JP6505497B2

JP6505497B2 - ダンパ装置

Info

Publication number: JP6505497B2
Application number: JP2015092911A
Authority: JP
Inventors: 隆浩森
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2035-04-30
Also published as: JP2016211602A

Description

本発明は、ダンパ装置に関するものである。

従来から、構造物の上部材及び下部材間に介在し、地震等による上部材及び下部材の水平方向の相対変位を減衰させるダンパ装置が知られている。この種のダンパ装置として、例えば下記特許文献１には、上部材及び下部材間を接続する柱のうち上部材側に連結されたブレースと、上端部がブレースに回動可能に連結された梃子と、梃子及び柱間で回動可能に連結されたリンクと、梃子のうちリンクよりも下方に位置する部分及び柱間に連結されたダンパと、を備えた構成が開示されている。
この構成によれば、上部材側の変位がブレースを介して梃子に伝えられ、下部材側の変位がリンクを介して梃子に伝えられる。これにより、上部材及び下部材間の水平方向の相対変位が梃子で増幅された後、梃子を介してダンパに伝達されることで、振動を減衰できるとされている。

特開２００１−８２００１号公報

しかしながら、上述した特許文献１の構成にあっては、振動の減衰力を向上させる点で未だ改善の余地があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、振動の減衰力を向上させることができるダンパ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のダンパ装置は、上部材及び下部材のうち何れか一方の部材に取り付けられる固定体、並びに前記固定体に水平方向で対向する可動体と、前記固定体と前記可動体とを水平方向で連結し、水平方向に延びる軸線周りの前記固定体に対する前記可動体の回転に伴い回転変形する粘弾性体と、前記粘弾性体において前記軸線から最も離れた部分の前記軸線周りの回転変形量が、前記上部材及び前記下部材における水平方向の相対変位量よりも大きくなるように、前記上部材及び前記下部材の水平方向の相対変位を、前記固定体に対する前記可動体の前記軸線周りの回転変位に変換する変換機構と、を備え、前記変換機構は、前記可動体のうち前記粘弾性体が配設された表面とは反対側の裏面に取り付けられたピニオンと、前記上部材及び前記下部材に各別に取り付けられるとともに、前記ピニオンに噛合するラックと、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、上部材及び下部材への振動の入力により、上部材及び下部材が水平方向に相対変位すると、この相対変位が変換機構により固定体に対する可動体の軸線周りの回転変位に変換される。これにより、粘弾性体が軸線周りに回転変形して振動が減衰される。
ここで、変換機構は、粘弾性体において軸線から最も離れた部分（以下、最外周部という）の軸線周りの回転変形量が、上部材及び下部材における水平方向の相対変位量よりも大きくなるように、上部材及び下部材の水平方向の相対変位を、固定体に対する可動体の軸線周りの回転変位に変換する。すなわち、上部材及び下部材の水平方向の相対変位量が粘弾性体の回転変形量として増幅されるため、粘弾性体によって振動を効果的に減衰させることができる。この場合、例えば上部材及び下部材の水平方向への相対変位に伴い粘弾性体を水平方向に層間変形させる場合に比べて１つのダンパ装置当たりの減衰力を向上させることが可能になり、構造物に設置するダンパ装置の個数を削減することができ、構造物の低コスト化や、設計の自由度を向上させることができる。
特に、粘弾性体の厚さを増加させ、粘弾性体の最大回転変形量を増加させることで、粘弾性体の最外周部での回転変形量の増幅を大幅に許容でき、粘弾性体での更なる減衰力の向上を図ることができる。

また、上部材及び下部材が水平方向に相対変位すると、各ラックが上部材及び下部材とともに水平方向に相対変位することで、各ラックの直進力がピニオンに伝達される。
これにより、ピニオンが軸線周りに回転する。ピニオンが回転すると、可動体が固定体に対して軸線周りにピニオンとともに回転する。すると、粘弾性体が可動体とともに軸線周りに回転することで、粘弾性体が回転変形して振動が減衰される。このように、変換機構に、いわゆるラック・アンド・ピニオン機構を採用することで、下部材及び上部材の水平変位を簡素な構成で固定体に対する可動体の軸線周りの回転変位に変換できる。

本発明によれば、振動の減衰力を向上させることができる。

本発明に係る実施形態において、ダンパ装置の側面図である。図１のＩＩ矢視図である。図２に示す変換機構の拡大図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、本実施形態のダンパ装置１は、構造物１０において上下方向で対向する下部材（一方の部材）１１及び上部材（他方の部材）１２間に介在し、水平方向のうち一方向における下部材１１及び上部材１２の相対変位（振動）を減衰する。具体的に、ダンパ装置１は、下部材１１に取り付けられた固定体２１と、水平方向のうち一方向に直交する他方向で固定体２１に対向する可動体２２と、固定体２１及び可動体２２間を他方向で連結する粘弾性体２３と、下部材１１、上部材１２及び可動体２２間に接続される変換機構２４と、を備えている。なお、図示の例において、下部材１１及び上部材１２のうち、上下方向で対向する部分は、水平方向に沿って延在している。

固定体２１は、他方向を厚さ方向とする鋼材等からなる板材であって、下部材１１から上方に向けて立設されている。なお、他方向から見た正面視において、固定体２１は、下半部が矩形状を呈し、上半部が上方に向けて突の半円形状を呈している。

可動体２２は、粘弾性体２３を間に挟んで固定体２１側とは反対側に配設され、固定体２１に対して主に他方向に沿って延びる軸線Ｏ周りに回動可能に構成されている。具体的に、可動体２２は、他方向を厚さ方向とする鋼材等からなる板材であって、粘弾性体２３を介して固定体２１に連結されている。なお、他方向から見た正面視において、可動体２２は軸線Ｏを中心とする円形状とされ、固定体２１の上半部と重なり合うように配置されている。

粘弾性体２３は、他方向から見た正面視において、可動体２２と同等の外径を有する円板状とされ、固定体２１及び可動体２２間に挟持された状態で軸線Ｏと同軸上に配置されている。粘弾性体２３は、他方向における固定体２１側に位置する面が固定体２１の表面に接合され、他方向における可動体２２側に位置する面が可動体２２の表面に接合されている。粘弾性体２３は、固定体２１に対する可動体２２の軸線Ｏ周りの相対回転に伴い軸線Ｏ周りに回転変形（せん断変形）する。

変換機構２４は、いわゆるラック・アンド・ピニオン機構であって、下部材１１及び上部材１２の一方向の相対変位を固定体２１に対する可動体２２の軸線Ｏ周りの相対的な回転変位に変換する。具体的に、変換機構２４は、可動体２２の裏面（粘弾性体２３が接合された表面とは反対側に位置する面）に固定されたピニオン３１と、下部材１１に配設された下ラック３２と、上部材１２に配設された上ラック３３と、を備えている。

ピニオン３１は、外径が粘弾性体２３よりも小さい円柱状とされ、その外周面にピニオン歯部３１ａが形成されている。ピニオン３１は、可動体２２の裏面から他方向に向けて突設されるとともに、可動体２２と同軸上に配置されている。

下ラック３２は、下部材１１から上方に向けて立設された平板状とされ、一方向に沿って延設されている。下ラック３２の上面には、上述したピニオン歯部３１ａの一部に下方から噛合するラック歯部３２ａが形成されている。
上ラック３３は、上部材１２から下方に向けて延設された平板状とされ、上述したピニオン３１を間に挟んで下ラック３２と上下方向で対向している。上ラック３３の下面には、上述したピニオン歯部３１ａの一部に上方から噛合するラック歯部３３ａが形成されている。なお、図示の例において、下ラック３２及び上ラック３３のラック歯部３２ａ，３３ａのピッチは、それぞれ同等とされている。

次に、上述したダンパ装置１の作用を説明する。以下の説明では、構造物１０に対して一方向への振動が入力された場合について説明する。
構造物１０に対して一方向への振動が入力されると、下部材１１及び上部材１２が一方向に相対変位する。すると、下ラック３２及び上ラック３３が下部材１１及び上部材１２とともに一方向に相対変位することで、各ラック３２，３３の直進力がラック歯部３２ａ，３３ａ及びピニオン歯部３１ａを介してピニオン３１に伝達される。これにより、ピニオン３１が軸線Ｏ周りに回転する。

ピニオン３１が回転すると、可動体２２が固定体２１に対して軸線Ｏ周りにピニオン３１とともに回転する。すると、粘弾性体２３が固定体２１に接合された状態で、可動体２２とともに軸線Ｏ周りに回転することで、粘弾性体２３が回転変形して振動が減衰される。

ここで、本実施形態において、粘弾性体２３の回転変形量は、軸線Ｏから径方向に離れるに従い大きくなり、軸線Ｏから最も離れた部分（以下、最外周部という）で最大となる。本実施形態では、粘弾性体２３の外径がピニオン３１の外径よりも大きくなっているため、粘弾性体２３の最外周部における回転変形量は、下部材１１及び上部材１２の一方向への相対変位量よりも大きくなる。すなわち、本実施形態の変換機構２４は、粘弾性体２３の最外周部の回転変形量が、下部材１１及び上部材１２における一方向の相対変位量よりも大きくなるように、下部材１１及び上部材１２における一方向の相対変位を、固定体２１及び可動体２２の軸線Ｏ周りの相対的な回転変位に変換する。
これにより、下部材１１及び上部材１２の相対変位量が粘弾性体２３の回転変形量として増幅されるため、粘弾性体２３によって振動を効果的に減衰させることができる。この場合、例えば下部材１１及び上部材１２の一方向への相対変位に伴い粘弾性体２３を水平方向に層間変形させる場合に比べて１つのダンパ装置１当たりの減衰力を向上させることが可能になり、構造物１０に設置するダンパ装置１の個数を削減することができ、構造物１０の低コスト化や、設計の自由度を向上させることができる。

特に、粘弾性体２３の他方向における厚さを増加させ、粘弾性体２３の最大回転変形量を増加させることで、粘弾性体２３の最外周部での回転変形量の増幅を大幅に許容でき、粘弾性体２３での更なる減衰力の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、変換機構２４にラック・アンド・ピニオン機構を採用しているため、下部材１１及び上部材１２の水平変位を簡素な構成で固定体２１に対する可動体２２の軸線Ｏ周りの回転変位に変換できる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の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い範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、水平方向のうち主に一方向への振動が入力された場合を例にして説明したが、これに限らず、他方向への振動が入力された場合であっても、本発明を適用できる。
上述した実施形態では、変換機構２４としてラック・アンド・ピニオン機構を採用した場合について説明したが、これに限られない。すなわち、変換機構２４は、下部材１１及び上部材１２の水平方向の相対変位を、固定体２１に対する可動体２２の軸線Ｏ周りの相対的な回転変位に変換する構成であれば、適宜設計変更が可能である。

上述した実施形態では、可動体２２と粘弾性体２３とを同等の外径に形成した場合について説明したが、これに限れない。
また、粘弾性体２３の外径や厚さ、ピニオン３１の外径、その他の各構成部材の寸法は、適宜設計変更が可能である。

上述した実施形態では、下部材１１に固定体２１を取り付け、上部材１２に可動体２２を接続する構成について説明したが、これに限られない。すなわち、上部材（一方の部材）１２に固定体２１を取り付け、下部材（他方の部材）１１に可動体２２を接続しても構わない。
上述した実施形態では、粘弾性体２３が中実の場合について説明したが、これに限らず、中空であっても構わない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…ダンパ装置
１１…下部材（一方の部材、他方の部材）
１２…上部材（一方の部材、他方の部材）
２１…固定体
２２…可動体
２３…粘弾性体
２４…変換機構
３１…ピニオン
３２…下ラック（ラック）
３３…上ラック（ラック）

Claims

上部材及び下部材のうち何れか一方の部材に取り付けられる固定体、並びに前記固定体に水平方向で対向する可動体と、
前記固定体と前記可動体とを水平方向で連結し、水平方向に延びる軸線周りの前記固定体に対する前記可動体の回転に伴い回転変形する粘弾性体と、
前記粘弾性体において前記軸線から最も離れた部分の前記軸線周りの回転変形量が、前記上部材及び前記下部材における水平方向の相対変位量よりも大きくなるように、前記上部材及び前記下部材の水平方向の相対変位を、前記固定体に対する前記可動体の前記軸線周りの回転変位に変換する変換機構と、を備え、
前記変換機構は、
前記可動体のうち前記粘弾性体が配設された表面とは反対側の裏面に取り付けられたピニオンと、
前記上部材及び前記下部材に各別に取り付けられるとともに、前記ピニオンに噛合するラックと、を備えていることを特徴とするダンパ装置。