の相対的な直線運動を回転体の回転運動に変換する運動変換手段としての運動変換部２１と、回転体の回転運動に抵抗する減衰手段としての減衰部２２とを備える。運動変換部２１と減衰部２２とは、軸線を一致させて連結部２３を介して連結される。
【００１８】
運動変換部２１は、円筒状のケーシング２４と、このケーシング２４に回転自在に支持されたナット２５と、このナット２５に螺合するねじ軸２６とを有している。ナット２５とねじ軸２６との間には、複数のボールが介在される。複数のボールは、ねじ軸２６に対するナット２５の相対的な回転に伴い、ねじ軸２６の外周を転がり運動する。
【００１９】
ねじ軸２６の外周面２６ａには、螺旋状のボール転走溝が形成され、ねじ軸２６の両端部には取付部用キー溝２６ｂ，２６ｂが形成される。ねじ軸２６の両端あるいは一端には、対象部の一方に取り付けるための円盤状の取付部２６ｃ（図４参照）が取り付けられる。なお、ねじ軸２６は、減衰装置２０を貫通するような長さにされているが、対象部間のストロークによっては、減衰装置２０を貫通しないような長さに設定してもよい。また、取付部用キー溝２６ｂ，２６ｂは、ねじ軸２６の一端にのみ形成してもよい。
【００２０】
ナット２５の内周面には、螺旋状のボール転走溝に対向する螺旋状の負荷転走溝が形成される。ナット２５は、ケーシング２４に支持手段としての一対のスラストベアリング２７，２７およびラジアルベアリング２８を介して、ケーシング２４に回転自在に支持される。対象部間が変位し、一方の対象部が他方の対象部に対して相対的に直線運動すると、ケーシング２４とナット２５との間には、大きな軸線方向の力が加わる。スラストベアリング２７，２７は、この軸線方向の力を受ける。一方、ラジアルベアリング２８は、ケーシング２４とナット２５との間に働く半径方向の力を受ける。各ベアリング２７，２７，２８は、押え部材２９，２９によってケーシング２４に固定される。
【００２１】
減衰部２２は、筒状の回転体３０と、回転体３０の外側に設けられる外筒３１と、回転体３０の内側に設けられ、外筒３１に固定される内筒３２と、外筒３１と回転体３０との間に設けられ、粘性流体が封入される外周側の封入層３３と、内筒３２と回転体３０との間に設けられ、粘性流体が封入される内周側の封入層３４とを備える。封入層３３と封入層３４とは、区分けされる。そして、封入層３３および封入層３４それぞれが、回転体３０の回転運動に抵抗する。
【００２２】
外筒３１は、外径がケーシング２４と略等しい筒状をなし、その一端が連結部２３の連結筒３５を介してケーシング２４に連結される。外筒３１の他端には、対象部の他方に取り付けるための円盤状の取付部３６が取り付けられる。本実施形態の減衰装置２０は、対象部間が相対的に変位し、一方の対象部が他方の対象部に対して相対的に直線運動すると、外筒３１およびケーシング２４に対してねじ軸２６が軸線方向に相対的に直線運動し、この外筒３１に対するねじ軸２６の直線運動によって減衰力を発生する。
【００２３】
外筒３１の内側に配置される回転体３０は、筒状をなし、外筒３１と軸心が一致される。図２および図３は、外筒３１、回転体３０および内筒の組合せを示す。回転体３０の運動変換部２１側の一端３０ａは、ナット２５と連結される。この連結は、例えば以下のように行われる。回転体３０の一端３０ａの周方向の離れた箇所に凸部を形成し、ナット２５に凸部に係合する凹部を形成し、この凸部と凹部との噛み合いによって、回転体３０とナット２５とを回転伝達可能かつ着脱自在に連結する。そして、連結筒３５と外筒３１の結合を取り外すと、運動変換部２１と減衰部２２とが分割できるようになっている。
【００２４】
回転体３０は、その両端部が支持手段としての一対のラジアルベアリング３７，３７を介して外筒３１に回転自在に支持されている。連結部２３側に位置するラジアルベアリング３７は、連結筒３５によって押さえられている。また、連結部２３の反対側に位置するラジアルベアリング３７は、環状の取付部３６によって押さえられている。一対のラジアルベアリング３７，３７の内側には、粘性流体をシールするシール手段としての一対のメカニカルシール３９，３９が設けられる。このメカニカルシール３９，３９は、回転体３０と外筒３１に固定されたシール受け部材４０との間に配置され、粘性流体のシールを保ったまま外筒３１に対する回転体３０の回転を許容する。シール受け部材４０，４０と外筒３１との間には、粘性流体が漏れるのを防止するＯリング４１，４１が設けられる。外筒３１の側面には、粘性流体を注入するための注入孔４５，４５が開けられる。
【００２５】
外筒３１の内周面と回転体３０の外周面との間には僅かな隙間が開けられ、この隙間に外周側の封入層３３を構成する粘性流体が封入される。粘性流体は、粘性体ともいい、弾性を有するもの（粘弾性体）と弾性を有さないものを含んでいる。粘性流体の一例として例えばポリイソブチレン等を挙げることができる。
【００２６】
回転体３０の内側に配置される内筒３２は、筒状をなし、外筒３１に固定される。取付部３６を外筒３１に取り付けると、取付部３６が内筒３２を押さえ、内筒３２が外筒３１に固定される。回転体３０は、その両端部が支持手段としての一対のラジアルベアリング４２，４２を介して内筒３２に回転自在に支持されている。連結部２３側に位置するラジアルベアリング４２は、図示しない連結部２３の一部によって押さえられている。また、連結部２３の反対側に位置するラジアルベアリング４２は、環状の取付部３６によって押さえられている。一対のラジアルベアリング４２，４２の内側には、粘性流体をシールするシール手段としての一対のメカニカルシール３８，３８が設けられる。このメカニカルシール３８，３８は、内筒３２と回転体３０に固定されたシール受け部材４３，４３との間に配置され、粘性流体のシールを保ったまま内筒３２に対する回転体３０の回転を許容する。シール受け部材４３，４３と回転体３０との間には、粘性流体が漏れるのを防止するＯリング４４，４４が設けられる。
【００２７】
回転体３０の内周面と内筒３２の外周面との間には僅かな隙間が開けられ、この隙間に内周側の封入層３４を構成する粘性流体が封入される。内周側の封入層３４および外周側の封入層３３は、上記メカニカルシール３８，３９およびＯリング４１，４４等によって連通することなく、区画されている。
【００２８】
上記減衰装置２０の組立て方法について説明する。まず運動変換部２１および減衰部２２を別々に組み立て、最終工程で連結部２３を介して運動変換部２１および減衰部２２を連結する。この最終工程で減衰部２２の回転体３０の凸部がナット２５の凹部に嵌まり込。これによって、ナット２５と回転体３０とが同軸をなして回転伝達可能に連結される。
【００２９】
上記構成の減衰装置２０において、運動変換部２１のねじ軸２６の一端が対象部の一方に取り付けられ、外筒３１の取付部３６が対象部の他方に取り付けられる。地震が発生すると、２つの対象部間は、相対的に変位する。運動変換部２１は、対象部間の相対的な直線運動を回転体３０の回転運動に変換する。回転体３０は外筒３１および外筒３１に固定された内筒３２に対して相対的に回転するので、減衰部２２は粘性摩擦によって回転体３０の回転速度に比例した抵抗を生ずる。この抵抗によって、回転体３０の回転運動のエネルギーが熱エネルギー等に変換され、減衰装置２０が減衰力を発生する。なお、ボールねじ機構を用いることにより、対象部間の直線運動の速度に比べて、回転体３０の回転速度を飛躍的に増大することができ、大きな減衰力を得ることができる。
【００３０】
本発明の減衰装置２０は、粘性流体が封入される封入層３３，３４を回転体３０の内側および外側に設けられ、それぞれの封入層３３，３４が回転体３０に接触し、回転体３０の回転運動に抵抗するようにしているので、回転体３０の軸線方向の単位長さあたりの減衰力を大きくすることができる。従来の減衰装置と同程度の減衰力を得たい場合には、回転体３０の軸線方向の長さを略半分にすることができるので、回転体３０ひいては減衰装置２０を小型にでき、しかもその製造が容易になる。また、減衰力に影響を与える要素としては、上述の回転体３０と粘性流体との接触面積の他に、回転体３０と外筒３１との間の隙間、あるいは回転体３０と内筒３２との間の隙間、すなわち封入層３３，３４の厚みがある。減衰力は、封入層３３，３４の厚みに反比例するので、減衰力を大きくするためには封入層３３，３４の厚みを小さくする必要がある。本発明によれば、回転体３０が外筒３１および内筒３２それぞれにラジアルベアリング３７，４２を介して回転自在に支持されているので、外筒３１と回転体３０との間の隙間および内筒３２と回転体３０との隙間を小さくしても、回転体３０と外筒３１または内筒３２がぶつかるおそれがなくなる。この結果、隙間の管理がし易くなり、回転体３０の軸線方向の単位長さあたりの減衰力を大きくするように封入層３３，３４の厚みを小さくすることができる。さらに、運動変換部２１にボールねじ機構を用いた場合、ねじ軸２６に起因して減衰装置２０が軸線方向長くなる傾向がある。この発明によれば、回転体３０の軸線方向の長さを短くできるので、ねじ機構を用いた減衰装置２０であっても軸線方向に長くなるのを防止することができる。
【００３１】
図４および図５は、本発明の第２の実施形態における減衰装置５０を示す。この減衰装置５０は、上記第１の実施形態の減衰装置２０と同様に、運動変換部２１と減衰部とを備える。運動変換部２１の構成は、上記第１の実施形態の運動変換部２１と略同様なので、同一の符号を附してその説明を省略する。減衰部２２は、上記第１の実施形態の減衰装置２０と同様に、筒状の回転体３０と、回転体３０の外側に設けられる外筒３１と、前記回転体３０の内側に設けられ、前記外筒３１に固定される内筒３２と、外筒３１と前記回転体３０との間に設けられ、粘性流体が封入される外周側の封入層３３と、内筒３２と前記回転体３０との間に設けられ、粘性流体が封入される内周側の封入層３４とを備え、内周側の封入層３４と外周側の封入層３３とが区分けされる。この第２の実施形態の減衰装置５０において、減衰部２２の回転体３０には、その軸線方向の中央付近に外方に突出する円盤部３０ｂが設けられている。この円盤部３０ｂに対応して外筒３１にも円盤部３０ｂを囲む円盤部３１ｂが形成される。これらの円盤部３０ｂ，３１ａ間にも上記粘性流体が充填される。そして、内周側の封入層３４および外周側の封入層３３それぞれが、前記回転体３０の回転運動に抵抗する。
【００３２】
このように、円盤部３０ｂ，３１ａを形成することにより、回転体３０と外周側の封入層３３との接触面積を半径方向に大きくとることができ、大きな減衰力を得ることができる。したがって、従来の減衰装置と同程度の減衰力を得たい場合には、回転体３０の軸線方向の長さをさらに短くすることができる。
【００３３】
なお、上記第１および第２の実施形態において、運動変換部にボールねじ機構を用いているが、直線運動を回転運動に変換することができるものであれば、ボールねじ機構に限られることなく、リードを有するねじ機構、ピニオンとラック機構等を用いてもよい。また、外筒３１、回転体３０および内筒３２が筒形状をなしているが、回転体３０の内周側の封入層３４および回転体３０の外周側の封入層３３それぞれが回転体３０の回転運動に抵抗することができれば、外筒３１、回転体３０および内筒３２は、筒形状に限られることはなく、種々の形状を採用し得る。さらに、上記第１および第２の実施形態において、円筒形の回転体の３０の内周側および外周側にのみ封入層３３，３４を設けているが、回転体３０を複数の直径を有する複数の円筒で構成し、これら複数の円筒の内周側および／または外周側に、回転体の回転運動に抵抗する複数の封入層を設けてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、減衰装置が対象部間の相対的な直線運動を回転体の回転運動に変換する運動変換手段と、前記回転体の回転運動に抵抗する減衰手段とを備える。減衰手段は、回転体と、回転体の内周側に設けられ、粘性流体が封入される内周側の封入層と、回転体の外周側に設けられ、粘性流体が封入される外周側の封入層と、を備える。そして、内周側の封入層および外周側の封入層それぞれが、回転体の回転運動に抵抗するようにしたので、回転体の軸線方向の単位長さあたりの減衰力を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に減衰装置の側面図（一部断面図を含む）。
【図２】上記図１のＡ部拡大図。
【図３】上記図１のＢ部拡大図。
【図４】本発明の第２の実施形態における減衰装置を示す断面図。
【図５】上記図４のＣ部拡大図。
【図６】従来の減衰装置を示す断面図。
【図７】従来の減衰装置の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
２０，５０ 減衰装置
２１ 運動変換部（運動変換手段）
２２ 減衰部（減衰手段）
２４ ケーシング
２５ ナット
２６ ねじ軸
３０ 回転体
３１ 外筒
３２ 内筒
３３ 外周側の封入層
３４ 内周側の封入層
３７，３７ ラジアルベアリング（支持手段）
３８，３８ ラジアルベアリング（支持手段）

Claims (3)

1. 対象部間の相対的な直線運動を回転体の回転運動に変換する運動変換手段と、前記回転体の回転運動に抵抗する減衰手段とを備える減衰装置であって、
   前記減衰手段は、前記回転体と、前記回転体の外側に設けられる外筒と、前記回転体の内側に設けられ、前記外筒に固定される内筒と、前記内筒と前記回転体との間に設けられ、粘性流体が封入される内周側の封入層と、前記外筒と前記回転体との間に設けられ、粘性流体が封入される外周側の封入層と、を備え、
   前記回転体は、その両端部が前記外筒および前記内筒それぞれに一対の支持手段を介して回転自在に支持され、前記一対の支持手段のそれぞれの内側には一対のシール手段が設けられることで前記内周側の封入層と前記外周側の封入層とが区分けされ、
   前記内周側の封入層および前記外周側の封入層それぞれが、前記回転体の回転運動に抵抗することを特徴とする減衰装置。
2. 前記シール手段の一方は前記回転体と前記外筒に固定されたシール受け部材との間に配置され、
   前記シール手段の他方は前記内筒と前記回転体に固定されたシール受け部材との間に配置され、
   前記外筒と前記外筒に固定されたシール受け部材の間及び前記回転体に固定されたシール受け部材と前記回転体の間にはＯリングが夫々設けられることを特徴とする請求項１に記載の減衰装置。
3. 前記運動変換手段は、前記外筒に連結されるケーシングと、ケーシングに回転自在に支持されるナットと、このナットに螺合するねじ軸とを備え、
   前記回転体は、前記ナットに連結されることを特徴とする請求項１または２に記載の減衰装置。

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